CN111137071A - 一种低噪音、高湿滑性能轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低噪音、高湿滑性能轮胎，一种低噪音、高湿滑性能轮胎，包括胎面花纹，胎面花纹包括花纹沟，花纹沟的两侧壁上分别设有鱼鳞状凹凸结构。花纹沟尤其是纵向花纹沟槽侧壁布置鱼鳞状凹凸结构，能够干扰轮胎花纹沟尤其是纵向花纹沟内产生的流体噪声，从而降低噪声，同时提高了花纹沟尤其是纵向花纹沟在湿滑路面上水流通过性能，为车辆提供了足够高的滑水速度和较低的轮胎噪音。

Description

一种低噪音、高湿滑性能轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎，尤其涉及一种低噪音、高湿滑性能轮胎。
背景技术
随着车辆的不断增多以及人类对车辆安全性、舒适性的要求不断增高，世界各个国家开始对轮胎行业出台了性能的限制性准入标准，2009年欧盟最新颁布EC661/2009《欧盟汽车一般安全的行驶认证要求》和EC1222/2009《有关燃油效率及其他参数的轮胎标签》，这其中对轮胎滚动阻力、湿路面抓着性及道路通过噪声提出了具体的要求，明确提出对于有关轮胎湿路面抓着性能等级及噪声等级的轮胎标签要求与2012年7月1日开始实施。与此类似的法规在日本已开始实施，近年来，中国也在准备出台类似的标签法法规。
随着社会经济的发展，“舒适”、“安全”和“环保”的理念已经深入人心，对汽车轮胎的抗湿滑和噪声性能提出了更高的要求。轮胎抗湿滑和噪声性能与花纹结构和花纹沟槽内流体介质的流动存在密切的联系，且呈现出难以调和的矛盾：一方面增加花纹沟体积会减小花纹块体积，有利于改善花纹的排水能力，从而提高轮胎抗湿滑性能；另一方面增加花纹沟空间体积，增加了轮胎的噪声。由于这种矛盾的存在，目前的轮胎花纹结构设计方法只能认同顾此失彼的现实，为此，探索研究新的轮胎花纹设计理论和方法来解决轮胎噪声和抗湿滑性能矛盾是非常必要的。
随着研究的不断深入，为提高轮胎综合性能，轮胎科技工作者不再局限于传统花纹的设计理论方法，已经开始探索利用生物信息进行轮胎花纹设计。韩泰轮胎公司研发了仿凤凰图腾的非对称花纹，能使轮胎行驶时的积水有效排出，将“水滑现象”最小化，并采用柔和的平滑过渡处理，有效减少了共振音。固特异公司提出的“霸力泡”，即在轮胎花纹沟槽之间制作出可以互相咬合半球状凸起和凹陷来抑制了花纹块形变，提高抓地力的同时还能降低轮胎噪声；东洋（Toyo)轮胎提出一种静音墙的概念，即将锯齿状的凹槽密集分布在轮胎花纹沟侧壁上，其扰流作用会降低轮胎噪声。中国公开专利“201310560419.8”、“201210342761.6”发明专利虽然使用仿生非光滑结构来改善轮胎噪声和滑水性能，但是在这种仿生花纹设计无法保证轮胎在磨损后抓地能力的不牺牲，因为这种花纹至始至终的接地面积是不会呈现增大趋势，原专利（中国公开专利“201310560419.8”、“201210342761.6”）是在花纹表面增加仿生学刀槽，深度方向作用寿命短，本专利不在花纹表面，在花纹沟壁上增加鳞状设计，但东洋（Toyo)轮胎使用的锯齿状的凹槽密集，而且噪声还是较大改为不能产生较好的降噪效果。随着欧盟法规标签的实施、绿色轮胎的推广和轮胎综合性能的重视，这就需要一款拥有创新设计理念的轮胎来适应市场的需求。
