CN103687733A - 轻质轮胎 - Google Patents

Abstract

一种轮胎，所述轮胎在胎圈（20）处具有最大轴向宽度SW和轴向宽度RW，所述轮胎包括宽度为TW的胎冠增强件和径向胎体增强件（60），在所述轮胎中，当轮胎被装配在其安装轮辋（5）上并且充气至其使用压力并且平衡时，满足如下条件：Thy/SW≤75%、TWIRW≤85%并且X/SH≤50%，其中X为轮胎达到其最大轴向宽度处的径向高度并且SH表示轮胎的径向高度；Y/SH≥80%，其中Y表示在胎冠增强件的端部处的胎体增强件(60)的径向高度；以及Z/SH≥90%，其中Z表示胎体增强件的径向高度，并且其中在具有与所述胎冠增强件的轴向端部相同的轴向位置的所述胎体增强件的点处的所述胎体增强件的切线与所述轴向方向之间的角度α的绝对值小于或等于22°。

Description

轻质轮胎

技术领域

本发明涉及用于陆地车辆的子午线轮胎，更具体地涉及用于客运车辆的子午线轮胎。本发明最具体地涉及轻质轮胎。

背景技术

对轮胎所进行的致力于减少车辆能耗的研究目前呈现越来越大的重要性。在由轮胎设计者探索的有前景的方法中，可以提及特别是通过使用低滞后材料来减少轮胎的滚动阻力而且还减少轮胎的重量。已经提出通过减少材料的厚度和增强元件（使用织物帘线）或橡胶复合物的密度，或者通过使用能够减少例如胎圈区域中的一定体积的内部橡胶复合物的增强元件，从而减少轮胎的重量。这种轮胎例如描述于美国专利6,082,423和其所引用的文献中。

所获得的重量减少通常有限，这是因为用于减少重量的措施还造成轮胎具有降低的结构刚度、更短的磨损寿命、增加的噪声排放和降低的耐久性。

减少轮胎质量的另一种方式通常在于减少其直径。当然，这种减少对轮胎的使用能力、其磨损寿命及其结构对于车轮上给定使用负荷的耐久性不无影响。国际标准例如ETRTO（欧洲轮胎轮辋技术组织）或JATMA（日本汽车轮胎制造商协会）的国际标准对于每种公称尺寸限定了轮胎的物理尺寸，例如当装配至给定直径和宽度的轮辋上时其截面高度及其截面宽度。它们还限定了轮胎的“负荷能力”，亦即在限定的使用压力下车轮上可允许的最大静负荷。

在这些标准中，是通过半经验关系式从公称尺寸推导负荷能力。这些关系式设定轮胎的最大静载挠度（通过尺寸归一化）并且基于现有技术的轮胎的截面轮廓的标准几何形状。它们预言，当截面高度或宽度减少而所有其它参数相同时，轮胎的负荷能力自然减少。

然而，这些标准在截面轮廓的尺寸方面为设计者留出一定程度的自由度，使得有可能在减少轮胎的质量和滚动阻力的情况下使用。轮胎的大多数质量及其大多数滚动阻力源自轮胎的胎冠区域。因此，减少胎冠的宽度会造成胎冠对质量的贡献的几乎成比例的增加和（正如经验证明）胎冠对滚动阻力的贡献的增加。

发明内容

本发明的目的是，对于公称尺寸的给定轮胎，当轮胎被装配在给定的安装轮辋上时，并且在给定的使用压力下，尽可能好地利用轮胎几何形状的设计从而减少轮胎的重量并且减少其滚动阻力，同时维持其主要性能特征，特别是其负荷能力及其抗摔落性。

通过如下轮胎实现所述目的，所述轮胎具有旋转轴线并且包括：

两个胎圈，所述胎圈被设计成与安装轮辋接触，每个胎圈包括至少一个环形增强结构，从而限定垂直于所述轮胎的所述旋转轴线并且离每个胎圈的所述环形增强结构等距的中平面，所述环形增强结构在任一径向横截面中具有径向最内点；

两个胎侧，所述胎侧将所述胎圈径向向外延伸，所述两个胎侧在包括胎冠增强件的胎冠中结合，其中所述胎冠增强件具有两个轴向端部，所述胎冠增强件由胎面覆盖；

至少一个胎体增强件，所述胎体增强件从所述胎圈延伸通过所述胎侧直至所述胎冠，所述胎体增强件包括多个沿径向取向的胎体增强元件并且通过围绕所述环形增强结构的卷边而锚固在所述两个胎圈中；

