ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА Российский патент 2012 года по МПК B60C11/11 B60C11/117 B60C11/12 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к пневматической шине, которая представляет собой нешипованную шину с повышенными эксплуатационными характеристиками на льду в начальный период эксплуатации шины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Предложены и внедрены в использование пневматические шины, известные как «нешипованные шины», которые имеют повышенные эксплуатационные характеристики, такие как эффективность торможения на льду и устойчивость рулевого управления на снегу, при движении на заснеженных и обледенелых покрытиях дорожного полотна.

В ряде нешипованных шин в материал протектора добавляется создающий микроскопические выступы наполнитель, позволяющий достичь краевого эффекта на обледенелых поверхностях, а в некоторых шинах в резине имеются микроскопические пузырьки, создающие эффект высасывания воды и краевой эффект.

Однако, как правило, если содержащий подобные наполнитель и/или пузырьки слой резины находится на поверхности шины, непосредственно контактирующей с формой при вулканизации/полимеризации резины, упомянутый слой резины не будет сформирован. По этой причине упомянутые наполнитель и пузырьки не присутствуют на поверхности протектора в начальный период эксплуатации шины, и эффективность подобных наполнителя и/или пузырьков в начальный период не проявляется, либо, если проявляется, степень такой эффективности оказывается невелика.

Поэтому в качестве нешипованной пневматической шины, способной демонстрировать высокую эффективность в начальный период эксплуатации, предложена пневматическая шина, на поверхности протектора которой имеется несколько участков контакта с дорожным полотном, разделенных несколькими основными канавками, причем проходящая по ширине шины по меньшей мере одна прорезь делит упомянутые участки контакта на небольшие участки - шашки. Далее каждый участок контакта имеет несколько мелких канавок с глубиной, меньшей глубины прорезей, которые расходятся из центра участка контакта в направлении течения воды в основных канавках к обоим краям и открываются в основные канавки, причем открытые участки находятся далее по направлению течения в основных канавках, а не в центральной части участка контакта (патентный документ 1).

Целью предмета настоящего изобретения является усиление эффекта высасывания воды и краевого эффекта путем удаления или отвода воды через несколько узких канавок, сформированных в одном и том же направлении - под углом к направлению вдоль окружности шины, либо через несколько узких канавок, сформированных в двух пересекающихся направлениях. Однако во многих случаях предмет настоящего изобретения не демонстрирует достаточно высокой эффективности удаления воды в результате формирования упомянутых узких канавок и, таким образом, не может быть признан удовлетворительным.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Патентная документация

Патентный документ 1: нерассмотренная патентная заявка Японии № 2006-151229.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблема, решение которой обеспечивается при использовании шины, описанной в настоящем изобретении

В свете описанных выше проблем целью настоящего изобретения является создание нешипованной пневматической шины, которая демонстрирует высокую эффективность высасывания воды и краевой эффект при движении по обледенелой и заснеженной поверхности дорожного полотна в начальный период эксплуатации шины, а после окончания начального периода также демонстрирует высокую эффективность торможения на льду и курсовую устойчивость на снегу при движении по обледенелой и заснеженной поверхности дорожного полотна.

ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

Пневматическая шина в соответствии с настоящим изобретением, которая соответствует обозначенным выше целям, имеет следующую конфигурацию.

1. Пневматическая шина, имеющая на поверхности протектора участки контакта с дорожным покрытием в виде ребер, разделенных несколькими основными канавками, и/или множество участков контакта в виде отдельных шашек, разделенных канавками в направлении ширины шины, на участках контакта имеются прорези или небольшие отверстия, имеется множество выступов, высота которых меньше, чем глубина прорезей или небольших отверстий, причем выступы размещены таким образом, чтобы образовать рисунок, при котором ширина канала для стока воды увеличивается в точке слияния каналов для стока воды, а расположенные в виде сетки между выступами каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений, и отношение площади множества выступов к площади участка контакта (в виде шашки) с дорожным покрытием составляет 0,5 или больше и 0,9 или меньше.

Пневматическая шина в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет одну из конфигураций, описанных в пунктах 2-5.

2. Пневматическая шина в соответствии с пунктом 1, причем высота выступов составляет от 0,1 до 0,5 мм.

3. Пневматическая шина в соответствии с пунктом 1 или 2, причем минимальное расстояние между соседними выступами составляет от 0,2 до 1,0 мм.

4. Пневматическая шина в соответствии с любым из пунктов 1-3, причем площадь поверхности контакта каждого из выступов с дорожным покрытием составляет от 0,03 до 20 мм².

