CN115157935A - 一种共振吸声降低噪音的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎领域，尤其是一种共振吸声降低噪音的轮胎，该轮胎的胎面上设置有轮胎花纹，轮胎花纹包括设置在胎面中部的内侧花纹条和设置在胎面两侧的外侧花纹条，内侧花纹条和外侧花纹条之间形成有向胎面内侧凹陷的外侧花纹沟，内侧花纹条、外侧花纹条和外侧花纹沟各自沿着胎面的周向延伸并形成环形；外侧花纹沟中靠近胎面外侧的沟壁上设置有向胎面内部延伸的第一吸声结构；内侧花纹条上沿着胎面的周向间隔排列有若干条横向沟槽，横向沟槽的沟底设置有向胎面内部延伸的第二吸声结构。本发明的优点是第一吸声结构和第二吸声结构可以通过共振吸声来降低轮胎行驶过程中的噪音。

Description

一种共振吸声降低噪音的轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎领域，尤其是一种共振吸声降低噪音的轮胎。

背景技术

轮胎噪声是由行驶车辆的轮胎与路面相互作用、轮胎与空气相互作用以及轮胎的变形而产生的噪声，它是汽车噪声的两个主要来源之一。有关研究表明，在干燥路面上，当汽车行驶速度达到70km/h时，载重汽车轮胎噪声成为汽车主要噪声源，而对于轿车和轻型载重汽车，当车速高于45~55km/h时，轮胎噪声就成为主要因素。

随着汽车行业的发展，普通轮胎已然不能满足人们对轮胎高性能、舒适、耐磨等性能的追求，人们对轮胎的噪音性能要求也越来越高。欧盟提出的标签法明确提出了轮胎湿路面抓地性能等级及噪声等级，与此类似的法规在日本已开始实施。

现有的降噪的主流方法可分为以下几种：通过调整花纹的形状，使临近的花纹大小均不相同，从而分散噪音、避免声能叠加，最终达到降噪的目的；减少沟槽的大小，沟槽变小、空气体积降低，压缩、膨胀的空气变少，从而降低泵气噪音；通过设计不同的花纹槽来分散噪音，避免所有沟槽内气柱的谐振频率一致；在纵向沟槽内增加凸起，从而打散气流，减少共鸣音等。

但即便采用上述的方法，降噪效果依旧不佳，随着对轮胎综合性能的重视，需设计一种静音效果更好的轮胎。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种共振吸声降低噪音的轮胎，在花纹沟中吸声结构，该吸声结构通过共振的方式进行吸音，提高静音效果。

为本发明的目的，采用以下技术方案予以实施：

一种共振吸声降低噪音的轮胎，该轮胎的胎面上设置有轮胎花纹，轮胎花纹包括设置在胎面中部的内侧花纹条和设置在胎面两侧的外侧花纹条，内侧花纹条和外侧花纹条之间形成有向胎面内侧凹陷的外侧花纹沟，内侧花纹条、外侧花纹条和外侧花纹沟各自沿着胎面的周向延伸并形成环形；

外侧花纹沟中靠近胎面外侧的沟壁上设置有向胎面内部延伸的第一吸声结构，第一吸声结构包括外端连接在外侧花纹沟沟壁上的第一通道，以及连接在第一通道内端的第一球状空腔；第一球状空腔的球心位于第一通道的轴线上，第一球状空腔的直径大于第一通道的直径；第一通道和第一球状空腔形成亥姆霍兹共振器；

内侧花纹条上沿着胎面的周向间隔排列有若干条横向沟槽，横向沟槽的沟底设置有向胎面内部延伸的第二吸声结构，第二吸声结构包括外端连接在横向沟槽沟底上的第二通道，以及连接在第二通道内端的第二球状空腔；第二球状空腔的球心位于第二通道的轴线上，第二球状空腔的直径大于第二通道的直径；第二通道和第二球状空腔形成亥姆霍兹共振器。

