CN101842253B - 用于轮装置的地面接触状况控制器 - Google Patents

Abstract

本发明为控制装置，所述控制装置用来改变所述车辆胎面的所述接触状况，以通过在给定路况下选择合适的踩踏顶端来改善驾驶功能，例如防滑、降噪、保护路面或标记路面。所述踩踏顶端和相连部件被一体化为一个单元，所述单元在方便的位置处连接到诸如插入件之类的简易连接件或与所述连接件分离，使得所述装置可以更低的安全系数正常工作，并且减小尺寸，仅仅为了避免所述装置及地面受损。

Description

用于轮装置的地面接触状况控制器

技术领域

本发明涉及用于改变地面和轮式车辆胎面之间接触状况的装置，该装置通过插入简单轻便、小巧耐用的多功能胎面件改变接触状况。

背景技术

自车轮发明以来，多个发明已经改善了胎面的接触状况。最近几年，轮式车辆越来越多地在冬季使用，使得冰面防滑需求显著增加。常规装置大致可分为两类：

1)地面型；该类型又分为两种：一种是永久型，例如路面加热装置，缺点是造价高。另一种是临时型，例如牵引垫或所谓的“雪地助行装置”，这是一种粗糙薄板，在日本严寒地区应急时经常使用。其缺点是不但长度有限，而且也很难放在路面上。

2)车上型；这类装置利用诸如防滑链、镶钉轮胎或履带之类的胎面件改善车轮在路面上的功能。虽然可以通过胎面件环形运动来克服上述缺点，但由于许多驾驶员即使在不需要的时候也将该装置继续留在车上，因此这种类型也存在损坏路面或车轮本身的缺点。

上述系统的所有缺点都可以通过仅在需要时使用的可拆除胎面件予以克服。因此，许多发明已经提出通过使用具有胎面件环形运动的装置来实现这一目的，例如专利文档(1)。然而，这些发明的装置的基本问题是胎面直线和胎面件摆线之间存在轨道偏差。由于从胎面下方连续抽出胎面件，轨道偏差会引起振动。这样会降低摩擦系数，并使胎面件和其他相关部件承受较大的应力。为了防止损坏，这类装置被制造的很笨重。因此，只有少数特种车辆可以使用。此外，制造该装置需要专门技术和设施，因此维护起来既耗时，又成本高昂。

为了解决轨道偏差问题，设计出专利文档(2)中的车轮胎面装置。通过在胎面件在胎面下方的轨道内引入半线性运动，可以制造出更小更轻的装置。已经试验过用导线、无线电波、电力或辐射在驾驶座上进行遥控或开关操作。遥控经过发展，可以让驾驶员在驾驶座上控制胎面件的位置。

然而，由于下列缺陷，胎面装置并未投入实际应用：

1)较大的装置受到严重损坏，从车身伸出。所有部件(即使是支承车轮的消耗性翅片)都牢牢固定在车轮后面复杂的位置处。即使在装备精良的工厂，修理胎面件也是件既费时又费钱的事情。修理工作需要时间和场地，无法在现场进行。雪中的车辙较深，并且在寒冷地区移除的雪量极少。因此，必须在考虑多种安全因素的情况下对该装置进行超安全标准设计，只是为了避免修理工作，这与其他常规装置类似。缺点是由于过高的安全系数提高了成本，并限制了车速很低情况下的使用。下列相关缺点限制了实用性：

A)需要安装和拆卸的专用设施。

B)由于该装置尺寸较大，适用的车辆有限。

C)由于该装置未批量生产，零部件较贵。

D)需要类似空压机的大功率动力源。

E)会将冰渣或石头溅飞，造成驾驶危险。

F)驾驶过程伴有振动和震耳的噪音。

G)只能在很低的车速下行驶。

2)很大程度上由于耐久性问题，只有种类有限的材料(由厚橡胶板制成)可用于制造胎面件。此外，用于固定胎面件的保持器固定在车轮后面。因此，考虑到气候、地理条件或用途，在给定路况下不可能选择合适的胎面件。

