НЕШИПОВАННАЯ ШИНА Российский патент 2012 года по МПК B60C11/04 B60C11/03 B60C11/11 B60C5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к нешипованной шине, на беговой поверхности которой имеется множество прямых продольных канавок, проходящих прямо в направлении вдоль окружности, а также край беговой поверхности, которые формируют массив шашек протектора, образованный из множества шашек, расположенных по направлению вдоль окружности, а именно к нешипованной шине, обладающей улучшенной устойчивостью в управлении при сохранении сцепного усилия, необходимых для езды по льду и снегу.

Предшествующий уровень техники

Нешипованная шина должна обладать улучшенными показателями по отводу воды при сохранении сцепного усилия и тормозных показателей во время езды по льду и снегу. Известны нешипованные шины, имеющие рисунок протектора, при котором множество массивов шашек протектора, образованных шашками, проходящими в направлении вдоль окружности, расположены по ширине шины. Между тем для нешипованных шин важно, чтобы помимо описанных выше показателей они также обладали улучшенной устойчивостью в управлении во время езды по заснеженным, обледеневшем и сухим дорогам. Для обеспечения всех указанных выше показателей также предлагались асимметричные шины, имеющие разный рисунок протектора и разные функции, которые выполняют внутренняя беговая поверхность, обращенная вовнутрь автомобиля, и внешняя беговая поверхность, после того как шина установлена на автомобиль (см., например, опубликованную японскую патентную заявку №11-321240).

Краткое изложение сущности изобретения

Задачи, на решение которых направлено изобретение

Параметры внутренней беговой поверхности и внешней беговой поверхности у обычной асимметричной шины не были в достаточной мере оптимизированы, поэтому во время езды по льду и снегу не удавалось одновременно обеспечивать сцепное усилие и устойчивость в управлении.

Настоящее изобретение было разработано с учетом описанных выше проблем, а цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить нешипованную шину, способную обеспечить как высокое сцепное усилие, так и высокую устойчивость в управлении во время езды по льду и снегу.

Средства для решения проблемы

Настоящим изобретением предлагается нешипованная шина, на беговой поверхности которой имеется множество прямых продольных канавок, проходящих прямо в направлении вдоль окружности, а также край беговой поверхности, которые определяют массивы шашек, образованные множеством шашек, расположенных по направлению вдоль окружности, беговая поверхность делится самой широкой из прямых продольных канавок на внутреннюю беговую поверхность, расположенную с внутренней стороны автомобиля, после того как шина установлена на автомобиль, и внешнюю беговую поверхность, расположенную с внешней стороны автомобиля, после того как шина установлена на автомобиль, причем если у боковых канавок, проходящих в осевом направлении шины в каждом из массивов шашек, осевую длину боковой канавки, раскрывающейся, по меньшей мере, в одну из прямых продольных канавок, проходящих рядом с массивом шашек, в котором имеется боковая канавка, назвать краевым элементом канавки, то соотношение (А) общей длины краевых элементов канавок на внутренней беговой поверхности и общей длины краевых элементов канавок на внешней беговой поверхности составляет 1.03-1.3, а соотношение (В) отрицательного коэффициента внешней беговой поверхности и отрицательного коэффициента внутренней беговой поверхности составляет 0.85-1.0.

По настоящему изобретению предпочтительно, чтобы соотношение отрицательного коэффициента внешней беговой поверхности и отрицательного коэффициента внутренней беговой поверхности составляло 0.97 или менее.

Эффект от внедрения изобретения

Настоящее изобретение позволяет обеспечить одновременно высокое сцепное усилие и высокую устойчивость в управлении при езде по льду и снегу за счет выбора соотношения (А) общей длины краевых элементов канавок на внутренней беговой поверхности и общей длины краевых элементов канавок на внешней поверхности в диапазоне от 1.03 до 1.3, а также выбора соотношения (В) отрицательного коэффициента внешней беговой поверхности и отрицательного коэффициента внутренней беговой поверхности в диапазоне от 0.85 до 1.0.

