CN102947106A - 改善轮胎侧壁耐损坏的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善轮胎侧壁耐损坏（例如爆裂或扎破）的方法。更特别地，本发明提供一种用于确定沿着轮胎的侧壁的胎面特征的尺寸和定位从而当在轮胎的操作期间接触障碍物时改善侧壁的保护以免于损坏的方法。

Description

改善轮胎侧壁耐损坏的方法

技术领域

本发明涉及一种改善轮胎侧壁耐损坏（例如爆裂或扎破）的方法。更特别地，本发明提供一种用于确定沿着轮胎的侧壁的胎面特征的尺寸和定位从而当在轮胎的操作期间接触障碍物时改善侧壁的保护以免于损坏的方法。

背景技术

在诸如越野条件的恶劣环境下操作轮胎对保护轮胎免于损坏提出挑战。诸如石块、树木和其它特征的障碍物不仅沿着胎面区域而且沿着侧壁对轮胎造成威胁。尽管胎面区域被设计成与地面相接触并且因此由旨在用于该目的的合成物构造，但是侧壁通常未被设计成地面接触。相反地，轮胎的侧壁典型地包括橡胶材料的较薄层，所述较薄层覆盖在轮胎的侧壁之间延伸并且通过侧壁的某些结构元件，例如轮胎胎体的帘线。该橡胶材料常规地由未针对地面接触而是针对挠性设计的合成物产生，使得侧壁可以耐受当轮胎通过接地面旋转时发生的轮胎的重复挠曲。另外，该侧壁橡胶典型地不如胎面橡胶厚。因而，针对当轮胎沿着地面与障碍物接触时会发生的爆裂或其它扎破损坏，侧壁通常具有比胎面小的耐抗性。

某些轮胎旨在用于更崎岖的应用，其中遭遇可能爆裂或以另外方式损坏侧壁的障碍物会是频繁的。例如，对于休闲和紧急越野应用，轮胎可能受到与障碍物的重复接触，障碍物会爆裂侧壁并且损坏充气轮胎甚至使充气轮胎泄气。当然，对于这样的轮胎，通常期望增加它们的耐侧壁损坏（例如爆裂、扎破、破裂或在轮胎使用期间由接触导致的其它侧壁损坏事件）的能力。

可以沿着侧壁加入特征以有助于耐受某些侧壁损坏。可以围绕侧壁加入凸起部、花纹块和/或其它胎面特征，从而在操作期间当轮胎与障碍物相互作用时通过保持在危险障碍物和侧壁之间而保护侧壁免受侵害。沿着侧壁加入特征增加轮胎的材料、复杂性和费用。这样的特征也可以不利地减小侧壁的挠性。所以，期望优化这样的特征的尺寸和定位，特别是当不是侧壁的所有部分必须保护时。而且，沿着侧壁的这样的特征可以明显地改变轮胎的外观。因此，美学考虑在确定加入侧壁的特征的形状和位置中起到重要作用。

因此，需要一种用于改善轮胎侧壁耐抗轮胎操作期间来自障碍物的损坏的方法。更特别地，一种可以用于确定沿着轮胎的侧壁的保护特征的尺寸和定位从而改善耐爆裂、扎破和其它潜在损坏的方法将是有用的。一种在根据美学考虑调整这样的特征时也可以使用的方法也将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从该描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而获悉。

在一个示例性方面中，本发明提供了一种改善轮胎侧壁的保护以免受到接触侧壁的障碍物损坏的方法。轮胎限定赤道并且具有沿着轮胎的肩部定位的至少一个胎面花纹块和胎面花纹沟。该示例性方法包括以下步骤：识别第一区域，当轮胎旋转经过障碍物时如果障碍物从胎面花纹块滑脱则障碍物将在第一区域中沿着侧壁移动；识别第二区域，当轮胎旋转经过障碍物时如果障碍物从胎面花纹沟滑脱则障碍物将在第二区域中沿着侧壁移动；识别LPN，LPN是当轮胎旋转时如果障碍物从胎面花纹块的边缘滑脱则障碍物将首先接触侧壁的径向位置；识别LPG，LPG是当轮胎旋转时如果障碍物从胎面花纹沟的边缘滑脱则障碍物将首先接触侧壁的径向位置；以及使用第一区域和第二区域、LPG、LPN和赤道确定一个或多个接触区域。

