CN113993722B - 胎侧包括周向突出部的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胎侧(2)包括几何结构优化的保护性周向突出部(8)的轮胎。根据本发明，每个周向突出部(8)的子午截面(81)的平均宽度L至少等于最小宽度L_min，至多等于最大宽度L_max，最小宽度L_min是这样的宽度：如果小于最小宽度L_min，当轴线在子午面(YZ)内与径向方向(ZZ’)形成5°角度的致凹体的半球形端部与周向突出部(8)接触时，子午截面(81)的轮廓(82)的至少两个不同的点相互接触，最大宽度L_max是这样的宽度：如果大于最大宽度L_max，径向向内移动的致凹体不能越过突出部(8)。

Description

胎侧包括周向突出部的轮胎

技术领域

本发明的主题是一种旨在行驶于攻击性地面的轮胎，更具体地，旨在装备用于工地的重型车辆(例如，卡车、牵引车或挂车)的轮胎。

背景技术

通常，轮胎具有相对于旋转轴线旋转的几何结构。轮胎包括具有旨在与地面接触的胎面的胎冠以及从胎冠的两个轴向端部径向向内延伸直到旨在安装于轮辋的两个胎圈的两个胎侧。

通常通过在子午面(即，包含轮胎旋转轴线的平面)内描绘轮胎部件来描述轮胎的构造。径向方向、轴向方向和周向方向分别表示与轮胎的旋转轴线成直角、平行于轮胎的旋转轴线以及与任何子午面成直角的方向。在本发明中，表述“径向”、“轴向”和“周向”分别表示“在径向方向上”、“在轴向方向上”和“在周向方向上”。表述“径向内侧”和“径向外侧”分别表示在径向方向上“更接近”和“更远离”轮胎的旋转轴线。表述“轴向内侧”和“轴向外侧”分别表示在轴向方向上“更接近”和“更远离”轮胎的子午面，所述子午面或赤道面是与轮胎的旋转轴线成直角并且穿过胎面中部的周向面。

旨在装备“越野”(尤其是在工地)行驶的车辆的轮胎通常包括加强或保护其胎侧的部件，所述部件旨在使轮胎更能抵御攻击，特别是诸如金属棒(例如，混凝土钢筋块)的钝物的攻击。

从文献JP 61081207中可知的做法是在介于胎侧高度的30％和75％之间的区域中添加至少三个周向肋部或突出部，每个肋部或突出部均具有圆形的子午截面并且相对于胎侧外表面形成突出部。从文献US20130263993中也可知一种胎侧的径向外部包括一组保护性肋部或突出部的轮胎，每个肋部具有呈直角三角形的形式的子午截面，所述三角形的形成直角的顶点设置为径向向内，直角三角形的底边与胎侧外表面重合，直角三角形的长边设置为径向向外，直角三角形的短边设置为径向向内。

当致凹体与如前所述的周向突出部接触时，该周向突出部经受可能导致其损坏甚至撕裂的显著变形，针对致凹体的机械攻击减少了对胎侧的保护。

发明内容

因此，发明人为自己设定了这样的目标：针对致凹体的攻击，提高用于旨在行驶于攻击性地面的重型车辆的轮胎的周向胎侧突出部的机械强度，并且因此增强对胎侧的保护。

该目标已通过旨在行驶于攻击性地面的重型车辆的轮胎实现，所述轮胎包括：

-两个胎侧，所述两个胎侧分别将旨在与地面接触的胎冠连接至旨在安装于轮辋的两个胎圈，

-胎体增强件，所述胎体增强件从一个胎圈通过胎侧和胎冠延伸至另一个胎圈，并且在胎冠的胎冠增强件的径向内侧轴向延伸，

-至少一个胎侧，所述胎侧的胎侧外表面上包括至少两个周向突出部，所述突出部位于胎侧外表面的点B的径向外侧，所述点B相对于胎体增强件的轴向最外点M轴向对齐，所述点B与点M之间的轴向距离称为胎侧厚度E，

-在包含轮胎旋转轴线的子午面内，每个周向突出部具有由轮廓界定的子午截面，

-所述子午截面具有与胎侧外表面成直角测量的最大高度H和在子午截面的一半高度H/2处平行于胎侧外表面测量的平均宽度L，所述最大高度H至少等于E且至多等于3*E，

-每个周向突出部由在10％伸长率下的拉伸弹性模量M1至少等于1.5MPa且至多等于6MPa的橡胶组合物C1组成，

-每个周向突出部的子午截面的平均宽度L至少等于最小宽度L_min并且至多等于最大宽度L_max，

最小宽度L_min是这样的宽度：如果小于最小宽度L_min，当致凹体的半径R等于15mm的半球形端部与所述周向突出部接触时，使子午截面的轮廓的至少两个不同点相互接触，在安装在标准轮辋上的充气至标准压力但未压平的轮胎上测量的致凹体的轴线D在子午面内与径向方向形成的角度A等于15°，并且所述致凹体径向向内位移，

