CN104203602A - 用于轮胎胎面的改善湿地和雪地牵引设计及其下拉扭矩的解决方案 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高速轮胎胎面的设计，所述设计提供在水和雪条件下的改善性能。轮胎的胎面区域使用横向定向沟槽，每个横向定向沟槽延伸横越胎面区域的宽度。没有沟槽或其它胎面特征提供横向定向沟槽之间的基本流体连通。也提供减小与这样的设计关联的下拉扭矩的特征。

Description

用于轮胎胎面的改善湿地和雪地牵引设计及其下拉扭矩的解决方案

技术领域

本发明涉及一种用于高速轮胎胎面的新颖设计，其使用横向定向沟槽在水和雪条件下提供改善的性能，每个横向定向沟槽延伸横越胎面区域的宽度而没有沟槽或其它特征提供这样的横向定向沟槽之间的基本流体连通，并且更具体地涉及这样的设计，其具有减小与这样的设计关联的下拉扭矩(pull under torque)的特征。

背景技术

由雨或雪覆盖的路面为轮胎设计者带来挑战。路面上的雨可以导致车辆受到滑水，特别是在更高速度下。一般而言，当轮胎开始在它沿着路面前行时推动在轮胎前面的水时发生滑水。当水后推轮胎的压力足以提升轮胎离开道路时，滑水会发生并且潜在地导致车辆控制问题。水的压力与路面上的水的深度以及轮胎相对于路面的速度相关。

换句话说，在公路行驶速度下，道路中的积水产生在滚动轮胎的前面的水动压力。当速度增加时，该压力增加。因此，对于指定压力下的指定轮胎，道路上的轮胎的接触面积逐渐减小，直到轮胎的相当大部分实际上经由水膜被支撑。在这时轮胎被说成“滑水”。车辆的控制变得很困难，原因是轮胎不再传递转弯或制动力。

轮胎设计者已开发各种特征来防止滑水。例如，传统上，沟槽已被加入胎面花纹，所述沟槽沿着围绕轮胎的圆周方向延伸以引导水并且防止在轮胎的前面的压力积累。由这些圆周沟槽连接的横向沟槽也可以用于帮助将水远离轮胎的前面排出到轮胎的肩部。对于充气轮胎，充气压力和胎面设计倾向于控制滑水速度。本领域的技术人员知道滑水速度随着充气压力的增加而增加。然而，增加充气压力是折衷，原因是驾乘质量会降低。本领域的技术人员也知道增加胎面花纹空隙体积也可以改善滑水性能。然而，增加空隙体积减小干式牵引和磨损，并且因此也是折衷。

路面上的雪也可以导致牵引的损失，特别是在更高速度下。一般而言，雪会导致摩擦或抓地力的损失，导致轮胎滑动横越雪的表面而不是随着牵引滚动。各种特征已被开发以改善雪地牵引，例如在胎面区域中提供钉并且提供在横向方向上延伸的边缘以试图改善抓地力。

也试图提供用于全季使用的轮胎，所述轮胎能够在干燥、潮湿和覆盖雪的表面上具有可接受的性能。然而，对于在“道路上”条件下的高速使用，常规设计导致雨地和雪地性能之间的权衡。作为例子，圆周定向沟槽的加入可以改善覆盖水的表面上的牵引(即，湿地牵引)，但是对于雪地牵引是有害的。相反地，横向定向沟槽的加入可以改善雪地牵引，但是在没有圆周定向沟槽的情况下降低湿地牵引。因此，对于高速或“道路上”条件，设计者典型地必须在湿地和雪地牵引之间折衷。

这些性能折衷的一个解决方案在由本申请的受让人共同所有的已公开专利申请第WO2012002947(A1)号中被公开。它显示横向定向沟槽的使用，每个横向定向沟槽延伸横越胎面区域的宽度而没有沟槽或其它特征提供这样的横向定向沟槽之间的基本流体连通。在本文中的图1中显示的该参考文献的一个实施例中，这些横向定向沟槽以大体s形配置延伸。在本文中的图2中显示的该参考文献的又一实施例中，这些横向定向沟槽以大体v形图案延伸。

现在知道的第一实施例的问题在于当使用这些形状的沟槽的轮胎受到扭矩时，胎面将倾向于在垂直于倾斜沟槽的成角部分延伸的路径的方向上牵拉。取决于轮胎的滚动方向，这将在如图1中所示的左上方向或右下方向上。这是沟槽的边缘以主要成角方式延伸的结果。图2中所示的实施例的问题在于尽管当它受到扭矩时它的力向量被抵消，不产生下拉扭矩问题，但是当将轮胎安装在车辆上时方向性花纹需要格外小心以保证所有轮胎以相同的配置被安装，由此防止这些轮胎之间的不均匀磨损和其它问题。因此，这些实施例对于现场的使用都不理想。

