ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА С АСИММЕТРИЧНЫМ ПРОФИЛЕМ ПРОТЕКТОРА
AIR TIRE WITH ASYMMETRIC PROFILE

Настоящее изобретение относится к пневматической шине, в частности к пневматической шине с высокими или ультравысокими эксплуатационными характеристиками, имеющей асимметричный профиль протектора.
Пневматическая шина, как правило, содержит тороидальную каркасную конструкцию, содержащую, по меньшей мере, один слой каркаса; протекторный браслет, расположенный радиально снаружи по отношению к каркасной конструкции; брекерную конструкцию, расположенную между каркасной конструкцией и протекторным браслетом; две боковины, наложенные на каркасную конструкцию в противоположных по оси местах. Концы, по меньшей мере, одного слоя каркаса соединены с соответствующими кольцевыми усилительными элементами с тем, чтобы образовать борта шины, которые обеспечивают крепление шины к ободу колеса.
Как правило, шина имеет симметричный профиль протектора, то есть профиль протектора, рассматриваемый в сечении, находящемся в радиальной плоскости шины, имеет симметричную форму относительно экваториальной плоскости шины. Для улучшения эксплуатационных характеристик шин, подлежащих использованию в автомобилях большой мощности, в особенности во время движения на повороте при высоких скоростях, в данной области техники были предложены асимметричные профили протектора.
Например, в документе ЕР 0755808 В1 раскрыта пневматическая шина, содержащая каркас, проходящий вокруг шины от борта до борта, боковины и зону резинового протектора, которая имеет некоторый профиль, который при рассмотрении его в поперечном сечении новой шины заканчивается у сторон протектора соответственно на внутренней и наружной плечевых зонах, при этом каждая указанная плечевая зона имеет перепад до плечевой зоны, который представляет собой расстояние в направлении радиально внутрь от точки, соответствующей максимальному диаметру шины, до точки плечевой зоны у края плечевой зоны, при этом пневматическая шина характеризуется тем, что, когда шина установлена на заданном ободе колеса и накачана до заданного давления, зона протектора является асимметричной, при этом ее точка, соответствующая максимальному диаметру шины, смещена в аксиальном направлении шины от осевой линии сечения шины в направлении внутренней плечевой зоны, и перепад до плечевой зоны для наружной плечевой зоны больше перепада до плечевой зоны для внутренней плечевой зоны, так что зона протектора имеет асимметричный профиль.
В документе ЕР 0820884 В1 раскрыта пневматическая радиальная шина, содержащая каркас, проходящий вокруг шины от борта до борта, боковины и зону резинового протектора, которая имеет некоторый профиль, который при рассмотрении его в поперечном сечении новой шины заканчивается у сторон протектора соответственно на внутренней и наружной плечевых зонах, при этом каждая плечевая зона имеет перепад до плечевой зоны, который представляет собой расстояние в направлении радиально внутрь от точки, соответствующей максимальному диаметру шины, до точки плечевой зоны у края плечевой зоны, так что, когда шина установлена на заданном ободе колеса и накачана до заданного давления, зона протектора является асимметричной, при этом ее точка, соответствующая максимальному диаметру шины, смещена в аксиальном направлении шины от осевой линии сечения шины в направлении внутренней плечевой зоны, и перепад до плечевой зоны для наружной плечевой зоны больше перепада до плечевой зоны для внутренней плечевой зоны, так что зона протектора имеет асимметричный профиль, при этом шина характеризуется тем, что зона протектора имеет по существу постоянную толщину или толщину протектора за исключением внутренней плечевой зоны, которая имеет локально уменьшенную толщину или толщину, так что профиль внутренней плечевой зоны «скошен».
В документе US 2003/0121582 А1 раскрыта пневматическая радиальная шина, имеющая конфигурацию меридионального сечения шины на участке поверхности протектора с, по меньшей мере, одной стороны от осевой линии шины, которая выполнена такой, что, когда место А представляет собой пересечение осевой линии шины и поверхности протектора и когда место В представляет собой пересечение прямой линии Р, проведенной перпендикулярно к оси шины от края самого близкого к центру слоя брекера, и поверхности протектора, угол α между прямой линией X, соединяющей места А и В, и прямой линией Y, проведенной перпендикулярно осевой линии шины от места А, будет находиться в диапазоне от 8 до 10 градусов, когда пневматическая радиальная шина будет прикреплена к стандартному ободу, указанному в стандарте JATMA, с давлением воздуха в ней, составляющим 180 кПа, и при отсутствии нагрузки, приложенной к ней.
