Brevet FR2978083A1 — publié le 20130125

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne les pneumatiques radiaux pour véhicules terrestres, et plus particulièrement les pneumatiques radiaux pour véhicules de tourisme. Elle concerne tout particulièrement les pneumatiques allégés. ARRIERE-PLAN [0002] La recherche de pneumatiques dont l'utilisation permet de réduire la consommation d'énergie du véhicule prend aujourd'hui une importance croissante. Parmi les voies prometteuses explorées par les pneumaticiens, on peut citer la réduction de la résistance au roulement des pneumatiques, notamment par l'utilisation de matériaux peu hystérétiques, mais aussi la réduction de la masse des pneumatiques Il a été proposé de réduire la masse des pneumatiques en réduisant les épaisseurs de matière et les masses volumiques des renforts (utilisation de câblés textiles) ou des mélanges, ou en utilisant des renforts permettant de réduire certains volumes de mélanges internes, par exemple au niveau du bourrelet. De tels pneumatiques sont discutés, par exemple, dans le brevet US 6,082,423 et dans les documents cités dans ce document. [0003] L'allègement obtenu est généralement limité parce qu'il provoque une dégradation des rigidités structurelles du pneumatique, de sa durée de vie par rapport à l'usure, de son émission acoustique en roulage, de son endurance et de sa résistance aux agressions. [0004] Une autre voie de réduction de la masse du pneumatique consiste à réduire globalement ses dimensions. Bien entendu, une telle réduction n'est pas sans conséquence sur l'aptitude au service du pneumatique. Les normes internationales comme celles de l'ETRTO ou de la JATMA définissent, pour chaque dimension nominale, les dimensions physiques du pneumatique, comme sa hauteur de section et sa largeur de section pour un montage sur une jante de diamètre et de largeur donnés. Elles définissent en même temps une « capacité de charge » du pneumatique, c'est-à-dire, par référence à une pression de service définie, la charge statique maximale admissible à la roue du véhicule. [0005] Dans ces normes, les capacités de charge sont déduites des dimensions nominales à l'aide de relations semi empiriques. Ces relations fixent au pneumatique 2978083 -2 une flèche statique maximale (normée par les dimensions) et se fondent sur une géométrie courante des profils de section des pneumatiques de la technologie actuelle. Elles prévoient que la capacité de charge des pneumatiques décroît naturellement, lorsque, toutes choses étant égales par ailleurs, la hauteur ou la largeur de section 5 décroît. [0006] Une réduction des dimensions du pneumatique n'est bien sûr pas sans conséquence sur le service rendu, sa durée de vie sur usure et l'endurance de sa structure, pour une charge de service donnée à la roue du véhicule. [0007] En revanche, ces normes laissent au concepteur certains degrés de liberté sur 10 le dimensionnement du profil de section qu'il est possible d'exploiter dans le sens d'une réduction de la masse et de la résistance au roulement du pneumatique. Une part majeure de la masse du pneumatique et de sa résistance au roulement provient de la zone de son sommet Une réduction de la largeur du sommet, entraînera donc un gain quasi proportionnel sur la contribution du sommet à la masse et, comme l'expérience le 15 montre, un gain sur sa contribution à la résistance au roulement. RESUME DE L'INVENTION [0008] Un des objectifs de la présente invention est, pour une dimension nominale de pneumatique donnée, un montage sur une jante de montage donnée, à une pression de service donnée, de tirer le meilleur parti de la conception de la géométrie du 20 pneumatique pour l'alléger et pour réduire sa résistance au roulement, tout en maintenant ses principales performances, en particulier sa capacité de charge et sa capacité à ne pas décoincer. [0009] Cet objectif est atteint par un pneumatique ayant un axe de rotation et comportant : 25 deux bourrelets destinés à entrer en contact avec une jante de montage, chaque bourrelet comportant au moins une structure annulaire de renforcement, définissant un plan médian perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique et se situant à équidistance des structures annulaires de renforcement de chaque bourrelet, les structures annulaires de renforcement ayant, dans toute section radiale, un point 30 radialement le plus à l'intérieur ; 2978083 -3 deux flancs prolongeant les bourrelets radialement vers l'extérieur, les deux flancs s'unissant dans un sommet comprenant une armature de sommet, ayant deux extrémités axiales, surmontée d'une bande de