CN102171058B - 具有沿轮胎圆周布置减小轮胎噪音的带帘线带束层的轮胎 - Google Patents

Abstract

包括环圈增强件(100)的轮胎，其减小轮胎噪音发射，其中除一个第一轴向区域L1和两个第二轴向区域L2以外，环圈增强件相邻部分之间的轴向距离大于或等于0.7mm并小于或等于2mm。第一轴向区域L1的每个轴向端部与中面的轴向距离大于或等于0.05-S并小于或等于0.15-S，S是轮胎的最大轴向宽度。两个区域L2设于中面两侧，每个第二轴向区域的中心与中面相距轴向距离D2，D2大于或等于0.25-S并小于或等于0.4-S。每个第二轴向区域L2具有大于或等于0.1-S的轴向宽度W2。第一和第二轴向区域轴向宽度的总和小于或等于0.5-S。第一和第二轴向区域L1和L2中环圈增强件的相邻部分之间的平均轴向距离与第一和第二轴向区域L1和L2外侧的距离之间的差值为至少0.2mm。具有沿轮胎圆周布置减小轮胎噪音的带帘线带束层的轮胎。

Description

具有沿轮胎圆周布置减小轮胎噪音的带帘线带束层的轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎，特别设计具有低噪音发射的轿车轮胎。

背景技术

众所周知，当装配在车辆上的轮胎在表面上滚动的时候，轮胎产生了听得见的声音，该声音可能令车辆司机以及车辆附近的人讨厌。因此，长期以来，轮胎制造商试图减小轮胎的噪音发射。

已经提出了大量的技术。例如，已经提出在轮胎或者装配轮胎的车轮中提供噪音吸收器(例如参见文献US 2006/0289100和US2008/0116612)。还有大量的尝试通过改变胎面花纹来减小轮胎噪音，例如通过“可变节距”技术(例如参见文献US 4598748)。

轮胎产生噪音的其中一个显著贡献因素是容纳在轮胎腔体当中的空气激励：当轮胎在路面上滚动的时候，路面以及轮胎胎面和侧壁的挠曲都产生了激励。诸如“第一腔体模式(FCM)”的容纳在轮胎当中的空气的声共鸣产生的影响已经进行了详细研究。仅仅作为一个例子来引用，文献WO 2008/071422描述了通过在胎圈中设置共鸣腔来减小该噪音成分的方法，所述腔被设置成与轮胎腔体流体连通。

尽管进行了所有这些努力，对与轮胎噪音的减小还是具有大量的需求，其目的是为了满足汽车制造商和立法者的日益增长的需要。

噪音减小研究的一个具有前途的领域在于对轮胎本身的振动行为的研究。已知(例如参见米其林公司于2002年出版的专论“The tyre.Mechanical and acoustical comfort(轮胎，机械和声学舒适)”第III.3章)轮胎的振动行为根据频率而变化。低于30Hz的话，轮胎类似于弹簧一样作动。在30Hz和250Hz之间，可以认为轮胎是多模式振动系统，这是因为它具有若干种自然模式形状，所有模式形状可以归为两个主要类别：径向模式和横向模式。在大于250Hz的频率上，轮胎主要在接触补片附近振动。

申请人已经研究了轮胎的振动行为并发现轮胎的子午线模式对于轮胎产生的噪音具有显著影响。“子午线模式”应理解成所表示的振动模式中，轮胎沿着垂直于其子午线的方向变形，例如如图6所示。(对于轮胎振动模式的全面处理，还可参阅Byoung Sam Kima、Gi JeonKimb和Tae Keun Lee在Applied Acoustics(应用声学杂志)中所著的“The identification of sound generating mechanisms of tyres(轮胎的声音产生机制的识别)”，68/1(2007)，114-133。)

