用于轮胎的改进的主体帘布层形状的制作方法

本发明的主题大体上涉及用于包含宽底单轮胎的轮胎的一种主体帘布层或胎体的新颖的形状。

背景技术：

轮胎的主体帘布层，有时也称为胎体或胎体帘布层，从胎圈部分穿过两个对置的侧壁部分和轮胎的胎冠部分延伸。其构造中通常使用包含称为例如帘线的基本上不可延伸的材料的一层或多层。对于径向轮胎，这些帘线通常定向在从轮胎的赤道面测量大于大约80度的位置。在充气轮胎中，主体帘布层有助于限制充气压力并且确定充气后轮胎的整体形状。当轮胎充气到给定压力时，主体帘布层将在子午面中具有特定形状或轮廓，被称作平衡曲线(equilibrium curve)。

主体帘布层设计为所有轮胎尤其是为宽底单(wide-based single，WBS)轮胎造成难题，宽底单轮胎是这样的轮胎：它们具有相对较宽的胎冠部分，并且可以用来取代各具有相对较窄的胎冠部分的一对轮胎。所有轮胎，尤其是WBS轮胎，通常在轮胎中心与胎肩区域之间有硬度差异。这个差异可能相比于被单WBS轮胎取代的常规双轮胎中的任一个轮胎都尤其明显。硬度差异可能导致轮胎在充气时不均匀地增大，这包含沿着胎面所在的胎冠部分的增大差异。因此，当轮胎滚动时，轮胎胎肩的运动可能比中心更强烈，这样可能引起一些问题，例如胎面中的沟槽底部开裂，以及接地面形状对载荷变化的敏感性增大。

常规上，用于轮胎设计和构造的平衡曲线是基于传统的三层隔膜模型。令人遗憾的是，因为轮胎尤其是WBS轮胎的中心与胎肩区域之间有很大的硬度差异，所以这种传统模型可能会得到充气增大不均匀的轮胎。同样，这种不均匀的充气增大可能会在轮胎的胎肩中形成活动点，这个活动点可能会对胎肩沟槽的底部造成较大应力，并且相对于轮胎的中心减小胎肩区域的硬度。

先前实现均匀充气增大的尝试是集中于例如增加胎冠部分中的带束层组合件的结构性刚度，以便在机械上限制不希望的充气增大。令人遗憾的是，这种方法会增加轮胎成本以及轮胎质量。质量增加可能不利地影响例如滚动阻力之类的轮胎性能。

因此，采用提供更均匀充气增大的主体帘布层的轮胎将是有用的。可以具有中心与胎肩之间的更小硬度差异的此轮胎将是有益的。在比如例如WBS轮胎之类的轮胎中具有还能防止或阻止例如胎面中的沟槽底部开裂、减小载荷变化敏感性和/或提供其它益处的这些特征将是有用的。如果既能实现这些有利的益处，又不会增加质量或对滚动阻力或其它性能标准造成不良影响，则将尤其有益。一种形成或设计此轮胎的方法也将是有用的。

技术实现要素：

本发明提供一种在轮胎的胎冠区域中具有均匀充气增大的轮胎。更具体来说，轮胎具备主体帘布层，所述主体帘布层沿着轮胎的胎肩和上部侧壁区域从常规平衡曲线位移，其位移的方式沿着胎冠区域提供更均匀的充气增大，以便减少轮胎的中心与胎肩之间的硬度差异，降低载荷敏感性和/或减少开裂倾向——尤其是沿着胎肩中的胎面的沟槽底部的开裂倾向。可以在不增加轮胎的质量或对例如滚动阻力之类的某些其它性能因素造成不利影响的前提下提供这些改进。实情为，可以通过改变轮胎的主体帘布层的子午面中的几何形状(即形状或轮廓)来获得改进。本发明还提供一种用于设计或构造此轮胎的方法。本发明的另外目标和优点将部分在以下描述中进行阐述，或可以从所述描述中显而易见，或可以通过实践本发明来习得。

在本发明的一个示例性实施例中，提供一种轮胎。轮胎限定径向方向、轴向方向和轮胎中心线。所述轮胎包含：一对对置的胎圈部分；一对对置的侧壁部分，其与对置的胎圈部分连接；胎冠部分，其连接对置的侧壁部分；主体帘布层，其在胎圈部分之间并且通过侧壁和胎冠部分延伸，主体帘布层具有沿着子午面的曲线，其中s是沿着所述曲线从轮胎的中心线的mm单位的长度。

所述轮胎具有安置于胎冠部分中的至少两个带束帘布层。每个带束帘布层包含带束帘布层加强元件，其从一个带束帘布层到其它带束帘布层交叉。带束帘布层加强元件相对于轮胎的赤道面形成10°与45°之间的角度。对此轮胎，s_M用于指代至少两个带束帘布层中在子午面中的最宽带束帘布层的沿着轴向方向的最大曲线宽度的二分之一。轮胎还包含周向层，其包含周向加强元件并且沿着轴向方向具有小于带束帘布层中的每一个的轴向宽度的宽度。

轮胎还具有一或多个安置于胎冠部分中的带束帘布层，其中s_M是一或多个带束帘布层中的最宽带束沿着轴向方向的最大曲线宽度的二分之一。

当对于主体帘布层构造基础曲线时，主体帘布层沿着轮胎中心线的至少一侧以偏离D(s)位于基础曲线的径向内侧，其中沿着主体帘布层的曲线在点s_b+54mm处-7.5mm≤D(s)≤-3mm，并且其中s_b等于s_M-60mm。D(s)的负值指代对于这样的值主体帘布层位于基础曲线的径向内侧。

