У зимних шипованных шин много минусов. Они разрушают дорожное покрытие. Они шумные. Они не слишком хороши на сухом и мокром асфальте. Но ничего лучше хорошей «шиповки» для движения по гладкому, как зеркало, льду человечество пока не придумало.

Амортизаторы шипов в шине Nokian Hakkapeliita 7 гасят вибрации и оптимизируют давление на поверхность дороги. Участок протектора с открытыми воздушными камерами при касании дороги перед шипом становится жестким и удерживает шип в вертикальном положении. Когда шип отрывается от дороги, камеры открываются, и смягчившаяся шашка с легкостью рассеивает накопившуюся энергию сжатия.
Шестигранный шип шины Hakkapeliitta 7 последнего поколения — результат многих лет исследований и разработок. Круглый шип зимних шин Nokian Hakkapeliitta второго поколения.

Вообще говоря, шипы появились намного раньше автомобилей. Еще вначале XIX века, когда основным колесным транспортом были повозки на конной тяге, кузнецы додумались до способа улучшить их проходимость по обледеневшим дорогам: в кожаные накладки колес они вбивали обычные гвозди. С появлением пневматических шин этот способ канул в Лету, однако проблема сцепления колес с зимней дорогой для автомобилей стала еще более актуальной, и шипы вновь заняли свои места на колесах. Хотя, конечно, за прошедшее время они изменились весьма значительно.

От гвоздиков до якорей

Конструкция шипов начиналась с простых «гвоздиков» со шляпкой-фланцем, которая удерживала шип в шине. Правда, не всегда достаточно прочно — в процессе эксплуатации шипы имели тенденцию вылетать (до половины за сезон). Поскольку это напрямую сказывалось на эксплуатационных качествах зимних шин, разработчики стали искать способы увеличить прочность крепления. Так появились многофланцевые шипы — твердосплавные стерженьки в корпусе из мягкой стали или алюминиевого сплава, прочно сидящие в протекторе шины. Такая технология в настоящее время позволила довести потерю шипов до вполне приемлемых значений. Чтобы еще больше уменьшить это значение, производители изобретают различные способы крепления — от развитых фланцев сложной формы, как в шине Nokian Hakkapeliitta7, где он восьмиугольный, до якорной посадки шипов, где они удерживаются на месте более плотным и жестким нижним слоем протектора, как в Goodyear UltraGrip Ice Arctic.

Квадратура круга

Форма шипов тоже со временем претерпела весьма значительную эволюцию. Пару десятков лет назад никто не мог себе даже представить, что твердосплавная часть шипа может быть какой-то иной, кроме как круглой в сечении. Такие шипы, разумеется, дешевы и технологичны, однако производители обратили внимание, что направление нагрузок, которым подвергается вставка в разных режимах вождения, довольно сильно варьируется. Это навело инженеров на мысль, что гораздо правильнее делать такую вставку в сечении не круглой, а многоугольной формы. Та же Nokian в четвертом поколении своих знаменитых шин Hakkapeliitta4 перешла от круглой вставки к квадратной, а еще через одно поколение — в Hakkapeliitta7 — вместо квадратов появились вытянутые поперек направления хода шестиугольники. Шипы в шинах ContiIceContact имеют Х-образное сечение («Бриллиант плюс»), а в Goodyear UltraGrip Ice Arctic — форму кругового сегмента. Такой подход позволяет серьезно улучшить ряд характеристик — время разгона на льду и тормозной путь сокращаются весьма значительно — на 10% или даже более.

Тише, пожалуйста!

Один из главных недостатков, присущих шипованным шинам, — генерируемый ими низкочастотный шум и"цоканье". Пневматическая шина, заполненная воздухом, — хороший акустический резонатор, усиливающий колебания шипов, возникающие при их контакте с твердым дорожным покрытием. К тому же зимние шины обычно имеют более развитый протектор с большим количеством блоков и ламелей, что также приводит к большему уровню шума.

Для уменьшения этого эффекта существует несколько ухищрений. Сейчас практически все производители делают блоки протектора разной формы, канавки прорезают под разными углами, чтобы избежать усиления шума в результате акустического резонанса. Помимо этого, шипы стараются распределять по поверхности шины таким образом, чтобы они не «ступали след в след»: это уменьшает резонанс и к тому же увеличивает сцепные свойства, поскольку при вращении шины шипы цепляются за чистый, еще не раскрошенный лед. Кардинальнее всех поступили инженеры Nokian, которые решили бороться с первопричиной шумов, оснастив каждый шип амортизирующим основанием Eco Stud, которое демпфирует вибрации, а заодно и обеспечивает правильное давление шипа на поверхность. А рядом с шипом расположены воздушные амортизаторы — три открытые снаружи полости. Когда шашка протектора касается дороги, отверстия закрываются, и воздушная камера становится упругой, образуя надежную опору для шипа. Участок протектора с воздушными амортизаторами отрывается от земли раньше шипа. Отверстия открываются, воздух получает возможность свободно выходить из камер, и протектор становится мягким. Соскакивая с дороги, шип ударяется в мягкую область, и энергия сжатой резины рассеивается воздушным амортизатором, вместо того чтобы передаться на резонирующие борта.

Не в количестве счастье

Второй основной недостаток шипованных шин состоит в том, что они разрушают не только лед, но и дорожное покрытие. Именно по этой причине во многих европейских странах, таких как, например, Германия, шипованные шины просто запрещены. И даже в Скандинавии, где покупатели зимой предпочитают ездить именно на шипованных шинах, задумались об этой проблеме. В частности, с 2013 года в Финляндии и Швеции вводятся новые экологические стандарты, которые ограничивают количество шипов до 50 единиц на метр окружности (TSFS2009:90). Впрочем, это совершенно не означает, что эксплуатационные свойства шин от этого станут хуже, — просто инженерам придется придумать что-нибудь новое.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2012).