CN1638982A - 装在车上用于测定其与地面抓着力的弹性轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明的弹性轮胎，包括的胎面(1)具有至少一个测量轮胎对地面抓着力的单元(3)，该测量单元(3)在轮胎转一周时与地面接触一次，从胎面(1)的径向外表面(5)上看，测量单元(3)包括中心区(10)和围住该中心区(10)的周围区(20)，至少对中心区(10)径向外表面(11)上的切向力敏感的传感器(40)，中心区(10)周围区(20)满足两个条件：a)Rzzc＜Rzze；b)(i)Rxzc/Rzzc＞Rxze/Rzze及(ii)Ryze/RZZE；式中：X、Y、Z代表轮胎的周向、轴向和径向；Rzzc及Rzze代表中心区(10)和周围区(20)在径向外表面(5)上法向力作用下的刚度；Rxzc及Rxze代表中心区(10)和周围区(20)在径向外表面(5)上沿轮胎周向(X)的切向力作用下的刚度；Ryzc及Ryze代表中心区(10)和周围区(20)在径向外表面(5)上沿轴向(Y)的切向力作用下的刚度。

Description

装在车上用于测定其与地面抓着力的弹性轮胎
本发明涉及一种弹性轮胎，如充气轮胎，其上装有可测量装有该轮胎的车辆对滚压的地面，如车行道的抓着力的装置。更具体说，它涉及的是一种根据获得的该弹性轮胎与滚压地面间的接触表面的物理特性确定该弹性轮胎的滚动抓着力特征。
业已提出在带有充气轮胎车辆开动时连续测量充气轮胎的胎面的方法，以便实时地了解充气轮胎与地面之间发生的力。这一课题可参考专利文献DE-A-3937966。尽管如此，虽然这是多么令人感兴趣，但这样的资料仍不充分，因为司机，甚至自动装置，如车辆领域中众所周知的名称为ABS(防报死***)或ESP(电子稳定程序)所指的那种装置仍然不能预先考虑抓着力的退化。因此人们满足于留意后验的超出了抓着力极限而尽量迅速采取行动来控制车辆。
这方面有必要得到抓着力“实时”状况的信号，这种状况会在随后瞬间影响车辆的性能，特别是车辆因驱动力或制动力或行车轨迹的改变而经历巨大加速的情况。
本发明的目的是提供一种弹性轮胎，例如充气轮胎，它的胎面包括至少一个测量单元，可以通过获得驾驶车辆时有关安全系数尽可能真实的数据而以有效方式测出轮胎对滚压地面的抓着力。
为此目的，根据本发明的弹性轮胎包括测量单元，其用于使轮胎每转一周都会与地面接触，轮胎包括，从其径向外表面上看，一个中心区以及周围该中心区的周围区，至少一个对中心区外顶面的径向外表面上作用的切向力敏感且与所述顶面相对的传感器，上述的中心区和周围区同时满足以下两个条件：
(a)Rzzc＜Rzze
(b)(i)Rxzc/Rzzc＞Rxze/Rzze或(ii)Ryzc/Rzzc＞Ryze/Rzze，
式中：x、y、z分别代表轮胎的周向、轴向和径向，
Rzzc及Rzze分别表示在垂直于上述径向外表面的力作用下所述中心区及周围区的刚度；
Rxzc及Rxze分别表示在沿该轮胎的周向与上述径向外表面相切的力作用下所述中心区与周围区的刚度，以及
Ryzc及Ryze分别表示在该轮胎的周向与上述径向外表面相切向的力作用下所述中心区与周围区的刚度。
上述条件(a)体现这样的事实，即中心区的“垂直”刚度(即沿轮胎径向的刚度)小于周围区的刚度。至于条件(b)，它表达这一事实即“切向”刚度(沿轮胎周向或轴向的刚度)与“垂直”刚度之比，正相反，中心区的大于周围区的。
根据本发明，中心区的防滑势小于周围区和轮胎其余部分的防滑势。为了达到这一点，中心区例如可以由不同于周围区及轮胎其余部分的材料组成。
事实上，本申请人在研究过程中发现小的“垂直”刚度结合大的刚度比(“切向”刚度/“垂直”刚度)由于能在各种滚动环境中超越抓着力极限而能使上述或每个中心区产生滑动，而胎面其余部分未超过此抓着力极限，因而不滑动。
如果在此中心区内进行至少一种适宜的测量，则可得到防滑势的情况。每当在此涉及到作测量时，所需的一个或几个传感器可在轮胎的以外或嵌入其材料中。
这里“测量单元”指轮胎胎面的一部分，其结构适合于本发明所追求的目的。执行测量的传感器植入该测量单元中。改进之处有，提供被周围区围住的中心测量区，其性能与大部分胎面使用的一样。“性能”这个词指所用材料固有特征带来的作用的总体评价，某些情况下，这种作用由材料压制形式决定，后者甚至起主导作用。“大部分”指胎面的一部分，被按使用性能设计，此性能是轮胎设计人员要求赋予所讨论的轮胎性能，反之，则要求其执行测量任务。
下文中“元件的粘附势”指从整体考虑此元件在给定点与地面接触时可能受到的最大切向力与作用于该元件的法向力之比。
“摩擦势”指在地面上滑动时在胎面元件的给定点受到的局部切向应力与局部法向应力之比。
所谓“可用抓着力裕量”是元件的防滑势与元件通过接触表面时从整体看该元件实际受到的总体切向力与总体法向力之比的差值。
优选，本发明涉及的弹性轮胎是由充气轮胎组成，其胎面最好用橡胶制造。
根据本发明的优选特征，弹性轮胎的胎面包括用凹槽使其互相隔开的胎面花纹块，该凹槽的宽度基本上大于或者等于2mm，周围区用宽槽及/或刻痕与中心区隔开。该宽槽或刻痕的宽度小于凹槽宽度且设置成使中心区材料与周围区的材料分开。这些宽槽及/或刻痕的标准宽度小于2mm，最好小于1mm。它们的宽度为0.3-0.8mm更好。
根据本发明另一优选特征，中心区顶部面积小于周围区径向外表面面积的20％。应注意，由于面积小，中心区的径向外表面在通过接触表面时并未承受作用于轮胎胎冠加强件上的全部作用力。