对此示例性实施例，当轮胎从大约0.5巴的压力充气到大约最大侧壁压力时，轮胎可具有小于或等于大约1.25mm的充气增大幅度A。示例性轮胎可具有大于或等于大约2000mm的胎冠半径。另外举例而言，这个示例性轮胎可具有大于或等于大约3000mm的胎冠半径。所述一或多个带束帘布层可以包含多个带束帘布层。当主体帘布层表示为子午面中的曲线C(s)并且L是主体帘布层一半长度时，L可以在大约60mm到大约222mm的范围内。所述至少一个带束帘布层可在子午面中具有例如大约102mm到大约222mm的范围内的带束宽度。对此示例性轮胎，当对于主体帘布层构造基础曲线时，主体帘布层可以沿着轮胎中心线的两侧以偏离D(s)位于基础曲线的径向内侧，其中沿着主体帘布层的轮廓在点s_b+54mm处-7.5mm≤D(s)≤-3mm，其中s_b等于s_M-60mm。这个示例性轮胎可具有在50或55的范围内的高宽比。这个示例性轮胎可具有在445mm到455mm的范围内的截面宽度。基础曲线可以在0.5巴的参考压力下构造。

参考以下描述以及所附权利要求书，本发明的这些以及其它特征、方面以及优点将得到更好的理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与所述描述一起用以说明本发明的原理。

附图说明

本说明书中阐述本发明的针对所属领域的一般技术人员的完整且启发性揭示内容(包含其最佳模式)，说明书参考附图，在所述附图中：

图1示出本发明的轮胎的示例性实施例的横截面图。横截面是沿着轮胎的子午面截取的，并且未必是按比例绘制的。

图2示出本发明的示例性主体帘布层和常规主体帘布层的横截面图。仅仅示出了表示每个主体帘布层的曲线的二分之一——即沿着轮胎中心线的一侧的曲线部分。

图3是用于在本文中定义某些术语的主体帘布层或曲线的二分之一的横截面图。

图4是用于描述主体帘布层的充气增大的两条曲线的横截面图。

图5是示出当充气到参考压力与标称压力之间时主体帘布层的形状变化的横截面图。

图6是常规主体帘布层相对于本发明的示例性主体帘布层的充气增大的曲线图。

图7是参考曲线和示例性轮胎的最长(即沿着轴向方向最宽)的带束层的二分之一的横截面图。还描绘基础曲线的构造。

图8是主体帘布层离用于图例中表示的四个常规商用轮胎中的每一个的相应基础曲线BC的距离的曲线图。

图9提供本发明的示例性新主体帘布层H离用于图例中表示的尺寸的四个轮胎的基础曲线的距离(D_RX(s))的基于FEA(有限元分析)模拟的曲线图。

图10是图8的轮胎的充气增大(G(s))的曲线图，其示出了常规主体帘布层的不均匀充气增大。

图11是图9的轮胎的充气增大(G(s))的曲线图，其针对每个示例性轮胎示出本发明的发明性主体帘布层得到的胎冠部分的均匀充气增大。

图12是用于具有不同轮胎宽度的三个轮胎中的每一个的主体帘布层的二分之一的横截面图的比较。

图13是随四个不同轮胎尺寸的s'而变的离基础曲线的距离(即偏差)的曲线图，其中每个轮胎是用本发明的发明性主体帘布层建模的。

图14提供随着高斯拟合s'而变的离基础曲线的距离和示例性主体帘布层的曲线图。

图15示出随着计算机模拟示例性主体帘布层H和示例性主体帘布层的另一实例J的s'而变的离基础曲线的距离的曲线图，这两者都穿过本专利中限定的受保护区域。

图16、图17、图18和图19示出从本文中更完整描述的计算机模型导出的某些实验数据。

图20是本文中更完整描述的随着D_o而变的增大幅度A的曲线图。

图21、图22、图23和图24描绘本文中更完整描述的某些实验数据。

图25是可以配备有本发明的示例性主体帘布层的示例性轮胎的正视图。

图26是本发明的轮胎的示例性实施例的示意性表示。图27是本发明的轮胎的另一示例性实施例的示意性表示。对于图26和图27中的每一份图，该图示是沿着子午面截取的轮胎的横截面，其中仅示出轮胎的二分之一——应了解，轮胎可以构造成围绕赤道面基本上对称。

图28、图29、图30、图31、图32和图33是常规轮胎与本发明的示例性轮胎比较的印迹或接地面的曲线图。该曲线图表示本文中更完整地描述的垂直应力、纵向应力和印迹变化。

具体实施方式

出于描述本发明的目的，现在将详细参考本发明的实施例，图式中示出了本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了说明本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将显而易见，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以在本发明中进行各种修改和改变。举例来说，被示出或描述为一个实施例的一部分的特征可以与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖如落入所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和改变。

如本文所使用，应用以下定义：

“子午面”是轮胎的旋转轴所在的平面。图1是沿着子午面截取的本发明的示例性轮胎100的横截面。如本文所使用，子午面包含笛卡尔坐标系的y-z平面，其中y＝0沿着轮胎的中心线C/L定位。

轮胎的“中心线”(C/L)是从子午面中看将轮胎分成两半的一条线。

“赤道面”是垂直于将轮胎沿着其中心线(C/L)分成两半的子午面的平面。如本文所使用，赤道面包含笛卡尔坐标系的x-z平面。

轮胎的“胎冠部分”是在轮胎的侧壁部分之间沿着轴向方向A(其是平行于轮胎的旋转轴的方向)延伸的部分，包含胎面以及在胎面径向内侧定位的组件。

“主体帘布层”或“胎体”或“胎体帘布层”是在轮胎的相对侧上的胎圈部分之间延伸并且从所述胎圈部分延伸通过相对的侧壁部分并且跨越轮胎的胎冠部分的层。如本文所使用，主体帘布层具有加固件，比如例如相对于子午面成10度或更小的角度的帘线。

“带束帘布层”是主要位于胎冠部分中、在胎面部分的径向内侧并且在主体帘布层的径向外侧的帘布层。带束帘布层不延伸超过轮胎的胎肩部分。

“平衡曲线”是指在轮胎的子午面中看到的主体帘布层的形状或几何形状的模型。轮胎，包含主体帘布层，当安装到车轮或轮辋上并且充气时具有平衡形状。平衡曲线可用于例如在这个平衡条件下为主体帘布层的形状建模。

