EP4401991A1 - Pneumatique avec des performances d'adhérence transversale améliorées sur sol enneigé - Google Patents

Pneumatique avec des performances d'adhérence transversale améliorées sur sol enneigé

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EP4401991A1
EP4401991A1 EP22789623.0A EP22789623A EP4401991A1 EP 4401991 A1 EP4401991 A1 EP 4401991A1 EP 22789623 A EP22789623 A EP 22789623A EP 4401991 A1 EP4401991 A1 EP 4401991A1
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EP
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tread
tire
pattern
incision
longitudinal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP22789623.0A
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German (de)
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Inventor
Vincent TOURNEUX
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Filing date
Publication date
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    • B60C2011/1295—Sipe density, i.e. the distance between the sipes within the pattern variable

Definitions

  • the present invention relates to a tire for a motor vehicle, and more particularly to a snow tire intended to equip a passenger vehicle or a van.
  • a snow tire means a tire that meets the international regulatory requirements of UNECE/R117 (Regulation 117 of the European Economic Council of the United Nations). Such a tire passes the snow grip test of the ASTM 1805 standard, and bears on at least one of its sidewalls a distinctive logo representing a mountain with three emerging peaks including a snowflake (3 Peaks Mountain Snow Flake: 3PMSF) .
  • the invention also relates to multi-purpose tires that can be used during all four seasons.
  • these tires have an “M+S” marking (Mud + Snow, Mud + Snow in French) on at least one of their sidewalls. Commercially, they are designated as “all seasons” tires.
  • grip we mean both the grip characteristics of the tire in the direction transverse to the movement of the vehicle, such as cornering, and those of the tire in the longitudinal direction when the vehicle is moving, that is to say say the possibility of transmitting a braking or driving force to the ground.
  • Transversal grip on snow-covered ground can be encountered, for example, in sharp bends at motorway exits, or even on winding mountain roads covered with snow in winter.
  • the invention seeks to improve transverse grip on snowy ground without degrading longitudinal grip.
  • the circumferential, axial and radial directions respectively designate a direction tangent to any circle centered on the axis of rotation of the tire, a direction parallel to the axis of rotation of the tire and a direction perpendicular to the axis of rotation. axis of rotation of the tire.
  • a mark (O, XX', YY', ZZ'), whose center O coincides with the center of the tire, the circumferential XX', axial YY' and radial ZZ' directions designate respectively a direction tangent to the running surface of the tire according to the direction of rotation, a direction parallel to the axis of rotation of the tire, and a direction orthogonal to the axis of rotation of the tire.
  • radially inner is meant closer, respectively further from the axis of rotation of the tire.
  • axially inner is meant closer, respectively further from the equatorial plane of the tire, the equatorial plane of the tire being the plane passing through the middle of the tread of the tire and perpendicular to the axis rotation of the tire.
  • a tire comprises a crown, intended to come into contact with the ground via a tread, the two axial ends of which are connected via two sidewalls with two beads ensuring the mechanical connection between the tire and the rim on which it is intended to be fitted.
  • running surface of the tread means the surface which groups together all the points of the tire which will come into contact with the ground under normal driving conditions. These points which will come into contact with the ground belong to the contact faces of the blocks.
  • the “usual driving conditions” are the conditions of use defined by the ETRTO standard (European Tire and Rim Technical Organisation). These conditions of use specify the reference inflation pressure corresponding to the load capacity of the tire indicated by its load index and its speed code. These conditions of use can also be called “nominal conditions” or “conditions of use”.
  • the total width of the tread is the axial distance between the axial ends of the running surface, distributed on either side of the equatorial plane of the tire. On a practical level, an axial end of the running surface does not necessarily correspond to a clearly defined point.
  • an axial end can then be defined mathematically as the orthogonal projection, onto the tread, of a theoretical point of intersection between the tangent to the running surface, in the axial end zone of the surface bearing, and the tangent to the mating surface, in the radially outer end zone of the connecting surface.
  • the total width of the tread corresponds substantially to the axial width of the contact patch when the tire is subjected to the recommended load and pressure conditions.
  • the shoulder of a tire is the portion between the radially outer end of the sidewall and the axially outer end of the tread.
  • the leading shoulder is the one whose transverse forces in a given turn are directed towards the center of the contact patch.
  • the trailing shoulder is the one that is axially opposite.
  • the tread is generally formed by the repetition of volume elements in relief called sculpture patterns in the circumferential direction which are separated from each other by cutouts.
  • a tread pattern groups together a set of elements in relief, from a first axial end of the tread to a second axial end.
  • the pitch of a tread pattern is the distance measured on a circumference of the tire between a point of this pattern and the translated image of this point on the immediately following pattern.
  • a tread with a single tread pattern is said to be single-pitch.
  • the tread of a passenger car tire is made up of a circumferential repetition of two or three tread patterns with pitch lengths between 20 mm and 40 mm. In general, two consecutive patterns are homothetic.
  • cutout any recess made in the tread, whether by removal of material once the tread has been vulcanized or whether by molding in a mold to mold said tread and comprising molding elements making projection on the molding surface of said mold, each molding element having a geometry identical to the geometry of the desired cutout.
  • a cutout made in a tread is delimited by at least two rubber walls facing each other, said walls being separated by an average distance representing the width of the cutout, the intersection of said walls with the rolling surface forming ridges.
  • cutouts for example:
  • incisions of relatively small width compared to the thickness of the tread; under certain stress conditions, these incisions can close, at least partially, in contact with the road; the facing walls come into contact against each other at least over a greater or lesser part of the surfaces of said walls (the ridges formed by an incision on the running surface are in contact which causes the closure of the incision).
  • the distance between the walls of material which delimit an incision is less than or equal to 2 mm and the depth is greater than or equal to 1 mm.
  • Some cutouts can open into at least one other cutout.
  • the trace of a cutout on the tread surface of a tread follows an average geometric profile determined as the geometric profile located at an average distance from the edges formed by the walls of said cutout on the tread surface.
  • the mean axis of the trace of a cutout on the rolling surface corresponds to the straight line of the least squares of the distances of the points of the mean profile of the trace of said cutout.
  • a plurality of rubber ridges are created to cut the layer of water that may be present on the road, so as to keep the tire in contact with the ground and to create cavities possibly forming channels intended to collect and evacuate the water present in the contact zone of the tire with the road when they are arranged so as to emerge outside the contact zone.
  • Examples of sculpture with a plurality of incisions can be found in the documents: JP H07266809A, JP 2006232218A, US 2003/205305 Al, JP H0971108A, WO 2019/226168A1, JP H0495510A, US 2294626A, EP 025624 DE 4337572A1, and FR 1583770A.
  • patent FR 1 028 978 a solution to this problem is proposed consisting in providing the tread with a plurality of shallow circumferential incisions on the running surface of the new tread so as to increase the flexibility of said strip only in the vicinity of the running surface.
  • the tire being intended, once mounted on a vehicle, to ensure good performance throughout the life of said tire (that is to say until wear of its tread corresponding at least to the level allowed) it is necessary to provide a tread whose tread pattern ensures the durability of the grip performance on wet and snowy ground.
  • the object of the present invention is to develop a tire with a tread that combines both a very good level of transverse grip on snowy and/or wet roads, without degrading the grip on dry road and while having a rolling noise emission in accordance with the regulations in new condition and throughout the life of said tire.
  • a tire comprising a tread, intended to come into contact with the ground via a tread surface: said tread comprising elements in relief organized in at at least two tread patterns (MA, MB), separated at least in part from each other by cutouts and extending radially outward from a bottom surface to the running surface over a height maximum radial Hsre at least equal to 6 mm; the trace of a cutout on the running surface defining an average geometric profile located at an average distance from the edges formed by the walls of said cutout; in a meridian section of the tire, a point M being defined at the intersection of the mean geometric profile and the tread surface, at this point M, Npsup is the normal outside the tread surface; with the tread pattern MA, (respectively MB) being associated with a pitch PA, (respectively PB), the pitch of a tread pattern being the distance measured on a circumference of the tire between a point of this pattern and the translated image of this point on the immediately following pattern; the tread pattern MA, (respectively MB) being
  • the principle of the invention is to position longitudinal incisions at the lateral ends of the patterns of the tread to improve grip on wet and snowy ground.
  • the inventors have observed that the invention gives improved results compared to the usual designs of treads when the angle Beta of the mean plane of the longitudinal incisions with the circumferential direction is comprised in absolute value from 0° to 20°.
  • the mean plane of said longitudinal incisions makes an angle Alpha with the normal direction outside the running surface, which varies from 0° to 25°, the effectiveness of said longitudinal incisions for drying out the ground or even for removing snow so as to promote grip, is increased.
