CN104995036B - 非充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

公开了一种非充气轮胎，其中，弹性车轮安装在轮辋上，并且该车轮具有内圈(8)、外圈(10)以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物。该柔性网状物限定了穿过弹性车轮的开口(12、14、16、18、20)。内车轮在邻近内部面(316)的位置处的刚度不同于内车轮在邻近外部面(314)的位置处的刚度。该刚度差异可以通过在开口中的至少一些开口中提供膨胀膜(225，2251)或通过以不对称的分型线模制车轮来实现。此外，车轮可以通过在一些开口中提供可磁致动的膜进行动态控制。

Description

非充气轮胎
技术领域
本发明涉及非充气或无空气的轮胎(NPT，non-pneumatic tire)。
背景技术
非充气或无空气的轮胎过去主要包括完全固态的物质。这些固态轮胎使乘客的乘坐相当不舒服，并且由于不得不对固态轮胎中“弹性”的缺失进行补偿而对车辆的悬架造成相当大的损害。最终，发现了将加压空气充入轮胎中产生更舒适的乘坐。然而，伴随着充气轮胎的优点，充气轮胎还具有一些缺点。
压力损失使轮胎在被施加了负荷的区域压扁，随着每一圈旋转，轮胎的更大部分经受负荷，并且导致轮胎更快劣化。此外，依赖于加压空气的轮胎容易被刺破，从而导致加压空气快速释放。诸如军事用途的某些应用需要NPT或低压安全轮胎进行操作。
一种新形式的NPT在名称为“Tension-based non-pneumatic tire(基于张力的非充气轮胎)”的美国专利8,109,308中示出，其要点通过引用并入本文。
发明内容
在一个实施例中，非充气轮胎包括轮辋，该轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线。弹性车轮定位在轮辋上，该车轮包括内圈、外圈以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物，其中，弹性车轮具有内部面和外部面。在外圈上定位有胎面层，并且弹性车轮在邻近内部面的位置处的刚度不同于弹性车轮在邻近外部面的位置处的刚度。
在另一实施例中，车辆包括车架和至少两个车轮，其中，车轮包括轮辋和轮胎。推进装置耦接至两个车轮中的至少一个车轮，其中，轮胎中的至少一个轮胎是非充气轮胎。该非充气轮胎包括：轮辋，轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线；弹性车轮，该弹性车轮定位在轮辋上，该车轮包括内圈、外圈以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物，该弹性车轮具有内部面和外部面；以及胎面层，该胎面层定位在外圈上。弹性车轮在邻近内部面的位置处的刚度不同于弹性车轮在邻近外部面的位置处的刚度。
在另一实施例中，车辆包括：车架；至少两个车轮，所述车轮包括轮辋和轮胎；以及推进装置，该推进装置耦接至两个车轮中的至少一个车轮。轮胎中的至少一个轮胎是非充气轮胎，该非充气轮胎包括：轮辋，该轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线；弹性车轮，该弹性车轮定位在轮辋上，该车轮包括内圈、外圈以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物，该弹性车轮具有内部面和外部面；以及胎面层，该胎面层定位在外圈上。弹性车轮在邻近内部面的位置处的刚度相对于弹性车轮在邻近外部面的位置处的刚度能够在车辆操作期间被改变。
在另一实施例中，非充气轮胎包括：轮辋，该轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线；和弹性车轮，该弹性车轮定位在轮辋上。该车轮包括内圈、外圈以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物，弹性车轮具有内部面和外部面以及在内部面与外部面之间的至少一些网状物中限定的多个开口。膜定位在开口中的至少一些开口中；并且盘耦接至轮辋或者弹性车轮并且基本覆盖开口。
