CN105059058B - 具有低滚阻胎面轮廓的轿车用充气子午线轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充气轿车子午线轮胎，具有低滚阻胎面轮廓，在不降低轮胎其他性能的情况下，通过改善和控制轮胎胎面轮廓形状，达到改善接地状况、改善轮胎接地时的变形，实现轮胎滚动阻力的降低。所述轮胎包括胎面，该胎面在轮胎子午线的截面上、从轮胎赤道面与胎面轮廓的交点到胎肩部的起始处的胎冠部轮廓依次分成第一段冠弧和第二段冠弧，所述第一段冠弧的外径R1、所述第二段冠弧的外径R2以及胎肩部处的胎面轮廓的外径R3具有0.43≤R1/R2≤1和0.43≤R2/R3≤1的关系，所述第一段冠弧的弧长α、所述第二冠弧的弧长β以及胎面宽度TDW具有0.33≤α/β≤3和0.11≤β/TDW≤0.431的关系。本发明通过控制胎冠部到胎肩部的平滑过渡，保证轮胎接地过程中应力的分布均匀，以及降低轮胎行驶中横向和纵向的变形，降低轮胎滚阻。

Description

具有低滚阻胎面轮廓的轿车用充气子午线轮胎
技术领域
本发明涉及充气轮胎技术领域，具体涉及一种能够降低滚阻、具有改良胎面轮廓的轿车用充气子午线轮胎。
背景技术
通常设计的轿车轮胎模腔所带有的轮廓给予成品轮胎一种三半径胎冠区域，从中心线开始，第一半径的值最高以便形成成品轮胎中最扁平的径向胎身面区域，第二半径使得能够在腔肩半径的起始处到达达到所需的胎模轮廓落差，第二半径的值介于第一半径与第三半径之间，第三半径为胎肩半径并且容许具有一渐进式接地印痕边缘和一与轮胎胎侧连接的胎冠区域接合处。
轮胎的滚阻即滚动阻力，是因为轮胎的弹性造成的效率损失。车轮在转动时，轮胎由于受到压力而不断产生形变，这个压力并不是垂直于地面的，而是指向圆心的，所以经过力的分解势必会产生一部分的阻力，这就是为什么充气不足的汽车开起来比较费油。单纯降低滚阻并不难，但是降低滚阻的同时总会牺牲轮胎的某些性能，在轮胎的三大性能中：耐磨，滚阻，抗湿滑，往往改善其中1-2条性能，会引起第三条性能的损失，所以想要做到三全，在技术上是不易解决的难题。
发明内容
本发明提供一种轿车用充气子午线轮胎，具有低滚阻胎面轮廓，在不降低轮胎其他性能的情况下，通过改善和控制轮胎胎面轮廓形状，达到改善接地状况、改善轮胎接地时的变形，实现轮胎滚动阻力的降低。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种具有低滚阻胎面轮廓的轿车用充气子午线轮胎，包括胎面，该胎面在轮胎子午线的截面上、从轮胎赤道面与胎面轮廓的交点到胎肩部的起始处的胎冠部轮廓依次分成第一段冠弧和第二段冠弧，所述第一段冠弧的外径R1、所述第二段冠弧的外径R2以及胎肩部处的胎面轮廓的外径R3具有0.43≤R1/R2≤1和0.43≤R2/R3≤1的关系，所述第一段冠弧的弧长α、所述第二段冠弧的弧长β以及胎面宽度TDW具有0.33≤α/β≤3和0.11≤β/TDW≤0.431的关系。
若小于所述范围时，轮胎接地受力将出现中心应力大，行驶过程中出现异常磨耗，且行驶过程中肩部变形量增加，不利于降低滚动阻力；若超出上述范围时，肩部磨耗异常，较快磨损。
进一步地，所述胎面上开设有在轮胎周向上延伸的至少四条周向主槽，所述周向主槽位于胎冠部处的冠部沟深为h1，所述周向主槽位于胎肩部处的肩部沟深为h2，所述胎肩部在轮胎子午线的截面上的下沉量为h3，所述h1、h2以及h3具有1.33≤h1/h2≤1.78和0.65≤h2/h3≤0.75的关系。
