CN117320895A - 具有改善的雪地性能的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎(1)，其具有外表面(10)，外表面(10)在胎面花纹块(a、b)的周壁(2、3、4、5)处具有用于改善雪地性能的新颖的轮廓；所述周壁呈现被构造成改善挖雪和捕雪效果的三维空隙/突起(9、8)图案。

Description

具有改善的雪地性能的轮胎

技术领域

本发明涉及一种轮胎，该轮胎在胎面陆部的外周壁上具有新颖的3D图案轮廓，用于改善关于挖雪(snow digging)和捕雪(snow trapping)效果的雪地性能。

背景技术

轮胎在雪上的性能与若干个主要取决于胎面复合物和图案特征(空隙率/分布、边缘几何形状/数量/分布、胎面花纹块形状/刚度)的机制有关。

特别地，与这种性能相一致的主要机制是“挖雪”和“捕雪”效果，“挖雪”处理胎面在积雪中的贯入，“捕雪”处理胎面空隙收集和压缩雪的能力。

特别地，挖雪是关于胎面图案要素(刀槽、缺口、边缘)的贯入积雪中并提供用于牵引/制动/转弯动作的抓地力的能力。

替代地，捕雪是胎面图案的大空隙(槽、凸耳、曲柄等)收集和压缩雪以便利用雪-雪摩擦机制作为对抓雪的附加贡献的能力。

关于捕雪效果，即使通常具有胎面花纹块的作为纵向/横向侧壁的平坦表面，也不是用于增强该机制的良好解决方案。

用于提高雪地性能的最常用方法之一是实现外形形状像简单多角形链(例如，方波、锯齿状、“Z字”状等)那样的胎面花纹块，以便增加雪可以堆积的点：这改善了捕雪机制。

作为示例，图1a-图1c示出了第一现有技术的解决方案。胎面花纹块的横截面轮廓沿着花纹块本身的高度不变，并且呈现出已经沿着轮胎径向、即沿着花纹块高度z被基本上“挤压”的空隙图案特征(缺口、凹口、“Z字形”线)。

图2a-图2c所示的第二现有技术解决方案是具有沿着花纹块本身的高度(方向z)变化但沿着花纹块宽度(方向x)和花纹块长度(方向y)保持平坦的胎面花纹块横截面轮廓。

在图3a和图3b中，示出了另一种现有技术解决方案的胎面花纹块周壁的外表面。所述外表面设置有通过沿着花纹块宽度挤压“Z字形”轮廓(也以圆形物为特征)而实现的直线缺口。每个缺口均具有三角状轮廓。

在所有上述已知的解决方案中，胎面花纹块的壁的可变轮廓仅应用在一个方向上，可替代地，所述方向可以是宽度/长度或高度方向。

所有这些类型的已知实施方式都具有不运用整个花纹块壁来捕雪和提高雪地性能的限制。

发明内容

因此，由本发明提出和解决的技术问题是提供一种允许克服关于已知技术的上述缺点的轮胎。

由根据权利要求1的轮胎解决了所述问题。本发明的优选特征是从属权利要求的对象。

主题构思的目标是提供一种如下的解决方案：通过在胎面陆部的周壁表面上、特别是在胎面花纹块的周壁表面处引入一系列三维(3D)形状的附加图案要素(例如缺口、凹口、波浪形空隙)来增强“捕雪”效果。

上述3D特征(基本上为小的图案化空隙和/或突起)被成形和分布为使得雪被捕获并压缩在上述3D特征内部，从而对抓雪提供增大的贡献。所解决的问题是通过基于胎面复合物性能的设计在胎面陆部层面增强总体捕雪机制来改善雪地性能。

为了改善雪地性能，本发明提供了一种具有外表面的轮胎，所述外表面在胎面陆部的周壁具有新颖的3D轮廓。所述周壁呈现被构造为改善挖雪和捕雪效果的3D空隙(或凹陷)和/或突起图案。

在本申请的上下文中，术语“空隙”和“凹陷”旨在作为同义词。

本发明的第一关键方面在于空隙(缺口、凹口、槽等)和/或突起要素以使得轮廓可以同时沿着陆部的高度和宽度/长度变化的方式被应用到胎面陆部的纵向壁(相对于轮胎滚动方向在前侧和后侧)和/或侧向壁。

