ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
PNEUMATIC TYRE

Область техники
Настоящее изобретение относится к пневматической шине, пригодной для применения в качестве нешипованной шины или т.п., и в которой могут быть улучшены характеристик на обледенелой дороге без влияния на другие характеристики шины.
Уровень техники
Чтобы достичь улучшения характеристик на обледенелой дороге, нешипованные шины содержат большое количество ламелей на блоках или т.п. в области протектора для увеличения усилия царапания поверхности протектора (краевой эффект) с помощью кромок ламелей. Кроме того, нешипованные шины имеют более высокое отношение фактической площади контакта с грунтом к общей площади протектора рисунка протектора, чтобы увеличить площадь контакта с грунтом и повысить силу сцепления на обледенелой поверхности.
В последнее время для снижения бокового увода на обледенелой дороге и улучшения характеристики сцепления с дорогой при движении на повороте (характеристика поперечного сцепления) выдвигали требование, чтобы ламели были наклонены в аксиальном направлении шины с получением большей краевой составляющей в продольном направлении. Однако, как показано на Фиг.4, если угол 91 наклона ламелей «а» относительно аксиального направления шины велик, части «b» блока, разделенные ламелями «а», становятся фактически меньше по толщине 1, что приводит к снижению жесткости блока, тем самым приводя к ухудшению например, износостойкости.
В свете этих обстоятельств, заявителем настоящего изобретения проводились исследования и выявлены следующие факторы.
Во-первых, центральная область протектора в плоскости экватора шины претерпевает более высокое давление на грунт, по сравнению с другими областями. Соответственно, центральная область обеспечивает высокие значения краевого эффекта и силы сцепления, что вносит большой вклад в характеристики на обледенелой дороге. Следовательно, возможно улучшить характеристики на обледенелой дороге при ограниченном отношении фактической и общей площадей путем относительного увеличения ширины центральной области контакта с грунтом, расположенной в центральной зоне в аксиальном направлении шины.
Также возможно увеличить продольные краевые составляющие и дополнительно улучшить характеристики на обледенелой дороге путем снабжения центральной области контакта с грунтом V-образными канавками. Благодаря этому дополнительно достигают более высокой жесткости и подавляют неблагоприятное влияние на другие характеристики шины, такое как ухудшение износостойкости, по сравнению, например, со случаем снабжения центральной области контакта с грунтом наклонными канавками.
Описание изобретения
Основной целью настоящего изобретения является обеспечение пневматической шины, позволяющей улучшить характеристики на обледенелом дорожном покрытии без влияния на другие характеристики, такие как износостойкость. В соответствии с настоящим изобретением, пневматическая шина с заданным направлением вращения включает протектор; пару центральных продольных основных канавок, проходящих с обеих сторон от плоскости экватора протектора шины; центральную область контакта с грунтом между центральными продольными основными канавками; ламель, обеспеченную в центральной области контакта с грунтом; V-образные канавки, каждая из которых обеспечена отдельно в продольном направлении шины в центральной области контакта с грунтом, причем каждая указанная V-образная канавка имеет вершину, расположенную в средней зоне центральной области контакта с грунтом, первый наклонный участок, проходящий от вершины к одному краю центральной области контакта с грунтом, и второй наклонный участок, проходящий от вершины к другому краю центральной области контакта с грунтом; первую наклонную вспомогательную канавку и вторую наклонную вспомогательную канавку, обеспеченные между парой V-образной канавок, причем первая наклонная вспомогательная канавка проходит от одного края центральной области контакта с грунтом к плоскости экватора шины с тем же направлением наклона, что и у первого наклонного участка, вторая наклонная вспомогательная канавка проходит от другого края центральной области контакта с грунтом к плоскости экватора шины с тем же направлением наклона, что и у второго наклонного участка, и первая наклонная вспомогательная канавка и вторая наклонная вспомогательная канавка обеспечены отдельно в продольном направлении шины, и ширина центральной области контакта с грунтом составляет от 15% до 21% от ширины протектора.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен развернутый вид, демонстрирующий одно из воплощений рисунка протектора пневматической шины по настоящему изобретению.
