一种改善轮胎滚动阻力的轮胎的设计方法、应用和轮胎与流程

本发明涉及轮胎设计，尤其涉及一种改善轮胎滚动阻力的轮胎的设计方法、应用和轮胎。

背景技术：

1、随着全球温室气体排放要求的不断提高和燃料成本支出的增长，如何提高汽车工业的燃油效率是汽车生产商面对的重要挑战。轮胎作为汽车的重要部件，其滚动阻力对整车的燃油效率有重要贡献。研究表明：轮胎的滚动阻力每降低10％，整车的燃油消耗降低0.5％～1.5％。

2、轮胎滚动阻力主要是由组成轮胎的橡胶材料的粘弹性引起，轮胎滚动过程中，由于应力和应变存在相位差，产生滞后损失(机械能转化为热能)。该滞后损失是轮胎滚动阻力的主要成因。

3、滚动阻力与轮胎橡胶材料的每个单元的应力、应变和对应单元的材料滞后损失、材料体积相关，轮胎在每个滚动周期内的滚动阻力表达式如下：

4、rr＝∫vσ·ε·tanδdv

5、式中rr为轮胎滚动阻力，v是橡胶材料体积，σ是应力，ε是应变，δ为应力与应变相位角度差。轮胎滚动阻力的改善方法也是从这几个方面着手：即减少橡胶材料体积，降低应力与应变，减小材料的应力应变相位角度差。

6、现有解决方案的不足：通过减少轮胎的材料体积v来降低滚阻，可分为减小轮胎花纹沟的深度和减小胎侧部位的厚度，前者对轮胎的磨耗里程有负面影响，后者势必削弱轮胎的安全性。

7、研究表明，轮胎胎冠部位对轮胎整体滚动阻力的贡献为50％～60％，因此，胎冠部位的曲线形式对轮胎滚动阻力至关重要。专利cn10505905b中介绍了一种轮胎外轮廓的设计方法：通过胎冠弧数值的设计，实现胎冠部位的压力分布均匀，进而降低轮胎的滚动阻力。然而此专利对轮胎的接地宽度tw未作考虑，因此仍有改善空间。

8、yamagishi等提出的rcot轮廓设计理论认为轮胎的胎冠曲率减小(曲率半径增加、胎冠相对平坦)对滚阻有利，但没有给出量化的曲率设计方法。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种改善轮胎滚动阻力的轮胎的设计方法，该方法基于轮胎的使用轮辋宽度wr，通过协调wr与轮胎的接地宽度wt和高度降h的关系，达到减小轮胎胎冠轮廓曲线的曲率，实现改善轮胎滚动阻力的目的。

2、为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

3、一种改善轮胎滚动阻力的轮胎，该轮胎包括胎冠，胎肩、带束层、胎侧和胎圈，胎冠轮廓曲线中断面宽度sw、使用轮辋宽度wr、外直径od、轮辋直径d、轮胎断面高h是指轮胎外直径与轮辋直径差的一半、断面高宽比是指轮胎断面高度h与断面宽度sw的比值再乘以100％，轮胎接地宽度wt、弧高h、胎冠半径rc、胎冠半径rm、胎肩外侧圆弧半径rso、胎肩内侧圆弧半径rsi为设计参数；其中：

4、wt＝wr·a，a＝0.95～1.05；

5、

6、b的选择如下：

7、1)断面高宽比≦35，b＝3.08～3.22，

8、2)断面高宽比40～50，b＝2.81～3.01，

9、3)断面高宽比55～60，b＝2.57～2.79，

10、4)断面高宽比≧65，b＝2.35～2.55；

11、rc＝wr·b·c，c＝1.2～2.0；

12、rm＝wr·b·d，d＝0.35～0.65；

13、rso＝12～20；

14、rsi＝rso·(1.1～1.3)。

15、优选，a＝0.96～1.02；c＝1.30～1.80；d＝0.45～0.60；rso＝15～20。

16、优选，b的选择如下：

17、1)断面高宽比≦35，b＝3.10～3.20，

18、2)断面高宽比40～50，b＝2.85～2.95，

19、3)断面高宽比55～60，b＝2.60～2.76，

20、4)断面高宽比≧65，b＝2.40～2.50。

21、进一步，本发明还公开了一种改善轮胎滚动阻力的轮胎的设计方法，该轮胎包括胎冠，胎肩、带束层、胎侧和胎圈，胎冠轮廓曲线中断面宽度sw、使用轮辋宽度wr、外直径od、轮辋直径d、轮胎断面高h是指轮胎外直径与轮辋直径差的一半、断面高宽比是指轮胎断面高度h与断面宽度sw的比值再乘以100％，轮胎接地宽度wt、弧高h、胎冠半径rc、胎冠半径rm、胎肩外侧圆弧半径rso、胎肩内侧圆弧半径rsi为设计参数；其中：

