CN102582355A - 子母式轮胎汽车安全车轮技术 - Google Patents

Abstract

子母式轮胎汽车安全车轮技术发明技术领域：汽车安全车轮的结构和配置技术特征：1，改变现有的汽车轮圈结构，在轮圈中间位置增加安装子轮胎的子轮圈；2，在外轮胎正常和内部标准气压下，车轮行驶通过母轮胎内的气体作为减震载体，保证车辆行驶的舒适性；3，当外轮胎气压欠压时或轮胎爆胎情况下，通过内部的实心子轮胎充当弹性载体支撑母轮胎从而保证汽车正常行驶和安全行驶，可从源头上减少汽车高速行驶爆胎导致的危险和伤害。需要解决的问题：子轮胎的材料选择和子轮胎产品的标准化和系列化。

Description

子母式轮胎汽车安全车轮技术

技术领域

在本发明涉及到一种汽车安全车轮设计和应用技术，通过改造目前装配子午线“原子胎”的汽车轮圈内部结构，利用子午线原子胎不需要放置内胎因此有内部空腔的特点，在内部同时放置另一条轮胎——子轮胎，子轮胎使用实心式轮胎结构和弹性材料。 

背景技术

现在大部分汽车装备了”子午线原子胎”，俗名“真空胎”，具有轮胎被扎后漏气缓慢的特性，可以确保汽车继续行驶一段距离，以方便用户就近寻找轮胎修理场修补轮胎，但是此真空胎发生爆胎后，轮胎内的空气仍会迅速泄露而导致轮胎快速软化并瘪下去，使汽车轮圈接触路面，从而导致高速行驶状态下的车辆失控，诱发危险和交通事故，据相关资料显示，高速公路汽车事故90％左右是由于汽车轮胎在高速状态下轮胎爆胎（特别是前轮胎）导致车辆失控引起的。 

为了减少爆胎导致车辆无法行驶和诱发事故，市场上出现了一些“泄气保用轮胎”，又名“低压续行轮胎”，这种轮胎有着坚硬和高弹性的侧壁，可以使汽车轮胎欠压后行使时使轮胎不脱离轮毂，坚硬和高弹性的仍然能够给与车辆足够的支撑，并却保证车辆在低速状态下继续安全行使一定的距离，但是如果这种“泄气保用轮胎”在车辆高速行驶时突然发生爆胎或被利器突然刮开胎壁的情况下，仍然不可避免车辆失控的危险发生，只是降低了一些发生的几率而已。 

现在随着电子技术的发展，很多汽车厂家通过安装在车身的电子传感器或胎压传感器，以及车身稳定控制系统等新技术，车辆行驶过程中，各种感应器实时感应车辆轮胎胎压的变化和车身的运动状态，车身稳定控制系统再根据感应器的感应数据和危险状态，及时发出控制指令，控制分配给各车轮制动力矩，同时控制供油系统，自动控制车辆发生爆胎等紧急情况的车辆运行方向，降低车辆运行速度，从而减少和降低车辆失控的几率，但是这种防护只是一种被动的防护功能。 

发明内容

本发明的目的：是提供一种安全的汽车车轮结构和轮胎结构，借助独特的轮圈设计，在现在通用的系列标准轮圈的基础上，在轮圈内部增加另一个用于固定子轮胎的子轮圈，这样就可以在同一个轮圈上同时安装和固定两个轮胎，两个轮胎分别为： 

内部的实心轮胎－子轮胎；

外部的子午线原子轮胎－母轮胎。

子轮胎采用弹性材料的实心结构设计，就有防扎破和不漏气功能；母轮胎采用现在通用的子午线“原子胎”（俗称“真空胎” ），有着被扎后漏气缓慢的优良特性，同时母轮胎使用内部的高压气体作弹性介质，轮胎内的气体仍然是通过轮圈上固定的充气孔和充气装置而充入的； 

如果母轮胎内气体压力在轮胎技术参数规定的标准范围内时，母轮胎的胎壁会受到内部气体压力的作用保持一定的膨胀状态，此时母轮胎内壁和子轮胎胎面之间有着一定距离的气体间隙，母轮胎内依旧利用内部气体介质优良的弹性和避震性能，使汽车在正常的行驶过程中有着良好的舒适性能；

当母轮胎内部欠压或爆胎时，母轮胎的内部气压不足以使母轮胎和子轮胎产生气息距离，此时子轮胎胎面会贴合母轮胎内胎面，子轮胎会作为弹性材料继续支撑母轮胎，仍使母轮胎保持一定的膨胀状态和轮胎直径，同时利用子轮胎材料的高弹性性能，使轮胎对路面传递的振动还保持有一定的过滤作用，仍保持车辆继续行驶功能和车辆运行的舒适性；

