专利名称：：充气轮胎及设计其胎面花纹的方法
技术领域：
：本发明涉及一种能够有效降低轮胎噪声、特别是在大约800-1400Hz的频率下的柱状共振(columnarresonance)并且基本上不降低轮胎湿地性能的充气轮胎以及设计该轮胎胎面花紋的方法。
背景技术：
：随着最近车辆噪声进一步的改进，轮胎噪声在车辆噪声中所占比例变得相对较高，这种轮胎噪声的降低成为一个重要课题。尤其是在大约1000Hz的易于被人耳听到的轮胎噪声成为车外噪声的一个主要因素，并且从环境问题角度看也需要对该噪声的及时防止措施。通常，已知大约800-1400Hz的轮胎噪声由在气柱中出现的共振导致的柱状共振而产生，该气柱由轮胎的纵向花紋沟和在轮胎接地面的3各面之间限定。为了控制该柱状共振，已知减少纵向花紋沟中的花紋沟容积是有效的。然而，纵向花紋沟中花紋沟容积的减少必然导致轮胎排水性能和湿地性能的降低。为了在不降低湿地性能的条件下降低轮胎噪声，例如JP-A-6-143932提出了一种充气轮胎，其中，一具有25-70mm花紋沟宽度的宽度较宽的纵向花紋沟形成于胎面的中央区域，每一横向花紋沟均向着胎面接地端开口但并不向宽度较宽的纵向花紋沟开口，横向花紋沟具有相当于5-15%的宽度较宽的纵向花紋沟的宽度，所述横向花紋沟形成于宽度较宽的纵向花紋沟的两个侧部处。但是，在该提出的轮胎中，由于宽度较宽的纵向花紋沟的存在而必然出现胎面接地面的大大减少，并且沿胎面宽度方向^^地压力的大幅度差异是不可避免的，因而该轮胎存在一个问题，即，在干燥的路面上同时具有操纵稳定性和受限抓地性能(limitgrippingproperty)变得尤其困难。本发明将解决这种传统技术问题并提供一种充气轮胎以及设计该轮胎胎面花紋的方法，在干燥路面上充分建立操纵稳定性和受限抓地性能，并且在能有效地控制湿地性能的降低的同时，该充气轮胎大大降低了轮胎柱状共振。
发明内容本发明为一充气轮胎，其包括一胎面，其中，至少有两条沿轮胎圆周方向连续延伸的纵向花紋沟设置于i^面(treadingface)中，并且多条横向花紋沟与不同于该预先确定的纵向花紋沟和向着胎面才秦地端开口的其他横向花纹沟的另一个或多个纵向花紋沟独立地形成，每一所述多条横向花紋沟的一端向至少一个预定的纵向花紋沟开口，而另一端终止于着地部分，每一预定纵向花紋沟和横向花纟丈沟均具有这样的花紋沟宽度，即，当该轮胎被安装于认可的轮辋上并被充7v最大气压和承受与最大承载能力相应的质量的情况下，在该轮胎姿态中的每一花紋沟壁不相互接触，并且至少一个^f黄向花紋沟始终纟皮完全包括在胎面的接地面中，每一冲黄向花紋沟在接地面中的部分的延伸长度不小于预定纵向花紋沟在接地面中的延伸长度的40°/。，每一横向花紋沟在接地面中的部分具有一对应于不小于预定纵向花紋沟宽度的30%的横向花紋沟宽度。这里使用的术语"认可的轮辋"为由下述标准限定的轮辋，这里使用的术语"最大气压"为与由下迷嗜准限定的最大承载能力相应的气压，这里使用的术语"最大承载能力"为在下述标准中允许施加于轮胎的最大质量。所述标准由分别在制造或使用该轮胎的区域中可获知的有效的工业标准确定。例如，这里提到的美国"轮胎和轮辋协会出版年鉴"，4欧洲的"欧洲轮胎和4仑辋技术组织出版的标准手册"，日本的"日本车辆轮胎制造协会出版的日本车辆轮胎制造协会年鉴"。并且，这里使用的术语"轮胎踏面"为当轮胎被安装于认可的轮辋上并充以最大气压及承受与最大承载能力相应的质量的情况下垂直置于一平板上时，胎面胶与该平板接触的表面区域。