Brevet FR3057207A1 — publié le 20180413

ARMATURES DE CARCASSE ET DE SOMMET DE PNEUMATIQUE POUR MOTO [0001] L'invention concerne un pneumatique destiné à équiper un véhicule motorisé à deux roues de type moto. [0002] Bien que non limitée à une telle application, l'invention sera décrite plus particulièrement en référence à un pneumatique destiné à être monté à l'arrière ou à l'avant d'une moto de type Cruiser. Par rapport à une moto routière ou sportive, une moto de type Cruiser se caractérise par une vitesse maximale plus basse, typiquement au plus égale à 180 km/h, par une masse à vide plus élevée, en raison de la présence d'un moteur de grosse cylindrée et d'un carénage en chrome ou en métal, et par une masse en usage plus élevée, en raison de la charge transportée dans des sacoches ou de la présence d'un passager transporté à l'arrière de la moto. [0003] Bien que les vitesses soient relativement modérées, la stabilité à haute vitesse, c'est-à-dire à la vitesse maximale de la moto, est une première contrainte importante pour la conception de pneumatiques pour moto. Cette stabilité doit être optimisée à la fois en ligne droite, c'est-à-dire à angle de carrossage nul, et en virage, par exemple pour un angle de carrossage de 20°, l'angle maximal de carrossage pour une moto de type Cruiser pouvant atteindre 30°. Par définition, l'angle de carrossage est l'angle que forme le plan moyen de la moto, c'est-à-dire le plan de symétrie de la moto contenant le centre de gravité de la moto, avec le plan perpendiculaire à la route et tangent à la trajectoire. [0004] Une autre contrainte importante lors de la conception de pneumatique pour moto est l'existence de l'effet « shimmy » qui est un phénomène de stabilité à plus basse vitesse, entre 50 et 80km/h, et qui se traduit par un effet de guidonnage de la moto. La désensibilisation de ce phénomène est importante pour le pneumatique avant de la moto. [0005] Les trois critères qui permettent d'améliorer la stabilité en ligne droite sont la rigidité latérale, la rigidité de dérive sur le pneumatique avant et sur le pneumatique arrière. 3057207 2 [0006] Dans ce qui suit, et par convention, les directions circonférentielle, axiale et radiale désignent respectivement une direction tangente à la surface de roulement du pneumatique selon le sens de rotation du pneumatique, une direction parallèle à l'axe de rotation du pneumatique et une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du 5 pneumatique. Par «radialement intérieur, respectivement radialement extérieur», on entend «plus proche, respectivement plus éloigné de l'axe de rotation du pneumatique». 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 surface de roulement du 10 pneumatique et perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique. Les angles, par rapport à la direction circonférentielle, mentionnés dans ce qui suit, ne sont pas orientés et sont indiqués en valeur absolue. [0007] Un pneumatique comprend classiquement une bande de roulement, destinée à venir en contact avec le sol par l'intermédiaire d'une surface de roulement, et reliée par 15 l'intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets, ces bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est monté. [0008] En outre, un pneumatique comprend une armature de renforcement, comprenant au moins une armature de carcasse radialement intérieure à la bande de roulement. 20 [0009] L'armature de carcasse d'un pneumatique pour moto de type Cruiser est généralement constituée d'au moins deux couches de carcasse. Une couche de carcasse est constituée de renforts le plus souvent en matériau textile, par exemple en nylon ou en polyester, et enrobés dans un matériau polymérique de type élastomère appelé mélange caoutchouteux. Les renforts d'une couche de carcasse sont parallèles entre eux et 25 forment, avec la direction circonférentielle, un angle au plus égal à 65° en tout point de la couche de carcasse et, en particulier, en tout point d'une portion équatoriale de la couche de carcasse, symétrique par rapport au plan équatorial. Les renforts de deux couches de carcasse consécutives, c'est-à-dire en contact l'une avec l'autre, sont croisés d'une couche à la suivante, c'est-à-dire forment, avec la direction circonférentielle, des 3057207 3 angles de signe opposé et, le plus souvent mais pas nécessairement, de même valeur absolue. Une armature de carcasse, constituée de couches de carcasse dont les renforts sont croisés d'une couche à la suivante en formant avec la direction circonférentielle un angle au plus égal à 65°, est dite non radiale ou de type « bias ». L'architecture d'un