确定一个或多个接触区域的步骤包括使用赤道、LPG和LPN中的至少两个限定每个接触区域的顶部和底部。备选地，接触区域还可以包括：由LPG、LPN和轨迹限定的基于花纹沟的接触区域，如果障碍物从胎面花纹沟的边缘滑脱则障碍物将在侧壁上遵循该轨迹；以及由LPN、赤道和轨迹限定的基于花纹块的接触区域，如果障碍物从胎面花纹块的边缘滑脱则障碍物将在侧壁上遵循该轨迹。

该示例性方法可以包括在基于花纹沟的接触区域将基于花纹沟的胎面特征定位在侧壁上，并且可以包括在基于花纹块的接触区域将基于花纹块的胎面特征定位在侧壁上。该方法也可以包括沿着轮胎的侧壁交错基于花纹沟的胎面特征和基于花纹块的胎面特征的步骤。基于花纹沟的胎面特征、基于花纹块的胎面特征或两者可以具有在大约3mm至大约15mm的范围内的厚度。基于花纹沟的特征比基于花纹块的胎面特征更靠近轮胎的顶点定位。

尤其如果基于花纹沟的胎面特征的厚度小于3mm，则基于花纹沟的胎面特征的径向深度可以增加超过LPN。类似地，尤其如果基于花纹块的胎面特征的厚度小于3mm，则基于花纹块的胎面特征的径向深度可以增加超过赤道。优选地，沿着径向在基于花纹沟的特征、基于花纹块的特征或两者的顶部和底部之间的距离为至少10mm。

该示例性方法还可以包括以下步骤：选择用于沿着轮胎的侧壁定位的胎面特征；以及根据基于花纹沟的接触区域和基于花纹块的接触区域的位置定位胎面特征。

第一区域和第二区域可以基于使用以下方程确定的轨迹：

$r=\sqrt{{(L_o-\mathrm{R\θ})}^2+{H_o}^2}$

$\mathrm{\α}=\mathrm{\θ}+\arctan \frac{H_o}{L_o-\mathrm{R\θ}}$

其中：

R=轮胎的半径

θ=轮胎的旋转的量

L_o=障碍物P₀相对于轮胎中心O的初始水平位置

H_o=障碍物P₀相对于轮胎中心O的初始竖直位置

r=障碍物的径向坐标

α=障碍物的角坐标备选地，可以通过实验确定轨迹。类似地，可以通过数学建模确定或者通过实验确定LPN和LPG。

参考以下描述和附带的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了包括对于本领域的技术人员来说是本发明的最佳模式的本发明的完整和允许公开，其中：

图1示出了示意性表示的沿着轮胎的侧壁的示例性轨迹。

图2A至图2C示出了为了在下面的说明书中描述的轮胎示意图的截面图。

图3A是示例性轮胎的侧视图，显示了沿着轮胎的侧壁的轨迹以及定位在如下所述的赤道、LPN、LPG和轮辋座位置的圆。

图3B和3C是图3A中所示的示例性轮胎的侧壁的一部分的近视图。

图4为了进一步描述用于沿着侧壁定位胎面特征的示例性程序示出了代表性侧壁的一部分。

具体实施方式

为了描述本发明，现在将详细地参考本发明的实施例和方面，在附图中示出了所述实施例和方面的一个或多个例子。每个例子作为本发明的解释而不是本发明的限制被提供。实际上，根据本文中公开的教导，本领域的技术人员将显而易见可以在本发明中进行各种修改和变化而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施例以产生又一个实施例。因此，本发明旨在涵盖属于附带的权利要求及其等效物的范围内的这样的修改和变化。

当在本文中使用时，如下定义以下术语：

径向指的是垂直于轮胎的旋转轴线的方向。

LPN指的是这样的径向位置，当轮胎与障碍物进行接触之后沿着它的路径旋转时如果障碍物从胎面花纹块的边缘滑脱则障碍物将在所述径向位置首先接触轮胎的侧壁。

LPG指的是这样的径向位置，当轮胎与障碍物进行接触之后沿着它的路径旋转时如果障碍物从胎面花纹沟的边缘滑脱则障碍物将在所述径向位置首先接触轮胎的侧壁。

赤道指的是沿着侧壁的径向位置，当在沿着垂直于轮胎的圆周方向的平面获得的横截面中观察时轮胎在所述径向位置最宽。

轨迹指的是当轮胎旋转经过障碍物并且与障碍物进行非变形接触时障碍物的接触点将沿着轮胎的侧壁形成的路径。

在操作期间当轮胎沿着表面滚动时，侧壁可能会与能够通过爆裂或扎破损坏侧壁的障碍物进行接触。为了描述本发明，假设这样的障碍物可以由单接触点表示，所述单接触点沿着轮胎的胎面区域开始并且然后当轮胎旋转时沿着轮胎侧壁移动。当轮胎滚动经过这样的障碍物时，与障碍物的接触点将遵循沿着轮胎的侧壁的路径（在本文中被称为轨迹）。作为例子，假设侧壁是平坦的并且未通过与障碍物的接触而损坏，该轨迹可以由以下方程数学地表征：

