CN102458882A - 包括车辆和一组轮胎的道路设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由私人客车(1)构成的道路设备，所述私人客车包括前车轴和后车轴，所述后车轴具有主动系统(4)以用来控制转向，所述道路设备还由待被安装到前车轴和后车轴的一组轮胎构成，每个轮胎包括胎冠区域，该胎冠区域通过侧翼而横向延伸，每个轮胎包括胎体骨架，该胎体骨架从一个胎圈延伸到另一个胎圈并穿过侧翼和轮胎的胎冠，所述胎冠区域包括增强骨架，胎面安装在该增强骨架的径向外侧，所述胎面包括位于该胎面径向外侧的胎面表面，多个沟槽形成在胎面的主体当中，其中：后车轴的沟槽的深度不小于3mm并且不超过5mm；前车轴的沟槽的深度不小于5mm，前车轴的沟槽比后车轴的沟槽更深；所述车辆具有接近于零的调节值(外倾、前束)。

Description

包括车辆和一组轮胎的道路设备

技术领域

本发明涉及道路行驶设备，该道路行驶设备包括客车和待被装配到所述车辆的前车轴和后车轴的一组轮胎。更加具体而言，本发明涉及实现改进的抗滚动性能所需的具体的组件条件，而并不损害轮胎的耐磨性能。

背景技术

客车在近十五年来的发展方式大体上导致了运行装置的总体质量的增大，导致了在车辆的重心高度的增大，并且导致了重心朝着车辆前部转移。其结果是两个车轴之间的静态负载和动态负载的差异显著增大，对后车轴卸载而对前车轴造成损害。在静态条件下发现后车轴自身负载相对特别轻，且在制动条件下卸载很多。

通过定义，车辆车轴的每个车轮与垂直于地面并且平行于车辆的行驶方向的平面所形成的角度称为转向角。当在同一个车轴上，该车轴的多个轮子的平面进行会聚从而朝着车辆前部相交的时候，这被称为“前束”。相对照而言，当在同一个车轴上，该车轴的多个轮子的平面会聚从而朝着车辆后部相交的时候，这被称为“前张”。

为了使得车辆在制动、障碍规避或变道类型的的突然操控期间保持良好的稳定性，而并不因此损失驾驶性能和反应性能，后车轴的前束已经逐渐增大。因此，根据车辆的负载方式，后前束已经从相对较小的数值(在每个轮上大约为0.1度的转向角)发展到从0.3度到0.45度的较高数值的范围。

该前束数值对称地应用到后车轴的两个车轮上。这种设置使得车辆对于其路线被打乱的情况下通过以下行为而做好了准备：将一个车轮在使车辆返回到路线的方向上设置成转弯配置，同时对所涉及的轮胎进行预加载，从而可以变得响应更加迅速并且使其产生适宜的横向回复推力。

当然，这种设置并不是对后车轴的轮胎磨损没有影响。为了在该车轴的轮胎的胎面条带的整个宽度上具有一致并且均匀的磨损，已知的实践是使得该前束与反向的静态外倾相结合。车轮的外倾角是在垂直于地面并且包含车轮的轴线的平面中，是车轮平面与车辆的中面所形成的角度。当一个车轴或同一个车轴的多个车轮的平面在地面平面上交错的时候该外倾角被称为反向倾角(或者负倾角)。

然而，无法否认的是，后车轴的车轮的这些静态设置(前束和外倾)引起了轮胎的加速磨损以及能量消耗的增大，这是因为行驶装置的滚动阻力得以增大。

为了与磨损增大作斗争，已经执行了工作来发展胎面条带材料，其具有更好的抗磨损性。尽管这些方案令人满意，但是它们目前达到了它们的极限，这是因为一方面材料性能的提高，而另一方面，静态设置总是为了相同的原因而持续增加。