tel 5 pneumatique est alors dite de type « bias ». [0010] Par ailleurs, une couche de carcasse peut être retournée ou non retournée. [0011] Une couche de carcasse est dite retournée, lorsqu'elle comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s'enroule, dans chaque bourrelet, de l'intérieur vers l'extérieur du pneumatique autour d'un renfort circonférentiel appelé 10 tringle, pour former un retournement ayant une extrémité libre. La tringle est un renfort circonférentiel, le plus souvent métallique et enrobé dans un matériau généralement élastomérique ou textile. Dans le cas d'une couche de carcasse retournée, le retournement, dans chaque bourrelet, permet l'ancrage de la couche de carcasse retournée à la tringle. La portion de tringle en contact avec la couche de carcasse 15 retournée contribue, en particulier au gonflage, à la reprise par couplage des efforts de tension dans la couche de carcasse retournée. [0012] Une couche de carcasse est dite non retournée, lorsqu'elle est constituée uniquement d'une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux, sans s'enrouler autour d'une tringle. Typiquement une couche de carcasse retournée a, dans chaque 20 bourrelet, une extrémité libre radialement extérieure au point le plus radialement intérieur de la tringle et positionnée à une distance radiale au plus égale à 0.25 fois la hauteur de section théorique du pneumatique telle que définie par les normes de l'ETRTO. Chacune des deux portions d'extrémités de ladite couche de carcasse non retournée peut être couplée soit avec le retournement d'au moins une couche de carcasse retournée, soit 25 avec la partie principale d'au moins une couche de carcasse retournée. Par couplage, on entend une zone de recouvrement entre la couche de carcasse non retournée et une couche de carcasse retournée, permettant une reprise des efforts de tension par cisaillement. 3057207 4 [0013] En outre, l'armature de renforcement d'un pneumatique pour moto de type Cruiser comprend le plus souvent, en plus d'une armature de carcasse de type « bias », une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement et radialement extérieure à l'armature de carcasse. L'architecture d'un tel pneumatique est alors dite de 5 type « bias belted ». Ce type d'architecture est plutôt privilégié du fait des contraintes de charges. [0014] L'armature de sommet d'un pneumatique pour moto de type Cruiser comprend généralement au moins une couche de sommet, constituée de renforts le plus souvent en matériau textile, par exemple en aramide, en nylon ou en polyester, ou en 10 fibre de verre, ou éventuellement en métal, et enrobés dans un mélange caoutchouteux. Les renforts d'une couche de sommet sont parallèles entre eux et forment, avec la direction circonférentielle, un angle au plus égal à 30° en tout point de la couche de sommet et, en particulier, en tout point d'une portion équatoriale de la couche de sommet, symétrique par rapport au plan équatorial et de largeur axiale au plus égale à 15 0.45 fois la distance axiale entre les deux extrémités axiales de la surface de roulement. Les renforts de deux couches de sommet consécutives, c'est-à-dire en contact l'une avec l'autre, sont le plus souvent croisés d'une couche à la suivante, c'est-à-dire forment, avec la direction circonférentielle, des angles de signe opposé et, le plus souvent mais pas nécessairement, de même valeur absolue. 20 [0015] Un procédé usuel de fabrication d'un pneumatique de type « bias belted» comprend une première étape d'assemblage au cours de laquelle est réalisée la pose de l'armature de carcasse et de l'armature de sommet sur une forme cylindrique de diamètre sensiblement égal à celui des tringles du pneumatique, pour former l'armature de renforcement. La deuxième étape de cuisson commence par la conformation de 25 l'armature de renforcement précédemment obtenue, faisant passer celle-ci d'une forme cylindrique à une forme toroïdale. Du fait de cette conformation, l'angle formé par les renforts d'une couche de carcasse, avec la direction circonférentielle, varie le long de la couche de carcasse entre chaque tringle et le plan équatorial : par exemple entre 55° au niveau de chaque tringle et 30° dans le plan équatorial. De même, l'angle formé par les 3057207 5 renforts d'une couche de sommet, avec la direction circonférentielle, varie le long de la couche de sommet entre les extrémités axiales et le milieu de la couche de sommet. [0016] En ce qui concerne la bande de roulement radialement extérieure à l'armature de sommet, le matériau constitutif est un mélange caoutchouteux. Un mélange 5 caoutchouteux est caractérisé