CN103180152B - 具有多个耐磨层的轮胎胎面 - Google Patents

Abstract

本发明的特定实施例包括一种多级轮胎胎面，其具有两个或更多个耐磨层，该两个或更多个耐磨层包括外耐磨层和在胎面的厚度内布置在外耐磨层之下的一个或多个内耐磨层。一个或多个外凹槽布置在外耐磨层内，而一个或多个内凹槽布置在一个或多个内耐磨层中的至少一个内。胎面还包括在未磨损状态下等于大约0.25至0.40和在磨损状态下等于大约0.25至0.40的体积空隙比，其中在磨损状态下外、接地侧沿着内耐磨层中的一个布置，胎面还具有在未磨损状态下等于大约0.66-0.72和在磨损状态下等于大约0.56-0.66的接触表面比。

Description

具有多个耐磨层的轮胎胎面

本申请要求于2010年10月29日向美国专利局提交的美国专利申请第61/408,480号的优先权和权益，上述申请通过引用被合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及用于轮胎上的轮胎胎面，并且更具体地涉及具有多个耐磨层的轮胎胎面。

背景技术

轮胎胎面大体上围绕轮胎的外圆周延伸以用作轮胎和轮胎在其上行进的表面（即，操作表面或地面）之间的中间结构。轮胎胎面和操作表面之间的接触沿着轮胎的印迹发生。轮胎胎面提供抓地力以抵抗在干和湿条件下在轮胎加速、制动和/或转弯期间可能产生的轮胎打滑。轮胎胎面也可以包括胎面元件（例如肋或突起花纹）、以及胎面特征（例如凹槽和刀槽花纹），当轮胎正在特定条件下操作时它们均可以有助于提供目标轮胎性能。

轮胎制造商面对的一个常见问题是如何改善磨损轮胎性能而不牺牲新轮胎性能。例如，尽管改变轮胎特征和/或增加表面或体积胎面空隙可以改善磨损湿地性能；但是这些改变可能将新轮胎中的表面和/或体积空隙增加到超出所期望的。空隙的增加也可能减小胎面刚度。尽管胎面胶的变化可以提供改善的磨损轮胎性能，但是轮胎可能受到超过期望的轮胎性能参数的增加磨损速率和/或增加滚动阻力。

所以，需要一种轮胎胎面，其尤其在湿地或雪地条件下提供改善的磨损轮胎性能而不牺牲新轮胎性能。

发明内容

本发明的特定实施例包括一种多级轮胎胎面，其具有从胎面的外、接地侧向内在深度方向上延伸的厚度，外、接地侧包括外接触表面。胎面还包括在胎面厚度内布置在不同深度处的两个或更多个耐磨层，两个或更多个耐磨层包括外耐磨层和在胎面的厚度内布置在外耐磨层之下的一个或多个内耐磨层。胎面还包括布置在外耐磨层内的一个或多个外凹槽，当胎面处于未磨损状态时一个或多个凹槽暴露于外、接地侧。在特定实施例中，胎面具有在未磨损状态下等于大约0.25至0.40和在磨损状态下等于大约0.25至0.40的体积空隙比，其中在磨损状态下外、接地侧沿着内耐磨层中的一个布置，胎面还具有在未磨损状态下等于大约0.66至0.72和在磨损状态下等于大约0.56至0.66的接触表面比。

在另一个实施例中，多级胎面层包括具有外接触表面的外、接地侧和从胎面的外、接地侧向内在深度方向上延伸的厚度，厚度包括多个耐磨层，耐磨层的每一个位于离胎面的外、接地侧的不同深度处。胎面还包括沿着胎面的长度纵向布置的一个或多个中间元件，一个或多个中间元件由一个或多个肩部元件横向地界定，肩部元件的每一个邻近胎面的横向侧缘定位并且包括大体上在轮胎的横向上延伸的凹陷空隙，凹陷空隙在胎面厚度内布置在外、接地侧之下。胎面还可以包括布置在肩部元件之间并且沿着胎面的长度在长度方向上延伸的一个或多个纵向凹槽，一个或多个纵向凹槽具有宽度，当每个这样的凹槽远离外、接地侧更深地延伸到胎面厚度中时该宽度增加。

本发明的前述和其它目的、特征和优点将从如附图中所示的本发明的特定实施例的以下更详细描述变得明显，在附图中相似的附图标记表示本发明的相似部分。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的多级轮胎胎面的俯视透视图。

