НЕШИПОВАННАЯ ШИНА
NON-SPIKED TIRE

Настоящее изобретение относится к нешипованной шине, подлежащей установке на автомобиль для движения по покрытым льдом или заснеженным дорогам, а в частности к шине, улучшающей устойчивость при движении по прямой.
Чтобы улучшить выполнение вождения по покрытым льдом или заснеженным дорогам при поддержании общей характеристики управляемости автомобиля на сухих дорогах, в нешипованной шине выполняют многочисленные щелевидные дренажные канавки и/или изготавливают из чрезвычайно мягкой резины, чтобы подавлять жесткость протектора (см. JP 2007176417 А).
Однако за счет низкой жесткости протектора нешипованная шина не имеет достаточной устойчивости при движении по прямой, для чего требуется усовершенствование. Однако, если жесткость протектора улучшается, чтобы быть выше, не может быть достигнута требуемая управляемость на покрытых льдом и заснеженных дорогах.
Настоящее изобретение решает указанные проблемы посредством нешипованной шины, улучшающей устойчивость при движении по прямой, с низкой жесткостью протектора.
Чтобы реализовать вышеупомянутую задачу, нешипованная шина в соответствии с настоящим изобретением содержит внутренний полусегмент и внешний полусегмент условно в направлении ширины автомобиля в месте, где шина крепится к автомобилю, где составляющие профили внутреннего и внешнего полусегментов сформированы так, чтобы иметь степень асимметричности внутри заданного диапазона. Такие асимметричные шины известны как летние шины, но еще не реализовывались в качестве нешипованных шин. Для нешипованных шин требуется высокая управляемость на покрытых льдом и заснеженных дорогах, так что модуль упругости зимних шин значительно меньше, чем у летних шин. По этой причине, для нешипованных шин трудно задействовать средства асимметризации, применяемые к летним шинам. Таким образом, задача настоящего изобретения - обеспечить средство асимметризации, которое способно улучшить устойчивость при движении по прямой и дополнительные наиболее благоприятные условия для нешипованных шин, имеющих чрезвычайно низкую жесткость протектора.
<1> Нешипованная шина в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что в сечении, проходящем через центральную осевую линию, при этом шина установлена на обод и в нее закачано внутреннее давление, а расстояние А измеряется от участка, на котором разделяется кольцо камеры, до положения, в котором вдоль радиального направления шины шина имеет максимальную ширину, причем расстояние В измеряется от положения, где разделяется кольцо камеры, до положения, где кольцо протектора разделяется вдоль радиального направления шины, коэффициент бокового профиля, определенный как отношение А/В в состоянии, в котором шина установлена на автомобиль, составляет от 0,52 до 0,55 в направлении ширины полусегмента, расположенного в направлении ширины на внешней стороне автомобиля (в дальнейшем «внешняя сторона при установке на автомобиль»), и от 0,45 до 0,50 в направлении ширины полусегмента, расположенного в направлении ширины на внутренней стороне автомобиля (в дальнейшем «внутренняя сторона при установке на автомобиль»), или от 0,5 до 0,55 в направлении ширины полусегмента, расположенного на внешней стороне при установке на автомобиль, и от 0,45 до 0,48 в направлении ширины полусегмента, расположенного на внутренней стороне при установке на автомобиль.
<2> В нешипованной шине, описанной в параграфе <1>, длина периферии вдоль внутренней поверхности шины предпочтительно больше в направлении ширины полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль и короче в направлении ширины полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль, а разница между длинами периферии составляет не более 2%.
<3> В нешипованной шине, описанной в параграфах <1> или <2>, предпочтительно, чтобы степень Х асимметричности бокового профиля, выраженная уравнением (1), и степень Y асимметричности профиля контакта, выраженная уравнением (2), удовлетворяла соотношению, выраженному уравнением (3):
где Xd - коэффициент бокового профиля внешней стороны при установке на автомобиль, Хс - коэффициент бокового профиля внутренней стороны при установке на автомобиль, С и D - длины контакта с землей поверхности контакта с землей шины с внутренней стороны при установке на автомобиль и на внешней стороне при установке на автомобиль, соответственно, измеряемые в положениях, условно отделенных 40% ширины контакта с землей от центра ширины поверхности контакта с землей при условии, что шина контактирует с землей с углом развала - 0,5 градуса при приложении к ней заданного внутреннего давления и заданной нагрузки.
