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Diese Erfindung betrifft einen Radialiuftreifen mit einer verbesserten
Laufrichtungsstabilität.
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Es ist in Nordamerika und in Europa allgemein üblich, die
Laufrichtungsstabilität von Fahrzeugen während des Regens sicherzustellen,
indem die Fahrbahnen durch sogenannte "Regenrillen" mit vorher
festgelegten Spezifikationen versehen sind, die sich im allgemeinen parallel
zur Fahrtrichtung der Fahrzeuge erstrecken.
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Herkömmliche Luftreifen sind jedoch mit Rillen versehen (die geradlinig oder
zickzack-förmig sein können), die sich in Umfangsrichtung der Lauffläche
erstrecken. Wenn ein Fahrzeug mit derartigen Reifen auf einer Fahrbahn mit
"Regenrillen" in ihrer Oberfläche fährt, neigen somit die Laufrillen der
Fahrzeugreifen dazu, mit den "Regenrillen" in Wechselwirkung zu treten und
das Fahrzeug gerät in eine Bewegung, welche ein im allgemeinen als
"Regenrillenwandern" bezeichnetes Phänomen ist, welches für die Insassen
unbequem ist. Dieses Problem ist besonders in Radialluftreifen bemerkbar,
die eine hohe Laufflächensteifigkeit haben und Laufflächenbereiche
aufweisen, die durch viele Gürtel- oder Breakerkorde dicht geklemmt oder
versteift sind.
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Eine derartige Wechselwirkung bzw. Interferenz zwischen Laufrillen in einem
Radialluftreifen und Regenrillen in der Oberfläche einer Fahrbahn ist
nachfolgend ausführlich in bezug auf Fig. 5 und Fig. 6 beschrieben. Die
Lauffläche eines Radialluftreifens T ist mit Laufrillen A, B und C in einem
Abstand L in der Umfangsrichtung versehen.
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Eine Anzahl von Regenrillen ist in einem Abstand l&sub0; auf der Oberfläche einer
Fahrbahn R in einer Richtung parallel zu der Laufrichtung des Reifens
vorgesehen. Ausgehend von vier Regenrillen a, b, c und d als typische
Beispiele wird im folgenden erörtert, wie diese Regenrillen mit den
Radialluftreifen in Wechselwirkung treten. In der foigenden Erörterung wird
angenommen, daß das Fahrzeug in eine Richtung senkrecht zu der
Zeichenebene fährt.
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Zuerst wird angenommen, daß die Laufrillen A, B, und C in bezug auf die
Regenrillen a, b, c, und d, wie in Fig. 5 dargestellt ist, relativ positioniert sind,
wobei eine Wechselwirkung zwischen der Reifenkante A&sub1; der ersten Laufrille
A und der Kante a&sub1; der Regenrille a auftritt. Wenn das Fahrzeug in die
Richtung des Pfeiles F über eine Strecke L&sub1; rutscht und schleudert, wird die
Reifenkante B&sub1; der zweiten Laufrille B in Eingriff mit der Kante c&sub1; der
Regenrille c kommen, um die Wechselwirkung zu verursachen. Wenn die
Strecke der Reifenbewegung l&sub2; ist, wird die Reifenkante C&sub1; der dritten
Laufrille C in Eingriff mit der Kante d&sub1; der Regenrille d kommen, um die
Wechselwirkung zu verursachen.
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Dieser Zustand der Wechselwirkung zwischen Laufrillen A, B, und C und
Regenrillen a, b, c und d kann durch eine Wechselwirkungsverteilung, wie in
Fig. 6 dargestellt ist, zum Ausdruck kommen. Das Verteilungsdiagramm in
Fig. 6 ist angenähert durch Welienformen und jede Spitze ist von einem
Einzelimpuls zu einer Kosinus-Funktionsverteilung transformiert worden
(siehe Fig. 7).
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Angenommen, daß dies durch F(x) = cos (π/40)x zum Ausdruck kommt, kann
die Kosinus-Funktion in eine Fourier-Reihe zerlegt werden und ergibt:
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Auf der Basis dieser Fourier-Reihe können die Werte der Amplituden der
ersten und zweiten Ordnung. X&sub1; und X&sub2; wie folgt bestimmt werden:
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X&sub1;= (a&sub1;² + b&sub1;²) X&sub2;= (a&sub2;² + b&sub2;²)
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Es wurde empirisch nachgeprüft, daß die Wechselwirkung zwischen
Laufrillen und Regenrillen klein ist, wenn der Wert der Amplitude X&sub1; der
ersten Ordnung klein ist. Der Wert der Dispersion D errechnet sich durch
folgende Gleichung:
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Wenn der errechnete Wert D klein ist, insbeondere D< 0, wird angenommen,
daß eine geringe Wechselwirkung zwischen Laufrillen und Regenrillen
auftreten wird und es ist versucht worden, das zuvor erwähnte Problem des
"Regenrillenwanderns" zu lösen, indem der Abstand der Laufrillen derart
bestimmt ist, daß die Bedingung D< 0 erfüllt ist.
