ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
PNEUMATIC TIRE

Настоящее изобретение относится к пневматической шине, подходящей для использования на небольших грузовиках, и в частности к пневматической шине, имеющей высокую эксплуатационную надежность при езде по мокрому покрытию, обеспечивая при этом устойчивость рулевого управления как на снежном покрытии, так и на сухих дорожных покрытиях.
Пневматические шины, в области протектора, имеют, по меньшей мере, три основных канавки, проходящие по окружности шины, и множество поперечных канавок, проходящих по ширине шины; причем рисунок протектора, который используется в этих шинах, представляет собой множество блоков, разделенных основными и поперечными канавками. С таким типом рисунка протектора тяговая характеристика транспортного средства на снежном покрытии повышается за счет увеличения числа поперечных канавок, однако при этом ухудшается устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях. Кроме этого, если часть поперечных канавок имеет более узкий размер и представляет собой, по сути, множество щелевидных дренажных канавок (см., например, публикацию заявки на патент Японии №2004-345457), устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях улучшается, но снижается эффективность отвода воды и ухудшается тяговая характеристика на снежном покрытии.
В последние годы повысилась актуальность пневматических шин, которые предназначены для установки на грузовые автомобили (в частности, на малые грузовики), обеспечивают улучшение тяговой характеристики и устойчивости рулевого управления на снежном покрытии, а также характеризуются минимальным боковым скольжением. В то же время требуется повышение устойчивости рулевого управления на сухих дорожных поверхностях и улучшение характеристик шины при езде по мокрому покрытию (включая эффективность отвода воды); однако эти требования в настоящее время не всегда выполняются.
Задачей настоящего изобретения является создание пневматической шины, которая сможет обеспечить повышение устойчивости рулевого управления как на снежном покрытии, так и на сухих дорожных покрытиях, с сохранением удовлетворительных эксплуатационных характеристик при езде по мокрому покрытию.
Для решения указанной задачи согласно настоящему изобретению создана пневматическая шина, содержащая: в области протектора, по меньшей мере, три основных канавки, проходящих по окружности шины, и множество поперечных канавок, которые соединяются между основными канавками и проходят по ширине шины таким образом, что множество блоков оказываются разделенными между собой основными канавками и поперечными канавками; при этом центральная из основных канавок, расположенная на экваторе шины, имеет линейную форму, поперечные канавки расположены под углом от 40° до 60° к направлению вдоль окружности шины, нижняя часть выступа сформирована в поперечных канавках в области, соединяющейся с центральной основной канавкой, ширина поперечной канавки изменяется пропорционально ее глубине, глубина поперечной канавки в области основания выступа составляет от 40% до 60% глубины центральной основной канавки, а минимальная ширина поперечной канавки составляет от 30% до 50% ее максимальной ширины.
В соответствии с настоящим изобретением множество поперечных канавок, которые соединяются между основными канавками, расположены под углом к направлению вдоль окружности шины; поэтому, когда поперечные канавки, часть которых проходит по окружности шины, а другая часть - по ширине шины, контактируют со снегом, скольжение автомобиля в прямом, обратном и боковом направлениях может быть фактически предотвращено, в результате чего существенно повышается устойчивость рулевого управления на снежном покрытии. При этом основание выступа формируется в области поперечных канавок, которое соединено с центральной основной канавкой, а ширина поперечных канавок изменяется пропорционально их глубине; другими словами, основания выступов поперечных канавок достаточно узки, поэтому жесткость блока в этой области велика, а значит, устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях в этом случае будет лучше. Кроме того, в результате увеличения жесткости блока за счет формирования значительно более узких поперечных канавок в основании выступов можно обеспечить соединение этих канавок с центральной основной канавкой, улучшив тем самым эксплуатационные характеристики шины на мокром покрытии, в том числе эффективность отвода воды.
В соответствии с настоящим изобретением длина основания выступов составляет в среднем от 20% до 50% длины поперечных канавок. В результате увеличения длины основания выступов и повышения жесткости блоков можно прогнозировать повышение устойчивости рулевого управления на сухих дорожных покрытиях; однако если длина основания выступов слишком велика, устойчивость управления на снежном покрытии ухудшится. При соблюдении указанного выше диапазона устойчивость управления на сухих дорожных поверхностях существенно повысится, причем не будет ухудшения и при езде по снежному покрытию.