“最大侧壁压力”是指通常标记在轮胎的侧壁上的轮胎的最大充气压力。

“径向方向”垂直于轮胎的旋转轴。在以下描述中也使用笛卡尔坐标系，其中y轴平行于旋转轴而z轴平行于径向方向。

轮胎的“周向方向”(也称为纵向方向)是与轮胎的边缘相对应的方向并且由轮胎在正常操作期间的旋转方向界定。

本领域的技术人员将理解，本文中根据轮胎和轮辋协会(Tire and Rim Association)公开和使用的惯例参考轮胎尺寸。

本文中和随附权利要求书中使用例如带束、胎圈和/或帘布层之类的术语，并不将本发明限于从半成品构造的轮胎或由必须从扁平轮廓改变成环面形式的轮廓的中间产品形成的轮胎。

图1提供沿着本发明的轮胎100的示例性实施例的子午面的横截面。轮胎100包含一对对置的胎圈部分102、104。一对对置的侧壁部分106、108与对置的胎圈部分102、104连接。胎冠部分110连接对置的侧壁部分106、108。一或多个带束帘布层112、114和116安置于胎冠部分110中。带束帘布层112、114和116是用例如帘线118、120和122之类的元件加强的层——每一层的帘线与赤道面或x-z平面(即赤道面EP)形成相同或不同角度。

至少一个本发明的示例性主体帘布层H在胎圈部分102、104之间延伸，穿过对置的侧壁部分106、108和胎冠部分110。主体帘布层包括相对于子午面以通常10度或更小的角度定向的元件。胎面部分124位于胎冠部分110中，在带束帘布层112、114和116的径向外侧。胎面部分124包含肋状物126，肋状物126通过沿着每个胎肩部分132和134的沟槽(例如第一沟槽128和130)隔开。应注意，本发明不限于图1中所示的轮胎100的特定尺寸或外观。实情为，本发明还可用于具有例如与图1中所示的不同的宽度、高宽比、胎面特征和带束的轮胎——应了解，仅举例提供轮胎100。另外，本发明不限于具有如胎圈部分102、104所示的围绕胎圈芯的上翻部分的主体帘布层。

如上所述，本发明提供一种具有沿着轮胎的整个胎冠部分110的更均匀的充气增大——即轮胎在被充气时的增大——的轮胎。这样的均匀增大能减小轮胎100的中心与胎肩之间的硬度差异，降低载荷敏感性，和/或减小开裂倾向——尤其是沿着例如轮胎100的胎面部分124的沟槽128和/或130中的一或多个沟槽底部开裂。

在典型的轮胎制造过程中，在模具中将轮胎硫化，轮胎在模具中呈现其最终几何形状。常规上，主体帘布层通常设计成在模具中尽可能接近平衡以便于制造。对于本发明，提供一种偏离常规平衡曲线(即主体帘布层的常规几何形状)的发明性主体帘布层H(图1中的主体帘布层H只是它的一个实例)。已发现这种发明性偏离能补偿加强复合物典型的结构效应，这种结构效应发生在轮胎的胎肩部分132和/或134中的靠近带束末端的位置。此外，发明人发现，通过将主体帘布层H安置成使其以特定方式沿着胎肩和上部侧壁部分从常规平衡曲线偏离(即位移)，可以实现均匀的充气增大。如图2中举例所示并且本文中更具体描述，这个新主体帘布层H与常规主体帘布层P(使用常规平衡曲线建模)有很大差异。

如本文所使用，参照两条曲线之间的差异，可以更全面地理解术语“充气增大”。更具体来说，假设R是标示子午面中的主体帘布层的形状的参考曲线，X是标示子午面中的另一主体帘布层的形状的另一曲线，并且D_RX标示沿着从曲线R朝向曲线X的在任何给定点垂直于曲线R的方向的曲线X离曲线R的距离。还假设曲线R和X是共面的，并且在众所周知的圆柱形极坐标系中处于相同的y-r平面中。可以在笛卡尔y-z平面中指定曲线R和X，因为任何y-r平面可以旋转到y-z平面中——即本文所定义的子午面。

参看图3，参考曲线R可以通过限定而根据其曲线长度s参数化。假设s∈[0,L]，其中L是从s＝0的曲线R的总长度(因为参考曲线R可以表示主体帘布层，L在本文中也被称作主体帘布层的一半长度)。这个曲线具有切线向量和法线向量如图4中所说明，用如下方式限定点R(s₀)处的曲线R与曲线X之间的距离D_RX(s₀)：

1.定位点R(s₀)并且计算在此点曲线的垂线。

2.形成与穿过R(s₀)的共线的光线。这个光线将在一组点{q_i}处与曲线X相交。

3.将D_RX(s₀)定义为D_RX(s₀)≡min_i‖q_i-R(s₀)‖。这确保如果法线光线在多于一个点与曲线X相交，则将选择最近的点。

因此，如果曲线X表示充气之后的示例性轮胎100的主体帘布层H并且参考曲线R表示此充气之前的主体帘布层H，则如上所述，一个点处的充气增大可以确定为D_RX(s₀)≡min_i‖q_i-R(s₀)‖。举例而言，如果在y-z平面(即子午面)中切割轮胎100，则主体帘布层H将限定曲线C，其可以根据其曲线长度s:参数化。曲线C具有切线向量和法线向量类似地，还可以分别通过具有法线向量和的曲线I(s₁)和E(s₂)描述轮胎100的内表面I和外表面E。

使用这些定义，在本发明的一种示例性方法中，可以在轮胎的极低压力状态(在本文中被称作“参考压力”)与期望设计压力(在本文中被称作“标称压力”——这可以例如是最大侧壁压力)之间测量到充气增大。优选地，参考压力足够高，可以将轮胎100的胎圈部分102、104安放在轮辋上，但是又足够低，可以避免以其它方式改变轮胎100的形状。更具体来说，为了保持边界条件在这两个压力状态之间不变，对于本示例性方法，轮胎100的胎圈部分102、104在轮辋上的位置固定在其在标称压力下占据的位置。这可以例如实验上通过使用内部胎圈支座实现，并且还可以容易用例如计算机使用有限元分析(FEA)模拟或建模。

