CN102686416A - 具有低滚动摩擦的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎，其包括设有周向沟槽（2）的胎面（1），这些周向沟槽界定包括两个边缘行的胎面花纹元件行，这些边缘行设有多个横向沟槽（3）。边缘行的多个横向沟槽包括至少一个支承块（5），所述至少一个支承块（5）包括在与地面接触期间能够与另一表面接触的工作表面（50）。所述胎面的特征在于，设定在包围横向沟槽的所有工作表面的虚拟中凸表面的横向方向上的最大长度LM和工作表面（50）的面积的总和的关系。在沟槽的每个支承块与所述沟槽的底部之间还存在至少一个流体通道。此外，就每个边缘行而言，平均表面缺口比率Tc至少等于E/R的0.7倍且至多等于E/R的1.6倍。

Description

具有低滚动摩擦的轮胎

技术领域

本发明涉及用于装配至客运机动车辆的轮胎外胎的胎面。

背景技术

减少车辆运动功耗的问题是非常重要的问题，且如今变得愈发必要。该问题通常确定某些轮胎的开发和营销。本领域技术人员认识到该问题涉及具有减小的滚动阻力的轮胎。轮胎的“滚动阻力”是指使轮胎处于运动状态而消耗的能量的量，该能量的量不能由该轮胎恢复。

已知轮胎行驶时的滚动阻力与所述轮胎中的能量损失相关，上述能耗部分视所采用的橡胶混合物的滞后特性而定，大多数视包括胎面的特性而定，且部分视轮胎行驶时所述混合物维持的变形周期而定。

如考虑到包括胎面的轮胎行驶期间发生了什么，则已发现，在接触区中，胎面受到垂直于与地面接触的表面的压力的作用，这些力抵消了轮胎受到的载荷，胎面还会受到与接触表面相切且沿纵向和横向定向的剪切力的作用，并且还受到由所述胎面曲率变化所导致的内压缩力。切向力是地面与轮胎胎面滚动表面之间接触以及在这些表面之间存在摩擦的直接结果。在压缩力作用下，由胎面挠曲所导致，且由于存在与滚动表面相切的力，在厚度方向形成与所述胎面增厚等同的胎面变形。沿胎面厚度方向的此变形仅部分受到垂直于接触区中的滚动表面作用的接触力以及施加在轮胎内部的充气压力限制。

一种减少行驶时轮胎能耗的方案在于减少由所采用的橡胶混合物（尤其是包括胎面的混合物）的滞后特性所导致的能量损失。

另一种减少能量损失的方案在于胎面设有切出部的方式，这些切出部呈凹口（缺口）和/或切口（刀槽花纹）的形式，从而形成花纹（刻纹）设计。“切口”是指由相隔不是非常远而允许它们在行驶时相互接触的面对（相向）壁界定的切出部。“沟槽”（花纹沟）是指其中相向壁在正常行驶条件下不会相互接触的切出部；沟槽具有至少等于2毫米的厚度。

从专利EP0787601-B1已知，可以通过制造具有多个横向定向切口的轮胎胎面而实现此目标，所述切口的数目和宽度作为轮胎几何形状的函数精确确定，主要由其周向和子午线曲率（后者在包含设具有所述胎面的轮胎旋转轴线的平面中获得）确定。

此教导在减少轮胎行驶时胎面材料的滞后损失方面是完全满意的。然而看起来当在尤其是下雨天气时由水覆盖的路面上行驶时，由此构成的轮胎胎面性能会显著降低。

发明内容

本发明的目的在于获得一种新型胎面，其结合当在任何类型的地面上行驶且尤其在由水膜覆盖的地面上行驶时在滚动阻力性能上的显著改进且同时不会导致性能劣化。

根据本发明的轮胎利用胎体增强层和位于所述胎体增强层的径向外侧的增强带束层增强。该轮胎包括具有设计成在轮胎行驶时与地面接触的滚动表面的胎面，所述胎面包括周向沟槽，这些周向沟槽界定包括轴向界定所述胎面的两个边缘行的花纹元件行。这些边缘行设有多个横向沟槽，以允许水朝向胎面外部流动，宽度至少等于2毫米的每个横向沟槽具有一深度且由彼此面对的壁界定。