通过在高度和宽度/长度方向上应用可变轮廓，可以成形复杂的3D图案，使得可以运用整个陆部壁以增强捕雪机制，进而增强总体抓雪潜力。

胎面陆部的整个侧壁都可以受到该3D图案的影响，使得这种机制涉及到的总的表面积相对于现有技术解决方案可能高得多。这导致增强捕雪能力以及总体抓雪能力的空隙数量增多。

更具体地，本发明的第一技术优点是增大了边缘密度(对于捕雪和挖雪效果两者都非常重要)。

另外，通过适当地优化胎面陆部壁轮廓，可以局部地(在胎面陆部层面)改善捕雪，从而提供更大体积的被捕获的雪，并且还具有更高的密度。

此外，以不影响、特别是不降低陆部刚性的方式引入空隙。这对于所有的其它性能(即干、湿)都是非常重要的，实际上所述其它性能可能会受到面向雪的设计意图的负面影响，诸如降低花纹块刚度。

至关重要的是要注意到，所提出的本发明提供了一种如下的解决方案：通过在胎面陆部的纵向/侧向侧壁表面上而不是在胎面陆部的内表面上引入作为附加图案要素的一系列3D小“空隙”(缺口或凹陷)和/或突起要素来增强捕雪效果。换言之，3D图案被设置到胎面陆部的被设计为贯入雪中(或者，更一般地，贯入地面中)的外周面上。以使得雪被捕获并压缩在3D小空隙内部的方式成形和分布以特定布局定位的3D小空隙，从而对抓雪提供增加的贡献。

所提出的解决方案将可能应用于要求改善总体雪地性能(制动/牵引/操纵/滑行)的所有轮胎，但是所提出的解决方案当然对所有类型的轮胎的应用都是有利的。

采用本发明的其它优点、特征和模式将根据一些实施方式的以下详细说明而变得显而易见，这些实施方式以示例而非限制的方式呈现。

附图说明

将对附图的图进行参考，在附图中：

■图1a示出了轮胎的第一现有技术实施方式的示意性立体图；

■图1b和图1c分别示出了包括在图1a的实施方式中的第一现有技术胎面花纹块的平面图和侧视图；

■图2a示出了轮胎的第二现有技术实施方式的示意性立体图；

■图2b和图2c分别示出了包括在图2a的实施方式中的第二现有技术胎面花纹块的平面图和侧视图；

■图3a示出了第三现有技术胎面花纹块的示意性立体图；

■图3b示出了图3a的第三现有技术胎面花纹块的侧向截面图；

■图4a示出了根据本发明的轮胎的优选实施方式的示意性立体图；

■图4b和图4c分别示出了包括在图4a的轮胎中的根据本发明的胎面花纹块的优选实施方式的平面图和侧视图；

■图5更详细地示出了根据本发明的胎面花纹块的优选实施方式的侧向立体图；

■图6和图7分别示出了根据图5的胎面花纹块的优选实施方式的侧视图和平面图；

■图8更详细地示出了图5的胎面花纹块的外部三维图案化表面；

■图9示出了根据本发明的准线D的几何特征；

■图10示出了根据本发明的母线G的几何特征；以及

■图11是分别示出关于第一现有技术胎面花纹块(解决方案A)、第二现有技术胎面花纹块(解决方案B)和根据本发明的胎面花纹块的优选实施方式(解决方案C)的原型的关于雪摩擦潜力指数的柱状图。

以上介绍的图中所示的厚度和曲率应理解为纯示例性的，而不是必须按比例示出。另外，为了更清楚地图示本发明的方面，在所述图中可能省略了轮胎的一些层/部件。

具体实施方式

在下文中，将参考以上介绍的附图说明本发明的若干实施方式和变型。

另外，当下述的不同实施方式和变型兼容时，它们能够被组合采用。

参考图4a，示出了根据本发明的轮胎1的优选实施方式，轮胎1包括外胎面部P，外胎面部P至少包括胎面花纹块a。

根据本公开，意指的是，胎面部可以指或包括胎面的中央、中间或/和胎肩陆部。仍根据本公开，本发明的在下文中指设置有棱柱形状的胎面花纹块示例的所有特征旨在也应用到设置有不同形状甚至更复杂形状(例如设置有V形状(“掌”形状)轮廓)的胎面花纹块或者更一般的胎面陆部。

轮胎1具有周向C、径向R和横向T，所述横向是平行于轮胎旋转轴线A的方向。为了更清楚，箭头指示轮胎1的滚动方向。

在图4a的示例性视图中，横向T和旋转轴线A被表示为重合。

另外，为了简化胎面花纹块几何形状的以下说明，在图4a中，给出了笛卡尔坐标系，该笛卡尔坐标系是胎面花纹块的由纵轴z、横轴y和矢轴z限定的局部参考系统。纵轴x与周向C局部相切，横轴y与旋转轴线A平行，矢轴z与径向R局部重合。

