CN1820973A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎，其包括：胎面部分；一对侧壁部分；一对胎圈部分，每个均在其中具有胎圈芯；胎体，其具有在这对胎圈部分之间延伸的主要部分；带束层，其在胎面部分中设置在胎体的径向外侧；三角胶芯，其设置在每个所述胎圈部分内，并从胎圈芯径向向外延伸，其中三角胶芯橡胶的径向外边缘的径向高度(h1)不超过轮胎截面高度(H)的28％；以及侧壁加强橡胶层，其设置在每个侧壁部分中，并沿着胎体主要部分至少在与三角胶芯橡胶的径向外边缘的径向位置相对应的径向位置和与带束层的轴向外边缘的轴向位置相对应的轴向位置之间延伸，其中该侧壁加强橡胶层的厚度在0.5至1.5mm的范围内，并且复合弹性模量(E*)在13至16MPa的范围内。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎，更具体地涉及一种能够改善操纵稳定性和抗平斑性的侧壁结构。
背景技术
近年来，多用途车辆(MPV)、多功能运动型车(SUV)、旅行车等被广泛使用。这些车辆与客车相比通常车重较重，并且使用具有相对较高纵横比(例如，65％或更大)的相对较大尺寸的轮胎，以便在凹凸不平道路以及良好铺砌道路上行驶。
另一方面，为了改善操纵稳定性，一般采用的技术例如是：
增大三角胶芯橡胶(bead apex rubber)的体积和/或硬度；
增加胎体翻起部分的高度；和/或
在胎圈部分中设置加强帘线层。
这些技术有效增大了在靠近胎圈部分的下侧壁区域中的刚度，但是在从胎面翘边到最大轮胎截面宽度点附近的上侧壁区域中，刚度没有因此增大。
这可以不认为是客车轮胎的缺点。但是，在用于上述相对较重的车辆的上述尺寸相对较大的高纵横比轮胎中，由于上侧壁区域的尺寸沿着轮胎径向方向相对较大，因此其刚度对操纵稳定性影响很大，并且刚性不足大大削弱了操纵稳定性。另外，如果车辆长时间停泊，则轮胎容易产生平斑。
为了增大在上侧壁区域中的刚度，如果在该区域中设置额外的加强帘线层，则因为这个区域是其中变形或弯曲集中的区域，所以轮胎耐久性容易变差，结果加强帘线层容易造成帘线松散、分离破坏等。
因此，本发明人进行研究并且发现，如果三角胶芯橡胶相对于传统技术减小尺寸并且将特定的橡胶层设置在特定的区域中，则侧壁部分的刚度变得均匀并且以平衡良好的方式增大，从而改善了操纵稳定性和抗平斑性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种充气轮胎，其中可以在不削弱稳定性的情况下改善操纵稳定性和平斑性。
根据本发明，一种充气轮胎包括：
胎面部分；
一对侧壁部分；
一对胎圈部分，每个均在其中具有胎圈芯；
胎体，其具有在这对胎圈部分之间延伸的主要部分；
带束层，其在胎面部分中设置在胎体的径向外侧；
三角胶芯，其设置在每个所述胎圈部分中，并从胎圈芯径向向外延伸，其中三角胶芯橡胶的径向外边缘的从胎圈基线开始的径向高度h1不超过从胎圈基线开始的轮胎截面高度H的28％；以及
侧壁加强橡胶层，其设置在每个所述侧壁部分中，并沿着胎体主要部分至少在与三角胶芯橡胶的径向外边缘的径向位置相对应的径向位置和与带束层的轴向外边缘的轴向位置相对应的轴向位置之间延伸，其中该侧壁加强橡胶层的厚度在0.5至1.5mm的范围内，并且复合弹性模量E*在13至16MPa的范围内。
附图说明
现在将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1为根据本发明的充气轮胎的剖视图；
图2为其侧壁部分的放大剖视图；和
图3为侧壁部分的放大剖视图，显示出本发明的另一个实施例。
具体实施方式
在这些附图中，根据本发明的充气轮胎1包括：胎面部分2；一对胎圈部分4，每个均在其中具有胎圈芯5；一对侧壁部分3，其在胎面部分和胎圈部分之间延伸；胎体6，其在这对胎圈部分4之间延伸穿过胎面部分2和侧壁部分3；带束层7，其在胎面部分2中设置在胎体6的径向外侧；限定轮胎外表面的橡胶部件，其包括胎面橡胶2G、侧壁橡胶3G和胎圈橡胶4G；以及三角胶芯橡胶8，其从胎圈芯5的径向外侧径向向外延伸。
在下面的实施例中，轮胎为用于具有块状胎面图案(未示出)的多功能运动型车的、尺寸为265/65R17的雪泥地(M&S)子午线轮胎。
