Brevet FR2473427A1 — publié le 19810717

La présente invention a trait aux pneumati- ques radiaux pour véhicules automobiles et plus précisé- ment au type de pneumatique dans lequel les cablés de la carcasse s'étendent d'un talon à l'autre en formant un an- gle de 90 ou des angles légèrement différents de 900 avec le plan équatorial du pneumatique. En particulier, l'invention concerne un pneu- matique radial possédant une résistance au roulement nette- ment inférieure à celle des pneumatiques connus et par con- séquent, une plus faible absorption de puissance qui, à son tour, se traduit par une plus faible consommation de carburant pendant la marche du véhicule. Il est déjà connu qu'un paramètre important de l'absorption de puissance de l'ensemble du pneumatique est attribué à la bande de roulement en raison des interac- tions complexes qui se produisent entre cette bande et le sol. Pour, réduire cette absorption de puissance, les chercheurs ont orienté leurs efforts dans différentes directions telles que la recherche de dessins de bande de roulement plus appropriés, l'utilisation de mélanges de bande de roulement à faible perte par hystérésis mais, alors qu'elles ont donné des résultats encourageants du point de vue de l'absorption de puissance, les nombreuses solutions proposées ont par contre crée des problèmes à propos d'autres propriétés qu'il n'est pas possible de sacrifier lorsqu'on veut obtenir un bon pneumatique, tels qu'Lune bonne résistance de la bande de roulement à l'usure et une bonne résistance des blocs à la déchirure, une bonne tenue sur les sols secs et mouillés, ainsi que d'autres propriétés. Pour résoudre également ces derniers pro- blèmes, on a déjà proposé d'utiliser une bande de roulement composite, composée de deux couches de mélanges superpo- sées radialement, la couche de mélange radialement exté- rieure, intéressée par les sculptures et rainures du dessin de la bande de roulement, se distinguant fondamen- talement par une grande résistance à l'abrasion, aux- déchirures et aux crevasses et par une bonne tenue sur sols secs et mouillés, tandis que la couche de mélange radialement intérieure possède comme caractéristique fondamentale une faible perte par hystérésis. Cette solution, qui est également appelée bande de roulement du type *capand base" (chape et base) semble avoir donné de bons résultats du point de vue de l'absorption de puissance du pneumatique sans pour autant donner lieu à d'excessives limitations du kilométrage du pneumatique dues à l'usure et à la déchirure de la bande de roulement, en conservant en outre une bonne tenue sur sols secs et mouillés; toutefois, on a pu constater que ces pneumatiques présentaient une faible résistance aux forces transversales qui agissent sur le. pneumatique, par exemple dans un parcours en virage, de sorte qu'ils posent des problèmes de tenue de direction du pneumatique, qui se font sentir de façon d'autant plus accusée que la vitesse du pneumatique est élevée. Cette faible résis- tance aux forces transversales est probablement dde au fait que la faible perte par hystérésis de la couche radialement intérieure de la bande de roulement est fré- quemment accompagnée d'une plus grande déformabilité sous l'effet des efforts agissants. La Demanderesse a constaté qu'il est possi- ble de réduire encore l'absorption de puissance d'un pneumatique qui possède une bande de roulement du type "chape et base" en intervenant sur la configuration géo- métrique de la structure portante du pneumatique et que cette intervention peut également améliorer les caracté- ristiques de tenue de direction du pneumatique. Le but de l'invention est de réaliser- un pneumatique possédant de meilleures caractéristiques d'absorption de puissance et de tenue de direction que les pneumatiques connus. L'invention a pour objet un pneumatique pour roues de véhicules comprenant une carcasse de cablés radiaux, deux flancs dont la distance mutuelle maximum dans la direction axiale détermine la largeur de section du pneumatique, deux talons dont chacun comprend au moins une tringle autour de laquelle les cablés de la carcasse sont retournés, une bande de roulement disposée dans la zone de couronne de la carcasse, une structure annulaire de renforcement, circonférentiellement inextensible, interposée