CN109849590B - 一种降低滚动阻力的充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降低滚动阻力的充气轮胎，包括胎侧胶、三角胶，以及位于子口区域用于过渡胎侧胶与三角胶的子口护胶，所述胎侧胶覆盖了部分子口护胶，所述子口护胶的高点低于三角胶的高点5mm～8mm，所述子口护胶的高点夹角为15°～30°，所述子口护胶位于钢丝圈一侧的厚度为1.2mm～1.8mm。本发明将子口护胶设置在三角胶高点下方，错开了轮胎曲挠区，且子口护胶高点与三角胶高点有效过渡，受力过渡更为平滑，同时此结构设计极大的降低了子口护胶在胎侧中的占比，大大降低了轮胎滚动阻力。

Description

一种降低滚动阻力的充气轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎技术领域，具体涉及一种用于降低滚动阻力的充气轮胎。

背景技术

在轮胎行业，由于轮胎是由橡胶，钢丝和帘线组成的黏弹性体，运动中必然会伴随变形，形变最终以热量的形式产生能量损耗，这种单位行驶里程的能量损失称之为轮胎滚阻，欧洲轮胎工业对轮胎轮胎生命周期分析结果表明，轮胎对环境的主要影响是发生在轮胎的使用阶段，其中轮胎滚总阻力对环境影响占据了很大的份额。

近年来，世界各国都相继制定了有关轮胎滚动阻力的相关法律法规，其中欧洲轮胎认证法规ECE R117规定对于出口轮胎在2020年11月份滚阻由R2转换为R3标准，迫于燃油经济性和环保形势降低轮胎滚阻以成为各个轮胎厂家最为关注的问题，降低轮胎滚阻势在必行。轮胎主要由胎面、胎侧、三角胶、冠带层、带束层、胎体、内衬、钢丝圈组成，而轮胎滚阻产生的部位占比一般为冠部、胎侧、子口，轮胎滚阻的降低可以通过改善胎面配方、降低轮胎重量、优化轮胎结构设计等方法来实现，现有技术中由于考虑到轮胎的噪音、磨耗、经济性、操控性、轮胎湿地等性能需要同时兼顾，在不改变轮胎结构的情况下，轮胎滚阻的降低出现瓶颈。

现有技术采用降滚阻的方式具有如下缺点：

1.如果通过改善胎面配方来降低滚阻，轮胎相应的湿地性能、操控性能、耐久性会受到影响；

2.如果通过减小轮胎重量来降低滚阻，相应的轮胎部件减轻，势必会影响到轮胎的安全性和耐久性；

3.现有技术普通轮胎由于RC在三角胶的上方，而三角胶的上方刚好处于轮胎曲挠区，生热多，能耗较大，对轮胎滚阻极其不利。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可有效降低轮胎滚阻的同时，又可以兼顾轮胎耐久等其它性能的新型结构轮胎。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种降低滚动阻力的充气轮胎，包括胎侧胶、三角胶，以及位于子口区域用于过渡胎侧胶与三角胶的子口护胶，所述胎侧胶覆盖了部分子口护胶，所述子口护胶的高点低于三角胶的高点5mm～8mm，所述子口护胶的高点夹角为15°～30°，所述子口护胶位于钢丝圈一侧的厚度为1.2mm～1.8mm。

进一步地，所述胎侧胶下端点的位置LSW为10～12mm。

优选地，所述三角胶的高度HBF为(0.5～0.6)*SDH，其中SDH为轮胎下断面水平轴高度。

优选地，所述子口护胶位于钢丝圈一侧的厚度为1.4mm～1.6mm。

优选地，所述子口护胶的高点夹角为20°～25°。

优选地，所述充气轮胎为PC规格且不带轮辋保护的轮胎。

由以上技术方案可知，本发明将子口护胶设置在三角胶高点下方，错开了轮胎曲挠区，且子口护胶高点与三角胶高点有效过渡，受力过渡更为平滑，同时此结构设计极大的降低了子口护胶在胎侧中的占比，大大降低了轮胎滚动阻力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为现有技术的结构示意图；

图3为本发明的子口部位放大图。

具体实施方式

技术术语解释：

RC：子口护胶

ECE R117：欧盟认证法规

R2：滚阻标准

R3：滚阻标准

FEA：有限元分析

BEC：胎肩垫胶

HBF：三角胶的高度

HRC：子口护胶的高度，为胎踵排气槽的下端点到RC高点的直线距离。

PC：轿车子午胎

TRC：钢丝圈处子口护胶的厚度

SDH：轮胎下断面水平轴高度

LSW：胎侧胶下端点位置，为轮辋保护线到胎侧胶下端点的直线距离。

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。

如图1所示，本实施例中的充气轮胎为PC规格且不带轮辋保护的轮胎，其包括胎面1、胎侧2、三角胶3、钢丝圈4、帘布层5、气密层6、冠带层7、带束层8，以及位于子口区域用于过渡胎侧胶与三角胶的子口护胶9，由内向外依次为内衬层、胎体、带束层、冠带层、胎面和胎侧。