roulement ; au moins une armature de carcasse s'étendant depuis les bourrelets à travers 5 les flancs jusqu'au sommet, l'armature de carcasse comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse orientés radialement et étant ancrée dans les deux bourrelets par un retournement autour de la structure annulaire de renforcement, dans lequel, lorsque le pneumatique est monté sur la jante de montage et gonflé à sa pression de service : 10 le pneumatique a une largeur axiale maximale SW telle que le ratio TW/SW 5 75% (et de préférence, TW/SW 5 73%), où TW désigne la distance axiale entre les deux extrémités axiales de l'armature de sommet, la largeur axiale maximale SW étant atteinte à une distance radiale X du point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement ; 15 la distance axiale RW des deux point d'intersection de la direction axiale passant par le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement avec la surface extérieure du pneumatique est telle que TW/RW 5 85% (et de préférence, TW/RW 5 83°/U) ; le pneumatique satisfait aux trois conditions : X/SH 5 50%, Y/SH > 80% et 20 Z/SH > 90%, où SH désigne la distance entre le point radialement le plus à l'extérieur du pneumatique et le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement, Y désigne la distance radiale entre (i) les points de l'armature de carcasse ayant les mêmes positions axiales que les extrémités axiales de l'armature de sommet, et (ii) le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de 25 renforcement, et Z désigne la distance radiale entre le point radialement le plus à l'extérieur de l'armature de carcasse et le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement ; la valeur absolue de l'angle a (alpha) entre la tangente à l'armature de carcasse dans les points de l'armature de carcasse ayant les mêmes positions axiales 30 que les extrémités axiales de l'armature de sommet et la direction axiale est inférieure ou égal à 22° ; et -4 en tout point de l'armature de carcasse, le rayon de courbure p est tel que R2 - R2 P = S2R E , où RS est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et le point radialement le plus à l'extérieur de l'armature de carcasse, RE est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et la position axiale où le pneumatique atteint sa largeur axiale maximale SW, et R est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et le point de l'armature de carcasse considéré. [0010] De préférence, le pneumatique ne comporte qu'une seule armature de carcasse, afin de réduire son poids. [0011] L'invention concerne également un ensemble formé par une jante de montage et un pneumatique tel que décrit ci-dessus. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0012] La figure 1 représente un pneumatique selon l'art antérieur. [0013] La figure 2 représente une vue en perspective partielle d'un pneumatique selon l'art antérieur. [0014] La figure 3 représente, en coupe radiale, la moitié d'un pneumatique selon l'invention. [0015] La figure 4 montre une partie du pneumatique de la figure 3. [0016] La figure 5 illustre les grandeurs utilisées pour décrire une armature de carcasse gonflée à l'équilibre. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES [0017] Dans l'emploi du terme « radial » il convient de distinguer plusieurs utilisations différentes du mot par la personne du métier. Premièrement, l'expression se réfère à un rayon du pneumatique. C'est dans ce sens qu'on dit d'un point P1 qu'il est « radialement intérieur » à un point P2 (ou « radialement à l'intérieur » du point P2) s'il est plus près de l'axe de rotation du pneumatique que le point P2. Inversement, un 2978083 -5 point P3 est dit « radialement extérieur à » un point P4 (ou « radialement à l'extérieur » du point P4) s'il est plus éloigné de l'axe de rotation du pneumatique que le point P4. On dira qu'on avance « radialement vers l'intérieur (ou l'extérieur) » lorsqu'on avance en direction des rayons plus petits (ou plus grands). Lorsqu'il est question de distances 5 radiales, ce sens du terme s'applique également. [0018] En revanche, un fil ou une armature est dit « radial(e) » lorsque le fil ou les éléments de renforcement de l'armature font avec la direction circonférentielle un angle supérieur ou égal à 80° et inférieur ou égal à 90°. Précisions que dans le présent document, le terme « fil » doit être entendu dans un sens tout à fait général et 10 comprend les fils se présentant sous la forme de monofilaments, de multifilaments, d'un câble, d'un retors ou d'un assemblage équivalent, et ceci, quelle que soit la matière constituant le fil ou le