CN1733511A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

充气轮胎包括设有块的胎面花纹，所述块由至少一个周向槽轴向地分开，而由朝着一方向相对于轮胎轴向倾斜的斜槽周向地分开，并且每个块由至少一个延伸穿过所述块并朝着与斜槽相同方向相对于轮胎轴向倾斜的开放槽道细分成至少两个平行四边形的块构元，平行四边形的块构元包括两个位于所述块的周向端处的块端构元，同时每个块端构元设有至少一个封闭槽道，该封闭槽道以相对于轮胎轴向小于45度的方向延伸并终止于块内而端部封闭。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及充气轮胎，更具体地，涉及用于冬季轮胎的胎面花纹。
背景技术
一般而言，雪地轮胎设置有块型胎面花纹，而所述块设有大量的槽道(sipe)。如果胎面部分内槽道数目过度增加，由于块的刚度下降，块在行驶过程中的变形量或倾斜量将增加。因此，与地面接触面积和轮胎抓地力(grip power)降低，结果行驶稳定性变差，并且块容易发生非均匀的磨损。对雪地轮胎而言，其在冰上的转弯性能和直线行驶性能例如牵引力、制动距离等等都是重要参数。如上所述，如果形成有大量的槽道，直线行驶和转弯之间的抓地力之差容易增大。因此，安装有此种轮胎的车辆在从直线行驶转为转弯时容易变得不稳定。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种充气轮胎，其中，减少块的变形和倾斜以改善抗非均匀磨损性能、转弯性能等等。
根据本发明，充气轮胎包括一设置有块的胎面部分，所述块由至少一个周向槽轴向地分开，并由相对于轮胎轴向朝一个方向倾斜的斜槽周向地分开，并且每个块由至少一个延伸贯穿所述块并相对于轮胎轴向朝着与斜槽同一方向倾斜的开放槽道细分成两个平行四边形的块构元，平行四边形的块构元包括两个位于所述块的周向端上的块端构元，并且每一个块端构元设置有至少一个封闭槽道，该封闭槽道相对于轮胎轴向以小于45°的角度延伸，并终止于所述块内以具有封闭端。
附图说明
将结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
图1是根据本发明的充气轮胎的局部展开平面图，示出胎面花纹。
图2是外侧肩块的放大平面图。
图3至图11均是平面图，每个视图示出外侧肩块的另一实施例。
图12至图15是局部展开图，每个视图示出下述比较测试中所使用的胎面花纹。
具体实施方式
如同本领域中已公知的，充气轮胎包括：一个胎面部分2，其外表面确定一地面接触区域；一对轴向间隔开的胎圈部分，每个胎圈部分中带有一胎圈芯；一对侧壁部分，其延伸在胎面边缘(e)和胎圈部分之间；一胎体，其通过胎面和侧壁部分而在所述胎圈部分之间延伸；以及一在胎面部分内径向设置于胎体外侧的胎面加强带。
附带提一下，胎面边缘(e)是指在标准负载状态下地面接触区域的轴向最外缘，在标准负载状态下，轮胎安装在标准轮辋上并充气至标准负载，然后加载一标准载荷。标准轮辋是指由标准化组织即JATMA(日本和亚洲)、T&RA(北美洲)、ETRTO(欧洲)、STRO(斯堪的纳维亚)等认证的用于轮胎的轮辋。标准压力和标准轮胎负载是由同一组织在气压/最大负载表或类似表中规定的轮胎最大气压和最大轮胎负载。例如，标准车轮轮辋是JATMA规定的“标准轮辋”、ETRTO规定的“测量轮缘”、TRA规定的“设计轮缘”等等。标准压力是JATMA规定的“最大压力”、ETRTO规定的“充气压力”、TRA在“各种常温内压下的轮胎负载范围(Tire Load Limits at Various Cold Inflation Pressures)”表中规定的最大压力。标准负载是JATMA的“最大负载能力”、ETRTO的“负载能力”、TRA的上述表中给出的最大值或其它。然而，对于客车轮胎而言，标准压力和标准轮胎负载一律分别限定为180kPa以及最大轮胎负载的88％。
在下列具体实施方式中，充气轮胎指一种用于客车的子午线轮胎。
胎面部分2设置有形成胎面花纹的胎面槽3和4，并设置有大量的槽道7、8和9。
槽道的槽宽或开口宽度不大于1.5mm，优选地不大于1.0mm，并且槽道是在轮胎硫化过程中利用附着于轮胎硫化模具内部的叶片而形成的。
