Как материаловедение и электроника революционизируют автомобильные шины

Ранние автомобильные шины были простыми полосками твердой резины, но эволюция отрасли началась с открытия Чарльза Гудйера вулканизированной резины. В 1846 году Роберт Томсон запатентовал первую пневматическую шину из вулканизированной резины — десятилетия до первых автотранспортных средств — и запустил неистовый поиск производительности и безопасности.

Когда братья Мишлен представили съемные шины, рынок снова сдвинулся, проложив путь к пневматической радиальной шине, появившейся в 1970-х и остающейся стандартом на большинстве легковых авто до сегодняшнего дня.

Сегодня производители балансируют безопасность, долговечность, производительность и устойчивость. Этот комплексный подход движет прорывами, выходящими далеко за рамки традиционного дизайна протектора.

Текущие технологии шин

Шум — главная проблема современных авто, особенно электромобилей, где отсутствие ревущего двигателя делает звуки шин более заметными. Существует два первичных источника шина шума: паттерн-шум, генерируемый пузырьками воздуха, застрявшими в протекторе, и кавити-шум, производимый когда воздух вибрирует внутри шины против диска. Адресация этих звуков теперь ключевая цель дизайна.

Bridgestone QuietTrack, запущенный в марте 2019, обладает множественными короткими диагональными желобками, позволяющими воздуху выходить вместо сжатия при качении шины. Желобки идут в трех различных ширина, каждая интерферируя с другими для демпфирования частот, перекрывающих человеческую речь. Дополнительные миллиметровые зубчики в желобах протектора дополнительно разбивают высокочастотный шум, в то время как общий дизайн также улучшает сцепление на снеге и мокрой дороге.

Рисунок 1. Шины QuietTrack снижают шум — критичная фича для электромобилей. (Источник: Bridgestone)

Интерьер шины включает Contiseal — вязкий слой герметика, способный запечатывать до 80% проколов до 5 мм в диаметре. Эта технология драматично снижает вероятность проколов и устраняет необходимость в дорожной смене шин.

Новые технологии шин

Goodyear Eagle 360 Urban, представленный в 2017, — сферическая концепт-шина с ИИ-драйверами сенсорами, регулирующими форму и паттерн протектора в реальном времени. Реагируя на данные дорожного покрытия, шина улучшает торможение, управление и эффективность — и даже облегчает на-месте ремонт проколов.

Беспневматическая шина Oxygene — пионерский дизайн, отказывающийся от воздушного давления полностью. 3D-печатная из переработанной шинной пыли, её бортик содержит живое мха, поглощающее воду с дороги и CO₂ из воздуха, поддерживающее фотосинтез и выработку кислорода. Она также использует Li-Fi для связи с IoT-сетями, обеспечивая vehicle-to-vehicle и vehicle-to-infrastructure коммуникацию.

В 2020 году Goodyear reCharge шина представила биоразлагаемые жидкие капсулы, регенерирующие протектор. ИИ кастомизирует состав под профиль каждого водителя, позволяя шине динамически адаптироваться к меняющимся дорожным условиям.

Pirelli Cyber шина стала вехой, передавая данные напрямую через 5G, создавая цикл коммуникации в реальном времени между шиной, автомобилем, водителем и внешней дорожной инфраструктурой.

Рисунок 2. Pirelli утверждает, что первая шинная компания, взаимодействующая с 5G-сетью. (Источник: Pirelli)

Michelin Uptis, запланированный к выпуску в 2024, использует собранную беспарочную структуру колеса, устраняющую риск проколов, разрывов и спущенных шин. Сокращая потребление сырья, утилизацию шин и необходимость в запасных, Uptis предлагает более устойчивое, ресурсосберегающее решение.

Для контекста, кастомные шины Goodyear для Tesla включают шумоподавляющую пену, в то время как автономный концепт Citroën 19_19 обладает шинами, которые жестче в сухих условиях и мягче на мокрой дороге.

Связанная дорога впереди

Коммуникация станет краеугольным камнем автомобильной безопасности и производительности. 5G и IoT позволят шинам ретранслировать критические данные, улучшая передовые системы помощи водителю (ADAS) и автономное вождение. Платформа Goodyear AndGo, например, использует предиктивную аналитику для связи операторов автопарков с сервисной сетью.

Устойчивость также будет двигать дизайнерские выборы: 3D-печать, переработанные и эко-материалы, и сниженная износостойкость все снизят шинный лом и экологическое воздействие. Долговечные беспневматические шины и 2-в-1 концепты шина-колесо обещают повышенную безопасность и сниженное обслуживание — существенные атрибуты для беспилотных автопарков.

После десятилетий инкрементальных изменений шинная отрасль готова к трансформационному скачку.

>> Эта статья изначально опубликована на нашем партнерском сайте, EDN.