CN113195206A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

当以高的水平同时获得乘坐舒适性和操纵稳定性两者的充气轮胎(1)组装于轮辋时，如果D是轮辋直径，SH是从代表轮辋直径D的轮辋位置到轮胎径向高度最大部的距离，G是轮辋凸缘高度，R2是轮辋凸缘半径，则当将胎圈填胶高度Hbf定义为相对于代表轮辋直径D的轮辋位置的轮胎径向高度时，胎圈填胶高度Hbf至多等于通过计算式{SH‑(G‑R2)}/4+(G‑R2)获得的值。帘线(9)相对于周向呈0°到10°的角度地设置在位于胎圈部(2)与侧壁部(3)之间的至少一部分中。帘线(9)在应力‑应变曲线中具有拐点，在位于拐点处或低于拐点的低应变区域中具有低弹性模量，在位于拐点上方的高应变区域中具有高弹性模量。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及充气轮胎，更具体地，涉及以高水平实现乘坐舒适性和操纵稳定性两者的充气轮胎。
背景技术
在充气轮胎的结构中，在改善乘坐舒适性与改善操纵稳定性之间通常存在冲突，并且正在进行研究和开发以找到乘坐舒适性与操纵稳定性之间的平衡。存在如下充气子午线轮胎：从胎圈部到侧壁部绕着轮胎的整周配置有由纤维帘线或钢帘线构成的增强层，并且增强层的帘线角度几乎垂直于胎体层的胎体帘线(专利文献1)。专利文献1记载了该增强层能够在不改变纵向刚性的情况下提高周向刚性，由此在不损害乘坐舒适性能的情况下改善了操纵稳定性或制动性能。存在如下充气子午线轮胎：胎圈增强层被分成两层，内层和外层，位于侧壁的中央附近的外层的周向帘布层刚性大于位于胎圈芯附近的内层的周向帘布层刚性(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭62-29403号公报
专利文献2：日本特开2004-58807号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，与不具有增强层的比较例相比，专利文献1中记载的充气子午线轮胎具有劣化的乘坐舒适性，因此实际上难以实现乘坐舒适性和操纵稳定性两者。由于专利文献2中记载的充气子午线轮胎不具有用于维持胎体帘线均匀的周向纬线(circumferential weft)，因而胎体刚性降低，胎圈增强层中的帘线被配置成补偿该降低的胎体刚性。因此，胎圈增强层的帘线是在拉伸应力始终对帘线施加以产生胎体刚性的状态下使用的。这会增大轮胎的纵向弹簧系数，并且会劣化直线行进下的乘坐舒适性。
已经要求充气子午线轮胎轻量化，以便减轻机动车的簧下重量，并且出于该目的已经作出减小胎圈填胶的尺寸的尝试。然而，由于胎圈填胶会因减小轮胎的横向移位而增大轮胎的纵向弹簧系数，减小胎圈填胶的尺寸可能会导致轮胎的横向弹簧系数的减小和纵向弹簧系数的减小。因此，考虑通过沿轮胎周向设置胎圈增强层来增强轮胎的横向弹簧系数和纵向弹簧系数，胎圈增强层的帘线会为了增强而始终在拉伸应力下使用。对这可能会过多地增大轮胎的纵向弹簧系数并可能会劣化直线行进期间的乘坐舒适性存在担心。
因此，本发明的目的是提供以高的水平实现乘坐舒适性和操纵稳定性两者的包括小型化胎圈填胶的充气轮胎。
用于解决问题的方案
本发明的充气轮胎是如下充气轮胎，其包括：一对胎圈部、一对侧壁部和胎面部，所述一对胎圈部均包含胎圈芯，所述一对侧壁部分别连接至所述一对胎圈部中的一个胎圈部和另一个胎圈部且均沿径向向外延伸，所述胎面部连接所述一对侧壁部的外周缘；
胎体、带束和胎圈填胶，所述胎体以其两端分别绕着所述一对胎圈部中的胎圈芯折返，以形成从所述一对侧壁部到所述胎面部的环状的方式配置，所述带束设置在所述胎体的冠部的外周侧，所述胎圈填胶设置在所述胎体的主体部和折返部之间；以及
帘线，其相对于周向呈0°到10°的角度地设置在从所述胎圈部到所述侧壁部的至少一部分中，其中
在安装于轮辋的状态下，将轮辋直径定义为D，将从代表轮辋直径D的轮辋位置到最大轮胎径向高度的长度定义为SH，将轮辋凸缘高度定义为G，将轮辋凸缘半径定义为R2，将胎圈填胶高度Hbf定义为相对于代表轮辋直径D的轮辋位置的轮胎径向高度，
