CN103547463A - 胎面具有在横向沟槽内的具有分裂接触面的桥接区域的轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明总体上涉及具有胎面的轮胎,所述胎面具有用于保持滑水性能并且改善滚动阻力的构造和/或性质,并且更具体地,涉及一种具有胎面的轮胎,所述胎面具有在其横向沟槽中出现的桥接区域,所述桥接区域构造成保持滑水阻力和雪地牵引,同时也改善滚动阻力。
Description
技术领域
本发明总体上涉及具有胎面的轮胎,所述胎面具有用于保持滑水性能并且改善滚动阻力的构造和/或性质,并且更具体地,涉及一种具有胎面的轮胎,所述胎面具有在其横向沟槽中出现的桥接区域,所述桥接区域构造成保持滑水性能和雪地牵引,同时也改善滚动阻力。
背景技术
由于燃料价格的上涨,当车辆行驶时减小车辆的能量消耗已成为重要的目标。在许多情况下,这种需求影响了轮胎的发展,需要它们考虑滚动阻力的问题。因此,轮胎设计者需要设计具有低滚动阻力的轮胎。滚动阻力是由于滚动引起的能量损失的指标,所述能量损失又导致热的生成。来自轮胎的该损失热是由车辆在其运动期间引起的总能量损失的重要贡献因素。通过减小轮胎的滚动阻力,对于指定旅程车辆消耗的能量更少,因此,用户旅行花费的钱更少。
特别地,已知轮胎的滚动阻力与轮胎中的能量损失直接相关,所述能量损失又取决于在轮胎中使用的橡胶的混合物(尤其是轮胎的胎面的)的滞后的特性。轮胎的能量损失也取决于当轮胎滚动进入、通过和离开接地面时胎面橡胶受到的变形以及在胎面的外部的轮胎部件的变形。例如,如果考虑在轮胎的滚动期间发生的情况,在接地或滚动面的区域中,胎面在垂直于发生接触的地面的方向(轮胎的径向方向)上被压缩。由车辆的重量以及胎面对路面中的竖直不平的反应驱动的该压缩诱导通过由泊松效应驱动的剪切变形而消耗能量。而且,由于轮胎的弯曲结构与路面一致,当胎面变形以在轮胎的圆周和横向方向上碰到地面时剪切力和由此产生的能量损失施加于胎面。最后,在接地面中的纯滚动下,在滚动方向上的剪切力在胎面中在带束和与地面的贴合接触之间自然地形成。纯滚动下的这些剪切力也消耗能量。
因此,减小这些能量损失效应和由此产生的与它们关联的滚动阻力的增加的一种方式是增加特征,当轮胎滚动进入和离开接地面时所述特征减小胎面的变形。而且,减小这些能量损失的另一可能性涉及一种方式,其中胎面配备有切口或槽口以减小当胎面滚动进入和离开接地面时作用于胎面的应变。例如,在欧洲专利第EP0787601号中已知能够通过将胎面构造成具有横向定向的多个切口实现该目标,所述切口具有根据轮胎的几何尺寸指定的间隔。尽管该技术用于降低滚动阻力并且可以有效地用于雪地牵引,但是它可能不对滑水阻力具有显著的影响。
因此,期望找到一种用于轮胎的胎面的结构,其能够通过限制压缩和剪切损失降低滚动阻力,同时保持轮胎的滑水性能。另外,有利的是该解决方案也保持雪地牵引性能。
发明内容
在一个实施例中,本发明包括一种装置,所述装置包括用于与轮胎一起使用的胎面,所述胎面具有限定胎面花纹块的横向和圆周延伸沟槽。所述胎面花纹块中的至少一个具有位于所述横向沟槽中的一个内的横向表面,所述横向表面在其上具有不与相对的胎面花纹块或从所述相对的花纹块突出的任何部分接触的一个或多个分裂桥。此外,该装置的特征在于作为从胎面的顶部到桥的顶部的距离与横向沟槽的深度的比率的Dt/Dg的比率在10到40%的范围内;作为从横向沟槽的底部到桥的底部的距离的比率的Db/Dg的比率在15到50%的范围内;沿着该表面出现的桥的总宽度Wtot与胎面花纹块的该横向表面的宽度Wb的比率应当在30到80%的范围内;并且桥的横向表面面积的和Stot与胎面花纹块的横向表面的表面面积Sb的比率在10到40%的范围内。