子午线模式有时还称为“弯曲模式”，并根据在径向截面中沿着轮胎的波腹(亦即，遭受大的正位移和大的负位移之间的振动的点，与波节相反，波节是看上去保持静止的点)的数量而分类。已经发现，五阶弯曲模式(亦即，在子午线平面中具有五个波腹的弯曲模式，例如图6中所描绘的模式)对于轮胎噪音具有重要贡献。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种具有了减小的噪音发射的轮胎，特别而言提供了一种轮胎，其中，对该轮胎的振动行为进行了修改，从而减小了它经由五阶弯曲模式的噪音发射。

通过一种轮胎而实现了该目标，该轮胎包括：

两个胎圈，该胎圈被设置成与安装轮辋相接触；

两个侧壁，该侧壁将所述胎圈径向延伸至外侧，该两个侧壁结合在一起；

胎冠，该胎冠包括胎冠增强件，该胎冠增强件在两个轴向端部之间轴向延伸并被胎面覆盖；

胎体增强件，该胎体增强件包括多个胎体增强元件，该胎体增强件锚固在所述两个胎圈当中并越过所述侧壁而延伸至所述胎冠；

环圈增强件，该环圈增强件径向布置在所述胎冠增强件的外侧，所述环圈增强件在中面的两侧上从该轮胎的中面轴向延伸至外侧，所述环圈增强件由圆周定向的至少一个增强元件形成。

在根据本发明的轮胎当中，在任何径向截面当中，环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大于或等于0.7mm并小于或等于2mm，除了以下区域之外：

(a)一个第一轴向区域L1，该第一轴向区域与所述轮胎的中面相交，该第一轴向区域L1的每个轴向端部与所述中面的轴向距离大于或等于0.05·S并小于或等于0.15·S(优选地小于或等于0.10·S)，S是所述轮胎的最大轴向宽度；以及

(b)设在所述中面的两侧上的两个第二轴向区域L2，每个第二轴向区域的中心与所述中面相距为轴向距离D2，D2大于或等于0.25·S并小于或等于0.4·S，S是所述轮胎的最大轴向宽度，每个第二轴向区域L2具有大于或等于0.1·S的轴向宽度W2。

所述第一和第二轴向区域L1和L2中的环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离小于0.7mm或大于2.0mm。所述第一和第二轴向区域的轴向宽度的总和小于或等于0.5·S(并且优选地小于或等于0.40·S)，S是所述轮胎的最大轴向宽度。

此外，以下(a)(b)二者的差值为至少0.2mm：

(a)所述第一和第二轴向区域L1和L2中的环圈增强件的相邻部分之间的平均轴向距离，以及

(b)所述第一和第二轴向区域L1和L2外侧的环圈增强件的相邻部分之间的平均轴向距离。

环圈增强件的这种特殊布置能够显著地减小轮胎经由五阶弯曲模式的噪音发射。

根据优选实施方案，所述第一轴向区域L1相对于所述中面而居中，并且其中所述两个第二轴向区域L2相对于所述轮胎的中面而对称布置。

由于在第一和第二轴向区域L1和L2中的环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离的变化而导致了噪音减小，而不管该轴向距离是否在轴向区域L1和L2中以相同的方式进行了改变。然而，如果在所有三个轴向区域当中的变化是相同的，亦即，如果在第一轴向区域L1和两个第二轴向区域L2中环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大于2.0mm，或者可选地，如果在第一轴向区域L1和两个第二轴向区域L2中环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离小于0.7mm，则会获得更好的结果。最好的结果通过这种轮胎获得：其中在第一轴向区域L1和两个第二轴向区域L2中环圈增强件的相邻部分之间的平均距离相同。

优选地，在所述第一轴向区域L1和所述两个第二轴向区域L2外侧的所述环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大致恒定，并且/或者在所述第一轴向区域L1和所述两个第二轴向区域L2中的所述环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大致恒定。