Краевой элемент канавки является элементом, предназначенным для создания сцепного усилия на краю шашки протектора, а увеличение длины осевого элемента канавки, имеющейся на поверхности, соприкасающейся с дорожным полотном, обеспечивает большее сцепное усилие за счет краевого эффекта. Однако при чрезмерном увеличении краевого элемента канавки уменьшается размер непосредственно самих шашек, что приводит к уменьшению жесткости шашек и создает эффект деформации шашек протектора, что отрицательно сказывается на сцепном усилии.

Сцепное усилие можно увеличить за счет увеличения общей длины краевых элементов канавок на внутренней беговой поверхности по сравнению с соответствующей длиной на внешней беговой поверхности, поскольку параметры внутренней беговой поверхности в большей степени влияют на сцепное усилие, чем параметры внешней беговой поверхности. Однако если различие между внутренней стороной и внешней стороной становится слишком большим, то сцепное усилие ухудшается из-за деформации шашек, как это отмечалось выше. В частности, необходимо, чтобы соотношение (А) общей длины краевых элементов канавок находилось в диапазоне от 1.03 до 1.3, причем при езде по льду или снегу достаточное сцепное усилие не будет обеспечиваться, если соотношение (А) будет меньше 1.03 или больше 1.3.

Отрицательный коэффициент влияет на показатели жесткости рисунка протектора беговой поверхности. Увеличение отрицательного коэффициента позволяет получить достаточное прочностное усилие без деформации шашек при большом воздействующем усилии во время движения на повороте, что улучшает устойчивость в управлении.

Поскольку параметры внешней беговой поверхности оказывают определяющее влияние, по сравнению с параметрами внутренней беговой поверхности, на устойчивость в управлении, например на реагирование во время движения на повороте и прочностное усилие при движении по кривой, устойчивость в управлении можно улучшить сделав отрицательный коэффициент внешней стороны меньше, чем отрицательный коэффициент внутренней стороны. В частности, необходимо сделать соотношение (В) отрицательного коэффициента 1.0 или менее, поскольку достаточная устойчивость в управлении не может быть обеспечена, если соотношение (В) отрицательного коэффициента будет больше 1.0. Предпочтительно, чтобы соотношение (В) отрицательного коэффициента было 0.97 или менее, поскольку устойчивость в управлении начинает снижаться, если соотношение (В) становится больше 0.97.

Однако если соотношение (В) становится слишком большим, то количество канавок уменьшается, что ухудшает сцепное усилие и способность предотвращать аквапланирование. Таким образом, необходимо выбирать соотношение (В) со значением 0.85 или более, поскольку если соотношение (В) становится меньше 0.85, это сказывается на сцепном усилии.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана развертка беговой поверхности нешипованной шины по настоящему изобретению.

Способ осуществления изобретения

Далее нешипованная шина по настоящему изобретению будет рассмотрена со ссылкой на чертежи. На фиг.1 представлен чертеж развертки шины, на котором изображена беговая поверхность. На беговой поверхности 10 выполнено множество (три канавки на фиг.1) прямых продольных канавок 1, 1А, 1В, проходящих в направлении вдоль окружности (направлении Y), а также массивов 2А, 2В, 2С, 2D шашек протектора, образованных прямыми продольными канавками 1, 1А, 1В и краями 11, 12 беговой поверхности с ее соответствующих сторон.

Беговая поверхность 10 разделена, в направлении оси шины, основной канавкой 1, имеющей наибольшую ширину среди прямых продольных канавок 1, 1А, 1В, на две части, выполняющие разные функции. В данном описании изобретения после установки шины на автомобиль часть протектора, расположенная с внутренней стороны, т.е. ближе к центру автомобиля, называется внутренняя беговая поверхность IN, а зона, расположенная с внешней стороны автомобиля, называется внешняя беговая поверхность OUT.

В данном описании изобретения беговая поверхность является частью шины, образованной участком наиболее широкой части протектора, контактирующей с дорожной поверхностью, в направлении вдоль окружности, при условии, что шина была смонтирована на определенный обод колеса и определенная статическая нагрузка воздействует на шину, которая была накачана до определенного внутреннего давления. Пояснения по определенной нагрузке, определенному внутреннему давлению и определенному ободу колеса будут даны в настоящем описании изобретения ниже.