柱状共振是如此产生的，即，基于行驶过程中轮胎的每一部分的振动、通过使在胎面4妻地面中纵向花紋沟与路面之间限定的空气柱振荡，从而导致以波长2倍于空气柱长度的共振。在该情形中，当声速为L,柱状共振的频率fD表示为fO=v/2L。此外，这种柱状共振导致在具有下迷胎面花紋中的轮胎仅有一预定频率的柱状共振发生，在该轮胎的胎面花紋中，沿胎面圆周方向连续延伸的多条纵向花紋沟通过一延伸成与纵向花紋沟相交的横向花纟丈沟相互连通。此外，纵向花紋沟的宽度、深度和数量大大影响了共振的声压水平而非共振频率。通过横向花紋沟对纵向花紋沟共振现象影响的研究结果，显然可知当4黄向花紋沟终止于着地部分的中间时，由f^(2n-l)xy/41表示的处于频率f的声音净皮吸收，其中1为在轮胎接地面中的横向花紋沟长度，v为声速，n为振动级数(n-l，3，5…)。因此，当4吏这种声音吸收频率4妄近大约800-1400Hz的频率(纵向花紋沟柱状共振频率)时，就有可能降低共振噪声。另外，变得很清楚的是，横向花紋沟的宽度、深度和数量在很大程度上影响声音吸收能力而不是声音吸收频率。由于该柱状共振频率在大约800-1400Hz的范围内随着3#面的接地长度而变化，为了使声音吸收频率达到柱状共振频率，这就需要使不低于40%，最好为不低于40%但不高于90%。当该比值低于40%时，声音吸收频率大大不同于柱状共振频率的5范围，因此难以期望共振噪声的有效降低。此外，为了在横向花紋沟内充分地形成这种声音吸收功能，这就需要横向花紋沟的花紋沟壁在接地面中不互相接触，并且向预定纵向花紋沟开口的一条或多条横向花紋沟始终被完全包括在接地面中。在这种情形中，横向花紋沟的延伸长度被限制成具有对应于不小于纵向花紋沟的花紋沟宽度的30%的横向花紋沟的该部分的长度，其原因在于，当花紋沟宽度小于上述值时，由于与路面接触的横向花纟丈沟的花紋沟宽度较窄并且花紋沟容积较小，所以不能充分获得声音吸收效果。此外，其一端向预定纵向花紋沟开口而另一端终止于着地部分的横向花紋沟被形成为不与任何其它的向着其它纵向花紋沟开口的横向花紋沟及向着胎面接地端开口的其它横向花紋沟相交，以控制在预定纵向花紋沟中的共振频率，由此在负载条件下轮胎的运行过程中在多条纵向花紋沟中的共振频率被有效地分散，结果，噪声的峰值水平降低，相对于产生仅有一个特定频率的柱状共振噪声的情况，向白噪声的转化被大大提高。另一方面，根据本发明，在多条纵向花紋沟及类似花紋沟中的花纟丈沟容积的增加和减少对通用轮胎不起作用，从而可在不较大改变现有胎面花紋基本状况的条件下，在充分建立在干燥路面上具有转向稳定性和受限抓地性的同时，实现优异的湿地性能。在这种轮胎中，关于目标预定纵向花紋沟的横向花紋沟的形成方式不〗义可布置在该纵向花紋沟的一侧，而且可以是在其两侧。无"i仑如何，可以在向纵向花紋沟开口的横向花紋沟中充分实现所需的功能。当将橫向花紋沟布置于纵向花紋沟的两侧时，如果所有的横向花紋沟尺寸相同，与将横向花紋沟形成在纵向花紋沟一侧的情况相比，通过在踏面上增加横向花紋沟的数量能够获得较大声音吸收效果。此外，与相同数量的横向花紋沟仅被形成在纵向花紋沟一侧的情况相比，能够控制由于横向花紋沟的数量增加导致的压缩和剪切刚度下降，由此能够防止操纵稳定性的恶化和类似情况。