ШИНА С ПРОТЕКТОРОМ, ИМЕЮЩИМ УЛУЧШЕННОЕ СЦЕПЛЕНИЕ СО СНЕГОМ И С СУХИМ ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2015 года по МПК B60C11/117 B60C11/04 B60C11/12 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к шинам, имеющим протекторы, которые обладают конфигурацией и/или свойствами для обеспечения подходящего сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием, и более конкретно к шине, имеющей протектор, который имеет максимальное значение плотности узких прорезей в поле зацепления, минимальное значении плотности боковых канавок в поле зацепления и минимальное значение продольного отношения поверхности контакта. В конкретных вариантах реализации длина шагов или повторяющихся блоков геометрии протектора вдоль кругового направления шины находится в пределах определенного диапазона, и глубина рисунка протектора ниже заданного значения. Шины с протекторами, имеющими конфигурацию, которая обладает такими конструктивными параметрами, демонстрируют ожидаемо хороший уровень сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием.

Уровень техники

[0002] Специалисты в данной области техники знают о свойственном компромиссе при проектировании шины, которая обладает хорошим сцеплением со снегом и хорошим сцеплением с сухим дорожным покрытием. Например, типичные способы улучшения сцепления с сухим дорожным покрытием заключаются в некотором увеличении жесткости рельефа так, чтобы шина стремилась к более эффективному захвату поверхности дороги. Кроме того, геометрия самого протектора может быть изменена так, чтобы протектор геометрически был более жестким. Такая жесткость может быть достигнута несколькими способами, содержащими удаление пустоты, образованной в протекторе, такой как узкие прорези или ламели и/или канавки. В протекторах, которые имеют ребра и/или блоки протектора, определенные канавками, необходимыми для обеспечения сцепления с сырым дорожным покрытием и/или предотвращения аквапланирования, может быть уменьшена глубина протектора так, чтобы протектор стал более твердым в поле зацепления. При использовании блоков протектора, длина блока протектора может быть увеличена в круговом направлении шины, которое представляет собой направление вращения шины.

[0003] С другой стороны, типичный способ улучшения сцепления шины со снегом должен был заключаться в снижении жесткости протектора или рельефа шины. Снижение жесткости может быть выполнено несколькими способами, содержащими корректировку свойств материала состава протектора, таких как его модуль. При уменьшении модуля состава протектора, протектор становится более мягким и более гибким, что обеспечивает возможность лучшего вклинивания протектора в снег и захвата или прилипания к поверхности дороги. Кроме того, геометрия протектора может быть изменена так, чтобы протектор стал менее твердым или более гибким. Данное изменение может быть осуществлено путем добавления пустоты к рельефу протектора, содержащему узкие прорези или ламели и/или канавки. В протекторах, которые имеют ребра и/или блоки протектора, определенные канавками, необходимыми для обеспечения сцепления с сырым дорожным покрытием и/или предотвращения аквапланирования, может быть увеличена глубина протектора так, чтобы протектор стал менее жестким в поле зацепления, и так, чтобы канавки обладали большим объемом для захвата снега. При использовании блоков протектора длина блока протектора может быть уменьшена в круговом направлении шины, которое представляет собой направление вращения шины.

[0004] Таким образом, можно констатировать, что существует очевидный и сильный компромисс между этими двумя показателями и связанными свойствами состава и геометрическими конфигурациями протекторов, которые необходимы для оптимизации данных показателей. Одно решение предшествующего уровня техники заключалось в использовании различных протекторов в зависимости от сезона лето-зима. Такое решение требует продажи, изготовления и установки летних шин в весенний период времени и продажи, изготовления и установки зимних шин в осенний период времени. Несмотря на то что такой подход представляет собой отличный способ оптимизации характеристик шины, тем не менее, он имеет существенный недостаток, относящийся к стоимости и эксплуатационной неэффективности. Другими словами, такой подход является достаточно затратным для пользователя и изготовителя шин при покупке, установке и изготовлении двух наборов шин для использования на одном транспортном средстве в течение календарного года. Соответственно, разработка и продажа всесезонных шин приобрела популярность по сравнению с сезонными летними и зимними шинам.

[0005] Однако необходимо, чтобы протектор всесезонной шины обеспечивал свойства, которые хорошо подходят для сцепления с сухим дорожным покрытием и для сцепления со снегом и преодолевают трудность, связанную с увеличением любой характеристики без пагубного воздействия на другую характеристику по причинам, изложенным в приведенном выше описании. Как правило, всесезонные шины не в состоянии обеспечить характеристики сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием, которые сопоставимы с прогнозируемо сильными характеристиками сезонных шин.

[0006] Соответственно, необходимо обеспечить конструкцию протектора шины, которая сможет разрушить компромиссы, связанные с сцеплением шины со снегом и с сухим дорожным покрытием, так, чтобы в течение всего календарного года могла быть использована одна всесезонная шина, которая обеспечивает необходимый уровень эксплуатационных характеристик, сопоставимых с характеристиками сезонной шины. Кроме того, было бы предпочтительно, если бы решение предусматривало некую оптимизацию геометрической конструкции протектора с использованием одинакового состава протектора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Устройство, содержащее протектор для использования с шиной, определяющей боковое, продольное и радиальное направления, при этом указанный протектор имеет элементы протектора и узкие прорези, боковые канавки и продольные канавки и связанную плотность узких прорезей, плотность боковых канавок и продольное отношение контактной поверхности (CSR), в котором указанная плотность узких прорезей меньше чем 40 мм^-1; указанная плотность боковых канавок больше чем 35 мм^-1; и указанное продольное отношение контактной поверхности (CSR) больше чем 0,85.

[0008] Устройство может также иметь протектор, имеющий глубину рисунка протектора меньше чем 8,5 мм, и фактически может составлять 8 мм.

