为了在丧失了充气轮胎内压之后提供继续有效的车辆机动性，已 经提出了许多解决方案。一类解决方案包括将一个硬的或半硬的衬套 固定在轮缘上以及轮胎内。在丧失轮胎压力的情况下，所述车辆是通 过从直接接触轮胎内部的衬套的部分经所述衬套的结构到轮缘的载荷 传递来支撑的。此种解决方案限制了吸收从路面传入的尖蜂载荷的能 力，从而在操作上限制了所述衬套的使用。一种具有类似于充气轮胎 性能的在结构上受到支持的泄气保用衬套的解决方案的性能改进将是 受欢迎的。

本发明的主题是一种泄气保用衬套，所述衬套在承载、车辆操纵 性、质量、和振动传递方面具有改善的特性，其中一种靠外侧的增强 环形带被连接在一种几乎不承受压缩负荷的侧壁结构上。这样一种用 于使车辆能够以泄气的轮胎行驶有限距离的泄气保用衬套，被安装在 包括有充气轮胎和轮缘的一个组件中，且所述衬套被安装在轮胎的气 腔内部并被固定到轮缘上，所述衬套包括：
a)用于在轮胎的泄气工作期间接触轮胎内表面的弹性体外侧接触 部分，和
b)从所述外侧接触部分径向向内配置的增强环形带，其中所述环 形带包括一个弹性体剪切层，至少一个附着到所述弹性体剪切层的径 向向内区域上的第一膜片和至少一个附着到所述弹性体剪切层的径向 向外区域上的第二膜片，和
c)至少一个从所述接触部分径向向内延伸的侧壁部分，用于将所 述环形带连接到一个环绕着轮缘安装的基体部分上以便将所述衬套固 定到所述轮缘上，和
d)至少一个附着到所述环形带上的胎体帘布层，所述胎体从所述 环形带径向向内延伸并固定在所述基体部分中。
当车辆轮胎泄气和/或所述轮胎充分地弯曲时，所述衬套接触所述 轮胎的内表面。受到的载荷使得所述环形带变平。环形带的变形导致 在不接触轮胎的所述侧壁的那部分中产生张力。通过侧壁部分，车轮 有效地悬挂在环形带上。侧壁部分在拉力下基本上是不可伸展的，而 对于压缩弯曲几乎没有阻力。反之，在刚性的或半刚性的衬套中，通 过对接触着轮胎内表面的衬套部分施压，所述衬套支撑着所述载荷。
泄气保用衬套可以被紧紧地固定在轮缘上，或需要采用额外的材 料或衬垫来保持衬套在轮缘上的适当的侧向位置。在本发明中，基体 部分对于围绕纵向轴的转动具有高阻力。基体部分可以具有整体的核 心，所述核心包括具有所述衬套的截面宽度的大约5％宽度的大致呈矩 形的横截面，且所述核心的高度等于其所述宽度的大约50％。作为替 代，所述核心可以包括几种增强线构造之一。当这种基体部分被连接 到径向排列的侧壁部分上时，所述衬套具有保持在轮缘上的稳定对中 的优点，且不需要额外的内部衬垫或增强部分。
当在受到压力载荷所述侧壁部分被偏移而沿着轴向向外的方向有 利地弯曲时，所述衬套的性能得到了改善。在本发明中，所述侧壁在 一个配置在第一膜片和基体部分之间的大致中间的侧壁中的弹性体楔 子的作用下被偏移。所述楔子迫使所述胎体帘布层的轮廓产生弯曲。 当所述楔子与所述胎体帘布层外侧上的适当厚度的橡胶相结合时，本 发明获得了接触着所述轮胎区域的侧壁稳定地向外弯曲的所期望的结 果。
一个适当地充气的充气轮胎表现出对于路面的相对均匀的接触压 力。当刚性的或半刚性的衬套在载荷下变形以支撑车轮时，对于所述 轮胎的内部的接触压力是不均匀的。然而，根据本发明的衬套，当向 着泄气的轮胎内部挠曲时，会表现出相对均匀的接触压力，且接触区 域类似于充气轮胎的接触区域。当每个膜片的纵向张力和压缩模量对 于所述剪切层的剪切模量的比例至少为100∶1时，会表现出这种特性。 也就是说，膜片的性能就像基本不能伸展一样，且环形带的变形受到 弹性体剪切层中的剪切应变的调节。
每个膜片包括一对偏置的帘线增强层，所述帘线以相对于所述衬 套的中心线呈大约10度到大约20度的角度排列。所述弹性体剪切层 具有介于大约3MPa到大约20MPa之间的剪切弹性模量。所述剪切层 优选地具有tanΔ小于或等于大约0.1的低滞后量水平。
