全球低噪声轮胎技术现状与趋势分析

苏博(上海轮胎橡胶（集团）股份有限公司轮胎研究所,上海　200072)



全球低噪声轮胎技术现状与趋势分析

苏博
(上海轮胎橡胶（集团）股份有限公司轮胎研究所,上海200072)

摘要：首先介绍了欧盟、巴西、ECE R117对轮胎噪声的限值规定。其次，论述了现有轮胎降噪技术现状，包括米其林 Silent Rib静音肋块技术，大陆Contisilent技术等。最后，详细分析了全球低噪声轮胎专利的申请数量、区域分布、引用情况等。

关键词：低噪声；轮胎；法规；降噪；专利；花纹

随着我国汽车业的发展，交通噪声现已成为城市最主要的噪声污染，占环境噪声的70%～80%，受交通噪声影响的人口占受环境噪声影响人口的60%～70%，受交通噪声影响面积占受环境噪声影响面积的30%～40%。随后我国陆续颁发了包括汽车、发动机、摩托车、轻便摩托车和农用运输车噪声排放标准。发达国家更是实施汽车噪声标准多年，噪声限值也逐步严苛，汽车制造商投入大量资金降低噪声，欧洲更是在30年来降低了10～12 dB，中国则在20年降低了5～6 dB，但随着城市车辆数量的增加，重型车辆发动机功率的增加，轮胎-路面噪声的突出，交通噪声控制的实际效果不是很明显。因此，轮胎-路面噪声控制工作应予以足够的重视，主要工作应该包括：①制定有关轮胎-路面噪声的测量方法和限制标准；②研发低噪声轮胎结构；③研发低噪声路面结构。

本文从现有法规对轮胎噪声的限制、世界各大轮胎企业研发的低噪声轮胎技术，以及全球低噪声轮胎专利技术现状这三个方面，阐述低噪声轮胎创新技术的现状及其未来发展方向。

1　现有法规对轮胎噪声的限制

近几年，欧盟出现的标签法以及ECE R117法规更是对车辆的噪声做出了具体的限值规定。2009年，欧盟颁布了两项涉及轮胎的技术法规，即EC661/2009《欧盟汽车一般安全的型式认证要求》和EC1222/2009《有关燃油效率及其他基本参数的轮胎标签》。这两项法规对轮胎的滚动阻力、湿地抓着性能和道路通过噪声提出了明确的指标要求、分级标准及自2012年分步实施的时间节点，并要求轮胎制造商自2012年7月1日起以标签的形式将轮胎的上述三项信息予以体现，为轮胎消费者购买选择轮胎时提供参考。

1.1欧盟噪声限值

欧盟C1对轮胎噪声限值如表1所示。

表1　欧盟对C1类轮胎噪声限值表

欧盟对C2类轮胎噪声限值如表2所示。

表2　欧盟对C2类轮胎噪声限值表

欧盟对C3类轮胎噪声限值如表3所示。

表3　欧盟对C3类轮胎噪声限值表

1.2巴西噪声等级

巴西对轮胎噪声等级的限值如表4所示。

表4　巴西对轮胎噪声等级限值表

1.3ECE R117对噪声的规定

ECE R117对C1类轮胎噪声的规定如表5所示。

表5　ECE R117对C1类轮胎噪声的规定

ECE R117对C2类轮胎噪声的规定如表6所示。ECE R117对C3类轮胎噪声的规定如表7所示。

表6　ECE R117对C2类轮胎噪声的规定

表7　ECE R117对C3类轮胎噪声的规定

2现有轮胎降噪技术

轮胎降噪并不是完全消除噪声，完全消除也是不可能的，如何运用降噪技术将轮胎噪声限制在合理的范围内，这也成为现今技术开发的重要课题之一。

据大陆轮胎公司研究表明，影响轮胎噪声的因素由轻到重依次为：大型化、轮廓、结构、配方和胎面花纹（如图1所示）。

图1　影响轮胎噪声的因素

2.1米其林Silent Rib静音肋块技术

米其林静音轮胎在设计环节采用Silent Rib静音肋块技术（如图2所示），这能有效地降低轮胎噪音，胎面中央部位肋状花纹块的横截面上有大小相同的沟槽间隙，可使震动产生的噪音频率平均化，并调整到不易感知的听觉范围，如此便能明显地降低胎面噪音。至于轮胎震动与路面产生的噪声，则透过隔音效果胶料予以隔绝。

