CN101130332A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎，其在不降低排水性能的情况下具有改善的噪声性能，并且在胎面部分中具有至少一条圆周主沟槽，所述圆周主沟槽沿轮胎圆周方向连续延伸，其中，圆周主沟槽(3)具有一对沟槽壁(6)，并且在至少其中一个沟槽壁(6)中沿轮胎圆周方向间隔地配置多条细沟槽(9)，每条细沟槽(9)在轮胎径向上延伸并且在其内表面的至少一部分中配置有在其长度方向以波状形式延伸的非平面部分(10)。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎，其在不降低排水特性的前提下具有改善的良好噪声性能。
背景技术
充气轮胎通常在其胎面部分配置有一条或者多条宽的圆周主沟槽，所述圆周主沟槽在轮胎的圆周方向延伸。但是，这样的圆周沟槽在行驶过程中容易产生柱状共鸣，所以轮胎在噪声性能方面往往存在不足。如果为了提高噪声性能的目的而减小圆周沟槽的宽度，又会降低其排水性能。像这样，噪声性能与排水性能是矛盾的。
已经提出了很多建议来改善这些性能。例如，JP-A-2003-146024公开了一种充气轮胎，为了提高湿地抓地性能而不削弱噪声性能的目的，在胎面表面与圆周主沟槽壁之间的至少一个拐角被切掉而形成倾斜沟槽壁，并且在倾斜沟槽表面中以1.4mm到3.0mm的间隔配置细沟槽，所述细沟槽具有0.3mm到1.2mm的宽度以及0.3mm到1.5mm的深度。
发明内容
本发明的目的是提供一种充气轮胎，其在没有降低排水性能的情况下具有改善的噪声性能。
本发明进一步的目的是提供一种载重充气轮胎，其具有卓越的噪声性能以及排水性能。
本发明这些以及其它目的可从下文的描述中看出。
已经发现，当在沿圆周方向延伸的圆周主沟槽的一个壁或两个壁中沿轮胎圆周方向间隔地配置有大量短且窄的沟槽时——其中每条短且窄的沟槽在轮胎的径向上延伸并且具有沿沟槽长度方向以波形凹凸形式在沟槽底部与沟槽壁至少其中之一中延伸的非平面部分，圆周沟槽中的气流被扰乱而减小了空气柱共鸣，因此在未削弱排水性能的情况下改善了噪声性能。
根据本发明，提供一种充气轮胎，其在胎面部分中具有至少一条在轮胎圆周方向连续延伸的圆周主沟槽，其中，所述圆周主沟槽具有一对沟槽壁，并且在至少其中一个沟槽壁中沿轮胎圆周方向间隔地配置有细沟槽，每条细沟槽在轮胎径向上延伸并且在其内表面的至少一部分中配置有沿其长度方向以波形形式延伸的非平面部分。
典型地，非平面部分具有Z字形表面，所述Z字形表面以Z字形形式沿细沟槽的长度方向延伸。在垂直于Z字形表面的横截面上，Z字形形式优选地具有0.3mm到2.0mm的幅度，并且具有至少一个顶点，优选为二到四个顶点。在垂直于细沟槽长度方向的横截面上，细沟槽优选地具有0.5mm到4.0mm的沟槽宽度以及0.5mm到2.0mm的沟槽深度。
Z字形表面可以配置在细沟槽的底部中或者可以配置在细沟槽一个或者两个面对壁上。Z字形表面可以包括第一Z字形表面和第二Z字形表面，第二Z字形表面以不同于第一Z字形表面的相位与第一Z字形表面相邻地设置。
优选地，细沟槽沿着圆周主沟槽的壁以3.5mm到8.0mm的间隔配置。
优选地，至少一条圆周主沟槽包括在轮胎的胎面接地边缘侧上沿轮胎圆周方向连续延伸且配置有细沟槽的肩部圆周沟槽。
在优选实施方式中，细沟槽配置在圆周主沟槽的两个壁表面中处于相对于圆周主沟槽的中心线的非对称位置处。