在这样的情况下,可以有在如上所述构造的多个横向沟槽内出现的分裂桥并且在一些实施例中,所有横向沟槽可以具有如上所述构造的分裂桥。当分裂桥出现在多个横向沟槽内时,这些分裂桥可以彼此横向。有时,它们在轮胎的横向方向上彼此交错。
在一些实施例中,装置还包括轮胎,所述轮胎具有胎体和顶部带束组件,所述顶部带束组件具有顶部带束和底部带束,所述胎面附连到所述底部带束。
在其它实施例中,轮胎限定尺寸E和另一尺寸F,所述尺寸E是在轮胎的径向方向上从顶部带束的顶部分到分裂桥的顶表面的平均位置的距离,所述尺寸F是在轮胎的径向方向上从轮胎的旋转轴线X-X到分裂桥的顶表面的平均位置的距离,其中E/F的比率在1.5到4%的范围内。在一些情况下,轮胎是225/50R17号轮胎。
在一些情况下,从在横向沟槽内出现的胎面花纹块的一个横向表面延伸的所述一个或多个分裂桥具有对应分裂桥,所述对应分裂桥从相邻胎面花纹块的相对的横向表面延伸使得在相对的分裂桥之间限定小间隙。间隙或裂隙的位置可以出现在沿着横向沟槽的宽度的任何位置或者可以在横向沟槽的中途或中点处。
在另外的其它实施例中,位于分裂桥和相邻分裂桥或胎面花纹块之间的间隙为大约.5mm或更小。
在一些实施例中,限定分裂桥之间的间隙的一个分裂桥的端面具有波动轮廓以便当胎面花纹块在接地面中时帮助限制胎面花纹块的横向运动。
分裂桥的横截面形状可以为卵形或椭圆形、矩形、三角形或期望的任何任意形状。这些形状的尺寸也可以根据需要进行改变。
在其它实施例中,桥可以具有从其与胎面花纹块的横向表面的交点到其自由端部的半径。
在分裂桥的一些变型中,从胎面的顶部到桥的顶部的距离Dt在.5到2.5mm的范围内,而从横向沟槽的底部到桥的底部的距离Db在.9到4.0mm的范围内。在这样的情况下,横向沟槽的深度Dg可以在5.5到10.0mm的范围内并且实际上可以为8.3mm。
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将显而易见本发明的前述和其它目的、特征和优点,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是根据本发明的第一实施例的在其中具有分裂桥的轮胎的横向沟槽的局部透视图,其中在轮胎的径向方向上的分裂桥的高度较大;
图2是根据本发明的第二实施例的在其中具有分裂桥的轮胎的横向沟槽的局部透视图,其中在轮胎的径向方向上的分裂桥的厚度较小并且大半径存在于桥的边缘上以帮助通过沟槽的水流和形成桥和沟槽的模具刀片的脱模;
图3是根据本发明的第三实施例的在其中具有分裂桥的轮胎的横向沟槽的局部透视图,其中存在两个不同尺寸和构造的桥;
图4是形成图3中所示的沟槽和分裂桥的模具刀片;
图5是形成具有大致矩形轮廓的分裂桥的又一构造的模具刀片;
图6是形成具有大致卵形轮廓的分裂桥的另一构造的模具刀片;
图7是沿着轮胎的横向平面获得的肩部胎面花纹块和中间胎面花纹块的截面图,显示由图4和6中所示的模具刀片制造的分裂桥的尺寸;
图8是胎面的俯视图,显示仅仅从横向沟槽的一侧延伸的分裂桥;
图9是俯视图,示出分裂桥中的间隙或切口可以是直的;
图10是分裂桥的另一型式的俯视图,其中分裂桥的间隙或切口具有锯齿形或之字形轮廓;
图11是沿着胎面的横向平面的截面图,显示定位在轮胎的不同径向高度处的多个分裂桥;以及
