Зимние шины, несмотря на внешнюю простоту, представляют собой сложный высокотехнологичный продукт, вобравший множество технологий из различных отраслей науки. Как это воплощается на практике, читайте в нашем материале
Создать шину для холодного сезона несоизмеримо сложнее, чем для теплой погоды и прогретого асфальта, – слишком много противоположных задач встает перед конструкторами. Как сделать такую мягкую и эластичную резину, чтобы она не дубела на сильном морозе и при этом не стиралась в оттепель, словно ластик? Как разработать протектор, нарезанный на множество канавок и ламелей с цепкими кромками, но чтобы в поворотах он не «гулял» как пудинг на тарелке? Как создать шип, который легко вгрызается в лед, но и асфальт не портит? И это лишь малая часть дилемм.
Опыт и мастерство разработчиков направлены на поиски компромиссов, которые позволили бы воплотить одни качества без ущерба для других: эластичность и морозоустойчивость без потери износостойкости, цепкость на рыхлом снегу не в пику быстрому разгону и торможению на сухом асфальте, «зубастость» протектора не во вред виброакустическому комфорту – и так до бесконечности…
Для шинников синонимом удачного компромисса различных характеристик стало слово «сбалансированность». Хорошо сбалансированная шина гарантирует надежное и безопасное передвижение на разных типах зимней поверхности – в глубоком снегу, на скользком льду и накате, на мокром и сухом асфальте. От «арктических» шин, созданных для регионов, где столбик термометра часто опускается ниже -15 градусов, требуется наивысшая способность к компромиссам: их начинают эксплуатировать, когда последние осенние «плюсовые» дни чередуются с заморозками, затем шины борются с морозами, снегом и льдом, сменяющимися весенней слякотью, а после – и прогретым асфальтом. Моделям для мягкой «европейской» зимы в какой-то мере проще – меньше диапазон рабочих температур, реже встречаются снег и лед, а значит, и не столь жесткие требования к универсальности.
В рекламных буклетах, пресс-релизах нередко расписываются достоинства всего одной-двух, изредка трех технологий (новой и продвинутой) как основной ударной силы конкретной зимней модели. Допустим, показываются преимущества шипа с твердосплавным наконечником сложной многогранной формы, особым рисунком протектора, резиновой смесью с неким наполнителем и т.п. Что делать – маркетинг!
И здесь важно понимать, что одна или две даже самые невероятные технологии не способны обеспечить прорывные характеристики и явное преимущество шины на фоне конкурентов, поскольку еще одна сторона искусства компромисса заключается в синергии всех деталей и компонентов покрышки. Даже самый совершенный шип не будет гарантией должных характеристик без совместной работы с резиновой смесью и кромками протектора, без правильного распределения массы в пятне контакта, то есть оптимальной внутренней конструкции. Шинная индустрия знает немало примеров, когда грамотный подбор проверенных компонентов без новейших «эксклюзивных» технологий обеспечивал лучшую сбалансированность шины, чем ставка на новую ударную «фишку» при прочих скромных характеристиках. Справедливо и обратное – добавление новой изюминки к отлично проявившей себя шине позволяло получить нового лидера рынка.
Важным компонентом зимней «арктической» шины считаются шипы. Специалисты полагают, что именно шипованная резина является универсальным ответом на типичную русскую зиму с характерными снегопадами, частым гололедом и нередкими морозами, причем даже в условиях большого города, где регулярно чистят дороги.
Одна из задач и, соответственно, отдельный раздел технологий, связанных с шипами, это улучшение проникновения в лед и увеличение сцепных свойств. Большинство производителей решают проблему за счет работы над формой твердосплавного наконечника, экспериментируя с количеством и линиями граней, и дело доходит до весьма сложных конфигураций. К примеру, основная часть наконечника шипа Ice Force от Toyo в новой шине Observe Ice-Freezer получила пятиугольную форму, а на ее вершине расположен дополнительный квадратный выступ, что позволило получить относительно острую верхушку и большое количество сцепных кромок. А Pirelli в модели Ice Zero применяет «двойной шип», сердечник которого словно составлен из двух многоугольников. В гонке за разнообразием форм на сегодняшний день, пожалуй, дальше других пошла компания Nokian, использовав в шине Hakkapeliitta 9 сразу два типа шипов. В центральной зоне у нее расположены «проникающие» шипы с острым «клювом» сердечника, работающие в основном в продольном направлении, а в наружной плечевой зоне располагаются шипы с трехгранным сердечником, обеспечивающие устойчивость к боковым нагрузкам.
