CN108463359A - 具有改进的胎冠部分加强件的轮胎 - Google Patents

Abstract

用于重型车辆的充气轮胎，其具有胎冠部分，所述胎冠部分包括两个工作帘布层(114、116)以及在胎体帘布层的径向外侧的缓冲帘布层(120)，其中，所述缓冲帘布层(120)包括多个缓冲帘布层加强元件(122)，所述缓冲帘布层加强元件(122)的长度L不大于155mm，角度为5°至60°。

Description

具有改进的胎冠部分加强件的轮胎

优先权声明

本申请根据35 U.S.C.§119要求2015年12月16日提交的PCT/US15/065968的优先权。

技术领域

本发明涉及在胎冠部分中具有独特加强件的轮胎。

背景技术

轮胎对道路危险的阻力是时间性能连同如滚动阻力、牵引、磨损等的特性的重要方面。如本文所用，道路危险性能是指轮胎在沿轮胎的胎冠部分没有遭受关键结构损坏的情况下影响在道路中的障碍物的能力。举例来说，在操作期间，轮胎可遇到岩石、洞或具有损坏在轮胎的胎冠部分中的加强件的潜能的其它危险。

一个众所周知的对道路危险性能的试验被称作断裂能试验(BE试验)，其由美国政府(the United States Government)作为FMVSS 119或DOT 119进行阐述。在此试验中，钢柱塞被迫使垂直于安装和充气轮胎的胎面直到轮胎破裂(其中引起空气损失)或柱塞通过到达轮缘停止。然后柱塞穿入距离和力试验点用于计算断裂能，所述断裂能必须超过所需的通过例如管理或调节胎体设置的“最小断裂能”。因而，BE试验旨在测量轮胎吸收与道路危险影响相关联的能量的能力。

常规地，可获得各种替代方案以改进轮胎的道路危险性能。举例来说，一个或多个加强层可添加到轮胎的胎冠部分。可提高在加强层中缆线的强度。可降低在加强层中的加强缆线的步距(即在加强缆线之间的间隔)。通常，这些潜在的解决方案增加轮胎的成本、质量和/或滚动阻力的相当大的损失。

因此，可提供对道路危险的阻力的轮胎将为有用的。更特定地，可提供对道路危险的阻力同时避免例如与常规解决方案相关联的质量、成本和或滚动阻力的损失的轮胎将特别有利。

发明内容

本发明涉及提供对道路危险的提高的阻力而不带来质量、成本或滚动阻力的相当大损失的轮胎。至少一个帘布层(在本文中被称作“缓冲帘布层”)定位在胎体帘布层的径向外侧并且包括以相对于轮胎的周向方向C或赤道面EP的特定角度定位的加强件。断裂帘布层的宽度W可基于其加强件的角度降至最小，以便帮助减小轮胎的质量、成本和滚动阻力。本发明的额外目标和优点将部分在以下描述中进行阐述，或可从所述描述中显而易见，或可通过实践本发明来习得。

在本发明的一个例示性实施例中，本发明提供限定轴向、周向和径向方向的轮胎。轮胎限定赤道面。轮胎包括一对相对胎圈部分、一对相对胎侧部分，其中每个胎侧部分被配置成用于连接到具有胎圈部分的轮的轮缘。胎冠部分连接在相对胎侧部分之间。胎体帘布层在胎圈部分之间延伸并且通过相对胎侧部分和胎冠部分。

缓冲帘布层定位在胎冠部分和胎体帘布层的径向外侧中。第一工作帘布层定位在胎冠部分和缓冲帘布层的径向外侧中。第二工作帘布层定位在胎冠部分和第一工作帘布层的径向外侧中。

缓冲帘布层包括多个缓冲帘布层加强元件，所述缓冲帘布层加强元件的长度不大于155mm，与赤道面成角度θ，其中θ的范围为5°≤θ≤60°。

轮胎可包括定位在胎冠层中的周向加强元件的层。

参考以下描述及所附权利要求书，将更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点。并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且与描述内容一起用以解释本发明的原理。

附图说明

针对所属领域的普通技术人员的本发明的完整且启发性公开内容，包括其最佳模式，在参考附图的说明书中被阐述，附图中：

图1说明本发明的例示性实施例的示意性横截面视图。

图2为描绘在本发明的例示性实施例的各个层或帘布层中的加强件的相对角度的示意图。

图3为描绘在各个层或帘布层中的加强件的相对角度的示意图，其中断裂帘布层的加强件以与赤道面成90度定位。

图4说明本发明的另一个例示性实施例的示意性横截面视图。

图5到8说明如在本文中更充分描述的各个实验数据的曲线。

具体实施方式

出于描述本发明的目的，现在将详细参考本发明的实施例，在图式中说明所述实施例的一个或多个实例。每一实例是为了解释本发明提供的，而非限制本发明。实际上，对于所属领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改以及变化，所述修改以及变化处于所附权利要求书以及其等效物的范围内。