在另一实施例中，非充气轮胎包括：轮辋，该轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线；和弹性车轮，该弹性车轮定位在轮辋上。该车轮包括内圈、外圈以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物，该外圈的宽度大于内圈的宽度。胎面层定位在外圈上。
在另一实施例中，非充气轮胎包括：轮辋，该轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线；和弹性车轮，该弹性车轮定位在轮辋上。该车轮包括内圈、外圈以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物。胎面层定位在外圈上并且外圈具有与胎面层交叠的边缘。
在又一实施例中，非充气轮胎包括轮辋，该轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线。弹性车轮定位在轮辋上，其中，该车轮包括内圈、外圈以及在内圈与外圈之间互连的多个柔性网状物。多个突出部从外圈向外延伸；并且胎面层定位在外圈上并且覆盖突出部。
附图说明
现在将通过参考附图对本发明进行描述，其中：
图1是本公开的第一实施例的侧视图；
图2是沿着图1的线2-2截取的横截面图；
图3是与图2相似的视图，其中，弹性车轮与胎面交叠；
图4描绘了本公开的第二实施例；
图5是图4所示实施例的替代形式；
图6示出了图5实施例的另一形式；
图7A示出了截取图6的实施例的横截面图；
图7B示出了图7A的替代实施例的横截面图；
图7C示出了图7A的替代实施例的横截面图；
图8A和图8B示出了另一实施例的横截面图；
图9示出了包含图8A和图8B的实施例的车辆的示意图；
图10示出了本公开的又一实施例；
图11示出了如图10所示的局部横截面图；
图12示出了用于模制图10的弹性车轮的模具的概略示图；
图13A示出了具有竖直的立柱的替代车轮的概略侧视图；
图13B示出了图13A的车轮的概略端部视图；
图14A示出了具有横向肋的替代车轮的概略侧视图；
图14B示出了图14A的车轮的概略端部视图；
图15A示出了具有周向延伸肋的替代车轮的概略侧视图；
图15B示出了图15A的车轮的概略端部视图。
具体实施方式
首先参考图1，非充气轮胎一般以标号2示出，该非充气轮胎2包括弹性车轮4和外胎面6。弹性车轮4包括内圈8、外圈10以及多个网状物11，该多个网状物11定位在内圈8与外圈10之间，从而限定了多个不同尺寸的开口12、14、16、18以及20。应该理解的是，网状物和多个开口可以针对如本文所公开的实施例以多个不同的构型和取向来制造。如图1中所示，非充气轮胎2与名称为“Tension-based non-pneumatic tire(基于张力的非充气轮胎)”的美国专利8,019,308所示的非充气轮胎相似，该美国专利8,019,308的要点通过引用并入本文。
现在参考图2，非充气轮胎2以截面形式示出，其中，详细示出了内圈8和外圈10的构型。如图所示，外圈10的跨度比内圈8更宽，这限定了斜面24、26。如图2的实施例中所示，非充气轮胎2是对称的并且因此在被安装在轮辋30上时面24可以是内部面或者外部面，其中，如本领域技术人员应理解的，仅轮辋30限定内外位置。
有利地，图2的实施例以最小深度的车轮30提供了更宽覆盖面积的胎面6。斜面24和26(并且特别是在斜面是界面时)还为悬架的各部件提供间隙。
现在参考图3，图2的实施例可以修改成使得弹性车轮设置有这样的外圈60，该外圈60具有与第一斜面74和第二斜面76相邻的唇缘80。这提供了对胎面56的保持，防止胎面56发生与外圈60的脱离。应该理解的是，图3的实施例可以与在74、76处的直表面(无斜表面)一起使用。
参考图2和图3，应该理解的是，胎面6或56可以包括多个层，例如，橡胶层100、可以是尼龙或钢带的层(例如102和104)以及可以是进一步固定或强化的层的内层(例如106)。