3)由于该装置要承受整车重量，当胎面落入深坑(例如冰冻路面上很深的车辙)时，即使认真设计的装置也会受到损坏。因此，必须限制驾驶路线，以免受损。

参考文献1

美国专利No.4,299,310“Anti-skid device for motorvehicles 1981”(机动车辆防滑装置)(1981年)

参考文献2

美国专利No.5,236,067“Treading device for wheels 1993”(车轮胎面装置)(1993年)

(日本专利No.2545543“Treading device for wheels”(车轮胎面装置))

发明内容

要解决的第一问题是要能够方便更换或修理消耗性胎面件，或者其踩踏部件要在现场保持精确。虽然这是主要问题，但人们却已在错误方向做了尝试。常规装置为了让踩踏部件坚固，所有零部件都采用耐久制造，但在某些情况下依然无效。这样就无法在驾驶过程中或在驾驶员家中进行修理或更换。因此，由于选择面很窄，几乎没有胎面件在大多数情况下都是最佳的。更换困难使得驾驶员无法选择最佳胎面。在以前的尝试中，装置设计得越坚固，尺寸就越大，形成恶性循环。由于要制造出实用的装置必须解决下列三点问题，因此更换问题未得到解决：

1)形状和尺寸必须使其可以在胎面周围有限的空间内发挥作用。

2)当在恶劣环境下驾驶时，该装置必须耐久。

3)胎面件的踩踏部件必须在给定条件下适合车辆。

本专利包括一种机构，该机构用于将不合适的踩踏部件系统性地更换为适合驾驶状况的更合适的部件。本发明的主要特征在于简易接头和控制单元的组合，使得可以在可触及的位置较容易地附连或分离至少包括踩踏部件在内的控制单元。该接头可以移动至有足够作业空间的可触及位置。这样，可以降低该装置的安全系数，使得胎面件和相关零部件更小更轻。也就是说，由于可以立刻更换损坏的零部件，或者使用更合适的零部件来满足给定条件的要求，任何麻烦都可以在有警告的情况下事先避免，因而可以降低安全系数。

因此，如权利要求1所示，对于更换的技术解决方案是车辆胎面状况的控制装置，其中主要部件是控制单元。控制单元从基本单元开始，将踩踏部件和旋转过程中连接到传送移动器的其他相连部件一体化。根据不同的车辆，控制单元可以扩大至传送移动器，以方便作业。同样地，控制单元也可以扩大至包括用来固定诸如皮带轮或链轮之类旋转主体的保持器，在旋转主体周围传送移动器进入轨道。传送移动器可以为带状构件，例如滚子链。控制单元可以进一步扩展至用于路面或地面上的障碍物的缓冲机构乃至开关机构，通过升降开关机构可以啮合或移除控制装置。该方法可以将控制单元扩大至层级结构中的子单元以上或单元以下，使其更高或更大。最高处的控制单元可以包括装置的所有零部件，但不包括用于连接和分离的与车辆的连接件的接纳部分。显然，当较高的连接件被分离或移动时，较低的控制单元可以具有方便移动的可操作空间。连接件不需要专用设施，只需要存放在车内的简易便携工具。该机构可以很简单，例如可通过弹簧或螺钉加强的插入件。此外，本发明包括从1)至4)的四个部分：

1)所述胎面件1，其具有旋转自身和控制胎面接触状况两个作用，并且由固定或连接到可拆卸的连接件上的下列四个部件中的至少三个部件组成：

A)连接部件11，其用来通过摩擦力、销轴、齿轮或弹性限制器将可变形部件与所述传送移动器21相连。

B)可变形部件12，其在受力时变形，变形后复原。

C)接触部件13，用来直接接触所述胎面7或所述地面9或路面以驱动所述移动器。

D)踩踏部件14，用来固定所述控制顶端17或在所述胎面下变形以控制所述接触状况。

2)所述控制单元，其将所述踩踏部件14和其他相连部件一体化，并且从胎面件1的基本控制单元开始至更复杂的控制单元，或者更具体地讲，从连接部件11开始至本发明的整个装置(不包括与车身的连接件的接纳部分)，而且具有位于或可移动到可操作的开阔空间内的可拆卸的连接件，该连接件使所述控制单元作为包括下列部分的层级单元整体移动：

