CN105691124A

CN105691124A - 车轮上的空气维持系统

Info

Publication number: CN105691124A
Application number: CN201510912633.4A
Authority: CN
Inventors: D.P.L.M.欣克
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: CN105691124B; BR102015031299A2; EP3031634A1; US20160167465A1; EP3031634B1

Abstract

本发明涉及一种车轮上的空气维持系统。空气维持系统包括被固定到车辆车轮的旋转内圈、维持恒定角度位置的静止外圈、被固定到静止外圈的偏心质量、定位于紧靠偏心质量的封闭滚子、和限定泵腔的柔性管。该空气维持系统通过施加封闭力于柔性管上，周期性地将泵腔的各部分封闭，而将流体从周围环境泵送入充气轮胎中。

Description

车轮上的空气维持系统

技术领域

本发明总体上涉及汽车领域，更具体地，涉及一种在汽车领域中的新的和有用的轮胎空气维持系统。

背景技术

非最佳地加压的充气轮胎会导致低燃料效率。尤其在载重汽车工业中可感受到这些影响，其中长距离和大载荷放大了充气不足轮胎的影响。然而，载重汽车驾驶员不断地停车、检查并将车辆轮胎充气到最佳压力常常是不方便和低效率的，因而导致在载重汽车车队中持续存在着不太理想的燃料效率。这个问题已促成了若干常规的自动充气轮胎系统。常规的自动充气轮胎系统可以是中央自动充气系统或者分布式自动充气系统，但各系统具有其自身的一组缺点。中央充气系统是复杂且昂贵的，并且需要在售后安装中的大量的工作（经过轴的钻孔、轻击现存的空气管路等）。分布式系统被安装在各车轮处并且会是较为便宜的，但成本降低的可能性通常是以不断地更换装置（该装置由于恶劣的车轮环境而失效）为代价。因此，在汽车领域中需要建立新的和有用的用于充气轮胎的空气维持系统。

发明内容

根据本发明的空气维持系统包括：被固定到车辆车轮的旋转内圈、相对于车辆车轮维持恒定的角度位置的静止外圈、被固定到静止外圈的偏心质量、定位于紧靠偏心质量的封闭滚子、和限定泵腔的柔性管。该空气维持系统通过施加封闭力于柔性管，周期性地封闭泵腔的各部分，而将流体从周围环境泵送入充气轮胎中。

根据本发明系统的另一方面，旋转内圈相对于偏心质量而转动。

根据本发明系统的又一方面，旋转内圈与静止外圈的滚子元件之间的相对直径相互合作而实现期望的传动比和泵送速度。

根据本发明系统的再一方面，旋转内圈为滚子元件和封闭滚子提供平滑的支承面。

根据本发明系统的又一方面，当组装时，静止外圈包围空气维持系统并且施加作用于滚子元件和封闭滚子的向内径向力。

根据本发明系统的又一方面，向内径向力保持旋转内圈和滚子元件。

根据本发明系统的又一方面，旋转内圈具有大体上均匀的重量分布，使得旋转内圈的任何部分不会显著地比另一部分更重。

根据本发明系统的又一方面，旋转内圈大体上是刚性的并且是由金属制成。

根据本发明系统的又一方面，旋转内圈是由刚性聚合物制成。

根据本发明系统的又一方面，偏心质量克服由旋转内圈和旋转车轮的转动所产生的惯性和摩擦，使得当旋转内圈转动时偏心质量大体上保持静止。

根据本发明系统的又一方面，偏心质量当车辆车轮转动时保持偏心质量相对于路面的角度位置并且提供由重力所产生的转矩，该转矩对抗旋转内圈与车辆车轮一起旋转。

根据本发明系统的又一方面，偏心质量防止静止外圈与车辆车轮和旋转内圈一起旋转。

根据本发明系统的又一方面，偏心质量为矩形。

根据本发明系统的又一方面，偏心质量为球形。

根据本发明系统的又一方面，滚子元件保持滚子元件与旋转内圈之间的非滑动接触。

根据本发明系统的又一方面，存在三个滚子元件。

根据本发明系统的又一方面，柔性管限定将泵腔封闭的可变形界面。

根据本发明系统的又一方面，柔性管具有椭圆形的截面。

根据本发明系统的又一方面，柔性管包含柔性的弹性材料。

根据本发明系统的又一方面，柔性管包括进气口和出气口，进气口和出气口各自与压力调节组件流体连通。

本发明提供以下技术方案：

1.一种空气维持系统，包括：

被固定到车辆车轮的旋转内圈；

维持恒定角度位置的静止外圈；

被固定到所述静止外圈的偏心质量；

定位于紧靠所述偏心质量的封闭滚子；和

限定泵腔的柔性管，所述空气维持系统通过施加封闭力于所述柔性管上从而周期性地将所述泵腔的各部分封闭，而将流体从周围环境泵送入充气轮胎中。

2.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述旋转内圈相对于所述偏心质量而转动。

3.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述旋转内圈与所述静止外圈的滚子元件之间的相对直径相互合作从而实现期望的传动比和泵送速度。

