改善行驶噪声的重型车辆的轮胎胎面

摘要

胎面(10)，所述胎面(10)用于重型车辆并具有宽度W，该胎面包括总体周向定向的两个主花纹沟(2、3)，其限定宽度介于所述胎面的总宽度W的15％和25％之间的中心区域(C)，这些主花纹沟具有基本上限定所述胎面的可磨损厚度的深度P，处于所述中心区域(C)的每一侧的侧向区域(L1、L2)，这些侧向区域中的每一个被分成包括长边(41、42)和短边(43、44)的多个细长隆起元件(4)，这些细长元件(4)由斜向副花纹沟(5)限定，所述斜向副花纹沟(5)相对于周向方向以35度和55度之间的平均角度(A)倾斜，这些斜向副花纹沟(5)具有介于深度P的30％和60％之间的深度P5，所述侧向区域(L1、L2)的每个细长隆起元件(4)包括斜向切口(6)，所述斜向切口(6)平行于斜向花纹沟(4)并将该元件分成两个细长元件半部，并且每个斜向切口(6)由通过内部管道(62)延伸的刀槽花纹(61)形成，该内部管道(62)预定用于在所述胎面已经被部分磨损之后、最迟在所述斜向副花纹沟(5)完全消失之前形成新的花纹沟。

权利要求

1.胎面(10)，所述胎面(10)用于重型车辆轮胎，该胎面当崭新时具有预定用于与道路接触的胎面表面(100)，该胎面具有宽度W，该胎面包括：-将所述胎面分成具有相等宽度的两个半部的中平面，

-总体周向定向的两个主花纹沟(2、3)，其限定宽度在所述胎面的总宽度W的15％和

25％之间的中心区域(C)，这些主花纹沟具有基本上限定所述胎面的可磨损厚度的深度P，-处于所述中心区域(C)的每一侧的侧向区域(L1、L2)，这些侧向区域中的每一个被分成多个包括长边(41、42)和短边(43、44)的细长隆起元件(4)，这些细长隆起元件(4)由斜向副花纹沟(5)限定，所述斜向副花纹沟(5)通向所述主花纹沟(2、3)，这些斜向副花纹沟以35度和55度之间的平均角度倾斜，该角度相对于周向方向测得，该胎面的特征在于，这些斜向副花纹沟(5)具有介于所述主花纹沟(2、3)的深度P的

30％和60％之间的深度P5，并且所述侧向区域(L1、L2)的每个细长隆起元件(4)包括斜向切口(6)，所述斜向切口(6)与限定该细长隆起元件(4)的斜向副花纹沟(5)平行并将该细长隆起元件分成两个细长元件半部，每个斜向切口(6)通向所述细长隆起元件的短边(43、44)，以及每个斜向切口(6)具有至少等于所述主花纹沟(2、3)的深度的75％的总深度并由刀槽花纹(61)通过从轮胎崭新时的胎面表面朝向胎面的内部扩展来形成，所述刀槽花纹(61)由内部管道(62)延伸，该内部管道(62)预定用于在所述胎面被部分磨损之后、最迟在所述斜向副花纹沟(5)完全消失之前形成新的花纹沟，该内部管道(62)具有至少等于所述斜向副花纹沟(5)的平均宽度的平均宽度，每个斜向副花纹沟(5)和细长隆起元件(4)的每个斜向切口(6)由附加切口(7)在所述胎面的中心区域(C)中延伸，所述附加切口(7)由以内部管道(72)的形式延伸至所述胎面的厚度中的刀槽花纹(71)形成，形成于所述中心区域(C)中的该附加切口(7)与每个侧向区域(L1、L2)的斜向副花纹沟(5)维持相同的定向直至赤道中平面。

2.根据权利要求1所述的胎面，其特征在于，所述胎面的一个侧向区域的斜向副花纹沟相对于另一侧向区域的斜向副花纹沟在周向上偏移。

3.根据权利要求1或2所述的胎面，其特征在于，所述侧向区域的斜向副花纹沟被定向成产生方向性花纹。

4.根据权利要求1或2所述的胎面，其特征在于，每个细长隆起元件还包括总体周向定向的切口，该切口由通过管道延伸至厚度中的刀槽花纹形成，所述管道预定用于最迟在所述斜向副花纹沟(5)完全消失之前形成新的花纹沟。