В соответствии с описанным в параграфе <1>, степень Х асимметричности профиля составляет от 1,0 до 5,0, так что, как описано в подробностях ниже, устойчивость при движении по прямой может быть улучшена без приведения к неравномерному износу.
В соответствии с описанным в параграфе <2>, длина периферии вдоль внутренней поверхности шины предпочтительно длиннее в направлении ширины полусегмента во внешней стороне при установке на автомобиль и короче в направлении ширины полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль, так что, как описано в подробностях ниже, устойчивость при движении по прямой может быть дополнительно улучшена. Кроме того, разница между длинами периферии на внутренней и внешней сторонах при установке на автомобиль составляет не более 2%, так что обе из характеристик контакта с землей и характеристика передачи усилия на ободе рулевого колеса к поверхности дороги могут быть сравнимы друг с другом. Большая длина на внешней стороне при установке на автомобиль может уменьшать характеристику передачи усилия на ободе рулевого колеса к поверхности дороги.
В соответствии с описанным в параграфе <3>, коэффициент Z жесткости протектора, определяемый как (Y-0,045)/X в уравнении (3), составляет от 0,7 до 1,0, так что, как описано в подробностях ниже, могут быть обеспечены как стабильный рабочий режим на ледяном и снежном покрытии, так и устойчивость при движении по прямой.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - разрез шины в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - профиль контакта с землей шины, имеющей симметричные профили боковой стенки; и
фиг.3 - профиль контакта с землей шины, имеющей асимметричные профили боковой стенки.
На фиг.1 показан разрез нешипованной шины в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения, произведенном секущей плоскостью, условно проходящей центральную осевую линию, где шина установлена на предназначенном ободе 11 и в нее закачано предназначенное внутреннее давление. Нешипованная шина 10 имеет пару участков 1 развальцовки, пару участков 2 боковой стенки, расположенных радиально снаружи участков 1 развальцовки, и участок 3 протектора, чтобы соединить мостиком участки 2 боковой стенки. Каждый из участков 1 развальцовки снабжен сердечником 5 развальцовки. Между сердечниками 5 развальцовки проходит радиальный каркас 4, и боковые участки радиального каркаса 4 повернуты вокруг соответствующих сердечников 5 развальцовки, чтобы прикрепить радиальный каркас 4 к сердечникам 5 развальцовки.
Нешипованная шина 10 в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что в сечении, проходящем через центральную осевую линию, причем шина установлена на ободе 11, и в нее закачано внутреннее давление, внутренний участок боковой стенки и внешний участок боковой стенки в направлении ширины автомобиля при условии, что шина установлена на автомобиле, имеют взаимно различные формы. В частности, принимая, что расстояния Aо и Ai измерены от положения, в котором разделяется кольцо камеры, до положения Ро, Pi, в котором шина имеет максимальную ширину вдоль радиального направления, а расстояния Во, Bi измерены от положения, в котором разделяется кольцо камеры, до положения, в котором кольцо протектора разделяется вдоль радиального направления шины, коэффициенты бокового профиля шины определяются как отношения Aо/Bо и Ai/Bi, коэффициент бокового профиля Aо/Bо полусегмента в направлении ширины, расположенного на внешней стороне при установке на автомобиль, составляет от 0,52 до 0,55 и коэффициент бокового профиля Ai/Bio полусегмента в направлении ширины, расположенного на внутренней стороне при установке на автомобиль, составляет от 0,45 до 0,50, или коэффициент бокового профиля Aо/Bо полусегмента в направлении ширины, расположенного на внешней стороне при установке на автомобиль, составляет от 0,5 до 0,55 и коэффициент бокового профиля Ai/Bio полусегмента в направлении ширины, расположенного на внутренней стороне при установке на автомобиль, составляет от 0,45 до 0,48.
