ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
PNEUMATIC TIRE

Настоящее изобретение относится к пневматической шине, более конкретно к геометрическому расположению волнистой продольной канавки и поперечных канавок, предусмотренных в протекторе.
Обычно пневматическая шина снабжена на протекторе продольными канавками и поперечными канавками для улучшения характеристики сцепления шины с мокрым дорожным покрытием. Во многих случаях поперечные канавки, разработанные для пневматической шины, предназначенной для движения с большими скоростями, наклонены в одном продольном направлении, образуя однонаправленный рисунок протектора, для содействия удалению воды с поверхности контакта с грунтом. Более того, чтобы сгладить поток воды, идущий от продольной(ых) канавки(ок), расположенной(ых) в центральной части протектора, к наклонным поперечным канавкам, поперечные канавки соединены с продольной канавкой под относительно небольшим углом пересечения. Таким образом, элементы протектора, такие как блоки, сформированные между поперечными канавками и продольными канавками, содержат остроугольные края. Остроугольные края очень подвержены деформациям в ходе движения вследствие относительно низкой жесткости. В результате этого возникают проблемы неравномерного износа протектора, начинающегося с остроугольных краев, и снижения коэффициента сопротивления шины боковому уводу, что приводит к ухудшению стабильности вождения.
Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение пневматической шины, в которой реальная жесткость и кажущаяся жесткость остроугольных краев, сформированных между поперечными канавками и продольной канавкой, повышены, а деформация и перемещение остроугольных краев в ходе движения автомобиля могут быть снижены, и тем самым стабильность вождения может быть улучшена, без ухудшения отвода воды или протекания воды от продольной канавки к поперечным канавкам.
В соответствии с настоящим изобретением пневматическая шина включает протектор, снабженный волнистой продольной канавкой и поперечными канавками, соединенными с волнистой продольной канавкой таким образом, что в месте соединения каждой поперечной канавки с волнистой продольной канавкой образован остроугольный край (6) между поперечной канавкой и волнистой продольной канавкой, где в вышеуказанном месте соединения каждой поперечной канавки поперечная канавка имеет верхнюю боковую кромку (4r), пересекающуюся с соединительной боковой кромкой (7а) волнистой продольной канавки в первой точке (Р1) пересечения, и нижнюю боковую кромку (4f), пересекающуюся с соединительной боковой кромкой (7а) в третьей точке (Р3) пересечения, и вышеуказанная первая точка (Р1) пересечения расположена между второй точкой (Р2) пересечения и точкой (RL0) максимальной амплитуды соединительной стороны, где вторая точка (Р2) пересечения является точкой пересечения между вышеуказанной соединительной боковой кромкой (7a) и одной из касательных (Ka) максимального наклона, касательные (Ka) максимального наклона являются касательными к противоположной соединительной боковой кромке (7b) волнистой продольной канавки, которые максимально наклонены относительно продольного направления шины к соединительной боковой кромке (7a) в направлении верхней стороны, и точка (RL0) максимальной амплитуды соединительной стороны является одной из точек (RL) максимальной амплитуды соединительной стороны, расположенной вблизи второй точки (P2) пересечения на нижней стороне, и точки (RL) максимальной амплитуды соединительной стороны определяют как точки на соединительной боковой кромке (7a), в которых соединительная боковая кромка (7a) максимально выступает относительно соединительной боковой кромки (7a).
Определения
Термины, используемые в описании и формуле изобретения данной заявки, определяют следующим образом.
Термин «соединительная боковая кромка» означает одну из кромок (7a и 7b) волнистой продольной канавки, на которой рассматриваемая поперечная канавка 4 соединяется с волнистой продольной канавкой.
Следовательно, термин «противоположная соединительной боковая кромка» означает другую кромку.
Если рассматриваемая поперечная канавка 4 соединена с волнистой продольной канавкой 7 по кромке 7a (с левой стороны на Фиг.6A и 6B), тогда для рассматриваемой поперечной канавки 4 «соединительной боковой кромкой» является 7a, а «противоположной соединительной боковой кромкой» является 7b.