Однако некоторые фирмы демонстрируют едва ли не противоположный подход. Компания Michelin уже долгие годы остается верна простому круглому сердечнику, добиваясь высокой эффективности другими способами. В новой шине X-Ice North 4 корпус шипа напоминает раллийный: верхний фланец сильно заужен, и его края не упираются в лед, позволяя наконечнику глубже погружаться в поверхность; еще одно отличие – стальной корпус вместо повсеместно распространенного алюминиевого. И главное, компания решила победить количеством: в указанной модели рекордное число шипов – 250 штук для распространенного типоразмера 205/55 R16, а в крупных шинах и того больше. Оба подхода пытается совместить Continental – концерн предложил экспериментальный шип с резиновым корпусом, который за счет упругой деформации также позволяет наконечнику сложной многогранной формы глубже проникать в лед, а заодно шип меньше «стучит» о дорогу.
В погоне за проникающей способностью шипа разработчикам надо достичь очередного компромисса – между сцепными свойствами на скользкой поверхности и сохранением асфальтового покрытия. Эта же дилемма относится и к законодателям. В ряде стран шипы просто запретили, в других поначалу резко ограничили их количество. Но тут возникла проблема сохранить целыми не только дороги, но и самих водителей, поэтому стороны пришли к опять-таки компромиссному решению: оставили количество шипов на совести производителя при условии прохождения теста на «царапание» специальных гранитных плиток. Достичь мягкого взаимодействия шипов с дорожным полотном удается благодаря упругой резиновой смеси, как у той же французской X-Ice North 4, или, например, амортизирующих подушек под шипами – фирменной «фишки» Nokian, а также продуманной схеме ошиповки.
Серьезной проблемой для шинников стало удержание шипов в протекторе, что особенно важно для России. Производители прямо указывают, что наши водители обычно пренебрегают щадящей обкаткой, которая дает шипам правильно «усесться» в посадочных гнездах, любят резкие маневры, разгоны и торможения, и это тоже не прибавляет шипам долголетия. Как правило, меры здесь достаточно стандартны: увеличивается нижний фланец шипа, работающий как якорь, порой его помещают в нижний подпротекторный слой, выполненный из прочной жесткой резины. Одновременно оптимизируется форма корпуса шипа, чтобы снизить его раскачку и разбалтывание, заодно под форму и размер точно подгоняется посадочное гнездо. Радикально решить проблему пока удалось только в Continental, где догадались буквально впаивать шип во время вулканизации с помощью термоадгезивного покрытия.
На сегодняшний день шинники разобрались с большинством проблем у шипованных шин: они уже не скользят подобно конькам на сухом и мокром асфальте, вписываются в безопасные нормы по тормозному пути и маневрированию, меньше шумят и не так жестоки к дорожному покрытию. Одно существенное но – это относится к моделям премиум-сегмента и верхушке «второй линейки». А вот некоторые откровенно бюджетные шины на испытаниях могут и проиграть топовым фрикционным моделям.
Зимний рисунок протектора отличается от летнего обилием сцепных кромок, которые образуются краями отдельно расположенных блоков с острыми гранями и выступами, а также ламелями – узкими канавками, разрезающими блоки. Чаще в зимних моделях используется симметричный направленный рисунок протектора, который эффективнее прочих удаляет воду, слякоть и снег.
И тут возникает очередная тема для компромисса: с одной стороны, чем больше «нарезан» протектор, тем больше у него кромок для трения о снег и лед, а также канавок для удаления воды. С другой же стороны, получившаяся конструкция достаточно нестабильна и порождает «гуляние» обода колеса относительно пятна контакта, проблему усугубляет и мягкая резиновая смесь. Нестабильный протектор провоцирует замедленные реакции на руление, неспособность четко держать заданную траекторию, разболтанность при поворотах и перестроениях, а также ухудшение разгонно-тормозных характеристик.
Названия технологий, позволяющих решить эту проблему, у компаний разные, но суть одна – надо зафиксировать чересчур подвижные элементы, «привязав» их к соседним. Широко распространенные 3D-ламели имеют взаимопроникающие элементы на внутренних стенках – чаще в виде пирамидок, а также полукруглых элементов и их сочетаний. Кроме того, могут применяться ламели, не полностью, а частично разрезающие блок, либо уходящие вглубь узкими плоскими «щелями». Между блоками располагаются «мостики»-перемычки, используются и выступы-фиксаторы, тормозящие блоки друг о друга.
