CN111526997A - 非充气轮胎 - Google Patents

Abstract

一种非充气轮胎，其具有：弹性环形外带，所述弹性环形外带具有在其左侧向边缘和其右侧向边缘之间等距定位的侧向中平面；径向内环形轮毂；多个辐条，其将所述弹性环形外带连接到所述内环形轮毂，其中连接到所述弹性环形外部的所述多个辐条中的每一个从所述弹性环形外带的所述侧向中平面侧向偏移。

Description

非充气轮胎

技术领域

本发明的主题涉及一种在载荷下滚动时产生侧向力的非充气轮胎，和用于设计和成型这类轮胎的方法。

背景技术

充气轮胎相对于实心车轮的创新提高不平坦的地形上的顺应性、舒适性，减少质量并且甚至滚动阻力。然而，充气轮胎容易损坏，具有复杂的复合结构，并且为了最佳性能需要定期维护。改进充气轮胎性能的轮胎或车轮可例如提供更好的顺应性，更好的控制刚度，减少维护需求和改进耐久性。

非充气轮胎或非充气车轮提供某些此类改进。非充气轮胎或非充气车轮构造的细节和益处在例如美国专利第6,769,465号；第6,994,134号；第7,013,939号；和第7,201,194号中描述。某些非充气轮胎和车轮构造提出并入弹性环形外带或“剪切带”，其实施例在例如美国专利第6,769,465号和第7,201,194号中描述。这类非充气轮胎和车轮构造提供无需依赖包含加压气体来支撑施加到轮胎或车轮的标称载荷的性能优点。

在设计用于在车辆上的轮胎时，期望调节轮胎在地面上滚动时产生的侧向力。这些力中的一些是由于将成角度的帘布层在另一个成角度的帘布层上分层的影响。在加强件进入接地面时，帘布层的变形导致外胎面不对称变形，导致产生称为帘布层转向的侧向力。这类侧向力可在轮胎的设计和构造期间改变，如通过调节加强件的角度或对胎面刻纹进行改变。可通过改变相较于其它侧壁的轮胎的一侧的侧壁高度(也被称为锥度)来改变侧向力。并非全部这类调谐方法可用于非充气轮胎。

因此，对导致非充气轮胎在地面上滚动时产生侧向力的非充气轮胎和其构造进行新的并且创新的改变将为有用的。在不改变弹性环形外带的情况下提供期望的侧向力的这类新的并且创新的改变将是特别有用的。

发明内容

本发明的方面及优点将部分在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践习得。

在一个示例性实施例中，非充气轮胎具有：弹性环形外带，其具有在至少两个侧向边缘之间等距定位的侧向中平面，所述至少两个侧向边缘包含左侧向边缘和右侧向边缘；径向内环形部分；和多个辐条，其将弹性环形外带连接到内环形部分，每个辐条具有左侧向边缘和右侧向边缘；其中连接到弹性环形外带的所述多个辐条中的每一个从弹性环形外带的侧向中平面侧向偏移。

参考以下描述及所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且与描述一起用以解释本发明的原理。

附图说明

本发明的完整并且启发性公开内容，包括其对于所属领域的技术人员来说的最佳模式，在参考附图的说明书中被阐述，在所述附图中：

图1提供本发明的实施例的透视图。

图2提供本发明的实施例的侧视图。

图3提供沿在图2中的线3-3截取的实施例的剖面视图。

图4提供从在轮胎的径向和侧向方向上截取的剖面截取的现有技术实施例的辐条的视图。

图5提供从在轮胎的径向和侧向方向上截取的剖面截取的实施例的辐条的视图。

图6提供抵着地表面按压并且以外倾角定位的现有技术实施例的前正视图。

图7示出负载有垂直于测量印迹的表面的500daN的三种设计的非充气轮胎的印迹的计算机模型，设计1表示具有在轮胎的弹性环形外带的中平面上居中的辐条的参考轮胎，设计2并入具有从轮胎的弹性环形外带的中平面偏移11mm的辐条的本发明的实施例，并且设计3具有类似于设计1的居中辐条，但是其中轮胎相对于表面成1度的外倾角的角度。

