带有改良的胎面轮廓的子午线乘用车轮胎.pdf

一种充气式子午线乘用车轮胎(10)具有一胎面(20)、一带有两个胎侧(14、16)的胎身、一个或更多的从两个环形胎圈(13)延伸并绕其缠绕的子午线帘布层(18)、以及一沿径向位于胎面与帘布层之间的带状增强结构(15)。胎面具有一从轮胎中心平面向着胎侧向外延伸的第一轮廓限定的曲线、一位于第一轮廓限定的曲线与胎侧之间的相邻第二轮廓限定的曲线、以及一从第二轮廓限定的曲线和胎侧向外延伸的相邻第三轮廓限定的曲线。第一、第二和第三轮廓限定的曲线具有第一半径(R1)、第二半径(R2)和第三半径(R3)，选择为R2＞R1＞R3。

1.  一种充气至其公称压力的充气式子午线乘用车轮胎，轮胎具有一胎面、一带有两个胎侧的胎身、一个或更多的从两个环形胎圈延伸并绕其缠绕的子午线帘布层、以及一沿径向位于胎面与帘布层之间的带状增强结构，
胎面的特征在于：一从轮胎中心平面向着胎侧向外延伸的第一轮廓限定的曲线、一位于第一轮廓限定的曲线与胎侧之间的第二轮廓限定的曲线；
第一和第二轮廓限定的曲线各自分别具有第一半径R1和第二半径R2，第一半径R1的长度范围为从400至900mm；第二半径R2的长度大于第一半径且范围为从700至1300mm。

2.  根据权利要求1所述的充气式子午线乘用车轮胎，其中第一半径R1范围为从500mm至800mm。

3.  一种充气至其公称压力的充气式子午线乘用车轮胎，轮胎具有一胎面、一带有两个胎侧的胎身、一个或更多的从两个环形胎圈延伸并绕其缠绕的子午线帘布层、以及一沿径向位于胎面与帘布层之间的带状增强结构，
胎面的特征在于：一从轮胎中心平面向着胎侧向外延伸的第一轮廓限定的曲线、以及至少一个位于第一轮廓限定的曲线与胎侧之间的另一轮廓限定的曲线，第一和另一轮廓限定的曲线具有半径Ri；
其中，最末轮廓限定的曲线与侧向外侧的另一轮廓限定的曲线相切，并且还与一小圆A相切，小圆A的中心位于侧向外侧的另一轮廓限定的曲线的延长线上，与限定了侧向外侧的另一轮廓限定的曲线与最末轮廓限定的曲线的切点的边缘相距距离为10mm，小圆A的半径范围为从0.1mm至0.8mm。

带有改良的胎面轮廓的子午线乘用车轮胎
技术领域
本发明涉及一种轮胎，尤其涉及一种具有径向胎身面区域的特殊轮廓的乘用车轮胎。
背景技术
通常设计的乘用车轮胎模腔所带有的轮廓给予成品轮胎一种三半径胎冠区域。从中心线开始，第一半径的值最高以便形成成品轮胎中最扁平的径向胎身面区域。第二半径使得能够在腔肩半径的起始处到达达到所需的胎模轮廓落差。第二半径的值介于第一半径与第三半径之间，第三半径为胎肩半径并且容许具有一渐进式接地印痕边缘和一与轮胎胎侧连接的胎冠区域接合处。
当在这种模腔中制造的轮胎在地面上加载时，压平第一半径区域并不困难。具有较小值的第二半径区域的胎面部分将更难以压平于地面上。相反，其趋向于具有通过在其曲率上滚动而产生的铰链效应，象摇椅中那样。“摇椅效应”导致中心部分离地，造成胎肩部分的压力增大，并产生打滑，即实际上接地印痕中的侧向位移。沿圆周方向的轮胎花纹沟的存在将使得能够避免产生这种摇椅效应；然而通常设计成半径很小但硬度高的胎肩附近将会造成离地和打滑情况偏向更靠近胎肩的区域。
然而，在超高行驶性能(UHP)轮胎所用的胎面花纹的当前设计趋势中，这种圆周花纹沟通常既不位于上述第二半径区域，也不在处于中心区域中的低子午线抗弯刚度区域。结果造成更显著的摇椅效应。如果胎肩结构未经仔细设计(高抗弯刚度)，这种摇椅效应就会造成不良的压力分布。效果之一就是将造成非均匀磨损的胎肩打滑。