作为优选，第一通道轴线的方向与胎面的宽度方向平行；第一球状空腔的直径大于两倍的第一通道的直径。

作为优选，第二通道的轴线方向与第二通道所在胎面的法线方向平行；第二球状空腔的直径大于两倍的第二通道的直径。

作为优选，外侧花纹沟包括若干段相互连接的沟槽段，这些沟槽段倾斜设置，上下两个沟槽段的连接处相互错位，使得外侧花纹沟的侧壁上形成有若干处向沟槽内侧凸出的扰流结构，空气流经扰流结构，与扰流结构碰撞，改变流动方向，降低噪音。

作为优选，扰流结构包括：位于外侧花纹沟靠近胎面内侧的沟壁上的第一倒刺面或第二倒刺面，以及位于外侧花纹条靠近胎面外侧的沟壁上的第三倒刺面，第一倒刺面、第二倒刺面和第三倒刺面均横向延伸并伸进外侧花纹沟中。

作为优选，内侧花纹条包括交替设置的第一花纹块和第二花纹块，

在内侧花纹条的左侧边上，第一花纹块的第一左侧边与第二花纹块的第二左侧边的连接处在横向上相互错开，从而形成第一倒刺面；

在内侧花纹条的右侧边上，第一花纹块的第一右侧边与第二花纹块的第二右侧边的连接处在横向上相互错开，从而形成第二倒刺面；

外侧花纹条包括若干个相互连接的肩部花纹块，上下两个肩部花纹块的连接处在横向上相互错开，从而形成第三倒刺面。

作为优选，第一花纹块和第二花纹块之间形成横向延伸并且两端连接至内侧花纹条左右两侧的横向沟槽，横向沟槽倾斜设置，横向沟槽的左端点和右端点的连接线与胎面宽度方向的夹角为10-45°。

作为优选，肩部花纹块的连接处设置有向胎面外侧延伸的镰刀型凹槽，镰刀型凹槽的内侧与外侧花纹沟连通，镰刀型凹槽内设置有台阶面。

作为优选，第二花纹块的上侧边和下侧边之间设置有若干条向胎面内侧凹陷，并纵向延伸、横向分布的导热槽，导热槽的深度为0-3mm。

综上所述，本发明的优点是第一吸声结构和第二吸声结构可以通过共振吸声来降低轮胎行驶过程中的噪音。位于胎肩的镰刀型凹槽可以通过降低空气压缩比，降低轮胎泵气噪音。外侧花纹沟具有倒刺型的曲折形状，可以通过扰乱气流在花纹沟内流动特性来降低轮胎的噪音。倾斜设置的横向沟槽，使得其会逐渐与地面接触，从而降低噪音。在第二花纹块的表面设置有锯齿形的导热结构，提供了热传导的通道，可以有效的传导热量，提高轮胎散热性能。

附图说明

图1为胎面上轮胎花纹的结构示意图。

图2为图1中A-A处的剖视图。

图3为图1中B-B处的剖视图。

图4为图1中C-C处的剖视图。

图5为图1中D-D处的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，一种轮胎，在轮胎胎面上设置有轮胎花纹，具体包括内侧花纹条1和外侧花纹条2。内侧花纹条1位于胎面的中部，并且沿着胎面的周向延伸形成环形。外侧花纹条2位于胎面的左右两侧（通常称为胎肩，因此通常也称作胎肩花纹条），同样沿着胎面的周向延伸形成环形。在内侧花纹条1和外侧花纹条2之间形成有向胎面内侧凹陷的外侧花纹沟3，由于外侧花纹沟3的边界是由内侧花纹条1和外侧花纹条2勾勒成的，因此该外侧花纹沟3也沿着胎面的周向延伸形成环形。

作为举例，参见图1，内侧花纹条1有两条且呈左右间隔设置，两条内侧花纹条1之间形成一条内侧花纹沟4。具体地说，这两条内侧花纹条1以胎面的中心线为分界线左右分布。另外，需要说明的是，内侧花纹条1的数量并不限制在两条，可以是一条，也可以三条以上。当内侧花纹条1为奇数条时，位于中间的那条内侧花纹条1的中心线与胎面的中心线重合，其它的内侧花纹条1分布在两侧。当内侧花纹条1为偶数条时，参考图1的方式将内侧花纹条1分布在胎面中心线的左右两侧。