此外，一个边缘行的多个横向沟槽包括在界定所述沟槽的至少一个壁上突出的至少一个支承块，每个支承块包括工作（有效）表面，即在与地面接触的通行期间能够与另一表面接触的表面，所述工作表面与所述另一表面相距周向开口长度Ha，该周向开口长度Ha在充气至其使用压力的轮胎上测得。该胎面也可（但对本发明而言不是必需的）包括形成在至少一个边缘行上的宽度为Hi的多个横向切口。

该胎面的特征在于：

-横向沟槽的工作表面的总面积至少等于其上形成这些工作表面的壁表面的面积的10%且至多等于所述壁表面的面积的50%；

-包围横向沟槽的全部工作表面且具有较短轮廓长度的虚拟中凸表面的横向最大长度至少为在横向沟槽的深度方向上获得的相同虚拟中凸表面的最大高度的两倍；

-在沟槽的每个支承块与所述沟槽的底部之间存在至少一个流体通道，所述通道具有至少等于所述沟槽的深度10%的径向高度；

-每个边缘行具有平均表面缺口比率Tc，所述缺口比率由针对包括至少一个支承块的所有沟槽而言所述边缘行的支承块的所有工作表面的周向开口长度Ha的总和与横向切口的周向长度Hi的总和的比率获得，其中周向开口长度Ha的总和除以由边缘胎面的总周向长度减去不具有支承块的沟槽的周向长度，每个边缘行的平均表面缺口比率Tc至少等于比率E/R的0.7倍且至多等于比率E/R的1.6倍，其中E是针对包括支承块的所有沟槽计算的在工作表面的径向最外面的点与增强带束层的径向最外面的点之间测量的厚度的算术平均值。R是针对包括工作表面的所有横向沟槽计算的每个支承块的工作表面的径向最外面的点与设有胎面的轮胎的旋转轴线之间测量的距离的算术平均值。

如果胎面在边缘行上不具有横向切口，则在计算平均表面缺口比率Tc时仅考虑包括至少一个支承块的横向沟槽。

以针对周向上的表面缺口比率确定的值开始，当与路面接触地通行时，可以尽可能好地调节边缘行的弹性变形，以使得这些变形适当减小包括胎面的材料的滞后损失。

具体言之，如果检查充气至与其使用压力对应的压力且支撑给定负载的轮胎的胎面，会发现所述胎面具有位于轮胎的径向外侧的表面，也称为滚动表面，该表面位于与地面接触的区域外，可表征为在子午线方向和周向上具有双曲率半径的表面。此表面的特征在于以下事实，即其与径向平面（也就是包含轮胎的旋转轴线的平面）的交线具有一轮廓，该轮廓在每个点处具有非零子午线曲率半径；类似且明显地，滚动表面与垂直于轮胎的旋转轴线的平面之间的交线对应于曲率半径几乎等于充气、未加载且在赤道平面中测量的轮胎的半径的圆。

应注意，与位于两个边缘部分之间的胎面部分相比，轮胎胎面的边缘部分是具有较大子午线和周向曲率的部分。因此，令人惊讶地，通过在边缘上形成横向沟槽以获得在下雨天气行驶时的优点，已能够通过在在这些边缘沟槽中形成根据本发明的有限表面积的支承块而显著减小滞后损失。

定义

“赤道平面”是与轮胎的旋转轴线垂直且穿过胎面的轴向宽度的中点的平面。

“沟槽（花纹沟）”是指在胎面中形成且由出现于滚动表面上的两个相向壁界定的任何切出部，该沟槽具有平均为至少2毫米的宽度，也就是分离开口与沟槽底部之间的沟槽的壁的平均距离。在轮胎的正常使用条件下，界定沟槽的壁从不互相接触。