多条细沟槽在轮胎的径向上延伸并且具有沿其长度方向以波状形式延伸的非平面表面，所述多条细沟槽沿轮胎圆周方向间隔地配置在至少一条圆周沟槽的所述壁上，其作用是扰乱轮胎转动时在圆周沟槽中产生的气流以降低柱状共鸣声音。也就是说，柱中的声波通过每条细沟槽的非平面部分扩散地反射以增加到沟槽壁的反射次数。由于在每次反射中由沟槽壁吸收部分声音能量，柱状共鸣的声压级降低。这样，根据本发明，轮胎的行进噪声能够被降低而不会减小沟槽的容积。
附图说明
图1是根据本发明一种实施方式的充气轮胎的胎面部分的展开图；
图2是图1的一部分的放大图；
图3是沿图2中的A-A线的横截面图；
图4是沿图3中的B-B线的横截面图；
图5是沿图1中的C-C线的横截面图；
图6是图1的轮胎中的细沟槽的立体图；
图7是示出另一实施方式的细沟槽的立体图；以及
图8是示出再一实施方式的细沟槽的立体图；
具体实施方式
以下结合附图解释本发明的实施方式。
图1是根据本发明一种实施方式的充气轮胎胎面部分2的展开图，图2是图1的一部分的放大图，图3是沿图2中A-A线的横截面放大图，图4是沿图3中B-B线的横截面放大图。
优选地，根据本实施方式的充气轮胎是载重充气轮胎，其包括例如具有钢丝帘线的单层帘布层的胎体以及设置在胎体的径向外侧、具有钢丝帘线的至少两个带束帘布层、优选为至少三个带束帘布层的带束层。
胎面部分2配置有至少一条沿轮胎圆周方向连续延伸的圆周主沟槽3，优选为至少三条圆周主沟槽3(在本实施方式的示图中显示为五条)以及多条在与圆周沟槽3相交方向上延伸的横向沟槽4。
本实施方式中的五条圆周沟槽3包括：单个的胎冠圆周主沟槽3a，其在轮胎赤道线C上或者在轮胎赤道线C附近延伸(在图1所示轮胎的情况下，位于包括轮胎赤道线C的中心区域中)；一对肩部圆周主沟槽3c，其在胎面部分2的肩部区域中沿轮胎圆周方向连续延伸；以及一对中部圆周主沟槽3b，其在胎冠沟槽3a与肩部沟槽3c之间沿轮胎圆周方向连续延伸。
此外，横向沟槽4包括：中心横向沟槽4a，其在胎冠圆周沟槽3a与每条中部圆周沟槽3b之间延伸；中部横向沟槽4b，其在每条中部圆周沟槽3b与每条肩部圆周沟槽3c之间延伸；以及肩部横向沟槽4c，其在每条肩部圆周沟槽3c与每个胎面接地边缘E之间延伸。
胎面接地边缘E指的是在标准负载条件下轮胎接地区域的轴向最外边缘，在标准负载条件中轮胎处在如下标准状态：轮胎安装到标准轮辋上且充气到标准压力并且没有负载施加到轮胎，施加标准负载而使得轮胎胎面部分2以0°的外倾角与平面接触。在两个胎面接触边缘E，E之间的轴向距离被定义为胎面宽度TW。
此处使用的术语“标准轮辋”指的是轮胎所基于的标准化系统中针对每个轮胎限定的轮辋，例如，指的是JATMA中的“标准轮辋(standardrim)”，TRA中的“设计轮辋(Design Rim)”以及ETRTO中的“测量轮辋(Measuring Rim)”等。同样，此处使用的术语“标准压力”指的是所述标准化系统中针对每个轮胎限定的气压，例如，指的是JATMA中的“最大气压(maximum air pressure)”，在TRA中的“不同冷充气压力下的轮胎负载极限(Tire Load Limits at Various Cold InflationPressures)”表中给出的最大值以及ETRTO中的“充气压力(InflationPressure)”。此外，此处使用的术语“标准负载”指的是所述标准化系统中针对每个轮胎限定的负载，例如，指的是JATMA中的“最大负载量(maximum load capacity)”，TRA中的“不同冷充气压力下的轮胎负载极限(Tire Load Limits at Various Cold Inflation Pressures)”表中给出的最大值以及ETRTO中的“负载量(Load Capacity)”等。