如图1所示，内侧花纹条1包括沿胎面周向交替排列的第一花纹块11和第二花纹块12，第一花纹块11和第二花纹块12的连接处形成横向延伸的横向沟槽5，即在每个第一花纹块11的上下两侧，或者说在每个第二花纹块12的上下两侧各形成有一条横向沟槽5。横向沟槽5的左右两端与外侧花纹沟3和/或内侧花纹沟4连通。具体地说，在图1中有左右两列横向沟槽5，位于左侧的横向沟槽5的左端与位于左侧的外侧花纹沟3连通，该横向沟槽5的右端与内侧花纹沟4连通。位于右侧的横向沟槽5的右端与位于右侧的横向沟槽5连通，该横向沟槽5的左端与内侧花纹沟4连通。

如图1所示，第一花纹块11大致呈四边形，将该四边形的左右两侧分别定义为第一左侧边111和第一右侧边112，上下两侧分别定义为第一上侧边113和第一下侧边114。第一左侧边111和第一右侧边112为相互平行的第一直线段，并且第一直线段与胎面中心线形成夹角，即第一左侧边111和第一右侧边112都倾斜设置，倾斜角为5-20°，这样设置能扰乱气流，打乱震动频率，从而降低噪声。该四边形的第一上侧边113和第一下侧边114分别为向上凸出和向下凸出的第一曲线段，并且第一上侧边113的左右两个端点不再同一高度上，第一下侧边114的左右两个端点也不在同一高度上，第一花纹块11在与地面接触时，第一上侧边113会逐渐与地面接触，减小发生的噪音。

如图1所示，第二花纹块12也大致呈四边形，但该四边形纵向长度小于横向的长度。将该四边形的左右两侧分别定义为第二左侧边121和第二右侧边122，上下两侧分别定义为第二上侧边123和第二下侧边124。第二左侧边121和第二右侧边122为相互平行的第二直线段，并且第二直线段与胎面中心线平行，即第二左侧边121和第二右侧边122竖向设置。该四边形的第二上侧边123和第二下侧边124分别为向上和向下凸出的第二曲线段，第二上侧边123的左右两个端点不再同一高度上，第二下侧边124的左右两个端点也不在同一高度上，第二花纹块12在与地面接触时，第二上侧边123会逐渐与地面接触，减小发生的噪音。

比较第一花纹块11和第二花纹块12的外形，将发现二者有明显的区别，从而分散噪音，避免声能叠加，最终达到降噪的目的。

另外，需要说明的是，上下相邻的两个第一花纹块11的长度（即第一左侧边111和第一右侧边112的长度）是不同的，也就是说，上下相邻的两个第二花纹块12之间的距离是不同的，同时下文中的胎肩花纹块21之间的距离也是不同的，这使得轮胎具有不同的节距，从而避免噪音进行叠加。

由于横向沟槽5的上下边界是由第一花纹块11和第二花纹块12限定形成的，因此，横向沟槽5整体为向上凸出或向下凸出的曲线，并且横向沟槽5的左端点和右端点不在同一高度上，也就是说，横向沟槽5倾斜设置，轮胎在滚动时，横向沟槽5左右两侧逐渐与地面接触，减小发生的噪音。具体的，横向沟槽5的左端点和右端点的连接线与胎面宽度方向的夹角为10-45°。

如图1所示，第二花纹块12的第二上侧边123和第二下侧边124之间形成有若干条向胎面内侧凹陷，并纵向延伸、横向分布的导热槽6，导热槽6的深度为0-3mm，这些导热槽6在第二花纹块12上形成锯齿状的导热结构（参见图2），该导热结构提供了热传导的通道，并且增大了表面积，可以有效的传导热量，提高胎面的散热性能。