Если поперечная канавка 4 соединена с волнистой продольной канавкой 7 по кромке 7b (с правой стороны на Фиг.6А и 6В), тогда для рассматриваемой поперечной канавки 4 «соединительной боковой кромкой» является 7b, а «противоположной соединительной боковой кромкой» является 7a.
Термины «соединительная сторона» и «противоположная соединительной сторона» также используют в аналогичном смысле. А именно, термин «соединительная сторона» подразумевает одну из сторон волнистой продольной канавки, на которой расположена рассматриваемая поперечная канавка. Следовательно, термин «противоположная соединительной сторона» подразумевает другую сторону.
Таким образом, противоположные термины «соединительная боковая кромка» и «противоположная соединительной боковая кромка» и противоположные термины «соединительная сторона» и «противоположная соединительной сторона» относятся к конкретным поперечным канавкам 4, и значения данных терминов изменяются в зависимости от того, к какой из кромок 7a и 7b волнистой продольной канавки 7 присоединены поперечные канавки.
Термины «верхняя кромка» и «нижняя кромка» подразумевают одну кромку и другую кромку, соответствующие «передней кромке» и «задней кромке» на площадке контакта с грунтом в направлении движения, если шина вращается в предполагаемом направлении вращения шины.
Противоположные термины «верхняя боковая сторона» и «нижняя боковая сторона» также используют в аналогичном смысле.
Ширина канавки означает ширину, измеренную на лицевой поверхности протектора перпендикулярно осевой линии канавки, если не указано иное.
Следовательно, в настоящем изобретении путем размещения первой точки P1 пересечения в области между второй точкой P2 пересечения и точкой (RL0) максимальной амплитуды соединительной стороны угол пересечения поперечной канавки с продольной канавкой можно увеличить без увеличения угла наклона поперечной канавки.
Путем размещения первой точки P1 пересечения в той же области поток воды, протекающий по продольной канавке, может плавно ответвляться в поперечную канавку, без возмущения основного потока в продольной канавке.
В результате, жесткость остроугольных краев возрастает без ухудшения характеристики отвода воды, и тем самым стабильность вождения может быть улучшена, при сохранении характеристики сцепления шины с мокрым дорожным покрытием.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен развернутый неполный вид сверху пневматической шины в соответствии с изобретением, демонстрирующий рисунок протектора.
На Фиг.2 представлен развернутый неполный вид сверху пневматической шины в соответствии с изобретением, демонстрирующий другой пример рисунка протектора.
На Фиг.3 представлен увеличенный вид, демонстрирующий волнистую продольную канавку и поперечные канавки.
На Фиг.4 и 5 представлены схемы других примеров геометрии кромок волнистой продольной канавки.
На Фиг.6A и 6B представлены увеличенные виды, демонстрирующие соединение между одной из поперечных канавок и волнистой продольной канавкой.
На Фиг.7 представлен рисунок протектора, используемый в сравнительных испытаниях, представленных ниже.
Настоящее изобретение пригодно для применения в пневматических шинах для легковых автомобилей, внедорожников и т.п. Таким образом, принимая в качестве примера радиальную шину для легкового автомобиля, воплощение настоящего изобретения подробно описано далее со ссылками на прилагаемые чертежи.
Как хорошо известно в технике, радиальная шина легкового автомобиля включает протектор, содержащий резину протектора и армирующий пояс протектора; пару боковин, каждая из которых содержит резину боковины; пару бортов, каждый из которых включает бортовое кольцо и резиновые элементы; и каркас, проходящий между бортами через протектор и боковины. Подробные пояснения конструкции шины в данном описании опущены.
В соответствии с настоящим изобретением шина 1 снабжена на протекторе 2 по меньшей мере одной волнистой продольной канавкой 7, проходящей непрерывно в продольном направлении шины, и поперечными канавками 4, соединенными с продольной канавкой 7, как показано на Фиг.1 и Фиг.2.
Поперечные канавки 4 проходят аксиально наружу от волнистой продольной канавки 7 или канавок 7 за пределы краев протектора Те, с наклоном в одном продольном направлении, которое на пятне контакта с грунтом соответствует направлению перемещения шины, если шина вращается в предполагаемом направлении вращения шины.
