CN114492040A - 一种轮廓下断面设计方法及轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种轮廓下断面设计方法，属于轮胎轮廓设计领域，能够解决普通轮廓适用防爆胎翻转力矩增大、轮胎稳态性能差的技术问题。该技术方案包括以下步骤：步骤1、根据选定轮胎型号建立初始轮胎轮廓模型；步骤2、根据轮胎外直径D、轮辋着和直径d，得到断面高度SH＝1/2(D‑d)，调整轮廓下断面高度LSH和上断面高度USH的参数，使LSH＞USH；步骤3、根据标准轮辋宽度Rm调整轮廓着合宽度RW；步骤4、根据轮廓着合宽度RW和轮廓断面宽度SW的关系，调整轮廓断面宽度SW；步骤5、根据步骤2至4中的试验数据构建轮廓参数的函数关系，通过公式进行验证，直至获得符合要求的轮廓模型。本发明能够应用于乘用车全系车型的自体支撑轮胎的轮廓。

Description

一种轮廓下断面设计方法及轮胎

技术领域

本发明属于轮胎轮廓设计领域，尤其涉及一种轮廓下断面设计方法及轮胎。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，高速道路建设的提升以及生活水平的提高，人们对汽车在高速行驶下的安全性能及舒适性能提出了更高的要求。轮胎作为汽车在行驶中与路面接触的唯一关键部件，其基本职能是支撑车辆重量，传递驱动和制动力矩，保证转向稳定性，其安全性能对汽车的安全性能起着至关重要的作用。

现有的自体支撑式缺气保用轮胎，通常在胎侧部位增加一种强而硬的支撑胶，来保证其零气压耐久性能，可以在轮胎缺气甚至零胎压的情况下，依靠坚硬的轮胎侧壁支撑车辆继续行驶，但是在零气压行驶时，轮胎胎肩位置和轮胎下断面的子口位置受到的冲击最大，尤其轮胎下断面的子口位置，随着径向压力增加，子口位置变形增大，如果刚性不足或者应力集中，存在侧翻风险，威胁驾乘人员的生命安全。

由于汽车的运动依赖于轮胎所受的力，因此轮廓设计对轮胎的性能也产生非常重大的影响，直接影响到轮胎的受力、操控性能和滚动阻力等。在缺气保用轮胎轮廓设计时，需要优先考虑在零气压行驶时，如何分散胎肩和子口位置的压力分布，如何设计减小翻滚力矩，增加侧翻的极限值，提高行驶的稳定性。采用普通轮胎轮廓的设计思路不能完全满足缺气保用安全轮胎的性能和安全要求，因此，提供一种新的轮廓下断面设计方法是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提出一种适用于乘用车全系车型的自体支撑轮胎的轮廓下断面设计方法。

为了达到上述目的，一方面本发明采用的技术方案为：一种轮廓下断面设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据选定轮胎型号建立初始轮胎轮廓模型；

步骤2、根据轮胎外直径D、轮辋着和直径d，得到断面高度SH＝1/2(D-d)，调整轮廓下断面高度LSH和上断面高度USH的参数，使LSH＞USH；

步骤3、根据标准轮辋宽度Rm调整轮廓着合宽度RW；

步骤4、根据轮廓着合宽度RW和轮廓断面宽度SW的关系，调整轮廓断面宽度SW；

步骤5、根据步骤2至4中的试验数据构建轮廓参数的函数关系，并通过公式进行验证，直至获得符合要求的轮廓模型。

进一步，步骤2中调整轮廓下断面高度LSH与轮廓上断面高度USH满足LSH/USH＝1.0～1.3：1。

进一步，步骤3中增大轮廓着合宽度RW，使其大于标准轮辋宽度Rm。

进一步，步骤4中根据SW＝SW’+a×(RW－Rm×25.4)，调整轮廓断面宽度SW，其中SW’为目标断面宽，a为系数，其取值范围0.05～0.97。

进一步，步骤4中还采用一定的曲率半径，使胎肩部圆滑过渡。

进一步，步骤5中根据tanα＝2LSH/(SW-RW)，计算得到α的值进行判断，当α取值小于65°或大于75°，重复步骤2至5，当α取值在65°～75°时，即完成轮廓下断面设计，获得符合要求的轮廓模型。

另一方面，本发明提供一种轮胎，具有上述轮廓下断面设计方法得到的轮廓。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)本发明调整轮廓下断面高度LSH与轮廓上断面高度USH满足LSH＞USH且LSH/USH＝1.0～1.3：1，能保证在行驶过程时，轮胎与轮辋的充分配合，轮胎高度重心相对降低，增加子口位置的扭转刚性，减小翻转力矩，防止发生侧翻，使轮胎的变形落在水平轴以上，减少轮胎下断面区域的应力和子口部位的应力，增加车辆行驶稳定性。

(2)本发明通过采用一定的曲率半径，使胎肩部圆滑过渡，同时增大轮廓断面宽度SW，通过配合相对较高的LSH和相对较低的USH，能够实现较小的翻转力臂和提高轮胎的真圆度，从而提高行驶的稳定性。

