一种具有超低通过噪音的子午线轮胎
阅读说明：本技术 一种具有超低通过噪音的子午线轮胎 (Radial tire with ultralow noise ) 是由 王喜 陈云 查磊 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及子午线轮胎技术领域,公开了一种具有超低通过噪音的子午线轮胎,包括由内向外依次设置的帘布层、带束层、冠带层以及胎面,所述帘布层、带束层、冠带层以及胎面中至少两个相邻部件采用不同的材质；所述带束层的线束角度为27°～35°,并使得所述轮胎在70％～80％最大负荷下的扭转弹性系数为65N.m/deg～75N.m/deg；至少存在两个相邻部件采用不同的材质,使内部的空腔噪音在向外传递时遭到削弱；控制带束层线束角度使扭转弹性系数为65N.m/deg～75N.m/deg,使轮胎能够满足欧洲标签法草案第四阶段第1等级的要求。(The invention relates to the technical field of radial tires and discloses a radial tire with ultralow passing noise, which comprises a cord fabric layer, a belt layer, a cap ply layer and a tire tread, wherein the cord fabric layer, the belt layer, the cap ply layer and the tire tread are sequentially arranged from inside to outside; the harness angle of the belt ply is 27-35 degrees, and the torsional elasticity coefficient of the tire under 70-80% of maximum load is 65-75 N.m/deg; at least two adjacent parts are made of different materials, so that the noise of the inner cavity is weakened when being transmitted outwards; controlling the harness angle of the belt layer to enable the torsional elasticity coefficient to be 65 N.m/deg-75 N.m/deg, and enabling the tire to meet the requirement of the 1 st grade of the fourth stage of European labeling law draft.)
技术领域
本发明涉及子午线轮胎
技术领域
，具体涉及一种具有超低通过噪音的子午线轮胎。背景技术
目前执行的欧洲标签法处于第二阶段，但该阶段目前已经处于晚期。随着第二阶段的结束，新的阶段将会取而代之。依据新标签法的草案，分析发现，现有产品将有不低于60％的产品无法满足草案第三阶段对通过噪声的要求，更糟糕的是现有产品能够满足草案第四阶段通过噪声要求的产品几乎不足10％。一旦新标签法开始实施，大量不满足法规要求的产品将不得不选择退出欧洲市场或寻找其他途径。
纵观欧洲标签法的变化历程不难发现标签法对通过噪音有不断加严的趋势，将导致越来越多的现有产品无法满足欧洲标签法的要求，且近年来越来越多的传统燃油汽车被电动汽车所取代，没有了发动机噪声遮盖后，人们将越来越多地关注到轮胎产生的噪声。
现有技术的轮胎通过噪声，无法达到如此低的水平；有些轮胎采用在胎里贴合吸音棉的方式来降低通过噪音，这种技术一方面增加了生产的复杂度和成本，另一方面在使用过程中吸音棉也容易脱落，脱落之后的吸音棉将无法很好的起到降低通过噪声的功用；另外还有一些技术在获得较低通过噪音的同时，往往会使轮胎其他性能明显降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有超低通过噪音的子午线轮胎。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种具有超低通过噪音的子午线轮胎，包括由内向外依次设置的帘布层、带束层、冠带层以及胎面，所述帘布层、带束层、冠带层以及胎面中至少两个相邻部件采用不同的材质；所述带束层的线束角度为27°～35°，并使得所述轮胎在70％～80％最大负荷下的扭转弹性系数为65N.m/deg～75N.m/deg。
