Патент на изобретение №2378130

(54) ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Шина имеет поверхность протектора, снабженную множеством круговых канавок (2, 4), проходящих непрерывно в окружном направлении. Круговые канавки (2, 4) снабжены, каждая, множеством поперечных канавок (7, 8), каждая из которых имеет один конец, сообщающийся с круговой канавкой, и другой конец, заканчивающийся на участке (7, 8) контакта с поверхностью земли, независимо от других круговых канавок, при этом другие поперечные канавки сообщаются с другими круговыми канавками или с поверхностью протектора, контактирующей с землей. Круговые канавки (2, 4) и поперечные канавки (7, 8) имеют, каждая, ширину, предварительно выбранную таким образом, чтобы противоположные стенки канавок не контактировали друг с другом при таком состоянии шины, когда она смонтирована на подходящем стандартном ободе, заполнена воздухом при максимальном давлении и нагружена весом, который соответствует максимальной несущей способности шины. Ширина указанных поперечных канавок, по меньшей мере, локально составляет не менее 30% от ширины указанных круговых канавок. Каждая из указанных поперечных канавок имеет протяженность, которая составляет не менее 40% от длины прохождения указанных круговых канавок на указанной поверхности контакта с землей. Технический результат – снижение уровня звукового шума шины. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к пневматической шине такой, как радиальная пневматическая шина, которая способна эффективно подавлять так называемый резонансный шум воздушного столбика, создаваемый круговой канавкой, сформованной на поверхности протектора и непрерывно проходящей по окружности шины.

Уровень техники

В случае рисунка протектора, при котором поверхность протектора шины имеет круговую продольную канавку, проходящую непрерывно в окружном направлении, на участке контакта поверхности протектора с землей между поверхностью дороги и круговой канавкой, имеющей открытый передний конец и открытый задний конец, образуется протяженный воздушный столбик. Поскольку резонансный шум, связанный с наличием воздушного столбика, вносит значительный вклад в общий шум шины, первоочередная задача заключается в подавлении указанного резонансного шума воздушного столбика или в рассредоточении резонансной частоты. Так, предлагалось решение с выполнением поперечной канавки, включая решение с наклонной канавкой такой, чтобы она проходила в направлении ширины шины и один ее конец сообщался с круговой канавкой.

Известно, что такая поперечная канавка может изменять частоту резонансного шума воздушного столбика, в зависимости от ее конфигурации. Среди прочих источников информации из патентного документа WO 2002/078982 A1 известно, что, если поперечная канавка сообщается только с круговой канавкой, а другой ее конец заканчивается на участке протектора, контактирующем с землей, частота резонансного шума, создаваемого круговой канавкой, снижается.

Так, ранее заявитель предложил способ, описанный в патентном документе WO 2004/103737 А1, который снижает шум от шин за счет усовершенствования формы и структуры поперечной канавки. Такое предложение обеспечивает пневматическую шину, способную рассредоточивать частоту резонансного шума, создаваемого столбиком воздуха, и снижать уровень звукового давления за счет выполнения поверхности протектора с двумя или более круговыми канавками, непрерывно проходящими по окружности шины, и большим количеством поперечных канавок, каждая из которых имеет один конец, сообщающийся, по меньшей мере, с одной предварительно выбранной круговой канавкой, а другой конец заканчивается на участке, контактирующем с землей, причем каждая из них сформована независимо от других поперечных канавок, сообщающихся с другой круговой канавкой, и поверхностью протектора, контактирующей с землей. Другими словами, каждая поперечная канавка проходит, не пересекаясь с другими поперечными канавками, которые могут сообщаться с этой другой круговой канавкой и/или участком протектора, контактирующим с поверхностью земли, отдельно от тех поперечных канавок, которые сообщаются с той же круговой канавкой. Круговые канавки и поперечные канавки имеют соответствующую ширину, которая выбирается таким образом, чтобы противолежащие стенки канавок не контактировали одна с другой при таком состоянии шины, когда она установлена на подходящем стандартном ободе колеса, заполнена воздухом при максимальном давлении и нагружена весом, соответствующим максимально допустимой нагрузке для шины. Поперечные канавки выполнены так, что, по меньшей мере, одна поперечная канавка всегда полностью включена в поверхность контакта протектора с землей. Протяженность части каждой поперечной канавки, находящейся на поверхности контакта с землей, при ширине поперечной канавки, соответствующей не менее 30% ширины, предварительно выбранной круговой канавки, составляет не менее 40% от длины прохождения выбранной круговой канавки по поверхности контакта с землей. Пневматическая шина с такими параметрами позволяет рассредоточивать частоту резонансного шума воздушного столбика, в то же время понижая уровень звукового давления резонансного шума.

Раскрытие изобретения

Для того чтобы осуществить изобретение, раскрытое в WO 2004/103737 A1 в соответствии с более ранним предложением заявителя, рисунок протектора выполняют таким, чтобы полностью сохранять устойчивость при поворотах, износостойкость и другие характеристики шин. В этой связи изобретателями было обнаружено, что даже при постоянной длине поперечных канавок изменение их поперечного сечения приводит к изменению эффекта снижения уровня звукового давления резонансного шума воздушного столбика.