通过上述圆周沟槽3和横向沟槽4，胎面部分2配置有：胎冠块5a，其限定在胎冠圆周沟槽3a与每条中部圆周沟槽3b之间；中部块5b，其限定在每条中部圆周沟槽3b与每条肩部圆周沟槽3c之间；以及肩部块5c，其限定在每条肩部圆周沟槽3c与每个胎面接地边缘E之间。
在这个实施方式中，如图1所示，所有的圆周主沟槽3a-3c以Z字形形式沿圆周方向延伸。当从上面看时，这样的Z字形沟槽给予块5a-5c的侧边大致侧向的V字形边缘，并且以良好的平衡提高了牵引性能。当然，圆周主沟槽可以具有其它不同的形状，诸如沿轮胎圆周方向、以直线方式延伸的直线形沟槽、波形沟槽等。
为了提高块5a-5c的牵引性能，优选地，中心横向沟槽4a和中部横向沟槽4b相对于轮胎轴向成至多45°角、特别是至多30°角在相同方向上倾斜(图1中，朝左上方倾斜)。另一方面，优选地，肩部横向沟槽4c基本沿着轮胎轴向延伸，使得相对于轴向的倾斜角在0到5°范围内，由此给予肩部块5c足够的刚性。此外，优选地，横向沟槽4设置为将Z字形圆周沟槽3的顶点与相邻的Z字形圆周沟槽3的顶点相连接。
此外，优选地，胎冠圆周沟槽3a、中部圆周沟槽3b以及肩部圆周沟槽3c具有满足以下关系的沟槽宽度GW1、GW2和GW3：GWI＜GW2＜GW3，由此能够提高接地压力高的轮胎赤道线C附近部分的花纹刚性。另一方面，当施加载荷或内部压力时，胎面接地边缘E侧的部分有大的变形。因此，优选地，在肩部和中部圆周沟槽3c和3b的底部7配置相对大的圆弧拐角以由此缓解应变。同样从这一点来看，优选地，圆周沟槽3b和3c的沟槽宽度GW2和GW3大于胎冠圆周沟槽3a的沟槽宽度GW1。在沟槽宽度变化的情况下，使用其平均值。
圆周沟槽3和横向沟槽4的宽度和深度没有特别限制。但是如果它们过小，排水性能趋于变差，而如果它们过大，胎面部分2的花纹刚性以及噪声性能会变差。因此，圆周沟槽3的沟槽宽度GW1-GW3优选地至少为胎面宽度TW的1.5％，更优选地至少为胎面宽度TW的2.5％，并且优选地至多为胎面宽度TW的6.5％，更优选地至多为胎面宽度TW的5.5％。此外，圆周沟槽3的沟槽深度GDt优选地至少为胎面宽度TW的4.0％，更优选地至少为胎面宽度TW的5.0％，并且优选地至多为胎面宽度TW的9.0％，更优选地至多为胎面宽度TW的8.0％。
相似地，中心横向沟槽4a、中部横向沟槽4b和肩部横向沟槽4c的沟槽宽度GW4-GW6优选地至少为胎面宽度TW的1.5％，更优选地至少为胎面宽度TW的2.5％，并且优选地至多为胎面宽度TW的6.5％，更优选地至多为胎面宽度TW的5.5％。此外，横向沟槽4的沟槽深度GDy优选地至少为胎面宽度TW的2.0％，更优选地至少为胎面宽度TW的2.5％，并且优选地至多为胎面宽度TW的9.0％，更优选地至多为胎面宽度TW的8.0％。
如图3所示，以肩部圆周沟槽3c作为圆周沟槽3的代表，圆周沟槽3具有一对沟槽壁6、6以及在壁6、6之间延伸的沟槽底部7。沟槽壁6倾斜为从沟槽底部7朝向径向外侧增加沟槽宽度。沟槽壁6、6相对于沟槽的中心线GL对称设置。壁6与底部7优选地通过光滑圆弧连接，即通过圆形拐角连接，以便防止拐角处的应力集中。
沟槽壁6相对于绘制于胎面表面上的沟槽边缘6e(其是圆周沟槽3的沟槽壁6的径向最外位置)的法线的倾斜角θ优选地至少为1°，更优选地至少为3°，并且优选地至多为30°，更优选地至多为20°。如果倾斜角θ大于30°，为了取得足够的沟槽深度需要有很大的沟槽宽度。如果倾斜角θ小于1°，因为轮胎从模具的卸除性能降低，使生产率下降。
