Ранфлэт, или жизнь без проколов: изучаем технологии защищенных шин
Выход колес из строя в результате прокола или пореза остается одной из самых неприятных ситуаций для водителей уже полторы сотни лет. Способы борьбы с этой напастью искали с первых дней появления пневматических покрышек – и, кажется, решение наконец-то найдено. Сейчас продажи покрышек RunFlat составляют существенную долю в общем объеме поставок шин для легковых автомобилей. Такие покрышки, называемые еще самонесущими, составляют порядка 5% в объеме продаж легковых шин. А начиналось все в 1973 году с машин Rover P6 и Austin Mini, для которых изготовили первые RunFlat покрышки Total Mobility Tyre, переименованные позже в Dunlop Denovo. И это было первым опытом применения подобной технологии в сугубо гражданских целях на легковом автомобиле, просто потому что запасное колесо очень уж мешало. Почему без воздуха не обойтись и как пытались избежать проколов на протяжении всего этого времени – читайте ниже.
Почему внутри воздух
П ервые резиновые покрышки, которые пришли на смену деревянным и окованным ободьям, были непробиваемыми и совершенно не боялись гвоздей – более того, в каждом колесе машины тогда гвоздей и штатно могло быть несколько. Впрочем, ценились обода, собранные без единого гвоздя или болта – это считалось работой мастера. Но к началу автомобилизации планеты цельнодеревянные колеса, обитые резиной, были уже далеко не передовой технологией: настала пора пневматических шин.
Первый патент на привычную нам «пневматику» появился в 1848 году и был взят на имя Роберта Томпсона. Идея дошла и до практической реализации, причем тесты убедительно доказали превосходство пневматических шин перед твердыми колесами: тяговое усилие на твердом покрытии уменьшилось на 37%, а на гравии и грунте – на уже на 68%. И это не считая принципиального изменения в комфорте передвижения.
После истечения действия патента в 1878 году следующую попытку предпринял весьма известный и поныне Джон Данлоп: в 1888 он снова запатентовал пневматическую покрышку и начал серийное производство таких шин для велосипедов и конных повозок. Кстати, времена тогда были суровые, патентные тролли и просто прожектеры уже существовали, так что патентов на эту технологию на самом деле было довольно много. Но все они сводились к простым системам с камерой внутри покрышки или «пневмотрубкой» – камерой и шиной в одном флаконе.
На фото: Lanchester. Модель 1914 года
Проблема проколов остро стояла с самого начала, неприятности случались буквально каждую сотню километров. Это неудивительно, учитывая сколько гвоздей таилось в грязи грунтовых дорог – ведь основной тяговой силой были лошади, а их подковывали, и подковы крепились именно гвоздями. Повреждались и камеры, и сами покрышки. Корд был текстильным и очень слабым. Существенно ситуация улучшилась только в двадцатые годы с применением нейлонового корда и вискозы в составе покрышек, а также с переходом на металлокордные покрышки в середине века. Боролись с проколами простыми методами – дырки заклеивали, а у водителя в запасе всегда было несколько колес. Гонщики же, отправлявшиеся в дальние «раллийные» рейды, и вовсе везли с собой десятки «запасок».
Боремся с проколами: обойдемся без воздуха
В условиях уже полного доминирования пневматических покрышек на легковых автомобилях их применение на тяжелой технике и особенно военных машинах было крайне ограниченным. Тяжелый грузовик не поднять руками за ось, чтобы снять колесо и заменить покрышку. А в бою пневматика совершенно бесполезна – она легко пробивается пулями и осколками и повреждается даже колючей проволокой, а обездвиженная машина становится легкой мишенью. И заменить колесо под огнем, опять же, крайне сложно. Так что именно запросы военных в годы Первой мировой войны стали основной движущей силой в развитии непробиваемых шин.
Цельнорезиновые обода были не самым удачным решением, но инженеры быстро нашли вполне эффективную вариацию, годную для небольшой скорости. Наполненные эластичной массой в виде вспененного каучука или резиновых жгутов покрышки имели характеристики заметно лучше, чем у твердых ободьев. На твердом покрытии тяговое усилие уменьшалось на 20-30%, а на мягких грунтах на все 50% по сравнению с цельностальным колесом и резиновым облоем.