图2是根据本发明的实施例的图1的多级轮胎胎面的俯视图。

图3是根据本发明的实施例的图1的多级轮胎胎面的端视图。

图4是根据本发明的实施例的沿着图2的多级轮胎胎面的线4-4获得的截面图。

图5是根据本发明的实施例的沿着图2的多级轮胎胎面的线5-5获得的截面图。

图6是根据本发明的实施例的在磨损阶段显示的图1的多级轮胎胎面的俯视图。

图7是根据本发明的实施例的多级轮胎胎面的第二实施例的俯视透视图。

图8是根据本发明的实施例的图7的多级轮胎胎面的俯视图。

图9是根据本发明的实施例的沿着图8的多级轮胎胎面的线9-9获得的截面图。

图10是根据本发明的实施例的用于形成倒Y形空隙的倒Y形刀槽花纹刀片的透视图，包括如图7的多级胎面中所示的胎面内的刀片的负像。

图11是根据本发明的实施例的在磨损阶段显示的图7的多级轮胎胎面的俯视图。

图12是根据本发明的另一个实施例的多级轮胎胎面的俯视透视图。

图13是根据本发明的实施例的在未磨损阶段显示的图12的多级轮胎胎面的俯视图。

图14是根据本发明的实施例的在磨损阶段显示的图12的多级轮胎胎面的俯视图。

图15是显示比较使用图1的多级胎面的轮胎和参考轮胎的各种测试的性能结果的表。

图16是显示比较使用图7的多级胎面的轮胎和参考轮胎的各种测试的性能结果的表。

图17是显示比较使用图12的多级胎面的轮胎和参考轮胎的各种测试的性能结果的表。

图18是显示特征在于在新和磨损状态下具有特定体积空隙比的各种轮胎胎面的图表，该图表包括：轮胎胎面的第一组，其表示具有在新状态下等于百分之25至40和在磨损状态下等于百分之25至40的体积空隙比的本发明的特定实施例；轮胎胎面的第二组，其表示具有在新状态下等于百分之30至35和在磨损状态下等于百分之30至35的空隙比的本发明的特定实施例；以及轮胎胎面的第三组，其具有在新状态下等于百分之20至30和在磨损状态下等于百分之10至20的常规空隙比，其中在磨损状态下胎面磨损到1.6mm的厚度。第一组在图表中表示为框A，而第二组表示为框B并且第三组表示为框C。对应于图1-5中所示的胎面的数据在图表中表示为第一实施例E1，而对应于图6-9、11的胎面的数据在图表中表示为第二实施例E2。对应于图12-14中所示的胎面的数据在图表中表示为第三实施例E3。在图表中也显示了对应于其它发明的胎面设计的其它数据，其均被理解为类似于胎面1-3执行，如图15-17中所示。

图19是显示特征在于在新和磨损状态下具有特定接触表面比（“CSR”）的各种轮胎胎面的图表，该图表包括：轮胎胎面的第一组，其表示具有在新状态下等于百分之66至72和在磨损状态下等于百分之56至66的CSR的本发明的特定实施例；和轮胎胎面的第二组，其具有在新状态下等于百分之20至30和在磨损状态下等于百分之10至20的常规CSR比，其中在磨损状态下胎面磨损到1.6mm的厚度。第一组在图表中表示为框A，而第二组表示为框B。对应于图1-5中所示的胎面的数据在图表中表示为第一实施例E1，而对应于图6-9、11的胎面的数据在图表中表示为第二实施例E2。对应于图12-14中所示的胎面的数据在图表中表示为第三实施例E3。在图表中也显示了对应于其它发明的胎面设计的其它数据，其均被理解为类似于实施例E1-E3执行，如图15-17中所示。

具体实施方式

众所周知当轮胎磨损时，外、接地胎面侧表面磨损到轮胎胎面的深度或厚度中。在湿地、雪地或越野条件下，轮胎胎面常常设计成通过在胎面内加入附加空隙以更好地消耗或再引导来自轮胎接触地面的位置（其也被称为“接地面”或“印迹”）的水、雪或泥而保持轮胎性能和车辆操纵性。然而当增加空隙时，胎面刚度会减小。这也会导致其它轮胎性能量度的减小。因此，本发明的特定实施例提供具有多个耐磨级或层的轮胎胎面，其中当胎面磨损时胎面大体上保持胎面的外、接地侧可用的空隙含量而不显著牺牲某些新胎面性能量度。换句话说，代替当增加磨损轮胎胎面中的空隙时某些新轮胎性能量度减小，新轮胎性能量度可以改为保持乃至增加以提供在轮胎的寿命期间性能更一致的轮胎。

布置在胎面内的空隙可以量化或评价为表面空隙或体积空隙。表面空隙大体上表示沿着轮胎的外、接地侧呈现的空隙面积的量。实际上，常常考虑并且分析在轮胎的接地面内呈现的表面空隙的量，接地面是轮胎和操作表面或地面（即，轮胎在其上操作的表面）之间的界面。特别地，表面空隙可以通过使用接触表面比进行量化或评价，所述接触表面比表示在沿着胎面的外、接地侧的接地面的周界内呈现的用于接触地面的胎面表面的面积除以接地面的周界内的总面积。不包括外胎面表面（即，接触表面）的接地面内的面积被认为是表面空隙。当轮胎胎面在所有胎面空隙被消除的完全磨损状态下磨损到它的基部时，接触表面比将接近值一。一般而言，具有沿着初始耐磨层布置的外、接地侧的本发明的新的或未使用的胎面的特征在于具有大约0.66至0.72（即，66-72%）的接触表面比，而具有沿着后续耐磨层布置的外、接地侧的用过的或磨损的轮胎的特征在于具有大约0.56至0.66（即，56-66%）或在其它实施例中大约0.58至0.64（即，58-64%）的接触表面比。在某些实施例中，当胎面已磨损到1.6mm的厚度时获得后续耐磨层。在图19中显示这些接触表面比，其中涉及本发明的各实施例的特定范围针对新和磨损状态显示在框A中，而常规范围针对新和磨损两种状态显示在框B中，其中在磨损状态下胎面厚度为1.6mm。在另外的实施例中，当胎面的外、接地侧布置在不同耐磨层的顶部上时接触表面比大致相同，也就是换句话说，胎面的新和磨损接触表面比可以大致相等。初始耐磨层也可以被称为第一或外耐磨层。任何后续耐磨层也被称为内耐磨层，并且可以包括第二、最后或中间耐磨层。