（1）和（2）

$r=\sqrt{{(L_o-\mathrm{R\θ})}^2+{H_o}^2}$

$\mathrm{\α}=\mathrm{\θ}+\arctan \frac{H_o}{L_o-\mathrm{R\θ}}$

其中：

R=轮胎的半径

θ=轮胎的旋转的量

L_o=障碍物P₀相对于轮胎中心O的初始水平位置

H_o=障碍物P₀相对于轮胎中心O的初始竖直位置

r=障碍物的径向坐标

α=障碍物的角坐标因此，如图1A中所示，假设障碍物初始在沿着胎面区域105的点P0处接触轮胎100，轨迹T示出障碍物将沿着轮胎100的侧壁110形成的路径，所述路径使用方程1和2计算。作为例子提供方程1和2。其它数学模型可以用于确定轨迹或这也可以通过实验确定。

会发生的侧壁爆裂的一个模式是在轮胎初始滚动到与障碍物接触并且轮胎随后从障碍物滑脱的时候。例如，当轮胎100在其路径中遭遇障碍物时，初始接触可能发生在胎面区域105和障碍物之间。然而，当轮胎100旋转时，胎面区域105可能从障碍物滑脱，导致与侧壁110的非期望接触。因此，改善侧壁110耐损坏的重要步骤是确定当这样的滑脱发生时障碍物将在何处与侧壁110进行接触。取决于障碍物从胎面花纹块的边缘还是胎面花纹沟的边缘滑脱，该位置将可能不同。

现在参考图2A，在胎面区域105内，点N表示胎面花纹块160（图3A）的边缘并且点G表示胎面花纹沟170（图3A）的边缘。如果障碍物从点N（即，胎面花纹块160的边缘）滑脱，则LPN表示沿着侧壁110的这样的径向位置，在所述径向位置障碍物将登陆侧壁110或首先与侧壁110进行接触。如果障碍物从点G（即，胎面花纹沟170的边缘）滑脱，则LPG表示沿着侧壁110的这样的径向位置，在所述径向位置障碍物将首先与侧壁110进行接触。

可以数学地或通过实验确定LPG或LPN的径向位置。例如，图2B和2C分别提供了用于确定LPN和LPG的数值方法的示例性图解。首先，从图2B开始，画出穿过点N和点G的直线10。接着，直线20构造成在线10穿过胎体115的位置处与轮胎胎体115相切。然后垂直于线20并且通过线10和20交叉的点画出直线30。长度40表示从点N到线30的沿着侧壁110的距离。长度50等于长度40并且表示LPN离线30的沿着侧壁110的距离。类似地，可以如图2C中所示确定LPG的位置。长度60表示从点G到线30的沿着侧壁110的距离。长度70等于长度60并且表示LPG离线30的沿着侧壁110的距离。

使用以上技术计算的LPG和LPN的最后位置可能需要基于轮胎的特定构造和/或在其使用期间预期的越野条件进行调节。已确定LPN和LPG的最后位置可以位于沿着侧壁110离使用图2B和2C中所示的技术计算的位置大约-15mm至+5mm处。如先前所述，也可以由其它方法确定LPG和LPN的位置。例如，可以进行实验以确定在从胎面花纹沟170或胎面花纹块160滑脱之后障碍物进行接触的沿着侧壁110的实际位置。

图3A是更详细显示的具有侧壁110和胎面区域105的轮胎100的侧视图。使用LPN和LPG的计算，已将圆140和150叠加到侧壁110上。圆140表示围绕轮胎100的侧壁110的LPN的圆周位置，而圆150表示围绕侧壁110的LPG的圆周位置。LPG的圆150将总是比LPN的圆140更靠近胎面区域105定位。圆130表示轮胎110的赤道的位置。圆120表示轮胎100上的将接收轮辋的位置。轮胎100的胎面区域105也包括沿着轮胎肩部的胎面花纹块160和胎面花纹沟170，如图所示。具有不同于图3A中所示的形状和尺寸的花纹块和花纹沟也可以用于本发明。