US-A-5,803,999公开的一种轮胎所带有胎面轮廓包括一曲率半径为R1的弯曲胎冠部分作为其中心部分、一对曲率半径为R2的防擦中间部分、以及一对连续延伸而不形成任何拐点的曲率半径为R3的弯曲胎肩部分，其中R1的范围在胎面宽度TW的2至3.5倍之间，小于半径R2而大于半径R3。胎肩落差的范围在胎面宽度的0.038至0.050倍之间。
US-A-5,616,195公开了一种载重汽车轮胎，其中半径R2等于R1的1.3至2倍。半径R3等于R1的0.7-2.5倍。半径R1和R2凸出而R3凹入。
US-A-5,360,044涉及一种带有沿一弯曲面延伸的胎面的轮胎，该弯曲表面包括具有曲率半径R1的第一弧，一与第一弧在距轮胎中心平面交点距离为轮胎宽度的0.2至0.25倍处相交的第二弧R2、以及一穿过接地表面的接地外缘点且半径为R3的第三弧。曲率半径比R1/R2设定于从1.2至小于1.6的范围中。曲率半径比R2/R3设定于4与12之间的范围内。
US-A-5,247,979涉及一种在潮湿路面上呈现出改良的操作和稳定性的轮胎，其中净重-毛重比在包括于0.55至0.58之间的范围内。胎肩的曲率半径R2和胎肩边缘部分的曲率半径的比R2/R3包括于14与20之间。
本发明的一个目的是设计一种轮胎的胎冠区以便使得轮胎接地印痕能够在不离地和/或不发生侧向位移的情况下而压平于地面上。本发明的另一个目的是减少胎肩磨损。本发明的另一个目的是减少花纹块前、后倒角的磨损。
发明内容
本发明提供了如权利要求书中所限定的一种子午线充气乘用车轮胎。
更具体而言，本发明提供了一种轮胎，其中中心线区域的半径范围为从400至900mm，优选地为从500至800mm。第二半径大于第一半径且范围为从700至1300mm，优选地为从800至1200mm。在这种腔形中，胎面包括圆周花纹沟或相对于轮胎中心平面倾斜度很低的花纹沟，由于其具有低子午线抗弯刚度和高杠杆效应，因而胎面易于在中心线部分压平于地面上。子午线抗弯刚度主要为沿圆周取向的花纹沟的数量和位置、缓冲层布置方案以及胎面的厚度和刚度的函数。由于第二半径高，所以摇椅效应即使在急转弯时也大大减少。
胎肩为在轮胎加载过程中变形量最高的胎冠区域部分。抗弯刚度应当保持在最低水平以便于避免由于高垂直负载和/或侧向力而趋向于产生铰链效应。在本发明中，可以考虑提供与第二半径相邻的第三直径和变为第四直径的胎肩半径。第三半径引入与第二半径相比的较小的落差以便减弱与胎肩变形相关联的铰链效应。此第三半径地长度范围在第二半径与胎肩半径之间，并不改变第一与第二半径的分布。
如上所述，为避免“摇椅效应”，第二半径的值很高。然而，为在胎肩处达到某一所需落差，中心部分必须具有较低的等效半径。此等效半径小于R2。等效半径定义为在R2起始边缘处与R2相切的圆的半径。根据本发明，中心部分必须不大于胎面宽度(TW)的1/2，而等效半径必须不低于300mm。然而，此低半径部分不得不压平于地面上。由于这种原因，优选地，这部分与圆周花纹沟断开。换句话说，由半径R2限定的胎面部分优选地应当通过圆周花纹沟与由半径R1限定的部分分开。如果在那种情况下，对于中心部分区域而言，实际的R1并不需要与R2相切，R1可以具有任意值(低于、等于或大于R2)。中心部分可以包括一个或两个半径(例如一种带有两个半径的平中心花纹条，其两边均与R2连接并且通过圆周花纹沟与中心花纹条分开)。
