Умные шины на 3D-принтере

В 2017-м году французская компания Michelin представила технологию умных шин, которая включает в себя датчики и анализ данных из них — для повышения эффективности и безопасности. У модели Michelin Pilot Sport 4S Connected они в режиме реального времени отслеживают давление, температуру и износ резинового материала. Эта информация передается в мобильное приложение, предоставляя водителям точные данные для оптимального обслуживания протекторов. И это — только начало реального воплощения инноваций, результатом которых станет так называемая «Индустрия 4.0».

Количество электромобилей в мире выросло с 1,9 миллиона в 2015 до 16,5 миллиона в 2021 году.

Зачем погоня за инновациями

Лидеры мирового рынка шин побуждают друг друга инвестировать в научные исследования и внедрять технологические инновации по нескольким ключевым причинам:

• В шинной промышленности есть высокая конкуренция: крупные производители соревнуются за долю рынка. Внедрение технологических инноваций позволяет дифференцировать продукцию, получить конкурентное преимущество и привлечь потребителей, ищущих расширенные функции.
• Растут ожидания покупателей по безопасности, эффективности и экологичности. Производители инвестируют в исследования и разработки, чтобы оправдать или превзойти эти ожидания, гарантируя — их продукция отвечает предпочтениям водителей и требованиям рынка.
• Суровые правила эффективности топлива, выбросов и стандартов безопасности также побуждают производителей к технологическим инвестициям. Разработка инновационных решений помогает отвечать нормативным требованиям и обеспечивать соответствие продуктов стандартам.
• Растущая обеспокоенность воздействием на окружающую среду побуждает шинные бренды инвестировать в исследование экологически чистых материалов, производственных процессов и возможностей переработки. Зеленые технологии способствуют положительному корпоративному имиджу.
• Поскольку транспортные средства становятся все более технологически продвинутыми, шинные компании внедряют инновации, чтобы отвечать конкретным требованиям современных автомобилей, включая электрические, гибридные и автономные транспортные средства.
• Разработка инновационных технологий шин, улучшающих топливную эффективность, приводит к долгосрочной экономии затрат для потребителей. Эта экономическая эффективность становится преимуществом при продаже и способствует лояльности клиентов к шинной марке.
• Чтобы адаптироваться к меняющейся рыночной динамике, лидеры шинного производства инвестируют в исследования, — чтобы понимать и реагировать на изменение поведения покупателей, бурные экономические условия и особенности рынков развивающихся стран.
• Технологические инновации повышают репутацию бренда. Восприятие компании как лидера отрасли шинных технологий привлекает потребителей и добавляет аргументы при обсуждении партнерства с производителями автомобилей, укрепляя внешний положительный имидж.

Указанными областями очерчены главные направления, по которым в ближайшее время будут идти мнения ведущих шинных инженеров.

Путь от Инновации до Магазина

В шинной промышленности инновации охватывают концептуализацию новых идей и их воплощение.

Идея

Начальный этап инноваций предполагает генерирование творческих идей для решения проблем или улучшения характеристик шин. Подразумеваются: повышение безопасности, долговечности, топливной эффективности, экологичности и общего опыта вождения.

Исследование и развитие

После разработки идеи производители шин инвестируют в масштабные исследования. Эта фаза подразумевает научные эксперименты, тестирование и анализ, чтобы усовершенствовать концепцию и обеспечить ее осуществимость в реальных производственных программах.

Технологическая реализация

Это — разработка и использование новых материалов, производственных процессов и функций в конструкции шин. К примеру, интеграция интеллектуальных датчиков, экологически чистых материалов или технологий безвоздушных шин представляет такую технологическую реализацию инновационных идей.

Прототипирование и тестирование

Производители создают прототипы, чтобы оценить практичность, долговечность и производительность концепций. Тщательное тестирование в разных условиях эксплуатации гарантирует — инновационные функции отвечают стандартам безопасности и обеспечивают желаемые преимущества.

Ввод на рынок

Это — массовое производство, распространение и маркетинговые усилия, чтобы сделать инновационные шины доступными водителям. Вывод на рынок инновационных продуктов является решающим аспектом общего инновационного процесса, а оценкой работы является годовой объем продаж.

