CN105270102B - 一种基于仿生非光滑结构的轮胎花纹及高性能子午线轿车轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于仿生非光滑结构的轮胎花纹及高性能子午线轿车轮胎，所述轮胎花纹包括4条纵向沟槽，所述纵向沟槽深度为8～10mm，宽度为6～8mm，所述纵向沟槽侧壁均与轮胎径向平面呈5°～10°的夹角，所述侧壁上具有截面为沿轮胎周向连续排列的流线型花纹凹槽，所述流线型花纹凹槽壁面在轮胎轴向方向上的弧长为6°/360°×L，其中L为轮胎外圈周长，流线型花纹凹槽的高度为纵向沟槽深度的20～30％，所述流线型花纹凹槽最大深度为所述纵向沟槽宽度的5～10％。本发明既可以降低轮胎胎面纵向花纹沟内产生的流体噪声，又可以提高路面积水在纵向花纹沟的流通性，且在轮胎一定磨损的情况下，通过增加接地面积来提高轮胎的抓地力。

Description

一种基于仿生非光滑结构的轮胎花纹及高性能子午线轿车 轮胎

技术领域

本发明属于汽车轮胎领域，尤其是一种基于仿生非光滑结构的轮胎及高性能子午线轿车轮胎。

背景技术

随着车辆的不断增多，交通噪声污染已经影响城市居民的正常生活，其中车辆噪声源在交通噪声污染的重要部分。当车辆达到一定速度时候，轮胎噪声就会凸现出来并占据主要的地位。为了限制轮胎噪声的大小，2009年欧盟最新颁布EC661/2009《欧盟汽车一般安全的行驶认证要求》和EC1222/2009《有关燃油效率及其他参数的轮胎标签》，这其中对轮胎滚动阻力、湿路面抓着性及道路通过噪声提出了具体的要求，明确提出对于有关轮胎湿路面抓着性能等级及噪声等级的轮胎标签要求与2012年7月1日开始实施。与此类似的法规在日本、美国已开始实施。然而，我国尚未出台轮胎湿滑和噪声的具体法规标准。

汽车轮胎在研发和使用过程中需要面对诸多性能不相容的矛盾，如轮胎耐磨性、滚动阻力和抓地性能是轮胎的最主要性能，由于橡胶材料的固有特性，这三个性能相互制约且矛盾突出，因此三者的关系被称为“魔鬼三角”，至今没有有效的突破方法。随着社会经济的发展，“舒适”、“安全”和“环保”的理念已经深入人心，对汽车轮胎的抗湿滑和噪声性能提出了更高的要求。轮胎抗湿滑和噪声性能与花纹结构和花纹沟槽内流体介质的流动存在密切的联系，呈现出难以调和的矛盾：一方面花纹沟空间体积增加会减小花纹块体积，增加海陆比和接地压力，有利于花纹的排水，进而提高轮胎抗湿滑性能；另一方面花纹沟空间体积的增加，在增加轮胎海陆比和接地压力的同时增加了花纹沟槽的变形，从而增加了轮胎的噪声。由于这种矛盾的存在，目前的轮胎花纹结构设计方法只能认同顾此失彼的现实，为此，探索研究新的轮胎花纹设计理论和方法来解决轮胎抗湿滑和噪声性能矛盾是非常必要的。