图8示出计算机程序的输出的实例，其示出当在抵着平表面的500daN的力下在短接距离内滚动时通过设计3产生的侧向力。

图9提供从在轮胎的径向和侧向方向上截取的剖面截取的实施例的辐条的视图。

图10提供从在轮胎的径向和侧向方向上截取的剖面截取的实施例的辐条的视图。

在不同的附图中使用相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

具体实施方式

本发明提供在承载给定荷载并且在表面上滚动时产生侧向力的轮胎。具体来说，轮胎通过具有从轮胎的侧向中平面偏移的多个辐条产生侧向力。出于描述本发明的目的，现在将详细参考本发明的实施例和/或方法，其一个或多个实例说明于附图中或用附图说明。提供每个实例是为了解释本发明而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征或步骤可与另一个实施例或步骤一起使用，以产生又另一实施例或方法。因此，希望本发明涵盖这类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书以及其等同物的范围内。

对于本公开，以下术语定义如下：

除非另外说明，否则当指定值时，“约”或“通常”或“大约”后跟数目应理解为意指指定的数目和在最小有效数字的正负一个单位内的任何数目。在此规则下，所有非零数字为有效的，例如：1、2、3、4、5、6、7、8、9。在非零数字之间的零为有效的，例如：102、2005、50009。前导零从不有效，例如：0.02、001.887、0.000515。在具有小数点的数目中，尾随零(最后一个非零数字右边的零)为有效的，例如：2.02000、5.400、57.5400。在没有小数点的数目中，尾随零不为有效的。举例来说，“约100cm”等效于100cm+/-10cm。换句话说，“大约100cm”将包括110cm和90cm和在两者中间的所有值。

在图中的“轴向方向”或字母“A”是指与例如剪切带、轮胎和/或车轮在其沿着路面行进时的旋转轴线平行的方向。

在图中的“径向方向”或字母“R”是指与轴向方向正交并且在与从轴向方向正交延伸的任何半径相同的方向上延伸的方向。

“赤道平面”意指垂直于旋转轴线通过并且平分弹性环形外带和/或车轮结构的平面。

“侧向中平面”意指距弹性环形外带的侧向边缘相等距离定位的赤道平面。

“左侧向边缘”意指当在车辆向前行进的方向上观察时的左侧向边缘。

“右侧向边缘”意指当在车辆向前行进的方向上观察时的右侧向边缘。

在图中的“圆周方向”或字母“C”是指与轴向方向正交并且与径向方向正交的方向。

在图中的“向前行进方向”或字母“F”是指出于美观和/或性能原因轮胎被设计成的主要行进的方向。在与向前行进方向不同的方向上的行进是可能的和预期的。

“径向平面”意指垂直于赤道平面通过并且穿过车轮的旋转轴线的平面。

“侧向方向”意指与赤道平面正交的方向。

如本文所用，“弹性材料”或“弹性体”是指表现出类似于橡胶的弹性的聚合物，如包含橡胶的材料。

“可偏转”意指能够弹性地弯曲。

“标称载荷”或“期望的设计载荷”为车轮或轮胎被设计用来承载和操作的载荷。标称载荷或期望的设计载荷包括直到并且包括由制造商规定的最大载荷的载荷，并且在车辆轮胎的情况下，通常由轮胎的侧面上的标记来指示。超过标称载荷的载荷条件可由轮胎维持，但是可能存在结构损坏、加速磨损或降低性能。

图1提供本发明的示例性实施例的透视图，其示出具有将弹性环形外带200连接到内环形部分12(这里示出为内带)的多个辐条100的非充气轮胎10。在此实施例中，轮胎的辐条100提供机械支撑以将内环形部分12悬挂在弹性外环形带200内。虽然这里未示出，但是内带可为轮毂的一部分，所述部分将轮胎附接到车辆的轴承、车轴或其它部分，以便允许绕轮胎10的中心轴线旋转。在示出的示例性实施例中，每个辐条100的右侧向边缘140与弹性环形外带200的右侧向边缘240间隔距离30。

