一种用于提升操控性能的轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎技术领域，具体涉及一种用于提升操控性能的轮胎。

背景技术

随着汽车工业的升级，越来越多的汽车赛事开始兴起。对赛车而言，轮胎操控性能的重要性是不言而喻的。通常在汽车比赛过程中，赛车轮胎会被推到极限性能，尤其对于电动超跑这种大重量、大扭矩的车型，如何在保证安全的情况下进一步提升轮胎的赛道操控性能是一项艰巨的挑战。

现有技术中，往往采用更强的胎体材料、更强的补强材料来提升赛车轮胎的操控性能。具体的，更强的胎体材料是通过将聚酯帘布从1000D增强到1300D至1500D范围内，但这在增加了生产成本的同时也增加了轮胎的重量，而增加的重量又会对操控性能产生负面影响；更强的补强材料是将尼龙换为芳纶，这无疑也是大大增加了生产成本。

由此可见，如何避开胎体材料或补强材料，从轮胎的轮廓结构设计着手，研究一种用于提升操控性能的轮胎是十分重要的。

发明内容

了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于提升操控性能的轮胎，具有胎面，所述胎面包括胎冠部和胎肩部，所述胎面在轮胎子午线的截面上、从轮胎赤道面与胎面轮廓的交点到胎肩部的起始处的胎冠部轮廓依次相切连接有第一段冠弧、第二段冠弧和第三段冠弧：

所述第一段冠弧的半径TR1的数值范围为1800-2200mm，所述第一段冠弧的长度L1与所述胎冠部的总宽度TDW的比值范围为32％-38％；

所述第二段冠弧的半径TR2的数值范围为475-525mm，所述第二段冠弧的长度L2与所述胎冠部的总宽度TDW的比值范围为8％-12％；

所述第三段冠弧的半径TR3的数值至多100mm，所述第三段冠弧的长度L3与所述胎冠部的总宽度TDW的比值范围为3％-7％；

所述胎肩部落差Should-drop与所述胎冠部的总宽度TDW的比值范围为4.8％-5.2％。

进一步的，还包括带束鼓设计，所述带束鼓表面的截面轮廓线包括两段直线段以及位于两段直线段之间且分别与所述两段直线段连接的曲面鼓。

进一步的，所述曲面鼓呈向上凸起的弧形结构。

进一步的，沿所述带束鼓表面的截面轮廓线自所述曲面鼓的最高点至最低点依次分为第一段弧、第二段弧和第三段弧，其中：

所述第一段弧的半径BR1与所述TR1的比值范围为75％-85％，所述第一段弧的长度BL1与所述L1的比值范围为105％-115％；

所述第二段弧的半径BR2与所述TR2的比值范围为105％-115％，所述第一段弧的长度BL2与所述L2的比值范围为115％-125％；

所述第三段弧的长度BL3满足关系式BL3＝L1+L2+L3+50mm-BL1-BL2。

进一步的，所述曲面鼓的有效总宽度BW1满足关系式BW1＝TDW+50mm。

进一步的，所述曲面鼓的有效高度BH1与所述Should-drop的比值范围为85％-95％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本申请通过对轮胎的胎冠弧度设计以及基于胎面轮廓尺寸结合张力分布的带束鼓设计，实现了在标准的国际汽联认证的赛道中，且在保证安全的情况下，将圈速提升1秒以上，同时轮胎其他主要性能不会受到影响，且成本较低。

附图说明

图1为本发明轮胎子午线轮廓结构示意图；

图2为本发明带束鼓表面的截面轮廓线的结构示意图；

图3-1为直线工况下轮胎下模的轮胎肩部应力云图对比图；

图3-2为直线工况下轮胎上模的轮胎肩部应力云图对比图；

图3-3为过弯工况下轮胎上模的轮胎肩部应力云图对比图；

图3-4为过弯工况下轮胎下模的轮胎肩部应力云图对比图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供一种用于提升操控性能的轮胎，旨在通过调整轮胎设计并限定各参数的尺寸和相对位置来提高高性能轮胎的赛道操控性能，进而提升最快圈速成绩。

如图1所示，该轮胎具有胎面，胎面包括胎冠部和胎肩部，胎面在轮胎子午线的截面上、从轮胎赤道面与胎面轮廓的交点到胎肩部的起始处的胎冠部轮廓依次相切连接有第一段冠弧、第二段冠弧和第三段冠弧，具体的：

第一段冠弧的半径TR1的数值范围为1800-2200mm，第一段冠弧的长度L1与胎冠部的总宽度TDW的比值范围为32％-38％；

第二段冠弧的半径TR2的数值范围为475-525mm，第二段冠弧的长度L2与胎冠部的总宽度TDW的比值范围为8％-12％；

第三段冠弧的半径TR3和第三段冠弧的长度L3可由计算得出，且第三段冠弧的半径TR3的数值不超过100mm，第三段冠弧的长度L3与胎冠部的总宽度TDW的比值范围为3％-7％；