当车辆在高速行驶时，由于子轮胎的弹性支撑作用，当母轮胎爆胎或欠压的情况下，仍可保持母轮胎一定的安全尺寸，从而会减少或避免现在通用的汽车车轮爆胎后轮胎迅速“瘪下去”的而导致车轮失控的现象发生，增加车辆在高速行驶下爆胎的可控性，减少汽车告诉行驶时爆胎而诱发的交通事故的发生。

附图说明

说明书附图说明如下： 

图1：现在子午线轮胎通用轮圈结构示意图；

图2：子母式轮胎汽车安全车轮的轮圈结构示意图；

图3：子母式轮胎汽车安全车轮的子轮胎结构示意图；

图4：子母式轮胎汽车安全车轮结构示意图；

图5：子母式轮胎汽车安全车轮结构剖面示意图。

其中说明书附图上的字符注释如下所述：

a,       轮圈中间部分（非轮胎贴合部分）为圆柱体设计；

1，       母轮圈上区域；

2，       子轮圈区域；

3，       母轮圈下区域；

4，       子轮圈边沿；

5，       母轮圈边沿；

6，       子轮胎胎面（平面）；

7，       子轮胎内圈；

8，       内圈缺口，拆卸工具孔；

9，       通气过孔；

10，   母轮胎（子午线“原子胎” ），安装在外侧；

11，   子母式轮胎汽车安全车轮轮圈；

12，   子轮胎（安装母轮胎内部） 。

具体实施方式

子母式轮胎汽车安全车轮技术的设计原则： 

由于现用的轮胎和轮圈有着标准的设计尺寸和通用应用系列标准，市场上通用的子午线“原子胎”的轮圈的结构示意图如说明书附图1 所示；

从说明书附图1中可以看出， 轮圈中间部分即非轮胎贴合部分绝大部分采用为圆柱体设计，此设计使为了方便轮胎的拆卸和安装，同时为了保证轮圈的宽度和轮胎宽度的一致性；

子母式轮胎汽车安全车轮在结构尺寸上仍需要参照现有的汽车轮圈应用标准去执行，从而确保未来市场的通用性原则和易替换性原则，即需要保持母轮圈的设计，母轮胎在轮圈固定方式、母轮圈的结构强度、尺寸、和系列不变，又要保证新的子母式轮圈设计有利于现有工具和现有方法，方便于母轮胎和内部实心子胎的安装、拆卸和维护。

子母式轮胎汽车安全车轮技术中轮圈的设计： 

子母轮胎式的轮圈结构是本发明的关键，主要方法是在说明书附图1所示意的原始轮圈的基础上，增加子轮胎安装和定位用的子轮圈设计；

此子轮圈的作用是：定位和固定子轮胎和当母胎发生漏气欠压或爆胎后，子轮胎在单独支撑母胎受力的过程中防止子轮胎脱离子轮圈；

子轮圈位于母轮圈的中间区域内，子轮圈的形状设计和子轮圈的尺寸大小会对汽车轮圈的设计生产会影响到轮圈生产模具的设计、轮圈生产后的成品质量、以及子、母轮胎的安装、拆卸和维护便利性和子轮胎的支撑功能发挥等；

所以合理的设计子轮圈的尺寸和形状是本发明的关键，需要参考子轮胎的应用材料，通过试验和实践去寻找和完善最佳的子轮圈尺寸和形状，子母轮胎式轮圈的外形示意图如说明书附图2所示：

说明书附图2中：

子轮圈外沿4的最大尺寸和母轮圈外沿5的最大尺寸应尽量保持一致性设计原则，如果子轮圈外延相比母轮圈的外延时尺寸过大，子轮圈的外沿会影响甚至阻碍母轮胎的安装和拆卸；如果子轮圈外延相比母轮圈的外延时尺寸过小，母轮圈的外沿会阻碍子轮胎的安装和定位，拆卸和维护；

子轮圈区域2的宽度尺寸对子母式轮胎汽车安全车轮的应用效果也会产生影响，子轮圈的宽度尺寸宜采用小于或等于三分之一倍母轮圈宽度的原则；

如果子轮圈区域2的宽度尺寸过宽，当母轮胎的下部在安装到轮圈下部区域3时，会阻碍母轮胎内放置子轮胎；

同时如果子轮圈的区域过大，会导致母轮圈的区域1和区域3的宽度过小，不利于母轮胎的安装和拆卸；

如果子轮圈的区域2的宽度过小，在子轮胎支撑母轮胎过程中会使子轮胎受侧向力而脱离子轮圈；

附图2中，子轮圈区域2是用于定位子轮胎，且子轮胎放置在母轮胎内，作用相当于母轮胎的不充气内胆；

母轮胎的两侧边分别用轮圈上5所示的轮圈侧边进行限位和保持密封性能，当子、母轮胎安装完成后，可以通过车轮圈上的设计和安装的充气孔（充气装置）给母轮胎充气，使母轮胎的内部空气压力符合母轮胎的规定限值；