Каждая поперечная канавка 4 соответственно содержит аксиально-внутренний конец Ei, расположенный на продольной канавке 3i, и аксиально-внешний конец Eo, расположенный аксиально снаружи края протектора Те.
Таким образом, протектор 2 снабжен однонаправленным рисунком протектора с направлением предполагаемого вращения шины.
На Фиг.1, демонстрирующем первое воплощение, протектор 2 с каждой стороны экватора C шины снабжен непрерывной в продольном направлении продольной канавкой 3i и непрерывной в продольном направлении продольной канавкой 3o, расположенной с аксиально-внешней стороны от основной продольной канавки 3i. Между продольными канавками 3i сформировано непрерывное в продольном направлении ребро R.
В данном воплощении каждая аксиально-внутренняя продольная канавка 3i является вышеуказанной волнистой продольной канавкой 7, а каждая аксиально-внешняя продольная канавка 3o является прямой продольной канавкой 8. Поперечные канавки 4 проходят аксиально наружу, начинаясь от аксиально-внешней кромки каждой волнистой продольной канавки 7. Вышеуказанное ребро R является, таким образом, волнистым ребром.
На Фиг.2, демонстрирующем второе воплощение, протектор 2 снабжен непрерывной в продольном направлении продольной канавкой 3i, расположенной на экваторе C шины, и парой непрерывных в продольном направлении продольных канавок 3o, расположенных с каждой стороны экватора C шины. В данном воплощении единственная продольная канавка 3i является вышеуказанной волнистой продольной канавкой 7, а каждая аксиально-внешняя продольная канавка 3o является прямой продольной канавкой 8. Поперечные канавки 4 проходят радиально наружу, начинаясь от каждой кромки единственной волнистой продольной канавки 7.
В этом случае не всегда необходимо, чтобы центр амплитуды волны волнистой продольной канавки 7 совпадал с экватором C шины. Центр амплитуды может отклоняться от экватора C шины, в то же время экватор C шины находится в пределах амплитуды волны или поперечной ширины волнистой продольной канавки 7.
В двух представленных выше воплощениях, показанных на Фиг.1 и 2, прямые продольные канавки 8 пересекают поперечные канавки 4; таким образом, протектор 2 разделен на два продольных ряда аксиально-внутренних блоков Bi, сформированных между продольными канавками 3i и 3o, и два продольных ряда аксиально-внешних плечевых блоков Во, сформированных между продольной канавкой 3o и краем Те проектора с каждой стороны экватора шины.
Волнистая продольная канавка 7 проходит зигзагообразно в продольном направлении шины, и каждая зигзагообразная кромка 7a и 7b этой канавки может быть сформирована криволинейными отрезками и/или прямыми отрезками.
Если амплитуда волны волнистой продольной канавки 7 слишком большая, сопротивление потоку воды возрастает и отвод воды ухудшается. В связи с этим, как показано на Фиг.3, если угол О касательной K к кромкам 7a, 7b продольной канавки измеряют вдоль ее длины, максимальный угол 01 предпочтительно составляет не менее 5 градусов, более предпочтительно не менее 10 градусов, но не более 25 градусов, более предпочтительно не более 20 градусов относительно продольного направления шины. Если максимальный угол 01 составляет более 25 градусов, сопротивление потоку воды увеличивается и отвод воды ухудшается. Если максимальный угол 01 составляет менее 5 градусов, становится трудным достижение технического результата настоящего изобретения, заключающегося в увеличении жесткости остроугольного края 6. В представленных выше двух воплощениях каждая кромка 7a и 7b сформирована только криволинейными отрезками, которые описывают плавно-изогнутую зигзагообразную форму волны, подобную синусоидальной форме волны. Более конкретно, каждая кромка 7a и 7b сформирована чередующимися выпуклыми и вогнутыми дугами окружностей, которые имеют по существу одинаковые радиусы и по существу одинаковую длину, без образования точек перегиба между выпуклыми и вогнутыми дугами окружностей. В данном случае указанный максимальный угол 01 оказывается в месте соединения между выпуклыми и вогнутыми дугами окружностей.