本发明允许设计者调节作为衬套设计参数的有效接触压力。所述 接触压力被近似为剪切层的剪切弹性模量，乘以环形带的径向厚度的 乘积，再除以第二膜片的最外区域的半径。此接触压力通常处于大约2 巴到大约6巴的范围中。大约3巴的接触压力可以在所述衬套的尺寸 和质量以及车辆性能之间产生良好的平衡。
从承载能力的观点看，对理想的衬套具有的截面宽度和截面高度 的要求，只要满足在正常工作期间不与轮胎相接触即可。在本发明的 优选形式中，所述衬套具有轮胎截面宽度的大约50％到大约70％之间 的截面宽度，和介于轮胎截面高度的大约40％到大约60％之间的截面 高度。
附图说明
通过参照以下附图中显示的非限定性实例，本发明将得到更好的 理解。所述附图的内容是要显示本发明的显著结构特性。所述附图不 是按照比例绘制的。
图1显示了包括有安装在轮缘上和轮胎中的泄气保用衬套100的 一种装置的径向剖面。
图2显示了具有与第二膜片相重叠的高翻边的轮胎胎体的泄气保 用衬套100的局部径向剖面。
图3显示了具有一个附着到第一膜片上的单独的轮胎胎体层并具 有一个在压力下倾向于向外弯曲的侧壁部分的泄气保用衬套200的局 部径向剖面。
图4显示了一种泄气保用衬套300的局部径向剖面，其中轮胎胎 体层是附着到环形带子上的不连续的片段，并具有在压力下倾向于向 外弯曲的侧壁部分。
图5显示了具有3-2-1排列的相邻的增强线的泄气保用衬套的基体 部分的局部径向剖面。
图6显示了具有4-3-2排列的相邻的增强线的泄气保用衬套的基体 部分的局部径向剖面。
图7显示了具有整体增强部分的泄气保用衬套的基体部分的局部 径向剖面。
图8显示了与传统结构的弹性体衬套相比较的泄气保用衬套300 的接触区域的印痕。
图9显示了与传统结构的弹性体衬套相比较的充气轮胎、轮缘和 泄气保用衬套300的组件所受到的载荷相对于挠度的曲线。

通过以下详细描述，本发明及其几种变化形式将得到更好的理解。 附图及详细说明公开了到本发明为止的本发明的特定变化形式的几种 示例性的例子。所述技术领域内的技术人员将会理解，可以对所述变 化形式的特定元件进行选择和组合，从而在本发明的精髓和范围内产 生新的实例。
以下的术语和定义对于这里所公开的本发明的所有变化形式都是 通用的。相同的附图标号自始至终被用于描述相同的元件或材料。相 同的元件，当在本发明的后续变化形式中得到公开时，就不再进行详 细的讨论。
术语的定义
“内侧”或“向内”指朝向所述衬套的内部。
“外侧”或“向外”指朝向所述衬套的外部。
“轴向”指的是平行于所述衬套的转动轴线方向。
“径向”指的是垂直于所述轮胎转动轴线的方向。
弹性体材料的“模量”是指在10％的伸长量下测量的拉伸弹性模 量。
膜片的“模量”是指在1％的伸长量下的拉伸弹性模量乘以所述膜 片的有效厚度。
弹性体材料的“剪切模量”是指弹性剪切模量，并被定义为等于 在10％的伸长量下测量的拉伸弹性模量的三分之一。
“滞后作用”是指在100摄氏度、30Hz、50％的峰值动态剪切应 力下测量的tanΔ。
图1显示了作为一个组件安装的带有特殊的轮缘10和轮胎20的 一种泄气保用衬套100，用于使得车辆在轮胎已漏气的情况下行驶。当 所述轮胎被充满空气时，所述轮胎由空气作用支撑着所述车辆的载荷， 且所述衬套不会持续地接触所述轮胎的内部表面。然而，随着轮胎20 的内压从正常的工作条件降低，轮胎20的垂直挠度增加到衬套100 接触到轮胎20的内表面的程度。图1显示了一种没有充气的轮胎的工 作情况，这里，泄气保用衬套100的变形几乎支撑着整个车辆载荷的 情况。完全放掉空气的轮胎不再提供任何有意义的负荷支撑，所述衬 套在结构上支撑着所述载荷。