В каждом из блоков, примыкающих к центральной основной канавке, выполнены щелевидные дренажные канавки (в среднем от четырех до шести), проходящие по ширине пневматической шины. Щелевидные дренажные канавки необходимы для улучшения характеристик при езде по снежному покрытию, однако если число щелевидных дренажных канавок слишком велико, устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях ухудшится. Если число щелевидных дренажных канавок на каждом блоке не превышает указанное выше значение, то можно одновременно добиться хороших результатов при езде по снежному покрытию и высокой устойчивости рулевого управления на сухих дорожных покрытиях.
На кромках каждого из блоков с той стороны, которой они примыкают к центральной основной канавке, выполнены скошенные части, и глубина и ширина скошенных частей постепенно увеличиваются от тупоугольной вершины блока к его остроугольной вершине. При этом максимальная глубина скошенных частей должна составлять от 30% до 50% глубины центральной основной канавки. Если скошенные части выполнены на кромках каждого из блоков с той стороны, которой они примыкают к центральной основной канавке, характеристики шины при езде по мокрому покрытию могут быть улучшены именно за счет этих кромок (краевой эффект).
На трущейся поверхности каждого блока, примыкающего к центральной основной канавке, сформировано множество узких канавок, расположенных под углом к направлению вдоль окружности шины; при этом ширина и глубина каждой канавки составляют от 0,1 до 0,8 мм. Характеристики шины при езде по снежному покрытию в начальный период эксплуатации могут быть улучшены за счет мелких канавок, предусмотренных на трущейся поверхности каждого блока, как было указано ранее.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схема протектора пневматической шины в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - вид в увеличенном масштабе блока, примыкающего к центральной основной канавке пневматической шины с Фиг.1;
Фиг.3 - вид сбоку в увеличенном масштабе блока, примыкающего к центральной основной канавке пневматической шины с Фиг.1;
Фиг.4 - вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе узкой канавки, сформированной на поверхности качения блока, примыкающего к центральной основной канавке пневматической шины с Фиг.1.
Ниже приведены подробные описания конфигурации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Фиг.1 иллюстрирует рисунок протектора пневматической шины в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, а на Фиг.2-4 показаны его основные части.
Как показано на Фиг.1, одна центральная основная канавка 1, проходящая непосредственно по экватору Е шины, две крайние основные канавки 2, проходящие по окружности шины и расположенные по обе стороны от центральной основной канавки 1, множество поперечных канавок 3, проходящих по ширине шины и соединяющихся с основными канавками 1 и 2, и множество поперечных канавок 4, проходящих по ширине шины от крайних основных канавок 2 к внешнему краю поверхности, которая соприкасается с грунтом, образуют область Т протектора. Кроме того, два ряда, в которые объединено множество блоков 5, разделены в центральной области основными канавками 1 и 2, а также поперечными канавками 3, а два ряда, в которые объединено множество блоков 6, разделены в периферийных областях основными канавками 2 и поперечными канавками 4. Множество щелевидных дренажных канавок 7 и 8, имеющих форму ломаной линии, если смотреть сверху, сформированы на блоках 5 и 6. Вместе с тем особых требований к структуре щелевидных дренажных канавок 7 и 8 не предъявляется.
Все основные канавки 1 и 2 имеют прямолинейную форму; однако для повышения эффективности отвода воды внешние основные канавки 2 могут иметь зигзагообразную форму, по меньшей мере, вдоль прямой центральной основной канавки 1. Кроме того, для обеспечения высокой эффективности отвода воды поперечные канавки 3, расположенные в центральной области, соединяют центральную основную канавку 1 и обе внешние основные канавки 2, хотя поперечные канавки 4 в периферийной области необязательно должны соединяться с внешними основными канавками 2. Поперечные канавки 3 расположены под углом к направлению вдоль окружности шины. Угол наклона θ поперечных канавок 3 к направлению вдоль окружности шины составляет от 40° до 60°. При этом угол наклона θ - это угол между осевой линией поперечных канавок 3 в направлении по ширине шины и направлением вдоль окружности шины (см. Фиг.2).
Как видно из Фиг.2 и 3, основание выступа 3а сформировано с поперечными канавками 3 в области, соединяющейся с центральной основной канавкой 1. Основание выступа 3а - это часть, где основание приподнято таким образом, что глубина канавки меньше, чем у других областей. Ширина поперечных канавок 3 изменяется пропорционально глубине этих канавок; причем канавки значительно более узки в основании выступа 3а. Более конкретно, глубина D3a канавки в основании выступа 3а поперечных канавок 3 задана в пределах от 40% до 60% глубины D1 центральной основной канавки 1. При этом минимальная ширина W3a поперечной канавки 3 задана в пределах от 30% до 50% максимальной ширины W3 этой канавки.