因此，需要一种轮胎，其具有针对高速、道路上使用设计的胎面花纹，所述胎面花纹具有在覆盖雪和水的路面上的改善性能，并且具有用于减小当轮胎具有施加到其上的扭矩时的下拉扭矩的量的特征。更具体地，具有可以在雨和雪中提供改善性能而不具有方向胎面花纹的胎面花纹的轮胎将是很有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述显而易见，或者可以通过本发明的实施而获悉。

在一个示例性实施例中，提供一种用于高速、道路上使用的轮胎，其具有改善的湿地和雪地牵引。所述轮胎限定横向方向和圆周方向并且具有沿着所述轮胎的每一侧定位的肩部。所述轮胎包括定位在所述轮胎的所述肩部之间的胎面区域。所述胎面区域包括在所述轮胎的所述肩部之间并且横越所述胎面区域延伸的多个横向定向沟槽。在一些情况下，所述多个横向定向沟槽可以不由将提供所述横向定向沟槽之间的流体连通的沟槽或其它特征连接。这些沟槽具有一部分，所述部分相对于所述圆周方向倾斜并且限定肋，所述肋具有与其关联的H和B尺度，其中H/B的比率具有1或更小的值。在一些情况下，CSR将为至少.7或更高。在另外的其它情况下，沿着沟槽的边缘具有在其上的至少1mm(0.03937英寸)x 1mm(0.03937英寸)倒角。

这些横向定向沟槽的每一个可以包括以下部分。首先，可以提供与所述圆周方向成在大约30度到大约50度的范围内的总体角的中心部分。接着，可以提供一对过渡部分。每个过渡部分定位成与所述中心部分流体连通并且连接到所述中心部分的端部。也可以提供一对肩部部分。每个这样的肩部部分定位成与所述中心部分和所述过渡部分流体连通。所述肩部部分连接到所述过渡部分的外端并且至少部分地沿着所述轮胎的所述肩部定位。所述中心部分、所述过渡部分和所述肩部部分中的一个或全部可以在形状上是线性的。

在某些实施例中，所述轮胎也可以包括在所述多个横向定向沟槽之间延伸的多个刀槽花纹。所述刀槽花纹也可以包括用于在所述轮胎的操作期间接收水或雪的腔。

在特定实施例中，优选地所述肩部部分与所述圆周方向成在大约75度到大约90度的范围内的角定向。也可以使用其它角。例如，所述肩部部分也可以与所述圆周方向成在大约80度到大约90度的范围内的角定向。

所述中心部分优选地包括在大约3mm(大约0.1181英寸)到大约5mm(大约0.1969英寸)的范围内的沟槽宽度。其它宽度也可以用于提供不同的实施例。

用于所述横向定向沟槽的各种形状可以用于提供不同外观的胎面花纹。例如，在一个示例性实施例中，所述多个横向定向沟槽可以具有大体s形的外观。所述胎面还可以包括一个或多个刀槽花纹，所述一个或多个刀槽花纹平行于所述沟槽中的一个的一部分延伸的方向延伸。

在所述中心部分、所述过渡部分和所述肩部部分中的一个或多个中也可以使用所述横向定向沟槽的宽度的变化。例如，所述过渡部分的沟槽宽度可以成形为在远离所述中心部分朝着所述轮胎的所述肩部移动的方向上增加。另外，所述肩部部分的沟槽宽度可以在远离所述中心部分朝着所述轮胎的所述肩部移动的方向上增加。也可以使用其它变型。

为了提供附加的牵引性能改善，附加特征也可以用于轮胎。例如，所述胎面区域可以由挠性橡胶混配物构造从而改善雪地牵引。所述胎面区域也可以包括在所述多个横向定向沟槽之间延伸并且提供其间的流体连通的多个空隙，并且沿着所述圆周方向的这样的刀槽花纹的密度可以增加从而改善雪地牵引。而且，所述胎面可以包括沿着每个沟槽的边缘，所述边缘具有在其上的至少1mm(0.03937英寸)x 1mm(0.03937英寸)倒角。

参考以下描述和附带的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了面向本领域的普通技术人员的、包括本发明的最佳模式的本发明的完整和能够实现的公开，其中：