“切口（刀槽花纹）”是指宽度小于2毫米且具有界定所述切口的相向壁可至少部分地相互接触的特定特征的切出部。在实践中，切口宽度小于1毫米且更优选小于0.7毫米。

界定边缘行的横向沟槽的壁区域在出现于周向沟槽中的沟槽端部与周向最外端之间获得，此沟槽对应于胎面与路面在轮胎标准使用条件下的最大接触轴向宽度。

通常，如果周向上的平均表面缺口比率Tc小于表达式E/R的值的0.7倍，则意味着，由进入接触区域所导致的所述边缘行的滚动表面的周向长度变化大于可仅通过横向切口的闭合而吸收的变化，因此在周向上存在导致胎面变厚而带来由滞后引发的能量损失的压缩。

当周向上的平均表面缺口比率Tc大于表达式E/R的值的1.6倍时，切口不会在接触区域中完全闭合，因此无法防止胎面在垂直于滚动表面的力的作用下挤压，这会导致所述胎面厚度减小，并因而导致与橡胶材料的滞后性相关的能量损失。

更优选地，周向上的平均表面缺口比率Tc至少等于0.8且至多等于1.5。

除了减少材料由于变形的滞后损失外，有利的是，进一步改善沟槽中水到胎面外部的流动。为此，有利的是，至少一个支承块轴向地朝向边缘行的每个横向沟槽的内部形成，以形成封闭块。该封闭块包括外轮廓，其与至少一个其他支承块一起促进液体轴向向外流动。有利地，封闭块包括具有弯曲和中凸形状的轮廓，该中凸轮廓在径向最外部分与沟槽的底部之间延伸，其曲率中心轴向朝向所述封闭块的外部。自然，该封闭块有助于控制接触中的轮胎的平坦化所导致的变形，从而限制行驶时的滞后损失。

实践中，每个支承块可形成于界定横向沟槽的单个壁上。

在一个变型中，每个支承块可由通过其各自的支承表面彼此面对的两个半支承块组成。

有利地，为了强化胎面，多个支承块的工作表面具有包括缺口和隆起元件的几何形状，这些缺口与隆起元件相互作用，以至少部分地且至少沿一个方向限制沟槽的一个壁相对于沟槽的面对壁的相对运动。

已经发现，在通过胎面材料变形维持能量损失方面令人满意的性能的同时，可进一步改善横向沟槽以及这些横向沟槽显现于其中的周向沟槽中的流动。为此，至少一个横向沟槽包括在从沟槽底部测量的至少等于沟槽的平均深度的80%的高度上由横向沟槽的至少一个壁支撑的端部封闭块，该封闭块在横向沟槽显现于其中的纵向沟槽附近形成，以至少部分地封闭横向沟槽且有助于横向沟槽和周向沟槽中的流动。

有利地，通过向该封闭块分配一个在接触时可与面对表面接触的支承表面，该封闭块可形成为横向沟槽的支承块。如果确实如此，封闭块的支承表面必须结合在沟槽的总支承表面中，且在此情况下，封闭块的支承表面的面积至少等于其上形成封闭块的壁表面的面积的5%且至多等于其30%。

对于包括封闭块和至少一个其他支承块的所述横向沟槽而言，总而言之保持了壁表面的面积10%至50%的总支承表面。

为了改善横向沟槽中的水的流动，有利地，利用具有轴向内表面和轴向外表面的封闭块，轴向内表面面对周向或纵向沟槽，且轴向外表面轴向朝向胎面的外部定向，在径向截面中观察，封闭块的外表面具有曲线形状。该形状特别为“雪撬”凹入形。

为了防止封闭块与同一个沟槽的支承块之间的相互作用太激烈，明智的是，使封闭块与横向沟槽的其他支承块中的每一个之间的最小距离b至少等于横向沟槽的深度的10%。

附图说明

本发明由示出了决非限制性的示例性实施例的附图进行图解说明，其中：

图1示出了在每个横向沟槽中包括支承块的胎面的部分平面图；

图2示出了沿图1中的线II-II截得的子午线截面；

图3示出了在每个横向沟槽中包括多个支承块的根据本发明的胎面的变型；

图4示出了根据本发明的胎面的变型的平面图，其中支承块置于不同横向位置；

图5示出了从上方看到的由两个半块形成的变型支承块的视图；

图6示出了从上方看到的由两个半块形成的变型支承块的视图；

图7示出了横向沟槽的局部平面图，该横向沟槽除了支承块外还包括用于沟槽的封闭块，以优化支承块下方的水的流动；

图8示出了沿图7中的线VIII-VIII获得的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的胎面1的部分平面图；该图示出了由周向沟槽2界定的该胎面的边缘11。该边缘11设有多个横向沟槽3，横向沟槽3显现于轴向沟槽2中，且朝向胎面外侧。每个横向沟槽3由面对壁31、32界定，所述壁之一包括突起的支承块5。这些横向沟槽界定多个肋状物4。每个横向沟槽具有大于2毫米的宽度T。