图12是轮胎胎面的俯视图,其中分裂桥不从一个横向沟槽横向地对准到下一个横向沟槽,而是横向地交替。
定义
沟槽表示轮胎的胎面中的任何沟道,其具有两个相对的侧壁,所述侧壁从胎面的顶表面延伸并且间隔开至少1.5mm,即,在沟道的顶部开口和其底部之间分离侧壁的平均距离平均为1.5mm或更大。
刀槽花纹表示小于1.5mm并且具有侧壁的任何切口,当轮胎在地面上滚动时当包含切口的胎面花纹块或肋滚动进入和离开轮胎的接地面时所述侧壁不时地接触。
圆周方向C是轮胎滚动或旋转所沿着的轮胎的方向并且该方向垂直于轮胎的旋转轴线。
横向方向L是沿着轮胎的胎面的宽度的轮胎的方向,该方向大致平行于轮胎的旋转轴线。然而,横向沟槽表示其一般方向或扫掠轴线与纯横向方向成小于45度的角的任何沟槽。
径向方向R是从其平行于轮胎的大体环形的径向方向并且垂直于轮胎的横向方向的侧观察的轮胎的方向。
具体实施方式
参见图1-3,显示具有横向L、圆周C和径向R方向的轮胎20,该轮胎具有由横向和圆周沟槽24、26限定的胎面花纹块22。这些图也显示在横向沟槽24内出现的桥28的不同型式,所述桥具有分裂构造并且与横向沟槽24的底表面30和与胎面的顶表面32间隔预定距离。通过将橡胶或桥接部引入横向沟槽24中,水的排出和吸收通常被限制,导致轮胎对滑水的阻力降低,这意味着轮胎将以低速滑水。然而,使用本发明,在桥接部之下出现敞开沟道34,在轮胎的寿命期间所述敞开沟道允许水通过横向沟槽。因此,不会有害地影响滑水性能。
以类似方式,桥接部通常包括从一个胎面花纹块跨越到下一个的橡胶的实心部段的使用以便当胎面花纹块滚动进入和离开与地面接触时限制由于压缩和剪切力引起的胎面花纹块变形。然而,当胎面花纹块进入和离开接地面时该类型的桥接部不允许胎面花纹块有效地弯曲,并且因此导致更高的能量损失。因此,本发明包括桥的分裂构造使得当胎面花纹块滚动进入和离开与地面接触时,一个胎面花纹块自由移动远离另一个胎面花纹块,因此可以最小化由于弯曲引起的变形。这又允许降低胎面的滚动阻力。由该分裂构造产生的间隙36足够小使得它可以快速地闭合,使桥28彼此接触使得当胎面花纹块在接地面中时胎面花纹块22将不由于压缩和剪切力而显著地变形。这也允许降低胎面的滚动阻力。因此,分裂桥28相对于横向沟槽24和胎面花纹块22的放置和构造影响轮胎的滚动阻力和湿性能。
参见图1和2,可以看到桥28的形状可以变化。例如如图1中所示,桥28可以分成具有在轮胎的径向方向R上的较深横截面的两个或更多个单元。在另一方面如图2中所示,桥28可以是单一的细长单元。在图3中显示又一第三实施例,其中较小尺寸的桥28’邻近较大尺寸的桥28”。现在关注图4、5和6,通过参见形成桥的模具刀片40的腔38可以理解不同桥28的形状和尺寸,认识到胎面的桥28和沟槽24与模具刀片40的几何形状相比将具有互补形状并且呈负像的形式。因此,桥28的横截面形状可以具有适合特定应用的任何期望形状,例如三角形(参见图4)、矩形(参见图5)或卵形(参见图6)。这些模具刀片40可以由本领域中公知的手段制造。
现在参见图7,它显示使用本发明的实施例的、在一个肩部开始的沿着轮胎20的横向方向L的轮胎胎面的宽度的三分之一。特别地,使用图4所示的模具刀片40在肩部区域中形成胎面,而图6中所示的模具刀片40产生在相邻或中间胎面花纹块22中出现的桥28。靠近地参见该图,可以由设计者使用以获得本发明的意料不到的和重要的结果的一些尺寸可以被看到。从胎面32的顶部到桥的顶部的距离Dt优选地在.5到2.5mm的范围内,而从横向沟槽的底部30到桥的底部的距离Db应当优选地在.9到4.0mm的范围内。在有从横向沟槽的横向表面过渡的混合部、半径或倒角的情况下,尺寸Dt和Db不包括这样的特征。在槽纹酒瓶形状的情况下,在正和负半径连接的曲线的拐点处进行Db测量。