图1示出根据现有技术的示例性胎面区域，所述胎面区域包括根据本发明的示例性实施例的具有刀槽花纹的代表性、横向定向沟槽。图1作为轮胎的胎面区域的一部分的前视图被提供。为了清楚起见，仅仅示出单横向定向沟槽，应当理解多个这样的沟槽沿着轮胎的圆周方向C重复。

图2示出根据现有技术的胎面区域的另一例子的透视图，所述胎面区域具有根据本发明的示例性实施例的横向定向沟槽和刀槽花纹。

图3A-3D示出如下面更全面地所述的现有技术的胎面花纹的变化的示意图。

图4是具有横向定向倾斜沟槽的胎面的一部分的FEA模型的描绘。

图4A是图4的FEA模型的放大图，更清楚地显示带束、下胎面和胎体的建模。

图5显示当均匀压力施加到其上时的图4的FEA模型所受到的偏转。

图6是没有连接在横向定向倾斜沟槽之间的空隙的FEA模型。

图7是具有连接在横向定向倾斜沟槽之间的空隙的FEA模型。

图8A-8D显示具有不同量的横向定向和圆周定向空隙的各种胎面花纹的印迹。

图9和10是穿过水的不同胎面花纹的照片，描绘当轮胎穿过水时产生的紊流和表面接触量。

图11显示具有H和B尺度的肋的有限元。

图12是显示针对具有不同H/B比率和肋倾斜角θ的不同配置预测下拉扭矩耦合的图形。

图13显示具有在s形沟槽之间延伸的圆周定向空隙的胎面设计。

图14显示具有s形沟槽并且没有圆周空隙的胎面设计。

具体实施方式

为了描述本发明的目的，现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中示出本发明的一个或多个例子。每个例子作为本发明的解释而不是本发明的限制被提供。实际上，本领域的技术人员将显而易见可以在本发明中进行各种修改和变化而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一实施例以产生另外的更多实施例。因此，本发明旨在涵盖属于附带的权利要求及其等效物的范围内的这样的修改和变化。

当在本文中使用时，应用以下定义。

“高速”和/或“道路上”使用表示在可以包括高达60千米每小时(大约37英里/小时)或更高的速度下的非越野使用。

“刀槽花纹”用于表示在宽度上为2mm(0.07874英寸)或更小的胎面中的沟槽特征。在轮胎的操作期间，接地面中的刀槽花纹变形并且刀槽花纹变为收缩或闭合使得水通过刀槽花纹的运动不明显乃至被防止。

“沟槽”用于表示在宽度上大于2mm(0.07874英寸)的胎面中的沟槽特征。在轮胎的操作期间，接地面中的沟槽将仍然明显地提供水通过沟槽的运动，尽管可能发生任何沟槽变形。

“横向”或“横向的”表示平行于轮胎的旋转轴线的方向并且在一些图中用箭头T标示。

“圆周”表示当它围绕轮胎的旋转轴线旋转时由固定长度的半径限定的圆形方向并且在一些图中用箭头C标示。

“Z”方向表示大体垂直于横向和圆周方向的轮胎的径向方向并且在一些图中用箭头Z标示。

“接触表面比”或“CSR”用于表示胎面接触表面面积与接地面的总面积的比率。

如上所述，轮胎设计者以前在制造轮胎胎面时面对雪地牵引和湿地牵引(例如，非滑水性能)之间的权衡。加入圆周定向沟槽以便改善湿地牵引不幸地减小雪地牵引。加入横向定向沟槽改善雪地牵引，但是如果也应用圆周定向沟槽则受到湿地牵引的减小。除了其它方面以外，本发明提供一种具有新颖胎面的轮胎，所述胎面提供改善的湿地和雪地牵引而不加入连接横向定向沟槽从而提供横向定向沟槽之间的流体连通的沟槽或其它特征。它也提供减小这样的设计的下拉扭矩的量的特征，其实质上是无方向性的。

用于横向定向沟槽的各种配置

图1表示根据本发明的示例性实施例的具有刀槽花纹115的沟槽110，不考虑减小前面所述的下拉扭矩问题的特征。沟槽110沿着如箭头T表示的轮胎的横向方向定向。沟槽110位于轮胎的胎面区域120内。胎面区域120定位在轮胎的肩部125之间。应当理解胎面区域120将包括具有刀槽花纹115的多个横向定向沟槽110，并且该多个横向定向沟槽将沿着圆周方向C(由箭头C指示)定位。在图中为了清楚起见，仅仅显示一个这样的示例性沟槽110。

