Техническая задача любой шины, во-первых, выдерживать вес автомобиля и, во-вторых, создавать и передавать все нагрузки, связанные с ускорением, торможением и управлением. Как уже кратко упоминалось, все основные (не аэродинамические) силы, действующие на автомобиль, действуют в пятнах контакта его шин, которые изменяют свою форму, когда изменяются силы. Симметрично при ускорении и торможении и несимметрично при повороте. Эта несимметричная деформация приводит к возникновению стабилизирующего момента, создаваемого пятном контакта, который стремится восстановить свою симметрию. Этот процесс водитель чувствует как стремление к самоцентрированию рулевого управления. Главная задача рисунка протектора шины, по крайней мере, при обычном движении по дороге, удалять воду из пятна контакта, чтобы получить достаточное сцепление на мокрой поверхности. Если вы сможете гарантировать, что никогда не встретите мокрую дорогу, «лысая» шина будет гораздо тише и прослужит дольше.


Сопротивление качению создается поглощением энергии, затем переходящей в тепло, из-за сжатия и растяжения блоков рисунка протектора, когда они проходят через пятно контакта. Вибрации, создающиеся в пятне контакта, проходят по протектору вокруг шины и производят шум. Посмотрев на эти многочисленные явления, которые происходят в постоянно изменяющемся участке резины размером в несколько квадратных дюймов, не удивляешься, что многочисленные эксперты рассматривают математическую физику поведения шины в пятне контакта, как наиболее сложную среди остальных областей техники.


Металлокордные радиальные шины долгое время были промышленным стандартом для всех транспортных средств небольшой грузоподъемности. Недавние технические разработки сконцентрированы на уменьшении сопротивления качению шин с целью повышения топливной экономичности, увеличения сцепления, особенно на мокрой дороге и на уменьшении шума. Шум, создаваемый шинами, — одна из главных составляющих шумового эффекта, создаваемого автомобилем, уровень которого в настоящее время строго регламентируется для новых автомобилей, и сейчас наблюдаются определенные улучшения в этом направлении.


В отношении формы шины наблюдаются тенденции, направленные на уменьшение отношения высоты профиля шины к его ширине (выражается в процентах). Уменьшение этого отношения снижением высоты боковых стенок шины дает возможность сделать колесо большего размера без увеличения общего диаметра шины. Это, например, может обеспечить дополнительное пространство для размещения большого, а значит, и более эффективного дискового тормоза. Это также обеспечивает более быструю реакцию шины на командные сигналы рулевого управления. Уменьшение деформации боковых стенок шины снижает количество выделяемого при этом тепла и обеспечивает безопасную работу при более высоких скоростях. С другой стороны, естественно страдает качество движения, а форма пятна контакта становится короче и шире. При этом обычно уменьшается стабилизирующий момент и ухудшается «чувство руля», если при этом не изменяется геометрия рулевого управления для компенсации этого эффекта. Эти недостатки сдерживают широкое применение сверхнизкопрофильных шин для автомобилей массового производства, которые обычно используют шины с отношением высоты к ширине профиля 60, 65, и 70%. Специальные высокоэффективные шины легковых автомобилей имеют очень низкие отношения до 30%.


В 90-е годы проявилась тенденция к широким шинам, особенно на спортивных и дорогих автомобилях. В большинстве случаев эта тенденция отражала скорее моду, чем техническую необходимость, и сегодня на многих автомобилях стоят более широкие шины, чем оптимум, который выбрал бы инженер по шасси. Существует распространенное мнение, что чем шире шина, «тем больше резины на дороге», и таким образом улучшается сцепление с дорогой. В действительности количество резины на дороге — суммарной площади всех пятен контактов — зависит только от веса автомобиля и внутреннего давления в шинах. Автомобиль, весящий 2000 фунтов, с давлением в шинах 25 psi будет стоять на пятнах контакта 80 квадратных дюймов. Если установлены более широкие шины, а давление в них то же самое, форма пятна контакта изменяется, становится короче и шире. Это не то, чего хотели бы инженеры по шасси для хорошего «чувства руля» и хорошей управляемости в условиях ограниченного сцепления. Единственный способ увеличить площадь контакта с дорогой — снизить давление в шинах, вот почему на практике в большинстве конкретных транспортных средств рекомендуемые давления для широких шин направлены на снижение. Следствием станет увеличение сопротивления качению и увеличение шума, не говоря уже о том горьком факте, что автомобилем станет менее приятно управлять.