traitement de surface pour favoriser sa liaison avec le caoutchouc. [0019] Enfin, par « coupe radiale » ou « section radiale » on entend ici une coupe ou 15 une section selon un plan qui contient l'axe de rotation du pneumatique. [0020] Une direction « axiale » est une direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique. Un point P5 est dit « axialement intérieur » à un point P6 (ou « axialement à l'intérieur » du point P6) s'il est plus près du plan médian du pneumatique que le point P6. Inversement, un point P7 est dit « axialement extérieur 20 à » un point P8 (ou « axialement à l'extérieur » du point P8) s'il est plus éloigné du plan médian du pneumatique que le point P8. Le « plan médian » du pneumatique est le plan qui est perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique et qui se situe à équidistance des structures annulaires de renforcement de chaque bourrelet. Lorsqu'il est dit que le plan médian sépare, dans toute section radiale, le pneumatique en deux 25 « moitiés » de pneumatique, cela ne veut pas dire que le plan médian constitue nécessairement un plan de symétrie du pneumatique. L'expression « moitié de pneumatique » a ici une signification plus large et désigne une portion du pneumatique ayant une largeur axiale proche de la moitié de la largeur axiale du pneumatique. [0021] Une direction « circonférentielle » est une direction qui est perpendiculaire à la fois à un rayon du pneumatique et à la direction axiale. [0022] Deux éléments de renforcement sont dits « parallèles » dans ce document lorsque l'angle formé entre les deux éléments est inférieur ou égal à 20°. 2978083 -6 [0023] Dans le cadre de ce document, l'expression « composition caoutchouteuse » désigne une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge. [0024] La « surface extérieure » du pneumatique désigne ici la surface du 5 pneumatique destinée à être en contact avec l'atmosphère (ou avec la jante de montage), par opposition à sa surface intérieure, destinée à être en contact avec le gaz de gonflage. [0025] La figure 1 représente schématiquement un pneumatique 10 selon l'art antérieur. Le pneumatique 10 comporte un sommet comprenant une armature de 10 sommet (invisible à la figure 1) surmontée d'une bande de roulement 40, deux flancs 30 prolongeant le sommet radialement vers l'intérieur, ainsi que deux bourrelets 20 radialement intérieurs aux flancs 30. [0026] La figure 2 représente schématiquement une vue en perspective partielle d'un pneumatique 10 selon l'art antérieur et illustre les différentes composantes du 15 pneumatique. Le pneumatique 10 comprend une armature de carcasse 60 constituée de fils 61 enrobés de composition caoutchouteuse, et deux bourrelets 20 comportant chacun des structures annulaires de renforcement 70 qui maintiennent le pneumatique 10 sur la jante (non représentée). L'armature de carcasse 60 est ancrée dans chacun des bourrelets 20. Le pneumatique 10 comporte en outre une armature de 20 sommet comprenant deux nappes 80 et 90. Chacune des nappes 80 et 90 est renforcée par des éléments de renforcement 81 et 91 filaires qui sont parallèles dans chaque couche et croisés d'une couche à l'autre, en faisant avec la direction circonférentielle des angles compris entre 10° et 70°. Le pneumatique comporte encore une armature de frettage 100, disposée radialement à l'extérieur de l'armature de 25 sommet, cette armature de frettage étant formée d'éléments de renforcement 101 orientés circonférentiellement et enroulés en spirale. Une bande de roulement 40 est posée sur l'armature de frettage ; c'est cette bande de roulement 40 qui assure le contact du pneumatique 10 avec la route. Le pneumatique 10 représenté est un pneu « tubeless » : il comprend une « gomme intérieure » 50 en composition caoutchouteuse 30 à base de butyle, imperméable au gaz de gonflage, recouvrant la surface intérieure du pneumatique. [0027] La figure 3 représente, en coupe radiale, la moitié d'un pneumatique selon l'invention. Ce pneumatique a un axe de rotation (non représenté) et comporte deux bourrelets 20 destinés à entrer en contact avec une jante de montage 5. Chaque 2978083 -7 bourrelet comportant une structure annulaire de renforcement, en l'occurrence une tringle 70. En l'occurrence, les deux tringles 70 ont le même diamètre et il y a deux points 71 correspondant au point radialement le plus à l'intérieur des tringles 70. [0028] Le pneumatique 10 comporte deux flancs 30 prolongeant les bourrelets 5 radialement vers l'extérieur, les deux flancs 30 s'unissant dans un sommet comprenant une armature de sommet formé par les nappes 80 et 90. L'armature de