CN1083348C - 子午线轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种子午线轮胎，它可以同时提高硬度，驾驶舒适度和驱动稳定性，而不会反过来影响轮胎的其它性能。它是通过下列方法来实现的：修改子午轮胎胎壳线网层和外部形式，减小轮胎截面中心，使轮胎截面宽度尽可能宽，使用轻胎边芯和使胎边芯倾斜度比以前技术的大。

Description

子午线轮胎
本发明涉及一种子午线轮胎，更具体地说，涉及一种改进了驾驶舒适度和驱动稳定性的子午线轮胎。
一般地，如果轮胎的外胎面非常硬，子午线轮胎的性能可以改进。然而，这会降低驱动稳定性，因为，子午轮胎胎壳的帘布会减弱侧壁的侧向硬度。此时，可以用多种方法改进驱动稳定性，比如改变材料和轮胎胎面帘布数量，改变侧壁的橡胶材料，添加帘布层以提高胎边强度或重新设计轮胎的铸模轮廓。驱动稳定性可以象通过改变轮廓而改进，比如，使截面上部高度和截面下部高度的比值在1∶1或不在1∶1。
最近，通过增加胎边芯高度或使用轻胎边芯降低胎边芯截面高度的方法来改进驱动稳定性。然而，这会导致轮胎的垂直硬度和侧向硬度的增加，反过来会影响驾驶舒适度。
1980年发表的日本已公布的专利No.55-110604和1986年发表的日本已公布的专利No.61-303392致力于解决这些问题。其中，根据对应的作用，增加了轮胎胎壳的SHU和SH的比值(截面上部高度与将子午线轮胎固定在胎缘上且充有正常内压的截面高度之比)。另一方面，1983年发表的日本已公布的专利No.58-161616建议修改轮胎胎壳的轮廓可以降低SHU和SH的比值。
一般地，现有技术可以改进子午线轮胎的某些特征，同时，相反的它又会影响其它重要特征，如驱动稳定性和弯曲力。另一缺点是为了改变轮胎的具体操作水平，设计者必须根据具体的最终用途裁剪轮胎胎面形式。这就需要一个硬度条件和胎边芯形式。
本发明致力于提供一种子午线轮胎，其整体性能与现有技术的子午线轮胎相比得到改进。所以，轮胎胎壳轮廓和胎边芯轮廓可以和轮胎截面宽度一起控制，以提高现有子午线轮胎的操作性能。所以，提高了驱动稳定性和驾驶舒适度等特性，而不会影响其它特性。
根据本发明的一方面，本发明提供一种子午线轮胎，它可以固定到一胎缘上，内部可以充入正常内压，以使SHU和SH的比值在0.50～0.59之间；SHL和SH的比值在0.40～0.50之间；胎缘宽度大于1.40×标准胎缘宽度且小于1.45×标准胎缘宽度；纵横比小于0.65；胎边芯高度(BH)大于0.224×SH；胎边上部点(B)上的接触线和平行于轮胎转轴的延伸线之间的夹角小于45°。
这里所用术语“标准胎缘宽度”意思是当轮胎固定到胎缘上时能获得的最佳状态的胎缘，也就是说在设计一轮胎时，胎缘宽度和标准胎缘宽度可以不同。
和现有技术相比，本发明子午线轮胎有许多优点，下文通过实施形式对一些优点进行了讨论，它可以同时提高硬度、驾驶舒适度和驱动稳定性，而不会反过来影响轮胎性能的其它方面。它是通过以下方法来实现的：修改子午线轮胎胎壳线网层和外部形式；减小胎截面中心；使轮胎截面宽度尽可能宽；使用轻的胎边芯和使胎边芯的倾斜度比以前大。
为了实现上述优点，在子午线轮胎固定上以后且交有正常内压的情况下，控制子午线轮胎轮廓。SHU与SH的比值在0.50-0.59之间，SHL与SH的比值在0.40-0.50之间，胎缘宽度大于1.40×标准胎缘宽度且小于1.45×标准胎缘宽度。纵横比小于0.65，胎边上部点(B)处的接触线与平行于轮胎转轴的延伸线之间的角度小于45°。胎边芯高度(BH)大于0.224×SH。
最好，胎边芯边缘A处的硬度大于85°。
最好，Xb(胎边芯上点B处的x轴的座标)大于标准胎缘宽度×0.5，最好在标准胎缘宽度+5～10mm之间。
下面将参考附图详细介绍本发明，其中：
图1是与传统子午线轮胎相比，本发明子午线轮胎的截面图；
图2是子午线轮胎侧壁的简化截面图，它类似于一薄膜模型；
图3是一简图，用以比较轮胎侧壁的垂直硬度和侧向硬度随角度的变化；
图4是一截面图，示出了根据本发明修改的子午线轮胎胎边芯的形式而改变的轮胎胎壳曲线点；
图5是一截面图，示出了与传统子午线轮胎相比，本发明胎边芯的倾斜程度；
图6是一简图，示出了与传统子午线轮胎相比，本发明子午线轮胎的硬度和其它特性；
图7是一简图，示出了与传统子午线轮胎相比，本发明子午线轮胎的环向应力；和
