一種基于仿生非光滑結(jié)構(gòu)的輪胎花紋及高性能子午線轎車輪胎的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車輪胎領(lǐng)域，尤其是一種基于仿生非光滑結(jié)構(gòu)的輪胎及高性能子午線轎車輪胎。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著車輛的不斷增多，交通噪聲污染已經(jīng)影響城市居民的正常生活，其中車輛噪聲源在交通噪聲污染的重要部分。當(dāng)車輛達(dá)到一定速度時(shí)候，輪胎噪聲就會(huì)凸現(xiàn)出來并占據(jù)主要的地位。為了限制輪胎噪聲的大小，2009年歐盟最新頒布EC661/2009《歐盟汽車一般安全的行駛認(rèn)證要求》和EC1222/2009《有關(guān)燃油效率及其他參數(shù)的輪胎標(biāo)簽》，這其中對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力、濕路面抓著性及道路通過噪聲提出了具體的要求，明確提出對(duì)于有關(guān)輪胎濕路面抓著性能等級(jí)及噪聲等級(jí)的輪胎標(biāo)簽要求與2012年7月1日開始實(shí)施。與此類似的法規(guī)在日本、美國(guó)已開始實(shí)施。然而，我國(guó)尚未出臺(tái)輪胎濕滑和噪聲的具體法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]汽車輪胎在研發(fā)和使用過程中需要面對(duì)諸多性能不相容的矛盾，如輪胎耐磨性、滾動(dòng)阻力和抓地性能是輪胎的最主要性能，由于橡膠材料的固有特性，這三個(gè)性能相互制約且矛盾突出，因此三者的關(guān)系被稱為“魔鬼三角”，至今沒有有效的突破方法。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，“舒適”、“安全”和“環(huán)?！钡睦砟钜呀?jīng)深入人心，對(duì)汽車輪胎的抗?jié)窕驮肼曅阅芴岢隽烁叩囊?。輪胎抗?jié)窕驮肼曅阅芘c花紋結(jié)構(gòu)和花紋溝槽內(nèi)流體介質(zhì)的流動(dòng)存在密切的聯(lián)系，呈現(xiàn)出難以調(diào)和的矛盾:一方面花紋溝空間體積增加會(huì)減小花紋塊體積，增加海陸比和接地壓力，有利于花紋的排水，進(jìn)而提高輪胎抗?jié)窕阅?；另一方面花紋溝空間體積的增加，在增加輪胎海陸比和接地壓力的同時(shí)增加了花紋溝槽的變形，從而增加了輪胎的噪聲。由于這種矛盾的存在，目前的輪胎花紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法只能認(rèn)同顧此失彼的現(xiàn)實(shí)，為此，探索研究新的輪胎花紋設(shè)計(jì)理論和方法來解決輪胎抗?jié)窕驮肼曅阅苊苁欠浅１匾摹?br>[0004]隨著研究的不斷深入，為提高輪胎綜合性能，輪胎科技工作者不再局限于傳統(tǒng)花紋的設(shè)計(jì)理論方法，已經(jīng)開始探索利用生物信息進(jìn)行輪胎花紋設(shè)計(jì)。韓泰輪胎公司研發(fā)了仿鳳凰圖騰的非對(duì)稱花紋，能使輪胎行駛時(shí)的積水有效排出，將“水滑現(xiàn)象”最小化，并采用柔和的平滑過渡處理，有效減少了共振音。固特異公司提出的“霸力泡”，即在輪胎花紋溝槽之間制作出可以互相咬合半球狀凸起和凹陷來抑制了花紋塊形變，提高抓地力的同時(shí)還能降低輪胎噪聲；東洋(Toyo)輪胎提出一種靜音墻的概念，即將鋸齒狀的凹槽密集分布在輪胎花紋溝側(cè)壁上，其擾流作用會(huì)降低輪胎噪聲。已有公開專利“201310560419.8”、“201210342761.6”、“US6866076B2”發(fā)明專利雖然使用仿生非光滑結(jié)構(gòu)來改善輪胎噪聲和滑水性能，但是這種仿生花紋設(shè)計(jì)無法保證輪胎在磨損后抓地能力的不犧牲，因?yàn)檫@種花紋設(shè)計(jì)方法難以保證接地面積持續(xù)呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。隨著歐盟法規(guī)標(biāo)簽的實(shí)施、綠色輪胎的推廣和輪胎綜合性能的重視，這就需要一款擁有創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念的輪胎來適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種基于仿生非光滑結(jié)構(gòu)的輪胎花紋及高性能子午線轎車輪胎，能夠干擾輪胎縱向花紋溝內(nèi)產(chǎn)生的流體噪聲，從而降低噪聲，同時(shí)提高了縱向花紋溝的流體通過性，由于采用變截面花紋溝設(shè)計(jì)，能夠在輪胎行駛一定里程胎面磨耗的基礎(chǔ)上，保證足夠大的輪胎胎面與地面的接觸面積，從而為車輛提供了足夠高的滑水速度和良好的地面抓地力。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007]—種基于仿生非光滑結(jié)構(gòu)的輪胎花紋，其特征在于，包括四條縱向溝槽，所述縱向溝槽深度為8?10mm，寬度為6?8mm，所述縱向溝槽側(cè)壁均與輪胎徑向平面呈5°?10°的夾角，所述側(cè)壁上具有截面為沿輪胎周向連續(xù)排列的流線型花紋凹槽，所述流線型花紋凹槽壁面在輪胎軸向方向上的弧長(zhǎng)為6° /360° XL，其中L為輪胎外圈周長(zhǎng)，流線型花紋凹槽的高度為縱向溝槽深度的20?30%，所述流線型花紋凹槽最大深度為所述縱向溝槽寬度的5?10%。