В частности, определенная нагрузка является максимальной нагрузкой (предельно допустимой нагрузкой) для колеса соответствующего размера, указываемой в соответствии с определенным промышленным стандартом; определенное внутреннее давление является давлением воздуха, соответствующим максимальной нагрузке (предельно допустимой нагрузке) для колеса соответствующего размера, указываемой в соответствии с промышленным стандартом; а определенный обод колеса является стандартным ободом колеса («разрешенным ободом колеса», «рекомендованным ободом колеса») соответствующего размера, указанным в соответствии с определенным промышленным стандартом. Упомянутый промышленный стандарт является промышленным стандартом, действующим в регионе, где шина изготовлена или используется, подобные промышленные стандарты указываются, например, для США в "Ежегоднике Ассоциации автошин и колесных дисков» (с указанием типоразмеров), для Европы в «Сборнике стандартов Европейской технической организации по шинам и ободам» и для Японии в «Ежегоднике JATMA» Ассоциации производителей автомобильных шин Японии.

Прямая продольная канавка расположена в направлении вдоль окружности таким образом, что плоскость, проходящая ортогонально к оси шины и пересекающая продольную канавку, пересекает ее по всей окружности. Например, на фиг.1 продольная канавка 4 (проходящая между прямыми продольными канавками 1 и 1В), которая проходит в направлении вдоль окружности зигзагообразно, не является прямой продольной канавкой, поскольку любая плоскость Р, проходящая ортогонально к оси шины, не пересекает подобную продольную канавку по всей окружности. С другой стороны, если край канавки или осевая линия по ширине канавки проходят в направлении вдоль окружности немного извилисто и имеется плоскость, проходящая ортогонально к оси и пересекающая продольную канавку по всей окружности, то подобная продольная канавка также является прямой продольной канавкой. Как станет ясно из представленного ниже описания, прямая продольная канавка отличается от других продольных канавок тем, что она непосредственно используется для отвода воды, поскольку прямая продольная канавка, по сравнению другими продольными канавками, обладает исключительно высокими показателями по отводу воды.

В каждом из массивов шашек 2А, 2В, 2С, 2D, в направлении вдоль окружности, расположены шесть типов шашек 21-26, разделенных боковыми канавками 3А, 3В, 3С, 3D, 5, проходящими в осевом направлении шины (направлении X), а также продольной канавкой 4. Шашки 21, разделенные боковой канавкой 3А, расположены в массиве 2А шашек; шашки 22, разделенные боковой канавкой 3В, расположены в массиве 2В шашек; три типа шашек 23, 24, 25, разделенные боковыми канавками 3С, 5 и продольной канавкой 4, расположены в массиве 2С шашек; а шашки 26, разделенные боковой канавкой 3D, расположены в массиве 2D шашек.

Из боковых канавок, проходящих в направлении по ширине соответствующих массивов 2А, 2В, 2С, 2D, 5 шашек, у боковой канавки 3А, в месте соединения с прямой продольной канавкой 1, имеется замыкающая канавка 8 с узкой шириной, которая замыкается, когда данная часть соприкасается с дорожной поверхностью. Аналогичным образом, у соответствующих торцов боковой канавки 5 имеются замыкающие части 8 канавки. Из боковых канавок 3А, 3В, 3С, 3D, 5, при условии, что по существу раскрывающейся боковой канавкой является канавка, соединенная, по меньшей мере, с одной прямой продольной канавкой 1, 1А, 1В посредством части канавки, отличной от замыкающей части 8 канавки, причем, по существу, раскрывающейся в прямые продольные канавки 1, 1А, 1В в положении, когда подобная канавка соприкасается с дорожной поверхностью, лишь 3А, 3В, 3С и 3D являются, по существу, раскрывающимися боковыми канавками, поскольку подобные боковые канавки способны отводить воду, удерживаемую на поверхности, соприкасающейся с дорожным покрытием, по прямым продольным канавкам 1, 1А, 1В, способствуя дренажу воды в положении, когда канавки соприкасаются с дорожной поверхностью.

