CN1906047A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

通过适当改变胎面部有效接地面积和胎面接地面沿轮胎宽度方向的截面形状能在抑制侧偏力的同时高水平地实现在干燥路面上的操纵稳定性和在湿路面上的排水性。在轮胎(1)中，胎面部(6)具有沿轮胎赤道面(E)延伸的多个圆周方向沟(7a)、(7b)、(7c)，非对称胎面花纹形成在两个胎面半区(8)和(9)中。当轮胎安装在车辆上时，位于车辆外侧的胎面半区(8)的有效接地面积(Sout)大于位于车辆内侧的胎面半区(9)的有效接地面积(Sin)，沿径向从位于车辆外侧的胎面接地边缘到胎面部的外表面与轮胎赤道面相交的点(11)测得的距离(Hout)小于从位于车辆内侧的胎面接地边缘到胎面部的外表面与轮胎赤道面相交的点(12)测得的距离(Hin)。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种具有非对称胎面花纹的充气轮胎，其中，大体沿轮胎赤道面延伸的多个圆周方向沟被设置在胎面部上，在向车辆上安装时取向被指定为相对于该车辆的内外侧，在轮胎被装配在规定轮辋上、并且在轮胎中填充规定气压、以及与最大负荷能力相对应的质量被施加到轮胎上的状态下，位于车辆外侧的胎面半区的有效接地面积大于位于车辆内侧的胎面半区的有效接地面积，其中该胎面半区是通过在轮胎赤道面处将胎面部虚拟地划分成两部分而得出的。本发明的目的在于抑制轮胎的侧偏力，以便高水平地实现在干燥路面上的操纵稳定性和在湿路面上的排水性。
背景技术
为了改善在高速运行期间充气轮胎的操纵稳定性，有效的是使轮胎扁平化、以及提高胎面部和胎面部中的带束层部分的强度。同时，为了改善在转弯期间的操纵稳定性，有效的是降低轮胎的花纹沟与花纹块面积比值以增加有效接地面积，这是因为被施加到胎面部的接地压力在位于弯道外侧的轮胎上变得较大，尤其是在负荷下行驶的车辆的位于该轮胎外侧的胎面半区中变得较大。然而，由于具有低花纹沟与花纹块面积比值的轮胎在湿路面上排水性低而可能成为问题。
因而，已经使用具有非对称胎面花纹的轮胎(例如，参见新产品集锦，轮胎月刊，2001.3)。在这种轮胎中，假定胎面部在赤道面处被虚拟地划分成两个胎面半区，位于车辆外侧并且承受较大接地压力的胎面半区的有效接地面积被相对地增大以改善在转弯期间的操纵稳定性，而位于车辆内侧并且较少影响操纵稳定性的胎面半区的花纹沟与花纹块面积比值被相对地增大以提高排水性。
日本特开平10-217719号公报公开了一种轮胎，其具有包括在车辆外侧的胎面半区中的一个圆周方向沟和在车辆内侧的胎面半区中的两个圆周方向沟的非对称胎面花纹，其中，多个倾斜沟被布置在圆周方向沟之间、以及圆周方向沟与胎面接地边缘之间，并且倾斜沟相对于轮胎的圆周方向的延伸角度被优化，以改善湿性能和抑制偏磨损和轮胎噪声。
然而，这些具有非对称花纹的轮胎具有如下问题：作为轮胎均匀成分的一个组成部分并且在轮胎的宽度方向上作用的所谓的侧偏力变得极大，以致车辆的直行性能变差。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可以通过优化两个胎面半区的有效接地面积和在轮胎圆周方向上两个胎面接地边缘的位置而抑制侧偏力的同时、高水平地实现在干燥路面上的操纵稳定性和在湿路面上的排水性的轮胎。