沿着胎面花纹块的横向表面,为了能量损失的最有效减小,沿着该表面出现的桥的总宽度Wtot与胎面花纹块的该横向表面的宽度Wb的比率应当在30到80%的范围内。例如,Wtot可以是W1和W2的和,其中两个桥沿着胎面花纹块的横向表面出现并且W1和W2是两个桥的宽度。对于该特定实施例,横向沟槽的深度Dg可以在5.5到10.0mm的范围内。替代地,桥的横向表面面积的和Stot与假设不存在桥的胎面花纹块的横向表面的表面面积Sb的比率应当在10到40%的范围内。例如,Stot可以是S1和S2的和,其中两个桥沿着胎面花纹块的横向表面出现并且S1和S2分别是这些桥的表面面积。
在许多情况下,每个分裂桥之间的距离或间隙G(在图2中最佳地看到)相同并且优选地为.5mm或更小使得当它们所沿着的胎面花纹块滚动进入和离开接地面时分裂桥快速地彼此接触。对于后面所述的轮胎,间隙实际上为.15到.2mm。尽管桥28在横向沟槽24的宽度的中途分裂,但是可以预料分裂可以发生在沿着横向沟槽24的宽度的任何地方。在极端情况下,桥28可以仅仅从沟槽24的一侧延伸到相邻胎面花纹块22的相对横向表面,如图8中最佳地所见。而且,间隙36不需要是直的(参见图9),而是可以具有之字形构造(参见图10)或在L-C平面或C-R平面中的某个其它任意形状。具有互锁形状、例如之字形的优点在于它有助于桥28防止花纹块22在圆周C上以及在横向L上的变形,这有助于更加减小滚动阻力。而且,间隙36自身可以在宽度上变化。靠近间隙的桥的表面可以是平滑的、纹理化的或它们的某种组合。对于本文中所述的任何实施例,横向沟槽24的宽度Wg可以为1.5到10mm。
替代地,这些分裂桥的设计可以变成无量纲参数使得本发明可以应用于具有不同尺寸的轮胎。例如,作为从胎面的顶部到桥的顶部的距离与横向沟槽的深度的比率的Dt/Dg的比率应当在10到40%的范围内。类似地,作为从横向沟槽的底部到桥的底部的距离的比率的Db/Dg的比率应当在15到50%的范围内。类似地如先前所述,沿着胎面花纹块的横向表面,沿着该表面出现的桥的总宽度Wtot与胎面花纹块的该横向表面的宽度Wb的比率应当在30到80%的范围内。
返回参见图2,显示在轮胎20的横向方向L上观察的优选横截面形状。在分裂桥的下表面上的该形状可以与使用半径42的槽纹酒瓶的形状比较,其中桥28与胎面花纹块22的横向表面交叉并且其中桥终止于它们的自由端部处。当桥彼此接触时这有助于减小应力集中,有助于在循环使用期间使它们保持完整。另外,这些半径本质上是三维的,这允许它们将水排入在桥28之下出现的下通道34中。这促进水层流通过该沟道,这有助于保持轮胎的滑水阻力。而且,这些半径有助于使形成沟槽和桥的模具刀片脱模。在一些情况下,所使用的半径的尺寸是桥的厚度的几乎一半。
为了最佳地减小滚动阻力,根据以上指导准则构造的这些分裂桥应当横越轮胎的在其横向方向上的整个宽度出现在轮胎的每个胎面花纹块的横向表面上。然而如果这些桥的这样的普遍使用有害地影响其它性能,则这不必如此。因此,胎面花纹块的横向表面的仅仅一部分具有这样的桥的应用也被预料。