定义
“三角胶芯”是指沿径向位于胎圈芯上方以及帘布层与反包帘布层之间的弹性体三角胶芯。
“纵横比”是指其截面高度与其截面宽度之比。
“胎圈”是指包括由帘布卷绕成并且形状与设计轮辋相配，带有或不带其它加强构件如外护圈包布、胎跟加强层、三角胶芯、护趾胶和胎圈包布的环形承拉构件的轮胎那部分。
“带束结构”或“加强带”是指至少两个平行帘线的环形层或帘布层，其可以为织物或非织物，位于胎面之下，非锚定于胎圈上，并且其相对于轮胎中心平面的左右帘线角度均在17度至27度之间。
“胎身”是指胎体、带束结构、胎圈、胎侧以及轮胎除胎面和胎面底层之外的所有其它部件。胎身可以是生胶或预先硫化的橡胶以便与新胎面相配。
“胎圈包布”是指绕着胎圈的外侧安放以用于保护帘布层以防轮辋损坏，分散轮辋上方的挠曲作用并密封轮胎的窄材料条。
“圆周方向”是指沿着与轴向垂直的环形胎面表面的周长延伸的线或方向。
“帘线”是指组成轮胎中的帘布层的加强绳股之一。
“侧向”是指轴向方向。
“帘布层”是指一种涂有胶的平行帘线的连续层。
“径向的”和“径向地”是指沿径向朝向或背离轮胎转动轴线的方向。
“子午线帘布层轮胎”是指一种带束的或沿圆周方向箍紧的充气轮胎，其中从胎圈延伸至胎圈的帘布层相对于轮胎中心平面放置的帘线角度介于65度至90度之间。
“截面高度”是指在轮胎的中心平面上从公称轮辋直径至轮胎外径的径向距离。
“截面宽度”是指当其在正常压力下充气24小时后但不加载时，平行于轮胎轴线并在其胎侧外部之间的最大直线距离，但不包括由于标记、装饰或防护垫带而造成的胎侧增大。
“胎肩”是指正好位于胎面边缘下方的胎侧顶部，胎面胎肩或胎肩花纹条是指接近胎肩的胎面部分。
“胎侧”是指胎面与胎圈之间的轮胎部分。
“胎面”是指在正常的膨胀和负载情况下与路面接触的轮胎部分。
“胎面宽度(TW)”是指胎面沿轴向，即在穿过轮胎的转动轴线的平面中的弧长。
附图说明
在附图中，相似元件可由相似的添加了“’”的参考数字来指出。例如，在一个图(或实施例)中的元件3B可能在许多方面与另一个图(或实施例)中的元件3B’相似。在不同的图或实施例中的相似元件的这种关系，若有的话，在说明书中将会得到清楚说明。
图1为根据本发明的优选实施例轮胎的剖面图；
图2为根据本发明的胎模的示意性剖面图；
图3示出了本发明另一个实施例的放大部分的轮廓，其详细示出了靠近胎肩的胎面轮廓的剖面图；
图4示例性示出了现有技术的子午线轮胎的轮胎印痕，其呈倾向于蝶形的正方形；以及
图5示例性示出了图1中所示优选实施例轮胎的印痕。
具体实施方式
参看图1，示出了本发明的用于乘用车辆中的充气子午线轮胎10的剖面图。轮胎10具有一胎面20和一胎身12。如图1所示，胎面20的轴向外缘之间距离的一半，限定了胎面20的中心线或者说轮胎的赤道面EP。胎身12具有两个侧壁14、16、一个或更多的从两个环形胎圈13延伸并绕其缠绕的子午线帘布层18、以及沿径向位于胎面20与帘布层18之间的带状增强结构15。带状增强结构如图1中所示，其包括两个带束帘布层24和一个覆盖层23，带束帘布层24具有靠近轮胎10的胎肩沿侧向延伸的端部24A。本领域内的普通技术人员众所周知，这种覆盖层可以通过轮胎成形过程中在带束帘布层24上沿径向向外螺旋地卷绕单个帘布增强材料扁平条而获得。胎体帘布层18和带状增强结构15均由帘布增强弹性体材料制成；优选地，带束帘布层24所用的帘线为钢丝帘线，而一个或多个胎体帘布层18和覆盖层23所用的帘线为织物帘线。类似地，环形胎圈13具有缠绕成钢丝圈也通称胎圈芯的钢丝。