В дальнейшем прогресс подобного рода покрышек определялся именно характеристиками смеси-наполнителя. Правильно подобранная упругость позволяла на твердом покрытии и умеренной скорости получить характеристики, сравнимые с обычными покрышками. При этом шина не боялась повреждений, даже после попадания снаряда она оставалась на диске, и машина могла передвигаться.
К сожалению, с повышением скорости проявлялись и недостатки такого типа колес. Состав ощутимо нагревался при быстром движении, что приводило к вздутиям, разрывам и даже возгораниям покрышек. Жесткость состава по ободу неизбежно колебалась, и вибрации, а также высокая масса колеса разрушали ходовую часть машин. Прогресс в создании наполнителей позволил обеспечить безопасную скорость на уровне 50 километров в час, но, похоже, это предел, за которым конструкция потребовала серьезного усложнения.
На легковых автомобилях подобные колеса в двадцатом веке практически не применялись, ограниченное использование на ранних грузовиках и автобусах было связано со слабой несущей способностью пневматических покрышек и сложностями с заменой колес при проколах. Но со временем дороги стали лучше, а пневматика – крепче, и о гражданском применении гусматиков забыли.
Ажурные конструкции будушего
С появлением новых полимерных составов появилась и возможность создания эффективных решений такого рода в виде ячеистых структур с воздушным охлаждением на базе каркаса из полиуретана, углепластика и металла. Более высокая несущая способность современных пластиков и возможность компьютерного расчета сложных структур позволяет создавать конструкции с заданным модулем упругости в разных направлениях, что потенциально может быть применено для покрышек обычных «гражданских» автомобилей.
Отметились на поприще создания гражданских непневматических покрышек также компании Bridgestone, Polaris и Hankook, причем последняя уверенно продвигает технологию, выставляя все новые прототипы. Michelin даже обещал серийные покрышки такого рода к 2015 году, но, видимо, «что-то случилось»… Впрочем, вполне возможно, что мы увидим подобные колеса в ближайшее время – уж больно интересные возможности открывает технология. На городских машинках можно полностью отказаться от сложных подвесок, карданных валов, ШРУС, сайлентблоков и шаровых опор – ведь у такой покрышки жесткость в продольном и поперечном направлении не связаны, а значит, можно возложить на нее и функции подвески без ухудшения управляемости и сцепления с дорогой.
Как резервный вариант
Впрочем, с непневматическими шинами-гусматиками мы еще не закончили – они иногда скрываются под оболочкой обычной пневматики. Речь о шинах для бронированных машин, гражданских и не очень.
Гибрид пневматической покрышки и гусматика пытались разработать очень давно, еще в 30-е годы производились покрышки с цельнолитой внутренней частью, на которую монтировалась многокамерная шина. Например, компания Michelin представила в 1934 году покрышки подобной конструкции. Предназначались они в первую очередь для банковских броневиков и рейсовых троллейбусов. На машинах Chrysler в 1958 году появились покрышки Goodyear Tire и Rubber Company с несущим ободом – это позволяло решить проблему безопасности при быстрой потере давления в камерной резине, машина сохраняла управляемость при проколе колеса.
До массового внедрения бескамерной резины проблема была актуальной, и подобные технологии иногда появлялись как дополнительное оснащение для дорогих моделей машин. В семидесятые годы эти технологии применялись в шинах бронетранспортера Mowag Piranha: его высокопрофильные колеса имели внутри небольшую вставку, которая позволяла сохранить подвижность при серьезной потере давления.
Сейчас наследниками подобной технологии выступают, например, Michelin PAX и Bridgestone Support Ring System, которые применяются на машинах скрытого бронирования европейских и американских производителей. На ободе колеса смонтировано кольцо из полимера, а поверх надета пневматическая покрышка. В обычном режиме, когда в колесе есть давление, зазор между внешней покрышкой и ободом гусматика составляет несколько сантиметров, и автомобиль двигается, как на обычных колесах. А при проколе или другом повреждении колеса вставка обеспечит движение на скорости до 80 километров в час – конечно, с некоторой потерей управляемости. Подобные технологии используются и военными, правда, обычно в сочетании с «самозатягивающимися» покрышками и системой централизованной подкачки колес.