为了实现上述目的，本发明提供一种充气轮胎，其具有在胎面部上沿轮胎赤道面延伸的多个圆周方向沟、和在两个胎面半区上形成的非对称胎面花纹，该两个胎面半区是通过在所述轮胎赤道面处将该胎面部划分为两部分而虚拟限定的，其中，在所述轮胎被装配在规定轮辋上、在其中填充规定的气压、并且该轮胎/轮辋组件被安装到车辆上后，与最大负荷能力相当的质量被施加到该轮胎/轮辋组件上的状态下，位于所述车辆外侧的胎面半区的有效接地面积Sout大于位于所述车辆内侧的胎面半区的有效接地面积Sin，并且沿所述轮胎的径向从位于所述车辆外侧的胎面接地边缘到所述胎面部的外表面与所述轮胎赤道面相交的点测得的距离Hout小于沿所述轮胎的径向从位于所述车辆内侧的胎面接地边缘到所述胎面部的外表面与所述轮胎赤道面相交的点测得的距离Hin。
在此使用的术语“规定轮辋”、“最大负荷能力”、及“规定气压”是指在制造、销售或使用轮胎的领域中有效的如JATMA、TRA、及ETRTO之类的工业规范、标准等中分别定义的规定轮辋、最大负荷能力、及与最大负荷能力相对应的气压。此外，术语“胎面接地边缘”是指在测量在JATMA中定义的静态加载半径的条件下，即在轮胎被装配在规定轮辋上并且施加180kPa的气压(相对压强)及加载与最大负荷能力的88％相对应的质量的条件下，接地的胎面端部。此外，术语“有效接地面积”是指在胎面部的接地区域中的着地面积。
优选的是，所述有效接地面积Sout和Sin、及所述轮胎径向距离Hout和Hin满足如下表达式(2)：
Sout/Sin＝A×Hout/Hin    (其中，1.1＜A＜2.1)    (2)
在所述轮胎沿宽度方向的截面中，位于所述车辆外侧的胎面半区的曲率半径在位于所述车辆内侧的胎面半区的曲率半径的110％～500％的范围内。
优选的是，Hout在2mm～20mm的范围内。
优选的是，Hin在3mm～30mm的范围内。
优选的是，Hout在接触地面的所述胎面部的接地宽度的1.5％～15％的范围内，Hin在接触地面的所述胎面部的接地宽度的2％～20％的范围内。
优选的是，所述胎面部还包括相对于所述轮胎赤道面倾斜延伸的多个倾斜沟。
附图说明
图1是根据本发明的一种代表性充气轮胎的主要部分沿轮胎宽度方向的剖视图。
图2是图1所示的轮胎的胎面部的局部展开图。
图3是根据本发明的另一充气轮胎的胎面部的局部展开图。
图4是根据本发明的另一充气轮胎的胎面部的局部展开图。
图5是传统例的轮胎的胎面部的局部展开图。
具体实施方式
参照附图，下面将说明本发明的代表性实施例。图1是根据本发明的代表性充气轮胎(下文称作“轮胎”)的主要部分沿轮胎宽度方向的剖视图。
图1中所示的轮胎1具有一对胎圈部(未表示)和在胎圈部之间环形延伸的胎体2，并且在胎体2的胎冠部3的外圆周上设置有按如下顺序布置的带束层4、带束加强层5及胎面部6。在轮胎1的胎面部6上，设置有沿轮胎的赤道面E延伸的多个圆周方向沟，例如图3中的三个圆周方向沟7a、7b、7c，由此在通过在赤道面E处将胎面部6划分成两部分而限定的胎面半区8、9上形成非对称胎面花纹。在示出的实施例中，带束层4是一层，但也可以是两层或更多层。另外，在该示出的实施例中，带束加强层5由覆盖带束层4的整个表面的一宽层构成，但可以使用仅覆盖带束层4的端部的两个窄层或者可以组合这些宽层和窄层。
本发明在其构造方面的主要特征是，在轮胎1被装配在规定轮辋上并且在轮胎中填充规定气压以及与最大负荷能力相对应的质量被施加到轮胎上的状态下(在图1中，轮胎1被安装成位于车辆内侧的右侧轮胎)，位于车辆外侧的胎面半区(在图1中，位于左侧的胎面半区8)的有效接地面积Sout大于位于车辆内侧的胎面半区(在图1中，位于右侧的胎面半区9)的有效接地面积Sin，并且沿轮胎径向从位于车辆外侧的胎面接地边缘10到胎面部的外表面与轮胎赤道面E相交的点11测得的距离Hout小于沿轮胎径向从位于车辆内侧的胎面接地边缘12到胎面部的外表面与轮胎赤道面E相交的点11测得的距离Hin。