横向定向沟槽110包括有益于改善湿地和雪地牵引的构造。更具体地，对于所示的示例性实施例，沟槽110可以被分成由括号A、B和M表示并且称为中心部分130、过渡部分135和肩部部分140的三个部分。这些部分被连接并且彼此流体连通，如下所述。

中心部分130沿着轮胎的胎面区域120的中间M与圆周方向C成总体角α定位。角α将在与圆周方向C成大约15度到大约50度的范围内。下面将进一步论述具有不同角α的胎面区域。另外，优选地在中心部分130中的沟槽110的宽度在大约3mm(大约0.1181英寸)到大约5mm(大约0.1969英寸)的范围内。中心部分130描绘为在形状上是线性的。然而，也可以使用其它形状、例如波浪形或波形。在这样的情况下，总体角α表示沟槽相对于圆周方向C的总方向或扫掠。

一对过渡部分135围绕中心部分130定位，如括号B所示。每个过渡部分135沿着中心部分130的一侧定位并且连接到中心部分130的端部。因而，过渡部分135与中心部分130流体连通，在于例如沿着路面遇到的水可以在中心部分130和过渡部分135之间移动。对于图1的示例性实施例，每个过渡部分135的宽度在远离中心部分130并且朝着轮胎的肩部125移动的方向上增加。除了图1中所示的以外，也可以使用过渡部分135的其它总体形状和宽度。

一对肩部部分140定位在过渡部分135的外端145上。更具体地，每个肩部部分140至少部分地围绕轮胎的肩部125并且在胎面区域120中定位。肩部部分140在外端145处连接到过渡部分135并且与过渡部分135和中心部分130流体连通。因而，沿着路面遇到的水可以在中心部分130、过渡部分135和肩部部分140之间移动，甚至以以这样的方式离开胎面区域120。

横向定向沟槽110的肩部部分140沿着胎面区域120的肩部部分A与圆周方向C成总体角β定位。角β应当在与圆周方向C成大约75度到大约90度的范围内。另外，对于图1的示例性实施例，每个肩部部分140的宽度在远离中心部分130并且朝着轮胎的肩部125移动的方向上增加。肩部部分140可以包括不同于图1中所示的其它形状和宽度。在这样的情况下，总体角β表示部分140的沟槽相对于圆周方向C的总方向或扫掠。

对于图1的示例性实施例，沟槽110的每个部分130、135和140配备有多个刀槽花纹115。如图所示，刀槽花纹115是线性的并且沿着横向方向T定向；也可以使用其它取向和形状。刀槽花纹115提供用于牵引的附加抓地力，但是不产生用于流体进入和离开沟槽110的附加路径。因此，刀槽花纹115不允许沟槽110之间的流体连通。沿着圆周方向C的刀槽花纹115的密度可以增加以便改善雪地牵引。另外，如果需要，刀槽花纹115也可以带有用于在操作期间接收雪或水的腔(未显示)。也将理解用于构造胎面区域120的胎面橡胶的选择可以被调节以改善雪地牵引。例如，更挠性的橡胶混配物可以被选择用于胎面区域120的构造以便改善雪地牵引。

值得注意的是，尽管多个沟槽110将通过胎面区域120沿着圆周方向C间隔，但是沟槽110不彼此连接。更特别地，不提供将连接单独的沟槽110和另一沟槽110从而提供其间的基本流体连通的沟槽或其它特征。不同于许多常规轮胎，例如，没有连接沟槽110和另一相邻沟槽110的胎面区域120中的圆周定向沟槽或其它胎面特征。因此，沟槽110中的流动运动必须在部分130、135和140之间并且不发生相邻沟槽110之间的基本流体运动。至少由于该原因，沟槽110提供改善的湿地和雪地牵引而没有在存在沿着圆周方向C定向的沟槽的情况下将发生的雪地牵引的降低。

如图1中所示，沟槽110总体具有大体s形外观并且提供具有无方向性胎面花纹的轮胎。然而，使用本文中公开的教导的本领域的技术人员将理解沟槽110可以用于产生其它花纹形状。例如，现在参考图2，其中相似的附图标记用于表示相似的特征，具有胎面区域120的轮胎描绘为具有多个沟槽210和刀槽花纹215。与沟槽110一样，每个沟槽210具有沿着肩部225定位的中心部分230、过渡部分235和肩部部分240。然而，沟槽210产生大体v形外观并且提供轮胎具有方向性的胎面花纹。应当注意可以通过关于轮胎的中平面镜像图1中所示的花纹的一半而产生图2中所示的实施例。然而，如先前所述，该设计具有实质上是有方向性的缺陷。