Починка на ходу
Рост скорости колесных машин вынудил военных в 50-е годы искать другие решения, помимо гусматиков. Отличное сочетание качеств дала как раз вышеупомянутая технология самозатягивающихся покрышек и система централизованной подкачки шин. Самоуплотняющийся состав на внутренней поверхности покрышки или специальная полимеризующаяся при проколе жидкость в сочетании с системой подкачки и аварийными ободами, как у Mowag Piranha, позволили отложить непневматические технологии на несколько десятков лет. Но поскольку нас интересует в первую очередь «гражданское» применение, надо отметить, что компания Continental выпускает покрышки с технологией ContiSeal для обычных легковых машин. Линейка включает шины практически любых необходимых размерностей, но с акцентом в основном на легкие спортивные авто – причем шины существуют и в зимнем исполнении. Технология позволяет избежать потери давления при проколах диаметром до 5 мм или не проникающих через дополнительный слой повреждениях, в том числе неглубоких порезах боковин.
Альтернативный вариант знаком многим владельцам родстеров BMW до «эпохи RunFlat ». Компрессор в багажнике и баллон с составом для заделки отверстий весьма эффективно решали проблему небольших проколов. Но тут владельцу в любом случае приходилось остановиться. Впрочем, подобное «улучшение» доступно любому автолюбителю с бескамерной покрышкой, и герметик вовсе не обязателен – иногда можно поставить ремонтный жгут самостоятельно и подкачать колесо или просто подкачать и доехать до ближайшего шиномонтажа.
Почему самонесущие?
Так почему же после стольких лет попыток сделать пневматику нечувствительной к проколам и выпуска множества различных конструкций, наконец, появилась технология, которая смогла закрепиться на рынке? Конечно, свою роль здесь играет прогресс в технологиях: с 1973 года утекло много воды, и RunFlat стала намного удобнее в применении благодаря появлению новых полимеров, которые позволяют создать достаточно мягкую боковину с высокой несущей способностью, но это не определяющий фактор. В первую очередь надо отметить, что причина, скорее, не в технологиях создания покрышек, а в автомобильном рынке.
Массу и внутренний объем машины стараются использовать как можно более эффективно. Огромный объем сервисной электроники, большое число сервисных механизмов, рост массы кузова из-за повышения требований к безопасности и увеличение мощности заставляют искать способы хотя бы сохранить общую массу машины за счет отказа от традиционных резервов. А вес запасного колеса и домкрата для современного кроссовера – уже очень существенная величина. Даже докатка получается громоздкой, иначе ее просто не «надеть» на огромные тормозные механизмы. К тому же стоимость современных высокотехнологичных колес составляет заметную долю в цене машины, и небольшое улучшение, способствующее повышению надежности, только приветствуется.
Дополнительным фактором, способствующим закреплению безопасных шин, стало развитие технологий контроля давления шин и улучшение подвесок. Система TPMS (контроля давления) позволяет избежать косвенных опасностей применения покрышек RunFlat в виде незаметности повреждения и вероятности перегрева и полного разрушения покрышки из-за этой оплошности. А прогресс в строении подвесок позволяет сохранить комфорт и управляемость в машине даже с жесткой боковиной, хуже фильтрующей неровности дорожного полотна.
В остальном самонесущие шины – это самый простой и технологичный способ перейти от обычных покрышек к проколоустойчивым. Отличия в технологиях создания шин, дисков и операциях шиномонтажа минимальны, а эффект – более чем достаточный для стран с развитой дорожной инфраструктурой. В технологии отсутствует избыточный запас прочности, который необходим для военного и полицейского применения, такие покрышки не рассчитаны на повреждения от взрывов, разнообразных заградительных полос и так далее, зато и цена решения сравнительно невелика.