图1示出胎面花纹的示例。胎面花纹基本上关于轮胎中纬线C上任一点对称，即该胎面花纹为双向胎面花纹。还可以提供一种单向胎面花纹。
胎面槽包括：在轮胎圆周方向上连续延伸的周向槽3；相对于轴向倾斜并绕着轮胎基本上彼此平行地布置的斜槽4；以及基本上平行于轴向地延伸的轴向槽10。
而且，周向槽3包括：一对设置在轮胎中纬线C两侧的轴向最内侧的槽3a；一对轴向最外侧的槽3c；以及一对位于其间的中间槽3b。最内侧的槽3a和最外侧的槽3c是直槽，每个槽都有一恒定的槽宽。中间槽3b是Z形槽，每个槽由长段和短段交替组成。最外侧的槽3c最宽，而中间槽3b最窄。
斜槽4包括：在槽3a和槽3b之间延伸的轴向内斜槽4a；在槽3b和槽3c之间延伸的中间斜槽4b；以及在槽3c和胎面边缘(e)之间延伸的轴向外斜槽4c。在轮胎中纬线的两侧，槽4a基本上相互平行，槽4b基本上相互平行，并且槽4c基本上相互平行。斜槽4a和4c朝相同的方向倾斜，但中间斜槽4b朝相反的方向倾斜。
轴向槽10在两个内侧周向槽3a之间延伸。
当行驶在雪路上时，由于雪挤入胎面槽内，其增大的抗剪强度可增加雪地抓地力。如果斜槽4a、4b和4c分别相对于轮胎轴向的角度α1，α2和α3过小，则很难改善转弯时的抓地力。另一方面，如果该角度太大，直行时抓地力容易变得不足。因此，相对于轮胎轴向的角度α1，α2和α3设置在不小于3度，优选地不小于7度，但不大于25度，优选地不大于20度的范围内。
如果胎面槽宽度过窄或深度过浅，则很难获得增大的抗剪强度。此外，这样的胎面槽在湿路面上不利于去除水膜。另一方面，如果胎面槽过宽和/或过深，随着花纹刚度降低，在干地面上的行驶稳定性和胎面抗磨性变差。因此，胎面槽3、4和10中每个的宽度设置在不小于3mm，优选地不小于5mm，但是不大于10mm，优选地不大于8mm的范围内；以及深度设置在不大于10.5mm，优选地不大于10.0mm，而不小于8.0mm，优选地不小于8.5mm的范围内。
因此，胎面部分2仅仅分成块5，每个块5具有周向侧面12、轴向侧面13和地面接触顶面14。因此，在本实施方式中，胎面花纹确是块状花纹。胎面部分2未设有肋。
块5包括：位于最内侧周向槽3a之间的中心块5a；位于最内侧周向槽3a和中间槽3b之间的中间块5b；位于中间槽3b和最外侧周向槽3c之间的内侧肩块5c；以及位于最外侧的周向槽3c和胎面边缘(e)之间的外侧肩块5d。
中心块5a的形状基本上是一个矩形，在轮胎周向上较长。中心块5a设置在轮胎中纬线C上，因此接地压力相对较大。因此，为了保持高刚度，每个中心块5a仅设置有封闭槽道8。各块5a内的封闭槽道8在轮胎圆周方向上以基本上规则的间隔排列，并与轮胎轴向平行地延伸。
在此，封闭槽道8是终止在所述块内而具有两个封闭端的槽道。
每个中间块5b的形状基本上为平行四边形。每个中间块5b设置有在轮胎圆周方向上以规则间隔排列的开放槽道7。每个中间块5b内的开放槽道7在基本上平行于轴向内侧斜槽4a的方向上相对于轮胎轴向倾斜。中间块5b可设置有封闭槽道8和/或半开放槽道9。
在此，开放槽道7是延伸穿过所述块而在周向侧面12上具有开放端的槽道。半开放槽道9是一端在一个周向侧面12处开放而另一端在所述块内封闭的槽道。
各内侧肩块5c和外侧肩块5d都设置有开放槽道7和封闭槽道8。
由于内侧肩块5c和外侧肩块5d结构相似，将块5c和5d作为“块B”进行描述，并以一个内侧肩块5c为例首先描述其共同特征。然后，分别描述不同特征。
图2中，块B形状为一个在轮胎圆周方向上较长的平行四边形。块B设置有至少一个开放槽道7(在图2示例中，具有2个开放槽道)，该开放槽道7朝着与相邻周向斜槽4相同的方向(图2中，右侧向下倾斜)相对于轮胎轴向倾斜。在本例中，开放槽道7是直的，并基本上平行斜槽4延伸。因此，通过开放槽道7，块B细分成3个具有等圆周长度BsL的平行四边形块构元6。
块构元6包括两个位于周向端的构元6t和一个中间构元6m。块端构元6t设置有至少一个、优选地两个或多个封闭槽道8，每个槽道8以相对于轮胎轴向小于45度的角度延伸。在该实施例中，中间构元6m也以与端构元6t相同的方式设置有封闭槽道8。
如果每个构元的上述长度BsL过小，则易发生非均匀磨损。如果过大，冰面上行驶性能易于变差。因此，每个构元的长度BsL设定在不小于块B的长度BL的28％，优选地大于30％，但不大于40％，优选地小于38％这一范围内。