  • the tire has a tendency to sink into the snow, which promotes contact of the trailing shoulder with the snow.
  • the longitudinal incisions of the trailing shoulder in a bend work “against the grain” and generate seizure which promotes transverse grip on snow.
  • the orientation of the angle that the mean plane of the longitudinal incision makes with the normal direction Npsup is an essential element for the proper functioning of the invention, by generating a leading edge forming an acute angle on the trailing shoulder.
  • the Alpha angle is oriented from the normal outer direction Npsup towards the mean plane for the invention to work fully.
  • the angle that the mean plane of the longitudinal incision makes with the normal direction Npsup is an essential element for the proper functioning of the invention, by generating a leading edge forming an obtuse angle on the shoulder of 'offensive.
  • the invention also proposes a compromise between rolling noise performance and grip performance on snow-covered or wet ground where the longitudinal incisions of the lateral portions of the edges of the tread are defined in a manner correlated with the patterns of carving.
  • the tread pattern is designed from a basic pattern MA which includes relief elements extending from a first axial end of the tread to a second axial end. This pattern is associated with a step PA.
  • a second motif MB with an associated pitch PB is deduced from MA by a dilation.
  • a second homothetic pattern is positioned after the first pattern.
  • the succession of tread patterns is designed in such a way as to attenuate the hissing and flapping.
  • the design of the tread pattern based on homothetic patterns makes it possible to control the sound level emitted by the tire when rolling.
  • All of the characteristics of the invention contribute to obtaining the tire of the invention, characterized in that it achieves a performance compromise in transverse grip on snow thanks to the longitudinal incisions in appropriate quantity and orientation, while having a rolling noise level that complies with regulatory requirements.
  • the angle Alpha is included in the interval [5°; 55°], and preferably in the interval [7°; 55°].
  • the angle Beta is included in the interval [5°; 15°] and preferably in the interval [7°; 10°].
  • the orientation of the longitudinal incisions defined by the angles (Alpha and Beta) of their mean plane is a parameter impacting the performance compromise sought.
  • the invention works when the Alpha angle varies from 5° to 55°, but gives optimal results in a narrower range of 7° to 55°.
  • the angle Beta of the mean plane of the longitudinal incisions with the circumferential direction has a significant impact on the performance compromise when it is included in the interval [5°; 15°].
  • the Beta angle is to be considered in absolute value while the Alpha angle is oriented, from the normal direction Npsup towards the mean plane of the longitudinal incision.
  • each first lateral portion ZB contains at least two longitudinal incisions, preferably three longitudinal incisions and even more preferably four longitudinal incisions.
  • angles Beta of the longitudinal incisions with the circumferential direction vary increasingly from the edges towards the center of the tread, and the axial distance between two consecutive longitudinal incisions of a lateral portion ZB is between [3; 17] mm, preferably between [4; 12] mm, and again preferably between [5; 8] mm, the axial distance between two consecutive longitudinal incisions being the distance between the two nearest ends.
  • a contact area being defined by the points of the tire in contact with the ground when it is crushed by a load at a nominal pressure specified according to ETRTO (European Technical Organization for Tires and Rims), the The axially outermost longitudinal incision in contact with the ground is located at most 10 mm from a first circumferential edge of the contact area, and more preferably between 3 mm and 5 mm.
  • the axially innermost longitudinal incision in contact with the ground is located at most 60 mm, and preferably at most 50 mm from a first circumferential edge of the contact area.
  • the depth h of a longitudinal incision is between 20% and 80%, and preferably between 30% and 50% of the maximum radial height of the tread pattern Hsre.
  • the width of an incision being the axial distance between the two walls of the incision, said width is between 0.3 mm and 2 mm, and preferably between 0.4 mm and 1 mm.
  • the inventors have identified characteristics linked to the cutouts of the tread, to its volume and surface indentation rates.
  • the overall volume indentation rate TEV of the tread is between [20%, 40%], and preferably between [25%, 35%].
  • the indentation rate has a rack and pinion effect to help the grip of the tire in the snow.
  • This rack effect is amplified with a directional tread pattern including cutouts.
  • an overall indentation rate TEV of between [20%, 40%] and preferably between [25%, 35%] is necessary to have grip performance on snow that conforms to expectations.
  • the volume incision rate also defines the volume of elastomeric material constituting the tread intended to be worn.
  • the rate of indentation is therefore a sensitive parameter for determining the compromise in tire performance such as wear, grip and noise.
  • the inventors have identified other characteristics linked to the pitches of the tread patterns in order to manage the compromise between the grip and the rolling noise of the tire.
  • the ratio between the pitch PA of the first sculpture pattern MA divided by the pitch PB of the second pattern MB, PA/PB is at least equal to 0.60 and at most equal to 0.90.
  • the tread comprising at least a third tread pattern MC associated with pitch PC, with PB less than PC, the ratio of pitches PB/PC is greater than or equal to the ratio of pitches PA/PB.
  • the PA/PB ratio of the shortest pitch PA of the first tread pattern divided by the longest pitch PB of the second tread pattern is included in the interval [0.6; 0.9], the smallest step and the longest step are in a ratio ideally equal to 0.85, or at least included in the interval [0.6; 0.9],
  • the choice of the material of the tread is an essential step.
  • the chemical composition of the tread material is formulated to remain flexible at low temperatures, which increases grip on slippery ground (wet, snow and ice).
  • low temperature is meant a temperature below 7°C.
  • the composition of the rubber material of the tread has a glass transition temperature Tg of between -40° C. and -10° C. and preferably between -35° C. and -15° C. and a complex dynamic shear modulus G* measured at 60° C. of between 0.5 MPa and 2 MPa, and preferably between 0.7 MPa and 1.5 MPa.
  • the grip of the tire on the ground obeys at least two physical phenomena: adhesion and indentation.
  • adhesion on wet ground, the tread pattern wicks water away from the ground to allow the dry tread surface to adhere by bonding to the ground.
  • the flexibility of the tread material makes it possible to hug the roughness of the ground by indentation to grip the tire. The material must remain flexible and effective at temperatures below 7°C.
  • an elastomeric material with a glass transition temperature Tg between -40°C and -10°C and preferably between -35°C and -15°C and a complex dynamic shear modulus G* measured at 60°C between 0.5 MPa and 2 MPa, and preferably between 0.7 MPa and 1.5 MPa gives the tread the appropriate physical properties to meet the performance compromises sought.
  • Figures 1-A, 1-B, 1-C represent two sculpture patterns (MA, MB) with longitudinal incisions.
  • FIG. 2 represents an unrolling of the tread in the circumferential direction (X) according to one embodiment of the invention, with two tread patterns MA and MB.
  • the sculpture patterns differ in their geometry (widths, cutouts, steps, . . .).
  • the MA pattern is represented with a light background with small dots, and the MB pattern with a gray background.
  • Figures 3-A, 3-B, 3-C, and 3-D are views in a meridian plane showing the longitudinal incisions. We can also see the direction normal to the running surface to define the angle Alpha between the mean plane of a longitudinal incision and said normal direction.
  • Figure 1-A there is shown a first pattern MA of the tread pattern.
  • the longitudinal incisions 50 are positioned on the lateral portions ZB located at the axial ends (24D, 24G) of the pattern MA, on either side of the equatorial plane C.
  • the pitch PA is 21.9 mm.
  • FIG. 1-B there is shown a second tread pattern MB of the tread.
  • MB differs from MA in that its width measured in the circumferential direction is greater than that of MA.
  • the number of cutouts between the two patterns can also be different.
  • the pitch PB is 29.37 mm.
  • the equatorial plane is referenced C
  • a main rib sharing the tread in the circumferential direction is referenced 80.
  • Figure 1-C is an illustration of the angle Beta made by the mean plane of a longitudinal incision with the circumferential direction XX'.
  • each sculpture pattern is associated with an elementary signal, for example a sinusoidal signal.
  • the associated signal is periodic and results from the summation of the elementary signals.
  • the optimization of the initial arrangement with respect to the siren and beat noise is carried out by carrying out simulations on various possible arrangements.
  • the spectrum of the signal is analyzed in the frequency domain.
  • the criteria for stopping the optimization process are linked to the amplitude of the emergences of siren and beat, as well as to their spread over the frequency axis.
  • the circumference of the tire is equal to 2108 mm, and the width of the tread is 195 mm.
  • the tread pattern of the manufactured tire comprises 2 tread patterns (MA, MB) divided into 48 MA patterns, 36 MB patterns.
  • the volume notch rate of each pattern corresponds to the ratio of the volume of the notches to the volume of each pattern (MA, MB).
