CN105408132A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充气轮胎，其在维持肩部上的耐磨性的同时还改善了燃料效率(即滚动阻力和空气阻力)。如果将轮胎截面宽度表示为Wt(单位：毫米)并将胎圈直径表示为Db(单位：英寸)，则满足以下等式(1)和(2)：(1)Wt≤-0.7257×(Db)2+42.763×Db-339.67；(2)Wt≥-0.7257×(Db)2+48.568×Db-552.33。此外，如果将轮胎轴向上的位置表示为Py，其中，y表示沿轮胎轴向离轮胎中心的距离与从轮胎中心至胎体上最大宽度位置的轮胎轴向上的距离L之间的比值；以及，将胎面厚度表示为t(y)时，所述胎面厚度是在轮胎轴向上的各位置Py处在轮胎径向上从胎体的外表面至胎面部的外表面的距离，则在由以下等式(3)表示的胎面厚度分布曲线f(y)中，当y＝0.4时，f(y)在0.03～0.06的范围，并且f(y)的变化率增至y＝0.4，随后减小：(3)f(y)＝1－t(y)/t(0)。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及维持肩部的耐不均匀磨损性能的同时还改善燃料消耗的充气轮胎。
背景技术
作为轮胎中燃料经济性的参数，已知为轮胎的滚动阻力和空气阻力。轮胎滚动阻力的主要原因是由于行驶时橡胶的反复变形而引起的能量损失。为了减少该滚动阻力，提倡使用具有低能量损失(低tanδ)的胎面胶。
当使用具有低能量损失的胎面胶时，虽然滚动阻力降低了，但是抓地性能(特别是湿抓地性能)降低，并且还存在耐磨性恶化的另一问题。如下述专利文献1和2所示，已对在改善耐磨性同时具有减小的滚动阻力的胎面胶组合物进行了研究。令人遗憾地，仅依赖橡胶组合物的改善提供了不充足的效果。因此，强烈寻求除了改善橡胶组合物之外的改善滚动阻力的另一途径。
考虑到这些情况，本申请发明人进行了研究，能够发现以下情况。当在维持其轮胎外径的同时减小轮胎截面宽度时，胎面宽度也相应地减小了。因此，胎面胶的量减少。结果是，减少由胎面胶而引起的能量损失，此外还降低了轮胎的重量。此外，当从其前面观察车辆时，根据减小的轮胎截面宽度，减小了从保险杠边缘朝下露出的轮胎暴露面积。这使得其可以减少轮胎的空气阻力。
此外，当在维持其轮胎外径的同时加宽胎圈直径时，行驶时倾向于大变形的胎侧壁区域变窄。结果是，可以获得胎侧壁区域中的能量损失的减少和轮胎的重量的降低。
因此，已经确认：通过减少胎面部和胎侧壁部中的能量损失、减少轮胎质量以及降低空气阻力，轮胎截面宽度减小同时加宽胎圈直径的窄宽度和大胎圈直径的轮胎具有显著改善的燃料经济性。
令人遗憾地，本发明的发明人的进一步研究结果表明，因轮胎截面宽度减小，上述窄宽度和大胎圈直径的轮胎还具有减小的胎面宽度。于是，使轮胎的肩部在负载时经受高地面接触压力和长地面接触长度，由此存在在拐弯时产生肩部磨损的应该解决的新问题。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开号2004-010781
专利文献2：日本未审查专利申请公开号2004-002622
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供具有窄宽度和大胎圈直径的充气轮胎，其通过基本地设置从胎体至胎面部的外表面的胎面厚度沿轴向的分布，能够在改善轮胎的燃料消耗同时还抑制不均匀的肩部磨损。
解决课题的手段