中央区的“垂直”刚度最好小到这样程度以致根据本发明所述的轮胎另外还满足以下条件：
(Aa)Rzzc＜0.2Rzze
同样中心区的刚度比(“切向”刚度/“垂直”刚度)最好大到如此程度以致所述轮胎另外还满足以下条件：
(Ba)(i)Rxzc/Rzzc＞1.5Rxze/Rzze，或(ii)Ryzc/Rzzc＞1.5Ryze/Rzze。
这两个特征使中心区与周围区相比能进一步使滑动设计得以优化。
根据本发明的一个实施例，中心区由可压缩的各向同性材料组成，如泡沫胶料(即有闭室的气泡结构，在泡涨剂帮助下通过已知方法制成)，从而有助于使中心区“垂直”刚度Rzzc得以最小，因而使刚度比Rxzc/Rzzc或Ryzc/Rzzc最大，同时使中心区的滑动设计得以优化。
根据本发明的另一实施例，中心区具有各向异性的特征，它由多层复合层组成，这些复合层或沿轮胎轴向或沿周向叠合(分别由不等式(i)或不等式(ii)满足条件b))时且各层由胶料制成，其中有机或无机型加强件，如金属或纺织纤维加强件的方向基本上平行于轮胎的环形中平面或垂直于该平面(各层分别沿周向或轴向叠合)。较佳地，相邻的一对中的所述复合层各自包括与轮胎的周向或轴向的夹角相反的纺织纤维。
这些角度最好大致在±20°至±45°之间，大致等于±30°更好。
每一复合层的厚度最好为0.5mm-3mm，为0.5-1mm更好。
对已知“垂直”刚度而言，中心区这种各向异性复合结构可提高该区的“切向”刚度Rxz或Ryz，从而有利于使上述刚度比Rxzc/Rzzc或Ryzc/Rzzc进一步加大，因而使中心区的滑动最完善。
应注意，根据本发明这样的复合中心区的各向异性的拉伸或压缩比范围为3-7，最好是3-4。
根据本发明的第一实施例，它包括任何一个上述特征，所述中心区大致具有作为对称面的轮胎的环形中平面，且由不等式(i)满足条件(b)。
根据本发明第一实施例的另一特征，所述中心区沿轮胎周向是细长形的(如矩形或椭圆形)。
应注意，中心区较小的宽度(对该第一实施例而言在轮胎的轴向)有利于减小中心区的“垂直”刚度Rzz，因此使刚度比Rxzc/Rzzc最大，而实现中心区滑动设计优化。
根据该第一实例的另一特征，平形六面体形的中心区的顶面，其各侧面分别面向形成周围区的四个平行六面体的胎面花纹元件。
按照本发明第一实例的一个实施例，中心区从其顶面的一条短边伸出的至少一个侧面相对于垂直包括该短边的顶面的平面倾斜-45°-+45°范围的角度(如±30°)。
中心区从顶面的短边伸出的所述或各侧面的倾斜有利于改善中心区在接触表面中的滑动。
根据该第一实例的另一特征，胎面包括由凹槽彼此分开的胎面花纹块，该凹槽宽度基本上大于或者等于2mm，周围区由宽槽或刻痕与中心区分开，宽槽或刻痕的宽度远小于凹槽的宽度且设置成使中心区材料与周围区的材料分开，顶面的各条长边由一宽槽连接面向它的一个胎面花纹元件，顶面至少一条短边由一刻痕连接面向它的胎面花纹元件。
如上所述，这些宽槽/划痕的典型宽度小于2mm，最好小于1mm。宽度范围0.3mm至0.8mm更好。
应注意，连接中心区顶面所述或者各短边与周围区相应胎面花纹元件的刻痕的作用是有利于包括本中心区在内的测量单元在与滚动地面接触区内“变平”。
根据本发明第二实施例，它包括了第一实例说明中的任何一上述特征，中心区位于轮胎胎肩区内且条件(b)由不等式(ii)满足。
根据第二实例的另一特征，中心区沿轮胎轴向为细长形(如矩形或椭圆形)。
如上所述，还应注意，中心区较小的宽度(在此是轮胎周向)，有利于减少中心区的“垂直”刚度Rzz，因此使刚度比Ryzc/Rzzc最大从而使中心区滑动设计得以优化。
根据第二实施的另一特点，平形六面体的中心区嵌在周围区第一胎面花纹元件凸出段中间，凸出段在垂直于轮胎径向的平面中呈U形，所述凸出段平行于轴向延伸且其端面分别大致上与中心区顶面短边之一对齐，而短边面向周围区第二平行六面体的胎面花纹元件。
根据本发明第二实例的一个实施例，中心区从其顶面的一条短边伸出的至少一个侧面相对于垂直包含该短边的顶面的平面倾斜-45°-+45°(如±30°)范围的角度。
中心区从顶面的短边伸出的所述或者各侧面发生倾斜有利于接触表面上中心区的滑动。
根据第二实例的另一特征，轮胎胎面包括由凹槽彼此分开的胎面花纹块，周围区由宽槽或刻痕与中心区分开，宽槽或刻痕的宽度远小于凹槽且设置成使中心区材料与周围区材料分开，面向U形的第一胎面花纹元件连接板的顶面另一短边由宽槽与第一胎面花纹元件连接，而与凸出段面对齐的短边由刻痕连接第二胎面花纹元件。
和第一实施例一样，应该注意刻痕的作用是使包括本中心区的测量单元在其与滚动地面接触区内“变平”。
本发明的上述特征及其它特征在阅读本发明的示范性实施例的下述说明可有较好的了解，其中该示范性实施例是以说明的方式而不是限制性的方式给出的，其中说明涉及的附图有：
图1是包括根据本发明第一示范性实施例的测量单元的充气轮胎胎面一部分的平面图，参照该胎面的轴向剖视图；
图2是包括根据本发明第二示范性实施例的测量单元的充气轮胎胎面一部分的平面图，也参照胎面轴向剖视图；
图3和图4分别是图1所示胎面沿图1的III-III和IV-IV平面的剖视图；
图5和图6分别是图2所示胎面沿图2的V-V和VI-VI平面的剖视图。
图7是透视图，示出根据本发明的组合式测量单元的结构，包括沿充气轮胎的周向定向的加强件，其中该测量单元的结构与该方向形成给定角度；以及