Принимая, что Xd (=Ao/Bo) является коэффициентом бокового профиля внешней стороны при установке на автомобиль, а Хс (=Ai/Bi) является коэффициентом бокового профиля внутренней стороны при установке на автомобиль, степень Х асимметричности, выраженная уравнением (1), может быть использована в качестве коэффициента, выражающего степень асимметричности профилей участков боковых стенок. Степень Х асимметричности составляет 0,05 для Xd в 0,55 и Хс в 0,45, 0,01 для Xd в 0,5 и Хс в 0,48, и 0,01 для Xd в 0,52 и Хс в 0,5, так что степень Х боковой асимметричности профиля шины в соответствии с настоящим изобретением должна составлять от 0,01 до 0,05.
Следует учесть, что Ро представляет точку, в которой шина имеет максимальную ширину Wt на внешней стороне при установке на автомобиль, a Pi представляет точку, в которой шина Wt имеет максимальную ширину на внутренней стороне при установке на автомобиль.
Вышеупомянутое внутреннее давление и обод определяются следующим способом. То есть внутреннее давление относится к давлению воздуха, соответствующему при нагрузке заданной величины и указанному в промышленном стандарте, а обод относится к стандартному ободу (или «принятый обод», «рекомендованный обод») подходящего размера, указанного в том же промышленном стандарте. Вышеупомянутая нагрузка относится к максимальной нагрузке (максимально допустимой нагрузке) одиночного колеса заданного размера, указанного в том же промышленном стандарте.
Что касается промышленного стандарта, в каждом регионе, где производится или используется шина, устанавливается действующий стандарт. Примерами таких стандартов являются «Ежегодник Ассоциации шин и ободов» в США (включающий руководства по конструкции), «Руководство по стандартам Европейской технической организации шин и ободов» в Европе и «Ежегодник JATMA» под редакцией Японской ассоциации производителей автомобильных шин в Японии.
Термин «полусегмент в направлении ширины» шины, используемый здесь, относится к каждому из левого и правого полусегментов, ограниченных плоскостью CL, условно проходящей через центр ширины обода и перпендикулярной центральной оси вращения шины, где шина прикреплена к автомобилю и в нее накачано внутреннее давление.
Термин «положение, где разделяется кольцо камеры», используемый здесь, относится к положению на поверхности шины, соответствующему границе между кольцом камеры и боковым профилем, составляющим вулканизационный профиль для вулканизации шины. Имеется мельчайший выступ, продолжающийся вдоль периферического направления за счет границы.
Термин «положение, где разделяется кольцо протектора», используемый здесь, относится к положению на поверхности шины, соответствующему границе между кольцом протектора и боковым профилем, составляющим вулканизационную форму для вулканизации шины. Предусмотрен мельчайший выступ, проходящий вдоль периферического направления за счет границы.
Далее поясняется работа нешипованной шины 10 в соответствии с настоящим изобретением. В общем, при установке шины на автомобиль, для обеспечения устойчивости при движении по прямой, шины расположены так, что их нижние части, контактирующие с поверхностью дороги, обращены навстречу внешней стороне автомобиля, а их верхние части обращены навстречу внутренней части автомобиля. Как видно со стороны передней части автомобиля, шины имеют положение, напоминающее форму шеврона, т.е. сформированы так называемыми отрицательными углами развала.
Когда установлены шины с нулевой боковой асимметричностью, т.е. шины, имеющие симметричные профили участков боковой стенки по отношению к внутренней и внешней сторонам при установке на автомобиль, с обеспечением отрицательных углов развала, как обсуждалось выше, давление контакта распределяется, как показано на фиг.2. Область на внутренней стороне при установке на автомобиль имеет более высокое давление контакта и более короткую длину контакта, а область на внешней стороне при установке на автомобиль имеет меньшее давление контакта и большую длину контакта с центральной осевой линией на поверхности, контактирующей с землей, являющейся их границей.