也可以考虑并且分析胎面内的体积空隙的量，原因是该空隙可以有用于在湿地条件下消耗和引流来自接地面的水。体积空隙（或“空隙体积”）大体上包括包含在胎面的限定部分内的空隙的体积。体积空隙比被定义为包含在胎面内的空隙的体积除以胎面的总体积，胎面的总体积包括胎面材料的总体积和包含在从胎面的外侧向内延伸的胎面的厚度内的空隙的总体积。例如，限定部分可以：在深度方向上从外、接地侧延伸到布置在胎面的最深凹槽或空隙的底部的表面或平面；横向地在沿着胎面的相对横向侧缘竖直延伸的平面之间延伸；以及纵向地沿着胎面的长度（例如足以形成围绕轮胎的环的长度）延伸。当轮胎胎面磨损并且消除空隙时，体积空隙比可以在完全磨损状态下接近值零（即，零空隙除以总胎面体积）。一般而言，具有沿着初始耐磨层布置的外、接地侧的本发明的新的或未使用的胎面的特征在于具有大约0.25至0.40（即，25-40%）的体积空隙比，而具有沿着后续耐磨层布置的外、接地侧的用过的或磨损的轮胎的特征在于具有大约0.25至0.40（即，25-40%）的体积空隙比。在另一个实施例中，胎面的特征在于在已使用和未使用两种状态下具有大约0.30至0.35（即，30-35%）的体积空隙比。在特定实施例中，当胎面已磨损到1.6mm的厚度时获得磨损状态的后续耐磨层。在图18中显示这些体积空隙比，其中较宽范围由框A限定并且较窄范围由框B限定，每个范围与由框C识别的常规范围关联地显示，由此每个这样的常规范围具有在新状态下在0.20到0.30（即，20到30%）之间和在磨损状态下在0.10到0.20（即，10到20%）之间的新空隙比。在磨损状态下胎面磨损到1.6mm的厚度。

如上所述，胎面空隙的增加可以减小胎面的局部和总体刚度。例如，纵向刚度可以影响轮胎性能，例如加速和制动，其中速度的变化导致轮胎胎面中的弹性纵向变形。作为另一个例子，当车辆通过弯道时横向刚度可以影响转弯性能。因此，当增加胎面空隙时，可以使用用于保持或增加胎面刚度的手段。这不仅可以针对整个轮胎、而且可以在胎面的每个耐磨级内实现。所以，在未使用状态下可以保持或增加胎面的纵向和/或横向刚度，同时也在胎面内增加附加空隙以增加磨损胎面中的空隙。

纵向刚度可以通过使用使用纵向刚度系数进行量化或评价。通过竖直装载轮胎并且测量使胎面的一部分移位一个测量单位（例如1毫米）所需的纵向力（F_x）确定纵向刚度系数。然后通过用纵向力（F_x）除以径向力（即，竖直力）（F_z）或F_x/F_z计算纵向刚度系数。这可以通过物理地或通过计算机建模执行，例如通过使用有限元分析。例如，在用于获得下面的纵向刚度系数的特定有限元分析中，将具有特定厚度的胎面模型应用于地面，由此胎面沿其后侧（即，附连到轮胎胎体的侧）在纵向（x）和横向（y）上被限制。然后将3巴压力负荷（Fz）施加到后侧使得负荷用作迫使胎面的外侧抵靠地面的压缩负荷。在纵向上提供地面和轮胎之间的1毫米位移，并且在纵向上测量胎面的反作用力（Fx）。然后如上所述获得纵向刚度系数。一般而言，具有沿着初始耐磨层布置的外、接地侧的本发明的新的或未使用的胎面的特征在于具有大约0.39至0.55（即，39-55%）的纵向刚度系数，而具有沿着后续耐磨层布置的外、接地侧的用过的或磨损的轮胎的特征在于具有大约1.43至1.75（即，143-175%）的纵向刚度系数。在特定实施例中，当胎面已磨损到1.6mm的厚度时获得磨损状态的后续耐磨层。

通过管理空隙含量和雕塑刚度，可以在轮胎的使用寿命期间在雪地和湿地条件下获得新（即，未使用）和磨损胎面性能的改善平衡。换句话说，本发明的管理空隙含量和雕塑刚度在湿地和雪地条件下获得增加的磨损轮胎性能而不牺牲新轮胎性能。下面参考附图进一步论述具有上述的接触表面比、体积空隙比和纵向刚度比的示例性轮胎胎面。

在本发明的各实施例中，特定胎面特征掩盖（即，隐藏、定位或包含）在胎面深度内以提供具有至少两个耐磨层的轮胎胎面。初始耐磨层包括新轮胎的外胎面表面，而与一个或多个掩盖耐磨层关联的胎面特征在胎面的期望量从轮胎磨损之后变为暴露。为了提供磨损轮胎中的改善湿地或雪地性能，隐藏胎面层可以包括一个或多个胎面特征，例如肩部中的附加刀槽花纹和/或附加横向凹槽。可以影响所有耐磨层的其它特征包括具有负拔模角的纵向凹槽（即，具有这样的宽度的凹槽，当凹槽从外、接地侧更深地延伸到胎面的厚度中时所述宽度增加）。为了恢复、保持或增加胎面刚度，可以在肩部区域中和/或沿着轮胎的更中间肋或胎面元件使用波动或互锁刀槽花纹。现在将特别地论述使用这些和其它概念的胎面的各实施例。

参考图1-2，轮胎胎面的第一特定实施例显示为具有多个胎面耐磨层和特征以改善新和磨损轮胎的湿地和/或雪地性能。所显示的胎面10是五（5）肋胎面，包括由沿着胎面10纵向地（或围绕轮胎周向地）延伸的一对肩部肋20横向界定的三个（3）中间肋22，在其间布置有纵向凹槽24。每个肩部肋20包含沿着胎面10布置在纵向（或周向）阵列中的多个肩部胎面元件30。每个中间肋22包含也沿着胎面10布置在纵向（或周向）阵列中的多个中间胎面元件40。纵向凹槽24横向界定中间肋22的每一个。元件30和40的每一个具有顶部外胎面表面（即，外、接地接触表面），所述顶部外胎面表面的每一个可以存在于新胎面级31a、41a中或磨损胎面级31b、41b中。外胎面表面沿着胎面的外、接地侧布置。应当理解肩部和/或中间胎面元件30、40可以布置在纵向或周向阵列中以形成相应肩部或中间肋20、22（大体上如图所示），或者可以布置成使得肩部和/或中间胎面元件30、40不纵向地或周向地布置在阵列中。