其中，当所述轮胎被装配在所述安装轮辋上并且充气至其使用压力时：

所述轮胎具有最大轴向宽度SW使得比率TW/SW≤75%（并且优选TW/SW≤73%），其中TW表示在所述胎冠增强件的两个轴向端部之间的轴向距离，在离所述环形增强结构的所述径向最内点的径向距离X处达到所述最大轴向宽度SW；

穿过所述环形增强结构的所述径向最内点的轴向方向与所述轮胎的外表面的两个交叉点的轴向距离RW使得TW/RW≤85%（并且优选TW/RW≤83%）；

所述轮胎满足如下三个条件：X/SH≤50%、Y/SH≥80%和Z/SH≥90%，其中SH表示在所述轮胎的所述径向最外点与所述环形增强结构的所述径向最内点之间的距离，Y表示在（i）具有与所述胎冠增强件的轴向端部相同的轴向位置的所述胎体增强件的点与（ii）所述环形增强结构的所述径向最内点之间的径向距离，和Z表示在所述胎体增强件的所述径向最外点与所述环形增强结构的所述径向最内点之间的径向距离；

在具有与所述胎冠增强件的轴向端部相同的轴向位置的所述胎体增强件的点处的所述胎体增强件的切线与所述轴向方向之间的角度α的绝对值小于或等于22°；并且

在所述胎体增强件上的任一点处，曲率半径ρ使得

$\mathrm{\ρ}=\frac{R_S^2-R_E^2}{2R},$

其中R_S为在轮胎的旋转轴线与胎体增强件的径向最外点之间的径向距离，R_E为在轮胎的旋转轴线与轮胎达到其最大轴向宽度SW处的轴向位置之间的径向距离，并且R为在轮胎的旋转轴线与胎体增强件上的所讨论的点之间的径向距离。

优选地，所述轮胎仅具有单个胎体增强件从而减少其重量。

本发明还涉及通过安装轮辋和上述轮胎而形成的组件。

附图说明

图1显示了现有技术的轮胎。

图2显示了现有技术的轮胎的局部立体图。

图3以径向截面显示了根据本发明的实施方案的轮胎的一半。

图4显示了图3的轮胎的一部分。

图5显示了用于描述平衡的充气胎体增强件的参数。

具体实施方式

当使用术语“径向”时，本领域技术人员应在该词的数个不同使用之间进行区分。首先，该表述指的是轮胎的半径。在该意义上，如果点P1比点P2更接近轮胎的旋转轴线，则称点P1位于点P2的“径向内侧”（或“在径向上位于点P2的内侧”）。相反，当点P3比点P4更远离轮胎的旋转轴线时，则称点P3位于点P4的“径向外侧”（或“在径向上位于点P4的外侧”）。表述“径向向内（或向外）”意指朝向更小（或更大）的半径前进。当距离指的是径向距离时，所述术语的该含义同样适用。

当增强件的丝线或增强元件与周向方向形成不小于80°但是不超过90°的角度时，丝线或增强件被称为“径向的”。应指出的是，在本文献中，术语“丝线”应以极其广义的方式理解并且包括单丝、多丝、帘线、纱线或等效组件形式的丝线，而不考虑构成丝线的材料或者用于促进至橡胶的粘合的表面处理。

最后，术语“径向截面”或“径向横截面”在此被理解为意指包含轮胎的旋转轴线的平面中的截面或横截面。

“轴向”方向是平行于轮胎的旋转轴线的方向。如果点P5比点P6更接近轮胎的中平面，则称点P5位于点P6的“轴向内侧”（或“在轴向上位于点P6的内侧”）。相反，如果点P7比点P8更远离轮胎的中平面，则称点P7位于点P8的“轴向外侧”（或“在轴向上位于点P8的外侧”）。轮胎的“中平面”是垂直于轮胎的旋转轴线并且与每个胎圈的环形增强结构等距的平面。

“周向”方向是垂直于轮胎的半径和轴向方向两者的方向。

在本文献的上下文中，表述“橡胶复合物”表示包含至少一种弹性体和至少一种填料的橡胶复合物。

轮胎的“外表面”在此表示当轮胎被装配至安装轮辋并且充气至其使用压力时轮胎与大气（或与安装轮辋）接触的表面，与其与充气气体接触的“内表面”相反。

图1显示了现有技术的轮胎10。轮胎10包括胎冠，所述胎冠具有由胎面40覆盖的胎冠增强件（图1中不可见）；两个胎侧30，所述胎侧30使胎冠径向向内延伸；和两个胎圈20，所述胎圈20位于胎侧30的径向内侧。