接下来，在任何期望方位角下对轮胎100进行测量，得到曲线I、E和/或C。举例来说，可以直接测量(例如通过x射线技术)或通过FEA从计算机模型获得主体帘布层H的曲线C(s)。如图5中所示出，用上文指定的边界条件获得的两个主体帘布层曲线可以被定义为C(s)^N(标称压力下的主体帘布层曲线)和C(s)^R(参考压力下的主体帘布层曲线)。接着将点s₀处的主体帘布层的充气增大G(s₀)定义为

图6示出使用FEA在0.5巴的参考压力和8.3巴的标称压力下向常规445/50R22.5WBS轮胎应用这种测量充气增大的示例性方法的结果。在轮胎中心线处y＝0的情况下，这种常规轮胎的胎面带从-195mm(毫米)延伸到+195mm。虽然仅示出轮胎的一侧(即，中心线C/L的左侧)，但是应了解，该结果对于围绕轮胎中心线对称地构造的轮胎将基本上是对称的。稍后进一步描述线b和M'。

如图6中通过曲线U所示，具有常规主体帘布层的445/50R22.5WBS轮胎在轮胎的胎冠部分各处遇到不均匀或不均一的充气增大。在大约142mm处可以看到较大的峰，对应的峰对称地位于中心线(未图示)的另一侧上。令人遗憾的是，这些大峰与胎面部分124的第一胎肩沟槽128或130的位置紧密对准，并且使相应沟槽底部处在强拉伸延伸下，这样可能会大大促进裂纹形核和传播。这样的强增大，结合胎面部分124的边缘处的增大的急剧减少，可能会使沟槽128或130的位置中的轮胎的胎冠部分110弯曲。这样又会在轮胎的胎冠部分110中引入铰接点，其中轮胎结构上弯曲而不是气动地作用，因而会减小轮胎的整体垂直硬度。这个铰接点会在存在或不存在胎肩沟槽的情况下发生，但是当它与沟槽的位置重合时可能尤其会造成问题。

因为这个铰接点处的弯曲程度会随载荷改变，所以随着载荷的变化，轮胎的印迹可能相对于轮胎的中心线C/L在胎肩132和134处的演变很快。举例来说，在高载荷下，胎肩132和134的长度可能相对于中心与地面的接触过多。相反，在较低的载荷下，胎肩132和134可能相对于中心变得过短，并且在最低使用载荷下甚至可能完全失去与地面的接触。这种现象被称为载荷敏感性，这对于均匀并且有规律的胎面磨损是不希望的，并且可能会导致轮胎的更换里程缩短。

对比之下，本发明解决这个问题的办法是通过在胎冠部分110各处提供图6中通过示例性曲线K表示的扁平并且稳定的充气增大曲线。这个示例性充气增大是通过如下方式获得的：提供用于轮胎100的示例性主体帘布层H的在子午面中查看的某一发明性几何形状或曲线(沿着中心线的一侧或两侧)。本文中参看可以针对任何期望轮胎明确地构造的“基础曲线”(图中标示为BC)指定和主张用于主体帘布层H的这个发明性曲线的位置。更具体来说，所属领域的技术人员将理解，基础曲线可以由实际轮胎的物理样品的测量值明确地构造，或者由比如例如计算机模拟模型或计算机辅助设计(CAD)模型之类的轮胎的一或多个模型构造。因此，本文中使用基础曲线为本发明的主体帘布层的将来测量和位置规范提供清晰的参考。

因此，如现在将参看图7所示的具有带束帘布层W和主体帘布层H的假设轮胎的示例性轮廓所述，限定并构造在本说明书中和随附权利要求书中使用的“基础曲线”。应理解，本发明的轮胎可具有多于一个带束帘布层。带束帘布层W用于表示沿着轴向方向具有最长带束长度的带束帘布层——即在子午面中看的最宽带束。举例来说，如图1中所示，带束帘布层122是最宽的带束帘布层并且在图7中将表示为带束帘布层W。参看图25，除了沿着轴向方向的最长带束长度之外，带束帘布层W也是具有相对于赤道面EP在大约-80度≤α≤+80度范围内的角度α的帘线或类似加固件的最长带束。因此，带束帘布层W的这个定义不包括胎冠部分中的任何可以实际上充当主体帘布层的带束。

作为构造基础曲线的一部分，使用形状主体帘布层H确定主体帘布层H的形状，假设当轮胎在0.5巴的参考充气压力(例如，图5中标示为C(s)^R)下安装在应用轮辋上，此轮辋提供上文在论述充气增大时阐述的边界条件。如上所述，在轮胎的实际物理样品的情况下，可以使用例如X射线技术或激光轮廓测定法实验上测量在这样的低充气条件下子午面中的主体帘布层H的形状。在比如例如计算机生成模型之类的轮胎模型的情况下，可以使用例如有限元分析(FEA)来确定这样的低充气条件下子午面中的主体帘布层H的形状。

图7示出子午面中看到的轮胎100的主体帘布层H的一部分的形状，并且仅仅示出主体帘布层H的二分之一。图7中标示为BC的基础曲线以及本发明的其余描述将使用y-z平面的左手边(负y)(即在图1中看，在中心线C/L左侧的轮胎部分)阐述，但是应了解，本发明对于具有对称带束架构(即相对于围绕z轴的180°旋转)的轮胎胎冠部分是对称的。主体帘布层H与y＝0线的交叉点限定轮胎中心线处的点a。可以通过曲线C^R(s)在y-z平面中将主体帘布层H参数化，其中s是从点a测量到的曲线长度。显然s∈[0,L]，其中L是主体帘布层的一半长度(即子午面中沿着曲线C^R(s)测量到的主体帘布层H的整个长度的二分之一)。