胎圈填胶高度Hbf小于或等于通过下式获得的值：
{SH-(G-R2)}/4+(G-R2)，并且
所述帘线在应力-应变曲线中具有拐点，所述帘线在位于所述拐点处或低于所述拐点的低应变区域中具有低弹性模量，在位于所述拐点上方的高应变区域中具有高弹性模量。
在该充气轮胎中，胎圈填胶高度小于或等于通过预定计算式获得的值，从而允许减轻轮胎的重量。使用在位于拐点处或拐点下方的低应变区域中具有低弹性模量，在位于拐点上方的高应变区域中具有高弹性模量的帘线来进行增强，对于与乘坐舒适性相关的纵向刚性，抑制了低弹性模量区域中的刚性增加，而对于与操纵稳定性相关的横向刚性，在高弹性模量区域中获得了高的刚性，因而以高的水平实现了乘坐舒适性和操纵稳定性两者。
在本发明的充气轮胎中，帘线可以被构造成由两种或更多种的不同材料的纤维构成，纤维由有机纤维或无机纤维构成。
帘线可以配置在胎体的主体部帘布层与胎圈填胶之间，可以配置在胎圈填胶与胎体的折返部帘布层之间，或者可以配置在胎体的折返部帘布层的轮胎径向外侧。
此外，帘线的材料优选地至少包含芳族聚酰胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
此外，帘线的拐点优选地在1％到8％拉伸应变的范围内，并且于低应变区域中的弹性模量在于高应变区域中的弹性模量的10％到90％的范围内。
制造本发明的充气轮胎的方法是如下制造充气轮胎的方法，其中，
预备具有非线性弹性模量的一种或多种非线性弹性模量帘线，在轮胎成型过程中通过基于所述非线性弹性模量帘线在所述轮胎中的位置施加不同的张力到所述非线性弹性模量帘线，来控制各个所述非线性弹性模量帘线的弹性模量，以及在所述轮胎中形成种类比所预备的非线性弹性模量帘线多的非线性弹性模量帘线。
发明的效果
根据本发明，能够以高的水平实现乘坐舒适性和操纵稳定性两者。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的充气轮胎的宽度方向截面图。
图2是轮辋的在凸缘附近的放大截面图。
图3是轮胎的宽度方向截面图，示出了针对胎圈填胶的高度的关系式。
图4是充气轮胎的宽度方向截面图，示出了轮胎在直线行进期间的变形状态。
图5是充气轮胎的宽度方向截面图，示出了轮胎在转弯期间的变形状态。
图6是示出非线性弹性模量帘线的应力-应变曲线的图。
图7的(a)是充气轮胎的宽度方向截面图，示出了非线性弹性模量帘线的配置，并且示出了帘线配置在胎体的主体部帘布层与胎圈填胶之间的配置例。
图7的(b)是充气轮胎的宽度方向截面图，示出了非线性弹性模量帘线的配置，并且示出了帘线配置在胎圈填胶与胎体的折返部帘布层之间的配置例。
图7的(c)是充气轮胎的宽度方向截面图，示出了非线性弹性模量帘线的配置，并且示出了帘线配置在胎体的折返部帘布层的轮胎径向外侧的配置例。
具体实施方式
将使用附图更详细地描述本发明的充气轮胎(在下文中，还简称为“轮胎”)的实施方式。
图1示出了本发明的一实施方式的处于安装于车轮轮辋R的状态的充气轮胎1的宽度方向截面图。在图1中，充气轮胎1包括：一对胎圈部2；一对侧壁部3，其与各个胎圈部2连接；和胎面部4，其连接一对侧壁部3的外周缘。胎圈部2包括由缠绕着的胎圈丝构成的胎圈芯5。与该胎圈芯相邻地配置有由硬质橡胶制成的胎圈填胶6。一对胎圈部2沿充气轮胎1的宽度方向设置。胎体7的一端绕着一个胎圈部2的胎圈芯5和胎圈填胶6折返配置，胎体7的另一端绕着另一胎圈部2的胎圈芯5和胎圈填胶6折返配置。
胎体7具有从与一对胎圈部2连接的一对侧壁部3延伸到胎面部4的环状。胎体7由通过用橡胶涂布胎体帘线而获得的胎体帘布层构成，并且用作维持充气轮胎1的形状的骨架。在子午线轮胎中，胎体7的胎体帘线沿轮胎径向延伸。
胎体7的冠部的外周侧配置有由一个或多个带束帘布层构成的带束8。
本发明的充气轮胎将胎圈填胶高度Hbf定义为胎圈填胶6的尺寸的指标。在安装于轮辋的状态下，将轮辋直径定义为D，将从代表轮辋直径D的轮辋外周到最大轮胎径向高度的长度定义为SH，将轮辋凸缘高度定义为G，将轮辋凸缘半径定义为R2，将胎圈填胶高度Hbf定义为相对于代表轮辋直径D的轮辋外周的轮胎径向高度，
胎圈填胶高度Hbf小于或等于通过下式获得的值：