胎面部P、或者特别地根据本示例为胎面花纹块A，包括多个侧向周面或周壁，根据本公开的多个侧向周面或周壁意指花纹块a的外壁(例如面对大空隙或面对其它花纹块的壁)，而不是胎面花纹块的面对小空隙的内壁(诸如刀槽的壁)。周壁是在使用轮胎1时贯穿雪并与雪接合的那些壁、或者更一般地与地面接合的那些壁。

根据本发明，所述周壁中的一者的外表面的至少一部分具有凹陷和/或突起的三维(3D)图案。

根据本发明，还预见了包括仅有凹陷的3D图案和仅有突起的3D图案的实施方式。

换言之，3D图案包括根据同一外表面的至少两个空间方向(优选地彼此垂直)彼此交替的凹陷和/或突起。优选地，凹陷和/或突起根据相关外表面的彼此垂直并且限定延伸(根据平面图)的两个主方向彼此交替。举例来说，参考上述笛卡尔坐标系，这样的两个方向可以是横向/纵向和矢向。所述3D图案被构造成改善当使用轮胎1时在雪被陷在并压实在3D凹陷内部和/或3D突起之间时的挖雪和捕雪效果。

优选地，所述交替的凹陷和/或突起中的每一者均被成形为双曲面元件，但是，根据本发明的优选实施方式，所述交替的凹陷和/或突起中的每一者也可以呈现棱柱形状(图4b和图4c的实施方式)或锥体形状。否则，可以在同一花纹块壁处设置外表面的分别呈现不同形状的凹陷和/或突起的多种区域。

举例来说，图4b和图4c分别示出根据本发明的胎面花纹块a的优选实施方式的平面图和侧视图。胎面花纹块a呈现由四个周壁、即第一对纵周壁和第二对横周壁限定的棱柱形状。优选地，四个周壁的所有外表面都具有呈现棱柱形状的交替的凹陷和/或突起，产生了3D图案。

更一般地，凹陷和/或突起的交替实现了胎面陆部的、特别是胎面花纹块的外表面上的一种3D棋盘图案。

根据本发明的其它实施方式，根据如上所述的3D图案可以设置到如上所述的胎面花纹块的仅一个周壁的或两个相对周壁(优选地，一对横向周壁)的外表面或者当然所有周壁的外表面。3D图案可以设置到相应周壁的整个外表面，或者仅设置到相应周壁的有限部分。

优选地，根据与周壁的供凹陷和/或突起设置的外表面平行的方向测得的连续的凹陷和/或突起之间的距离是恒定的。

参考图5，示出了根据本发明的胎面部P的另一优选实施方式。为了更清楚，箭头表示包括胎面部P的轮胎的滚动方向(轮胎在图5中未示出)。举例来说，胎面部P包括两个分别由附图标记a和b表示的胎面花纹块，但是以下说明将仅参考胎面花纹块a。然而，以下关于胎面花纹块a的所有考虑也旨在扩展到胎面花纹块b(或者包括在根据本发明的轮胎中的任何其它胎面花纹块)。

在图5中可以清楚地看见，本发明的3D图案旨在设置到限定胎面部或更特别地限定胎面花纹块的外周面或周壁，所述面或壁不旨在包括设置在胎面花纹块本体内的内壁，诸如限定刀槽11的壁。

胎面花纹块a优选地具有棱柱形状，并且包括四个周壁，即第一对周壁3、5和第二对周壁2、4，其中通常每对壁基本上彼此相对。特别地，胎面花纹块a包括根据所述周向C和径向R延伸的两个纵向周壁2、4以及根据所述横向T和径向R延伸的两个横向周壁3、5。

优选地，第一对周壁3、5或第二对周壁2、4中的每一者的整个外表面10设置有交替的凹陷6和/或突起7的3D图案。

即，根据优选实施方式，所述两个横向周壁3、5两者的整个外表面10具有交替的凹陷6和/或突起7的3D图案，也如从图6和图7中所见。图8示出了3D图案化的外表面10的放大视图。

根据本发明的另一优选实施方式，胎面花纹块a的两个连续周壁的整个外表面10(参考图6和图7，由附图标记2、3或3、4或4、5或5、2表示的连续周壁)可以具有交替的凹陷和/或突起的3D图案。

