轮胎花纹的创新设计

轮胎花纹的创新设计

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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d) 越野花纹轮胎图

表1 市场主流轮胎花纹优缺点比较

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TRIZ理论的方法来对拖把进行一次创新设计，争取想出一款功能更加完善，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

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

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：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

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 AT3、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：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

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。