此外，当一端向横向花紋沟开口而另一端终止于着地部分的至少一条副花紋沟在与其它横向花紋沟独立地分开的同时形成到所述横向花紋沟时，湿地性能被很大地改善，并由于横向花紋沟和副花纹沟的空间容积与声音吸收效果成比例，故还能够很大地降低柱状共振噪声。在本发明的轮胎中，向横向花紋沟开放的两个或多个预定纵向花紋沟可以纟皮形成在，备面上。即使在该情况下，通过以其它的纟从向花紋沟分散共振频率，仍能实现与上述相同的功能和效果。此外，当设置多条胎肩横向花紋沟以使其在位于离轮胎赤道线接地端最远的成对的其它纵向花紋沟的每一个和胎面接地端的每一个之间延伸、并向它们开口时，与在以上预定的纵向花紋沟中的共振频率相比，在这些纵向花紋沟中的共振频率能够大大地加强，因此进一步改善共振频率的分散效果。在这种情况下，在接地面中胎肩横向花紋沟的花紋沟宽度优选为l-3mm。从而，横向花紋沟在路面上的冲击声几乎没有恶化，并且通过共振频率分散的效果能被最大限度地利用。当花紋沟宽度小于lmm时，由于对黄向花紋沟容积变小，通过胎肩横向花紋沟的共振频率分散效果变得极小，柱状共振噪声的降低几乎不能实现。而当花紋沟宽度大于lmm时，频率分散效果变得很大，^旦在路面上的冲击声和花紋沟壁的振动随着花紋沟宽度的增加而增大，噪声水平反过来由于不是共振导致的其它要素而恶化。根据本发明的设计充气轮胎胎面花紋的方法为设计下面这种充气轮胎的胎面花紋的方法，在该轮胎中，不少于两条沿轮胎圆周方向连续延伸的纵向花紋沟被设计于踏面中，每一条横向花紋沟其一端向至少一个预定纵向花紋沟开口且其另一湍终止于胎面着地部分，多条所迷横向花紋沟与其它纵向花紋沟而不是该预定的纵向花紋沟以及其它向着胎面的接地端开口的横向花紋沟独立地形成，每一预定纵向花紋沟和横向花紋沟具有这样的花紋沟宽度，即，在轮胎被安装于认可的轮辋上并被充入最大气压和承受对应于最大负载能力的质量的7情况下，使花紋沟壁不相互接触，其中，在最大承载能力作用下接地面中的横向花紋沟的长度l被选择为使由f=(2n-l)xv/41(v:声速，n:振动级数(n-l))表示的频率落入800-1400Hz的范围中。根据该方法，如前所述，通过在选择横向花紋沟长度的条件下，确定所需的花紋沟宽度、花紋沟深、花紋沟数，纵向花纹沟的柱状共振能够被有效降低。此外，限定为n=l是由于当n=3，5等时，必须加长冲黄向花紋沟长度至达到在有限的着地部分不能获得的程度。图1为示出了本发明一实施例的充气轮胎胎面花紋的展开图。图2是示出了图1中轮胎的印痕的视图。图3为示出了另一种胎面花紋的展开图。图4为示出了又一种胎面花纹的展开图。图5为示出了该又一种轮胎的印痕的视图。图6为示出了再一种胎面花紋的展开图。图7为示出了另一种胎面花紋的展开图。图8为示出了一种对比轮胎的胎面花纹的展开图。图9为示出了一噪声测量实施例的示意图。图10为示出了相对于横向花紋沟长度比变化的噪声水平变化状态的图表。图11为示出了另一种对比轮胎的印痕的视图。具体实施例方式将参照以下附图本发明的实施例说明。图1为示意性地示出了本发明实施例的充气轮胎的胎面花紋的展开图。.此外，该轮胎的内部加强结构或类似结构与通用子丰线轮胎中的相同，所以省略了其说明。在该图中附图标记l是踏面。在该踏面1布置了两对纵向花紋沟2、3,它们相对于轮胎赤道线C对称布置，并沿周向连续一直延伸。相对于在这些纵向花紋沟2、3中的位于接近轮胎赤道线C的一对中央侧纵向花纹沟2中设有多条横向花紋沟5,每一横向花紋沟在位于与赤道线C相对的一侧处的着地部分4中延伸，并且4黄向花纹沟的一端向纵向花紋沟2开口，另一端终止于着地部分4中，以便在该图中一直向下朝右延伸。