4.如方案3所述的空气维持系统，其中，所述旋转内圈为所述滚子元件和所述封闭滚子提供平滑的支承面。

5.如方案4所述的空气维持系统，其中，当组装时，所述静止外圈包围所述空气维持系统并且施加向内径向力于所述滚子元件上。

6.如方案5所述的空气维持系统，其中，所述向内径向力保持所述旋转内圈和所述滚子元件。

7.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述旋转内圈具有基本上均匀的重量分布，使得所述旋转内圈的任何部分不会显著地比另一部分更重。

8.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述旋转内圈基本上是刚性的并且由金属制成。

9.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述旋转内圈是由刚性聚合物制成。

10.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述偏心质量克服由所述旋转内圈和旋转车轮的旋转所产生的惯性和摩擦，使得在所述旋转内圈转动时所述偏心质量保持基本上静止。

11.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述偏心质量当所述车辆车轮转动时维持所述偏心质量相对于路面的角度位置并且提供由重力所产生的转矩，所述转矩对抗所述旋转内圈与所述车辆车轮一起的旋转。

12.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述偏心质量防止所述静止外圈与所述车辆车轮和所述旋转内圈一起旋转。

13.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述偏心质量为矩形的。

14.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述偏心质量为球形的。

15.如方案3所述的空气维持系统，其中，所述滚子元件保持所述滚子元件与所述旋转内圈之间的非滑动接触。

16.如方案3所述的空气维持系统，其中，存在三个滚子元件。

17.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述柔性管限定将所述泵腔封闭的可变形界面。

18.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述柔性管具有椭圆形截面。

19.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述柔性管包含柔性的弹性材料。

20.如方案1所述的空气维持系统，其中，所述柔性管包括进气口和出气口，所述进气口和出气口各自与压力调节组件流体连通。

定义

“三角胶条”是指放置在胎体与轮胎胎圈区中的胎体反包之间的橡胶的楔形物，该楔形物通常是用于增强轮胎的下胎侧。

“轴向的”和“轴向地”表示平行于轮胎旋转轴线的直线或方向。

“胎圈”表示包括由帘布层帘线所包裹的环状抗拉构件并且成形为具有或没有其它增强元件（诸如胎圈芯包布、胎跟增强层、三角胶条、护趾胶和胎圈包布）以便适合设计轮辋的轮胎部分。

“带束层增强结构”表示至少两层的编织或非编织的平行帘线的帘布层，该帘布层是在胎面下面、不固定到胎圈，并且具有在17度至27度范围内的相对于轮胎赤道面的左和右帘线角度。

“斜交帘布轮胎”表示具有包括在胎体帘布层中的增强帘线的胎体的轮胎，该胎体帘布层以相对于轮胎赤道面的大约25至50度的角度对角线地从胎圈芯穿过轮胎延伸至胎圈芯。帘线在交替层中以相反的角度延伸。

“缓冲层”是指具有与胎体帘布层中的平行增强帘线相同的相对于轮胎赤道面的角度的平行增强帘线的至少两个环状层或帘布层。

“胎体帘布层”表示远离带束层结构、胎面、底胎面、胎侧橡胶和胎圈的轮胎结构。

“胎圈包布”是指放置在胎圈外侧周围的窄带材，用于保护帘线帘布层不受轮辋的影响、分散在轮辋上方的屈挠，并且密封轮胎。

“帘线”表示轮胎中帘布层所包括的增强绞线中的一条。

“设计轮辋”表示具有规定的构造和宽度的轮辋。为了本说明书的目的，设计轮辋和设计轮辋宽度是如在制造轮胎的地点为有效的工业标准所规定。例如，在美国，设计轮辋是如由轮胎和轮辋协会所规定。在欧洲，轮辋是如欧洲轮胎和轮辋技术组织－标准手册中所规定，术语“设计轮辋”表示与标准测量轮辋相同。在日本，标准化组织是日本汽车轮胎制造商协会。

“设计轮辋宽度”是指定给各轮胎尺寸的特定的市售轮辋宽度，并且通常是在特定的轮胎断面宽度的75%和90%之间。

“赤道面（EP）”表示垂直于轮胎旋转轴线且穿过其胎面的中心的平面。

“长丝”是指单条纱线。

“印痕”表示在零速度且在正常载荷和压力下轮胎胎面与平直表面接触的接地印迹或接地面积。

“内衬”表示形成无内胎轮胎的内表面并且将充气流体包含于轮胎内部的弹性体或其它材料的一层或多层。

“横向边缘”表示由平行于赤道面并且与处在内胎面表面径向高度的轴向最外面的牵引横向花纹的外端相交的平面所限定的胎面的轴向最外面的边缘。

“前沿的”是指在轮胎在行驶方向上转动期间相对于一系列的胎面部分或局部首先与地面接触的胎面部分或局部。

“模制的基部宽度”是指在硫化模具中轮胎胎圈之间的距离。硫化轮胎在从硫化模具中去除之后将大体上保持其模制的形状，“模制的基部宽度”也可指在未安装的硫化轮胎中的胎圈之间的距离。