[0008]優(yōu)選地，所述側(cè)壁為二階階梯狀，由上段側(cè)壁、下段側(cè)壁及位于上段側(cè)壁與下段側(cè)壁之間的臺(tái)階平臺(tái)，所述流線型花紋凹槽設(shè)置在上段側(cè)壁上，所述上段側(cè)壁的高度與流線型花紋凹槽的高度相等。
[0009]優(yōu)選地，所述臺(tái)階平臺(tái)的寬度為縱向溝槽寬度的6?10%，所述臺(tái)階平臺(tái)至縱向溝槽底面的高度取縱向溝槽深度的70?80%。
[0010]優(yōu)選地，在保證胎面?zhèn)认蚪孛嫔?，縱向溝槽兩側(cè)上段側(cè)壁上的流線型花紋凹槽之間的距離保持一致的前提下呈非對(duì)稱設(shè)置?？v向溝槽兩側(cè)上段側(cè)壁上的流線型花紋凹槽錯(cuò)開半個(gè)流線型花紋凹槽的長(zhǎng)度排列。
[0011]優(yōu)選地，位于輪胎胎面兩側(cè)的兩條縱向溝槽的寬度比位于內(nèi)側(cè)縱向溝槽的寬度大1 ?2mm ο
[0012]—種高性能子午線轎車輪胎，其特征在于，所述輪胎臺(tái)面上設(shè)有所述的基于仿生非光滑結(jié)構(gòu)的輪胎花紋。
[0013]本發(fā)明中，縱向溝槽側(cè)壁上部分圓弧設(shè)計(jì)、下部分平面設(shè)計(jì)，形成了縱向溝槽的變截面二階階梯狀設(shè)計(jì)?？v向溝槽上部設(shè)置流線型花紋凹槽，使得花紋塊具有足夠多的尖角形狀存在，能夠保證胎面花紋塊具有快速切破溝槽內(nèi)及路面水膜的能力，大大的提高了溝內(nèi)流體通過性，進(jìn)而提高了輪胎的滑水速度。另外，這種設(shè)計(jì)具有緩沖作用，在滾動(dòng)輪胎承受法向載荷時(shí)，使得花紋塊應(yīng)力在縱向溝槽壁面上非連續(xù)高強(qiáng)度分布，在圓弧底部設(shè)置的臺(tái)階平臺(tái)有過渡緩沖作用，從而在有效地緩解凹槽底部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，防止過早溝底裂破壞現(xiàn)象發(fā)生，最終提高花紋抓地能力和使用壽命。
[0014]縱向溝槽側(cè)壁的下部平面壁面與上部的光滑的流線型花紋凹槽壁面形成階梯式的過渡，這樣在輪胎行駛里程超過一定限值時(shí)，輪胎縱向溝槽因?yàn)樘ッ嫦鹉z磨損會(huì)變淺，一旦胎面橡膠磨損量超過流線型花紋凹槽的深度，也即流線型花紋凹槽不再存在。但本發(fā)明的輪胎縱向溝槽由于采用二階階梯形狀，在胎面流線型花紋凹槽經(jīng)磨損不存在時(shí)，臺(tái)階平臺(tái)下部的花紋塊開始與路面接觸，由于縱向溝槽側(cè)壁與輪胎徑向平面呈5°?10°夾角設(shè)計(jì)，這樣就相對(duì)于縱向溝槽側(cè)壁垂直設(shè)計(jì)的輪胎而言，增大了磨損輪胎的接地面積，從而保證磨損后的輪胎依舊具有良好的輪胎的抓地力。
[0015]在保證胎面?zhèn)认蚪孛嫔希v向溝槽兩側(cè)壁上段側(cè)壁上的流線型花紋凹槽之間的距離保持一致的前提下呈非對(duì)稱設(shè)置，保證在沿輪胎斷面寬度方向上，輪胎花紋塊面積與溝槽面積之比為定值，從而保證滾動(dòng)輪胎持續(xù)的接地過程中有效的花紋塊接地寬度的保持不變，從而降低路面對(duì)輪胎的沖擊力，提升輪胎的舒適性。
[0016]位于輪胎胎面兩側(cè)的兩條縱向溝槽的寬度比位于內(nèi)側(cè)縱向溝槽的寬度大1?2mm，將胎面花紋分割為不等寬度的花紋塊，胎面兩側(cè)花紋塊寬度略小胎面內(nèi)側(cè)花紋塊寬度，在增加輪胎承受載荷時(shí)，確保輪胎胎面內(nèi)側(cè)花紋具有足夠的抓地能力和胎面兩側(cè)花紋溝槽的排水能力，進(jìn)而提高輪胎在干濕地面的操縱穩(wěn)定性。
[0017]綜上所述，本發(fā)明的輪胎胎面花紋在原有高性能的花紋的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，在不犧牲原有輪胎諸如滾動(dòng)阻力等綜合性能的基礎(chǔ)上，通過在縱向溝槽的側(cè)壁上增加流線型花紋凹槽，從而干擾外部氣流在縱向溝槽內(nèi)流動(dòng)特性，來降低縱向溝槽內(nèi)部氣體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)，流線型花紋凹槽的引入增加了胎面花紋的海陸比，又可以提高路面積水在縱向花紋溝的流通性