На Фиг.2 представлен увеличенный вид части Фиг.1.
На Фиг.3А-3D представлены виды поперечного сечения центральной продольной основной канавки, V-образной канавки, наклонной вспомогательной канавки и ламели.
На Фиг.4 представлен неполный увеличенный вид для описания ламелей на блоках.
Описание предпочтительных воплощений
Далее описаны воплощения настоящего изобретения со ссылками на чертежи. На Фиг.1 представлен развернутый вид рисунка протектора, на котором пневматическая шина по настоящему изобретению выполнена в виде нешипованной шины для легковых автомобилей.
На Фиг.1 пневматическая шина 1 по данному воплощению представляет собой шину с направленным рисунком, где задано направление F вращение шины, и протектор 2 снабжен парой центральных продольных основных канавок 3 и 3 с обеих сторон плоскости Со экватора шины. Соответственно, центральная область 4 контакта с грунтом ограничена центральными основными канавками 3 и 3. Центральная область 4 контакта с грунтом содержит ламели 5. Пневматическая шина 1 по воплощению имеет отношение фактической площади контакта с грунтом к общей площади протектора от 65 до 75%, с точки зрения обеспечения эффективных характеристик на обледенелой и заснеженной дороге.
В данном воплощении протектор 2 содержит шесть продольных основных канавок, включающих центральные продольные основные канавки 3 и 3; плечевые продольные основные канавки 6 и 6, расположенные вдоль краев Те протектора, и средние продольные основные канавки 7 и 7, расположенные между центральными основными канавками 3 и плечевыми основными канавками 6. Соответственно, протектор 2 в целом разделен на семь областей контакта с грунтом, включающих центральную область 4 контакта с грунтом между центральными основными канавками 3 и 3; внутренние средние области 8 контакта с грунтом между центральными основными канавками 3 и средними основными канавками 7; внешние средние области 9 контакта с грунтом между средними основными канавками 7 и плечевыми основными канавками 6; и плечевые области 10 контакта с грунтом между плечевыми основными канавками 7 и краями Те проектора.
Центральная область 4 контакта с грунтом имеет ширину W4 от 15 до 21% ширины TW протектора между краями Те и Те протектора. Центральная область 4 контакта с грунтом претерпевает более высокое давление на грунт по сравнению с другими областями 8-10 контакта с грунтом, и таким образом, достигают высоких значений краевого эффекта и силы сцепления, что вносит большой вклад в характеристики на обледенелой дороге. Таким образом, возможно улучшить характеристики на обледенелой дороге в ограниченном диапазоне отношения фактической области контакта с грунтом к общей площади протектора, путем формирования центральной области 4 контакта с грунтом большей ширины. Ширина W4 относится к аксиальной ширине, измеренной на поверхности протектора между краями 4Еа и 4Eb (также в совокупности называемыми краями 4Е). Если ширина W4 изменяется в продольном направлении шины, как в данном воплощении, среднее из максимального и минимального ее значения определяют как ширину W4. В данном воплощении из всех областей 4 и 8-10 контакта с грунтом, центральная область 4 контакта с грунтом имеет наибольшую ширину и плечевые области 10 контакта с грунтом имеют вторую по величине ширину.
Основные канавки 3, 6 и 7 выполнены в виде продольных канавок шириной 4,0 мм или более в направлении, перпендикулярном направлению длины канавки. Если ширина канавки изменяется в продольном направлении, ширину канавки определяют как среднее между максимальным и минимальным значениями.
Центральная область 4 контакта с грунтом содержит V-образные канавки 11 в качестве поперечных канавок 30, расположенных на расстоянии в продольном направлении шины. Соответственно, центральная область 4 контакта с грунтом сформирована в виде ряда блоков, в котором V-образные блоки 12 расположены в одну линию. Как показано на Фиг. 2, каждая V-образная канавка 11 включает вершину 13, расположенную в средней зоне 4С центральной области 4 контакта с грунтом, и первый и второй наклонные участки 14а и 14b, которые проходят с наклоном в направлении, противоположном направлению F вращения шины, относительно первого и второго краев 4Еа и 4Eb (также в совокупности называемые «наклонные участки» 14). Центральная зона 4С представляет собой зону, расположенную на расстоянии 20% ширины W4 от плоскости Со экватора шины с обеих сторон. Таким образом, расстояние L1 вершины 13 от плоскости Со экватора шины составляет 20% или менее от ширины W4.