5.根据权利要求1或2所述的胎面，其特征在于，每个细长隆起元件具有长度介于50mm和60mm之间的短边。

6.根据权利要求1或2所述的胎面，其特征在于，以下不等式被满足：

其中A是以度来表示的所述斜向副花纹沟和所述斜向切口的倾斜度的平均角度，D是在其使用条件下在行驶期间测得的由轮胎的整圈行进的长度，WL是所述侧向区域的轴向宽度，N是车轮的一圈内的斜向副花纹沟的数目，并且n是要被消除的噪声的谐波。

说明书

改善行驶噪声的重型车辆的轮胎胎面

技术领域

[0001] 本发明涉及重型车辆轮胎的胎面，并且更特别地涉及这些胎面的胎面花纹设计以及设有这种胎面的轮胎，其在行驶期间发出的噪声方面的性能得以改善同时维持了高水平的湿地抓地性能。

背景技术

[0002] 已知，重型车辆的轮胎设有经由其胎面表面预定用于在行驶期间与道路接触的胎面。无论是在干燥道路上还是在潮湿道路上，或者甚至是在积雪覆盖的道路上，该胎面都必须向车辆赋予对驾驶安全来说必不可少的抓地性能。

[0003] 为了无论行驶条件如何都能改善这种道路保持性(抓地性)和方向稳定性性能，已知的做法是向胎面表面提供胎面花纹设计。该胎面花纹设计除了具有美学上的吸引力之外还具有技术方面的性能，并且通常由在胎面模制期间或者实际上在轮胎模制期间制成的多个切口构成。这里的切口是指可采取花纹沟、刀槽花纹的形式的任何种类的空腔，或更一般地产生边缘角和可用于对在雨天可能存在于道路上的任何水进行收集的体积的任何类型的空隙。

[0004] 当轮胎沿着道路行驶时，胎面的元件与所述道路接触，并且由于这种重复的接触而产生行驶噪声，所述行驶噪声可以被分解成许多谐波，其中一些是胎面花纹设计的直接函数。

[0005] 这里的胎面花纹设计是指随着车轮转动而形成重复花纹并且由花纹沟限定的材料的隆起元件(例如胎面花纹块和花纹条)的布置。

[0006] 为了限制行驶噪声，尤其是在预定用于客车的轮胎的情况下，已知的做法是使胎面花纹设计的基本花纹的长度围绕车轮变化；这种技术被称为变节距(多节距)，其在于依次使用一系列不同周向长度的花纹。

[0007] 在重型车辆轮胎的领域中，这种技术没有被广泛采用，并且所使用的胎面花纹设计一般是单节距的，对于这种胎面花纹设计来说，噪声的特征在于与胎面花纹设计相关联的谐波。

[0008] 本发明的目的在于通过减小与胎面花纹设计相关联的激励(即其中隆起元件与轮胎行驶于其上的道路彼此接触的现象)的振幅来减小谐波的振幅。

[0009] 由重型车辆轮胎发出的噪声的特征在于，当胎面花纹元件进入轮胎于其中接触道路的接触区块时，因胎面花纹元件的冲击而产生的、传递至轮胎的机械激励能。

[0010] 非常简单地说，胎面花纹元件的前导边缘进入接触区块以及该事件发生的时间所涉及的机制可以表示成一连串具有周期T以及脉冲宽度aT的单个矩形脉冲或信号的形式，该脉冲宽度表示胎面的隆起元件的整个前导边缘的接触时间。

[0011] 在本文的图1A和1B中示意性地示出了这种信号的时域和频域图。

[0012] 定义：

[0013] 轮胎的赤道中平面：垂直于轮胎的旋转轴线并穿过轮胎的在径向上距离所述轴线最远的点的平面。

[0014] 在本文中，径向方向被理解为是指与轮胎的旋转轴线垂直的方向(该方向对应于胎面的厚度方向)。

[0015] 横向方向或轴向方向被理解为是指与轮胎的旋转轴线平行的方向。

[0016] 周向方向被理解为是指与以旋转轴线为中心的任何圆相切的方向。该方向与轴向方向和径向方向二者都垂直。

[0017] 胎面的总厚度是在设有该胎面的轮胎的赤道平面上当轮胎崭新时在胎面表面和胎冠增强层的径向最外侧部分之间测得的。

[0018] 胎面具有可在行驶期间磨损掉的材料的最大厚度，该材料的最大可磨损厚度小于胎面的总厚度。

[0019] 轮胎的通常行驶条件或使用条件是由E.T.R.T.O.标准针对在欧洲行驶所定义的那些条件；这些使用条件指定与轮胎的负载承载能力(由其负载指数和额定速度所指示)相对应的参考充气压力。这些使用条件也可以被称为“标称条件”或“工作条件”。