图2示意性显示了现有技术的轮胎10的局部立体图并且显示了轮胎的各个元件。轮胎10包括胎体增强件60，所述胎体增强件60由嵌入橡胶组合物的丝线61组成；和两个胎圈20，每个胎圈包括将轮胎10固定在轮辋（未示出）上的环形增强结构70。胎体增强件60锚固在每个胎圈20中。轮胎10进一步包括具有两个帘布层80和90的胎冠增强件。帘布层80和90中的每个通过丝线状增强元件81和91进行增强，所述增强元件81和91在每个帘布层中平行并且从一层至下一层交叉，从而与周向方向形成在10°和70°之间的角度。轮胎进一步包括环箍增强件100，所述环箍增强件100位于胎冠增强件的径向外侧，该环箍增强件由以周向取向并且螺旋缠绕的增强元件101形成。胎面40位于环箍增强件上；轮胎10经由该胎面40而与地面接触。所示的轮胎10是“无内胎”轮胎：其包括“内衬”50，所述“内衬”50由不能渗透充气气体的丁基橡胶组合物形成并且覆盖轮胎的内表面。

图3以径向横截面显示了根据本发明的实施方案的轮胎的一半。该轮胎具有旋转轴线（未示出）并且包括两个胎圈20，所述胎圈20被设计成与安装轮辋5接触。每个胎圈具有环形增强结构，在该情况下为胎圈线70。在此，两个胎圈线70具有相同的直径并且两个点71作为胎圈线70的径向最内点。

轮胎10具有两个胎侧30，所述胎侧30使胎圈径向向外延伸，两个胎侧30在具有由帘布层80和90形成的胎冠增强件的胎冠中结合。胎冠增强件具有两个轴向端部189和289。在本情况下，这些端部与径向内帘布层80的轴向端部一致，但是这不是本发明的必要特征，也有可能仅在中平面130的一侧上或者在该平面的每侧上提供在轴向上延伸超过内帘布层的径向外帘布层90，而不偏离本发明的范围。胎冠增强件由胎面40覆盖。原则上还有可能提供环箍增强件，例如图2中所示的轮胎的环箍增强件100，但是在本情况下通过不提供环箍增强件而使轮胎的重量达到最小化。

轮胎10包括单个径向胎体增强件60，所述径向胎体增强件60从胎圈20延伸通过胎侧30直至胎冠，胎体增强件60包括多个胎体增强元件。其通过围绕胎圈线70的卷边而锚固在两个胎圈20中。

当轮胎10被装配在安装轮辋5上并且充气至其使用压力时，其满足若干条件。

第一，其具有最大轴向宽度SW使得比例TW/SW≤75%，其中TW表示胎冠增强件的轴向宽度，即在胎冠增强件的两个轴向端部189和289之间的轴向距离。在该情况下，TW/SW=73%。在离环形增强结构的径向最内点的径向距离X处达到最大轴向宽度SW。应指出的是，当确定宽度SW时，不计算突出部例如保护肋部140。还应指出的是，当胎体增强件具有较大的轴向厚度时，适合的是在构成胎体增强件的增强元件61（参见图2）的中性纤维处测量最大轴向宽度SW。

第二，穿过胎圈线70的径向最内点71的轴向方向A1与轮胎的外表面的两个交叉点201和202的轴向距离RW使得TW/RW≤85%。在该情况下TW/RW=83%。

第三，X/SH≤50%（并且优选X/SH≤45%），其中SH表示在轮胎的径向最外点41与环形增强结构70的径向最内点71之间的距离。在该情况下，X/SH=50%。

第四，Y/SH≥80%，其中Y表示在（i）具有与胎冠增强件的轴向端部189和289相同的轴向位置的胎体增强件60的点160和260与（ii）环形增强结构70的径向最内点71之间的径向距离，SH如上限定。在该情况下，Y/SH=80%。

第五，Z/SH≥90%，其中Z表示在胎体增强件60的径向最外点360与环形增强结构70的径向最内点71之间的径向距离，SH如上限定。在该情况下，Z/SH=90%。

第六，图4中所示的在具有与胎冠增强件的轴向端点189和289相同的轴向位置的胎体增强件60的点160和260处的胎体增强件60的切线T和轴向方向之间的角度α的绝对值小于或等于22°。