本发明通过采用仿鱼鳞状非光滑的花纹沟壁提高花纹沟的流体通过能力并降低花纹产生的噪音。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种低噪音、高湿滑性能轮胎，花纹沟尤其是纵向花纹沟槽侧壁布置鱼鳞状凹凸结构，能够干扰轮胎花纹沟尤其是纵向花纹沟内产生的流体噪声，从而降低噪声，同时提高了花纹沟尤其是纵向花纹沟在湿滑路面上水流通过性能，为车辆提供了足够高的滑水速度和较低的轮胎噪音。
本发明的目的是以下述方式实现的：一种低噪音、高湿滑性能轮胎，包括胎面花纹，胎面花纹包括花纹沟，花纹沟的两侧壁上分别设有鱼鳞状凹凸结构。
两侧壁设有鱼鳞状凹凸结构花纹沟的是纵向花纹沟，纵向花纹沟的两侧壁上分别设有周向鱼鳞状凹凸结构。
纵向花纹沟内底面上设有排石台，相连排石台通过加强筋连接，每个纵向花纹沟内的排石台相连形成波浪线结构。
胎面花纹包括还包括周向花纹肋条，纵向花纹沟沿轮胎周向设置，周向花纹肋条和纵向花纹沟间隔设置；花纹肋条上设有均匀的弧形刀槽，弧形刀槽的两端与相邻的纵向花纹沟相连。
所有的相邻弧形刀槽连接可以形成平滑的弧线。
弧形刀槽由深度不同的钢片镶嵌在花纹肋条上形成。
纵向花纹沟深度为5-18mm，宽度为3-14mm；鱼鳞状凸凹结构位于纵向花纹沟侧壁的位置为从纵向花纹沟深度0-深度d的位置，纵向花纹沟的深度为D，d/D比值为50%-85%。
鱼鳞状凸凹结构的每个鳞片位于椭圆上，椭圆的长轴直径L为5-8mm，短轴直径H为3-5mm，H/L取值范围在60%-65%之间；鱼鳞状凸凹结构为位于同一斜排的鳞片依次向左侧或右侧横向移动S、2S、3S、4S、5S……nS的距离形成，n为大于等于1的整数，s小于L；同一斜排的相邻鳞片，一个鳞片可以通过横向移动距离A，纵向移动距离B得到相邻的另一个鳞片；A取值为4mm-6mm，B取值为1.5mm-3.5mm，B/A取值范围在35%-60%之间，A＜L，B＜H；或，鱼鳞状凸凹结构的每个鳞片位于圆上，圆的直径R为2.5-3.5mm，鱼鳞状凸凹结构为位于同一斜排的鳞片依次向左侧或右侧横向移动S、2S、3S、4S、5S……nS的距离形成，n为大于等于1的整数，s小于2R；同一斜排的相邻鳞片，一个鳞片可以通过横向移动距离A，纵向移动距离B得到相邻的另一个鳞片；A取值为3.5mm-5.5mm，B取值为1.2mm-1.8mm，B/A取值范围在35%-60%之间，A＜2R，B＜2R；
A≤L/2，B≤H/2，S≤L/2，鳞片结构位于椭圆轮廓线上的弧形边缘厚度相同；或A≤R，B≤R，S≤R，鳞片结构位于圆轮廓线上的弧形边缘厚度相同。
纵向花纹沟横截面为倒喇叭形，即从上部开口到底部开口开口逐渐变小。
相对于现有技术，本发明能够通过在花纹沟壁增加鱼鳞状凹凸结构，从而干扰外部气流在花纹沟槽内流动特性，来降低花纹沟尤其是纵向花纹沟槽内部气体运动产生的噪声，同时，鳞状凹凸槽的设计增加花纹槽壁与流体的压力，增加流体的流速，从而提高产品的排水性能。
本发明可以应用到所有由沟槽的轮胎设计上，沟槽可以为横向沟槽、纵向沟槽、斜向沟槽或弧形沟槽，在不牺牲原有轮胎诸如滚动阻力等综合性能的基础上降低了轮胎噪声，提升了轮胎的抗湿滑性能，且外形美观大方。
附图说明
图1是本发明的轮胎胎面花纹结构示意图。
图2是本发明的轮胎纵向花纹沟的剖面示意图。
图3是纵向花纹沟侧壁上的鱼鳞状凹凸结构示意图。
图4为鱼鳞状凸凹结构的立体结构示意图。
图5是鱼鳞状凸凹结构的参数的设置示意图。
