CN109803840B

CN109803840B - 具有纹理化环面的充气轮胎

Info

Publication number: CN109803840B
Application number: CN201780062869.0A
Authority: CN
Inventors: J·勒热纳; 野村昌由; O·米尔霍夫
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2037-10-09
Also published as: EP3526061B1; US20200031174A1; FR3057209A1; WO2018069610A1; CN109803840A; EP3526061A1

Abstract

由橡胶材料制成的充气轮胎(1)，其包括胎面(2)、侧壁(3)、提供所述侧壁和所述胎面之间的过渡区域的肩部(6)以及所述侧壁的具有最大宽度的区域(5)，所述轮胎包括沿着所述侧壁中的至少一个布置的至少一个纹理部(4)，所述纹理部(4)包括形成为所述侧壁的整体部分的多个突出元件或凹入元件，所述纹理部(4)具有基本上呈环形的形状并且被应用于覆盖所述侧壁的位于所述具有最大宽度的区域(5)和所述胎面(2)之间的表面面积的至少40％的面积。

Description

具有纹理化环面的充气轮胎

技术领域

本发明涉及用于车辆的轮胎。它更特别地涉及具有良好空气动力学性能的轮胎。

背景技术

多年来，为了解决与环境保护、自然资源保护、更不用说成本控制相关的多种问题，一直需要降低车辆、特别是客运车辆的能量消耗。已被利用的选择之一是降低这些车辆的空气动力学阻力。

客运车辆配备的轮胎、尤其是安装在车辆的前轴上的轮胎造成该车辆的空气动力学阻力。据估计，通过优化这些轮胎可以获得的空气动力学阻力的减小对应于车辆的总阻力的约3％；换句话说，可以通过改变轮胎的设计减少燃料消耗。

在专利US4434830中提出了一种具有良好空气动力学性能的轮胎。该轮胎比传统轮胎具有更好的空气动力学特性。充气轮胎的径向横截面在其周向中间平面的每一侧上具有外部轮廓，该外部轮廓沿轴向向外且径向向内连续延伸直至每个侧壁的表面的外侧与径向延伸线交叉的点为止，所述径向延伸线与轮辋凸缘的轴向外边缘相切。该实施例涉及非常特定的几何形状，这极大地减少了该解决方案的应用领域。

虽然该轮胎在车辆上使用时有效地表现出低的空气动力学阻力，但是为了满足车辆制造商和消费者日益严格的要求，必须进一步改善该性能。

文件US8261793描述了一种轮胎，其具有以可变间距布置的多个环形脊，该间距沿径向向外的方向减小。设置这些脊以便使轮胎的模制和脱模操作更容易。

轮胎的侧壁在其使用期间变脏。它们被刹车片粉末、灰尘和泥浆覆盖。正是最大的粘附和突出颗粒使轮胎在其环境(在这种情况下是汽车的翼部)中旋转时的空气动力学性能恶化。该性能的恶化导致车辆消耗的显著增加。

本发明提供了用于减轻这些各种缺点的各种技术手段。

发明内容

首先，本发明的第一个目的是提供一种设计用于改善由车辆和轮胎形成的组件的空气动力学特性的轮胎。

本发明的另一个目的是减少车辆车轮处的空气动力学阻力的来源。

为此，本发明提供一种由橡胶材料制成的轮胎，所述轮胎包括胎面和限定所述胎面的两个侧壁，每个侧壁包括具有最大宽度的区域，所述轮胎在至少一个侧壁上包括至少一个纹理部，所述纹理部与所述侧壁的其余部分形成对比，所述纹理部包括与所述侧壁成一体地形成的多个突出元件或凹入元件，所述纹理部设置在所述轮胎的位于所述轮胎的所述具有最大宽度的区域上方的侧壁上，所述纹理部覆盖所述侧壁的位于所述具有最大宽度的区域上方的表面的至少20％并且所述纹理部形成大致呈环形的纹理部表面，所述纹理部元件的平均间距在0.05和0.35mm之间。

