CN107444023A - 一种新型超宽方程式赛事胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型超宽方程式赛事胎，胎冠部轮廓依次分成第一段冠弧和第二段冠弧，胎肩部的胎面轮廓形成第三段弧，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5.2SW≤R1≤5.5SW、SW≤R2≤1.5SW和0.4SW≤R3≤0.8SW的关系，其中SW为轮胎断面水平轴最宽位置点的总宽度；所述第一段冠弧的弧长α、所述第二冠弧的弧长β、所述胎肩部的弧长γ，以及胎面宽度TDW具有关系： 和本发明采用超宽的行驶面，以提升轮胎的接地面积，从而提升抓地效果，使得在超高速行驶的条件下，拥有较好的动力传递效果和操纵稳定性。

Description

一种新型超宽方程式赛事胎
技术领域
本发明涉及轮胎技术领域，具体涉及一种用于方程式赛事的超宽轮胎。
背景技术
现阶段方程式赛车主要集中在13寸赛事胎和行驶面宽在325mm以下的轮胎，无法满足该赛车的性能输出需求，主要表现如下：
1)一般方程式赛事胎冠宽基本都在325mm以下，行驶面宽度较小，导致接地面积有限，驱动轮接触压力大且压力分布不均匀，轮胎的抓着和牵引性能表现不足，急转弯时易发生侧向滑移；
2)传统轮胎轮廓设计理念大多追求低滚阻与舒适性，设计出的轮胎胎侧曲率半径较小，侧向曲挠幅度大导致侧向稳定性差；
3)普通轮胎冠弧曲率半径较小(一般TR1＜1600)，直接沿用该种设计方式，易造成胎冠部位受力不均，造成偏磨；因热熔胎在行驶过程中胎面温度上升很快，气压易受胎温上升而很快攀升导致接地反拱，故接地印痕变小，影响抓地性能。
发明内容
本发明提供一种能够与570hp大型方程式赛车配套的赛事专用轮胎。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种新型超宽方程式赛事胎，包括胎面、胎侧和胎圈部，以及置于胎体中的帘布层和带束层，其中胎面包括胎冠和胎肩部，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，胎肩部的胎面轮廓形成第三段弧，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5.2SW≤R1≤5.5SW、SW≤R2≤1.5SW和0.4SW≤R3≤0.8SW的关系，其中SW为轮胎断面水平轴最宽位置点的总宽度；
所述第一段冠弧的弧长α、所述第二冠弧的弧长β、所述胎肩部的弧长γ，以及胎面宽度TDW具有关系： 和
胎肩部应力集中点位置为胎肩部的带束层端点与轮胎断面最宽处端点之间的纵向坐标中心点；下胎侧轮辋接合处应力集中点位置为断面最宽处距离轮辋接触点距离的60％～65％；钢圈部位应力集中点位置为断面最宽处距离轮辋接触点距离的25％。
由以上技术方案可知，本发明采用超宽的行驶面，以提升轮胎的接地面积，从而提升抓地效果，使得在超高速行驶的条件下，拥有较好的动力传递效果和操纵稳定性；将胎冠弧度放大，保证冠部中间的接地面积最大化，减轻肩部应力集中的压力，同时定义了轮胎轮廓的典型位置点，将典型位置点的曲率半径和曲率过渡节点的位置优化，减小肩部应力集中问题，提高胎侧转向刚度；同时巧妙结合利用“薄膜理论”，将胎侧厚度控制在1.5～2mm，具备较好胎侧曲挠特性。
附图说明
图1为本发明轮胎子午线方向的剖视图，示出了胎面弧；
图2为本发明中轮胎轮廓的典型位置点分布图示一；
图3为本发明中轮胎轮廓的典型位置点分布图示二；
图4为胎冠成长分布试验结果对比图。
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示出了本发明充气轿车子午线轮胎的轮胎子午线方向的剖视图。附图标记TBW是轮辋宽度，TDW为胎面宽度。
轮胎10包括胎体以及设置于该胎体的轮胎径向外周的胎面20，该胎面包括中间最扁平的胎冠21以及设置于该胎冠部两侧的胎肩部22，所述胎冠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20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胎面端P的距离。
所述胎面20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可分成第一段冠弧TL1和第二段冠弧TL2，胎肩部的胎面轮廓形成第三段弧TL3。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5.2SW≤R1≤5.5SW、SW≤R2≤1.5SW和0.4SW≤R3≤0.8SW的关系，其中SW为轮胎断面水平轴最宽位置点的总宽度。
所述第一段冠弧的弧长α、所述第二冠弧的弧长β、所述胎肩部的弧长γ，以及胎面宽度TDW具有关系： 和
图2和3采用特有的5PEC赛事胎轮廓设计技术，定义了五个典型位置点PT1、PT2、PT3、PT4和PT5。
PT1位置点名称：带束层端部应力集中点位置；
PT2位置点名称：胎肩部应力集中点位置；
PT3位置点名称：胎侧法向曲挠点应力集中点位置；
PT4位置点名称：下胎侧轮辋接合处应力集中点位置；
PT5位置点名称：钢圈部位应力集中点位置。
将典型位置点的曲率半径和曲率过渡节点的位置优化，优化接地印痕与外缘尺寸。
位置点PT1是根据1#带束层端点与肩部厚度(厚度根据骨架材料材质确定)；
位置点PT2为胎肩部的带束层端点与轮胎断面最宽处端点之间的纵向坐标中心点；位置点PT3是根据断面水平轴与曲挠点厚度(厚度根据骨架材料材质确定)；位置点PT4为断面最宽处距离轮辋接触点距离SDH的60％～65％；位置点PT5为断面最宽处距离轮辋接触点距离SDH的25％。
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抓地效果，设计的轮廓使得轮胎具备405mm的超宽行驶面与455mm宽的断面水平轴，并将胎冠三段弧径弧长有序衔接，做大接地压力相对均匀化分布；胎肩过渡弧与上胎侧弧曲率半径优化匹配，有效解决肩部应力问题。
下表，使用实施例的轮胎抓地力实验更详细的说明本发明技术效果：
原有设计的轮胎抓地力性能指数是8.24，新的设计方式的两个实施例测试结果分别为9.5、9.8，通过优化轮廓设计，轮胎抓地力性能提高了6％左右。
下表为原有设计与本发明接地印痕及接地面积对比：
本发明设计的轮廓接地印痕矩形率更高，且本发明的冠弧能够大大增加接地长度与宽度，从而增加有效接地面积，提升轮胎的抓地力。
图4为胎冠成长分布试验结果(试验条件160kPa，250kg)，由试验结果可得出：实施例设计的轮廓在同等试验条件下成长幅度更小，从而保证轮胎的行驶热变形较小，能够保证接地面积的相对稳定性，从而提升轮胎的持久的抓地力。
所述轮胎胎体中的带束层采用高模量低收缩率4×0.21钢丝，并用VMI型裁断机将半成品裁断角度优化到30°-34°，宽度达到392mm，提升胎面径向刚性与扭转刚性同时保证冠部接地矩形率。所述胎侧使用超薄胶片式胎侧，该胎侧的厚度为1.5-2mm，减小工艺复杂度并且无需开发胎侧口型，最重要的是能够保证胎侧曲挠特性。成品钢丝圈使用结构为3+4+5+4+3单钢丝，并与角度为100°三角胶成型缠绕，刚性适中的三角胶连接胎圈与胎侧可以起到缓慢过度的功能，并能够提升胎圈部位整体刚性。
普通轮胎上断面高度与下断面高度比值趋近于0.5以使轮胎所受应力整体平衡，但方程式赛车受调校及激烈操控的影响(倾角和束角通常与普通民用车辆相反)，胎肩部位易发生损坏引起爆胎，本发明将放大到0.52，将断面水平轴的位置尽量靠近下胎侧，以尽量减小胎肩应力。
传统轮胎的帘布角度与胎冠中心线呈90°或68°～73°，90°胎体帘布具有弹性空间大、寿命强、滚动阻力小和缓冲性能好的优点，但是该种设计导致径向刚度和侧向刚度偏小，容易导致胎面膨胀和侧向变形大，接地面积及外缘尺寸受行驶温度和气压的变化而变化，影响轮胎的牵引性能、制动性能和侧向稳定性。而68°～73°胎体帘布对于这种大马力赛车，在行驶中帘布之间产生剪切应力导致升温过快，胎体需要足够大的疲劳强度，且会有一定的滞后损失；本发明将胎体的帘布层采用两层角度化聚酯浸胶帘子布1300D/2，并将角度调整到75°-80°，优化帘线受力，减小胎体帘布层间剪切应力与生热速度，增加胎体扭转刚度、侧偏刚度与回正刚度，使得轮胎具备良好的瞬时响应特性的同时。
传统带束层与胎冠中心线呈15°～27°，本发明将带束层角度优化到30°～34°，通过对比试验径向刚度和扭转刚度有明显提升，转向灵敏性也因此得到提升。
一般半钢轮胎的下胎侧结构无补强层部件，少数载重子午胎多使用20°～30°排列角度的帘线，因该类赛车扭矩高达500ft-lbs，传统设计的胎圈刚性不足，无法有效传输扭矩且易出现转向不足的缺陷。本发明将设置在胎侧部位的补强层使用1500D/2聚酯帘布，并将角度调整为45°，增加胎圈刚性，提高转向灵敏度和扭力传递效率。
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 (7)