现在参考图4，弹性车轮的另一实施例以204示出，该弹性车轮204包括内圈208、外圈210以及限定在内圈208与外圈210之间的多个开口212、214、216、218和220。在该实施例中，至少一个膜225能够定位在至少一个开口中，在该情况下定位在开口214和218中。这些膜可以是与已知为“轮胎球(TireBalls)”的膜相似的独立的膨胀单元，该“轮胎球”可向肯塔基州的路易斯维尔(Louisville,KY)的TireBalls公司购买并且在www.tireballs.com上示出。在又一实施例中，单元225可以是被放置并通过粘合剂或者其他紧固装置保持在适当位置的泡沫，或者可以直接从树脂状态注入。泡沫可以是单一密度的或可以具有不同密度的多个泡沫组分。例如，与轮辋的内侧邻近的泡沫的密度相比于与轮辋的外侧邻近的更致密或“更刚性”的泡沫密度，可以不太致密或“更柔性”，以改变车轮的刚度和轮胎的整体性能。
现在参考图5，弹性车轮204可以具有多个膜，例如如图所示定位在开口214、218中的每个开口中的可膨胀单元225’。这些单元225’可以与可膨胀单元225相似，并且可以彼此分离或者通过连接管彼此互连。膜225’可以包括单向阀，以允许两个膜一起膨胀，但防止另一个膜被刺破时剩下的膜收缩。
图4或图5的实施例可以与盘300(图6)组合使用，其中，盘300可以通过穿过孔302的紧固器耦接至轮辋或者弹性车轮。图7A描绘了盘300固定至轮辋30的外边缘304的实施例。这在弹性车轮204和盘300之间提供了将膜225或225’限定在其中的空间306。这还具有下述优势：防止泥、灰尘和石块进入开口并且影响开口或者膜225、225’。如图7B中所示，公开了另一实施例，其中，膜225通过绳310系于盘300并且膜225’通过绳312系于盘300。盘300可以是金属或塑料材料的刚性构件，或者盘300可以是弹性的或易弯曲的，并与车轮一起弯曲。
在前述实施例中，弹性车轮204在邻近第一面314处和邻近第二面316处具有相等的刚度。在某些情况下，期望使车轮在邻近一个面或另一面处更硬。对弹性车轮204在邻近外部面314处提供增强的刚度将使路面上的胎面接触点定位成更接近外部面314，这将模仿较宽的履带式车辆的稳定性。现在参考图7C至图8B，将讨论沿车轮面中的一个车轮面提供变化的刚度的实施例。
首先参考图7C，开口214和218包括邻近面314定位的单个膜225’。这为弹性车轮204在邻近面314处提供了增强的刚度。在图7C所示实施例中，面314将是轮辋30的外部面。
现在参考图8A和图8B，示出了将包括有时被称为“磁性智能流体”的磁性流体的替代性膜325。图8A示出了处于自由未激励状态的膜325，其中，磁性流体的磁性粒子均匀地分散在整个膜中。参考图8B，示出了处于激励阶段的膜325，其中，磁性流体的磁性粒子吸引至一侧，在该情况下吸引至邻近外部面314的一侧，从而使弹性车轮204邻近外部面314处变硬。应该理解的是，车轮将设置有用于对膜325中的磁性粒子充磁的机构。
如图9中所示，图8A和图8B的实施例可以用于车辆400中，该车辆400包括车架402、耦接至车轮204中的至少两个车轮的推进装置404，其中，车轮204设置有如关于图8A和图8B所述的膜325。车辆400还包括制动器406和稳定性控制单元410。稳定性控制单元410可以与名称为“Vehicle Stability Control System(车辆稳定性控制系统)”的美国专利7,966,113所述的稳定性控制单元相似，该专利的要点通过引用并入本文。在该实施例中，稳定性控制单元410将控制制动器406、膜325以及推进装置404的节气门控制单元。
也就是说，车辆400可以包括在稳定性控制单元中使用的传感器，比如加速度计、横摆传感器等。当达到被视为不稳定的状态时，稳定性控制单元410将通过应用制动器、控制节气门并且通过如上所述对膜325进行激励以使弹性车轮邻近外侧面处变硬来做出反应。应该理解的是，多个不同情形可用于控制车辆的减速。这些情形可以包括依次地应用所有三个减速方法或并行应用这些方法。还应该理解的是，需要以这样的方式激励膜：一些膜在邻近内部面处被激励，一些膜在邻近外部面处被激励。