类似地，无法从轮胎滚动阻力领域进展中获得所有的优点，这是因为前束产生的拖曳力持续在增大。

发明内容

本发明的一个目的是：通过将合适的车辆与轮胎相结合而减小行驶装置的滚动阻力和拖曳力，从而减少道路行驶设备的平均燃料消耗。

因此，本发明提出了一种由客车构成的道路行驶设备，该客车包括前车轴和后车轴，所述后车轴配备有主动转向控制系统，以至少在空档位置和转弯位置之间控制后轮的转向，所述道路行驶设备还由一组轮胎构成，所述轮胎待被装配到车辆的前车轴和后车轴，该车辆的每个轮胎包括胎冠区域，该胎冠区域通过与胎圈相连接的胎侧而横向延伸，所述胎圈旨在与安装轮辋相接触，每个轮胎包括胎体增强件，该胎体增强件从一个胎圈延伸到另一个胎圈并穿过所述胎侧和轮胎的胎冠，所述胎冠区域包括增强件，该增强件被胎面条带径向地覆盖在外侧的顶部上，该胎面条带在径向外侧上包括胎面表面，该胎面表面旨在车辆行驶的时候与道路表面接触，多个沟槽形成在胎面的厚度当中，该道路行驶设备的特征在于：

·装配到所述后车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度至少等于3mm并最多等于5mm，

·装配到所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度至少等于5mm，所述前车轴的胎面条带的沟槽的深度大于所述后车轴的胎面条带的沟槽深度，并且

·当后轮处在空档转向位置的时候，所述车辆的设置值(外倾、前束)接近于零，也就是说，对于每个后轮而言外倾角包含在-0.8度和+0.8度之间，并且每个车轮的前束角包含在-0.15度和+0.15度之间，后轮的这些设置值按照绝对值来说是相等的，并且关于所述车辆的中面来说是对称的。

进一步地，令人惊讶地注意到，这种结合对轮胎磨损并没有任何损害：因此，用于根据本发明的道路行驶设备中的轮胎具有减小厚度的胎面条带，但是其服役寿命却大致等于在高级别的前束下行驶的车辆上的具有普通胎面条带厚度的普通轮胎的服役寿命。从环境角度而言，这对本发明是如何的有利给出了测量手段：对于相同的行驶距离，橡胶的磨损量显著减小。

在本申请当中，术语“沟槽”表示细长的腔体或者切槽，其宽度使其相对的壁无法互相接触，或者可选择地，切槽的相对的壁能够互相接触(在后一种情况下，这被称为“切口”)。

优选地，装配到所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度至少等于5mm并最多等于8mm，装配到所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度与装配到所述后车轴的轮胎的胎面条带的深度之间的最小差值至少等于1.5mm。

还是优选地，所述后车轴的轮胎的胎面条带的沟槽橡胶比最多等于24％，并且小于所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽橡胶比。

还是优选地，所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽橡胶比至少等于25％。

所述沟槽橡胶比等于沟槽的表面面积相对于胎面条带的总表面面积的比值；当该沟槽橡胶比等于零的时候，可以认为没有沟槽，并且当该比数值等于50％的时候，这意味着沟槽的表面面积大体等于制成胎面条带的橡胶的表面面积，该胎面条带能够与路面表面相接触。因此，对于同样级别的磨损而言，本发明对于相同尺寸的轮胎和相同车辆而言可以显著增大轮胎和道路表面之间的接触面积，并且这在驾驶中是有利的。

优选地，所述后车轴的轮胎被充气到这样的充气压力，该充气压力至少等于所述前车轴的轮胎的充气压力。

还是优选地，在所述前车轴上的轮胎尺寸与所述后车轴的轮胎尺寸相同，该轮胎尺寸通过E.T.R.T.O.标准来限定。

优选地，用于所述后轮的主动转向控制系统可以为每个车轮获得转弯位置，该转弯位置对应于至少0.35°的转向角。

还是优选地，用于所述后轮的主动转向控制系统可以为每个车轮获得转弯位置，该转弯位置对应于至少0.7°的转向角。

优选地，每个车轮的转弯位置对应于前束角，并且还是优选地，用于所述后轮的主动转向控制系统是双位系统，该双位系统的两个稳定状态分别对应于所述空档位置和转到前束角的位置。