{SH-(G-R2)}/4+(G-R2)。
将更详细地描述胎圈填胶6的尺寸。
为了减轻轮胎的重量，通常考虑使胎圈芯和胎圈填胶较小。在这里，胎圈芯是由多根胎圈丝构成的集合体。假定使胎圈芯较小，则与车轮的嵌合力会减小，因为如在碰到路缘石的情况下，轮胎可能会因横向冲击输入而从车轮脱离，所以这是不期望的。另一方面，降低胎圈填胶的高度能够减轻轮胎的重量，并且还能够减小轮胎的纵向弹簧系数，这能够改善乘坐舒适性能。同时，由于横向弹簧系数减小，所以操纵稳定性可能降低。然而，在本发明中，如下所述，能够通过沿轮胎周向设置的帘线调整横向弹簧系数，从而降低了胎圈填胶的高度以减轻轮胎的重量。
为了探究该胎圈填胶的高度的优选尺寸，在轮胎截面中详细地观察负载下的变形形状。在图1所示的轮胎中，轮胎1的胎圈部2不会变形直至与车轮R的弯曲凸缘面相切的平面为垂直面时的该凸缘面与垂直面的切线的高度，而在比该位置靠轮胎外径侧的位置变形。当代表轮辋的凸缘部的弯曲面的切线为在图2所示的轮辋的在凸缘部附近的放大截面图中的垂直方向上时，位于凸缘部表面与垂直面之间的切线的高度为接触点t的高度。
在轮胎1的侧壁部3中，比预定的高度靠轮胎外径侧的部分在轮胎宽度方向上比轮胎更向外侧凸出地变形，比预定的高度靠轮胎内径侧的部分在轮胎宽度方向上向轮胎的内侧凸出地变形。
作为分析各种轮胎的结果，发现通过将胎圈填胶6配置在小于轮胎1的侧壁部3沿轮胎宽度方向朝向轮胎内侧凸出变形所在高度的高度；换言之，通过使胎圈填胶6的高度小于轮胎的侧壁部沿轮胎宽度方向朝向轮胎内侧凸出变形所在区域与沿轮胎宽度方向朝向轮胎外侧凸出变形所在区域之间的边界的高度，能够有效地减小纵向弹簧系数和减轻轮胎的重量。
侧壁部的预定高度能够按如下确定(具体地，使用图3)。当轮胎安装于JATMA标准的轮辋并填充好内压，并且从轮辋直径D到轮胎的外周的长度为SH(参照图1)，轮辋凸缘高度为G(参照图2)，轮辋凸缘半径为R2(参照图2)时，如图3中的轮胎的截面图所示，轮胎的胎圈部中的不变形部分t相对于代表轮辋直径D的位置的高度为(G-R2)。轮胎的侧壁中的内侧凸出变形所在的区域相对于点D的高度i为{SH-(G-R2)}/4+(G-R2)。该高度i示出在图3中。
因此，优选的胎圈填胶高度Hbf小于或等于高度i。通过下式表达该胎圈填胶高度Hbf：
Hbf≤{SH-(G-R2)}/4+(G-R2)。
然而，通过与传统胎圈填胶的高度相比降低了胎圈填胶的高度并相应地减薄了胎圈填胶的厚度，轮胎纵向弹簧系数和横向弹簧系数两者均减小，这改善了乘坐舒适性，但是可能会降低操纵稳定性。由于从胎圈部2到侧壁部3的至少一部分中设置有帘线9，所以本发明的充气轮胎1能够利用帘线9解决该问题。以下将详细描述帘线9。
如图1中的截面图所示，在本发明的充气轮胎1中，从胎圈部2到侧壁部3的至少一部分中设置有帘线9。帘线9相对于轮胎周向呈0°到10°的角度。帘线9在应力-应变曲线中具有拐点，并且将从拉伸应力-应变曲线的原点到拐点的区域定义为低应变区域，将拉伸应变高于拐点的区域定义为高应变区域，帘线9在位于拐点处或拐点下方的低应变区域中具有低弹性模量，在位于拐点上方的高应变区域中具有高弹性模量。在本文中，将这种在位于拐点处或拐点下方的低应变区域中具有低弹性模量且在位于拐点上方的高应变区域中具有高弹性模量的帘线称作“非线性弹性模量帘线”。
在图1所示的本实施方式中，当将胎体7划分成主体部7a和折返部7b时，帘线9配置在主体部7a与胎圈填胶6之间。
将使用图4和图5描述帘线9的作用效果。
作为轮胎宽度方向截面，图4示出了轮胎1的在包括轮胎转动轴线的垂直截面中观察到的当负载时的变形状态。图4所示的变形状态与当沿直线行进时的变形状态相同。
在图4中，当轮胎1在直线行进期间受到负载时，一对侧壁部3均沿轮胎宽度方向向外鼓出变形。此时，如在图4的轮胎宽度方向截面中看到的，胎圈部2的组装于车轮的轮辋的那部分几乎是固定的，而其余部分会受到弯曲变形。这种变形是由轮胎的径向上的力导致的。