Отличительный признак настоящего изобретения, при условии, что краевым элементом канавки является отрезок длины, по существу, раскрывающейся боковой канавки, проходящий в осевом направлении (направлении X), другими словами, проецируемый отрезок длины раскрывающейся боковой канавки на линию, параллельную осевому направлению плоскости (в данном случае беговую поверхность), содержащую раскрывающуюся боковую канавку, заключается в том, что соотношение (А) общей длины краевых элементов канавок на внутренней беговой поверхности IN, определенной выше, и общей длины краевых элементов канавок на внешней беговой поверхности OUT составляет 1.03-1.3. Пояснение этому будет дано со ссылкой на фиг.1. По существу раскрывающимися боковыми канавками, имеющимися на внутренней беговой поверхности IN, являются канавки 3А и 3В, а также соответственно их краевые элементы канавок а и b. По существу раскрывающимися боковыми канавками, имеющимися на внешней беговой поверхности OUT, являются канавки 3С и 3D, а также, соответственно их краевые элементы канавок c и d. Отличительный признак настоящего изобретения можно выразить следующей формулой (1), где n1, n2, n3 и n4 - это количество, по существу, раскрывающихся боковых канавок 3А, 3В, 3С, 3D соответственно, имеющихся на беговой поверхности 10 по всей окружности.

Формула 1

Применительно к беговой поверхности, изображенной на фиг.1, количество n2, n3 и n4 одинаково, а количество n1 больше их в 1.5 раза. Таким образом, формулу (1) можно выразить через следующую формулу (2).

Формула 2

Как было рассмотрено выше, данная формула основана на том факте, что параметры поверхности IN внутренней стороны играют определяющую роль для сцепного усилия во время езды по льду и снегу; на подобное сцепное усилие существенное влияние оказывает общая длина краевого элемента канавки на поверхности, соприкасающейся с дорожным покрытием; по мере увеличения длины элемента краевой эффект шашек усиливается и сцепное усилие улучшается; но с другой стороны, если общая длина становится слишком большой, жесткость шашек ослабевает и шашки деформируются, что в результате приводит к ухудшению сцепного усилия.

Следует отметить, что в представленном выше описании, несмотря на то, что боковая канавка 5, раскрывающаяся в прямые продольные канавки 1, 1В лишь через часть 8 замыкающей канавки, раскрыта в продольную канавку 4 через часть, отличную от части 8 замыкающей канавки, боковая канавка 5 не является, по существу, раскрывающейся боковой канавкой и не взаимодействует с краевым элементом. Это вызвано тем, что продольная канавка 4 преимущественно имеет зигзагообразную форму и не является прямой продольной канавкой с точки зрения данного выше определения. Кроме этого, на практике боковая канавка 5 не обладает высокой дренажной способностью, как это было описано выше, и лишь отчасти способствует созданию сцепного усилия, поскольку соответствующие шашки протектора, по существу, соединены друг с другом в положении, когда вода удерживается в канавке.

Второй отличительный признак настоящего изобретения заключается в том, что соотношение (В) отрицательного коэффициента внешней беговой поверхности и отрицательного коэффициента внутренней беговой поверхности составляет 0.85-1.0, а более предпочтительно менее или равно 0.97.

Отрицательный коэффициент внутренней беговой поверхности IN (внешней беговой поверхности OUT) является отрицательным коэффициентом N (%), рассчитываемым по следующей формуле (3).

Ar - это область внутренней беговой поверхности IN (внешней беговой поверхности OUT), фактически соприкасающаяся с дорожным покрытием при условии, что к шине, накачанной до определенного давления, приложена определенная статическая нагрузка. An - это область внутренней беговой поверхности IN (внешней беговой поверхности OUT), окруженная внешней контурной линией части протектора, соприкасающейся с дорожным покрытием при аналогичных условиях. Определения, данные выше, относятся к определенной нагрузке, определенному внутреннему давлению и определенному ободу колеса, описанным выше.

Данная формула (3) основана на том факте, что, как было рассмотрено выше, на устойчивость в управлении существенно влияют параметры внешней беговой поверхности OUT, а также параметры отрицательного коэффициента поверхности, соприкасающейся с дорожным покрытием; жесткость рисунка протектора увеличивается, а устойчивость в управлении улучшается, по мере того как отрицательный коэффициент уменьшается, а пятно контакта увеличивается; однако с другой стороны, если отрицательный коэффициент становится слишком мал, это негативно влияет на сцепное усилие и способность предотвращать аквапланирование на мокром дорожном покрытии.