横向沟槽3的每个支承块5包括当与地面接触时能够与面对沟槽的壁32接触的工作表面50（图2中可见）。每个块的工作表面由具有宽度Ha的细缝6分离，该宽度Ha在充气至其使用压力且位于与路面接触的区域外的轮胎上测得。

如从示出了沿图1中的线II-II获得的截面的图2中可见，该轮胎包括由两个增强层91、92形成的胎冠增强层9。此外，同一沟槽的每个块5具有最大横向长度LM，其至少等于沿横向沟槽的深度P的方向得到的该块的最大高度HM的两倍。

此外，每个块的工作表面50的面积（此情况下等于截面中看到的每个块的截面积）至少等于支承块5形成于其上的壁的表面积的10%且至多等于该表面积的50%。该壁表面在周向沟槽2、横向沟槽3的底部30与区段S（如图2中虚线所示）之间延伸，所述区段S垂直于旋转轴线且经过在轮胎标准使用条件下与路面接触的肋状物4的轴向最外面的点。

此外，存在供水在支承块5与横向沟槽3的底部30之间流过的通道，该通道的高度H至少等于沟槽的深度P的10%。

在图示的支承块5的情况下，位于径向最外面的点与图2中由轴线XX′指示的旋转轴线之间的距离为R，这些相同点与胎冠增强层9的径向最外层92之间的距离为E。

评估沿周向投影于平均子午线平面上（也就是经过轮胎的旋转轴线且经过工作表面的平均周向位置的平面）的工作表面的面积。类似地，评估沿周向投影于上述沟槽的平均子午线平面上的其上形成至少一个工作表面的壁表面的面积。

图3示出了根据本发明在每个横向沟槽中包括多个支承块的胎面的变型。该图3示出了横向沟槽包括在横向（即沿与轮胎的旋转轴线平行的方向）上相互间隔的三个支承块51、52、53。这三个支承块中的每一个具有大致椭圆形的截面，其长轴相对于与旋转轴线平行的方向倾斜。围绕这三个块限定出包络这三个块的较短长度虚拟轮廓。该包络轮廓的横向上的最大长度LM被定义为这三个块的最大横向等效长度。类似地，在径向上相距最远的该轮廓的两个点之间的径向距离被定义为该包络轮廓的最大高度HM。在次情况下，为了满足本发明的条件，该变型必须使得长度LM至少等于高度HM的两倍。通过此条件，所述多个支承块在横向上分布。自然，在每个支承块与沟槽底部30之间必须存在一个通道，从而当在下雨天气时行驶时允许水流过。当沟槽包括单一支承块时，包络所述块的虚拟轮廓对应于其自身轮廓。

该图3使得可以解释当存在若干支承块时如何针对每个边缘行计算平均表面缺口比率TC的数值极限。具体言之，该平均表面缺口比率必须至少等于比率E/R的0.7倍且至多等于其1.6倍，更佳地至少等于比率E/R的0.8倍且至多等于其1.5倍。

以针对包括工作表面的所有沟槽而计算的在工作表面的径向最外面的点与增强带束层的径向最外面的点之间测量得到的厚度的平均值来获得E的值。在本沟槽的情况下，将考虑的厚度对应于与轴向最内块51相对应的径向最外面的支承块的厚度E51，该厚度E51大于轴向最外面的支承块52和53的厚度E52和E53。

以针对包括工作表面的所有沟槽而计算的在工作表面的径向最外面的点与设有该胎面的轮胎的旋转轴线（在图3中的方向XX′表示）之间测量得到的距离的平均值获得R的值。在本沟槽的情况下，径向最外面的支承块对应于径向最内块51，厚度R51大于轴向最外面的支承块52和53的距离R52和R53。