米其林已将上述新技术应用于Primacy LC博悦系列轮胎（如图3所示），相对于之前的Energy MXV8更加有效地降低了行车噪音与油耗。

2.2米其林EvenPeak技术

米其林EvenPeak技术利用声学原理将胎面两侧的花块重新调整，使声音能量更趋于平均地分散到更广阔的频率范围内，降低胎噪。

图2　Silent Rib静音肋块技术

图3　米其林Primacy LC博悦系列轮胎

2.3大陆ContiSilent技术

德国大陆轮胎公司最近研发成功降噪技术ContiSilent（如图4所示），实实在在地降低了轮胎内部噪声。降噪的秘诀就在于轮胎生产过程中，胎面内部附着上一层涂层。这层特殊的泡沫涂层有很强的减振效果，能够降低轮胎滚动时产生的噪声。无论车辆行驶在何种路面上，这项技术都可以使噪声下降9 dB。这款轮胎的配方、花纹设计与标准生产的轮胎并无差别，因此轮胎的操纵性能、制动性能和在湿滑路面上的性能与标准轮胎也无差别。另外，就轮胎的轮辋和装配过程来说，也和标准轮胎一样。

2.4东洋Silent Wall（静音壁）技术

东洋新设计的微型面包车专用轮胎TRANPATH Lu，通过在直沟花纹侧面采用带有细纵沟状静音壁(Silent Wall)的非对称图案，抑制了行驶时容易产生的凹槽空气管共鸣，减少了噪音。同时通过提高轮胎胎冠的刚性，在胎肩内部配备吸噪板(Noise Protection Sheet)来吸收振动，提高了轮胎的静音性能。 图5是普通轮胎与静音壁技术轮胎对比图。

图4　大陆ContiSilent技术轮胎

图5　普通轮胎（右）与静音壁技术轮胎（左）

2.5固特异Silent Armor（静音装甲）技术

固特异轮胎橡胶公司在新款牧马人全地形越野轮胎上应用了其独有的静音装甲技术（Silent Armor Technology™）。该轮胎兼顾了城市道路和野外路面的行驶特性，对于那些希望在全地形条件下寻求越野驾驶灵活性与动力性的SUV车主来说，绝对是个好消息。这款新胎将于2015年陆续在中国市场上与消费者见面，有9种规格可供选择。

据固特异介绍，该轮胎由双层高弹力钢丝胎体（见图6中之①）和一个由芳纶纤维制成的铠甲层（见图6中之②）以及专用胎侧橡胶（见图6中之③）、轮辋保护装置（见图6中之④）构成。芳纶纤维材料比钢材结实5倍，不但可以更好地提高轮胎的耐用性，而且由该材料制成的铠甲层能够吸收行驶噪音，实现更平稳、静音和舒适的驾驶。专用的胎侧橡胶采用了固特异独特的防撞墙（Durawall™）技术，材质坚韧，抗刺穿能力强，有助于避免胎侧受损。轮辋保护装置可以避免昂贵的轮辋受到意外的损坏。

图6　固特异Silent Armor技术轮胎

3　全球低噪声轮胎专利技术现状

3.1专利检索说明

数据来源为Orbit 专利家族数据库FAMPAT（95个国家及专利授权机构）全文数据库 （包括中、日、美、欧等21个国家及专利授权机构）。专利检索分析工具为法国QUESTEL公司的系统，该系统包含了世界上最新的专利情报，专利数据7 000万，专利家族数据4 000万。检索字段：专利名称、摘要；检索文种：英文、中文；时间范围：截止2013年12月2日；专利样本库：检索结果为269条记录。本文所作的专利分析，除非特别说明，均以专利家族为分析对象。