块B的长度BL设定在不小于20mm，优选地大于22mm，但不大于40mm，优选地小于35mm这一范围内。
在此，块构元6/块5的圆周长度指沿着一与圆周方向平行地延伸穿过该块构元或块的直线所测得的长度。因此，该长度不总是与其周向最端部之间的圆周长度相同。因而，有可能圆周长度根据测量位置而改变。块构元6的长度BsL指块构元6的圆周长度的最大值。块6的长度BL指块的圆周长度的最大值。
在图2中，每个块构元6内的封闭槽道8是直的并成直线排列。轴向相邻的封闭槽道8以一轴向距离W1彼此轴向间隔开。封闭槽道8的封闭端与块B的侧面12以轴向距离W2和W3间隔开。
距离W1优选地设定在不小于块B的最大轴向宽度BW的0.04倍，更优选地大于0.05倍，但不大于0.15倍，更优选地小于0.13倍的范围内。如果轴向距离W1过大，雪上性能将变差。如果过小，所述块易发生非均匀磨损。
距离W2、W3优选设定在不小于最大轴向宽度BW的0.04倍，更优选地大于0.05倍，但不大于0.15倍，更优选地小于0.13倍的范围内。如果轴向距离W2、W3过大，冰上性能将变差。如果过小，所述块的刚度容易变得不足。
通过如上设置所述距离，可防止块构元的刚度降低并可以获得最大边缘效应。考虑到这点，每个构元6的封闭槽道8的数目优选为2个或3个或4个。无槽道部分的总长度即距离W1、W2、W3的总和(W1+W2+W3)优选设定在不小于最大轴向宽度BW的0.12倍，更优选地不小于0.15倍，但不大于0.45倍，更优选地不大于0.39倍的范围内。为了块端构元6t保持较高的刚度，优选地距离W1大于距离W2、W3。
开放槽道7相对于轴向的角度αo和封闭槽道8相对于轴向的角和角度αc之间的差值(αo-αc)大于0但不大于20度，优选地在2至16度这一范围内。如果该差值大于20度，开放槽道7和封闭槽道8之间的部分可能存在不利的强度/刚度各向异性。如果该差值为0，由于在轮胎扭曲时所述槽道易于裂开，从而雪/冰道路上的转向性能和非均匀磨损性能容易变差。
角度α0和αc优选地设定在0至20度，更优选地1至18度这一范围内。通过将角度αc设定成小于角度αo，可进一步地控制各向异性。(αo＞αc)
为了进一步降低块构元6的各向异性，如图2所示，封闭槽道8和开放槽道7之间的最小周向距离Y优选地设定在所述块构元的长度BsL的35％至45％的范围内。
由于肩块5c和5d，即块B设置在胎面肩部区域Sh内，从而每个块B的顶表面14的质心位于肩部区域Sh内。在此，每个肩区Sh都限定为从每个胎面边缘(e)延伸的地面接触宽度TW的30％宽的区域。因此，即使在转弯时地面压力变得很大的胎面肩部区域Sh内，也可有效防止非均匀磨损。
图3至图11各示出块B的另一示例。
图3示出一个图2所示的块B的变型，其中，每个构元6内的封闭槽道8在周向上彼此错开。
位于轮胎中纬线侧的封闭槽道8i的角度αc1小于位于胎面边缘侧的封闭槽道8o的角度αc2，籍此，周向边缘组元在胎面边缘侧增大——此处在转弯时地面压力变大，从而冰上的转弯性可进一步改善。为此，优选地角度差(αc2-αc1)处于1至5度的范围内。
图4示出一个图2中所示块B的另一个变型，其中为了在不使块的刚度变差的情况下增加边缘长度而改善冰上性能，形成比图2中所示的那些封闭槽道更长的封闭槽道8，且这些封闭槽道8基本上长度相同，并周向地错位而相互重叠。重叠部分16的轴向重叠X设定在不小于块的最大轴向宽度BW的5％，优选地大于10％，但不大于20％，优选地小于15％的范围内。在这个情况下，需要封闭槽道8的重叠部分之间的最小距离R至少1.5mm。
在图4的示例中，封闭槽道8基本上与轮胎轴向平行，即角度αc基本上为0。然而，重叠槽道8可以以一个如图5所示的正角度αc倾斜。
图5示出图4中所示块B的一个变型，其中，封闭槽道8朝与图2示例中的封闭槽道8的相反方向倾斜。换句话说，封闭槽道8相对于轮胎轴向朝与开放槽道7相反的方向倾斜。
图6示出图5中所示块B的一个变型，其中，在块端构元6t和中间构元6m上的封闭槽道8的角度αc不同。在中间构元6m上，封闭槽道8的角度αc的绝对值设定成小于块端构元6t上封闭槽道8的角度αc的绝对值，并且封闭槽道8的倾斜方向与块端构元6t内封闭槽道8的倾斜方向相反。