С другой стороны, в существующих шинах при контактировании поверхности протектора с землей некоторое количество сформованных круговых канавок имеет одинаковые по протяженности участки на поверхности контакта с землей, как это схематично иллюстрируется на фиг.9, показывающей отпечаток поверхности протектора, при этом каждая круговая канавка генерирует резонансный шум воздушного столбика по существу с близкой частотой. В результате резонансный шум воздушных столбиков создает звуковое давление, которое является значительным по сравнению со звуковым давлением, создаваемым при наличии ряда других частот, и поэтому для уха пассажира транспортного средства воспринимается как резкий шум. Изобретение, раскрытое в WO 2004/103737 в соответствии с более ранним предложением заявителя, было предложено в целях снижения подобного резонансного шума воздушного столбика и/или рассредоточивания этой резонансной частоты за счет формирования для соответствующих круговых канавок поперечных канавок, таких, что один конец каждой поперечной канавки сообщается с круговой канавкой, другой ее конец заканчивается на участке контакта с землей, при этом на поверхности контакта протектора с землей протяженность поперечных канавок составляет от 40% до 90%, предпочтительно 50%, от протяженности круговой канавки. В этой связи, как схематично иллюстрируется на фиг.10, на которой отображен отпечаток поверхности протектора, было обнаружено, что первоначальный резонансный шум воздушных столбиков эффективно понижается, а преобразованный резонансный шум имеет частоту, которая эффективно рассредоточена. Однако, вследствие по существу одинаковой длины поперечных канавок, соответствующей 50% длины прохождения круговой канавки в пределах контактной поверхности протектора, в этом случае резонансные частоты, заново генерируемые воздушными столбиками, накладываются друг на друга даже после рассредоточивания диапазона частот воздушного столбика. В результате возникает новая проблема, которая состоит в том, что звуковое давление рассредоточенной резонансной частоты еще составляет большую часть по сравнению со звуковым давлением частоты, генерируемой внешней средой.

В соответствии с вышеизложенным настоящее изобретение обеспечивает усовершенствование пневматической шины, описанной в WO 2004/103737. Задача настоящего изобретения заключается в создании пневматической шины, способной в достаточной степени улучшить эффект рассредоточивания частоты резонансного шума воздушных столбиков, обусловленного наличием круговых канавок, самих по себе, или повышать эффект снижения уровня звукового давления за счет площади поперечного сечения поперечных канавок. Другая задача изобретения заключается в создании пневматической шины, в частности радиальной пневматической шины, способной эффективно генерировать шум, представляющий собой “белый” шум, в совокупности с первоначальным снижением резонансного шума воздушного столбика, за счет достаточного рассредоточивания резонансной частоты по некоторому количеству имеющихся круговых канавок соответственно.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается пневматическая шина, содержащая поверхность протектора, снабженную, по меньшей мере, двумя круговыми канавками, проходящими непрерывно в окружном направлении, в которой, по меньшей мере, одна из круговых канавок снабжена большим количеством поперечных канавок, каждая из которых имеет один конец, сообщающийся с указанной круговой канавкой, а другой конец, который заканчивается на участке контакта с землей, независимо от других круговых канавок, при этом другие поперечные канавки сообщаются с другими круговыми канавками или с поверхностью протектора, контактирующей с землей, при этом указанные круговые канавки и указанные поперечные канавки имеют соответствующую ширину, предварительно выбранную таким образом, чтобы противолежащие стенки канавок не контактировали друг с другом при таком состоянии шины, когда она смонтирована на подходящем для нее ободе, заполнена воздухом при максимальном давлении и нагружена весом, который соответствует максимальной несущей способности шины, при этом указанные поперечные канавки выполнены такими, что, по меньшей мере, одна поперечная канавка всегда полностью включена в поверхность контакта протектора с землей, ширина поперечных канавок, по меньшей мере, локально составляет не менее 30% ширины указанных круговых канавок, например от 4 до 20 мм, причем протяженность каждой из указанных поперечных канавок составляет не менее 40% от длины прохождения указанных круговых канавок на поверхности контакта с землей, например от 60 до 250 мм, при этом каждая поперечная канавка имеет участок с площадью поперечного сечения, возрастающей со стороны конца поперечной канавки, который сообщается с круговой канавкой, в направлении стороны глухого конца, причем указанный участок с увеличивающимся сечением имеет начало в точке с минимальной площадью поперечного сечения, которая находится ближе к круговой канавке, с которой сообщается поперечная канавка, чем точка с максимальной площадью поперечного сечения, находящаяся на глухом конце указанного участка с увеличивающейся площадью поперечного сечения.

Таким образом, в пределах понимания настоящего изобретения термин “канавка” означает канавку с боковыми стенками, которые частично контактируют друг с другом в направлении глубины канавки. Однако узкие канавки или щелевидные дренажные канавки на поверхности протектора, боковые стенки которых полностью контактируют друг с другом на поверхности контакта протектора с землей, не образуют круговую канавку или поперечную канавку в пределах замысла настоящего изобретения. Кроме того, “точка с минимальной площадью поперечного сечения” в соответствии с настоящим изобретением не находится на большем удалении от круговой канавки больше, чем точка с максимальной площадью поперечного сечения.

Следует учесть, что используемый здесь термин “подходящий обод” относится к ободу, соответствующему нижеприведенному стандарту, термин “максимальное давление воздуха” относится к давлению воздуха, соответствующему максимальной несущей способности, установленной в нижеприведенном стандарте, а термин “максимальная несущая способность” относится к максимальному весу, приложение которого к шине допустимо согласно нижеприведенному стандарту.

Указанный стандарт относится к действующему промышленному стандарту в области производства и использования шин, см., например, “Year Book”, опубликована в США ассоциацией The Tire and Rim Association Inc., “Standards Manual”, опубликовано в Европе организацией The European Tyre and Rim Technical Organization, и “JATMA YEAR BOOK”, опубликовано в Японии ассоциацией The Japan Automibile Tire Manufacturing Association Inc.

Используемый здесь термин “поверхность контакта с землей” относится к участку поверхности резины протектора, который находится в контакте с плоской плитой, когда шина смонтирована на подходящем для нее ободе, расположена на плоской плите вертикально, накачана воздухом с максимальным давлением и нагружена весом, соответствующим максимальной несущей способности. Кроме того, площадь поперечного сечения канавки относится к площади поперечного сечения канавки, находящейся в плоскости, пересекающей под прямым углом центральную линию поперечной канавки.