例如，参考图9，如果车辆正在沿向前方向F行进，但在方向LA上横向加速，那么需要激励车辆右侧与车轮的外部面相邻的膜并且激励车辆左侧与车轮的内部面相邻的膜。
现在参考图10至图12，将对弹性车轮的又一实施例进行描述。如图10中最好地示出的，示出了模制成具有不对称几何形状的弹性车轮504。如图12中所示，将弹性车轮504示意性地示出为在具有不对称的分型线602的成型模具半模600A、600B中模制。当两个模制工具600A和600B分离时，限定弹性车轮504的模腔具有微小的拔模角度(draft angle)并且限定如图12中所示的分型线610，分型线610与分型线602一致。这限定了具有刚性部614和较弹性部616的横向网状物612，其中，较刚性部614定位成与弹性车轮504的外部面514相邻。
在另一实施例中，可以通过开口12、14、16、18及20注入空气。这可以实现车轮4和或胎面6的冷却。这还从开口12、14、16、18及20排出泥或石块。可以设置独立的冷却风扇，以提供空气流。可替代地，可以从另一源(例如从CVT冷却空气回路)重定向空气，其中，从CVT冷却回路排出的空气通过车轮排出。
在另一实施例中，胎面6或56可以直接模制在外圈10、60上，这减少了制造步骤。此外，可以在外圈10、60的外表面加入诸如直立钉、横向肋或周向延伸的肋或环的特征，该特征在胎面模制至外圈10、60时伸进橡胶层中，以有助于保持所模制的橡胶层。
例如，参考图13A和图13B，圆筒形立柱702可以从外圈710的外表面704直立。仅示出了一排立柱702，并且应该理解的是，多排立柱将以需要的任何形式围绕车轮。
参考图14A和图14B，横向延伸肋722可以从外圈726的外表面724直立。仅示出了一排肋722，并且应理解的是，多个肋将围绕车轮。
参考图15A和图15B，周向延伸肋732可以从外圈736的外表面734直立。
尽管已经描述了具有示例性设计的本发明，但在公开的精神和范围内可以对本发明进行进一步修改。因此，本申请意在涵盖使用本发明的基本原理的本发明的任何变型、使用或改动。此外，本申请意在涵盖根据本公开的如本发明所属技术中的公知或惯用的实践产生的范围。

Claims (26)

1.一种用于接触地面的非充气车轮，包括：
轮辋，所述轮辋具有限定车轮旋转轴线的轴向中心线；
弹性网件，所述弹性网件定位在所述轮辋上，所述弹性网件包括径向内圈、径向外圈以及在所述径向内圈和所述径向外圈之间互连的多个柔性网状物，所述弹性网件具有沿所述车轮旋转轴线的轴向内部面和沿所述车轮旋转轴线的轴向外部面，其中所述弹性网件在邻近所述轴向外部面的位置处的刚度大于所述弹性网件在邻近所述轴向内部面的位置处的刚度；
胎面层，所述胎面层定位在所述径向外圈上并且限定适于接触所述地面的所述车轮的接触表面，
其中，所述多个柔性网状物限定了多个开口；
多个膜位于多个开口中，其中多个膜改变所述弹性网件的刚度，并且其中所述弹性网件与所述接触表面径向间隔开；并且
所述非充气车轮还包括盘，所述盘耦接至所述轮辋或所述弹性网件并基本覆盖所述开口，其中，所述多个膜系于盘。
2.根据权利要求1所述的非充气车轮，其中，所述多个柔性网状物具有改变所述弹性网件的至少一部分的刚度的变化尺寸。
3.根据权利要求2所述的非充气车轮，其中，所述弹性网件由弹性材料模制而成，并且模制的弹性网件的分型线是非对称的。
4.根据权利要求1所述的非充气车轮，其中，所述膜是空气填充的。
5.根据权利要求4所述的非充气车轮，其中，所述膜包括泡沫。
6.根据权利要求1所述的非充气车轮，其中，所述膜是离散的。
7.根据权利要求6所述的非充气车轮，其中，所述膜中的至少一个互连至至少一些其他膜。
8.根据权利要求1所述的非充气车轮，其中，所述膜填充有磁性材料。
9.根据权利要求8所述的非充气车轮，还包括充磁机构，所述充磁机构对所述磁性材料进行电充磁，从而改变所述磁性材料的粘度。
10.根据权利要求1所述的非充气车轮，其中，所述弹性网件由弹性材料模制而成，并且模制的弹性网件的分型线是非对称的。