本发明涉及一种充气轮胎，其包括：
胎体，所述胎体经由胎面部和胎侧壁部、在胎圈部的胎圈芯之间延伸；
轮胎截面宽度Wt(单位：mm)与胎圈直径Db(单位：英寸)之间的关系满足下述等式(1)和(2)，
Wt≤-0.7257×(Db)2+42.763×Db-339.67---(1)以及
Wt≥-0.7257×(Db)2+48.568×Db-552.33---(2)；以及
在由下述等式(3)表示的胎面厚度分布曲线f(y)中，
f(y)＝1-t(y)/t(0)---(3)，
当y＝0.4时，f(y)的值在0.03～0.06的范围内，以及f(y)的值的变化率增至y＝0.4，随后减小，
其中，t(y)表示胎面厚度，所述胎面厚度是在各轮胎轴向位置Py处在轮胎的径向上从胎体的外表面至胎面部的外表面的距离；y表示离开轮胎赤道面的轴向距离对从轮胎赤道面至所述胎体的最大宽度位置的轴向距离L的比值。
根据本发明的所述充气轮胎中，轮胎外径Dt(mm)优选满足以下等式(4)和(5)，
Dt≤59.078×Wt0.498---(4)以及
Dt≥59.078×Wt0.467---(5)。
根据本发明的所述充气轮胎中，当y＝0.3时，f(y)的值优选在0.01～0.03的范围内；当y＝0.5时，f(y)的值优选在0.06～0.105的范围内。
在本说明书中，除非另有说明，在不装配轮辋的情况下，在保持胎圈部以便适配由轮胎尺寸所限定的轮辋宽度时，限定轮胎各部的尺寸。
本发明的有益效果
本发明的充气轮胎被构造为满足上述的等式(1)和(2)的具有窄宽度和大胎圈直径的轮胎。因此，可以实现胎面部和胎侧壁部中的能量损失的减少、轮胎重量的减少和空气阻力的减少，从而改善燃料消耗。
然而，由于具有窄宽度和大胎圈直径的轮胎具有较窄的胎面宽度，因此在转弯时发生肩部磨损的问题。
在本发明中，通过将由上述等式(3)限定的胎面厚度分布曲线f(y)指定在某范围之内，在进一步提高改善上述燃料经济性的效果的同时，可以防止具有窄宽度和大胎圈直径的轮胎的肩部不均匀磨损。
此处，在y＝0.4处的胎面部的轮胎轴向位置P0.4处，地面接触长度通常变得更长，并且地面接触压力通常变得更高。这使得当对轮胎施加负载时，胎面部在地面接触边缘附近处弯曲，然后胎面胶经过沿轴向和周向的压缩，而导致聚集在轮胎轴向位置P0.4周围。当地面接触长度变长且地面接触压力变高时，在转弯期间，轮胎将不利于在肩部上的耐不均匀磨损性。
特别是，当胎面厚度t(y)沿轮胎轴向均匀分布时，即当胎面厚度分布曲线f(y)近似等于零时，上述倾向明显出现。另一方面，当f(y)被定义为随y增加的曲线时，将改善这个倾向。
然而，当y＝0.4时的f(y)的值小于0.03时，相对于轮胎赤道面处的胎面厚度t(0)，在P0.4的轮胎轴向位置处的胎面厚度t(0.4)仍足够厚，并且通过将其沿轮胎轴向从外侧压缩，胎面胶还可以变得更厚。结果是，地面接触压力仍然很高，因此无法充分改善转弯时肩部上的耐不均匀磨损性。此外，当y＝0.4时的f(y)的值大于0.06时，轮胎赤道面一侧上的地面接触长度较长，且肩部一侧的地面接触长度较短。结果是，自由滚动期间，肩部倾向于向道路大幅度地滑动，由此倾向于促进直线行驶期间肩部上的不均匀磨损。
此外，即使当y＝0.4时的f(y)的值在0.03～0.06的范围内，也仍需要f(y)的变化率增至y＝0.4，随后减小。当上述变化率不满足这个时，例如当变化率为线性时，胎面厚度t(y)不仅在轮胎赤道侧过薄，而且在肩部一侧过厚。因此，以与f(0.4)＜0.03的情况相同的方式，无法充分改善转弯时肩部上的不均匀磨损。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的充气轮胎的横截面图。
