ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
PNEUMATIC TIRE

Область техники
Настоящее изобретение относится к пневматической шине, подходящей для эксплуатации на обледенелых и заснеженных дорогах, и в частности к пневматической шине, выполненной с возможностью улучшения характеристик торможения на льду и уменьшения сопротивления качению.
Уровень техники
Как правило, в пневматической шине для эксплуатации на обледенелых и заснеженных дорогах, примером которой является нешипованная шина, на участке протектора образовано множество продольных канавок, проходящих в направлении вдоль окружности шины, и множество поперечных канавок, проходящих в поперечном направлении шины, и такие продольные канавки и поперечные канавки образуют целый ряд блоков. Кроме того, в каждом из блоков формируют множество прорезей.
Как описано выше, пневматическая шина может демонстрировать превосходные эксплуатационные характеристики при езде по льду и снегу с канавками и прорезями, образованными на участке протектора. В последние годы возникли дополнительные требования по улучшению характеристик торможения на льду.
Более того, в пневматической шине для эксплуатации на обледенелых и заснеженных дорогах применяется многослойная структура, которая включает в себя верхний слой резины протектора и слой резины подпротектора на участке протектора. В данном случае гибкий верхний слой резины протектора обеспечивает удерживаемость на дорожном покрытии, и одновременно слой резины подпротектора, выступающий в качестве основы, способствует улучшению устойчивости рулевого управления (см., например, публикации JP 2009-262646 A и JP 2017-140936 A).
Однако каучуковая композиция, образующая слой резины подпротектора, в целом отличается высоким tan δ. Таким образом, при увеличении толщины слоя резины подпротектора происходит, скорее всего, ухудшение показателей сопротивления качению. Таким образом, хотя в предшествующем уровне техники ухудшение показателей сопротивления качению считается незначительной проблемой для пневматической шины при эксплуатации на обледенелых и заснеженных дорогах, в последнее время возникла потребность в уменьшении сопротивления качению.
Техническая задача
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить пневматическую шину с повышенными характеристиками торможения на льду и пониженным сопротивлением качению.
Решение задачи
Для достижения упомянутой выше цели конструкция пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением включает в себя участок протектора, проходящий в направлении вдоль окружности шины и имеющий кольцевую форму, пару участков боковины, расположенных на обеих сторонах участка протектора, и пару участков борта, размещенных внутри пары участков боковины в радиальном направлении шины, при этом между парой участков борта размещается каркасный слой, и такой участок протектора имеет многослойную структуру, включающую в себя верхний слой резины протектора и слой резины подпротектора, канавки и прорези, образованные на участке протектора, индекс сцепления на снегу STI за счет использования канавок и прорезей составляет 180 или более, радиус протектора в меридиональном поперечном сечении участка протектора находится в диапазоне от 80% до 140% внешнего диаметра шины, ширина пятна контакта участка протектора с грунтом находится в диапазоне от 66% до 83% ширины поперечного сечения шины, а высота наполнителя борта, находящегося на внешней окружности сердечника борта каждого из пары участков борта составляет 40% или менее от высоты поперечного сечения шины.
Преимущества изобретения
В настоящем изобретении используется плоский профиль протектора, при котором увеличивается ширина пятна контакта участка протектора с грунтом. За счет этого удается увеличить площадь пятна контакта участка протектора с грунтом и улучшить характеристики торможения на льду. Кроме того, при этом уменьшается высота наполнителя борта. В этом случае уменьшается вертикальный коэффициент жесткости шины, и, скорее всего, будет наблюдаться отклонение участка боковины. Таким образом, появляется возможность относительного снижения потери энергии на участке протектора и уменьшения сопротивления качению. Более того, при обеспечении отклонения участка боковины в момент торможения увеличивается площадь пятна контакта с грунтом. Таким образом, это способствует улучшению характеристик торможения на льду. За счет этого можно улучшить характеристики торможения на льду и уменьшить сопротивление качению.