随着研究的不断深入，为提高轮胎综合性能，轮胎科技工作者不再局限于传统花纹的设计理论方法，已经开始探索利用生物信息进行轮胎花纹设计。韩泰轮胎公司研发了仿凤凰图腾的非对称花纹，能使轮胎行驶时的积水有效排出，将“水滑现象”最小化，并采用柔和的平滑过渡处理，有效减少了共振音。固特异公司提出的“霸力泡”，即在轮胎花纹沟槽之间制作出可以互相咬合半球状凸起和凹陷来抑制了花纹块形变，提高抓地力的同时还能降低轮胎噪声；东洋(Toyo)轮胎提出一种静音墙的概念，即将锯齿状的凹槽密集分布在轮胎花纹沟侧壁上，其扰流作用会降低轮胎噪声。已有公开专利“201310560419.8”、“201210342761.6”、“US6866076B2”发明专利虽然使用仿生非光滑结构来改善轮胎噪声和滑水性能，但是这种仿生花纹设计无法保证轮胎在磨损后抓地能力的不牺牲，因为这种花纹设计方法难以保证接地面积持续呈现增大趋势。随着欧盟法规标签的实施、绿色轮胎的推广和轮胎综合性能的重视，这就需要一款拥有创新设计理念的轮胎来适应市场的需求。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于仿生非光滑结构的轮胎花纹及高性能子午线轿车轮胎，能够干扰轮胎纵向花纹沟内产生的流体噪声，从而降低噪声，同时提高了纵向花纹沟的流体通过性，由于采用变截面花纹沟设计，能够在轮胎行驶一定里程胎面磨耗的基础上，保证足够大的轮胎胎面与地面的接触面积，从而为车辆提供了足够高的滑水速度和良好的地面抓地力。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于仿生非光滑结构的轮胎花纹，其特征在于，包括四条纵向沟槽，所述纵向沟槽深度为8～10mm，宽度为6～8mm，所述纵向沟槽侧壁均与轮胎径向平面呈5°～10°的夹角，所述侧壁上具有截面为沿轮胎周向连续排列的流线型花纹凹槽，所述流线型花纹凹槽壁面在轮胎轴向方向上的弧长为6°/360°×L，其中L为轮胎外圈周长，流线型花纹凹槽的高度为纵向沟槽深度的20～30％，所述流线型花纹凹槽最大深度为所述纵向沟槽宽度的5～10％。

优选地，所述侧壁为二阶阶梯状，由上段侧壁、下段侧壁及位于上段侧壁与下段侧壁之间的台阶平台，所述流线型花纹凹槽设置在上段侧壁上，所述上段侧壁的高度与流线型花纹凹槽的高度相等。

优选地，所述台阶平台的宽度为纵向沟槽宽度的6～10％，所述台阶平台至纵向沟槽底面的高度取纵向沟槽深度的70～80％。

优选地，在保证胎面侧向截面上，纵向沟槽两侧上段侧壁上的流线型花纹凹槽之间的距离保持一致的前提下呈非对称设置。纵向沟槽两侧上段侧壁上的流线型花纹凹槽错开半个流线型花纹凹槽的长度排列。

优选地，位于轮胎胎面两侧的两条纵向沟槽的宽度比位于内侧纵向沟槽的宽度大1～2mm。

一种高性能子午线轿车轮胎，其特征在于，所述轮胎台面上设有所述的基于仿生非光滑结构的轮胎花纹。

本发明中，纵向沟槽侧壁上部分圆弧设计、下部分平面设计，形成了纵向沟槽的变截面二阶阶梯状设计。纵向沟槽上部设置流线型花纹凹槽，使得花纹块具有足够多的尖角形状存在，能够保证胎面花纹块具有快速切破沟槽内及路面水膜的能力，大大的提高了沟内流体通过性，进而提高了轮胎的滑水速度。另外，这种设计具有缓冲作用，在滚动轮胎承受法向载荷时，使得花纹块应力在纵向沟槽壁面上非连续高强度分布，在圆弧底部设置的台阶平台有过渡缓冲作用，从而在有效地缓解凹槽底部的应力集中现象，防止过早沟底裂破坏现象发生，最终提高花纹抓地能力和使用寿命。

纵向沟槽侧壁的下部平面壁面与上部的光滑的流线型花纹凹槽壁面形成阶梯式的过渡，这样在轮胎行驶里程超过一定限值时，轮胎纵向沟槽因为胎面橡胶磨损会变浅，一旦胎面橡胶磨损量超过流线型花纹凹槽的深度，也即流线型花纹凹槽不再存在。但本发明的轮胎纵向沟槽由于采用二阶阶梯形状，在胎面流线型花纹凹槽经磨损不存在时，台阶平台下部的花纹块开始与路面接触，由于纵向沟槽侧壁与轮胎径向平面呈5°～10°夹角设计，这样就相对于纵向沟槽侧壁垂直设计的轮胎而言，增大了磨损轮胎的接地面积，从而保证磨损后的轮胎依旧具有良好的轮胎的抓地力。