最大宽度L_max是这样的宽度：如果大于最大宽度L_max，径向向内位移的致凹体不能越过突出部。

因此，本发明更具体地涉及周向轮胎胎侧突出部的几何定义，所述突出部旨在保护轮胎胎侧免受可能存在于地面上的致凹体(例如，在工地上的混凝土钢筋或任何类型的钝物)的攻击。

从几何学的角度来看，在包含轮胎旋转轴线的子午面内，突出部由子午截面限定，该子午截面由轮廓界定并以最大高度H和平均宽度L为特征。

最大高度H是与胎侧外表面成直角测量的子午截面的轮廓与胎侧外表面之间的最大距离。在本发明的上下文中，最大高度H至少等于E并且至多等于3*E，E是胎侧外表面的点B处从胎体增强件沿轴向方向测量的胎侧厚度，所述点B与胎体增强件的轴向最外点M轴向对齐。当胎体增强件由多个成对相邻的胎体帘布层组成时，胎体增强件的轴向最外点M是轴向最外的胎体帘布层的轴向最外点。该胎体增强件的轴向最外点M能够例如通过对轮胎进行断层摄影术来识别，所述轮胎安装在参考轮辋上、充气至ETRTO标准含义内的标准压力并且没有载荷。

平均宽度L是沿着位于子午截面的一半高度H/2(即，与胎侧外表面的距离等于H/2)处且平行于胎侧外表面的曲线测量的。考虑到突出部的尺寸，平均宽度L基本上等于在子午截面的一半高度H/2处的所述曲线与子午截面的轮廓之间的两个交点之间的距离。

因此，最大高度H和平均宽度L都相对于胎侧外表面来进行定义，胎侧外表面对应于胎侧的光滑的(即，没有突出部的)外表面。光滑的胎侧外表面的子午线轨迹(即，在子午面内)可以通过穿过三个点并在一个点上施加切线的三次样条来进行数学定义。例如，定义光滑的胎侧外表面的子午线轨迹的三次样条可以通过胎侧外表面的第一点、胎侧外表面的第二点和胎侧外表面的第三点来定义，所述第一点对应于胎侧外表面的与胎体增强件的轴向最外点轴向对齐的点，所述第二点相对于胎体增强件以最小距离位于两端的突出部之间，所述第三点位于与胎冠增强件的轴向端部相同的径向距离处。此外，三次样条在先前定义的第一点处具有径向切线。

从材料的角度来说，突出部通常由在10％伸长率下的拉伸弹性模量M1至少等于1.5MPa且至多等于6MPa的橡胶组合物组成。根据法国标准NFT46-002(1988年9月)测量在10％伸长率下的拉伸弹性模量。根据此标准，在第二次伸长中(即，在一个调节周期之后)，在10％伸长率(“MA10”)和100％伸长率(“MA100”)下测量被称为“标称”模量(或表观应力，单位为MPa)的割线模量。根据法国标准NFT40-101(1979年12月)，所有这些拉伸测试测量均在温度(23±2℃)和湿度(50±5％相对湿度)的正常条件下进行。此外，测量了在23℃温度下的断裂应力(以MPa为单位)和断裂伸长率(以％表示)。

根据本发明，对于具有给定最大高度H和在10％伸长率下的给定拉伸弹性模量M1的胎侧突出部，平均宽度L应至少等于最小宽度L_min并且至多等于最大宽度L_max。在该平均宽度值L的范围内，对于半球形端部的半径R等于15mm的致凹体(在安装在标准轮辋上的充气至标准压力(所述标准条件是ETRTO标准建议的条件)但未压平的轮胎上测量的致凹体的轴线D在子午面内与半径方向形成的角度A等于15°，并且所述致凹体径向向内位移)，所述半球形端部接连越过与其相交的不同的周向突出部，而周向突出部自身无接触，任何一个周向突出部处也没有任何阻挡。根据定义，当周向突出部的子午截面的轮廓的至少两个不同点彼此接触时，周向突出部自身接触。对于与周向突出部接触的致凹体，半球形端部的位于致凹体轴线D上的点与周向突出部的对应于最大高度H的点接触。