在下面，将与作用一起讨论本发明为何采纳上述构造。
轮胎的胎面部在轮胎赤道面被虚拟划分成两个胎面半区并且这些胎面半区的有效接地面积彼此不同的非对称胎面花纹的轮胎，通过增大位于车辆外侧的、被施加较大负荷的胎面半区的有效接地面积来提高操纵稳定性；通过增大位于车辆内侧的、对操纵稳定性影响较小的胎面半区的有效接地面积来提高排水性。这样，具有这样一种非对称胎面花纹的轮胎同时满足以折衷关系已考虑到的两种性能，但它也有产生较大侧偏力从而使直行性能变差的问题。
本发明人反复研究了产生侧偏力的原因，发现来自路面的接地压力在具有较大有效接地面积的胎面半区大，而在具有较小有效接地面积的胎面半区小，从而沿轮胎的宽度方向作用在轮胎与路面之间的剪切力在这些区之间不同，在两胎面半区分别产生的轮胎宽度方向剪切力之差成为产生侧偏力的主要原因。本发明人进一步研究了轮胎宽度方向的剪切力，发现：轮胎宽度方向剪切力从轮胎的赤道面向轮胎宽度方向外侧增大并且在胎面接地边缘处变成最大；并且被定义为沿轮胎的径向从胎面接地边缘到胎面部的外表面与赤道面相交的点的距离的胎面下落量越大，胎面接地边缘处的轮胎宽度方向剪切力越大；并且轮胎宽度方向剪切力对该下落量的变化非常敏感。然后，发明人终于想出一种想法：在具有较大有效接地面积并因此具有较大轮胎宽度方向剪切力的胎面半区，减小在胎面接地边缘处的下落量，从而减小轮胎宽度方向剪切力；而在具有较小有效接地面积并因此具有较小轮胎宽度方向剪切力的胎面半区，增大在胎面接地边缘处的下落量，从而增大轮胎宽度方向剪切力；并且使产生于两个胎面半区中的剪切力在宽度方向上平衡以防止侧偏力产生，由此同时高水平地满足在干燥路面上的操纵稳定性和在湿路面上的排水性。已经以这种方式完成了本发明。
优选的是，有效接地面积Sout、Sin和沿轮胎径向的距离Hout、Hin满足由如下表达式(3)表示的关系。
Sout/Sin＝A×Hout/Hin    (其中，1.1＜A＜2.1)    (3)
这是因为：当A是1.1或更小时，分别在胎面半区8、9的胎面接地边缘10、12处轮胎宽度方向剪切力的差异大于由来自路面的接地压力的差异引起的轮胎宽度方向剪切力的差异，从而有可能产生与具有传统非对称胎面花纹的轮胎相反方向的侧偏力；当A是2.1或更大时，分别在胎面半区8、9的胎面接地边缘10、12处的轮胎宽度方向剪切力的差异不能抵消由来自路面的接地压力的差异引起的轮胎宽度方向剪切力的差异，从而不可能十分有效地抑制侧偏力。
此外，优选的是，在轮胎宽度方向的横截面中，位于车辆外侧的胎面半区8的曲率半径Ro在位于车辆内侧的胎面半区9的曲率半径Ri的110％～500％的范围内。当曲率半径Ro小于曲率半径Ri的110％时，分别在两个胎面半区8、9的胎面接地边缘10、12处的轮胎宽度方向剪切力的差异大于由来自路面的接地压力的差异引起的轮胎宽度方向剪切力的差异，从而有可能产生与具有传统非对称胎面花纹的轮胎相反方向的侧偏力。当曲率半径Ro大于曲率半径Ri的500％时，分别在胎面半区8、9的胎面接地边缘10、12处的轮胎宽度方向剪切力的差异不能抵消由来自路面的接地压力的差异引起的轮胎宽度方向剪切力的差异，从而有可能不能十分有效地抑制侧偏力。
此外，位于车辆外侧的胎面半区8的下落量Hout优选在2mm～20mm的范围内。当下落量Hout小于2mm时，来自路面的接地压力集中在胎面接地边缘10，从而在该胎面接地边缘10处有可能发生局部磨损。当下落量Hout大于20mm时，胎面接地边缘处的轮胎宽度方向剪切力变得过大，从而即使加大位于车辆内侧的胎面半区9的下落量Hin，也有可能难以使两个胎面半区中的宽度方向剪切力平衡。