图6是对纵向花纹沟壁面的噪声分析中的模型设置图。
图7是纵向花纹沟计算模型与边界条件图。
图8是四种方案下的单一花纹沟噪声频谱曲线图。
具体实施方式
如图1-图6所示，一种低噪音、高湿滑性能轮胎，包括胎面花纹，胎面花纹包括花纹沟，花纹沟的两侧壁上分别设有鱼鳞状凹凸结构。
胎面花纹包括纵向花纹沟，纵向花纹沟的两侧壁上分别设有沿轮胎侧壁周向排列的鱼鳞状凹凸结构15。或者两侧壁设有鱼鳞状凹凸结构花纹沟的是纵向花纹沟，纵向花纹沟的两侧壁上分别设有周向鱼鳞状凹凸结构。
纵向花纹沟内底面上设有排石台，相连排石台通过加强筋连接，每个纵向花纹沟内的排石台相连形成波浪线结构。排石台增加纵向花纹沟底排石性能，增加轮胎的沟底抗撕裂能力。而且排石台的设计，能保障产品在接地后有良好的流体通过性能，提高产品的抗水滑性能。
胎面花纹包括还包括周向花纹肋条，纵向花纹沟沿轮胎周向设置，周向花纹肋条和纵向花纹沟间隔设置。花纹肋条相当于花纹块。
花纹肋条上设有均匀的弧形刀槽，弧形刀槽的两端与相邻的纵向花纹沟相连。弧形刀槽能产生良好的制动力，湿滑性能好；且提高轮胎的散热性能，从而提高轮胎耐久性能；同时弧形刀槽的设计，减小了花纹肋条刚性，有利于车辆的转弯。最后，弧形刀槽的设计，恰当的将花纹肋条分割，提高轮胎的美观性能。
所有的相邻弧形刀槽连接可以形成平滑的弧线。
弧形刀槽由深度不同的钢片镶嵌在花纹肋条上上形成。
纵向花纹沟横截面为倒喇叭形，即从上部开口到底部开口开口逐渐变小。
纵向花纹沟沟壁与花纹沟底部之间形成的角度是可变角度。沟壁角度随着沟的变化在变化，因为花纹沟不是直的，花纹沟深度不变，沟底圆弧与两侧壁和沟底呈相切关系，随着沟底中心线变化，花纹沟壁角度变化。
纵向花纹沟深度为5-18mm，宽度为3-14mm；鱼鳞状凸凹结构位于纵向花纹沟侧壁的位置为从纵向花纹沟深度0-深度d的位置，纵向花纹沟的深度为D，d/D比值为50%-85%。
鱼鳞状凸凹结构的鳞片呈一定规律排列，如：鱼鳞状凸凹结构为位于同一斜排的鳞片依次向左侧或右侧横向移动S、2S、3S、4S、5S……nS（n为大于等于1的整数，s小于L）的距离形成，并且移动距离为S的相应鳞片见形成交叉；同一斜排的相邻鳞片，一个鳞片可以通过横向移动距离A，纵向移动距离B得到相邻的另一个鳞片，并且相邻的两个鳞片之间形成交叉。
鳞片的形状可以为：
以任意一个椭圆为基准，这个椭圆分别进行横向位移±A和纵向位移±B形成四个椭圆。最终所有椭圆交接处，在纵向上，统一保留各个椭圆的上侧或下侧，在横向上，统一保留椭圆的左侧或右侧，从而形成相互连接的鱼鳞状结构，每一个椭圆保留下的部分为鳞片结构。形成的鱼鳞状结构上，位于同一横排的，相邻鳞片的横向间距为2A，位于同一纵列的，相邻鳞片的纵向间距为2B。椭圆的长轴直L为5-8mm，短轴直径H 为3-5mm，H/L取值范围在60%-65%之间；此时，A取值为4mm-6mm，B取值为1.5mm-3.5mm，B/A取值范围在35%-60%之间，A＜L，B＜H，S小于L。优选的，A≤L/2，B≤H/2，S≤L/2。此时的鳞片为椭圆状鳞片结构。
每一个鳞片结构从位于椭圆轮廓线上的弧形边缘到非位于椭圆轮廓线上的边缘逐渐边薄。
鳞片结构位于椭圆轮廓线上的弧形边缘厚度相同。
鳞片的形状可以为：