可替代地，胎面花纹块a的三个周壁的整个外表面10可以具有交替的凹陷和/或突起的3D图案。

优选地，交替的凹陷和/或突起的3D图案借助于沿着波浪形准线D路径扫过的波浪形母线G来实现，线G和D的优选实施方式分别示于图10和图9中。母线G和准线D两者都包括波峰点8和波谷点9，波峰点8是相应外表面10的最外点，波谷点9是相应外表面10的最内点。

要注意的是，在本公开中，在其波峰点和波谷点处呈现不为零的弯曲半径的Z字形线旨在是波浪线。

参考图9，示出了对应于根据x-z平面截面的胎面花纹块3D图案化表面的外轮廓的准线D。参考图10，示出了对应于根据x-y平面截面的胎面花纹块3D图案化表面的外轮廓的母线G。

特别地，3D图案已经借助于沿着准线D轮廓(在平面x-z上，如图9所示)扫过的母线G轮廓(在平面x-y上，如图10所示)产生。

根据本发明的优选实施方式，根据作为平行于所述外表面10的方向的纵向x测得的连续的波峰点8和波谷点9之间的距离是恒定的。优选地，根据横向y测得的波峰点8相对于外表面10的高度x^h _out、x^w _out是恒定的。波谷点9相对于外表面10的深度x^h _in、x^w _in也可以是恒定的。

更特别地，波峰点8相对于外表面10的高度x^h _out、x^w _out可以在0mm和4mm之间，优选地在0.5mm和3mm之间。另一方面，波谷点9相对于外表面10的深度x^h _in、x^w _in可以在0mm和4mm之间，优选地在0.5mm和3mm之间。

优选地，根据平行于所述外表面10的横向y测得的连续的波峰点8和波谷点9之间的距离y^h ₃、y^w ₃在0.5mm和7.5mm之间，优选地在0.5mm和5mm之间。仍优选地，根据与所述外表面10正交的纵向x测得的每个波峰点8和波谷点9之间的距离最多等于8mm，优选地在0.5mm和6mm之间。

特别地，波浪形母线G和/或波浪形准线D在每个波峰点8和波谷点9处呈现等于0.2mm的弯曲半径(在图9和图10中未示出)。根据其它实施方式，弯曲半径最多可以等于2mm，更优选地在0.2mm和1.5mm之间。

根据本发明的其它实施方式，交替的凹陷和/或突起的3D图案可以借助于沿着Z字形准线扫过的Z字形母线来实现(其中Z字形母线和准线在它们的波峰点和波谷点处具有不为零的弯曲半径)。在这种情况下，所产生的凹陷和/或突起将具有棱锥状。

引入复杂的3D图案的目的是使胎面陆部(特别是胎面花纹块)壁上的槽/缺口/空隙(适当地成形和间隔开)的存在最大化，以便将雪捕获在其中。被捕获的雪将被压实，导致纵向剪切力增大，进而改善总体抓地效果。

胎面花纹块的外表面越多地设置有根据本发明的凹陷和/或突起的3D图案，就越改善雪地性能。如本领域技术人员所意欲的，根据胎面陆部的设置有3D图案的外表面的选择，可以改善雪上的牵引和/或制动和/或转弯，甚至同时改善所有所述特征。

参考图5、图9和图10，母线G和准线D线的优选尺寸值在下面报告(a^w和a^h表示其上没有凹陷和突起的平坦外表面10的原始引用)。

实验数据

已经进行了实验活动，以证明本发明允许多大程度地改善轮胎的雪地性能。

所述实验活动包括提供三个以受控的温度在相同的工作条件(根据固定的速度、温度和施加的压力)下在雪轨道上滑动的橡胶块原型。

提供了无缺口的第一橡胶块(解决方案A)、根据现有技术的第二橡胶块(解决方案B)以及根据本发明的第三橡胶块(解决方案C)。

实验活动的每个橡胶块对象都呈现相同的总体尺寸。

参考图3b，现有技术解决方案B的胎面花纹块设置有呈现以下尺寸的凹陷和突起图案：

根据本发明的受试验解决方案C的尺寸：

解决方案C中的弯曲半径等于0.2mm。

就雪摩擦系数(雪摩擦系数是纵向力Fx与法向力Fz之间的比率)的不同潜力指数而言，实验结果示于图11的柱状图中，当然，其中高摩擦是期望的。

提出的解决方案C的雪摩擦潜力指数高于受试验解决方案A和B的雪摩擦潜力指数。

至此已经参考优选实施方式说明了本发明。在由所附权利要求的保护范围所限定的同一创造性核心内的其它实施方式也是可能的。

Claims (19)