因为示例性实施例的每个辐条的右侧向边缘140位于与弹性环形外带的赤道平面平行的平面中，并且示例性实施例的每个辐条的左侧向边缘150位于与弹性环形外带的赤道平面平行的平面中，所以在每个辐条的右侧向边缘和弹性环形外带的右侧向边缘之间的距离与在每个辐条的左侧向边缘和弹性环形外带的左侧向边缘之间的距离的差等于每个辐条从弹性环形外带的侧向中平面的侧向偏移。在此特定实施例中，每个辐条偏移相同的量。

在未示出的其它实施例中，预期每个辐条可具有不同的偏移，并且仍然在本发明的范围内，所有辐条的平均位置或平均偏移不等于零。举例来说，对于用于具有54个辐条的车轮的三个辐条的重复图案，辐条图案中的第一辐条从弹性外环形带的中平面朝向弹性外环形带的左侧向边缘侧向偏移2cm，辐条图案中的第二辐条从弹性外环形带的中平面偏移1cm，并且辐条图案中的第三辐条朝向弹性外环形带的左侧向边缘与弹性外环形带的中平面对齐。在此实例中，多个辐条的偏移将等于((2cm×18个辐条+1cm×18个辐条+0cm×18个辐条)/54个辐条)＝总侧向辐条偏移＝朝向左侧向边缘1cm侧向偏移。

在对于用于具有54个辐条的车轮的三个辐条的重复图案的又另一个实例中，辐条图案中的第一辐条从弹性外环形带的中平面朝向弹性外环形带的左侧向边缘侧向偏移3cm，辐条图案中的第二辐条从弹性外环形带的中平面朝向弹性外环形带的右侧向边缘偏移1cm，并且辐条图案中的第三辐条与弹性外环形带的中平面对齐。在此实例中，我们假定惯例，其中朝向左侧向边缘的距离在正方向上并且朝向右侧向边缘的距离在负方向上。在此实例中，多个辐条的偏移将等于((3cm×18个辐条+-1cm×18个辐条+0cm×18个辐条)/54个辐条)＝总侧向辐条偏移约等于朝向左侧向边缘0.7cm。

图2提供本发明的实施例的左侧视图。这里，示出多个辐条100将内环形部分12从弹性环形外带悬挂下来。此实施例的辐条具有加厚的鼻部分130，以及加厚的径向外部分112和加厚的径向内部分114。每个辐条100包含用复合玻璃树脂加强的橡胶并且可进一步用帘线(如聚酯帘线)加强。本发明的实施例的内带12为非顺应的并且由铝构造。弹性环形外带200为顺应的，当经受期望的设计荷载时，顺应扁平地表面3，产生具有在轮胎的纵向方向上的长度和在轮胎的侧向方向上的宽度的接地面。

图3示出沿图2的剖面线3-3截取的图2的实施例的剖面视图。橡胶辐条100剖面示出围绕辐条的玻璃纤维树脂加强件110的橡胶。在此实施例中，玻璃纤维树脂加强件110位于沿辐条100的长度，拉伸从内环形部分12到弹性环形外带200的距离的一部分。弹性环形外带200剖面示出围绕玻璃纤维树脂加强件210的橡胶。弹性环形外带玻璃纤维树脂加强件210在弹性环形外带200的圆周方向上延伸。这些加强件形成三层，每一层在纵向方向上延伸并且在侧向方向上跨轮胎的宽度。三层的玻璃纤维树脂加强件210形成可另外被称作弹性环形外带200的剪切层。

实施例的每个辐条100的侧向中平面102从弹性环形外带200的侧向中平面202偏移。在本发明的实施例中，每个辐条偏移相同的量，并且每个辐条100也关于其侧向中平面102对称，导致每个辐条100的侧向中平面102从弹性环形外带200的侧向中平面202的侧向偏移40等于弹性环形外带200的左侧向边缘到辐条100的左侧向边缘的距离30减去从弹性环形外带200的右侧向边缘到辐条100的右侧向边缘的距离32的差的一半。