Каждый из V-образных блоков 12 снабжен одной первой наклонной вспомогательной канавкой 15а, проходящей от первого края 4Еа к плоскости Со экватора шины с тем же направлением наклона, что и у первого наклонного участка 14а, и одной второй наклонной вспомогательной канавкой 15b, проходящей от второго края 4Eb к плоскости Со экватора шины с тем же направлением наклона, что и у второго наклонного участка 14b. Эти наклонные вспомогательные канавки 15а и 15b не пересекаются, а находятся на расстоянии друг от друга в продольном направлении. Первая наклонная вспомогательная канавка 15а и вторая наклонная вспомогательная канавка 15b также в совокупности могут быть названы просто наклонными вспомогательными канавками 15.
Первая наклонная вспомогательная канавка 15а и вторая наклонная вспомогательная канавка 15b не проходят за пределы продольной базисной линии X, проходящей через вершины 13, а заканчиваются на базисной линии X, или перед ней. В данном воплощении плоскость Со экватора шины и базисная линия X совпадают, т.е. расстояние L1 равно 0.
Угол α, образованный наклонным участком 14 V-образной канавки 11 относительно аксиального направления шины, и угол β, образованный наклонной вспомогательной канавкой 15 относительно аксиального направления шины, составляют от 5 до 30°. Более конкретно, угол αа,
образованный первым наклонным участком 14а, угол αb, образованный вторым наклонным участком 14b, угол βа, образованный первой наклонной вспомогательной канавкой 15а, угол βb, образованный второй наклонной вспомогательной канавкой 15b, составляют от 5 до 30° относительно аксиального направления шины. При этом, углы αа, αb, βа и βb могут отличаться друг от друга. Однако, с точки зрения стабильности прямолинейного движения, разность углов (αа-αb) первого и второго наклонных участков 14а и 14b предпочтительно составляет 10° или менее, более предпочтительно, 5° или менее, еще более предпочтительно, 0°. Кроме того, разность углов (αа-βb) первой и второй вспомогательных канавок 15а и 15b предпочтительно составляет 10° или менее, более предпочтительно, 5° или менее, еще более предпочтительно, 0°. Более того, с точки зрения жесткости блока, разность углов (αа-βа) первого наклонного участка 14а и второй наклонной вспомогательной канавки 15а предпочтительно составляет 10° или менее, более предпочтительно, 5° или менее, еще более предпочтительно, 0°. Кроме того, разность углов (αb-βb) второго наклонного участка 14b и второй наклонной вспомогательной канавки 15b предпочтительно составляет 10° или менее, более предпочтительно, 5° или менее, еще более предпочтительно, 0°. В данном примере указанные выше разности углов установлены более предпочтительным образом, так что αа=αb=βа=βb.
Как показано на Фиг.3А-3С, глубина Н14 наклонного участка 14 и глубина Н15 наклонной вспомогательной канавки 15 меньше, чем глубина Н3 центральной основной канавки 3. В частности, с точки зрения жесткости блока, глубина Н14 наклонного участка 14 и глубина Н15 наклонной вспомогательной канавки 15 предпочтительно составляет от 55 до 65% глубины Н3 канавки. Глубина Н14 и глубина Н15 могут отличаться в пределах указанного выше диапазона. Однако, с точки зрения баланса жесткости, глубину канавки предпочтительно задают так, что Н14=Н15. Ширина W14 наклонного участка 14 и ширина W15 наклонной вспомогательной канавки 15 предпочтительно меньше, чем ширина W3 центральной основной канавки 3, и предпочтительно составляет от 2,0 до 3,0 мм.