5. Пневматическая шина в соответствии с любым из пунктов 1-4, причем участок контакта выступа с дорожным покрытием имеет приблизительно круглую форму.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В примере осуществления настоящего изобретения в соответствии с пунктом 1 на участках поверхности протектора в виде шашек имеются прорези или небольшие отверстия, а также имеется множество выступов, высота которых меньше глубины прорезей или небольших отверстий. Более того, выступы размещены таким образом, чтобы образовать рисунок, при котором ширина канала для стока воды увеличивается в точке слияния каналов для стока воды, а расположенные в виде сетки между выступами каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений. Таким образом, может быть достигнута высокая эффективность высасывания воды и краевой эффект при движении по обледенелой и заснеженной поверхности дорожного полотна даже в начальный период эксплуатации нешипованной пневматической шины. Кроме того, предлагается конфигурация нешипованной пневматической шины, при которой, по истечении начального периода эксплуатации и даже после падения эффективности множества выступов, имеющиеся прорези или небольшие отверстия обеспечивают высокий краевой эффект и высокую эффективность торможения на льду, и курсовую устойчивость на снегу.

В примерах осуществления пневматической шины настоящего изобретения в соответствии с любым из пунктов 2-4 предлагается пневматическая шина с более ярко выраженными преимуществами по сравнению с характеристиками, демонстрируемыми в примерах осуществления пневматической шины настоящего изобретения в соответствии с пунктом 1, описанным выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 в перспективном виде показан участок контакта протектора с дорожным покрытием для пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2А-2С приведен вид сверху расположения множества выступов на участках контакта протектора (в виде шашки) с дорожным покрытием для пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3 приведен вид в разрезе участка контакта протектора с дорожным покрытием для пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приведено подробное описание пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг.1 и фиг.3, пневматическая шина в соответствии с настоящим изобретением имеет на поверхности протектора 1 участки контакта с дорожным покрытием в виде ребер 4, разделенных несколькими основными канавками 2, и/или множество участков контакта в виде отдельных шашек 4, разделенных канавками 3 по ширине шины, на участках контакта 4 имеются прорези или небольшие отверстия 5, и имеется множество выступов 6, высота h которых меньше глубины D прорезей или небольших отверстий 5. Более того, выступы 6 размещены таким образом, чтобы образовать рисунок, при котором ширина канала для стока воды (w₁, w₂, w₃ и w₄ на фиг.2A) увеличивается в точке слияния каналов для стока воды 7, а расположенные в виде сетки между выступами 6 каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений.

Далее отношение площади множества выступов к площади участка контакта (в виде шашки) с дорожным покрытием составляет 0,5 или больше и 0,9 или меньше.

В примерах осуществления настоящего изобретения каналы для стока воды долго не забиваются снегом, поскольку ширина канала для стока воды (w₁, w₂, w₃ и w₄ на фиг.2A) увеличивается в точке слияния каналов для стока воды 7, при этом каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений. Более того, каналы для стока воды долго не забиваются снегом, и эффективность отвода воды сохраняется на высоком уровне, даже когда шашки протектора сжимаются при контакте с поверхностью дорожного покрытия при движении, поскольку ширина канала для стока воды выбрана таким образом, чтобы быть достаточно большой в точке слияния каналов для стока воды 7. Таким образом, обеспечивается достаточно эффективный отвод воды, а также компенсация недостаточной эффективности наполнителей в материале протектора и слоев с пузырьками в теле шины в начальный период эксплуатации за счет указанных выше факторов. Тем самым обеспечиваются отличные показатели торможения на льду и курсовой устойчивости на снегу.

Важно, что множество выступов 6 участвуют в формировании сетки каналов для стока воды, как описано выше. Кроме того, важно, что форма каналов для стока воды обеспечивает увеличение ширины канала (w₁, w₂, w₃ и w₄ на фиг.2A) в точке слияния каналов для стока воды 7, а каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений. Особенно важно, что в проекции сверху множество выступов 6 образуют рисунок в виде круга, в виде эллипса, в виде многоугольника (треугольника, четырехугольника, пятиугольника, шестиугольника и т.д.) со скругленными краями (вершинами), либо рисунок в виде шестиугольника, восьмиугольника и т.п. без скругленных краев. В примерах осуществления настоящего изобретения трудно достичь требуемой эффективности при использовании только пересекающихся канавок в виде полос (лент) или пересекающихся наклонных канавок, поскольку при этом невозможно получить увеличение ширины каналов для стока воды в точке слияния таких каналов.