所述三角胶3的高度HBF为SDH*(0.5～0.6)mm，此种设计可以使三角胶避开轮胎的曲挠区，减小三角胶部位生热以达到降低滚阻的效果。

所述帘布层5的帘布反包高度H1P为SDH+5mm，此种结构设计比两层帘布重量减轻，同时采用1P高反包试帘布接头既避开了轮胎曲挠区，又保证了胎体的刚性，对降低轮胎滚阻非常有利。

所述冠带层7的缠绕张力为15N，控制公差±4N，可以提高轮胎刚性，起到更好的束缚带束层，对降低轮胎的滚阻和提高高速性非常有利。

所述胎侧胶覆盖了部分子口护胶9，这样设计使得子口护胶的高点B方向偏向轮胎内侧，本实施例中，所述胎侧胶覆盖子口护胶的高点B距三角胶高点A点的直线距离为5～8mm，此种设计使得子口护胶高点位于三角胶高点的下方，最大化的减小RC在胎侧中的占比，子口护胶RC的tanδ相比胎侧胶较小，从而使得滚阻也随之降低，同时三角胶高点与RC高点相差5～8mm，避免了高点过于接近产生的应力集中，从而减小了应力集中，使力的过渡更加平稳，降低了生热，滚阻也随之降低。

由于轮胎是由橡胶、钢丝和帘线组成的黏弹性体，运动中必然会伴随变形，这种变形最终以热量的形式产生能量损失，这种能量损失便产生了轮胎滚阻，滚动阻力FR定义：单位行驶里程的能量损失(或能耗)，其表达式为：

FR＝Eloss/C＝f(σ,ε,V,tanδ)/C

其中Eloss为轮胎的能量损耗，σ为应力，ε为应变，V为轮胎体积，tanδ为材料损耗角，C为滚动周长。

通过有限元分析轮胎滚阻能耗分布，可以看出轮胎的滚阻能耗主要分布在胎冠、胎侧、子口部位，当轮胎挠曲变形时，橡胶对变形产生粘弹性阻力，滞后生热是由轮胎胶料的交变变形引起的，由于应力与应变的不同步而导致了能量损失，转化为热能，进而产生了滚阻，从滚阻能耗分布可以看出，子口部位生热较大，产生滚阻的比例较高，同时子口处是应力集中的区域，也是轮胎耐久经常损坏的区域。为了保证轮胎的耐久、操控、湿地等性能，本发明通过调整子口护胶结构，以减小胎侧和子口部位的滚阻能耗，达到降低滚阻的目的。

胎侧2由胎侧胶、子口护胶、BEC胶组成，胎侧主要承受曲挠变形作用，保护胎侧帘线不受损伤，其胶料特点：硬度低、耐曲挠、耐老化，子口护胶分布在胎侧胶与三角胶中间，硬度相比三角胶小相比胎侧大，从而使三角胶与胎侧力的过渡更为平稳，其胶料特点：硬度高、耐磨。由于两种胶料不同，其tanδ材料损耗角也不同，胎侧胶料的tanδ比子口护胶胶料的tanδ小。根据滚阻公式FR＝f(σ,ε, V,tanδ)/C，tanδ的大小直接影响到滚阻的数值，基于以上原理，由于子口护胶胶料的tanδ大，以最大化减小子口护胶胶料在胎侧中的占比来降低滚阻。

如图1所示，子口护胶9的高点B落在三角胶高点A点的下方，子口护胶的高点B比三角胶的高点A的位置低5mm～8mm，两者的高度差是两点直线距离，如图3 所示，H1的高度为5mm～8mm，其中HBF表示O点到A点的直线距离，HRC表示D点到B点的直线距离，D点代表胎踵排气槽的下端点，O点代表钢丝圈的外侧上端点，

所述子口护胶9的高点B与三角胶的高点A的高度差包括但不限于：5mm、5.1mm、5.2mm、5.3mm、5.4mm、5.5mm、5.6mm、5.7mm、5.8mm、5.9mm、6mm、6.1mm、6.2mm、 6.3mm、6.4mm、6.5mm、6.6mm、6.7mm、6.8mm、6.9mm、7mm、7.1mm、7.2mm、7.3mm、 7.4mm、7.5mm、7.6mm、7.7mm、7.8mm、7.9mm、8mm。5-8mm的距离有保证的部件节点不集中，不会产生应力集中，从而使轮胎子口部位生热小，能耗降低。

所述子口护胶9的高点B的夹角为15°～30°，包括但不限于：15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、 29°、30°，高点夹角优选为20°～25°。该夹角的设计从而使力的过渡更加平滑，减小了生热，从而降低了滚阻和提高了轮胎的耐久。

所述子口护胶位于钢丝圈一侧的厚度为1.2mm～1.8mm，包括但不限于：1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm，厚度优选为1.4mm～1.6mm。该厚度有效保护了轮胎子口和以免轮胎的脱圈性能受到影响，又保证了RC在胎侧中的占比更小，进而有效降低滚阻。