Каждый V-образный блок 12 содержит ламели 5, сформированные в его пределах. Ламели 5 сформированы параллельно V-образным канавкам. Более конкретно, каждая ламель 5 включает первую V-образную ламель 5А, расположенную между V-образной канавкой 11 и наклонной вспомогательной канавкой 15 и выполненную параллельно V-образной канавке 11, и вторую прямолинейную ламель 5В, соединенную с внутренним краем наклонной вспомогательной канавки 15 и выполненную параллельно наклонному участку 14 V-образной канавки 11. Кроме того, в данном воплощении каждая ламель 5 содержит на одном конце концевой участок 5Е, заканчивающийся в пределах V-образного блока 12. Ламели 5 расположены так, что концевые участки 5Е возникают поочередно с одной стороны и с другой стороны в аксиальном направлении шины.
Как описано выше, шина 1 по данному воплощению обеспечивает более эффективное проявление краевого эффекта и силы сцепления при ограниченном отношении фактической площади контакта с грунтом к общей площади протектора, что улучшает характеристики на обледенелой дороге, путем обеспечения более широкой центральной области 4 контакта с грунтом, которая претерпевает высокое давление на грунт и вносит большой вклад в характеристики на обледенелой дороге.
V-образные канавки 11, обеспеченные в центральной области 4 контакта с грунтом, увеличивают продольные краевые составляющие благодаря наклонным участкам 14, чтобы тем самым снизить боковой увод на обледенелой дороге и повысить характеристики поперечного сцепления. V-образные блоки 12, разделенные V-образными канавками 11, каждая из которых имеет V-образную форму с одним участком в виде крыла и другим участком в виде крыла, соединенными друг с другом, менее подвержены деформированию, и следовательно, улучшена жесткость блока, по сравнению, например, с блоками в форме параллелограмма, разделенными наклонными канавками. Это делает возможным более эффективное проявление краевого эффекта, что вносит дополнительный вклад в улучшение характеристики на обледенелой дороге. V-образные блоки 12 меньше подвержены износу вследствие высокой жесткости блока, что дает возможность подавлять ухудшение износостойкости, неравномерный износ и т.п. Кроме того, наклонные вспомогательные канавки 15, сформированные между V-образными канавками 11 и 11, дополнительно увеличивают продольные краевые составляющие, при сохранении высокой жесткости V-образных блоков 12, что вносит дополнительный вклад в улучшение характеристик на обледенелой дороге.
Ламели 5 на V-образных блоках 12 сформированы параллельно V-образным канавкам и дополнительно увеличивают продольные краевые составляющие при минимальном ухудшении жесткости блока, тем самым дополнительно улучшая характеристики на обледенелой дороге.
Когда ширина W4 центральной области 4 контакта с грунтом меньше чем 15% ширины TW протектора, не достигают достаточного эффекта улучшения характеристик на обледенелой дороге. С другой стороны, когда ширина W4 центральной области 4 контакта с грунтом больше чем 21% ширины TW протектора, шина может иметь ухудшенную характеристику сцепления на влажном дорожном покрытии, например, свойство дренажа может ухудшаться. С этой точки зрения ширина W4 более предпочтительно составляет 16% или более, но 20% или менее от ширины TW протектора.
Если углы αа и αb, образованные наклонными участками 14, и углы βа и βb, образованные наклонными вспомогательными канавками 15, составляют менее 5°, нельзя ожидать увеличения продольных краевых составляющих, и таким образом, ухудшаются характеристики на обледенелой дороге. С другой стороны, если углы αа, αb, βа и βb превышают 30°, трудно обеспечить жесткость блока, что приводит к ухудшению износостойкости, неравномерному износу и т.п. С этой точки зрения, углы αа, αb, βа и βb более предпочтительно составляют 15° или более, но 21° или менее.
Если расстояние L1 в аксиальном направлении шины от вершин 13 V-образных канавок 11 до плоскости Со экватора шины превосходит 20% ширины W4, V-образные канавки становятся менее эффективными, приводя к ухудшению жесткости блоков. Кроме того, в этом случае, снижается симметричность рисунка, что является недостатком для стабильности прямолинейного движения. С этой точки зрения, расстояние L1 предпочтительно составляет 10% или менее от ширины W4, более предпочтительно 5% или менее, еще более предпочтительно 0%.