辐条从弹性环形外带200的侧向中平面202的偏移导致车轮表现出在侧向方向上的力。这类力可期望在轮胎中改变如何处置车辆，或可期望克服从外部环境或从胎面刻纹或弹性环形外带200加强件210的几何形状的影响(如帘布层转向)作用于车辆的其它侧向力。举例来说，如果胎面加强层在所述圆周方向上延伸，但是与轮胎的赤道平面成角度，这类配置可产生残余帘布层转向扭矩，所述扭矩可通过朝向一个侧向方向偏移辐条来抵消。在另一个实例中，可能已出于美学原因选择或功利原因或两者的轮面图案可产生在特定方向上的侧向力。这类力可通过朝向一个侧向方向偏移辐条来抵消。作为另一个实例，北美和世界其它地方的大多数道路具有从道路的一侧延伸到另一侧的“冠状”或弯曲部。因为汽车通常倾向于在道路的一侧行驶，例如在北美为右侧，所以由于道路在所述方向上的倾斜，汽车倾向于被拉向道路的右肩。朝向弹性环形外胎面带的左侧偏移辐条将帮助对抗力的作用，使车辆当在这类冠状道路上行驶时具有对方向盘更中间的感觉。

为了进一步解释本发明的效果，在有限元计算机程序Abaqus中创建弹性环形外带宽度为约165mm并且等效于充气轮胎大小为205/55R16的非充气轮胎的模型。将三种设计静态负载到垂直于地表面3的500daN。然后比较每种设计的印迹形状和接触压力。为了预测侧向力，三种设计滚动短距离以估计通过滚动产生的侧向力的稳态值。

测试的三种设计中的第一种由图4表示，其中辐条100的中平面102与弹性环形外带200的中平面202对齐，并且轮胎在0度外倾角下测试。

测试的三种设计中的第二种由图5表示，其中辐条100的中平面102从弹性环形外带200的中平面202向左偏移11mm距离40，并且轮胎在0度外倾角下测试。

测试的三种设计中的第三种由图6表示，其中辐条100的中平面102与弹性环形外带200的中平面202对齐，并且轮胎在1度左外倾角60下测试。

在图7中示出的静态印迹测量指示由具有11mm辐条偏移的第二设计产生的接触压力形状类似于具有1度外倾角的第二设计。对于每个设计，测量印迹的长度到+/-4mm的精度。对于第一种设计，测量胎面中心为126mm长。对于辐条偏移11mm的第二种设计，右肩印迹的长度为111mm，胎面中心为126mm，并且测量的左肩长度为133mm。对于具有1度外倾角的第三种设计，右肩印迹的长度为111mm，胎面中心为126mm，并且测量的左肩长度为128mm。偏移辐条设计表现出具有比1度外倾角设计更明显的梯形形状的轮廓，同时压力分布比第一种设计彼此更类似。

地面接触压力场指示两种设计可忽略地小差异，而具有对齐的辐条和零度外倾角的第一种设计与其它两种不同。这指示，对于第二和第三种设计，预期的牵引性能(像磨损、制动等)相同。

为了预测侧向力，对有限元模型的网格进行了粗化，并且轮胎滚动600mm，刚好足以估计每种设计的侧向力的稳态值，例如图8中的第三种设计所示。由于此建模，对于在垂直于地表面的500daN荷载下轮胎设计直线滚动，具有零偏移和零外倾角的第一种设计的结果为小于0.2daN，具有11mm辐条偏移的第二种设计的结果为7.8daN，并且对于具有1度外倾角的第三种设计，测试结果在12和15daN之间。预测由具有11mm辐条偏移的第二种设计产生的侧向力约等于无辐条偏移和0.5度外倾角的非充气轮胎。

辐条侧向偏移可以其它方式实现并且仍然在本发明的范围内。举例来说，其中辐条的侧向边缘中的一个或多个可能不位于与轮胎的赤道平面平行的平面中。此类实施例的一个实例在图9中示出，其中辐条100的右侧向边缘成角度。可通过定位多个辐条100的侧向中平面102使得其与弹性环形外带200的侧向中平面平行并且沿轴向方向定位，通过在径向内部分12和弹性环形外带200之间的径向距离上加权的在辐条100的右侧向边缘和辐条100的左侧向边缘之间的平均中点来描述侧向偏移，如通过观察每个辐条从垂直于径向平面并且与辐条的质心相交的位置确定。