图8的曲线一条是刚度比(胎面表面在垂直力作用下的刚度Rzzc与该表面在切向力作用下的刚度Rxzc之比)的变化与图7的测量单元纤维角度的函数关系，另一条是该测量单元上作用力变化与图7的测量单元纤维角度的函数关系。
在图1中可以看到根据本发明第一示范性实施例的充气轮胎胎面1的一部分，它包括胎面花纹块2，在扇形下方沿轴向剖面看该胎面1，具有作为对称轴的充气轮胎的环形中平面P。应该注意，图1可看到不同胎面花纹块2的相对尺寸。胎面包括测量单元3，其在胎面1的局部地方从径向内表面4伸到该胎面1的径向外表面5，在图1的实例中，该测量单元3以环形中平面P为中心。
在本说明中，“块”这个词指胎面花纹元件2，形状可以是平行六面体形也可不是，如橡胶“棒”，通道或凹槽6环绕胎面花纹元件四周，该通道或凹槽6与其它块相连。该凹槽较深，宽度一般等于或者大于2mm。图1的测量单元3形成“+”形十字部件。
该测量单元3包括中心区10和周围区20，它们在充气轮胎径向Z有相同高度(见图3和4)，周围区20围住中心区10且通过宽槽及/或刻痕30、31、32、33与中心区10连接，如上所述，刻痕/宽槽的宽度小于凹槽，可从图3、4上看出，典型宽度小于2mm，小于1mm最好，以用于确保中心区10的材料与周围区20机械分离以便测量抓紧力。
在该实例中，中心区10的形状为平行六面体形，其矩形顶面11(即径向外表面)的四条边12、13、14、15分别面向四个形成周围区20且同样为平行六面体形的胎面花纹元件21、22、23、24。
传感器40示出于图3和4，它至少对所述顶面11上作用的切向力敏感且能测出应力或者位移。传感器10嵌入中心区10块料中，位于胎面1的内表面4的径向外侧并靠近该内表面4，因此该传感器40不受滚动时胎面1磨损的影响。充气轮胎在滚动时在面向该处的接触表面上沿纵向和横向的应力和应变的状态进行测量。
该传感器40可以是比如霍尔效应型的，以公知方式包括一个磁性元件和至少一个霍尔效应器件。
以本申请人名义的欧洲专利申请EP-A-1275949中描述的传感器40是一种针形力传感器，其内容并入本说明书中以供参考。
总而言之，该针形传感器是一种力传感器，包括一个刚性的柄，其可受力的作用，和一个头部，该头部包括一个连接在柄上的元件，该头部当柄受力时会发生应变和应力，所述元件支承用于测量应力和应变的装置且包括一些固定点，这些点在静止时相对于所述柄具有一位置，当柄受力时能保持此位置不变，这些支承点沿变形元件边缘是不连续的，也可是连续的。所述变形元件可以是一整体薄膜，例如环形薄膜，并且所述变形元件包括例如辐射臂，该辐射臂在柄固定的中央部分上互相连接，所述多个固定点位于该辐射臂的端部。
如图1及3所示，所述顶面11的各条长边12、13通过宽槽30、31与面向它的胎面花纹元件21、22相连，槽宽比如等于0.8mm。
如图1及4所示，所述顶面11的短边14中的一条由另一宽槽32与面向它的胎面花纹23相连，槽宽与宽槽30、31的宽度相同，而所述顶面11的另一短边15由刻痕33与面向它的胎面花纹元件24相连，该刻痕33的宽度小于宽槽30-32的宽度(刻痕33的宽度例如为0.3～0.8mm的范围内)。刻痕33的深度达不到胎面1的径向内表面4，因此不能使中心区10与胎面花纹元件24完全分开。
从图1的实例中可见，由测量单元3构成的十字部件的一个，沿充气轮胎轴向Y位于中心区10的两侧且以一基本上与其对准的方式包括两个面向长边12、13的胎面花纹元件21、22。对于该十字部件沿充气轮胎周面X延伸的另一构件，面向短边14、15的两个胎面花纹元件23、24的宽度大于后者，因此这些元件23、24在Y方向的延伸超过中心区10以外。
应注意，与周围区20的相应刚度Rzze相比，在测量单元3通过与滚动地面接触区时，每个宽槽30、31、32在与胎面1的径向外表面5垂直方向的力的作用下都有助于减小中心区10的刚度Rzzc。还应注意，与周围区20的相应刚度Rxze相比，刻痕33在中心区通过接触区时在受到沿充气轮胎周向X的与径向外表面相切的力作用下都有助于增加中心区10的刚度Rxzc。
因此，宽槽30-32及刻痕33有助于使中心区10的刚度比Rxzc/Rzzc全面高于周围区20的相应刚度比Rxze/Rzze。
还应注意，中心区10的顶面11的面积设置成比形成周围区20的胎面花纹元件21、22、23、24的径向外表面的面积小很多。因此当根据本发明的充气轮胎滚动时，中心区10被周围区20在足够的面积上围住，按规定，周围区20比中心区10坚实得多(即周围区垂直刚度大于中心区的刚度)，因此，中心区10并未承担作用于充气轮胎胎冠加强件上的全部作用力。
在图1的示范性实施例中，中心区10的顶面11长20mm(沿周向X)，宽8mm(沿轴向Y)，高8mm(沿径向Z)，该顶面11的面积小于周围区20面积的10％。
在图2的本发明第二实施例的以下说明中，如果其结构与图1的上述元件相同，则在具有相同功能的元件的附图标记上加100。
在图2中可以看到根据本发明另一示范性实施例的充气轮胎胎面101的剖面，包括胎面花纹块102，及位于该剖面之下的、沿轴向剖面看到的胎面101。胎面101包括测量单元103，它从胎面101的径向内表面104在局部地方伸到胎面101的径向外表面105。在图2的实例中，该测量单元103位于充气轮胎胎肩区内，应注意，图2中同样可看到各种胎面花纹块102的相对尺寸。