另外，位于车辆内侧的胎面半区9的下落量Hin优选在3mm～30mm的范围内。当下落量Hin小于3mm时，胎面半区8、9的胎面接地边缘10、12处的轮胎宽度方向剪切力的差异不能抵消由来自路面的接地压力的差异引起的轮胎宽度方向剪切力的差异，从而有可能不能十分有效地抑制侧偏力。当下落量Hin大于30mm时，胎面接地边缘12不能接触地面。
此外，优选的是，位于车辆外侧的胎面半区8的下落量Hout在接触地面的胎面部的宽度W的1.5％～15％的范围内，Hin在接触地面的胎面部的宽度W的2％～20％的范围内。当下落量Hout小于胎面接地宽度W的1.5％时，来自路面的接地压力集中在胎面接地边缘10，从而在该胎面接地边缘10处可能发生局部磨损。当下落量Hout大于胎面接地宽度W的15％时，胎面接地边缘处的轮胎宽度方向剪切力变得过大，从而即使加大位于车辆内侧的胎面半区9的下落量Hin，也可能难以使两个胎面半区中宽度方向的剪切力平衡。当下落量Hin小于胎面接地宽度W的2％时，分别在胎面半区8、9的胎面接地边缘10、12处的轮胎宽度方向剪切力的差异不能抵消由来自路面的接地压力的差异引起的轮胎宽度方向剪切力的差异，从而有可能不能十分有效地抑制侧偏力。当下落量Hin大于胎面接地宽度W的20％时，胎面接地边缘12不能接触地面。
图2是图1所示的轮胎的胎面部6的局部展开图。如图2所示，优选的是，轮胎1的胎面部6包括相对于轮胎的赤道面E倾斜延伸的多个倾斜沟13。通过设置这样的沟13，可以进一步改善排水性。
以上说明仅示出本发明的优选实施例的一部分，在所附的权利要求书的范围内可以进行各种修改。例如，在图1示出的实施例中，一个圆周方向沟7a被布置在胎面半区8中，而具有与沟7a相同的沟宽的两个圆周方向沟7b、7c被布置在胎面半区9中，由此以适当的关系形成两个胎面半区8、9的有效接地面积。如图3所示，也可以通过在胎面半区8、9中的每一个上设置相同数量的圆周方向沟，例如在图3中，在胎面半区8上设置两个圆周方向沟7a、7b而在胎面半区9上设置两个圆周方向沟7c、7d，并且将圆周方向沟7a、7b的沟宽设置得比圆周方向沟7c、7d的沟宽小，来以适当的关系形成有效接地面积。可选择地，如图4所示，通过在两个胎面半区8、9中的每一个上设置相同数量的圆周方向沟，例如在图4中，在胎面半区8上设置两个圆周方向沟7a、7b而在胎面半区9上设置两个圆周方向沟7c、7d，并且在胎面半区8、9中的每一个上设置不同数量的倾斜沟13，可以使有效接地面积在胎面半区之间不同。此外，在图1所示的实施例中，胎面半区8、9中的每一个由圆心在轮胎的赤道面上并且具有Ri或Ro的曲率半径的一条圆弧限定。然而，胎面半区中的每一个可以由相互内切并彼此连接的多条圆弧限定。
实施例
试制了根据本发明的轮胎，并评估了它们的性能。下面将具体说明。
实施例1的轮胎是用于具有205/65R15的轮胎尺寸的客车的充气轮胎，并且该轮胎具有如图2所示的胎面花纹。所有圆周方向沟具有8mm的沟深和7mm的沟宽。位于车辆外侧的胎面半区的有效接地面积与位于车辆内侧的胎面半区的有效接地面积的比值是1.14。圆心在轮胎赤道面上的一条圆弧限定了两个胎面半区。实施例1的轮胎还具有在表1中示出的参数。出于比较的目的，还试制了传统例1和比较例1的轮胎。在传统例1的轮胎中，轮胎尺寸和圆周方向沟的数量、沟深、沟宽与实施例1的轮胎相同，胎面半区中的每一个由圆心在轮胎赤道面上的一条圆弧限定，设置图5所示的胎面花纹，并且胎面半区中的每一个具有相同的有效接地面积和在胎面接地边缘处的相同下落量。比较例1的轮胎也具有在表1中示出的参数。比较例1的轮胎具有图2所示的胎面花纹，但两个胎面接地边缘处的下落量相同、且具有在表1中示出的参数。