除非另外指出，在将轮胎安装在标准轮辋上并且充气至50KPa的标准状态中测量该轮胎的各个尺寸。这里，标准轮辋为由标准组织，即JATMA(日本和亚洲)、T&RA(北美)、ETRTO(欧洲)、STRO(斯堪的纳维亚)等官方验证用于该轮胎的轮辋，例如在JATMA中规定的“标准轮辋”、在ETRTO中的“测定轮辋”以及在T&RA中的“设计轮辋”等。
下面提到的复合弹性模量E*是用粘弹性分光计在下面条件下测量的：70℃的温度；10Hz的频率；10％的初始应变；以及±1％的动态变形。
带束层7由至少两层高强度帘线(例如，钢制帘线等)的交叉帘布层7A和7B构成。在每个帘布层中，帘线相对于轮胎赤道成10至35度的夹角布置，使一个方向与下一帘布层的帘线交叉地倾斜。因此，带束层7的刚度增大，并且该带束层可以提供其箍紧效应以加强胎面部分2的基本上整个宽度。
可选的是，由有机纤维帘线制成的衬垫(band)9可以设置在带束层7的径向外侧以改善高速耐久性。该衬垫的帘线角度相对于轮胎赤道不超过5度。作为衬垫9，可以采用覆盖着带束层7的基本上整个宽度的全宽度衬垫，或一对只是覆盖着带束层7的轴向边缘的轴向间隔开的边缘衬垫，或者全宽度衬垫和边缘衬垫的组合。在该示例中，设置一对边缘衬垫以减少平斑的出现。
胎体6由在胎圈部分中的胎圈芯5之间延伸的环形主要部分6a、和一对翻起部分6b构成，每个翻起部分6b都围绕着每个胎圈部分中的胎圈芯5从轮胎的轴向内侧向轴向外侧翻起。
在每个胎圈部分中的胎体主要部分6a和翻起部分6b之间，设有三角胶芯8以加强胎圈部分。
三角胶芯8由复合弹性模量E*1在35至60MPa范围内的高弹性模量橡胶制成。三角胶芯橡胶8的径向外端8E设置在不超过轮胎截面高度H的28％的径向高度h1处，这些高度都是从胎圈基线BL测量的。胎圈基线BL在本领域中公知为经过胎圈部分的底部并与轮胎轴线平行的直线。更具体地，胎圈基线在与轮辋直径相对应的位置处延伸。如果径向高度h1大于28％，则难以使侧壁刚度均匀，并且上侧壁区域的不均匀变形容易增大。因此，难以实现本发明的目的。尤其是，难以减少平斑。鉴于胎圈部分的耐久性，优选的是，将三角胶芯橡胶8的径向高度h1设定在不超过轮胎截面高度H的20％的范围内。
上述胎体6由至少一层帘布层构成，在该示例中由相对于轮胎赤道成75至90度角径向布置的两层有机纤维帘线(例如，尼龙、聚酯、人造丝、芳族聚酰胺等)的帘布层6A和6B构成。
每个胎体帘布层6A、6B的每个翻起部分6bA、6bB都径向向外延伸超过三角胶芯橡胶8的径向外端8E，并且终止在带束层7的轴向外边缘7E的轴向外侧。在该示例中，轴向外部翻起部分6bA径向向外延伸超过轴向内部翻起部分6bB的径向外边缘，并且进一步超过与胎体的最大截面宽度点相对应的最大轮胎截面宽度点Qm。因此，轴向外部翻起部分6bA完全覆盖着轴向内部翻起部分6bB的轴向外表面。
优选的是，将在轴向外部翻起部分6bA的径向外边缘和带束层7的外边缘7E之间的径向距离h2设定为在不小于轮胎截面高度H的17％的范围内。如果小于17％，则平斑出现的可能性会增大。
将在外部翻起部分6bA和内部翻起部分6bB的径向外边缘之间的径向距离优选地设定为在不小于10mm的范围内，以避免在这个区域中出现较大的刚度差异。
除了上述两层帘布层胎体之外，胎体6还可以由单层帘布层6A(即，只具有翻起部分6bA的上述外部胎体帘布层)构成。
在胎面部分2中，胎面橡胶2G设置在带束层7(如果有的话，还有衬垫9)的径向外侧以限定胎面表面。
在每个侧壁部分3中，将复合弹性模量E*3在2.5至6MPa范围内的侧壁橡胶3G设置在胎体6的轴向外侧，以限定轮胎的外表面。侧壁橡胶3G朝着其径向外端逐渐变细，并且径向外锥形端部沿着带束层7(7B)的径向内侧延伸进入胎面部分。
在每个胎圈部分4中，比侧壁橡胶更硬的胎圈橡胶4G沿着胎圈部分的轴向外表面和底面设置，并且其径向外锥形端部沿着胎体翻起部分6b径向向外延伸至接近但是稍高于三角胶芯外端8E的高度处，并且重叠连接在侧壁橡胶3G的径向内锥形端部上。另一方面，径向内端部延伸至胎趾4t，然后翻起至与胎圈芯5的径向外端大致对应的小径向高度。
