历史上，轮胎工程人员一直试图制造极其耐用的外胎结构，使其能 经受汽车司机加于轮胎的严苛驱动条件。
起初，轮胎是很重的且采用了多层的斜纹帘线或很多的斜纹帘线的 帘层布，其主要目的仅是为了保持空气和避免跑气或放气。
通过不断地研究来开发更耐用和更好的轮胎结构，在此过程中已研 究出新的材料和发展了更好的设计。
子午线轮胎的引入使之在实际上开发了少到只有一个胎体帘布层 的轮胎。此帘布层为带结构作径向地包含。为了提高这种轮胎的耐用 性。所涉及的带结构变成主要是由钢丝来增强。这种钢丝增强的带给出 了并于现今提供了非常耐用的结构。
这些钢丝带束轮胎具有许多使它们能为人们乐于采用的优点。这里 的钢丝帘线不是热敏的，也就是说它们的物理性质是颇为稳定的而与轮 胎的工作温度无关。此种钢丝帘线基本上是非延伸的且可以由抗疲劳性 优异的细钢丝制成具有很高的强度。但是，轮胎中的这种钢丝帘线带导 致需要在一般称之为台面底层的区域中的带的正上方、在带层本身之中 以及在带的边缘的区域中增加橡胶的厚度，这一切都是为了保护钢丝帘 线不会暴露或结构上在边缘处分离。在许多情况下，不需要钢带的强 度，且替代的有机帘线的重量更轻。
最终的结果是，钢丝带束子午线轮胎事实上较重，在胎面区中和在 轮胎的胎肩中采用了更多的橡胶。准确地说，在这些区域中即在轮胎的 胎面的大部分之中，耐磨损性能以及对滚动阻力的灵敏度必须是最高 的。在这种区域中的橡胶愈多，滞后效应就愈高而在运转状态下的温度 也愈高。
现代轮胎设计者的目标之一是去开发能产生汽车燃耗降低的轮 胎。这是可以实现的，即依靠设计出是有低质量和低转动惯量的冷运行 的轮胎，同时提高轮胎的操纵性能和胎面的耐磨性，此外，工程人员还 必须确保轮胎的轮迹和胎面的瞬时接触部具有均匀的压力分布以实现 均匀的磨损。
随着具有极低轮胎断面高宽比的高性能轮胎的出现，使用具有尼龙 或芳族聚酰胺的合成帘线的覆盖层的带结构已普遍化。为了进一步取得 高速度的性能，胎面的厚度已保持到最小。厚的胎面物质在高速下只会 使轮胎飞离。随着这类轮胎推进到轮胎工程师已知的轮胎设计范围，工 程师们就必须重新考虑轮胎的全部参数。在某些情形下，这意味着要回 过头来重新分析过去曾用到的但由于在技术领域采取了不同途径而放 弃了的原理。
工程师需要考虑的一种方法是使轻量轮胎如何更有益，而不会招致 某些轮胎部件引起的大量的花费负担。
本发明概述
显示出极其轻量和低滚动阻力的子午线轮胎10具有的轮胎断面高 宽比为0.2～0.8。轮胎10具有：一对平行的环形胎圈填充芯26；一个 或多个子午线胎体帘布层38，而至少有一个子午线胎体帘布层38是包 绕到所述胎圈填充芯26上；在轮胎10的胎冠区中沿径向设于所述一个 或多个子午胎体帘布层38之外的带结构36；以及宽度基本上与带结构 36的宽度一致的覆盖层59。胎面12沿径向设于所述覆盖层59之外而 胎壁20则位于胎面12与所述胎圈填充芯26之间。
覆盖层59具有纤维或帘线70，帘线70选自一组最好较为非热收 缩的材料，这组材料包括人造丝、PET、芳族聚酰胺、PEN或埋入弹性 材料中的PVA。带结构36是由帘线角为16～28°而最好为约22°的两层 人造丝帘线增强的层50、51构成。人造丝帘线最好是1840/2至 2440/2/2，更好是具有78至30EPI的2440/3