再次地，可以使用本发明的横向定向沟槽的不同实施例产生其它花纹，其需要针对它们在使用中倾向于具有的下拉扭矩的解决方案。作为另一例子，沟槽110可以构造成具有延伸横越胎面区域120的整个宽度的中心部分130并且没有过渡部分135或肩部部分140。用于中心部分130的非线性形状也可以被使用，假如沟槽110未以允许其间的水的显著流动(即，流体连通)的方式被连接。

为了确保本发明的某些方面的效能，用湿地和雪地牵引的测试执行胎面研究。图3A至3D示意性地表示被测试的轮胎的胎面区域320、420、520和620。245/45R17的轮胎尺寸用于研究。如图3A至3D中所示，每个胎面区域具有延伸横越相应的胎面区域的多个横向定向沟槽310、410、510和610。值得注意的是，胎面区域320代表沟槽310的0度(即，完全圆周)取向。胎面区域420代表12度，胎面区域520代表30度，并且胎面区域620代表45度。

使用可以大体上如下描述的测试程序针对滑水性能测试每个胎面花纹：构造八个轮胎。至少两个轮胎均构造成具有如图3A至3D中的一个中示意性表示的胎面区域使得提供总共四对，每对承载这四个花纹中的一个。

具有前轮驱动的测试车辆的前轮然后配备有两个轮胎，每个轮胎具有相同的胎面花纹。测试车辆以50kph(大约31英里/小时)的速度在柏油跑道上被驱动通过具有8mm(0.315英寸)的深度的水。优选地，通过使用例如车辆的巡航控制保持该速度。一旦车辆达到验证区域，驾驶员尽可能快速地加速车辆持续30-50m(大约98-164英尺)(根据需要该距离是固定的)以了解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(3.107英里/小时)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，然后如先前所述进行在相同条件下的另外三次运行。通常，进行总共五次运行，第一和最后运行仅仅用于参考。然后从这些运行采集数据并且进行发生滑水的速度的统计学相关计算，所述速度对应于10％滑移发生时的车辆速度。使用该数据，产生性能测量结果。

因此，表1总结滑水的测试的结果。

表1

花纹320被赋予100的值，原因是沟槽310平行于圆周方向并且理论上表示该花纹的最佳性能。如结果所证明的，与圆周方向成高达45度的角α获得改善的湿地牵引性能。该结果是明显的，原因是传统上预期当横向沟槽(410、510和610)远离由沟槽310表示的完美圆周取向定向时湿地性能将减小。

也使用可以大体上如下描述的测试程序针对雪地牵引性能测试每个胎面花纹：在由测试机器提供的驱动扭矩下进行轮胎mu-滑移曲线的分析测量。一般而言，mu-滑移曲线由竖直轴线上的车轮和运行表面之间的摩擦系数μ(mu)和水平轴线上的滑移率表示。测试协议包括在2mph(3.219千米/小时)DIV(40％滑移)之后的1.5秒间隔期间测量的平均μ(mu)。在其上进行测试的跑道是具有大约85的CTI透度计值的软雪地跑道。

表2总结雪地牵引的测试的结果。

表2

花纹320被赋予100的值以作参考。如表2中的数据所证明的，当横向沟槽与圆周方向所成的角增加时雪地牵引性能大幅地增加。

因此，如本发明中所述的横向定向沟槽提供具有改善的湿地和雪地牵引的轮胎而没有两者之间的性能的不可接受权衡。另外，与常规设计相比，使用圆周定向沟槽来提供改善的湿地牵引(以雪地牵引为代价)被避免。

滑水分析

已知这些折衷结果，本发明的发明人研究为何这些设计显示这样的良好滑水结果。使用商业上可获得的ABAQUS 6.10有限元分析软件，简化轮胎胎面花纹和下方的帘布层结构被建模。尽管实际轮胎胎面是3D弯曲梁，但是可以通过将该结构看作受到均匀压力的简支梁而建模1阶冠部结构刚度。在该问题中，压力表示水动压力，梁是轮胎的冠部(由胎面、下胎面和所有帘布层增强件组成)，并且支撑件是肩部。

在图4中显示模型。该结构具有胎面700、下胎面710、两个带束或交叉帘布层720以及径向胎体帘布层730。它简单地支撑在左(T＝0)和右(T＝180mm(7.087英寸))侧上，并且在Z方向上受到1巴压力。冠部宽度相当于大体上在205/55R16轮胎上出现的宽度。