使用以上的方程1和2，障碍物从胎面花纹块160和胎面花纹沟170的边缘滑脱的轨迹已被计算并且叠加到侧壁110上。更具体地，如图3A至3C中所示，轨迹180包围端部175之间的胎面花纹沟170并且限定这样的区域，当轮胎100（向前或向后）旋转到与障碍物接触并且然后经过障碍物时如果障碍物在花纹沟170中的任何地方起动则障碍物将在所述区域内移动。类似地，轨迹190包围端部165之间的胎面花纹块160并且限定这样的区域，当轮胎100（向前或向后）旋转到与障碍物接触并且然后经过障碍物时如果障碍物在胎面花纹块160上的任何地方起动则障碍物将在所述区域内移动。更具体地，现在参考图3B，如果在操作期间障碍物从胎面花纹沟170滑脱，则障碍物将在基于花纹沟的轨迹180的曲线之间移动。类似地，参考图3C，如果在操作期间障碍物从胎面花纹块160滑脱，则障碍物将在基于花纹块的轨迹190的曲线之间移动。

因此，轨迹180和190与圆120、130和140一起帮助识别在轮胎100的操作期间与侧壁110的爆裂或扎破相关的一个或多个接触区域。因此，这些接触区域表示考虑增加保护（例如将胎面特征加入侧壁110）的优选位置。也可以使用这些接触区域的识别应用美学考虑。

例如，参考图3B，基于花纹沟的接触区域200（由交叉影线表示）表示用于加入胎面特征以保护侧壁110免于从花纹沟170滑脱的障碍物伤害的优选位置。接触区域200由轨迹180、LPN圆140和LPG圆150界定。将在接触区域200加入的胎面特征的厚度（即，在周围侧壁110之上的胎面特征的高度）由期望性能改善多少确定。通常，这样的胎面特征在厚度上应当在大约3mm至大约15mm的范围内。更厚的特征将提供更多的保护，但是材料的成本增加并且轮胎的重量增加。在长时间操作期间它也可能生成可能损坏轮胎的过量热。也可以使用更薄的特征（即，小于3mm），但是可能期望将胎面特征的底部（线b）延伸超过LPN圆140以提供额外保护。无论如何，优选地胎面特征的顶部（线a）和胎面特征的底部（线b）之间的距离沿着径向应当至少为大约10mm并且不需要分别精确地定位在圆140和150处。

类似地，图3C中的基于花纹块的接触区域210（由交叉影线表示）指示用于加入胎面特征以免于从胎面花纹块160滑脱的障碍物伤害的优选位置。区域210由轨迹190、赤道圆130和LPN圆140界定。再次地，取决于期望保护的程度，胎面特征的厚度优选地在大约3mm至大约15mm的范围内。厚度小于3mm的特征可能需要移动特征的底部（线B）超过赤道圆130，从而提供额外保护。优选地胎面特征的顶部（线A）和胎面特征的底部（线B）之间的距离沿着径向应当至少为大约10mm。

取决于用于特定轮胎构造的胎面花纹块和花纹沟的相对宽度，如上所述的胎面特征的加入可能导致重叠。例如，如果胎面特征定位成与轮胎100上的胎面花纹块160的每一个的接触区域210同延，则连续肋或环将形成于侧壁110上。尽管这样的特征可以提供对侧壁105的很大保护，但是从美学的观点或从泥浆牵引的观点来看固体环可能不令人满意。在长时间操作期间它也可能生成可能损坏轮胎的过量热。因此，使用如上所述通过识别接触区域提供的信息，胎面特征可以交错或以另外方式沿着侧壁成形和操控以便优化侧壁保护，同时也解决其它问题，例如美观、泥浆牵引和热。另外，胎面特征可以定位成与接触区域同延或从接触区域略微偏移，同时仍然基于知道预期接触区域的位置提供侧壁保护。

图4表示具有胎面花纹块460和胎面花纹沟470的轮胎400的一部分。也显示了基于花纹沟470的边缘的轨迹480和基于花纹块460的边缘的轨迹490。使用上述的方法，基于花纹沟的胎面特征500已径向地定位在花纹沟470之下以保护侧壁410免于从花纹沟滑脱的障碍物的伤害。类似地，基于花纹块的胎面特征510已径向地定位在花纹块460之下以保护侧壁410免于从花纹块滑脱的障碍物的伤害。为了改善美学吸引力，特征500和510已被成形并且交错，如图4中所示。可以应用其它形状和取向。然而，使用本文中所述的方法了解这样的特征的定位。