[0009] В некоторых случаях, протектор дополнительно содержит шаги, которые имеют связанную длину шага, изменяющуюся от 15 до 35 мм. Предпочтительно, длина шага может составлять от 19-29 мм.

[0010] Шина, использующая указанный протектор, может представлять собой шину размером 205/55R16.

[0011] В таком случае у протектора может быть две круговые канавки, имеющие ширину от 8 до 10 мм. Кроме того, его узкие прорези могут быть расположены на расстоянии приблизительно 10 мм друг от друга в продольном направлении шины. Данный протектор также может иметь дополнительные две круговые канавки, имеющие ширину от 3 до 5 мм.

[0012] В некоторых случаях элементы протектора имеют форму блоков протектора.

[0013] В других применениях продольное отношение контактной поверхности (CSR) составляет фактически 0,87. В некоторых случаях, плотность боковых канавок составляет 38 мм^-1.

[0014] В одном варианте реализации плотность узких прорезей составляет 20 мм^-1.

[0015] В некоторых вариантах реализации в дополнение к оптимизации плотности узких прорезей, плотности боковых канавок и продольного отношения контактной поверхности (CSR), также может быть разное расстояние между узкими прорезями в плечевой зоне шины и расстояние между узкими прорезями в центральной области шины. В частности, расстояние между узкими прорезями, измеренное между смежными узкими прорезями, образованными в плечевых зонах шины, измеряемое в продольном направлении, может быть больше, чем расстояние между узкими прорезями, измеренное между смежными узкими прорезями, образованными в центральных зонах шины, измеряемое в продольном направлении. Кроме того, на множестве боковых канавок вдоль их боковых кромок может быть образован желобок.

[0016] Предшествующие и другие объекты, особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из представленного ниже подробного описания конкретных вариантов реализации настоящего изобретения, которые изображены на прилагаемых чертежах, на которых одинаковые ссылочные номера означают одинаковые части настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] На фиг. 1 изображен вид сверху отпечатка шины PRIMACY MXV4;

[0018] На фиг. 2 изображен вид сверху отпечатка с фиг. 1, показывающий при помощи поперечной штриховки его поле зацепления и его связанную площадь А_с;

[0019] На фиг. 3 показаны примеры шагов с использованием отпечатка на фиг. 1;

[0020] На фиг. 4 изображен пример того, каким образом вычислена плотность (SD) узких прорезей шага с использованием шага на фиг. 3;

[0021] На фиг. 5 показан пример того, каким образом вычислена плотность боковых канавок (LGD) шага с использованием шага с фиг. 3;

[0022] На фиг. 6 представлен вид сверху отпечатка с фиг. 1, показывающий тонкой штриховкой его площадь A_long продольной канавки;

[0023] На фиг. 7 поперечной штриховкой показана площадь, представленная величиной (A_c - A_long) для отпечатка фиг. 1;

[0024] На фиг. 8 изображен вид сверху отпечатка шины согласно первому варианту реализации настоящего изобретения;

[0025] На фиг. 9 изображен вид сверху отпечатка с фиг. 8, показывающий его поле зацепления и его связанную площадь А_с;

[0026] На фиг. 10 показан пример шага с использованием отпечатка, представленного на фиг. 8;

[0027] На фиг. 11 показан пример того, каким образом вычислена плотность узких прорезей (SD) шага, используя шаг с фиг. 10;

[0028] На фиг. 12 показан пример того, каким образом вычислена плотность продольных канавок (LGD) шага, используя шаг с фиг. 10;

[0029] На фиг. 13 изображен вид сверху отпечатка, представленного на фиг. 8, показывающий площадь его продольной канавки A_long;

[0030] На фиг. 14 поперечной штриховкой показана площадь, представленная величиной (A_c - A_long), для отпечатка с фиг. 8;

[0031] На фиг. 15 представлен график, показывающий, что для заданной плотности боковых канавок и узких прорезей, увеличение продольного отношения контактной поверхности CSR разрушает компромисс сцепления шины со снегом по отношению к сцеплению/торможению шины на сухом дорожном покрытии.

[0032] На фиг. 16 показан частичный вид сверху фактического протектора, который формирует отпечаток, представленный на фиг. 8;

[0033] На фиг. 17 показан частичный вид в перспективе протектора согласно второму варианту реализации настоящего изобретения;

[0034] На фиг. 18 показан частичный вид сверху фактического протектора согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения; и

[0035] На фиг. 19-22 показаны группы сценариев, которые находятся в пределах окон оптимизированных параметров настоящего изобретения (фиг. 19-21), и их связанные прогнозируемые характеристики при торможении на сухом дорожном покрытии и зацеплении со снегом (фиг. 22).

[0036] На фиг. 1-14 представлены чернильные участки отпечатка шины, которая находится под рабочей нагрузкой. Таким образом, следует понимать, что показанные размеры немного отличаются от размеров шины в не прогнутом состоянии. Для ясности все величины для размеров, которые связаны с фиг. 1-14, даны для шины в прогнутом состоянии. Для легкового автомобиля измерения выполнены по отпечатку шины легкового автомобиля при нагрузке указанной шины на 85% от максимальной нагрузки, которая обозначена на боковине шины, при давлении накачки шины 35 фунтов на квадратный дюйм (psig). Для шины грузового автомобиля малой грузоподъемности измерения выполнены по отпечатку шины легкового автомобиля при нагрузке указанной шины на 85% от максимальной нагрузки (одиночной), которая указана на боковине шины, при связанном давлении накачки шины, которое отмечено на боковине шины.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

[0037] Продольное или круговое направление, X, представляет собой направление шины, вдоль которого шина катится или вращается, и данное направление перпендикулярно оси вращения шины.

[0038] Боковое направление, Y, представляет собой направление шины вдоль ширины ее протектора, которое по существу параллельно оси вращения шины.