图2是显示根据JATMA的常规轮胎中的轮胎截面宽度和胎圈直径之间的关系的图。
图3是显示根据JATMA的常规轮胎中的轮胎截面宽度和轮胎外径之间的关系的图。
图4是说明加宽轮胎直径的效果的示意图。
图5是说明胎面厚度t(y)的横截面图。
图6是说明表2中所述的实施例3A～3C和比较例3A～3C的胎面厚度分布曲线f(y)的图。
图7A～7D是各自说明实施例3A、3B、比较例3A和3B的接地印迹的平面图。
符号说明
1充气轮胎
2胎面部
3胎侧壁部
4胎圈部
5胎圈芯
6胎体
Co轮胎赤道面
Pm最大宽度位置
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明的实施方式。
如图1所示，根据本发明实施方式的充气轮胎1包括胎体6，该胎体6经由胎面部2和胎侧壁部3、在胎圈部4的胎圈芯5之间延伸。在本实施方式中，例如将充气轮胎1图示为客车用子午线轮胎(radialtire)。
所述胎体6包括至少一个胎体帘布层6A，其胎体帘线例如以相对于轮胎赤道面Co成75～90度的角度排列。在本实施方式中，采用一个胎体帘布层6A。该胎体帘布层6A包括在胎圈芯5和5之间延伸的环状帘布主体部6a、一对各自在胎圈芯5周围从轴向内侧向轮胎外侧折返的帘布折返部6b。将胎圈三角胶8设置在帘布主体部6a和帘布折返部6b之间以加固胎圈部，该胎圈三角胶8从胎圈芯5以锥形径向向外延伸。
在胎面部2中，将带束层7设置在胎体6的径向外侧。该带束层7包括至少两个(在本发明实施方式中为两个)带束帘布层7A和7B，其带束帘线以相对于轮胎赤道面Co成10～35度的角度排列。各帘布层的带束帘线彼此相交。这个增加了带束刚度，并且胎面部2因箍效应而被强烈加强。
在本实施方式中，为了改善高速耐久性，在所述带束层(beltlayer)7的径向外侧设置条带层(bandlayer)9，该带束层7通过以相对于轮胎赤道面Co成5度以下的角度螺旋卷绕条带帘线(bandcord)而成。作为该条带层9，可以视情况使用仅各自覆盖上述带束层7的轴向外端的左右一对的边缘条带帘布层(edgebandply)或基本上覆盖带束层7的整个宽度的全条带帘布层(fullbandply)。在本实施方式中，条带层9例如由一个全条带帘布层构成。
将充气轮胎1配置为窄宽度和大胎圈直径的轮胎，其中，轮胎截面宽度Wt(单位：mm)和胎圈直径Db(单位：英寸)满足以下等式(1)和(2)：
Wt≤-0.7257×(Db)2+42.763×Db-339.67---(1)
Wt≥-0.7257×(Db)2+48.568×Db-552.33---(2)。
图2是显示根据JATMA的常规轮胎中的轮胎截面宽度Wt和胎圈直径Db之间的关系的图。从该研究结果可知，根据JATM的常规轮胎中的轮胎截面宽度和胎圈直径之间的平均关系，其如在图中的点划线Ka所示，其可以由以下等式(A)限定：
Wt＝-0.7257×(Db)2+39.134×Db-217.30---(A)。
与此相对，满足上述等式(1)和(2)的区域Y1在如绘图所示的常规轮胎的范围之外。此外，区域Y存在于将由等式(A)限定的关系Ka平行地向减小轮胎截面宽度Wt且放大胎圈直径Db的方向移动的位置上。也就是说，相比于具有相同的轮胎外径的常规轮胎，将满足所述等式(1)和(2)的轮胎构造成具有较窄的轮胎截面宽度Wt和加宽的胎圈直径Db。
