本發(fā)明屬于汽車部件領(lǐng)域，涉及一種子午線輪胎，特別涉及一種仿生胎冠結(jié)構(gòu)的子午線輪胎。

背景技術(shù)：
汽車與地面的作用是通過輪胎來實(shí)現(xiàn)的。輪胎的性能對車輛的乘坐舒適性、操縱性和安全性有著重要影響，并決定著汽車與地面之間載荷傳遞的特性。接地印痕是輪胎被施加載荷后與地面接觸而形成的印痕，它能反映出輪胎的接地壓力的分布情況。接地壓力分布對汽車操縱穩(wěn)定性有著重要的影響，而且它決定輪胎胎面的磨損，對輪胎的使用壽命有著重要的影響。對于寬基子午線輪胎，由于其胎面較寬，胎面的剛度分布難以控制，導(dǎo)致這種輪胎的接地印痕呈沙漏型和花瓶型，接地壓力分布不均勻，對輪胎的接地性能造成嚴(yán)重的影響。為了改善這一狀況，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量卓有成效的研究。主要是通過優(yōu)化胎面圓弧的以及探索新型的帶束層結(jié)構(gòu)來改善輪胎的接地壓力分布。例如：某輪胎公司針對445/50R22.5寬基子午線輪胎，提出一種新型的五層帶束層結(jié)構(gòu)，其中一層主要承載層采用單絲纏繞的方法成型裝配。這種結(jié)構(gòu)有效的控制了輪胎胎冠的變形。然而這些方法往往帶來其他負(fù)面的影響：輪胎胎肩變厚影響散熱、輪胎質(zhì)量的增加、成型裝配工藝復(fù)雜成本增加。DongWooLee等利用克里金插值法對胎冠形狀進(jìn)行了優(yōu)化；張建等利用遺傳算法，以帶束層結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)變量對輪胎接地壓力分布進(jìn)行了優(yōu)化。這些研究和方法在一定程度上改善了接地壓力分布狀況，降低了接地壓力偏度值，使接地壓力趨于均勻。然而，這些優(yōu)化方法很可能對輪胎的其他性能造成影響。如何在不影響輪胎其他性能的基礎(chǔ)上有效地控制輪胎胎冠的變形使輪胎接地壓力分布更加均勻，至今為止還沒有找到有效的途徑。仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，她的問世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路。在35億年的進(jìn)化和生存競爭中，動(dòng)物形成了許多優(yōu)異的幾何結(jié)構(gòu)、巧妙的材料拓?fù)?、簡約而有效的控制方式和功能豐富的表面織構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)、材料、表面及其運(yùn)動(dòng)控制的方式，使動(dòng)物運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、靈活性、健壯性、環(huán)境適應(yīng)性等方面優(yōu)于現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)。在上百萬年的生物進(jìn)化過程中，昆蟲的足掌獲得了最佳的幾何設(shè)計(jì)和生物材料特性。盧松明等人根據(jù)蝗蟲腳掌面幾何結(jié)構(gòu)提出了仿蝗蟲腳掌的機(jī)器人腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)與理論分析了其可行性；德國大陸公司根據(jù)豹腳爪功能特性提出了仿生胎面輪廓和非對稱花紋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種輪胎的出現(xiàn)說明了進(jìn)行貓科動(dòng)物仿生進(jìn)行輪胎花紋設(shè)計(jì)是可行的?？梢?，仿生設(shè)計(jì)理念為我們設(shè)計(jì)新型寬基子午線輪胎胎冠結(jié)構(gòu)提供了設(shè)計(jì)靈感和創(chuàng)新源泉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的是提供一種仿生胎冠結(jié)構(gòu)的子午線輪胎，使其能夠有效改善寬基子午線輪胎的接地壓力分布，改善其接地性能，并且實(shí)現(xiàn)起來簡單易行，成本低。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種仿生胎冠結(jié)構(gòu)子午線輪胎，所述輪胎的胎面弧仿蝗蟲腳掌表面幾何結(jié)構(gòu)，行駛面寬L的胎面弧由兩段圓弧組成，兩段圓弧以輪胎胎面中心線對稱；所述的兩段胎面弧的水平長度分別為L1、L2，且L1=L2，L1、L2的長度分別為行駛面寬L的50%。所述的兩段胎面圓弧的半徑分別為R1、R2，其中R1=R2，R1、R2的取值范圍為400～800mm。所述的胎面弧有兩個(gè)最高點(diǎn)，以輪胎斷面中心線對稱，胎面弧的最高點(diǎn)到斷面中心線的距離分別為L3、L4，且L3=L4，L3、L4的長度分別為行駛面寬L的15%～25%。在所述胎面中心設(shè)置一段高模量的帶束層，為仿蝗蟲腳掌的屈肌腱結(jié)構(gòu)，其鋼絲簾線的角度為0度，帶束層寬度為L5，其中L5長度為行駛面寬L的10%～20%。本發(fā)明通過有限元仿真結(jié)果可以看出通過仿生胎冠設(shè)計(jì)的子午線輪胎接地性能較原設(shè)計(jì)有很大的改善，仿生胎冠結(jié)構(gòu)子午線輪胎胎冠剛度分布更加均勻，接地壓力分布更加均勻，制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)工況下接地面積增大，提高了輪胎的抓地性能。