以任意一个圆为基准，这个圆分别进行横向位移±A和纵向位移±B形成四个圆。最终所有圆交接处，在纵向上，统一保留各个圆的上侧或下侧，在横向上，统一保留圆的左侧或右侧，从而形成相互连接的鱼鳞状结构，每一个圆保留下的部分为鳞片结构。形成的鱼鳞状结构上，位于同一横排的，相邻鳞片的横向间距为2A，位于同一纵列的，相邻鳞片的纵向间距为2B。圆的半径R为2.5-3.5mm，A取值为3.5mm-5.5mm，B取值为1.2mm-1.8mm，B/A取值范围在35%-60%之间，A＜2R，B＜2R，s小于2R，优选的，A≤R，B≤R，S≤R。此时的鳞片为圆状鳞片结构。
每一个鳞片结构从位于椭圆轮廓线上的弧形边缘到非位于椭圆轮廓线上的边缘逐渐边薄。鳞片上表面与花纹沟沟壁之间形成的角度夹角可以15°。
鳞片结构位于圆轮廓线上的弧形边缘厚度相同。
纵向花纹沟的鳞片只是外部形状相似于鳞片，但是每个鳞片是不可以掀开的，而是每个鳞片是与周围的鳞片固定连接的或是形成一体的或者说是每个鳞片的任意一处底部都与纵向花纹沟的侧壁形成一体。
具体如图1所示，胎面花纹包括间隔设置的周向花纹肋条Ⅰ1、纵向花纹沟Ⅰ、花纹肋条Ⅱ2、纵向花纹沟Ⅱ、花纹肋条Ⅲ3、纵向花纹沟Ⅲ、花纹肋条Ⅳ4、纵向花纹沟Ⅳ、花纹肋条Ⅴ5，纵向花纹沟Ⅰ、纵向花纹沟Ⅱ、纵向花纹沟Ⅲ、纵向花纹沟Ⅳ上分别设有排石台Ⅰ6、排石台Ⅱ7、排石台Ⅲ8、排石台Ⅳ9。
花纹肋条Ⅱ2、花纹肋条Ⅲ3、花纹肋条Ⅳ4上分别设有弧形刀槽Ⅰ12、弧形刀槽Ⅱ13、弧形刀槽Ⅲ14。弧形刀槽Ⅰ12、弧形刀槽Ⅱ13、弧形刀槽Ⅲ14连接可以形成平滑的弧线。
胎面花纹还包括胎肩花纹，胎肩花纹包括两侧胎肩部位均匀设置的横向胎肩刀槽，横向胎肩刀槽为封闭式刀槽。封闭式刀槽的宽度＜8mm，深度＜5mm。
在胎肩部位增加横向胎肩刀槽，且封闭式刀槽的宽度＜8mm，深度＜5mm，进行散热，保障产品有较好的滚阻性能和抗畸形磨损的能力。
试验：
一、鳞片为圆状鳞片结构。不同鱼鳞状凸凹结构的尺寸如下表表1所示，鱼鳞状凸凹结构的参数的设置示意图如图5所示。
Figure 277916DEST_PATH_IMAGE001
方案4为花纹沟上不设置鱼鳞状凸凹结构，花纹沟底部圆弧半径如方案1方案2、方案3的3.5mm，其它4中方案的条件都相同。
二、花纹噪声分析方法
2.1网格模型
结合载重轮胎接地印痕长度大约在200mm左右，对四种不同方案下的花纹沟进行200mm处理，以反映轮胎接地时的长度。在对四个方案进行网格划分时，靠近纵向花纹沟侧壁处设定尺寸为0.25mm，靠近纵向花纹沟中间区域设定为0.75mm。四种方案的网格总数约为200万左右。
2.2边界条件
对模型分别设置空气入口、空气出口和纵向花纹沟壁面（包括纵向花纹沟壁面和路面）等三个部分，在距离出口处设置2个声压测点，设置具体如图6所示。设定空气入口速度为80km/h，采用大涡模拟和FH-W声类比的方法计算不同方案下的噪声。得到的纵向花纹沟计算模型与边界条件图如图7所示。
三、结果分析
图8示出了四种方案下的单一花纹沟噪声频谱曲线。由于本次分析的主要目的是探索花纹沟壁的非光滑鱼鳞设计对噪声的影响，因此仿真结果噪声值较小。
从图8可以看出，方案2的呈现出降噪效果，而方案1和方案3并未表现出预期的降噪效果，这在一定程度上，反映出如果对花纹沟壁进行非光滑鱼鳞处理，那么鱼鳞的尺寸会存在一个相对较优的参数。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低噪音、高湿滑性能轮胎，包括胎面花纹，胎面花纹包括纵向花纹沟，其特征在于：花纹沟的两侧壁上分别设有鱼鳞状凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：两侧壁设有鱼鳞状凹凸结构花纹沟的是纵向花纹沟，纵向花纹沟的两侧壁上分别设有周向鱼鳞状凹凸结构。