具有较窄轮胎截面宽度的这种轮胎可以提供相应提供较少胎面橡胶体积的窄胎面宽度。因此，由胎面橡胶引起的能量损失量相对较少，并且轮胎质量也减少。此外，当从其前面观察车辆时，因轮胎截面宽度减小，减小了从保险杠边缘朝下露出的轮胎暴露面积。这使得其可以减少轮胎的空气阻力。
此外，因为该轮胎相比于具有相同的轮胎外径的常规轮胎具有加宽的胎圈直径，所以倾向于行驶时变形大的胎侧壁区域变窄。结果是，可以获得胎侧壁部3中能量损失的减少和轮胎的重量的减少。
因此，通过减少由胎面部2和胎侧壁部3引起的能量损失、减少轮胎质量和减少空气阻力，具有窄宽度和大胎圈直径的轮胎可以改善燃料效率。
当轮胎截面宽度Wt不满足所述等式(1)时，由于减少轮胎截面宽度或加宽胎圈直径的不充分改善，而导致燃料效率的改善并不充分。当轮胎不满足所述等式(2)时，则轮胎倾向于具有过窄的宽度。为了确保在负荷能力下的使用，有必要使用高内压使上述轮胎充气。在这种情况下，乘坐舒适性和路面噪音性能将会恶化。
为了进一步改善燃料效率，充气轮胎1具有满足以下等式(4)和(5)的轮胎外径Dt(单位：mm)。
Dt≤59.078×Wt0.498---(4)
Dt≥59.078×Wt0.467---(5)
图3说明显示根据JATMA的常规轮胎中的轮胎截面宽度Wt和轮胎外径Dt之间的关系的图。由研究结果可知，如该图中的点划线Kb所示地，根据JATMA的常规轮胎中的轮胎截面宽度Wt和轮胎外径Dt之间的平均关系可以由以下等式(B)所示：
Dt＝59.078×Wt0.448---(B)。
与此相反，满足上述等式(4)和(5)的区域Y2位于由等式(B)所限定的关系Kb平行地向增大轮胎外径Dt的方向移动的位置上。也就是说，满足上述等式(4)和(5)的轮胎具有窄宽度、大胎圈直径和大轮胎外径Dt。
如图4概念上所示地，相比于具有相对较小外径的轮胎T2，具有相对较大外径Dt的轮胎T1其沿着轮胎的圆周方向的弯曲形变小。因此，该轮胎具有较小的能量损失，并且具有优异的低滚动阻力的效果。因此，当轮胎不满足所述等式(5)时，无法预期低滚动阻力。另一方面，当轮胎不满足所述等式(4)时，其需要使用高内压充气，从而确保必要的负载能力，因此乘坐舒适性和路面噪音性能将会恶化。
具有窄宽度和大直径的轮胎根据其窄的轮胎截面宽度而倾向于具有窄胎面宽度，因此，该轮胎具有以下问题：当施加轮胎负荷时，周向的地面接触长度变长，地面接触压力变得更高，在转弯期间产生肩部磨损。考虑到上述情况，根据本发明实施方式的充气轮胎1包括从胎体6至胎面部2的外表面2S的胎面厚度t(y)，其中，轮胎的轴向上的胎面厚度t(y)的分布被限定在某一范围。
具体地，胎面厚度分布曲线f(y)由下式(3)所限定，其中，当y＝0.4时，f(y)的值在0.03～0.06的范围内，f(y)值的变化率增至y＝0.4，随后减小。
f(y)＝1-t(y)/t(0)---(3)
如图5所示，t(y)表示胎面厚度，该胎面厚度是在各位置Py处在轮胎的径向上从胎体6的外表面至胎面部2的外表面2S的距离。此外，y表示离开轮胎赤道面Co的轴向距离对从轮胎赤道面Co至胎体6的最大宽度位置Pm的轴向距离L的比值。也就是说，例如，轮胎轴向位置P0.4是指，离开轮胎赤道面Co的轴向距离为所述距离L的0.4倍的轮胎轴向位置。另一方面，轮胎轴向位置Py的轴向距离由L和y的乘积(L×y)获得。注意：胎体6的最大宽度位置Pm是指，胎体6的帘布层主体部6a沿轴向的最外层突出位置。