В соответствии с настоящим изобретением приведены следующие определения:
«экваториальная плоскость» ЕР представляет собой плоскость, которая перпендикулярна к оси вращения шины и в которой расположена осевая линия шины;
«угол кривизны» представляет собой наименьший угол, определенный для шины, установленной на ободе колеса транспортного средства, посредством поворота экваториальной плоскости шины до тех пор, пока она не перекроет плоскость, перпендикулярную грунту, и не пройдет через центр шины; при этом угол кривизны является «отрицательным», когда верхняя часть шины, установленной на ободе, наклонена внутрь (то есть по направлению к транспортному средству);
«ширина обода» RW представляет собой наименьшее внутреннее расстояние, измеренное параллельно оси вращения обода между частями (фланцами) обода, на котором смонтирована шина;
max
in
out
«перепад до плечевой зоны» SD представляет собой разность длины максимального радиуса R шины и длины R и R радиуса шины на расстоянии от экваториальной плоскости шины, соответствующем 40% ширины обода; причем любой радиус шины измеряют от радиально наружного профиля протектора перпендикулярно оси вращения шины, на шине, установленной на соответствующем ободе, накачанной до номинального внутреннего давления в шине и не подвергаемой воздействию какой-либо нагрузки;
«внутренняя часть протектора» - это часть протектора, проходящая от экваториальной плоскости до плечевой зоны шины, расположенной внутри по отношению к транспортному средству, когда шина установлена на ободе колеса транспортного средства;
«наружная часть протектора» - это часть протектора, проходящая от экваториальной плоскости до плечевой зоны шины, расположенной снаружи по отношению к транспортному средству, когда шина установлена на ободе колеса транспортного средства;
in
«перепад до внутренней плечевой зоны» SD представляет собой перепад до плечевой зоны внутренней части протектора;
out
«перепад до наружной плечевой зоны» SD представляет собой перепад до плечевой зоны наружной части протектора;
«разность перепадов до плечевых зон» ΔSD представляет собой разность между перепадом до наружной плечевой зоны и перепадом до внутренней плечевой зоны:
out
in
ΔSD=SD-SD.
Величина ΔSD равна нулю для симметричного профиля протектора и отличается от нуля для несимметричного профиля протектора;
«коэффициент пустотности» V/S представляет собой соотношение свободного объема в протекторном браслете (то есть объема канавок, узких прорезей в протекторе и других «вырезанных» элементов, образующих рисунок протектора) и объема, занятого резиновым материалом в протектором браслете, а именно:
,
void
rubber
tread
где: V - объем пустот в протекторном браслете, занятый «вырезанными» элементами в рисунке протектора (канавками, узкими прорезями, V-образными канавками и тому подобным); V - объем в протекторном браслете, занятый полимерным материалом, и V - общий объем протекторного браслета (объемы рассчитывают относительно нижней поверхности протекторного браслета, находящейся в контакте с нижерасположенными брекерами, и верхней поверхности протекторного браслета, получаемой посредством соединения выступов рисунка протектора, входящих в контакт с землей, - блочных участков, ребер и тому подобного, - с образованием гладкой поверхности, то есть без учета «вырезанных» элементов рисунка протектора); коэффициент пустотности может быть определен для всего протекторного браслета или для его части;
in
«коэффициент пустотности внутренней части протектора» (V/S) представляет собой соотношение свободного объема внутренней части протектора (то есть объема канавок, узких прорезей в протекторе и других «вырезанных» элементов, образующих рисунок внутренней части протектора) и объема, занятого полимерным материалом во внутренней части протектора;
out
«коэффициент пустотности наружной части протектора» (V/S) представляет собой соотношение свободного объема наружной части протектора (то есть объема канавок, узких прорезей в протекторе и других «вырезанных» элементов, образующих рисунок наружной части протектора) и объема, занятого полимерным материалом в наружной части протектора.
При этом существует необходимость улучшения эксплуатационных характеристик шин с высокими эксплуатационными характеристиками и ультравысокими эксплуатационными характеристиками, предназначенных для автомобилей большой мощности. В частности, необходимо улучшить эксплуатационные характеристики подобных шин как с точки зрения управления (реакции автомобиля на органы управления), так и с точки зрения аквапланирования (скольжения шин по слою воды на мокрой дороге), в особенности аквапланирования вдоль поворотов. Данные эксплуатационные характеристики должны быть улучшены при относительно низких скоростях (то есть не превышающих 150 км/ч) и в основном сохраняться при относительно высоких скоростях (то есть превышающих 150 км/ч) и/или при условиях экстремального вождения, с которыми часто сталкиваются при испытании или использовании автомобилей большой мощности.