附图说明

图1显示了根据现有技术的轮胎的立体图。

图2显示了根据现有技术的轮胎的一部分的剖面立体图。

图3在径向截面中显示了轮胎的局部。

图4和图5显示了图3中的轮胎的几何特性。

图6显示了五阶弯曲模式。

图7至图12显示了径向截面中的根据本发明的数个实施方案的轮胎的局部。

图13显示了根据本发明的轮胎与参考轮胎相比较所获得的结果。

具体实施方式

当使用术语“径向”的时候，有必要对本领域技术人员对该词语的几种不同用法进行区分。首先，该表述表示轮胎的半径。在该含义下，如果点P1比点P2更靠近于轮胎的转动轴线的话，则称为点P1位于点P2的“径向内侧”(或在点P2的“径向内侧上”)。相反地，如果点P3比点P4更加远离轮胎的转动轴线，则称为点P3位于点P4的“径向外侧”(或者在点P4的“径向外侧上”)。当沿着更小半径(或更大半径)方向前进的时候，称为“径向”前进至“内侧”(或“径向”前进至“外侧”)。表述“径向最内侧”和“径向最外侧”类似地进行使用。该术语的这种含义也适用于径向距离的语境。

相对照而言，当增强件的丝线或增强元件与圆周方向形成的角度大于或等于80°并小于或等于90°的时候，丝线或增强件称为“径向”。具体而言在本文献中，术语“丝线”应当被理解为非常普遍的含义，并包括单丝、多丝、缆线、纺线或等效组件形式的丝线，而不考虑形成丝线的材料或者促进其与橡胶的连接的表面处理。

“径向横截面”或者“径向截面”是沿着包含有轮胎的转动轴线的平面的横截面或截面。这种平面也称为“子午线平面”或者“子午线截面”。“子午线”对应于轮胎的外表面与子无线平面的交叉线。

“轴向”方向是平行于轮胎的转动轴线的方向。如果点P1比点P2更靠近于轮胎的中面的话，则称为点P1位于点P2的“轴向内侧”(或在点P2的“轴向内侧上”)。相反地，如果点P3比点P4更加远离轮胎的中面，则称为点P3位于点P4的“轴向外侧”(或者在点P4的“轴向外侧上”)。轮胎的“中面”是垂直于轮胎的转动轴线的平面，并且与每个胎圈的环形增强结构距离相等。

“圆周”方向是垂直于轮胎的半径和轴向方向的方向。

当两个增强元件之间形成的夹角小于或等于20°的时候，在本文献中称为该两个增强元件“平行”。

在本文献的范围当中，表述“橡胶混合物”表示包括至少一个弹性体和填充物的橡胶配合物。

“环圈增强件”或“环圈层”也称作“支撑层”，该“环圈增强件”或“环圈层”是包括圆周排列的增强丝线(类似于环圈)的层，其阻碍了当轮胎在高速下滚动的时候胎冠增强件的张开。

表述“环圈增强件的相邻部分”表示在轮胎的径向截面中的环圈增强件的毗邻部分。当环圈增强件的两个部分之间不存在环圈增强件的其他部分时，则认为所述环圈增强件的两个部分是毗邻的。术语“相邻”的精确定义将在下面给出。如果环圈增强件由包裹在轮胎圆周周围的单一的丝线形成，则相邻部分对应于帘线与给定的径向平面的毗邻的相交处。如果环圈增强件是由多个丝线形成，每个丝线形成单一的环圈，则相邻的部分对应于多个毗邻的帘线与所述径向平面的多个相交处。

图1示意性地描绘了根据现有技术的轮胎10。轮胎10包括两个胎圈20，所述胎圈20被设置成与安装轮辋(图中未示)相接触，两个侧壁30，所述侧壁30将胎圈20径向延伸至外侧，所述两个侧壁在胎冠中结合在一起，该胎冠包括胎冠增强件(图1中不可见)，该胎冠增强件被胎面40覆盖。