充气后母轮胎会受到内部气压的作用外胀扩充，轮胎直径加大，从而使母轮胎的内径大于子轮胎的外径，使轮胎之间保持有一定的气隙距离。

子母式轮胎汽车安全车轮技术中子轮胎的材料选择和形状设计： 

子母式轮胎汽车安全车轮技术中的子轮胎设计需要设计成实心结构，目的是使子轮胎具有防扎破功能，避免内胆内胎在使用过程中被扎破而导致内部的气体迅速泄露的缺陷；

由于子轮胎在母轮胎内部，正常使用时不需要承担防磨损的功能，同时需要有较强的弹性系数和快速回复的特性，材料的选用基本原则如下： 

足够高的定伸应力；

足够高弹性系数和拉伸性能（根据轮胎的不同应用场合选择不通的弹性系数）；

足够的耐压压缩性和快速的弹性恢复；

较高的硬度和低的永久变形；

随着聚氨脂材料的应用和发展，聚氨脂材料在工业上有着广泛的应用，特别是应用于工业机器底座上的缓冲垫，电梯底坑内的非线性缓冲器等，聚氨脂材料基本符合子轮胎材料的选用原则，所以建议采用聚氨脂材料作为优选的子轮胎的材料，也可选用市场上实心轮胎所实用的特殊橡胶材料；

优质的子轮胎材料可以确保子轮胎对母轮胎在欠压或爆胎后对母轮胎的支撑和车辆运行时对路面振动的优良过滤功能，从而才能确保增加车轮行使的安全性和车辆行驶的舒适性。

由于子、母轮胎的安装和保养需要，子轮胎工作时的可靠性和子轮胎不影响母轮胎功能和运行舒适性等需要，子轮胎的轮胎设计尺寸应尊序如下约定： 

子轮胎的最大胎面直径应略小于或等于母轮胎在内部零压力状态下时内壁的最小尺寸，以便于子轮胎的安装和保养，子轮圈的外形结构如说明书附图3所示：

在附图3中，子轮胎的相关设计要求为：

子轮胎的胎面6宜采用平面设计，宽度应小于母轮胎内壁的宽度，大于或等于（或小于）附图2中子轮圈2的宽度，以增加对母轮胎的支撑性能和便于子、母轮胎安装和拆卸需求；

子轮胎内圈7的直径应小于或等于子轮圈直径，以利于子轮胎的定位固定，同时才能保持子轮胎的对轮圈有一定的收缩压力，防止子轮胎轻易脱离子轮圈；

附图3中，子轮胎的结构可根据实际需要进行如下改变，如：

子轮胎内圈7的区域设计了如图所示的缺口（数字8指示），是为了方便使用工具对子轮胎进行拆卸操作；

根据选用的材料、弹性系数和轮胎的应用领域的不同可以在轮胎中间部位等距设计不同数量的小过孔9，用以降低材料的弹性系数和增大材料的压缩量，同时加强母轮胎内部气体的流动，给内轮胎带来很好的通风和散热效果；

备注：由于子轮胎是放置在现在通用的母轮胎内部，所以市场上没有子轮胎的对应的标准，将来随着市场上产量的增多，可对其进行系列化和标准化，从而给使用者替换带来便利。

子母式轮胎汽车安全车轮技术结构的装配注意事项： 

由于子母式轮胎汽车安全车轮技术是在现有普通汽车车轮基础上发展起来的，尤其是外胎和轮圈尺寸沿用目前的产品系列，所以现场一些汽车养护场所实用的轮胎拆卸工具可以直接使用，只是对于子轮胎的安装和拆卸可能需要设计专用的工装或专有的工具，快捷和方便子轮胎的安装和拆卸，子母式轮胎安全车轮中的子轮胎和母轮胎安装顺序如下（类似于内胆轮胎的车轮，仅供参考）：