mécaniquement, après cuisson, par des caractéristiques de contrainte-déformation en traction, déterminées par des essais de traction. Ces essais de traction sont réalisés sur une éprouvette, selon une méthode connue, par exemple conformément à la norme internationale ISO 37, et dans les conditions normales de température (23°C + ou - 2°C) et d'hygrométrie (50% + ou -5% d'humidité relative), 10 définies par la norme internationale ISO 471. On appelle module d'élasticité à 10% d'allongement d'un mélange caoutchouteux, exprimé en méga pascals (MPa), la contrainte de traction mesurée pour un allongement de 10% de l'éprouvette. Un module d'élasticité à 10% d'allongement d'un mélange caoutchouteux est classiquement déterminé à 23°C, mais peut également l'être à d'autres températures, telles que par 15 exemple à 100°C, pour prendre en compte l'évolution de ce module en fonction de la température. A titre d'exemple, le module d'élasticité à 10% d'allongement d'un mélange caoutchouteux pour la bande de roulement d'un pneumatique pour moto de type Cruiser est environ égal à 5 MPa à 23°C et à 3.8 MPa à 100°C. [0017] Le document JP 4365601 décrit un pneumatique pour moto de type « bias 20 belted », dont la stabilité en ligne droite et en courbe est améliorée. L'armature de carcasse comprend deux ou trois couches de carcasses retournées dont les renforts en textile forment avec l'équateur du pneumatique, c'est-à-dire la direction circonférentielle, un angle compris entre 40° et 70°. L'armature de sommet comprend deux ou trois couches de sommet dont les renforts en textile forment avec l'équateur du pneumatique, 25 c'est-à-dire la direction circonférentielle, un angle compris entre 11° et 25°. [0018] En outre, du fait de l'existence des contraintes liées à la charge, le pneumatique radial ne s'est pas développé sur cette catégorie de pneumatique. [0019] Il existe le besoin de disposer d'un pneumatique de type « bias belted» pour moto, permettant de garantir, d'une part, une stabilité satisfaisante de la moto aussi bien 3057207 6 dans une trajectoire en ligne droite à haute vitesse (environ 200km/h) et à angle de carrossage nul que dans une trajectoire en courbe à fort angle de carrossage pouvant atteindre 30° pour le pneumatique avant et pour le pneumatique arrière, et d'autre part, une forte atténuation de l'effet de guidonnage du pneumatique avant de la moto à faible 5 vitesse (environ 50km/h). [0020] Ce but a été atteint, selon l'invention, par un pneumatique pour véhicule motorisé à deux roues de type moto comprenant : - une bande de roulement reliée par deux flancs à deux bourrelets, -une armature de sommet radialement intérieure à la bande de roulement et comprenant 10 au moins une couche de sommet, -une couche de sommet comprenant des renforts parallèles entre eux formant, avec la direction circonférentielle (XX') du pneumatique, un angle au plus égal à 30° dans le plan équatorial (XZ) et enrobés dans un mélange caoutchouteux, -une armature de carcasse radialement intérieure à l'armature de sommet et comprenant 15 au moins deux couches de carcasse, lesdites couches comprenant des renforts enrobés de mélange caoutchouteux, -chaque couche de carcasse comprenant des renforts sensiblement parallèles entre eux formant, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle au plus égal à 65° dans le plan équatorial (XZ), et croisés d'une couche de carcasse à la suivante, 20 les renforts de chaque couche de sommet formant, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 25° dans le plan équatorial (XZ), les renforts de chaque couche de carcasse formant, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle au moins égal à 40° et au plus égal à 50° dans le plan équatorial (XZ). [0021] L'invention se caractérise en ce que les renforts de la couche de carcasse ont 25 une force d'élongation, pour un taux allongement compris entre 5 et 20%, égale à au moins 1.2 fois celle des renforts de la couche de sommet. [0022] L'expression « mélange caoutchouteux » désigne une composition de caoutchouc comportant au moins un élastomère et une charge. 3057207 7 [0023] De préférence, le mélange caoutchouteux de la couche de carcasse présente une rigidité, à 10% d'allongement, comprise entre 9 et 15MPa, et à 100% d'allongement, une rigidité comprise entre 4 et 7MPa, et égale à au moins 1.5 fois la rigidité du mélange de la couche de sommet. 5 [0024] De préférence, les renforts de la couche de carcasse présentent une force rupture au moins 1.2 fois supérieure ou égale à 20% à celle des renforts de la couche de sommet. [0025] De préférence, les renforts de la couche de sommet sont en textile, de préférence en polyester. 