图7　低噪声轮胎历年申请量

3.2专利技术总体趋势

专利技术总体趋势分析主要根据由数据绘制的专利申请量（时间的柱状图）和专利申请人（时间的气泡图）中得出，趋势分析用来帮助我们确定当前技术所处的发展阶段、预测技术发展极限，从而进行有效的技术管理。通过分析所处的发展阶段，可以了解相关技术领域的现状、推测未来技术发展方向。

图7为全球低噪声轮胎技术历年专利数量分布图。其中横轴为公开日的时间年，纵轴为申请专利数量。从图7可以看出，人们早在1926年就开始对轮胎的噪声进行研究。从1926～1982年，低噪声轮胎的专利陆续出现，但基本属于零星出现，年申请量在1件专利左右，说明这段时期的低噪声轮胎技术还不成熟，人们对其的关注度还较低，各大公司都不够重视。等到1984年那一年，出现了20件低噪声轮胎方面的专利，这个峰值说明低噪声轮胎技术的研究已经开始被各大公司所注意乃至重视。由于专利公开通常要滞后1～3年，可见人们对低噪声轮胎开展大量基础研究应该是从20世纪80年代开始的。随着人们生活水平的不断提升，对出行的噪声问题也越加关注，这也是20世纪80年代人们对轮胎噪声研究不断加大的主因之一。在1984～1990年间，住友轮胎橡胶公司的专利申请量位居第二，其申请的专利被引用的数量最多。其中引用数量最多的专利JP61075003中，住友公司为了降低轮胎的噪声采取了变化靠近胎肩部位的胎面花纹沟槽，将行驶在外侧的横向沟槽的倾斜方向进行调整，倾斜的角度大约在10～35°之间（所图8所示）。

图8　日本专利JP61075003展示的低噪声轮胎胎面花纹

引用数量排第二位的是专利JP60116511，在这项专利中公开了住友公司为了在维持轮胎性能的前提下降低轮胎噪声的措施，其中包括调整块状花纹的形状、数量和节距长度（如图9所示）。

图9　日本专利JP60116511展示的低噪声轮胎胎面花纹

从1991～2013年，低噪声轮胎的专利申请数量大幅度增长，申请量从每年30多件专利增长到60～70件专利，并且维持在一个稳定的范围内，这一时期的低噪声轮胎发展迅速，增长幅度达到了100%。各大公司对低噪声轮胎技术都相当重视，对低噪声轮胎的研发力度很大，对低噪声轮胎的研究已经趋于成熟，基本处在技术开发的高潮。

在1991～2013年间，普利司通为最大专利申请人，其专利申请的量多，而且质量很高，引用量很大。2004年普利司通公司的专利JP4570564公开了一种轮胎降噪技术，这是一种通过降低轮胎气柱共振来达到降低噪声的方法。在胎面形成四条沿周向连续的周向花纹沟，相对于两条周向花纹沟形成多条横向花纹沟，横向花纹沟其一端向周向花纹沟开口，另一端终止于接地位置。这些横向花纹沟和各纵向花纹沟构成如图10所示的花纹式样。

图10　日本专利JP4570564展示的低噪声轮胎胎面花纹

在2005年住友轮胎橡胶公司申请的专利JP2005262921，公开了一种具有海绵状多孔材料制成的噪声消减器的轮胎。噪声消减器被分成多个小消声器以改善轮胎的高速耐久性。噪声消减器设有不透水外涂层以防止水在运输、存贮等过程中渗入海绵状多孔材料（见图11所示）。

图11　日本专利JP2005262921噪声消减器的安装位置

在2007年日本横滨轮胎橡胶公司申请的专利JP4246793中，横滨公司为了抑制胎面花纹噪音而采用了变距技术，越是长度较大的节距（见图12之3a、3b 和3c），将节距长度不同的节距的槽面积比例设定得越小，并将横槽（2）的槽壁与胎面表面的切线方向所成的钝角侧的槽壁角度（α）设定得越大（见图12所示）。1991年到2013年间，轮胎低噪声技术飞速发展，各大公司相继研发出多种不同的方法和手段，包括目前最先进的变距技术，日本专利JP4246793只是前期的一个例子。