将子母式轮胎的专用轮圈放置轮胎拆卸机器上固定；

根据拆卸机器说明顺序和方法将母轮胎的下部胎缘安装到上部轮圈中；

调整拆卸机的横臂和六方杆，用同样的方法将母轮胎下部胎缘放置到内胎轮圈内；

再调整拆卸机的横臂和六方杆，将母轮胎下部胎缘放置到下部轮圈内就位；

提起母轮胎上部胎缘，将子轮胎放置到母轮胎内；

使用子轮胎扩张器将子轮胎内圆扩充并就位到轮圈中心的子轮圈内；

安装母轮胎外缘，对母轮胎进行充气操作，充气压力为母轮胎所规定的数值；

子母轮胎装配完成后的效果图和内部效果剖视图（未充气状态），分别如说明书附图4和5所示；

子、母轮胎的拆卸顺序可参考装配程序，只是一种逆操作而已，不再作出说明。

子母式轮胎汽车安全车轮技术优势： 

如前文所述，子母式轮胎汽车安全车轮技术是在现有的轮圈生产和轮胎应用基础上的发展和提高，充分利用母轮胎使用高压气体作为弹性介质，保证车辆正常行使时的舒适性，又能充分利用子轮胎的实心轮胎结构和防扎的性能，可以保证车辆在高速行驶状态下母轮胎欠压或母轮胎（包括内胎漏气）爆胎时，利用子轮胎的弹性材料作为内部支撑，保证母轮胎弹性和足够大的车轮直径，减小爆胎时汽车车轮转动直径的突然变化而引起驾驶者对车轮的操控，保证驾驶者有充分时间采取措施去控制车辆，从而避免由于车辆失控而引发的危险或安全事故，因此子母式轮胎安全车轮结构技术优势如下：

产业化的技术壁垒低，只需在现有的轮圈内增加固定子轮胎的轮圈结构；

母轮胎胎压正常和状态完好的情况下，使用母轮胎的高压空气做弹性载体，所以车辆的行驶舒适性和现在的“真空胎”相比基本没有多少变化，但是当母轮胎在行驶过程中高速经过凸起或深凹的路面时，如果母轮胎胎面受压接触压缩到子轮胎，此时子轮胎的弹性材料和母轮胎的高压空气会同时产生作用力，减轻对母轮胎和汽车车轮减震系统的伤害；

结构设计简单，基本上可以根源上来解决现有轮胎在高速行驶时爆胎后所引发的危险和驾驶者错误操作引起的危害或事故，如果子母式轮胎安全车轮结构再配上现有的胎压检测系统和车身稳定控制系统等技术措施，将会大大降低高速状态下爆胎所带来的车辆事故。

子母式轮胎应用设计生产过程中需要注意的地方如下： 

根据车辆的载重级别，选择合适的实心的子轮胎材料；

根据子轮胎材料的性质选择合理的子轮圈外径，从而便于维护和保养；

需要根据现在通用轮胎的尺寸系列，合理分配和设计子轮胎的外径和技术参数，并进行产品标准化和系列化，便于用户使用。

Claims (3)

1.子母式轮胎汽车安全车轮技术，其特征在于：

借助独特的轮圈设计，在现在通用轮圈的标准尺寸的基础上，在标准轮圈的内部增加一个用于固定子轮胎的子轮圈设计，这样就可以同一个轮圈上同时安装和固定两个轮胎，即：

内部的实心轮胎——采用弹性材料的实心设计，子轮胎；

子轮胎外部的子午线原子轮胎，使用密封在内部的一定压力的气体作为弹性介质－母轮胎。

2.根据权利1所述的子母式轮胎汽车安全车轮技术，轮圈设计的特征在于：

类似与说明书附图2的轮圈结构，增加用于子轮胎定位和固定的子轮圈设计，子轮圈区域位于母轮圈间的中心位置；

子轮圈外沿的最大尺寸和母轮圈外沿的最大尺寸应尽量保持一致性设计原则，便于子、母轮胎的安装，拆卸和维护；

子轮圈的宽度尺寸宜采用但不限于采用小于或等于三等分母轮圈宽度的原则，采用小于或等于三等分原则的目的是便于子、母轮胎的安装、保养和维护操作。

3.根据权利1所述的子母式轮胎汽车安全车轮技术和用于安装在权利2中所述的子轮圈上的子轮胎，子轮胎的特征在于：

子轮胎采用实心的弹性材料设计，子轮胎的最大胎面直径应略小于或等于母轮胎在内部零压力状态下时内壁的最小尺寸；

子轮胎的胎面采用但不限于平面设计，胎面的宽度小于母轮胎内壁的宽度，大于或等于或小于权利2所述的子轮圈的宽度；

子轮胎内圈上采用但不限于说明书附图3所示的数量或大小缺口，设计缺口的目的是便于使用工具对子轮胎进行拆卸和安装；

子轮胎胎面上采用但不限于说明书附图3所示的相同数量或大小的通气孔，设计通气孔的目的是根据需要降低内胎材料的弹性系数增大弹性行程和通过内部气流流动降温子轮胎的目的。

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