A)胎面件1的基本控制单元的第一控制单元加连接胎面件1的传送移动器21。

B)第一单元的第二控制单元加保持器2，保持器2用来固定传送移动器，使其与旋转部件22一起旋转。

C)第二单元的第三控制单元加保持器支架3和其他部件，这些部件包括滑架34、偏斜部件35、缓冲部件42、调节部件4和定位部件43。

D)第三控制单元的第四控制单元加所述开关机构。

3)用来通过以下原因产生的变形减小损坏的装置：所述胎面件上的离心力；将不同材料组合以控制车身重力分布和踩踏部件的环状运动轨道。

4)用来控制胎面7的踩踏区域的装置，其通过下列机构A)或B)改变所述胎面件1的位置来进行控制：

A)用来倾斜保持器2或胎面件1的旋转平面的机构，该机构由铰链、滑动件或变形材料制成。

B)通过扭转件、心轴或弯曲件改变踩踏部件14的位置的机构。

如权利要求2所示，通过诸如铰链之类的倾斜机构可以改善控制装置，倾斜机构用来使保持器2或保持器支架3倾斜到滑架34上，从而使相关部件(传送移动器21、保持器2、保持器支架3、滑架34、偏斜部件35和定位部件35)排列成如图9(B)所示扁平主体的形状。所有相关部件都组合在一起，并且不具有由可以损坏的硬质材料(例如钢)制成的突出部。这种扁平形状可以增大由车轮旋转表面或车辆底部平面提供的支撑强度。此外，护盖对于扁平主体效果更佳。

在另一个应用中，每个胎面件1都通过铰链(如图6所示)连接到带状构件的传送移动器21，可以调节肩部18的大小和形状，而肩部则可以通过三个部件(突出肩部18A、填充肩部18B和互换肩部18C)控制传送移动器21的张力，从而使旋转更加平滑、延长装置寿命和减小因旋转惯性造成的冲击，并节省了诸如滚子链之类的带状构件常用的张紧器。

在另一个应用中，利用滑动装置6可以改善互换性。本发明的装置的重量部分由所述滑动装置6承受，滑动装置6位于车轮附近，并通过独立的轮或滑动件随车轮一起移动。滑动装置6可以保持位置，使得车轮后面的定位机构可以被简化。由于省去了为每辆车定制的复杂定位机构，滑动装置可以用在不同的车辆上，或者使互换更加简单而快速。由于一种型号可以适用于许多车辆，因此该装置的制造成本较低。

在另一个应用中，所述控制单元中的两个(第一控制单元和第二控制单元)用于胎面7上一侧或两侧，从而扩大了应用范围，如A)或B)中所示。

A)比起防滑链之类常规装置所能起到的作用，位于所述车轮8两侧的一对所述控制单元(位于内侧的第一控制单元和位于外侧的第二控制单元)可以大大改善接触状况。这对控制单元由图1所示结合部件61(用来防止控制单元离开胎面件1下方的胎面7)相连，尤其适合在松软物质(如雪)上使用。因此可以简化和减少定位部件43(尤其是在车轮后面)。同样，由于相同的原因，胎面件1的尺寸可以更小，使其可以更小的惯性阻力移动得更快。此外，这对控制单元可以避免因冰渣或石头飞溅而造成的损坏。最重要的是，这对控制单元可以改善接触状况，尤其是减小单位面积的接触压力。利用凹凸表面或从两侧将踩踏部件14彼此吸引的磁引力可以增强这种效果。

B)位于所述车轮8一侧的一对所述控制单元在不同轨道上具有两种不同功能。一个通过踩踏顶端改善接触状况，另一个将二者定位在胎面7下方。前者具有带特殊踩踏部件14或控制顶端17的胎面件1。后者具有特殊的接触部件13，可以通过直接接触所述胎面7或所述地面9旋转所述传送移动器21。

在另一个应用中，由铰链或弯曲板制成的偏斜部件35设置在传送移动器21的内部空间内，用于至少暂时地将保持器2堆叠到滑架34上。这样，所有这些部件都具有比原本薄得多的扁平板形状。部件越薄越坚固，尤其是在保持器2前面设置有可被地面9上的障碍物顶起的挂帘时。

