轮胎花纹的创新设计

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1、轮胎花纹的创新设计201004302xx xxx 1 问题背景众所周知， 车辆是靠车轮与地面产生摩擦力来行驶的。 当车辆在潮湿或泥泞的路面上行驶时， 如果车轮轮胎没有花纹， 它与地面的摩擦力就很小，容易出现打滑现象。绝大多数汽车轮胎胎面都不是光滑的， 其胎面有各式各样凹凸不平的花纹， 这是为了增加车轮与地面的摩擦力， 保证行车安全。 影响胎面花纹作用的因素较多， 但起主要作用是花纹型式和花纹深度，因此，轮胎胎面花纹值得关注。2 问题描述现在市场上的轮胎花纹主要有以下几种， 如图 1 所示， 各种轮胎花纹的优缺点比较如表1 所示。a) 纵向花纹轮胎 b) 横向花纹轮胎c) 纵横混合花纹轮胎示意图

2、 d) 越野花纹轮胎图表 1 市场主流轮胎花纹优缺点比较图号 名称 优点 缺点图 1a) 纵 向 花 纹 轮胎1、 这种花纹操纵稳定性优良，转动抵抗小， 不容易横向滑移。2、 行驶中滚动阻力小， 因此与地面摩擦力小， 具有较好的行驶导向性， 很适宜于高速行驶 。3、 排水性能优异， 在湿滑路面不易打滑， 行驶中的噪音也较小。1、纵向花纹轮胎的制动性能显得相对较弱2、驱动力不如其他花纹的轮胎3、不适合于沙子路等状况较差的道路。图 1b) 横 向 花 纹 轮胎轮胎与地面接触面积增大， 无论是制动力、驱动力都表现较出色。1、 排水性差。2、 轮胎散热效果不好3、 横向花纹轮胎在增大地面接触面积的同时

3、，也增大了噪音4、 在车辆操控灵活性方面显然比不上纵向花纹轮胎。图 1c) 纵 横 混 合 花纹轮胎1、吸收了 纵向 花纹 排水 性能好、噪声小的优点。2、比纯粹的纵向花纹具有更好的驱动力、制动力表现会产生异常的磨损图 1d) 越 野 花 纹 轮胎越野花纹是专门为适应干、湿、崎岖山路和泥泞、 沙路而设计的花纹 。由于花纹的接触压力大， 滚动阻力大， 所以不适合在良好硬路面上长时间行驶。 否则， 将加重轮胎磨损， 增加燃油消耗， 汽车行驶震动也比较厉害。3 运用的创新方法针对现在市场上的各式轮胎花纹都有着这样或者那样的问题，下面我就运用 TRI的方法来对拖把进行一次创新设计， 争取想出一款功能更

4、加完善， 使用更加方便的新型轮胎花纹！4 问题分析与解决方案4.1 解决驱动力和制动力不足的问题改善的技术特性参数： 10#力增加车轮与地面的摩擦力， 保证行车安全； 27#可靠性使轮胎内侧可以源源不断地提供支撑力。恶化的技术特性参数： 36#装置的复杂性要增加驱动力和制动力必然使得轮胎花纹较普通轮胎而言更加复杂。查冲突解矩阵可知使用的解决原理是： 19， 1， 35； 13， 35， 1，如表 2 所示。表 2 驱动力和制动力不足问题解决方案原理编号 内容 可能的解决方案19 周期性作用原理1 变持续性作用为周期性（脉冲）作用2 如果作用已经是周期性的，就改变其频率3 在脉冲中嵌套其他作用以

5、达到其他效率35 改变参数1 改变物体的物理状态2 改变物体的浓度、粘度3 改变物体的柔性4 改变物体的温度或体积等参数1 分割原理1 把一个物体分成相互独立的部分2 把物体分成容易组装和拆卸的部分3 提高物体的可分性13 逆向作用1 用与原来相反的动作达到相同的目的2 让物体可动部分不动，而让不动部分可动3 让物体（或过程）倒过来采取的解决方案：利用 35#采用非对称的沟纹边缘角度，就像水坝一样，较缓的外侧斜面可支撑和稳固轮胎内侧， 使轮胎内侧可以源源不断地提供支撑力。 这种轮胎的花纹与轮胎周向一致， 呈一条或多条连续的圆圈。 这种轮胎拥有良好的车头指向性以及排水性能， 高速行驶时噪音控制很

6、好， 并且受摩擦力所带来向前的阻力也相对小很多。 因此纵向花纹轮胎可以提供极好的运动操控性。 也可采用块状花纹， 其轮胎花纹呈块状排列， 当车辆行驶在雪地或泥泞地面时，花纹深嵌入雪地或泥泞中，车辆借此产生驱动力 。4.2 解决轮胎散热性不好的问题改善的技术特性参数： 31#物体产生的有害因素使得胎温升高。恶化的技术特性参数： 36#装置的复杂性其形状必将更加的复杂。查冲突解矩阵可知使用的解决原理是： 19， 1， 31，如表 3 所示。表 3 轮胎散热性不好的问题解决方案原理编号 内容 可能的解决方案19 周期性作用1 变持续性作用为周期性（脉冲）作用2 如果作用已经是周期性的，就改变其频率3