Пример

В качестве образцов использовалось восемь шин. На фиг.1 изображен рисунок протектора, использовавшегося у образца 3. В каждом из образцов 1, 2, 4-6 и в сравнительных образцах 1-10 коэффициент количества шашек в центральном массиве 2С шашек на внешней беговой поверхности, т.е. количество, по существу, раскрывающихся боковых канавок 3С по сравнению с другими массивами шашек (который указан в таблице 1 и таблице 2 в качестве коэффициента количества боковых канавок), равен или отличается от соответствующего коэффициента для образца 3, указанного в таблице 1 или 2; положение продольных канавок шины совпадает или отличается от соответствующего положения у образца 3, образуя соотношение (А) общей длины краевых элементов канавок, указанное в таблице 1 или 2; а ширина, по существу, раскрывающейся боковой канавки равна или отличается от соответствующей ширины у образца 3, образуя отрицательный коэффициент, указанный в таблице 1 или 2. В таблице 1 для каждой из шин указан отрицательный коэффициент, соотношение (А) общей длины краевых элементов канавок и количественный коэффициент боковых канавок.

Следует заметить, что касается отрицательного коэффициента в таблице 1 и таблице 2, Nin означает отрицательный коэффициент внутренней беговой поверхности IN; Nout означает отрицательный коэффициент внешней беговой поверхности OUT; a Nout/Nin означает их соотношение. Кроме этого, коэффициент общей длины краевых элементов канавок в таблице 1 непосредственно означает соотношение (А) общей длины краевых элементов канавок на внутренней беговой поверхности и общей длины краевых элементов канавок на внешней беговой поверхности, а коэффициент количества боковых канавок в таблице 1 означает соотношение общего количества, по существу, раскрывающихся боковых канавок в массиве 2С шашек и общего количества по существу раскрывающихся боковых канавок по окружности любого из массивов 2А, 2В, 2D шашек, которые одинаковы.

Следует заметить, что общие параметры используемых восьми шин были следующими.

Типоразмер шин: 195/65R15.

Общее количество по существу раскрывающихся боковых канавок в массивах 2А, 2В, 2D шашек вдоль окружности: 56.

Различные результаты, указанные в таблице 1 и таблице 2, были получены на используемых образцах шин. Подобные результаты были получены на шинах, которые были установлены на определенный обод колеса, накачаны до определенного внутреннего давления и установлены на реальный автомобиль. Следует заметить, что определенное внутреннее давление и определенный обод колеса соответствовали указанным в описании выше. Следует заметить, что автомобилем, используемым для данного испытания, был переднеприводный автомобиль, а используемая нагрузка составила 120 кг, т.е. соответствовала общему весу двух человек, включая водителя автомобиля.

Оценка устойчивости управления на снегу производилась таким образом, что водитель давал всестороннюю субъективную оценку по 10-бальной шкале с точки зрения точности движений и скорости реагирования автомобиля во время движения на повороте на испытательном полигоне с дорожным покрытием из укатанного снега, заданные значения указаны в таблице 1 и таблице 2, а результат оценки шин у сравнительного образца 1 был взят за 100.

Оценка сцепного усилия на снегу производилась таким образом, что измерялось время ускорения с 10 км/ч до 50 км/ч на дорожном покрытии из укатанного снега, заданные значения указаны в таблице 1 и таблице 2, а результат оценки шин у сравнительного образца 1 был взят за 100.

Оценка устойчивости управления на льду производилась таким образом, что водитель давал всестороннюю субъективную оценку по 10-бальной шкале с точки зрения точности движений и скорости реагирования автомобиля во время движения на повороте на испытательном полигоне с обледеневшим дорожным покрытием, заданные значения указаны в таблице 1 и таблице 2, а результат оценки шин у сравнительного образца 1 был взят за 100.

Оценка устойчивости управления на сухом дорожном покрытии производилась таким образом, что водитель давал всестороннюю субъективную оценку по 10-бальной шкале с точки зрения точности движений и скорости реагирования автомобиля во время движения на повороте на испытательном полигоне с сухим дорожным покрытием, заданные значения указаны в таблице 1, а результат оценки шин у сравнительного образца 1 был взят за 100.