В данном воплощении в каждом V-образном блоке 12 продольное расстояние L3 от наклонной вспомогательной канавки 15 до V-образной канавки 11, соседней с наклонной вспомогательной канавкой 15 в продольном направлении шины, меньше, чем продольное расстояние L2 между первой и второй наклонными вспомогательными канавками 15а и 15b. Для обеспечения жесткости блока, расстояние L2 между наклонными вспомогательными канавками 15 и 15 должно превышать определенную величину. Расстояние L2 может быть обеспечено, при ограниченной длине блока, путем размещения наклонных вспомогательных канавок 15 близко к V-образным канавкам 11 (т.е. обеспечения меньшего расстояния L3).
В каждом V-образном блоке 12 количество n1 ламелей 5 между наклонными вспомогательными канавками 15 и 15 предпочтительно больше, чем количество п2 ламелей 5 между наклонной вспомогательной канавкой 15 и V-образной канавкой 11. Это дает возможность увеличить количество ламелей 5, тем самым улучшая характеристики на обледенелой дороге при сохранении жесткости блока. В данном примере количество ламелей 5 n1=2 и n2=1.
Как показано на Фиг.3D, глубина Н5 ламели 5 предпочтительно больше, чем глубина Н14 наклонного участка 14 (эквивалентная глубине V-образной канавки 11) и глубина Н15 наклонной вспомогательной канавки 15. Это дает возможность эффективно получать краевой эффект при сохранении жесткости блока. С точки зрения поддержания жесткости блока, глубина Н5 ламели 5 предпочтительно составляет от 70 до 80% глубины Н3 центральной основной канавки 3.
Боковые края 4Е центральной области 4 контакта с грунтом наклонены от места Р1 пересечения наклонной вспомогательной канавки 15 и бокового края 4Е к месту Р2 пересечения другой наклонной вспомогательной канавки 15, соседней с первой наклонной вспомогательной канавкой 15 в направлении, противоположном направлению F вращения шины, и боковым краем 4Е, аксиально наружу в направлении, противоположном направлению F вращения шины. Благодаря этому обеспечены ступенчатые участки D на открытых концах наклонных вспомогательных канавок 15, что улучшает характеристики сцепления.
Как показано на Фиг.1, внутренние средние области 8 контакта с грунтом, внешние средние области 9 контакта с грунтом и плечевые области 10 контакта с грунтом, содержат поперечные канавки 18, 19 и 20 соответственно, расположенные на расстоянии в продольном направлении. Соответственно, каждая область 8, 9 и 10 контакта с грунтом выполнена в виде ряда блоков. Поперечные канавки 18, 19 и 20 проходят в том же направлении наклона, что и наклонные участки 14 V-образных канавок 11, и шаг поперечных канавок 18, 19 и 20 такой же, как шаг V-образных канавок 11. Ширина поперечных канавок 18, 19 и 20 больше, чем ширина W14 и W15 наклонных участков 14 и наклонных вспомогательных канавок 15.
Выше описано предпочтительное воплощение. Однако настоящее изобретение не ограничено представленным воплощением, и его можно модифицировать и реализовать различными способами.
Сравнительные испытания
На основании рисунка протектора, представленного на Фиг.1, изготавливали нешипованные шины (размер шины: 225/65R17) с техническими характеристиками, представленными в таблице 1, среди которых углы наклона поперечных канавок 30 (V-образных канавок 11), наклонных вспомогательных канавок 15 и ламелей 5, и ширина W4 в центральной области 4 контакта с грунтом. Образцы шин испытывали на характеристики на обледенелой дороге, неравномерный износ и характеристики дренажа.
Другие технические характеристики являются одинаковыми, как указано ниже:
- рисунок протектора, как показано на Фиг.1,
- ширина TW протектора: 180 мм,
- отношение фактической площади контакта с грунтом к общей площади поверхности протектора: 70%.