У пневматической шины, которая имеет конструкцию, описанную выше, множество поперечных канавок 3, которые соединяют основные канавки 1 и 2, расположены под углом к направлению вдоль окружности шины; поэтому, когда поперечные канавки 3, часть которых проходит по окружности шины, а другая часть по ширине шины, контактируют со снегом, скольжение автомобиля в прямом, обратном и боковом направлениях может быть фактически устранено. При этом устойчивость рулевого управления на снежном покрытии существенно повысится.
Кроме того, основание выступа 3а сформировано с поперечными канавками 3 в области, соединяющейся с центральной основной канавкой 1, а ширина поперечных канавок 3 изменяется пропорционально их глубине; поэтому жесткость блоков в области основания выступа 3а велика, а значит, устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях в этом случае будет лучше. Кроме того, подъем основания поперечных канавок 3 сопровождается уменьшением ширины канавок, и, следовательно, при увеличении жесткости блока могут быть обеспечены условия, при которых поперечные канавки 3 соединяются с центральной основной канавкой 1. Эффективность отвода воды при этом может поддерживаться на высоком уровне за счет согласованного действия центральной основной канавки 1 и поперечных канавок 3.
Угол наклона θ поперечных канавок 3 к направлению вдоль окружности шины составляет от 40° до 60°. Если угол наклона θ меньше 40°, то тяговая характеристика шины на снежном покрытии будет снижена; с другой стороны, если угол наклона превышает 60°, то с точки зрения предотвращения бокового скольжения на снежном покрытии характеристика шины ухудшится.
Глубина D3a поперечной канавки 3 в основании выступов 3а составляет от 40% до 60% глубины D1 центральной основной канавки 1. Если отношение глубины D3a поперечной канавки 3 к глубине D1 центральной основной канавки 1 меньше 40%, то эффективность отвода воды и эффективность освобождения от снега будут снижены; с другой стороны, если она больше 60%, то эффект от повышения устойчивости рулевого управления на сухих дорожных покрытиях будет недостаточным.
Минимальная ширина W3a поперечной канавки 3 составляет от 30% до 50% ее максимальной ширины W3. Если отношение минимальной ширины W3a поперечной канавки 3 к ее максимальной ширине W3 менее 30%, то эффективность отвода воды и эффективность освобождения от снега будут снижены; с другой стороны, если указанное отношение более 50%, то жесткость блоков существенно не изменится и эффект от улучшения устойчивости рулевого управления на сухих дорожных покрытиях будет недостаточным.
У описанной выше пневматической шины длина L3a основания выступа 3а составляет в среднем от 20% до 50% длины L3 поперечных канавок 3, а точнее, от 30% до 40%. При этом длина L3a основания выступа 3а и длина L3 поперечных канавок 3 - это длины, измеренные вдоль осевой линии по ширине поперечных канавок 3. При длине L3a основания выступа 3а, находящейся в указанном выше интервале, устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях может быть улучшена без снижения устойчивости на снежном покрытии. Если длина L3a основания выступа 3а слишком мала, то эффект от улучшения устойчивости рулевого управления на сухих дорожных покрытиях будет недостаточным; с другой стороны, если эта длина слишком велика, то ухудшится устойчивость рулевого управления на снежном покрытии.
Кроме того, на каждом из блоков 5, примыкающих к центральной основной канавке 1, должно быть предусмотрено от четырех до шести щелевидных дренажных канавок 7, которые проходят по ширине шины. Таким образом, можно одновременно добиться хороших результатов при езде по снежному покрытию и высокой устойчивости рулевого управления на сухих дорожных покрытиях. Если количество щелевидных дренажных канавок 7 на каждом из блоков 5 меньше четырех, то ухудшатся характеристики при езде по снежному покрытию; с другой стороны, если это количество больше шести, то ухудшится устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях.