После выполнения множеством выступов 6 своей функции на начальном этапе эксплуатации шины и их износа основная роль в обеспечении эффективности торможения на льду и курсовой устойчивости на снегу переходит к прорезям или небольшим отверстиям. С этой целью могут применяться прорези или небольшие отверстия, используемые на стандартных нешипованных шинах. Глубина D прорезей или небольших отверстий 5 должна превышать высоту h множества выступов 6, поскольку прорези или небольшие отверстия играют основную роль после выполнения множеством выступов 6 своей функции на начальном этапе эксплуатации шины и их износа. Что касается формы прорезей или небольших отверстий, прорези предпочтительно могут иметь, например, волнообразную форму или форму, изменяющуюся при движении вглубь протектора (так называемые «объемные прорези»); а небольшие отверстия предпочтительно могут иметь приблизительно форму круга или многоугольника.

Кроме того, для максимально эффективного использования множества выступов 6 отношение площади множества выступов 6 к площади участка контакта (в виде шашки) с дорожным покрытием должно составлять 0,5 или больше и 0,9 или меньше. Если указанное отношение составляет менее 0,5 или более 0,9, эффективное формирование каналов для стока воды в участке контакта затрудняется. Предпочтительно, чтобы отношение площади множества выступов 6 к площади участка контакта (в виде шашки) с дорожным покрытием составляло 0,6 или больше и 0,8 или меньше, поскольку при таком соотношении обеспечивается более эффективное формирование каналов для стока воды в участке контакта.

Кроме того, высота выступов 6 предпочтительно должна составлять от 0,1 до 0,5 мм. При высоте выступов менее 0,1 мм глубина канала для стока воды будет недостаточной, и ожидать высокой эффективности отвода воды будет невозможно. При высоте выступов более 0,5 мм снижается жесткость участка протектора, что приводит к падению ходовых характеристик шины и повышению опасности неравномерного износа шины из-за деформации, вызванной контактом с дорожным покрытием. С точки зрения обеспечения максимальной эффективности высота множества выступов 6 более предпочтительно должна составлять от 0,20 до 0,35 мм.

Кроме того, минимальное расстояние между соседними выступами 6 предпочтительно должно составлять от 0,2 до 1,0 мм. Наличие расстояния между соседними выступами 6, составляющего менее 0,2 мм, нежелательно, поскольку при этом ширина канала для стока воды будет недостаточной, и ожидать высокой эффективности отвода воды будет невозможно. Более того, нежелательно, чтобы расстояние между соседними выступами 6 составляло более 1 мм, поскольку при этом снижается жесткость участка протектора, что приводит к падению ходовых характеристик шины. Таким образом, для получения оптимального сочетания характеристик канала для стока воды и ходовых характеристик шины ширина канала для стока воды в самом узком месте должна предпочтительно составлять от 0,2 до 1,0 мм.

Кроме того, площадь поверхности контакта каждого из выступов 6 с дорожным покрытием предпочтительно должна составлять от 0,03 до 20 мм². При площади участка поверхности выступа с дорожным покрытием менее 0,03 мм² эффективность предлагаемого изобретения будет снижена из-за трудности получения требуемого пятна контакта и обеспечения необходимой жесткости полученного пятна контакта. Если же площадь участка контакта каждого из выступов 6 с дорожным покрытием превышает 20 мм², эффективность предлагаемого изобретения будет снижена из-за трудности получения каналов для стока воды требуемого сечения между множеством выступов 6 и, как следствие, из-за падения эффективности отвода воды. С точки зрения получения повышенной эффективности площадь поверхности контакта каждого из выступов 6 с дорожным покрытием предпочтительно должна составлять от 0,07 до 10 мм².

Поверхность контакта выступа 6 с дорожным покрытием предпочтительно должна иметь приблизительно круглую форму. На фиг.2A и 2B показан пример, в котором используется приблизительно круглая форма участка контакта. Подобное использование приблизительно круглой формы в качестве формы поверхности контакта выступа 6 с дорожным покрытием предпочтительно, поскольку при этом возможно простое и гарантированное получение требуемой ширины канала для стока воды в точке слияния каналов 7, в которой каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений; уменьшаются различия в жесткости по отношению к прикладываемой под варьируемым углом внешней силе и ее эффекту на форму выступов 6, и становится возможным подавить изменения в ходовых характеристиках шины при регулярном размещении множества выступов 6 на решетке (фиг.2A) или на скошенной решетке (фиг.2B) на рисунке протектора.