在本发明中，多条径向延伸的细沟槽9沿轮胎圆周方向间隔地设置在至少一条圆周主沟槽3的面对壁6、6中的任一个或两个上。细沟槽9优选地至少设置在肩部沟槽3c中。设置的间隔可以是恒定的或者不是恒定的。每条细沟槽9在其内表面的至少一部分中、特别是在沟槽底部和沟槽壁的至少其中之一中具有沿其长度方向以波状形式延伸的非平面部分10。如图1到图6所示的本实施方式，大量的细沟槽9沿圆周方向间隔地设置在所有圆周主沟槽3a-3c的两个壁6、6中。
这样的细沟槽9用于扰乱当轮胎转动时在圆周沟槽中产生的气流，由此防止产生引起噪声的驻波。此外，由气流产生的部分声波通过每条细沟槽9的非平面部分10扩散地反射，以重复反射到沟槽壁6和/或沟槽底部7，由此声波能量被吸收。因此，圆周沟槽3a-3c中发生的空气柱共鸣受到抑制，大大降低了轮胎的行进噪声，尤其是经过噪声(pass-by noise)。此外，由于配置细沟槽而没有减小圆周沟槽3的容积，因此不必担心会降低排水性能。
如图5中假想线的夸大显示的，细沟槽9反复变形，使得当圆周沟槽3与地面接触时沟槽9受压缩而变宽，并且当释放了圆周沟槽3与地面的接触时变宽的沟槽9恢复到其初始宽度。在圆周沟槽3中以小间隔配置大量这样的细沟槽9的情况下，即使所谓的石头卡住情况发生，卡住的石头很容易接触到细沟槽9，并且细沟槽9通过上述变形作用能够把石头从圆周沟槽3排出。
如图3所示，细沟槽9具有开口于胎面部分2的接地表面2P的径向外端9o，以及径向内端9i，并且细沟槽在两端9o和9i之间径向延伸。细沟槽9的外端9o可以设置在接地表面2P的径向内部位置。
尽管本实施例中的细沟槽9沿着径向延伸，它们还可以相对于径向倾斜。在那种情况下，从获得沿着圆周沟槽3流动的气流的声音能量的有效扩散反射的角度来看，优选地，细沟槽9的倾斜角为至多45°，特别为至多为30°，更加特别为至多为20°。
细沟槽9在轮胎径向上的长度WL没有特别限制。但是，如果径向长度WL过小，噪声减小效果不会充分地显示出来，优选地，细沟槽9的径向长度WL为圆周沟槽3的沟槽深度GDt的至少50％，特别为至少60％，更特别为至少80％。此外，从防止圆周沟槽3的底部皱裂的观点来看，细沟槽9的径向长度WL还优选地至多为圆周沟槽的沟槽深度GDt的100％。
如图3和图4所示，本实施方式中的每条细沟槽9包括沟槽底部13和侧壁14，沟槽底部13包括非平面部分10，侧壁14设置在沟槽底部13的两侧，并且每条细沟槽9具有大致梯形截面。细沟槽9的横截面可以是其它的形状，诸如半圆形、三角形、U形等形状。
在垂直于沟槽9长度方向的细沟槽9的横截面上，如果细沟槽9的沟槽宽度gw或者沟槽深度gd(最大深度)过小，其噪声减小效果不能充分展示，而如果它们过大，其刚性被降低并且由于行驶过程中的应变容易导致皱裂的发生。从这样的观点来看，优选地，细沟槽9的沟槽宽度gw至少为0.5mm，尤其至少为1.0mm，并且至多为4.0mm，尤其至多为3.0mm。相似地，优选地，细沟槽9的沟槽深度gd(最大深度)至少为0.5mm，尤其至少为0.8mm，并且至多为2.0mm，尤其至多为1.7mm。
在本实施方式中，细沟槽9的非平面部分10形成为Z字形表面10a，其沿细沟槽9的长度方向(轮胎的径向)以Z字形形式延伸。因此，细沟槽9在其深度gd的增加和减小的情况下径向延伸。Z字形表面10a由至少两个面构成，所述至少两个面在相反方向上倾斜并且彼此连接成具有一条或者多条脊线12，脊线12在与轮胎径向相交的方向上延伸(换句话说，至少一个顶点在垂直于Z字形表面的横截面中)。为了有效地扰乱圆周沟槽3中的气流，优选地，Z字形表面10a由两个到六个面构成，尤其是三个到五个面，这些面相连而具有一条到五条脊线，尤其是两条到四条脊线。图1到图6所示的实施方式中，Z字形表面10a具有四个面，这四个面连接而具有三条脊线12。