进一步地，所述帘布层、带束层、冠带层以及胎面中的任意两个相邻部件采用不同的线束材质，或者不同胶料材质，或者不同的线束材质和胶料材质。
进一步地，所述胎面具有两层以上叠置的分层胎面，且任意两层相邻的分层胎面采用不同的材质。
进一步地，所述胎面的硬度为57HS～62HS。
进一步地，所述带束层至少有两层，且任意两层相邻的带束层采用不同的材质。
进一步地，在胎面的任意一个径向截面上，从胎面最高点到胎面一侧端点依次分成第一冠弧、第二冠弧和第三冠弧，其特征在于，所述轮胎的接地面宽TDW、名义断面宽NSW、断面宽SW、第一冠弧的外径TR1和弧长TW1、第二冠弧的外径TR2和弧长TW2、第三冠弧的外径TR3和弧长TW3具有以下关系：TDW/NSW＝0.76～0.80、TR1：TR2：TR3：NSW＝(2.9～3.2)：(1.4～1.6)：(0.35～0.5)：1、TW1：TW2：TW3＝(0.98～1.01)：(0.98～1.01)：(0.87～0.91)、SW＝欧洲法规标准值+(0～4)mm。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
声波穿过不同介质分界面时会发生大幅度衰减，衰减程度与介质差异程度成正比，本发明部件中的帘布层、带束层、冠带层以及胎面，每两个相邻部件或者至少存在两个相邻部件采用不同的材质，使轮胎内部的空腔噪音在向外传递时遭到大幅度削弱，从而降低轮胎的通过噪音；在试验中发现的扭转弹性系数与通过噪声之间存在正相关关系后，本发明利用这种相关关系，控制带束层线束角度以及相关参数，使轮胎在70％～80％最大负荷下的扭转弹性系数为65N.m/deg～75N.m/deg，此时轮胎能够满足欧洲标签法草案第四阶段第1等级的要求，且通过限制扭转弹性系数下限来保证轮胎其他参数在可接受的范围内。
附图说明
图1为本发明胎面轮廓的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
一种具有超低通过噪音的子午线轮胎，包括帘布层、带束层、冠带层以及胎面，设计该轮胎的目的是为了适应未来的低噪音法规要求，在保证轮胎其他性能不下降、尽量不增加额外工艺的情况下，得到通过噪音尽可能低的子午线轮胎。
以往轮胎设计过程中，轮胎两个相邻部件有时采用不同的线束材质，有时采用相同的线束材质，决定线束材质的因素只有该部件所起到的结构作用；而且为了粘性，两个相邻部件会采用相同的胶料，因为相同的胶料的之间粘合性更好；但声波穿过不同介质分界面时会发生大幅度衰减，衰减程度与介质差异程度成正比，也就是说两种介质物化性质相差越多，那么声波穿过两者分界面时的衰减越厉害。
帘布层、带束层、冠带层均包括线束以及包裹在线束外部的胶料，胎面仅有胶料。
轮胎行走过程中，空气在轮胎内部高速冲击产生的空腔噪音会依次通过帘布层、带束层、冠带层、胎面传递到空气中；本发明利用上述声音衰减性质，将空腔噪音传播路径上的各相邻部件或者至少两个相邻部件设置为不同的材质，使噪音大幅度衰减；上述不同材质包括以下情形：线束材质相同但胶料材质不同、线束材质不同但胶料材质相同、线束材质不同且胶料材质也不同；当两个相邻部件采用不同胶料时，为了提高粘性，可以在部件表面涂刷粘性物质，保证粘合性，也可以通过改变胶料配方，提高部件粘合性。
以带束层为例，本发明采用两层带束层，分别为第一带束层、第二带束层。
方案1
方案2
方案3
第一带束层线束材质
2*0.30 48E
KEVLAR
2*0.30 48E
第二带束层线束材质
2*0.30 48E
KEVLAR
KEVLAR
噪音(dB)
79.2
78.6
77.9
改善幅度(dB)
-
下降0.6
下降1.3
是否有效
-
有效
有效
方案2比方案1的噪音更低，是因为方案2中的KEVLAR材质吸音效果好于规格为2*0.30 48E的钢丝材质。通过对比方案3和方案1，可以看出不同线束材质的降噪效果好于相同线束材质。出于粘性等工艺考虑，方案1、2、3均采用相同胶料，当采用胶料不同时，则降噪效果更佳。
在此上述基础上，通过调整轮胎的结构，来获得声特性阻抗与空气特性阻抗更接近的结构，以实现降低轮胎通过噪声的目的，同时通过结构和胎面配方的调整消除按照上述设计原则对湿地性能带来的不利影响，具体方案见表1和表2。
表1
表2