В настоящем изобретении положение максимальной ширины шины предпочтительно находится в диапазоне от 50% до 60% от высоты поперечного сечения шины. При таком диапазоне положения максимальной ширины шины вертикальный коэффициент жесткости шины уменьшается, и, скорее всего, происходит отклонение участка боковины. Таким образом, появляется возможность относительного снижения потери энергии на участке протектора и уменьшения сопротивления качению. Кроме того, отклонение участка боковины увеличивает площадь пятна контакта с грунтом.
Толщина резины в положении максимальной ширины шины на внешней стороне каркасного слоя предпочтительно находится в пределах диапазона от 1 мм до 4 мм. При уменьшении толщины резины в положении максимальной ширины шины на внешней стороне каркасного слоя снижается вертикальный коэффициент жесткости шины, а также увеличивается площадь пятна контакта с грунтом. Более того, появляется возможность снижения потери энергии на участке боковины и уменьшения сопротивления качению.
Каркасный слой предпочтительно загнут вверх вокруг сердечника борта от внутренней стороны к внешней стороне шины, а высота загиба каркасного слоя находится в диапазоне от 10% до 40% от высоты поперечного сечения шины. При уменьшении высоты загиба вверх каркасного слоя, как описано выше, можно уменьшить вертикальный коэффициент жесткости шины, увеличить площадь пятна контакта с грунтом и уменьшить сопротивление качению.
В настоящем изобретении, чтобы обеспечить требуемые характеристики пневматической шины для эксплуатации на обледенелых и заснеженных дорогах, индекс сцепления на снегу STI задается равным 180 или более. Индекс сцепления на снегу STI вычисляют по приведенной ниже формуле (1):
STI = -6,8+2202 ρg+672 ρs+7,6 Dg  … (1),
где
2
2
ρg: плотность канавок (мм/мм) = общая длина продольных компонентов канавок в поперечном направлении шины (мм) / общая площадь области пятна контакта с грунтом (мм),
2
2
ρs: плотность прорезей (мм/мм) = общая длина продольных компонентов прорезей в поперечном направлении шины (мм) / общая площадь области пятна контакта с грунтом (мм), а
Dg: средняя глубина канавки (мм).
В настоящем изобретении такие размеры, как радиус протектора, внешний диаметр шины и высота поперечного сечения шины, измеряют на шине, смонтированной на обычном диске и накачанной до обычного внутреннего давления. Кроме того, ширину пятна контакта шины с грунтом участка протектора в осевом направлении шины измеряли на шине, смонтированной на обычном диске и накачанной до обычного внутреннего давления, а затем установленной вертикально на плоской поверхности с приложенной к ней обычной нагрузкой. «Обычный диск» представляет собой диск, определяемый стандартом для каждой шины в соответствии с системой стандартов, в которую входят стандарты, лежащие в основе производства шин, и относится к «стандартному диску» в соответствии с определением JATMA, «проектному диску» в соответствии с определением TRA и «измерительному диску» в соответствии с определением ETRTO. «Обычное внутреннее давление» представляет собой давление воздуха, определяемое стандартом для каждой шины в соответствии с системой стандартов, в которую входят стандарты, лежащие в основе производства шин, и относится к «максимальному давлению воздуха» в соответствии с определением JATMA, максимальному значению в таблице «ДОРОЖНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛЯ ШИН ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ НАКАЧКИ В ХОЛОДНОЕ ВРЕМЯ» в соответствии с определением TRA и «ДАВЛЕНИЮ НАКАЧКИ» в соответствии с определением ETRTO. При этом «обычное внутреннее давление», если шина представляет собой шину для пассажирского транспортного средства, составляет 180 кПа. «Обычная нагрузка» представляет собой нагрузку, определяемую стандартом для каждой шины в соответствии с системой стандартов, в которую входят стандарты, лежащие в основе производства шин, и относится к «максимальной грузоподъемности» в соответствии с определением JATMA, относится к максимальному значению в таблице «ДОРОЖНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛЯ ШИН ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ НАКАЧКИ В ХОЛОДНОЕ ВРЕМЯ» в соответствии с определением TRA и относится к «ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ» в соответствии с определением ETRTO. Если шина предназначена для эксплуатации на пассажирском транспортном средстве, используют нагрузку, соответствующую 88% описанной выше нагрузки.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в меридианном поперечном сечении пневматической шины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 2 - развернутый вид, иллюстрирующий рисунок протектора пневматической шины, показанной на Фиг. 1.