В такой пневматической шине предпочтительно, чтобы координата поперечной канавки, соответствующая минимальной площади поперечного сечения, находилась в пределах интервала, включающего не более 50% длины поперечной канавки, как правило, составляющей от 20 до 230 мм, по результатам измерения от конца поперечной канавки, сообщающегося с круговой канавкой. Кроме того, предпочтительно, чтобы отношение (S1/S2) минимальной площади поперечного сечения (S1) поперечной канавки к максимальной площади ее поперечного сечения (S2) находилось в интервале не менее 0,1 и не более 0,75.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается пневматическая шина, имеющая поверхность протектора, снабженная, по меньшей мере, двумя круговыми канавками, проходящими непрерывно в окружном направлении, при этом, по меньшей мере, одна из указанных круговых канавок снабжена большим количеством поперечных канавок, один конец каждой из которых сообщается с этой круговой канавкой, а другой конец заканчивается на контактном участке поверхности, независимо от других круговых канавок, при этом другие поперечные канавки сообщаются с указанными другими круговыми канавками или с поверхностью протектора, контактирующей с землей, причем ширина каждой из указанных круговых канавок и поперечных канавок выбрана такой, чтобы противоположные стенки канавок не контактировали друг с другом в таком положении шины, в котором шина смонтирована на подходящем ободе колеса, заполнена воздухом с максимальным давлением и нагружена весом, который соответствует максимальной несущей способности шины, при этом указанные поперечные канавки выполнены так, что, по меньшей мере, одна поперечная канавка всегда полностью включена в поверхность протектора, контактирующую с землей, ширина поперечных канавок, по меньшей мере, локально не превышает 30% от ширины указанных круговых канавок, а каждая из поперечных канавок имеет протяженность, которая составляет не менее 40%, предпочтительно от 40% до 90%, от длины прохождения указанных круговых канавок по поверхности контакта с землей, при этом, по меньшей мере, два ряда контактных участков снабжены указанной поперечной канавкой, имеющей различную протяженность на соответствующем контактном участке с тем, чтобы обеспечить возможность изменения отношения длины каждой поперечной канавки на поверхности контакта с землей, к длине прохождения (по контактной поверхности) круговой канавки, с которой сообщается эта поперечная канавка. Исходя из вышеизложенного, имеющиеся здесь, кроме того, узкие канавки или щелевидные дренажные канавки такой малой ширины, при которой боковые поверхности канавок полностью контактируют друг с другом на поверхности контакта протектора с землей, не образуют круговую канавку или поперечную канавку, соответствующую сути заявленного изобретения.

Термин “поперечная канавка” в пределах понимания настоящего изобретения относится к канавке, которая проходит в виде ответвления, безотносительно к величине угла ее пересечения с экваториальной плоскостью сечения шины или к наличию на ней изгиба или ответвления. Кроме того, термин “протяженность” поперечной канавки относится к максимальной длине, измеренной вдоль центральной линии канавки, при этом указанный термин применим также и к пневматической шине вышеупомянутого первого аспекта изобретения. Термины “подходящий обод”, “максимальное давление воздуха” и “максимальная несущая способность” используются для этого аспекта в тех же смысловых значениях, что и выше.

В описанной пневматической шине предпочтительно выполнить поперечную канавку, которая сообщается с круговой канавкой, имеющей максимальный объем. Кроме того, предпочтительно выполнение протектора с таким рисунком, который ассиметричен относительно экватора шины, а поперечную канавку так, чтобы она сообщалась с круговой канавкой, проходящей с внутренней стороны относительно транспортного средства, когда шина установлена на этом транспортном средстве.

В соответствии с изобретением, раскрытым в вышеупомянутом патентном документе WO 2004/103737, схематично иллюстрируемом на фиг.1, эффект ослабления звукового давления достигается за счет порождения интерференции резонансного шума, генерируемого воздушными столбиками круговых канавок, с резонансным шумом генерируемым воздушными столбиками поперечных канавок в качестве антирезонансных колебаний. В том случае, когда поперечная канавка сформована в виде тупиковой канавки, один конец которой сообщается с круговой канавкой, а другой конец заканчивается на контактной площадке протектора, поперечная канавка генерирует резонансный шум воздушного столбика с помощью тупикового конца поперечной канавки в качестве узловой точки вибрации и конца, открытого в круговую канавку, как места нахождения пучности, в результате чего скорость газа становится максимальной на конце, сообщающимся с круговой канавкой.

Пневматическая шина, соответствующая первому аспекту настоящего изобретения, использует такую кинематическую скорость газа для усиления эффекта интерференции, создаваемого с помощью поперечных канавок, за счет повышения скорости газа исходя из того, что скорость газа является одним из факторов, преобладающих над эффектом интерференции резонансов воздушных столбиков поперечных канавок и круговых канавок.

Обычно при течении в канале перепад давления текучей среды повышается в той части канала, в которой площадь поперечного сечения уменьшается, а скорость потока текучей среды увеличивается. Подобным же образом это применимо к резонансу газа, инициированному в поперечной канавке, которая сообщается с круговой канавкой. Поэтому, как иллюстративно показано на фиг.2(а), за счет преднамеренного уменьшения площади поперечного сечения поперечной канавки вблизи ее конца, сообщающегося с круговой канавкой, относительно площади поперечного сечения в тупиковом конце поперечной канавки можно значительно повысить скорость газа на ее конце, сообщающемся с круговой канавкой. Это приводит к тому, что эффект интерференции за счет наличия поперечных канавок может быть значительно увеличен, по сравнению со случаем, в котором площадь поперечного сечения постоянная, как иллюстративно показано на фиг.2(b).

Таким образом, с помощью пневматической шины, соответствующей первому аспекту изобретения, в которой точка с минимальной площадью поперечного сечения на участке с увеличивающейся площадью поперечного сечения расположена ближе к круговой канавке, чем точка с максимальной площадью поперечного сечения, можно в достаточной степени сохранить требуемые характеристики шин такие, как устойчивость при поворотах на сухой дорожной поверхности и мокрой дорожной поверхности, износостойкость и т.п., и в то же время снизить уровень шума, обусловленного резонансом воздушных столбиков круговых канавок.