从图13可以看出，排名靠前的申请人均为世界轮胎巨头，说明这些企业对基础研发和知识产权保护的重视程度很高。排名第一的是日本普利司通公司，截止2013年12月，该公司低噪声轮胎的申请量占了全球低噪声轮胎总申请量的30%。自1987年普利司通低噪声轮胎专利申请量超过10件以来，该公司平均每年都有十几件专利申请，这足以说明普利司通对低噪声轮胎开发的重视程度，并且具有循序渐进的、持续的研发过程。

图12　日本专利JP4246793中胎面节距的设计图

图13　低噪声轮胎专利申请人总的申请量

排名第二的是日本横滨轮胎公司，自从1983年以来，已经累计申请了340件这方面的专利，占全球专利数量的将近19%。由此可见，该公司对低噪声轮胎技术十分重视，研究力度相当大，而且较长的研究时间跨度使得自主技术十分成熟。

在排名前10位的申请人中，日本公司占了5家，日本是一个合成橡胶和轮胎出口大国，从20世纪中叶至今，其生产量一直呈上升趋势。从20世纪80年代中叶起，日本企业加大了对低噪声轮胎的研究力度，大力扶持低噪声轮胎的研究。这种做法很值得我们国内企业学习，随着人民生活的日益提高，轮胎噪声问题越来越引起人们的关注，低噪声轮胎必将成为日后轮胎发展的一个重头戏，把握了低噪声轮胎的技术，也就把握了轮胎的发展趋势。

然而，在排名前列的企业中，没有出现中国公司。我国轮胎公司在世界上的排名有些已经达到了前20乃至前十，但是我国企业的技术不是最领先的，轮胎噪声方面的研究尚处在初级阶段。我国企业应该在这方面加大研发力度，克服技术难关，提高自身竞争力。

3.3前三名申请人的专利区域布局

申请人通常会在目标市场进行专利布局，以提高自身在目标市场的占有率和竞争力。通过对申请人专利区域布局的分析，可以反映出该申请人对不同区域的重视程度。涉及低噪声轮胎专利申请的前三名（普利司通、横滨、住友）专利申请人的申请流向分布如图14所示。

图14　普利司通、横滨、住友公司的低噪声轮胎专利申请流向

从图14可以看出，普利司通、横滨、住友公司的专利申请遍布全球各大国家，专利布局的面非常的广，从上述企业对全球各大市场都有涉足来看，专利布局比较全面是理所当然的。但是，普利司通和横滨、住友公司对日本本国的专利申请量更大，普利司通和横滨都已经超过了60%，说明其对国内市场更加重视。

3.4中国市场的低噪声轮胎专利申请

涉及低噪声轮胎的1795项专利申请中，有185项为在华申请或有在华的同族申请，只占总量的10%左右，其中绝大部分为国外公司在华申请，说明了国外公司对这一技术在中国的市场上的应用不是非常重视。在国外低噪声轮胎技术已经被广泛应用，而在国内市场上的应用少之又少，这一点从国外公司对中国的专利布局可见一斑，在华申请专利数只占10%，这对于一个轮胎大国而言是相当罕见的，国内在这项技术上较为落后。中国市场的主要申请人排名见图15。

图15　低噪声轮胎在中国申请专利的主要申请人排名

3.5主要专利权人的专利引用情况

主要专利权人的专利引用情况见图16所示，图中方柱的红色段代表自引数量，绿色段代表他引数量；从两者之间的比例可判断该专利权人的技术研发特点。红色段大于绿色段，代表自主研发大于借鉴他人已有的技术，反之则代表借鉴大于自主研发。从图17可见，几乎所有的专利权人在技术开发方面自主研发数量都小于技术借鉴。这说明低噪声轮胎技术难度很高，单凭借自主研发是远远不够的，常常需要引用借鉴他人的技术专利。从图16中可以看出普利司通公司的自引专利数量是最高的，占了总自引数的近50%，日本住友公司紧随其后占总自引数的43%。由此可见，普利司通和住友公司的低噪声轮胎的研发水平最高，技术含金量最大，被许多在这项技术上刚刚起步的其他公司（如三洋、固特异等等）多次引用，是先进技术的先锋。