在保证胎面侧向截面上，纵向沟槽两侧壁上段侧壁上的流线型花纹凹槽之间的距离保持一致的前提下呈非对称设置，保证在沿轮胎断面宽度方向上，轮胎花纹块面积与沟槽面积之比为定值，从而保证滚动轮胎持续的接地过程中有效的花纹块接地宽度的保持不变，从而降低路面对轮胎的冲击力，提升轮胎的舒适性。

位于轮胎胎面两侧的两条纵向沟槽的宽度比位于内侧纵向沟槽的宽度大1～2mm，将胎面花纹分割为不等宽度的花纹块，胎面两侧花纹块宽度略小胎面内侧花纹块宽度，在增加轮胎承受载荷时，确保轮胎胎面内侧花纹具有足够的抓地能力和胎面两侧花纹沟槽的排水能力，进而提高轮胎在干湿地面的操纵稳定性。

综上所述，本发明的轮胎胎面花纹在原有高性能的花纹的基础上进行修改，在不牺牲原有轮胎诸如滚动阻力等综合性能的基础上，通过在纵向沟槽的侧壁上增加流线型花纹凹槽，从而干扰外部气流在纵向沟槽内流动特性，来降低纵向沟槽内部气体运动产生的噪声，同时，流线型花纹凹槽的引入增加了胎面花纹的海陆比，又可以提高路面积水在纵向花纹沟的流通性，在降低轮胎噪声产生的同时增加了轮胎纵向沟槽的排水能力，且在轮胎一定磨损的情况下，通过增加接地面积来提高轮胎的抓地力。同时具有良好的制动性能和操纵稳定性，且外形美观大方。该胎面花纹沟适应于高性能子午线轿车轮胎。

附图说明

图1为所述轮胎的局部立体图。

图2为本发明所述基于仿生非光滑结构的轮胎花纹一种实施例的截面图。

图3为图2中Ⅰ处的俯视图。

图4为图3中A处截面的局部放大图。

图5为图3中B处截面的局部放大图。

附图标记说明如下：

1-轮胎，2-纵向沟槽，3-流线型花纹凹槽，4-上段侧壁，5-下段侧壁，6-台阶平台。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述基于仿生非光滑结构的胎面花纹沟适应于高性能子午线轿车轮胎1，如图1所示，所述基于仿生非光滑结构的轮胎花纹，在原有高性能的四条纵向沟槽2的基础上进行修改，所述纵向沟槽2深度为8～10mm，宽度为6～8mm，所述纵向沟槽2的侧壁均与轮胎径向平面呈5°～10°的夹角。所述侧壁上具有截面为沿轮胎周向连续排列的流线型花纹凹槽3。所述流线型花纹凹槽3壁面在轮胎轴向方向上的弧长L₁为6°/360°×L，其中L为轮胎外圈周长，流线型花纹凹槽3的高度为纵向沟槽2深度的20～30％，所述流线型花纹凹槽3最大深度为所述纵向沟槽2宽度的5～10％。纵向沟槽2上部设置流线型花纹凹槽3，使得花纹块具有足够多的尖角形状存在，能够保证胎面花纹块具有快速切破沟槽内及路面水膜的能力，大大的提高了沟内流体通过性，进而提高了轮胎的滑水速度。另外，这种设计具有缓冲作用，在滚动轮胎承受法向载荷时，使得花纹块应力在纵向沟槽2壁面上非连续高强度分布，在圆弧底部设置的台阶平台6有过渡缓冲作用，从而在有效地缓解凹槽3底部的应力集中现象，防止过早沟底裂破坏现象发生，最终提高花纹抓地能力和使用寿命。