如果Z字形表面10a的幅度(图3)过小，趋于降低在圆周沟槽3内侧扰乱气流的效果，而如果过大，会发生始于拐角处的皱裂而降低轮胎的耐用性。因此，优选地，在垂直于Z字形表面10a的横截面上，Z字形表面10a的幅度A至少为0.3mm，尤其至少为0.5mm，并且至多为2.0mm，尤其至多为1.7mm。
Z字形表面10a可以包括具有不同Z字形相位的两个或多个Z字形表面列。例如，如图7所示，Z字形表面10a可以包括第一Z字形表面10a1和第二Z字形表面10a2，第二Z字形表面10a2具有与第一Z字形表面10a1不同相位的Z字形。在图7所示的Z字形表面10a的情况下，第一Z字形表面10a1与第二Z字形表面10a2沿轮胎圆周方向并排设置。第一Z字形表面10a1的峰(或者谷)的顶点与第二Z字形表面10a2的峰(或者谷)的顶点在轮胎径向方向上相偏移。由于这样的包括至少两个Z字形表面列的Z字形表面10a具有更复杂的不均匀性，它会在圆周沟槽3内以更高的水平扩散地反射声波并且将更有效地降低声波能量。
在上述每个实施方式中，细沟槽9的侧壁14由光滑表面形成，但是如图8所示，任一侧壁14、优选为两个侧壁14可以配置有诸如Z字形表面10a的非平面表面10。在那种情况下，非平面表面10可以进一步配置在细沟槽9的底部或者不需要配置在细沟槽9的底部。
为了更大地提高噪声性能，优选地，在圆周沟槽3每段节距的一个沟槽壁6上的细沟槽9的数目为6条或者更多，特别为7条或者更多。另一方面，如果过多形成细沟槽9，则存在降低细沟槽9、9之间的圆周沟槽壁6的刚性的可能性，并且，由于行驶过程中产生的应变，会导致始于其的皱裂或橡胶的碎裂。因此，还优选地，在圆周沟槽3每段节距的一个沟槽壁6上的细沟槽9的数目为14条或者更少，特别为12条或者更少。
对于圆周沟槽3的术语“节距”指的是构成圆周沟槽3的重复花纹的最小单元，如图2中通过参考标号“P”所示。在圆周沟槽3是以直线形式沿着圆周方向延伸的直线沟槽的情况下，沟槽3的节距基于胎面花纹组成元素的节距而非圆周沟槽3来决定，例如横向沟槽或者毯式沟槽(rug groove)等。
从防止降低细沟槽9、9之间的圆周沟槽壁6的刚性的观点来看，细沟槽9沿着沟槽壁6优选地以3.5mm到8.0mm的间隔D设置。
此外，如图2和图4所示，细沟槽9优选地配置在圆周主沟槽3的两相对壁6、6内、处在相对于圆周主沟槽3的中心线GL不对称的位置。换句话说，面对的细沟槽9、9优选地设置为在圆周沟槽3的中心线GL的方向存在偏移量“S”。通过以这样的方式设置细沟槽9，可以防止细沟槽9分布不均以及能够将细沟槽9分散地设置以增加圆周沟槽3内的气流与细沟槽的接触机会。偏移量“S”没有特别限制。偏移量“S”是细沟槽9在圆周方向上的节距K的0到50％，并且优选为节距“K”的1/2(大约50％)。
可以在通过轮胎硫化模形成胎面花纹时同时地形成细沟槽，或者可以在硫化过程之后通过切削形成细沟槽。
本发明不仅适合应用在载重轮胎，还适合应用在轿车轮胎和摩托车轮胎。
尽管已经参照附图描述了本发明的优选实施方式，但是并不是说本发明仅限于这样的实施方式，而是可以进行不同的变化和改型。
通过下面的实施例，更具体地描述和解释本发明。应当理解，本发明并不限于这些实施例。
实施例
基于表1所示规格制造载重子午线轮胎(尺寸：11R22.514PR)并且对其进行测试。这些实施例中的细沟槽是图6所示的具有Z字形形式的非平面部分的细沟槽。
轮胎的性能通过下面的方法评估。
<噪声性能>