如上所述，轮胎对道路危险影响的阻力可使用断裂能(BE)试验，如FMVSS 119或DOT 119(其为众所周知和公开的)测量。发明人目前发现的一个方面为可减小用于轮胎的胎冠部分的加强件的质量同时实际改进轮胎对道路危险性能的阻力。此发现与由此通过将带添加到轮胎增加轮胎的质量，降低帘线加强件的步距(例如其增大密度)的常规方法，和不当地提高轮胎的滚动阻力和制造成本的类似途径矛盾。

如本文所用：

当这类帘线在等于其断裂强度的10％的拉力下具有最多0.2％的相对伸长率时，帘线为“不可延伸的”。

“步距”是指在加强帘布层的层中的相邻加强元件之间的距离A。

图1为本发明的轮胎100的示意图。轮胎100在沿轮胎的子午面截取的横截面中示出。子午面包括旋转轴线，其平行于轴向方向A并且在使用期间轮胎100绕其旋转。径向方向R与轴向方向A正交。如本文所用，“径向外侧”是指远离旋转轴线的径向方向，而“径向内侧”是指朝向旋转轴线的径向方向。周向方向C(图2和3)在与轮胎的周边对应的绕轮胎圆周的任何给定点处与径向方向R和轴向方向A两者正交，并且由绕旋转轴线的轮胎的旋转方向限定。

轮胎100绕赤道面EP对称，并且因此，将轮胎100等分成基本上相同构造的相对半部，其中图1仅描绘相对半部中的一个。因此，轮胎100包括一对相对胎圈部分102和一对相对胎侧部分104，其中每对中的一个在图1中示出，如所属领域的普通技术人员将容易地理解。轮胎100还包括连接到每个相对胎侧部分104并且在其间延伸的胎冠部分106。胎面层118形成胎冠部分106的径向最外部分。

参考图1和2，胎体帘布层108从每个胎圈部分102延伸通过每个胎侧部分104并且通过胎冠部分106。如本文所用，术语“帘布层(ply或plies)”是指轮胎的层或加强件，并且不限于制造轮胎或帘布层自身的特定方法。对此特定实施例，胎体帘布层108为径向加强型，意指它包括彼此平行并且以与沿在端部110的区中的胎侧部分104的径向方向R的±9度或更小的角度取向的一个或多个加强帘线108R(图2)。帘线108R不可延伸并且可由例如金属元件或其它不可延伸材料构成。胎体帘布层108的每个端部110在相应胎圈部分102中锚定。在某些实施例中，胎体帘布层108可围绕相应胎圈核112缠绕，但是这类不是必需的。

轮胎100包括第一工作帘布层114和第二工作帘布层116，其中第二工作帘布层116定位在第一工作帘布层114的径向外侧。对此实施例，第一工作帘布层114包括在帘布层114内彼此平行的多个第一工作帘布层加强件114R。类似地，第二工作帘布层116包括在帘布层116内彼此平行的多个第二工作帘布层加强件116R。

图2示意性地描绘出于说明的目的在对于每个帘布层仅使用单一加强件的轮胎100的各个帘布层中的加强件的相对取向。如图所示，第一工作帘布层加强件114R和第二工作帘布层加强件116R相对于彼此交叉。更特定地，加强件114R和116R分别与赤道面形成角度+α_114R和-α_116R。在典型左边驾驶市场中，+α_114R具有如图2所示的正值，而-α_116R具有如图2所示的负值。在右边驾驶市场中，此取向可反向，使得α_114R具有负值而α_116R具有正值。其它加强件的取向将在左边和右边驾驶市场之间类似地改变。对于α使用负角标识表示加强件相对于赤道面的取向如从在轮胎上径向向内透视观看来观察。

在一个例示性实施例中，对于第一工作帘布层加强件114R，α的范围为10°≤|α_114R|≤45°，并且对于第二工作帘布层加强件116R，为10°≤|α_116R|≤45°。第一工作帘布层114和第二工作帘布层116均沿胎冠部分106定位在胎体108的径向外侧。

在一个特定实施例中，第一工作帘布层114的第一工作帘布层加强件114R构造为不可延伸9.26金属帘线，其中每个帘线包括9根金属线，其中每根线直径为0.26mm。对此实施例，第二工作帘布层116的第二工作帘布层加强件116R也构造为不可延伸9.26金属帘线，其中每个帘线包括9根金属线，其中每根线直径为0.26mm。也可使用其它构造。