Описание вариантов осуществления изобретения
Ниже будут подробно описаны конфигурации вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные графические материалы. На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлена пневматическая шина в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На Фиг. 1 и Фиг. 2 Tc обозначает направление вдоль окружности шины, Tw обозначает поперечное направление шины, CL обозначает экваториальную линию шины, а TCW обозначает ширину пятна контакта с грунтом.
Как показано на Фиг. 1, пневматическая шина настоящего варианта осуществления содержит участок 1 протектора, имеющий кольцевую форму и проходящий в направлении вдоль окружности шины, пару участков 2, 2 боковины, расположенных на обеих сторонах участка 1 протектора, и пару участков 3, 3 борта, расположенных на внутренней стороне участков 2 боковины в радиальном направлении шины.
Между парой участков 3, 3 борта размещен каркасный слой 4. Каркасный слой 4 содержит множество армирующих кордов, проходящих в радиальном направлении шины, и загибается назад вокруг сердечников 5 борта с расположением в каждом из участков 3 борта между внутренней стороной шины и внешней стороной шины. На внешней окружности сердечника 5 борта размещен наполнитель 6 борта, имеющий треугольную форму поперечного сечения и сформированный из каучуковой композиции.
Множество слоев 7 брекера размещены со стороны внешней окружности каркасного слоя 4 на участке 1 протектора. Слои 7 брекера в каждом случае включают в себя множество армирующих кордов, которые наклонены по отношению к направлению вдоль окружности шины, и такие армирующие корды расположены крест-накрест между слоями. Например, в слоях 7 брекера угол наклона армирующих кордов относительно направления вдоль окружности шины находится в пределах диапазона от 10 до 40°. В качестве армирующих кордов слоев 7 брекера предпочтительно используют стальные корды. Чтобы повысить долговечность при езде с высокой скоростью, со стороны внешней окружности слоев 7 брекера располагается по меньшей мере один слой 8 обкладки брекера, сформированный путем размещения армирующих кордов, например, под углом не более 5° по направлению вдоль окружности шины. В качестве армирующих кордов верхнего слоя 8 брекера предпочтительно используется нейлоновый, арамидный корд или корд из схожего органического волокна.
В пневматической шине верхний слой 11A резины протектора и слой 11B резины подпротектора расположены на внешней стороне каркасного слоя 4, слоев 7 брекера и слоя 8 обкладки брекера на участке 1 протектора. Верхний слой 11A резины протектора расположен снаружи от слоя 11B резины подпротектора в радиальном направлении шины и выходит на внешнюю поверхность шины. Слой 11B резины подпротектора образован из каучуковой композиции, твердость которой выше, чем у каучуковой композиции верхнего слоя 11A резины протектора. Более конкретно, каучуковая композиция, образующая верхний слой 11A резины протектора, имеет твердость по шкале JIS в диапазоне от 50 до 65, а каучуковая композиция, образующая слой 11B резины подпротектора, имеет твердость по шкале JIS в диапазоне от 56 до 66. Твердость по шкале JIS представляет собой твердость по дюрометру, измеренную в соответствии со стандартом JIS K-6253 с использованием дюрометра типа A при температуре 20 °C.
На внешней стороне каркасного слоя 4 на участке 2 боковины дополнительно располагается боковой слой 12 резины. Брекерный резиновый слой 13 диска расположен с внешней продольной стороны каркасного слоя 4 в участке 3 борта. На внутренней поверхности шины дополнительно располагается слой 14 внутреннего покрытия вдоль каркасного слоя 4.