方案4到9中，2P2S是指两层帘布层、两层带束层，1JF是指1层全冠带层，1JE是指1层边部冠带层，属于本领域技术人员常用术语。
上述扭转弹性系数是在70％～80％最大负荷下测得的。
对方案4到9中的扭转弹性系数、噪音值计算皮尔逊相关系数r，r＝0.95，说明扭转弹性系数与通过噪声存在线性正相关的关系；通过控制带束层的线束角度为27°～35°，将扭转弹性系数限定在65N.m/deg～75N.m/deg时，噪音下降；对扭转弹性系数设置下限，可以防止扭转弹性过低造成操控性下降。
此外，还可针对胎面进行分层设计；以往胎面也具有分层结构，其分层的主要目的是为了散热、胎面抓地、刚性等一系列非声学原因，本发明在上述方案的技术上，对胎面进行了分层设置，且任意两个相邻的分层胎面采用不同的材质。
轮胎的硬度与通过噪音之间也存在关系。
设置胎面硬度不同的方案10到15，噪音结果如表3所示。
方案
10
11
12
13
14
15
胎面硬度(HS)
57
69
59
67
67
62
噪音(dB)
69.6
70.6
70
70.9
71
70
表3
计算表3中胎面硬度与噪音的相关系数r＝0.91，说明胎面硬度与通过噪声存在线性正相关关系，本实施例中，选用的胎面硬度为57HS～62HS。
声压级叠加公式可以看出总的声压级和单个声压级之和成对数关系，此对数在其变量区间内为单调递增的函数，所以减少叠加声压级的数量将能够降低总的声压级。因此可以通过减少轮胎的接地面积来减少振动质点的数量，从而减少叠加声压级的数量以实现轮胎通过噪声的降低。通过调整断面宽、接地面宽以及胎冠弧寻求在法规允许的条件下获得尽量小的接地面积，以实现降低轮胎通过噪声的目的。
如表4所示，为分析断面宽、接地面宽对轮胎通过噪音的影响，设置方案A到F。
表4
如表5所示，为进一步分析轮廓冠弧参数对通过噪音的影响，设置方案C1、C2、C3，与方案A进行对比。
方案
A
C1
C2
C3
SW(mm)
222
214
214
214
TDW(mm)
178
162
162
162
TR1(mm)
700
700
630
630
TR2(mm)
350
350
315
315
TR3(mm)
100
100
120
93
TW1(mm)
33
24.5
24.5
28
TW2(mm)
33
28.3
28.3
28
TW3(mm)
23
28.2
28.2
25
接触面积(mm<sup>2</sup>)
21724
20885
21453
20143
噪音(dB)
80.4
79.7
80.3
78.7
改善幅度(dB)
下降0.7
下降0.1
下降1.7
是否有效
有效
有效
有效
表5
从表4和表5中可以看出，当轮胎的接地面宽TDW、名义断面宽NSW、断面宽SW、第一冠弧的外径TR1和弧长TW1、第二冠弧的外径TR2和弧长TW2、第三冠弧的外径TR3和弧长TW3具有以下关系时：TDW/NSW＝0.76～0.80、TR1：TR2：TR3：NSW＝(2.9～3.2)：(1.4～1.6)：(0.35～0.5)：1、TW1：TW2：TW3＝(0.98～1.01)：(0.98～1.01)：(0.87～0.91)、SW＝欧洲法规标准值+(0～4)mm；能够有效降低轮胎的通过噪声，同时由于依据上述原则设计的轮胎重量会有明显下降在节约成本的同时亦能获得更低的滚阻阻力系数，因为轮胎的重量尤其是胶料的重量对滚动阻力系数影响很大；其中名义断面宽并未真实值，故在图1中未标出。
如表6所示，综合上述各有利因素，制定整体方案进行实车通过噪声测试。
TDW
TDW/NSW：0.76～0.80
SW
欧洲法规标准值+0～4mm
TR1：TR2：TR3：NSW
2.9～3.1：1.4～1.6：0.35～0.5：1
TW1：TW2：TW3
0.98～1.01：0.98～1.01：0.87～0.91
带束层角度
27°～35°
冠带层材料
锦纶+KEVLAR
扭转弹性系数(N.m/deg)
65～75
胎面硬度(HS)
≤58
滚动阻力系数
7.14
湿地抓着力
1.45
通过噪声结果(dB)
65.5
通过噪声结果修正值(dB)
65
表6
通过噪声结果得出后，还需剔除环境影响，得到通过噪声结果修正值；如表6和7所示，最终的通过噪声达到了65dB，满足欧洲标签法草案第四阶段第1等级的要求。
表7
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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