凭借这种结构，所述轮胎具有减少沿着所述侧壁的污垢、尤其是泥浆的粘附的有效手段。较不易粘附的湿泥浆更容易被清除，特别是在轮胎的旋转期间。因此保持了轮胎的空气动力学特性。减少位于轮胎侧壁的具有最大宽度的区域和胎面之间的区域中的污垢粘附的纹理部的布置减少了气流扰动的发生。这些扰动增加了空气动力学阻力。具体地，沿着侧壁流动的空气流更快地从壁分离，并且从层流到湍流的流动以较低的速度发生。这些扰动导致车辆消耗的恶化。借助于上述轮胎，这些不利现象被大大减弱。

有利地，所述纹理部元件的所述平均间距在0.15和0.3mm之间，更优选地在0.18和0.25mm之间。这种布置使得可以进一步减少颗粒、污垢和泥浆的粘附和嵌入。

根据一个有利实施例，所述纹理部具有一个或多个中断区域，所述中断区域中的每一个展现出α，所述角度α小于20°，更优选地小于5°。

根据一个有利实施例，所述纹理部占据所述侧壁的位于所述具有最大宽度的区域的径向外侧的表面的至少40％、并且优选地40％和60％之间的面积。

需要由所述纹理部覆盖该关键区域中的大的面积，以允许显著的有效性。

根据另一有利实施例，在所述纹理部中结合有标记。这些标记的亮度优选地高出至少5个点数，并且优选地高出至少12个点数。

有利地，所述纹理部的元件凹入所述轮胎的侧壁的表面中。

该布置特别有利于优化轮胎的空气动力学特性。

所述纹理部的平均高度有利地在0.2和1mm之间，优选地在0.25和0.6mm之间，并且更优选地在0.3和0.5mm之间。

根据另一实施例，所述纹理部的元件位于凹入所述侧壁的表面中的容纳部中，使得所述纹理部的元件的轴向外端从所述轮胎的侧壁的表面向后地设置，或者与所述轮胎的表面基本上齐平。

根据另一有利实施例，所述突出元件中的全部或一些形成条柱，所述条柱以至少等于每平方毫米(mm²)四个条柱的密度分布在花纹中，各个条柱的平均横截面在0.0005mm²和1mm²之间，更优选地平均横截面在0.008和0.15mm²之间。

根据一个示例性实施例，所述突出元件中的全部或一些形成相互平行的叶片，花纹中的所述叶片的间距最多等于0.5mm，各个叶片的平均宽度在0.02mm和0.35mm之间，更优选地在0.05mm和0.1mm之间。

根据另一示例性实施例，所述突出元件中的全部或一些形成平行六面体，所述平行六面体的边长在0.05mm和0.3mm之间，高度在0.05mm和0.5mm之间，所述纹理部中的两个相邻的平行六面体之间的距离在0.02mm和0.35mm之间。

根据又一示例性实施例，所述凹入元件中的全部或一些形成相互平行的条纹，花纹中的所述条纹的间距最多等于0.5mm，各个条纹的平均宽度在0.02mm和0.35mm之间，更优选地在0.05mm和0.1mm之间。

在另一示例性实施例中，所述凹入元件中的全部或一些形成空穴，所述空穴以至少等于每平方毫米(mm²)四个空穴的密度分布在所述纹理部上，各个空穴的平均横截面在0.0005mm²和1mm²之间，更优选地平均横截面在0.008和0.15mm²之间。

根据另一示例性实施例，所述凹入元件或突出元件中的全部或一些展现出相互可变的形状和距离。

有利地，所述纹理部具有被称为第一亮度(L*1)的亮度，并且所述侧壁的其余部分具有被称为第二亮度(L*2)的亮度，所述亮度L*1和所述亮度L*2之间的亮度差至少为5个单位(亮度范围为0到100)。