胎体30包括内衬层19、帘布层18、胎侧14、16、胎圈13以及一对位于胎圈13上方以及将胎圈13包起来的帘布层18之间的三角胶条40和41。这种胎体结构30为安放胎面20并且胎面20与其相邻接的基础。
优选为卤化丁基橡胶的衬套部件19不透气并且将加压空气密封于轮胎10中。一对环形轮辋定位凸缘37将轮胎保持于轮辋上并保护轮辋不受损坏。胎圈包布38保护着帘布层不受轮辋的影响，并将轮辋上方的挠曲散布。
若干沿圆周延伸的花纹沟位于轮胎中心平面EP的每侧，并且与沿侧向延伸的花纹沟一起限定了多个接地弹性体花纹块(未示出)。可以使用或多或少的花纹沟，这取决于胎面的宽度和其它设计因素。
径向胎身面在轮胎中心平面处具有最大直径D，并且由从轮胎中心平面沿侧向向外延伸的基本恒定的曲率半径R1限定。根据本发明，曲率半径R1的长度包括400至900mm之间，优选地从500至800mm。其中心C1基本上位于轮胎中心平面上并且从一位于胎面的轮胎中心平面上的点P0延伸至每个半胎面上位于离P0点的距离为胎面宽度TW一半的25％至50％之间处的点P1，从而限定了第一径向外凸胎面3A。
另外，如图1中所示，在位于各半胎面20上的点P1处，径向胎身面的曲率发生变化，其中胎面由同样从轮胎10内部开始的第二曲率半径R2限定。不管第二曲率半径R2的中心C2是否位于轮胎中心平面上，其都从点P1延伸至位于离P0点的距离为胎面宽度一半的70％至90％之间处的点P2，从而限定了第二径向外部凸胎面3B。第二半径大于第一半径，其范围为从700至1300mm之间，优选地从800至1200mm，最优选大约1000mm。
第三曲率半径R3的中心C3也位于轮胎内部但不在轮胎中心平面上，其从点P2向胎面边缘延伸，切断限定胎肩的曲线并将胎侧与胎面相连接。这种胎肩限定的曲线可具有包括于20至30mm之间的单个曲率半径，本发明中对此并无严格要求。
第三曲率半径R3限定了第三径向外凸胎面3C，其半径包括于130至200mm之间，优选地在150与180mm之间。
径向外表面3A、3B与3C的组合限定了如图1中所示的轮廓，其中轮廓由跨过轮胎的胎冠部分连续延伸的线3来表示。如上所述，胎面包括图1中并未示出的花纹沟，花纹沟限定了弹性体花纹块。花纹沟具有从表面3延伸至花纹沟基底的径向深度。
优选地，轮胎10的第一、第二与第三曲率半径之间的关系使得第二曲率半径R2处于第一曲率半径R1的1.5至2.5倍的范围中，优选地约为第一曲率半径R1的2倍，而第三曲率半径R3处于第二曲率半径R2的0.1至0.5倍的范围中，优选地为R2的0.2至0.4倍。优选地，第三曲率半径R3处于第二曲率半径R2的0.25至0.35倍的范围中。这些半径的定向优选地使得胎面轮廓的邻接部分相切。如果R1和R2并非这种情况，则两个胎面部分3A和3B优选地由花纹沟隔开。第二曲率半径与第三曲率半径必须相切，两个胎面部分3B和3C不可由花纹沟隔开。