Как показано на Фиг. 2, на участке 1 протектора образовано множество продольных канавок 21, проходящих в направлении вдоль окружности Tc, и множество поперечных канавок 22, проходящих в поперечном направлении шины Tw. Такие продольные канавки 21 и поперечные канавки 22 на участке 1 протектора определяют множество беговых участков 23, каждый из которых имеет форму блока. Кроме того, в каждом из беговых участков 23 образовано множество прорезей 24, проходящих в поперечном направлении шины. Прорезь может проходить в зигзагообразной форме или может проходить линейно вдоль поперечного направления шины. Ширина канавки в прорези 24 составляет приблизительно 1,5 мм или менее. Следует отметить, что для рисунка протектора не предусмотрено никаких конкретных ограничений. Чтобы обеспечить соответствие требуемым характеристикам пневматической шины для эксплуатации на обледеневших и заснеженных дорогах, индекс сцепления на снегу STI задают на уровне 180 или более, более предпочтительно устанавливают в диапазоне от 180 до 240.
Как показано на Фиг. 1, в пневматической шине радиус TR протектора в меридиональном поперечном сечении участка 1 протектора устанавливают в диапазоне от 80% до 140% внешнего диаметра шины OD, ширину пятна контакта с грунтом TCW участка 1 протектора устанавливают в диапазоне от 66% до 83% ширины поперечного сечения шины SW, а высоту BFH наполнителя 6 борта, расположенного на внешней окружности сердечника 5 борта участка 3 борта, устанавливают в диапазоне 40% или менее высоты поперечного сечения шины SH.
В описанной выше пневматической шине используют плоский профиль протектора, который определяют радиусом протектора TR, и происходит увеличение ширины пятна контакта с грунтом TCW участка 1 протектора. За счет этого удается увеличить площадь пятна контакта участка 1 протектора с грунтом и улучшить характеристики торможения на льду. Кроме того, при этом уменьшается высота BFH наполнителя 6 борта. В этом случае уменьшается вертикальный коэффициент жесткости шины, и, скорее всего, будет наблюдаться отклонение участка 2 боковины. Таким образом, появляется возможность относительного снижения потери энергии на участке 1 протектора и уменьшения сопротивления качению. Более того, при отклонении участка 2 боковины в момент торможения увеличивается площадь пятна контакта с грунтом. Таким образом, это способствует улучшению характеристик торможения на льду. За счет этого можно улучшить характеристики торможения на льду и уменьшить сопротивление качению.
В данном случае, если радиус протектора TR в меридиональном поперечном сечении участка 1 протектора составляет менее 80% от внешнего диаметра шины OD, площадь пятна контакта с грунтом оказывается недостаточной. Напротив, если радиус протектора TR составляет более 140%, надежность контакта с грунтом в центральной области снижается. В результате, снижается эффект от улучшения характеристик торможения на льду. В частности, радиус протектора TR предпочтительно находится в диапазоне от 110% до 130% внешнего диаметра шины OD.
Кроме того, если ширина пятна контакта с грунтом TW участка 1 протектора составляет менее 66% от ширины поперечного сечения шины SW, площадь пятна контакта с грунтом оказывается недостаточной. Напротив, если ширина пятна контакта с грунтом TW превышает 83%, надежность контакта с грунтом в плечевых зонах возрастает, но снижается в центральной области. В результате, снижается эффект от улучшения характеристик торможения на льду. В частности, ширина пятна контакта с грунтом TCW участка 1 протектора предпочтительно находится в диапазоне от 70% до 80% от ширины поперечного сечения шины SW.
Более того, если высота BFH наполнителя 6 борта превышает 40% высоты поперечного сечения шины SH, не удается добиться эффекта уменьшения сопротивления качению. В частности, высота BFH наполнителя 6 борта предпочтительно находится в диапазоне от 10% до 20% от высоты поперечного сечения шины SH. Следует отметить, что высота BFH наполнителя 6 борта может составлять 0% высоты поперечного сечения шины SH (т. е. конструкция не включает в себя наполнителя 6 борта).