图2显示了根据现有技术的轮胎10的局部立体图，并显示了轮胎的不同部件。轮胎10包括两个胎圈20，每个胎圈20包括环形增强结构70，该环形增强结构70将轮胎10保持在轮辋(图中未示)上，将胎圈20径向延伸至外侧的两个侧壁30，该两个侧壁30在胎冠中结合在一起。所述胎冠包括胎冠增强件，该胎冠增强件包括两个帘布层80和90。每个帘布层80和90通过丝线状的增强元件81和91而得到增强，所述增强元件在每层当中互相平行，并且一个层的增强元件相对于另一层的增强元件交叉延伸，而与圆周方向形成介于10°到70°之间的夹角。轮胎10还包括胎体增强件60，该胎体增强件60包括多个涂覆有橡胶混合物的丝线61。胎体增强件60锚固在两个胎圈20当中并越过侧壁30而延伸至胎冠。所述轮胎还包括布置在胎冠增强件径向外侧的环圈增强件100，所述环圈增强件由圆周定向并缠绕成螺旋状的至少一个增强元件101构成。胎面40设置在环圈增强件上。正是该胎面40确保了轮胎10与路面的接触。轮胎的内表面——亦即轮胎安装到它的轮辋上并充气时与用于对轮胎进行充气的气体相接触的表面——覆盖有内衬50，该内衬50由所述气体无法穿透的橡胶混合物制成。

图3在径向截面中显示了轮胎10，其类似于图2中的轮胎。中面150通过点线150来表示。

图4示意性地显示了安装在车轮5上并被充气之后图3的轮胎10。它显示了轮胎的“径向高度”H和它的“最大轴向宽度”S是如何被测量的。

“径向高度”H应当理解为环形增强结构70的径向最内侧点和胎面的径向最外侧点41之间的径向距离。当轮胎安装在车轮5上并被充气到其工作压力的时候，该径向高度是确定的。在进行测量的时候，轮胎不承载任何载荷。

正如其名字所表示的那样，再一次地，当轮胎安装在车轮5上并被充气到其工作压力的时候，“最大轴向宽度”S对应于轮胎的轴向宽度的最大值。

当诸如图3中的轮胎10的轮胎安装到车辆上并在路面上滚动的时候，它振动并产生噪音。尽管诸如轮胎的复杂的复合结构的振动行为确实非常复杂，但还是可以对显著贡献了噪音发射的几种振动模式进行识别。其中一个是所谓的五阶弯曲模式。图6中示意性地显示了对应的振动方式。为了清晰的原因，仅仅在径向截面中显示了胎体增强件60和轮辋6(轮胎安装在该轮辋6上)。实线对应于静止状态下的胎体增强件。虚线和虚点线对应于胎体增强件在振动运动的各个阶段下的(夸张)位置。当启动弯曲模式的时候，轮胎沿着正交于它的子午线的方向变形。能够看出，在径向截面中沿着轮胎具有五个波腹(亦即，遭受大的正位移和大的负位移之间的振动的点，与波节相反，波节是看上去保持静止的点)。波腹通过箭头来表示。

根据本发明的轮胎能够通过对轮胎振动的五阶弯曲模式的发展进行阻碍来减小噪音的产生。这是通过使用特殊的环圈增强件来实现的。图7至图12显示了本发明的几个实施例。由于本发明仅仅涉及环圈增强件，因此，仅仅显示了胎冠和侧壁的径向的外侧半部。

图7显示了根据本发明的轮胎的第一实施例。在任何径向截面当中，环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D是恒定的，并且等于1.0mm，除了以下三个区域之外：

一个轴向中心的第一轴向区域L1，该第一轴向区域L1与轮胎的中面150相交。第一轴向区域L1的每个轴向端部与中面之间的轴向距离等于0.05·S，S是轮胎的最大轴向宽度。