轮胎安装到各轮辋(尺寸：7.50×22.5)，充气到内压为800kPa并且附装到十吨的2-D型卡车(无负载)的所有车轮上。测试汽车在测试跑道上以80km/h的速度滑行50米。在测试跑道中点用设置在距路面1.2米的高度、位于跑道中心线旁边7.5米的麦克风测量经过噪声的最大声级dB(A)。结果以基于比较例1的结果为100的指数示出。数值越小，经过噪声越小。
<排水性能>
上述测试汽车在设有水坑的沥青路面行驶，水坑具有5mm的深度，在行驶速度为60km/h、ABS开启的状态下对汽车施加全制动并测量制动距离。得到五次测量的平均值。结果以基于比较例1的结果为100的指数示出。数值越小，排水性能越好。
<细沟槽损伤>
上述汽车行驶100,000km之后，视觉上观察轮胎细沟槽有无诸如皱裂、碎裂、切断等的损伤。
结果在表1中示出。
表1
    比较例1     比较例2     实施例1     实施例2     实施例3     实施例4     实施例5
细沟槽
一侧上的壁中的每段节距的沟槽数目沟槽宽度gw(mm)沟槽深度gd(mm)Z字形表面的幅度(mm)长度WL(mm) 0---- 82.01.0016.5 82.01.00.116.5 82.01.01.016.5 82.01.51.516.5 82.02.52.516.5 82.03.03.016.5
圆周沟槽的深度GDt(mm)     16.5     16.5     16.5     16.5     16.5     16.5     16.5
噪声性能(指数)排水性能(指数)细沟槽的损坏     100100-     96100无     95100无     93100无     92100无     92100部分损坏     91100部分损坏
从表1的结果显示，可以确定根据本发明实施例的充气轮胎在未劣化排水性能的情况下具有改善的噪声性能。

Claims (7)

1.一种充气轮胎，其在胎面部分中具有至少一条沿轮胎圆周方向连续延伸的圆周主沟槽，其中，所述圆周主沟槽具有一对沟槽壁，并且在至少其中一个所述沟槽壁中沿轮胎圆周方向间隔地配置细沟槽，每条细沟槽在轮胎径向上延伸并且在其内表面的至少一部分中配置有沿其长度方向以波状形式延伸的非平面部分。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述非平面部分具有Z字形表面，所述Z字形表面沿所述细沟槽的长度方向以Z字形形式延伸。
3.如权利要求2所述的充气轮胎，其中，所述Z字形表面具有0.3mm到2.0mm的幅度，并且在垂直于所述细沟槽长度方向的横截面上，所述细沟槽具有0.5mm到4.0mm的沟槽宽度以及0.5mm到2.0mm的沟槽深度。
4.如权利要求2所述的充气轮胎，其中，所述Z字形表面包括第一Z字形表面和第二Z字形表面，所述第二Z字形表面以不同于所述第一Z字形表面的相位与所述第一Z字形表面相邻设置。
5.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述细沟槽沿着所述圆周主沟槽的壁以3.5mm到8.0mm的间隔配置。
6.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述至少一条圆周主沟槽包括在轮胎的胎面接地边缘侧上沿轮胎圆周方向连续延伸的肩部圆周主沟槽，并且所述细沟槽配置在所述肩部圆周主沟槽中。
7.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述细沟槽配置在所述圆周主沟槽的两个壁表面中处于相对于所述圆周主沟槽的中心线非对称的位置。
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