CN102256816B - 具有改进胎圈的轮胎 - Google Patents

Abstract

一种轮胎，包括：两个胎圈(20)、在胎冠中接合的两个胎侧(30)、以及至少一个胎体增强件(60)，所述胎体增强件(60)从胎圈经过胎侧而延伸到所述胎冠，所述胎体增强件通过围绕环形增强结构的向上包边而锚固在两个胎圈中，从而在每一个胎圈中形成引入部分(61)和卷绕部分(62)，其中每一个胎圈包括胎圈填料(110)和外带(120)，所述外带(120)在轴向上位于所述胎体增强件和所述胎圈填料两者的外侧，其中由胎圈填料(110)和外带(120)形成的组件具有厚度E(r)，r是到所述环形增强结构的径向最内点(71)的距离，在不同位置的该厚度E(r)使得，在距离r大于或等于轮胎的径向高度H的15％且小于或等于轮胎的径向高度H的50％的范围内，所述厚度的变分在至少5mm上小于或等于-0.25mm/mm。

Description

具有改进胎圈的轮胎

技术领域

本发明涉及用于乘用车辆的的轮胎，特别是涉及这些轮胎的胎圈。

背景技术

用于乘用车辆的轮胎通常包括：

两个胎圈，所述胎圈设计为与车轮轮辋接触，每一个胎圈包括至少一个环形增强结构和胎圈填料，该胎圈填料在径向上位于环形增强结构的外侧；

两个胎侧，所述胎侧使胎圈在径向上朝外侧延伸，两个胎侧在胎冠中接合；

胎冠，所述胎冠包括由胎面覆盖的胎冠增强件；

至少一个胎体增强件，所述胎体增强件从胎圈经过胎侧而延伸到胎冠，并且包括多个胎体增强元件。胎体增强件通常通过围绕环形增强结构的向上包边而锚固在两个胎圈中，从而在每一个胎圈中形成“引入部分”和“卷绕部分”。胎圈填料至少部分地位于胎体增强件的引入部分和卷绕部分之间。

文献US 5 526 863提出了一种特殊胎圈，目的是减小胎圈质量并改进这样的轮胎的滚动阻力。该文献中公开的轮胎包括胎圈填料，该胎圈填料包括：

第一部分，具有渐缩的径向截面，该第一部分在转变为第二部分之前在径向上朝外侧逐渐变薄，

第二部分，该第二部分的径向截面的宽度基本恒定，并且该第二部分在径向上位于第一部分的外侧并转变为第三部分，

第三部分，该第三部分的径向截面逐渐变尖并且在径向上位于第二部分的外侧。

胎圈填料在胎圈的环形增强结构的径向最内点的径向外侧延伸时从所述点延伸过的径向距离大于或等于轮胎的径向高度H的30％。

每个胎圈还包括外带，该外带在轴向上位于胎体增强件和胎圈填料两者的外侧。该外带从径向内端部朝外侧径向延伸直至径向外端部，从胎圈的环形增强结构的径向最内点到该径向内端部的距离小于或等于轮胎的径向高度H的20％，从外带的径向外端部到外带的径向内端部的径向距离大于或等于轮胎的径向高度H的40％。

由于专利增多、油价上涨以及消费者的生态意识进一步觉醒，所以需要减小轮胎的滚动阻力，因为滚动阻力对于燃料消耗具有直接影响。因此，利用根据文献US 5 526 863的轮胎所获得的滚动阻力方面的减小已不再充分。

发明内容

本发明的其中一个目的是提供一种乘用车辆的轮胎，其具有非常低的滚动阻力。

通过以下轮胎而实现了该目标，所述轮胎包括：

两个胎圈，所述胎圈设计为与车轮轮辋接触，每一个胎圈包括至少一个环形增强结构；

两个胎侧，所述胎侧使所述胎圈在径向上延伸至外侧；

胎冠，所述胎冠包括由胎面覆盖的胎冠增强件，所述两个胎侧连接在胎冠中；

至少一个胎体增强件，所述胎体增强件从胎圈经过所述胎侧而延伸到所述胎冠，所述胎体增强件包括多个胎体增强元件并且通过围绕所述环形增强结构的向上包边而锚固在两个胎圈中，从而在每一个胎圈中形成引入部分和卷绕部分，每一个卷绕部分在径向上朝外侧延伸到端部，该端部与所述胎圈的环形增强结构的径向最内点之间相距径向距离DRR，并且所述径向距离DRR大于或等于轮胎的径向高度H的15％。