图2的测量单元103包括一个中心区110和周围区120，它们与充气轮胎径向Z的高度相同(见图5及6)。周围区120围住中心区110且由宽槽及/或刻痕130、131、132、133与中心区110相连，宽槽及/或刻痕130、131、132、133的宽度小于凹槽106的宽度，如参照图1的上述说明。如参照图1的以上说明所述，宽槽及/或刻痕130-133可以从图5、6上看到且其典型宽度小于2mm。最好小于1mm，用于确保中心区110的材料与周围区120的材料机械分离，以便测量抓紧力。
在该实施例中，中心区110的形状是平行六面体，沿充气轮胎轴向X伸长，且嵌在胎面花纹元件121的两个凸出段121a、121b之间，胎面花纹元件121是周围区120的一部分，具有垂直于充气轮胎径向Z的大致为U形的截面，更准确地说，元件121的凸出段121a、121b平行于Y轴方向延伸且其两个端面与中心区110的矩形顶面11的短边114之一对齐。
图5和6示出传感器140，例如霍尔效应型元件，它包括一个磁性元件以及至少一个霍尔效应器件。该传感器140至少对作用于所述顶面111的切向力敏感且可以参照图3、4与上述传感器40完全一样方法测出应力和位移。
如图2及5所示，顶面111的另一短边115面对U形胎面花纹元件121连接板121C，通过宽槽132与连接板121C连接，宽槽132的宽度与上述的宽槽32的宽度相同，而顶面111的所述短边114由刻痕133连接到另一平行六面体的胎面花纹元件122，刻痕133与上述刻痕33相似而胎面花纹元件122也是周围区120的组成部分。刻痕133的深度未达到胎面101的径向内表面104，因此它并未将中心区110与胎面花纹元件122完全分开。
如图2及6所示，顶面111的长边112、113由类似于上述宽槽30、31的宽槽130、131连接到胎面花纹元件121。
还可看出，胎面花纹元件122沿充气轮胎轴向Y延伸，实际上作为胎面花纹元件121的凸出段121a、121b的延续。此外，另外两个平行六面体的胎面花纹元件123、124这样来与周围区120连成一体，以致它们分别通过宽槽134、135连接到所述凸出段121a和121b，这两个元件123、124沿轴向X的长度大致等于所述元件122的长度。
应注意，与周围区120相应刚度Rzze相比，在通过接触区时每个宽槽130、131、132都有助于在垂直于胎面101的径向外表面105的力作用下降低中心区110的刚度Rzzc。
还应注意，与周围区120的相应刚度Ryze相比，在通过接触区时刻痕133有助于在所述径向外表面105上沿充气轮胎的周向X作用的切向力作用下增加中心区的110刚度Ryzc。
因此，与周围区120的相应刚度比Ryze/Rzze相比，宽槽130-132及刻痕133都有助于整体增加中心区110的刚度比Ryzc/Rzzc。
还应注意，中心区110的顶面111的面积设置成远小于形成周围区120的胎面花纹元件121、122、123、124的径向外表面面积。因此当根据本发明的充气轮胎滚动时，中心区110很大面积上被周围区120围住，按规定，周围区120比中心区110坚实得多(即周围区垂直刚度大于中心区)。因此，该中心区110不承担作用于充气轮胎胎冠加强件上的全部作用力。
在图1的示范性实施例中，中心区110的顶面111长20mm(沿轴向Y)，宽8mm，(沿周向X)，高8mm(沿径向Z)，顶面111的面积同样小于周围区120面积的10％。
图7示出根据本发明测量单元3，103的中心区10，110的结构一实例。
图7的中心区10、110是一平行六面体的“棒”，它包括多层相同的矩形层16、116，各层沿充气轮胎的轴向Y叠合。该“棒”10、110是一复合结构，由于各层16、116由纺织物或金属加强件17、117增强的同种胶料制成因而呈现各向异性。
对测量单元3、103进行实验，中心区10、110的每一层16、116用比如聚酯制造的纺织纤维增强，这些纤维与周向X的夹角为±α，以致相邻的二层16、116所含的纤维17、117分别具有相反的角度，即α和-α。
图8示出了中心区10、110的各向异性“棒”的实验结果，中心区共有8层16、116，每层厚约1mm，这些实验用“棒条”10、110的特征是各向异性因素为3，及纤维在相邻两层16、116中布置角度相反，即±α。
测出以下参数的变化与这些角度α绝对值的函数关系：
——在垂直于胎面1、101的径向外表面5、105的力作用下中心区10、110的刚度Rzzc(单位：DaN/mm2)，
——在力与径向外表面5、105相切时中心区10、110的刚度Rxzc(单位：DaN/mm2)，及
——这些刚度比值Rxzc/Rzzc。
图8中的曲线说明，特征是各层16、116中交替的α角大致等于±30°的中心区“棒”10、110，它具有最大的刚度比Rxzc/Rzzc，根据本发明其有助于使加入这些“棒”10、110的测量单元10、110的接触表面滑动设计得以优化。
此外，对尺寸相同的但结构不同的中心区“棒”10、110进行类似测量，并与可用在周围区20、120中同样的“棒”型的“参照”胎面花纹元件21-24、121-124作比较。
“参照”胎面花纹元件长25mm，宽20mm，高8mm，它由胎面1、101的交联胶料组成。该“参照”胎面花纹元件在与其径向外表面上垂直的力作用下的刚度Rzze等于186DaN/mm2。
根据本发明的第一中心区“棒”10、110与此“参照”胎面花纹元件的差别在于，一方面它是由在垂直于“棒”10、110的顶面11、111的力作用下刚度Rzzc等于17.59DaN/mm2的胶料组成，该值远低于“参照”胎面花纹元件的值；另一方面，其长度为15mm而宽度只有5mm。