Кроме того, обычно автомобили большой мощности требуют шин с углом кривизны, отличным от нуля, обычно с отрицательным углом кривизны, с тем, чтобы улучшить их эксплуатационные характеристики во время поворота на высоких скоростях. Тем не менее, угол кривизны, отличный от нуля (например, составляющий от -4,5° до +4,5°), может вызвать неравномерный износ протекторного браслета, в особенности при движении с относительно низкими скоростями по прямой дороге.
in
out
Было обнаружено, что эксплуатационные характеристики при управлении и аквапланировании заметно улучшаются даже при высоких рабочих скоростях, без отрицательного влияния на износостойкость протекторного браслета, посредством выполнения шины с комбинацией асимметричного профиля протектора, имеющего разность (ΔSD) перепадов до плечевых зон, составляющую от 0,3 до 0,9, и асимметричного рисунка протектора с тем, чтобы получить соотношение между коэффициентом пустотности (V/S) внутренней части протектора и коэффициентом пустотности (V/S) наружной части протектора, составляющее от 1,1 до 1,50.
Следовательно, в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения создана пневматическая шина, содержащая: тороидальную каркасную конструкцию, содержащую, по меньшей мере, один слой каркаса, при этом указанная каркасная конструкция содержит коронную часть и две противоположные по оси, боковые части, каждая из которых соединена с соответствующей бортовой конструкцией для установки шины на ободе; протекторный браслет, расположенный радиально снаружи по отношению к каркасной конструкции; брекерную конструкцию, расположенную между каркасной конструкцией и протекторным браслетом; две боковины, наложенные на каркасную конструкцию в противоположных по оси местах;
при этом шина имеет экваториальную плоскость, которая разделяет протекторный браслет на внутреннюю часть протектора и наружную часть протектора, причем внутренняя часть протектора расположена внутри, а наружная часть протектора расположена снаружи, когда шина установлена на ободе;
in
out
max
при этом внутренняя часть протектора имеет перепад SD до внутренней плечевой зоны и наружная часть протектора имеет перепад SD до наружной плечевой зоны, при этом каждый перепад до плечевой зоны измеряется как разность длины максимального радиуса R шины и длины радиуса шины на расстоянии от экваториальной плоскости шины, соответствующем 40% ширины обода;
in
out
in
причем внутренняя часть протектора имеет коэффициент пустотности (V/S) внутренней части протектора, а наружная часть протектора имеет коэффициент пустотности (V/S) наружной части протектора, отличающийся от коэффициента пустотности (V/S) внутренней части протектора;
при этом шина имеет:
(i) такой асимметричный профиль протектора, чтобы иметь разность ΔSD перепадов до плечевых зон, рассчитанную как разность перепада до наружной плечевой зоны и перепада до внутренней плечевой зоны, составляющую от 0,30 мм до 1,30 мм; и
in
out
(ii) такой асимметричный рисунок протектора, чтобы иметь отношение коэффициента пустотности (V/S) внутренней части протектора к коэффициенту пустотности (V/S) наружной части протектора, составляющее от 1,10 до 1,50.
Дополнительные признаки и преимущества станут более очевидными из подробного описания предпочтительных, но неисключительных вариантов осуществления шины в соответствии с настоящим изобретением. Настоящее описание следует рассматривать со ссылкой на единственный сопровождающий чертеж, приведенный как конкретный, неограничивающий пример настоящего изобретения.
На фиг.1 схематически показано поперечное сечение шины в соответствии с настоящим изобретением с асимметричным профилем протектора.
Как показано на фиг.1, шина 1 в соответствии с настоящим изобретением традиционно содержит тороидальную каркасную конструкцию 2, которая содержит коронную часть и две противоположные по оси боковые части, каждая из которых соединена с соответствующей бортовой конструкцией для установки шины на ободе. Каждая бортовая конструкция обычно содержит проволочный сердечник 4 борта и сердечник 3 борта и соединен с каркасной конструкцией посредством загибания противоположных боковых краев слоя 2 каркаса вокруг проволочных сердечников бортов так, чтобы образовать так называемые загибы каркаса назад, как показано на фиг.1.
Альтернативные конструкции бортов показаны, например, в публикациях ЕР 0928680 и ЕР 0928702, в которых каждая конструкция борта образована, по меньшей мере, двумя кольцевыми вставками, образованными из металлических кордов, расположенных в виде концентрических витков, и слой каркаса не отогнут назад вокруг кольцевых вставок.
Протекторный браслет 5 наложен по окружности в месте, расположенном радиально снаружи по отношению к коронной части каркасной конструкции 2.