继续参考图1-2，每个肩部包括一对泪珠状刀槽花纹32。每个泪珠状刀槽花纹32从内部周向凹槽24并且在恒定深度横向向外朝着胎面的一侧延伸。两个泪珠状刀槽花纹32中的一个沿着横越肩部元件30的整个长度横向地延伸，而另一个泪珠状刀槽花纹在终止于横向排出凹槽38之前沿着横越肩部元件30的部分长度横向地延伸。任何中间肋22中的每个元件40由部分深度凹槽26纵向地界定。向下延伸到胎面深度中的横向和径向波动刀槽花纹28在每个部分深度凹槽26的底部。在本申请中，波动表示在交替非平面路径中延伸，其中非线性路径可以例如包括曲线或曲折路径。此外，横向波动表示在大体上在胎面的横向上或横越胎面宽度TW延伸的路径中波动，并且径向波动表示在通过胎面的厚度TT的路径中波动。每个元件40包括一对刀槽花纹42。刀槽花纹42在波动路径中延伸横越每个元件40的宽度，该路径大体上相对于正交或垂直于纵向凹槽24的线成角α延伸。在所示的实施例中，角α大约等于三十度（30°），但是可以预料可以在其它实施例中使用其它角。该对刀槽花纹42大体上沿着每个元件40在胎面10的纵向上均匀地间隔。胎面10中的所有刀槽花纹的厚度为大约0.4毫米（mm）厚，但是在其它变型中在厚度上可以在0.2到0.5mm之间的范围内。

参考图3，纵向凹槽24均形成有具有负拔模角γ的侧壁25。具有“负拔模角”的侧壁25表示凹槽的宽度随着胎面深度的增加（即，当凹槽相对于外、接地侧更深地延伸到胎面的厚度中时）而增加。在图中可以看到，沿着新胎面表面的纵向凹槽24的顶部凹槽宽度W_24T比底部凹槽宽度W_24B窄。在所示的实施例中，负拔模角γ大约等于十一度（11°），但是在本实施例中可以为大约十至十二度（10°-12°）。顶部凹槽宽度W_24T大约等于8.45毫米（8.45mm），但是在本实施例中可以为8至14毫米（8-14mm）。每个凹槽24延伸到胎面中达到深度D₂₄，所述深度在本实施例中也大约为总胎面深度D_T。当前纵向凹槽深度D₂₄为大约九毫米（9mm），但是在本实施例中可以为6至10毫米（6-10mm）。而且，其它变型可以使用未另外指定的其它负拔模角γ、凹槽宽度W_24T、W_24B和凹槽深度D₂₄。当在本文中使用时，“大约为总胎面深度”表示具有大约0.5mm的偏差的总胎面深度D_T。

参考图4，显示了沿着图2中的截面4-4获得的元件40的部分侧视图。可以看到，部分深度横向凹槽26从胎面表面向下延伸到轮胎胎面的深度中达到距离D₂₆。横向和径向波动刀槽花纹28从横向凹槽26的底部进一步延伸到胎面深度中。在图中也显示了布置在元件40内的横向波动刀槽花纹42。刀槽花纹42在该实施例中延伸到大约整个胎面深度，但是在其它实施例中可以延伸到小于大约整个胎面深度。横向凹槽26大体上具有大约4.5mm的宽度W₂₆，但是在特定实施例中可以大体上在3mm至6mm之间的范围内。刀槽花纹大体上特征在于具有的宽度明显窄于凹槽的宽度。在特定实施例中，刀槽花纹28、42具有大约0.4mm的相应宽度W₂₈、W₄₂，但是可以在0.2mm至0.6mm之间的范围内。

参考图5，在沿着图2中的截面5-5获得的部分视图中显示了沿着肩部元件30的示例性横向泪珠状刀槽花纹32。横向泪珠状刀槽花纹32大体上包括刀槽花纹部分34和下部凹槽（即，泪珠状）部分36。刀槽花纹部分34以波动方式延伸到外胎面表面和下部凹槽部分36之间的期望深度D34。此外，刀槽花纹部分34具有大约等于0.4mm的宽度或厚度W₃₄，但是其可以根据需要变化。在具体实施例中，下部凹槽部分36进一步延伸到胎面深度D_T中达到大约2.8mm的期望深度D₃₆，而在更一般的实施例中，深度D₃₆延伸2至4mm。下部凹槽部分36还包括大约3.5mm的宽度W₃₆，但是其可以大体上在3至5mm之间变化。在图2所示的实施例中，泪珠状刀槽花纹32在线性或非波动路径中横向地延伸。在其它实施例中，泪珠状刀槽花纹32在曲线或波动路径中横向地延伸。在图5中也显示了刀槽花纹部分34在曲线或波动路径中径向地延伸。

参考图6，现在在磨损状态下显示图1-2的新胎面10以更好地识别先前掩盖在新胎面表面之下的隐藏胎面特征。具体地，磨损胎面10_W已从大约9mm的初始胎面深度D_T磨损到大约1.6mm的磨损深度。将表面空隙和边缘加入胎面接触表面（即，印迹）以用于改善湿地和雪地牵引的泪珠状下部凹槽部分36现在暴露在肩部30中。由于肩部有助于从胎面横向地排出水，因此在磨损状态下将表面空隙加入肩部被认为改善总体排水和湿地性能。由于附加边缘随着下部凹槽部分36暴露，因此也改善了雪地牵引。