根据本发明的第二中心区“棒”10、110与根据本发明的第一“棒”之差别在于，它由处于交联和发泡状态的可压缩胶料组成，该胶料是有闭孔的泡沫结构(即泡沫橡胶制成)，它的刚度Rzzc等于11.90DaN/mm2。此外，第二“棒”的尺寸与根据本发明的第一“棒条”相同。
根据本发明的第三中心区“棒”10、110与根据本发明的上两个“棒”不同之处在于，它具有参照图7的上述结构，该结构由8层16、116组成，每层厚1mm，各层16、116由被上述聚酯纤维加强胶料构成，纤维角度为±45°，因此第三“棒”的刚度Rzzc等于17.58DaN/mm2。
对于“参照”胎面花纹元件及根据本发明的三个“棒条”10、110而言，测得在与胎面1、101的径向外表面5、105相切的力作用下的刚度Rxz，以便从其得到比值Rxz/Rzz，得出结果示于下表。
  参照棒条   根据本发明的第一棒条   根据本发明的第二棒条   根据本发明的第三棒条
  Rxz(DaN/mm)   22.40   3.47   3.46   5.19
  Rzz(DaN/mm)   186.00   17.59   11.90   17.58
  Rxz/Rzz   0.12   0.20   0.29   0.295
这些结果表明，棒的宽度减少可提高Rxz/Rzz值(根据本发明第一棒)。使用“泡沫”橡胶型(根据本发明第二棒)或包括纺织纤维的复合材料(根据本发明第三棒)的可压缩材料同样可增加该比值。
如图1-7所示的包括胎面1、101的充气轮胎在正常工作时与地面接触的情况下所产生的各种应力，测量单元3、103的大部分或全部中心区10在地面上滑动。业已发现，滑动甚至在低速自由滚动(无扭矩)包括地面上有强有力的附着力时发生。这种中心区10、110的滑动现象至少在测量单元通过地面接触表面时存在。在测量单元3、103中确保发生这种滑动现象就可测出对地面的摩擦势。相反，胎面1、101的其余部分中只有一少部分在地面上滑动，可能滑动的部分太小，以致不能进行摩擦势的测量。
已经注意到，在测量单元3、103中心，在切向力与平行力之间存在有特殊的导向，切向力是指那些出现在接触表面能够确保车辆的全部加速度的力，包括用于车辆导向的力，而平行力可从胎面1、101磨损部分极限值的内侧测出。
宽槽与刻痕30-33及130-133所确保的分开来使设想的测量工作满意地进行，据认为这是因为中心区10、110满足根据本发明的条件a)和b)，这两个条件在有关周围区20、120的本说明的开头进行了陈述。这样可避免地面接触压力太高以致中心区10、110不能滑动，本发明的优点是通过上述的摩擦势的测定来决定充气轮胎直到全部磨损的可用抓着力裕度。
如此改进的充气轮胎可估算“防滑势”，该概念在上面已经定义且总的来说和胎面1、101联系起来使用。该充气轮胎也可估算“摩擦势”，这个概念也在上面已经定义。
用一个或多个适用的经过适当安置的传感器40、140可获得在整个充气轮胎使用期内的测量值。当然希望测量单元3、103与胎面1，101的体积相比越小越好，或者更加基本的是不会影响充气轮胎的性能。通过充气轮胎每转一周作一次测量，可得到所要求的数据。在一种较佳的形式中，充气轮胎可包括足够多的测量单元3、103，以确保总有至少一个单元在与地面接触。就车辆而论，所有充气轮胎都装有这样的测量单元被认为是不必要的，在车辆的一边安装有一个充气轮胎就够了。
一方面根据充气轮胎的摩擦势与防滑势之间预设关系，另一方面根据在各种路况下充气轮胎最大防滑势变化很小的特点定期复验的传统做法，从测量单元3、103的中心区10、110上切应力的值，或代表该切应力的信号可求出充气轮胎防滑势的值。复验法是有用的，因为在充气轮胎使用过程中测量单元3、103的中心区10、110下的压力会变化，在充气轮胎载荷条件及充气压力条件相同时，该压力是充气轮胎磨损量的函数，压力的这种变化导致作用在测量单元3、103的中心区10、110上的切应力与充气轮胎防滑势之间的关系式改变。如果安装的测量单元3、103的中心区10、110是用来测量同一点的法向应力的，则可通过计算切应力与法向应力之比算出测量单元3、103的中心区10、110与地面的摩擦系数。在这种情况下，为了求出充气轮胎的防滑势去作定期复验也许是不必要的。
本发明还涉及弹性轮胎与滚动地面之间抓紧力特性的检测方法，该方法包括以下几步：
a)在胎面中至少安装一个测量单元3、103，其用于轮胎每转一周便与地面接触一次，该测量单元3、103从胎面径向外表面上看，包括中心区和围住此中心区10、110的周围区20、120，所述中心区可以平行于地表面的应力在地面上滑动，该应力值大致小于所述中心区以外的周围区20、120在地面上滑动时平行于地表的应力值
b)安装上传感器40、140以便在所述中心区进行测量，所述传感器40、140至少对一个反映所述中心区10、110表面上的切向力的参数敏感；
c)产生代表所述中心区10、110的所述接触表面中的切向力的第一信号；
d)测出表征抓着力损失的所述第一信号变化；
e)对所述中心区10、110的所述接触表面中的摩擦势作出估算；
f)对胎面防滑势作出估算。
本发明当然可从弹性轮胎的防滑势与轮胎上的切向力与法向力之比的差别中估计“可用抓着力裕度”。以非限定性的方式，利用美国专利5,913,240中的说明可估计例如在纵向的切向力和法向力。但也可根据在胎面上作出的测量估算切向力和法向力。更详细的说明见下面。
因此，在根据本发明所述测量方法的一个较佳变体中，旨在测出第一信号和对轮胎接触表面中防滑势作出估算的步骤包括以下工作：