每一横向花紋沟5相对其它横向花紋沟完全独立形成，其它横向花紋沟能够被设置成向其它纵向花紋沟3开口。并且，远离轮胎赤道线C布置的每一对胎肩侧纵向花紋沟3和每一胎面接地端E通过多条胎肩横向花紋沟6互相联通，一黄向花纹沟6在胎肩側纵向花紋沟3和接地端E间连续延伸，并向二者开口。此外，每一胎肩横向花紋沟6沿基本上垂直于纵向花紋沟3的方向一直延伸形成。在以上轮胎的胎面花紋中，在轮胎被安装于认可的轮辋上并被充入最大气压和承受对应于最大负载能力的质量的状态下，如图2所示轮胎印痕，纵向花紋沟2和横向花紋沟5的花紋沟宽度的尺寸为使接地面中的每一花紋沟的花紋沟壁不相互接触，并且纵向花紋沟和横向花紋沟具有如此的布置形式，即，使一条或多条横向花紋沟5始终完全包括在接地面中。另外，在接地面中，横向花紋沟5具有对应于不小于纵向花紋沟2的花紋沟宽度30。/。的横向花紋沟宽度，横向花紋沟5的一部分的延伸长度，即，在图2中所示的^f黄向花紋沟5的全长1在接地面中不小于纵向花紋沟2的延伸长度的40%。根据具有这种结构的轮胎，在形成上述多条纵向花紋沟和类似结构的条件下，在千燥路面上同时具有操纵稳定性和受限的抓地性能的同时能够确保优异的湿地性能，并且可使各纵向花紋沟2、3的柱状共振频率互不相同。例如，可以使纵向花紋沟2的共振频率相比于纵向花紋沟3的共振频率相当小，而柱状共振噪声的峰值水平能够被有效降低，并且向白噪声的转化被提高。图3是一展开图，示出了胎面花纹的另一实施例。在该实施例中，其一端向纵向花紋沟2开口的每一横向花紋沟7以基本上钩形延伸，并且其对应于横向花紋沟5的末端的另一端增加了基本上平行于纵向花紋沟2、3的弯曲部分，其余部分和图l中的相同。根据该实施例，与图1中的横向花紋沟5的总长相比，具有足够花紋沟宽度的每一横向花紋沟7的总长能够被加长，并且与图1中的轮胎相比，声音吸收频率能够接近柱状共振频率，从而使共振噪声能够更有效地被吸收，以有利于降低轮胎噪声的整个水平。此外，可使横向花紋沟7与纵向花紋沟2之间的夹角大于图1中的夹角，从而使着地部分的由这些花紋沟限定的角部的不均匀磨损的产生能够被有利地控制。在如图4所示的胎面花紋中，向纵向花紋沟2开口的一^黄向花紋沟8具有一基本上平行于纵向花紋沟2、3的弯曲部分，其延伸长度比图3中的要长，其一端向弯曲部分开口而另一端终止于着地部4的副花紋沟9如此设置，即，使其基本上平行于将^f黄向花紋沟8连接到纟从向花紋沟2的连才妻部分，而不与<壬<可花紋沟相交。才艮据该实施例，在前述^f黄向花乡丈沟8和副花紋沟9的共同作用下，能够实现湿地性能的进一步改进和柱状共振噪声的进一步降低。图5为示出了根据本发明的轮胎的另一种胎面轮胎花紋的印痕，其表示在前述条件下轮胎与地面接触的情形。在该情况中，相对于成对中央侧纵向花紋沟2,分别在一条纵向花纹沟的两侧延伸的横向花紋沟10、11如此布置，即，4吏其整体上成基本上V形，并且它们被布置在另一纵向花纹沟2处，以使其成基本上倒V形。成对纟黄向花紋沟10、11的每一个沿着圆周方向在基本上相同的位置处向纵向花紋沟2开口，而且，在该图中，相对于纵向花乡丈沟2位于中央侧的着地部分12中延伸的每一4黄向花紋沟10向下朝右形成，而与纵向花紋沟2相比位于胎肩侧的着地部分4中延伸的每一横向花紋沟11向上朝右形成。此外，每一横向花紋沟11具有一弯曲部分，该延伸部分靠近胎肩侧纵向花紋沟3延伸并基本上与其平行。