如果L小于L_min(即，如果L过小)，当致凹体与突出部接触时，因为突出部的柔韧性过大，突出部会发生显著变形，突出部的子午截面的轮廓的至少两个点有接触的风险，尤其是在其径向内表面上。所述子午截面的轮廓的至少两个点的这种接触导致突出部的径向外表面的强烈延伸，因此通常在突出部的径向外表面和胎侧之间的连接处存在出现裂纹的风险，裂纹蔓延之后可能会引起突出物的撕裂。

如果L大于L_max(即，如果L过大)，当致凹体与突出部接触时，由于突出部的刚度过大，致凹体不能再径向向内地移动越过突出部。致凹体被突出部阻挡可能导致突出部的径向外表面过度变形，并且可能导致至少部分地撕裂所述突出部。另一方面，当L小于L_max时，致凹体将能够轻松地越过突出部并继续径向向内移动。通过越过突出部，致凹体将与胎侧的另一部分接触，并优选与前一突出部径向内侧的下一个突出部接触，前一突出物恢复至初始未变形的机械状态。随着致凹体这样从一个突出部越过至另一个突出部，轮胎将不会损坏。如果致凹体没有越过突出部，致凹体可能被一个突出部阻挡，从而导致可能引起胎侧撕裂的胎侧局部变形，并且视情况可能引起压力快速损失。

优选地，每个周向突出部的子午截面的平均宽度L至少等于最小宽度L_min＝0.2*H³/M1，至多等于最大宽度L_max＝0.7*H³/M1，其中，H为子午截面的最大高度，并且M1是周向突出部的橡胶组合物C1在10％伸长率下的拉伸弹性模量。

上文分别根据最大高度H以及在10％伸长率下的拉伸弹性模量M1定义的最小宽度值L_min和最大宽度值L_max保证了周向突出部相对于挠曲的最佳刚度而没有自身接触。

根据胎侧突出部的标准几何形状，每个周向突出部的子午截面的轮廓包括径向外部、径向内部以及在径向外部和径向内部之间的连接部。

根据前面描述的胎侧突出部的标准几何形状的第三变体，每个周向突出部的子午截面是梯形，其中短边由径向外部构成，长边由径向内部构成，基本平行于胎侧外表面的短底边由连接部构成。在本发明的上下文中，梯形不限于严格的几何形状，而是拓展至侧边可以是曲线的基本为梯形的形状。

每个胎侧具有橡胶组合物C2，每个周向突出部的橡胶组合物C1优选地与胎侧的橡胶组合物C2相同。突出部和胎侧具有相同化学组成使得能够模制由单一材料组成的胎侧/突出部组件轮廓，因此制造简单。

优选地，每个胎侧包括至少两个周向突出部。事实上，轮胎的两个胎侧很可能受到致凹体的攻击，因此对两个胎侧都设置突出部是有益的，尽管在实践中已经发现，位于车辆内侧的胎侧受到攻击的概率低于位于车辆外侧的胎侧的概率。

为了与两个突出部相比进一步加强保护，更优选地，每个胎侧包括至少三个周向突出部。

附图说明

本发明的特征由示意性的且未按比例表示的图1至图5说明：

-图1：根据本发明的轮胎的半子午截面。

-图2：根据本发明的周向突出部的子午截面。

-图3：根据本发明的周向突出部受到致凹体作用时的子午截面。

-图4A、图4B和图4C：致凹体越过根据本发明的周向突出部。

-图5：致凹体越过不符合本发明的周向突出部。

具体实施方式

图1是根据本发明的轮胎在子午面YZ内的半子午截面。图1显示用于旨在行驶于攻击性地面的重型车辆的轮胎1包括：将旨在与地面接触的胎冠3分别连接至旨在安装于轮辋5的两个胎圈4的两个胎侧2。所述轮胎进一步包括胎体增强件6，所述胎体增强件6从一个胎圈4通过胎侧2和胎冠3延伸至另一个胎圈，并且在胎冠3的胎冠增强件7的径向内侧轴向延伸。在所示的实施方案中，每个胎侧2在胎侧外表面21上包括三个周向突出部8，所述三个周向突出部8设置在胎侧外表面21的点B的径向外侧，所述点B相对于胎体增强件6的轴向最外点M轴向对齐，所述点B和点M之间的轴向距离称为胎侧厚度E。胎侧外表面21对应于胎侧的光滑外表面(即，没有突出部的表面)。每个周向突出部8的子午截面具有与胎侧外表面21成直角测量的最大高度H和在子午截面的一半高度H/2处平行于胎侧外表面21测量的平均宽度L。