作为轮胎宽度方向截面，图5示出了轮胎1的在包括轮胎转动轴线的垂直截面中观察到的当负载时在转弯期间的变形状态。位于转弯内侧的胎圈部2如由箭头所示地向外变形，而位于转弯外侧的胎圈部2小于在图1中的直线行进期间的变形地变形。将更详细地描述该变形。在转弯期间，会有侧向力从转弯外侧朝向转弯内侧地作用于轮胎1的接地面。因此，与轮胎的在图4所示的直线行进期间的变形相比，轮胎以如下方式变形：位于转弯外侧的侧壁中的向外鼓出减小，位于转弯内侧的侧壁中的向外鼓出增大。此时，当观察图5中的轮胎宽度方向截面时，一对胎圈部2中的位于转弯外侧的胎圈部2内的弯曲变形减少，一对胎圈部2中的位于转弯内侧的胎圈部2中的弯曲变形增多。
将与一些比较用轮胎对比地描述相对于周向呈0°到10°的角度的设置在本实施方式的充气轮胎中的非线性弹性模量帘线9关于图4所示的直线行进期间的变形和图5所示的转弯期间的变形的效果。
首先，将描述如下比较用轮胎的情况：在从胎圈部到侧壁部的至少一部分中，具有相对于周向呈大于10°的角度的增强帘线。
当如在比较用轮胎中，胎圈部中设置有相对于周向呈大角度的帘线时，刚性比橡胶大的帘线会抵抗胎圈部在轮胎宽度方向截面中的弯曲变形的力而应变。因此，帘线显现出了抑制轮胎变形(特别是抑制胎圈部的弯曲变形)的刚性。因此，这种比较用轮胎具有较大的纵向弹簧系数(轮胎径向上的弹簧常数)，或者换言之，轮胎具有较高的纵向刚性，这会使乘坐舒适性变差。当帘线抑制了胎圈部的弯曲变形时，不仅抑制了纵向(轮胎径向)变形，还抑制了横向(轮胎宽度方向)变形。因此，增大了轮胎的横向弹簧系数(轮胎宽度方向上的弹簧常数)，换言之，提高了横向刚性，并且改善了操纵稳定性。
接下来，将描述如下比较用轮胎的情况：在从胎圈部到侧壁部的至少一部分中，设置有是相对于周向呈小角度(相对于周向呈0°到10°)的帘线但不是非线性弹性模量帘线的增强帘线。
当如在这种比较用轮胎中，胎圈部中设置有相对于周向呈小角度的帘线时，由于在直线行进期间，位于帘线之间的具有低弹性模量的橡胶会拉伸变形，所以帘线对胎圈部在轮胎宽度方向截面中的弯曲变形的力没有影响。响应于侧壁部中的鼓出变形的力，会有应变作用于具有高弹性模量的角度接近于周向的帘线，并且该帘线难以拉伸，因而提高了轮胎的刚性。因此，这种比较用轮胎的纵向弹簧系数不受胎圈部中的帘线的影响，但是受侧壁部中的帘线的影响，系数变大。
将描述该比较用轮胎在转弯期间的情况。当从胎圈部到侧壁部的至少一部分中设置有相对于周向呈小角度的帘线时，由于位于帘线之间的具有低弹性模量的橡胶拉伸变形，所以胎圈部在轮胎宽度方向截面中的弯曲变形的力没影响。关于侧壁部的鼓出变形的力，尽管设置了具有高弹性模量的角度接近于周向的帘线，但是由于因减少的鼓出变形而没有力作用于帘线，所以一对侧壁部中的位于转弯外侧的侧壁部的鼓出变形减少所在的部分不受帘线的影响。在位于转弯内侧的侧壁部的鼓出增多所在的部分中，会有应变作用于具有高弹性模量的角度接近于周向的帘线，并且由于这些帘线难以拉伸，所以能够提高轮胎刚性。因此，发明人的研究新发现了尽管不受胎圈部的帘线和位于转弯外侧的帘线的影响，但是轮胎的横向弹簧系数会因位于转弯内侧的帘线的影响而增大。
轮胎在直线行进期间的纵向弹簧系数影响乘坐舒适性，而轮胎在转弯期间的横向弹簧系数影响操纵稳定性。因此，发现为了通过减小轮胎在直线行进期间的纵向弹簧的增大来改善乘坐舒适性，并且为了通过进一步增大转弯期间的横向弹簧系数的增大来改善操纵稳定性，对于设置在从胎圈部到侧壁部的至少一部分中的相对于周向呈小角度的帘线而言，在直线行进期间在小变形期间的帘线刚性需要是低的，在转弯期间在大变形期间的帘线刚性需要是高的。作为发明人的研究和开发的结果，发明人发现通过对设置在从胎圈部到侧壁部的至少一部分中的帘线使用非线性弹性模量帘线，能够实现这些帘线特性。
图6是示出非线性弹性模量帘线的弹性应力-应变曲线的一个示例的图。如图6所示，非线性弹性模量帘线具有如下性质：由图中的曲线的斜率表示的弹性模量是弹性模量在通过拐点区分开的低应变区域中低在高应变区域中高的非线性弹性模量。