[0039] Радиальное направление, Z, представляет собой направление шины, при просмотре шины сбоку, которое параллельно радиальному направлению в целом кольцевой формы шины и перпендикулярно ее боковому направлению.

[0040] В контексте настоящего описания под канавкой понимается любой канал в протекторе шины, имеющий две противостоящих боковых стенки, которые проходят от верхних поверхностей протектора и которые разнесены по меньшей мере на 2,0 мм, то есть среднее расстояние, отделяющее боковые стенки между верхним отверстием канала и его нижней поверхностью, составляет в среднем 2,0 мм или более. Под боковой канавкой подразумевается канавка, проходящая в направлении, наклонном к продольному направлению. Под продольной канавкой подразумевается канавка, проходящая по существу в продольном направлении.

[0041] Под узкой прорезью в контексте настоящего описания подразумевается любая прорезь, составляющая менее 2,0 мм и имеющая боковые стенки, которые периодически контактируют по мере вхождения и выхождения блока протектора или ребра, которое содержит прорезь, в поле зацепления и из поля зацепления шины при качении шины по земле.

[0042] В контексте настоящего описания под элементом протектора подразумевается любой тип или форма структурного элемента, созданного в протекторе, который контактирует с землей. Примеры элементов протектора охватывают блоки протектора и ребра.

[0043] Под ребром, в контексте настоящего описания, подразумевается элемент протектора, который проходит по существу в продольном направлении Х шины и который не прерывается канавками, проходящими по существу в боковом направлении Y, или любыми другими канавками, наклонными по отношению к нему.

[0044] Под блоком протектора, в контексте настоящего описания, подразумевается элемент протектора, имеющий периметр, который определен по меньшей мере одной канавкой, создавая изолированную структуру в протекторе.

[0045] Под отпечатком, в контексте настоящего описания, подразумевается площадь контакта между шиной и землей или поверхностью дороги при качении шины. Его площадь исключает те области, которые фактически не касаются дороги или земли. Отпечаток 100 шины показан на фиг. 1 и определен изгибающимся периметром каждого элемента протектора, показанного на данном изображении. Так, площадь отпечатка эквивалентна области, показанной в заштрихованном виде. В отличие от этого, поле 102 зацепления определено внешним периметром области, показанным на фиг. 2, определенным линией 104, и не определено объемом пустоты, образованной в пределах отпечатка. Площадь поля зацепления, А_с, представляет собой область, окруженную линией 104, незатронутой любыми пустотами, образованными в такой области, что лучше видно на фиг. 2.

[0046] Под шагом 106, в контексте настоящего описания, подразумевается повторяющийся геометрический рисунок протектора шины, который расположен в круговом массиве по окружности шины. В большинстве случаях эти шаги сформованы с использованием идентичных компонентов пресс-формы, которые также расположены в круговом массиве по окружности пресс-формы, в которой формируют и выдерживают геометрию протектора шины. На фиг. 3 изображен пример шага 106 в отпечатке 100 шины. В некоторых случаях рисунок протектора шины может быть образован из повторяющихся уникальных геометрических шаблонов или шагов, каждый из которых дублирован по окружности шины согласно приведенному выше случаю. Следует отметить, что первый шаг 106 повторен дважды и представляет собой смежный другой шаг 106′. Данное различие между шагами хорошо заметно при просмотре наличия двух блоков 108′ протектора в промежуточных рядах 107 блоков 109 протектора шага 106′, тогда как в том же самом положении для шага 106 расположен один блок 108 протектора. Такой рисунок 2-1 повторен по окружности шины.

[0047] Под плотностью узких прорезей (SD), в контексте настоящего описания, подразумевается суммарная проекция длины узких прорезей (L_s), деленная на приближенную площадь поля (А_р) зацепления одного шага независимо от тех областей, которые фактически не касаются земли, как, например, вследствие наличия пустоты. Согласно фиг. 4 такая приближенная площадь (А_р) вычислена путем умножения ширины отпечатка (FW), измеренной в боковом направлении Y от крайнего левого предела отпечатка до крайнего правого предела отпечатка, на длину шага (PL), измеренную в продольном направлении Х от середины одной боковой канавки 112, которая формирует переднюю кромку шага, до середины другой боковой канавки, которая формирует заднюю кромку шага 112, что лучше просматривается на фиг. 3.

[0048] Проекция длины узких прорезей (L_s) вычисляется путем сложения их отдельных длин. Проекция выполняется по направлению Z на поверхность дороги или плоскость X-Y, и расстояния замеряются в направлении Y. Длина измеряется в мм, а площадь измеряется в мм², и такое соотношение затем умножается на 1000. Такая взаимозависимость может быть выражена посредством следующего уравнения:

где единицы вычисления представляют собой мм^-1. Пример данного вычисления показан на фиг. 4, на которой пятнадцать узких прорезей 110, обозначенных L1-L15, использованы для вычисления SD. Следует отметить, что в каждом блоке протектора 110 шага 106, показанного на фиг. 4, изображены две узких прорези 108.

[0049] В некоторых случаях, в которых рисунок протектора образован из различных шагов, плотность узких прорезей рисунка протектора представляет собой взвешенное среднее значение каждой плотности узкой прорези шага (SD_w) рисунка протектора. Взвешивание основано на процентном отношении окружности данного шага вокруг рисунка протектора. Например, в ситуации, в которой по окружности шины использованы три различных шага, взвешенное среднее значение может быть вычислено с использованием уравнения 2, приведенного ниже:

При использовании трех различных шагов, SD_w вычисляется следующим образом, используя представленные ниже данные:

Длина шага 1: PL₁

Количество шагов 1: NP₁

Плотность узких прорезей шага 1: SD₁, вычисленная с использованием Уравнения 1

Длина шага 2: PL₂

Количество шагов 2: NP₂

Плотность узких прорезей шага 2: SD₂, вычисленная с использованием Уравнения 1

Длина шага 3: PL₃

Количество шагов 3: NP₃

Плотность узких прорезей шага 3: SD₃, вычисленная с использованием Уравнения 1, и уравнение 2 принимает вид:

.