  • the overall volume indentation rate TEV of the tread of a tire of the invention is between [20%; 40%], and preferably between [25%; 35%].
  • the denominator corresponds to the surface encompassing a sculpture pattern (MA, MB), so that the incision density represents the amount of edge of a pattern (MA, MB) on the surrounding surface.
  • MA, MB sculpture pattern
  • the incision density (SDA, SDB) of each sculpture pattern (MA, MB) is at least equal to 10 mm 1 , and at most equal to 70 mm 1 .
  • the mean density of incisions SDmoy is at least equal to 10 mm 1 , and at most equal to 70 mm 1 .
  • Figure 2 shows a simplified extract of an unrolling of a tread 10 of the invention, where one can observe a succession of patterns (MA, MB) according to their pitch (PA, PB).
  • the tread 10 is directional with a privileged rolling direction of reference 25.
  • a rib 80 passing through the equatorial plane of the tread divides it into a first edge side 24D and a second edge side 24G.
  • a portion ZB at each of the ends of the tread extends over an axial width representing approximately 25% of the total width W of the tread.
  • the tread is in contact at each of its axial ends with a sidewall which extends radially internally as far as a bead.
  • Figure 2 also shows the longitudinal incisions 50 which have a generally circumferential direction, and their number may vary from one pattern to another.
  • the incision 50 is a cutout comprising walls (51,52), defining a mean plane 53.
  • the tread patterns (MA, MB) Between the tread patterns (MA, MB), the bottom of the tread 40 can be seen. radially outwards from the bottom 40 towards the tread surface along a radial height which corresponds to the height of the sculpture which varies slightly decreasing from the center towards the axial ends of the tread.
  • edges 24G, 24D of the tread 10 is meant the surfaces delimiting the borders between the tread 10 and the sidewalls 60. These two edges 24G, 24D are separated from each other by a value W corresponding to tread width 10.
  • FIG. 3-A gives a view in a meridian plane of the tire of general reference 1, giving better visibility of the height of the sculpture of the tread 10 which rests on the crown 20 comprising the crown layers (21 , 22, 23), first a hooping layer 21 radially inside the tread, then two crossed layers (22, 23) representing the working layers, radially inside the hooping layer 21.
  • the tire 1 comprises also a carcass reinforcement 70 consisting of reinforcements coated with rubber composition, and two beads 35 intended to be in contact with a rim. Said carcass reinforcement 70 connects the two beads 35, and comprises a main branch 31 which wraps around an annular reinforcement structure 33 to form a turn-up 32.
  • the sidewalls 60 connect the beads 35 to the tread 10.
  • Figures 3-B, 3-C, and 3-D are magnifications of the part circled in Figure 3-A of the incision 50 to show the walls (51, 52) of an incision 50, as well as its mean plane 53.
  • the depth h of an incision which is always less than the height of the sculpture Hsre.
  • FIG. 3-D one can see the mean plane 53 of the incision 50.
  • the point M is at the intersection of said mean plane 53 and the rolling surface 15 visualized here in a meridian plane .
  • the external normal Npsup to the mean surface 15 makes an angle Alpha with said mean plane 53.
  • the tangent direction at point M to the rolling surface 15 is denoted Tpsup.
  • the tread compound of the tire of the invention used in this example is based on a styrene butadiene elastomer.
  • Plasticizers (reinforcing resin) are used in the composition to facilitate the processability of the mixtures.
  • the mixture also includes vulcanizing agents, sulphur, accelerator, and protective agents.
  • the tire of the invention has been tested in order to clearly highlight the performance provided by the invention. The results of these tests are compared with those obtained for a control tire T.
  • the indicator T corresponds to a tire of usual design which comprises a tread pattern without longitudinal incisions on the side portions. Said tread is made of a material suitable for winter use.
  • the snow transverse grip test consists of timing each lap of the passage of the vehicle on a ring-shaped circuit covered in snow. A tire is all the more efficient when the lap time is low.
  • the adhesion test on dry ground consists of a braking test on a vehicle equipped with an ABS system. A tire performs better the shorter the braking distance. A result higher (respectively lower) than 100% signifies an improvement (respectively a deterioration) in the performance considered.
  • the tire of the invention achieves the desired compromise between grip on snowy ground without significantly degrading grip on dry ground. Rolling noise is under control by remaining at a level that complies with the homologation thresholds of regulation RI 17, and grip on wet ground takes advantage of the longitudinal incisions by having a level higher than the T indicator.

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Abstract

L'invention concerne un pneumatique dont les performances en adhérence transversale sur des sols enneigés sont améliorées, sans pour autant dégrader les performances d'adhérence sur sols mouillés et secs. La bande de roulement est obtenue par la répétition sur un tour de roue des motifs de sculpture (MA, MB) selon des pas (PA, PB) avec PA<PB. Chaque première portion latérale (ZB) desdits motifs de sculpture contient au moins une incision longitudinale (50) dont la trace sur la surface de roulement (15) est un plan moyen (53) qui fait un angle Beta avec la direction circonférentielle, compris dans l'intervalle [0°, 20°]. Ce même plan moyen (53) fait également un angle Alpha avec la direction normale (Npsup) à la surface de roulement (15) compris dans l'intervalle [3°; 55°], et la somme des longueurs des incisions longitudinale (50) projetées dans la direction circonférentielle sur l'ensemble des premières portions latérales (ZB) est comprise entre 0.5 fois et 5 fois la circonférence du pneumatique mesurée dans le plan équatorial.

Description

Pneumatique avec des performances d’adhérence transversale améliorées sur sol enneigé
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un pneumatique pour véhicule automobile, et plus particulièrement un pneumatique neige destiné à équiper un véhicule de tourisme ou une camionnette.
[0002] On entend par un pneumatique neige, un pneumatique qui répond aux exigences réglementaires internationales de l’UNECE/R117 (Règlement 117 du Conseil Economique Européen de l’Organisation des Nations Unies). Un tel pneumatique réussit le test d’adhérence sur neige de la norme ASTM 1805, et porte sur au moins un de ses flancs un logo distinctif représentant une montagne avec trois pics émergeants comprenant un flocon de neige (3 Pics Mountain Snow Flake : 3PMSF).
[0003] L’invention concerne aussi les pneumatiques polyvalents pouvant être utilisés pendant les quatre saisons. En général, ces pneumatiques ont un marquage « M+S » (Mud + Snow, Boue + Neige en français)), sur au moins un de leur flanc. Commercialement, ils sont désignés comme des pneumatiques « all seasons » (toutes saisons).
[0004] Par adhérence, on entend aussi bien les caractéristiques d'adhérence du pneumatique dans la direction transversale au déplacement du véhicule, comme la tenue en virage, que celles du pneumatique dans la direction longitudinale au déplacement du véhicule c’est-à-dire la possibilité de transmettre au sol un effort freineur ou moteur.
[0005] L’adhérence transversale sur un sol enneigé peut se rencontrer par exemple dans les virages prononcés des sorties d’autoroutes, ou encore sur les routes sinueuses de montagnes recouvertes de neige en hiver. L’invention cherche à améliorer l’adhérence transversale sur des sols enneigés sans pour autant dégrader l’adhérence longitudinale.
Définitions
[0006] Dans ce qui suit, les directions circonférentielle, axiale et radiale désignent respectivement une direction tangente à tout cercle centré sur l’axe de rotation du pneumatique, une direction parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et une direction perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique.
[0007] Par convention, un repère (O, XX’, YY’, ZZ’), dont le centre O coïncide avec le centre du pneumatique, les directions circonférentielles XX’, axiale YY’, et radiale ZZ’ désignent respectivement une direction tangente à la surface de roulement du pneumatique selon le sens de rotation, une direction parallèle à l’axe de rotation du pneumatique, et une direction orthogonale à l’axe de rotation du pneumatique.
[0008] Par radialement intérieur, respectivement radialement extérieur, on entend plus proche, respectivement plus éloigné de l’axe de rotation du pneumatique.
[0009] Par axialement intérieur, respectivement axialement extérieur, on entend plus proche, respectivement plus éloigné du plan équatorial du pneumatique, le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la bande de roulement du pneumatique et perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique.
[0010] Un pneumatique comprend un sommet, destinée à venir en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une bande de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté.
[0011] Par « surface de roulement » de bande de roulement, on entend la surface qui regroupe l’ensemble des points du pneumatique qui vont entrer en contact avec un sol dans des conditions usuelles de roulage. Ces points qui vont entrer en contact avec le sol appartiennent aux faces de contact des blocs. Pour un pneumatique, les « conditions usuelles » de roulage sont les conditions d’utilisation définies par la norme ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organisation). Ces conditions d’utilisation précisent la pression de gonflage de référence correspondant à la capacité de charge du pneu indiquée par son indice de charge et à son code vitesse. Ces conditions d’utilisation peuvent aussi être dites « conditions nominales » ou « conditions d’usage ».