На фиг.2C приведен пример, в котором поверхность контакта выступа с дорожным покрытием имеет форму квадрата со скругленными краями, а сами выступы размещены на скошенной решетке. Этот вариант более предпочтителен, поскольку он позволяет повысить эффективность краевого эффекта по сравнению с использованием приблизительно круглой формы поверхности контакта выступа с дорожным покрытием. Кроме того, если поверхность контакта выступа с дорожным покрытием имеет форму правильного шестиугольника, при размещении выступов с наклоном под некоторым углом можно добиться такой же ширины канала для стока воды в точке слияния каналов для стока воды 7, в которой каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений, без скругления углов.

Примеры осуществления изобретения

Изготовили шесть типов пневматических шин (Стандартный пример, Сравнительные примеры 1-3 и Рабочие примеры 1 и 2), все испытываемые шины имели распространенный типоразмер 215/60R16. Для каждой шины варьировали наличие/отсутствие, форму/высоту и коэффициент для площади выступов. На протекторы нанесли прорези глубиной 6 мм, амплитудой 0,8 мм и шагом 2,4 мм.

Каждый из шести типов шин установили на диски типоразмера 16X7J (основной диск), накачали до давления воздуха 220 кПа и поставили на седан с объемом двигателя 2000 куб. см (тип FR). Затем на полигоне провели следующие ходовые испытания. Результаты испытаний приведены в таблице 1. Пневматические шины в соответствии с настоящим изобретением имеют отличные характеристики торможения на льду и курсовую устойчивость на снегу и продемонстрировали существенно более высокие характеристики по сравнению с пневматическими шинами Стандартного примера и Сравнительных примеров.

(1) Тест эффективности торможения на льду

Измеряли тормозной путь до полной остановки при начальной скорости 80 км/ч на трассе полигона, имитирующей обледеневшее дорожное покрытие. Индексные значения тормозного пути рассчитывали, исходя из величины 100 для Стандартного примера. Более высокие индексные значения соответствуют лучшим характеристикам торможения на льду.

(2) Тест курсовой устойчивости на снегу

Проводили экспертную оценку поведения автомобиля пилотом-испытателем на трассе полигона, имитирующей заснеженное дорожное покрытие. Индексные значения рассчитывали, исходя из величины 100 для шины Стандартного примера.

Более высокие индексные значения соответствуют лучшей курсовой устойчивости на снегу.

ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1: Поверхность протектора пневматической шины

2: Основная канавка

3: Поперечная канавка

4: Участок контакта с дорожным покрытием

5: Прорезь

6: Выступ

7: Точка слияния каналов для стока воды

D: Глубина прорези или небольшого отверстия

h: Высота выступа

Изобретение относится к рисунку протектора нешипованной автомобильной шины для движения по обледенелой и заснеженной поверхности дорожного полотна. На поверхности протектора имеются участки контакта с дорожным покрытием в виде ребер, разделенных несколькими основными канавками, и/или множество участков контакта в виде шашек, разделенных канавками в направлении ширины шины. На участках контакта имеются прорези или небольшие отверстия, а также множество выступов, высота которых меньше глубины прорезей или небольших отверстий, причем выступы размещены таким образом, чтобы образовать рисунок, при котором ширина канала для стока воды увеличивается в точке слияния каналов для стока воды, а расположенные в виде сетки между выступами каналы для стока воды сходятся по меньшей мере из трех направлений. Отношение площади множества выступов к площади участка контакта (в виде шашки) с дорожным покрытием составляет 0,5 или больше и 0,9 или меньше. Технический результат - повышение эффективности при движении и торможении по обледенелой и заснеженной поверхности дорожного полотна. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Пневматическая шина, имеющая на поверхности протектора участки контакта с дорожным покрытием в виде ребер, разделенных множеством основных канавок, и/или множество блочных участков контакта, разделенных канавками в направлении ширины шины,
при этом на участках контакта имеются прорези или небольшие отверстия, имеется множество выступов, высота которых меньше глубины прорезей или небольших отверстий, выступы размещены таким образом, чтобы образовать рисунок, при котором ширина канала для стока воды увеличивается в точке слияния каналов, а расположенные в виде сетки между выступами каналы для стока воды сходятся из по меньшей мере трех направлений, и отношение площади множества выступов к площади блочного участка контакта с дорожным покрытием составляет 0,5 или больше и 0,9 или меньше.

2. Пневматическая шина по п.1, в которой высота выступов составляет от 0,1 до 0,5 мм.

3. Пневматическая шина по п.1 или 2, в которой минимальное расстояние между соседними выступами составляет от 0,2 до 1,0 мм.

4. Пневматическая шина по п.1 или 2, в которой площадь поверхности контакта каждого из выступов с дорожным покрытием составляет от 0,03 до 20 мм².

5. Пневматическая шина по п.1 или 2, в которой поверхность контакта выступа с дорожным покрытием имеет приблизительно круглую форму.