覆盖层59最好螺旋式地包绕到带结构36上径向地朝外并与之邻 接。覆盖层59是由宽 英寸且在其内埋设有4～45个并列的增 强丝或帘线70的增强带的连续条带制成。
在此最佳实施例中，覆盖层的帘线70的材料是芳族聚酰胺，但同 样可以采用高抗张强度、低热收缩率的帘线如人造丝、PEN、PET或 PVA的帘线。
本发明的轮胎10具有很薄的胎面底层13，此胎面底层13是从覆 盖层59的帘线70的径向外表面测量到全深度的周边槽。胎面底层13 的厚度t小于2mm而最好大于1mm。
为了进一步改进驾驶性能，轮胎10采用了从各胎圈填充芯26沿径 向向外且与帘布层38相邻的硬的三角胶芯46。三角胶芯46具有的邵 氏(Shore)D硬度大于50。
为了提高横向稳定性，轮胎10本身可以采用两个胎壁插件，每个 胎壁20中有一个插件。各胎壁插件有斜纹帘线增强件的两个层52、53。 第一层52的帘线与第二层53的帘线的取向相等但相反，这两层52、 53位于三角胶芯46与胎体帘布层38的反包端32之间。各层的帘线相 对于径向按25～60°取向。此第一与第二层52、53最好各具有径向内 端54和径向外端55，其中一层的各端54、55相对于相对的层的各相 应端54、55错开排列。一层中的径向外端55位于轮胎剖面高度SH约 一半处或如图示在h处。
轮胎10还可以有消声胶质带42，其设于一带边缘之下且延伸到轮 胎10的剖面高度SH的约50％。
所述一个或多个胎体帘布层38的帘线41可以选自人造丝、尼龙、 PEN、PET、钢或芳族聚酰胺这种材料。优先选用的轮胎10使用一层 人造丝胎体帘布层38。
采用前述新型组合形式的轮胎10与常规的有覆盖层的轮胎相比可 以适度达到的很低的成本按很轻的重量制成。
本发明的轮胎10可以显现出可接受的优良性能，特别是能以极低 的滚动阻力的附加优点进行高速驾驶。
附图的简要描述
图1是本发明的实施例轮胎10的一半部的横剖图，相对的那半部 有类似的形状和结构；和
图2是类似于图1的轮胎10的低成本变型的横剖图。
定义
“轮胎断面高宽比”指轮胎的剖面高度对其剖面宽度之比。
“轴向的”与“轴向地”意指与轮胎的转动轴线平行的直线或方向。
“胎圈”和“胎圈填充芯”一般是指轮胎的包括环形抗张件的部分， 径向内胎圈关系到将轮胎保持于由帘布层帘线包绕的轮辋上并使其定 形，其中用或不用其他增强件如钢丝圈外包布、胎跟加强层、三角胶芯 或填料、护趾件以及胎圈包布。
“带结构”或“增强带”是指平行帘线的至少两个环形层或帘布层， 织造的或非织造的，在胎面之下，不固定于胎圈之上，并具有相对于轮 胎的赤道面成17～27°的左、右两个帘线角。
“周向的”是指沿垂直于轴线方向的环形胎面的表面的边界延伸的 线或方向。
“胎体”是指除带结构、胎面和胎面底层，但包括胎圈的轮胎结构。
“外胎”是指除胎面与胎面底层外，轮胎的胎体、带结构、胎圈、 胎壁以及所有其他部件。
“胎圈包布”是指环绕胎圈的外侧设置的用来保护帘线帘布层不对 轮辋影响，将弯曲分布于轮辋上窄料带条。
“帘线”是组成轮胎中的帘布层的增强合股线之一。
“赤道面(EP)”是指垂直于轮胎的转动轴线且通过其胎面的中 心的平面。
“轮迹”是指胎面与平的表面在零速度和在正常负荷和压力下的瞬 时接触面或接触区。
“内衬层”是构成无内胎轮胎的内表面且含有此轮胎内充气流体的 弹性材料或其他材料的一层或多层。
“标准充气压力”是指相称的标准机构为轮胎使用条件指定的具体 设计的充气压力与负荷。