sommet a deux extrémités axiales 189 et 289. En l'occurrence, ces extrémités coïncident avec les extrémités axiales de la nappe 80 radialement intérieure, mais il ne s'agit pas d'une caractéristique essentielle de l'invention : il est parfaitement possible de prévoir une 10 nappe 90 radialement extérieure qui déborde axialement sur la nappe intérieure, sur un seul côté du plan médian 130, ou de part et d'autre de ce plan, sans sortir du cadre de l'invention. L'armature de sommet est surmontée d'une bande de roulement 40. En principe, il serait possible de prévoir également une armature de frettage, comme l'armature de frettage 100 du pneumatique représenté à la figure 2, mais en 15 l'occurrence, on a cherché à minimiser le poids du pneumatique en ne prévoyant pas d'armature de frettage. [0029] Le pneumatique 10 comporte une seule armature de carcasse 60 radiale s'étendant depuis les bourrelets 20 à travers les flancs 30 jusqu'au sommet, l'armature de carcasse 60 comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse. Elle 20 est ancrée dans les deux bourrelets 30 par un retournement autour de la tringle 70. [0030] Lorsque le pneumatique 10 est monté sur la jante de montage 5 et gonflé à sa pression de service, il satisfait à plusieurs critères. [0031] Premièrement, il a une largeur axiale maximale SW telle que le ratio TW/SW 5 75%, où TW désigne la largeur axiale de l'armature de sommet, c'est-à-dire 25 la distance axiale entre les deux extrémités axiales 189 et 289 de l'armature de sommet. En l'occurrence, TW/SW = 73%. La largeur axiale maximale SW est atteinte à une distance radiale X du point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement. Précisions que dans la détermination de la largeur SW, on ne tient pas compte d'excroissances tel que le cordon de protection 140. Précisons 30 encore que lorsque l'armature de carcasse a une épaisseur axiale significative, il convient de mesurer la largeur axiale maximale S au niveau de la fibre neutre des éléments de renforcement 61 la constituant 2978083 -8 [0032] Deuxièmement, la distance axiale RW des deux point d'intersection 201 et 202 de la direction axiale Al passant par le(s) point(s) 71 radialement le plus à l'intérieur des tringles 70 avec la surface extérieure du pneumatique est telle que TW/RW 5 85%. En l'occurrence, TW/RW = 83%. 5 [0033] Troisièmement, X/SH 5 50% (et de préférence, X/SH 5 45%), où SH désigne la distance entre le point 41 radialement le plus à l'extérieur du pneumatique 10 et le point 71 radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement 70. En l'occurrence, X/SH = 50%. [0034] Quatrièmement, Y/SH > 80%, où Y désigne la distance radiale entre (i) les 10 points 160 et 260 de l'armature de carcasse 60 ayant les mêmes positions axiales que les extrémités axiales 189 et 289 de l'armature de sommet, et (ii) le point 71 radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement 70, SH étant défini comme ci-dessus. En l'occurrence, Y/SH = 80%. [0035] Cinquièmement, Z/SH > 90%, où Z désigne la distance radiale entre le 15 point 360 radialement le plus à l'extérieur de l'armature de carcasse 60 et le point 71 radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement 70, SH étant défini comme ci-dessus. En l'occurrence, Z/SH = 90%. [0036] Sixièmement, la valeur absolue de l'angle a (alpha) - indiqué à la figure 4 - entre la tangente T à l'armature de carcasse 60 dans les points 160 et 260 de 20 l'armature de carcasse 60 ayant les mêmes positions axiales que les extrémités axiales 189 et 289 de l'armature de sommet et la direction axiale, est inférieure ou égal à 22° . [0037] Enfin, en tout point de l'armature de carcasse 60, le rayon de courbure p est tel que R2 - R2 P = S2R E , 25 où RS est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et le point 360 radialement le plus à l'extérieur de l'armature de carcasse 60, RE est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et la position axiale où le pneumatique atteint sa largeur axiale maximale SW, et R est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et le point de l'armature de carcasse considéré. Ces valeurs sont 30 indiquées à la figure 5, ainsi que le rayon de courbure p pour un position radiale R0. La référence 2 y indique l'axe de rotation du pneumatique 10. 