接下来，考虑轮胎的胎冠部分中的所有具有成大约-80度≤α≤+80度范围内的角度α的帘线的带束帘布层(比如，例如，图1中的帘布层112、114和116)，接着将M限定为位于在子午面中看的所有这样的带束中的最宽带束(即，对于此实例为带束W)的末端的点，其中参数s_M表示在子午面中沿着这样的带束W的轴向方向的最大曲线一半宽度。另外，s_b被定义为s_b＝s_M-60mm，并且点b被定义为b＝C^R(s_b)。

使用上文的定义，由两个部分构造基础曲线BC。继续图7，基础曲线BC的第一部分包含具有胎冠半径r_s的圆弧A，它开始于点a并且穿过点b。通过要求该圆弧与水平直线在点a成切线来确定胎冠半径r_s。应注意，这就相当于要求描述圆弧的圆心位于y＝0线上。

为了指定基础曲线BC的第二部分，现在限定几个另外的点。首先，假设s_e是主体帘布层H在y中具有其最小值时的参数值。赤道点e被定义为e＝C^R(s_e)＝(y_e,z_e)。中间点f(未必在主体帘布层H上)被定义为f＝(y_e,z_e-30mm)。Q被定义为穿过点e和f的垂直线。

接下来，穿过f构造水平直线。与主体帘布层H的最接近相交的点被定义为点t，它发生在参数s_t下，从而使得t＝C^R(s_t)。半径20mm的圆C构造成在点t与主体帘布层成切线。圆心限定为沿着由主体帘布层H在点t处的垂线限定的在主体帘布层H横向外侧20mm处的点g。

因此，基础曲线BC的第二部分包含径向平衡曲线E，现在可以用以下方式确定径向平衡曲线E。总的来说，径向平衡曲线通过2个参数表征：r_c，中心半径，和r_e，赤道半径。这里r是常见圆柱形极坐标；当在yz平面中时它等于z。径向平衡曲线E可以通过差分等式描述，并且还可以通过计算每个后续半径处的曲线的切线角度和曲率κ从中心半径开始明确地构造。用于径向平衡曲线的切线角度和曲率的表达式是众所周知的，并且如下给定：

为了唯一地确定径向平衡曲线E的参数r_s和r_e，施加三相切条件(tri-tangency condition)。首先，径向平衡曲线E必须与弧形A成切线。总的来说，这两条曲线的切线交叉点将发生在点k≠b。其次，径向平衡曲线E必须与线Q相切。应注意，这个切点总的来说d≠e，但是这些点将非常接近。最后，径向平衡曲线E必须与圆C成切线。应注意，总的来说，这个切点将在点q≠t，但是q非常接近t。这些约束条件唯一地确定径向平衡曲线E。

因此，从上面两部分作为从a到k的弧线段A与点k和q之间的径向平衡曲线E的并集限定基础曲线BC。可以通过本领域技术人员已知的许多方式确定径向平衡曲线的值r_c和r_e。举例来说，一种方法开始是通过取r_c＝z_b并且r_e＝z_e然后迭代寻解。

点M'被定义为沿着基础曲线BC参数距离s_M的点。应注意，总的来说，点M'将不是精确地处在沿着垂直于基础曲线BC并且穿过点M的线N_m的位置，但是它通常将是接近的。

使用上文对基础曲线BC的定义，应理解，本发明的示例性主体帘布层H的新几何形状或形状与沿着轮胎100的胎肩和上部侧壁区域的基础曲线BC的形状有很大不同。此外，可以如将描述的，通过根据曲线长度s按参数规定示例性主体帘布层H的这个发明性几何形状从基础曲线BC的偏离来划定这个发明性几何形状。

图8提供针对四种常规商用轮胎中的每一种的主体帘布层离相应基础曲线BC的距离的曲线图：275/80R22.5北美长途转向轮胎、315/70R22.5欧洲区域转向轮胎、385/65R22.5欧洲区域拖车轮胎和445/50R22.5北美长途WBS驱动轮胎。对于所示出的每个轮胎，相关联的曲线示出了根据上文阐述的定义、轮胎的主体帘布层离针对所述特定轮胎构造的基础曲线BC的距离(D_RX(s)，如上文所述确定)。这里，参考曲线R是基础曲线，并且测量曲线X是上文针对充气增大描述的边界条件下在0.5巴下的主体帘布层C^R。

相比而言，图9提供本发明的示例性新主体帘布层H离根据上文阐述的定义针对每个特定轮胎构造的基础曲线的距离(D_RX(s))的针对每个轮胎的曲线图。所述结果表示驱动轮胎的FEA模拟。可以看出，本发明的示例性主体帘布层H的形状对于多种多样的尺寸和应用是不同的，并且与所指出的常规卡车轮胎明显不同。

另外，示例性的新主体帘布层H提供轮胎100的胎冠部分110各处的期望的均匀充气增大。举例来说，图10和图11分别是与图8和图9中相同的轮胎的充气增大(G(s)，用前述方式确定)的曲线图。图10示出使用常规主体帘布层得到的不均匀的充气增大，而图11示出使用本发明的发明性主体帘布层对于相同轮胎的胎冠部分中的示例性均匀充气增大。针对每个曲线图描绘的三角形表示先前限定的s_M的位置。

再次参照图9，本发明人发现，为了提供均匀的充气增大，随着轮胎宽度改变，本发明的示例性新主体帘布层H系统地偏离基础曲线BC。这在图12和图13中有清晰图示。更具体来说，图12示出了对于图11中的模拟275/80R22.5、385/65R22.5和445/50R22.5驱动轮胎的本发明的示例性主体帘布层H离基础曲线BC的距离。

本发明人发现，新主体帘布层H的曲线的形状沿着上部侧壁和胎冠区域基本上是不变的。因此，如本文和随附权利要求书中所使用的，假设D(s)表示基础曲线BC与主体帘布层H在沿着基础曲线BC的位置s处的偏离，其中D(s)的负值指代在基础曲线BC径向内侧的位置离基础曲线BC的距离，并且正值指代在基础曲线BC径向外侧的位置离基础曲线的距离。偏离D(s)≡D_BCH(s)，并且用类似于先前针对图4中s_o处的参考曲线R与X之间的距离描述的方式确定。因此，可以通过如下限定新移位的参数s′来规定针对一系列轮胎尺寸的示例性新主体帘布层H的离基础曲线的偏离D(s)：