10在该示出的实施例中，只有胎肩侧-f黄向花紋沟11满足在4妄地面中的大致整个长度上给定的花紋沟宽度条件并且还满足给定的长度条件。即使在这样的轮胎花紋中，能够使各纵向花紋沟2、3的共振频率充分地相互不同，来有效实现期望的噪声降低功能。图6是一展开图，示出了另一种轮胎花紋。在该情形中，两对纵向花紋沟2、3以之字形延伸，与图4中所示的相同的横向花紋沟8通过直接向中央侧纵向花紋沟2开口而形成，副花紋沟9通过间接向中央侧纵向花紋沟2开口而形成，胎肩横向花紋沟6基本上沿胎面横向延伸并向胎面接地端E开口，该横向花紋沟6通过向胎肩侧纵向花统沟3开口而形成。即使在该轮胎中，在前述横向花紋沟8和副花紋沟9的共同作用下，能够实现湿地性能的改进和柱状共振噪声的降低。图7是另一种轮胎花紋的展开图。在该情况中，两只于纵向花紋沟2、3净皮布置成沿圆周方向一直延伸。在这些纵向花紋沟2、3之间限定的着地部分4中形成直4矣向纵向花紋沟2开口的横向花紋沟8，并形成与图4和6中的例子相似的向纵向花纹沟2间接开口的副花紋沟。而直接或间接向胎肩侧纵向花紋沟3开口的坤黄向花紋沟13和副花紋沟14在对称于在着地部分4中的横向花紋沟8和其间的副花紋沟9。胎肩侧纵向花紋沟3通过刀槽花紋15与胎面接地端E连通，每一刀槽花紋基本上沿胎面宽度方向以如下宽度延伸，该宽度使花紋沟壁在才妻地面中相互接触。在该实施例中，由于刀槽花紋15的花紋沟壁在接地面中相互接触，横向花紋沟8和横向花紋沟13都能够独立于另一纵向花紋沟和另一能够向胎面接地端开口的横向花紋沟而存在，并能够与各副花紋沟9和14一起有效的吸收声音。即使在该胎面花乡丈中，在中央侧纵向花紋沟2、；镜向花紋沟8和副花紋沟9的组合与胎肩侧纵向花紋沟3、才黄向花紋沟13和副花紋沟14的组合之间各花紋沟接近胎面接地面的方式不同，并且在包括纵向花紋沟2、3的各花紋沟部分中的柱状共振频率也必然不同，从而使共振频率的所需分散有效实现。实施例实施例1将轮胎尺寸为195/65R15的示例轮胎安装到6J的轮辋上并且克以220KPa的气压、施加4.25KN的负荷，在该状况下，根据JASOC606标准以从40km/h到100km/h的速度范围内每10km/h来测量柱状共振噪声水平(1000HZ)和总的噪声水平，通过将车辆行驶入水深10mm的路面测量轮胎的车辆浮滑速度来评估抗浮滑性能。测量结果的平均值表示在表1中。在表1中，示例轮胎1具有如图所示的胎面花紋，示例轮胎2具有如图2所示的胎面花紋，并且示例4仑胎3具有如图4所示的胎面花纹。另一方面，对比轮胎1具有如图8所示的胎面花紋，其中，向胎面接地端开口的所有的横向花紋沟和胎肩横向花紋沟向着胎肩侧纵向花紋沟开口。在噪声测量过程中，如图9中侧视图所示，5个麦克风不仅根据JASOC606布置在测量位置，而且H置在从上述测量位置向前向后1m的范围内每50cm的位置处，噪声水平通过计算所测得波形的平均值来确定。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如表1所示，所有的示例轮胎在有效控制湿地性能降低的同时能够有效降低噪声，并且随着横向花紋沟长度的增加噪声降低效果也得到改善。例子2接着，采用在接地面中横向花紋沟长度与纵向花紋沟长度的比率，以与上述例1相同条件的相同方式来测量噪声总水平的变化和柱状共振的变化，来获得图10中图表的效果。如图10所示，当横向花紋沟长度之比大于40%,噪声水平急剧下降。