现在参见图11,显示本发明的另一应用,其中具有出现在胎面之下的至少两个带束44、46的轮胎20与如先前所述构造的桥28结合使用。另外,这样的轮胎将通常具有圆周定向沟槽26或与轮胎的横向方向L成大于45度的倾斜角定向的沟槽以便当轮胎滚动时吸收水和/或雪。该轮胎也具有限定横向表面的横向沟槽24,分裂桥28出现在所述横向表面上。轮胎限定作为在轮胎的径向方向R上从顶部带束44的顶部分到分裂桥28的顶表面的平均位置的距离的尺寸E,和作为在轮胎的径向方向上从轮胎的旋转轴线X-X到分裂桥的顶表面的平均位置的距离的另一尺寸F。发明人已发现优选的是E/F的比率在1.5到4%的范围内。这特别适用于225/50R17号轮胎,其中E/F为2.1%,或者变成实际尺寸,E为6.8mm并且F为322mm。
更靠近地参见图11,在轮胎的横向横截面图中显示有三个桥28’、28”、28”’。每个桥相对于轮胎处于稍微不同的径向高度处。所以,每个桥的E值和F值(E’、E”、E”’以及F’、F”、F”’)将被平均。由此产生的值Eave和Rave然后可以用于获得比率Eave/Rave。理想地,该比率将属于1.5到4%的范围内。也应当注意在一个横向沟槽中出现的桥的构造和位置不必需要与在相邻横向沟槽中出现的桥相同。例如,参见胎面、例如图12中所示的胎面,桥28可以具有从一个横向沟槽24到下一个的交错位置。在其它情况下,桥将在横向方向上从一个横向沟槽对准到下一个,如图8中所见。
可以看到,这些实施例提供一种方式以仅仅在最有效地减小轮胎的滚动阻力的地方将橡胶体积加入轮胎的横向沟槽。因此,在接触的入口和出口处的最大胎面花纹块顺应性的益处和增加接地面内的胎面花纹块刚性的益处(两者都降低滚动阻力)被最大化,而具有增加的质量的害处(这可以导致更大的滞后和更高的滚动阻力)被最小化。而且,桥的定位允许横向沟槽内的水运动使得滑水阻力不减小。当轮胎磨损时,当花纹块自然地刚性变大并且它们的存在不再需要时,这些桥消失。在这时,横向沟槽变浅并且现在完全没有任何阻碍,这允许轮胎保持它的滑水阻力,同时,不存在额外的橡胶,这也有助于减小轮胎的滚动阻力。
测试具有沿着轮胎的每个胎面花纹块的横向表面出现的、根据上面给出的指导准则构造的分裂桥的225/50R17号轮胎显示令人惊奇的和意料不到的结果。轮胎具有轮胎滚动阻力的2.6%的显著减小。同时,本发明的发明人预期由于用于产生这些桥的额外橡胶所产生的阻碍体积发生滑水时的速度在统计上显著减小。可以推断当轮胎通过水坑时这将限制横向沟槽中的水的流动,并且因此,限制轮胎对水的吸收。类似地,由于类似原因预期雪地牵引的减小。
然而,使用以下测试程序,在缺少分裂桥的轮胎和具有分裂桥的轮胎之间获得实质相同的滑水结果(对于轮胎的两个构造滑水速度在彼此的.02km/h内)。具有前轮驱动的测试车辆的前轮然后装配两个轮胎,每个具有相同的胎面花纹。测试车辆以50kph的速度被驾驶通过在柏油跑道上具有8mm的控制深度的水。优选地,例如使用车辆上的巡航控制保持该速度。一旦车辆到达验证区域,驾驶员尽可能快地加速车辆持续30-50m(该距离根据需要是固定的)以检查在驱动轮的速度和车辆的GPS速度之间是否可以生成10%滑移。如果获得10%滑移,则该相同的测试运行再重复三次。如果未获得10%滑移,则通过使初始车辆速度增加5kph执行测试运行。然后重复该步骤直到获得10%滑移。一旦获得10%滑移,然后在与先前所述相同的条件下进行另外三次运行。通常,进行总共五次运行,首次和最后运行仅仅用于参考。然后从这些运行采集数据并且对应于发生10%滑移时的车辆速度的滑水发生时的速度的统计学相关计算被构建。使用该数据,产生性能测量结果。
如先前所述,对于具有分裂桥的轮胎和不具有分裂桥的轮胎10%滑移发生时的速度实质上相同。而且,未观察到雪地牵引的统计学显著减小。因此,使用桥接部改善滚动阻力与有害地影响滑水阻力以及雪地牵引之间的明显折衷被打破。