在这种结构中，所述纹理化表面吸收光。相比之下，所述侧壁的更光滑的表面允许对光的更好的反射。这会在两个表面之间形成对比，并使纹理化区域更加明显。

亮度水平之间的这种差异使得可以确保对比度水平的明显差异。该对比效果可以有利地用于结合具有最小尺寸的视觉或图形元件，从而可以减少其对轮胎的空气动力学的影响。

定义

“轮胎”是指所有类型的弹性胎面，而不论其是否承受内部压力。

“橡胶材料”是指二烯弹性体，也就是说，按照已知方式，至少部分地基于二烯单体(具有两个共轭的或者非共轭的碳-碳双键的单体)的弹性体(即，均聚物或者共聚物)。

轮胎的“胎面”是指由侧表面和两个主表面限定的一定量橡胶材料，所述两个主表面中被称为胎面表面的主表面预定用于在轮胎行驶时与路面接触。所述胎面包括在所述侧表面中的至少一个之上延伸的多个切口。

轮胎的“侧壁”是指轮胎的侧表面的一部分，其被设置在轮胎的胎面和该轮胎的胎圈之间，从胎面中的切口的端部开始并一直延伸到胎圈。

“纹理部”是指多个元件的有组织布置，处于所述布置中的元件的全部或者一些是同一基本元件(例如，条柱或者薄片)的重复。

“条柱”是指丝条形元件，其高度至少等于与所述条柱的平均横截面具有相同表面面积的圆盘的直径的两倍。

“薄片”是指细长条柱，其长度至少等于其高度的两倍。

“亮度”或“光亮度”是指表示表面反射光的大小程度的特征的参数。亮度是根据CIE(国际照明委员会)在1976年建立的L*a*b*颜色模型使用介于0至100的范围内的刻度来表示的。值100表示白色或者全反射；值0表示黑色或者全吸收。

附图说明

所有实施例细节在以下描述中给出，其由图1A至图9补充，并且仅通过非限制性实施例给出，其中：

-图1A至图1D是轮胎的局部示意图，其显示了所述胎面以及外侧壁的各种示例性实施例；

-图2和图3是侧壁纹理部元件的横截面的示意图，其示出了纹理部相对于侧壁的壁的高度的各种示例；

-图4显示了根据第一示例性实施例的侧壁的纹理部的一部分，其中所述纹理部具有呈条柱形式的突出元件；

-图5显示了根据第二示例性实施例的侧壁的纹理部的一部分，其中所述纹理部具有呈薄片形式的突出元件；

-图6显示了根据第三示例性实施例的侧壁的纹理部的一部分，其中所述纹理部具有呈平行六面体形式的突出元件；

-图7显示了根据第四示例性实施例的侧壁的纹理部的一部分，其中所述纹理部具有其中突出元件之间的形状和距离可变的突出元件；

-图8显示了根据第五示例性实施例的侧壁的纹理部的一部分，其中所述纹理部具有在该示例中呈圆锥形的凹入元件；

-图9显示了图8的纹理部的凹入元件的空穴的放大视图。

具体实施方式

图1A至图1D示出了根据本发明的轮胎的示例性实施例。在图中，轮胎1包括胎面2，所述胎面2在任一侧被侧壁3包围。胎面8提供用于与地面接触的表面。侧壁大致具有朝向轮胎外侧的轴向弯曲的轮廓。这种类型的轮廓使得可以限定形成冠部的具有最大宽度的区域5，如图1A至图1D所示。该冠部和胎面2的起点之间的表面包括纹理部4，所述纹理部4被特别设计成减少颗粒、污垢、泥浆和其他异物到轮胎的粘附。