将描述本实施方式的轮胎在直线行进期间和转弯期间的变形状态，其中从胎圈部到侧壁部的至少一部分中设置有相对于周向呈低角度的图6所示的非线性弹性模量帘线。首先，在直线行进期间，如图4描述的，胎圈部受到弯曲变形，侧壁部受到鼓出变形，并且响应于侧壁部的鼓出变形的力，会有应变作用于非线性弹性模量帘线。由于非线性弹性模量帘线是此时作用于非线性弹性模量帘线的应变位于小于图6所示的曲线的拐点的低应变区域中的帘线，所以会有力作用于位于低弹性模量所在的区域中的帘线。结果，由于即使当设置有非线性弹性模量帘线时轮胎刚性也不提高，所以轮胎的纵向弹簧系数在直线行进期间不会增大。因此，直线行进期间的乘坐舒适性不会劣化。
接下来，在转弯期间，尽管如使用图5描述的，胎圈部受到弯曲变形，侧壁部受到鼓出变形，但是由于位于转弯外侧的侧壁部中的变形小于直线行驶时的变形，所以作用于非线性弹性模量帘线的应变变小。在位于转弯内侧的侧壁部中，由于非线性弹性模量帘线是作用于帘线的应变位于大于图6所示的曲线的拐点的高应变区域中的帘线，所以会有力作用于位于高弹性模量所在的区域中的帘线。结果，在转弯的情况下，能够通过设置非线性弹性模量帘线提高轮胎的刚性，并且能够增大轮胎的横向弹簧系数，这能够改善转弯期间的接地状况。例如，通过抑制发生在转弯内侧的接地面浮起，能够增大接地面积，并且能够抑制转弯内侧的接地压力的减小。因此，能够改善转弯期间的操纵稳定性。
轮胎在直线行进期间和转弯期间的变形状态的改变允许本实施方式的充气轮胎以高的水平实现乘坐舒适性和操纵稳定性两者。
如上所述，在本实施方式的充气轮胎中，胎圈填胶的高度小于或等于通过预定计算式确定的值。因为胎圈填胶比传统胎圈填胶小且薄，所以这减小了轮胎的纵向弹簧系数和横向弹簧系数两者。这改善了直线行进期间的乘坐舒适性，但是可能会降低转弯期间的操纵稳定性。在这方面，沿轮胎周向设置在从胎圈部到侧壁部的至少一部分中的帘线能够补偿胎圈填胶的小型化，并且能够改善轮胎的纵向弹簧系数和横向弹簧系数。
然而，当帘线不是非线性弹性模量帘线时，帘线会始终在作用有拉伸应力的状态使用，以增强胎圈填胶，并且尽管帘线具有足够的转弯期间的操纵稳定性，但是纵向弹簧系数可能过高，从而使直线行进期间的乘坐舒适性变差，或者直线行进期间的乘坐舒适性可能是良好的，但是足够的转弯期间的操纵稳定性可能劣化。相比之下，由于帘线9是非线性弹性模量帘线，所以本实施方式的充气轮胎在低应变区域中具有低弹性模量性质，这允许轮胎具有足够的转弯期间的操纵稳定性，同时减小了针对良好的直线行进期间的乘坐舒适性而言的纵向弹簧系数。因此，在通过减小胎圈填胶的尺寸减轻了轮胎的重量的同时，能够获得优异的转弯期间的操纵稳定性和良好的直线行进期间的乘坐舒适性。通过调整帘线的非线性弹性模量的性质，能够调整轮胎的轻量化、优异的转弯期间的操纵稳定性或良好的直线行进期间的乘坐舒适性。
接下来，将更详细地描述本实施方式的充气轮胎的非线性弹性模量帘线。
通过将帘线从轮胎切下来测量非线性弹性模量帘线的弹性模量。换言之，非线性模量帘线是当组装到实际轮胎时，基于直线行进期间或转弯期间的变形而呈现出低弹性模量或高弹性模量的帘线。
测量弹性模量的具体方法如下所述。以与按照JIS L1017的“拉伸强度和伸长率”的试验相同的方式进行试验，并且测量拉伸强度和伸长率。从这些测量结果，在以作为初始长度与伸长长度之比的拉伸应变，以应力作为纵轴的曲线图中绘制曲线。在以应力作为Y轴以应变作为X轴的曲线图的曲线中，穿过当应变为零时在曲线上绘制的切线与在断点(breaking point)处在曲线上绘制的切线之间的交点的垂线同曲线交叉所在的点为拐点。
该拐点优选地在拉伸应变为1％到8％的范围内。低应变区域中的弹性模量优选地在高应变区域中的弹性模量的10％到90％的范围内。
对于帘线更优选的是具有非线性，使得高应变区域中的弹性模量大于低应变区域中的弹性模量的两倍。用使应变零同拐点连接的直线的斜率与使拐点同断点连接的直线的斜率的比，代表低应变区域中的弹性模量与高应变区域中的弹性模量的比。
能够想到的是，对于相对于周向形成小角度的帘线而言，不使用设置在本实施方式的充气轮胎中的非线性弹性模量帘线，并且能够想到的是，例如，在轮胎径向内侧设置具有低刚性的帘线，在轮胎径向外侧设置具有高刚性的帘线。然而，使用多种帘线的轮胎具有耐久性问题，诸如刚性沿轮胎径向改变所在的橡胶或不同种帘线交替所在的橡胶中的应变集中，从而在使用期间产生裂纹。相比之下，在本实施方式的该充气轮胎中，通过使用具有非线性弹性模量性质的帘线，轮胎径向上的刚性会因非线性模量帘线而逐渐改变。因此，能够避免橡胶中的应变集中，并且能够改善耐久性。