Вместо использования только криволинейных отрезков, могут быть использованы в сочетании как криволинейные отрезки (j), так и прямые отрезки (i), как схематически показано на Фиг.4, для формирования каждой кромки 7а, 7b. Дополнительно, как схематически представлено на Фиг.5, также возможно использование только прямых отрезков (i) с постепенным и периодически меняющимся наклоном. В этих двух случаях линейные отрезки (i, j) должны быть расположены наподобие плавно-изогнутой зигзагообразной формы волны. Особенно в последнем случае предпочтительно использовать по меньшей мере четыре, предпочтительно по меньшей мере шесть линейных отрезков (i) с различными углами наклона на каждую половину длины волны зигзагообразной формы волны. Наиболее предпочтительно обе кромки 7a и 7b сформированы в форме плавно-изогнутой зигзагообразной волны без точек перегиба (дискретных точек изменения кривизны), с использованием только криволинейных отрезков или сочетания криволинейных отрезков и прямых отрезков, так как при наличии точек перегиба сопротивление потоку воды возрастает и отвод воды ухудшается.
Число волн (или циклов) волнистой продольной канавки 7 по всей окружности шины равно числу поперечных канавок 4, соединенных с одной из кромок 7a и 7b, умноженному на целое число.
В двух воплощениях целое число составляет 1, следовательно, число волн равно числу поперечных канавок 4.
Ширина Wg волнистой продольной канавки 7 составляет от 5 до 15 мм, а глубина Hg составляет от 3 до 10 мм. Но ширина Wg и глубина Hg не ограничены величинами в вышеуказанных диапазонах, такие диапазоны являются предпочтительными для шин легковых автомобилей. Диапазоны могут изменяться в зависимости от размера шины, области применения и т.п.
Что касается каждой поперечной канавки 4, в месте 5 соединения с волнистой продольной канавкой 7 образован остроугольный край 6 блока протектора между поперечной канавкой 4 и волнистой продольной канавкой 7.
В двух воплощениях, чтобы отвести воду в поперечные канавки 4 наружу от потока воды, сопровождающего пятно контакта с грунтом, угол α каждой поперечной канавки 4 по отношению к продольному направлению возрастает постепенно при увеличении расстояния точки измерения от волнистой продольной канавки 7.
Поперечная канавка 4 имеет ширину Wy от 5 до 15 мм, а глубину Hy от 3 до 15 мм. Но ширина Wy и глубина Hy не ограничены величинами в вышеуказанных диапазонах, такие диапазоны предпочтительны для шин легковых автомобилей. Диапазоны могут изменяться в зависимости от размеров шин, области применения и т.п.
Далее место 5 соединения каждой поперечной канавки 4 с волнистой продольной канавкой 7 описано подробно со ссылками на Фиг.3, 6A и 6B, показывающими воплощение по Фиг.1, где одна из кромок волнистой продольной канавки 7 соединена с поперечными канавками 4. Однако описание также применимо к воплощению, представленному на Фиг.2, где каждая кромка волнистой продольной канавки 7 соединена с поперечными канавками 4.
Что касается места 5 соединения каждой поперечной канавки 4, верхняя боковая кромка 4r поперечной канавки 4 и соединительная боковая кромка 7а волнистой продольной канавки 7 пересекаются в первой точке P1 пересечения, а нижняя боковая кромка 4f поперечной канавки 4 и соединительная боковая кромка 7a волнистой продольной канавки 7 пересекаются в третьей точке Р3 пересечения.