В результате, даже если в поперечной канавке имеется участок с уменьшающейся площадью поперечного сечения и скорость газа на участке с уменьшающейся площадью поперечного сечения один раз увеличивается, после этого скорость газа вновь снижается, по мере того, как газ затем вытекает из канавки. Поэтому для обеспечения эффективного проявления поперечными канавками желательного эффекта интерференции за счет выполнения участка канавки с уменьшающейся площадью поперечного сечения, предпочтительно, чтобы этот участок располагался близко к круговой канавке. На основе такой точки зрения изобретатели провели тщательные исследования, которые привели к новому представлению о том, что поперечные канавки способны эффективно создавать желательный эффект интерференции в том случае, если местонахождение точки с минимальной площадью поперечного сечения поперечной канавки, соответствующей пониманию этого термина в заявленном изобретении, таково, что она находится в пределах интервала 50% длины поперечной канавки, которая обычно составляет от 20 до 230 мм.

Кроме того, если круговая канавка выполнена с участком уменьшения площади поперечного сечения вблизи конца, сообщающегося с круговой канавкой, то для того, чтобы увеличить скорость течения газа в результате действия разности давления на участке с уменьшающимся сечением канавки, необходимо, чтобы участок с тупиковым концом поперечной канавки имел площадь поперечного сечения, которая в некоторой степени больше, чем площадь сечения участка с уменьшающейся площадью поперечного сечения. С другой стороны, если площадь поперечного сечения участка с тупиковым концом канавки не превышает заданной величины, то, несмотря на возможность реализации желательной скорости течения газа за счет выполнения площади поперечного сечения на участке с уменьшающейся площадью поперечного сечения крайне малой, объем потока газа может стать недостаточным, что в результате затрудняет значительное повышение эффекта интерференции, создаваемого с помощью поперечной канавки при резонансе в воздушных столбиках круговых канавок.

Таким образом, для реализации желательной скорости газа внутри поперечных канавок при отсутствии недостатка объема для потока предпочтительно, чтобы отношение (S1/S2) минимальной площади поперечного сечения к максимальной площади поперечного сечения находилось в пределах от не менее 0,1 до не более 0,75. Если это отношение составляет менее 0,1, то достаточная скорость течения все еще может быть получена благодаря большому перепаду давления на участке изменения площади поперечного сечения, хотя из-за наличия узкого канала полный расход газа становится недостаточным, что является не очень предпочтительным для достижения повышенного эффекта интерференции. С другой стороны, если это отношение превышает 0,75, то не может быть получена достаточная скорость течения газа из-за малой величины перепада давления на участке с изменяющейся площадью поперечного сечения, и, возможно, достигается лишь недостаточный эффект интерференции, который по существу сравним с эффектом достигаемым в поперечной канавке, соответствующей ближайшему аналогу изобретения, в которой площадь поперечного сечения не меняется.

Помимо этого, пневматическая шина в соответствии со вторым аспектом изобретения содержит поперечную канавку, сообщающуюся с двумя или более круговыми канавками, при этом все поперечные канавки имеют различную протяженность на соответствующих контактных участках, находящуюся в особенно эффективном интервале – в пределах 50% длины участков круговой канавки на поверхности контакта протектора с землей (обычно от 60 до 250 мм). Таким путем можно эффективно уменьшить звуковое давление резонансного шума воздушного столбика присущего круговым канавкам, и одновременно рассредоточить резонансные частоты воздушного столбика для соответствующих круговых канавок, в зависимости, главным образом, от длины соответствующих поперечных канавок. Таким образом после указанного рассредоточивания можно эффективно подавлять звуковое давление резонансного шума, не позволяя ему стать слишком большим и значительным по сравнению со звуковым давлением окружающих частот, и тем самым можно эффективно преобразовать генерируемый шиной шум в “белый шум”. Схематично это показано на фиг.3, которая иллюстрирует отпечаток поверхности протектора и на которой воображаемыми линиями показаны пиковые участки, заимствованные из частотного анализа, представленного на фиг.9, для случая, когда поперечные канавки отсутствуют.

Здесь поперечная канавка, сообщающаяся с двумя или более круговыми канавками, имеет различные относительные длины. Это сделано с целью обеспечения различной величины отношения длины прохождения поперечной канавки на поверхности контакта с землей к протяженности, на поверхности контакта с землей, круговых канавок, с которыми сообщается поперечная канавка, для каждой из поперечных канавок. Однако на практике длина круговых канавок на поверхности контакта с землей по существу постоянная, т.е. по существу заметно не изменяется. Следовательно, длина поперечной канавки может быть определена как некоторая абсолютная величина, которую можно легко определить и объективно установить.

С помощью такой пневматической шины, если поперечная канавка сообщается с круговой канавкой, имеющей максимальный объем канавки, можно обеспечить эффективное снижение резонансного шума воздушного столбика даже в том случае, когда не все круговые канавки могут быть снабжены соответствующими поперечными канавками, поскольку поперечные канавки обеспечивают желательный эффект в отношении круговых канавок большого объема, в которых уровень звукового давления резонансного шума воздушного столбика достигает максимальной величины.

Следует отметить, что в пневматической шине, установленной на транспортном средстве, имеющей некоторое количество круговых канавок на поверхности протектора, в которых резонансный шум воздушного столбика, генерируемый соответствующими круговыми канавками, имеет по существу постоянное звуковое давление и по существу постоянную резонансную частоту воздушных столбиков, резонансный шум воздушного столбика, генерируемый круговой канавкой, расположенной с внутренней стороны шины относительно транспортного средства и ближе к кабине, является более существенным для пассажиров в кабине по сравнению с резонансным шумом воздушного столбика, генерируемым круговой канавкой, расположенной на шине с внешней стороны от транспортного средства. Поэтому предпочтительно, чтобы шина имела ассиметричный рисунок протектора такой, чтобы уменьшить количество или объем круговых канавок в зоне, соответствующей внутренней (относительно транспортного средства) стороне шины, и тем самым исключить опасность создания воздушными столбиками сильного резонансного шума, В то же время для реализации эффектов, обеспечивающих эффективное уменьшение шума, предпочтительно, чтобы поперечные канавки сообщались с теми круговыми канавками, которые проходят по внутренней, относительно транспортного средства, стороне шины, с тем, чтобы эти поперечные канавки успешно выполняли функцию уменьшения резонансного шума, даже в том случае, если круговые канавки обязательно должны находиться на участке, расположенном с внутренней стороны от транспортного средства.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 – механизм снижения резонансного шума воздушного столбика с помощью круговых канавок, схематично;