在本发明的某些实施例中，工作帘布层114和工作帘布层116沿轴向方向A具有不同宽度。举例来说，沿轴向方向的宽度的差可在10mm到30mm的范围内。在某些实施例中，相较于第二工作帘布层116的轴向宽度W₁₁₆，第一工作帘布层114具有更窄轴向宽度W₁₁₄。在一个特定实施例中，轮胎100包括轴向宽度W₁₁₄为366mm的第一工作帘布层114和轴向宽度W₁₁₆为344mm的第二工作帘布层116。

轮胎100包括定位在胎体帘布层108的径向外侧但是在胎冠部分106中的所有其它帘布层的径向内侧的缓冲帘布层122。缓冲帘布层122具有轴向宽度W₁₂₂，其为沿轴向方向A的缓冲帘布层122的宽度。缓冲帘布层122包括沿层并且彼此平行布置的多个缓冲帘布层加强元件122R(图2)。每个缓冲帘布层加强元件122R沿其整个长度L(图2)连续-即沿其长度L不断裂成片段。另外，每个缓冲帘布层加强元件122R的长度L不超过155mm。更特定地，如果从轮胎100去除、拉直并且沿其长度测量，那么每个加强元件122R将具有长度L≤155mm。在一个例示性实施例中，轮胎100大小为445/50R22.5。在另一个实施例中，轮胎100大小为455/55R22.5轮胎。

在一个例示性实施例中，每个加强元件122R由不可延伸帘线构成。举例来说，缓冲帘布层122可由多个非包裹、不可延伸7.26金属帘线122R构成，其中每个帘线包括7根金属线，其中每根线直径为0.26"。借助于附加实例，缓冲帘布层122还可为9.35(0.35mm直径的9根线。也可使用其它缆线大小和配置。

此外，在缓冲帘布层122内的每个加强元件122R与赤道面EP成角度θ，其中θ为5°≤|θ|≤60°。在一个特定实施例中，θ的范围为35°≤|θ|≤60°。在另一个特定实施例中，θ的范围为40°≤|θ|≤60°。在再一特定实施例中，|θ|为40度。

借助于对比，图3描绘轮胎的常规构造，其中缓冲帘布层109包括以与赤道面EP成90度的角度θ放置的加强件109R。发明人发现的一部分为对于缓冲帘布层加强件108R通过使用在5°≤|θ|≤60°的范围内的角度θ的值，可提高轮胎的BE。同时，如还发现，出人意料地，常规构造的缓冲帘布层的轴向宽度W可降低，以便减小轮胎的整体质量和滚动阻力。

更特定地，缓冲帘布层的长度L可维持在L≤155mm下和在角度5°≤|θ|≤60°下，其具有维持缓冲帘布层的较低轴向宽度W₁₂₂的作用。具体来说，轴向宽度W₁₂₂可计算如下：

方程1

W₁₂₂＝L*(sin(θ))

对于缓冲帘布层加强件122R，代入L≤155mm，关系变成如下：

方程2

W₁₂₂≤155*(sin(θ))

参考图1和2，在某些例示性实施例中，轮胎100也包括附加层。对于示出的实施例，轮胎100包括由在胎冠部分106内定位的多个周向加强元件123R(图2)构成的周向加强层123。在图1中，示出层123在沿在第一工作帘布层114和第二工作帘布层116之间的径向方向R的位置处。在本发明的其它实施例中，层123可定位在胎体帘布层108的径向外侧并且在第一工作帘布层114的径向内侧。在再其它实施例中，层123可定位在胎体帘布层108的径向外侧并且在第二工作帘布层116的径向外侧。

周向加强元件123R以与赤道面的角度α为|α|≤5度定位。在某些实施例中，加强元件123R以零度的角度α，即，与赤道面EP或周向方向C平行定位。多个周向加强元件123R的层123可由至少一个可延伸或不可延伸帘线(例如金属帘线)构成，缠绕以形成螺旋。在铺设之前帘线可涂布有橡胶化合物。然后橡胶化合物在当轮胎固化时的压力和温度的作用下穿入帘线。在本发明的一个实施例中，加强元件为金属加强元件，其中在0.7％伸长率下的正割模量包含在10和120GPa之间并且最大切线模量小于150GPa。

