[發明專利]一種具有仿生非光滑花紋的雪地輪胎溝槽

有效

• 申請號: 201611031152.3
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106739840B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 毛春昱;馬云海;李俊偉;陳創發;王慧鑫;肖楊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B60C11/12
• 分類號: B60C11/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

一種具有仿生非光滑花紋的雪地輪胎溝槽屬汽車輪胎技術領域，本發明的雪地輪胎溝槽兩側面的仿生非光滑花紋對稱分布，半球形坑、凹凸結構Ⅰ和Ⅱ自上而下順序排列，相鄰二半球形坑下方設有凹凸結構Ⅰ和Ⅱ各3個，其中兩邊的凹凸結構Ⅰ和Ⅱ與相鄰兩個半球形坑的中心在一條垂線上，相鄰兩個凹凸結構Ⅰ、Ⅱ上下均錯位排列，溝槽底面所設凹凸結構Ⅲ中間排與左右排錯位排列。本發明的花紋溝槽可應用于雪地和四季轎車輪胎，可不改變輪胎其他花紋結構，只改變輪胎的溝槽結構，保證原有輪胎的排水、抗老化等綜合性能；本發明使輪胎的抓地性增強，可降低花紋氣動噪聲3～6％，且可自動擠壓排出石頭泥沙，有效防止石子對輪胎的損壞，延長輪胎的使用壽命。

技術領域

本發明屬汽車輪胎技術領域，具體涉及一種雪地輪胎溝槽的仿生非光滑花紋。

背景技術

在冬季行車時，輪胎與冰雪路面會形成一層水膜，導致輪胎與路面的摩擦力減小，造成輪胎打滑，冬季輪胎設計的關鍵在于通過胎面膠采用特殊配方和花紋夾縫技術來增大與冰雪路面的附著力，從而使輪胎在冰雪路面上有更強的抓著力和防滑性，提高制動和操控等性能，但同時輪胎的噪聲增大耐磨性降低。現歐盟輪胎標簽法的實施以及我國出臺的《綠色輪胎技術規范》對輪胎噪聲性能均提出了明確要求及限制等級。面對日益嚴苛的法規要求，研究低噪聲性能輪胎新技術迫在眉睫。然而，輪胎噪聲的發聲機理復雜，受多種因素相互影響，目前尚未有統一的設計思路來指導輪胎低噪聲設計。事實上，輪胎花紋噪聲的產生不僅與花紋結構設計有關，而且與花紋溝槽內流體運動狀態也密切相關。輪胎在平直路面行駛時，輪胎與路面的相互作用使得花紋溝槽發生壓縮變形，溝槽內的空氣也隨之被壓縮，被迫從溝槽端口排出，于是造成了局部空氣的不穩定流動；離開路面時，受壓縮的花紋塊變形恢復，容積突然增大而形成一定的真空度，外部空氣急速吸入溝槽內部。這種空氣泵吸作用，導致了汽車行駛過程中輪胎產生一種噴射噪聲，即氣流從管口高速噴射造成周圍空氣劇烈振動產生的噪聲，稱為輪胎的泵氣噪聲。汽車輪胎每小時行駛速度達到80～240km，輪胎每分鐘要滾動600～2000轉，即經受3.6萬～12萬次/h的反復多次變形，在這種動負荷、高速度、長時間的嚴酷環境工作條件下，要求輪胎必須具有很高的強度和很好的耐久能力，亦即必須具備極大的耐疲勞強度。為此，輪胎結構體必須要配置能耐大變形、長時間使用及耐熱的橡膠。所以耐久性已成為決定輪胎使用壽命的首要條件。仿生非光滑結構在工程流體領域的減阻、散熱及降噪研究成果，給本專利花紋的設計打開了一個新的思路。

隨著對仿生輪胎的不斷深入的研究，輪胎花紋和胎體結構都得到了改進。2016年固特異在日內瓦車展上，發布了一款全新的概念輪胎。這款名為Eagle360有著極具顛覆性的球型外形。在胎面花紋的選擇上，采用了仿珊瑚圖案的仿生學設計，在干燥路面時，輪胎的胎面會自動變硬，降低磨損和噪音，而在濕滑路面時，輪胎又會變軟，以提升輪胎的抓地力，但在許多技術的層面現如今還無法解決。中國專利CN103332071A公開了一種降噪輪胎花紋溝槽，凹凸狀阻尼結構能消除管腔內一定范圍空氣流頻率，減少空氣泵浦噪聲、降低氣柱共鳴機率，但結構比較粗糙無形狀特征比例，不能使降噪達到最優。中國專利CN105270102A公開了一種流線型縱向溝槽結構，可以降低噪聲，提高路面積水的流通性，且在輪胎一定磨損的情況下，通過增加接地面積來提高輪胎的抓地力，但輪胎的散熱性能和使用壽命沒有得到提高。因此，目前尚沒有一種在小幅度修改現有輪胎花紋條件下，降低輪胎噪聲提高輪胎的使用壽命的有效方法。

生物學家經過長期的觀察發現，自然界中許多生物經過數百萬年的進化發展，形成了特殊的身體結構。為什么汽車的輪胎、坦克的履帶會附著粘附物而蜣螂推糞球時不被粘附？經觀察可以發現，蜣螂與土壤糞便接觸密切的主要表面呈凹坑狀。蜣螂頭部、胸腹部和足部體表上的凹坑型結構可分為4種：簡單凹坑、環狀凹坑、帶中央隆起的凹坑和溝紋狀凹陷。簡單凹坑，廣泛分布于除腹部以外的各部分，特別是與土壤、糞便接觸密切的頭部；環狀凹坑，凹陷中央多有短剛毛，分布在前胸背板的內側；中央隆起的凹坑，凹坑形狀像銅錢樣，中央呈小丘狀或乳頭狀隆起，在隆起中央有一根短剛毛，分布在前胸背板的外側緣；溝紋狀凹陷，凹陷呈現念珠狀，分布在鞘翅的背面。因此，利用蜣螂凹坑型結構進行輪胎溝槽仿生有著一定依據。

發明內容