Зачем производители приклеивают «поролон» внутрь автомобильной шины

Если снять с диска некоторые шины с заводской системой снижения шума, внутри обнаружится неожиданная деталь. К внутренней поверхности покрышки приклеена толстая полоса пористого материала, которая со стороны действительно напоминает обычный «поролон». На деле это специально подобранная полиуретановая пена, и появилась она там после вполне серьёзных акустических расчётов.

Такие решения встречаются у Continental, Michelin, Pirelli и других производителей, а особенно заметную роль они получили с распространением электромобилей, где привычного шума двигателя почти нет. Зачем шине понадобилась мягкая вставка, почему её клеят именно под протектором и какой звук производители пытаются поймать внутри колеса, становится понятнее, если заглянуть в физику самой покрышки.

Шина внезапно превращается в музыкальный инструмент

Если автомобильная шина лежит на складе, ничего музыкального в ней не происходит. Резина, корд, протектор, герметичный внутренний слой. После установки на диск внутри появляется замкнутая кольцевая полость, заполненная воздухом под давлением, а такая конструкция уже умеет резонировать.

Во время движения протектор постоянно деформируется. Стык асфальта, мелкая выбоина, шершавое покрытие, каждый такой контакт слегка толкает конструкцию шины и воздух внутри неё. На определённых частотах колебания начинают складываться особенно удачно, и вместо набора слабых вибраций получается вполне заметный низкочастотный гул.

Michelin сравнивает этот эффект с барабаном. Мембрана получает удар, воздушная полость подхватывает колебания и усиливает часть частот. В шине вместо барабанной палочки работает дорога, а вместо музыки пассажиры получают монотонный фон, который через диск, ступицу и подвеску добирается до кузова.

Для некоторых шин особенно заметная зона такого резонанса находится примерно около 170-230 Гц, хотя конкретная частота зависит от размера колеса, конструкции шины и автомобиля. Это уже вполне слышимый диапазон. Причём источников в машине обычно четыре, и каждый стоит прямо на дороге.

Что именно делает поролон внутри шины

На вид материал действительно легко принять за обычный мебельный поролон. У Continental используется специальная полиуретановая пена, приклеенная к внутренней поверхности шины в районе протектора. Michelin применяет похожий принцип в технологии Acoustic Technology, у Pirelli система называется PNCS.

Работает материал довольно приземлённо. Звуковая волна попадает в структуру с множеством открытых пор, воздух начинает двигаться по мелким каналам, а часть энергии колебаний рассеивается. Воздушная полость перестаёт так охотно подхватывать резонанс, поэтому характерный гул становится слабее.

Примерно по той же причине в помещениях с хорошей акустикой стараются не оставлять голые твёрдые стены. Только здесь «комната» круглая, вращается с огромной скоростью и несколько сотен раз в минуту получает новые удары от дороги. Поролон в такой конструкции выполняет роль компактного акустического поглотителя.

Continental для технологии ContiSilent заявляет снижение наиболее неприятных компонентов внутреннего шума до 9 дБ(A), хотя результат зависит от автомобиля, скорости и покрытия. Michelin для своей Acoustic Technology говорит примерно о 20-процентном снижении воспринимаемого шума в определённых условиях испытаний. Ставить эти цифры рядом как прямое сравнение производителей некорректно, поскольку методики и измеряемые показатели различаются.

Почему нельзя просто сделать шину мягче

На бумаге решение напрашивается само. Если проблема начинается с ударов протектора о дорогу, можно взять резину помягче и заставить саму покрышку съедать больше вибраций. Только у автомобильной шины есть ещё пачка обязанностей, и каждая начинает тянуть конструкцию в свою сторону.

Протектор должен держаться за сухой и мокрый асфальт, тормозить, отводить воду, не перегреваться и нормально переживать десятки тысяч километров. Боковина отвечает за свою часть работы, каркас за свою. Сильное изменение одного параметра легко вылезает в другом месте, например в управляемости, сопротивлении качению или износе.

Поэтому производители работают с шумом сразу на уровне конструкции. Continental меняет расположение и углы блоков протектора, чтобы удары о дорогу не повторялись с одним и тем же ритмом. Michelin тоже варьирует элементы рисунка, поскольку регулярная последовательность одинаковых блоков охотнее создаёт выраженный тон.

Пена внутри шины занимается уже другим участком этой цепочки. Часть шума стараются приглушить ещё в момент контакта протектора с дорогой, а оставшийся резонанс ловят внутри воздушной полости. Получается довольно инженерный подход к проблеме, которая со стороны выглядит как кусок губки, приклеенный к резине.