radialement entre la bande de roulement et la carcasse, cette structure annulaire possédant une largeur sensiblement égale à celle de la bande de roulement et ses extrémités latérales étant situées au droit des épaulements de la bande de roulement, ladite bande de roulement comprenant deux couches composées de différents mélanges de caoutchouc et radialement superposées entre elles, ce pneumatique étant caractérisé en ce que le mé- lange de la couche radialement intérieure possède un in- dice de perte par hystérésis non supérieur à 0,010 joule par cm3 de mélange à la température de 250C et non supé- rieur à 0,006 joule par cm3 de mélange à la température de 700C, le rapport liant la distance radiale entre les extrémités latérales de la structure annulaire de renfor- cement et le point radialement le plus extérieur desdites tringles à la largeur de section du pneumatique étant infé- rieur à 0,60. Il convient de préciser que, dans la pré- sente description, on entend par "perte par hystérésis" la perte d'énergie par cm3 de mélange observée lorsqu'on déforme un bloc de mélange, au moyen d'une force de com- pression, dans une direction donnée, jusqu'à 9/10 de sa dimension initiale dans cette direction, le bloc de mé- lange étant libre de toute liaison dans les directions transversales à ladite direction et lorsqu'on laisse en- suite ce bloc de mélange reprendre sa forme initiale, le cycle de déformation et de reprise consécutive de la for- me initiale du bloc de mélange étant exécuté en un temps d'environ 1/50 seconde. La valeur de la perte par hystérésis pour un mélange donné peut varier en fonction de la tempéra- ture à laquelle elle est mesurée. Ledit rapport est de préférence compris entre 0,40 et 0,60. Suivant une forme préférée de réalisation de l'invention, le mélange constitutif de la couche radialement intérieure possède un indice de perte par hystérésis com- pris entre 0,002 et 0,006 joule par cm 3 de mélange à 25 C- et compris entre 0,0015 et 0,004 joule par cm3 de mélange à 700C. Suivant une autre forme préférée de réali- sation, le mélange de la couche radialerment intérieure possè- de une épaisseur non inférieure à 1,2 mm et de préférence comprise entre 1/9 et 1/4 de l'épaisseur totale de la bande de roulement. Il convient de préciser que, dans une coupe transversale de la bande de roulement, la ligne de séparation entre les deux couches de mélange n'est pas parallèle à la surface extérieure de la bande de roulement; plus précisément, elle est parallèle à ladite surface dans les zones comprises entre deux rainurés adjacentes mais dans le voisinage des flancs de ces rainures, elle s'abaisse jusqu'à atteindre la hauteur du fond des rainures, il est entendu que les mesures d'épaisseurs définies ci-dessus sont rapportées aux parties de la ligne de séparation comprises entre deux rainures et, par conséquent parallèles à la surface extérieure de la bande de roulement. Suivant une autre forme préférée de réali- sation de l'invention, le mélange de la couche radialement intérieure possède un module d'élasticité à 100% d'allonge- ment non inférieur à 15 kg/cm et de préférence compris entre et 30 kg/cm Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe transversale d'un pneumatique suivant l'invention (la figure ne montre qu'une moitié de cette coupe, l'autre moitié étant parfaitement sy- métrique de la première). La figure 2 est une vue de dessus de la bande de roulement du pneumatique de la figure 1, munie d'une forme préférée de structure de renforcement annulaire. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un pneumatique gonflé pour véhicule automobile, comprenant une carcasse 1 formée de cablés contenus dans des plans radiaux, c'est-à-dire orientés selon un angle de 900 (ou se- lon des angles d'inclinaison légèrement différents de 90 ) par rapport au plan équatorial du pneumatique. Cette carcasse s'étend d'un talon 2 à l'autre, en se retournant autour des tringles 3 correspondantes. Sur la couronne de la carcasse (1) est dis- posée une structure annulaire de renforcement 4 inextensible dans la direction circonférentielle. Cette structure est composée de deux cou- ches de câblés métalliques 5 et 6 faisant un angle d'incli- naison de 18 à 240 avec le plan équatorial du pneumatique, les càblés