В пневматической шине высота Hmax от положения пятки борта до положения максимальной ширины шины Pmax в радиальном направлении шины предпочтительно находится в диапазоне от 50% до 60% высоты поперечного сечения шины SH. При таком диапазоне положения максимальной ширины шины Pmax вертикальный коэффициент жесткости шины уменьшается, и, скорее всего, происходит отклонение участка 2 боковины. Таким образом, появляется возможность относительного снижения потери энергии на участке 1 протектора и уменьшения сопротивления качению. Кроме того, при отклонении участка 2 боковины можно увеличить площадь пятна контакта с грунтом. В данном случае, если положение максимальной ширины шины Pmax оказывается в пределах положения, соответствующего 50% высоты поперечного сечения шины SH в радиальном направлении шины, уменьшается эффект снижения вертикального коэффициента жесткости. Напротив, если положение максимальной ширины шины Pmax выходит за пределы положения, соответствующего 60% высоты поперечного сечения шины SH в радиальном направлении шины, что не удовлетворяет требованиям конструкции шины, долговечность шины снижается. В частности, высота Hmax от положения пятки борта до положения максимальной ширины шины Pmax в радиальном направлении шины предпочтительно находится в диапазоне от 52% до 56% высоты поперечного сечения шины SH.
В пневматической шине толщина резины Т в положении максимальной ширины шины Pmax на внешней стороне каркасного слоя 4 предпочтительно находится в пределах диапазона от 1 мм до 4 мм. При уменьшении толщины резины T в положении максимальной ширины шины Pmax на внешней стороне каркасного слоя 4 снижается вертикальный коэффициент жесткости шины, а также увеличивается площадь пятна контакта с грунтом. Более того, появляется возможность снижения потери энергии на участке 2 боковины и уменьшения сопротивления качению. В данном случае, если толщина резины T составляет менее 1 мм, снижается устойчивость к разрезанию. Напротив, если толщина резины T составляет более 4 мм, увеличиваются потери энергии на участке 2 боковины. В частности, толщина резины T предпочтительно находится в пределах диапазона от 2 мм до 3 мм.
В пневматической шине каркасный слой 4 предпочтительно загнут вверх вокруг сердечника 5 борта от внутренней стороны к внешней стороне шины, а высота загиба TUH каркасного слоя 4 находится в диапазоне от 10% до 40% от высоты поперечного сечения шины SH. При уменьшении высоты загиба вверх TUH каркасного слоя 4, как описано выше, можно уменьшить вертикальный коэффициент жесткости шины, увеличить площадь пятна контакта с грунтом и уменьшить сопротивление качению. В данном случае, если высота загиба вверх TUH каркасного слоя 4 составляет менее 10% от высоты поперечного сечения шины SH, жесткость вокруг участка 3 борта оказывается недостаточной. Напротив, если высота загиба вверх TUH превышает 40%, уменьшается эффект снижения вертикального коэффициента жесткости. В частности, высота загиба вверх TUH каркасного слоя 4 предпочтительно находится в диапазоне от 20% до 30% от высоты поперечного сечения шины SH.
Пример
Пневматическая шина, причем шиноразмер для каждой шины составлял 205/60 R16, включала в себя участок протектора, пару участков боковины и пару участков борта, при этом между парой участков борта размещался каркасный слой, а участок протектора имел многослойную структуру, включающую в себя верхний слой резины протектора и слой резины подпротектора, и при этом на участке протектора были образованы канавки и прорези, а индекс сцепления на снегу STI на основе таких канавок и прорезей устанавливался равным 186 или более, значения отношения радиуса протектора TR к внешнему диаметру шины OD (TR/OD × 100%), отношения ширины пятна контакта с грунтом TCW к ширине поперечного сечения шины SW (TCW/SW × 100%), отношения высоты наполнителя борта BFH к высоте поперечного сечения шины SH (BFH/SH × 100%), отношения высоты Hmax в положении максимальной ширины шины Pmax к высоте поперечного сечения шины SH (Hmax/SH × 100%), толщины резины T в положении максимальной ширины шины Pmax и отношения высоты загиба вверх TUH каркасного слоя к высоте поперечного сечения шины SH (TUH/SH × 100%) устанавливались равными приведенным в таблице 1, и шины изготавливали для стандартного примера, примеров 1-10 и сравнительных примеров 1-4.