В соответствии с настоящим изобретением вышеуказанная первая точка P1 пересечения расположена в области Y, которая расположена между второй точкой P2 пересечения и точкой RL0 максимальной амплитуды соединительной стороны. Таким образом, как показано на Фиг.6В, угол β между поперечной канавкой 4 и волнистой продольной канавкой 7 может быть увеличен на величину угла Δβ по сравнению с углом β0 в случае прямой продольной канавки, а не волнистой продольной канавки 7. Другими словами, возможно увеличить жесткость остроугольного края 6 в первой точке P1 пересечения, без увеличения угла α1 поперечной канавки 4 в первой точке P1 пересечения. Следовательно, аксиально-внутренние блоки Bi, имеющие остроугольный край 6, имеют повышенную жесткость, что увеличивает коэффициент сопротивления шины боковому уводу. Также может быть улучшена стабильность вождения, а возникновение неравномерного износа, начинающегося с остроугольного края 6, можно контролировать.
С другой стороны, путем обеспечения положения первой точки P1 пересечения внутри области Y, основной поток воды в волнистой продольной канавке 7 можно отводить в поперечную канавку 4 при сохранении плавности основного потока. Следовательно, характеристика сцепления шины с мокрым дорожным покрытием может быть сохранена или улучшена. Если первая точка P1 пересечения находится вне области Y, становится трудным плавно отвести основной поток воды из волнистой продольной канавки 7 в поперечную канавку 4 и характеристика отвода воды ухудшается.
Далее, предпочтительно третья точка P3 пересечения расположена в области Y между второй точкой P2 пересечения и точкой RL0 максимальной амплитуды соединительной стороны. Путем установления положения третьей точки P3 пересечения сверху от точки RL0 максимальной амплитуды соединительной стороны, легко отделить поток от основного потока воды в волнистой продольной канавке 7, поворачивая направление его течения в области точки RL0 максимальной амплитуды соединительной стороны. Следовательно, характеристика отвода воды может быть улучшена. Если третья точка Р3 пересечения расположена снизу от точки RL0 максимальной амплитуды соединительной стороны, эффективность отвода воды из волнистой продольной канавки 7 снижается и характеристика отвода воды в целом ухудшается.
Острый угол θ2 между касательной Kb к нижней боковой кромке 4r поперечной канавки в первой точке Р1 пересечения и одной из указанных выше касательных Ka максимального наклона, наклоненных под максимальным углом θ1, предпочтительно составляет не более 45 градусов, более предпочтительно не более 35 градусов, но предпочтительно не менее 10 градусов. Если угол θ2 выше 45 градусов, угол α1 поперечной канавки в первой точке P1 пересечения становится слишком большим и поперечная канавка 4 не будет проявлять выдающуюся характеристику отвода воды и характеристику сцепления шины с мокрым дорожным покрытием.
Если угол θ2 составляет менее 10 градусов, угол β становится слишком малым и стабильность вождения не может быть улучшена.
К тому же, угол α1 поперечной канавки 4 равен сумме (θ1+θ2) углов θ1 и θ2.
Предпочтительно поперечное расстояние L1 между первой точкой P1 пересечения и одной из точек RR максимальной амплитуды по отношению к противоположной соединительной стороне, расположенной вблизи первой точки P1 пересечения, устанавливают от 2 до 30 мм, где
точки RR максимальной амплитуды по отношению к противоположной соединительной стороне определяют как точки на соединительной боковой кромке 7a, в которых соединительная боковая кромка 7а выступает максимально в направлении к противоположной соединительной боковой кромке 7b.
Если расстояние L1 составляет менее 2 мм, эффект увеличения жесткости остроугольного края 6 становится не достаточным. Если расстояние L1 составляет более 30 мм, волнистая продольная канавка 7 имеет слишком большое число и/или амплитуду волн. Это неблагоприятно влияет на характеристику отвода воды.
Предпочтительно ширину Wy1 поперечной канавки 4 в первой точке P1 пересечения устанавливают от 50 до 100% от ширины Wg1 волнистой продольной канавки 7 в первой точке P1 пересечения. Если ширина Wy1 поперечной канавки находится вне указанного диапазона, отвод воды через продольную волнистую канавку 7 и поперечные канавки 4 становится плохо сбалансированным и отвод воды при таком рисунке протектора в целом имеет тенденцию к снижению.
В двух воплощениях ширина Wy каждой поперечной канавки 4 постоянная по всей их длине.