继续参考图6，显然纵向凹槽24由于负拔模斜度侧壁而加宽以提供表面空隙的增加，这有助于引流水和俘获雪。这是有益的，原因是否则当胎面磨损时凹槽24损失空隙体积，这是由于具有非负（即，正）拔模斜度侧壁的纵向凹槽变窄（即，它损失宽度）。所以，通过当胎面磨损时增加凹槽宽度W_24B，凹槽能够再获由于胎面继续磨损损失的体积和表面空隙的至少一部分。当回顾中间元件40时，除了先前呈现的刀槽花纹42以外，包括刀槽花纹28的附加边缘现在沿着磨损表面呈现。刀槽花纹28的加入为牵引的总体增加提供沿着中间肋22的更多牵引边缘。元件40也由于部分深度凹槽26的损失而变得更刚硬。具有9mm胎面深度的第一实施例的新或未磨损胎面的特征在于具有大约0.68的接触表面比、大约0.34的空隙体积比和大约0.40的纵向刚度系数。当胎面磨损以提供1.6mm的胎面深度时，接触表面比为大约0.62，空隙体积比为大约0.33，并且纵向刚度系数为大约1.49。根据第一实施例E1分别在图18和19中显示了新和磨损空隙体积比和接触表面比。

在图7-8所示的第二实施例中，已通过替代沿着中间肋22的特定特征略微改变图1-2中的先前实施例的胎面。具体地，已通过用全深度横向凹槽126替代部分深度凹槽26和延续刀槽花纹28改变先前实施例。此外，每个元件40内的全深度波动刀槽花纹42已用波动倒Y形刀槽花纹142替代。胎面110的其它特征与胎面10的其它特征保持相同。

具体关注图9，提供沿着图8中的线9-9获得的倒Y形刀槽花纹142的细节。在该特定实施例中，倒Y形刀槽花纹142包括上刀槽花纹部分144和包括从上刀槽花纹部分144的底部向外延伸的一对腿部146的下部分，每个腿部更深地延伸到胎面中达到间隔W₁₄₆。如图所示，间隔W₁₄₆为大约3.4mm，但是在本实施例中可以为大约3至5mm。同样在该实施例中，上刀槽花纹部分144沿着从新胎面接触表面141延伸到深度D₁₄₄的一对腿部146的路径波动。上刀槽花纹部分144也波动，同时横向地延伸横越每个元件140的宽度。在本实施例中，倒Y形刀槽花纹延伸到大约为总胎面深度D_T的总深度D₁₄₂，腿部延伸到大约3.5mm或3至5mm的深度D₁₄₆。最后，每个上刀槽花纹部分144和每个腿部146的当前厚度W₁₄₄为大约0.4mm，但是可以使用其它厚度，包括为上刀槽花纹部分144和每个腿部146中每一者提供不同厚度和提供可以沿着任何上刀槽花纹部分144或每个腿部146的长度变化的厚度。

参考图10，提供了由倒Y形刀槽花纹142形成的空隙的进一步细节。具体地，上刀槽花纹部分144和一对腿部146显示为均横向地波动，同时延伸横越每个元件140的宽度并且也从新胎面接触表面141波动延伸到一对腿部146达到深度D₁₄₄，如图9中所示。

参考图11，现在在磨损状态下显示图8-9的新胎面110以更好地识别先前掩盖在新胎面表面之下的隐藏胎面特征。具体地，磨损胎面110_W已从大约9mm的初始胎面深度D_T磨损到大约1.6mm的磨损深度。由于图1-2的胎面与图8-9的胎面之间的区别仅仅在于用全深度横向凹槽126替代部分深度凹槽26以及延续刀槽花纹28并且用波动倒Y形刀槽花纹142替代全深度波动刀槽花纹42，因此以下论述将集中于中间肋122和元件140的变化。

继续参考图11，作为图6的论述的补充，当倒Y形刀槽花纹从单刀槽花纹144过渡以暴露两个腿部146时磨损中间肋122现在暴露附加牵引边缘。所以，当从新胎面110过渡到足够磨损胎面110_W时牵引边缘翻倍，当比较不同实施例10_W和110_W时其也是牵引边缘的增加。而且，当考虑全深度横向凹槽的加入时，新和磨损状态之间的空隙变化不明显地改变空隙。所以，在这方面在新和磨损状态之间差别小，但是当比较每个实施例的磨损胎面10_W、110_W时，由于提供比前者胎面10_W的刀槽花纹更多的空隙的横向凹槽126的存在，因此更多的空隙存在于后者胎面110_W中。此外，全深度横向凹槽产生附加牵引边缘，例如用于改善雪地牵引。具有9mm胎面深度的第二实施例的新或未磨损胎面的特征在于具有大约0.68的接触表面比、大约0.36的空隙体积比和大约0.39的纵向刚度系数。当胎面磨损到1.6mm的深度时，接触表面比为大约0.58，空隙体积比为大约0.37，并且纵向刚度系数为大约1.46。根据第二实施例E2分别在图18和19中显示了新和磨损空隙体积比和接触表面比。

现在参考图12-13，在未磨损或新状态下显示了胎面210的第三实施例。该胎面210类似于图1-2中所示的胎面10，仅仅具有几个显著差异。胎面210的相似点包括具有一对肩部220和三个中间肋222的5肋设计，每个肋由对应于上面参考胎面10论述并且在图1-3中显示的负拔模斜度纵向凹槽24的负拔模斜度纵向凹槽224分离。特别地，一对肩部220包括第一肩部220a和第二肩部220b。当安装在车辆上时，第一肩部220a可以包括内部肩部，而第二肩部220b包括外部肩部。每个肩部包括泪珠状刀槽花纹232，所述泪珠状刀槽花纹与如图5中所示的胎面10的泪珠状刀槽花纹32相当，并且因此具有分别对应于胎面10的部分34和36的刀槽花纹部分234和下部凹槽部分236。第一肩部220a也包括从纵向凹槽224横向向外延伸的横向凹槽238a。这不同于图1-2中所示的胎面110的横向凹槽38，其改为从插入横向凹槽38和纵向凹槽24之间的刀槽花纹32、34沿着每个肩部20延伸。相对、第二肩部220b也包括横向凹槽238b，该横向凹槽比胎面10的凹槽38长，但是胎面10的凹槽38比凹槽238a长。泪珠状刀槽花纹232也以类似于胎面10的肩部20的方式布置在凹槽238b和纵向凹槽224之间。执行胎面10、110和220之间的肩部的变型以根据需要调节每个胎面内的空隙和刚度，从而实现磨损胎面中的胎面刚度的期望改善，同时增加磨损胎面中的空隙。