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Wenn jedoch mehrere Laufrillen in neueren Radialluftreifenprofilen
angeordnet sind, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Wechselwirkung
zwischen Laufrillen und Regenrillen und selbst wenn die Bedingung von D< 0
erfüllt ist, kann die Wechselwirkung zwischen Laufrillen und Regenrillen nicht
ausreichend verringert werden, um gute, hohe
Laufrichtungsstabilitätseigenschaften sicherzustellen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung schafft einen Radialluftreifen, der
eine verbesserte Laufrichtungsstabilität aufweist, indem die obengenannte Art
der Wechselwirkung zwischen Laufrillen und Regenrillen verringert wird.
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Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung einen Radialluftreifen mit
wenigstens zwei durchgehenden Längslaufrillen vor, die in Umfangsrichtung
der Lauffläche vorgesehen sind, wobei ein
Wechselwirkungsverteilungsdiagramm den Zustand der Wechselwirkung
zwischen den Kanten der Laufrillen und den Kanten der Regenrilien, der
durch Wellenformen angenähert ist, zeigt und in eine Fourier-Reihe mit dem
Wert der Amplitude X&sub1;, erster Ordnung der kleiner ist als ein Wert der
Amplitude X&sub2; zweiter Ordnung oder der Amplitude X&sub3; dritter Ordnung zerlegt
ist, wobei die Fourier-Reihe durch folgende Gleichung darstellt ist:
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und der Wert der Amplitude X&sub1; erster Ordnung, der Amplitude X&sub2; zweiter
Ordnung und der Amplitude X&sub3; dritter Ordnung durch folgende Gleichung
darstellbar ist:
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Sn = an² + bn² (wobei n = 1,2,3...);
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und ein Wert der Dispersion durch folgende Ungleichung darstellt ist:
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und wobei der Wert der Amplitude X&sub2; zweiter Ordnung vergrößert ist, um eine
Bedingung zu erfüllen:
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oder wobei der Wert der Amplitude X&sub3; dritter Ordnung vergrößert ist, um die
Bedingung zu erfüllen:
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und die Längslaufrillen symmetrisch in bezug auf die äquatoriale Ebene des
Reifens angeordnet sind.
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Durch Verringern des Wertes der Amplitude erster Ordnung kann der Wert
der Dispersion verringert werden. Zusätzlich kann durch Vergrößern des
Wertes der Amplitude zweiter Ordnung oder einer Amplitude höherer
Ordnung der Wert der Dispersion weiter verringert werden. Als ein Ergebnis
kann der Zustand (z.B. Frequenz und Intensität) der Wechselwirkung
zwischen Laufrillen und Regenrillen, welcher die Ursache für das
"Regenrillenwandern" ist, ausreichend verringert werden, um die
Laufrichtungsstabilität des Radialluftreifens zu verbessern.
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Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Radialluftreifenprofils der vorliegenden
Erfindung, der in Berührung mit der Oberfläche einer Fahrbahn ist;
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Fig. 2 ist ein Diagramm , das die Wechselwirkungsverteilung zeigt, die sich in
dem Fall entwickelt, wo der Wert der Amplitude erster Ordnung verringert ist,
wohingegen der von der Amplitude zweiter Ordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung erhöht ist;
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Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Wechselwirkungsverteilung zeigt, die sich in
dem Fall entwickelt, wo der Wert der Amplitude erster Ordnung verringert ist,
wohingegen der von der Amplitude dritter Ordnung erhöht ist;
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Wechselwirkungsverteilung zeigt, die sich in
einem herkömmlichen Radialiuftreifen entwickelt, bei dem nur der Wert der
Größe erster Ordnung reduziert ist;
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Fig. 5 zeigt einen herkömmlichen Radialluftreifen in Berührung mit der
Fahrbahn;
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Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Wechselwirkungsverteilung zeigt, die in dem
Reifen, nach Fig. 5 auftreten; und
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Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die eine Funktion zeigt, die durch eine
Wellenformannäherung auf die Kräfteverteilung nach Fig. 6 dargestellt ist,
erhalten wurde.
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Ein Radialluftreifen weist Laufrillen in Umfangsrichtung der Lauffläche auf
und ist auf einer Standard-Meßfelge montiert. Unter einem vorgegebenen
Luftdruck (z.B. 2 kg/cm²) und einer vorgegebenen Last (entweder einer
Arbeitslastannahme oder einem Äquivalent davon), der Breite von einer
Laufrille w und der Anzahl von Laufrillen N ist in dem Bereich des Reifens,
welcher in Berührung mit der Fahrbahn steht, die jeweilige Relation w ≥ 2 mm
und N ≥ 2. erfüllt. Mit anderen Worten sind zumindest zwei Laufrillen in dem
Bereich der Laufflächen vorhanden, die in Berührung mit der Fahrbahn sind,
wobei jede dieser Laufrillen eine Breite von mindestens 2 mm aufweist.