在另一个应用中，所述控制单元用耐久材料(如柔性树脂)制成的覆盖件48覆盖，以免溅起冰块或石子。所述覆盖件可以保护车轮附近的物体以及所述控制单元，使其不被地面9上的障碍物损坏。此外，该结构还可以为所述控制单元和所述覆盖件起到简化整体的第二个作用。

在图7所示的另一个应用中，接合部件84和安装设备88被设置为可以旋转，但可由同心圆上的稳定器43停止旋转，以使得这些部件可以在旋转的车轮外面保持稳定。该机构使得可以更容易用在前轮或转向轮上，这些车轮之间的空间通常很小，对于前轮驱动车辆来说尤其如此。通过插入杆状调整装置44可以进行连接和分离操作。当所述接合部件84为圆柱体时，其中两个孔用来让所述调整装置44插入其中。这样，操作就变得更加简单，而且还省去了专用齿轮。

在另一个应用中，关闭时胎面件1处于薄平面中的狭窄空间内，并通过下列两种机构中的一种平行于传送移动器21的轨道面。从而可以更有效地解决上述问题。

1)连接部件11或变形部件12(弯曲或柔性的)部分地具有心轴或可弯曲材料，以通过开关操作使接触部件13或踩踏部件14以相对于旋转轴的扭转角度倾斜。开启时，踩踏部件会展开到踩踏位置。关闭时，胎面件被扭转到狭窄空间内。

2)两个变形部件12(作为一对)被一对传送移动器21设置在不同的环形轨道内。这对变形部件连接到将被变形部件之间的距离扭转的踩踏部件14。因此，传送移动器11之间的距离为踩踏部件14被胎面7踩踏的区域提供了根据开关操作扭转的角度。该机构简化了操作并进一步减小了本发明的体积。

控制单元根据使用情况从胎面件1和其他部件中选择部件，使得可以减少或避免维修工作带来的麻烦，同时缩小尺寸并扩大装置的适用范围。最重要的是，胎面件的多样性提供了适合在恶劣环境下驾驶的优点。此外，该装置较小的尺寸允许进行位置调节，使得规模化生产成为可能，从而克服了常规装置不经济的缺点。由于驾驶员可以随意选择合适的胎面件，从而不但可以改善车辆在冰面上的驾驶条件，而且可以改善在其他表面上的驾驶条件。

附图说明

图1为采用本发明的实施例1时的透视图，其中控制单元中的两个(内侧的第一控制单元和外侧的第二控制单元)被施加在车轮8上。如0008中所述，这些控制单元是层级结构中的第四级或最高一级。(实施例1)

图2为实施例1的部件的透视图，其中车轮8用虚线画出，外侧的第二装置被移除。(实施例1)

图3为透视图，示出了保持器支架3的接纳机构和实施例1的第一装置的部件，其中包括从踩踏部件1到保持器2上的附接部件23。(实施例1)

图4为透视图，示出了将带状构件传送移动器21固定到保持器2内的旋转部件22上的方法。(实施例1)

图5为透视图，图中仅示出第一装置(或内侧装置)，其位于绕轴82在地面9上旋转的车轮8后面。(实施例1)

图6为透视图，示出了踩踏部件14的基本控制单元和相关部件，这些部件用传送移动器21传送，并依靠肩部18使旋转更加平滑。(实施例1)

图7为示出定位部件43的机构的透视图，该机构通过设置部件44和接合部件84连接到车辆前轮8。(实施例2)

图8为立面图，示出了通过用开关部件28的线拉动保持器2而使装置从啮合位置或开启位置(A)经位置(B)向回缩位置或关闭位置(C)的运动。(实施例3)

图9为剖面图，示出了装置从啮合位置或开启位置(A)经位置(B)向回缩位置或关闭位置(C)的运动。(实施例4)

主要组件符号说明

1胎面件

2保持器

3保持器支架

4调节部件

5导向部件

6滑动装置

7胎面

8车轮

9地面

10基本单元

11连接部件

12变形部件

13接触部件

14踩踏部件

17控制顶端

18肩部

18A突出肩部

18B填充肩部

18C互换肩部

21传送移动器

21A夹持部件

22旋转部件(例如圆盘或链轮)