11.一种车辆，包括至少一个根据权利要求1-7以及10中的任一项所述的非充气车轮。
12.根据权利要求11所述的车辆，还包括稳定性控制系统，并且所述膜的状态能够在车辆操作期间根据由所述稳定性控制系统测量的车辆动态来改变。
13.根据权利要求12所述的车辆，还包括用于将空气吹过所述网状物的轮胎冷却系统。
14.一种车辆，包括：
车架；
至少两个车轮，所述车轮与地面接触；以及
推进装置，所述推进装置耦接至所述两个车轮中的至少一个车轮；其中，所述车轮中的至少一个车轮是非充气车轮，所述非充气车轮包括：
轮辋，所述轮辋具有限定车轮旋转轴线的轴向中心线；
弹性网件，所述弹性网件定位在所述轮辋上，所述弹性网件包括径向内圈、径向外圈以及在所述径向内圈与所述径向外圈之间互连的多个柔性网状物，所述弹性网件具有沿所述车轮旋转轴线的轴向内部面和沿所述车轮旋转轴线的轴向外部面，其中所述弹性网件在邻近所述轴向外部面的位置处的刚度大于所述弹性网件在邻近所述轴向内部面的位置处的刚度；以及
胎面层，所述胎面层定位在所述径向外圈上并且限定适于接触所述地面的所述车轮的接触表面，
其中，所述多个柔性网状物限定了多个开口，所述多个开口中的至少一个包括改变所述弹性网件的刚度的至少一个膜，并且其中所述弹性网件与所述接触表面径向间隔开，并且
所述非充气车轮还包括盘，所述盘耦接至所述轮辋或所述弹性网件并基本覆盖所述开口，其中，所述至少一个膜系于盘。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中，所述膜填充有磁性材料。
16.根据权利要求15所述的车辆，还包括充磁机构，所述充磁机构对所述磁性材料进行电充磁，从而改变所述磁性材料的粘度。
17.根据权利要求16所述的车辆，还包括稳定性控制系统，并且所述膜的状态根据由所述稳定性控制系统测量的车辆动态来改变。
18.一种非充气轮胎，包括：
轮辋，所述轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线；以及
弹性网件，所述弹性网件定位在所述轮辋上，所述弹性网件包括径向内圈、径向外圈以及在所述径向内圈与所述径向外圈之间互连的多个柔性网状物，所述弹性网件具有轴向内部面和轴向外部面以及在所述轴向内部面与所述轴向外部面之间的网状物中的至少一些网状物中限定的多个开口，其中所述弹性网件在邻近所述轴向外部面的位置处的刚度大于所述弹性网件在邻近所述轴向内部面的位置处的刚度，
其特征在于，膜定位在所述开口中的至少一些开口中，并且盘耦接至所述轮辋或所述弹性网件并基本覆盖所述开口，其中，所述膜系于盘。
19.根据权利要求18所述的非充气轮胎，其特征在于，所述膜是空气填充的。
20.根据权利要求18所述的非充气轮胎，其特征在于，所述膜是离散的。
21.根据权利要求18所述的非充气轮胎，其特征在于，所述膜互连至至少一些其他膜。
22.根据权利要求18所述的非充气轮胎，其特征在于，所述膜填充有磁性材料。
23.根据权利要求22所述的非充气轮胎，还包括充磁机构，所述充磁机构对所述磁性材料进行电充磁，从而改变所述磁性材料的粘度。
24.根据权利要求18所述的非充气轮胎，其特征在于，所述盘是易弯曲的。
25.一种非充气轮胎，包括：
轮辋，所述轮辋具有限定轮胎旋转轴线的轴向中心线；
弹性网件，所述弹性网件定位在所述轮辋上，所述弹性网件包括径向内圈、径向外圈以及在所述径向内圈与所述径向外圈之间互连的多个柔性网状物，所述弹性网件具有轴向内部面和轴向外部面；以及
胎面层，所述胎面层定位在所述径向外圈上，
其特征在于，所述弹性网件在邻近所述轴向内部面的位置处的刚度小于所述弹性网件在邻近所述轴向外部面的位置处的刚度，并且所述多个柔性网状物限定开口，并且所述开口包括改变刚度的膜；并且
所述非充气轮胎还包括盘，所述盘耦接至所述轮辋或所述弹性网件并基本覆盖所述开口，其中，所述膜系于盘。
26.根据权利要求25所述的非充气轮胎，其特征在于，所述径向外圈具有比所述径向内圈更大的宽度和与所述胎面层交叠的边缘。
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