图4A中的图像显示该结构的更精细视图，不同的材料以不同的交叉剖面线显示。可以看到帘布层结构。帘布层结构刚度用使用FEA软件、例如ABAQUS的领域中的技术人员熟悉的各向同性和各向异性材料定义适当地表示。对于两个钢帘布层：方向1＝线缆方向＝对于帘布层1与C(圆周)方向成+25度(顺时针)，对于帘布层2为-25度(逆时针)；方向2＝在帘布层的平面中，右手法则；并且方向3＝使用右手法则从方向1和2导出。杨氏模量为E1＝20000MPa，E2＝E3＝30MPa，泊松比为υ₁₂＝υ₁₃＝υ₂₃＝0.5，G12＝G23＝5MPa，G13＝100MPa。对于胎体帘布层：方向1＝90度(Y方向)；E1＝1000MPa，E2＝E3＝20MPa，υ₁₂＝υ₁₃＝υ₂₃＝0.5，G12＝G23＝4MPa，并且G13＝7MPa。同时胎面橡胶是各向同性的，E＝5MPa，并且下胎面橡胶是各向同性的，E＝20MPa。

在图5中显示变形几何形状的例子。各交叉剖面线表示在Z方向上的不同偏转量。对于该研究，绝对Z偏转是任意的，原因是所示的偏转实际上在与胎面在使用中实际经历的相反的方向上。重要参数是不同解决方案之间的相对偏转，原因是所示的偏转将与当在实际轮胎上使用时经历的相等并且相反。设计目标是通过改变胎面花纹最小化Z偏转。

分析若干不同胎面花纹解决方案。图6描绘胎面花纹的例子，所述例子具有一直横越冠部的对角和连续肋，类似于上面针对雪地和滑水性能测试的。

在另一方面，图7显示相同花纹的例子，但是具有横越对角肋的切口或沟槽。参考横向的或横向方向T，肋的倾斜角表示为θ。

下面的表3总结该FEA研究的结果。对于所有情况胎面深度＝9mm(0.3543英寸)，肋X或C距离＝20mm(0.7874英寸)，并且对角沟槽X或C宽度＝6.5mm(0.2559英寸)。

表3

这些结果显示消除横越45度对角肋的所有切口使结构冠部弯曲刚度增加37％。如果肋成0度角定向—在横向方向上径直横越冠部，则与参考相比刚度最大化为241％。因此，我们看到消除肋间断增加刚度，这有益于滑水。我们也看到增加肋倾斜角也改善结构刚度。

雕花轮胎滑水结果

针对滑水考虑的其它参数是胎面设计的排水效能。这用雕花轮胎进行研究。使用用于确定滑水速度的上述测试协议确定滑水速度，区别在于使用65kph(大约40英里/小时)的进场速度并且测试区域的长度为85m(278.9英尺)，实际上仅仅测量20m(65.62英尺)的运行。

使用该协议，具有不同空隙体积比的胎面花纹的轮胎被测量。独立地改变横向空隙体积和圆周空隙体积，而总空隙体积保持恒定。对于是195/65R15号轮胎的每个轮胎，负荷为625DaN并且内部空气压力为2.3巴。在图8A至8D中经由它们的关联印迹相应地显示轮胎A至D的四个胎面花纹。下面在表4中显示横向空隙对比总空隙、圆周空隙对比总空隙和滑水性能的相应百分比。

表4

来自A、B和C的结果显示连续、未破坏圆周空隙体积比横向和圆周的组合更高效。实际上，更高的横向空隙提供更低的效能。轮胎D的结果显示没有肋间断的对角、方向性花纹是最高效的。

图9和10中的图像是以55mph(大约88千米/小时)运行通过水的两个不同P215/70R15号轮胎的印迹。图10中的轮胎具有更高的横向空隙，具有开孔块结构。图9中的轮胎更接近直肋轮胎。直肋轮胎具有更小的水紊流和3x高的接触面积。这也与上面报告的结果一致。

如先前所述，方向性轮胎在滑水性能方面具有优点，但是具有其它缺点。方向性轮胎不能像无方向性轮胎那样交叉旋转。也存在优选的安装方向，其增加安装车间和OE制造商的后勤困难。在另一方面，在滑水性能上最佳的无方向性轮胎具有连续圆周肋。然而，对于雪地牵引，横向特征是重要的。但是，一起使用的横向特征和圆周特征减小滑水性能。延伸横越胎面并且没有它们之间的流体连通的横向沟槽的使用打破该折衷。