每一个胎圈具有胎圈填料，该胎圈填料在径向上位于所述环形增强结构的外侧，并且该胎圈填料至少部分地位于所述胎体增强件的引入部分和卷绕部分之间。所述胎圈填料在所述胎圈的环形增强结构的径向最内点的外侧径向延伸，并从所述点延伸了径向距离DRB，该径向距离DRB大于或等于轮胎的径向高度H的20％。

每一个胎圈还包括外带，该外带在轴向上位于所述胎体增强件和所述胎圈填料两者的外侧，每一个外带在径向上从径向内端部朝外侧而延伸至径向外端部，所述径向外端位于胎圈的环形增强结构的径向最内点的径向外侧，所述径向内端部与所述胎圈的环形增强结构的径向最内点之间相距了距离DRI，DRI小于或等于轮胎的径向高度H的20％，从所述外带的径向外端部到所述外带的径向内端部的径向距离DRL大于或等于轮胎的径向高度H的25％(并且优选地，大于或等于30％)。

由所述胎圈填料和所述外带形成的组件在任何径向截面中具有厚度E(r)，该厚度对应于垂直于所述胎体增强件的引入部分的方向与所述组件的相交部分的长度，r是从垂直于所述胎体增强件的引入部分的所述方向与所述胎体增强件的相交部分到所述环形增强结构的径向最内点的距离。所述厚度E(r)根据距离r而变化，从而在距离r大于或等于轮胎的径向高度H的15％且小于或等于轮胎的径向高度H的50％的范围内(或者选择性地，在距离r大于或等于20mm并小于等于50mm的范围内)，所述厚度的变分在至少5mm上小于或等于-0.25mm/mm(并且优选地，小于或等于-0.3mm/mm)。

在有利的实施方案中，纵横比Emax/DRL大于或等于10％，其中Emax是与所述胎体增强件的引入部分呈直角的角度下进行测量的所述外带的最大宽度，且DRL是所述外带的径向高度。

在一个具体实施方案中，所述胎圈填料包括：

第一部分，具有渐缩的径向截面

第二部分，该第二部分的径向截面的宽度基本恒定，所述第一部分在转变为第二部分之前在径向上朝着外侧逐渐变薄，并且该第二部分在径向上位于第一部分的外侧，

第三部分，该第三部分的径向截面逐渐变尖并且在径向上位于所述第二部分的外侧，且所述第二部分转变为第三部分。

附图说明

图1显示了根据现有技术的轮胎。

图2是根据现有技术的轮胎的局部立体图。

图3是经过根据现有技术的轮胎的四分之一的径向截面。

图4显示了如何确定轮胎的高度H。

图5显示了图3中的细节。

图6至图8是根据本发明的穿过轮胎一部分的径向截面。

图9和图10显示了由胎圈填料和外带所形成的组件的厚度是如何确定的。

图11和12显示了由胎圈填料和外带所形成的组件的厚度及其变分如何根据距离而变化。

图13显示了利用根据本发明的轮胎所获得的结果。

具体实施方式

当使用术语“径向”时，重要的是在本领域技术人员之中将该词语的数个不同使用进行区别。首先，该表述指的是轮胎的半径。在此意义上，如果点P1比点P2更接近轮胎的旋转轴线，则称点P1位于点P2的“径向内侧”。相反，如果点P3比点P4更远离轮胎的旋转轴线，则称点P3位于点P4的“径向外侧”。当谈到径向距离时，同样采用术语的该意思。“在径向上朝着内侧”意指朝着较小半径；“在径向上朝着外侧”意指朝着较大半径。

然而，当丝线或增强件的增强元件与周向方向形成的角度大于或等于80°且小于或等于90°时，则称该丝线或增强件是“径向的”。应当注意到，在本文中，术语“丝线”应广义地进行解释，并且包括单丝、多丝、缆线、纱线或等同组件形式的丝线，并且其与丝线或涂层的材料无关，该涂层施用到其上以增强其与橡胶的粘结。

最后，本文中的“径向截面”意指沿着包含轮胎的旋转轴线的平面所呈现的截面。

“轴向”方向是平行于轮胎的旋转轴线的方向。如果点P5比点P6更接近轮胎的中平面，则称点P5位于点P6的“轴向内侧”。相反，如果点P7比点P8更远离轮胎的中平面，则称点P7位于点P8的“轴向外侧”。轮胎的“中面”是垂直于轮胎的旋转轴线且与每个胎圈的环形增强结构等距的平面。