Пример от Michelin

Модель шин Uptis от Michelin впервые показала себя на настоящей дороге в 2023-м . Прототип представляет собой безвоздушную шину, разработанную для устранения риска проколов и порезов. В покрышке используется уникальная структура, изготовленная из композитных материалов, выдерживающая вес автомобиля без надобности в давлении воздуха. Целью Uptis также является обеспечение не требующего технического обслуживания решения.

Эта инновация решает типичные проблемы — проколы, неравномерный износ и влияние утилизации шин на окружающую среду Michelin сотрудничает с производителями авто для тестирования и разработки модели Uptis, что свидетельствует об ощутимом шаге к практическому внедрению технологии безвоздушных шин.

Темп патентования ненадувных шин

Наш Топ-5 Ближайших Технологических Прорывов

Магазин «Shiny & Diski» предлагает собственный топ шинных инноваций, на которых трескается скорлупа.

• Безвоздушные шины

Безвоздушные шины, также известные как непневматические (NPT), являются типом шин, которые не зависят от давления воздуха для поддержания веса автомобиля. В отличие от традиционных пневматических шин, использующих заполненные воздухом камеры, безвоздушные имеют уникальную структуру, которая обеспечивает поддержку и амортизацию без необходимости закачки.

Функциональность

Безвоздушные шины имеют прочную, но гибкую структуру, которая поглощает удары и равномерно распределяет вес автомобиля. Вместо воздушного давления используются инновационные материалы и технологии для достижения требуемых свойств. Структура может быть разной, причем некоторые конструкции содержат решетку, обеспечивающую прочность и гибкость.

Преимущества

• Безвоздушные шины устойчивы к проколам и взрывам, поскольку в них отсутствуют заполненные воздухом полости.
• Отсутствие воздуха означает отсутствие необходимости в регулярных проверках давления или беспокойства относительно недостаточного или чрезмерного надувания.
• Прочные конструкции способствуют продлению срока службы и повышенной долговечности, благодаря чему безвоздушные шины подходят для пересеченной местности.
• Благодаря меньшей степени беспокойства по поводу утилизации шин и потенциала переработанных материалов, безвоздушные шины отвечают целям устойчивого развития.
• Прочная конструкция и устойчивость к проколам способствуют повышению безопасности на дороге, особенно в ситуациях, когда спущенное колесо может представлять угрозу.

Вызовы

• Достичь баланса между комфортной поездкой и крепкой структурой безвоздушных шин — сложно. Ранние конструкции подверглись критике за то, что обеспечивали более жесткую езду по сравнению с традиционными пневматическими шинами.
• Начальные прототипы безвоздушных шин часто были тяжелее традиционных, что влияло на экономию топлива. Текущие разработки направлены на решение этой проблемы.
• Сложная конструкция и специальные материалы, используемые в безвоздушных шинах, создают трудности в производстве и увеличивают затраты.
• Ограниченное внедрение в транспортные средства является проблемой, пока не достигнуто дальнейшее совершенствование и экономическая эффективность.

• 3D-печатные шины

Напечатанные на 3D-принтере шины предполагают использование технологий аддитивного производства для создания компонентов протектора слой за слоем. Этот инновационный подход отличается от традиционных методов, включающих формирование материалов. 3D-печать позволяет создавать сложные конструкции и настраивать их, открывая возможности для создания шин со специальными функциями, адаптированными к разным условиям вождения.

Слой материалов

Функциональность напечатанных на 3D-принтерах шин происходит от точного слоя материалов, что позволяет создавать индивидуальность рисунка на резине, а также — внутренние структуры и композиции Эта технология позволяет использовать передовые материалы — специализированные полимеры и композиты, — чтобы повысить рабочие характеристики сцепления, долговечности и экономии топлива. 3D-печать создает конструкции, которые невозможны для традиционных методов выпуска.