d'une couche croisant ceux de l'autre couche; une troisième couche (7) de câblés de nylon orientés de préfé- rence dans la direction circonférentielle du pneumatique est superposée aux couches métalliques 5 et 6. La largeur de la couche 6 est légèrement inférieure à celle de la couche 5, pour permettre un décalage normal entre les deux couches; la largeur de la couche 7 est du même ordre que celle de la couche 5 mais la largeur de la couche 7 pourrait également être plus grande ou plus petite, suivant les prestations prévues pour le pneumatique. La largeur Lr de l'ensemble de la struc- ture annulaire de renforcement est de toute façon du même ordre de grandeur que la largeur de la bande de roulement du pneumatique et elle peut en différer en plus ou en moins d'une valeur peu-importante, de sorte que les extrémités latérales 8 de la structure annulaire de renforcement se trouvent au droit des épaulements 9 de la bande de roulement. Dans une position radialement extérieure à ladite structure annulaire de renforcement, est disposée la bande de roulement 10, laquelle comprend deux couches de mélange 11 et 12 radialement superposées entre elles. La couche 12, intéressée par les rainures et reliefs du dessin de la bande de roulement, possède une largeur qui correspond pratiquement à la largeur Lb de la bande de roulement, la couche Il possède une largeur Ls supé- rieure à celle de la couche 12 et elle est reliée aux flancs du pneumatique, éventuellement avec interposition de profilés de mélange spécialement prévus et non représentés. En variante, les largeurs des deux couches 11 et 12 pourraient également coïncider. Dans ce cas, la liaison avec le flanc pourrait être réalisée au moyen d'un profilé de mélange. La bande de roulement 10 présente des rai- nures 13 qui possèdent une profondeur I tandis que l'épaisseur totale de la bande de roulement 10 est S, avec S> I. La cou- che 11 présente une épaisseur SI non inférieure à 1/9 de S et de préférence comprise entre 1/9 et 1/4 de S, de toute façon non inférieure à 1,2 mm. Sur la figure, on voit nettement la ligne de séparation 14 entre les deux couches 11 et 12; cette ligne présente une zone, comprise entre deux rainures adjacentes, pratiquement parallèle à la surface extérieure à la bande de roulement tandis que, à proximité des rainures, la ligne de séparation entre les couches s'abaisse pour affleurer le fond des rainures. De cette façon, le fond des rainures est constitué par le mélange de la couche 12. La mesure de l'épaisseur de la couche Il est exécutée dans la zone comprise entre deux rainures adja- centes, dans laquelle la ligne 14 est pratiquement parallèle à la surface extérieure de la bande de roulement 10. La couche 12 de la bande de roulement 10, qui est destinée à entrer en contact avec le sol, est consti- tuée par un mélange normalement utilisé pour les bandes de roulement, c'est-à-dire qui possède une haute résistance à l'abrasion, aux déchirures et à la formation de crevasses, ainsi que de bonnes propriétés de tenue sur sols secs et mouillés. A titre d'exemple, ce mélange peut être à base de poly(styrène/butadiène) (SBR) de divers types ou encore à base d'autres polymères mélangés avec ces derniers. Naturellement, le copolymère de base est additionné des ingrédients nécessaires pour conférer les carac- téristiques voulues au mélange de la couche 12. Le tableau ci-dessous indique deux exemples de mélanges adaptés pour la couche 12 de la bande de roule- ment, avec-certaines caractéristiques physiques mesurées sur le mélange vulcanisé. T A B L E A U I Exprimé en parties en poids. Mélange A B SBR à 25% de styrène 50 - SBR à 25% de styrène, étendu avec 37,5% d'huile phr 50 - SBR à 40% de styrène - 100 Noir de fumée N 375 60 60 Huile minérale 10 12 Acide stéarique 2 2 Oxyde de zinc 2 2 Antidégradant 2,5 2,5 Cyclohexylbenzylthiazylsulfénanide 1,8 1,0 Soufre 1,4 1,4 T A B L E A U I (suite et fin) __________ Dureté ISO 68 66 Module d'élasticité 100% (kg/cm) 22 16 Charge de rupture (kg/cm2) 180 160 Allongement à la rupture (%) 480 510 Indice de perte par hystérésis à oC (J/cm3) 0,045 0,060 Indice de perte par hystérésis à C (J/cm3) 0,020 0,025 La couche 11 de la bande de roulement 10 est compo- sée d'un mélange possédant un indice de perte par hystérésis non supérieur à 