非线性弹性模量帘线可以由两种或更多种的不同材料的纤维构成，纤维可以由有机纤维或无机纤维构成。
为了实现非线性弹性模量帘线，使用两种或更多种的具有不同弹性模量的材料，在一个示例中，使用具有低弹性模量的帘线和具有高弹性模量的帘线。通过使两种不同模量的帘线加捻在一起而形成的非线性模量帘线能够在低应变下呈现出低弹性模量帘线特性，在高应变下呈现出高弹性模量帘线特性。结果，能够获得非线性弹性模量性质。通过选择材料，能够调整非线性弹性模量性质。
可以使用用于轮胎的有机纤维或无机纤维作为用于非线性弹性模量帘线的材料。有机纤维的示例包括尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和芳族聚酰胺。无机纤维的示例包括玻璃纤维、碳纤维和钢。从这些材料中，组合具有不同弹性模量的材料。例如，可以选择这些材料中的具有最低弹性模量的尼龙作为具有低弹性模量的材料，可以选择除了尼龙以外的上述任意材料作为具有高弹性模量的材料，并且可以将这些材料组合。可以选择聚对苯二甲酸乙二酯作为具有低弹性模量的材料，可以选择聚萘二甲酸乙二醇酯、芳族聚酰胺、玻璃纤维、碳纤维或钢中的任意材料作为具有高弹性模量的材料，并且可以将所选择的材料组合。另外，可以选择聚萘二甲酸乙二醇酯作为低弹性模量材料，可以选择芳族聚酰胺、玻璃纤维、碳纤维或钢中的任意材料作为具有高弹性模量的材料，并且可以将所选择的材料组合。
通过使用芳族聚酰胺作为用于非线性弹性模量帘线的材料中的至少一种，能够通过利用芳族聚酰胺所具有的良好的耐切性，控制可能在转弯期间异物碰撞帘线时发生的外部损坏。通过使用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为用于非线性弹性模量帘线的材料中的至少一种，能够以低的成本提高弹性模量。
应用于非线性弹性模量帘线的材料和应用于胎体的材料可以不同。当用于非线性弹性模量帘线的材料与用于主体部帘布层的材料相同时，会在主体部帘布层与非线性弹性模量帘线的相交部位处夹设于其间的橡胶中发生应变集中。相比之下，通过使用具有不同模量的帘线，低弹性模量帘线会被高弹性模量帘线推压(push)，从而能够使应变在帘线之间分散。
非线性弹性模量帘线相对于轮胎周向的角度在0°到10°的范围内。当相对于轮胎周向的角度的绝对值超过10°时，直线行进期间的纵向弹簧系数会变高，从而会使乘坐舒适性劣化。
不特别限制非线性弹性模量帘线的配置，帘线可以配置在从胎圈部到侧壁部的至少一部分中，配置在可能发生变形的地方。通过根据轮胎在直线行进和转弯期间的变形状态将具有适当弹性模量的非线性弹性模量帘线配置在适当位置中，能够以高的水平实现乘坐舒适性和操纵稳定性两者。
当至少配置在包括胎圈部的区域中时，非线性弹性模量帘线9可以如图7的(a)所示地配置在胎体的主体部帘布层与胎圈填胶之间、如图7的(b)所示地配置在胎圈填胶与胎体的折返部帘布层之间或者如图7的(c)所示地配置在胎体的折返部帘布层的轮胎径向外侧。
通过如图7的(a)所示地将非线性弹性模量帘线配置在胎体的主体帘布层与胎圈填胶之间，非线性弹性模量帘线与胎体的主体部帘布层相邻地配置，这有效地抑制了承担内压的主体部帘布层的变形，因而有效地增大了轮胎的横向弹簧系数。主体部帘布层在受到内压时会产生张力，并且主体部帘布层会呈现出刚性。因此，轮胎变形主要由主体部帘布层承担，将非线性弹性模量帘线配置于相邻外侧在抑制该部分的向外变形方面是有效的。
通过如图7的(b)所示地将非线性弹性模量帘线配置在胎圈填胶与胎体的折返部帘布层之间，胎圈填胶会接收由非线性弹性模量帘线呈现出的刚性，从而能够进一步增大横向弹簧系数。当将非线性弹性模量帘线配置在胎圈填胶的外侧以抑制胎体的主体部帘布层的变形时，不仅能够抑制主体部帘布层的变形，而且还能够抑制胎圈填胶的变形，因而能够进一步抑制该部分的向外变形。