实施例2的轮胎是用于具有205/65R15的轮胎尺寸的客车的充气轮胎，并且该轮胎具有图2所示的胎面花纹。所有圆周方向沟都具有8mm的沟深和7mm的沟宽。位于车辆外侧的胎面半区的有效接地面积与位于车辆内侧的胎面半区的有效接地面积的比值是1.14。两条圆弧限定两个胎面半区，其中一条是圆心在轮胎赤道面上的圆弧，而另一条是与前述圆弧内切、平行于轮胎赤道面且圆心在从轮胎赤道面向轮胎宽度方向的外侧偏离34.3mm的线上的圆弧。实施例2的轮胎还具有在表2中示出的参数。出于比较的目的，还试制了传统例2和比较例2的轮胎。在传统例2的轮胎中，轮胎尺寸和圆周方向沟的数量、沟深、沟宽与实施例2的轮胎相同。各胎面半区中的每一个由圆心在轮胎赤道面上的第一圆弧和与第一圆弧内切、平行于轮胎赤道面、圆心在从轮胎赤道面向轮胎宽度方向的外侧偏离34.3mm的线上、并且曲率半径比第一圆弧小的第二圆弧限定。设有图5中示出的胎面花纹，并且两胎面半区中的每一个具有相同的有效接地面积并且胎面接地边缘处的下落量相同。比较例2的轮胎还具有在表2中示出的参数。比较例2的轮胎具有图2所示的胎面花纹，但其两个胎面接地边缘处的下落量相同、且具有在表2中示出的参数。
上述试验轮胎中的每一个被装配在由JATMA规定的标准轮辋(6JJ)上，以形成轮胎/轮辋组件。然后，轮胎被充入240kPa的内压(相对压强)，并经受如下试验。
1.侧偏力
对于上述各种轮胎/轮辋组件各准备十套。使轮胎/轮辋组件在4.4kN的轮胎负荷质量和10km/h的运行速度的条件下在转鼓试验机上运行，并测量在这些轮胎上引起的侧向力。算出每十套的平均值，用于评估侧偏力。
2.操纵稳定性
将上述轮胎/车轮组件安装在试验车辆的4轮上。该试验车辆在与车上有两名乘客相对应的轮胎负荷质量条件下在各种运行模式下在干燥路面的试验路线上行驶，并由专业驾驶员的感觉评估操纵稳定性。
3.排水性
将上述轮胎/车轮组件安装在试验车辆的4轮上。该试验车辆在与车上有两名乘客相对应的轮胎负荷质量条件下在各种运行模式下在具有5mm水深的湿路面的试验路线上行驶，并且测出水膜滑行现象发生时的临界速度。测量值用于评估排水性。
在表1和表2中示出了侧偏力、操纵稳定性及排水性的评估结果。应该注意：表1和表2中的侧偏力值越小，越难以产生侧偏力，而操纵稳定性和排水性的值由指数比值表示，将表1中传统例1的结果或表2中传统例2的评价结果分别设置为100。较大的指数意味着较好的性能。
表1
  传统例1   比较例1   实施例1
  胎面接地宽度   75mm   75mm   75mm
  位于车辆外侧的胎面半区   胎面接地边缘处的下落量 7mm 7mm 6.8mm
  曲率半径   405mm   405mm   417mm
  位于车辆内侧的胎面半区   胎面接地边缘处的下落量 7mm 7mm 7.2mm
  曲率半径   405mm   405mm   394mm
评估结果   侧偏力   18N   86N   20N
  操纵稳定性   100   108   105
  排水性   100   108   108
表2
  传统例2   比较例2   实施例2
  胎面接地宽度   76mm   76mm   76mm
位于车辆外侧的胎面半区   胎面接地边缘处的下落量 6.9mm 6.9mm 6.8mm
  曲率半径(第一弧/第二弧) 810/160mm 810/160mm 810/185mm
位于车辆内侧的胎面半区   胎面接地边缘处的下落量 6.9mm 6.9mm 7.1mm