a)产生代表所述中心区所述接触表面法向力的第二信号；
b)由第一及第二信号产生代表切向力和法向力之比的第三信号；
c)检测表征抓着力损失的第三信号的变化；
d)对所述中心区接触表面内摩擦势作出估算；及
e)根据摩擦势对所述胎面的防滑势作出估算。
可以设想对这里叫做“测量单元”以外的胎面部分进行测量，这就是说，这部分胎面它的性能与执行测量工作无关。在这种情况下，本发明提供的方法还要包括以下几步；
a)将传感器布置在面向一个或几个测量单元以外的胎面接触表面区域中，所述传感器至少对反映作用于上述外区表面的切向力的参数敏感；
b)产生代表一个或几个测量单元以外的胎面接触表面区域中切向力的胎面第一功能信号；
c)产生代表一个或几个测量单元以外的胎面接触表面区域中法向力的胎面第二功能信号；
d)根据上述外区与地面接触的开始与结束的瞬时之间在轮胎全宽上对胎面第一功能信号的积分，求出表征轮胎上作用的切向力的标记；
e)根据上述外区与地面接触的开始与结束的瞬时之间在轮胎全宽上对胎面第二功能信号的积分，求出表征轮胎上作用的法向力的标记；
f)从胎面防滑势与作用在胎面上的切向力与法向力之比的差值求出“可用抓着力裕度”。
现转向本发明本身感兴趣的另一方面，即提出不通过测量估算“可用抓着力裕度”或估算弹性轮胎上实际作用的法向力。为此，本发明提出具有可变形胎面的弹性轮胎与滚动地面之间附着力特征的测定方法，该方法包括以下几步：
a)在胎面中提供至少一个测量单元，其用于轮胎每转一周接触地面一次，该测量单元从胎面径向外表面看，包括所述中心区和围住此所述中心区的周围区，所述中心区可以平行于地表面的应力在地面上滑动，该应力值远小于所述中心区以外的周围区在地面上滑动时平行于地表的应力值；
b)安装传感器，以便在所述中心区中进行测量，所述传感器至少对一个反映所述中心区表面的切向力的参数敏感；
c)产生代表所述中心区切向力的第一信号；
d)由上述第一信号测出进入所述中心区接触表面的瞬时；
e)由上述第一信号测出第一信号经历了表征附着力损失的变化的瞬间；及
f)根据测得进入接触区的瞬间和测得特征变化的瞬间之间第一信号的函数产生表征可用抓着力裕度的标记。
所述第一信号的函数是该信号对时间的一阶导数的平均值，与表征抓着力损失之点的信号值之比。作为一个变体，第一信号的函数是二次测定的时间间隔。
最后，作为一种变体，本发明提出一种具有可变形胎面的弹性轮胎与滚动地面之间抓着力特性的测定方法，该方法包括以下几步：
a)在胎面中提供至少一个测量单元，轮胎每转一周接触一次地面，该测量单元从胎面径向外表面看，包括一所述中心区和围住此所述中心区的周围区，所述中心区以与地面平行的压力在地面上滑动，该应力值远小于该区以外的周围区在地面上滑动时平行于地表的应力值；
b)安装传感器，以便在所述中心区中进行测量，所述传感器至少对一个反映所述中心区表面的切向力的参数敏感；
c)将一传感器安置在与胎面测量单元以外接触表面相对处，该传感器至少对一个反映作用在该外区表面的切向力参数敏感；
d)发生代表所述中心区切向力的第一信号；
e)发生代表所述外区切向力的第二信号；
f)根据第一及第二信号的比较产生表征可用附着裕度的标记。
弹性轮胎在车行道上的防滑势直接决定传递给车辆的导向力、制动力和驱动力的最大值。这对车辆机动性及高速行驶安全性是个重要因素。
在一些国家中进行的统计研究表明，防滑势与湿车道上事故危险性之间有必然联系：湿车道上防滑势的值越低，事故危险性越高，因此，用户的安全很大程度上取决于防滑势。
一个重要的安全问题是在达到抓着力极限之前尽早评估弹性轮胎防滑势水平的能力，因为在附着力不够时，早期采取措施以改进车辆的滚动条件，避免事故发生的概率。
这里介绍的弹性轮胎设计原则从这个观点看代表相当大的优势，事实上，即使轮胎在作自由滚动，也能算出防滑势的值，这相当于说，在任何车辆滚动条件下，从恒速直线运动到最大制动与加速或在抓着力极限时走弯道，都可求出该势值。因此可连续评估可用防滑势。
根据所述测量方法还可确定实际在用的防滑势的份额。
下表示出本资料允许的应用场合
                       数据接收方
  收集的数据     司机     车辆 其它用户及道路管理人员
防滑势 ●通知有关防滑势水平的变动；●将瞬时势值与防滑势统计值作比较，并通知该瞬间势相对于统计值的高低(高，平均；低，极低)。 ●接收工作***，(防抱死、抓着力、轨迹监视)的控制对策；●协助司机，在司机似乎操作不适当或者必须进行改正操作时，改正所给出对车辆进行所需响应的操作。 ●通知其他用户在路网各点(结合位置跟踪***)有关可用抓着力水平。●向负责路网管理团体提供实时数据以便作好最佳的维护管理。
  可用防滑裕度 通知司机有关势的使用水平并警告他接近抓着力极限的情况。 调整工作***(防抱死、抓着力、轨迹监视) 警告路网管理方有关抓着力极限最经常接近的地方。
仅根据可用防滑势或与防滑势直接相关的资料就能做到：
◆通知车辆司机：
Figure A0380440000241
当抓着力值有波动时：例如，如果势值降至一定变动范围以外，便向司机以音响或可视形式发出警告，以促进他改进驾驶，提高警惕；
Figure A0380440000242
与抓着力值的统计基值相比在给定瞬间可利用的相对抓着力值：车辆运行中连续采集的数据可供给与车辆相连或在车辆以外的计算机***数据库(车辆与中央数据库连通)；此外，这些数据可与已储存在数据库中的统计数作比较，以便求出相应的百分比；该结果转换成单项资料供给司机(如表示一个规定的可用抓着力值：高，平均；低，极低)；