3.根据权利要求2所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：纵向花纹沟内底面上设有排石台，相连排石台通过加强筋连接，每个纵向花纹沟内的排石台相连形成波浪线结构。
4.根据权利要求2所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：胎面花纹包括还包括周向花纹肋条，纵向花纹沟沿轮胎周向设置，周向花纹肋条和纵向花纹沟间隔设置；花纹肋条上设有均匀的弧形刀槽，弧形刀槽的两端与相邻的纵向花纹沟相连。
5.根据权利要求4所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：所有的相邻弧形刀槽连接可以形成平滑的弧线。
6.根据权利要求4所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：弧形刀槽由深度不同的钢片镶嵌在花纹肋条上形成。
7.根据权利要求2所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：纵向花纹沟深度为5-18mm，宽度为3-14mm；鱼鳞状凸凹结构位于纵向花纹沟侧壁的位置为从纵向花纹沟深度0-深度d的位置，纵向花纹沟的深度为D，d/D比值为50%-85%。
8.根据权利要求1所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：鱼鳞状凸凹结构的每个鳞片位于椭圆上，椭圆的长轴直径L为5-8mm，短轴直径H 为3-5mm，H/L取值范围在60%-65%之间；鱼鳞状凸凹结构为位于同一斜排的鳞片依次向左侧或右侧横向移动S、2S、3S、4S、5S……nS的距离形成，n为大于等于1的整数，s小于L；同一斜排的相邻鳞片，一个鳞片可以通过横向移动距离A，纵向移动距离B得到相邻的另一个鳞片；A取值为4mm-6mm，B取值为1.5mm-3.5mm，B/A取值范围在35%-60%之间，A＜L，B＜H；或，鱼鳞状凸凹结构的每个鳞片位于圆上，圆的直径R为2.5-3.5mm，鱼鳞状凸凹结构为位于同一斜排的鳞片依次向左侧或右侧横向移动S、2S、3S、4S、5S……nS的距离形成，n为大于等于1的整数，s小于2R；同一斜排的相邻鳞片，一个鳞片可以通过横向移动距离A，纵向移动距离B得到相邻的另一个鳞片；A取值为4mm-6mm，B取值为1.5mm-3.5mm， A＜2R，B＜2R。
9.根据权利要求8所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：A≤L/2，B≤H/2，S≤L/2，鳞片结构位于椭圆轮廓线上的弧形边缘厚度相同；或A≤R，B≤R，S≤R，鳞片结构位于圆轮廓线上的弧形边缘厚度相同。
10.根据权利要求2所述的低噪音、高湿滑性能轮胎，其特征在于：纵向花纹沟横截面为倒喇叭形，即从上部开口到底部开口开口逐渐变小。
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