В качестве дополнительного примера, в котором при равенстве этих переменных следующим значениям: PL₁=35 мм, NP₁=20, SD₁=50, PL₂=30 мм, NP₂=25, SD₂=60, PL₃=25 мм, NP₃=30, SD₃=70; вычисленная взвешенная SD_w составляет 60,23.

[0050] Под плотностью боковых канавок (LGD), в контексте настоящего описания, подразумевается суммарная проекция длины боковых канавок (L₁), деленная на общую площадь поля зацепления (А_р) одного шага независимо от тех площадей, которые фактически не касаются земли, как, например, вследствие присутствия пустоты. Такая приблизительная площадь (А_р) вычислена путем умножения ширины отпечатка (FW), измеренной в боковом направлении Y, на длину шага (PL), измеренную в продольном направлении X, тогда как проекция длины боковых канавок вычислена путем сложения их отдельных длин, все аналогично тому, как описано выше для плотности узких прорезей (SD). Проекция выполняется вдоль направления Z на поверхности дороги или плоскости X-Y, и расстояния измеряются в направлении Y. Длина измеряется в мм, а площадь измеряется в мм², и затем отношение умножается на 1000. Данное отношение может быть выражено посредством представленного ниже уравнения:

где единицами вычисления являются мм^-1. Пример данного вычисления показан на фиг. 5, на котором восемь боковых канавок, обозначенных L1-L8, использованы для вычисления LGD. Следует отметить, что наличие этих боковых канавок 112 фактически представляет собой непосредственно смежный шаг, показанный в прямом или обратном направлении X. Другими словами, боковые канавки фактически не показаны, но их можно увидеть по линии, которая определяет прямое наибольшее распространение или обратное наибольшее распространение шага 106, показанного на фиг. 3. Кроме того, вычисление выполнено только для одного набора боковых канавок, определяющих шаг, а не для обоих.

[0051] В некоторых случаях, в которых рисунок протектора состоит из различных шагов, плотность боковых канавок такого рисунка протектора представляет собой средневзвешенное значение плотности боковых канавок каждого шага рисунка протектора. Взвешивание основано на процентном отношении окружности данного шага вокруг рисунка протектора. Например, в ситуации, в которой по окружности шины использованы три различных шага, средневзвешенное значение может быть вычислено с использованием уравнения 4, представленного ниже:

При использовании трех различных шагов, LGD_w вычисляется следующим образом с использованием представленных ниже данных:

Длина шага 1: PL₁

Количество шагов 1: NP₁

Плотность боковых канавок шага 1: LGD₁, вычисленная с использованием Уравнения 3

Длина шага 2: PL₂

Количество шагов 2: NP₂

Плотность боковых канавок шага 2: LGD₂, вычисленная с использованием Уравнения 3

Длина шага 3: PL₃

Количество шагов 3: NP₃

Плотность боковых канавок шага 3: LGD₃, вычисленная с использованием Уравнения 3

В качестве дополнительного примера, в котором при соответствии таких переменных следующим значениям: PL₁=35 мм, NP₁=20, LGD₁=50, PL₂=30 мм, NP₂=25, LGD₂=60, PL₃=25 мм, NP₃=30, LGD₃=70; вычисленная взвешенная LGD составляет 60,23.

[0052] Под продольным отношением контактной поверхности (продольное CSR), в контексте настоящего описания, подразумевается отношение контактной поверхности продольных канавок. Такое отношение представляет собой полную проекцию площади продольных канавок (A_long), образованную в поле зацепления в любой момент времени при качении шины, разделенную на общую площадь поля зацепления (A_c) независимо от тех площадей, которые фактически не касаются земли, как, например, вследствие присутствия пустоты (см. примера A_long на фиг. 6). Проекция выполнена вдоль направления Z на поверхность дороги или плоскость X-Y. Обе площади измеряются в мм². Данное отношение может быть выражено посредством представленного ниже уравнения:

где данное уравнение дает безразмерное число. Пример такой величины (А_с мм² - A_long мм²) для отпечатка, представленного на фиг. 1, показан заштрихованной областью на фиг. 7.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0053] Варианты реализации настоящего изобретения содержат конструкции, которые смягчают жесткость элементов протектора, созданных на протекторе шины для устранения компромисса, образованного между характеристиками сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием. Следует отметить, что одна, все или любая комбинация вариантов реализации, представленных в приведенном ниже описании, могут быть приемлемыми для достижения таких необходимых характеристик в зависимости от применения. Кроме того, данные способы могут быть применены ко множеству элементов протектора, содержащих блоки протектора и ребра.

[0054] На фиг. 1 можно увидеть вид сверху отпечатка протектора шины, который ранее был использован на всесезонной шине. Данный отпечаток соответствует шине размером 205/55R16, продаваемой в настоящее время правопреемником настоящего изобретения под торговой маркой «PRIMACY MXV4». У этой шины есть шесть продольных канавок 114, два промежуточных ряда 107 из блоков 108 протектора, два центральных ребра 116 и четыре ряда 118 плечевой зоны шины из блоков 108 протектора. Ширина продольных канавок колеблется от 8 до 10 мм в центре протектора и составляет приблизительно несколько миллиметров для канавок, образованных в плечевой зоне протектора, и расстояние между смежными узкими прорезями 110 составляет в среднем приблизительно 8,5 мм в продольном направлении X.