通过如图7的(c)所示地将非线性弹性模量帘线配置在胎体的折返部帘布层的轮胎径向外侧，夹在主体部帘布层与折返部帘布层之间的胎圈填胶会整体接收由非线性弹性模量帘线呈现出的刚性，这大幅地增大了横向弹簧系数。主体部帘布层、胎圈填胶和折返部帘布层一起作用来抑制胎圈部的变形。当将非线性弹性模量帘线配置在折返部帘布层的外侧时，能够抑制这三个一体化部分的变形，因此能够进一步大幅地抑制该部分的向外变形。
可以预备在轮胎中具有适当弹性模量的非线性弹性模量帘线。非线性弹性模量帘线的非线性弹性模量性质可以用于通过在轮胎制造过程期间的变形来控制制品的弹性模量。当在轮胎制造过程期间沿非线性弹性模量帘线的方向对该帘线施加拉伸变形时，帘线能够通过利用低应变和低弹性的性质而容易地变形，从而能够在制品轮胎的内部获得可控且适当的非线性弹性模量性质。
非线性弹性模量帘线在轮胎内可以基于帘线配置在轮胎中的地方而具有不同的非线性弹性模量性质。通过根据随着在轮胎中的位置的不同而不同的变形配置具有适当非线性弹性模量性质的非线性弹性模量帘线，能够以高的平衡改善乘坐舒适性和操纵稳定性。
可以在轮胎成型过程之前，预备基于在轮胎中的位置而具有不同非线性弹性模量性质的多种非线性弹性模量帘线，然而，通过预备一种或多种非线性弹性模量帘线，并且在轮胎制造期间在轮胎成型过程中基于在轮胎中的位置而对非线性弹性模量帘线施加不同的张力，能够基于在制品轮胎中的位置而控制非线性弹性模量帘线的弹性模量，以在轮胎中获得种类比所预备的非线性弹性模量帘线多的非线性弹性模量帘线。通过在制造过程期间根据在轮胎中的位置改变非线性弹性模量帘线的张力，能够改变帘线的弹性模量，因此能够在使用相同材料的情况下根据在轮胎中的位置改变弹性模量。因此，能够减少待用于预备非线性弹性模量帘线的材料的种类数量，从而能够有效率地生产帘线。
通过以这种方式控制在轮胎制造期间施加的张力，能够获得具有各种性质的轮胎。例如，在轮胎成型过程中，因为缠绕在鼓(drum)上的构件扩张成生胎，所以侧壁部中的非线性弹性模量帘线会沿周向大幅地拉伸。因此，在侧壁部中，使用非线性弹性模量帘线的高应变区域，结果是刚性比胎圈部中的非线性弹性模量帘线高。通过这样做，能够更有效地提高轮胎在转弯期间的刚性。
例如，能够通过制造期间的张力来改变弹性模量，并且胎圈部中的非线性弹性模量帘线能够具有比侧壁部高的弹性模量。结果，能够略微地提高轮胎在转弯期间的刚性。
例如，通过轮胎成型过程中的扩张和张力，从胎圈部向侧壁部延伸的非线性弹性模量帘线还能够在轮胎径向上的中央部中具有高的弹性模量。结果，能够适中地提高轮胎在转弯期间的刚性。
实施例
表1中示出了用于使用以下试验方法进行试验的数据。
通过在胎圈部中配置如下所示的传统例、比较例和实施例的各种帘线，制造轮胎尺寸为155/65R14 75S的乘用车轮胎。在传统例中，不配置帘线。主体部帘布层帘线由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。在内压为210kPa，负载为5.73kN，轮辋为6J×16的状态下，进行轮辋组装。在填充完内压之后，施加直到6kN的负载，绘制负载与挠曲之间的关系，并且使用负载为5.73kN下的斜率作为纵向弹簧系数。在施加5.73kN的负载的状态下，轮胎沿横向移位10mm，绘制移位量与横向力之间的关系，并且使用当横向移位为5mm时的斜率作为横向弹簧系数。表1中示出了纵向弹簧系数和横向弹簧系数的估计值。在表1中，以传统例为100来表达这两弹簧系数。
传统例：不配置周向帘线。
比较例1：以45度的周向角度配置芳族聚酰胺帘线。
比较例2：不配置周向帘线。胎圈填胶的高度低于传统例。
比较例3：以50度的周向角度配置非线性弹性模量的芳族聚酰胺帘线。
实施例1：以实质上为零度的周向角度将由加捻在一起的尼龙和芳族聚酰胺制成的非线性弹性模量帘线配置在主体部帘布层的内侧。拐点位于拉伸应变为2％处，低应变区域中的弹性模量是高应变区域弹性模量的20％。
实施例2：以实质上为零度的周向角度将由加捻在一起的尼龙和芳族聚酰胺制成的非线性弹性模量帘线配置在胎圈填胶与折返部帘布层之间。拐点位于拉伸应变为2％处，低应变区域中的弹性模量是高应变区域中的弹性模量的20％。
实施例3：以实质上为零度的周向角度将由加捻在一起的尼龙和芳族聚酰胺制成的非线性弹性模量帘线配置在折返部帘布层的外侧。拐点位于拉伸应变为2％处，低应变区域中的弹性模量是高应变区域弹性模量的20％。