本发明采用上述子口护胶的设计最大化降低了子口护胶胶料的占比，RC在胎侧中的占比随之减小，由于RC胶料的tanδ大，本发明有效降低了RC胶料在胎侧中的占比并通过调整RC的位置，成功使RC避开轮胎的曲挠区，根据轮胎滚阻公式FR＝f (σ,ε,V,tanδ)/C可知轮胎的滚动阻力也会随之降低，本发明在不改变胎面胶料和胎面花纹的前提下，通过更改胎侧结构，既有效保证了轮胎的耐久、操控、湿地等性能的同时，又有效降低了轮胎滚阻。

针对现有设计和本发明实施例两种结构进行滚动阻力和耐久测试：

1.耐久测试：

2.滚动阻力测试：

3.分析数据如下：

对比例1是子口护胶高点高于三角胶的高点5mm，子口护胶在钢丝圈一侧TRC 厚度为3mm，子口护胶的高点B夹角θ为40°；

对比例2是子口护胶高点高于三角胶的高点5mm，子口护胶在钢丝圈一侧TRC 厚度为1.5mm，子口护胶的高点B夹角θ为22°；

对比例3是子口护胶高点低于三角胶的高点2mm，子口护胶在钢丝圈一侧TRC 厚度为1.5mm，子口护胶的高点B夹角θ为22°；

对比例4是子口护胶高点低于三角胶的高点10mm，子口护胶在钢丝圈一侧TRC 厚度为1.5mm，子口护胶的高点B夹角θ为22°；

对比例5是子口护胶高点低于三角胶的高点6mm，子口护胶在钢丝圈一侧TRC 厚度为1.5mm，子口护胶的高点B夹角θ为40°。

对比例6是子口护胶高点低于三角胶的高点6mm，子口护胶在钢丝圈一侧TRC 厚度为3mm，子口护胶的高点B夹角θ为22°。

实施例1-3的轮胎滚动阻力FR为9.75、9.72、9.68，对比例1的轮胎滚阻FR 为10.35，滚阻下降约6％，效果明显。因此可以证明子口护胶高点位置、子口护胶的厚度TRC和高点B夹角θ三个改进点同时存在时能够达到较好的降低滚阻的效果。

对比例2的子口护胶高点位置与对比例1相同，子口护胶的厚度TRC和高点B 夹角θ都与本发明实施例2相同，其轮胎滚阻FR为10.30，相较于对比例1滚阻只是略微下降，因此可以证明单独的改进子口护胶的厚度TRC和高点B夹角θ是不能够较好的降低轮胎滚阻。

对比例3的子口护胶高点略低于三角胶的高点，其他与本发明实施例2相同，其轮胎滚阻FR为9.96，相较于对比例1滚阻下降不多，进一步证明单独的改进子口护胶的厚度TRC和高点B夹角θ是不能够较好的降低轮胎滚阻。

对比例5的高点B夹角θ与对比例1相同，子口护胶高点位置和厚度TRC都与本发明实施例2相同，其轮胎滚阻FR为9.82，相较于对比例1滚阻降低有限，因此可以证明单独的改进子口护胶高点位置和厚度TRC是不能够较好的降低轮胎滚阻。

对比例6的子口护胶厚度TRC与对比例1相同，子口护胶高点位置和高点B夹角θ都与本发明实施例2相同，其轮胎滚阻FR为9.87，相较于对比例1滚阻降低有限，因此可以证明单独的改进子口护胶高点位置和高点B夹角θ是不能够较好的降低轮胎滚阻。

对比例4的设计与本发明RC在胎侧中的占比更低，滚阻也较低，但由于子口护胶高点的位置过低对轮胎脱圈性能不利以及过低对胎侧到三角胶力的过渡不利，所以RC高点最低在三角胶高点下方8mm。

现有技术中普通半钢子午线轮胎胎侧子口护胶高点落在三角胶高点上方，此结构最大的弊端使子口护胶上部落在轮胎曲挠区，从而使轮胎生热大，能耗高，滚阻较大，而本发明将子口护胶设置在三角胶高点下方成功使子口护胶错开了轮胎曲挠区，且子口护胶高点与三角胶高点有效过渡，试力的过渡更为平滑，同时此结构设计极大的降低了子口护胶在胎侧中的占比，根据滚阻公式FR＝f(σ,ε,V, tanδ)/C，由于RC胶料和胎侧胶料tanδ的不同，本发明大大降低了轮胎滚动阻力。

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 (6)

1.一种降低滚动阻力的充气轮胎，包括胎侧胶、三角胶，以及位于子口区域用于过渡胎侧胶与三角胶的子口护胶，其特征在于，所述胎侧胶覆盖了部分子口护胶，所述子口护胶的高点低于三角胶的高点5mm～8mm，所述子口护胶的高点夹角为15°～30°，所述子口护胶位于钢丝圈一侧的厚度为1.2mm～1.8mm。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎侧胶下端点的位置LSW为10～12mm，其中LSW为胎侧胶下端点到轮辋保护线的直线距离。

3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述三角胶的高度HBF为(0.5～0.6)*SDH，其中SDH为轮胎下断面水平轴高度。

4.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述子口护胶位于钢丝圈一侧的厚度为1.4mm～1.6mm。

5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述子口护胶的高点夹角为20°～25°。

6.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述充气轮胎为PC规格且不带轮辋保护的轮胎。

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