2978083 -9 [0038] Comme cela est bien connu de la personne du métier, ce dernier critère correspond à la condition d'équilibre pour une armature de carcasse radiale gonflée. Il sert notamment à distinguer l'invention d'antériorités fortuites représentant des pneumatiques non gonflés pour lesquels certains des critères énumérés ci-dessus 5 seraient remplis à l'état dégonflé, mais ne le seraient plus si le pneu était gonflé et l'armature de carcasse considérée à l'état d'équilibre. Un exemple en est la figure 1 du document WO 1999/022952 qui représente un pneumatique qui n'est manifestement pas à l'équilibre, comme le montre le pli dans l'armature de carcasse près des extrémités de l'armature de sommet. 10 [0039] Un pneumatique selon l'invention, de dimension 205/55 R 16, a été comparé à un pneumatique de référence Michelin Energy Saver de même dimension. Le tableau suivant donne les paramètres géométriques essentiels : Pneumatique Pneumatique de référence selon l'invention TW/RW 1.07 0.83 TW/SW 0.82 0.73 X/S H 0.53 0.50 Y/S H 0.89 0.90 Z/S H 0.82 0.90 a (alpha) 22 22 Tableau 1 [0040] Le pneumatique selon l'invention est plus léger de 1,8 kg (6,2 kg au lieu 15 de 8.0 kg) que le pneumatique de référence mais sa résistance au roulement à 90 km/h est plus faible de 1,96 kg/T et ses principales performances sont équivalentes, en particulier sa capacité de charge correspondant à indice 91(603 Dan) et sa capacité à ne pas décoincer. REVENDICATIONS1. Pneumatique ayant un axe de rotation et comportant : deux bourrelets (20) destinés à entrer en contact avec une jante de montage (5), chaque bourrelet comportant au moins une structure annulaire de renforcement (70), définissant un plan médian perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique et se situant à équidistance des structures annulaires de renforcement de chaque bourrelet, les structures annulaires de renforcement ayant, dans toute section radiale, un point (71) radialement le plus à l'intérieur ; deux flancs (30) prolongeant les bourrelets radialement vers l'extérieur, les deux flancs s'unissant dans un sommet comprenant une armature de sommet (80, 90), ayant deux extrémités axiales, surmontée d'une bande de roulement (40) ; au moins une armature de carcasse (60) s'étendant depuis les bourrelets à travers les flancs jusqu'au sommet, l'armature de carcasse comportant une pluralité d'éléments de renforcement de carcasse orientés radialement et étant ancrée dans les deux bourrelets par un retournement autour de la structure annulaire de renforcement, dans lequel, lorsque le pneumatique est monté sur la jante de montage et gonflé à sa pression de service : le pneumatique a une largeur axiale maximale SW telle que le ratio TW/SW 5 75%, où TW désigne la distance axiale entre les deux extrémités axiales (189, 289) de l'armature de sommet, la largeur axiale maximale SW étant atteinte à une distance radiale X du point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement ; la distance axiale RW des deux point d'intersection de la direction axiale passant par le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement avec la surface extérieure du pneumatique est telle que TW/RW 5 85% ; le pneumatique satisfait aux trois conditions : X/SH 5 500/0, Y/SH > 80% et 30 Z/SH > 90%, où SH désigne la distance entre le point radialement le plus à l'extérieur du pneumatique et le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement, Y désigne la distance radiale entre (i) les 25 2978083 points de l'armature de carcasse ayant les mêmes positions axiales que les extrémités axiales de l'armature de sommet, et (ii) le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement, et Z désigne la distance radiale entre le point radialement le plus à l'extérieur de l'armature de carcasse et 5 le point radialement le plus à l'intérieur des structures annulaires de renforcement ; la valeur absolue de l'angle a (alpha) entre la tangente à l'armature de carcasse dans les points de l'armature de carcasse ayant les mêmes positions axiales que les extrémités axiales de l'armature de sommet et la direction axiale est inférieure ou égal à 22° ; et 10 en tout point de l'armature de carcasse, le rayon de courbure p est tel que R2 - R2 P = S2R E , où RS est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et le point (360) radialement le plus à l'extérieur de l'armature de carcasse, RE est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et la position axiale où le 15 pneumatique atteint sa largeur axiale maximale SW, et R est la distance radiale entre l'axe de rotation du pneumatique et le point de l'armature de carcasse considéré. 2. Pneumatique selon la revendication 1, dans lequel le ratio TW/SW est inférieur ou 20 égal à 73%. 3. Pneumatique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le ratio TW/RW est inférieur ou égal à 83%. 4. Ensemble formé par une jante de montage (5) et un pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.