图2是根据本发明的周向突出部的子午截面。在包含轮胎旋转轴线的子午面YZ内，周向突出部8具有由轮廓82界定的子午截面81，所述子午截面81具有与胎侧外表面21成直角测量的最大高度H和在子午截面81的一半高度H/2处平行于胎侧外表面21测量的平均宽度L。在所示的实施方案中，每个周向突出部8的子午截面81的轮廓82包括径向外部821、径向内部822以及径向外部821与径向内部822之间的连接部823。更具体地，周向突出部8的子午截面81为梯形，梯形的短边由径向外部821构成，梯形的长边由径向内部822构成，梯形的基本平行于胎侧外表面21的短底边由连接部823构成。

图3是根据本发明的周向突出部受到致凹体作用时的子午截面。致凹体9的半径R等于15mm的半球形端部91与周向突出部8接触，在安装在标准轮辋上的充气至标准压力但未压平的轮胎上测量，所述致凹体9的轴线D在子午面YZ内与径向方向ZZ'形成的角度A等于15°，并且所述致凹体9径向向内(即，朝向轮辋)位移。根据本发明，图2中显示的周向突出部8的子午截面81的平均宽度L至少等于最小宽度L_min并且至多等于最大宽度L_max，最小宽度L_min是这样的宽度：如果小于最小宽度L_min，在致凹体9的作用下子午截面81的轮廓82的至少两个不同点彼此接触，并且最大宽度L_max是这样的宽度：如果大于最大宽度L_max，径向向内位移的致凹体9不能越过突出部8。

图4A、图4B和图4C示意性地显示了致凹体越过根据本发明的周向突出部。在图4A中，致凹体9的半球形端部91通过施加分布在周向突出部8的轮廓的径向外部上的力与周向突出部8接触。在图4B中，致凹体9的半球形端部91通过在周向突出部8上滑动而径向向内位移并且接触轮廓的连接部。在图4C中，致凹体9的半球形端部91已经移动越过周向突出部8并且分布的载荷更多地施加至轮廓的径向内部。对于根据本发明的周向突出部，在致凹体的作用下轮廓自身没有接触，也就是说，轮廓的两个不同点之间没有接触。

图5示意性地显示了致凹体越过不符合本发明的周向突出部，也就是说，子午截面在一半高度H/2处的平均宽度L在要求保护的数值范围之外的周向突出部。可以看出，在这种情况下，周向突出部自身向后折叠。换言之，存在轮廓自身接触，其特征在于轮廓的不同点接触。

发明人针对尺寸为385/65R22.5的旨在充气至等于9巴的建议压力并且承受等于4500kg的建议载荷的轮胎对本发明进行了更具体的研究。

该轮胎的每个胎侧在其胎体增强件的轴向最外点处具有等于4.4mm的厚度E，并且在所述轴向最外点的径向外侧设有三个周向突出部。从外到内径向定位的三个周向突出部分别具有最大高度H等于4.9mm、5.3mm和5.5mm并且平均宽度L分别等于6.8mm、8.3mm和9.2mm的子午截面，因此，三个周向突出部的最大高度H介于等于4.4mm的E和等于13.2mm的3*E之间。此外，每个周向突出部由与胎侧相同的橡胶组合物C1组成，所述橡胶组合物C1在10％伸长率下的拉伸弹性模量M1等于3.1MPa，因此介于1.5MPa和6MPa之间。三个突出部的平均宽度L均为0.4*H³/M1，因此介于0.2*H³/M1与0.7*H³/M1之间。

在所研究的示例中，发明人通过有限元模拟优化了三个周向突出部的几何形状，以在平均宽度L与最大高度H的立方和在10％伸长率下的拉伸弹性模量M1之间的商之间具有恒定比率，最大高度H从胎冠朝向B点略有增大，以保证对胎侧的良好保护。因此，当根据本发明的轮胎在致凹体上滚动时，所述致凹体能够轻松且连续地越过位于每个胎侧上的三个周向突出部，而不会引起任何一个周向突出部自身接触，也不会被任何一个周向突出部阻挡。