上文所表述的模量在用施加到加强元件的金属的横截面上的20MPa的预负载而确定的作为伸长率的函数的拉伸应力曲线上测量，所述拉伸应力对应于施加到加强元件的金属的横截面上的测量拉力。相同加强元件的模量可在用施加到加强元件的整体横截面上的10MPa的预负载而确定的作为伸长率的函数的拉伸应力曲线上测量，所述拉伸应力对应于施加到加强元件的整体横截面上的测量拉力。加强元件的整体横截面为由金属和橡胶制成的复合材料元件的横截面，值得注意地，后者在轮胎固化阶段期间已穿入加强元件。

周向加强件123R可为直的-即线性的-或沿其长度可具有波状形状。举例来说，在一个例示性实施例中，周向加强元件123R包括金属加强元件，所述金属加强元件为波状的，并且幅度A与波长λ的比率A/λ在0<(A/λ)≤0.09的范围内。

层123的周向加强元件123R可划分成不同步距的分散区域，并且这类区域可关于赤道面EP对称地定位。每个区域可为单个帘布层或多个帘布层。举例来说，在图1中，轮胎100包括关于赤道面EP对称地定位的不同步距的5个区域，包括中心区域126、沿轴向方向A通过中心区域126分离的一对相对中间区域128，和沿轴向方向A通过中心区域126和中间区域128分离的一对相对轴向最外区域130。

在一个例示性实施例中，在中心区域126中的加强元件123R的步距为在轴向最外区域130中的加强元件123R的步距的1到1.5倍，并且在相对中间区域128中的加强元件123R的步距为在轴向最外区域130中的加强元件123R的步距的1.6到2倍。在另一个例示性实施例中，在相对中间区域128中的加强元件123R的步距为在轴向最外区域130中的加强元件123R的步距的1.0到2倍。

图4提供类似于图1的实施例的本发明的另一个例示性实施例。然而，在图4中，轮胎100包括具有不同步距的周向加强件123R的三个区域的周向加强层123。如前所述，每个区域可为单个帘布层或多个帘布层。更特定地，在此实施例中，层123包括中心区域132和一对相对横向区域134。作为实例，中心区域132可具有步距为在横向区域中的加强件134的步距的1到3倍的加强元件。

对于在图1和4中示出的轮胎100的两个实施例，轮胎100可包括定位在第二工作帘布层116和周向加强层123两者的径向外侧的保护帘布层136。保护帘布层136可由金属帘线构成。举例来说，保护帘布层136可包括与赤道面EP成角度α为-18度的金属帘线136R(图2)。这类帘线可构造为6.35金属帘线，其中每个帘线包括6根金属线，其中每根线直径为0.35mm。

图5提供在绘制的每个缓冲帘布层角度下一起平均的名义上相同构造的两个试验轮胎的测量断裂能BE的曲线图。所有大小为445/50R22.5的试验轮胎全部具有名义上相同的构造，其中缓冲帘布层122具有与赤道面EP(例如图2)成不同角度θ的加强件122R，如图所示。工作帘布层和保护帘布层角度全部使用角度θ＝18°的值，并且胎体帘布层在角度θ＝90°下。用于比较目的，参考轮胎的BE归一化为1.0。因此，如图6所示，对于试验轮胎的平均值，如上所述测量的BE出人意料地随角度θ从60度降低而提高并且在约40度示出峰值。

图6为作为缓冲帘布层122的1/2轴向宽度W₁₂₂的函数并且使用具有角度θ＝60°的缓冲帘布层的试验轮胎相对于参考轮胎的平均值的BE的曲线图。如在图6中示出，对于试验轮胎的平均值，如上所述测量的BE出人意料地随W₁₂₂从160mm降低到90mm而增加。

图7和8示出对445/50R22.5尺寸的生产轮胎进行的有限元分析(FEA)模拟的结果。生产轮胎的构造类似于具有五个区域、零度帘布层和θ＝90°的胎体帘布层角度的图1。然而，每个区域具有2mm的相同步距。

图7示出作为缓冲帘布层角度的函数的归一化的断裂能对缓冲帘布层半宽度W₁₂₂。因此，当归一化的BE等于1时，获得给定角度的最佳值。举例来说，如对于使用本文公开的教导内容的所属领域的普通技术人员将清楚，如果缓冲帘布层半宽度W₁₂₂降低到约65mm，那么对于缓冲帘布层的加强件的60°的角度θ提供BE增益的几乎最大增益。这在质量减少、改进的滚动阻力和其它性能方面获得相当大的增益。

图8示出作为用于缓冲帘布层加强件122R的角度θ的函数的在160mm的缓冲帘布层半宽度W₁₂₂上的归一化的BE改进。看到最大BE随角度θ降低而提高，结果与具有任何角度的最低BE性能的θ＝60°一致。