例子3将轮胎尺寸为195/65R14的示例轮胎安装到6J的轮辋上并且充以200KPa的气压、施加4.9KN的负荷，在该状况下，以与例1相同方式在80km/h来测量柱状共振噪声水平(IOOOHZ)和总的噪声水平，在直线行驶中的抗浮滑性能也用与例1相同方式来评估。这些测量结果的平均值表示在表2中。在表2中，示例轮胎4具有图5中所示的轮胎印痕(1/L-0.4)，对比轮胎2具有如图11所示的轮胎印痕。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*指标值显示，其值越高，效果越好。如表2所示，在不降低湿地性能、尤其是问题中的浮滑性能的情况下，能够降低噪声水平。工业应用如从上述例子所见，根据本发明，由轮胎产生的噪声、尤其是柱状共振能够被有效降低，同时极为充分地确保轮胎的湿地性能。权利要求1.一种充气轮胎，沿轮胎圆周方向连续延伸的不少于两条纵向花纹沟被设置在胎面踏面中，对于至少一条预定纵向花纹沟而言，多条横向花纹沟的每一个其一端向着该至少一条预定纵向花纹沟开口，而另一端终止于着地部分中，上述多条横向花纹沟与向着不同于所述预定纵向花纹沟的其他纵向花纹沟开口的其他横向花纹沟和向着胎面接地端开口的其他横向花纹沟独立地形成，在将该充气轮胎安装于认可的轮辋上、被充入最大气压并承受与最大承载能力相对应的质量的轮胎状态下，每一所述纵向花纹沟和所述横向花纹沟具有花纹沟壁在接地面内不相互接触的花纹沟宽度，其中，如此选择在最大承载能力作用下所述横向花纹沟在接地面中的长度1，即，由f＝(2n-1)×v/41表示的频率落入800-1400Hz的范围中，其中v为声速，n为振动级数(n＝1)，该充气轮胎所具有的胎面花纹满足所述横向花纹沟在接地面中的长度1。2.—种设计充气轮胎胎面花紋的方法，在该轮胎中，沿轮胎圆周方向连续延伸的不少于两条纵向花紋沟被设置在胎面踏面中，对于至少一条预定纵向花紋沟而言，多条横向花紋沟的每一个其一端向着该至少一条预定纵向花紋沟开口，而另一端终止于着地部分中，上述多条横向花紋沟与向着不同于所述预定纵向花紋沟的其他纵向花紋沟开口的其他横向花紋沟和向着胎面4妻地端开口的其他横向花紋沟独立地形成，在轮胎被安装到认可的轮辋上、被充入最大气压并承受与最大承载能力相对应的质量的轮胎状态下，每一所述纵向花紋沟和所述横向花紋沟具有花紋沟壁在接地面内不相互接触的花紋沟宽度，其中，如此选择在最大承载能力作用下所述横向花紋沟在接地面中的长度l，即，由f二(2n-1)xv/41表示的频率落入800-1400Hz的范围中，其中v为声速，n为振动级数(n二l)。全文摘要一种允许降低其气柱共振噪声同时抑制湿地性能降低的充气轮胎，其中，在踏面上形成四条沿周向连续的周向花纹沟，相对于两条周向花纹沟形成多条横向花纹沟，横向花纹沟其一端向周向花纹沟开口，另一端终止于着地部分中。这些横向花纹沟和各纵向花纹沟被形成为具有这样的花纹沟宽度，即，花纹沟壁在接地面中不相互接触，横向花纹沟被设置成一条或多条横向花纹沟始终被完全包含在接地面中。并且，每一横向花纹沟部分的延伸长度为纵向花纹沟在接地面中的延伸长度的40％或更大，其中，横向花纹沟的花纹沟宽度为周向花纹沟在接地面中的横向宽度的30％或更多。文档编号B60C11/12GK101531123SQ20091013537公开日2009年9月16日申请日期2004年5月10日优先权日2003年5月21日发明者弓井庆太申请人:株式会社普利司通