[0012] La largeur totale de la bande de roulement est la distance axiale entre les extrémités axiales de la surface de roulement, réparties de part et d’autre du plan équatorial du pneumatique. Sur un plan pratique, une extrémité axiale de la surface de roulement ne correspond pas nécessairement à un point clairement défini. Sachant que la bande de roulement est délimitée extérieurement, d’une part, par la surface de roulement et, d’autre part, par deux surfaces de raccordement avec deux flancs reliant ladite bande de roulement à deux bourrelets destinés à assurer la liaison avec une jante de montage, une extrémité axiale peut être alors définie mathématiquement comme la projection orthogonale, sur la bande de roulement, d’un point théorique d’intersection entre la tangente à la surface de roulement, dans la zone d’extrémité axiale de la surface de roulement, et la tangente à la surface de raccordement, dans la zone d’extrémité radial ement extérieure de la surface de raccordement. La largeur totale de la bande de roulement correspond sensiblement à la largeur axiale de la surface de contact lorsque que le pneumatique est soumis aux conditions de charge et de pression recommandées.
[0013] On appelle épaule d’un pneumatique la portion comprise entre l’extrémité radialement extérieure du flanc et l’extrémité axialement extérieure de la bande de roulement. L’épaule d’attaque est celle dont les efforts transversaux dans un virage donné sont orientés vers le centre de l’aire de contact. Par définition, toujours pour le même virage, l’épaule de fuite est celle qui est axialement opposée.
[0014] La bande de roulement est généralement constituée par la répétition d’éléments volumiques en relief appelés motifs de sculpture dans la direction circonférentielle qui sont séparés les uns des autres par des découpures. Un motif de sculpture regroupe un ensemble d’éléments en reliefs, depuis une première extrémité axiale de la bande de roulement jusqu’à une deuxième extrémité axiale.
[0015] Le pas d’un motif de sculpture est la distance mesurée sur une circonférence du pneumatique entre un point de ce motif et l’image translatée de ce point sur le motif immédiatement suivant.
[0016] Une bande de roulement avec un seul motif de sculpture est dite mono-pas. Mais en général, la bande de roulement d’un pneumatique pour véhicule de tourisme est constituée par une répétition circonférentielle de deux ou trois motifs de sculpture avec des longueurs des pas comprises entre 20 mm et 40 mm. En général, deux motifs consécutifs sont homothétiques.
[0017] Afin d'augmenter le potentiel d'adhérence d'une bande de roulement d'un pneumatique roulant sur une route enneigée ou revêtue d'eau, il est connu de pourvoir cette bande d'une sculpture formée d'une pluralité de découpures réalisées plus ou moins profondément dans chaque motif de sculpture, lesdites découpures débouchant sur la surface de roulement avec la route.
[0018] Par découpure, on entend tout évidement réalisé dans la bande de roulement que ce soit par enlèvement de matière une fois la bande vulcanisée ou que ce soit par moulage dans un moule pour mouler ladite bande de roulement et comportant des éléments de moulage faisant saillie sur la surface de moulage dudit moule, chaque élément de moulage ayant une géométrie identique à la géométrie de la découpure souhaitée. En règle générale, une découpure réalisée dans une bande de roulement est délimitée par au moins deux parois de gomme se faisant face, lesdites parois étant séparées d'une distance moyenne représentant la largeur de la découpure, l'intersection desdites parois avec la surface de roulement formant des arêtes. On distingue plusieurs types de découpures, par exemple :
- des rainures ou sillons caractérisés par une largeur supérieure à environ 10% de l’épaisseur de la bande de roulement;
- des incisions de largeur relativement faible comparée à l’épaisseur de la bande de roulement; sous certaines conditions de sollicitation, ces incisions peuvent se fermer, au moins partiellement, dans le contact avec la route; les parois en vis-à-vis viennent en contact l'une contre l'autre au moins sur une partie plus ou moins grande des surfaces desdites parois (les arêtes formées par une incision sur la surface de roulement sont en contact ce qui entraîne la fermeture de l’incision). En générale, la distance entre les parois de matière qui délimitent une incision est inférieure ou égale à 2 mm et la profondeur est supérieure ou égale à 1 mm.
[0019] Certaines découpures peuvent déboucher dans au moins une autre découpure. La trace d'une découpure sur la surface de roulement d'une bande de roulement suit un profil géométrique moyen déterminé comme le profil géométrique situé à une distance moyenne des arêtes formées par les parois de ladite découpure sur la surface de roulement. L'axe moyen de la trace d'une découpure sur la surface de roulement correspond à la droite des moindres carrés des distances des points du profil moyen de la trace de ladite découpure.
[0020] En réalisant une pluralité de découpures débouchant sur la surface de roulement, on crée une pluralité d'arêtes de gomme pour couper la couche d'eau éventuellement présente sur la route, de manière à maintenir le pneumatique en contact avec le sol et à créer des cavités formant éventuellement des canaux destinés à recueillir et à évacuer l’eau présente dans la zone de contact du pneumatique avec la route dès lors qu'elles sont disposées de façon à déboucher en dehors de la zone de contact.
Technique antérieure
[0021] On trouve des exemples de sculpture avec une pluralité d’incisions, dans les documents : JP H07266809A, JP 2006232218A, US 2003/205305 Al, JP H0971108A, WO 2019/226168A1, JP H0495510A, US 2294626A, EP 0256247A2, DE 4337572A1, et FR 1583770A.
[0022] On trouve un exemple d'une telle sculpture dans le brevet US 1,452,099 qui décrit une bande de roulement pourvue d’une pluralité d’incisions d’orientation transversales régulièrement espacées. [0023] Toutefois, l'augmentation du nombre de découpures conduit rapidement à une diminution sensible de la rigidité de la bande de roulement, ce qui a une incidence défavorable sur les performances du pneumatique voire même sur la performance d’adhérence. Par rigidité de la bande de roulement, on entend la rigidité de la bande sous les actions combinées d'efforts de compression et d’efforts de cisaillement dans la région affectée par le contact avec la route. Conjointement, la présence de nombreuses découpures formant des canaux d'évacuation de l'eau induit un niveau de bruit en roulage sur route sèche qui est aujourd'hui considéré comme une nuisance que l'on désire réduire le plus possible tout particulièrement sur les véhicules de conception récente. Ce bruit en roulage est amplifié par les mouvements cycliques de fermeture et d'ouverture des découpures associés au frottement des parois desdites découpures lorsqu'elles sont fermées.
[0024] Dans le brevet FR 1 028 978, il est proposé une solution à ce problème consistant à pourvoir la bande de roulement d’une pluralité d’incisions circonférentielles de faible profondeur sur la surface de roulement de la bande neuve de façon à augmenter la souplesse de ladite bande uniquement au voisinage de la surface de roulement.
[0025] Cependant, le pneumatique étant destiné, une fois monté sur un véhicule, à assurer une bonne performance pendant toute la durée de vie dudit pneumatique (c'est à dire jusqu'à usure de sa bande de roulement correspondant au moins au niveau légal admis) il est nécessaire de prévoir une bande de roulement dont la sculpture assure la pérennité de la performance d'adhérence sur sols mouillé et enneigé.
[0026] L'objet de la présente invention est d'élaborer un pneumatique avec une bande de roulement qui concilie à la fois un très bon niveau d’adhérence transversale sur route enneigée et/ou mouillée, sans dégrader pour autant l’adhérence sur route sèche et tout en ayant une émission de bruit en roulage conforme à la réglementation à l’état neuf et pendant toute la durée de vie dudit pneumatique.