0,010 joule par cm3 de mélange à la température de 25 C et non supérieur à 0,006 joule par cm3 de mélange à la tempeérature de 70 C. L'indice de perte par hystérésis est de préférence compris entre 0,002 et 0,006 joule par cm3 de mélange à 25 C et compris entre 0,0015 à 0,004 joule par cm de mélange à 70 C. Le module d'élasticité à 100% d'allongement du mé- lange n'est pas inférieur à 15 kg/cm et il est de préférence compris entre 20 et 30 kg/cm2. Le tableau ci-dessous indique trois exemples de mélanges adaptés pour la couche 11 de la bande de roulement, avec certaines caractéristiques physiques mesurées sur le mélange vulcanisé. T A B L E A U Il Exprimé en parties en poids. Mélanges C D E Caoutchouc naturel 100 100 70 Polybutadiène 1,4 cis - Noir N 375 - 23 45 Noir N 660 35 23 - Huile minérale 2 3 10 Acide stéarique 2 2 3 T A B L E A U Il (suite fin) Oxyde de zinc 4 4 4 Antidégradant 2,5 2,5 2,5 Cyclohexylbenzylthiazyl- sulfénamide 1 1,5 1 Soufre 2,5 1,5 2 Dureté ISO 62 64 66 Module d'élasticité 100% (kg/cm) 25 26 20 Charge de rupture kg/cm2 190 220 220 Allongement à la rupture % 390 440 500 Indice de perte par hystéré- sis à 25 C (J/cm3) 0,0025 0,0040 0,0050 Indice de perte par hystéré- sis à 70 C (J/cm3) 0,0015 0,0025 0,0035. La Demanderesse a constaté que les valeurs limites des indices de perte par hystérésis qui ont été éta- blies plus haut représentent des limites critiques pour le fonctionnement d'un pneumatique, aussi bien en ce qui con- cerne l'absorption de puissance que la résistance aux forces latérales et, par conséquent, la tenue de direction du pneumatique. En effet, si les valeurs sont plus élevées, on ne peut pas obtenir des améliorations appréciables de l'absorption de puissance du pneumatique tandis que, si les valeurs sont moins élevées, on tend à obtenir une plus faible résistance à la déchirure du mélange,ce qui entraîne des risques de rupture d'autant plus élevés que le sol est plus irrégulier. D'autre part, avec les valeurs plus faibl"s, on tend également à réduire le module d'élasticité du mélange, ce qui a pour conséquence que les blocs de la bande de roule- ment présentent une plus faible résistance aux déformations imposées par les interactions avec le sol, ce qui peut en- traîner des phénomènes d'irrégularité d'usure de la band-_ de roulement et/ou d'insuffisance de tenue de direction du pneumatique, phénomènes qui apparaissent d'autant plus que la vitesse du pneumatique est grande. Toujours en se reportant à la figure 1, le pneumatique suivant l'invention possède une largeur de sec- tion L déterminée par la distance axiale maximum existant entre les deux flancs du pneumatique. En général, cette largeur maximum est mesu- rée au niveau d'une zone qui se trouve à peu près à mi- hauteur de la totalité de la section transversale du pneu- matique. Ainsi qu'on l'a décrit plus haut, Lr représente la largeur de la structure annulaire de renforcement -c'cst--à- dire la distance axiale comprise entre les extrémités latéra- les 8 placées sur la carcasse 1 au niveau des épaulements 9 de la bande de roulement 10. La distance radiale entre ces extrémités latérales 8 et le point 15 radialement le plus extérieur de la tringle 3 est représentée par la distance H (en première approximation, cette distance pourrait également être appe- lée la hauteur du flanc). Le rapport H/L du pneumatique suivant l'in- vention est inférieur à 0,60 et de préférence compris entre 0,40 et 0,60. Dans le cas du pneumatique représenté sur la figure 1 L est de 185 mm, Lr est de 130 mm, H est de 81 mm, de sorte que le rapport H/L est de 0,43. On a essayé certains pneumatiques suivant l'invention en les comparant directement à des pneumati- ques différents. Les résultats de la comparaison sont indiqués au tableau suivant. T A B L E A U III Série de pneumatiques Bande de roulement Absorption de puissance (CV) Résistance aux forces transversales (kg) I Couche unique en mélange A 0, 65 1,4 130 II Deux couches superpo- sées couche extérieu- re en mélange A, cou- 0,65 1,2 110 che intérieure en mé- lange D III Deux couches superpo- sées couche extérieu- re en mélange A, cou- 0,50 1,1 130 che intérieure en mé- lange D IV Deux couches superpo- sées couche extérieu- re en mélange A, cou- 0,45 1,1 140 che intérieure en mé- lange E J>1 m %A k% Ni