Несмотря на почти универсальные ограничения скоростных режимов, индексы максимальной безопасной скорости шин постепенно возрастают. Индексы скорости шин имеют буквенное обозначение. Производители автомобилей всегда комплектуют свои автомобили шинами, чей индекс скорости выше, чем максимально возможная скорость автомобиля. Большинство шин для автомобилей среднего размера сейчас имеют индекс «Т» с максимальной скоростью 190 км/ч. Высший индекс скорости — Z —свидетельствует о том, что шина сконструирована для скоростей выше 240 км/ч, без установленного максимума. На европейском рынке после 1990 года количество шин с очень высокими индексами скорости растет (хотя и остается небольшим).


Ведущие шинные компании усиленно работают над снижением сопротивления качению шин для улучшения топливной экономичности. Даже при скорости 100 км/ч сопротивление качению составляет 20% всех сил сопротивления, действующих на автомобиль при его движении. Соотношение еще больше на низких скоростях, когда резко снижается аэродинамическое сопротивление. Все шинные компании двигаются по сходным направлениям, разрабатывая новые материалы для протектора, которые поглощают меньше энергии при растяжении и сжатии, но тем не менее обеспечивают хорошее сцепление с поверхностью дороги. Эти исследования включают в себя такие аспекты, как молекулярная структура эластомеров, и проводятся с использованием суперкомпьютеров. Компаунды частично содержат силикон (заменяющий более привычную сажу), что улучшает характеристики шин, давая снижение сопротивления качению, и в тоже время обеспечивают даже лучшее сцепление с дорожной поверхностью, особенно на мокрых поверхностях. Например, компания Michelin утверждает, что ее серия «зеленых» шин, в зависимости от обстоятельств, снижает сопротивление качению на 35%, без потери сцепных свойств, при небольшом снижении давления в шине. Экономия в расходе топлива достигает от 3 до 5%.


Растет рынок специализированных шин, особенно для внедорожных автомобилей. Опытные водители внедорожников знают, насколько важен выбор шин, а также, что для различных дорожных поверхностей, таких, как мягкий песок, глубокая грязь и мокрая трава, требуются различные рисунки протектора. Многие из агрессивных, разреженных рисунков протектора, применяемых на SUV, являются лучшим компромиссом для этих достойных условий.


Они также обладают большим сопротивлением качению и уровнем шума, когда используются на усовершенствованных покрытиях.


Другой специальной областью является «зимняя» шина. Хотя они часто имеют «внедорожный» рисунок протектора, для того чтобы врезаться в свежий снег и удалять его, их основная особенность заключается в другом составе резины протектора, который должен иметь хорошее сцепление с дорогой при отрицательных температурах. Улучшения, внесенные в конструкцию таких шин за последние годы, сделали менее популярными шипованные шины, даже в тех странах, где они разрешены к использованию (во многих странах и областях их не разрешается использовать из-за повреждения дорожных покрытий). Недостатком зимних шин является повышенный их износ, когда они эксплуатируются при температурах, значительно превышающих температуру замерзания. Автомобилисты в скандинавских и альпийских странах часто хранят два комплекта шин: один для зимы, а другой для лета — и дважды в год их меняют.


Обычно все автомобили имеют запасную шину и инструменты для замены колеса в случае прокола. Страх водителей перед возможностью прокола шины остается, несмотря на то, что по статистике на автомобиле в хорошем состоянии и не перегружаемом проколы сейчас случаются не чаще, чем после пробега 90 ООО км и выше. Однако направление на применение более широких и больших колес и шин создает проблемы в размещении запасного колеса, особенно в спортивных автомобилях. Это привело к созданию запасных колес «докаток», которые имеют стандартный радиус, но делаются более узкими и способны выдерживать стандартную нагрузку (выдерживать различные скорости и боковые силы) за счет поддержания более высокого внутреннего давления. Попытки широкого использования этой идеи значительно варьируются от страны к стране. Британские потребители, в частности, не принимают эту концепцию, и некоторые автомобили на британском рынке оборудуются полноразмерными запасными колесами, которые выпирают из углублений, которые изначально были предназначены для «докаток». С течением времени ответ на эту проблему может найтись в применении безопасных шин.