Exposé de l’invention
[0027] Selon l’invention, il est proposé un pneumatique comportant une bande de roulement, destinée à entrer en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement : ladite bande de roulement comprenant des éléments en relief organisés en au moins deux motifs de sculpture (MA, MB), séparés au moins en partie les uns des autres par des découpures et s’étendant radialement vers l’extérieur à partir d’une surface de fond jusqu’à la surface de roulement sur une hauteur radiale maximale Hsre au moins égale à 6 mm; la trace d’une découpure sur la surface de roulement définissant un profil géométrique moyen situé à une distance moyenne des arêtes formées par les parois de ladite découpure ; dans une section méridienne du pneumatique, un point M étant défini à l’intersection du profil géométrique moyen et de la surface de roulement, en ce point M, Npsup est la normale extérieure à la surface de roulement; au motif de sculpture MA, (respectivement MB) étant associé un pas PA, (respectivement PB), le pas d’un motif de sculpture étant la distance mesurée sur une circonférence du pneumatique entre un point de ce motif et l’image translatée de ce point sur le motif immédiatement suivant ; la bande de roulement complète étant obtenue par la répétition sur un tour de roue des motifs (MA, MB) selon les pas (PA, PB) avec PA<PB; chaque motif (MA, MB) comprenant une première portion latérale (ZB) s’étendant à partir d’une extrémité axiale du bord de la bande de roulement sur une largeur axiale au plus égal à 25% de la largeur axiale W de la bande de roulement ; une incision longitudinale étant une découpure dans au moins une portion latérale (ZB) d’un motif (MA, MB) dont la distance entre les parois de matière qui délimitent ladite incision est inférieure ou égale à 2 mm et dont la profondeur est supérieure ou égale à 1 mm ; chaque première portion latérale (ZB) contient au moins une incision longitudinale dont la trace sur la surface de roulement est un plan moyen qui fait un angle Beta avec la direction circonférentielle (XX’), en valeur absolue, compris dans l’intervalle [0°, 20°] ; ledit plan moyen de ladite au moins une incision longitudinale fait un angle Alpha, avec la normale extérieure (Npsup) compris dans l’intervalle [3° ; 55°], ledit angle Alpha étant orienté de la direction normale Npsup vers le plan moyen ; la somme des longueurs projetées de ladite au moins une incision longitudinale dans la direction circonférentielle (XX’) sur l’ensemble des premières portions latérales (ZB) est comprise entre 0.5 fois et 5 fois la circonférence du pneumatique mesurée dans le plan équatorial.
[0028] Le principe de l’invention est de positionner des incisions longitudinales aux extrémités latérales des motifs de la bande de roulement pour améliorer l’adhérence sur sols mouillé et enneigé. Les inventeurs ont observé que l’invention donne des résultats améliorés par rapport aux conceptions usuelles de bandes de roulement quand l’angle Beta du plan moyen des incisions longitudinales avec la direction circonférentielle est compris en valeur absolue de 0° à 20°. De même quand le plan moyen desdites incisions longitudinales fait un angle Alpha avec la direction normale extérieure à la surface de roulement, qui varie de 0° à 25 °, l’efficacité desdites incisions longitudinales pour assécher le sol ou encore pour écarter la neige de manière à favoriser l’adhérence, est augmentée.
[0029] Pour être vraiment efficaces, les incisions longitudinales doivent être en nombre suffisant dans l’aire de contact. Par exemple sur une dimension en 245/35 R 20, la somme des longueurs des incisions longitudinales des portions latérales ZB sur un tour de roue, projetées dans la direction circonférentielle doit être comprise entre [1054 ; 10540] mm. Pour une autre dimension en 305/30 R 20, ladite somme doit être entre [1101 ; 11011] mm. Le nombre d’incisions s’exprimant en fonction de la circonférence est donc paramétré par la dimension du pneumatique.
[0030] Selon les inventeurs de telles incisions longitudinales qui ont une orientation sensiblement parallèle à la direction d’avancement du véhicule améliorent le compromis d’adhérence transversale sur des sols enneigé, et sec. En effet, en usage neige où il y a peu de transfert de charge transversal d’un essieu du véhicule à un autre, l’aire de contact résultant de la déformation de la bande de roulement par l’action de la charge portée ne prend pas une forme de trapèze, comme on observe habituellement avec les conceptions usuelles sur sols sec et mouillé. L’aire de contact se déforme de façon plus uniforme et contient la plupart des incisions longitudinales.
[0031] En outre, le pneumatique a tendance à s’enfoncer dans la neige ce qui favorise le contact de l’épaule de fuite avec la neige.
[0032] Les incisions longitudinales de l’épaule de fuite dans un virage, fonctionnent « à rebrousse poil» et génère du grippage qui favorise l’adhérence transversale sur neige. Pour cela l’orientation de l’angle que fait le plan moyen de l’incision longitudinale avec la direction normale Npsup est un élément essentiel pour le bon fonctionnement de l’invention, en générant une arête d’attaque faisant un angle aigu sur l’épaule de fuite. L’angle Alpha est orienté de la direction normale extérieure Npsup vers le plan moyen pour que l’invention fonctionne pleinement.
[0033] En usage sur sol sec, sous des sollicitations transversales, le pneu est en dérive et subit un transfert de charge. Cela a pour conséquence de déformer l’aire de contact en forme de trapèze, en chargeant plus l’épaule d’attaque de la bande de roulement que l’épaule de fuite. Grace à l’angle Alpha du plan moyen de l’incision longitudinale avec la direction Npsup, notamment sur l’épaule d’attaque, les incisions longitudinales se déforment en se fermant, ce qui permet de rigidifier l’épaule du pneumatique et donc de les préserver.
[0034] L’angle que fait le plan moyen de l’incision longitudinale avec la direction normale Npsup est un élément essentiel pour le bon fonctionnement de l’invention, en générant une arête d’attaque faisant un angle obtus sur l’épaule d’attaque.
[0035] L’invention propose également un compromis entre la performance du bruit de roulement, et la performance adhérence sur des sols enneigés ou mouillés où les incisions longitudinales des portions latérales des bords de la bande de roulement sont définies de façon corrélée avec les motifs de la sculpture.
[0036] La sculpture de la bande de roulement est conçue à partir d’un motif de base MA qui comprend des éléments en relief s’étalant d’une première extrémité axiale de la bande de roulement à une deuxième extrémité axiale. A ce motif est associé un pas PA. Un deuxième motif MB avec un pas associé PB se déduit de MA par une homothétie. A partir du positionnement d’un premier motif sur le sommet du pneumatique, en se déplacement d’une distance circonférentielle correspondant au pas associé, un second motif homothétique est positionné après le premier motif. En déroulant cet algorithme sur un tour de roue, on obtient une bande de roulement composée d’une succession de motifs de sculpture homothétiques. Deux motifs de sculpture peuvent différer par leur largeur circonférentielle, leur densité d’incision, et/ou le pas associé.
[0037] Selon les inventeurs, on distingue deux grands types d’émergences qui sont causés par l’impact des motifs de sculpture sur la chaussée : le sirènement et le battement. Ce sont des émergences dont la puissance acoustique est très supérieure à la puissance moyenne du spectre et à laquelle l’oreille humaine est particulièrement sensible.
[0038] La cadence des impacts de la sculpture sur le sol à l'entrée de faire de contact est rythmée par l’ordre de succession des motifs. Si les motifs sont tous de même taille, ils se succèdent à un rythme parfaitement régulier. Une seule fréquence sera alors sollicitée, ce qui produira un son ressemblant à celui d'une "sirène''. Disposer de plusieurs tailles de motifs permet de brouiller le signal sonore émis par la sculpture du pneu, c'est-à-dire d'amoindrir les émergences, pour tendre vers un bruit blanc.
[0039] La succession des motifs de la bande de roulement est conçue de manière à atténuer le sirènement et le battement. Ainsi, la conception de la sculpture à partir de motifs homothétiques permet de contrôler le niveau sonore émis par le pneumatique en roulage. [0040] L’ensemble des caractéristiques de l’invention concourent à obtenir le pneumatique de l’invention caractérisé en qu’il réalise un compromis de performances en adhérence transversale sur neige grâce aux incisions longitudinales en quantité et en orientation appropriées, tout en ayant un niveau de bruit de roulement conforme aux requis réglementaires.
[0041] D’autres caractéristiques liées à différents modes de réalisation de l’invention concourent à améliorer encore plus les performances d’adhérence du pneumatique. Le plus souvent, ces caractéristiques concernent la géométrie des incisions longitudinales, leur orientation ou encore leur densité dans chaque motif de sculpture.
[0042] Avantageusement, l’angle Alpha est compris dans l’intervalle [5° ; 55°], et préférentiellement dans l’intervalle [7° ; 55°].
[0043] Avantageusement encore, l’angle Beta est compris dans l’intervalle [5° ;15°] et préférentiellement dans l’intervalle [7° ; 10°].
[0044] L’orientation des incisions longitudinales définie par les angles (Alpha et Beta) de leur plan moyen est un paramètre impactant le compromis de performances recherchées. L’invention fonctionne quand l’angle Alpha varie de 5° à 55°, mais donne des résultats optimaux dans un intervalle plus restreint de 7° à 55°. De même l’angle Beta du plan moyen des incisions longitudinales avec la direction circonférentielle impacte significativement le compromis des performances quand il est compris dans l’intervalle [5° ; 15°]. L’angle Beta est à considérer en valeur absolue alors que l’angle Alpha est orienté, de la direction normale Npsup vers le plan moyen de l’incision longitudinale.