等式1：

s′＝s-s_b

其中

s'是沿着基础曲线BC的移位长度

s是沿着基础曲线的长度

s_b是沿着基础曲线BC的点b的参数化长度

(点b在上文定义为s_b＝s_M-60mm)

图13示出当针对位于对应于s′＝0和s′＝s_d-s_b的s＝s_b与s＝s_d之间的位置描绘此新移位的参数s'时研究的所有轮胎之间的对准–。可以使用高斯分布如下拟合在任何点s′处新主体帘布层H离基础曲线的偏离D(s)的曲线：

等式2：

$D\left(s^{\′}\right)=D_0\exp \{-\frac{{(s^{\′}-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}\}$

其中：

D(s′)是示例性主体帘布层H离给定轮胎的基础曲线BC的距离或偏离，其中负值指示在基础曲线BC的径向内侧的位置，并且

正值指示在基础曲线BC的径向外侧的位置。

D₀是量值

μ是均值

σ是距离或偏离函数的标准偏离

图14是具有本发明的示例性新主体帘布层的图13的445/50R22.5轮胎的移位曲线长度s'的曲线图N与使用等式2创建的曲线图J的比较，其中D₀＝-4.5mm、μ＝0.53mm并且μ＝24mm。出于清楚起见仅仅示出445/50R22.5尺寸。如图所示，等式2的高斯分布使用所指示的值拟合得很好。再次参照图13，偏离D(s')在围绕s'＝54mm为中心的区域中是负的，并且在s＝s_d(s'＝s_d–s_b)回到接近零。此外，通过s＝s_b(s'＝0)的几何构造，偏离D(s')是零。大约s'＝54mm处的偏离与典型的制造公差相比较大，典型制造公差可以是大约例如0.5mm。

因此，返回到图1，在本发明的一个示例性实施例中，在点s_b+54mm，主体帘布层H位于示例性轮胎100的基础曲线BC的径向内侧，偏离D(s)在-7.5mm≤D(s)≤3mm范围内。如前所述，点s_b被定义为s_b＝s_M-60mm，并且点s_M表示如上文所述的胎冠区域中的最宽带束帘布层的最大曲线的一半宽度。

图15提供随着移位曲线长度s'而变的偏离D(s)的图示。加括号的区域Z从-7.5mm≤D(s)≤-3mm延伸。还描绘用于包含本发明的示例性主体帘布层的尺寸445/50R22.5的示例性轮胎的D(s)的曲线图H，该曲线图与其基础曲线隔开加括号的区域Z内的量。曲线图J是假设曲线，是出于说明的目的示出的，其也将落在加括号的区域内。

当用此主体帘布层H构造时，轮胎100具有充气增大幅度A，当轮胎100从大约0.5巴的压力充气到大约最大侧壁压力时，充气增大幅度A小于或者等于大约1.25mm。返回参看图7，如本文所使用，胎肩部分基于曲线BC被定义为点M'和b之间的部分。在给定方位角θ下这个区域中的充气增大G的最大值、最小值和幅度用以下方式限定：

等式3：

$G_{max}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{s\∈\[b,0.9*s_M\]}{max}G(s,\mathrm{\θ})$

等式4：

$G_{\min }\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{s\∈\[b,0.9*s_M\]}{\min }G(s,\mathrm{\θ})$

等式5

A(θ)＝G_max(θ)-G_min(θ)

充气增大的基于FEA的计算通常是2d轴对称模拟，自动预测所有方位角下的相同幅度。然而，对于物理轮胎测量，充气增大可能围绕轮胎对于不同方位角是不同的。因此，本文和随附权利要求书中所使用的充气增大幅度测量值A的最终测量值用以下方式被定义为n≥4个均匀隔开的方位角测量值的平均值：

在一个示例性实施例中，当用此主体帘布层H构造时，当轮胎从大约0.5巴的压力充气到大约最大侧壁压力并且具有大于或等于大约2000mm的胎冠半径r_s时，轮胎100具有小于或等于大约1.25mm的充气增大幅度A。在再一示例性实施例中，轮胎100具有在子午面中的带束宽度在大约120mm到大约444mm的范围内的至少一个带束帘布层。在再一实施例中，轮胎100具有在子午面中的带束宽度在大约204mm到大约444mm的范围内的至少一个带束帘布层。在再一示例性实施例中，轮胎100具有50到55的范围内的高宽比和/或445mm到455mm的范围内的截面宽度。举例来说，轮胎100可具有445/50R22.5的轮胎尺寸，或者，在另一个实例中，可具有455/55R22.5的轮胎尺寸。

参看图16、图17、图18和图19，可以另外参照被构造成计算机或CAD(计算机辅助设计)模型并且被提交给FEA分析的某些轮胎设计理解本发明。更具体来说，使用445/50R22.5和455/55R22.5的尺寸创建四个WBS轮胎的计算机模型。在CAD系统中创建每个尺寸的两种设计，一种设计的胎冠半径r_s＝2000mm，第二种设计的胎冠半径r_s＝10000mm。之所以选择这些半径，是因为2000mm表示WBS轮胎的非常弯曲的表面，而10,000mm和以上基本上是扁平的。接着使用上述设计方法通过在10个步骤中从大约0.2mm到大约7.7mm改变参数D₀，借此模拟这四种轮胎中的每一种的10种版本。对于所有轮胎模型执行FEA模拟。