“标准负荷”是指相称的标准机构为轮胎使用条件指定的具体设计 的充气压力与负荷。
“帘布层”指以橡胶涂层的平行帘线的层。
“径向的”与“径向地”指沿径向朝向或背离轮胎的转动轴线的方 向。
“径向帘布层轮胎”是指用带结的或周向受约束的充气轮胎，其中 的至少一层帘布层所具有的从胎圈延伸到胎圈的帘线相对于轮胎的赤 道面铺成的帘线角为65～90°。
“剖面高度”是指从名义轮辋直径到轮胎的外径在轮胎赤道面上的 径向距离。
“剖面宽度”是指轮胎于标准压力充气时和经24小时后，但无负 荷，平行于轮胎的轴线且在其胎壁外部之间的最大直线距离，这里排除 了胎壁因注标记、装饰或加保护带的高度。
“肩”是指正好在胎面边缘之下的胎壁的上部。
“胎壁”指轮胎在胎面与胎圈之间的部分。
“胎面宽度”是指胎面在轴向上即在平行于轮胎的转动轴线的平面 中的弧长。
本发明的详细说明
本发明的轮胎10采用了独特的结构。图1中所示的轮胎10是载客 车的子午线轮胎或轻型卡车轮胎，轮胎10设有接地胎面部分12，该部 分在胎面12的各个横向边缘14、16处终止于各肩部。从胎面的横向边 缘14、16分别延伸出的一对胎壁部20，它们终止于一对胎圈区22，每 个胎圈区又分别有一环形的非延伸性的胎圈填充芯26。轮胎10还设有 胎体增强结构30，它从胎圈区22通过一个胎壁部20、胎面部12、相 对的胎壁部20到达相对的胎圈区22。此胎体增强结构30的至少一个 径向帘布层38的反包端32包绕到胎圈芯26上且沿径向向外延伸到一 终端33。反包端32可以终止于图1实施例中最大剖面宽度的大致径向 外侧。轮胎10当其是无内胎型时可以包括形成轮胎10的内周面的常规 的内衬层35。在此优先选择的轮胎10中，内衬层35是由100％的丁基 溴或可替代的丁基卤制成。
如图1所示，轮胎10可以应用包绕到胎圈填充芯26上并延伸到位 于最大剖面直径h的大致径向位置的高反包端33的单一的合成帘布 层。
在胎面部12之下，围绕胎体增强结构30的径向外表面，沿周边设 置胎面增强带结构36。在所示的这一具体的实施例中。带结构36包括 两个裁切的带式帘布层50、51，带式帘布层50、51的帘线80相对于 轮胎的中间圆周中心平面按约22°角取向。
带式帘布层50的帘线80设置在与上述中间圆周中央平面相对并与 带式帘布层51的帘线80脱离开的方向。但是带结构36可以包括任意 个数的带式帘布层，同时帘线80可以按任意所需角度设置，但最好是 18～26°。层50、51的一个重要特点是，各层50、51都是单一的裁切 层，任何层都不具有折叠的横边。带结构36在整个带宽上提供了横向 刚度，使得胎面部12在轮胎10运转时抬离路面的高度最小。在所示的 实施例中，这是通过使带式帘布层50、51的帘线80由人造丝，以及最 好有从1840/2(加捻6/6至12/12tpi)到2440/2/2(加捻3/3至10/10 tpi)，更好为2440/3(加捻6.5/6.5tpi)性质的下列材料制成，该 材料性质有18-24EPI并在硫化后有硫化角16-28°，最好是22°，密 度为15-25EPI的结构。
胎体增强结构30包括至少一个增强帘布层结构38。在图1所示的 具体实施例中，提供了具有径向向外的帘布层反包端32的增强帘布层 结构38，此帘布层结构38最好具有一层平行的帘线41，帘布层结构38 的此帘线41最好相对于轮胎10的中间圆周中央平面CP按至少75°角 取向。在此所示具体实施例中，帘线41相对于此中间圆周中央平面CP 取向成约90°角。帘线41可以是通常用于橡胶制品的帘线增强的任何 材料，例如但不限于人造丝、尼龙与聚酯、芳族聚酰胺或钢。这样的帘 线最好由与橡胶具有高粘合性且有很高的耐热性的材料制成。