[0020] 切口一般表示花纹沟或刀槽花纹，并且对应于由彼此面对且彼此相距非零距离(被称为“切口的宽度”)的材料壁所限定的空间。正是该距离将刀槽花纹与花纹沟相区分：在刀槽花纹的情况下，该距离适合于允许限定所述刀槽花纹的相对的壁至少当所述刀槽花纹进入轮胎于其中接触道路的接触区块时至少部分地接触。在花纹沟的情况下，该花纹沟的壁在例如由E.R.T.O.所定义的通常行驶条件下不能彼此接触。

发明内容

[0021] 本发明涉及重型车辆轮胎的胎面的胎面花纹设计，其无论磨损程度如何都能显著地改善行驶噪声的水平，同时维持良好的磨损和抓地性能。

[0022] 根据本发明的胎面当崭新时包括预定用于与道路接触的胎面表面，该胎面具有宽度W。

[0023] 该胎面还包括：

[0024] -将所述胎面分成具有相等宽度的两个半部的中平面，

[0025] -总体周向定向的两个主花纹沟，其限定宽度在所述胎面的总宽度W的15％和25％之间的中心区域，这些总体周向定向的主花纹沟具有基本上限定所述胎面的可磨损厚度的深度P，

[0026] -处于所述中心区域的每一侧的侧向区域，这些侧向区域中的每一个被分成多个包括长边和短边的细长隆起元件，这些元件由斜向花纹沟限定，所述斜向花纹沟通向所述周向主花纹沟并以35度和55度之间的平均角度倾斜，该角度相对于周向方向测得。

[0027] 根据本发明的胎面的特征在于，所述斜向副花纹沟具有介于所述总体周向定向的主花纹沟的深度P的30％和60％之间的深度P5，并且所述侧向区域的每个细长隆起元件包括斜向附加切口，所述斜向附加切口与限定该元件的斜向花纹沟平行并将所述元件分成两个细长元件半部，每个斜向附加切口通向所述元件的短边，并且每个斜向附加切口具有至少等于所述周向主花纹沟的深度的75％的总深度并由刀槽花纹通过从轮胎崭新时的胎面表面朝向胎面的内部扩展来形成，所述刀槽花纹由内部管道延伸，所述内部管道预定用于在胎面被部分磨损之后、最迟在所述斜向副花纹沟完全消失之前形成新的花纹沟，该内部管道具有至少等于斜向花纹沟的平均宽度的平均宽度，每个斜向花纹沟和细长隆起元件的每个斜向附加切口由斜向切口在胎面的中心区域中延伸，所述斜向切口由以内部管道的形式延伸至胎面的厚度中的刀槽花纹形成，形成于所述中心区域中的该斜向切口与所述侧向区域的斜向花纹沟维持相同的定向直至中平面。

[0028] 借助于根据本发明的胎面，不管胎面磨损水平如何都能够立即增加进入接触区块的隆起元件的每个脉冲时间aT，并且因此减小阻尼信号的频率，从而使高于其(比阻尼信号的频率高)的频率最小化，同时维持良好的湿地抓地方面的性能。

[0029] 此处通过选择隆起元件相对于周向方向的倾斜度来修改脉冲时间，而其具有增加隆起元件的前导边缘的长度并因此增加在接触区块中与道路接触所用的总时间的效果。前导边缘或边缘角是指在行驶期间首先在接触区块中与道路接触的隆起元件的边缘角。相比之下，在前导边缘角之后进行接触的边缘或边缘角被称为元件的尾随边缘角。

[0030] 隆起元件的这种定向使得胎面对“锯齿”型磨损更加敏感，而其通过与重型车辆的轮胎上的隆起元件的通常高度相比减小隆起元件的高度来抵消(平衡)。细长元件特别是在崭新状态下具有比中心区域的高度低的有限高度的事实使得能够减小为这些元件所选的倾斜度A对磨损的影响。

[0031] 此外，借助于随着磨损而演化的胎面花纹设计的存在而维持了湿地抓地性能，所述胎面花纹设计能够使得在部分磨损之后出现新的花纹沟。

[0032] 本发明使得能够改变行驶噪声性能、湿地抓地性能和耐用性之间的平衡，因为无论磨损水平如何，抓地水平都是最佳的。

[0033] 有利地，为了更进一步降低行驶噪声，胎面的一个侧向区域的斜向花纹沟相对于另一侧向区域的斜向花纹沟在周向上偏移。

[0034] 在本发明的一有利备选形式中，侧向部分的斜向花纹沟被定向成产生方向性胎面花纹设计，也就是说具有优先行驶方向的胎面花纹设计。

[0035] 根据本发明的另一备选形式，每个细长隆起元件还包括总体周向定向的切口，该切口由通过管道延伸至厚度中的刀槽花纹形成，所述管道预定用于在花纹沟被部分磨损之后、最迟在斜向副花纹沟完全消失之前形成新的周向花纹沟。