(3)本发明增大轮廓着合宽度RW，能够适当的增加胎侧的柔软性，使得轮辋装配充气后，胎侧相对弯曲变形，从而降低了过高的刚性，使胎侧具有相应的弹性，改善舒适性能。

(4)本发明以轮廓设计的三角平衡理论为基础，通过公式tanα＝2LSH/(SW-RW)进行验证，当α取值范围在65°～75°时，能够改善胎侧受充气压力的挤压变形状态，减小胎冠沿胎面横向方向被拉直的距离，从而实现翻转力臂的减小和真圆度的逼近，提高轮胎操控稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的轮胎轮廓的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的实施例与对比例在不同负载下轮廓的侧偏刚度测试图；

其中，SW，轮廓断面宽度；RW，轮廓着合宽度；USH，轮廓上断面高度；LSH，轮廓下断面高度；

α，轮廓着合宽度端点A和轮廓断面宽度端点B的连线与轮廓断面最高点水平轴的夹角。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种轮廓下断面设计方法，尤其是一种适用于乘用车全系车型的自体支撑轮胎的轮廓下断面的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据选定轮胎型号建立初始轮胎轮廓模型；

步骤2、根据轮胎外直径D、轮辋着和直径d，得到断面高度SH＝1/2(D-d)，调整轮廓下断面高度LSH和上断面高度USH的参数，使LSH＞USH；

步骤3、根据标准轮辋宽度Rm调整轮廓着合宽度RW；

步骤4、根据轮廓着合宽度RW和轮廓断面宽度SW的关系，调整轮廓断面宽度SW；

步骤5、根据步骤2至4中的试验数据构建轮廓参数的函数关系，并通过公式tanα＝2LSH/(SW-RW)进行验证，根据计算得到α的值进行判断，当α取值小于65°或大于75°，重复步骤2至5，当α取值在65°～75°时，即完成轮廓下断面设计。

其中，步骤2中调整轮廓下断面高度LSH与轮廓上断面高度USH满足LSH/USH＝1.0～1.3：1，一方面，能够保证在行驶过程时，轮胎与轮辋充分配合，增加子口位置的扭转刚性，减小翻转力矩，防止发生侧翻，使轮胎的变形落在断面中心水平轴以上，减少轮胎下断面区域的应力和子口部位的应力；另一方面，使轮胎重心高度相对降低，行驶中的翻转力矩相对较小，车辆行驶稳定性增加。

步骤3中，根据轮廓着合宽度RW过盈设计及其与轮辋的装配关系，增大轮廓着合宽度RW，使其大于标准轮辋宽度Rm，能够适当的增加胎侧的柔软性，使得轮辋装配充气后，胎侧相对弯曲变形，从而降低了过高的刚性，使胎侧具有相应的弹性，改善舒适性能。尤其是对于高性能UHP轮胎，由于其断面高宽比的比值较低，相对的断面高较矮，再加上支撑胶结构，从而导致胎侧及子口位置的强度和刚性较大，舒适性相对较低。

步骤4中根据轮廓着合宽度RW和轮廓断面宽度SW的关系，增大轮廓断面宽度SW，其中，SW＝SW’+a×(RW－Rm×25.4)，其中SW’为目标断面宽，Rm为标准轮辋宽度，a为系数，其取值范围0.05～0.97，对于花纹沟较深的SUV、LVR和LTR，a值在相应基础上适当增加0.05。同时采用一定的曲率半径，使胎肩部圆滑过渡。由于缺气保用安全轮胎在胎侧内增加支撑结构，在行驶过程中，支撑胶不断的受充气压力的挤压，胎冠沿轮胎的横向方向被相对的拉直，通过上述结构，配合相对较高的LSH和相对较低的USH，能够实现较小的翻转力臂和提高轮胎的真圆度，从而提高行驶的稳定性。

在轮廓设计的三角平衡理论的基础上，根据设计要求和实际应用，步骤5中通过下列公式进行验证：tanα＝2LSH/(SW-RW)。当α取值小于65°时，轮胎行驶过程中由于胎侧部位不断地受充气压力的挤压容易产生径向形变，使轮胎断面轮廓在运动过程中发生较大变形，操控稳定性变差；当α取值大于75°时，轮胎重心增高，同时受支撑胶挤压，胎冠沿横向方向被拉直过大，导致翻转力臂增大、容易造成轮胎不圆度，行驶稳定性大大降低；当α取值范围65°～75°时，能够改善胎侧受充气压力的挤压变形状态，减小胎冠沿胎面横向方向被拉直的距离，从而实现翻转力臂的减小和真圆度的逼近，提高轮胎操控稳定性，为符合要求的轮廓模型。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的轮廓下断面设计方法，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