7、 在脉冲中嵌套其他作用以达到其他效率1 分割1 把一个物体分成相互独立的部分2 把物体分成容易组装和拆卸的部分3 提高物体的可分性31 多孔材料 1 使物体多空或加入多孔物体2 利用物体的多孔结构引入有用的物质和功能采取的解决方案： 利用 31#多孔材料中在胎面中部添加方向各异或以纵向为主的窄花纹沟槽， 而在两侧则以方向各异或以横向为主的宽花纹沟槽。 这样的花纹搭配使混合花纹的综合性能好，散热性更好，适应能力强。4.3 解决越野花纹轮胎不适合在良好硬路面上长时间行驶的问题改善的技术特性参数： 35#适用性及多样性。恶化的技术特性参数： 36#轮胎花纹的可靠性。查冲突解矩阵可知使用的解决原理是：

8、 35， 30， 34， 2，如表 4 所示。表 4 越野花纹轮胎不适合在良好硬路面上长时间行驶的问题解决方案原理编号 内容 可能的解决方案35 改变参数1 改变物体的物理状态2 改变物体的浓度、粘度3 改变物体的柔性4 改变物体的温度或体积等参数30 柔性壳体或薄膜 1 用柔性壳体或薄膜来替代传统结构2 用柔性壳体或薄膜把物体从其环境中隔离开34 自生自弃原理1 采用溶解、蒸发等手段废弃已完成其功能的零部件2 在工作过程中直接变化3 在工作过程中迅速补充消耗或减少的部分2 抽取原理1 从物体中抽出必要的部分或属性2 从物体中抽出产生负面影响（即干扰）的部分或属性采取的解决方案：利用 35#动

9、改变物体的物理状态中的把花纹设计的比较粗犷，胎牙的间距也比公路轮胎的略大。 这种设计的负面效果是公路性能下降， 噪音有所增加， 但是耐用性和在非铺装路面上的附着力要强于公路轮胎，是越野和公路性能兼顾的轮胎。现有的 AT轮胎就是类似于这样的设计， 这对于那些平时把车当作交通工具， 周末节假日偶尔出去撒点野的车主， AT 轮胎是不错的选择，如固铂 DISCOVERER A T3、固特异 Wranglers AT/R、百路驰等。4.4 解决轮胎异常磨损的问题改善的技术特性参数： 27#可靠性轮胎是否能够可靠的与路面间生成驱动力、制动力以及平衡转向行驶时的离心力的侧抗力来保证行车安全恶化的技术特性参数

10、： 26#物质或事物的数量很可能需要增加某一具有耐磨能力的物质或保护胎纹减少磨损。查冲突解矩阵可知使用的解决原理是： 21， 28， 40， 3，如表 5 所示。表 5 轮胎异常磨损的问题解决方案原理编号 内容 可能的解决方案21 缩短有害作用 在高速中施加有害或危险动作28 替代机械系统1 用声学、光学、嗅觉系统替换机械系统2 使用与物体作用的电场、磁场或电磁场3 用动态场替代静态场，用确定场替代随机场4 利用铁磁粒子和作用场40 复合材料 用复合材料来替代单一材料3 改变局部1 从均匀的物体结构、外部环境或作用改变为不均匀的2 让物体不同的部分承担不同的功能3 把物体的每个部分处于各自动作

11、的最佳位置采取的解决方案：利用 3#改变局部原理中让物体不同的部分承担不同的功能。通过提供一种带有牺牲花纹条的轮胎以通过延迟不规则磨损的开始和加剧来保护轮胎胎面的主花纹条。改进的轮胎胎面包括多个由花纹沟形成的主花纹条 , 它们绕着轮胎的外表面沿圆周延伸形成主胎面宽度用于与支撑表面接触。 牺牲花纹条设置在主花纹条的每个侧向边缘用于与支撑表面接触。 牺牲花纹条通过花纹沟宽度不大于 1.5 毫米的窄的胎肩花纹沟与主花纹条分开。 牺牲花纹条的表面宽度是所述胎面宽度的大约 2.5%至 12%。 牺牲花纹条具有从主花纹条的横向或侧向轮廓凹进一个径向偏离的凹进部分。轮胎是新的时候 , 该偏离值在大约 0.50毫米至 2.0 毫米之间。使用一个形状系数来限定牺牲花纹条的形状 , 该形状系数的值在大约0.10 至 0.50 之间。5 创新设计体会轮胎作为车辆与地面接触的唯一媒介， 肩负着承重、 刹车以及行车安全等重要职责， 而轮胎花纹是提高汽车性能，确保行驶安全的重要一环，因此， 轮胎胎面花纹值得关注。 良好的轮胎花纹设计起着四两拨千斤人的功用， 每个小细节都可发挥具大的作用， 我们应该从细节处做起，从小处入手，不断改进，持续优化，使我们的生活更和谐美好。