L'absorption de puissance et la résistance aux forces transversales ont été mesurées sur une machine, d'un type bien connu de l'homme du métier, essentiellement constituée par une roue motrice habituellement appelée "roue route" contre laquelle le pneumatique examiné est pressé avec une charge donnée, l'axe de rotation du pneuma- tique pouvant être disposé aussi bien parallèlement à l'axe de la roue motrice qu'avec une certaine inclinaison par rapport à cet axe; la machine mesure les couples et les. 1o forces qui agissent sur l'axe de roue route et elle est équipée d'instruments pour la lecture de ces paramètres. En particulier, la mesure de l'absorption de puissance a été exécutée avec une roue route d'un dia- mètre de 1,701 mètre tournant à une vitesse périphérique de 80 km/heure, dans une température ambiante de 200C, avec le pneumatique disposé sur la roue route avec son axe pa- rallèle à celui de cette roue route, chargé à 90% de la charge maximum admissible et gonflée à la pression prescri- te par le constructeur pour cette charge donnée, la lecture de l'instrument s'effectuant alors que la température du pneumatique s'est stabilisée sur une valeur constante. La mesure de la résistance aux forces trans- versales a été exécutée dans les mêmes conditions et avec les mêmes modalités que la mesure précédente, à part une inclinaison de 2 de l'axe du pneumatique sur l'axe de la roue route; dans ce cas l'instrument fournissait la mesure de la poussée agissant sur l'axe de la roue route. Pour finir, les données du tableau III sont les valeurs moyennes obtenues à la suite de l'examen d'un large échantillonnage de pneumatiques de différents types et de différentes tailles qui sont tous caractérisés par le même coefficient H/L. Les résultats montrent que les pneumatiques de la série I présentent une forte absorption de puissance avec une résistance satisfaisante aux forces transversales. Les pneumatiques de la série II présentcei' une absorption de puissance sensiblement inférieure à celle des pneumatiques de la série I mais ils présentent une résistance aux forces transversales très inférieure et absolument insuffisante. Les pneumatiques des séries III et IV présen- tent une absorption de puissance encore plus basse que celle des pneumatiques de la série II, avec une résistance aux forces transversales de l'ordre de celle des pneumatiques de la série I. En termes de carburant consommé, les essais ont montré qu'à égalité de type de véhicule et de type de parcours (environ 100 km), les pneumatiques des séries III et IV ont montré une consommation de 8,25 1, contre 8,65 1 pour les pneumatiques de la série I et 8,38 1 pour les pneu- matiques de la série II, ce qui représente une économie de 4,6% et de 1,55% respectivement. Les raisons pour lesquelles les pneumatiques suivant l'invention ont atteint les résultats exposés plus haut sont multiples et ne sont peut être pas entièrement connus. Une explication possible réside dans le fait qu'à égalité de conditions d'utilisation, les pneumatiques qui possèdent un rapport H/L inférieur à 0,60 présentent au niveau des flancs un rayon de courbure inférieur à celui présenté par les pneumatiques possédant un rapport H/L d'une valeur différente (par exemple les pneumatiques de la série II indiqués par le tableau ci-dessus). Par conséquent, les sollicitations à la ten- sion le long des câblés radiaux, dans la région des flancs, sont plus faibles et, en même temps, les sollicitations à * la tension qui s'exercent dans la direction circonférentiol- le au niveau de la structure annulaire de renforcement sont plus grandes. Les cablés de la structure annulaire de ren- forcement acquièrent donc une plus grande rigidité et, par conséquent, une plus faible propension aux déformations sous l'effet des sollicitations extérieures, que ces der- nières soient orientées dans la direction circonférentielle du pneumatique ou qu'elles soient orientées dans la direction transversale du pneumatique; en d'autres termes, ces canbis acquièrent une plus grande résistance vis-à-vis de ces sollicitations. Cette plus grande résistance aux déformations est transmise à la couche la plus intérieure de la bande de roulement et, par conséquent, également à la couche la plus extérieure intéressée par les sculptures et