23附接部件

26旋转导向器

27辅助开关

28开关部件

34滑架

35偏斜部件

36铰链销

38缓冲弹簧

42缓冲部件

43定位部件

44调整部件

48护盖

61结合部件

64高度装置

82轴

84接合部件

86起重设备

88安装设备

具体实施方式

参见图1，车轮8两侧设置有一对控制单元。每个控制单元都形成层级结构，其中包括从踩踏部件14经调节部件4到定位部件43的部件，并且具有固定到车辆(卡车)钢车架的安装设备88。所述安装设备88支撑起重设备86，起重设备86包括用来升降接合部件84的摆臂，定位部件43的末端插入接合部件并用可拆卸机构(例如闩锁或开口销)固定。该控制单元包括子单元，子单元从可以为不同车辆调节保持器4的位置的所述调节部件4开始。此外，该单元可以向前滑动，以将保持器2移动至方便更换保持器2和踩踏部件14的开阔空间。连接到调节部件4的缓冲部件42由两个摆臂和支架组成，并且具有诸如铰链销36和滑架34之类的旋转装置，保持器支架3经铰链的偏斜部件35连接到旋转装置上。由于所述缓冲部件42的变形，保持器2可以被地面9上的障碍物推回去。在保持器2经过障碍物之后，缓冲弹簧38可以使变形复原。利用由护送设备6支撑的高度装置64，可以根据车辆情况对结合部件61所连接的定位部件43的高度进行调节。由透明乙烯板制成的护盖48用来防止因冷冻而造成的有害粘着或损坏。

两个用来调节调节部件4的高度的定位部件43通过结合部件61连接，结合部件61由在地面9上行走的护送设备6上的高度装置64提供支撑。图2示出说明图1所示机构的透视图，其中用虚线画出的车轮8外侧的一个装置被移除。第二控制单元的保持器2通过插件连接到保持器支架3，使胎面件可以自由旋转。导向部件固定到轴82上，用来引导定位部件43垂直运动。因此，保持器2可以将胎面件引导至车轮8或胎面7下方以进行工作。

保持器支架3经偏斜部件35连接到滑架34，以使保持器2旋转并倾斜，如图3所示。偏斜部件35以弹性方式使保持器2保持倾斜，以将踩踏部件14引导至胎面7下方，从而可以通过向垂直方向旋转减轻地面障碍物造成的损坏。保持器支架3被插入到两附接部件23之间的间隙中，使得可以轻松更换保持器2的第二控制单元。

图4示出一种机构，在该机构中，传送移动器21的第一控制单元和胎面件1的基本控制单元通过具有旋转部件22(例如链轮或皮带轮)的保持器2固定在一起。

图5示出装置位于车轮8后面的主要部件，通过踩踏胎面下方的踩踏部件可以让车轮处于必要的接触状态。

图6示出基本单元内的多种控制顶端17，基本单元在夹持部件21A处连接到传送移动器21。通过用橡胶板作胎面件和用滚子链作传送移动器可能会取得满意的效果。滚子链可以是JIS No.35中的SK-1链条。

图1为控制装置的实施例1的透视图，该装置可以通过定位部件43右端的接合部件84的可开脱连接进行更换。一对控制单元设置在橡胶制成的车轮8两侧。每个控制单元都具有钢管定位部件43，通过插入可以将定位部件连接到接合部件84。定位部件43由起重设备86升高或降低，使得保持器2和胎面件的位置可与导向部件5一起控制。

图7为本发明应用到车轮外侧的实施例2的透视图。控制装置具有定位部件43，定位部件43由大致保持垂直的杆状调整部件44支撑。接合部件84通过滚柱轴承可旋转地固定到车轮8中心。杆状调整部件被插入接合部件94(无94)，以使得定位部件43大致水平地保持稳定。