Преимущества

• 3D-печать настраивает дизайн шин на основе конкретных потребностей вождения, погодных условий и типов транспортных средств.
• Традиционные процессы производства шин создают значительные материальные отходы. 3D-печать может минимизировать их, используя только необходимые материалы для планируемого дизайна.
• Точный контроль, который предлагает 3D-печать, позволяет создавать усовершенствованные и уникальные рисунки протектора для оптимизации сцепления и производительности движения.
• Благодаря стратегии использования материалов во время 3D-печати можно получить легкие, но прочные конструкции шин, что будет способствовать улучшению топливной эффективности.
• Гибкость 3D-печати способствует быстрому созданию прототипов, позволяя производителям эффективно тестировать и корректировать проекты.

Вызовы

• Долговечность напечатанных на 3D-принтере шин зависит от использованных материалов и их способности выдерживать различные дорожные условия, температуры и износ.
• Хотя 3D-печать является преимуществом при создании прототипов, скорость крупномасштабного производства является проблемой, особенно по сравнению с традиционными методами.
• Начальное внедрение 3D-печати для производства достаточно ценно из-за использования специального оборудования и материалов. По мере распространения технологии затраты уменьшатся.
• Напечатанные на 3D-принтере шины должны пройти тщательные испытания и получить одобрение органов сертификации.

• Умные Шины Для Автономных Транспортных Средств

Это протекторы, которые оснащены передовыми сенсорными технологиями и системами связи, обеспечивающими мониторинг в реальном времени и обмен данными с бортовыми системами автомобиля. Эти шины играют решающую роль в повышении общей безопасности, производительности и эффективности автономных транспортных средств.

Интеграция датчиков

Умные шины включают датчики давления, температуры и износа протектора, чтобы постоянно контролировать состояние и производительность шины. Датчики передают данные в режиме реального времени на центральный процессор автомобиля. Связь с системами автономного вождения мгновенно корректирует сигналы в ответ на изменение дорожных условий, оптимизируя сцепление, стабильность и общую безопасность. Постоянный мониторинг состояния шин подразумевает потребности в их техобслуживании.

Преимущества

• Умные шины способствуют безопасности автономных транспортных средств, предоставляя данные о состоянии шин в режиме реального времени.
• Способность умных шин взаимодействовать с системами автономного вождения позволяет динамически корректировать команды на основе дорожных условий, обеспечивая оптимальную производительность.
• Заблаговременное решение проблем до того, как они станут критическими, увеличивает срок службы шин и снижает риск неожиданных поломок автомобиля в пути.
• Поддерживая оптимальное давление, разумные шины повышают топливную экономичность в автономных транспортных средствах.

Вызовы

• Интеграция разумных шин в системы автономных транспортных средств требует безупречной координации, что создает проблемы для производителей шин и транспортных средств.
• Использование передовых сенсорных технологий увеличивает общую стоимость разумных шин. Сбалансирование преимуществ и затрат должно обдумываться перед широким использованием.
• Непрерывный обмен данными между умными шинами и системами транспортного средства вызывает беспокойство относительно безопасности и конфиденциальности данных.
• Установка отраслевых стандартов для технологий разумных шин имеет важное значение для обеспечения совместимости между различными моделями транспортных средств и производителями шин.

• Биоразлагаемые Шины

Это тип шин из материалов, которые естественно разрушаются и разлагаются со временем с помощью биологических процессов. Такие разработки направлены на уменьшение влияния индустрии на окружающую среду, связанную с традиционной утилизацией шин.

Биополимеры 

Процесс производства биологически разлагаемых шин включает экологические методы и материалы для уменьшения общего влияния на окружающую среду. При этом разработка включает идею сохранения рабочих характеристик, подобных традиционным шинам.

Преимущества

• Цель биологически разлагаемых шин - минимизировать длительное влияние традиционной утилизации на окружающую среду, загрязняющей почву и воду.
• Использование биологически разлагаемых материалов поддерживает устойчивые и экологически чистые методы производства шин.
• Такие шины соответствуют концепции циркулярной экономики, где материалы предназначены для повторного использования и естественного разложения, уменьшают потребности в свалках.
• Производители улучшают имидж своего бренда, демонстрируя приверженность экологической ответственности, которая сейчас находится в тренде.