У описанной выше пневматической шины скошенная часть 5а выполнена на кромке каждого из блоков 5 с той стороны, которой они примыкают к центральной основной канавке 1. Глубина (размер по радиусу шины) и ширина (размер по ширине шины) скошенной части 5а постепенно увеличиваются от тупоугольной вершины блока 5 к его остроугольной вершине. Таким образом, характеристики шины при езде по мокрому покрытию могут быть улучшены именно за счет этих скошенных частей 5а. При этом максимальная глубина D5a скошенной части 5a должна составлять от 30% до 50% глубины центральной основной канавки 1. Если отношение максимальной глубины D5a скошенной части 5a к глубине D1 центральной основной канавки 1 меньше 30%, то эффект от улучшения характеристики шины на мокром покрытии будет недостаточным; с другой стороны, если эта величина превышает 50%, то устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях ухудшится из-за снижения жесткости блоков.
У описанной выше пневматической шины имеется множество мелких канавок 9, которые расположены под наклоном к направлению вдоль окружности шины и сформированы на поверхности качения каждого блока 5, примыкающего к центральной основной канавке 1. Как показано на Фиг.4, ширина w и глубина d каждой узкой канавки 9 составляют от 0,1 до 0,8 мм. Эти узкие канавки более мелкие и имеют гораздо более сложную форму, чем щелевидные дренажные канавки 7. Водяная пленка, которая образуется между поверхностью качения и обледенелой или заснеженной дорожной поверхностью, эффективно удаляется по узким канавкам 9, которые предусмотрены на поверхности качения каждого блока 5, поэтому эксплуатационные характеристики в начальный период езды по льду и по снегу могут быть существенно улучшены. Более того, наличие узких канавок 9 сложной формы, сформированных на поверхности качения блоков 5, будет способствовать отшелушиванию трущейся поверхности, и тем самым будет обеспечена более быстрая приработка протекторной резины с учетом ее внутренних характеристик.
Если узкие канавки 9 имеют ширину w меньше чем 0,1 мм, то эффективность удаления водяной пленки и освобождения от снега будет недостаточной; с другой стороны, если ширина превышает 0,8 мм, то эффект от улучшения эксплуатационных характеристик на обледенелой и заснеженной поверхности будет снижен из-за уменьшения площади соприкосновения с поверхностью дорожного покрытия. В то же время если глубина d узкой канавки 9 меньше чем 0,1 мм, то эффективность удаления водяной пленки будет недостаточной; с другой стороны, если ширина превышает 0,8 мм, то устойчивость рулевого управления в начальный период эксплуатации ухудшится из-за снижения жесткости блоков.
Шаг p узких канавок 9 должен быть в интервале от 2,5 до 5,0 мм. Если шаг p узких канавок 9 задан относительно большим, как описано выше, то в условиях высокой нагрузки на шину сплющивания узкой канавки вполне можно избежать, а улучшенные эксплуатационные характеристики в этом случае при езде по обледенелой и заснеженной поверхности также могут быть наглядно подтверждены. Если шаг p узких канавок 9 меньше чем 2,5 мм, то эффект от улучшения эксплуатационных характеристик на обледенелой и заснеженной поверхности в условиях больших нагрузок будет снижен; с другой стороны, если шаг больше 5,0 мм, то эффект от удаления водяной пленки будет недостаточным.
Угол наклона α узких канавок 9 в направлении окружности шины должен быть в диапазоне от 40° до 60°. Если угол наклона α узких канавок 9 меньше чем 40°, то края этих канавок практически не будут способствовать торможению и управлению автомобилем; с другой стороны, если угол больше чем 60°, то края узких канавок 9 практически не будут способствовать предотвращению бокового скольжения.
Для указанного выше варианта конструкции был рассмотрен случай, когда в области протектора сформировано три основных канавки, хотя в настоящем изобретении количество основных канавок может быть увеличено в зависимости от ширины протектора шины. Например, в области протектора может быть сформировано пять основных канавок, включая центральную основную канавку.
Шины по стандартному примеру, по сравнительным примерам 1-3 и варианты осуществления изобретения 1-4 изготовлены на основе пневматических шин с размером 195/75R 16C 107/105R, у которых в области протектора имеется три основных канавки, проходящих вдоль окружности шины, и множество поперечных канавок, проходящих по ширине шины, множество блоков, разделенных основными и поперечными канавками, и множество щелевидных дренажных канавок на каждом блоке, при этом:
угол наклона поперечных канавок к направлению вдоль окружности шины, наличие основания выступа в поперечных канавках, а также отношение минимальной ширины поперечной канавки к ее максимальной ширине (W3a/W3×100%), отношение глубины поперечной канавки в основании выступа к глубине центральной основной канавки (D3a/D1×100%) и отношение длины основания выступа к длине поперечных канавок (L3a/L3×100%) были заданы так, как указано в Таблице.