“周向”方向是垂直于轮胎的半径以及垂直于轴向方向的方向。

“环箍增强件”或“环箍层”也称为“支撑层”，是包括周向对齐的增强丝线(相似于环箍)的层，这些增强丝线在轮胎高速滚动时阻碍了胎冠增强件扩张。

为了本文的目的，表述“橡胶合成物”意指包括至少一种弹性体以及至少一种填料的橡胶组合物。

图1是根据现有技术的轮胎10的示图。轮胎10具有：胎冠，该胎冠包括胎冠增强件(图1中不可见)，该胎冠增强件由胎面40覆盖；两个胎侧30，胎侧30从胎冠在径向上朝内侧延伸；以及两个胎圈20，胎圈20在径向上位于胎侧30的内侧。

图2示意性地显示了根据现有技术的轮胎10的局部立体图，并且显示了轮胎的各种部件。轮胎10包括胎体增强件60以及两个胎圈20，胎体增强件60由涂覆有橡胶合成物的丝线61构成，每一个胎圈20包括将轮胎10保持在车轮轮辋(未显示)上的环形增强结构70。胎体增强件60锚固至每一个胎圈20。轮胎10还具有胎冠增强件，该胎冠增强件包括两个帘布层80和90。每一个帘布层80、90利用丝线状增强元件81和91进行增强，增强元件81和91在每一层之内平行并且从一层到另一层交叉，从而与周向方向形成的角度在10°与70°之间。所述轮胎还包含环箍增强件100，环箍增强件100径向地铺设在胎冠增强件的外侧。该环箍增强件由周向定向并螺旋缠绕的增强元件101制成。胎面40铺设在环箍增强件上；并且在轮胎10和路面之间提供接触的是该胎面40。所示的轮胎10是“无内胎”轮胎：其包括内衬50，该内衬50由不透气的橡胶复合物制成且覆盖轮胎的内表面。

图3示意性地显示了在径向截面中的根据现有技术的轮胎10的四分之一。轮胎10具有设计为与车轮轮辋(未显示)接触的两个胎圈20，每一个胎圈20包括至少一个环形增强结构，在该实例中为胎圈金属丝70。两个胎侧30使胎圈20在径向上朝外侧延伸，并且两个胎侧30在胎冠25中接合，胎冠25包括由第一增强件层80和第二增强件层90组成的胎冠增强件，它们在径向上由胎面40覆盖。每一个增强件层包括涂覆有橡胶合成物基质的多个丝线状增强件。每一个增强件层中的增强件基本互相平行，而该两层的增强件以大约20°的角度从一层到另一层交叉，这是所谓的子午线轮胎领域中的技术人员所公知的。

轮胎10还具有胎体增强件60，该胎体增强件60从胎圈20沿着胎侧30延伸至胎冠25。在此，胎体增强件60包括大约径向定向的多个丝线状增强件，也即是说，它们与周向方向形成的角度大于或等于80°且小于或等于90°。

胎体增强件60包括多个胎体增强元件，这些胎体增强元件通过围绕胎圈金属丝70的向上包边而锚固在两个胎圈20中，从而在每一个胎圈中形成进入部分61和卷绕部分62。进入部分61和卷绕部分62之间的边界被认为位于胎体增强件60与一个平面的相交部分，该平面垂直于轮胎的旋转轴线并包含胎圈中的胎体增强件60的径向最内点。卷绕部分在径向上朝着外侧延伸到端部63，该端部63与胎圈的环形增强结构的径向最内点71相距径向距离DRR，该径向距离DRR大于或等于轮胎的径向高度H的15％。

轮胎的“径向高度”H被定义成：当轮胎10安装在安装车轮轮辋5上(如图4所示)并充气到其额定工作压力时，在胎圈20的环形增强结构70的径向最内点71和胎面40的径向最外点41(图4)之间的径向距离。

每一个胎圈包括胎圈填料110，胎圈填料在径向上位于胎圈金属丝70的外侧，并且其大部分位于胎体增强件60的进入部分61和卷绕部分62之间。

图5显示了图3中所示的轮胎的胎圈填料。胎圈填料包括具有渐缩径向截面的第一部分111。该第一部分111在径向上在转变为第二部分112之前朝着外侧逐渐变薄，其中其径向截面具有基本恒定的轴向宽度LA，意指该宽度沿着第二部分112的长度的变化小于5％。第二部分在径向上位于第一部分111的外侧，并且转变为径向截面逐渐变尖的第三部分113，该第三部分在径向上位于第二部分112外侧。