图2显示了衬套100的更详细的视图。衬套100的整个截面宽度 为W，截面高度为H；后者被定义为介于车轮10的安装面11和所述 衬套的外接触表面之间的距离。衬套100具有在胎圈芯141的径向外 侧区域和所述衬套的径向内侧表面之间测量的侧壁高度HS。根据这里 所公开的本发明的变化形式，所述侧壁高度HS的径向外侧区域可以对 应于(轮胎)胎体帘布层131或者第一膜片121中的任何一个。侧壁 厚度参照轴向方向测量。对于外侧接触部分、膜片和剪切层的测量参 照径向方向。外接触部分110具有厚度T1，剪切层125具有厚度T2， 包括有剪切层以及第一和第二膜片的环形带(annular band)具有厚度 T3。
衬套100包括图2中所描述的结构。弹性体接触部分110提供了 用于与所述轮胎内表面相接触的承载面。增强环形带120从接触部分 110径向向内配置。增强环形带120包括附着在弹性体剪切层125的内 表面上的第一膜片121，和附着在弹性体剪切层125的外表面上的第二 膜片123。侧壁部分130从接触部分110和环形带120径向向内延伸。 包含有轮胎胎圈芯141的基体元件(base member)140环绕轮缘表面 11安装，并在充气和泄气两种情况下均将衬套固定到轮缘上。
泄气保用衬套100还包括轮胎胎体帘布层，所述胎体帘布层具有 附着在所述第一膜片121的径向内侧表面上并在胎圈部分140之间延 伸的主体部分131。轮胎胎体帘布层具有围绕着轮胎胎圈芯141折返的 卷起部分132。当胎体的卷起部分132被附着在所述带的轴向外侧的表 面上时，所述增强环形带120的弯曲刚度得到了改善。在对应于泄气 保用衬套100的本发明的形式中，所述卷起部分132从基体部分140 径向地向外延伸，附着到所述带的轴向外侧表面上，并以一种与第二 膜片123相重叠的形式终止。这种重叠有助于在传统的轮胎制造设备 上制造所述衬套。所述重叠部分从第二膜片的端部向内延伸大约10 mm的轴向距离L。在本发明的另一种形式中，所述卷起部分132可以 在第二膜片123的轴向端部，或在侧壁130或者胎圈部分140中的某 个较低的径向位置，无重叠地终止。
当在所述侧壁的中间高度测量的胎体增强部分以及周围的弹性体 材料层的每单位圆周上的线性硬度至少为100daN/毫米时，胎体帘布 层的抗拉阻力是足够的。在泄气保用衬套100中，聚酯胎圈芯包括胎 体帘布层131、132的增强部分，但可以采用任何适于作为轮胎增强材 料的材料。在非充气结构，例如这里所公开的泄气保用衬套中，在每 个胎体增强绳中的平均张力显著地低于充有气的充气轮胎中的张力。 因此，随着所述侧壁的片段转入和转出所述接触区域，在胎体帘布层 发生压缩应力的可能性增大。由于这个原因，对于胎体增强材料的最 有利的选择是选择具有良好抵抗循环压缩载荷特性的材料。
对于泄气保用衬套100的实验已经显示，上部壁部分中的双层胎 体的取消改善了耐久性。图3显示了本发明的这样一种改进形式。弹 性体外侧接触部分210提供了用于与轮胎内表面相接触的承载表面。 一种增强环形带220从接触部分210径向向内配置。增强环形带220 包括附着在弹性体剪切层225的内侧表面上的第一膜片221，以及附着 在弹性体剪切层225的外侧表面上的第二膜片223。侧壁部分230从接 触部分210和环形带220径向向内延伸。包含有胎圈芯241的基体部 分240围绕着轮缘表面11安装，并在充气和泄气两种情况下均将衬套 固定在所述轮缘上。
本发明者已经认识到，当轮胎胎体张力在每个应力循环中自始至 终被保持时，在循环应力下织物胎体材料的性能得到了改善。在充气 轮胎中，充气应力倾向于使得胎体处于张紧状态。在非充气结构，例 如这里所公开的泄气保用衬套中，不存在这样的张力倾向。因此，当 承受轮胎负荷的衬套的部分中的胎体帘布层的变形使得胎体承受循环 压缩应力的倾向最小化时，所述衬套的耐久性得到了改善。
