一種基于仿生非光滑結構的防滑輪胎花紋溝槽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于仿生非光滑結構的防滑輪胎花紋溝槽。通過模仿自然界生物體表非光滑結構，在不改變輪胎胎面花紋結構的前提下，在輪胎溝槽底部布置凹坑型非光滑結構。這種結構可以減小雨水流過花紋溝槽的阻力，使得雨水更容易流出花紋溝槽，提高花紋溝槽排水量，進而提高輪胎的抗滑水性能。這種新型的輪胎溝槽結構可以有效地提高汽車在雨天行駛的安全性能，同時不犧牲輪胎其他諸如抓地、磨損、噪聲等性能，在一定程度上緩和了輪胎不同性能之間的矛盾。
【專利說明】一種基于仿生非光滑結構的防滑輪胎花紋溝槽
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車零部件領域，具體地說，是利用生物體表非光滑結構減阻的特性對輪胎花紋溝槽進行優(yōu)化。
【背景技術】
[0002]汽車在積水路面行駛時，當達到一定車速時，如果積水來不及從花紋溝槽排出，會發(fā)生輪胎在水膜上行駛的滑水現(xiàn)象，此時輪胎與路面之間的附著性能急劇下降，極易導致汽車的滑行失控，嚴重威脅行車安全。因此，如何有效提高輪胎的抗滑水性能是汽車輪胎科技工作者研究的重點之一。對此，國內外學者、輪胎廠商對于提高輪胎抗滑水性能開展了大量的研究工作。研究表明，通常的方法是采用增大花紋溝槽體積的方法來提高輪胎的抗滑水性能，但提高花紋溝槽體積會降低輪胎噪聲、磨損、操控等性能。在不降低輪胎其他性能的前提下，提升輪胎抗滑水性能，目前還沒有一種十分有效的方法。
[0003]大自然中的許多生物歷經(jīng)億萬年優(yōu)勝劣汰、自然選擇和自身的不斷進化，使其擁有具備防粘脫附、減阻等功能的特殊體表結構。鯊魚體表分布著順流向的溝槽型非光滑結構，這種結構可以減小鯊魚游動阻力；蜣螂體表分布的凹坑型非光滑結構，能夠減小其在土壤中行進阻力；中華鱘表面的凹坑結構能夠減小其在水下游動時的阻力。對此，科學家將生物非光滑結構的減阻理念應用于具體的結構設計中。高爾夫球表面分布著約300-500個凹坑，坑深約為0.25mm，這種密布的凹坑結構減少了球在飛行中的阻力，能夠使高爾夫球飛的更遠。因此，利用仿生非光滑結構減粘降阻的特點，將其運用到輪胎花紋溝槽設計中，降低雨水流過花紋溝槽的阻力，這也不失為是一種提高輪胎抗滑水能力的有效途徑。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種基于仿生非光滑結構的防滑輪胎花紋溝槽，在不犧牲輪胎其他性能的前提下，提高輪胎雨天行駛的抗滑水能力。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案:不改變輪胎胎面花紋結構，在輪胎花紋的溝槽底部布置形狀為球冠狀的凹坑型非光滑結構，凹坑呈矩陣排列，矩陣排列的橫向和縱向分別沿著輪胎周向和軸向等距分布；凹坑的球冠狀底部圓直徑為0.8-1.2mm,凹坑的深度為凹坑的球冠狀底部圓直徑的一半，凹坑深度為0.4-0.6mm,沿輪胎周向排列的相鄰凹坑間距為3— 5倍的凹坑的球冠狀底部圓直徑，軸向間距為2-4倍的凹坑的球冠狀底部圓直徑。
[0006]本發(fā)明有益效果:區(qū)別于傳統(tǒng)增大花紋溝槽體積來提高抗滑水性能的方法，通過在輪胎花紋溝槽底部添加仿生凹坑型非光滑結構，提高了輪胎的抗滑水能力，在沒有犧牲輪胎其他性能的情況下，縮短水流通過輪胎溝槽的時間，提高輪胎雨天行駛的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]現(xiàn)結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0008]圖1為該防滑輪胎的一個二維斷面圖以及溝槽部分的三維展開圖。[0009]圖2為利用CFD方法進行光滑結構和非光滑結構的輪胎滑水分析，得到的溝槽底部對稱線上的壁面剪應力對比圖。
[0010]圖3為水流通過非光滑結構時凹坑內部的速度矢量圖。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明【具體實施方式】如下:在不改變輪胎胎面花紋結構的前提下，在輪胎花紋溝槽底部布置形狀為球冠的凹坑型非光滑結構，凹坑沿著輪胎的周向和軸向等距分布，所述凹坑結構為深度等于凹坑直徑一半的規(guī)則球冠。根據(jù)花紋溝槽尺寸的大小，凹坑深度在
0.4-0.6mm之間，凹坑沿輪胎周向間距為3_5倍的凹坑直徑之間，軸向間距為2_4倍的凹坑直徑之間。
[0012]由圖2可知，布置有凹坑型非光滑結構的壁面剪應力明顯小于光滑結構的壁面剪應力，凹坑單元不僅降低了布置有凹坑區(qū)域的壁面剪應力，同時也引起凹坑下游區(qū)域壁面剪應力的減小，使得整體的壁面剪應力明顯降低，因而減小了雨水流過花紋溝槽的阻力。
[0013]由圖3可知凹坑內部存在著低速旋轉流體，當流體流過壁面時，流體不是沿著凹坑內部壁面，而是沿著凹坑上面流過。凹坑內部的低速旋轉流體與凹坑外部速度較高的流體構成液-液接觸，形成渦墊效應。凹坑內的低速旋轉流體起到了一種類似“滾動軸承”的效應，使流體不與凹坑內部壁面直接接觸，因而減小了摩擦阻力，使雨水更容易流過花紋溝槽，提高了輪胎的抗滑水性能。
【權利要求】
1.一種基于仿生非光滑結構的防滑輪胎花紋溝槽，其特征在于，不改變輪胎胎面花紋結構，在輪胎花紋的溝槽底部布置形狀為球冠狀的凹坑型非光滑結構，凹坑呈矩陣排列，矩陣排列的橫向和縱向分別沿著輪胎周向和軸向等距分布；凹坑的球冠狀底部圓直徑為0.8—1.2mm,凹坑的深度為凹坑的球冠狀底部圓直徑的一半，凹坑深度為0.4-0.6mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于仿生非光滑結構的防滑輪胎花紋溝槽，其特征在于，沿輪胎周向排列的相鄰凹坑間距為3— 5倍的凹坑的球冠狀底部圓直徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于仿生非光滑結構的防滑輪胎花紋溝槽，其特征在于，沿輪胎軸向排列的相鄰凹坑間距為2— 4倍的凹坑的球冠狀底部圓直徑。
【文檔編號】B60C11/03GK103818191SQ201310560419
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權日:2013年11月12日
【發(fā)明者】王國林, 薛開鑫, 楊建 , 周海超, 梁晨 申請人:江蘇大學