图8示出实施例1的一组侧视图，在这些图中，通过张紧钢链条的开关部件28控制保持器2，将保持器2拉起至关闭状态，并穿过由皮带轮构成的辅助开关27。当控制装置啮合或处于开启状态时，保持器2倾斜并下降，以将胎面件1放在地面9上，如图(A)所示。通过拉动开关部件28可以使保持器2升高并向上倾斜，从而使控制装置停止工作，如图(B)所示。越拉开关部件，保持器和胎面件就越向前移动，直到到达停止位置为止。因此，保持器2可以避免因压到轴82上所造成的损坏，如图(C)所示。此外，旋转导向器26被固定以有利于运动。

(A)开启状态(通过以弹性方式打开水平摆臂的起重设备86和偏斜部件35)

(B)到达关闭状态途中(保持器2在调整至竖直位置后被吊起)

(C)停止位置处的关闭状态(上方由足够空间可以通过地面障碍物)

图9示出回缩时的剖面图，其中控制装置被水平回缩到具有较低地板的车辆(例如乘用车)上。

(A)开启状态(胎面件1处于轮胎8前方位置处，以继续承压)

(B)到达关闭状态途中(保持器2在水平状态下被吊起)

(C)停止位置处的关闭状态(具有足够强度，当遇到较大障碍物时，可由扁平面提供支撑)

由于合适的接触状况，本发明的控制装置在安全性、效率和舒适度方面改善了各种车辆在滑溜路面和所有其他路况下的运动。

Claims (2)

1.一种用于车辆胎面接触状况的控制装置，所述控制装置利用被所述胎面(7)踩踏或插入所述胎面(7)下方的胎面件(1)的踩踏部件(14)控制三种接触状况一摩擦系数、接触压力和接触形状一中的至少一种，所述胎面(7)被环形构件的传送移动器(21)在封闭曲线轨道内传送，所述用于车辆胎面接触状况的控制装置包括：

1)所述胎面件(1)，所述胎面件设计用于限制因运动轨迹内的离心力导致的变形而产生的振动的振幅，以减轻对所述胎面件的损坏，所述限制作用是通过形状、重量分布与刚度和塑性的变形属性之间的组合实现，或者通过用来引导所述胎面件(1)的导向部件实现；

其由踩踏部件(14)以及下列三个部件中的至少二个部件组成：

A)连接部件，所述连接部件通过插入件、销轴、齿轮或弹性限制器将可变形部件(12)与所述传送移动器(21)相连；

B)所述可变形部件(12)，所述可变形部件(12)受力变形，并在变形后复原；

C)接触部件(13)，所述接触部件(13)通过直接接触所述胎面(7)或地面(9)使所述传送移动器(21)旋转；以及

D)踩踏部件(14)，所述踩踏部件(14)的末端包括有控制顶端，通过对控制顶端(17)施压使之变形控制接触状况；

2)控制单元，其由所述踩踏部件(14)和其他相连部件组成以形成一个单元，并且利用所述车辆内准备的工具通过连接插入件、熔融或以弹性方式紧固的方式连接到与所述车辆相连的所述装置的其他剩余部件，或与剩余部件分离，所述控制单元在可操作的位置处连接到所述其他剩余部件，以使得有足够空间进行所述操作，或者所述连接能够转移到所述可操作位置，所述控制单元用耐久材料制成的覆盖件(48)覆盖；

3)倾斜机构，所述倾斜机构通过下列装置之一控制被所述胎面(7)踩踏的踩踏部件(14)的踩踏区域：

A)用于倾斜保持器(2)或所述胎面件(1)的旋转平面的机构，所述机构由铰链、滑动件或变形材料制成；以及

B)用于通过扭转件、心轴或弯曲件改变所述踩踏部件(14)的位置的机构，

4)滑动装置，滑动装置(6)位于车轮附近，并通过独立的轮或滑动件随车轮一起移动，滑动装置(6)保持位置。

2.根据权利要求1所述的用于车轮胎面接触状况的控制装置，其特征在于，所述传送移动器(21)的旋转表面被倾斜以形成扁平主体，从而将所有相关部件排列成没有硬质材料的突出部会与所述地面的障碍物相撞，使得所述扁平主体可以由车轮旋转表面或车辆底部的平面支撑。

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