Шина 1 дополнительно содержит брекерную конструкцию, расположенную между каркасной конструкцией и протекторным браслетом. Обычно брекерная конструкция содержит два слоя 61, 62 брекера, которые включают в себя множество армирующих кордов (не показаны), как правило, металлических кордов, которые параллельны друг другу в каждом слое и перекрещиваются относительно соседнего слоя в противоположных направлениях с образованием заданного угла относительно экваториальной плоскости. Обычно на самый дальний от центра в радиальном направлении слой брекера наложен, по меньшей мере, один усилительный слой 63 с наклоном ноль градусов, который обычно включает в себя множество армирующих кордов (не показаны), как правило, текстильных кордов, расположенных под углом, составляющим несколько градусов, относительно экваториальной плоскости ЕР. Внутренняя конструкция шины в соответствии с изобретением, содержащая каркасную конструкцию и указанный брекерный конструктивный элемент, симметрична относительно экваториальной плоскости ЕР.
Боковины 7 также наложены снаружи на каждую противоположную по оси боковую часть каркасной конструкции, при этом каждая из боковин проходит от соответствующего бортового конструктивного элемента до края протекторного браслета 5.
Предпочтительно шина 1 в соответствии с изобретением представляет собой шину такого типа, которая имеет заметно «сплющенное» сечение. Предпочтительно шина согласно изобретению имеет отношение Н/С, то есть отношение высоты перпендикулярного поперечного сечения к максимальной ширине сечения, находящееся в интервале от 0,20 до 0,80. Предпочтительно шина согласно настоящему изобретению представляет собой шину с поперечным сечением с очень малой высотой, например с отношением Н/С, составляющим от 0,20 до 0,65, предпочтительно от 0,25 до 0,45.
in
out
Для ясности на фиг.1 перепады SD, SD до плечевых зон для внутренней части протектора и наружной части протектора показаны увеличенными (не в масштабе). В соответствии с настоящим изобретением разность ΔSD перепадов до плечевых зон составляет от 0,30 мм до 1,30 мм, предпочтительно от 0,40 мм до 1,20 мм, даже более предпочтительно - от 0,60 мм до 1,10 мм.
in
out
in
out
Как уже было указано выше, перепады SD, SD до плечевых зон для внутренней части протектора и наружной части протектора определяются на шине, установленной на ободе, имеющем ширину обода, заданную производителем шин, накачанной до номинального давления внутри шины и не подвергающейся воздействию какой-либо нагрузки. Для определения перепадов SD, SD до плечевых зон может быть использовано лазерное профилеизмерительное устройство например, устройства, производимые компанией Dr. Noll GmbH (Германия) или компанией Bytewise Measurement Systems Corp.(США). В соответствии с изобретением длина максимального радиуса шины представляет собой длину радиуса шины, измеренную в экваториальной плоскости.
Предпочтительно перепады до плечевых зон измеряют в статическом состоянии, а именно тогда, когда шина не вращается. В качестве альтернативы, перепады до плечевых зон могут быть измерены при частоте вращения, соответствующей скорости менее приблизительно 50 км/ч.
in
out
Шина в соответствии с настоящим изобретением имеет такой асимметричный рисунок протектора, чтобы получить отношение коэффициента пустотности (V/S) внутренней части протектора к коэффициенту пустотности (V/S) наружной части протектора, составляющее от 1,10 до 1,50, предпочтительно от 1,20 до 1,45, даже более предпочтительно от 1,30 до 1,40.
in
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления коэффициент пустотности (V/S) внутренней части протектора составляет от 0,30 до 0,60, предпочтительно от 0,35 до 0,55, даже более предпочтительно от 0,38 до 0,45.
out
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления коэффициент пустотности (V/S) наружной части протектора составляет от 0,15 до 0,45, предпочтительно от 0,20 до 0,40, даже более предпочтительно от 0,25 до 0,35.
Для дополнительного описания изобретения ниже приведен иллюстративный пример.
Были изготовлены шины (шины А) в соответствии с настоящим изобретением. В частности, две первые шины А, имеющие размер 225/40 ZR 18, были установлены на двух соответствующих ободах 8JX18 и накачаны до давления 2,3 бар. Две вторые шины А, имеющие размер 265/35 ZR 18, были установлены на соответствующих ободах 9JX18 и накачаны до давления 2,7 бар. Были изготовлены четыре шины (шины В), имеющие те же размеры, ту же конструкцию и тот же рисунок протектора, что и соответствующие шины А. Две шины В, имеющие размер 225/40 ZR 18, были установлены на двух соответствующих ободах 8JX18 и накачаны до давления 2,3 бар. Две шины В, имеющие размер 265/35 ZR 18, были установлены на соответствующих ободах 9JX18 и накачаны до давления 2,7 бар.