虽然已关于本发明的具体例示性实施例和其方法详细地描述本发明的主题，但应了解，在获得对前述内容的理解之后所属领域的技术人员可容易地产生对这类实施例的更改、变化和等效物。因此，本公开的范围是作为实例而非作为限制，并且本公开并不排除包括对本发明主题的修改、变化和/或添加，此类修改、变化和/或添加对于使用本文公开的教导内容的所属领域的普通技术人员将显而易见。

Claims (19)

1.一种限定轴向、周向和径向方向的轮胎，所述轮胎具有赤道面，所述轮胎包含：

一对相对胎圈部分；

一对相对胎侧部分，每个胎侧部分与胎圈部分连接；

连接在相对胎侧部分之间的胎冠部分；

在所述胎圈部分之间延伸并且通过所述相对胎侧部分和胎冠部分的胎体帘布层；

定位在所述胎冠部分和所述胎体帘布层的径向外侧中的缓冲帘布层；

定位在所述胎冠部分和所述缓冲帘布层的径向外侧中的第一工作帘布层；和

定位在所述胎冠部分和所述第一工作帘布层的径向外侧中的第二工作帘布层；

其中所述缓冲帘布层具有轴向宽度，并且包含多个缓冲帘布层加强元件，所述缓冲帘布层加强元件各自跨所述缓冲帘布层的所述全部轴向宽度持续延伸，并且长度L不大于155mm，与所述赤道面成角度θ，其中所述θ的范围为5°≤θ≤60°。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述θ的范围为35°≤θ≤60°。

3.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述θ的范围为40°≤θ≤60°。

4.根据权利要求1所述的轮胎，其中θ为40°。

5.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述缓冲帘布层沿所述轴向方向的宽度W为W₁₂₂≤L_最大*(sin(θ))，其中L_最大＝155mm为所述缓冲帘布层加强元件的最大长度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，其中所述第一工作帘布层包含与所述赤道面形成在10°≤|α|≤45°的范围内的角度α的多个第一工作帘布层加强元件。

7.根据权利要求6所述的轮胎，其中所述第二工作帘布层包含与所述赤道面形成在10°≤|α|≤45°的范围内的角度α并且被布置成以与所述赤道面的相对角α与所述第一工作帘布层加强元件交叉的多个第二工作帘布层加强元件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎，进一步包含定位在胎冠层中的周向加强元件的层。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的轮胎，进一步包含定位在所述胎冠层中的周向加强元件的层，所述周向加强元件沿所述轴向方向划分成不同步距的多个分散区域。

10.根据权利要求9所述的轮胎，其中在所述多个分散区域中间的步距分布关于所述轮胎的所述赤道面对称。

11.根据权利要求8、9和10所述的轮胎，其中所述周向加强元件的层定位在所述第一工作帘布层的径向内侧。

12.根据权利要求8、9或10所述的轮胎，其中所述周向加强元件的层定位在所述第二工作帘布层的径向外侧。

13.根据权利要求8、9或10所述的轮胎，其中所述周向加强元件的层在所述第一工作帘布层和所述第二工作帘布层之间沿所述径向方向定位。

14.根据权利要求8、9或10所述的轮胎，其中定位在所述胎冠层中的所述周向加强元件的层包含包括中心区域和通过所述中心区域分离的一对相对横向区域的不同步距的三个区域。

15.根据权利要求14所述的轮胎，其中在所述中心区域中的所述周向加强元件的所述步距为在所述相对横向区域中的所述周向加强件的所述步距的1到3倍。

16.根据权利要求8、9或10所述的轮胎，其中定位在所述胎冠层中的所述周向加强元件的层包含包括中心区域、通过所述中心区域分离的一对相对中间区域，以及通过所述中心区域和所述相对中间区域分离的一对轴向最外区域的不同步距的五个区域。

17.根据权利要求16所述的轮胎，其中在所述中心区域中的所述周向加强元件的所述步距在所述轴向最外区域的所述步距的1到1.5倍的范围内并且，并且其中所述相对中间区域的所述步距为在所述轴向最外区域中的所述周向加强件的所述步距的1.6到2倍。

18.根据权利要求8、9或10所述的轮胎，其中所述周向加强元件包含金属加强元件，所述金属加强元件为波状的，并且幅度A与波长λ的比率A/λ在0<(A/λ)≤0.09的范围内。

19.根据权利要求9或10所述的轮胎，进一步包含定位在所述第二工作帘布层和所述周向加强件的层的径向外侧的保护帘布层，所述保护帘布层包含以名义上等于所述第二工作帘布层与所述赤道面的角度的保护帘布层加强件。