对于这种胎体帘线41，一般采用弹性模量为250～600kgf/mm2的 有机纤维帘线，如尼龙6、尼龙6-6、人造丝、聚酯或高模量的帘线。 在340～2100dTex的情形，这种纤维帘线最好采用密度为17～30EPI。
其他的高模量纤维包括芳族聚酰胺、维尼龙、PEN、PET、PVA、 碳纤维、玻璃纤维和聚酰胺。此外，具有的细微直径纤维是显示出优良 的抗疲劳特性的甚高抗张强度钢制的钢丝帘线也是可以采用的。在图1 和2中所示的具体实施例中，帘线41是由人造丝制成的。帘线41的模 量E设为X而百分伸长率设为Y。优先选用的人造丝帘线41的X值至 少为10GPa而其百分伸长率是在这类帘线的特殊材料中一般所见的范 围内。
从图1中还可看到，轮胎10的胎圈区22分别具有一环形的实质上 非延伸的第一和第二胎圈填充芯26。
上述胎圈的填充芯最好由单个或单丝钢线连续地包绕而成。在最佳 实施例中，是将0.038英寸(0.97mm)直径的高抗拉的钢丝共四根分 别沿径向朝内至径向朝外包绕成四层，形成4×4的结构。
位于胎圈区22和胎壁部20的径向内部的是分别设于胎体帘布层增 强结构38和各反包端32之间的高模量弹性三角胶芯插入件46。此两 个弹性三角胶芯插入件46分别从相应的胎圈填充芯26的径向外部延伸 出，直至进入渐减剖面宽度的胎壁部。弹性插入件46终止于如图1所 示在位置h处的轮胎的最大剖面宽度沿径向朝内的距离G处的径向外 端。在此所示的具体实施例中，各个弹性三角胶芯插入件46从其相应 的胎圈填充芯26延伸至一距离G约为轮胎剖面高度的25％处。
出于本发明的目的，轮胎的最大剖面高度SH应视作为从轮胎的名 义轮辋直径NRD到轮胎的胎面的径向最外部的径向距离。此外，同样 出于本发明的目的，这一名义轮辋直径应该是此轮胎按其尺寸指定的直 径。
在本发明的最佳实施例中，胎圈区22还包括位于三角胶芯插入件 46和帘布层反包端32之间的至少一个帘线增强件52、53。帘线增强件 52、53具有第一端54和第二端55。此第一端54沿轴向和径向在第二 端55之内。帘线增强件52、53离轮胎10的转动轴线所增加的径向距 离是距其第一端54的距离的函数。如图1所示，帘线增强件包括宽约 4cm的两个部件52、53。轴向内部件52具有沿径向在或略高于第一和 第二胎圈填充芯26处的径向内端54。轴向外部件53则有沿径向在胎 圈填充芯26的外表面之外约1cm处的径向内端55。上述轴向内和外部 件52、53最好具有人造丝、尼龙、芳族聚酰胺或钢的线增强件，在此 最佳实施例的轮胎中，采用尼龙1400/2dTex的帘线。帘线增强件53的 第二端55沿轴向位于胎圈填充芯26和第一帘布层38的反包端32的终 端33之外，且沿径向位于从名义胎圈直径量起的剖面高度SH的至少 50％的距离处。
部件52、53的帘线最好倾斜形成相对于径向成25～75°更好是55° 的夹角。要是用到两个部件，则两个帘线角最好设置成相等而反向。此 帘线增强件53、53改进了本发明的轮胎10的行驶特性，此增强件52、 53大大减少了汽车过度转向的趋势，而这是常规的轮胎在不充气或充 气不足而被驱动时常常遇到的问题。