胎面厚度分布曲线f(y)显示各轮胎轴向位置Py中的胎面厚度t(y)相对于轮胎赤道面Co的位置(其相当于轮胎轴向位置P0)处的胎面厚度t(0)的变化率。然后，通过限定在y＝0.4时的胎面厚度分布曲线f(y)的值以及f(y)的变化率，可以获得轮胎的均一的地面接触压力和接地印迹的最佳形状。因此，将改善肩部不均匀磨损。
图6是说明如下所述的表2中的实施例3A～3C和比较例3A～3C的胎面厚度分布曲线f(y)的图。图7A～7D是各自说明实施例3A、3B、比较例3A和3B的接地印迹的平面图。在所述接地印迹中，暗色部分相当于表现出高地面压力的区域。
此处，在y＝0.4的轮胎轴向位置P0.4处，地面接触长度通常变得更长，并且地面接触压力通常变得更高。这使得当对轮胎施加负载时，胎面部在地面接触边缘附近处弯曲，然后胎面胶经过沿轴向和周向的压缩，聚集在轮胎轴向位置P0.4周围。当地面接触长度变长且地面接触压力变高时，在转弯期间，轮胎将不利于肩部上的耐不均匀磨损性能。特别是，如比较例3A所示，当胎面厚度t(y)沿轮胎的轴向均一分布而使得胎面厚度分布曲线f(y)基本上相当于水平线状(即f(y)基本上等于零)时，则如图7A所示地，地面接触长度变得过分长且地面接触压力在肩部处变得更高。
通过使用随y增加的曲线f(y)来改善这个倾向。
然而，如比较例3B所示，当y＝0.4时的f(y)的值小于0.03时，相对于轮胎赤道面处的胎面厚度t(0)，P0.4的轮胎轴向位置处的胎面厚度t(0.4)仍足够厚，并且通过将其沿轮胎的轴向从外侧压缩，胎面胶还可以变得更厚。结果是，如图7B所示，地面接触压力仍然很高，因此无法充分改善转弯期间肩部上的耐不均匀磨损性。
另一方面，当y＝0.4时的f(y)的值大于0.06时，则轮胎赤道面侧的地面接触长度长，且肩部一侧的地面接触长度短。结果是，自由滚动期间，肩部倾向于向道路大幅度地滑动，由此甚至直线行驶期间也倾向于发生肩部上的不均匀磨损。
此外，即使当y＝0.4时的f(y)的值在0.03～0.06的范围内，也仍需要f(y)的变化率增至y＝0.4，随后减小。当上述变化率不满足上述范围时，例如当变化率为线性(例如比较例3C)时，则胎面厚度t(y)不仅在轮胎赤道侧过薄，而且在肩部一侧过厚。因此，与比较例3B相同地，不能充分地改善转弯期间肩部上的不均匀磨损。此处，f(y)的变化率是指，相当于通过f(y)对y微分而获得的值(d(f(y))/dy)的曲线f(y)的切线斜率。
优选地，胎面厚度分布曲线f(y)的值，在y＝0.3的情况下，其在0.01～0.03的范围内，在y＝0.5的情况下，则f(y)的值优选在0.06～0.105的范围内。当y＝0.3时的f(y)的值小于0.01时，则轮胎赤道面Co侧的胎面厚度可能过厚。另一方面，当该值大于0.03时，则胎面厚度可能过薄。在上述两种情况下，地面接触压力均倾向于不均一分布。此外，在y＝0.5时的f(y)的值小于0.06的情况下，肩部侧上的胎面厚度t(y)可能过厚。另一方面，当该值大于0.105时，则胎面厚度可能过薄。在上述两种情况下，地面接触压力均倾向于不均一分布。结果，可能难以改善肩部上的不均匀磨损。
虽然已详细描述了根据本发明的特别优选的实施方式，但是本发明并不局限于所列举的实施方式，而可以在各个方面进行变形和实施。
实施例
(1)具有如图1所示的内部结构的充气轮胎根据表1中的规格进行制造。然后，测试各试验轮胎的滚动阻力、空气阻力和乘坐舒适性。在各轮胎中，胎面厚度分布与如下所示相同：f(0.1)＝0.00、f(0.2)＝0.01、f(0.3)＝0.02、f(0.4)＝0.05、f(0.5)＝0.07、f(0.06)＝0.08、以及f(0.7)＝0.08。此外，将f(y)的变化率调整增加至y＝0.4，并且随后减小。仅轮胎截面宽度Wt、胎圈直径Db和轮胎外径Dt不同。