фиг.2(а) и 2(b) – принцип увеличения скорости потока газа в поперечной канавке, схематично;

фиг.3 – механизм уменьшения шума в пневматической шине в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения;

фиг.4 – развернутый вид рисунка протектора пневматической шины согласно первому аспекту изобретения;

фиг.5 – отпечаток рисунка протектора, показанного на фиг.4;

фиг.6(а)-6(с) – увеличенные изображения, иллюстративно показывающие координату поперечной канавки с минимальной площадью поперечного сечения;

фиг.7 – развернутый вид рисунка протектора пневматической шины в соответствии со вторым аспектом изобретения;

фиг.8(а) и 8(b) – отпечаток шины согласно вариантам ее выполнения;

фиг.9 – схема, иллюстративно показывающая резонансные частоты воздушного столбика;

фиг.10 – пример рассредоточенных резонансных частот воздушного столбика.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение согласно первому аспекту обеспечивает пневматическую шину с рисунком протектора, развернутый вид которого представлен на фиг.4. Пневматическая шина имеет армированную внутреннюю структуру, которая подобна используемой в обычной радиальной шине. Поэтому иллюстрация этой структуры здесь не приводится. Ссылочной позицией 1 обозначена поверхность протектора, которая разделена на левую полубоковину и правую полубоковину, определяемые относительно экваториальной линии Е шины, показанной на фиг.4. Левая полубоковина, расположенная с внутренней стороны относительно транспортного средства, когда шина присоединена к транспортному средству, снабжена двумя круговыми канавками 2, 3, непрерывно проходящими в продольном окружном направлении. Правая полубоковина протектора снабжена зигзагообразной круговой канавкой 4, непрерывно проходящей в продольном окружном направлении, боковая стенка которой, расположенная со стороны экваториальной линии, имеет пилообразную форму. Кроме того, имеется большое количество поперечных канавок 7, 8, которые могут быть выполнены наклонными, и каждая из них имеет один конец, сообщающийся с соответствующей круговой канавкой 4 зигзагообразной формы или прямолинейной канавкой 2, расположенной сбоку от экваториальной линии шины, и другой конец, который заканчивается на контактном, с землей, участке 5, 6 между круговыми канавками 4 и 2, или между круговыми канавками 2 и 3. Поперечные канавки 7, 8 отделены друг от друга предварительно выбранным промежутком в окружном направлении. При этом поперечные канавки 7, 8 изолированы от других поперечных канавок, которые могут быть выполнены сообщающимися с другой круговой канавкой 3 или могут быть открытыми на торце протектора, контактирующем с землей.

Здесь поперечные канавки 7, 8 расположены также изолированно от других поперечных канавок, которые могут быть выполнены сообщающимися с другой круговой канавкой 3, помимо других поперечных канавок (не показаны), которые могут быть выполнены проходящими от соответствующих круговых канавок 4, 2.

Поперечные канавки 7, 8, каждая, проходят в целом в направлении влево вверх и по существу имеют форму буквы L, образованной узким участком 7а, 8а, проходящим под относительно большим углом относительно экваториальной линии Е шины и сообщающимся с соответствующей круговой канавкой 4, 2, и широким участком 7b, 8b, соединенным с узким участком 7а, 8а посредством изогнутого участка и проходящим под относительно небольшим углом относительно экваториальной линии Е шины.

Помимо этого, имеется большое количество прерывистых канавок 9, проходящих в окружном направлении, отделенных друг от друга заданным промежутком и расположенных со смещением относительно круговой канавки 3 в направлении кромки е1 поверхности протектора, т.е. находящихся на стороне торца протектора, контактирующего с землей. Как показано на фиг.4, нижний конец каждой из этих прерывистых канавок 9 сообщается с круговой канавкой 3 посредством щелевой дренажной канавки 10, которая проходит от прерывистой канавки в направлении вправо вниз. Имеется также круговая дренажная щелевая канавка 11, которая проходит в окружном направлении непрерывно и по прямой со смещением относительно зигзагообразной круговой канавки 4 в направлении другой кромки е2 поверхности протектора. Кроме того, имеется большое количество наклонных дренажных канавок 12, проходящих в направлении вправо вверх через кромку е2 поверхности протектора и круговую дренажную щелевую канавку 11 и сообщающихся с круговой канавкой 4. Помимо того, на поверхности выполнено множество дренажных канавок 13, направленных в другую сторону, проходящих от круговой щелевой дренажной канавки 11 вправо вниз и открытых на кромке е2 поверхности протектора.

Участок 5 контакта с поверхностью земли расположен между круговыми канавками 4, 2, и контактный участок 6 расположен между круговыми канавками 4, 2 соответственно, которые выполнены с наклонными щелевыми дренажными канавками 14, 15, проходящими в направлении вправо вверх и сообщающими концы поперечных канавок 7, 8 с соответствующими круговыми канавками 2, 3. Кроме того, между указанными двумя поперечными канавками 7, 7 или 8, 8 выполнены наклонные дренажные щелевые канавки 16, 17 соответственно.

Каждая из круговых канавок 4, 2 и поперечных канавок 7, 8 имеет ширину, которая выбрана такой, чтобы противоположные стенки канавки не контактировали друг с другом по всей ее глубине, когда шина находится в таком состоянии, в котором она установлена на подходящем ободе колеса, заполнена воздухом при максимальном давлении и нагружена весом, который соответствует максимальной несущей способности шины, что иллюстрируется на фиг.5 отпечатком шины, полученным при таких условиях. Поперечные канавки 7, 8 выполнены так, что, по меньшей мере, одна поперечная канавка всегда включена полностью в поверхность протектора, контактирующую с землей. Каждая поперечная канавка 7, 8 имеет, по меньшей мере, локально ширину канавки, которая составляет не менее 30% от ширины круговой канавки 4, 2, измеренной в направлении, перпендикулярном ее центральной линии. Кроме того, каждая поперечная канавка 7, 8 имеет протяженность l₁, l₂, которая составляет не менее 40% от длины L₁, L₂ прохождения круговых канавок 4, 2 на поверхности контакта с землей.