И вместо глубоких выводов
Столько лет производители искали способы избежать или уменьшить риски проколов – и вот решение вроде бы найдено. Ведь 5% рынка покрышек – не так уж мало, но вместе с тем 95% – это обычные пневматические шины. За 150 лет они стали бескамерными, стойкими к проколам, порезам, ударам… Их настолько редко повреждают, что запасное колесо по сути стало бесполезным. В крайнем случае есть сотовый телефон и службы поддержки на дорогах. В совсем крайнем случае – эвакуатор. Сейчас безопасные шины интересны индустрии в первую очередь потому что эластомеры обладают прогрессивными характеристиками податливости, которые можно задать в широком диапазоне. И успех RunFlat, скорее всего, ничего не изменит – такие покрышки попросту нужны весьма ограниченному кругу покупателей.
Шины, не боящиеся проколов: ставить или нет?
Пожалуй, невозможно встретить водителя, который не сталкивался с проблемой прокола шин. Западные производители резины решили данную проблему при помощи технологии, которая позволяет продолжать движение даже в случае прокола.
Шины, не боящиеся проколов
В чем суть такого изобретения? Стоит ли устанавливать такие шины на свое авто? В чем плюсы и минусы таких покрышек по сравнению с традиционными шинами?
Попробуем разобраться в этих вопросах вместе с экспертами в этой области.
Суть технологии
Шины, которые не боятся проколов, носят название RunFlat. В основе технологии лежит использование жесткого бокового каркаса, которому не страшны повреждения.
На такой резине можно смело продолжать ехать со скоростью, не превышающей 80 км/час, даже после прокола. Визуально резину RunFlat невозможно отличить от стандартной, но стоит она на порядок дороже.
Кроме того, за счет жестких боковых поверхностей таких шин изменяется поведение автомобиля (особенно при поворотах и на скорости), теряется мягкость.
Преимущества RunFlat резины
Естественно, основным преимуществом такой резины является ее устойчивость к повреждениям и возможность эксплуатации при проколе и порезе.
Технические особенности позволяют водителю не обращать внимания на прокол и ехать дальше, не разгоняя авто выше 80 км/час.
Это очень удобно, когда поблизости нет шиномонтажной мастерской. Однако на этом все плюсы данной резины заканчиваются.
А вот среди минусов таких шин можно выделить гораздо больше пунктов:
Рекомендуется ли устанавливать такие шины
Многие современные автомобили поставляются заводами-изготовителями уже с покрышками RunFlat. Да, на ровных дорогах Европы подобная опция может быть оправдана, способна продемонстрировать все свои преимущества, а недостатки при этом будут практически незаметны.
А вот в российских условиях, когда качество многих дорог оставляет желать лучшего, использование такой резины с жесткими боковинами может представлять серьезную опасность.
Поэтому многие специалисты автосервисов и салонов рекомендуют своим клиентам менять такие шины на обычный вариант сразу же после покупки автомобиля. В результате стоимость нового авто существенно возрастает.
Подводя итоги, следует сказать, что технология производства покрышек RunFlat имела успех около двадцати лет назад, когда только появилась.
Сегодня водители предпочитают безопасность и сопоставляют плюсы и минусы, предоставляемые той или иной опцией.
Установка резины с такой технологией оправдана лишь в том случае, когда автомобиль эксплуатируется в условиях повышенного риска проколов, причем на небольших скоростях.
В связи с массой недостатков и высокой стоимостью стойкая к проколам резина утратила свою популярность среди российских автовладельцев.
Autoblog тестирует шины Run-Flat третьего поколения от Bridgestone
Наполненные воздухом или пневматические шины были изобретены в 1846 году Робертом Томсоном (Robert Thomson). Европейский изобретатель обернул эластичный слой прорезиненного полотна, снаружи покрытого кожей для дополнительной защиты, вокруг колеса и наполнил его воздухом. Это изобретение было запатентовано во Франции и получило название Aerial Wheel т.е. «Воздушное колесо». Первые шины устанавливались на лошадиные повозки, но к сожалению, Томпсон слишком опередил свое время. Технологии создания прочных и доступных пневматических шин еще только предстояло разработать.
Прошло еще целых 50 лет до изобретения ободов Бартлета Клинчера, клапанов Шредера, шинных бортов и кордов, только после чего стало возможным получить реальную коммерческую прибыль от производства пневматических шин. В 1904 году Firestone начнет выпуск усиленных кордных шин, а еще через два года они будут устанавливаться на Model T Генри Форда.