[0036] 有利地，每个细长隆起元件具有长度在50mm和60mm(毫米)之间的短边。

[0037] 以度来表示的斜向花纹沟和斜向附加切口的倾斜度的平均角度A被选择成满足以下不等式：

[0038]

[0039] 其中：

[0040] -D是在轮胎的使用条件(压力和负载)下在行驶期间测得的由轮胎的整圈行进的长度；

[0041] -WL是侧向部分的轴向宽度(该轴向宽度等于斜向隆起元件的前导边缘角的长度投影到轴向方向上的长度)；

[0042] -N是车轮的一圈内的斜向副花纹沟的数目；

[0043] -n是要被降低或消除的噪声的谐波(n采取值1,2,3,…)。

[0044] 本发明的进一步的特征和优点将从以下参考附图给出的描述中变得显而易见，所述附图通过非限制性示例显示了本发明的主题的实施例。

附图说明

[0045] 图1和图2分别显示了与在行驶期间由重型车辆轮胎胎面的重复花纹所发出的噪声相对应的信号的时域图和频域图；

[0046] 图3显示了根据本发明的重型车辆轮胎的胎面的部分视图；

[0047] 图4显示了图3所示的胎面的处于其截面线由图3中的线III-III示出的截面上的横截面视图；

[0048] 图5显示了图3所示的胎面的处于其截面线由图3中的线IV-IV示出的截面上的横截面视图。

具体实施方式

[0049] 为了使附图更易于理解，已使用相同的附图标记来表示本发明的变型，其中这些附图标记指代在结构上或者功能上属于相同种类的元件。

[0050] 图1显示了与在行驶期间由重型车辆轮胎胎面的重复花纹所发出的噪声相对应的音频(听觉)信号的时域示意图，图2显示了与在行驶期间由重型车辆轮胎胎面的重复花纹所发出的噪声相对应的音频信号的频域图。简单地说，胎面元件的前导边缘进行接触以及该接触发生的时间所涉及的机制可以表示成一连串具有周期T以及周期宽度或时长aT的单个矩形脉冲的形式。频谱包括处于频率Qf处的谱线，其中Q采取整数值1，2，3，…，而其振幅作为 类型的函数随频率f演化。

[0051] 该频谱的包络线在作为脉冲宽度的倒数的倍数的频率 处过零。

[0052] 通过增大脉冲宽度时间aT，可以减小阻尼信号的频率，并因此使高于其(比阻尼信号的频率高)的频率最小化。使用根据本发明的胎面花纹来实现脉冲宽度时间的这一增大，所述根据本发明的胎面花纹借助于图2等来进行描述。

[0053] 图3显示了根据本发明的重型车辆轮胎的胎面10的示例的外表面的部分视图，该轮胎具有尺寸315/70R 22.5。

[0054] 该胎面10包括胎面表面100和胎面花纹设计，所述胎面花纹设计被限定以便允许当在潮湿道路上行驶时实现最佳性能水平，同时显著地降低行驶期间发出的噪声。胎面表面由胎面花纹设计的接触面形成，所述接触面预定用于在行驶期间与道路接触。

[0055] 该胎面包括总体周向定向的两个主花纹沟2、3，所述两个主花纹沟2、3限定在赤道中平面(将设有所述胎面的轮胎分成两个相等半部的平面)的每一侧延伸的中心部分C。中心部分具有在该实例中等于46mm的轴向宽度Wc。该赤道中平面由其在图2的平面中使用线XX’来表示的线来指示。

[0056] 周向主花纹沟2、3具有等于5mm的平均宽度和等于14mm的深度(该深度对应于在必须更换轮胎或通过翻修来翻新其胎面之前可被磨损掉的材料的厚度)。在该实例中，中心部分C的宽度等于18％(对于所选的轮胎尺寸，胎面的宽度W等于254mm)。

[0057] 胎面包括位于中心区域C的每一侧的侧向区域L1、L2，这些侧向区域中的每一个被分成多个包括长边41、42和短边43、44的细长隆起元件4，这些细长隆起元件4由斜向副花纹沟5限定，所述斜向副花纹沟5通向周向主花纹沟2、3并以在该实例中等于45度的平均角度A倾斜，该角度相对于平行于线XX’的周向方向测得。因此，斜向元件的长边41、42相对于周向方向以45度倾斜。