1.一种新型超宽方程式赛事胎，包括胎面、胎侧和胎圈部，以及置于胎体中的帘布层和带束层，其中胎面包括胎冠和胎肩部，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，胎肩部的胎面轮廓形成第三段弧，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5.2SW≤R1≤5.5SW、SW≤R2≤1.5SW和0.4SW≤R3≤0.8SW的关系，其中SW为轮胎断面水平轴最宽位置点的总宽度；
所述第一段冠弧的弧长α、所述第二冠弧的弧长β、所述胎肩部的弧长γ，以及胎面宽度TDW具有关系： 和
2.根据权利要求1所述的新型超宽方程式赛事胎，其特征在于，胎肩部应力集中点位置为胎肩部的带束层端点与轮胎断面最宽处端点之间的纵向坐标中心点；下胎侧轮辋接合处应力集中点位置为断面最宽处距离轮辋接触点距离的60％～65％；钢圈部位应力集中点位置为断面最宽处距离轮辋接触点距离的25％。
3.根据权利要求1所述的新型超宽方程式赛事胎，其特征在于，所述胎侧的厚度为1.5-2mm。
4.根据权利要求1所述的新型超宽方程式赛事胎，其特征在于，轮胎的上断面高度与下断面高度的比值为0.52。
5.根据权利要求1所述的新型超宽方程式赛事胎，其特征在于，所述帘布层的角度为75°-80°。
6.根据权利要求1所述的新型超宽方程式赛事胎，其特征在于，所述带束层的角度为30°-34°。
7.根据权利要求1所述的新型超宽方程式赛事胎，其特征在于，所述胎侧设置有补强层，该补强层的角度为45°。
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