Но также предпочтительно, чтобы ширина Wy снижалась при увеличении расстояния точки измерения от волнистой продольной канавки 7, так как путем обеспечения максимальной ширины Wy1 поперечной канавки в первой точке P1 пересечения можно сглаживать поток воды из волнистой продольной канавки 7 в поперечную канавку. Так как ширина Wy поперечной канавки постепенно снижается по направлению к аксиально-внешнему концу Eo, жесткость протектора в ходе движения на повороте может быть увеличена, что улучшает стабильность вождения в ходе движения на повороте.
В воплощении, представленном на Фиг.2, в результате поясняемого выше размещения каждой поперечной канавки 4, поперечные канавки 4 с обеих сторон единственной волнистой продольной канавки 7 расположены в шахматном порядке.
Чтобы улучшить сопротивление неравномерному износу и предотвратить отслаивание остроугольного края, вышеупомянутый остроугольный край 6 может быть скошен или срезан по плоскости или по криволинейной поверхности, наклоненной по направлению к дну канавки в первой точке P1 пересечения. В этом случае, так как остроугольный край 6 имеет повышенную жесткость, можно уменьшить объем среза и, соответственно, ухудшение стабильности вождения из-за скашивания можно уменьшить.
Сравнительные испытания
Радиальные шины размером 195/65R15 для легковых автомобилей изготавливали и испытывали на стабильность вождения и характеристику сцепления шин с мокрым дорожным покрытием.
Спецификации испытываемых шин представлены в таблице, в других случаях испытываемые шины имели практически такие же конструкции.
(1) Испытания на стабильность вождения
Легковой автомобиль А 2000 cc FF с испытываемыми шинами на всех четырех колесах, установленными на обода размером 6J×15 и накачанными до давления 180 кПа, испытывали на сухом асфальтовом дорожном покрытие в соответствии с порядком проведения испытаний шин, и стабильность вождения оценивал водитель-испытатель. Результаты представлены в таблице в виде показателя, принятого за 100 для примера 1, где чем больше значение, тем лучше стабильность вождения.
(2) Характеристики сцепления шины с мокрым дорожным покрытием
Испытываемые шины, установленные на обод колеса с размером 6J×15, испытывали на мокрой внутренней поверхности барабана для испытания шин и непрерывно измеряли силу бокового увода при увеличении скорости движения. При снижении силы бокового увода до 50% от максимальной величины считают, что в шине возникает явление аквапланирования, и скорость движения при этом регистрируют как критическую скорость аквапланирования. Условия движения были следующие: глубина воды, покрывающей внутреннюю поверхность барабана для испытания шин, составляла 5 мм, вертикальная нагрузка шины составляла 4 кН, угол увода шины составлял 1 градус, и давление накачки шины составляло 180 кПа.
Шина
Ср. пр.1
Ср. пр.2
Ср. пр..3
Пр.1
Пр.2
Пр.3
Рисунок протектора
Фиг.7
Фиг.7
Фиг.7
Фиг.2
Фиг.2
ФИГ.2
Продольная канавка 3i
конфигурация
прям.
прям.
прям.
волн.
волн.
волн.
число волн
-
-
-
30
30
30
угол θ1, градусы
-
-
-
10
10
10
угол θ2, градусы
-
-
-
20
35
50
расстояние L1, мм
-
-
-
5,3
5,3
5,3
ширина, мм
10
10
10
10
10
10
глубина, мм
10
10
10
10
10
10
Продольные канавки 3o
ширина, мм
8
8
8
8
8
8
глубина, мм
10
10
10
10
10
10
Поперечная канавка
угол α1 на внутренней кромке, градусы
30
45
60
30
45
60
ширина, мм
8
8
8
8
8
8
глубина, мм
10
10
10
10
10
10
количество*
30
30
30
30
30
30
Положение P1
-
-
-
внутри Y
внутри Y
внутри Y
Положение P3
-
-
-
внутри Y
внутри Y
внутри Y
Результаты испытаний
Стабильность вождения
66
76
99
70
78
100
Характеристика сцепления шины с мокрым дорожным покрытием
62
58
51
63
59
53
* количество поперечных канавок, соединенных с одной из кромок продольной канавки 3i.