图4示出了根据本发明的胎面1的变型的平面图，该胎面包括形成胎面的轴向极限的边缘部分。通过极限S在轴向外侧限界且在图4中示出的边缘部分包括由周向沟槽2和肋状物4限定（界定）的多个横向沟槽3。这里的“横向沟槽”是指与平行于轮胎的旋转轴线（在此情况下由轴线XX′表示）的方向形成不同于零度的角度的沟槽。每个肋状物4在其侧面之一上包括支承块5、5′。请注意，沿周向（图中由箭头C表示）从一个肋状物到另一肋状物，支承块5、5′设置成占据沟槽中的两个不同的横向位置。

在类似构造中，如果每个支承块5、5′包括与行驶时可与之接触的相邻肋状物之间的距离为Ha的工作表面，则平均表面缺口比率Tc的值通过计算以下两者之间的比率而获得：

-所述边缘行的支承块的所有工作表面的周向开口长度Ha的总和，这与所述支承块的横向位置无关，且对于包括至少一个支承块的所有沟槽都是如此；

-边缘胎面的总平均周向长度。

自然，当具有平均宽度Hi的横向切口也存在于胎面边缘上时，必须将它们整合进平均表面缺口比率的计算中，因为这些宽度Hi是适当的，从而使得在行驶时这些切口封闭接触。

图5示出了胎面表面的部分视图；此视图示出了每个均支撑半支承块54、54′的两个肋状物4，当设有此胎面的轮胎行驶时，这两个半块用以分别在其支承表面540、540′上相互接触。

有利地，在此情况下对应于一个半块与另一个半块接触的表面的支承表面可以不平坦，从而限制一个半块相对于另一个半块的相对运动。图6示出了一实施例，根据该实施例，每个半块的每个支承表面540、540′包括能够与另一个支承表面上的锯齿部相互作用的锯齿部，从而限制相对运动。

图7示出了根据本发明的胎面的边缘部分的透视图。其示出了横向沟槽3，横向沟槽3的一端显现于胎面的外部（由字母S指示），且沿轴向靠近周向沟槽2的另一端由封闭装置8封闭。此沟槽包括由与图5中示出的半支承块类似的两个半支承块54、54′形成的另一个支承块5。

封闭装置8由在接触时能够封闭的切口83分离的两个部分81、82组成。此外，此封闭装置8包括面对周向沟槽2以大体上封闭横向沟槽3的内侧面84以及具有弯曲几何形状的外侧面85，所述几何形状的曲率中心位于所述封闭块的轴向外部，以改善支承块5的径向下方的横向沟槽中的水的流动，即沟槽的底部与支承块之间的水的流动。

图8示出了沿7中的线VIII-VIII的截面图。此图8示出了横向沟槽3因此包括两个支承块5和8，这两个支承块一起有助于限制当设有此胎面的轮胎行驶时边缘部分的变形。因此，在计算沟槽的支承表面的总面积时，应考虑封闭装置的工作支承表面。在图8中，可看到，胎面的轴向外部接触极限对应于标示为S的点（在新状态下，即在任何行驶之前）。此外，小周向去耦沟槽2′设置在胎面的轴向外侧。

从沟槽的底部30测量的封闭装置8的高度Hf在此情况下等于沟槽的平均深度P的90%。最终，在形成雪橇状的侧表面85与支承块5之间形成最小距离b，此距离至少等于横向沟槽3的平均深度P的10%，以增大支承块5的径向下方的液体流动效率。

结合所描述的变型，可以在位于边缘部分之间的胎面部分中增加设有与在专利EP0787601-B1中描述的切口相似的切口的胎圈。

本发明不限于这里描述和示出的实例，在不偏离其内容的情况下可对其进行各种修改。

Claims (9)