rainures du dessin de la bande de roulement. Par conséquent, l'ensemble de la couronne du pneumatique (composée de la structure annulaire de renfor- cement et des-cdeux couches de la bande de roulement) est en mesure de mieux résister aux forces transversales qui agissent sur le pneumatique, en améliorant considérablement les caractéristiques de tenue de direction du pneumatique. La plus grande résistance aux déformations de la structure annulaire de renforcement implique également une surface d'empreinte du pneumatique sur le sol qui pré- sente une plus faible longueur dans la direction du mouve- ment du pneumatique (la comparaison ne vaut toujours que si les conditions d'utilisation entre les pneumatiques suivant l'invention et les pneumatiques possédant un rapport H/L supérieur à la limite revendiquée, sont égales par exemple les pneumatiques de la série II du tableau ci-dessus). Par conséquent, la distance observée entre le point de pression maximum sous l'empreinte du pneumatique dans les conditions statiques et le point de pression maxi- mum sous l'empreinte dans des conditions dynamiques est plus faible (ce dernier point étant déplacé vers l'avant, dans la direction du mouvement, par rapport au premier). De cette façon, le couple résistant du pneu- matique est plus faible, ce qui se traduit par une plus faible résistance au roulement et, par conséquent par une une plus faible absorption de puissanc. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents. REVENDICATIONS 1.- Pneumatique pour roues de véhicules com- prenant une carcasse (1) de câblés radiaux, deux flancs dont la distance mutuelle maximum dans la direction axiale déter- mine la largeur de section du pneumatique, deux talons dont chacun comprend au moins une tringle autour de laquelle les cablés de la carcasse sont retournés, une bande de roulement (10) disposée dans la zone de couronne de la carcasse, une structure annulaire de renforcement (4), circonférentielle- ment inextensible, interposée radialement entre la bande de roulement et la carcasse, cette structure annulaire possé- dant une largeur sensiblement égale à celle de la bande de roulement et ses extrémités latérales étant situées au droit des épaulements de la bande de roulement, ladite bande de roulement comprenant deux couches (5,6) composées de diffé- rents mélanges de caoutchouc et radialement superposées entre elles, ce pneumatique étant caractérisé en ce que le mélange de la couche radialement intérieure possède un indice de per- te par hystérésis non supérieur à 0,010 joules par cm3 de mélange à la température de 251C et non supérieur à 0,006 joules par cm de mélange à la température de 700C, le rap- port liant la distance radiale entre les extrémités latéra- les de la structure annulaire de renforcement et le point radialement le plus extérieur desdites tringles à la largeur de section du pneumatique étant inférieur à 0,60. 2.- Pneumatique pour roues de véhicules sui- vant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rapport est compris entre 0,40 et 0,60. 3.- Pneumatique pour roues de véhicules sui- vant la revendication 1, caractérisé en ce que le -mélange de la couche radialement intérieure possède un indice de perte par hystérésis compris entre 0,002 et 0,006 joules par cm3 de mélange à 251C et compris entre 0, 0015 et 0,004 joules par cm de mélange à 700C. 4.- Pneumatique pour roues de véhicules sui- vant la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange de la couche radialement intérieure possède une épaisseur non inférieure à 1/9 de l'épaisseur totale de la bande de rou- lement. 5.- Pneumatique pour roues de véhicules sui- vant la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange de la couche radialement intérieure possède une épaisseur com- prise entre 1/9 et 1/4 de l'épaisseur totale de la bande de roulement. 6.- Pneumatique pour roues de véhicules sui- vant la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de la couche radialement intérieure possède un module d'élasticité non inférieur à 15 kg/cm2 à 100%/0 d'allongement. 7.- Pneumatique pour roues de véhicules sui- vant la revendication 6, caractérisé en ce que le mélange de la couche radialement intérieure possède un module d'élas- ticité compris entre 20 et 30 kg/cm2 à 100%/ d'allongement.