Переосмысливается и сам рисунок протектора. Производители все чаще отказываются от концепции небольших отдельных блоков в пользу объединения их в массивы за счет общих элементов и деталей – например, когда длинные блоки сходятся в центре в единое продольное ребро. Наглядным образцом практически всех перечисленных технологий может служить новая Nokian Hakkapeliitta R3.
Шины для «европейской» зимы внешне отличаются от «арктических» главным образом скругленной, как у летних моделей, плечевой зоной (вместо «зубастой» с грунтозацепами), позволяющей быстрее и точнее проходить повороты. Аналогичные технологии блокировки ламелей и блоков вместе с более жесткой резиновой смесью дают возможность этим шинам демонстрировать заметно лучшую управляемость и курсовую устойчивость на фоне более высокого индекса скорости. Но здесь компромисс иного рода – расплачиваться приходится ограниченными регионами использования, где температура редко опускается ниже -15 градусов.
Ни шипы, ни самый «зубастый» протектор (и даже вместе) не способны эффективно работать на зимней дороге без соответствующего состава резины. Главное требование к резиновой смеси – эластичность. Она должна сохранять гибкость и податливость даже при сильном морозе и заполнять собой микронеровности льда или промерзшего асфальта, чтобы обеспечить надежное сцепление. Основным компонентом смеси, решающим эту задачу, практически все производители выбрали диоксид кремния, больше известный по пресс-релизам и рекламным материалам как силика.
Представьте себе очень мягкое резиновое «желе», которое идеально прилипает к дороге, но моментально истирается да еще трясется, уводя машину с траектории. И вот здесь наступает момент истины для настоящих мастеров компромисса. Они с помощью полимеров, различных наполнителей, масел, пластификаторов готовят оптимальный рецепт смеси, которая, сохраняя цепкость, остается устойчивой к истиранию, меньше подвержена естественному старению и рассыханию, но достаточно жесткая, чтобы исключить «гуляние» протектора. Именно такие рецепты составляют главную коммерческую тайну компаний. Известны случаи, когда недобросовестные производители пытались точно скопировать рисунок протектора успешных моделей, но даже близко не смогли приблизиться к ним по ездовым характеристикам без обладания рецептурой смеси.
В наши дни шину вряд ли выпустят на дороги без соблюдения экологических требований. Это еще в недавнем прошлом взвесь резиновой пыли возле трасс представляла собой настоящий канцерогенный коктейль – сейчас ситуация несколько улучшилась. В частности, вредные высокоароматические масла повсеместно меняют на натуральные низкоароматические, например, рапсовое у Nokian и даже апельсиновое у Yokohama. К слову, здесь нет никакой экзотики, просто апельсиновое масло по своей формуле близко к каучуку и отлично смешивается с ним.
При разработке нешипованных шин производители ищут дополнительные нестандартные способы улучшения сцепления с гладкой скользкой поверхностью. Один из вариантов – добавление в смесь микроабразивных элементов. Самый необычный подход тут, пожалуй, у Toyo – там подмешивают в резину измельченную скорлупу грецкого ореха. Такой выбор японцы объясняют натуральным происхождением продукта и, соответственно, заботой об экологии. Но важнее то, что при оптимальной форме для «вгрызания» в поверхность частицы ореха прочнее льда, но мягче асфальта и не способны повредить дорожное покрытие. Эта технология Microbit изначально создавалась для Японии, где шипы запрещены, но потом была применена в новой шипованной шине для рынков России и Скандинавии. В резиновой смеси у упомянутой выше новинки сезона Nokian Hakkapeliitta R3, как и у ее предшественницы R2, используются микроабразивные острые частицы Cryo Crystall 3, которые, по утверждению финнов, тоже нейтральны к окружающей среде.
Еще один нестандартный подход к борьбе со скольжением – с помощью микрополостей в составе резиновой смеси, которые вбирают в себя скользкий микрослой воды, образующийся от трения о лед, и немедленно отбрасывают его. Такую «губку» задействуют две компании – Yokohama и Bridgestone. Разница в том, что «пузырьки» у Yokohama изнутри покрыты тончайшей жесткой оболочкой, которая при истирании проявляет дополнительный микрокромочный эффект, кроме того, компания добавляет в резину адсорбирующий воду гель.
В целом технологии шипованных и нешипованных шин движутся навстречу друг другу. Шипы научились не скользить и мало шуметь на чистом асфальте, а фрикционные шины увереннее чувствуют себя на льду и снежном накате. А значит, расширился выбор и у автовладельцев.