若小于上述范围后轮胎行驶过程中肩部变形量大，轮胎接地应力时肩部应力集中，增加变形量不利于降低滚阻；若超出上述范围后使用过程中磨耗不均匀，肩部较快结束磨耗寿命，轮胎到达磨耗标识，磨耗寿命结束。
优选地，所述h1：h2：h3等于13:9:14，波动在±0.5。
优选地，所述R1：R2：R3等于4:6:9，波动在±0.5。
优选地，所述α：β：TDW等于1:1:4，波动在±0.5
由以上技术方案可知，本发明通过改善和控制轮胎胎面轮廓形状，控制胎冠部到胎肩部的平滑过渡，保证轮胎接地过程中应力的分布均匀，以及降低轮胎行驶中横向和纵向的变形，降低轮胎滚阻。通过优化轮廓设计，轮胎滚阻降低6％左右。
附图说明
图1为本发明轿车用充气子午线轮胎的轮胎子午线方向的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
图1示出了本发明轿车用充气子午线轮胎的轮胎子午线方向的剖视图。附图标记CL是轮胎赤道面，附图标记L为主沟沟底连成的弧线，TDW为胎面宽度。
轮胎10包括胎体20以及设置于该胎体的轮胎径向外周的胎面30，该胎面30包括中间最扁平的胎冠部31以及设置于该胎冠部两侧的胎肩部32，所述胎冠部到胎肩部具有平滑过渡。
所述胎肩部32具有胎面端P，在具有方形的胎肩部的结构中，胎面端P指的是该胎肩部的边缘部的点，由于胎肩部为方形，因此胎面端与轮胎接地端一致；而在具有圆形的胎肩部的结构中，在轮胎子午线方向的截面上，取胎面部的轮廓与胎体胎侧部的轮廓的交点，从该交点引至胎肩部的垂线的垂足设为胎面端P。
所述胎面宽度TDW是指胎面30在轮胎子午线的截面上、从轮胎赤道面CL与胎面轮廓的交点到胎肩部的胎面端P的距离。
所述胎面30在轮胎子午线的截面上、从轮胎赤道面CL与胎面轮廓的交点到胎肩部的起始处的胎冠部轮廓依次可分成第一段冠弧31A和第二段冠弧31B，所述第一段冠弧31A的外径R1、所述第二段冠弧31B的外径R2以及胎肩部32的胎面轮廓的外径R3具有0.43≤R1/R2≤1和0.43≤R2/R3≤1的关系，优选地，所述R1：R2：R3等于4:6:9，波动在±0.5。
所述第一段冠弧31A的弧长α、所述第二段冠弧31B的弧长β以及胎面宽度TDW具有0.33≤α/β≤3和0.11≤β/TDW≤0.431的关系。优选地，所述α：β：TDW等于1:1:4，波动在±0.5。
所述胎面30上开设有在轮胎周向上延伸的至少四条周向主槽4，所述周向主槽位于胎冠部处的冠部沟深为h1，所述周向主槽位于胎肩部处的肩部沟深为h2，所述胎肩部在轮胎子午线的截面上的下沉量为h3，所述h1、h2以及h3具有1.33≤h1/h2≤1.78和0.65≤h2/h3≤0.75的关系。优选地，所述h1：h2：h3等于13:9:14(请修正数值)，波动在±0.5。
通过改变胎冠部轮廓弧线，限定α，β，h1，h2，h3，R1，R2，R3的函数关系，实现对轮胎胎面轮廓形状的设计，控制h1与h2的平滑过渡，保证轮胎接地过程中应力的分布均匀，以及降低轮胎行驶中横向和纵向的变形，从而控制轮胎接地时的变形，改善接地状况，实现轮胎滚动阻力的降低。
本发明通过轮胎有限元模拟分析，对比采用原设计和改善后设计的轮胎滚阻，优化后的轮廓制造轮胎后采用滚阻试验机测试轮胎的滚阻，对比改善前后滚阻差异。
下表，使用实施例的轮胎滚阻实验更详细的说明本发明技术效果：
采用ECE R117滚动阻力试验方法：
1.1适用范围