此外，还有两个第二轴向区域L2，它们设在中面150的两侧上，每个第二轴向区域的中心与中面之间相距为轴向距离D2。在该具体实施例当中，对于其中一个第二轴向区域L2，D2等于0.3·S，对于另一个第二轴向区域L2，D2等于0.32·S。每个第二轴向区域L2的轴向宽度W2等于0.1·S。

在第一和第二轴向区域L1和L2当中，环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D是恒定的，并且等于0.5mm。从而，在所述第一和第二轴向区域L1和L2当中的环圈增强件100的相邻部分之间的平均轴向距离，以及所述第一和第二轴向区域L1和L2外侧的环圈增强件的相邻部分之间的平均轴向距离之间的差值等于0.5mm。

在本文献的架构当中，“环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离D”对应于环圈增强件的相邻部分的中心之间的轴向距离。如果环圈增强件的多个部分的截面是圆形的，则在相邻圆的圆心之间测量该距离，其如图5所示。如果截面具有更加复杂的形状，则在截面的重心之间测量该距离。

从图5的右手侧可以看到，该距离可以小于环圈增强件的每个相邻部分的直径。当相邻部分不具有相同的径向位置时会发生这种情况。应当注意到，“相邻”部分的概念并不意味着这些部分具有相同的径向位置。为了确定环圈增强件的给定部分P的“相邻部分”，人们考虑包括位于所述部分P的轴向内侧的所有部分的第一组部分、以及包括位于所述部分P的轴向外侧的所有部分的第二组部分。“相邻”部分是在第一组和第二组中最靠近所述部分P的那些部分。因此，每个部分P具有至少两个“相邻部分”(亦即，在第一组中最靠近的部分和在第二组中最靠近的部分)，但是如果在第一组和/或第二组中有两个或更多个部分与部分P具有同样距离的话，则该数字可以超过两个。

图7的实施例的第一和第二轴向区域的轴向宽度的总和等于0.3·S。

将会注意到，第二轴向区域L2的布置并不对称。当这样的轮胎(以及，它的胎面花纹等)不对称的时候，这种布置可以是优选的。然而，本发明也涵盖了严格对称的布置。

图8显示了根据本发明的轮胎的第二实施例。在该实施例当中，中心的第一轴向区域L1并没有相对于轮胎的中面150而位于中心。第一轴向区域L1的轴向端部与中面的轴向距离分别等于0.09·S和0.05·S。其中一个第二轴向区域L2(宽度：0.12·S)延伸直到环圈增强件100的端部，另一个第二轴向区域L2(宽度：0.12·S)布置成更靠近中面150。

在第一和第二轴向区域L1和L2当中，环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D是恒定的，并且等于2.2mm。

十分令人惊讶的是，相对于环圈增强件100的其余部分，对于第一和第二轴向区域L1和L2中的环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D的增大或减小，都获得了轮胎噪音的减小。

还可以通过减小第一轴向区域L1中的环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D以及通过增大第二轴向区域L2中的环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D来获得轮胎噪音的减小，其如图9所示。根据本发明的轮胎的该实施例包括第二轴向区域L2的对称布置。

图10显示了根据本发明的轮胎的另一实施例。此处，在第一轴向区域L1中，环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D增大，并在第二轴向区域L2中该轴向距离D减小。

图11和图12显示了其它的变型。在图11所描绘的实施例当中，在第一轴向区域L1和其中一个第二轴向区域L2中，环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D增大，并在另一个第二轴向区域L2中该轴向距离D减小。在图12中所描绘的实施例当中，在第一轴向区域L1和其中一个第二轴向区域L2中，环圈增强件100的相邻部分之间的轴向距离D减小，并在另一个第二轴向区域L2中该轴向距离D增大。

在所有这些实例当中，轴向距离D在每个轴向区域L1或L2当中以及在这三个区域外侧(当然除了过渡区域之外)都是恒定的。这并非是本发明的限定性特征。可以在每个区域中使得轴向距离D变化，只要在第一和第二轴向区域L1和L2外侧的环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大于或等于0.7mm并小于或等于2.0mm，并且在第一和第二轴向区域L1和L2当中环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离小于0.7mm或大于2.0mm即可。