22、wt＝wr·a，a＝0.95～1.05；

23、

24、b的选择如下：

25、1)断面高宽比≦35，b＝3.08～3.22，

26、2)断面高宽比40～50，b＝2.81～3.01，

27、3)断面高宽比55～60，b＝2.57～2.79，

28、4)断面高宽比≧65，b＝2.35～2.55；

29、rc＝wr·b·c，c＝1.2～2.0；

30、rm＝wr·b·d，d＝0.35～0.65；

31、rso＝12～20；

32、rsi＝rso·(1.1～1.3)。

33、优选，a＝0.96～1.02；c＝1.30～1.80；d＝0.45～0.60；rso＝15～20。

34、优选，b的选择如下：

35、1)断面高宽比≦35，b＝3.10～3.20，

36、2)断面高宽比40～50，b＝2.85～2.95，

37、3)断面高宽比55～60，b＝2.60～2.70，

38、4)断面高宽比≧65，b＝2.40～2.50。

39、进一步，本发明还公开了所述的设计方法在设计改善轮胎滚动阻力轮胎中的应用。

40、进一步，本发明公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。

41、进一步，本发明公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权所述方法。

42、进一步，本发明公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。

43、本发明中的设计原理在于：

44、1、提高接地宽度wt(增大a值)在同等情况下减小了胎冠的曲率，减小了胎冠部位的弯曲变形效果，对轮胎滚动阻力有正面影响；同时，wt的提高也增加了轮胎胎冠的橡胶材料体积，对轮胎滚动阻力有负面影响。当a>1.05时，体积变化对轮胎滚阻的贡献更大；当a<0.95时，弯曲变形对轮胎滚阻的贡献更大。优选a＝0.95～1.05。

45、2、高度h对轮胎的接地形状和压力分布很敏感。不同型号的轮胎，除了轮辋宽度wr之外，轮胎断面高宽比也是h的设计影响因素。因此，结合wr与系数a、b同时考虑h值的设计。过大的h值会增加胎冠曲率，不利于滚动阻力；过小的h值在减小胎冠曲率的同时，提高了胎肩部位的压力分布，不利于轮胎磨耗性能。

46、3、rc弧线的绘制方法：其圆心位于轮胎中心线，并以轮胎顶点为象限点，作半径为rc的圆弧。系数c与轮胎的接地压力分布相关，数值c过大，轮胎胎肩的接地压力过大，带来胎肩的异常磨损；反之，轮胎胎冠的接地压力过大，带来胎冠部的异常磨损。

47、4、rm弧线的绘制方法：与rc相切并通过胎肩高度h的下端点作圆弧，圆弧半径为rm。系数d与轮胎接地压力分布相关，数值d过小，轮胎胎肩的接地压力过大，带来胎肩的异常磨损；反之，轮胎胎冠的接地压力过大，带来胎冠部的异常磨损。

48、5、rso为连接胎侧曲线与rm的轮廓外侧圆弧。圆弧rm的数值减小，减小了胎肩部位的曲率与弯曲变形，有利于滚动阻力的改善。

49、6、rsi胎肩内侧圆弧。胎肩部位通常是轮胎生热最高的部位，即能量损失最多，对轮胎的滚动阻力贡献大。胎肩内侧的圆弧半径增加，减小了胎肩的材料厚度(体积)，有利于滚动阻力的改善。

50、本发明由于采用了上述的技术方案，该方法基于轮胎的使用轮辋宽度wr，通过协调wr与轮胎的接地宽度wt和高度降h的关系，达到减小轮胎胎冠轮廓曲线的曲率，实现改善轮胎滚动阻力的目的。