图7示出图5中所示块B的另一变型，其中，角度αc类似改变，并且与块端构元6t内的封闭槽道8相比，中间构元6m内的封闭槽道8长度增大。
图8示出图2所示块B的进一步变型，其中，为了防止块端构元6t非均匀磨损，其圆周长度BsL1和BsL2增大，并且块端构元6t的长度BsL1和BsL2大于中间构元6m的长度BsL3。
图9示出图2所示块B的又一变型，其中，块端构元6t内的槽道的开口宽度减小以增大其刚度。块端构元6t内的封闭槽道8的开口宽度t2落在中间构元6m内开放槽道7和封闭槽道8的开口宽度t1的大约50％至大约70％的范围内。
在上述封闭槽道8中，顶部开口处的结构在深度方向上不改变。因此，如果所述结构是直的并且其倾斜角度在顶部开口处是α，那么槽道8在从顶部到底部的任一深度上是直的并且其角度均为α。然而，槽道可形成这样：结构在深度方向上改变，从而倾斜角度从某一值逐渐改变为另一值。
图10示出图2中所示块B的一个变型，其中，块端构元6t内的封闭槽道8设置有这样的结构。虽然槽道在与块的顶部表面平行的任何部分内均显示为直槽道结构，但由于槽道扭曲，顶部处的角度不同于底部处的角度(用虚线示出)。所有槽道朝一个方向扭曲。扭转角β是一个相当小的值，例如该值优选为大约2度至大约4度。
图11示出图2中所示块B的进一步变型，其中，一侧(图中在右侧)的封闭槽道8延伸至周向侧面12，以半开放槽道9代替。除此之外，该示例与图2的示例相同。
上述关于不同圆周长度BsL1、BsL2与BsL3以及不同开口宽度t1和t2的结构可与上述任一示例结合。
对内侧肩块5c而言，轴向外侧的周向侧面12与轮胎中纬线平行。但由于上述长段是倾斜的，轴向内侧上的周向侧面12相对于轮胎中纬线稍微倾斜。由于短段非常短并在块的锐角拐角处以大约45度的角度倒角。由于轴向内侧斜槽4a和中间斜槽4b连接至短段的相反端，接合处形成一积水部分。长段朝倒角拐角在宽度上逐渐增加以有效地将水引至积水部分。
在外侧肩块5d中，轴向内侧的周向侧面12与轮胎中纬线平行。
如上所述，块B中封闭槽道8与开放槽道在轮胎圆周方向上交替。因此，块构元相互支撑以增大作为一个整体的块的刚度，并减少块的变形或倾斜。除肩块5c和5d之外，块B还可设置为中心块5a和/或中间块5b。
胎面花纹可设置在具有肋或肋状圆周部分的肩部区域Sh之间，该肋或肋状圆周部分基本上在轮胎圆周方向上连续，例如靠近或位于轮胎中纬线上。
对比测试
制造除胎面花纹外其它结构均相同的用于客车的尺寸为195/65R15(轮辋尺寸为15×6.5)的无钉子午线轮胎，并测试其冰上制动性能、耐非均匀磨损性能和雪上转弯性能。
在所有的轮胎花纹中，中心块5a和中间块5b相同，所有的槽道深度为块高度的65％，开口宽度为0.5mm。轮胎花纹的其它规格如表格1所示。
冰上制动性能测试：
一辆带有四个具有测试轮胎的车轮的2000cc后轮驱动的客车，首先在干沥青路面上行驶100km，然后行驶在覆盖有冰的路面上，在以30km/h的速度行驶时锁定所述四个车轮以获得制动距离(轮胎充气内压为200kpa)。测量3次，平均值如表格1所示，其中制动距离通过一以Ref.1为100的指数示出。指数值越大，制动性能越好。
耐非均匀磨损性能试验：
上述测试车辆在干沥青路面上行驶10000km，然后，测量外侧肩块5d的块端构元和中间块构元之间的磨损差值作为非均匀磨损。对于前胎上的大约6个块5d，测量出差值，并且平均值以Ref.1为100的指数示出。指数值越大，耐非均匀磨损性能越高。
雪上转弯性能测试：
在气温为0摄氏度的情况下下，测试车辆在结冰的道路和覆盖有30mm厚的被压过的道路上行驶，在行驶过程中，转弯性能由测试司机评价为10个等级。结果如表1所示。值越大，转弯性能越好。
                          表1
  轮胎   Ref.1   Ref.2   Ref.3   Ref.4   例1   例2   例3   例4   例5   例6   例7
  胎面花纹肩块   图12图12   图13图13   图14图14   图15图15   图1图2   图1图2   图1图2   图1图2   图1图2   图1*1图3   图1*2图4