具体地，发明人已经发现粘附到轮胎侧壁的颗粒、当它们基本位于轮胎的肩部和外侧壁上的赤道部之间时、从0.2mm的突出尺寸开始会产生气流的局部干扰。沿着轮胎的侧壁的空气流更快地分离，并且层流和湍流之间的流动以降低的速度发生，导致由于除了别的以外的通风扭矩的增加从而使车辆的消耗恶化。而且，轮胎的上肩部行进的速度几乎是车辆速度的两倍。对于以100km/h行进的车辆，空气流开始分离的侧壁部分以约180km/h的速度行进，从而该现象对消耗产生影响。

此外，发明人还注意到，泥浆在干燥之前、当其仍然是湿的时更容易被清除。根据本发明的轮胎考虑了这些不同的参数，并且特别地旨在结合经优化的纹理部，以便最小化湿泥浆的粘附。

因此，纹理化表面位于轮胎的肩部6处(或位于最深的凹口的端部处)的胎面2的胎面花纹的底部和轮胎的赤道部(或侧壁的轴向最外的部分)之间。

为了优化效率，所述纹理化表面具有基本上呈环形的形状，并且被应用到覆盖侧壁的位于具有最大宽度的区域5和胎面2之间的表面的至少20％、更优选地40％和60％之间、甚至更优选地60％和80％之间的面积。

纹理部4的布置也可以在角度平面中被优化，其中角度覆盖范围延伸至少270度，优选地至少300度，并且更优选地至少330度。

在所示的示例中，纹理部表面4沿角度方向连续地布置(如图1A和图1B所示)或者不连续地布置(如图1C和图1D中的示例所示)。

在侧壁具有保护脊(高性能轮胎的短侧壁)的特定情况下，要考虑的区域的低点是当轮胎未安装在其轮辋上时的轴向最外点。一个这样的示例在图1A中示出。

假设当车辆通过与道路重复接触而被驱动时轮胎的胎面2和肩部6自清洁，则这些区域可以不具有纹理部。

当高速行进时，在赤道部5(轴向最外的部分)下方，空气流与侧壁分离。因此，纹理部的存在对空气动力学特性几乎没有影响。

相反，在中等速度下，空气流可以在轮胎的赤道部下面分离。因此，如果侧壁的轮廓允许的话，可以证明对于客运车辆轮胎而言将纹理化表面延伸至赤道部下方20mm、对于厢式货车轮胎而言将纹理化表面延伸至赤道部下方40mm、对于预定用于装备重型车辆的轮胎而言将纹理化表面延伸至赤道部下方60mm是有利的。

优选地，至少车辆外侧的侧壁包含该纹理部。

图2示意性地示出了纹理部4的元件的局部横截面。纹理部元件位于空穴8中。可以看出纹理部元件的顶部从轮胎的侧壁3的表面7向后地设置。例如，所述纹理部的平均深度在0.2和1mm之间，优选地在0.25和0.6mm之间，并且更优选地在0.3和0.5mm之间。

图3示出了另一种类型的布置，其中纹理部的元件与轮胎的侧壁3的表面7齐平。

为了优化纹理部元件的非粘附特性，纹理部元件的平均间距在0.05和0.35mm之间，优选地在0.15和0.3mm之间，更优选在0.18和0.25mm之间。取决于所述实施例，所述间距可以是固定的或可变的。

根据优选布置，纹理部4具有被称为第一亮度L*1的亮度。侧壁3的其余部分具有被称为第二亮度L*2的亮度。亮度L*1和亮度L*2之间的亮度差优选地为至少5个单位。

根据各种实施例变型，在纹理部中结合有标记。这些标记的亮度比纹理部的其余部分的亮度高出至少5个点数，并且优选地高出至少12个点数。该亮度差可以使得标记清晰可见。当轮胎处于可见度受限的环境中时，这种特征尤其有利。所述标记优先地嵌入纹理部中、或者与其齐平；它们不从纹理部中突出。