Вызовы

• Сбалансировать использование биоразлагаемых материалов с необходимой прочностью и характеристиками эксплуатации шин — очень сложно.
• Производство биологических шин дороже традиционного производства из-за использования специальных материалов. Цены могут повлиять на распространение этих моделей.
• Установка отраслевых стандартов для биошин имеет важное значение для обеспечения стабильного качества, безопасности и производительности для различных марок автомобилей.
• Необходимы учебные и маркетинговые усилия для преодоления потенциального сопротивления и укрепления доверия к производительности этих инновационных шин.

1. Энергогенерирующие Шины

Этот тип шин предназначен для превращения механической энергии, производимой при движении автомобиля, в электрическую. Инновация направлена на использование энергии, обычно расходуемой в виде тепла во время торможения и деформации шин.

Термоэлектрическая Технология

Энергогенерирующие шины содержат пьезоэлектрические материалы, которые превращают механическую энергию (от деформации шины или тепла) в электрическую. Ее можно использовать для питания бортовых систем: аккумуляторов, датчиков или даже электрических силовых установок в гибридных или электрических автомобилях. Такие шины способствуют работе систем рекуперативного торможения, повышая энергоэффективность автомобиля.

Преимущества

• Энергошины повышают энергоэффективность за счет использования энергии, которая иначе была бы потеряна в виде тепла во время движения и торможения.
• В электрических и гибридных машинах дополнительная электрическая энергия от шин потенциально увеличит запас хода к подзарядке.
• Энергогенерирующие шины уменьшают влияние на окружающую среду, связанное с потреблением энергии во время транспортировки.

Вызовы

• Эффективность преобразования механической энергии в электрическую пока невелика, а она имеет решающее значение для воплощения в массовое производство.
• Постоянная деформация и погрузка шины влияют на долговечность. Важно, чтобы энергошины хранили необходимый ресурс для регулярного использования.
• Интеграция термоэлектрических материалов увеличивает общую стоимость производства, а она влияет на принятие товара покупателем.
• Установка отраслевых стандартов для энергогенерирующих протекторов необходима для обеспечения взаимодействия между производителями шин и транспортных средств.

Индустрия 4.0: Цифровая Интеграция и Интеллектуальные Технологии

Концепция «Индустрия 4.0» еще называют четвертой промышленной революцией. Она означает интеграцию цифровых технологий в разные аспекты промышленных процессов. Речь об Интернете вещей (IoT), искусственном интеллекте (ШИ), аналитике больших данных и автоматизации для создания более взаимосвязанной и интеллектуальной промышленной экосистемы. В мире Industry 4.0 интеллектуальные фабрики используют данные и подключения для оптимизации производственных процессов, повышения эффективности и принятия решений в реальном времени. Концепция подчеркивает взаимосвязь машин, систем и людей, что приводит к более гибким, оперативным и эффективным производственным системам.

Компания SMART Tire разрушает производство «зеленых» шин с помощью новых технологий на пересечении двух отраслей: электрические транспортные средства (включая автономные) и исследования космоса.

Инновации — Это Попытка Изменения

Шинные инновации составляют основу эволюции автомобильной промышленности, потому что предлагают непрерывное усовершенствование и устойчивость к меняющимся тенденциям. Даже без немедленного внедрения, текущие исследования способствуют более глубокому пониманию материалов и дизайна и обеспечивают общее усовершенствование характеристик шин.

С акцентом на экологичность, инновационные шины решают проблемы, связанные с чистыми материалами, пригодностью к вторичной переработке и способностью к биологическому разложению. Такие усовершенствования, как «умные» шины со встроенными датчиками, гарантируют повышение безопасности на дороге и воспитание водительской культуры. Помимо соблюдения нормативных требований, производители шин инвестируют в инновации, чтобы упреждать отраслевые стандарты.

Инновации также удовлетворяют растущий спрос к передовым шинным технологиям. Из-за инновационного процесса возникают дополнительные возможности для сотрудничества с другими автомобильными секторами, технологическими компаниями и исследовательскими учреждениями, что обеспечивает многогранный подход к прогрессу в мировой шинной промышленности.

FAQ