[0055] На фиг. 2-7 показаны компоненты, которые использованы для определения и/или вычисления конструктивных параметров, заданных в приведенном выше описании для данной шины, содержащих плотность узких прорезей, плотность боковых канавок и продольное CSR. На фиг. 2 линией 104 показана общая площадь поверхности или А_с в поле зацепления, тогда как на фиг. 3 определены шаги для этой шины, которые повторяются по ее окружности. На фиг. 4 и 5 показаны части длины, используемые для измерения длины узких прорезей и боковых канавок. На фиг. 6 показана площадь поверхности, представленная контурными областями, используемая для вычисления A_long. И наконец, на фиг. 7 перекрестной штриховкой изображена величина (А_с мм² - A_long мм²) для отпечатка, представленного на фиг. 1. Следует отметить, что количество шагов и глубина рисунка протектора для этой шины на приложенных чертежах не показаны.

[0056] Напротив, на фиг. 8 показан отпечаток 200 варианта реализации настоящего изобретения. Этот протектор использован совместно с шиной размером 205/55R16 и имеет три центральных ряда 207 из блоков 208 протектора и два ряда плечевой зоны из блоков 208 протектора, которые отделены четырьмя продольными канавками 214. Ширина канавок составляет приблизительно 9 мм для двух центральных продольных канавок и приблизительно 3,5 мм для двух внешних продольных канавок, и расстояние между узкой прорезью 210 и кромкой блока 208 протектора составляет приблизительно 10 мм в продольном направлении X. Блоки протектора дополнительно определены боковыми канавками 212, которые имеют общую винтообразную ориентацию.

[0057] Подобно приведенному выше описанию на фиг. 9-14 показаны компоненты, которые использованы для определения и/или вычисления конструктивных параметров, определенных в представленном выше описании для этой шины, содержащих плотность узких прорезей, плотность боковых канавок и продольное CSR. На фиг. 9 контурной линией 204 показана общая площадь поверхности или А_с в поле 202 зацепления, тогда как на фиг. 10 показано определение одного шага 206 для данной шины. В отличие от PRIMACY MXV4, на шине настоящего варианта реализации существует только один шаг, который повторен вокруг всей ее окружности. На фиг. 11 и 12 показаны части длины, используемые для измерения длины узких прорезей 210 и боковых канавок. На фиг. 13 изображена площадь поверхности, показанная заштрихованными областями, используемая для вычисления A_long. И наконец, на фиг. 14 при помощи перекрестной штриховки изображена величина (А_с мм² - A_long мм²) для отпечатка с фиг. 8. Следует отметить, что количество шагов и глубина рисунка протектора для данной шины не показаны на приложенных чертежах.

[0058] Вычисленные значения этих параметров для протектора предшествующего уровня техники, показанного на фиг. 1, и протектора, сформированного согласно варианту реализации настоящего изобретения, показанного на фиг. 8, содержатся в Таблице 1, представленной в приведенном ниже описании. В дополнение к плотности узких прорезей, плотности канавок и продольному CSR, также даны дополнительные конструктивные параметры, содержащие длину шага, которая связана с каждым шагом, или геометрический рисунок, который повторяется вдоль окружности шины в направлении X, а также глубина рисунка протектора. Уменьшенная глубина рисунка протектора улучшает торможение на сухом дорожном покрытии, но ухудшает сцепление со снегом. Уменьшение количества шагов или увеличение длины шага, при сохранении продольного CSR, лучше для торможения на сухом дорожном покрытии и хуже для сцепления со снегом. В большинстве случаях компоненты пресс-формы, которые создают шаг или повторяющийся геометрический рисунок протектора шины, идентичны для использования множества наборов. Поэтому количество шагов обычно равно количеству идентичных компонентов пресс-формы, которые использованы для формирования протектора.

[0059] Поскольку в PRIMACY MXV4 используются два различных шага, которые расположены в повторяющейся последовательности 2-1 по ее окружности, тогда как в варианте реализации №1 используется только один шаг, который повторяется по ее окружности, усредненные плотности узких прорезей и плотности боковых канавок шины PRIMACY MXV4 были вычислены под действием нагрузки с использованием уравнения 2 и 4, соответственно, тогда как плотность узких прорезей и плотность боковых канавок варианта реализации №1 были вычислены с использованием уравнения 1 и 3, соответственно. Следовательно, предполагается, что шины с множеством шагов, имеющих различные конфигурации, будут иметь свои плотности узких прорезей и плотности боковых канавок, вычисленные с использованием методики средневзвешенного значения подобно уравнениям 2 и 4, и эти значения определят свои характеристики и охватываются ли они приложенной формулой изобретения.

[0060] Из таблицы 1 видно, что предшествующая шина имеет большую длину шага, примерно такую же глубину рисунка протектора, меньшее продольное CSR, меньшую плотность боковых канавок и большую плотность узких прорезей, чем первый вариант реализации настоящего изобретения, представленный в настоящем описании. При просмотре соответствующих чертежей, на которых графически изображены компоненты, составляющие эти параметры, различие между этими шинами относительно геометрической конфигурации их протекторов очевидно. Например, расстояние между боковыми канавками для варианта реализации №1 меньше, чем для шины PRIMACY MXV4. В действительности, автор(ы) настоящего изобретения предполагает, что шина PRIMACY MXV4 отражает предшествующий уровень техники и была выбрана соответственно в качестве образцовой шины. Исследование, проведенное авторами настоящего изобретения, указывает, что типичные всесезонные шины, которые в настоящее время присутствуют на рынке, имеют длину шага, составляющую больше чем 35 мм, плотность боковых канавок, составляющую меньше чем 30, и продольное CSR, составляющее меньше чем 0,85. Согласно подтвержденным показаниям, представленным в приведенном ниже описании, изменение по меньшей мере одного из этих параметров привело к критическим и неожиданным результатам.