Здесь ширина круговой канавки 2, измеренная на поверхности контакта с землей, по меньшей мере, локально может находиться, например, в интервале от 4 до 20 мм, а указанная длина L₁ прохождения этой канавки может находиться, к примеру, в интервале от 60 до 250 мм. Средняя ширина круговой канавки 4 на той же контактной поверхности может составлять, например, от 4 до 20 мм, а длина L₂ прохождения этой канавки может составлять, например, от 60 до 250 мм. Кроме того, протяженности l₁, l₂ поперечных канавок могут находиться в интервале от 20 до 230 мм.

Каждая поперечная канавка 7, 8 иллюстрируемой шины, помимо этого, имеет участок с возрастающей площадью поперечного сечения, проходящий со стороны ее конца, сообщающегося с круговой канавкой, в направлении к глухому концу. Указанный участок с возрастающей площадью поперечного сечения включает начальный конец с минимальной площадью поперечного сечения, а именно, конец в точке А, где эта площадь поперечного сечения измерена в плоскости, пересекающейся под прямым углом с центральной линией С канавки, как это показано на фиг.6(а) в увеличенном масштабе в отношении одной из поперечных канавок, показанных на фиг.4. Точка А, соответствующая минимальной площади поперечного сечения канавки, расположена ближе к круговой канавке 4, с которой сообщается поперечная канавка 7, чем точка В, находящаяся на глухом конце участка с увеличивающимся поперечным сечением, в которой площадь поперечного сечения является максимальной. Поэтому в шине, соответствующей изобретению, даже в том случае, если поперечная канавка 7, 8 имеет промежуточный участок с максимальной площадью поперечного сечения, и канавка заканчивается на участке 5, 6 контакта с землей сужающейся формой, как иллюстративно показано на фиг.6(b), точка А с минимальным поперечным сечением всегда расположена ближе к круговой канавке 2, 4, чем точка В с максимальным сечением.

В шине, выполненной вышеуказанным образом, как иллюстративно показано на фиг.6(с), предпочтительно, чтобы точка А с минимальной площадью поперечного сечения поперечной канавки 7, 8 была расположена от конца, сообщающегося с круговой канавкой 4, 2, как это предусмотрено, на расстоянии в пределах 50% длины поперечной канавки 7, 8. Кроме того, предпочтительно, чтобы отношение S1/S2 минимальной площади S1 поперечного сечения к максимальной площади S2 поперечного сечения поперечной канавки 7, 8, находилось в пределах интервала не менее 0,1 и не более 0,75.

(Испытание 1)

Было проведено испытание со сравнением различных шин, имеющих рисунок протектора, сформированный, как показано на фиг.8(а), четырьмя круговыми канавками, проходящими непрерывно в окружном направлении, и по существу L-образными поперечными канавками, выполненными для каждой круговой канавки так, что одни их концы сообщаются с соответствующей круговой канавкой, а другие концы заканчиваются на соответствующем участке контакта с землей. Круговые канавки А, В, С, D имеют на поверхности контакта с землей длины 140 мм, 150 мм, 150 мм и 140 мм соответственно. Поперечные канавки, каждая, имеют ширину 4 мм и постоянную длину (75 мм). В точке с минимальной площадью сечения площадь сечения поперечной канавки изменяется в пределах от 16 до 22 мм² и установлена равной 28 мм² для точки с максимальным поперечным сечением. Для этих шин были проведены испытания во вращающемся барабане с тем, чтобы выявить эффект снижения звукового давления при резонансном шуме воздушного столбика (с частотой приблизительно 900 Гц) на основе стандарта JASO С606, при скорости 60 км/ч. Результаты испытания представлены в таблице 1 ниже.

В данном случае выбранной для сравнения шиной, указанной в таблице 1, является шина, показанная на фиг.8(а), имеющая поперечные канавки с площадью сечения, постоянной по всей длине и равной 28 мм². Кроме того, эта контрольная шина, как образец уровня звукового давления, не имеет каких-либо поперечных канавок. Здесь каждая из испытанных шин имеет обозначение 225/55/R17, соответствующий стандарту подходящий обод – 7J×17, давление воздуха в камере шины – 210 кПа и нагрузка – 4,95 кН.

Обозначения

S1 – минимальная площадь сечения поперечной канавки,

S2 – максимальная площадь сечения поперечной канавки,

Координата S1 (%) – отношение длины поперечной канавки между открытым концом и точкой расположения S1, к общей длине канавки,

Координата S2 (%) – отношение длины поперечной канавки между открытым концом и точкой расположения S2, к общей длине канавки.

Из вышеприведенной таблицы 1 можно сделать вывод о том, что резонансный шум воздушного столбика в круговых канавках может быть эффективно уменьшен за счет обеспечения поперечных канавок, а выбранные в качестве образцов для испытания шины обеспечивают заметное снижение резонансного шума воздушного столбика за счет расположения координаты минимальной площади поперечного сечения в точке, близкой к круговым канавкам, и за счет обеспечения небольшой величины площади сечения поперечных канавок.

Настоящее изобретение согласно его второму аспекту обеспечивает пневматическую шину, имеющую рисунок покрышки, развернутый вид которой представлен на фиг.7. Эта пневматическая шина имеет армированную внутреннюю структуру, которая подобна структуре обычной радиальной шины, и поэтому иллюстрация этой структуры здесь не представлена.

Ссылочной позицией 21 обозначена поверхность протектора, которая по отношению к экваториальной линии Е разделена на левую полубоковину и правую полубоковину, как показано на фиг.7. Правая полубоковина, которая располагается с внешней стороны от транспортного средства, когда шина установлена на этом транспортном средстве, снабжена двумя круговыми канавками 22, 23, проходящими непрерывно по прямой в окружном направлении и имеющими ширину, например, в интервале от 4 до 40 мм. Круговые канавки расположены друг от друга на предварительно выбранном расстоянии. Левая полубоковина, которая располагается с внутренней стороны от транспортного средства, снабжена двумя круговыми канавками 24, 25, непрерывно проходящими по прямой в окружном направлении и имеющими ширину канавки, например, в интервале от 4 до 20 мм. Круговые канавки 22, 23 имеют два одинаковых объема канавок, а круговые канавки 24, 25 имеют постоянный объем канавки, который меньше, чем объем круговых канавок 22, 23.