图16　主要专利权人的专利引用情况

3.6全球低噪声轮胎的失效分析

所谓失效专利，泛指因法律规定的各种原因而失去专利权、授权后不再维持的专利、被宣布无效的专利和保护期满的专利等。失效专利是一种社会资源，应该得到重视并加以利用。

检索时间范围截止至2014年01月06日，检索结果经过手动筛选后为208条记录，其中失效专利142件。这142件失效专利主要集中在1981年到2010年期间，而1983～2002年期间的失效专利是相对比较多的，但是近年来失效专利数量呈陆续减少趋势（如图17所示）。

在142件失效专利中，普利司通、日本住友、优科豪马橡胶有限公司以及东洋轮胎这四家公司占据所有失效专利的前四位，占了近80%。普利司通的失效专利是最多，有49件，占据所有的失效专利的34.5%；住友占到26.7%；优科豪马占了9%；而东洋占了7%。其他几个公司都是零星的几件失效专利（如图18所示）。虽然这几家公司的失效专利比较多，但其并不失去价值，它仅仅是失去了法律上的保护，说明这几家公司在低噪声轮胎技术领域仍是处于世界先进水平，存在着相当旺盛的生命力以及相当大的开发利用价值。但是从侧面也看出这几家公司的专利新颖性不够。

图17　低噪声轮胎失效专利的时间分布

图18　低噪声轮胎失效专利的申请人分布

图19　低噪声轮胎失效专利的地区分布

图19是低噪声轮胎失效专利的地区分布。从该图可见，142件失效专利在日本的数量是遥遥领先的，一共有114件，占了80%多。澳大利亚、中国、德国、新西兰和美国其次，但比较平均；而其他地区则只有零星的几件。

图20　低噪声轮胎失效专利的年龄分布

图20是低噪声轮胎失效专利的年龄分布。从该图可见，142件失效专利中的大多数已经超过10年。根据《专利法》规定，发明专利权限为20年，而外观和实用新型的专利权限为10年。因此可以大致看到这些国家低噪声轮胎方面的发明较少，而大多数可能是实用新型和外观设计。

对一个企业而言，专利从申请到授权一直是维持有效性，涉及企业技术人员的写作能力及对技术创新性的把握，涉及管理人员的审核和其对各程序的了解及业务办理，涉及代理公司的水平和其对法律的熟悉程度，涉及对审查意见的分析和答复等。因此，对企业来讲，专利维持的时间越长，其创造效益的时间就越长，市场价值也相对较高。图20中的失效专利，其失效时间都相对较长，说明一方面这些公司专利发明的新颖性不够，其次，可能是对失效专利重复利用不高。

Global low noise tire technology present situation and trend analysis

(R-01)

Global low noise tire technology present situation and trend analysis

Su Bo
(Shanghai Institute of Tire and Rubber Tire (Group) Co., LTD.,Shanghai200072)

Key words:low noise; tire; laws and regulations; noise reduction; patent; pattern

Abstract:This paper introduced the European Union, Brazil, ECE R117 of tire noise limit. Secondly, discussed the present situation of existing tyre noise reduction technology , including Michelin, Silena Rib mute Rib block technology, mainland Lonti silem technology, etc. Finally, detailedanalyzedtheapplication quantity, regional distribution, reference ofglobal low noise tire patent.

中图分类号：TQ336.1

文章编号：1009-797X(2016)13-0019-09

文献标识码：A

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.13.004

作者简介：苏博（1980-），男，毕业于美国犹他州立大学，工程师，从事科技情报管理及法律咨询工作。

收稿日期：2015-10-30