此外，环圈增强件的相邻部分之间的平均距离并不一定在第一轴向区域L1和/或两个第二轴向区域L2当中必须相等。

图13显示了根据本发明的轮胎与参考轮胎相比较所获得的结果。参考轮胎对应于图3中的轮胎，其尺寸为225/55R17，该参考轮胎具有由尼龙帘线制成的环圈层，其除了轴向区域L1和L2中之外，距离D为1mm，轴向区域L1和L2中距离为10mm。参考轮胎(点线)与对应于图8的轮胎(实线)相比较。可以看出，噪音级别N(单位为dBA)是频率F(单位为赫兹)的函数，该噪音级别N具有较低的峰值(噪音峰减小ΔN)，并且被转换到较低的频率(频率转换ΔF)。

Claims (7)

1.一种轮胎(10)，包括：

两个胎圈(20)，该胎圈被设置成与安装轮辋(6)相接触；

两个侧壁(30)，该侧壁将所述胎圈径向延伸至外侧；

胎冠，该胎冠将所述两个侧壁结合在一起，且该胎冠包括胎冠增强件(80、90)，该胎冠增强件(80、90)在两个轴向端部之间轴向延伸并被胎面(40)覆盖；

胎体增强件(60)，该胎体增强件(60)包括多个胎体增强元件(61)，该胎体增强件锚固在所述两个胎圈当中并越过所述侧壁而延伸至所述胎冠；

环圈增强件(100)，该环圈增强件(100)径向布置在所述胎冠增强件的外侧，所述环圈增强件在中面的两侧上从该轮胎的中面(150)轴向延伸至外侧，所述环圈增强件由圆周定向的至少一个增强元件(101)形成；

其中在任何径向截面当中，该环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离D大于或等于0.7mm并小于或等于2mm，除了以下区域之外：

一个第一轴向区域L1，该第一轴向区域与所述轮胎的中面相交，该第一轴向区域L1的每个轴向端部与所述中面的轴向距离大于或等于0.05·S并小于或等于0.15·S，S是所述轮胎的最大轴向宽度；以及

设在所述中面的两侧上的两个第二轴向区域L2，每个第二轴向区域的中心与所述中面之间相距为轴向距离D2，D2大于或等于0.25·S并小于或等于0.4·S，S是所述轮胎的最大轴向宽度，每个第二轴向区域L2具有大于或等于0.1·S的轴向宽度W2；

所述第一和第二轴向区域的轴向宽度的总和小于或等于0.5·S，S是所述轮胎的最大轴向宽度，所述第一和第二轴向区域L1和L2中的环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离D小于0.7mm或大于2.0mm，

其中以下二者的差值为至少0.2mm：

所述第一和第二轴向区域L1和L2中的环圈增强件的相邻部分之间的平均轴向距离，以及

所述第一和第二轴向区域L1和L2外侧的环圈增强件的相邻部分之间的平均轴向距离。

2.根据权利要求1所述的轮胎(10)，其中所述第一轴向区域L1相对于所述中面(150)而居中，并且其中所述两个第二轴向区域L2相对于所述轮胎的中面而对称布置。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，在所述第一轴向区域L1和所述两个第二轴向区域L2中，所述环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大于2.0mm。

4.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中，在所述第一轴向区域L1和所述两个第二轴向区域L2中，所述环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离小于0.7mm。

5.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中在所述第一轴向区域L1和所述两个第二轴向区域L2中，所述环圈增强件的相邻部分之间的平均轴向距离相同。

6.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中在所述第一轴向区域L1和所述两个第二轴向区域L2外侧，所述环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大致恒定。

7.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中在所述第一轴向区域L1和所述两个第二轴向区域L2中，所述环圈增强件的相邻部分之间的轴向距离大致恒定。

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