Три ряда участков 26, 27, 28 контакта протектора с землей ограничены снаружи круговыми канавками 22-25. Эти контактные участки 26, 27, 28 каждый снабжены большим количеством поперечных канавок 29, 30, 31, один конец которых сообщается с соответствующей круговой канавкой из канавок 22, 23, 24, которые расположены с внешней стороны относительно транспортного средства, когда шина присоединена к транспортному средству. Другие концы этих поперечных канавок заканчиваются на соответствующем участке 26, 27, 28 контакта с землей.

Здесь каждая поперечная канавка 29 проходит на контактном участке 26 в направлении влево вверх и имеет один конец, сообщающийся с самой внешней круговой канавкой 22, а другой конец заканчивается на контактном участке 26, имея здесь форму ловильного крюка. Каждая поперечная канавка 30 располагается на контактном участке 27, имеет один конец, сообщающийся с круговой канавкой 23, примыкающей к внешней стороне шины относительно экваториальной линии Е, и содержит а) основную часть 30а, проходящую от круговой канавки 23 в направлении влево вверх, б) согнутую часть 30b, которая согнута в средней зоне контактного участка 27 и проходит от места сгиба параллельно экваториальной линии Е шины, т.е. вниз на фиг.7, и в) ответвление 30с, которое в промежуточной точке ответвляется от согнутой части в и проходит в направлении круговой канавки 23 параллельно основной части 30а, не сообщаясь с указанной круговой канавкой. Каждая поперечная канавка 31 расположена на контактном участке 28, и один ее конец сообщается с круговой канавкой 24, находящейся со стороны экваториальной линии Е, при этом указанная поперечная канавка включает основную часть 31а, проходящую от круговой канавки 24 в направлении влево вверх, и согнутую часть 31b, которая согнута в средней зоне контактного участка 28 и проходит за местом сгиба параллельно экваториальной линии Е, т.е. сверху вниз на фиг.7.

Таким образом, эти поперечные канавки 29, 30, 31 сформованы отдельно от других круговых канавок, других поперечных канавок, которые могут быть выполнены сообщающимися с другими круговыми канавками, и других поперечных канавок могут заканчиваться на участках поверхности протектора, контактирующих с землей, не считая соответствующих круговых канавок.

Каждая из круговых канавок 22-25 и поперечных канавок 29, 30, 31 имеет ширину, которая определяется таким образом, чтобы противолежащие стенки канавки не контактировали друг с другом по всей ее глубине, когда шина находится в таком состоянии, при котором она смонтирована на стандартном подходящем ободе, заполнена воздухом при максимальном давлении и нагружена весом, который соответствует максимальной несущей способности шины. Каждая из поперечных канавок 29, 30 (исключая поперечные канавки 31) имеет, по меньшей мере, локально ширину не менее 30% от ширины круговой канавки 22, 23 и протяженность, которая составляет не менее 40% (предпочтительно в интервале от 40 до 90%) длины прохождения круговых канавок 22, 23 по поверхности контакта с землей (как правило, находится в интервале от 60 до 250 мм). Поэтому на шине, показанной на фиг.7, только поперечные канавки 29, 30 представляют собой поперечные канавки, соответствующие настоящему изобретению.

Протяженность поперечных канавок 29, 30, выполненных в двух рядах участков 26, 27 контакта с землей (исключая участок 28), изменяется в интервале от 40 до 90% длины соответствующих поперечных канавок 22, 23. Как результат, отношение протяженности поперечных канавок 29, 30 на поверхности контакта с землей к длине прохождения круговых канавок 22, 23 на поверхности контакта с землей, с которыми сообщаются эти поперечные канавки, предпочтительно изменяется.

Кроме того, на иллюстрируемой шине поперечные канавки 29, 30 сообщаются с соответствующими круговыми канавками 22, 23, имеющими максимальный объем, а рисунок протектора выполнен ассиметричным по отношению к экваториальной линии Е шины.

В иллюстрируемой шине поперечные канавки 29, 30 сообщаются с соответствующими круговыми канавками, которые расположены на внешней стороне шины относительно транспортного средства, когда шина установлена на этом транспортном средстве. Однако, поперечные канавки 29, 30 могут сообщаться с соответствующими круговыми канавками, которые расположены на внутренней стороне относительно транспортного средства. В этом примере указанные поперечные канавки могут служить для более эффективного уменьшения шума в кабине транспортного средства.

В пневматической шине, выполненной такой, как описана выше, протяженность поперечных канавок 29, 30 выполнена различной для каждого из участков 27, 27 так, чтобы обеспечить, как объяснялось выше, эффективное снижение звукового давления, изначально созданного благодаря наличию круговых канавок, и рассредоточивание резонансной частоты в широком диапазоне, с тем, чтобы эффективно преобразовать резонансный шум воздушного столбика в “белый” шум.

На фиг.7 позицией 32 обозначены наклонные щелевые дренажные канавки, сформованные на участке 26 контакта с землей, проходящие влево вверх и сообщающиеся с круговой канавкой 22, имея криволинейный профиль, в котором выпуклая сторона обращена вниз. Кроме того, позицией 33 обозначены наклонные щелевые дренажные канавки, сформованные на участке 27 контакта с землей, проходящие влево вверх и сообщающиеся с круговой канавкой 24, имея криволинейный профиль, в котором выпуклая сторона обращена вверх.

(Испытание 2)

Различные шины размером 215/60&16 были установлены на стандартных подходящих ободах 7J×16, заполнены воздухом под давлением 220 кПа, присоединены вместе с ободом к пассажирскому легковому автомобилю, изготовленному в Японии, и подвергнуты испытанию в эксплуатационных условиях пробега с движением в различных направлениях с нагрузкой двумя пассажирами. Резкость генерируемого резонансного шума в воздушных столбиках была вычислена с помощью десятибалльной шкалы по ощущениям, отмеченным в испытании водителем. Результаты такого вычисления представлены ниже в таблице 2.