胎圈填料110在胎圈的环形增强结构的径向最内点71的径向外侧延伸时从所述径向最内点延伸径向距离DRB，该径向距离DRB大于或等于轮胎的径向高度H的20％。在当前的实例中，胎圈填料110一直延伸至轮胎的赤道。出于本文的目的，轮胎的“赤道”是胎体增强件的最大轴向延伸的点的径向高度。在经过轮胎的径向截面中，赤道呈现为在轮胎装配在车轮轮辋上被充气时经过胎体增强件的轴向宽度最大的位置的那些点的轴向直线。当胎体增强件在多个点处达到该最大轴向宽度时，最接近轮胎的中间高度H/2的点的径向高度呈现为轮胎的赤道。由此限定的赤道一定不能与轮胎的中面130相混淆，该中面130在现有文献中有时也称为“赤道”。DRB优选地选择为使得胎圈填料在径向上并不延伸到轮胎的赤道外侧。

轮胎10的内侧表面由内衬50覆盖。

实践中还公知的是，将外带120轴向设置在胎体增强件和胎圈填料两者的外侧，如图6中所示的轮胎。每一个外带在径向上从径向内端部121朝着外侧而延伸直至径向外端部122，该径向内端部121与胎圈的环形增强结构70的径向最内点71相距径向距离DRI，DRI小于或等于轮胎的径向高度H的20％，外带的径向外端部122与外带的径向内端部121之间的径向距离DRL大于或等于轮胎的径向高度H的25％(且优选地大于或等于轮胎的径向高度H的30％)。

本发明的目的是提供一种用于乘用车辆的轮胎，其滚动阻力小于现有技术中的轮胎(例如图3中所示的轮胎)的滚动阻力。

通过包含有外带120的轮胎而实现了该目标，就像图7和图8中所示的轮胎那样，外带120更为“粗壮”，也即更短且更宽。使用这种类型的外带的好处是它减少了轮胎的滚动阻力。

这些实施方案可以通过多种不同的方式来进行表征。一个方式是对由胎面填料和外带所形成的组件在任何径向截面中的厚度E(r)进行考虑。

图9和10显示了如何测量厚度E(r)，其中图10是图9中的框形标识200中所包含的区域的放大图。考虑胎体增强件60的引入部分61和胎圈填料110之间的界面。该界面上的每一个点与环形增强结构70的径向最内点71之间的距离为r。如果在环形增强结构上存在数个径向最内点，则可以选择这些点中的任一个作为基准。对于给定距离r₀，通过追踪圆140可以发现在界面上的对应点65，该圆140以半径r₀围绕环形增强结构70的径向最内点71形成，其如图9所示。然后追踪穿过所述界面的点65的垂直于胎体增强件60的引入部分61的方向150。由胎圈填料和外带形成的组件的厚度E(r₀)对应于方向150与所述组件的相交部分的长度。如果方向150与卷绕部分62具有相交部分，则忽略卷绕部分62的厚度。

图11显示了对于四种轮胎几何形状，厚度E如何根据距离r而改变。几何形状“A”(虚线；符号：菱形)对应于根据现有技术的轮胎，例如图3所示的轮胎。几何形状“B”(虚线；符号：正方形)、“C”(实线；符号：三角形)和“D”(实线；符号：圆形)分别对应于图6至8所示的轮胎。在半径从20mm至50mm的范围内，将看到存在这样的区域，其中对于变型“C”和“D”来说，厚度的变分更大。(在所考虑的实例中，H等于112mm，这意味着从20mm至50mm的距离r的范围对应于范围从径向高度H的17.9％至径向高度H的44.6％的值。)

如果我们考虑将变分V(其仅仅是函数

)作为半径的函数，则可以对该见解进行量化，如图12所示。对于变型“C”和“D”而言，厚度E(r)根据r而变化，使得在距离r从20mm至50mm的范围(由附图标记F表示)内，厚度的变分

在至少5mm上小于或等于-0.25mm/mm。对于变型“C”，变分V的“峰值”接近-0.4mm/mm；其在大约12mm上小于或等于-0.25mm/mm，并且在大约8mm上小于或等于-0.3mm/mm。相似地，对于变型“D”，变分V的“峰值”接近-0.4mm/mm；其在大约16mm上小于或等于-0.25mm/mm，并且在大约12mm上小于或等于-0.3mm/mm。

对优选实施方案进行表征的第二种方法是考虑纵横比Emax/DRL。Emax是与胎体增强件的引入部分呈直角下所测得的胎圈填料和外胎所形成的组件的最大宽度，DRL是外带的径向高度。如果纵横比Emax/DRL大于或等于10％，则滚动阻力显著减小。