Основа конструкции шины – эластичный герметичный сосуд, содержащий воздух под давлением – очень мало изменилась за прошедшее столетие, если не считать конструкцию борта и состав резиновой смеси. Более того, у шин все так же осталась их главная ахиллесова пята – любой дефект вызывает снижение давления, и шины попросту спускают, делая автомобиль недвижимым (по данным Bridgestone, порядка 60,000 водителей в США ежедневно сталкиваются с проколами шин).
Самый распространенный тип шин Run-Flat сейчас, это самоподдерживающиеся шины. По сравнению с традиционными они отличаются дополнительной плотностью материала в боковых зонах, чтобы предотвратить сжатие шины после потери давления. Именно это дополнительное усиление увеличивает вес шины, снижает уровень комфорта при езде и повышает сопротивление качению, что делает их совсем непривлекательными для покупателей.
Хотя первоначально Bridgestone разработала шины Run-Flat для физически неполноценных водителей, первым широко известным применением этой технологии стали шины для суперкара Porsche 959 в конце 1980-х годов. Тогда в заводскую комплектацию этого экзотического автомобиля с кевларовым кузовом, способного разгоняться до 320 км/ч, вошли шины Bridgestone Potenza RE71 N0. Эти шины считаются первым поколением Run-Flat от Bridgestone (1G RFT), а использовать их позволяла система Denloc – специальная конструкция диска, которая удерживала борт шины после потери давления. Хотя эта система действовала, неудача попыток использовать стандартные диски не позволила начать масштабное производство.
Ситуация начала меняться в 2004 году, когда Bridgestone представила второе поколение Run-Flat (2G RFT). Шины были серьезно модифицированы и адаптированы к стандартизированным дискам, что устранило потребность в дорогостоящих специальных ободах. Более легкие и с улучшенным составом резиновой смеси для боковых зон, 2G RFT вошли в комплектацию многих моделей BMW, MINI, Toyota и Infiniti. Кроме этого, их стали устанавливать и на высокомощные автомобили, такие как Ferrari 612 Scaglietti и BMW Z8.
Потребители благосклонно встретили возможность продолжения движения и повышенный уровень безопасности шин Run-Flat, но их постоянно критиковали за недостаточную управляемость, вызванную дополнительной неподрессоренной массой, жесткий ход (боковины на целых 15% жестче, чем у обычных шин), и высокую стоимость при замене (в некоторых случаях до 30% дороже). Встретившись с такими проблемами, многие водители перешли с Run-Flat на традиционные шины, даже до того как настало время их менять.
В то же время инженеры лабораторий Bridgestone продолжали прилагать все усилия, чтобы усовершенствовать конструкцию Run-Flat, результатом чего стало третье поколение самоподдерживающихся шин. Инженеры учли факторы, вызвавшие недовольство покупателей, и представили сразу три инновационные технологии:
Bridgestone использует эти технологии и по отдельности, и в комплексе, в зависимости от специфических параметров каждой модели шин Run-Flat третьего поколения. К примеру, более низкопрофильные шины для спорт-каров, таких как BMW Z4, вряд ли будут оснащаться «плавниками» в отличие от шин для крупных кроссоверов наподобие BMW X5. Вне зависимости от того, какие именно технологии были задействованы, все шины Run-Flat способны обеспечить безопасную езду на расстояние до 80 км при нулевом давлении. Но об этом чуть позже…
Оставим технический жаргон в стороне и проверим, как ощущаются шины Run-Flat от Bridgestone, если сидеть за рулем. Поскольку у экспертов не было достаточно чувствительного оборудования, чтобы измерить разницу между шинами 2 и 3 поколения, то все «сравнения» в известной степени могут считаться приблизительными. В конце концов, как можно почувствовать те небольшие нюансы в качестве хода, которые должны отличать одно поколение шин от другого? Ответом стал Европейский испытательный полигон Bridgestone (EUPG) в Италии.