[0045] Avantageusement, chaque première portion latérale ZB contient au moins deux incisions longitudinales, préférentiellement trois incisions longitudinales et encore préférentiellement quatre incisions longitudinales.
[0046] La présence d’incisions longitudinales n’est vraiment efficace que si la densité d’incisions et leur répartition sur les motifs de sculpture sont en nombre suffisant.
[0047] Selon un mode de réalisation, les angles Beta des incisions longitudinales avec la direction circonférentielle varient de façon croissante depuis les bords vers le centre de la bande de roulement, et la distance axiale entre deux incisions longitudinales consécutives d’une portion latérale ZB est comprise entre [3 ; 17] mm, préférentiellement entre [4 ; 12] mm, et encore préférentiellement entre [5 ; 8] mm, la distance axiale entre deux incisions longitudinales consécutives étant la distance entre les deux extrémités les plus proches. [0048] Avantageusement, une aire de contact étant définie par les points du pneumatique en contact avec le sol quand il est écrasé par une charge à une pression nominale spécifiées selon l’ETRTO (Organisation Technique Européenne pour les Pneus et les Jantes), l’incision longitudinale la plus axialement extérieure en contact avec le sol est située à au plus 10 mm d’un premier bord circonférentiel de l’aire de contact, et plus préférentiellement entre 3 mm et 5 mm.
[0049] Avantageusement encore, l’incision longitudinale la plus axialement intérieure en contact avec le sol est située à au plus 60 mm, et préférentiellement à au plus 50 mm d’un premier bord circonférentiel de l’aire de contact.
[0050] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la profondeur h d’une incision longitudinale est entre 20% et 80%, et préférentiellement entre 30% et 50% de la hauteur radiale maximale de la sculpture Hsre.
[0051] Avantageusement, la largeur d’une incision étant la distance axiale entre les deux parois de l’incision, ladite largeur est comprise entre 0.3 mm et 2 mm, et préférentiellement entre 0.4 mm et 1 mm.
[0052] Les inventeurs ont identifié des caractéristiques liées aux découpures de la bande de roulement, à ses taux d’entaillement volumique et surfacique.
[0053] Préférentiellement, le taux d’entaillement volumique global TEV correspondant au rapport du volume d’entailles VE sur le volume total VT de la bande de roulement, tel que TEV=VE/VT, le taux d’entaillement volumique global TEV de la bande de roulement est compris entre [20%,40%], et préférentiellement entre [25%, 35%].
[0054] Pour la performance adhérence, le taux d’entaillement a un effet de crémaillère pour favoriser l’accroche du pneumatique dans la neige. Cet effet de crémaillère est amplifié avec une sculpture directionnelle comprenant des découpures. Selon les inventeurs, un taux d’entaillement global TEV compris entre [20%, 40%] et préférentiellement entre [25%, 35%] est nécessaire pour avoir une performance d’adhérence sur neige conforme aux attendues.
[0055] En outre, le taux d’entaillement volumique définit aussi le volume de matériau élastomérique constitutif de la bande de roulement destiné à être usé. Le taux d’entaillement est donc un paramètre sensible pour la détermination du compromis des performances du pneumatique telles que l’usure, l’adhérence, et le bruit. [0056] Avantageusement, la bande de roulement formant une aire de contact au sol AC lors du roulage dudit pneumatique, et une partie des motifs de sculpture formant aussi une surface de contact SC sur ladite aire de contact AC déterminant un taux d’entaillement surfacique TES de la bande de roulement avec TES = , TES est compris dans l’intervalle [0.35 ; 0.6], préférentiellement TES est au moins égal à 0.38, et encore plus préférentiellement TES est au moins égal à 0.4.
[0057] Les inventeurs ont identifié d’autres caractéristiques liées aux pas des motifs de sculpture pour gérer le compromis entre l’adhérence et le bruit de roulement du pneumatique.
[0058] Préférentiellement, le rapport entre le pas PA du premier motif de sculpture MA divisé par le pas PB du deuxième motif MB, PA/PB est au moins égal à 0,60 et au plus égal à 0,90.
[0059] Préférentiellement encore, la bande de roulement comprenant au moins un troisième motif de sculpture MC associé à pas PC, avec PB inférieur à PC, le rapport des pas PB/PC est supérieur ou égal au rapport des pas PA/PB.
[0060] Le rapport PA/PB du pas PA le plus court du premier motif de sculpture divisé par le pas PB le plus long du deuxième motif de sculpture est compris dans l’intervalle [0.6 ; 0.9], Le plus petit pas et le plus long pas sont dans un rapport idéalement égal à 0.85, ou tout au moins inclus dans l’intervalle [0.6 ; 0.9],
[0061] Quand le rapport de pas est inférieur à 0.6, l’écart entre les deux pas devient trop grand et entraine une discontinuité trop importante de l’arrangement des motifs de la sculpture au tour de roue.
[0062] Inversement, pour un rapport de pas au-delà de 0.9, la distance entre les motifs de sculpture devient trop faible, la sculpture de la bande de roulement devient proche d’une solution mono pas qui ne donne pas satisfaction quant au niveau de bruit généré.
[0063] Dans la conception d’une bande de roulement d’un pneumatique neige, le choix du matériau de la bande de roulement est une étape essentielle. La composition chimique du matériau de la bande de roulement est formulée de manière à rester souple à basse température ce qui augmente l’adhérence sur sol glissant (mouillé, neige te glace). On entend par basse température, une température inférieure à 7°C.
[0064] Avantageusement, la composition du matériau caoutchoutique de la bande de roulement a une température de transition vitreuse Tg comprise entre -40°C et -10°C et préférentiellement entre -35°C et -15°C et un module complexe de cisaillement dynamique G* mesuré à 60°C compris entre 0,5 MPa et 2 MPa, et préférentiellement entre 0,7 MPa et 1,5 MPa.
[0065] L’adhérence du pneumatique sur le sol obéit au moins à deux phénomènes physiques : l’adhésion et l’indentation. Par exemple, pour un sol mouillé, la sculpture de la bande de roulement évacue l’eau du sol pour permettre l’adhésion par collage de la surface de roulement sèche avec le sol. Parallèlement, la souplesse du matériau de la bande de roulement permet d’épouser les aspérités du sol par indentation pour accrocher le pneumatique. Le matériau doit rester souple et efficace à des températures inférieures à 7°C. Selon les inventeurs un matériau élastomérique avec une température de transition vitreuse Tg comprise entre -40°C et -10°C et préférentiellement entre -35°C et -15°C et un module complexe de cisaillement dynamique G* mesuré à 60°C compris entre 0,5 MPa et 2 MPa, et préférentiellement entre 0,7 MPa et 1,5 MPa, confère à la bande de roulement les propriétés physiques adéquates pour répondre aux compromis de performances recherchées.
Brève description des dessins
[0066] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d’exemples, nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :
[0067] Les figures 1-A, 1-B, 1-C représentent deux motifs de sculpture (MA, MB) avec des incisions longitudinales.
[0068] La figure 2 représente un déroulé de la bande de roulement dans la direction circonférentielle (X) selon un mode de réalisation de l’invention, avec deux motifs de sculpture MA et MB. Les motifs de sculpture diffèrent par leur géométrie (largeurs, découpures, pas, . ..). Le motif MA est représenté avec un fond clair avec des petits points, et le motif MB avec un fond gris.
[0069] Les figures 3-A, 3-B, 3-C, et 3-D sont des vues dans un plan méridien qui présentent les incisions longitudinales. On peut également voir la direction normale à la surface de roulement pour définir l’angle Alpha entre le plan moyen d’une incision longitudinale et ladite direction normale.
Description détaillée de l’invention [0070] L’invention a été plus particulièrement étudiée pour un pneumatique tourisme de désignation normalisée, selon la norme de spécifications de l’ETRTO (Organisation Technique Européenne pour les Jantes et les Pneumatiques), 245/35 R20 XL 95V. Pour cette dimension une version du pneumatique conforme à l’invention avec une bande de roulement comportant deux motifs de sculpture MA, et MB à pas variables respectifs PA, et PB, a été réalisée.
[0071] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références. Compte tenu de la symétrie de la bande de roulement, pour la lisibilité des figures, les éléments sont référencés une seul fois tantôt du côté 24G, tantôt du coté 24D.
[0072] Sur la figure 1-A, on a représenté un premier motif MA de la sculpture de la bande de roulement. Les incisions longitudinales 50 sont positionnées sur les portions latérales ZB situées aux extrémités axiales (24D, 24G) du motif MA, de part et d’autre du plan équatorial C. Pour la dimension pneumatique étudiée, le pas PA vaut 21.9 mm.