滚动阻力：
使用滚动阻力测试计，在以下条件下，测定各试验轮胎的滚动阻力(单位：N)。使用各滚动阻力的倒数的指数，表示该测试结果，其中将比较例1的设为100。该值越大，则滚动阻力越低。
温度：20℃。
负载：4.82kN
内压：列于表1
轮辋：标准轮辋
速度：80km/h
空气阻力：
在实验室中，在将速度相当于100km/h的车辆运行速度的空气提供给从保险杆的下缘露出的试验轮胎的条件下，其中，轮胎外露高度调整到140mm，测量来自安装在车辆上的各试验轮胎的力。使用各力的倒数的指数，表示该测试结果，其中将比较例1的设为100。该值越大，则空气阻力越好。
乘坐舒适性：
测定各试验轮胎的纵向弹簧常数，然后使用各常数的倒数的指数来表示，其中将比较例1的设为100。数值越大，则乘坐舒适性越好。
(2)
制造如表2中规格所示的仅胎面厚度分布曲线不同于实施例3的对照轮胎(实施例3A)的充气轮胎。然后，测试滚动阻力和肩部上的不均匀磨损(Sh耐磨性)。
Sh耐磨性：
使用磨损能量试验装置，在下述条件下，测定离轮胎赤道面最近的块列(中心块列)中的一块(中心块(centralblock))的磨损能量Ec、离地面接触边缘最近的块列(肩部块列)中的一块(肩块)的磨损能量Es。使用将磨损能量比值Es/Ec的倒数乘以100的值，来评估Sh耐磨性的结果。例如，当比值Es/Ec＝1.33时，则Sh耐磨性为(1/1.33)×100＝75。
内压：列于表1
轮辋：标准轮辋
负载：4.82kN
外倾角：0.0度
如表中所示，证实实施例的轮胎在确保肩部的耐磨性的同时还改善燃料消耗(滚动阻力和空气阻力)。

Claims (3)

1.充气轮胎，其包含：
胎体，所述胎体经由胎面部和胎侧壁部、在胎圈部的胎圈芯之间延伸；
轮胎截面宽度Wt(单位：mm)与胎圈直径Db(单位：英寸)之间的关系满足下述等式(1)和(2)，
Wt≤-0.7257×(Db)2+42.763×Db－339.67---(1)，
Wt≥-0.7257×(Db)2+48.568×Db－552.33---(2)；以及
在由下述等式(3)表示的胎面厚度分布曲线f(y)中，
f(y)＝1－t(y)/t(0)---(3)，
当y＝0.4时，f(y)的值在0.03～0.06的范围内，以及f(y)的值的变化率增至y＝0.4，随后减小，
其中，t(y)表示胎面厚度，所述胎面厚度是在各轮胎轴向位置Py处在轮胎的径向上从胎体的外表面至胎面部的外表面的距离；y表示离开轮胎赤道面的轴向距离对从轮胎赤道面至所述胎体的最大宽度位置的轴向距离L的比值。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中，轮胎外径Dt(mm)满足以下等式(4)和(5)：
Dt≤59.078×Wt0.498---(4)；以及
Dt≥59.078×Wt0.467---(5)。
3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，当y＝0.3时，f(y)的值在0.01～0.03的范围内；当y＝0.5时，f(y)的值在0.06～0.105的范围内。
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