关于中间肋222a、222b、222c，肋222a大体上包括胎面10中的相应肋22的相同特征。换句话说，胎面10中的肋22的刀槽花纹42和横向凹槽26用于胎面210的肋222a中并且表示为刀槽花纹242和横向凹槽226。邻近第二肩部222b布置的中间肋222b同样如此，区别在于横向凹槽不完全在相邻纵向凹槽224之间延伸。而是，刀槽花纹242布置在每个横向凹槽226和每个纵向凹槽224之间。刀槽花纹242与上面参考胎面10所述的刀槽花纹42相同。关于中心凹槽226，代替设在胎面10中的横向凹槽26提供附加刀槽花纹242。因此，中心肋222c不具有横向地延伸横越肋的任何横向凹槽。

为了测试目的，第三实施例的胎面设计制造成具有7mm的胎面深度，代替制造成表示第一和第二实施例的胎面所使用的9mm胎面深度。胎面深度的该减小是用于在增加磨损胎面层中的胎面空隙之后增加胎面刚度的胎面刚度管理策略的一部分。在任何情况下，本文中所述的任何胎面设计可以根据该策略制造成具有任何期望的胎面深度以增加胎面刚度。具有7mm胎面深度的第三实施例的新或未磨损胎面的特征在于具有大约0.68的接触表面比、大约0.34的空隙体积比和大约0.52的纵向刚度系数。参考图14，现在在磨损状态下显示图8-9的胎面220以更好地识别先前掩盖在新胎面表面之下的隐藏胎面特征。具体地，磨损胎面已从大约7mm的初始胎面深度磨损到大约1.6mm的磨损深度。在该磨损状态下，第三实施例的特征在于具有大约0.64的接触表面比、大约0.31的空隙体积比和大约1.59的纵向刚度系数。根据第三实施例E3分别在图18和19中显示了新和磨损空隙体积比和接触表面比。

泪珠状刀槽花纹大体上形成凹陷空隙，凹陷空隙包括泪珠状刀槽花纹的凹槽部分。应当理解其它凹陷空隙可以在任何肩部或中间胎面元件或肋中用于后续耐磨层内。例如，可以使用隐藏凹槽而没有布置在所述凹槽之上的任何刀槽花纹，其中随着足够的胎面磨损任何这样的凹槽变为暴露。一个或多个刀槽花纹可以改为在任何新或磨损状态下相邻地或以另外方式沿着胎面、例如沿着外胎面表面布置。刀槽花纹、凹槽、泪珠状刀槽花纹或任何其它凹陷空隙可以由本领域普通技术人员已知的用于在胎面内形成空隙的任何装置形成。这包括用于形成凹陷空隙（例如凹陷凹槽或刀槽花纹或泪珠状刀槽花纹）的任何装置，例如可以使用布置在模具内以穿透胎面的外侧的模制刀片。作为另一个例子，可以布置或插入并且从胎面的侧缘缩回模型以沿着胎面的横向侧形成凹陷空隙。此外，另一个例子使用布置在胎面的厚度内的可去除模型，当随着足够的轮胎磨损模型变为暴露时，模型可以被去除或拆卸。应当理解由本文中所述的胎面使用的任何刀槽花纹、凹槽或泪珠状刀槽花纹可以具有当每一个沿着胎面纵向地延伸时保持恒定或变化的宽度，并且用于形成每个这样的空隙的任何装置可以具有也根据需要保持恒定或变化的相应宽度。

为了评价图1-2（“第一实施例”）、图7-8（“第二实施例”）和图12-13（“第三实施例”）的实施例，进行许多测试以评价每个胎面对各种轮胎性能量度的影响。使用第一、第二和第三实施例的胎面的每一个的轮胎均通过各种受控测试运转以比较每个轮胎胎面对基本参考轮胎的影响。在测试的准备中，制造的所有轮胎使用与参考轮胎相同的模具轮廓（第三实施例除外）、相同的胎体架构（即，胎体构造）和相同的胎面胶。此外，所有胎面，包括参考胎面以及以上第一和第二实施例的胎面，制造成具有9mm的胎面深度，而第三实施例的胎面制造成具有7mm的胎面深度。第一、第二和第三实施例的胎面和参考胎面之间的另一个相同点在于每个胎面设计总共包括五个（5）肋（其包括肩部和中间肋），胎面元件的形状和尺寸类似，并且纵向凹槽类似地横越胎面宽度定位。为了测试第一和第二实施例中的特征的影响，参考轮胎胎面不具有沿着中间胎面元件布置的任何负拔模斜度纵向凹槽、任何倒Y形刀槽花纹或任何波动刀槽花纹或沿着每个肩部布置的任何泪珠状刀槽花纹。

执行以下测试以比较第一和第二实施例的每个胎面和参考胎面的性能。在205/55R16号轮胎上使用新胎面（即，具有全胎面深度）和打磨到1.6mm胎面深度的磨损胎面执行所有测试，磨损和滚动阻力除外。