Продольные основные канавки:
- ширина центральной основной канавки: 4,9 мм, глубина центральной основной канавки: 11,0 мм,
- ширина средней основной канавки: 3,3 мм, глубина средней основной канавки: 9,0 мм,
- ширина плечевой основной канаки: 7,0 мм, глубина плечевой основной канавки:11,0 мм.
Ламели (параллельные V-образным канавкам):
- глубина ламели: 75% глубины центральной основной канавки.
Ширина области контакта с грунтом:
- ширина плечевой области контакта с грунтом (одна сторона): 13,3% ширины протектора,
- изменения ширины центральной области контакта с грунтом приводили в соответствие с шириной средней области контакта с грунтом.
Испытания проводили как описано далее.
Характеристики на обледенелой дороге
Испытываемые шины устанавливали на четыре колеса транспортного средства при условиях, указанных ниже. Затем транспортное средство прогоняли по обледенелому дорожному покрытию при температуре окружающей среды 0°С, и испытываемые шины оценивали на основании ощущениям водителя в баллах по шкале от одного до десяти. Чем больше величина, тем лучше характеристики на обледенелой дороге.
Обод: 17×6,5J
Внутреннее давление: 210 кПа
3
Транспортное средство: автомобиль 4WD с объемом двигателя 3500 см.
Неравномерный износ
Указанный выше испытываемый автомобиль проходил расстояние 8000 км по дороге общего назначения, по горной дороге и автостраде при соотношении 35%, 15% и 50%, соответственно. Затем измеряли объем износа V-образных канавок в центральной области контакта с грунтом и поперечных канавок плечевых областей контакта с грунтом, и разность между измеряемыми величинами представляли в виде численного показателя. Оценку осуществляли по шкале от одного до десяти. Большие величины показывают лучшее сопротивление неравномерному износу при меньшей разности объема износа.
Характеристики дренажа
Указанный выше испытываемый автомобиль двигался по испытательному маршруту радиусом 100 м, включающему лужи с водой глубиной 2,0 мм и длиной 20 м на асфальтовом дорожном покрытии, и затем измеряли боковую составляющую ускорения (боковую G) транспортного средства, когда транспортное средство начинало движение с начальной скоростью 80 км/ч. Измеренные величины представляли в виде численного показателя и оценивали по шкале от одного до десяти. Большие величины показывают лучшие характеристики дренажа.
Результаты испытаний показали, что шина по настоящему изобретению обеспечивает улучшенные характеристики на обледенелой дороге, при сохранении других характеристик шины, таких как сопротивление неравномерному износу, характеристики дренажа и другие, на высоком уровне.
Таблица 1
Пример 1
Ср.пример 1
Пример 2
Ср.пример 2
Ср. пример 3
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Пример 6
Ср. пример 4
Ср. пример 5
Пример 7
Центр, область контакта с грунтом
ширина W4,% *1
18
12
18
12
24
15
21
18
18
18
18
18
Поперечные канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
Накл. канавки
V-обр. канавки
V-обр. канавки
Угол наклона α, °
18
18
12
12
24
18
18
5
30
18
18
18
Наклонные вспомогательные канавки
Две
Две
Две
Две
Две
Две
Две
Две
Две
Две
Нет
Две
Угол наклона β, °
18
18
12
12
24
18
18
5
30
18
-
18
Ламели
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
шесть
Угол наклона, °
18
18
12
12
24
18
18
5
30
18
18
18
Расстояние L1 вершины, % *2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-
0
Характеристики на обледенелой дороге
10
7
9
7
11
8
10
8
8
10
7
10
Сопротивление неравномерному износу
10
8
10
8
9
8
8
10
8
6
11
6
Характеристики дренажа
9
10
9
9
6
9
7
7
10
8
8
9
*1 ширина W4 области контакта с грунтом представлена отношением W4/TW к ширине TW протектора.
*2 расстояние L1 от плоскости экватора шины до вершины V-образной канавки представлено отношением L1/TW к ширине TW протектора.