Характеристики торможения на льду и сопротивление качению для этих испытуемых шин оценивали в соответствии со следующими способами испытания, результаты которых приведены в таблице 1.
Характеристики торможения на льду
Каждую из шин монтировали на колесе с диском размером 16 × 6,0 J, устанавливали на переднеприводной автомобиль с объемом двигателя 1500 куб. см и накачивали до давления воздуха 180 кПа. Тормозной путь измеряли после торможения со срабатыванием АБС в условиях движения со скоростью 20 км/ч на испытательной трассе с обледенелым дорожным покрытием при нагрузке, эквивалентной двум пассажирам. Результаты оценки были выражены в виде обратных измеренных значений - индексных значений, при этом значение стандартного примера было принято за 100. Более высоким значениям индекса соответствуют более высокие характеристики торможения на льду.
Сопротивление качению
Каждую из испытательных шин монтировали на колесе с диском размером 16 × 6,0 J и устанавливали на стенде испытания сопротивления качению, после чего в течение 30 минут проводили предварительный пробег в следующих условиях: давление воздуха 230 кПа, нагрузка 4,5 кН и скорость 80 км/ч. Затем в тех же условиях измеряли сопротивление качению. Результаты оценки были выражены в виде обратных значений измерений - индексных значений, при этом значение стандартного примера было принято за 100. Большие индексные значения соответствуют меньшему сопротивлению качению.
Таблица 1
Стандарт. пример
Сравн. пример 1
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Сравн. пример 2
Сравн.пример 3
Пример 4
Пример 5
Сравн. пример 4
Пример 6
Пример 7
Пример 8
Пример 9
Пример 10
Пример 11
Пример 12
TR (мм)
550
500
600
1200
1700
1800
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
TCW/SW × 100%
60
75
75
75
75
75
55
60
90
95
75
75
75
75
75
75
75
BFH/SH × 100%
30
15
15
15
15
15
15
15
15
15
10
20
15
15
15
15
0
Hmax/SH × 100%
45
45
45
45
45
45
45
45
45
45
45
45
55
55
55
55
55
Толщина резины T (мм)
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
3
3
3
3
Gc/SH × 100%
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
5
5
5
Gc/SH × 100%
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
5
5
5
TUH/SH × 100%
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
25
25
Структура сердечника борта
(Фиг. 1)
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 1
Фиг. 2
Характеристики торможения (индексное значение)
100
100
102
105
102
100
100
102
102
100
105
105
108
110
115
118
120
Сопротивление качению (индексное значение)
100
105
105
105
105
105
105
105
105
105
108
104
107
110
112
115
117
Как видно из таблицы 1, шины в примерах 1-10 демонстрировали улучшение характеристик торможения на льду и снижение сопротивления качению по сравнению со стандартным примером. Напротив, шины в сравнительных примерах с 1-4 не соответствовали предварительно заданным требованиям к размерам, таким образом, не удалось добиться достаточного эффекта улучшения характеристик торможения на льду.
Перечень ссылочных позиций
1 - участок протектора
2 - участок боковины
3 - участок борта
4 - каркасный слой
5 - сердечник борта
6 - наполнитель борта
7 - слой брекера
8 - слой обкладки брекера
11A - верхний слой резины протектора
11B - резина подпротектора
12 - боковой резиновый слой
13 - брекерный резиновый слой диска
14 - слой внутреннего покрытия
21 - продольная канавка
22 - боковая канавка
23 - беговой участок
24 - прорезь
CL - экваториальная линия шины.