[0061] Шина PRIMACY MXV4 и шина согласно первому варианту реализации настоящего изобретения были испытаны на сцепление со снегом и торможение на сухом дорожном покрытии. Более конкретно они были испытаны на торможение на сухом дорожном покрытии путем измерения расстояния, необходимого для торможения при скорости от 60 до 0 миль в час для транспортного средства, имеющего шины, специально установленные на нем для проведения испытания. Данное испытание выполнено на сухой поверхности асфальта при резком торможении. Значение, большее, чем значение образцовой шины, которое произвольно установлено на 100, указывает на улучшенный результат, то есть более короткое расстояние торможения и улучшенное сцепление на сухом дорожном покрытии. Сцепление со снегом было измерено путем использования испытания на вращение Дженерал Моторос (GM), который хорошо известен в уровне техники (также известный как стандарт ASTM F1805). Результаты испытаний показаны в Таблице 2, представленной в приведенном ниже описании. Для специалиста в данной области техники достижение увеличения торможения на сухом дорожном покрытии приблизительно на 4% и сцепления со снегом приблизительно на 28% было неожиданно. Однако неожиданным является не только степень усовершенствования, особенно увеличение на 28% сцепления шины со снегом, но и тот факт, что сцепление со снегом и с сухим дорожным покрытием были улучшены одновременно, показывает, что был достигнут критический результат разрушения компромисса относительно сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием, по меньшей мере частично, посредством изменения этих конструктивных параметров.

[0062] Автор(ы) настоящего изобретения полагает или полагают, что посредством изменения конструктивных параметров, в частности, увеличения продольного CSR, увеличения плотности боковых канавок и уменьшения плотности узких прорезей, что необходимая пустота для поглощения снега и для обеспечения гибкого протектора, которая увеличивает сцепление со снегом, могут быть использованы без отрицательного воздействия на сцепление с сухим дорожным покрытием. Вместо использования множества узких прорезей, которые оказывают отрицательное воздействие на сцепление с сухим дорожным покрытием, использовано меньше узких прорезей и больше канавок. Таким образом, рельеф имел подходящую твердость, обладая низкой плотностью узких прорезей, а также обладая достаточной пустотой для поглощения снега. Следовательно, сцепление с сухим дорожным покрытием не было подвержено негативному воздействию, а было фактически улучшено, при одновременном улучшении сцепления шины со снегом.

[0063] Теперь при просмотре изображения на фиг. 15 можно увидеть способ разрушения компромисса относительно сцепления шины со снегом и сцепления/торможения на сухом дорожном покрытии. Данный график показывает, что при заданной плотности боковых канавок и узких прорезей отношение между сцеплением со снегом и с сухим дорожным покрытием близко к линейному. Это означает, что при заданной плотности боковых канавок и плотности узких прорезей, в зависимости от размеров и положений канавок и узких прорезей, возникает сильный компромисс между сцеплением со снегом и с сухим дорожным покрытием таким образом, что при улучшении одной характеристики, другая подвергается разрушительному воздействию. Однако при увеличении продольного CSR, такое линейное соотношение сдвигается вправо, как показано на графике, разрушая данный компромисс и улучшая сцепление со снегом при одновременном сохранении сцепления/торможения на сухом дорожном покрытии. Для первого порядкового результата жесткость протектора обратно пропорциональна сумме плотностей канавок и узких прорезей. Поскольку для сцепления со снегом эффективность канавки выше, чем эффективность узкой прорези, увеличение плотности боковых канавок и CSR продольных канавок и уменьшение плотности узких прорезей увеличивает характеристику сцепления со снегом при одновременном улучшении характеристики сцепления с сухим дорожным покрытием вследствие повышения жесткости протектора.

[0064] В действительности данное усовершенствование относится к дополнительным функциям протектора, отличным от просто оптимизации плотности узких прорезей, плотности боковых канавок и продольного CSR. Согласно фиг. 16, на которой показана, например, часть действительного протектора 200 первого варианта реализации, такой протектор также имеет разные расстояния между узкими прорезями 210, созданными в центральных частях протектора шины в круговом направлении X, которые в данном случае представлены центральными рядами 207 блоков протектора, и в частях плечевой зоны протектора шины, которые в данном случае представлены рядами плечевой зоны из блоков 208 протектора. В частности, необходимо иметь большее расстояние между смежными узкими прорезями в продольном направлении Х в плечевых зонах, чем в центральной зоне протектора. Согласно приведенному выше описанию расстояние между узкими прорезями составляет приблизительно 10 мм в продольном направлении Х протектора. Следует отметить, что в частях плечевой зоны шины узкие прорези отсутствуют, что приравнено к наличию бесконечного расстояния между узкими прорезями. Такое увеличение расстояния между узкими прорезями в плечевых зонах шины оказывает положительное влияние на сцепление со снегом без негативного воздействия на характеристику торможения на сухом дорожном покрытии. Идеальной считается ситуация, в которой расстояние между узкими прорезями, созданными в центральной части протектора, равняется по меньшей мере ее половине по сравнению с частью плечевой зоны шины протектора.

[0065] Аналогичным образом, существует другая особенность, которая помогает улучшить торможение на сухом дорожном покрытии и сцепление со снегом. Данная особенность представляет собой добавление желобков 216 к боковым кромкам боковых канавок 214 шины. Идеальной считается ситуация, в которой желобки формируют угол 45 градусов касательно к окружности шины и имеют конфигурацию 1,5 мм × 1,5 мм, в которой длина желобка измерена в направлении, которое перпендикулярно оси стреловидности боковой канавки, и глубина измерена в направлении Z. Для оптимизации улучшения сцепления со снегом, идеально, чтобы ширина боковой канавки, измеренная в направлении, перпендикулярном оси стреловидности канавки, составляла от 2 до 4 мм. Более подробную информацию относительно данного способа можно найти в опубликованной патентной заявке № WO 2011062595 (A1), которая принадлежит правопреемнику настоящего изобретения.