[0058] 该角度A被限定成满足以下不等式：

[0059]

[0060] 其中：

[0061] -D＝3152mm。D是在行驶期间测得的由具有尺寸315/70R 22.5的轮胎的整圈行进的长度，其中轮胎承受其在E.R.T.O.标准中所定义的压力和负载的使用条件。

[0062] -WL＝100mm。WL等于侧向部分的轴向宽度，

[0063] -N是车轮的一圈内的斜向副花纹沟的数目，在该实例中，该数目等于48，[0064] -n是要被降低或消除的噪声的谐波；在该实例中，n＝1。

[0065] 通过计算，角度A需要大于33.3度。

[0066] 限定细长隆起元件4的斜向副花纹沟5具有在该实例中等于周向主花纹沟2、3的深度的55％的深度。

[0067] 此外，在侧向区域的每个细长隆起元件4上形成有斜向附加切口6，所述斜向附加切口6与限定该细长隆起元件的斜向副花纹沟5平行并将该元件分成两个细长元件半部，每个斜向附加切口6通向隆起元件4的短边43、44。该斜向附加切口6具有与周向主花纹沟的深度相等的总深度，并且由小宽度的刀槽花纹61(也就是说，当处于轮胎于其中接触道路的接触区块中时其相对的材料面允许彼此接触)通过从轮胎崭新时的胎面表面开始朝向胎面的内部扩展来构成，该刀槽花纹61由内部管道62延伸，所述内部管道62预定用于在表现为周向主花纹沟2、3的深度P的45％的部分胎面磨损之后形成新的花纹沟。

[0068] 该内部管道62具有至少等于斜向副花纹沟5的平均宽度的平均宽度，每个斜向副花纹沟5和细长隆起元件的每个斜向附加切口6由斜向切口7横向地延伸至胎面的中心区域中，所述斜向切口7由刀槽花纹71从胎面表面开始构成，所述刀槽花纹71由内部管道72延伸至胎面的厚度中，形成于中心区域C中的该斜向切口7与侧向区域的斜向副花纹沟5保持相同的定向直至中平面XX’。在尺寸上，这些切口7与形成于侧向部分中的切口6相同。

[0069] 图4显示了处于其在图2中的截面线由线IV-IV指示的平面中的横截面。该横截面显示了由具有相同深度P5的两个斜向副花纹沟5所限定的细长元件4，该细长元件4被由刀槽花纹61形成的切口6切成两部分，所述刀槽花纹61通向胎面表面100并由其宽度等于副花纹沟的宽度的管道延伸。当部分磨损达到周向主花纹沟的深度P的55％时，管道62敞开(开放)以形成新的花纹沟。在所述备选形式中，切口6的总深度P6等于周向主花纹沟的深度P。

[0070] 图5显示了处于其在图2中的截面线由线V-V指示的平面中的横截面。该横截面显示了设有通向胎面表面100的切口7的中心部分C，该切口包括由管道72延伸的刀槽花纹71，所述管道72预定用于在部分磨损之后形成新的斜向花纹沟。该横截面显示了，切口7具有与周向主花纹沟5的深度P相等的深度P7。

[0071] 在所述示例中，胎面花纹设计是方向性的，也就是说，当设有该胎面的轮胎被安装在重型车辆上时规定优先的旋转方向。细长斜向元件的边缘角在崭新时经由其最靠近中平面的点(如图2所示)进入接触区块是有利的。

[0072] 在本发明的一备选形式中，细长隆起元件在轴向方向(也就是说，平行于轮胎的旋转轴线的方向)上被小宽度的刀槽花纹(也就是说，当处于轮胎于其中接触道路的接触区块中时其相对的材料面允许彼此接触)分开(分割)，该刀槽花纹通向轮胎崭新时的胎面表面并且由形成隐藏管道的扩宽部分延伸至胎面中。预定用于当胎面部分磨损时形成新的花纹沟的该隐藏管道延伸至胎面的厚度中直至主花纹沟的深度。在该备选形式中，斜向副花纹沟的深度可以根据其是否靠近赤道中平面而不同。同样地，满足所要求的不等式关系的前导边缘角的倾斜度A可以根据它们是靠近中平面还是靠近胎面边缘而不同(区别)。

[0073] 本发明不限于所述示例并且在不脱离如权利要求所限定的范围的情况下，可以对其进行各种修改。