附图说明

本发明的其它特性和优点将会从以下参考附图而给出的描述中显现出来。

·图1显示了根据本发明的道路行驶设备的侧视图。

·图2是图1中的道路行驶设备的示意性平面图。

·图3是用于根据本发明的道路行驶设备中的轮胎的横截面图。

具体实施方式

图1显示了从客车左侧观察的客车1。图2示意性地描绘了从上方观察的相同车辆1的平面图。

因此，前车轴2位于图中的左侧并且后车轴3位于图中的右侧。图2使得本发明的一个原理更加容易可视化，通过该原理，后车轴的左车轮和右车轮(分别为31和32)在从对应于直线正常行驶的空档位置N的转向中受到了主动控制。

每个后车轮的主动转向可以独立于或者依赖于另一个后轮的主动转向。该主动转向可以是两个方向，亦即前张方向O和前束方向P。如果主动转向被限制为前束移动，那么则简单地称为主动前束。

本发明的一个基本原理是选择空档转向位置N的原理，其对应于接近零(理想地为零)的等价的静态设置，在任何情况下该空档转向位置介于车轮的-0.15°和+0.15°之间。

从空档位置开始的主动转向或者主动前束的角度范围可以基于大量的标准来进行选择。例如，如果后轮的转向也必须具有车辆的低速可操控性(泊车操控)的显著改进的话，那么需要很大的幅度(在每个方向上几度)，例如在每个方向上10°左右。相对照而言，如果后转向的目的被限制为确保紧急情况的高速操控(制动、规避)期间的稳定性，则已经发现，减少到1或2度的前束幅度完全足够。在这两种极端情况之间，还有其它标准可以指导主动转向幅度的选择。可以提及的这种其它标准包括设备尺寸、它的重量、它与现有技术方案在车轮悬挂或者驱动方面的兼容性、控制安全性、成本。

因此，文献WO2006/117343、WO2007/012770、WO2008/155485、WO2008/155486、WO2008/061973描述了用来控制主动转向或者主动前束的各种设备和各种方法。

还可以通过寻求给出当在前束方向上进行转弯时的车轮负外倾以及给出当在前张方向上转弯时的车轮正外倾，而将外倾的变化与转向或者前束运动相结合。这可以通过控制外倾的独立的致动器来完成，而且以本身已知的方式通过改变用于转弯的枢转轴线的角度而十分容易地执行。

图3显示了用于根据本发明的道路行驶设备的子午线轮胎311的局部视图，该轮胎安装在车轮312上并且充气到它的工作压力。在子午线平面的截面中观察的时候，也就是在包含了旋转轴线(YY′)的平面中观察的时候，该轮胎311包括与车轮312接触的胎圈3111，该胎圈3111通过胎侧3112而径向向外延伸，所述胎侧3112在胎冠部3113内终止。

该轮胎包括胎体增强件(图中未示)，该胎体增强件由多个增强元件构成，所述增强元件与相切于圆周方向的方向(也就是说垂直于图3的截面的平面的方向)构成了90°角或者接近90°角。并且，胎冠部3113通过胎冠增强件3115而得到增强，该胎冠增强件3115被胎面条带3116覆盖于顶部，该胎面条带3116具有旨在驾驶期间与路面表面相接触的径向外表面(该表面被称为胎面表面3117)。

该胎面条带3116具有平均厚度E，其被测量成胎面表面3117和胎冠增强件3115的径向最外侧表面之间的平均距离。该胎面条带具有多个浮凸的元件，其通过圆周定向和子午线(在YY′方向上)定向的沟槽3118而限定边界。沟槽的总表面面积与轮胎的接地面的总的表面面积(后者的表面面积被获取为所述接地面的最外侧轮廓所限定的表面面积)之间的比值被称为沟槽比。

提供了测试，以在根据本发明的道路行驶设备的性能和现有技术的道路行驶设备的性能之间进行对比。

在基准配置当中，行驶测试利用“Alfa Romeo 156SW GTA”(商标名)3.21V6(前轮驱动)车辆来进行，该车辆具有初始的制造商的设置，亦即：

·前束，前车轴：-1.2±0.5mm，亦即在车轮处为-0.16°(那么此处我们将具有了负的前束，也就是前张)