外侧花纹沟3和内侧花纹沟4（如果有的话）内设置有若干个扰流结构，空气在流经扰流结构时，会与扰流结构发生碰撞，从而形成扰流，即改变原本的流动方向，干扰空气流动特性，降低气体运动产生的噪声。

如图1所示，外侧花纹沟3和内侧花纹沟4（如果有的话）都是由若干段相互连接但在连接处错开的沟槽段组成的，并且沟槽段为倾斜设置，这使得外侧花纹沟3和内侧花纹沟4在总体上形成曲折的形状，并且在沟槽段中形成有向沟槽段内侧凸出的呈倒刺形的扰流结构，确切的说，在花纹沟两侧上形成有倒刺面，该倒刺面可以看作是上文中的扰流结构。

具体地说，在内侧花纹条1左侧的边界线上，第一花纹块（11）的第一左侧边（111）与第二花纹块（12）的第二左侧边（121）的连接处在横向上相互错开，从而形成第一倒刺面（13）；更确切的说，第一花纹块11第一左侧边111的上端点与第二花纹块12第二左侧边121的下端点对齐，即沟槽段在此处连续，但第一花纹块11的第一左侧边111下端点与第二花纹块12的第二左侧边121上端点错开，即沟槽段在此处错开，从而在第一花纹块11的下侧和第二花纹块12的上侧之间形成第一倒刺面13。

在内侧花纹条1右侧的边界线上，第一花纹块（11）的第一右侧边（112）与第二花纹块（12）的第二右侧边（122）的连接处在横向上相互错开，从而形成第二倒刺面（14）；更确切的说，第一花纹块11的第一右侧边112上端点与第二花纹块12第二右侧边122下端点错开，即沟槽段在此处错开，第一花纹块11的右侧边下端点与第二花纹块12的右侧边上端点对齐，即沟槽段在此处连续。从而在第一花纹块11的上侧与第二花纹块12的下侧之间形成第二倒刺面14。

由于第一倒刺面13和第二倒刺面14的存在，使得外侧花纹沟3朝向内侧花纹条1的那侧为曲折并且错位的形状。同时若内侧花纹条1的数量在两条以上时，内侧花纹沟4也为曲折的形状。

为了使花纹沟具有更好的曲折形状，外侧花纹条2的边界线也为曲折的形状，即在外侧花纹条2上设置有第三倒刺面20，第三倒刺面20的位置大致与第二花纹块12的位置对应，这将使得整条外侧花纹沟3为曲折的形状。

具体的，第三倒刺面20是通过以下方式实现的：在外侧花纹条2上设置有若干个相互连接的肩部花纹块21，在上下两个肩部花纹块21的连接处相互错位，形成第三倒刺面20。

气流在花纹沟（主要是外侧花纹沟3）中流动时，会在倒刺面的位置与侧壁产生碰撞，空气流动的方向将会改变，进而形成扰流，从而干扰外部气流在花纹沟内流动特性，来降低花纹沟（尤其是外侧花纹沟3）内部气体运动产生的噪声。

同时注意到，肩部花纹块21的内侧面具有相互连接的第一边线211和第二边线212，第一边线211的位置大致与第一花纹块11对应，并且第一边线211与第一左侧边111（或者第一右侧边112）平行。第二边线212的位置大致与第二花纹块12对应，并且第二边线212与第二花纹块12的第二左侧边121（或者第二右侧边122）平行。第一边线211与第一花纹块11之间的距离大于第二边线212与第二花纹块12之间的距离，即外侧花纹沟3的沟槽宽度是不一致的，这样能改变空气在沟槽中的流动特性，有利于降低噪音。