尽管已关于具体的示例性实施例及其方法详细地描述了本主题，但是将领会本领域的技术人员当获得前述内容的理解时可以容易地产生这样的实施例的更改、变型和等效替换。因此，本公开的范围仅仅作为例子而不是作为限制，并且本公开不排除包括对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的本主题的这样的修改、变型和/或添加。

Claims (15)

1.一种改善轮胎侧壁的保护以免受到接触侧壁的障碍物损坏的方法，所述轮胎具有赤道，所述轮胎也具有沿着所述轮胎的肩部定位的至少一个胎面花纹块和胎面花纹沟，所述方法包括以下步骤：

识别第一区域，当所述轮胎旋转经过障碍物时如果障碍物从所述胎面花纹块滑脱则障碍物将在所述第一区域中沿着所述侧壁移动；

识别第二区域，当所述轮胎旋转经过障碍物时如果障碍物从胎面花纹沟滑脱则障碍物将在所述第二区域中沿着所述侧壁移动；

识别LPN，LPN是当所述轮胎旋转时如果障碍物从所述胎面花纹块的边缘滑脱则障碍物将首先接触所述侧壁的径向位置；

识别LPG，LPG是当所述轮胎旋转时如果障碍物从所述花纹沟的边缘滑脱则障碍物将首先接触所述侧壁的径向位置；以及

使用所述第一区域和所述第二区域、LPG、LPN和所述赤道确定一个或多个接触区域。

2.根据权利要求1所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中所述确定一个或多个接触区域的步骤包括使用所述赤道、LPG和LPN中的至少两个限定每个所述接触区域的顶部和底部。

3.根据权利要求1所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中所述一个或多个接触区域还包括：

由LPG、LPN和轨迹限定的基于花纹沟的接触区域，如果障碍物从所述胎面花纹沟的边缘滑脱则障碍物将在所述侧壁上遵循所述轨迹；以及

由LPN、所述赤道和轨迹限定的基于花纹块的接触区域，如果障碍物从所述胎面花纹块的边缘滑脱则障碍物将在所述侧壁上遵循所述轨迹。

4.根据权利要求3所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，所述方法还包括以下步骤：

在所述基于花纹沟的接触区域将所述基于花纹沟的胎面特征定位在所述侧壁上。

5.根据权利要求4所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，所述方法还包括以下步骤：

在所述基于花纹块的接触区域将基于花纹块的胎面特征定位在所述侧壁上。

6.根据权利要求5所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，所述方法还包括沿着所述轮胎的侧壁交错所述基于花纹沟的胎面特征和所述基于花纹块的胎面特征的步骤。

7.根据权利要求5所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中所述基于花纹沟的胎面特征和所述基于花纹块的胎面特征均具有在大约3mm至大约15mm的范围内的厚度。

8.根据权利要求5所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中所述基于花纹沟的胎面特征比所述基于花纹块的胎面特征更靠近所述轮胎的顶点定位。

9.根据权利要求8所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中所述胎面特征具有小于3mm的厚度，并且所述方法还包括以下步骤：

如果所述基于花纹沟的胎面特征的厚度小于3mm，则增加所述基于花纹沟的胎面特征的径向深度超过LPN；以及

如果所述基于花纹块的胎面特征的厚度小于3mm，则增加所述基于花纹块的胎面特征的径向深度超过所述赤道。

10.根据权利要求8所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中沿着径向在所述基于花纹沟的特征的顶部和底部之间的距离为至少10mm。

11.根据权利要求8所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中沿着径向在所述基于花纹块的特征的顶部和底部之间的距离为至少10mm。

12.根据权利要求3所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，所述方法还包括以下步骤：

选择用于沿着所述轮胎的侧壁定位的胎面特征；以及

基于所述基于花纹沟的接触区域和所述基于花纹块的接触区域的位置定位所述胎面特征。

13.根据权利要求1所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中所述第一区域和所述第二区域基于使用以下方程确定的轨迹：

$r=\sqrt{{(L_o-\mathrm{R\θ})}^2+{H_o}^2}$

$\mathrm{\α}=\mathrm{\θ}+\arctan \frac{H_o}{L_o-\mathrm{R\θ}}$

其中：

R=所述轮胎的半径

θ=所述轮胎的旋转的量

L_o=所述障碍物P₀相对于轮胎中心O的初始水平位置

H_o=所述障碍物P₀相对于轮胎中心O的初始竖直位置

r=所述障碍物的径向坐标

α=所述障碍物的角坐标。

14.根据权利要求1所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中通过实验确定所述LPN和所述LPG。

15.根据权利要求1所述的改善轮胎侧壁的保护的方法，其中通过数学建模确定所述LPN和所述LPG。

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