1.一种轮胎(1)，其呈现周向(C)、径向(R)和横向(T)，所述轮胎包括外胎面部(P)，所述外胎面部(P)至少包括胎面花纹块(a)，所述胎面花纹块(a)包括多个侧向周壁(2、3、4、5)，其中：

所述周壁(2、3、4、5)中的一个周壁的外表面(10)的至少一部分具有凹陷(6)和/或突起(7)的三维图案，

其中所述凹陷(6)和/或突起(7)根据同一外表面(10)的至少两个空间方向(x、y)彼此交替。

2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其特征在于，所述至少两个空间方向(x、y)彼此垂直。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎(1)，其特征在于，根据平行于所述外表面(10)的方向测得的连续的凹陷(6)和/或突起(7)之间的距离是恒定的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述周壁(2、3、4、5)中的一个周壁的整个外表面(10)具有交替的凹陷(6)和/或突起(7)的所述三维图案。

5.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所述周壁(3、5、2、4)中的两个相对周壁的整个外表面(10)具有交替的凹陷(6)和/或突起(7)的所述三维图案。

6.根据权利要求1至4所述的轮胎(1)，其特征在于，所述周壁(2、3、4、5)中的两个连续周壁的整个外表面(10)具有交替的凹陷(6)和/或突起(7)的所述三维图案。

7.根据权利要求1至4所述的轮胎(1)，其特征在于，所述周壁(2、3、4、5)中的三个周壁的整个外表面(10)具有交替的凹陷(6)和/或突起(7)的所述三维图案。

8.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，所有所述周壁(2、3、4、5)的整个外表面(10)具有交替的凹陷(6)和/或突起(7)的所述三维图案。

9.根据前述权利要求中任一项所述的轮胎(1)，其特征在于，交替的凹陷(6)和/或突起(7)的所述三维图案借助于沿着波浪形准线(D)扫过的波浪形母线(G)来实现，所述母线(G)和准线(D)均包括波峰点(8)和波谷点(9)，所述波峰点(8)是相应外表面(10)的最外点，所述波谷点(9)是所述相应外表面(10)的最内点。

10.根据前述权利要求所述的轮胎(1)，其特征在于，根据平行于所述外表面(10)的方向测得的连续的波峰点(8)和波谷点(9)之间的距离(y^h ₃、y^w ₃)是恒定的。

11.根据权利要求9或10所述的轮胎(1)，其特征在于，所述波峰点(8)相对于所述外表面(10)的高度(x^h _out、x^w _out)是恒定的。

12.根据权利要求9至11所述的轮胎(1)，其特征在于，所述波谷点(9)相对于所述外表面(10)的深度(x^h _in、x^w _in)是恒定的。

13.根据权利要求9至12所述的轮胎(1)，其特征在于，所述波峰点(8)相对于所述外表面(10)的高度(x^h _out、x^w _out)在0和4mm之间、优选地在0.25mm和3mm之间。

14.根据权利要求9至13所述的轮胎(1)，其特征在于，所述波谷点(9)相对于所述外表面(10)的深度(x^h _in、x^w _in)在0和4mm之间、优选地在0.25mm和3mm之间。

15.根据权利要求9至14所述的轮胎(1)，其特征在于，根据平行于所述外表面(10)的方向测得的连续的波峰点(8)和波谷点(9)之间的距离(y^h ₃、y^w ₃)在0.5mm和7.5mm之间、优选地在0.5mm和5mm间。

16.根据权利要求9至15所述的轮胎(1)，其特征在于，根据与所述外表面(10)正交的方向测得的所述波峰点(8)相对于所述波谷点(9)的高度最多等于8mm、优选地在0.5mm和6mm之间。

17.根据权利要求9至16所述的轮胎(1)，其特征在于，所述波浪形母线(G)和/或所述波浪形准线(D)在所述波峰点(8)和所述波谷点(9)的每一者处呈现等于0.2mm的弯曲半径。

18.根据权利要求1至8所述的轮胎(1)，其特征在于，所述交替的凹陷(6)和/或突起(7)呈现棱柱形或锥体形。

19.根据权利要求1至8所述的轮胎(1)，其特征在于，交替的凹陷(6)和/或突起(7)的所述三维图案借助于沿着Z字形准线(D)扫过的Z字形母线(G)来实现。