◆对车辆的作用：
Figure A0380440000243
改正车辆的***控制对策，例如车轮防抱死***、抓着力***和工作轨迹监视***，这些***可根据抓着力值不同且由制造时预定具有不同的对策；根据即时的抓着力水平，可执行最合适的控制对策；
Figure A0380440000244
确定对车辆部件提供最佳操作：在车辆中完成实时数值模拟；根据附着力信息确定作用于部件上的操作(如刹车)以便作出最佳的响应；还可用模拟方式的预测车辆对司机操作的响应，并因而改正其操作或在操作不当时帮助他改正。
◆通过将该数据向中央数据库传输，通知其他公路用户及负责路网管理的团体；现代通信工具及移动设备定位***(如GPS***)可分配到车辆提供的防滑势的数据、道路精确位置中的每一项，并将这些数据传送给中央***；在这些数据基础上可以做以下工作：
Figure A0380440000245
通知其他公路用户及其车辆，在他们到达某地之前有关该地的可用情况，因而在很大程度上预定控制车辆所需的正确操作；
向路网管理者提供有关抓着力水平的准确的统计实时信息，避免执行在某些国家为了监控其路网而测量抓着力性能的定期作业；
如果有关可用防滑势的数据与实际使用的抓着力水平结合起来，则还可做到：
◆通知司机关于可用防滑势的利用率并警告他已接近抓着力极限；
◆直接从可用势与实际利用势的差调节车辆的***(例如，车轮防抱死***和抓着力***)；
◆向负责路网管理人员提供统计资料，使其能找到经常接近抓着力极限的路网的地点，并且甚至在事故统计表强调这种危险之前提出可能发生事故的地点。
可以进行专利文献DE3937966中陈述的测量。业已看到，磁性元件可加入到车辆单元的中心区，放置地点是当测量元件受到切向力或法向力时该元件中与胎面中放置的霍尔效应传感器产生相对位移的地方，霍尔效应传感器的布置是为了在测量元件的表面有切向力的作用下能测出磁性元件的位移，或另外以清楚的方式测出它的位移。
作为一种变体，也可按美国专利5864056或5502433进行测量。
这样测得的信号送到计算装置，根据提供的方法中的一种求出防滑势及可用抓着力裕度。应注意，现有的技术可从植入胎面的一个或几个测量器件或车辆本身传送，最好远程传送信号，而本发明的目的不涉及这方面，与这里涉及的测量方面无关。
这些计算项目的信息存入使司机得到通知的器件中，或用无线电发送到车辆以外的***，使有关地面的防滑势的信息集中并用来通知所有道路用户，或再用来调节装上弹性轮胎的车辆的***或部件。

Claims (23)

1.弹性轮胎，包括一胎面(1，101)，该胎面(1，101)具有至少一个用于所述轮胎对滚动地面抓着力的测量单元(3，103)，该测量单元(3，103)在所述轮胎每转一周便与所述地面接触一次，其特征在于，所述测量单元(3，103)从胎面(1，101)的径向外表面(5，105)上看，包括一中心区(10、110)和围住该中心区(10、110)的周围区(20、120)，以及对至少一个作用在中心区(10、110)的径向外表面(11、111)的切向力敏感且朝向顶面(11、111)设置的传感器(40、140)，其中所述中心区(10、110)及周围区(20、120)满足下面两个条件：
(a)Rzzc＜Rzze，
(b)(i)Rxzc/Rzzc＞Rxzze/Rzze，或(ii)Ryzc/Rzzc＞Ryze/Rzze，
式中：x、y、z分别代表所述轮胎的周向、轴向和径向；Rzzc及Rzze分别代表所述中心区(10、110)及周围区(20、120)在垂直于所述径向外表面(5、105)的力作用下的刚度；Rxzc及Rxze分别代表所述中心区(10、110)及周围区(20、120)与所述径向外表面(5、105)沿轮胎周向(X)切向的力的作用下的刚度；Ryzc及Ryze分别代表所述中心区(10、110)及周围区(20、120)与所述径向外表面(5、105)沿轮胎轴向(Y)切向的力的作用下的刚度。
2.根据权利要求1所述的弹性轮胎，其中所述轮胎的胎面(1，101)包括由凹槽(6、106)彼此隔开的胎面花纹块(2、102)，其特征在于，所述周围区(20、120)由宽槽(30-32，130-132)及刻痕(33，133)与中心区(10、110)隔开，所述宽槽和刻痕具有比凹槽(6、106)小的宽度且可使中心区(10、110)的材料与所述周围区(20、120)的材料分离。
3.根据权利要求书1或2所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(10、110)的顶面(11、111)的面积小于所述周围区(20、120)径向外表面面积的20％。
4.根据前面权利要求中任一所述的弹性轮胎，其特征在于，它还满足以下条件：
(aa)Rzzc＜0.2.Rzze。
5.根据前面权利要求中任一所述的弹性轮胎，其特征在于，它进一步满足以下条件：
(ba)(i)Rxzc/Rzzc＞1.5Rxze/Rzze或(ii)Ryzc/Rzzc＞1.5Ryze/Rzze。
6.根据前面权利要求中任一所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区的防滑势小于周围区的防滑势。
7.根据权利要求1-6中任一所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(10、110)由多孔胶料构成。