EUPG для ценителя хороших шин, это то же самое, что незакрытый кабинет фармацевта для наркомана – настоящая мечта. Расположенный в 50 км к югу от Рима, этот специализированный комплекс представляет собой сверхсекретный тестовый полигон для испытаний новейших технологий Bridgestone. Проехав через ворота внешнего периметра можно попасть на гладкий, как стекло, овал трека с 4 полосами около 2,5 мили в длину и поворотами на 35 градусов. Внутри овала находится круговой трек – скидпэд (22 акра сверхровного бетона) – соединенный специальными высокоскоростными участками с основным треком; два отдельных коротких трека; участок для тестов на управляемость на мокрой поверхности; и несколько расположенных рядом друг с другом прямых, имитирующих различные типы дорожной поверхности со всего мира. И все это обрамлено аккуратно постриженными газонами с чудными полевыми итальянскими цветами.
Сначала эксперты установили обычные RE050A – высококлассные шины, устанавливаемые на такие автомобили, как Nissan 370Z и Lexus IS-F – которые показали отличный уровень комфорта на гладких участках. Шероховатая и неровная дорога тоже не стала проблемой, так как податливые боковины поглощали все неровности без особого усилия. Мы успели проехать тысячи миль на этих шинах в реальном мире без единого повода для претензий.
После этого экспертам дали опробовать Run-Flat предыдущего поколения, которые стоят на тысячах последних моделей BMW и MINI. Владельцы как правило хвалят возможности Run-Flat, но жалуются на качество хода, сниженное из-за жестких боковин, и дополнительную не подрессоренную массу. Гладкие участки эксперты проехали в комфорте, но на неровной дороге все недостатки шин стали очевидны в первую же минуту. Выбоины, которые компенсировались амортизирующими боковинами обычных шин, теперь передавались в салон в форме острых и весьма дискомфортных толчков. Тест подтвердил мнения владельцев, и то, что эксперты сами испытывали до этого.
Последний заезд эксперты Autoblog осуществили на Run-Flat 3G с одной спущенной шиной по участку для слалома. Машина управлялась не совсем стабильно, а шина начинала выть при увеличении нагрузки, но держать ситуацию под контролем было более чем возможно. А после теста шина даже не нагрелась до того, чтобы к ней нельзя было прикоснуться.
После этого теста эксперты сели на автобус и отправились в итальянскую глубинку, чтобы проверить шины в реальных дорожных условиях. Они сели на те же BMW 5-Series и отправились по 2-полосной дороге через фермы и холмы в сопровождении эскорта от Bridgestone. Дороги были в довольно запущенном состоянии, но шины все так же достаточно компетентно поглощали все кочки и выбоины.
Хотя Bridgestone и говорит, что все их новые Run-Flat 3G предназначены, чтобы безопасно проехать еще 80 км, на самом деле, они созданы для того, чтобы безопасно съехать с дороги, где можно его заменить без опасности для себя. В реальности виртуальные часы начинают тикать, когда шина теряет давление (трение и нагрев буквально «вываривают» жизнь из резиновой смеси), после чего большая нагрузка, высокая температура окружающей среды и скорость ускоряют ход этих часов, а небольшая нагрузка и холод их замедляют (когда у нас спустила шина Run-Flat мы быстро съехали на обочину, чтобы проверить, можно ли ее быстро отремонтировать, до того как она будет уничтожена весом машины). И конечно же, такие шины ни в коем случае нельзя устанавливать на шины без датчиков мониторинга давления (TPMS).
Трековый и дорожный тесты показали, что Bridgestone удалось решить главную проблему шин Run-Flat – низкая комофортность хода. Экспертам не удалось проверить, как шины справляются с интенсивными нагрузками, но Bridgestone уверяет, что состав резиновой смеси Run-Flat такой же, как у обычных шин, так что уровень сцепления должен быть довольно высоким. Кроме этого, стоимость технологии их изготовления тоже стала не такой дорогостоящей, как раньше. Цена нового поколения еще не известна, но эксперты говорят, что они будут стоить примерно на 20% дороже обычных, что не так много, если вспомнить об аспекте безопасности.
Таким образом, шинам Run-Flat от Bridgestone нового поколения удалось превзойти предшествующую модель по самым главным параметрам, а кроме того технологии Nano Pro-Tec и Cooling Fin позволят им войти в комплектацию новых автомобилей, что в свою очередь поможет Bridgestone еще больше снизить их стоимость.