图16、图17、图18和图19中阐述这些参数化研究的结果。图16示出了胎冠半径为2000mm的尺寸为445/50R22.5的轮胎。图17描绘胎冠半径为10000mm的尺寸为445/50R22.5的轮胎。图18描绘胎冠半径为2000mm的尺寸为455/55R22.5的轮胎。图19描绘胎冠半径为10000mm的尺寸为455/55R22.5的轮胎。在图16、图17、图18和图19中的每一个中，所图示的区域从s'＝0延伸到s'＝s_m–s_b＝60mm，其反映限定充气增大幅度A的区域。图20提供用于图16、图17、图18和图19的研究中的每个轮胎的随参数D_o而变的充气增大幅度A的概况。最大充气增大幅度发生在从s'＝0到s'＝s_m–s_b＝60mm的区域中，其反映限定充气增大幅度A的区域。图20明确示出了范围-7.5mm≤D(s)≤-3mm采集了充气增大幅度A小于或等于大约1.25mm的偏离范围。

通过在具有较高臭氧等级的环境中在滚筒上在载荷下滚动轮胎，执行沿着轮胎的胎面部分中的沟槽底部(例如图1的示例性轮胎100中的沟槽底部128或130)的开裂测试。图21和图22示出了此测试的结果，测试中涉及市售445/50R22.5WBS轮胎(通过字母W和A标示)和根据本发明的示例性实施例具有相对于其基础曲线定位的主体帘布层的445/50R22.5WBS轮胎(通过字母B和C标示)。图21提供此测试在30,000km时的裂纹密度的曲线图，而图22提供80,000km时的裂纹密度的曲线图。每个轮胎对于胎面部分用两种不同的化合物制造，从而使得字母W和B具有化合物1而字母A和C具有化合物2。如图21和图22中所示，根据本发明的示例性实施例构造的轮胎(通过字母B和C标示)在30,000km测试之后没有可见的裂纹，并且在80,000km之后裂纹数目和强度也大大减少。

本发明还提供一种设计或构造轮胎100的示例性方法。这样的方法可以用于改善现有轮胎设计的主体帘布层可以用于创造新的轮胎设计。在任一情况下，对于此示例性方法，设计者开始将是创建轮胎模型，模型包含表示当轮胎被充气到参考压力时沿着子午面的主体帘布层的形状的参考曲线，其中s是沿着参考曲线从轮胎的中心线的以mm为单位的长度。对于现有轮胎，可以如上文所述使用接受了例如X射线、激光轮廓测定法或其它技术的轮胎样品的物理测量值来创建参考曲线。对于新得轮胎设计，可以从例如轮胎的CAD模型或其它计算机模型创建参考曲线。参考压力可以例如是0.5巴或如上文所阐述的其它压力。

接下来，基于参考压力下的轮胎的参考曲线为轮胎构造基础曲线。例如如先前描述构造基础曲线。

使用该基础曲线，为沿着子午面的主体帘布层形状创建目标参考曲线。这个目标参考曲线是有待用于轮胎中的新主体帘布层——比如例如上文所论述的示例性主体帘布层H——的期望曲线或几何形状。通过将参考曲线再定位成沿着主体帘布层的曲线在点s_b+54mm处在轮胎中心线的至少一侧上从基础曲线具有在-7.5mm≤D(s)≤-3mm的范围内的偏离D(s)，借此创建目标参考曲线，其中s_b等于s_M-60mm，并且s_M是长度L的二分之一。还可以通过在轮胎中心线的两侧上再定位参考曲线来创建目标参考曲线。如本文所使用，这个表达式-7.5mm≤D(s)≤-3mm包含该范围的端点——即-3mm和-7.5mm。

对于现有的轮胎，该设计将改变成包含主体帘布层的新形状。这将包含制造具有新主体帘布层的轮胎的改变。对于新设计的轮胎，该设计将包含用于主体帘布层的新轮廓或曲线。因此，本发明包含具有提供本文所述的均匀充气增大的新发明性主体帘布层的所构造和制造的轮胎。

某些轮胎用于在相对较长的旅途中以高速公路的速度行驶。例如高宽比大于0.5的卡车轮胎的磨损性能改善和翻新之后，轮胎的胎冠部分也具有良好的耐久性可能变得较为重要。举例来说，胎冠部分可能会发生剪切层之间的剪切应力。当伴有轮胎操作期间靠近胎冠中的某些层的末端的温度的明显增加时，有可能在轮胎橡胶中靠近这样的末端的位置出现和传播裂纹。

图26提供具有如先前描述构造的示例性发明性主体帘布层H的本发明的轮胎200的另一示例性实施例。对此实施例，轮胎200具有50或更大的高宽比，其中高宽比被定义为当轮胎充气到额定压力时，100乘以轮胎在其轮辋上的高度与轮胎的最大轴向宽度S的比率的乘积。这样的状态下的轮胎的高度被定义为胎面的最大半径与胎圈的最小半径之间的差异。以类似于图1的方式，示例性主体帘布层H锚定在一对对置的胎圈部分(未图示)中，并且穿过通过胎冠部分210连接的对置侧壁部分(图26中仅仅示出了一个侧壁部分206)。主体帘布层H可以由比如例如金属帘线的单层加强元件形成。在胎冠部分210中，如将描述的，主体帘布层H沿着沿圆周方向被几个加强层(例如241、242、243和244)卷绕。胎面部分224位于加强层的径向外侧并且卷绕在加强层上。

对此示例性实施例，轮胎200包含至少两个带束帘布层241和243，安置于胎冠部分210中。带束帘布层241和243各自包含带束帘布层加强元件，其由非卷绕的不可延伸的元件构成，该元件比如例如是金属帘线，对于每个带束帘布层，该金属帘线分别在带束帘布层241和243的整个轴向宽度上是连续的。如本文所使用，当帘线在断裂载荷的10％的拉力下具有至多等于0.2％的相对伸长率时，帘线是“不可延伸的”。在一个实施例中，这些帘线可以相对于轮胎200的赤道面EP形成10°(度)与45°之间的角度α(见图25)，或在另一个实施例中相对于赤道面EP形成18°的角度α。在一个示例性实施例中，相应带束帘布层241和243的帘线相对于彼此交叉(即+α和-α)。每根帘线可以由各自直径大约0.26mm的9根导线构造。帘线可以用2.25mm的步幅安置于带束帘布层241的一或多种橡胶材料中，其中步幅是沿着垂直于帘线的方向测量到的帘线中心线之间的距离。举例来说，每个带束帘布层241和243可以具有大约1.88mm的厚度，包含橡胶材料和帘线。