可以给轮胎10的轮圈区22增设一织物增强件61。此织物增强件 具有第一和第二端62、63。这种部件包绕到第一帘布层38和胎圈填充 芯26上。上述两个第一和第二端62、63沿径向延伸到胎圈填充芯26 之上和之外。
最佳实施例轮胎10的胎壁部20设有一对第一消声填料42，第一 消声填料在内衬层35和增强帘布层38之间，并在轮胎10的肩部区内 的各个带边缘之下延伸到增强件端部55的径向内部。如图1中本发明 的最佳实施例所示，胎壁部20各包括第一消声填料42和三角胶芯插件 46。第一消声填料42按以上所述定位。各三角胶芯插件46分别位于第 一帘布层38与帘布层38的相应反包端32之间。
出于本发明的目的，轮胎的最大剖面宽度(SW)是按平行于轮胎 的转动轴线从轮胎的轴向外表面算起，其中除去了编号签条和装饰相 等。同样，出于本发明的目的，胎面宽度是从充气至最大标准充气压力 的轮胎于额定载荷下并安装在为它设计的轮子上时，从轮胎轮迹起测量 的垂直于轮胎的赤道面(EP)的轴向距离。
图1所示的最佳实施例轮胎10具有围绕胎面增强带结构36设置的 织物覆盖层59。例如可将具有PEN、PET、PVA、人造丝或芳族聚酰 胺帘线的两个帘布层设于各个增强带结构36之上，而让其横向端延伸 过带结构36的横向端。或者可将单层的螺旋卷绕的增强织物用作覆盖 层。此最佳实施例轮胎10采用flexten 1670/3或更好是1100/2dTex的 螺旋式卷绕的芳族聚酰胺帘线70。芳族聚酰胺材料的弹性模量比尼龙 的显著的高，因而与两层尼龙相比会更有力的增强轮胎。本中请人发 现，用具有至少14EPI而最好约17EPI的单层芳族聚酰胺覆盖层能实 现增加轮胎的高速能力。一般，在客车轮胎中要避免使用芳族聚酰胺材 料，这部分原因是由于这种材料的噪声性质不良，使声音通过客车轮胎 的较薄的胎壁谐振。申请人的本发明的轮胎采用了设于胎壁20中的消 声插件42，它能显著地减弱轮胎中产生的噪声。这种消声胎壁20则允 许使用芳族聚酰胺覆盖层而不会发生不能接受的噪声水平。
覆盖层59的帘线80可以由人造丝、PET、PEN或PVA中的任一 种材料制造。可以采用密度为240dTex～2200dTex的PEN纤维，更好 是采用具有在4与12tpi之间的纱线与帘线的加捻件，而最好可以采用 7Z/9B的。
如图所示，三角胶芯插件填料46可以由一种、二种或更多种的不 同弹性材料制成。这里的最佳实施例在从胎圈填充芯26延伸出的三角 胶芯插件46中只采用一种化合物或一种材料。优先选择的三角胶芯插 件材料是很硬的。具有邵氏(shore)D硬度为50或更大，而最好是50～ 55。插件46的硬度是通过周知的混合方法混合交联的增强树脂而取得 高硬度值的，这样只需用极少量的材料来形成三角胶芯插件46。
插件46也可以装载短纤维，它们最好按至少为45°角取向以提高 插件的径向和横向硬度，纤维更好是按径向取向。这类短纤维最宜采用 纺织材料或合成材料如人造丝、尼龙、聚酯或芳族聚酰胺制成。这种短 纤维虽可取径向方向或按倾斜角度最好45°角定位，但不应沿圆周方向 延伸。
通过设置硬橡胶的胎圈包布部分60，轮胎10在轮辋辋圈邻近处的 胎体结构30的径向朝外的下部胎圈区中的磨损可以降至最低限度，特 别是在把轮胎用于充气不足的情形时。