Поскольку при поддержании симметричных профилей контакта с землей, шины являются ведомыми, на каждой из шин не порождается поперечной силы, а следовательно, даже если баланс нагрузки между правыми и левыми шинами на автомобиле изменяется за счет входной силы помех от поверхности дороги, не порождается силы, перемещающей автомобиль в поперечном направлении. Однако, когда шины ведомы с вышеупомянутыми асимметричными профилями контакта с землей, на каждой шине порождается поперечная сила. Поперечные силы, возникающие на правых и левых шинах, подавляют друг друга для поддержания устойчивости при движении по прямой. В этом случае воздействие помех от поверхности дороги к любой одной из правых или левых шин нарушает баланс между поперечными силами на правых и левых шинах, так что вероятно, что на автомобиле возникнет поперечная сила.
Таким образом, чтобы улучшить устойчивость при движении по прямой, необходимо улучшить симметрию между правыми и левыми профилями контакта с землей относительно центральной линии контактирующей с землей поверхности шины в направлении ширины. Принимая во внимание этот факт, настоящее изобретение является завершенным, и задействует средство улучшения симметрии между правым и левым профилями контакта с землей, в которых жесткость полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль меньше, чем жесткость полусегмента на внутренней стороне при установке на автомобиль, чтобы полусегмент протектора на внешней стороне при установке на автомобиль выдавался больше, чем полусегмент протектора на внутренней стороне при установке на автомобиль.
Первая мера для дифференциации величин выступания правого и левого полусегмента состоит в следующем. Шина контактирует с поверхностью дороги с углом развала -0,5 градусов при условии, что приложены внутреннее давление и нагрузка, как показано на фиг.2. Длины контакта с землей С, D внутренней и внешней сторон при установке на автомобиль, соответственно, измерены в положении, отделенном 40% ширины контакта с землей от центральной линии ширины L поверхности контакта с землей, а степень Y асимметричности профиля контакта вычисляется из уравнения (2). Если степень X асимметричности бокового профиля равна нулю при условии, где к шине приложена нулевая нагрузка, степень Y асимметричности профилей контакта с землей становится очень большой при условии, что к шине приложены отрицательный угол развала и нагрузка. Напротив, в настоящем изобретении шина имеет асимметричные профили участков боковых стенок без приложения нагрузки к ним, так что коэффициент Xd бокового профиля внешней стороны при установке на автомобиль больше, чем коэффициент Хс бокового профиля внутренней стороны при установке на автомобиль. Как показано на фиг.3, степень Y асимметричности профиля контакта с землей может сдерживаться, чтобы улучшить, таким образом, устойчивость при движении по прямой.
Иными словами, первая мера снижает жесткость полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль, за счет увеличения коэффициента бокового профиля полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль. Механизм обсуждается далее. То есть полусегмент на внешней стороне при установке на автомобиль, который имеет большой коэффициент бокового профиля, имеет меньший радиус Ro кривизны участка плеча, чем радиус Ri кривизны участка плеча полусегмента на внутренней стороне при установке на автомобиль, как показано на фиг.1. Допуская, что радиальный каркас 4 несет большую часть внутреннего давления Р, периферическая нагрузка Т, вычисленная уравнением (4), выражающим периферическую нагрузку на тонкий цилиндр, прикладывается к радиальному каркасу 4 с толщиной t и радиусом кривизны R. Таким образом, полусегмент на внутренней стороне при установке на автомобиль с большим радиусом кривизны имеет большую периферическую нагрузку Т, а полусегмент на внешней стороне при установке на автомобиль с меньшим радиусом кривизны имеет меньшую периферическую нагрузку Т.