对此示例性实施例，带束帘布层241具有可以等于183mm的轴向宽度L₂₄₁，而带束帘布层243可以具有172mm的轴向宽度L₂₄₃。在另一个示例性实施例中，带束帘布层241和243的轴向宽度具有10mm与30mm之间的差异。如本文所使用，带束帘布层的轴向宽度是在轮胎的非充气状态下在轮胎的子午面沿着轴向方向A测量到的(例如如图1和图26所示)。

轮胎200包含周向层242，其包含周向加强元件，该周向加强元件在周向层242的整个轴向宽度上是连续的。如本文所使用，周向加强元件是相对于赤道面EP形成大约0°的角度α(见图25)或-2.5°≤α≤+2.5°范围内的角度α的加强元件。在一个示例性实施例中，周向加强元件是从各自直径大约0.23mm的21根导线构造的不可延伸的金属帘线。这样的周向加强元件可以用1.55mm的步幅安置于一或多种橡胶材料内。举例来说，周向层242可以具有大约1.2mm的厚度，包含橡胶材料和帘线。对此示例性实施例，周向层242示出为径向邻近于带束帘布层241和243并且在带束帘布层241与243之间。在其它示例性实施例中，周向层242可以位于带束帘布层243的径向外侧或带束帘布层241的径向内侧。对于图26中所示的实施例，周向层242可具有147毫米的轴向宽度L₂₄₂。

图27示出轮胎200的另一示例性实施例，其中相同参考标号指代与图26的示例性实施例相同或相似的特征。图27中的示例性轮胎200包含图26的元件以及两个额外层240和244。更具体来说，对此示例性实施例，轮胎200示出为具有任选的保护层244，其位于周向层242的径向外侧，并且径向邻近于带束帘布层241或243中的至少一个——在这种情况下是带束帘布层243。保护层244包含弹性加强元件或弹性帘线。如本文所使用，当加强帘线在等于断裂载荷的拉力下具有至少等于4％的相对伸长率时，加强帘线是弹性的。弹性加强元件在一个实施例中相对于轮胎200的赤道面EP成10°(度)与45°之间的角度α定向，或者在另一个实施例中相对于赤道面EP成18度的角度α定向。在再一实施例中，保护层244的弹性加强元件处在与层244径向邻近的主体帘布层(在这种情况下是带束帘布层243)相同的角度α下。在一个示例性实施例中，保护层244的弹性加强元件是由各自直径大约0.35mm的8根导线构造的金属帘线。这样的弹性加强元件可以用3.15mm的步幅安置于一或多种橡胶材料内。举例来说，保护层244可以具有大约1.7mm的厚度，包含橡胶材料和帘线。对于图26中所示的实施例，保护层244可具有25mm的轴向宽度L₂₄₄。应理解，可以提供不具有保护层244的轮胎200。

此外，图27的轮胎200还包含补充层240，其安置于带束帘布层H的径向外侧和其它层241、242、243和244的径向内侧。补充层240可以具有基本上等于L₂₄₃(即带束帘布层243的轴向宽度)的轴向宽度。替代地，补充层240可以具有与带束帘布层243不同的宽度。举例来说，在一个示例性实施例中，L₂₄₃是172mm而L₂₄₀是160mm。补充层240可以包含由例如相对于轮胎200的赤道面EP形成90°的角度α(见图25)的金属帘线构造的补充加强元件。在一个示例性实施例中，补充层240的帘线可以由各自直径大约0.26mm的9根导线构造。帘线可以用1.8mm的步幅安置于带束帘布层241的一或多种橡胶材料中。举例来说，补充层240可以具有大约1.7mm的厚度，包含橡胶材料和帘线。

图28示出在7.2巴的充气压力下并且在37850牛顿载荷下的445/50R22.5尺寸的常规轮胎的分析结果，而图29示出相同尺寸的轮胎在相同压力和载荷下，但是具有如对于图27的实施例所描述的发明性主体帘布层H和帘布层或层。当读者查看时，图28、图29、图30和图31中的所有曲线图的滚动方向RD在页上都是朝下的。每个曲线图300和302的形状表示轮胎印迹或接地面在载荷下的形状，而轮廓线VS表示垂直应力区域，其中K部分具有最高的垂直应力区域。如图所示，图29的发明性轮胎合意地具有更均匀的接地面形状，以及更均一的垂直应力分布。

图30表示图28的载荷轮胎的接地面中的纵向应力的曲线图304，而图31表示图29的载荷的发明性轮胎的接地面中的纵向应力的曲线图306。对于这些曲线图，轮廓线LS表示纵向应力，其中K部分具有最高纵向应力区域。如图所示，同样，图31的发明性轮胎与图30的常规轮胎相比，合意地具有更均匀的接地面形状。此外，图30的常规轮胎沿着左、中心和右部分具有相对高的纵向应力K。对比之下，图31的发明性轮胎沿着中心部分不具有这样相对高的纵向应力，并且沿着左右部分的应力略小于图30的轮胎。

图32示出图28和图30的常规轮胎当充气到7.2巴时受到8000、15470、22930、30390和37850牛顿下的载荷的接地面变化。图33示出了图29和图31的发明性轮胎当充气到7.2巴时也受到8000、15470、22930、30390和37850牛顿下的载荷的接地面变化。如图所示，图31的发明性轮胎的接地面更均匀，并且随着载荷的增加，能保持更期望的略微矩形的形状。相比而言，图32的常规轮胎在受到载荷期间从更椭圆形的形状不当地明显变化成蝴蝶结形状。

尽管已关于具体示例性实施例及其方法详细地描述本发明，但是应了解，在理解前述内容之后所属领域的技术人员可以容易地对此类实施例的变体以及等效物作出更改。因此，本发明的范围是示例性的而非限制性的，并且本发明并不排除包含所属领域的技术人员使用本文所披露的教示将容易地显而易见的对本发明的这些修改、变化和/或添加。