Шины А и шины В имели одинаковый асимметричный рисунок проектора, имеющий следующие признаки:
in
коэффициент пустотности (V/S) внутренней части протектора=0,409;
out
коэффициент пустотности (V/S) наружной части протектора=0,303;
in
out
(V/S)/(V/S)=1,35.
Единственное различие состояло в том, что шина А (согласно изобретению) имела асимметричный профиль протектора с разностью ΔSD перепадов до плечевых зон, равной 0,70, в то время как шина В (сравнительная) имела симметричный профиль (ΔSD=0).
Автомобиль Porsche (Порше) 996 сначала был оснащен вышеописанными четырьмя шинами А, и затем он был оснащен вышеописанными четырьмя шинами В и использован для испытаний для определения эксплуатационных характеристик при аквапланировании и управлении. Две шины, имеющие размер 225/40 ZR 18, были установлены на переднем мосте (на передних колесах). Две шины, имеющие размер 265/35 ZR 18, были установлены на заднем мосте (на задних колесах).
Испытание при аквапланировании на поворотах было проведено при по существу постоянной скорости вдоль дорожного трека с ровным и сухим асфальтом, имеющего поворот с постоянным радиусом (100 м) и с конечным участком, залитым слоем воды. Испытание повторяли при разных значениях скорости, и для каждого испытания измеряли поперечное ускорение при движении по мокрому участку посредством акселерометра, установленного на автомобиле.
Посредством сравнения кривых зависимости поперечного ускорения от скорости, полученных таким образом, было установлено, что:
- максимальное поперечное ускорение является по существу одинаковым для двух автомобилей;
- скорость при по существу нулевом поперечном ускорении приблизительно на 6,6% выше для автомобиля, снабженного шинами А, чем для автомобиля, снабженного шинами В;
- интеграл функции, описываемой кривой (который представляет собой показатель управляемости транспортного средства во время поворота) приблизительно на 7,4% больше для автомобиля, снабженного шинами А, чем для автомобиля, снабженного шинами В.
Для испытания на управляемость были оценены следующие характеристики: i) быстродействие рулевого управления, ii) тяга при рулевом направлении и iii) максимальное тяговое усилие вдоль поворота. Испытания были проведены с тем же автомобилем, который был описан выше, на испытательном треке. В таблице 1 представлены итоговые результаты из листа балльных оценок водителя-испытателя в отношении управляемости. Результаты указанных испытаний выражены в виде балла на шкале оценок от 0 до 10, представляющего субъективное мнение, выраженное водителем-испытателем. Значения, представленные в нижеприведенной таблице, представляют собой средние значения среди тех, которые были получены при различных испытательных циклах и даны различными водителями-испытателями.
Быстродействие рулевого управления указывает на способность транспортного средства восстанавливать свое прямое направление, когда рулевое управление транспортного средства подвергается небольшим поворотам в направлениях вправо и влево.
Тяга при рулевом управлении указывает на склонность транспортного средства отклоняться от прямого направления, такую как склонность, оцениваемую при постоянной скорости. Выражение «тяга при рулевом управлении» в целях настоящего изобретения дополнительно включает в себя «управление при крутящем моменте», который указывает на склонность транспортного средства отклоняться от прямого направления, при этом подобная склонность оценивается при ускорении транспортного средства.
Максимальная боковая (или поперечная) сила вдоль поворота указывает на величину мощности, которая может быть развита транспортным средством, которое движется вдоль поворота. В свою очередь, она зависит от площади пятна контакта шин, которые нагружены в большей степени, когда транспортное средство движется вдоль поворота.
Таблица 1
Автомобиль с шинами А
Автомобиль с шинами В
Скорость
80 [км/ч]
160 [км/ч]
220 [км/ч]
80 [км/ч]
160 [км/ч]
220 [км/ч]
Быстродействие
7,5
7,5
7,5
7,25
7,0
6,0
Тяга
7,5
7,25
7,25
7,0
7,0
6,25
Боковая сила
7,5
7,5
7,5
7,25
7,0
6,5
Анализ вышеприведенных результатов показывает, что характеристики управляемости транспортного средства, снабженного шинами в соответствии с настоящим изобретением, улучшаются при низких скоростях (80 км/ч) и что подобное улучшение сохраняется даже при высоких и очень высоких скоростях (160 и 220 км/ч).