Изучение будущего транспорта: безвоздушные шины

В 1950-х годах компания Michelin изобрела радиальную шину, что стало первым крупным прорывом в инновациях шин. Шина стала легче, имела более долгий срок службы, была более экономичной в плане расхода топлива и обеспечивала лучшее управление. Однако за десятилетия с тех пор не произошло значительных прорывов в технологиях, связанных с шинами.

Хотя шины Run-Flat когда-то считались главным героем следующей революции в шинах, их критиковали за меньший срок службы и более высокие затраты на обслуживание. Более того, шины Run-Flat не достигли эффекта снижения веса, а наоборот, имели противоположный эффект. (В 1990-х годах инженеры Goodyear впервые представили шины Run-Flat, а затем Michelin, Pirelli, Bridgestone, Continental, Sumitomo Rubber и другие компании выпустили свои версии шин Run-Flat, и шины Run-Flat вошли в эпоху "расцвета сотни цветов"). Являются ли шины без воздуха будущим? На самом деле, шины без воздуха стали объектом внимания автопроизводителей и производителей шин. На Токийском автосалоне 2017 года Toyota представила свой концепт-кар на водороде Fine-Comfort Ride и впервые использовала шины без воздуха.

Шины без воздуха, использованные в концепт-каре Fine-Comfort Ride, были разработаны японской компанией Sumitomo Rubber, но на данный момент вес шин без воздуха сопоставим с весом обычных шин. Однако главный инженер Toyota предполагает, что к 2025 году, с развитием технологий резины, вес каждой шины без воздуха будет уменьшен примерно на 30%. Toyota планировала выпустить шины без воздуха на коммерческий рынок в 2020 году, что может значительно снизить вес всего автомобиля. Michelin первой предложила концепцию шин без воздуха. В 2005 году Michelin опубликовала план исследований и разработок шин "Tweel". Хотя этот план, вероятно, в будущем заменит радиальные шины, изобретенные Michelin, компания не хочет останавливаться на пути инноваций. Следуя примеру Michelin, Bridgestone, Continental, Dunlop, Hankook и другие компании последовательно выпустили свои собственные шины без воздуха.

Однако, хотя шины без воздуха могут достичь цели снижения веса, проблема сопротивления качению остается головной болью для всех производителей шин. Шины без воздуха на 10-20% уступают обычным пневматическим шинам в плане сопротивления качению, и в будущем для шин без воздуха все еще необходимы прорывы. Однако с шинами без воздуха можно отказаться от запасных шин, что также может снизить вес всего автомобиля.

4 июня 2019 года на третьем саммите Michelin Pioneering Summit (Movin’On Summit for sustainable mobility) в Монреале, Канада, известный автопроизводитель General Motors и шинная компания Michelin совместно объявили о прототипе шины без воздуха Uptis, который планируется протестировать на электромобилях Chevrolet Bolt к концу этого года и официально коммерциализировать на легковых автомобилях до 2024 года.

Как всем известно, обычные шины полагаются на внутренний сжатый воздух для поддержки веса автомобиля и смягчения ударов на дороге. Прототип шины Michelin Uptis (полное название Unique Puncture-proof Tire System) на первый взгляд выглядит как обычная шина, но на самом деле использует очень сложную композитную структуру. Uptis использует новую структуру из композитного материала для формирования компрессионных ребер. Хотя внешняя протекторная часть выглядит как обычное колесо, внутреннюю структуру можно увидеть прямо сбоку.

Как показано на рисунке, шина изготовлена из смеси композитной резины и стекловолокна, заполненного смолой. Это полый твердый дизайн, а не закрытая надувная форма.

Michelin подчеркнула, что, хотя на первый взгляд шина не выглядит эстетично, комфорт при вождении соответствует традиционным шинам. Обе стороны заявили, что шина Uptis в форме не-надувной твердой шины имеет огромные преимущества с точки зрения экономического эффекта и безопасности. Взрывы шин, проколы гвоздями и неравномерный износ останутся в прошлом. В результате будущие автомобили больше не будут нуждаться в полноразмерной запасной шине, что дополнительно снизит вес, улучшит экономию топлива и уменьшит вред окружающей среде, вызванный производством традиционных шин.

В настоящее время многие шинные компании также пытаются использовать новые материалы для улучшения характеристик и снижения веса. Графен — один из таких материалов.

Графен известен как самый тонкий, легкий, прочный и жесткий материал, обнаруженный на сегодняшний день. Это отличный проводник электричества и тепла. Он также обладает характеристиками гибкости, прозрачности и стабильности. Поэтому его называют королем новых материалов. Таким образом, чтобы еще больше улучшить характеристики шин, многие китайские шинные компании надеются применить графен в шинной промышленности. После добавления графеновой формулы внешняя шина становится более устойчивой к износу. Это также означает, что защита внутренней камеры становится сильнее, что может снизить вероятность взрыва шины. При поворотах, торможении и приложении усилий резина шины становится мягче, чтобы улучшить сцепление.

Однако в графеновой промышленности существуют экологические и безопасностные проблемы, а также низкий уровень производства, высокие технические требования и высокие затраты, что ограничивает применение этого материала в шинах. 3 августа 2016 года компании Sentury и Huagao Graphene официально подписали контракт на разработку и производство графеновых статически проводящих шин на заводе Qingdao Sentury Tire Co., Ltd.

Тот, кто сможет совершить второй прорыв в шинной индустрии после радиальных шин Michelin, имеет потенциал стать новым лидером шинной отрасли в будущем. Шинная индустрия, которая не имела значительных прорывов в течение десятилетий, срочно нуждается в компаниях, которые возьмут на себя инициативу и призовут к действиям.