[0073] Sur la figure 1-B, on a représenté un deuxième motif de sculpture MB de la bande de roulement. MB diffère de MA en ce que sa largeur mesurée selon la direction circonférentielle est supérieure à celle de MA. Le nombre de découpures entre les deux motifs peut également être différent. Pour la dimension pneumatique étudiée, le pas PB vaut 29.37 mm.
[0074] Sur les figures (1-A, 1-B), le plan équatorial est référencé C, une nervure principale partageant la bande de roulement dans la direction circonférentielle est référencée 80.
[0075] La figure 1-C est une illustration de l’angle Beta que fait le plan moyen d’une incision longitudinale avec la direction circonférentielle XX’.
[0076] Pour optimiser l’arrangement des motifs c’est-à-dire leur succession sur un tour de roue de manière à diminuer le bruit de sirènement et de battement, à chaque motif de sculpture est associé un signal élémentaire, par exemple un signal sinusoïdal. Pour un tour de roue complet, le signal associé est périodique et résulte de la sommation des signaux élémentaires.
[0077] Avec l’aide d’un outil numérique, l’optimisation de l’arrangement initial vis-à-vis du bruit de sirènement et de battement est opérée en procédant à des simulations sur différents arrangements possibles. Par une transformation de Lourrier du signal associé à l’arrangement, le spectre du signal est analysé dans le domaine fréquentiel. Les critères d’arrêt du processus d’optimisation sont liés à l’amplitude des émergences de sirènement et de battement, ainsi qu’à leur étalement sur l’axe des fréquences. [0078] A l’issue de cette approche itérative, pour la dimension pneumatique étudiée, 245/35 R20 XL 95V, le nombre total de motifs de la bande de roulement s’établit à 80 sur un tour de roue, arrangés suivant la séquence : MB MA MB MA MA MA MA MA MA MA MB MB MB MB MB MA MB MA MB MA MA MA MA MA MA MA MB MB MA MA MA MB MA MB MB MB MB MB MA MA MA MB MA MB MB MA MA MA MA MA MB MB MB MB MA MA MA MA MA MB MA MB MB MA MA MA MB MA MB MA MB MB MB MA MB MA MA MA MA MA MB MB MB.
[0079] La circonférence du pneumatique est égale à 2108 mm, et la largeur de la bande de roulement est de 195 mm. La sculpture de la bande de roulement du pneumatique fabriqué comprend 2 motifs de sculpture (MA, MB) répartis en 48 motifs MA, en 36 motifs MB.
[0080] Le tableau qui suit récapitule les caractéristiques des motifs de sculpture (MA, MB) :
[Tableau 1]
[0081] Le taux d’entaillement volumique de chaque motif (MA, MB) correspond au rapport du volume des entailles sur le volume de chaque motif (MA, MB). On définit de façon équivalente le taux d’entaillement surfacique associé à un motif (MA, MB). Par extrapolation, le taux d’entaillement volumique global, TEV correspond au rapport du volume d’entaille VE sur le volume total VT de la bande de roulement, tel que TEV=VE/VT. Le taux d’entaillement volumique global TEV de la bande de roulement d’un pneumatique de l’invention est compris entre [20% ;40%], et préférentiellement entre [25% ;35%] .
[0082] Les inventeurs ont défini la densité d’incision des motifs de sculpture comme étant le rapport entre la somme des longueurs projetées (Lpx) des incisions d’un motif de sculpture (MA, MB) selon une direction circonférentielle sur le produit du pas (PA, PB) du motif de sculpture et de la largeur (W) de la bande de roulement, l’ensemble étant multiplié par 1000, tel que : SDA = ^1 P=A1 V * 1000, ' et SDB = ^1 P=B1*W p * 1000 avec (NA, NB) le nombre d’incisions de chaque motif de sculpture (MA, MB), et Lpxi la longueur projetée de la ième incision du motif considéré.
[0083] Selon les inventeurs, dans la définition de (SDA, SDB), le dénominateur correspond à la surface englobant un motif de sculpture (MA, MB), si bien que la densité d’incision représente la quantité d’arête d’un motif (MA, MB) sur la surface englobante. Plus la densité est élevée et plus la bande de roulement du pneumatique comporte des incisions, et par voie de conséquence et plus ses performances d’adhérence sur sols mouillé et enneigé sont élevées.
[0084] La densité d’incision (SDA, SDB) de chaque motif de sculpture (MA, MB) est au moins égale à 10 mm 1, et au plus égale à 70 mm 1.
[0085] A partir des densités d’incision des motifs de sculpture, on peut en déduire la densité moyenne d’incision :
SDmoy
Par construction, la densité moyenne d’incisions SDmoy est au moins égale à 10 mm 1, et au plus égale à 70 mm 1.
[0086] La figure 2 montre un extrait simplifié d’un déroulé d’une bande de roulement 10 de l’invention, où on peut observer une succession des motifs (MA, MB) selon leur pas (PA, PB). La bande de roulement 10 est directionnelle avec un sens de roulage privilégié de référence 25. Une nervure 80 passant par le plan équatorial de la bande de roulement la partage en un premier côté de bord 24D et en un deuxième côté de bord 24G. Une portion ZB à chacune des extrémités de la bande de roulement s’étend sur une largeur axiale représentant environ 25% de la largeur totale W de la bande de roulement. La bande de roulement est en contact à chacune de ses extrémités axiales avec un flanc qui se prolonge radialement intérieurement jusqu’à un bourrelet. La figure 2 montre également les incisions longitudinales 50 qui ont une direction globalement circonférentielle, et leur nombre peut varier d’un motif à l’autre. L’incision 50 est une découpure comprenant des parois (51,52), définissant un plan moyen 53. Entre les motifs de sculpture (MA, MB), on peut voir le fond de la bande de roulement 40. Les motifs s’élèvent radialement extérieurement depuis le fond 40 vers la surface de roulement suivant une hauteur radiale qui correspond à la hauteur de la sculpture qui varie légèrement en décroissant depuis le centre vers les extrémités axiales de la bande de roulement. [0087] Par « bords » 24G, 24D de la bande de roulement 10 on entend les surfaces délimitant les frontières entre la bande de roulement 10 et les flancs 60. Ces deux bords 24G, 24D sont distants entre eux d’une valeur W correspondant à la largeur de la bande de roulement 10.
[0088] La figure 3-A donne une vue dans un plan méridien du pneumatique de référence générale 1, mettant mieux en visibilité la hauteur de la sculpture de la bande de roulement 10 qui repose sur le sommet 20 comprenant les couches de sommet (21, 22, 23), d’abord une couche de frettage 21 radialement intérieurement à la bande de roulement, puis deux couches croisées (22, 23) représentant les couches de travail, radialement intérieurement à la couche de frettage 21. Le pneumatique 1 comprend également une armature de carcasse 70 constituée de renforts enrobés de composition caoutchouteuse, et deux bourrelets 35 destinés à être en contact avec une jante. Ladite armature de carcasse 70 relie les deux bourrelets 35, et comprend une branche principale 31 qui s’enroule d’une structure annulaire de renforcement 33 pour constituer un retournement 32. Les flancs 60 relient les bourrelets 35 à la bande de roulement 10.
[0089] Les figures 3-B, 3-C, et 3-D sont des grossissements de la partie entourée de la figure 3-A de l’incision 50 pour montrer les parois (51, 52) d’une incision 50, ainsi que son plan moyen 53. La profondeur h d’une incision qui est toujours inférieure à la hauteur de la sculpture Hsre.
[0090] Plus particulièrement, sur la figure 3-D on peut voir le plan moyen 53 de l’incision 50. Le point M est à l’intersection dudit plan moyen 53 et de la surface de roulement 15 visualisée ici dans un plan méridien. La normale extérieure Npsup à la surface moyenne 15 fait un angle Alpha avec ledit plan moyen 53. La direction tangente au point M à la surface de roulement 15 est notée Tpsup.
[0091] En ce qui concerne le matériau de la bande de roulement, sa composition est regroupée dans le tableau n°2 qui suit :
[0092] [Tableau 2]
[0093] Le mélange de la bande de roulement du pneumatique de l’invention utilisé dans cet exemple est à base d’un élastomère styrène butadiène. Des plastifiants (résine renforçante) entrent dans la composition pour faciliter la processabilité des mélanges. Le mélange comprend aussi des agents de vulcanisation, soufre, accélérateur, et des agents de protection.
[0094] Les propriétés mécaniques et viscoélastiques associées, mesurées à 23°C sous une amplitude de déformation de 10% sont résumées dans le tableau n°3 :
[Tableau 3]
[0095] Le pneumatique de l’invention a été testé pour bien mettre en exergue les performances apportées par l’invention. Les résultats de ces tests sont comparés à ceux obtenus pour un pneumatique témoin T.