8.根据权利要求1-6中任一所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(10、110)是各向异性且由复合层(16、116)组成，当由不等式(i)满足条件(b)时这些复合层(16、116)是沿轮胎轴向(Y)叠合，当由不等式(ii)满足条件(b)时这些复合层(16、116)是沿轮胎周向(X)叠合，每一层(16、116)都由胶料做成，其中的金属或织物加强件(17、117)基本上与所述轮胎的环形中平面(P)垂直或平行。
9.根据权利要求书8所述的弹性轮胎，其特征在于，在相邻对中的所述复合层(16、116)分别包括纺织纤维(17、117)，该纺织纤维(17、117)与以轮胎周向(X)或轮胎轴向(Y)相反的夹角(±α)定向。
10.根据权利要求书9的弹性轮胎，其特征在于，所述角度(±α)基本上在±20°与±45°之间。
11.根据权利要求书1-10任一所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(10)大致具有一作为对称面的轮胎环形中平面(P)，并且，条件(b)由不等式(i)满足。
12.根据权利要求书11所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(10)在轮胎周向(X)为狭长形。
13.根据权利要求书12所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(10)为平行六面体形，所述中心区(10)的顶面(11)具有四条边(12-15)，这些边(12-15)分别面向形成所述周围区(20)的四个平行六面体形胎面花纹元件(21-24)。
14.根据权利要求书13所述的弹性轮胎，其特征在于，从所述顶面(11)的短边(14、15)伸出的中心区(10)的至少一个侧面，相对于垂直于包括该短边(14、15)的顶面(11)的平面倾斜-45°至+45°范围的角度。
15.根据权利要求13或14所述的弹性轮胎，其中，所述的胎面(1)包括由凹槽(6)彼此隔开的胎面花纹块(2)，其特征在于，所述周围区(20)与中心区(10)由宽槽(30-32)或刻痕(33)分开，该宽槽(30-32)或刻痕(33)的宽度远小于凹槽(6)的宽度且设置成使所述中心区(10)的材料与周围区(20)的材料分开，所述顶面(11)的长边(12、13)由一条宽槽(30、31)连接到所述相对的胎面花纹元件(21、22)中的一个且所述顶面(11)的至少一条短边(15)由一条刻痕(33)连接到所述相对的胎面花纹元件(24)。
16.根据权利要求书1-10中任一所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(110)位于所述轮胎的胎肩区内，且所述条件(b)由不等式(ii)满足。
17.根据权利要求书16所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区(110)在所述轮胎的轴向(Y)上是细长形。
18.根据权利要求书17所述的弹性轮胎，其特征在于，所述中心区是平行六面体形且所述中心区(110)从所述顶面(111)的短边(114、115)伸出的至少一个侧面，相对垂直于包括该短边(14、15)的顶面(111)倾斜-45°至+45°范围的角度。
19.根据权利要求书17或18所述的弹性轮胎，其特征在于，所述平行六面体形的中心区(110)嵌入周围区(120)的第一胎面花纹元件(121)的凸出段(121a和121b)之间，该凸出段在垂直于所述轮胎径向(2)的平面内具有大致为U形的形状，所述凸出段(121a和121b)平行与轴向(Y)延伸且其各自的端面与中心区(110)的顶面(111)的一条短边(114)对齐，所述短边(114)面向周围区(120)的第二平行六面体形胎面花纹元件(122)。
20.根据权利要求书19的弹性轮胎，其中，所述胎面(101)包括由凹槽(106)相互隔开的胎面花纹块(102)，其特征在于，所述周围区(120)与中心区(110)用宽槽(130、132)或刻痕(133)隔开，所述宽槽(130、132)或刻痕(133)的宽度远小于凹槽(106)的宽度且设置成使中心区(110)的材料与周围区(120)的材料分开，所述顶面(111)面向U形的第一胎面花纹元件(121)的连接板(121C)的另一短边(115)由宽槽(132)第一胎面花纹元件连接，而与凸出段端面对齐的所述短边(114)由刻痕(133)连接到第二胎面花纹元件(122)。
21.根据前面权利要求之一所述的弹性轮胎，其特征在于，对至少一个切向力敏感的传感器(40、140)是力敏元件，它包括用于受力的作用的刚性柄，还包括一头部，所述头部包括一连接于手柄上的元件且在所述柄受力时也发生应变和应力，所述元件支撑测量应力或应变的器件且包括多个支点，这些支点在静止时相对于所述柄具有一位置，而在柄受力时所述支点保持该位置不变，这些支点沿变形元件的边缘是不连接或连接的。
22.根据权利要求21所述的弹性轮胎，其特征在于，所述变形元件是一完整薄膜，例如为圆形薄膜。
23.根据权利要求22所述的弹性轮胎，其特征在于，所述变形元件包括辐射形臂，它们在固定着柄的中心部分相互连接，而所述支点位于臂的端部。
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