步骤1、根据选定轮胎型号225/55R17建立初始轮胎轮廓模型；

步骤2、根据轮胎外直径D、轮辋着和直径d，得到断面高度SH＝1/2(D-d)，调整轮廓下断面高度LSH和上断面高度USH，使LSH/USH＝1.05；

步骤3、调整轮廓着合宽度RW为191mm；

步骤4、调整轮廓断面宽度SW为238mm；

步骤5、根据步骤2至4中的试验数据构建轮廓参数的函数关系，通过公式tanα＝2LSH/(SW-RW)进行验证，计算得到α的值为68.8°。

实施例2

步骤1、根据选定轮胎型号215/65R16建立初始轮胎轮廓模型；

步骤2、根据轮胎外直径D、轮辋着和直径d，得到断面高度SH＝1/2(D-d)，调整轮廓下断面高度LSH和上断面高度USH，使LSH/USH＝1.08；

步骤3、调整轮廓着合宽度RW为185mm；

步骤4、调整轮廓断面宽度SW为226mm；

步骤5、根据步骤2至4中的试验数据构建轮廓参数的函数关系，通过公式tanα＝2LSH/(SW-RW)进行验证，计算得到α的值为74.1°。

对比例1

步骤1、根据选定轮胎型号225/55R17建立初始轮胎轮廓模型；

步骤2、根据轮胎外直径D、轮辋着和直径d，得到断面高度SH＝1/2(D-d)，调整轮廓下断面高度LSH和上断面高度USH，使LSH/USH＝0.9；

步骤3、调整轮廓着合宽度RW为180mm；

步骤4、调整轮廓断面宽度SW为234mm；

步骤5、根据步骤2至4中的试验数据构建轮廓参数的函数关系，通过公式tanα＝2LSH/(SW-RW)进行验证，计算得到α的值为64.2°。

对比例2

与实施例2不同的是，对比例2中轮廓着合宽度RW为190mm，通过公式tanα＝2LSH/(SW-RW)进行验证，计算得到α的值为76°。

通过测试实施例1和对比例1在不同负载下轮廓的侧偏刚度，如附图2所示，实施例1在不同负载下轮廓的侧偏刚度1，与对比例1在不同负载下轮廓的侧偏刚度2相比，实施例1侧偏刚度要大于对比例1轮廓结构的侧偏刚度，表现出更高的轮胎侧偏支撑性能，操控更稳定。

通过对实施例2和对比例2进行驱动力因子和制动力因子测试，其中，驱动力因子为驱动时最大纵向力与驱动径向力的比值；制动力因子为制动时最大纵向力的绝对值与制动径向力的比值。得到结果如表1所示，

表1实施例2和对比例2驱动力因子和制动力因子测试表

测试项目	实施例2	对比例2
			驱动径向力/N	3445.6	3489.7
驱动时最大纵向力/N	4976.2	4876.4
			驱动力因子	1.44	1.40
制动径向力/N	3449.9	3492.6
			制动时最大纵向力/N	-4195.3	-4176.3
制动力因子	1.22	1.20

通过实施例2和对比例2的测试对比可知，实施例2的测试结果优于对比例2的测试结果，由此可见，着和宽度RW过大设计，对牵引性能不利，而且还会增大对胎圈的压力，导致胎圈破坏，并对轮辋造成损伤。

Claims (7)

1.一种轮廓下断面设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据选定轮胎型号建立初始轮胎轮廓模型；

步骤2、根据轮胎外直径D、轮辋着和直径d，得到断面高度SH＝1/2(D-d)，调整轮廓下断面高度LSH和上断面高度USH的参数，使LSH＞USH；

步骤3、根据标准轮辋宽度Rm调整轮廓着合宽度RW；

步骤4、根据轮廓着合宽度RW和轮廓断面宽度SW的关系，调整轮廓断面宽度SW；

步骤5、根据步骤2至4中的试验数据构建轮廓参数的函数关系，并通过公式进行验证，直至获得符合要求的轮廓模型。

2.根据权利要求1所述的轮廓下断面设计方法，其特征在于，步骤2中调整轮廓下断面高度LSH与轮廓上断面高度USH满足LSH/USH＝1.0～1.3：1。

3.根据权利要求1所述的轮廓下断面设计方法，其特征在于，步骤3中增大轮廓着合宽度RW，使其大于标准轮辋宽度Rm。

4.根据权利要求3所述的轮廓下断面设计方法，其特征在于，步骤4中根据SW＝SW’+a×(RW－Rm×25.4)，调整轮廓断面宽度SW，其中SW’为目标断面宽，a为系数，其取值范围0.05～0.97。

5.根据权利要求1所述的轮廓下断面设计方法，其特征在于，步骤4中还采用一定的曲率半径，使胎肩部圆滑过渡。

6.根据权利要求1所述的轮廓下断面设计方法，其特征在于，步骤5中根据tanα＝2LSH/(SW-RW)，计算得到α的值进行判断，当α取值小于65°或大于75°，重复步骤2至5，当α取值在65°～75°时，即完成轮廓下断面设计，获得符合要求的轮廓模型。

7.一种轮胎，具有如权利要求1-6任一项所述的轮廓下断面设计方法得到的轮廓。

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