·低摩擦湿式制动。通过比较停止以50mph在具有大约1.2mm的控制水深的柏油地面上行驶的相同车辆所需的距离执行该测试。

·高摩擦微湿制动。通过比较停止以40mph在由具有喷嘴的液罐卡车正在洒水的柏油表面上行驶的相同车辆所需的距离执行该测试，其中水深不超过道路表面糙度。

·湿地横向附着。通过比较相同车辆完整地围绕具有120米半径和包括抛光混凝土的表面的圆形湿道路行驶所需的每圈时间执行该测试。水由提供在1至3mm之间的表面水深的洒水系统供应。

·湿地操纵性。通过比较相同车辆完整地围绕具有柏油表面的湿汽车越野赛道路行驶所需的每圈时间执行该测试。水由提供在微湿状态到积水之间变化的表面水深的洒水系统供应。

·纵向滑水。通过在具有8mm的控制水深的柏油表面上硬加速期间确定在装备有数据采集设备的相同车辆的从动轮上发生10%打滑时的速度执行每个测试。

·雪地牵引。通过根据ASTMF-1805和通用汽车GMW15207规范测量在覆盖有雪或冰的行驶表面上以直线路径行驶的测试车辆上所安装的测试轮胎的纵向牵引执行该测试。

·滚动阻力。通过在鼓机上进行工业标准滚动阻力测试以确定滚动阻力的系数（kg/ton）而执行该测试。

·磨损。通过确定每个胎面的胎面损失的速率以估计每个轮胎胎面的磨损寿命（英里）和磨损速率（mm/10,000英里）而执行该测试。在进行测试的过程中，轮胎装配到相同车辆并且以受控方式在公共高速公路上的所建立的巡回路线上行驶。通过测量胎面深度测量胎面损失。

关于图15、16和17，测试具体地显示第一、第二和第三实施例的胎面的每一个的性能分别相对于参考胎面在新和磨损胎面阶段的改善。具体地，在新和磨损阶段湿地性能大体上有改善，并且在未磨损阶段，滚动阻力和磨损的性能有改善。此外，在新和磨损状态下雪地性能有增加，同时至少大体上保持其它性能标准，而当试图根据现有技术的方法改善雪地牵引时所述其它性能标准典型地减小。

尽管已参考本发明的特定实施例描述了本发明，但是应当理解这样的描述仅仅作为示例而不是作为限制。例如，本文中所述的胎面特征在用于更大或更小的轮胎或具有不同架构（即，构造）、不同胎面深度或由具有不同轮廓的模具形成的轮胎上时可以在尺寸和数量上改变。因此，本发明的范围和内容应当仅仅由附带权利要求的术语限定。

Claims (34)

1.一种多级轮胎胎面，其包括：

从胎面的外、接地侧向内在深度方向上延伸的厚度，所述外、接地侧包括外接触表面；

在胎面厚度内布置在不同深度处的两个或更多个耐磨层，所述两个或更多个耐磨层包括外耐磨层和在所述胎面的厚度内布置在所述外耐磨层之下的一个或多个内耐磨层；以及

布置在所述外耐磨层内的一个或多个外凹槽，当所述胎面处于未磨损状态时所述一个或多个凹槽暴露于所述外、接地侧；

所述胎面具有在未磨损状态下等于0.25至0.40和在磨损状态下等于0.25至0.40的体积空隙比，其中在磨损状态下所述外、接地侧沿着所述内耐磨层中的一个布置，所述胎面还具有在未磨损状态下等于0.66至0.72和在磨损状态下等于0.56至0.66的接触表面比。

2.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其中在未磨损状态下和在磨损状态下所述轮胎胎面的体积空隙比为0.30至0.35。

3.根据权利要求2所述的轮胎胎面，其中所述轮胎胎面具有在未磨损状态下等于0.39至0.55和在磨损状态下等于1.43至1.75的轮胎胎面的纵向刚度系数。

4.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其中当布置在所述外耐磨层中的所述一个或多个凹槽在深度方向上延伸到所述胎面厚度中时，所述凹槽的宽度增加。

5.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其中当布置在所述外耐磨层中的所述一个或多个凹槽在深度方向上延伸到所述胎面厚度中时，所述凹槽的宽度线性地变化。

6.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其中所述外、接地侧在磨损状态下沿着最后耐磨层布置，所述最后耐磨层包括在所述胎面厚度内布置成最远离外耐磨层的内耐磨层中的一个。

7.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其中布置在所述外耐磨层中的所述凹槽中的一个或多个沿着所述胎面的长度纵向地延伸。

8.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其中布置在所述外耐磨层中的所述凹槽中的一个或多个大体上在所述轮胎胎面的横向上延伸。

9.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其还包括：

一个或多个内凹槽，所述一个或多个内凹槽布置在所述一个或多个内耐磨层中的至少一个内并且从在所述外耐磨层之下开始的深度向内在深度方向上延伸。

10.根据权利要求9所述的轮胎胎面，其中布置在所述内耐磨层中的一个中的所述一个或多个凹槽大体上在横向上延伸。

11.根据权利要求1所述的轮胎胎面，其中所述一个或多个外凹槽包括横向延伸的多个横向凹槽和纵向延伸的多个纵向凹槽，所述外凹槽限定多个胎面元件。

12.根据权利要求11所述的轮胎胎面，其中所述胎面元件包含大体上在横向上延伸的一个或多个刀槽花纹，所述一个或多个刀槽花纹的每一个在波动路径中径向地和横向地延伸并且包括厚度减小的一个或多个区域。