10 [0026] D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortiront ci- après de la description de l'invention en référence à la figure unique qui représente : une coupe méridienne d'un pneumatique selon l'invention. [0027] La figure n'est pas représentée à l'échelle pour en simplifier la compréhension. 15 [0028] La figure unique représente une demi-coupe méridienne d'un pneumatique 1 pour véhicule motorisé à deux roues de type moto selon l'invention, réalisée dans un plan méridien (YZ) passant par l'axe de rotation du pneumatique de direction axiale (YY'), le pneumatique 1 étant symétrique par rapport au plan équatorial (XZ) passant par le milieu de la bande de roulement 2 et perpendiculaire à l'axe de rotation du pneumatique. Sur 20 cette demi-coupe méridienne, la bande de roulement 2 est reliée par le flanc 3 au bourrelet 4. L'armature de sommet 5 radialement intérieure à la bande de roulement 2 comprend deux couches de sommet (51, 52) ayant des extrémités axiales (F1, F2). Les renforts de chaque couche de sommet (51, 52) forment, avec la direction circonférentielle ()OC), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 25° dans le plan 25 équatorial (XZ). L'armature de carcasse 6 radialement intérieure à l'armature de sommet 5 comprend deux couches de carcasse (61, 62) retournées qui s'enroulent autour de'la tringle 7, pour former des retournements (81,82) ayant chacun une extrémité libre (E,,E2). Les renforts de chaque couche de carcasse (61, 62) forment, avec la direction 3057207 8 circonférentielle (XX'), un angle au moins égal à 40° et au plus égal à 50° dans le plan équatorial (XZ). [0029] L'invention a été plus particulièrement étudiée pour un pneumatique avant de moto de dimension 130/80B17. Un pneumatique de référence a été comparé à un 5 pneumatique selon l'invention. [0030] Le pneumatique de référence comprend une armature de carcasse à une couche de carcasses retournée dont les renforts en polyester forment, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 28° dans le plan équatorial. L'armature de sommet du pneumatique de référence comprend deux couches de sommet dont les renforts en 10 aramide forment, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 28° dans le plan équatorial. [0031] Le pneumatique selon l'invention comprend une armature de carcasse à une couche de carcasses retournée dont les renforts en polyester et forment, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 45° dans le plan équatorial. L'armature de sommet du 15 pneumatique selon l'invention comprend, par ailleurs, deux couches de sommet dont les renforts en polyester forment, avec la direction circonférentielle, un angle égal à 22°, constant sur la largeur axiale de la couche de sommet. [0032] Le pneumatique selon l'invention comprend une armature de carcasse comprenant un fil en polyester à 220/2 98 fils/dm et une couche de sommet un fil en 20 polyester à 144/2 116 fils/dm. [0033] Les résultats de la force du renfort de l'armature de carcasse et de la couche de sommet en fonction de l'intensité de l'allongement appliqué, pour le pneumatique selon la référence et selon l'invention sont rassemblés dans les tableaux I et II respectivement. 25 3057207 9 Allongement en % Force du tissu dans Force du tissu dans la armature de carcasse en couche de sommet en daN/cm daN/cm 5 48 99 10 55 160 20 149 352 Tableau I Allongement en % Force du tissu dans Force du tissu dans la armature de carcasse en couche de sommet en daN/cm daN/cm 5 52 49 10 124 98 20 249 180 Tableau II [0034] Dans cette conception de référence, la rigidité latérale du pneumatique est 5 égale à 16 daN/mm, alors que la rigidité de dérive est égale à 47daN/°. [0035] Dans cette conception selon l'invention, la rigidité latérale du pneumatique est égale à 19 daN/mm, soit + 3 daN/ mm par rapport à la référence, alors que la rigidité de dérive est égale à 40 daN/°, soit 7 daN/ ° par rapport à la référence. Par ailleurs, le pneumatique selon l'invention permet d'améliorer la stabilité de la moto à haute vitesse 10 et de réduire l'impact de l'effet « shimmy ». [0036] Le tableau III ci-après rassemble les valeurs comparatives de rigidité de mélange caoutchouteux du pneumatique selon la référence et du pneumatique selon l'invention. Les mélanges caoutchouteux tels qu'utilisés habituellement dans les pneumatiques, rigidités estimées par leurs modules sécants dits "nominaux" à 10% 3057207 10 d'allongement selon la norme NF ISO 37 de décembre 2005. Un mélange caoutchouteux est caractérisé mécaniquement, après cuisson, par des caractéristiques de contrainte-déformation