另外，设有覆盖着轮胎的几乎整个内表面的由不透气橡胶制成的气密层(innerliner)11，并且在胎趾4t附近，该气密层11并入到胎圈橡胶中。
每个侧壁部分3都设有沿着胎体主要部分6a的轴向内表面或轴向外表面的薄加强橡胶层20。侧壁加强橡胶层20的厚度(t)在0.5至1.5mm的范围内，并且其复合弹性模量E*2为13至16MPa。该模量E*2高于侧壁橡胶3G的复合弹性模量E*3，但是低于三角胶芯橡胶的复合弹性模量E*1。
侧壁加强橡胶层20至少在与三角胶芯橡胶8的径向外边缘8E的径向位置相对应的径向位置和与带束层7的轴向外边缘7E的轴向位置相对应的轴向位置之间延伸。
在该示例中，侧壁加强橡胶层20设置在胎体主要部分6a和翻起部分6b之间，以沿着胎体主要部分6a的轴向外表面延伸。侧壁加强橡胶层20的径向内边缘部分重叠连接在三角胶芯橡胶8的径向外边缘部分上以形成一重叠部分21(La)。
在该胎面部分中，侧壁加强橡胶层20在带束层边缘下面延伸，因此在侧壁加强橡胶层20和带束层7之间形成一重叠部分22(Lb)。
因此，与尺寸减小的三角胶芯橡胶8配合，可以在侧壁部分3的整个范围上均匀地增大其刚度。因此，在行驶期间基本上整个侧壁部分3可以均匀地变形或弯曲。换句话说，在胎体帘线上的应力不会局部集中并且负载由整个帘线均匀地分担，从而可以使帘线的能力最大化。另外，由于使局部变形最小化，因此有利地，可以改善轮胎变形的线性度。由于这种乘数效应，因此虽然由于加强橡胶层20而导致的刚度增大非常小，但是也可以有效地增大操纵稳定性。另外，由于缓解了局部变形，因此可以控制平斑的出现。
如果厚度(t)小于0.5mm和/或复合弹性模量E*2小于13MPa，则加强效果变得不充分，从而难以改善操纵稳定性。如果厚度(t)大于1.5和/或复合弹性模量E*2大于16MPa，则侧壁加强橡胶层20的残余内部应变增大，从而难以减少平斑。
如果侧壁加强橡胶层20终止在三角胶芯橡胶8的径向外边缘8E的径向外侧的位置处、和/或终止在带束层7的外边缘7E的轴向外侧的位置处，则在它们之间形成的间隙成为刚性弱化点。结果，变形变得不均匀，并且在胎体帘线中的应力局部增大。因此，上述重叠部分21和22必须为正值以使变形均匀。更具体地，由于重叠部分21和22朝着其厚度变为零的末端逐渐变窄，因此由具有上述厚度(t)的部分(即，至少具有下限值或0.5mm的部分)所限定的有效重叠量La、Lb局限于正值。但是，如果这个有效重叠量La、Lb增大，则整个重叠部分21、22在体积和重量上不利地增大，并且另外抗平斑性趋于降低。因此，在与轮胎径向方向平行或与轮胎赤道平面平行测量时，将层20和三角胶芯8之间的有效重叠La优选地设定为不小于0，但是不大于15mm，更优选地不大于10mm。还有，在与轮胎轴向方向平行测量时，将层20和带束层7之间的有效重叠Lb优选地设定为不小于0，但是不大于25mm，更优选不大于15mm，还更优选地不大于10mm。
在该示例中，为了使变形进一步均匀，在轮胎内表面和侧壁部分的轮廓线N之间的侧壁厚度T在其如下的变型中减小。这里，轮廓线N为通过消除局部形成的小凸起和凹入部分(例如，图案、字母、肋条、凹槽等)而限定出的平滑曲线，从而实际上不会影响刚度和变形。
在位于与胎圈基线BL径向向外间隔开轮胎截面高度H的75％的径向距离的侧壁轮廓线N上的点Q1和位于与轮辋R的凸缘Rf会合(meet)的侧壁轮廓线N上的点Q2之间的范围中，厚度T具有这样的分布，即，最小Tmin位于最大轮胎截面宽度点Qm处，并且位于该范围中的某个地方的最大Tmax不大于最小Tmin的150％，优选地不大于140％。
图3显示出图2中所示的上面示例的变型，其中侧壁加强橡胶层20沿着胎体主要部分6a的轴向内表面设置，并且上述气密层11设置在侧壁加强橡胶层20的内侧以覆盖轮胎的内表面，而其它都与图2一样。
在该情况中，与前面实施例相比，由于侧壁加强橡胶层20远离应力中性线，因此侧壁加强橡胶层20受到较大的压缩应力。结果，侧壁的弯曲变形受到更大的控制，从而可以进一步改善操纵稳定性和平斑性。
在任何情况中，如果设置加强帘线层以代替侧壁加强橡胶层20，则内部残余应变增大，从而难以减少平斑。
除了用于SUV的轮胎之外，本发明还适用于尺寸相对较大的充气轮胎，该轮胎的截面宽度在225至285mm(更优选地255至285mm)的范围内，并且轮胎的纵横比在70至50％的范围内以便安装在轮辋直径为16至20英寸的轮辋上。
