Умные шины: как датчики следят за давлением и износом

В первые годы после своего появления автомобильные шины выполняли лишь первоочередные задачи – обеспечивали сцепление с дорогой, отвечали за тормозные свойства, разгон и управляемость. В дальнейшем производители стали уделять внимание и многим второстепенным характеристикам – топливосберегающим свойствам, износостойкости, акустическому комфорту, устойчивости к аквапланированию и др. По мере развития шинных технологий не только усложнялась конструкция, состав и дизайн автошин, но и расширялся их функционал. На сегодняшний день автомобильные шины – это не просто резиновые «баллоны», которые отделяют машину от асфальта. Это многофункциональные изделия, способные обеспечивать обратную связь и предоставлять ценную служебную информацию водителям или операторам транспортных компаний.

Речь идет о так называемых «умных» шинах. В отличие от обычных покрышек, такие модели оснащаются специальными датчиками, которые могут считывать различные параметры и передавать эти сведения на бортовой компьютер, смартфон пользователя или на облачный сервер. В чем их особенности, преимущества и практическая польза? Предлагаем рассмотреть подробнее.

Что умеют «умные» шины

Функциональные возможности смарт-шин могут существенно различаться, в зависимости от конкретной модели и производителя. Элементарный пример таких покрышек – это шины с датчиками давления TPMS, которые могут определять давление в колесах и передавать эту информацию на приборную панель автомобиля. Эта технология уже нашла повсеместное применение – ее часто используют в автошинах RunFlat, которые способны выдерживать сквозные проколы и могут работать даже при нулевом давлении. В данном случае технология TPMS становится не прихотью, а необходимостью – это связано с тем, что без датчиков давления водитель может не заметить прокол вовремя, из-за чего может быть превышен допустимый лимит пробега на проколотых Runflat-шинах (около 80-100 км).

Но измерение давления с помощью датчиков TPMS – не единственное, что умеют современные «умные» автошины. Благодаря современным технологиям, такие покрышки могут анализировать и передавать информацию о таких параметрах:

• Температура. Чрезмерный нагрев резины в определенных обстоятельствах может приводить к серьезным последствиям, вплоть до многократного ускорения износа или полного разрушения покрышек. В частности, это касается гоночных и UHP-шин, которые имеют высшие индексы скорости и могут использоваться при скоростях до 270-300 км/час или даже выше. При столь быстрой езде резина интенсивно греется, что может влиять на ее характеристики. Умные шины с температурными датчиками позволяют вовремя замечать перегрев и принимать соответствующие меры – сбавлять скорость, регулировать давление или вовсе совершать вынужденную остановку.
• Износ протектора. Как правило, износ покрышек определяют двумя способами – с помощью измерительных инструментов (чаще всего – штангенциркулей) или с помощью специальных индикаторов на протекторе. В уже существующих моделях смарт-шин это делается намного проще, эффективнее и точнее – с помощью встроенных датчиков. Они анализируют текущую высоту протекторных блоков в миллиметрах или долях дюйма, и передают эту информацию на бортовой компьютер. При этом водитель может в режиме реального времени видеть, насколько изношены шины на каждом колесе, и даже определять, насколько равномерно они истираются.
• Состояние дороги. Чтобы проанализировать состояние дорожного полотна, в смарт-шинах могут использоваться специальные датчики, которые измеряют локальные перегрузки и перепады давления в протекторной зоне. Например, если на отдельных участках протектора фиксируются резкие всплески внешнего давления, это может указывать на то, что колесо движется по дороге с различными неровностями – выбоинами, кочками и др. Анализ состояния дорожного полотна позволяет рационально выбирать скорость движения и корректировать график поездки – это может быть важно, например, для коммерческих автомобилей, автобусов или грузовиков.
• Сцепление с дорожным покрытием. Некоторые концептуальные модели смарт-шин способны определять даже тип дорожного покрытия – сухой или мокрый асфальт, бетон, грунт, лед, снег и др. Это делается с помощью сложных вычислений, при которых измеряется коэффициент трения между покрышками и дорожным полотном. Сопоставляя измеренное значение с заранее известными шаблонными величинами, смарт-шины могут с высокой точностью определять, по какому покрытию автомобиль движется в конкретный момент. У некоторых «умных» покрышек (например, у концептуальных прототипов Pirelli) эта информация передается на бортовой компьютер машины и используется для корректировки скорости, стабилизации поперечной устойчивости, выбора оптимальной передачи и др.

Как «умные» шины взаимодействуют с автомобилем

Одной из главных проблем, стоявших перед производителями при разработке смарт-шин, была передача данных от датчиков на бортовые компьютеры автомобилей. Соединить их проводами невозможно по очевидным причинам – колесо является движущейся вращающейся частью автомобиля, и в этом случае крайне сложно реализовать надежное проводное соединение. Очевидно, что единственным вариантом остаются беспроводные каналы передачи данных. Именно их (радиодатчики или bluetooth-модули) используют большинство шинных компаний при проектировании «умных» покрышек.

Но в некоторых реализациях используются и более экзотические решения. Например, известны концепты смарт-шин, в которых электрические сигналы передаются через специальные электропроводящие слои в протекторах шин.

Информация с датчиков может передаваться не только на бортовой компьютер машины, но и в облако. Это особенно актуально, если речь идет о грузовом или коммерческом транспорте, над которым осуществляется строгий мониторинг. В этом случае служебная информация с «умных» шин (давление, температура, износ и прочее) загружается на сервер, после чего операторы могут анализировать ее и объективно оценивать состояние колес в грузовых автомобилях. Когда речь идет о больших автопарках из десятков или сотен автомобилей, это значительно облегчает рутинные работы – измерение давления, замер остаточной высоты протекторов и др. Вместо того, чтобы измерять все эти параметры вручную, работники транспортных компаний могут считывать их с датчиков смарт-шин, причем сразу со всех обслуживаемых автомобилей.

Какую пользу дают «умные» шины

Преимущества использования смарт-шин заключаются в следующем:

• Безопасность. Современные «умные» шины способны предупреждать водителей о потенциальных угрозах – например, если покрышки сильно перегреты, приспущены или изношены до критического уровня.
• Экономия. С помощью смарт-покрышек можно тщательно контролировать давление в колесах и держать его на заданном уровне. Это важно с точки зрения экономии топлива, поскольку при пониженном давлении увеличивается расход горючего.
• Удобство обслуживания автотранспорта. Анализируя информацию с датчиков смарт-шин, можно прогнозировать, сколько километров они смогут прослужить до окончательного износа, и таким образом спрогнозировать ориентировочную дату их замены.

Основным недостатком таких шин в данный момент является их дороговизна и дефицитность. Технологии «умных» покрышек еще находятся на этапе развития, и производителям еще предстоит решить множество проблем. Но их массовое внедрение в быт автовладельцев, очевидно, не заставит себя ждать.