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Der Zustand der Wechselwirkung zwischen den Kanten von diesen Laufrillen
und den Kanten der Regenrillen kommt in einem Diagramm zum Ausdmck,
die die Wechselwirkungsverteilung zeigt. Ausgehend von cos(π/40)x als
Funktion zur Transformation von Einzelimpulsen kann die das
Verteilungsdiagramm durch Wellenformen angenähert sein, so daß die
Einzelimpulse in eine Kosinus-Funktionsverteilung transformiert sind, nämlich
F(x) = cos(π/40)x. Diese Kosinus-Funktion kann in eine Fourier-Reihe zerlegt
werden und ergibt:
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Auf der Basis der sich ergebenden Fourier-Reihen sind die Werte der
Amplituden X&sub1;, X&sub2; und X- der ersten, zweiten und n-ten Ordnung wie folgt
bestimmt:
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x&sub1; = (a&sub1;² + b&sub1;²)
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x&sub2; = (a&sub2;² + b&sub2;²)
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xn = (an² + bn²)
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Ausgehend von dem Wert der Amplitude erster Ordnung X&sub1; berechnet sich
der Wert der Dispersion D wie folgt:
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Wie durch diese Gleichung dargestellt ist, kann der Wert der Dispersion D
verringert werden durch Verringern von X&sub1; auf einen kleineren Wert Gemäß
der vorliegenden Erfindung ist der Wert D weiter verringert durch Vergrößern
der Werte der Amplituden höherer Ordnung.
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Die Vergrößerung En n-ter Ordnung von der Amplitude Xn n-ter Ordnung
(wobei n≥2) berechnet sich durch die folgende Gleichung:
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Wert der Dispersion D
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ausreichend verringert, indem die Relation D≤1.5
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genügt ist und indem das Laufrillenprofil derart bestimmt ist, daß die
Amplitude X&sub2; zweiter Ordnung oder die Amplitude X&sub3; dritter Ordnung
vergrößert ist, um die folgende Bedingung zu erfüllen.
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Durch Annahme dieser Laufflächenkonfiguration kann der Zustand (z.B.
Frequenz und Intensität) der Wechselwirkung zwischen Laufrillen und
Regenrillen, welcher die Ursache für das "Regenrillenwandern" ist,
ausreichend verringert werden, um die Laufrichtungsstabilität eines
Radialluftreifens zu verbessern.
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Ein Leistungstest wurde mit Radialluftreifenmustern A und B, bei denen das
Konzept der vorliegenden Erfindung verwendet ist, und mit Mustern C eines
herkömmlichen Radialluftreifens durchgeführt. Jedes Muster, das in Fig. 1
durch 10 gekennzeichnet ist, hatte sieben Rippen in der Lauffläche, um sechs
Laufrillen 1 bis 6 zu schaffen. In Muster A der vorliegenden Erfindung war der
Wert der Amplitude X&sub1; erster Ordnung verringert, wohingegen der Wert der
Amplitude X&sub2; zweiter Ordnung erhöht war (ergibt die Vergrößerung der
zweiter Ordnung) (siehe das Wechselwirkungverteilungsdiagramm in Fig. 2),
und in Muster B der vorliegenden Erfindung war der Wert X&sub1; verringert,
jedoch war gleichzeitig der Wert der Amplitude X&sub3; dritter Ordnung erhöht
(ergibt die Vergrößemng der dritten Ordnung) ( siehe das
Wechselwirkungsverteilungsdiagramm in Fig. 3).
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Bei dem herkömmlichen Muster C ist nur der Wert X&sub1; verringert worden(siehe
das Wechselwirkungsverteilungsdiagramm in Fig. 4). Jeder Reifen wurde auf
einer Fahrbahn mit Regenrillen 21 gefahren, die auf der Oberfläche 20 in
einem Abstand p von 19 mm in einer Richtung parallel zu der Laufrichtung
der Reifen gemäß den Vorschriften von Los Angeles (Nordamerika)
vorgesehen sind.
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Die Testergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Muster
Werte der Amplitude
Dispersion D
Vergrößerung der Ordnung
Ergebnisse
(herkömmliches Reifenprofil)
Bemerkung: Die Ergebnisse der Lauftests auf einer Fahrbahn im Freien wurden subjektiv
durch folgende Kriterien bewertest: G, gut; B, Verbesserung erforderlich
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Aus den Ergebnissen der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Musterreifen A und
B, die durch die vergrößerten Werte der Amplituden höherer Ordnung
gekennzeichnet waren, weniger unter der Wechselwirkung zwischen
Laufrillen und Regenrillen litten und deshalb eine bessere
Laufrichtungsstabilität als der herkömmliche Reifen, Muster C, zur Verfügung
stellten.
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Der Radialluftreifen der vorliegenden Erfindung weist die
Laufflächenkonfiguration auf, die auf den vorhergehenden Seiten beschrieben
ist, deshallb kann der Zustand (z.B Frequenz und Intensität) der
Wechselwirkung zwischen Laufrillen und Regenrillen, der die Ursache für das
"Regenrillenwandern" ist, ausreichend verringert werden, um die
Laufrichtungsstabilität des Reifens zu verbessern.
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Während die Erfindung ausführlich beschrieben und auf deren spezifisches
Beispiel Bezug genommen wurde, ist es für den Fachmann naheliegend, daß
darin verschiedene Veränderungen und Modifikationen gemacht werden
können, ohne dessen Sinn und Bereich zu verlassen.