比较试验
制造出用于SUV的尺寸为265/65RR17(轮辋尺寸17×7.5JJ)的子午线轮胎，并且测试其操纵稳定性和抗平斑性。所有测试轮胎除了在表1中所示的规格之外具有基本上相同的结构。
操纵稳定性测试：
采用在四个车轮上设有测试轮胎(胎压200KPa)的日本3400cc四轮驱动SUV(车重2000kg)，测试驾驶员在轮胎测试过程中根据在行驶期间的操纵响应性、刚度、抓地性等来评价操纵稳定性。在Ref.1为100的基础上在表1中显示出这些结果。该数值越大，操纵稳定性就越好。
抗平斑性测试：
采用轮胎测试转鼓，在施加5.88kN的轮胎负载和200KPa的胎压的情况下，使测试轮胎以96.6千米/小时的速度运行一个小时。然后，停止轮胎转动，并立即将胎压调节至300kPa并且使轮胎负载增大至7.84kN。使轮胎保持在这种静止状态中达16小时以产生平斑。之后，根据JASO标准C607测量轮胎的径向力变化(RFV)。另外，在测量RFV之后，使轮胎在与上面相同的条件下运行6分钟以使该平斑复原，并且再次测量RFV。RFV越大，则平斑越大。在表1中显示出之前和之后测量的RFV值。
从这些测试结果证实，可以改善操纵稳定性和平斑性。
表1
  轮胎   Ref.1   Ref.2   Ref.3   Ex.2   Ref.4   Ref.5   Ex.5   Ref.6
  h2/H(％)三角胶芯橡胶E*1(MPa)h1/H(％)侧壁加强橡胶层位置厚度(mm)E*2(MPa)La(mm)Lb(mm)轮胎厚度Tmin(mm)Tmax(mm)   175035无----------9.517   175028无----------9.514   175028图20.51210109.514   175028图20.51510109.514   175028图20.51710109.514   175020图31.512101010.514   175020图31.515101010.514   175020图31.517101010.514
  测试结果操纵稳定性平斑(RFV(N))复原之前与Ref.1之差复原之后 10088054 9055-3330 10055-3330 10555-3330 10575-1350 10040-4820 11040-4820 11060-2840

Claims (6)

1、一种充气轮胎，其包括：
胎面部分；
一对侧壁部分；
一对胎圈部分，每个均在其中具有胎圈芯；
胎体，其具有在这对胎圈部分之间延伸的主要部分；
带束层，其在胎面部分中设置在胎体的径向外侧；
三角胶芯，其设置在每个所述胎圈部分中，并从胎圈芯径向向外延伸，其中三角胶芯橡胶的径向外边缘的从胎圈基线开始的径向高度(h1)不超过从胎圈基线开始的轮胎截面高度(H)的28％；以及
侧壁加强橡胶层，其设置在每个所述侧壁部分中，并沿着胎体主要部分至少在与三角胶芯橡胶的径向外边缘的径向位置相对应的径向位置和与带束层的轴向外边缘的轴向位置相对应的轴向位置之间延伸，其中该侧壁加强橡胶层的厚度在0.5至1.5mm的范围内，并且其复合弹性模量(E*)在13至16MPa的范围内。
2、如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述侧壁加强橡胶层与三角胶芯和带束层重叠。
3、如权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述侧壁加强橡胶层沿着胎体主要部分的轴向外侧设置。
4、如权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述侧壁加强橡胶层沿着胎体主要部分的轴向内侧设置。
5、如权利要求2所述的充气轮胎，其特征在于，所述侧壁加强橡胶层与三角胶芯的重叠在沿着轮胎径向方向测量时不大于15mm。
6、如权利要求2所述的充气轮胎，其特征在于，所述侧壁加强橡胶层与带束层的重叠在沿着轮胎轴向方向测量时不大于25mm。
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