图8是一简图，示出了与传统子午线轮胎相比，本发明的转弯力，它取决于由垂直载荷改变的滑动角。
这里用到下列名词：
Kv：轮胎的垂直硬度；
Kd：轮胎的扭转硬度；
Kl：轮胎的侧向硬度；
α：环边缘点角；
β：轮胎边上点；
D：环边缘点；
RW：标准胎环宽度；
BH：轮边芯高度；
SW：截面宽；
SH：截面高；
SHL：截面下部高；
SHU：截面上部高；
Sr：侧壁垂直硬度；
Sl：侧壁侧向硬度。
如图1所示，子午线轮胎(1)上的轮边上部点(B(Xb，Yb))是通过下面方法确定的：当x和y轴任意置于包含有一轮胎胎壳线的表面上时，在轮胎胎壳间内包覆胎边芯(5)的地方从两坐标上各测量1mm。如果弯曲半径是由这些坐标来计算，那么，弯曲半径变化的地方的坐标就定义为胎边上点(B：轮胎胎壳弯曲点)。当弯曲半径无限大时，截面中间的坐标就是胎边上点B。
如图2所示，轮胎显示成一包括侧壁(2)的薄膜模型，它位于与实际轮胎(见图1)上轮胎胎壳弯曲点对应的胎边上部点(B)和环边缘点(D)之间。依靠改变轮廓来确定侧壁(2)的硬度时，B点的位置和环边缘点角度(α-轮胎胎壳线的环边缘点接触线与平行于通过环边缘(D)的转轴线之间的夹角)被认为是关键因素。
如图3所示，侧壁的硬度随环边缘点(D)处的α角按比例增加。然而，由于侧壁垂直硬度的斜率的增加速度不同于侧壁的侧向硬度的增加的速度，当环边缘点角度α小于α′时，后者大于前者，当环边缘点角度α大于α′时，前者大于后者。
因此，为了在不影响轮胎性能的其它方面的前提下，增进驱动稳定性，当侧向硬度(SL)的倾斜角大于侧壁的垂直硬度(SV)的倾斜度时，环边缘点(D)处的α角必须最大。然而，它必须小于侧壁垂直硬度大于侧壁侧向硬度处的α′角。
轮胎胎壳弯曲点(薄膜上的最低点)必须重新定位到一优化位置，因为它是确定侧壁硬度的一关键因素。
为了提高Kl与Kv的比值，可以适当地改进这种子午线轮胎的轮廓和胎边芯高度(BH)。如图4所示，轮胎胎边轮廓可以通过修改胎边点(B)的位置，进行设计以提高边胎(4)相对于侧壁(2)的硬度。所以，可以通过修改胎边芯轮廓来使胎边点(B)向外移，从而适应一较宽的胎环宽度。类似的，边胎点(B)可以向上移，从而允许有一较小的薄膜。
为了优化子午线轮胎的硬度，可以通过修改轮胎胎壳轮廓、外胎面半径和轮廓来优化接触面积和轮廓，更具体地说，可以同时改进轮胎的侧向硬度(Kl)和轮胎的扭曲硬度(Kd)，以改进弯曲能力。这些参数是由接触形式、接触尺寸及胎边芯的形式和硬度来确定的。
换句话说，子午线轮胎的接触形式和压力视环向应力、轮廓、外胎面半径而定，且可以通过：(1)用改变轮廓的方法来修改环的周向弯曲硬度；(2)用改变外胎面半径的方法来改变环的侧向弯曲硬度来优化。
本发明轮胎的轮廓是指轮胎受压时的轮廓。所以，最好使用轻的胎边芯，因为在改变胎边芯轮廓时，模型形式可以被设计为保持上述形式。
在图5中，点A是胎边芯标准线(AB)的内边缘，点C是标准线(AB)的中点。点D是胎边芯外线与以C点为中心，以胎边芯高度(BH)×0.5为半径的圆的两个交点的中间点，点E是胎边芯上的垂直点。在该点上，α角(平行于轮胎转轴的线CP和胎边芯内线(AE)在A处的接触线之间的夹角)最好小于72°，β角(轮胎转动轴和线CD之间的夹角最好小于56°)。
具有下述参数的子午线轮胎的性能比现有技术的子午线轮胎的性能明显提高。如表1所示，其中，胎边芯高度从35mm增至45mm。垂直硬度和侧向硬度都得到提高。所以，可以看出，与传统的胎边芯轮廓相比，Kl比Kv大得多。
表1
             现有技术                 本发明
胎边芯高度 35 45 改变 35 45 改变
 Kv(kgf/mm)    19.2     20.1     4.6％    19.6     20.6      5.1％
 Kl(kgl/mm )     8.0      9.1    13.75％     8.3      9.7     16.9％
由于为了优化轮胎的硬度，改变了子午线轮胎的胎边芯轮廓，轮胎的接触长度得以延长，同时，轮胎的接触宽度变化很小。因此，基本接触面积加大，接触压力相等。
表2表明根据本发明修改轮廓形式可以使接触长度增加，同时，接触面积变化很小。
表2
   载荷(kgf)             接触面积            接触长度
    现有技术     本发明     现有技术   本发明