作为一种用以实现此性能改进的第一种装置，泄气保用衬套200 只有一个处于上部壁部分中的单独的胎体帘布层。泄气保用衬套200 还包括一个具有主体部分231的胎体帘布层，主体部分231附着在第 一膜片221的径向内侧的表面上并横跨在胎圈部分240之间。胎体帘 布层具有围绕着胎圈芯241折返的卷起部分232。卷起部分232从基体 部分140径向向外延伸，并结束于胎圈芯241上方的一个径向高度HC。 泄气保用衬套200还通过对胎体帘布层231引入一个稍微向外的位移C 而改进了耐久性。这个位移是通过对胎体帘布层231的轴向内侧表面 敷设一个额外的弹性体楔235，并通过适当地确定楔子235的上部和下 部区域的侧壁厚度来保证的。因此，当侧壁部分230受到垂直压缩载 荷时，所述胎体倾向于始终如一地沿着轴向向外的方向向外弯曲。楔 子235和所述侧壁厚度的影响，起着使胎体受到周期性压缩应力的倾 向被最小化。
楔子235具有高度HG，高度HG介于所述侧壁高度HS的大约50％ 至大约80％之间，且优选地大约为65％。楔子235被配置在侧壁部分 230中的大致中间的地方。胎体帘布层231的位移C被定义为胎体帘 布层231的中心线和连接楔子235的上部区域和下部区域的弦之间的 轴向距离。位移C大于零并小于或等于所述侧壁高度的大约8％。C优 选为所述侧壁高度HS的大约5％。楔子235具有轴向厚度TG，TG可 以大于或小于胎体231的位移C。TG介于侧壁高度HS的大约4％和大 约10％之间，优选地大约为7％。厚度尺寸TB和TT指定了所述侧壁 材料到达所述胎体外面的厚度。TB是在楔子235的径向最内侧区域测 量的。TT是在楔子235的径向最外侧区域测量的。TB和TT的每一个 都介于侧壁高度HS的大约4％和大约10％之间，优选地为大约8％。 利用HS等于30mm，C等于1.5mm，HG等于20mm，以及TB、TT 和TG等于2mm，泄气保用衬套200被成功地构造和计算出来。
图4显示了本发明的一种为了承载而优化过的形式。也就是说， 一种具有改善了的负荷/挠度的硬度的衬套。泄气保用衬套300具有与 先前公开的泄气保用衬套100和200相同的增强环形带325的结构。 然而，泄气保用衬套300具有一个独特的胎体帘布层，其包括至少一 个固定在基体部分340并径向地向外延伸到第二膜片321的不连续的 胎体段(carcass segment)331。胎体段331被附着在增强环形带320 的轴向最外侧区域上。也就是说，胎体段331径向地向外延伸至少到 达第二膜片321的轴向最外端。与图3中显示的泄气保用衬套200相 比，图4中显示的用于泄气保用衬套300的胎体构造改善了环形带320 的负荷/挠度的硬度。为了便于制造，所述胎体段331也可以与第二膜 片321重叠一个距离L，就象先前对于图2中所显示的泄气保用衬套 100描述的那样。
本发明的以下详细说明的情况，为所述衬套的变化形式100、200 或300的任何一个所共有。为简化起见，每个结构要素都参照衬套100， 尽管这种简化不是要以任何形式来限定此公开内容的范围。
本发明的泄气保用衬套，具有对于围绕纵向轴的转动有高阻力的 胎圈部分。对于转动的所述阻力，同时提供了在车轮表面11上的稳定 的轴向对中和对于所述侧壁部分的弯曲的良好的耐久性。图5、6和7 公开了三种可选择的胎圈增强部分的构造。增强部分141、142和143 中的任何一个都可以用于衬套100、200和300的变化形式。图5和6 显示了由连续缠绕的线增强部分构成的典型的构造。图5显示了一种 三层构造141，其由一种大约1mm的线圈构成，并具有三根线的第一 层、两根线的第二层、和一根线的第三层。图6的构造142提供了一 种更高的胎圈刚性程度，并由具有四线、然后三线、然后二线的各层 的一种三层构造构成。图7显示了一种优选的形式，其具有大致呈矩 形横截面的整体的增强部分143，所述横截面具有至少4mm的宽度和 至少2mm的高度。增强部分143具有所述衬套的横截面宽度的大约5 ％的宽度，和等于其宽度的大约50％的高度。非充气的衬套的胎圈部 分，可以具有比充气结构所需的更低的拉伸模量和拉伸强度。在本发 明中，用于胎圈增强部分141、142或143的适合材料，应该具有至少 大约100GPa的拉伸模量和至少大约10GPa的拉伸屈服强度。