如图3所示，在肩部花纹块21的第三倒刺面20上设置有沿横向向外伸出的镰刀型凹槽7，镰刀型凹槽7的内端与外侧花纹沟3连通，镰刀型凹槽7沿深度方向的截面为台阶形，即在镰刀型凹槽7的内部设置有台阶面71。在轮胎行驶过程中，当花纹块与地面接触时，会因泵气效应产生泵气噪声。由于镰刀型凹槽7的内部具有台阶面71，因此具备一定的刚性，可以在花纹块与地面接触时承受一定的作用力，从而使花纹沟变形减少，沟槽空腔体积变化减少，从而降低空气压缩比例，降低轮胎的泵气噪音。

亥姆霍兹共振吸声原理被广泛应用于减少飞行器引擎的共振上面，在摩托车和汽车尾气排放管中也有应用，本发明将该原理运用在轮胎降噪方面，具体结构如下。

如图4所示，在外侧花纹沟3靠近胎面外侧的侧壁上设置有向胎面内部延伸的第一吸声结构8，第一吸声结构8在外侧花纹沟3的延伸方向上间隔设置有若干个，第一吸声结构8包括一段从外侧花纹沟3的侧壁表面向内延伸的第一通道81，第一通道81呈细颈圆柱形，这里的细颈是相对于后文中的第一球状空腔82而言的，细颈的直径必须小于第一球状空腔82的直径，并且最好小于第一球状空腔82的二分之一。第一通道81的轴线与轮胎的宽度方向平行。在第一通道81的末端设置有第一球状空腔82，第一球状空腔82的球心位于第一通道81的轴线上。当轮胎行驶过程中，产生噪音，第一吸声结构8可吸收一定频率的噪音，并且空气会在第一球状空腔82内震动，从而与第一球状空腔82的内壁产生摩擦，进而产生热能，从而将声能先转换为机械能，再转换为内能，来达到吸声的效果。

如图5所示，在横向沟槽5的沟底设置有向胎面内部延伸的第二吸声结构9，第二吸声结构9在横向沟槽5的延伸方向上间隔设置有若干个，第二吸声结构9包括一段从横向沟槽5底部向下延伸的第二通道91，第二通道91为细颈圆柱形，这里的细颈是相对于后文中的第二球状空腔92而言的，细颈的直径必须小于第二球状空腔92的直径，并且最好小于第二球状空腔92的二分之一。第二通道91的轴线方向与第二通道91所在胎面位置的法线方向平行，更确切的说，第二通道91的轴线与轮胎旋转时围绕的那条直线相交。在第二通道91的末端设置有第二球状空腔92，第二球状空腔92的球心位于第二通道91的轴线上。当轮胎行驶过程中，产生噪音，第二吸声结构9可吸收一定频率的噪音，并且空气会在第二球状空腔92内震动，从而与第二球状空腔92的内壁产生摩擦，进而产生热能，从而将声能先转换为机械能，再转换为内能，来达到吸声的效果。

需要说明的是，上述的第一吸声结构8和第二吸声结构9可以同时使用，也可以只使用其中之一，并且一般情况下，第一吸声结构8能达到的吸声效果会优于第二吸声结构9。第一吸声结构8和第二吸声结构9的具体参数可以参照亥姆霍兹共振器的结构。

综上所述，本发明的优点是第一吸声结构8和第二吸声结构9可以通过共振吸声来降低轮胎行驶过程中的噪音。位于胎肩的镰刀型凹槽7可以通过降低空气压缩比，降低轮胎泵气噪音。外侧花纹沟3具有倒刺型的曲折形状，可以通过扰乱气流在花纹沟内流动特性来降低轮胎的噪音。倾斜设置的横向沟槽5，使得其会逐渐与地面接触，从而降低噪音。在第二花纹块12的表面设置有锯齿形的导热结构6，提供了热传导的通道，可以有效的传导热量，提高轮胎散热性能。

Claims (9)

1.一种共振吸声降低噪音的轮胎，该轮胎的胎面上设置有轮胎花纹，轮胎花纹包括设置在胎面中部的内侧花纹条（1）和设置在胎面两侧的外侧花纹条（2），内侧花纹条（1）和外侧花纹条（2）之间形成有向胎面内侧凹陷的外侧花纹沟（3），内侧花纹条（1）、外侧花纹条（2）和外侧花纹沟（3）各自沿着胎面的周向延伸并形成环形；