如图2、图3所示，所述纵向沟槽2的侧壁为二阶阶梯状，由上段侧壁4、下段侧壁5及位于上段侧壁4与下段侧壁5之间的台阶平台6，所述流线型花纹凹槽3设置在上段侧壁4上，所述上段侧壁4的高度与流线型花纹凹槽3的高度相等。纵向沟槽2侧壁的下部平面壁面与上部的光滑的流线型花纹凹槽3壁面形成阶梯式的过渡，这样在轮胎行驶里程超过一定限值时，轮胎纵向沟槽2因为胎面橡胶磨损会变浅，一旦胎面橡胶磨损量超过流线型花纹凹槽3的深度，也即流线型花纹凹槽3不再存在。但本发明的轮胎纵向沟槽2由于采用二阶阶梯形状，在胎面流线型花纹凹槽3经磨损不存在时，台阶平台6下部的花纹块开始与路面接触，由于纵向沟槽2侧壁与轮胎径向平面呈5°～10°夹角设计，这样就相对于纵向沟槽2侧壁垂直设计的轮胎而言，增大了磨损轮胎的接地面积，从而保证磨损后的轮胎依旧具有良好的轮胎的抓地力。较佳地，所述台阶平台6的宽度为纵向沟槽2宽度的6～10％，所述台阶平台6至纵向沟槽2底面的高度取纵向沟槽2深度的70～80％。

如图4、图5所示，在保证胎面侧向截面上，纵向沟槽2两侧上段侧壁4上的流线型花纹凹槽3之间的距离保持一致的前提下呈非对称设置。纵向沟槽2两侧上段侧壁4上的流线型花纹凹槽3错开半个流线型花纹凹槽3的长度排列。保证在沿轮胎断面宽度方向上，轮胎花纹块面积与沟槽面积之比为定值，从而保证滚动轮胎持续的接地过程中有效的花纹块接地宽度的保持不变，从而降低路面对轮胎的冲击力，提升轮胎的舒适性。

如图2所示，纵向沟槽2的数量为4条，位于轮胎胎面两侧的两条纵向沟槽O的宽度比位于内侧纵向沟槽N的宽度大1～2mm。将胎面花纹分割为不等宽度的花纹块，胎面两侧花纹块宽度略小胎面内侧花纹块宽度，在增加轮胎承受载荷时，确保轮胎胎面内侧花纹具有足够的抓地能力和胎面两侧花纹沟槽的排水能力，进而提高轮胎在干湿地面的操纵稳定性。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于仿生非光滑结构的轮胎花纹，其特征在于，包括四条纵向沟槽(2)，所述纵向沟槽(2)深度为8～10mm，宽度为6～8mm，所述纵向沟槽(2)侧壁均与轮胎径向平面呈5°～10°的夹角，所述侧壁上具有截面为沿轮胎周向连续排列的流线型花纹凹槽(3)，所述流线型花纹凹槽(3)壁面在轮胎轴向方向上的弧长为6°/360°×L，其中L为轮胎外圈周长，流线型花纹凹槽(3)的高度为纵向沟槽(2)深度的20～30％，所述流线型花纹凹槽(3)最大深度为所述纵向沟槽(2)宽度的5～10％，所述侧壁为二阶阶梯状，由上段侧壁(4)、下段侧壁(5)及位于上段侧壁(4)与下段侧壁(5)之间的台阶平台(6)，所述流线型花纹凹槽(3)设置在上段侧壁(4)上，所述上段侧壁(4)的高度与流线型花纹凹槽(3)的高度相等，在保证胎面侧向截面上，纵向沟槽(2)两侧上段侧壁(4)上的流线型花纹凹槽(3)之间的距离保持一致的前提下呈非对称设置，纵向沟槽(2)两侧上段侧壁(4)上的流线型花纹凹槽(3)错开半个流线型花纹凹槽(3)的长度排列。

2.根据权利要求1所述的基于仿生非光滑结构的轮胎花纹，其特征在于，所述台阶平台(6)的宽度为纵向沟槽(2)宽度的6～10％，所述台阶平台(6)至纵向沟槽(2)底面的高度取纵向沟槽(2)深度的70～80％。

3.根据权利要求1所述的基于仿生非光滑结构的轮胎花纹，其特征在于，位于轮胎胎面两侧的两条纵向沟槽(2)的宽度比位于内侧纵向沟槽(2)的宽度大1～2mm。

4.一种高性能子午线轿车轮胎，其特征在于，所述轮胎胎面上设有权利要求1-3中任一项所述的基于仿生非光滑结构的轮胎花纹。