  斜槽*2角度α1(度)角度α2(度)角度α3(度) -18+18-8 -18+18-8 00-8 -18+18-8 -18+18-8 -18+18-8 -18+18-8 -18+18-18 -20+20-20 -18+18-8 -18+18-8
  内肩块开放槽道*2角度α0(度) +18 +18 0 0 +18 +18 +18 +18 +20 +18 +18
  封闭槽道*2角度αC(度)α0-αC(度)W1/BWW2/BWW3/BW ---------- +1800.070.10.1 ---------- 000.070.10.1 +1620.070.10.1 +1620.040.10.1 +1620.070.130.13 +2160.07010.1 +1820.070.10.1 αc1：+14αc2：+164.20.070.10.1 0+180.010.10.1
  外肩块开放槽道*2角度α0(度) -8 -8 0 0 -8 -8 -8 -18 -20 -8 -8
  封闭槽道*2角度αC(度)α0-αC(度)W1/BWW2/BWW3/BW ---------- -800.070.090.09 ---------- 000.070.090.09 -620.070.090.09 -620.040.090.09 -620.070.130.13 -2-160.070.090.09 -1820.040.090.09 αc1：-4αc2：-64.20.070.090.09 0-80.10.090.09
  测试结果制动性能耐不均匀磨损性能制动性能转弯性能 10010066 1009066 958055 110905.55.5 12012077.5 12010066 10011066.5 12511066 10510566 1151156.57 1151106.56.5
*1)在例6中，胎面花纹是基于图1的，但图3中所示块B用作肩块5c和5d。在例7中，胎面花纹是基于图1，但图4中所示块B用作肩块5c和5d。
*2)在槽道角度中，正号(+)指图2中的顺时针方向，而负号(-)指图2中的逆时针方向。

Claims (7)

1.一种充气轮胎，包括一个设有块的胎面部分，
所述块由至少一个周向槽轴向地分开，并且由朝着一个方向相对于轮胎轴向倾斜的斜槽周向地分开，并且
每个所述块由至少一个延伸穿过该块的开放槽道细分成至少两个平行四边形的块构元，所述开放槽道朝着与斜槽相同的方向相对于轮胎轴向倾斜，
所述至少两个平行四边形的块构元包括两个位于所述块的周向端处的块端构元，并且
每个所述平行四边形的块构元设有至少一个封闭槽道，该封闭槽道以一相对于轮胎轴向小于45度的方向延伸，并终止于所述块内而端部封闭。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述至少一个开放槽道和所述至少一个封闭槽道是直的。
3.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，所述至少一个封闭槽道是多个轴向间隔的槽道。
4.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，所述至少一个封闭槽道是多个以一个距离相互轴向间隔开的槽道，所述间隔距离为块的最大轴向宽度的0.04至0.15倍。
5.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，所述至少一个封闭槽道朝着与斜槽相同的方向相对于轮胎轴向倾斜。
6.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，相对于轮胎轴向，所述的至少一个封闭槽道倾斜角度αc，所述的至少一个开放槽道倾斜角度α0，并且所述倾斜角度的差值(α0-αc)大于0度但不大于45度。
7.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，设置在块端构元上的所述至少一个封闭槽道为一个封闭槽道，以及
块端构元还进一步设有一个半开放槽道，该半开放槽道的一端在所述构元内封闭，而另一端在所述块的周向侧面处开放，并且该半开放槽道在轴向上与所述封闭槽道间隔开。
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