13.根据权利要求11所述的轮胎胎面，其中所述胎面元件包括布置在所述胎面的相对横向侧的每一个上的一些肩部胎面元件和横向地布置在所述肩部胎面元件之间的一些中间胎面元件，其中一些纵向凹槽中的至少一个布置在所述肩部胎面元件和所述中间胎面元件的每一个之间，所述肩部胎面元件包括大体上在轮胎的横向上延伸的一个或多个刀槽花纹，所述刀槽花纹包括从所述外、接地侧延伸到所述轮胎胎面的厚度中的径向波动刀槽花纹部分并且包括厚度减小的一个或多个区域，所述刀槽花纹部分终止于包括空隙的扩大部分中，当所述轮胎胎面磨损到所述内耐磨层中的一个时所述空隙形成暴露于接触表面的横向凹槽。

14.根据权利要求13所述的轮胎胎面，其中包含在所述中间胎面元件的每一个中的所述刀槽花纹中的一个或多个包括在所述外耐磨层内从所述外、接地侧向下延伸的上刀槽花纹部分、均从所述上刀槽花纹部分向下延伸并且大体上形成倒“Y”横截面形状的第一下刀槽花纹部分和第二下刀槽花纹部分。

15.根据权利要求14所述的轮胎胎面，其中所述肩部胎面元件中的一个或多个包含第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽在为新的时暴露并且在所述外耐磨层内在大体横向方向上延伸横越胎面元件的宽度的一部分，所述第二凹槽在所述轮胎胎面磨损时暴露于所述外、接地侧并且在内耐磨层内大体上在横向上延伸横越所述胎面元件的宽度的剩余部分，所述第二凹槽与所述第一凹槽流体连通。

16.根据权利要求15所述的轮胎胎面，其中所述第一和第二凹槽共线。

17.根据权利要求3所述的轮胎胎面，其中在所述外耐磨层内延伸的所述一个或多个外凹槽和在所述内耐磨层中的一个内延伸的一个或多个内凹槽的深度为6-10毫米。

18.根据权利要求3所述的轮胎胎面，其中当为新的时和当磨损到所述内耐磨层中的一个时所述胎面的空隙体积比相等。

19.根据权利要求3所述的轮胎胎面，其中所述耐磨层的接触表面比是未磨损轮胎胎面的接触表面比的90％。

20.一种多级轮胎胎面，其包括：

具有外接触表面的外、接地侧；

从胎面的所述外、接地侧向内在深度方向上延伸的厚度，所述厚度包括多个耐磨层，所述耐磨层的每一个位于离所述胎面的所述外、接地侧的不同深度处；

沿着所述胎面的长度纵向布置的一个或多个中间元件，所述一个或多个中间元件由一个或多个肩部元件横向地界定，所述肩部元件的每一个邻近所述胎面的横向侧缘定位并且包括大体上在轮胎的横向上延伸的凹陷空隙，所述凹陷空隙在胎面厚度内布置在所述外、接地侧之下；以及

布置在所述肩部元件之间并且沿着所述胎面的长度在长度方向上延伸的一个或多个纵向凹槽，所述一个或多个纵向凹槽具有宽度，当每个这样的凹槽远离所述外、接地侧更深地延伸到所述胎面厚度中时所述宽度增加，

其中所述胎面具有在未磨损状态下和在磨损状态下都等于0.25至0.40的体积空隙比。

21.根据权利要求20所述的多级轮胎胎面，其中所述一个或多个中间元件纵向地布置以形成一个或多个中间肋。

22.根据权利要求20所述的多级轮胎胎面，其中所述一个或多个肩部元件形成在所述胎面的纵向上纵向延伸的肩部肋，所述肩部肋的每一个邻近所述胎面的横向侧缘定位。

23.根据权利要求20所述的多级轮胎胎面，其中所述一个或多个纵向凹槽的宽度随着深度的增加线性地增加。

24.根据权利要求20所述的多级轮胎胎面，其中所述肩部元件的凹陷空隙是泪珠状刀槽花纹，所述泪珠状刀槽花纹包括从所述外、接地侧延伸到轮胎的厚度中的径向波动刀槽花纹部分，刀槽花纹部分终止于包括空隙的泪珠状部分中，所述空隙形成所述胎面厚度内的横向凹槽。

25.根据权利要求20所述的多级轮胎胎面，其中所述中间元件由横向凹槽分离，所述多个中间肋元件中的一个或多个包含大体上在横向上延伸的刀槽花纹，每个刀槽花纹沿着波动路径径向地和横向地延伸。

26.根据权利要求24所述的多级轮胎胎面，其中所述径向波动刀槽花纹部分定位在外耐磨层内并且所述泪珠状部分定位在内耐磨层内，所述内耐磨层相对于所述外、接地侧在所述胎面厚度内定位在所述外耐磨层之下。

27.根据权利要求26所述的多级轮胎胎面，其中包含在每个中间肋元件中的刀槽花纹具有包括倒Y的横截面形状。

28.根据权利要求24所述的多级轮胎胎面，其中所述泪珠状刀槽花纹在线性路径中横向地延伸。

29.根据权利要求24所述的多级轮胎胎面，其中所述泪珠状刀槽花纹在波动路径中横向地延伸。

30.根据权利要求24所述的多级轮胎胎面，其中每个肩部元件包括第二横向延伸泪珠状刀槽花纹。

31.根据权利要求20所述的多级轮胎胎面，其中每个中间肋元件包括第二横向延伸刀槽花纹。

32.根据权利要求20所述的多级轮胎胎面，其中所述胎面具有在未磨损状态下和在磨损状态下等于0.30至0.35的体积空隙比。

33.根据权利要求32所述的多级轮胎胎面，其中所述胎面具有在未磨损状态下等于0.66至0.72和在磨损状态下等于0.56至0.66的接触表面比。

34.根据权利要求33所述的多级轮胎胎面，其中所述胎面具有在未磨损状态下等于0.39至0.55和在磨损状态下等于1.43至1.75的纵向刚度系数。