实施例4：以实质上为零度的周向角度将由加捻在一起的尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的非线性弹性模量帘线配置在折返部帘布层的外侧。拐点位于拉伸应变为2％处，低应变区域中的弹性模量是高应变区域中的弹性模量的50％。
[表1]
Figure BDA0003108216920000161
*1计算式{SH-(G-R2)}/4+(G-R2)
如表1所示，实施例1至实施例4在与传统例相比不增大纵向弹簧系数的情况下提供了良好的乘坐舒适性，并且在与传统例相比增大横向弹簧系数的情况下提供了良好的操纵稳定性。相比之下，比较例1和比较例3在与传统例相比增大纵向弹簧系数的情况下提供了劣化的乘坐舒适性。
以上已经借助于实施方式和实施例描述了本发明的充气轮胎，但是能够在不脱离本发明的主旨的情况下，以多种方式对本发明的充气轮胎变型。
附图标记说明
1充气轮胎，2胎圈部，3侧壁部，4胎面部，5胎圈芯，6胎圈填胶，7胎体，8带束，9帘线。

Claims (9)

1.一种充气轮胎，其包括：
一对胎圈部、一对侧壁部和胎面部，所述一对胎圈部均包含胎圈芯，所述一对侧壁部分别连接至所述一对胎圈部中的一个胎圈部和另一个胎圈部且均沿径向向外延伸，所述胎面部连接所述一对侧壁部的外周缘；
胎体、带束和胎圈填胶，所述胎体以其两端分别绕着所述一对胎圈部中的胎圈芯折返，以形成从所述一对侧壁部到所述胎面部的环状的方式配置，所述带束设置在所述胎体的冠部的外周侧，所述胎圈填胶设置在所述胎体的主体部和折返部之间；以及
帘线，其相对于周向呈0°到10°的角度地设置在从所述胎圈部到所述侧壁部的至少一部分中，其中
在安装于轮辋的状态下，将轮辋直径定义为D，将从代表轮辋直径D的轮辋位置到最大轮胎径向高度的长度定义为SH，将轮辋凸缘高度定义为G，将轮辋凸缘半径定义为R2，将胎圈填胶高度Hbf定义为相对于代表轮辋直径D的轮辋位置的轮胎径向高度，
胎圈填胶高度Hbf小于或等于通过下式获得的值：
{SH-(G-R2)}/4+(G-R2)，并且
所述帘线在应力-应变曲线中具有拐点，所述帘线在位于所述拐点处或低于所述拐点的低应变区域中具有低弹性模量，在位于所述拐点上方的高应变区域中具有高弹性模量。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述帘线由两种或更多种的不同材料的纤维构成，所述纤维由有机纤维或无机纤维构成。
3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述帘线配置在所述胎体的主体部帘布层与所述胎圈填胶之间。
4.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述帘线配置在所述胎圈填胶与所述胎体的折返部帘布层之间。
5.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述帘线配置在所述胎体的折返部帘布层的轮胎径向外侧。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，所述帘线的材料至少包含芳族聚酰胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，所述帘线的拐点在1％到8％拉伸应变的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，所述帘线于所述低应变区域中的弹性模量在于所述高应变区域中的弹性模量的10％到90％的范围内。
9.一种制造根据权利要求1至8中任一项所述的充气轮胎的方法，其中，预备具有非线性弹性模量的一种或多种非线性弹性模量帘线，在轮胎成型过程中通过基于所述非线性弹性模量帘线在所述轮胎中的位置施加不同的张力到所述非线性弹性模量帘线，来控制各个所述非线性弹性模量帘线的弹性模量，以及在所述轮胎中形成种类比所预备的非线性弹性模量帘线多的非线性弹性模量帘线。
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