en traction, déterminées par des essais de traction. Ces essais de traction sont réalisés sur une éprouvette, selon une méthode connue, par exemple conformément 5 à la norme internationale ISO 37, et dans les conditions normales de température (23°C + ou - 2°C) et d'hygrométrie (50% + ou -5% d'humidité relative), définies par la norme internationale ISO 471. On appelle module d'élasticité à 10% d'allongement d'un mélange caoutchouteux, exprimé en méga pascals (MPa), la contrainte de traction mesurée pour un allongement de 10% de l'éprouvette. Un module d'élasticité à 10% 10 d'allongement d'un mélange caoutchouteux est classiquement déterminé à 23°C, mais peut également l'être à d'autres températures, telles que par exemple à 100°C, pour prendre en compte l'évolution de ce module en fonction de la température. Armature de carcasse Couche de sommet Rigidité à 10% d'allongement Entre 5 et 7 Entre 9 et 15 Rigidité à 100% d'allongement Entre 2 et 4 Entre 5 et 7 Tableau III 15 [0037] Le doublement de la rigidité par deux selon l'invention permet d'augmenter la rigidité latérale et d'améliorer la stabilité à haute vitesse tout en réduisant l'effet de guidonnage encore appelé « shimmy ». [0038] Mesure de stabilité de la moto à vitesse élevée [0039] Cela consiste à mesurer le mouvement du train arrière d'une moto à l'aide de 20 capteurs disposés sur la moto à une vitesse de roulage d'environ 160km/h correspondant à la vitesse maximale de la moto. [0040] On dispose un pneumatique selon l'invention à l'avant uniquement de la moto, puis un pneumatique de l'état de l'art avec une seule couche de carcasse, et on compare le résultat obtenu avec chaque type de pneumatique. 3057207 11 [0041] Avec un pneumatique avant selon l'invention, on obtient un signal dont l'amplitude est comprise entre 3 et 4m/s2 et la fréquence est de 2.8Hz pour la même vitesse. [0042] Avec un pneumatique avant de l'état de l'art, on obtient un signal dont 5 l'amplitude est comprise entre 6 et 7m/s2 et la fréquence est de 2.8Hz pour la même vitesse. [0043] On peut conclure que le mouvement latéral est près de deux fois moins important avec un pneumatique avant selon l'invention. La stabilité de la moto est significativement améliorée. 10 REVENDICATIONS1- Pneumatique (1) pour véhicule motorisé à deux roues de type moto comprenant : -une bande de roulement (2) reliée par deux flancs (3) à deux bourrelets (4), -une armature de sommet (5) radialement intérieure à la bande de roulement (2) et comprenant au moins une couche de sommet (51, 52), -une couche de sommet (51, 52) comprenant des renforts parallèles entre eux formant, avec la direction circonférentielle (XX') du pneumatique, un angle au plus égal à 30° dans le plan équatorial (XZ) et enrobés dans une mélange caoutchouteux, -une armature de carcasse (6) radialement intérieure à l'armature de sommet (5) et comprenant au moins deux couches de carcasse (61, 62), lesdites couches comprenant des renforts enrobés de mélange caoutchouteux, -chaque couche de carcasse (61, 62) comprenant des renforts sensiblement parallèles entre eux formant, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle au plus égal à 65° dans le plan équatorial (XZ), et croisés d'une couche de carcasse à la suivante, les renforts de chaque couche de sommet (51, 52) formant, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 25° dans le plan équatorial (XZ), les renforts de chaque couche de carcasse (61, 62) formant, avec la direction circonférentielle (XX'), un angle au moins égal à 40° et au plus égal à 50° dans le plan équatorial (XZ), caractérisé en ce que les renforts de la couche de carcasse ont une force d'élongation, pour un taux allongement compris entre 5 et 20%, égale à au moins 1.2 fois celle des renforts de la couche de sommet. 2 - Pneumatique (1) selon la revendication 1, dans lequel les renforts de la couche de carcasse présentent une force rupture au moins 1.2 fois supérieure ou égale à 20% à celle des renforts de la couche de sommet. 3 - Pneumatique (1) selon la revendication 1, dans lequel le mélange caoutchouteux de la couche de carcasse présente une rigidité, à 10% d'allongement, comprise entre 9 et 15MPa et à 100% d'allongement, une rigidité comprise entre 4 et 7 MPa et égale à au moins 1.5 fois la rigidité du mélange de la couche de sommet. 3057207 13 4 - Pneumatique (1) selon la revendication 1, dans lequel les renforts de la couche de sommet (51, 52) sont en textile, de préférence en polyester. 5 - Pneumatique (1) selon la revendication 1, dans lequel les renforts de couche de carcasse (61, 62) sont en en textile, de préférence en polyester. 5