胎面中心處的接地壓力有所降低，對輪胎的抗滑水性能有一定的提升。由于仿生帶束層的作用，有效的控制了胎冠的變形，降低了輪胎的空腔噪聲。附圖說明圖1是本發(fā)明仿生胎冠結(jié)構(gòu)整體示意圖。圖2是本發(fā)明仿生胎面弧設(shè)計(jì)與仿生帶束層設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖。圖3是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案輪胎受力示意圖。圖4是本發(fā)明仿生胎冠設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)受力示意圖。圖5是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的接地印痕圖。圖6是本發(fā)明仿生胎冠設(shè)計(jì)方案的接地印痕圖。附圖標(biāo)記：1-仿蝗蟲腳掌面幾何結(jié)構(gòu)胎面弧一；2-仿蝗蟲腳掌面幾何結(jié)構(gòu)胎面弧二；3-仿蝗蟲屈肌腱結(jié)構(gòu)帶束層。具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明一種仿生胎冠結(jié)構(gòu)的子午線輪胎做進(jìn)一步說明。本發(fā)明提出的仿生胎冠結(jié)構(gòu)子午線輪胎胎冠結(jié)構(gòu)的如圖1所示，主要包括仿蝗蟲腳掌幾何結(jié)構(gòu)胎面弧一1，仿蝗蟲腳掌面幾何結(jié)構(gòu)胎面弧二2、仿蝗蟲屈肌腱結(jié)構(gòu)帶束層3。本發(fā)明提出的仿蝗蟲腳掌胎面弧主要控制參數(shù)有：L1、L2、L3、L4、曲率半徑R1、曲率半徑R2、行駛面寬L、行駛面高H（如圖2所示）。胎面寬L與原有胎面結(jié)構(gòu)參數(shù)保持一致。L1、L2、L3、L4、R1、R2、H具體的數(shù)值根據(jù)具體的輪胎型號通過優(yōu)化來定。其中L1=L2，L3=L4，且L1、L2的長度分別為行駛面寬L的50%，R1=R2，且R1、R2的范圍為400mm～800mm。胎面弧的最高點(diǎn)有兩個(gè)，以輪胎斷面中心線對稱，胎面弧的最高點(diǎn)到斷面中心線的距離分別為L3、L4且L3=L4，L3、L4的長度分別為行駛面寬L的15%～25%。行駛面高H具體值由胎面弧的圓弧半徑和胎面弧最高點(diǎn)到輪胎斷面中心線的距離來確定，大小約為原有胎面結(jié)構(gòu)行駛面高h(yuǎn)的1～1.5倍。本發(fā)明在胎面中心設(shè)置一段高模量的帶束層，為仿蝗蟲腳掌的屈肌腱結(jié)構(gòu)，其鋼絲簾線的角度為0度，長度為L5（如圖2所示），L5的大小為其中L5為L的10%～20%。其材料選用高模量的鋼絲簾線材料。圖3為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的受力示意圖，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)輪胎接地過程中的受力點(diǎn)從胎面中心開始，胎冠的變形也是從胎面中開始向兩個(gè)胎側(cè)蔓延；圖4為仿生胎冠設(shè)計(jì)方案的受力示意圖，通過仿生胎冠設(shè)計(jì)可以把輪胎分成兩個(gè)主要受力的空腔，輪胎接地過程中胎面上有兩個(gè)點(diǎn)同時(shí)開始受力，胎冠的變形是從這兩個(gè)受力點(diǎn)開始向左右兩邊蔓延的。通過這種方式有效的控制了胎冠的變形。本發(fā)明以型號為385/55R22.5寬基子午線輪胎為例，通過有限元模擬得到子午線輪胎的接地印痕如圖5、圖6所示。由圖6可知仿生胎冠設(shè)計(jì)的輪胎接地印痕跟原設(shè)計(jì)區(qū)別較大，胎面中心接地壓力較小，有利于降低輪胎噪聲和提高輪胎的滑水性能，關(guān)于胎面中心對稱的接地印痕類似于雙胎并裝的接地印痕。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)輪胎與仿生設(shè)計(jì)輪胎在靜態(tài)加載工況以及驅(qū)動(dòng)制動(dòng)工況下的接地面積對比如表1所示，可見仿生設(shè)計(jì)輪胎在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的接地面積比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)增加顯著，從而可以判定仿生設(shè)計(jì)輪胎比傳統(tǒng)實(shí)際輪胎具有更好的抓地性能。表1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)輪胎與仿生設(shè)計(jì)輪胎的接地面積工況傳統(tǒng)設(shè)計(jì)仿生設(shè)計(jì)靜態(tài)加載接地面積/m26.20E-25.94E-2驅(qū)動(dòng)工況下接地面積/m26.54E-26.42E-2制動(dòng)工況下接地面積/m26.55E-26.43E-2雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例和附圖并不是用來限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，但同樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。