Таким образом, периферическая нагрузка Т радиального каркаса 4 полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль может быть уменьшена посредством установления коэффициента Xd бокового профиля на внешней стороне при установке на автомобиль больше, чем коэффициент Хс бокового профиля на внутренней стороне при установке на автомобиль. В результате, жесткость всего полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль может быть уменьшена, чтобы сделать выступание участка протектора большим, чем выступание участка протектора полусегмента на внутренней стороне при установке на автомобиль.
Следует учесть, что в уравнении (2), представляющем степень Y асимметричности профиля контакта с землей, С и D определяются как длины контакта с землей поверхности контакта с землей шины с внутренней стороны при установке на автомобиль и на внешней стороне при установке на автомобиль, соответственно, измеряемые в положениях, условно отделенных 40% ширины W всей поверхности контакта с землей от центра ширины М поверхности контакта с землей. Если эти длины одинаковы, степень асимметричности поверхности контакта с землей равна нулю.
Как описано выше, устойчивость при движении по прямой может быть улучшена за счет оптимизации коэффициентов Xd, Xc бокового профиля. Конкретные диапазоны оптимальных коэффициентов Xd, Xc бокового профиля нешипованной шины составляют 0,52-0,55 для коэффициентов Xd бокового профиля на внешней стороне при установке на автомобиль и 0,45-0,5 для коэффициентов Xc бокового профиля на внутренней стороне при установке на автомобиль, или 0,5-0,55 для коэффициентов Xd бокового профиля на внешней стороне при установке на автомобиль и 0,45-0,48 для коэффициентов Xc бокового профиля на внутренней стороне при установке на автомобиль. В случае, где Xd составляет ниже 0,52, а Xc составляет выше 0,5, или где Xd составляет ниже 0,5, а Xc составляет выше 0,48, степень Х асимметричности бокового профиля слишком мала, чтобы улучшить устойчивость при движении по прямой. С другой стороны, в случае, где Xd составляет выше 0,55 или Xc составляет ниже 0,45, степень Х асимметричности бокового профиля велика настолько, что степень Y асимметричности профиля контакта с землей становится большой, что ухудшает устойчивость при движении по прямой и, вероятно, вызывает неравномерный износ.
В приведенном выше описании степень Х асимметричности бокового профиля, оптимальная для сдерживания степени Y асимметричности профиля контакта с землей, чтобы улучшить симметрию профиля контакта с землей, сильно зависит от жесткости протектора. Таким образом, степень Х асимметричности бокового профиля летней шины, имеющей высокую жесткость протектора, не может быть применена к нешипованной шине, жесткость протектора которой должна быть подавлена для сохранения характеристики на покрытом льдом или заснеженном покрытии. Кроме того, в нешипованной шине необходимо оптимизировать степень Х асимметричности бокового профиля, принимая во внимание тот факт, что устойчивость при движении по прямой может быть ухудшена только за счет низкой жесткости протектора. В силу этих моментов, оптимизация асимметричности нешипованной шины гораздо более сложна, чем оптимизация асимметричности летней шины.
Как обсуждалось выше, для сохранения характеристики на покрытом льдом или заснеженном покрытии, необходима достаточная жесткость нешипованной шины. Соотношение между асимметричностью профиля контакта с землей и степенью Х асимметричности бокового профиля в значительной степени полагается на жесткость протектора, что позволяет устанавливать жесткость протектора внутри предпочтительного диапазона. Более конкретно, коэффициент Z жесткости, который опытным путем точно представляет жесткость протектора и определяется как (Y-0,045)/X в уравнении (3), предпочтительно составляет от 0,7 до 1,0. Следует учесть, что Y и Х представляют вышеупомянутую степень асимметричности бокового профиля и степень асимметричности профиля контакта с землей.