最后，在胎体增强件60上的任一点处，曲率半径ρ使得

$\mathrm{\ρ}=\frac{R_S^2-R_E^2}{2R},$

其中R_S为在轮胎的旋转轴线与胎体增强件60的径向最外点之间的径向距离，R_E为在轮胎的旋转轴线与轮胎达到其最大轴向宽度SW处的轴向位置之间的径向距离，并且R为在轮胎的旋转轴线与胎体增强件上的所讨论的点之间的径向距离。这些值连同径向位置R=R0的曲率半径ρ示于图5。附图标记2在此表示轮胎10的旋转轴线。

正如本领域技术人员公知的，后一条件对应于膨胀的径向胎体增强件的平衡条件。其特别用来使本发明区别于描述未充气轮胎的现有技术，所述未充气轮胎在未充气状态下满足上述条件中的一些，然而如果轮胎充气并且胎体增强件被认为是平衡状态时不再满足这些条件。其一个实例示于文献WO1999/022952的图1中，其显示了显然不平衡的轮胎，因为显示了胎体增强件中的折叠部接近胎冠增强件的端部。

根据本发明的实施方案的205/55R16尺寸的轮胎与相同尺寸的米其林节能参比轮胎进行对比。下表给出了主要的几何参数：

表I

	参比轮胎	根据本发明的轮胎
			TW/RW	1.07	0.83
TW/SW	0.82	0.73
			X/SH	0.53	0.50
Y/SH	0.89	0.90
			Z/SH	0.82	0.90
α	22	22

根据本发明的实施方案的轮胎比参比轮胎轻1.8kg（重6.2kg而非8.0kg），但是其在90km/h下的滚动阻力比参比轮胎低1.96kg/T并且其主要性能特征相等，特别是其对应于指数91（603daN）的负荷能力及其抗摔落能力。

Claims (4)

1.一种轮胎，所述轮胎具有旋转轴线并且包括：

两个胎圈（20），所述胎圈（20）被设计成与安装轮辋（5）接触，每个胎圈包括至少一个环形增强结构（70），从而限定垂直于所述轮胎的所述旋转轴线并且离每个胎圈的所述环形增强结构等距的中平面，所述环形增强结构在任一径向横截面中具有径向最内点（71）；

两个胎侧（30），所述胎侧（30）使所述胎圈径向向外延伸，所述两个胎侧在包括胎冠增强件（80、90）的胎冠中结合，其中所述胎冠增强件具有两个轴向端部，所述胎冠增强件由胎面（40）覆盖；

至少一个胎体增强件（60），所述胎体增强件（60）从所述胎圈延伸通过所述胎侧直至所述胎冠，所述胎体增强件包括多个沿径向取向的胎体增强元件并且通过围绕所述环形增强结构的卷边而锚固在所述两个胎圈中；

其中，当所述轮胎被装配在所述安装轮辋上并且充气至其使用压力时：

所述轮胎具有最大轴向宽度SW使得比例TW/SW≤75%，其中TW表示在所述胎冠增强件的两个轴向端部（189、289）之间的轴向距离，在离所述环形增强结构的所述径向最内点的径向距离X处达到所述最大轴向宽度SW；

穿过所述环形增强结构的所述径向最内点的轴向方向与所述轮胎的外表面的两个交叉点的轴向距离RW使得TW/RW≤85%；

所述轮胎满足如下三个条件：X/SH≤50%、Y/SH≥80%和Z/SH≥90%，其中SH表示在所述轮胎的所述径向最外点与所述环形增强结构的所述径向最内点之间的距离，Y表示在（i）具有与所述胎冠增强件的轴向端部相同的轴向位置的所述胎体增强件的点与（ii）所述环形增强结构的所述径向最内点之间的径向距离，并且Z表示在所述胎体增强件的所述径向最外点与所述环形增强结构的所述径向最内点之间的径向距离；

在具有与所述胎冠增强件的轴向端部相同的轴向位置的所述胎体增强件的点处的所述胎体增强件的切线与所述轴向方向之间的角度α的绝对值小于或等于22°；和

在所述胎体增强件的任一点处，曲率半径ρ使得

$\mathrm{\ρ}=\frac{R_S^2-R_E^2}{2R},$

其中R_S为在所述轮胎的所述旋转轴线与所述胎体增强件的所述径向最外点（360）之间的径向距离，R_E为在所述轮胎的所述旋转轴线与所述轮胎达到其最大轴向宽度SW处的轴向位置之间的径向距离，并且R为在所述轮胎的所述旋转轴线与所述胎体增强件的所述点之间的径向距离。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中比率TW/SW小于或等于73%。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中比率TW/RW小于或等于83%。

4.通过安装轮辋（5）和根据权利要求1至3任一项所述的轮胎形成的组件。

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