[0096] Le témoin T correspond à un pneumatique de conception usuelle qui comprend une sculpture de bande de roulement sans incisions longitudinales sur les portions latérales. Ladite bande de roulement est constituée d’un matériau adapté pour un usage hiver.
[0097] Le test d’adhérence transversale neige consiste à chronométrer chaque tour du passage du véhicule sur un circuit en forme d’anneau recouvert de neige. Un pneumatique est d’autant plus performant que le temps au tour est faible.
[0098] Les tests d’adhérence longitudinale sur sol enneigé, sur sol mouillé, et le bruit de roulement ont été réalisés selon les prescriptions du règlement UNECE /RI 17.
[0099] Le test d’adhérence sur sol sec consiste en un test de freinage sur véhicule équipé d’un système ABS. Un pneumatique est d’autant plus performant que la distance de freinage est faible. [0100] Un résultat supérieur (respectivement inférieur) à 100% signifie une amélioration (respectivement une dégradation) de la performance considérée.
[0101] Les résultats obtenus sont synthétisés dans le tableau n° 4, suivant :
[Tableau 4]
[0102] Le pneumatique de l’invention réalise le compromis recherché entre l’adhérence sur sol enneigé sans significativement dégrader l’adhérence sur sol sec. Le bruit de roulement est sous contrôle en restant à un niveau conforme aux seuils d’homologation du règlement RI 17, et l’adhérence sur sol mouillé tire profit des incisions longitudinales en ayant un niveau supérieur au témoin T.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Pneumatique comportant une bande de roulement (10), destinée à entrer en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement (15) : ladite bande de roulement (10) comprenant des éléments en relief organisés en au moins deux motifs de sculpture (MA, MB), séparés au moins en partie les uns des autres par des découpures (30) et s’étendant radialement vers l’extérieur à partir d’une surface de fond (40) jusqu’à la surface de roulement (15) sur une hauteur radiale maximale Hsre au moins égale à 6 mm; la trace d’une découpure sur la surface de roulement (15) définissant un profil géométrique moyen situé à une distance moyenne des arêtes formées par les parois de ladite découpure ; dans une section méridienne du pneumatique, un point M étant défini à l’intersection du profil géométrique moyen (53) et de la surface de roulement (15), en ce point M, Npsup étant la normale extérieure à la surface de roulement (15) ; au motif de sculpture MA, (respectivement MB) étant associé un pas PA, (respectivement PB), le pas d’un motif de sculpture étant la distance mesurée sur une circonférence du pneumatique entre un point de ce motif et l’image translatée de ce point sur le motif immédiatement suivant, selon le sens de roulement ; la bande de roulement complète étant obtenue par la répétition sur un tour de roue des motifs (MA, MB) selon les pas (PA, PB) avec PA<PB;
Chaque motif (MA, MB) comprenant une première portion latérale (ZB) s’étendant à partir d’une extrémité axiale du bord de la bande de roulement (24G, 24D) sur une largeur axiale au plus égal à 25% de la largeur axiale (W) de la bande de roulement ; une incision longitudinale étant une découpure dans au moins une portion latérale (ZB) d’un motif (MA, MB) dont la distance entre les parois de matière qui délimitent ladite incision est inférieure ou égale à 2 mm et dont la profondeur est supérieure ou égale à 1 mm ; caractérisé en ce que chaque première portion latérale (ZB) contient au moins une incision longitudinale (50) dont la trace sur la surface de roulement est un plan moyen (53) qui fait un angle Beta avec la direction circonférentielle (XX’), en valeur absolue, compris dans l’intervalle [0°, 20°], en ce que ledit plan moyen (53) de ladite au moins une incision longitudinale (50) fait un angle Alpha, avec la normale extérieure (Npsup) compris dans l’intervalle [3° ; 55°], ledit angle Alpha étant orienté de la direction normale Npsup vers le plan moyen (53), et en ce que la somme des longueurs projetées de ladite au moins une incision longitudinale (50) dans la direction circonférentielle (XX’) sur l’ensemble des premières portions latérales (ZB) est comprise entre 0.5 fois et 5 fois la circonférence du pneumatique mesurée dans le plan équatorial.
[Revendication 2] Pneumatique selon la revendication 1 dans lequel l’angle Alpha est compris dans l’intervalle [5° ; 55°], et préférentiellement dans l’intervalle [7° ; 55°].
[Revendication 3] Pneumatique selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’angle Beta est compris dans l’intervalle [5° ;15°] et préférentiellement dans l’intervalle [7° ; 10°].
[Revendication 4] Pneumatique selon l’une des revendications précédentes dans lequel chaque première portion latérale (ZB) contient au moins deux incisions longitudinales (50), préférentiellement trois incisions longitudinales (50) et encore préférentiellement quatre incisions longitudinales (50).
[Revendication 5] Pneumatique selon la revendication 4, dans lequel les angles Beta des incisions longitudinales (50) varient de façon croissante depuis les bords (24G, 24D) vers le centre (C) de la bande de roulement (10).
[Revendication 6] Pneumatique selon la revendication 4, dans lequel la distance axiale entre deux incisions longitudinales (50) consécutives d’une portion latérale (ZB), est comprise entre [3 ; 17] mm, et préférentiellement entre [4 ; 12] mm, et encore préférentiellement entre [5 ; 8] mm, la distance axiale entre deux incisions longitudinales (50) consécutives étant la distance entre les deux extrémités les plus proches.
[Revendication 7] Pneumatique selon la revendication 4, une aire de contact étant définie par les points du pneumatique en contact avec le sol quand il est écrasé par une charge à une pression nominale spécifiées selon l’ETRTO (Organisation Technique Européenne pour les Pneus et les Jantes) dans lequel pour au moins un motif (MA) ou (MB), l’incision longitudinale (50) d’une portion latérale (ZB), la plus axialement extérieure en contact avec le sol est située à au plus 10 mm d’un premier bord circonférentiel de l’aire de contact, et plus préférentiellement entre 3 mm et 5 mm.
[Revendication 8] Pneumatique selon la revendication précédente dans lequel pour au moins un motif MA ou MB, l’incision longitudinale (50) d’une portion latérale (ZB), la plus axialement intérieure en contact avec le sol est située à au plus 60 mm, et préférentiellement à au plus 50 mm d’un premier bord circonférentiel de l’aire de contact.
[Revendication 9] Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la profondeur h d’une incision longitudinale (50) d’une portion latérale (ZB), est entre 20% et 80%, et préférentiellement entre 30% et 50% de la hauteur radiale maximale de la sculpture Hsre.
[Revendication 10] Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, la largeur d’une incision étant la distance axiale entre les deux parois de ladite incision dans lequel la largeur d’une incision longitudinale (50) d’une portion latérale (ZB), est comprise entre 0.3 mm et 2 mm, préférentiellement entre 0.4 mm et 1 mm.
[Revendication 11] Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le taux d’entaillement volumique global TEV correspondant au rapport du volume d’entaille VE sur le volume total VT de la bande de roulement, tel que TEV=VE/VT dans lequel le taux d’entaillement volumique global TEV de la bande de roulement est compris entre [20%,40%], et préférentiellement entre [25%, 35%].
[Revendication 12] Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, la bande de roulement formant une aire de contact au sol AC lors du roulage dudit pneumatique, et une partie des motifs de sculpture formant aussi une surface de contact SC sur ladite aire de contact AC déterminant un taux d’entaillement surfacique TES de la bande de roulement avec TES = , dans lequel TES est compris dans l’intervalle [0.35 ; 0.6], préférentiellement TES est au moins égal à 0.38, et encore plus préférentiellement TES est au moins égal à 0.4.
[Revendication 13] Pneumatique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le rapport entre le pas PA du premier motif de sculpture (MA) divisé par le pas PB du deuxième motif (MB), PA/PB est au moins égal à 0,60 et au plus égal à 0,90.
[Revendication 14] Pneumatique selon l’une quelconque des revendications précédentes, la bande de roulement comprenant au moins un troisième motif de sculpture MC associé à pas PC, avec PB inférieur à PC, dans lequel le rapport des pas PB/PC est supérieur ou égal au rapport des pas PA/PB.
[Revendication 15] Pneumatique selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la composition du matériau caoutchoutique de la bande de roulement a une température de transition vitreuse Tg comprise entre -40°C et -10°C et préférentiellement entre -35°C et - 15°C et un module complexe de cisaillement dynamique G* mesuré à 60°C compris entre 0,5 MPa et 2 MPa, et préférentiellement entre 0,7 MPa et 1,5 MPa.
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