В частности, основание выступа было сформировано с поперечными канавками в области, соединяющейся с центральной основной канавкой. Скошенные части были выполнены на кромках каждого из блоков с той стороны, которой они примыкают к центральной основной канавке, причем глубина и ширина скошенных частей были выдержаны таким образом, чтобы постепенно увеличиваться от тупоугольной к остроугольной вершине блока; причем максимальная глубина скошенной части составила 40% глубины центральной основной канавки. Ширина и глубина узких канавок равны 0,4 мм, шаг 4,0 мм, а угол наклона к направлению вдоль окружности шины 50°.
Для этих шин устойчивость рулевого управления на сухих дорожных покрытиях, на мокрых дорожных покрытиях и на снежном покрытии была исследована с помощью методов анализа, результаты которого отражены в Таблице.
Устойчивость рулевого управления на сухих покрытиях
Испытуемые шины были смонтированы на колесах с размером обода 16×5 1/2J, которые были установлены на автомобиле (грузовике) с максимальной грузоподъемностью 3,5 т, давление в шинах передних колес было установлено в 280 кПа, а задних колес - 450 кПа. Устойчивость рулевого управления оценивалась по субъективным ощущениям в диапазоне скоростей от 0 до 150 км/ч на испытательном маршруте с сухим дорожным покрытием. Результаты оценки были выражены в виде коэффициентов, причем для стандартного образца величина коэффициента была принята равной 100. Более высокая величина коэффициента указывает на исключительную устойчивость рулевого управления при езде по сухим дорожным покрытиям.
Устойчивость рулевого управления на мокрых дорожных покрытиях
Испытуемые шины были смонтированы на колесах с размером обода 16×5 1/2J, которые были установлены на автомобиле (грузовике) с максимальной грузоподъемностью 3,5 т, давление в шинах передних колес было установлено в 280 кПа, а задних колес - 450 кПа. Устойчивость рулевого управления оценивалась по субъективным ощущениям в диапазоне скоростей от 0 до 100 км/ч на испытательном маршруте с мокрым дорожным покрытием. Результаты оценки были выражены в виде коэффициентов, для стандартного образца величина коэффициента была принята равной 100. Более высокая величина коэффициента указывает на исключительную устойчивость рулевого управления при езде по мокрым дорожным покрытиям.
Устойчивость рулевого управления на снежном покрытии
Испытуемые шины были смонтированы на колесах с размером обода 16×5 1/2J, которые были установлены на автомобиле (грузовике) с максимальной грузоподъемностью 3,5 т, давление в шинах передних колес было установлено в 280 кПа, а задних колес - 450 кПа. Устойчивость рулевого управления оценивалась по субъективным ощущениям в диапазоне скоростей от 0 до 100 км/ч на испытательном маршруте со снежным покрытием. Результаты оценки были выражены в виде коэффициентов, для стандартного образца величина коэффициента была принята равной 100. Более высокая величина коэффициента указывает на исключительную устойчивость рулевого управления при езде по снежным покрытиям.
Как видно из Таблицы, шины согласно вариантам осуществления изобретения 1-4 способствуют одновременному улучшению устойчивости рулевого управления на снежном покрытии и на сухих дорожных покрытиях, обеспечивая при этом на удовлетворительном уровне устойчивость рулевого управления на мокрых дорожных покрытиях (в сравнении со стандартным Примером). В частности, варианты осуществления изобретения 3 и 4, у которых имеется скошенная часть, также обеспечивали улучшенную устойчивость рулевого управления на мокрых дорожных покрытиях.
Напротив, у шин сравнительного Примера 1 не было основания выступа в поперечных канавках, поэтому эффект от улучшения устойчивости рулевого управления на сухих дорожных покрытиях оказался недостаточным. У шин сравнительного Примера 2 отношение глубины поперечной канавки в основании выступа к глубине центральной основной канавки и отношение минимальной ширины поперечной канавки к ее максимальной ширине были слишком малыми, поэтому эффект от улучшения устойчивости рулевого управления на снежном покрытии оказался недостаточным. У шин сравнительного Примера 3 отношение глубины поперечной канавки в основании выступа к глубине центральной основной канавки и отношение минимальной ширины поперечной канавки к ее максимальной ширине были слишком большими, поэтому эффект от улучшения устойчивости рулевого управления на снежном покрытии оказался недостаточным.