该设计由于三个原因打破该折衷。第一，它具有高弯曲刚度，如先前所述。这有益于滑水性能。第二，它表现基本上类似于直肋轮胎，类似于雕花轮胎研究中的轮胎C，但是由于对角花纹产生横向特征。它可以具有出色的雪地牵引而不降低滑水性能。第三，它具有高接触表面比，这有益于磨损和干式牵引。由于肋是连续的，因此实际橡胶体积很高。胎面花纹效能改善，原因是同时实现圆周和横向功能(滑水和雪地)。

用于下拉扭矩的解决方案

未破坏的对角胎面花纹具有缺点，原因是它们倾向于具有下拉扭矩。对角特征产生F_C(扭矩)和F_T(横向的或横向力)之间的耦合。因此，必须通过适当地分析并且设计胎面花纹克服该问题。耦合的程度是胎面高度除以圆周方向上的肋的宽度的比率的强函数(参见图11)。它也在很大程度上取决于肋的倾斜角θ。这些影响在使用Abaqus FEA生成的图12中描绘的图形中被显示。

FEA显示F_TF_C耦合随着θ增加；但是，对于最佳雪地/滑水性能期望具有θ＝45度。因此，必须选择大约0.67的H/B比率以便将耦合从0.28减小到大约0.075。7.5％是替换市场轮胎可接受的值。对于一些原始设备顾客可能需要更加低的值、例如3％。

为了组合这些设计要素并且检验由FEA指示的方向，雕刻两个附加轮胎。这些在图13和14中示出。在205/55R16的尺度中雕刻，轮胎E和F是相同的，区别在于轮胎E(在图13中显示)具有2mm(0.07874英寸)宽度的圆周沟槽，而轮胎F(在图14中显示)仅仅具有成45度倾斜角的连续对角肋。CSR(接触表面比)对于轮胎F为0.73并且对于轮胎E为.77。两者具有8mm(0.315英寸)的胎面深度。

从本领域技术人员的传统观点来看，减小CSR(尤其通过增加圆周特征)应当改善滑水性能。在滑水中测试轮胎E和F。轮胎F优于轮胎E 3.2％(平均4次运行/轮胎)。另外轮胎F相当于具有CSR＝0.71和9mm(0.3543英寸)的胎面深度的目前生产的全季轮胎。

该结果证实对角胎面花纹对于滑水性能具有很大的效能并且对于该设计抑制圆周特征具有非直观的优点，其与胎面弯曲刚度相关，并且潜在地也与水紊流的减小相关。

因此，该胎面花纹概念的最佳实践是轮胎F。该设计将接触区域的中心内的对角花纹的效能与肩部中的更宽的、更多的横向沟槽相组合，以允许肩部区域中的水的更好横向排出。另外，没有圆周空隙并且肋是连续的。该设计很类似于图1中所示和所述的设计，区别在于H/B尺度被优化以便减小下拉扭矩。对于轮胎F，H/B比率为0.50。该轮胎然后使用机器测试程序针对下拉扭矩进行测试。该205/55R16号轮胎的负荷条件为：2.4巴，460kg负荷，和3.5kph的速度。该负荷值表示使用该尺寸的轮胎的前轮驱动汽车的最大负荷的75％。测试机器然后针对零度的滑移角的自由滚动条件测量横向力。然后，增加驱动扭矩。使用斜升特性(signature)，由此扭矩在一分钟时间内从零线性地增加到400N*m。机器再次测量横向力并且然后数据处理计算圆周和横向力之间的关系。

而且，使用上述的经修改的测试协议测试滑水性能。测试结果如下。滑水性能被确定为比仅仅具有7.6mm(0.2992英寸)的胎面深度和77％的CSR的新轮胎好1.5％，好于MXV4卓越(Primacy)轮胎，其缺少倾斜沟槽，具有70％的CSR并且具有9mm(0.3543英寸)胎面深度。而且，当受到驱动扭矩时具有适当的H/B比率的改善轮胎的下拉扭矩系数为2.9％。

这些结果显示对于这样的设计改变H/B比率出乎预料地减小下拉扭矩而不明显地改变滑水性能。尽管未重新测试雪地牵引，但是发明人相信对雪地牵引的影响低，并且已知证明对于横向定向s形沟槽可能的大增益、例如50％，通过修改H/B比率产生的任何损失对于轮胎的总体性能而言将不重要，并且已有效地打破雪地和湿地牵引折衷。而且，本发明允许滑水性能的改善，同时保持良好的下拉扭矩特性，同时允许较低胎面深度和较高接触表面面积的使用。该解决方案也提供关键结果，原因在于具有湿地和雪地牵引的这样的改善的轮胎对于原始设备制造商而言也将是有销路的，其具有当车辆加速时轮胎施加到车辆上的下拉扭矩的量的较低公差、例如3％。