1.轮胎，其通过胎体增强层和位于所述胎体增强层的径向外侧的增强带束层增强，所述轮胎包括具有设计成在轮胎行驶时与地面接触的滚动表面的胎面（1），所述胎面包括周向沟槽（2），这些周向沟槽界定花纹元件行，所述花纹元件行包括轴向界定所述胎面的两个边缘行，这些边缘行设有多个横向沟槽（3），宽度至少等于2毫米的每个横向沟槽具有一深度且由彼此面对的壁界定，一个边缘行的多个横向沟槽包括在界定所述沟槽的至少一个壁上突出的至少一个支承块（5），每个支承块（5）包括工作表面（50），即在与所述地面接触的通行期间能够与另一表面接触的表面，所述工作表面与所述另一表面相距周向开口长度Ha，该周向开口长度Ha在充气至其使用压力的轮胎上测得，所述胎面的特征在于：

-横向沟槽（3）的所述工作表面（50）的面积的总和至少等于其上形成这些工作表面的壁表面的面积的10%且至多等于所述壁表面的面积的50%；

-包围横向沟槽的全部工作表面且具有较短轮廓长度的虚拟中凸表面的横向上的最大长度LM至少为在横向沟槽的深度方向上获得的相同虚拟中凸表面的最大高度HM的两倍；

-在沟槽的每个支承块与所述沟槽的底部之间存在至少一个流体通道，所述通道具有至少等于所述沟槽的深度的10%的径向高度；

-每个边缘行具有平均表面缺口比率Tc，所述缺口比率通过对于包括至少一个支承块的所有沟槽而言所述边缘行的支承块的所有工作表面的周向开口长度Ha的总和与横向切口的周向长度Hi的总和的比率来计算，所述周向开口长度Ha的总和除以边缘胎面的总周向长度减去不具有块的沟槽的周向长度，每个边缘行的平均表面缺口比率Tc至少等于E/R的0.7倍且至多等于E/R的1.6倍，其中E是针对包括工作表面的所有沟槽在工作表面的径向最外面的点与所述增强带束层的径向最外面的点之间测量的厚度而计算的平均值，R是针对包括工作表面的所有横向沟槽在工作表面的径向最外面的点与设有胎面的轮胎的旋转轴线之间测量的距离而计算的平均值。

2.如权利要求1所述的胎面，其特征在于，每个边缘行的所述平均表面缺口比率Tc至少等于E/R的0.8倍且至多等于E/R的1.5倍。

3.如权利要求1或2所述的胎面，其特征在于，至少一个支承块（5）包括具有弯曲和中凸形状的内轮廓，该内轮廓逐渐远离所述沟槽的底部且沿轴向向外延伸，以促进液体的流动。

4.如权利要求1至3之一所述的胎面，其特征在于，至少一个支承块（5）由通过横向沟槽（3）的面对壁支撑的两个半块（54、54′）形成。

5.如权利要求1至4之一所述的胎面，其特征在于，多个支承块的工作表面具有包括缺口和隆起元件的几何形状，以至少部分地且沿至少一个方向限制沟槽的一个壁相对于沟槽的面对壁的相对运动。

6.如权利要求1至5之一所述的胎面，其特征在于，包括至少一个支承块的至少一个横向沟槽在从沟槽的底部测量的至少等于沟槽的平均深度的80%的高度上还设有由所述横向沟槽的至少一个壁支撑的端部封闭块（8），该封闭块（8）在所述横向沟槽显现于其中的纵向沟槽附近形成，以至少部分地封闭横向沟槽且使所述横向沟槽中的液体的流动更容易。

7.如权利要求6所述的胎面，其特征在于，所述封闭块（8）包括设计成在行驶时与另一表面接触的工作支承表面，所述封闭块的所述支承表面的面积至少等于其上形成该封闭块的壁表面的面积的5%，且至多等于所述壁表面的面积的30%。

8.如权利要求6或7所述的胎面，其特征在于，所述封闭块具有轴向内表面和轴向外表面，所述内表面面向所述纵向沟槽且所述外表面沿轴向朝向所述胎面的外部定向，在径向剖面中观察，所述封闭块的外表面具有弯曲形状，该弯曲形状的曲率中心位于所述封闭块的轴向外部。

9.如权利要求5至7之一所述的胎面，其特征在于，所述封闭块（8）与所述横向沟槽的其他支承块（5）中的每一个之间的最小距离b至少等于所述横向沟槽的深度（P）的10%。

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