用于测量亮度的合适设备是Konica-Minolta CM 700D分光测色计(注册商标)。该设备适合用于测量：

-不同区域的亮度L*1、L*2；

-定义红色和绿色之间的第一色度的分量a*；

-定义黄色和蓝色之间的第二色度的分量b*。

所述设备被定位在轮胎的待测量的部分上并且所述设备给出与测量的表面相关联的三个参数L*、a*、b*的值。使用设定在10°的角度并具有D65型光源设置(如由国际照明委员会CIE所定义的设置)的“SCI”(镜面分量包含在内)模式来执行这些测量。借助于该设备，测量侧壁的纹理部4的亮度，并进而将侧壁的纹理部4的亮度与侧壁的无纹理部的部分的亮度进行比较。

图4至图9示出了可以布置在根据本发明的大致呈环形的纹理部表面上的纹理部4的示例。

图4示出了其中纹理部具有多个条柱11的实施例。所述条柱11以至少等于每平方毫米(mm²)一个条柱的密度分布在纹理部中，各个条柱的平均横截面S在0.0005mm²和1mm²之间。应当指出，各个条柱的平均横截面对应于从条柱的基部开始以规律(一定)间距测得的横截面S的平均值。所述条柱具有其横截面在这些条柱的高度Hb上减小的圆锥形的总体形状。

图5示出了其中纹理部4具有多个相互平行的叶片12的实施例，在所述纹理部中，叶片12的间距最多等于0.5mm，各个叶片12的平均宽度在0.02mm和0.5mm之间。应当指出，所述平均宽度对应于在所述叶片的高度HI上以规律(一定)间距测得的宽度I的平均值，各个叶片的高度在0.05和0.5mm之间。

在另一实施例变型中，所述纹理部具有条柱11和/或叶片12的组合。本发明不限于所述和所示的示例并且在不脱离其范围的情况下可对其进行各种修改。因此，根据另一非限制性实施例变型，图5的叶片12可以是不连续的。它们(所述叶片12)彼此之间具有平坦部分。它们(所述叶片12)彼此之间还可以具有横截面的差异。另外，所述叶片可以具有弯曲或者角度，特别是沿其长度的弯曲或者角度。它们(所述叶片12)还可以具有可变的长度。

在图6的示例中，所述纹理部具有其边长C在0.05mm和0.5mm之间、其高度Hp在0.05mm和0.5mm之间的平行六面体横截面13，在所述纹理部中，两个相邻空穴之间的距离Dp在0.05mm和0.5mm之间。备选地，所述纹理部的横截面可以是圆形的或者是多边形的(例如是六边形的)。对于正方形或者多边形结构，能够更容易地将元件相对于彼此进行组织，以便限制所述元件之间的中间区域的表面面积。在图7的变型中，元件14具有相互可变的形状和距离。该变型使得能够使所述纹理部4的细节较不可见。

图8示出了根据另一非限制性实施例变型的纹理部4。在该变型中，所述纹理部由多个空穴16形成。在该情况中，空穴16呈延伸至表面的深度中并且对该表面开口从而形成圆形开口15的圆锥形部的形式。因此，空穴16具有随着深度减小的横截面。应当指出，在该变型中，空穴16的开口15不相接触。开口15被中间区域17分开。此外，开口15有规律地分布，以使得各个开口15之间的距离d总体上是类似的。图9是图8中的纹理部的放大图。在该情况中，所述空穴中的全部或一些具有至少一个壁18，在横截面中，所述至少一个壁18相对于垂直于所述纹理部4的方向Z形成在10°和60°之间的角度β。

对于形成条柱或平行六面体或空穴的纹理部元件，所述纹理部元件中的每一个可以被包括在直径小于或等于1mm的虚拟圆中。这些尺寸使得可以优化纹理部的防污性能，并因此优化轮胎的空气动力学性能。

对于形成叶片或条纹的纹理部元件，所述纹理部元件中的每一个有利地相对于周向方向以20°和90°之间的角度定向。这种几何形状使得可以通过促进模具中的空气的排出来优化轮胎的模制特性以及纹理部的防污性能，并因此优化轮胎的空气动力学性能。