胎肩部落差Should-drop与胎冠部的总宽度TDW的比值范围为4.8％-5.2％。

通过协调上述三段冠弧的半径及长度参数，并在一定范围内调整Should-drop值，相较于普通赛车轮胎，能够改善轮胎在赛道严苛工况下肩部的接地印痕和压力分布，尤其是在赛车过弯的时候能够减小肩部应力集中值。

如图2所示，传统的带束鼓是平面鼓，基于其生产出来的冠带层在轮胎膨胀后，会导致冠带层在胎冠中间与肩部的张力大小不一致，从而影响操控性。为了弥补这一设计缺陷，基于胎面轮廓尺寸结合张力分布设计一种新型带束鼓。带束鼓表面的截面轮廓线包括两段直线段以及位于两段直线段之间且分别与两段直线段连接的曲面鼓，曲面鼓呈向上凸起的弧形结构。沿带束鼓表面的截面轮廓线自曲面鼓的最高点至最低点依次分为第一段弧、第二段弧和第三段弧，具体的：

第一段弧的半径BR1与TR1的比值范围为75％-85％，第一段弧的长度BL1与L1的比值范围为105％-115％；

第二段弧的半径BR2与TR2的比值范围为105％-115％，第一段弧的长度BL2与L2的比值范围为115％-125％；

第三段弧的长度BL3满足关系式BL3＝L1+L2+L3+50mm-BL1-BL2；

曲面鼓的有效总宽度BW1满足关系式BW1＝TDW+50mm。

通过协调第三段弧的半径，调整曲面鼓的有效高度BH1的数值，使BH1与Should-drop的比值范围为85％-95％。这样设计出来的曲面鼓，使硫化后的成品轮胎胎冠尤其是冠带层的张力分布更加合理，从肩部到中间趋于一致，从而提升轮胎操控性能。

BR1与TR1的比值，BR2与TR2的比值，BR3与TR3的比值，如果不在上述范围内，将会导致成品轮胎的冠带层张力分布不均匀，影响高速操控性能。

若BH1与Should drop比值过小，将会达不到均匀肩部冠带层张力的目的，影响高速性能和接地印痕形状和压力，进而不能充分发挥赛道操控性能；若BH1与Should-drop比值过大，将会导致肩部带束层变形，进而影响安全性能。

需要说明的是：本发明只有将上述的轮廓设计和曲面鼓设计相互结合，同时运用，才会显著提升赛道性能，进而提升赛车圈速。

以下为本发明的试验论证过程：

表1为试验实施例1、2、3，其中，实施规格为270/680-18，实施例1为设计参数完全符合本发明的技术方案；实施例2为设计参数超出本发明技术方案的限定上限；实施例3为设计参数低于本发明技术方案的限定下限。

表1实施例轮廓设计参数：

为验证本方案中参数设计的合理性，结合理论分析与实际测试结果，首先进行理论方案验证，使用FEA分析工具对不同工况下(直线、过弯)的轮胎肩部受力进行分析。不同实施例之间的材料及结构相同，仅轮廓参数上存在差异，详细数据对比如下：

1、通过接地面积大小可对轮胎实际抓地力大小作初步判断，采用同等胎面配方条件下，实际接地面积更大的轮胎理论抓地力最大。表2为三种实施例接地面积仿真分析结果，从结果可知，符合本发明方案限定设计参数的实施例1理论抓地力更强。

表2实施例接地面积分析结果：

2、在赛道中，安全性能是最基本的，轮胎胎肩部位置一般受的应力最大，实际轮胎使用中，损坏的部位往往都是胎肩部，而胎肩部爆破的根本原因就是肩部应力过大，生热增加导致肩部胶料老化损坏，因此肩部最大应力更低的轮胎其安全性能更高。

如图3-1至3-4所示，示出了不同实施例肩部应力仿真分析云图，由结果可知，无论在直线工况下(0°倾角)还是过弯工况(3°倾角)情况下，实施例1的肩部应力集中值最低，其理论安全性能更强。

下面通过室内机床高速试验来验证不同实施例的轮胎实际高速性能：

试验方法参考标准：GB/T 4502-2016；

温度：25±5℃；

额定气压：2.0bar；

额定负荷：500kg；

试验步骤：

①0～10min，加速至240km/h；

②以每10min加速10km/h，加速至280km/h，并运行14min；

③停机检查外观；

④10min加速至290km/h，并按每10min速度增加10km/h继续加速，直至轮胎损坏。

表3不同实施例高速机床试验结果：

对比表3中的试验结果可知，符合本发明设计方案的实施例1的高速性能最高，实际安全性能最好。

下面通过赛道实测来对比不同实施例轮胎之间的实际赛道表现，不同实施例测试车辆为同一车队内同一辆车，由同一车手驾驶，采用相同调教条件进行：

赛车场：浙江国际赛车场；

轮胎气压：2.0Bar；

赛道圈速测试方法：

①新胎出维修区，缓速暖胎一圈；

②以第二圈首次通过发车线开始计时；

③全速冲刺10圈后取最快时长为最好成绩。

表4不同实施例实际圈速结果：

对比表4中的试验结果可知，符合本发明设计方案的实施例1其实际圈速最快，可以提升1秒以上，赛道性能更高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。