在发明人预期的又一实施例中，轮胎F将被修改使得它将具有等于0.76的CSR，1.5mm(0.05906英寸)x 1.5mm(0.05906英寸)倒角将围绕沟槽的周边出现(参见由本发明的受让人共同拥有的已公开专利申请第WO2011062595(A1)号以获得该技术的进一步描述)，45度的沟槽倾斜角和等于7.5mm(0.2953英寸)的胎面深度。换句话说，具有符合H/B的特定要求以固定下拉扭矩的连续对角肋、高CSR、45度肋倾斜和倒角的轮胎可以与合适的胎面橡胶一起使用，从而产生出色的干式、湿地、雪地和磨损性能。

尽管已关于本发明的具体示例性实施例和方法描述了本发明的主题，但是将领会本领域的技术人员当理解前述的内容时可以容易地产生这样的实施例的更改、变化和等效替代。例如，尽管H/B尺度的优化已特别地应用于s形沟槽，但是可以预料当前的设计也可以应用于使用倾斜沟槽的任何设计，例如已公开专利申请第WO2012002947(A1)号中所述的设计。因此，本公开的范围仅仅作为例子而不是作为限制，并且本领域的普通技术人员将显而易见，本公开不排除包括本主题的这样的修改、变化和/或添加。

Claims (15)

1.一种用于高速、道路上使用的轮胎，所述轮胎限定横向方向和圆周方向并且具有沿着所述轮胎的每一侧定位的肩部，所述轮胎包括：

定位在所述轮胎的所述肩部之间的胎面区域，所述胎面区域还包括在所述轮胎的所述肩部之间并且横越所述胎面区域延伸的多个横向定向沟槽，其中所述沟槽具有一部分，所述部分相对于所述圆周方向倾斜并且具有宽度并且限定肋，所述肋具有与其关联的H和B尺度，其中H/B的比率具有1或更小的值。

2.根据权利要求1所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其还包括中心部分，所述中心部分以与所述圆周方向成在大约30度到大约50度的范围内的总体角定位，并且其中所述多个横向定向沟槽不由将提供所述横向定向沟槽之间的流体连通的沟槽或其它特征连接。

3.根据权利要求2所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述中心部分具有在大约3mm(大约0.1181英寸)到大约5mm(大约0.1969英寸)的范围内的沟槽宽度。

4.根据权利要求2所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其还包括一对过渡部分，每个所述过渡部分定位成与所述中心部分流体连通并且连接到所述中心部分的端部。

5.根据权利要求4所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述过渡部分的沟槽宽度在远离所述中心部分朝着所述轮胎的所述肩部移动的方向上增加。

6.根据权利要求4所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其还包括一对肩部部分，每个所述肩部部分定位成与所述中心部分和所述过渡部分流体连通，所述肩部部分连接到所述过渡部分的外端并且至少部分地沿着所述轮胎的所述肩部定位。

7.根据权利要求6所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述肩部部分以与所述圆周方向成在大约75度到大约90度的范围内的总体角定向。

8.根据权利要求7所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述肩部部分以与所述圆周方向成在大约80度到大约90度的范围内的总体角定向。

9.根据权利要求6所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述肩部部分的沟槽宽度在远离所述中心部分朝着所述轮胎的所述肩部移动的方向上增加。

10.根据权利要求6所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其还包括在所述多个横向定向沟槽之间延伸的多个刀槽花纹。

11.根据权利要求10所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述刀槽花纹包括用于在所述轮胎的操作期间接收水或雪的腔。

12.根据权利要求1所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述胎面具有至少.7或更高的接触表面比。

13.根据权利要求6所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述中心部分在形状上是线性的。

14.根据权利要求1所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述多个横向定向沟槽的每一个具有大体s形的外观，并且其中所述胎面还包括一个或多个刀槽花纹，所述刀槽花纹平行于所述沟槽中的一个的一部分延伸的方向延伸。

15.根据权利要求1所述的用于高速、道路上使用的轮胎，其中所述胎面包括沿着每个沟槽的边缘，所述边缘具有在其上的至少1mm(0.03937英寸)x 1mm(0.03937英寸)倒角。