现在参看图2，其示意性地示出了一种根据本发明的胎模的剖面图。不同的半径R1、R2、R3和R4均可以辨别。限定了胎肩并将胎侧与胎面相连接的曲线在这种情况下具有固定半径R4。标号3指向的是轮胎接地的外轮廓，而标号4指向的是不同的花纹块限定的花纹沟(未示出)可能具有的最大径向深度的轮廓。
在本发明的另一实施例中，干式制动性能与转弯稳定性由于一部分接地印痕的接触压力增加而得以改进，每表面单位的制动力或多或少地与接地印痕压力成比例。这种想法所基于的事实在于将刚性斜面对着平地弯曲会产生接触压力的增加。然而，重要的是这种压力的增加仅在汽车制动或沿侧向加速的过程中发生。在正常的运行条件中，一部分接地印痕中的高压力可能导致非均匀磨损和操作问题。胎肩的布局经过调整以便使得斜面不会在正常的运行条件中产生高接地印痕压力。仅在通过制动或沿侧向加速而产生过载的情况下，才会造成该斜面发生弯曲，从而导致接地印痕与地面的接触压力增加，由此使得轮胎抓着力增加。为得到这种结果，半径R2与R3必须具有特定的关系并且R3具有特定长度。
参看图3，其示出了本发明的该又一实施例的加大部分的轮廓，其详细地示出了靠近胎肩的胎面轮廓的剖面图。这种胎肩胎面轮廓在实施时可以具有结合图1示出并公开的轮胎，以及其它并不具有半径R1与R2的所述比率的轮胎中的优点。斜面由轮胎剖面的径向外轮廓表示。此轮廓所具有的外形必须包括两条限定了在点P2’处相切的曲线3B’和3C’的胎面轮廓。决定着限定了曲线3B’的第二轮廓的半径R2’大于或等于700mm，并且优选地处于800至1200mm的范围中。限定了曲线3C’的第三轮廓与第二曲线3B’相切，并且还与一小圆A相切，小圆A的中心位于半径为R2’的第二曲线3B’的延长线上，与上述作为第二曲线3B’与第三曲线3C’之间的切点的边缘P2’相距10mm，请参阅中心在P2’上且半径为10mm的圆R10。小圆A的半径范围为从0.1至0.8mm，并且优选地在0.2与0.5mm之间。以本发明所属领域的普通技术人员的话说，在从限定了曲线3B’和3C’的第二和第三轮廓的切点P2’沿侧向向外10mm的距离处，有一个0.1mm至0.8mm的落差。
限定了曲线3C’的第三轮廓由另一半径为R3’至少达到与小圆A的切点的圆弧决定。替代地，限定了曲线的第三轮廓可以从其与小圆A的该切点处继续沿侧向向外延伸并通过一基本上为平直的部分或另一曲线向外延伸至胎面边缘P3’。切点P2’至相邻胎面边缘P3’的间距至少为15mm，优选地为20至40mm。
标号A、I与B分别指第二曲线3B’的边缘P1’和P2’及第三曲线3C’的边缘P2’和P3’在轴线OX上的投影。标号M指带束层24的侧向外边缘24A在轴线OX上的投影。投影点A与I之间的距离必须大于投影点I与B之间距离的1.1倍，优选地约为投影点I与B之间距离的2倍。此外更重要的是投影点I要位于从侧向外带边缘24A的投影点M至轮胎中心平面EP的距离的75％至100％之内，优选地在80％与95％之间。
为了能够得到这个实施例中所述的技术效果，圆R10范围内的胎面部分及其邻近部分可以不切出沿圆周延伸的花纹沟；通常，圆周花纹沟距交点P2’距离越大，其有害效应就越小。换句话说，应当相信，如果有并不太靠近交点P2’的窄小花纹沟或槽存在，仍旧可以得到部分技术效果。花纹沟在这里指的是宽度超过1mm的长空穴区。
图4示例性示出了现有技术的子午线轮胎的轮胎接地印痕，呈现出倾向于蝶形。
根据本发明的轮胎10，当其静止加载时，呈现出如图5中所示的接地印痕。如图所示，接地印痕基本上为前缘和后缘凸出的矩形。