泄气保用衬套100、200或300具有一个环形带，所述环形带包括 有附着在所述弹性体剪切层上的第一和第二膜片。当每个膜片的纵向 弹性模量对于所述剪切层的剪切模量的比例至少为100∶1时，所述环形 带会产生适当的变形。根据本发明的一种形式，所述第一和第二膜片 具有纵向取向的帘线增强部分。优选地，每个膜片121或123包括至 少两层由增强帘线构成的帘布层，该增强帘线相对于所述轮胎的圆周 方向形成介于大约10度到大约20度之间的倾斜角度。以下的公式(1) 计算了采用传统的轮胎皮带材料的膜片的纵向抗拉模量：

式中：
E橡胶＝弹性体包裹层材料的拉伸模量
P＝垂直于所述帘线方向测量的步距(帘线中心线的间隔)
D＝帘线直径
ν＝弹性体涂层材料的泊松比
α＝相对于赤道平面的帘线角度
t＝相邻层中帘线之间的橡胶厚度
请注意，E′等于膜片的弹性模量乘以所述膜片的有效厚度
弹性体剪切层125优选地具有一个介于大约3MPa和大约20MPa 之间的剪切弹性模量。剪切层具有一个通过tanΔ给出的小于或等于大 约0.1的低滞后量。剪切层125具有介于大约4mm和大约20mm之间 的厚度T2。
本发明的一个优点在于，在泄气运行期间所述衬套和所述轮胎之 间的接触压力是一个设计者可以调节的设计参数。所述衬套和轮胎内 部之间的接触压力，是通过所述剪切层的剪切弹性模量乘以所述剪切 层的径向厚度的乘积，除以所述第二膜片的最外侧区域的半径而获得 的。当所述接触压力介于大约2巴和大约6巴之间时，所述衬套具有 可以接受的性能。总之，所述衬套的接触压力将按比例地大于具体的 轮胎充气压力。
本发明的泄气保用衬套的优势，还会通过以下实验数据得到进一 步的理解。图8显示了一种模塑的弹性体衬套和本发明的泄气保用衬 套200的接触区域的形状的对比。所述模塑弹性体衬套是在授予Lacour 的美国专利5,891,279中所描述的类型。所述模塑的弹性体衬套具有大 约5.2巴的平局接触压力。泄气保用衬套200具有较大的接触面积和更 加接近于充气轮胎的接触形状。对于给定的负荷，较大的接触面积提 供了较低的平均接触压力。泄气保用衬套200具有大约为3.6巴的较低 的平均接触压力。衬套200具有较大的矩形接触形状，这有助于所述 衬套在所述轮胎的内部施加更加均匀的载荷，以便具有更好的耐久性 和抵抗冲击负荷的能力。
包括有本发明的衬套的装置，提供了类似于当充气轮胎被充气时 性能的泄气情况下的性能。一种简单的载荷/挠度的硬度度量说明了这 种优点。在此试验中，参考衬套和本发明的衬套本作为充气轮胎和车 轮组件的部件来安装。图9显示了一个载荷/挠度试验的结果，这里所 安装的装置被加载在模拟路缘(curb)上。所述轮胎被充气到2.0巴的 压力。所述产生的垂直力被记录为所述装置的挠度(车轮轴的向下位 移)的函数。图9显示了两种衬套的载荷相对于挠度的曲线。随着挠 度从零增加到大约30-35mm，两种装置的曲线跟踪所述充气轮胎的 挠度。当挠度超过大约35mm时，轮胎、所述衬套开始接触所述轮胎 的内表面。包括有模塑衬套的装置显示出显著增大的系统垂直硬度， 如随着系统进一步挠曲而迅速增大的载荷所显示。这种包括有弹性体 衬套的迅速变硬的装置，具有迫使车辆悬架适应任何进一步的挠曲的 并非希望的效应。
然而，图9清楚地显示出，包括有本发明的衬套的装置保持了显 著地类似于轮胎本身的原始硬度的垂直硬度。因此，根据本发明的衬 套避免了作用在车量悬架上的不希望的冲击造成的不利影响。
申请人明白，对于所述技术领域中的普通技术人员而言，通过阅 读以上的说明书，许多其它的变化形式是显而易见的。所述变化形式 和其它的变化形式处于如随后所附的权利要求书中所限定的本发明的 精髓和范围之中。