发明人通过致凹体对包括根据本发明的三个周向突出部的轮胎进行了攻击性测试。充气至9巴，载荷4500kg并且通过轨道引导滚动的轮胎在其胎面的侧边缘受到由圆柱形杆组成的致凹体的作用，所述圆柱形杆与轮胎接触的端部是半径为15毫米的半球体。所述致凹体的端部位于滚动面内径向115mm处的胎侧外表面上，所述致凹体的端部与轮胎前进的周向方向成直角并且相对于径向方向形成50°的角度，所述角度在安装于标准轮辋上的充气至标准压力并在标准载荷(所述标准条件是ETRTO标准建议的条件)下压平的轮胎上测量。所述50°的角度明显大于在安装于标准轮辋的充气至标准压力但未压平的轮胎上测量出的15°的角度。用摄像头拍摄的测试的画面能够观察到随着轮胎前进，致凹体从一个周向突出部到另一个周向突出部连续越过，而周向突出部自身无接触或阻挡，轮胎的胎侧外表面也没有明显的攻击。

Claims (7)

1.用于旨在行驶于攻击性地面的重型货车的轮胎(1)，其包括：

-两个胎侧(2)，所述两个胎侧(2)分别将旨在与地面接触的胎冠(3)连接至旨在安装于轮辋(5)的两个胎圈(4)，

-胎体增强件(6)，所述胎体增强件(6)从一个胎圈(4)通过所述胎侧(2)和所述胎冠(3)延伸至另一个胎圈(4)，并且在所述胎冠(3)的胎冠增强件(7)的径向内侧轴向延伸，

-至少一个胎侧(2)的胎侧外表面(21)上包括至少两个周向突出部(8)，所述突出部(8)位于胎侧外表面(21)的点B的径向外侧，所述点B相对于胎体增强件(6)的轴向最外点M轴向对齐，所述点B与点M之间的轴向距离称为胎侧厚度E，

-在包含轮胎旋转轴线的子午面(YZ)内，每个周向突出部(8)具有由轮廓(82)界定的子午截面(81)，

-所述子午截面(81)具有与胎侧外表面(21)成直角测量的最大高度H和在子午截面(81)的一半高度H/2处平行于胎侧外表面(21)测量的平均宽度L，所述最大高度H至少等于E且至多等于3*E，所述最大高度H和所述平均宽度L以mm为单位进行表示，

-每个周向突出部(8)由在10％伸长率下的拉伸弹性模量M1至少等于1.5MPa且至多等于6MPa的橡胶组合物C1组成，所述拉伸弹性模量M1以MPa为单位进行表示，

其特征在于：每个周向突出部(8)的子午截面(81)的平均宽度L至少等于最小宽度L_min并且至多等于最大宽度L_max，所述最小宽度L_min和所述最大宽度L_max以mm为单位进行表示，

当在安装在标准轮辋上的充气至标准压力但未压平的轮胎上测量的致凹体(9)的轴线D在子午面(YZ)内与径向方向(ZZ')形成的角度A等于15°，致凹体(9)为钝物，致凹体(9)的半径R等于15mm的半球形端部(91)的位于致凹体轴线D上的点与所述周向突出部(8)的对应于最大高度H的点接触后，所述致凹体(9)径向向内位移时，

最小宽度L_min是这样的宽度：如果小于最小宽度L_min，径向向内位移的致凹体(9)使得同一周向突出部(8)的子午截面(81)的轮廓(82)的至少两个不同点相互接触，

最大宽度L_max是这样的宽度：如果大于最大宽度L_max，径向向内位移的致凹体(9)被一个周向突出部(8)阻挡而不能越过周向突出部(8)。

2.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，每个周向突出部(8)的子午截面(81)的平均宽度L至少等于最小宽度L_min＝0.2*H³/M1，至多等于最大宽度L_max＝0.7*H³/M1，其中H是子午截面(81)的最大高度，M1是周向突出部(8)的橡胶组合物C1在10％伸长率下的拉伸弹性模量。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎(1)，其中，每个周向突出部(8)的子午截面(81)的轮廓(82)包括径向外部(821)、径向内部(822)以及径向外部(821)与径向内部(822)之间的连接部(823)。

4.根据权利要求3所述的轮胎(1)，其中，每个周向突出部(8)的子午截面(81)为梯形，所述梯形的短边由径向外部(821)构成，所述梯形的长边由径向内部(822)构成，所述梯形的基本平行于胎侧外表面(21)的短底边由连接部(823)构成。

5.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，每个周向突出部(8)的橡胶组合物C1与胎侧(2)的橡胶组合物C2相同。

6.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，每个胎侧(2)包括至少两个周向突出部(8)。

7.根据权利要求1所述的轮胎(1)，其中，每个胎侧(2)包括至少三个周向突出部(8)。