在描述多个辐条的侧向偏移的另一个方法中，可通过确定每个辐条的质心并且将距弹性环形外带200的中平面202的侧向距离求平均值来计算多个辐条100的侧向中平面102。

在描述多个辐条的侧向偏移的另一个方法中，可通过确定在辐条100上径向最内点处辐条的左侧向边缘到右侧向边缘的中点来描述多个辐条的侧向中平面102。虽然这类计算可适用于描述多个辐条100的侧向中平面，但是所属领域的一般技术人员应理解，描述的计算将未必总是产生相同的辐条偏移值。

在另一个实施例中，辐条100的一个或多个侧向边缘可能不位于与轮胎的赤道平面平行的平面中，如其中当从垂直于辐条100的轴向和径向方向的方向观察时，侧向边缘可呈现弧形，如在图10中示出。多个辐条100的侧向中平面102被绘制为与弹性环形外带200的侧向中平面平行，并且可通过在径向内部分12和弹性环形外带200之间的径向距离上加权的辐条100的右侧向边缘和辐条100的左侧向边缘之间的平均中点来计算。

应理解，辐条可没有处于与轮胎的赤道平面平行的平面中的左侧向边缘和右侧向边缘。在这类情况下，当从垂直于辐条100的轴向和径向方向的方向观察时，辐条的右侧向边缘和左侧向边缘可呈现弧形，如在图10中的辐条100的右侧向边缘。或在其它实施例中，当从垂直于辐条100的轴向和径向方向的方向观察时，辐条的侧向边缘可呈现为相较于赤道平面成角度，如在图9中的辐条100的右侧向边缘。

在图9中，径向内部分具有径向内左侧向边缘、径向内右侧向边缘和在径向内左侧向边缘和径向内右侧向边缘之间等距定位的径向内中点。这里，侧向偏移意指多个辐条中的每个辐条的径向内中点从弹性环形外带的侧向中平面侧向偏移。换句话说，侧向偏移为多个辐条中的每个辐条的径向内中点距弹性环形外带的左侧向边缘的平均距离不等于多个辐条中的每个辐条的径向内中点距弹性环形外带的右侧向边缘的平均距离。

应理解，辐条可互连并且仍然在本发明的范围内，如其中辐条可形成蜂巢或其它图案。辐条可由均质材料(如聚氨酯)制成，或可为加强的，如与玻璃纤维加强件和/或聚酯帘线一起形成的聚氨酯或橡胶辐条。

所公开技术的方面的所选择组合对应于本发明的多个不同实施例。应注意，本文呈现和讨论的示例性实施例中的每一个不应暗示对本主题的限制。说明或描述为一个实施例的一部分的特征或步骤可与另一个实施例的方面组合使用以产生又另外的实施例。此外，某些特征可与执行相同或类似功能的未明确提及的类似装置或特征互换。

本文所公开的尺寸和值不应理解为严格限于所列举的精确数值。实际上，除非另外规定，否则每个这类尺寸旨在意指所列举的值和围绕所述值的功能上等效的范围两者。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在意指“约40mm”。此外，本文公开的尺寸和值不限于指定的测量单位。

术语“一(a/an)”和词语的单数形式应理解为包括相同词语的复数形式，使得所述术语意指提供一个或多个某物。术语“至少一个”和“一个或多个”可互换使用。被描述为“在a和b之间”的范围包括“a”和“b”的值。

除非明确排除或以其它方式限制，否则本文所引用的每个文档(包括任何交叉参考或相关专利或申请)由此以全文引用的方式并入本文中。任何文件的引用不承认其为本文中所公开或所要求的任何发明的现有技术，或其单独或与任何其它一个参考文件或一个以上参考文件组合教示、表明或公开任何这类发明。另外，在此文件中的术语的任何意义或定义与以引用方式并入的文件中的相同术语的任何意义或定义冲突的情况下，应以在此文件中赋予所述术语的意义或定义为准。