   160       51      53       89.4     94.3
   240       78      81      117.2    117.2
   320      106     111      135.3    140.2
   400      133     135      153.5    157.1
   480      155     162      169.2    174.0
   560      181     182      187.3    192.1
   640      204     204      203.0    205.4
从表3中可以看出，对于本发明的子午线轮胎，接触压力的变化与考虑到载荷的变化的比值(任何垂直载荷作用下胎缘上的最大接触压力/100％载荷作用下胎缘上的最大接触压力)和现有技术相比，减小了。这样可以保护在压力变化时具有更大的安全性，并改进弯曲特性。
表3
    载荷(％)     接触压力变化的比值
    现有技术     本发明
    80     0.60     0.75
    100     1.00     1.00
    120     1.11     1.10
换句话说，本发明的子午线轮胎更快地获得理想的接触压力，理想接触压力周围的载荷变化而导致的压力变化小于传统的子午线轮胎。所以，轮胎改进的侧向硬度和弯曲硬度有助于改进轮胎的动态特性(见表2)。
如图6所示(阴影区代表传统技术，非阴影区代表本发明)，本发明轮胎的垂直硬度和侧向硬度比以前大。结果，增加了驱动稳定性和驾驶的舒适度。
根据本发明，在通过修改轮廓可以增加硬度的同时，还可以通过这种方式增加截面宽度，而其驾驶的舒适度不会反过来受到高垂直硬度的影响。轮胎环应力大的足以提高通过降低环应力来包覆路上的突起的包覆特性。图7(实心圆代表本发明，空心圆代表现有技术)示出了本发明环应力和现有技术环应力的比较，如图7中可以看出，本发明轮胎垂直硬度和侧向硬度的比值大于现有技术，并且轮胎硬度整体上得到优化。
表4示出了模型轮廓和胎边芯倾斜度修改时的结果。
表4
  现有技术   本发明 改变率(％)
侧壁硬度     Sv     70.8     72.1     1.80 ↑
    Sl     25.4     28.5     12.20↑
    Sr     71.6     77.8     8.70 ↑
轮胎硬度     Kv     19.2     18.9     1.56 ↓
    Kl      8.5      8.9     4.70 ↑
    Kd     572.0     563.7     1.45 ↓
从表4中可以看出，本发明的胎边芯倾斜度比现有技术的低，轮胎的侧向硬度和扭曲硬度都提高了，同时垂直硬度相对稳定。另外，侧壁的垂直硬度与侧向硬度增加的比值大于现有技术的，也就是说，垂直硬度(Sv)与侧向硬度(Sl)的比值以及垂直硬度与转动硬度(Sr)的比值明显增大。
弯曲力取决于在100％垂直载荷作用下夹角的变化，并对它进行了测量，从而将现有技术和本发明进行比较。它表明本发明子午线轮胎的弯曲力比传统技术的大(见图8)。

Claims (5)

1.一种子午线轮胎，它可以固定到一胎缘上，内部可以充入正常内压，纵横比小于0.65；其特征在于，以使SHU和SH的比值在0.50～0.59之间；SHL和SH的比值在0.40～0.50之间；胎缘宽度大于1.40×标准胎缘宽度且小于1.45×标准胎缘宽度；胎边芯高度大于0.224×SH；胎边上部点(B)上的接触线和平行于轮胎转轴的延伸线之间的夹角小于45°。
2.如权利要求1所述的子午线轮胎，其特征在于，上述胎边芯的边缘A的硬度大于85。
3.如权利要求1所述的子午线轮胎，其特征在于，Xb(胎边上部点B的X轴座标)大于标准胎缘宽度×0.5。
4.如权利要求3所述的子午线轮胎，其特征在于，Xb在标准胎缘宽度+5～10mm之间。
5.如上面任一权利要求所述的子午线轮胎，其特征在于，平行于轮胎转轴的线CP和胎边芯内线AE上的接触线之间的夹角α小于72°，平行于轮胎转轴的线CP和线CD之间的夹角β小于56°。
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