附图中采用的附图标记

1 轮胎

2 胎面

3 侧壁

4 纹理部

5 侧壁的具有最大宽度的区域

6 肩部

7 侧壁的外表面

8 容纳部

11 条柱

12 叶片

13 平行六面体横截面

14 突出元件

15 开口

16 空穴

17 中间区域

18 空穴壁

Claims

1.一种由橡胶材料制成的轮胎(1)，其包括胎面(2)和限定所述胎面(2)的两个侧壁(3)，每个侧壁包括具有最大宽度的区域(5)，所述轮胎在至少一个侧壁上包括至少一个纹理部(4)，所述纹理部与所述侧壁的其余部分形成对比，所述纹理部(4)包括与所述侧壁成一体地形成的多个突出元件或凹入元件，其特征在于：所述纹理部(4)设置在所述轮胎的位于所述轮胎的所述具有最大宽度的区域(5)上方的侧壁上，所述纹理部(4)覆盖所述侧壁的位于所述具有最大宽度的区域上方的表面的至少20％，并且所述纹理部(4)形成大致呈环形的纹理部表面，并且所述纹理部元件的平均间距在0.05和0.35mm之间，所述纹理部用于减少颗粒、污垢、泥浆到轮胎的粘附以及减少气流扰动的发生。

2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，所述纹理部元件的所述平均间距在0.15和0.3mm之间。

3.根据权利要求2所述的轮胎(1)，其特征在于，所述纹理部元件的所述平均间距在0.18和0.25mm之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述纹理部(4)具有被称为第一亮度(L*1)的亮度，并且所述侧壁的其余部分具有被称为第二亮度(L*2)的亮度，所述第一亮度(L*1)和所述第二亮度(L*2)之间的亮度差至少为5个单位。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述纹理部(4)具有一个或多个中断区域，所述中断区域中的每一个展现出角度α，所述角度α小于20°。

6.根据权利要求5所述的轮胎，其特征在于，所述角度α小于5°。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述纹理部(4)占据所述侧壁的位于所述具有最大宽度的区域(5)的径向外侧的表面的至少40％的面积。

8.根据权利要求7所述的轮胎，其特征在于，所述纹理部(4)占据所述侧壁的位于所述具有最大宽度的区域(5)的径向外侧的表面的40％和60％之间的面积。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述纹理部的平均高度在0.2和1mm之间。

10.根据权利要求9所述的轮胎，其特征在于，所述纹理部的平均高度在0.25和0.6mm之间。

11.根据权利要求10所述的轮胎，其特征在于，所述纹理部的平均高度在0.3和0.5mm之间。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎，其特征在于，所述纹理部(4)的元件位于凹入所述侧壁的表面中的容纳部(8)中，使得所述纹理部的端部从所述轮胎的侧壁(3)的表面(7)向后地设置，或者与所述轮胎的表面基本上齐平。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述突出元件中的全部或一些形成条柱，所述条柱(11)以至少等于每平方毫米(mm²)四个条柱的密度分布在花纹中，各个条柱的平均横截面在0.0005mm²和1mm²之间。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述突出元件中的全部或一些形成相互平行的叶片(12)，各个叶片的平均宽度在0.02mm和0.35mm之间。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述突出元件中的全部或一些形成平行六面体(13)，所述平行六面体(13)的边长在0.05mm和0.3mm之间，高度在0.05mm和0.5mm之间，在所述纹理部中，两个相邻的平行六面体之间的距离在0.02mm和0.35mm之间。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述凹入元件中的全部或一些形成相互平行的条纹，各个条纹的平均宽度在0.02mm和0.35mm之间。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述凹入元件中的全部或一些形成空穴(16)，所述空穴(16)以至少等于每平方毫米(mm²)四个空穴的密度分布在所述纹理部上，各个空穴的平均横截面在0.0005mm²和1mm²之间。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述凹入元件或突出元件中的全部或一些展现出相互可变的形状和距离。