Claims (15)

1.一种非充气轮胎，其包含：

弹性环形外带，其具有在至少两个侧向边缘之间等距定位的侧向中平面，所述至少两个侧向边缘包含左侧向边缘和右侧向边缘；

径向内环形部分；

多个辐条，其将所述弹性环形外带连接到所述内环形部分，每个辐条具有左侧向边缘和右侧向边缘；

其中所述多个辐条中的至少一个从所述弹性环形外带的所述侧向中平面侧向偏移。

2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中至少一个辐条具有侧向中平面，并且每个辐条的所述侧向中平面从所述弹性环形外带的所述侧向中平面侧向偏移。

3.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其中所述多个辐条中的每个辐条的所述侧向中平面被确定为垂直于所述轴向方向并且与所述辐条的质心相交的平面。

4.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其中所述多个辐条中的每个辐条的所述侧向中平面被确定为垂直于所述轴向方向并且表示所述辐条的中点的径向线性平均值的平面。

5.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中至少一个辐条具有径向内部分和径向外部分，其中所述径向内部分具有径向内左侧向边缘、径向内右侧向边缘和在所述径向内左侧向边缘和所述径向内右侧向边缘之间等距定位的径向内中点。

6.根据权利要求5所述的非充气轮胎，其中侧向偏移意指所述多个辐条中的每个辐条的所述径向内中点从所述弹性环形外带的所述侧向中平面侧向偏移。

7.根据权利要求6所述的非充气轮胎，其中侧向偏移意指所述多个辐条中的每个辐条的所述径向内中点距所述弹性环形外带的所述左侧向边缘的平均距离不等于所述多个辐条中的每个辐条的所述径向内中点距所述弹性环形外带的所述右侧向边缘的平均距离。

8.根据前述权利要求中任一项所述的非充气轮胎，其中所述多个辐条中的每个辐条从所述弹性环形外带的所述侧向中平面侧向偏移相等距离。

9.根据前述权利要求中任一项所述的非充气轮胎，其中所述多个辐条中的每个辐条的平均位置从所述弹性环形外带的所述侧向中平面侧向偏移。

10.根据前述权利要求中任一项所述的非充气轮胎，其中每个辐条的所述左侧向边缘位于与所述弹性环形外带的所述侧向中平面平行的平面中，并且每个辐条的所述右侧向边缘位于与所述弹性环形外带的所述侧向中平面平行的平面中。

11.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的非充气轮胎，其中至少一个辐条的所述右侧向边缘或所述左侧向边缘中的一个位于与所述弹性环形外带的所述侧向中平面平行的平面中，并且至少一个辐条的所述右侧向边缘或所述左侧向边缘中的另一个不位于与所述弹性环形外带的所述侧向中平面平行的平面中。

12.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的非充气轮胎，其中所述多个辐条中的至少一个的所述左侧向边缘和所述右侧向边缘不位于与所述弹性环形外带的所述侧向中平面平行的平面中。

13.一种非充气轮胎，其包含：

弹性环形外带，其具有在至少两个侧向边缘之间等距定位的侧向中平面，所述至少两个侧向边缘包含左侧向边缘和右侧向边缘；

径向内环形部分；

多个辐条，其将所述弹性环形外带连接到所述内环形部分，每个辐条具有左侧向边缘和右侧向边缘；

其中所述多个辐条中的至少一个关于所述弹性环形外带的所述侧向中平面不对称。

14.根据权利要求13所述的非充气轮胎，其中所述多个辐条中的至少一个从所述弹性环形外带的所述侧向中平面侧向偏移。

15.根据权利要求13或14中任一项所述的非充气轮胎，其中至少一个辐条的所述右侧向边缘或所述左侧向边缘中的一个位于与所述弹性环形外带的所述侧向中平面平行的平面中，并且至少一个辐条的所述右侧向边缘或所述左侧向边缘中的另一个不位于与所述弹性环形外带的所述侧向中平面平行的平面中。

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