[0066] Используя средства имитационного моделирования, авторы настоящего изобретения определили относительный вклад в зацепления со снегом и с сухим дорожным покрытием, обеспеченный разными расстояниями между узкими прорезями, образованными в центральной части и в части плечевой зоны шины, и особенностями желобков, и вычли их из наблюдаемых испытываемых характеристик так, чтобы можно было вычислить фактический вклад, обеспеченный путем оптимизации плотности узких прорезей, плотности боковых канавок и продольного CSR. В приведенной ниже Таблице 3 представлена такая информация.

Таблица 3

[0067] Как видно из таблицы 3, посредством оптимизации плотности узких прорезей, плотности боковых канавок и продольного CSR были достигнуты самое большое увеличение сцепления со снегом, составляющее 13%, и второе по величине увеличение сцепления с сухим дорожным покрытием, равное 1,5%. Кроме того, сцепление со снегом и торможение на сухом дорожном покрытии были улучшены одновременно, указывая на то, что настоящее изобретение действительно разрушает компромисс сцепления со снегом и сцепления с сухим дорожным покрытием, что представляет собой удивительный результат.

[0068] На фиг. 17 показан второй вариант реализации протектора 300 настоящего изобретения, который представляет собой шину размером 205/55R16, использующую шевронный рисунок боковых канавок 312, у которых нет узких прорезей в плечевых зонах и совсем отсутствуют продольные канавки. Ширина боковых канавок колеблется от 2,5 мм до 6 мм и угол стреловидности, который они формируют в круговом направлении около центра шины, приблизительно 45 градусов и угол, который они формируют около плечевых зон, составляет приблизительно 90 градусов. Боковые канавки 312 также имеют желобки 316, сформированные подобно желобкам, описанным для первого варианта реализации. И наконец, расстояние от узкой прорези 310 до кромки блока протектора или боковой канавки составляет приблизительно 9,5 мм в продольном направлении X. Взаимное сравнение конструктивных параметров, вычисленных способом, указанным в приведенном выше описании, между шиной PRIMACY MXV4 и вторым вариантом реализации, показано в Таблице 4, представленной ниже.

Таблица 4

[0069] Из таблицы 4 можно увидеть, что между плотностью узких прорезей, плотностью боковых канавок и продольным CSR для этих соответствующих шин существует значительное различие. Подобно первому варианту реализации, представленному в приведенном выше описании, после проведения испытания второго варианта реализации и сравнения его характеристик сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием с характеристиками шины PRIMACY MXV4, были определены относительные вклады различных особенностей в усовершенствование обеих характеристик. Такие данные представлены Таблицей 5, приведенной ниже.

[0070] Этот вариант реализации имел в качестве своих самых высоких увеличений для сцепления с сухим дорожным покрытием и сцепления со снегом 5% и 50% от значений, которые относятся к оптимизации плотности узких прорезей, плотности боковых канавок и продольного CSR. И опять было продемонстрировано разрушение компромисса, связанного со сцеплением со снегом и с сухим дорожным покрытием, поскольку обе характеристики улучшились одновременно, и увеличение сцепления со снегом на 50% представляет собой удивительно высокий показатель. Поэтому такие результаты являются важными и неожиданными для специалиста в данной области техники.

[0071] На фиг. 18 показан третий вариант реализации. Этот вариант реализации содержит протектор 400 для шины размером 205/55R16, который имеет боковые канавки 412, ориентированные в винтовом направлении, ряд наклонных боковых канавок 414, которые соединяют некоторые винтообразные боковые канавки 412, желобки 416 на множестве боковых канавок 412, и расстояние между узкими прорезями 410 в рядах 408 плечевой зоны шины, состоящих из блоков протектора, составляет 12 мм и расстояние между узкими прорезями 410 в центральных рядах 407, состоящих из блоков протектора, составляет 7,5 мм. Ширина боковых канавок колеблется от 2,5 мм до 8 мм. Взаимное сравнение конструктивных параметров, вычисленных определенным выше способом, между шиной PRIMACY MXV4 и третьим вариантом реализации, показано в Таблице 6, представленной ниже.

[0072] И в этом случае между плотностью узких прорезей, плотностью боковых канавок и продольным CSR для этих соответствующих шин существует значительно различие. Подобно первому варианту реализации, представленному в приведенном выше описании, после проведения испытания третьего варианта реализации и сравнения его характеристик сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием с характеристиками шины PRIMACY MXV4, были определены относительные вклады различных особенностей в усовершенствование обеих характеристик. Такие данные представлены Таблицей 7, приведенной ниже.

[0073] Просматривая эти результаты, кажется, что при использовании всех трех наборов элементов торможение на сухом дорожном покрытии по существу было сохранено, а сцепление со снегом было увеличено на 66%. Такое использование делает данную шину хорошим кандидатом для тех, кому необходимо хорошее сцепление со снегом и неважно усовершенствование характеристики торможения на сухом дорожном покрытии. Однако скорректированные цифры указывают на то, что этот вариант реализации потерял 3,5% в торможении на сухом дорожном покрытии из-за оптимизации плотности узких прорезей, плотности боковых канавок и продольного CSR. Такое снижение вызвано частично вследствие увеличенной глубины рисунка протектора, составляющей 9 мм, по сравнению с меньшими глубинами рисунка протектора первого и второго вариантов реализации. Несмотря на это, оптимизация настоящего изобретения обеспечила 49%-ое повышение сцепления со снегом. Такое значительное увеличение сцепления со снегом тоже является неожиданным для специалиста в данной области техники.