При оценке устойчивости к гидропланированию на мокром дорожном покрытии оценивалась способность предотвращать аквапланирование на мокром дорожном покрытии, для этого автомобиль ускорялся с места на мокром дорожном покрытии с глубиной воды в 5 мм; замерялась скорость, при которой происходила потеря сцепления и шина начинала вращаться без приложения сцепного усилия на дорожное покрытие; заданные значения указаны в таблице 1, а результат оценки шин у сравнительного образца 1 был взят за 100.

Для всех описанных выше оценок показателей чем больше заданное значение, тем лучше показатель.

Как видно из таблицы 1 и таблицы 2, шины у образцов 1-6 показали отличную устойчивость в управлении на снегу, на льду и на сухом дорожном покрытии, отличное сцепное усилие на заснеженном дорожном покрытии, а также аналогичные или улучшенные показатели по устойчивости к гидропланированию на мокром дорожном покрытии. Следует заметить, что сравнительные образцы 4, 5, 7, 8 и 10 показали приемлемую устойчивость в управлении на сухом дорожном покрытии, но более худшие показатели сцепного усилия на снегу и более худшую устойчивость к гидропланированию на мокром дорожном покрытии.

Описание ссылочных позиций

1, 1А, 1В Прямая продольная канавка 2А, 2В, 2С, 2D Массив шашек 3А, 3В, 3С, 3D По существу раскрывающаяся боковая канавка 4 Продольная канавка 5 Боковая канавка 8 Замыкающая канавка 10 Беговая поверхность 11, 12 Край беговой поверхности 21, 22, 23, 24, 25, 26 Шашка IN Внутренняя беговая поверхность OUT Внешняя беговая поверхность

Изобретение относится к конструкции протектора автомобильной шины, предназначенной для передвижения по льду и снегу. Беговая поверхность (10) нешипованной шины расположена таким образом, что у боковых канавок (3А, 3В, 3С, 3D, 5), проходящих в осевом направлении в каждом из массивов (2А, 2В, 2С, 2D) шашек, осевая длина боковых канавок (3А, 3В, 3С, 3D), раскрывающихся, по меньшей мере, в одну из прямых продольных канавок (1, 1А, 1В), проходящих рядом с массивом шашек, в котором имеется боковая канавка, именуется краевым элементом канавки. Соотношение общей длины краевых элементов канавок на внутренней беговой поверхности IN и общей длины краевых элементов канавок на внешней беговой поверхности OUT составляет 1.03-1.3. Соотношение отрицательного коэффициента внешней беговой поверхности OUT и отрицательного коэффициента внутренней беговой поверхности IN составляет 0.85-1.0. Технический результат - повышение сцепления, а также устойчивости в управлении при езде по льду и снегу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Нешипованная шина, на беговой поверхности которой имеется множество прямых продольных канавок, проходящих прямо в направлении вдоль окружности, а также край беговой поверхности, которые формируют массивы шашек протектора, образованных из множества шашек, расположенных в направлении вдоль окружности, при этом беговая поверхность разделена самой широкой из прямых продольных канавок на внутреннюю беговую поверхность, расположенную с внутренней стороны автомобиля, после того как шина установлена на автомобиль, и внешнюю беговую поверхность, расположенную с внешней стороны автомобиля, после того как шина установлена на автомобиль, отличающаяся тем, что
отношение общей осевой длины боковых канавок, проходящих в осевом направлении шины в каждом из массивов шашек и раскрывающихся, по меньшей мере, в одну из прямых продольных канавок на внутренней беговой поверхности шины к общей осевой длине аналогичных боковых канавок, раскрывающихся, по меньшей мере, в одну из прямых продольных канавок на внешней беговой поверхности шины, составляет 1,03-1,3, а отношение отрицательного коэффициента внешней беговой поверхности к отрицательному коэффициенту внутренней беговой поверхности составляет 0,85-1,0.

2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что
отношение отрицательного коэффициента внешней беговой поверхности шины к отрицательному коэффициенту внутренней беговой поверхности шины составляет 0,97 или менее.