在图7和8中示出的轮胎给出了Emax与DRL值。图7中所示轮胎(也即变型“C”)的纵横比Emax/DRL为13％，而图8中所示轮胎(变型“D”)的纵横比Emax/DRL为15％。作为对比，变型“B”(图6)的纵横比为7％。

图13显示了在483daN的负载下根据轮胎的回转刚度(corneringstiffness)D的四种变型的滚动阻力RR(单位为kg每吨)。表I总结了所测试的几何变型。

表I

变型	结构所在附图
		A	图3
B	图6
		C	图7
D	图8

我们将变型“B”作为基准。通过使其与变型“A”相比较可以看到，添加了外带则增大了轮胎的转角刚度及其滚动阻力。改变外带的几何形状(从变型“B”转换至变型“C”或者变型“D”)就减少了滚动阻力。对变型“C”或变型“D”的选择受到转角刚度需求的导向：如果需要较小的刚度，则选择变型“C”。另一方面，如果需要较大的刚度，则变型“D”是优选的。

Claims (3)

1.一种轮胎，包括：

两个胎圈(20)，所述胎圈(20)设计为与车轮轮辋(5)接触，每一个胎圈包括至少一个环形增强结构(70)；

两个胎侧(30)，所述胎侧(30)使所述胎圈在径向上延伸至外侧；

胎冠，所述胎冠包括由胎面(40)覆盖的胎冠增强件(80、90、100)，所述两个胎侧连接在胎冠中；

至少一个胎体增强件(60)，所述胎体增强件(60)从所述胎圈经过所述胎侧而延伸到所述胎冠，所述胎体增强件包括多个胎体增强元件并且通过围绕所述环形增强结构的向上包边而锚固在两个胎圈中，从而在每一个胎圈中形成引入部分(61)和卷绕部分(62)，每一个卷绕部分在径向上朝外侧延伸到端部，该端部与所述胎圈的环形增强结构的径向最内点之间相距径向距离DRR，并且所述径向距离DRR大于或等于轮胎的径向高度H的15％，其中所述轮胎的径向高度H被定义成：当轮胎安装在车轮轮辋(5)上并充气到其额定工作压力时，在胎圈(20)的环形增强结构(70)的径向最内点(71)和胎面(40)的径向最外点(41)之间的径向距离；

其中每一个胎圈具有胎圈填料(110)，所述胎圈填料在径向上位于所述环形增强结构的外侧，并且该胎圈填料至少部分地位于所述胎体增强件的引入部分和卷绕部分之间，所述胎圈填料在所述胎圈的环形增强结构的径向最内点(71)的外侧径向延伸，并从所述点延伸了径向距离DRB，该径向距离DRB大于或等于轮胎的径向高度H的20％，

其中每一个胎圈还包括外带(120)，该外带(120)在轴向上位于所述胎体增强件和所述胎圈填料两者的外侧，每一个外带在径向上从径向内端部(121)朝外侧而延伸至径向外端部(122)，所述径向内端部(121)与所述胎圈的环形增强结构的径向最内点之间相距了距离DRI，DRI小于或等于轮胎的径向高度H的20％，从所述外带的径向外端部(122)到所述外带的径向内端部(121)的径向距离DRL大于或等于轮胎的径向高度H的25％，其特征在于，

其中由所述胎圈填料(110)和所述外带(120)形成的组件具有厚度E(r)，该厚度对应于垂直于所述胎体增强件(60)的引入部分(61)的方向与所述组件的相交部分的长度，r是从所述垂直于所述胎体增强件的引入部分(61)的所述方向(150)与所述胎体增强件的相交部分到所述环形增强结构的径向最内点(71)的距离，所述厚度E(r)根据距离r而变化，从而在距离r大于或等于轮胎的径向高度H的15％且小于或等于轮胎的径向高度H的50％的范围内，所述厚度的变分在至少5mm上小于或等于-0.25mm/mm。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中纵横比Emax/DRL大于或等于10％，其中Emax是由所述胎圈填料(110)和所述外带(120)形成的组件的最大宽度，Emax是在与所述胎体增强件的引入部分(61)呈直角下进行测量的，且DRL是所述外带的径向高度。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中所述胎圈填料包括：

第一部分(111)，具有渐缩的径向截面，

第二部分(112)，该第二部分的径向截面的宽度基本恒定，所述第一部分在转变为第二部分之前在径向上朝着外侧逐渐变薄，并且该第二部分在径向上位于第一部分(111)的外侧，

第三部分(113)，该第三部分的径向截面逐渐变尖，并且该第三部分在径向上位于所述第二部分(112)的外侧，且所述第二部分转变为第三部分。

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