带结构36具有非折叠带50、51，它们用人造丝帘线增强，人造丝 帘线较好的使用从1840/2(加捻6/6至12/12tpi)到2440/2/2(加 捻3/3至10/10tpi)，而更好为2440/3(加捻6.5/6.5tpi)，密度 为18-24EPI。带50、51的宽度约为一般称作为胎面弧宽的模制胎面 帘线宽度的98％。
为了进一步改进轮胎10的性能和轻量特性。胎面12经构造成使胎 面底层13具有最小的厚度t。通常，对高性能客车轮胎来说，这种胎 面底层可以减薄到2～5mm。本发明的轮胎，如图1所示，可以具有从 覆盖层59的径向外帘线70到全深度的周边槽底计量的薄于2mm，而更 好情形薄约1mm的胎面底层。
为确保本发明的轮胎10在模制具有人造丝带50、51的轮胎时减少 所形成的内应力，已将这种模具设定成在胎面处加宽而平整。胎面半径 315mm和胎面帘线宽141mm已评估为可接受的结果。在轮胎尺寸为 195/65R15 91V时，914mm的胎面半径和152mm的胎面帘线宽度能产生 最佳结果。本发明人确信，在胎面帘线宽度约为或大于125mm时，大于 300mm的平胎面半径会给出合乎要求的结果。对于大于150mm的胎面帘 线宽度较理想的胎面半径R应大于500mm，而此R最好至少应为750mm。 这种宽平的胎面弧形能使带帘线80在胎体帘布层38附近只会受到能施 加于帘布层51的帘线应力的热收缩变形的极小影响。这种效应同低热 收缩率的帘布层帘线41与类似的低热收缩率的覆盖层59相结合，意味 着可以制成这样的轮胎10，在其使用中，覆盖层59，帘布层38和带 50、51可以无损害变形地完整无损地暴露于热膨胀和收缩之下。
用常规的钢丝带制得了尺寸为195/65R15 9IV的试验轮胎，轮胎重 9.4kg。根据本发明制成了相同尺寸的轮胎，轮胎重7.2kg，当采用本 发明的上述原理时，取决于对轮胎10的调整可使轮胎的重量为6.9～ 7.4kg范围。
轮胎重量的减轻其本身就是对先有技术的一种最有利的改进，因为 它减少了轮胎的动能影响，降低了平移和转动的动能，从而减少了能 耗。
此外，减轻了轮胎的非弹性质量就可以使汽车制造厂家重新设计其 已减轻部件重量的悬架，由此能改进汽车的重量、性能与驾驶。
本发明的轮胎相对于以同样模具，用相同胎面材料和标准钢带制成 的常规结构，改进了约10-18％的滚动阻力。
与传统的结构相比，在轮胎10的标准磨损试验中已观察到胎面的 磨损改进了0～10％。可以看出，轮胎10对车轮位置的磨损是不太敏 感的。在轻载重条件下，本发明的轮胎10与先有技术的轮胎相比，转 向位置的肩部磨损和后轮位置的中心线磨损也轻得多。
用为恢复无扰动行驶所需的时间量来作比较，本发明的轮胎平点比 起先有技术的轮胎有了极其显著的改进。平点是指这样一种状态，通常 发生在车辆驱动后停止时造成热的轮胎冷却而致使结构具有局部变平 的外胎结构。
最重要的是，本发明的轮胎已证明具有优越的耐用性，通过了柱 塞、道路耐用性、胎体疲劳、室外回弹仪、路缘冲击等试验、道路柱塞 与法定要求的DOT和ECE R30质量鉴定试验。
如图2所示，轮胎1可以通过取消增强件52、53和消声插件42 以更低的成本制造出来。此外，覆盖层帘线70可以是相对于使用芳族 聚酰胺成本更低的人造丝。
尽管为阐明本发明的目的已示明了某些代表性的实施例和细节，但 应认识到，内行的人士在不脱离本发明的精神与范围的前提下是可以作 出变更与修正的。