Следует отметить, что обычная шина, указанная в таблице 2, имеет четыре круговых канавки по существу с одинаковой длиной контакта с землей, что подтверждает отпечаток протектора, показанный на фиг.8(а). Сравнительные шины и опытные, соответствующие изобретению, шины имеют, каждая, базовый отпечаток протектора такой, как показан на фиг.8(b), на котором круговые канавки обычной шины дополнительно снабжены поперечными канавками с изгибом наподобие крюка, и на котором длина поперечных канавок различна относительно длины круговой канавки, включая различие в 0%.

Здесь круговые канавки A, B, C, D имеют на поверхности контакта с землей ширину 8 мм, 8 мм, 10 мм и 10 мм и длину 140 мм, 150 мм, 150 мм, 140 мм соответственно.

Таблица 2
	Отношение длины поперечной канавки к длине круговой канавки (%)	Вычисление
Положение круговой канавки	А (Внутренняя сторона)	В	С	D (Внешняя сторона)
Индекс физического объема круговой канавки	100	100	150	150
Известная шина	0	0	0	0	5,0
Сравнительная шина 2	50	50	50	50	6,5
Сравнительная шина 3	0	50	50	0	6,5
Образец 10 шины	0	40	50	20	7,0
Образец 11 шины	0	40	50	70	7,5
Образец 12 шины	50	40	0	50	7,0
Образец 13 шины	50	0	40	50	7,25
Образец 14 шины	40	0	70	0	7,25
Образец 15 шины	0	40	0	70	7,0

Как видно, образцы 10, 11 шин из таблицы 2 способны реализовать исключительно хороший эффект снижения резонансного шума за счет выбора длины поперечной канавки по отношению к длине круговой канавки на поверхности контакта, и такой эффект снижения шума более успешно достигается, если длина поперечной канавки находится в интервале от 40 до 70%.

Формула изобретения

1. Пневматическая шина, содержащая поверхность протектора с, по меньшей мере, двумя круговыми канавками, проходящими непрерывно в окружном направлении, при этом, по меньшей мере, одна круговая канавка снабжена множеством поперечных канавок, каждая из которых имеет один конец, сообщающийся с круговой канавкой, и другой конец, заканчивающийся на участке контакта с поверхностью земли, отдельно от других круговых канавок, а другие поперечные канавки сообщаются с другими круговыми канавками или с поверхностью протектора, контактирующей с землей, при этом круговые канавки и поперечные канавки имеют соответствующую ширину, предварительно выбранную таким образом, чтобы противоположные стенки канавок не контактировали друг с другом при таком состоянии шины, когда она смонтирована на подходящем для нее ободе, заполнена воздухом при максимальном давлении и нагружена весом, который соответствует максимальной несущей способности шины, причем поперечные канавки выполнены так, что, по меньшей мере, одна поперечная канавка всегда полностью включена в поверхность контакта протектора с землей, причем ширина поперечных канавок составляет, по меньшей мере, локально не менее 30% от ширины круговых канавок, и каждая поперечная канавка имеет протяженность, которая составляет не менее 40% от протяженности круговых канавок на поверхности контакта с землей, при этом поперечные канавки имеют каждая участок с площадью поперечного сечения, которая увеличивается со стороны их конца, сообщающегося с круговой канавкой, в направлении стороны глухого конца, причем указанный участок с увеличивающейся площадью поперечного сечения имеет начальный конец с минимальной площадью поперечного сечения, которая находится ближе к круговой канавке, с которой сообщается поперечная канавка, чем глухой конец с максимальной площадью поперечного сечения.

2. Шина по п.1, в которой минимальная площадь поперечного сечения начального конца находится в пределах интервала не более 50% длины поперечной канавки от конца поперечной канавки, сообщающегося с круговой канавкой.

3. Шина по п.1 или 2, в которой поперечная канавка характеризуется отношением (S1/S2) минимальной площади (S1) поперечного сечения к максимальной площади (S2) поперечного сечения, причем указанное отношение составляет не менее 0,1 и не более 0,75.

4. Шина, содержащая поверхность протектора с, по меньшей мере, двумя круговыми канавками, проходящими непрерывно в окружном направлении, при этом, по меньшей мере, одна круговая канавка снабжена множеством поперечных канавок, каждая из которых имеет один конец, сообщающийся с круговой канавкой, и другой конец, заканчивающийся на участке контакта с поверхностью земли, отдельно от других круговых канавок, а другие поперечные канавки сообщаются с другими круговыми канавками или с поверхностью протектора, контактирующей с землей, при этом круговые канавки и поперечные канавки имеют соответствующую ширину, предварительно выбранную таким образом, чтобы противоположные стенки канавок не контактировали друг с другом при таком состоянии шины, когда она смонтирована на подходящем для нее ободе, заполнена воздухом при максимальном давлении и нагружена весом, который соответствует максимальной несущей способности шины, причем поперечные канавки выполнены так, что, по меньшей мере, одна поперечная канавка всегда полностью включена в поверхность контакта протектора с землей, причем ширина поперечных канавок составляет, по меньшей мере, локально, не менее 30% от ширины круговых канавок, и каждая поперечная канавка имеет протяженность, которая составляет не менее 40% от протяженности указанных круговых канавок на указанной поверхности контакта с землей, при этом, по меньшей мере, два ряда участков контакта с поверхностью земли обеспечиваются поперечной канавкой, причем поперечная канавка в соответствующих различных участках контактной поверхности имеет различную протяженность.

5. Шина по п.4, содержащая поперечную канавку, которая сообщается с круговой канавкой, имеющей максимальный объем.

6. Шина по п.4, которая имеет рисунок протектора, асимметричный по отношению к экватору шины, а поперечная канавка выполнена сообщающейся с круговой канавкой, которая при установке шины на транспортном средстве проходит по внутренней стороне относительно транспортного средства.

РИСУНКИ