·外倾，前车轴：在车轮处为-0°50′

·前束，后车轴：-1.6±0.5mm，亦即在车轮处为-0.21°

·外倾，后车轴：在车轮处为-1°20′

安装在前车轴和后车轴上的轮胎是具有相同尺寸225/45R 1794W的轮胎。

前车轴上的轮胎具有以下特性：

·沟槽深度8mm；(在全新条件下的沟槽深度)

·沟槽底部和胎冠增强件外侧之间的距离：1.8mm

·胎面条带的厚度：9.8mm

·沟槽橡胶比：30％(沟槽的表面面积与在工作压力和标称负载下的接地面的总表面面积的比值)

·冷充气压力：2.5巴

后车轴的轮胎具有以下特性：

·沟槽深度8mm(＝全新条件下的轮胎的沟槽深度)

·沟槽底部和胎冠增强件外侧之间的距离：1.8mm

·胎面条带的厚度：9.8mm

·沟槽橡胶比：30％

·冷充气压力：2.3巴

在根据本发明的配置当中，利用相同的车辆执行了相同的行驶测试，该车辆的后车轴包括按照文献WO2008/155485的主动前束控制设备，亦即包括双位系统，该双位系统的两个稳定状态分别对应于空档位置和转到前束角的位置。

后车轮的静态设置和空档转向位置设置如下：

·前束，前：0°

·外倾，前：0°

·前束，后(空档位置N)：0°

·外倾，后：0°

前车轴的轮胎具有以下特性：

·全新条件下的沟槽深度6.4mm

·沟槽底部和胎冠增强件外侧之间的距离：1.8mm

·胎面条带的厚度：8.2mm

·沟槽橡胶比：27％

·冷充气压力：2.5巴

在全新条件下，前车轴的轮胎具有以下特性：

·全新条件下的沟槽深度4mm

·沟槽底部和胎冠增强件外侧之间的距离：1.8mm

·胎面条带的厚度：5.8mm

·沟槽橡胶比：22％

·冷充气压力：2.8巴

通过这两种配置的每一者，车辆在100km/h的匀速下被驾驶了78km，并且在前车轴和后车轴之间具有以下负载分布：前车轴上的负载为900daN；后车轴上的负载为700daN。

在每次驾驶中，每行驶7.8km就测量一次燃料消耗。从这十次测量中计算出平均燃料消耗。

与基准配置相比较，对于100km/h的匀速，通过根据本发明的配置而实现的燃料节省量大约为每驾驶100公里节省了0.24升，也就是节省了燃料消耗的2.38％。

	燃料消耗(升/100km)
		基准配置	10.07
本发明	9.83

并且，对于每种配置进行了滚动阻力的测量。在用于燃料消耗的测量的车辆上，对于安装在其轮辋上并且在其负载和压力条件下的每个轮胎进行了这些测量。

利用标准ISO 18164中描述的方法测量了滚动阻力，其采用了通常的比较测试的车辆条件，每个车轮-轮胎组件在滚筒上以80km/h的匀速行驶。

以下的表2给出了对于基准配置和本发明的车辆的每个位置下的平均数值：

这些测量数值显示出：根据本发明的配置与基准配置相比较具有滚动阻力的减少。该减少可以被量化为在80km/h下每个轮胎是1.55kg/T(两个车轴的轮胎的平均值)。这个结果对应于前车轴的轮胎和后轮胎的滚动阻力的平均值，该前车轴的轮胎的滚动阻力是对于所考虑的车辆在其工作压力并且在对应于该车轴上的负载(车轴负载为450daN并且充气压力为2.5巴)的负载下进行测量的，该后轮胎的滚动阻力是在其工作压力并且在对应于后车轴上的负载的负载下(对于基准配置，车轴负载为350daN并且充气压力为2.3巴，对于根据本发明的配置的350daN和2.8巴)进行测量的。