  曲率半径(第一弧/第二弧) 810/160mm 810/160mm 810/140mm
评估结果   侧偏力   19N   88N   22N
  操纵稳定性   100   108   106
  排水性   100   108   108
如从表1中的结果看到的那样，与传统例1的轮胎相比，实施例1的轮胎可以在将侧偏力保持在相同水平的同时，显著地改善操纵稳定性和排水性，并且与比较例1的轮胎相比，实施例1的轮胎可以在将操纵稳定性和排水性保持在相同水平的同时，显著地改善侧偏力。因而，清楚的是，实施例1的轮胎具有优越的综合性能。而且，如从表2中的结果看到的那样，与传统例2的轮胎相比，实施例2的轮胎可以在将侧偏力保持在相同水平的同时，显著地改善操纵稳定性和排水性，并且与比较例2的轮胎相比，实施例2的轮胎可以在将操纵稳定性和排水性保持在相同水平的同时，显著地改善侧偏力。因而，清楚的是，实施例2的轮胎具有优越的综合性能。
工业适用性
根据本发明，通过优化胎面部的有效接地面积和胎面部在轮胎宽度方向上的截面形状，可以提供一种能够在抑制侧偏力的同时高水平地实现在干燥路面上的操纵稳定性和在湿路面上的排水性的轮胎。

Claims (7)

1.一种充气轮胎，其具有在胎面部上沿轮胎赤道面延伸的多个圆周方向沟、和在两个胎面半区上形成的非对称胎面花纹，该两个胎面半区是通过在所述轮胎赤道面处将所述胎面部一分为二而限定的，其中，在所述轮胎被装配在规定轮辋上、在其中填充规定的气压、并且该轮胎/轮辋组件被安装到车辆上后，与最大负荷能力相当的质量被施加到该轮胎/轮辋组件上的状态下，位于所述车辆外侧的胎面半区的有效接地面积Sout大于位于所述车辆内侧的胎面半区的有效接地面积Sin，并且沿所述轮胎的径向从位于所述车辆外侧的胎面接地边缘到所述胎面部的外表面与所述轮胎赤道面相交的点测得的距离Hout小于沿所述轮胎的径向从位于所述车辆内侧的胎面接地边缘到所述胎面部的外表面与所述轮胎赤道面相交的点测得的距离Hin。
2.根据权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述有效接地面积Sout和Sin、及所述径向距离Hout和Hin满足由下式(1)表示的关系：
Sout/Sin＝A×Hout/Hin  (其中，1.1＜A＜2.1)    (1)。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其特征在于，在所述轮胎沿宽度方向的截面中，位于所述车辆外侧的胎面半区的曲率半径在位于所述车辆内侧的胎面半区的曲率半径的110％～500％的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其特征在于，Hout在2mm～20mm的范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其特征在于，Hin在3mm～30mm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轮胎，其特征在于，Hout在接触地面的所述胎面部的接地宽度的1.5％～15％的范围内，Hin在接触地面的所述胎面部的接地宽度的2％～20％的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述胎面部还包括相对于所述轮胎赤道面倾斜延伸的多个倾斜沟。
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