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是作为举例说明而不是作为限制。例如,本发明可以与经典的沟槽桥组合或倒角可以加入胎面花纹块的顶表面和横向沟槽的横向表面的交叉部之间。此外,已给出特定尺寸,但是对这些尺寸进行调节完全在本领域的技术人员的能力范围内并且仍然实践本发明的精神。因此,本发明的范围和内容应当仅仅由附带的权利要求的术语限定。
Claims (15)
1.一种装置,所述装置包括用于与轮胎一起使用的胎面,所述胎面具有限定胎面花纹块的横向和圆周延伸沟槽,所述胎面花纹块中的至少一个具有位于所述横向沟槽中的一个内的横向表面,所述横向表面在其上具有不与相对的胎面花纹块或从所述相对的胎面花纹块突出的任何部分接触的一个或多个分裂桥,其中:
作为从胎面的顶部到桥的顶部的距离与横向沟槽的深度的比率的Dt/Dg的比率在10到40%的范围内;
作为从横向沟槽的底部到桥的底部的距离的比率的Db/Dg的比率在15到50%的范围内;
沿着该横向表面出现的桥的总宽度Wtot与胎面花纹块的该横向表面的宽度Wb的比率在30到80%的范围内;并且
桥的横向表面面积的和Stot与胎面花纹块的横向表面的表面面积Sb的比率在10到40%的范围内。
2.根据权利要求1所述的装置,其还包括在如权利要求1中所述构造的多个横向沟槽内出现的分裂桥。
3.根据权利要求2所述的装置,其中所有横向沟槽具有如权利要求1中所述构造的分裂桥。
4.根据权利要求1所述的装置,其还包括轮胎,所述轮胎具有胎体和顶部带束组件,所述顶部带束组件具有顶部带束和底部带束,所述胎面附连到所述底部带束。
5.根据权利要求4所述的装置,其中所述轮胎限定尺寸E和另一尺寸F,所述尺寸E是在所述轮胎的径向方向上从所述顶部带束的顶部分到所述分裂桥的顶表面的平均位置的距离,所述尺寸F是在所述轮胎的径向方向上从所述轮胎的旋转轴线X-X到所述分裂桥的顶表面的平均位置的距离,E/F的比率在1.5%到4%的范围内。
6.根据权利要求4所述的装置,其中所述轮胎是225/50R17号轮胎。
7.根据权利要求1所述的装置,其中从在横向沟槽内出现的胎面花纹块的一个横向表面延伸的所述一个或多个分裂桥具有对应分裂桥,所述对应分裂桥从相邻胎面花纹块的相对的横向表面延伸使得在相对的分裂桥之间限定小间隙。
8.根据权利要求7所述的装置,其中所述间隙为大约.5mm或更小。
9.根据权利要求7所述的装置,其中限定所述分裂桥之间的间隙的一个分裂桥的端面具有波动轮廓以便当胎面花纹块在接地面中时帮助限制所述胎面花纹块相对于它的相邻胎面花纹块的横向或径向运动。
10.根据权利要求1所述的装置,其中桥的横截面形状为卵形。
11.根据权利要求1所述的装置,其中桥具有从其与胎面花纹块的横向表面的交点到其自由端部的半径。
12.根据权利要求2所述的装置,其中在多个横向沟槽内出现的多个分裂桥彼此横向对准。
13.根据权利要求1所述的装置,其中从胎面的顶部到桥的顶部的距离Dt在.5到2.5mm的范围内,而从横向沟槽的底部到桥的底部的距离Db在.9到4.0mm的范围内。
14.根据权利要求13所述的装置,其中横向沟槽的深度Dg在5.5到10.0mm的范围内。
15.根据权利要求7所述的装置,其中在相对的分裂桥之间出现的间隙位于横向沟槽的宽度的中途。
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