有利地，并且作为本文中所执行的测试而言，可以察觉的是，将本发明与比保持高静态设置的相同车辆的轮胎充气压力更大的充气压力相结合。因此，对于后车轴的轮胎而言，被充气到大于前车轴的轮胎的充气压力是有利的，压力差至少等于0.4巴。

在本发明的上下文当中，前束角和外倾角是在标称负载条件下测量的，也就是，利用两个人坐在前座椅上并且燃料箱填满的行驶状态下的车辆来进行测量。

本发明并未限制于所描述和描绘的实例，并且可以进行各种修改而并不脱离其范围。

Claims (10)

1.一种由客车(1)构成的道路行驶设备，所述客车包括前车轴(2)和后车轴(3)，所述后车轴配备有主动转向控制系统(4)，以至少在空档位置和转弯位置之间控制后轮(31、32)的转向，所述道路行驶设备还由一组轮胎(211、221、311、321)构成，所述轮胎待被装配到该车辆的前车轴和后车轴，该车辆的每个轮胎包括胎冠区域(3113)，该胎冠区域(3113)通过与胎圈(3111)相连接的胎侧(3112)而横向延伸，所述胎圈(3111)旨在与安装轮辋(312)相接触，每个轮胎包括胎体增强件，该胎体增强件从一个胎圈延伸到另一个胎圈并穿过所述轮胎的胎侧和胎冠，所述胎冠区域包括增强件(3115)，该增强件(3115)被胎面条带(3116)径向地覆盖在外侧的顶部上，该胎面条带在径向外侧上包括胎面表面(3117)，该胎面表面(3117)旨在车辆行驶的时候与道路表面相接触，多个沟槽(3118)形成在胎面的厚度当中，该道路行驶设备的特征在于：

·装配到所述后车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度至少等于3mm并最多等于5mm，

·装配到所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度至少等于5mm，所述前车轴的胎面条带的沟槽的深度大于所述后车轴的胎面条带的沟槽深度，并且

·当后轮处在空档转向位置的时候，所述车辆的设置值(外倾、前束)接近于零，也就是说，对于每个后轮而言外倾角包含在-0.8度和+0.8度之间，并且每个车轮的前束角包含在-0.15度和+0.15度之间，后轮的这些设置值按照绝对值来说是相等的，并且关于所述车辆的中面来说是对称的。

2.根据权利要求1所述的道路行驶设备，其中装配到所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度至少等于5mm并最多等于8mm，装配到所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽的深度与装配到所述后车轴的轮胎的胎面条带的深度之间的最小差值至少等于1.5mm。

3.根据前述任意一项权利要求所述的道路行驶设备，其中所述后车轴的轮胎的胎面条带的沟槽橡胶比最多等于24％并且小于所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽橡胶比，该沟槽橡胶比等于胎腔的表面面积相对于胎面条带的总表面面积的比值。

4.根据前述任意一项权利要求所述的道路行驶设备，其中所述前车轴的轮胎的胎面条带的沟槽橡胶比至少等于25％。

5.根据前述任意一项权利要求所述的道路行驶设备，其中所述后车轴的轮胎被充气到这样的充气压力，该充气压力至少等于所述前车轴的轮胎的充气压力。

6.根据前述任意一项权利要求所述的道路行驶设备，其中在所述前车轴上的轮胎尺寸与所述后车轴的轮胎尺寸相同，该轮胎尺寸通过E.T.R.T.O.标准来限定。

7.根据前述任意一项权利要求所述的道路行驶设备，其中用于所述后轮的主动转向控制系统可以为每个车轮获得转弯位置，该转弯位置对应于至少0.35°的转向角。

8.根据前述任意一项权利要求所述的道路行驶设备，其中用于所述后轮的主动转向控制系统可以为每个车轮获得转弯位置，该转弯位置对应于至少0.7°的转向角。

9.根据前述任意一项权利要求所述的道路行驶设备，其中每个车轮的转弯位置对应于前束角。

10.根据权利要求9所述的道路行驶设备，其中用于所述后轮的主动转向控制系统是双位系统，该双位系统的两个稳定状态分别对应于所述空档位置和转到前束角的位置。

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