[0074] Используя те же средства имитационного моделирования, указанные в приведенном выше описании, авторы настоящего изобретения определили окно параметров, которые дают эти неожиданные результаты, путем исключения различных сценариев, имеющих заданные продольный CSR, плотность узких прорезей и плотность боковых канавок, при одновременном сохранении других конструктивных параметров неизменными, таких как CSR и глубина рисунка протектора. Затем данные сценарии были нанесены на график, показывающий их соответствующие характеристики сцепления со снегом и торможения на сухом дорожном покрытии.

[0075] На фиг. 19-22 можно увидеть, что существует возможность улучшения сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием протектора шины, когда плотность боковых канавок больше чем 35 мм^-1, плотность узких прорезей меньше чем 40 мм^-1 и продольное CSR больше чем 0,85. На представленных чертежах показано, что при нахождении данных параметров в пределах этих диапазонов почти всегда достигается улучшение сцепления со снегом и что в большинстве случаев торможение на сухом дорожном покрытии также улучшается, разрушая компромисс сцепления со снегом и торможения на сухом дорожном покрытии (лучше всего видно на фиг. 22). Это можно увидеть при просмотре на корреляцию тех точек, которые находятся в пределах окон настоящего изобретения, и тех, которые находятся за окнами настоящего изобретения. В тех случаях, когда на торможение на сухом дорожном покрытии оказывается небольшое отрицательное воздействие, то такое воздействие может быть нейтрализовано путем добавления других элементов, таких как использование разного расстояния между узкими прорезями, образованными в центральной и плечевых зонах шины, и/или добавления желобков к боковым канавкам аналогично варианту реализации №3. Кроме того, авторы настоящего изобретения полагают, что будет полезно, если средняя длина шагов или повторений идентичных геометрических рисунков протектора будет составлять от 15 до 35 мм, и предпочтительно от 19 до 29 мм, и глубина рисунка протектора будет составлять менее 8,5 мм по причинам, указанным в приведенном выше описании.

[0076] Согласно приведенному выше описанию определенные варианты реализации настоящего изобретения в их комбинации или по отдельности помогают разрушить компромисс между характеристиками сцепления со снегом и с сухим дорожным покрытием. Соответственно, различные комбинации вариантов реализации, представленные в настоящем описании, предусматриваются авторами настоящего изобретения и рассматриваются частью настоящего изобретения и могут быть использованы для различных применений шин. Например, для осуществления настоящего изобретения может быть достаточно только задания диапазонов значений продольного CSR, плотности узких прорезей и плотности боковых канавок.

[0077] Не смотря на то что настоящее изобретение было описано согласно конкретным его вариантам реализации, следует понимать, что данное описание представлено в качестве пояснения, а не ограничения. Например, настоящее изобретение могло быть объединено со свойствами материала протекторной резины для получения дополнительных усовершенствований. Аналогичным образом настоящее изобретение может быть применено к шинам, имеющим все виды элементов протектора, содержащих ребра и блоки протектора. Кроме того, были представлены конкретные размеры, однако в пределах, известных специалисту в данной области техники для обеспечения внесения изменений в эти размеры и по-прежнему осуществления сущности настоящего изобретения. Соответственно, объем и содержание настоящего изобретения должны быть определены только в контексте приложенной формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к автомобильной промышленности. Шина имеет протектор, у которого есть максимальное значение для плотности узких прорезей в поле зацепления, минимальное значение для плотности боковых канавок в поле зацепления и минимальное значение для продольного отношения поверхности контакта. В определенных вариантах реализации длина шагов или повторяющихся блоков геометрии протектора вдоль кругового направления шины находится в пределах определенного диапазона, а глубина рисунка протектора ниже указанного значения. Технический результат - улучшение характеристик сцепления шины со снегом и с сухим дорожным покрытием. 14 з.п. ф-лы, 22 ил., 7 табл.

1. Устройство, содержащее протектор для использования с шиной, определяющей боковое, продольное и радиальное направления, при этом указанный протектор имеет элементы протектора и узкие прорези, боковые канавки и продольные канавки, и связанную плотность узких прорезей, плотность боковых канавок и продольное отношение контактной поверхности (CSR), в котором:
указанная плотность узких прорезей меньше чем 40 мм^-1;
указанная плотность боковых канавок больше чем 35 мм^-1; и
указанное продольное отношение контактной поверхности (CSR) больше чем 0,85.

2. Устройство по п.1, в котором указанный протектор дополнительно имеет глубину рисунка протектора менее 8,5 мм.

3. Устройство по п.1, в котором указанный протектор дополнительно содержит множество шагов и связанную среднюю длину шага, причем указанный шаг изменяется от 15 до 35 мм.

4. Устройство по п.1, в котором указанный протектор используется с шиной размером 205/55R16.

5. Устройство по п.4, в котором указанный протектор имеет две круговые канавки, имеющие ширину от 8 до 10 мм.

6. Устройство по п.5, в котором указанный протектор имеет узкие прорези, расположенные друг от друга на расстоянии приблизительно 10 мм в продольном направлении шины.

7. Устройство по п.6, в котором указанный протектор имеет две круговые канавки, имеющие ширину от 3 до 5 мм.

8. Устройство по п.1, в котором указанный протектор имеет элементы протектора в форме блоков протектора.

9. Устройство по п.2, в котором глубина рисунка протектора составляет 8 мм.

10. Устройство по п.3, в котором длина шага составляет 29 мм.

11. Устройство по п.3, в котором продольное отношение контактной поверхности (CSR) составляет 0,87.

12. Устройство по п.1, в котором плотность боковых канавок составляет 38 мм^-1.

13. Устройство по п.1, в котором плотность узких прорезей составляет 20 мм^-1.

14. Устройство по п.1, в котором расстояние между смежными узкими прорезями в плечевой зоне протектора, измеренное в продольном направлении, больше, чем расстояние между смежными узкими прорезями в центральной зоне протектора, измеренное в продольном направлении.

15. Устройство по п.1, в котором множество боковых канавок имеет желобки, расположенные вдоль их боковых краев.