其特征在于，

外侧花纹沟（3）中靠近胎面外侧的沟壁上设置有向胎面内部延伸的第一吸声结构（8），第一吸声结构（8）包括外端连接在外侧花纹沟（3）沟壁上的第一通道（81），以及连接在第一通道（81）内端的第一球状空腔（82）；第一球状空腔（82）的球心位于第一通道（81）的轴线上，第一球状空腔（82）的直径大于第一通道（81）的直径；第一通道（81）和第一球状空腔（82）形成亥姆霍兹共振器；

内侧花纹条（1）上沿着胎面的周向间隔排列有若干条横向沟槽（5），横向沟槽（5）的沟底设置有向胎面内部延伸的第二吸声结构（9），第二吸声结构（9）包括外端连接在横向沟槽（5）沟底上的第二通道（91），以及连接在第二通道内端的第二球状空腔（92）；第二球状空腔（92）的球心位于第二通道（91）的轴线上，第二球状空腔（92）的直径大于第二通道（91）的直径；第二通道（91）和第二球状空腔（92）形成亥姆霍兹共振器。

2.根据权利要求1所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，第一通道（81）轴线的方向与胎面的宽度方向平行；第一球状空腔（82）的直径大于两倍的第一通道（81）的直径。

3.根据权利要求1所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，第二通道（91）的轴线方向与第二通道（91）所在胎面的法线方向平行；第二球状空腔（92）的直径大于两倍的第二通道（91）的直径。

4.根据权利要求1所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，外侧花纹沟（3）包括若干段相互连接的沟槽段，这些沟槽段倾斜设置，上下两个沟槽段的连接处相互错位，使得外侧花纹沟（3）的侧壁上形成有若干处向沟槽内侧凸出的扰流结构，空气流经扰流结构，与扰流结构碰撞，改变流动方向，降低噪音。

5.根据权利要求4所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，扰流结构包括：位于外侧花纹沟（3）靠近胎面内侧的沟壁上的第一倒刺面（13）或第二倒刺面（14），以及位于外侧花纹条（2）靠近胎面外侧的沟壁上的第三倒刺面（20），第一倒刺面（13）、第二倒刺面（14）和第三倒刺面（20）均横向延伸并伸进外侧花纹沟（3）中。

6.根据权利要求5所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，内侧花纹条（1）包括交替设置的第一花纹块（11）和第二花纹块（12），

在内侧花纹条（1）的左侧边上，第一花纹块（11）的第一左侧边（111）与第二花纹块（12）的第二左侧边（121）的连接处在横向上相互错开，从而形成第一倒刺面（13）；

在内侧花纹条（1）的右侧边上，第一花纹块（11）的第一右侧边（112）与第二花纹块（12）的第二右侧边（122）的连接处在横向上相互错开，从而形成第二倒刺面（14）；

外侧花纹条（2）包括若干个相互连接的肩部花纹块（21），上下两个肩部花纹块（21）的连接处在横向上相互错开，从而形成第三倒刺面（20）。

7.根据权利要求6所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，第一花纹块（11）和第二花纹块（12）之间形成横向延伸并且两端连接至内侧花纹条（1）左右两侧的横向沟槽（5），横向沟槽（5）倾斜设置，横向沟槽（5）的左端点和右端点的连接线与胎面宽度方向的夹角为10-45°。

8.根据权利要求6所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，肩部花纹块（21）的连接处设置有向胎面外侧延伸的镰刀型凹槽（7），镰刀型凹槽（7）的内侧与外侧花纹沟（3）连通，镰刀型凹槽（7）内设置有台阶面（71）。

9.根据权利要求6所述的一种共振吸声降低噪音的轮胎，其特征在于，第二花纹块（12）的上侧边（123）和下侧边（124）之间设置有若干条向胎面内侧凹陷，并纵向延伸、横向分布的导热槽（6），导热槽（6）的深度为0-3mm。

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