Почему такие шины особенно пригодились электромобилям

Двигатель внутреннего сгорания много лет бесплатно маскировал приличную часть автомобильных звуков. Работает мотор, шумит выпуск, трансмиссия добавляет свой фон. На этой звуковой каше умеренный гул от шин не всегда выбивается вперёд.

У электромобиля привычный фон заметно тише, особенно на городской скорости. Поэтому наружу начинают вылезать звуки, на которые в обычной машине водитель мог почти не обращать внимания. Становятся заметнее шины, аэродинамический шум, подвеска и мелкие вибрации кузова.

Есть и другой момент. Электромобили часто тяжелее сопоставимых машин с ДВС из-за тяговой батареи, а высокий крутящий момент дополнительно нагружает шины. Производителям приходится одновременно думать о ресурсе, сопротивлении качению, сцеплении и акустическом комфорте, поэтому решения вроде внутренней пены оказались здесь особенно к месту.

Сама технология появилась не исключительно ради электрокаров и спокойно используется на машинах с обычными двигателями. Просто тихая силовая установка стала для шинного гула хорошим увеличительным стеклом. То, что раньше пряталось за мотором, теперь слышно куда отчётливее.

Почему пена лежит именно под протектором

При первом знакомстве с такой шиной возникает логичная мысль: если пористый материал гасит звук, можно было бы оклеить им всю внутреннюю поверхность. Производители идут аккуратнее и размещают поглотитель в рабочей зоне под протектором, где он влияет на нужные колебания воздушной полости.

У этой вставки есть свои параметры. Толщина, плотность, площадь, пористость и положение материала подбираются под конструкцию шины и частоты, которые требуется приглушить. Поэтому внешне простая полоса пены на деле является частью рассчитанной системы.

Домашний вариант в духе «купить лист поролона и приклеить самому» здесь быстро сталкивается с механикой вращающегося колеса. Материал должен выдерживать температуру, центробежные нагрузки и постоянные деформации, а его масса должна распределяться достаточно равномерно. Отклеившийся кусок внутри колеса способен устроить шиномонтажнику намного более насыщенный рабочий день, чем хотелось бы владельцу.

Заводская конструкция учитывает эти вещи ещё при разработке. Continental отдельно указывает, что штатный слой ContiSilent не должен менять заявленные характеристики шины по торможению, управляемости, ресурсу, грузоподъёмности и допустимой скорости. Пена здесь работает только со своей акустической задачей.

Этот поролон не спасает от прокола

Внутренний слой легко принять за какую-нибудь хитрую защиту от гвоздей. Особенно у Continental, где рядом существуют названия ContiSilent и ContiSeal. Звучат похоже, внутри покрышки действительно присутствует дополнительный материал, а задачи у технологий совершенно разные.

ContiSilent использует акустическую пену и работает с резонансом. ContiSeal устроена иначе: внутри шины находится вязкий герметизирующий слой, который способен закрыть отверстие после небольшого прокола в зоне протектора. Внешне обе идеи выглядят как вмешательство во внутреннюю часть шины, отсюда и постоянная путаница.

У Michelin ситуация похожая. Acoustic Technology отвечает за снижение шума, а Selfseal создана для герметизации некоторых проколов. Сам по себе полиуретановый звукопоглотитель не превращает обычную шину в RunFlat и никак не обещает счастливого возвращения домой после встречи с крупным саморезом.

Поэтому при покупке такой покрышки стоит смотреть именно на маркировку технологии. Пена внутри говорит об акустическом исполнении, а способность продолжать движение после повреждения или самостоятельно герметизировать прокол требует совсем других конструктивных решений.

Continental и Michelin тут далеко не единственные

Когда такая шина впервые попадается на глаза, конструкцию легко принять за экзотическую фишку одного производителя. На деле похожую идею используют сразу несколько крупных шинных компаний. Названия разные, физика у всех примерно одна.

Pirelli выпускает шины с системой PNCS, Pirelli Noise Cancelling System. Внутри также находится звукопоглощающий материал, который работает с резонансом воздуха в полости колеса. Компания указывает снижение внутреннего шума примерно на несколько децибел в зависимости от применения.

Hankook применяет похожие решения в части своих тихих шин, в том числе рассчитанных на электромобили. Там тоже используется полиуретановый звукопоглощающий материал, который помогает сбить выраженный резонансный пик. За последние годы такая конструкция перестала выглядеть какой-то лабораторной диковинкой.

В результате одна из любопытнейших деталей современной покрышки скрывается там, куда владелец автомобиля почти никогда не заглядывает. Снаружи дорогая шина выглядит привычно, а внутри может быть приклеена здоровенная полоса того, что любой человек назовёт поролоном. И за этой довольно бытовой картиной стоит вполне серьёзная акустика.