本标准适用于测量C1、C2和C3类新的充气轮胎的滚动阻力
1.2试验方法分类
轮胎轴测力法，测量或转换成轮胎轴上的反作用力；
转鼓轴扭矩法，测量转鼓的输入扭矩；
1.3试验条件
为了在试验条件(负荷、气压、温度)下精确测量轮胎轴的摩擦力，轮胎轮辋组合体的空气动力学损失、转鼓(和配备的电动机/或离合器)轴承摩擦力，以及转鼓的空气动力学损失，需要根据所选择的滚动阻力测量方法来确定附加损失的测量方法。当采用测力法和扭矩法时，实验室必须执行测试方法测量附加损失。
1.4轮胎轴测力法
Fpl＝Ft(1+rL/R)
式中：Ft—用牛顿表示的轮轴力(见6.4.6.1)；
rL—稳定状态下轮轴中心到转鼓外表面的距离，单位m；
R—转鼓半径，单位m。
1.5转鼓轴扭矩法
Fpl＝Tt/R
式中：Tt—(见6.4.6.1)中定义的输入扭矩，单位N·m；
R—转鼓半径，单位m。
1.6滚动阻力计算
1.6.1轮胎轴测力法
滚动阻力Fr通过以下公式计算，单位为N：
式中：Ft—轮轴力，单位N；
Fpl—按照6.5.1.2条计算的附加损失，单位N；
rL--在稳定状态下轮轴中心到转鼓外表面的距离，单位m；
R—转鼓半径，单位m。
1.6.2转鼓轴扭矩法
滚动阻力Fr通过以下公式计算，单位为N：
式中：Tt—输入扭矩，单位N·m；
Fpl—按照6.5.1.3条计算的附加损失，单位N；
R—转鼓半径，单位m。
1.6.3数据分析
滚动阻力系数Cr由滚动阻力除以轮胎负荷计算出来，公式如下：
式中：Fr—滚动阻力，单位N；
Lm—试验负荷，单位kN。
在经过温度修正和转鼓直径校正，最终得出测试结果。
1.7测试结果：
原有设计的轮胎滚阻性能指数是8.24，新的设计方式的三个实施例测试结果分别为7.5、7.7、7.8，通过优化轮廓设计，轮胎滚阻降低6％左右。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种具有低滚阻胎面轮廓的轿车用充气子午线轮胎，包括胎面，该胎面在轮胎子午线的截面上、从轮胎赤道面与胎面轮廓的交点到胎肩部的起始处的胎冠部轮廓依次分成第一段冠弧和第二段冠弧，其特征在于，所述第一段冠弧的外径R1、所述第二段冠弧的外径R2以及胎肩部处的胎面轮廓的外径R3具有0.43≤R1/R2≤1和0.43≤R2/R3≤1的关系，所述第一段冠弧的弧长α、所述第二段冠弧的弧长β以及胎面宽度TDW具有0.33≤α/β≤3和0.11≤β/TDW≤0.431的关系；
所述胎面上开设有在轮胎周向上延伸的至少四条周向主槽，所述周向主槽位于胎冠部处的冠部沟深为h1，所述周向主槽位于胎肩部处的肩部沟深为h2，所述胎肩部在轮胎子午线的截面上的下沉量为h3，所述h1、h2以及h3具有1.33≤h1/h2≤1.78和0.65≤h2/h3≤0.75的关系。
2.根据权利要求1所述的轿车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述h1：h2：h3等于13:9:14，波动在±0.5。
3.根据权利要求1所述的轿车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述R1：R2：R3等于4:6:9，波动在±0.5。
4.根据权利要求1所述的轿车用充气子午线轮胎，其特征在于，所述α：β：TDW等于1:1:4，波动在±0.5。
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