Вторая мера дифференциации величин выступания правого и левого полусегментов протектора состоит в следующем. В нешипованной шине 10 длина L2 вдоль внутренней поверхности шины полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль (см. фиг.1) устанавливается таким образом, чтобы быть длиннее, чем длина L1 периферии вдоль внутренней поверхности шины полусегмента на внутренней стороне при установке на автомобиль (см. фиг.1). Такая конфигурация делает возможным дополнительное выступание участка протектора полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль больше, чем полусегмента на внутренней стороне при установке на автомобиль, что еще более предпочтительно. Это происходит из-за того, что большая длина периферии дает более мягкое пружинящее свойство полусегмента против нагрузки, действующей в радиальном направлении шины. Таким способом, делая длину L2 периферии вдоль внутренней стороны полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль длиннее, чем длина L1 периферии полусегмента на внутренней стороне при установке на автомобиль, жесткость полусегмента на внешней стороне при установке на автомобиль может быть уменьшена и, в результате, участок протектора может быть сделан более выступающим, чем полусегмент на внутренней стороне при установке на автомобиль. Однако большая разница между L1 и L2 обеспечивает более мягкое пружинящее свойство в ширину шины и периферийные направления, чтобы уменьшить передающую способность рулевого колеса. Таким образом, предпочтительная разница составляет 2% или менее.
Примеры
В порядке эксперимента были изготовлены нешипованные шины, которые различались только степенью асимметричности бокового профиля, и при установке шин на реальные автомобили оценивались степени Y асимметричности бокового профиля и различные характеристики движения. Спецификации шин и результаты оценки приведены в таблице. Шины, изготовленные в порядке эксперимента, имели размер 195/65R15.
Когда шины устанавливались на автомобиль, нешипованные шины устанавливались на ободы с размером 6J, и в шины было накачано внутреннее давление 200 кПа.
Степень Y асимметричности профиля контакта с землей измерялась в условиях приложения нагрузки 4,71 ньютона и угла развала -0,5 градуса в соответствии с определением.
После того, как шина вышеупомянутого размера была установлена на заднеприводный автомобиль, а затем была приложена нагрузка, которую составлял водитель и вес в 60 кг на пассажирском сиденье, была проведена оценка реального автомобиля. Чтобы оценить устойчивость к неравномерному износу, шина подводилась на барабанную установку тестирования при скорости 80 км/ч с вышеупомянутым углом развала, и после пробега 400 км измерялась величина неравномерного износа на внутренней стороне при установке на автомобиль. Результаты отображены в относительных значениях с величиной износа для сравнительного примера, принятой за 100. Большее заданное значение означает большую величину износа, а следовательно, меньшую устойчивость к неравномерному износу.
Водителем были всесторонне оценены общая характеристика управляемости на сухих дорогах и заснеженных дорогах на основании точности поведения автомобиля и скорости реакции на поворотах в масштабе один к десяти.
Водителем были всесторонне оценены устойчивость при движении по прямой на сухих и заснеженных дорогах на основании устойчивости автомобиля на прямых дорогах и скорость реакции на незначительное рулевое управление в масштабе один к десяти.
Были оценены характеристики торможения автомобиля, оборудованного антиблокировочной системой торможения, на заснеженных дорогах посредством измерения тормозного пути от 40 км/ч при полном торможении. Результаты отображены в относительных значениях с результатом для сравнительного примера, принятым за 100. Чем больше относительное значение, тем выше характеристика торможения.
Таблица
Сравнительный пример
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Коэффициент Xd бокового профиля внешней стороны при установке на автомобиль
0,50
0,465
0,50
0,465
Коэффициент Хс бокового профиля внутренней стороны при установке на автомобиль
0,50
0,535
0,535
0,50
Степень Х асимметричности бокового профиля
0
0,035
0,0175
0,0175
Степень Y асимметричности профиля контакта с землей
4,5%
1,5%
3,0%
3,0%
Устойчивость при движении по прямой (сухая дорога)
4,5
5,0
4,7
4,7
Устойчивость при движении по прямой (заснеженная дорога)
5,0
5,5
5,3
5,3
Общая характеристика управляемости (сухая дорога)
4,5
4,8
4,6
4,7
Общая характеристика управляемости (мокрая дорога)
4,5
4,7
4,5
4,6
Характеристика торможения
100
101
100
100
Устойчивость к неравномерному износу
100
95
99
99