“净接触面积”表示在横向边缘之间的与地面接触的胎面元件总面积。

“标称轮辋直径”表示在轮胎胎圈部安装的位置处的轮辋凸缘的平均直径。

“正常充气压力”是指由合适的标准化组织为轮胎工作状态所指定的特定的设计充气压力和载荷。

“正常载荷”是指由合适的标准化组织为轮胎工作状态所指定的特定的设计充气压力和载荷。

“缩放”是指当轮胎直径变化时（例如在模具中轮胎膨胀期间）轮胎中帘线增强件的角度变化。

“帘布层”表示橡胶包覆的平行帘线的连续层。

“充气轮胎”表示大体呈环形形状（通常是开放的圆环面）的具有胎圈和胎面并且是由橡胶、化学制品、织物和钢或其它材料所制成的机械装置。当安装到机动车辆的车轮上时，轮胎经过其胎面提供牵引力并且容纳支撑车辆载荷的流体或气体物质，通常是空气。

“径向的”和“径向地”表示径向地朝向或远离轮胎旋转轴线的方向。

“子午线轮胎”表示具有带束层的或者周向限制的充气轮胎，其中从胎圈延伸到胎圈的帘布层帘线以在相对于轮胎赤道面的65至90度之间的帘线角而放置。

“Rho_m”是指从轮胎旋转轴线到平行于经过轮胎最大断面宽度的旋转轴线的直线之间的垂直距离。

“断面高度”（SH）表示在其赤道面处从标称轮辋直径到轮胎外直径的径向距离。

“断面宽度”（SW）表示当轮胎已在正常压力下充气达24小时但没有载荷时和之后，平行于轮胎轴线且在其胎侧的外部之间的最大直线距离，排除了由于商标、装饰物或保护带所造成的胎侧的升高。

“胎肩”表示在胎面边缘正下方的胎侧的上部。

“胎侧”表示轮胎的在胎面与胎圈之间的部分。

“拼接”是指两个部件的端部或者轮胎中相同部件的两端的连接。“拼接”可以表示两个上述端部的对接或重叠。

“应变能密度”是指六个应力分量（三个法向应力和三个剪切应力）与它们的相应的应变的乘积的总和。

“轮胎设计载荷”是在特定的充气压力和工作状态下指定给轮胎的基本载荷或参考载荷:适用于轮胎的其它载荷-压力关系是基于该基本载荷或参考载荷。

“胎面”表示当结合到外胎时包括当轮胎被正常充气时且在正常载荷下与道路接触的轮胎部分的模制橡胶部件。

“胎面弧宽”（TAW）表示如下弧线的宽度，该弧线具有其位于赤道平面（EP）上的中心并且当轮胎被安装到其指定的轮辋上并且被充气到其规定充气压力但未经受任何载荷时大体上与穿过轮胎胎面部的横向或轴向宽度的各种牵引元件（凸缘、花纹块、小块、花纹条等）的径向最外侧表面一致。

“胎面宽度”表示在轴向方向上（亦即处在经过轮胎旋转轴线的平面中）的胎面表面的圆弧长度。

“单位胎面压力”表示当该区域是在正常充气和正常负载轮胎的印痕中时每单位面积（平方厘米或平方英寸）胎面表面所承载的径向载荷。

“垫胶（wedge）”是指通常用于限定增强部件的单独曲率（例如在带束层边缘处）的锥形橡胶嵌件。

附图说明

下面通过举例并参考附图来描述本发明，在附图中:

图1示意性地示出了根据本发明的空气维持组件的剖视图。

图2示意性地示出了图1的组件的一部分的透视图。

图3示意性地示出了图1的组件的另一部分的透视图。

图4示意性地示出了图1的空气维持组件的一部分的透视图。

图5示意性地示出了图1的空气维持组件的另一部分的透视图。

图6示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

图7示意性地示出了图1的空气维持组件的再一部分的透视图。

图8示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

图9示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

图10示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

图11示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

图12示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

图13示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

图14示意性地示出了图1的空气维持组件的又一部分的透视图。

具体实施方式

常规的轮胎充气系统可安装到车辆的车轮上。该轮胎充气系统可包括与车轮一起转动的泵送环、和可旋转地联接到车轮的定位系统。该定位系统可包括定位机构和偏心质量。行星滚子可被设置成与泵送环和定位系统非滑动接触。柔性的隔膜可限定泵腔，其中可利用行星滚子将泵送环与定位系统之间的相对运动转换成封闭力，该封闭力使隔膜变形并由此将泵腔封闭。通过将偏心质量连接到定位机构从而使定位系统的质心偏离定位系统的旋转中心，可以实现泵送环与定位系统之间的相对运动。这种系统已公开于美国专利第8,763,661号中，该专利的全部内容通过引用并入本文中。

如图1-图3中所示，根据本发明的空气维持系统10可包括：旋转内圈80、静止外圈90，偏心质量50、定位于紧靠偏心质量的封闭滚子70、和限定泵腔的柔性管20。空气维持系统10可联接到旋转车轮11，其中旋转内圈80与旋转车轮一起转动，同时偏心质量50维持相对于旋转车轮11的恒定的角度位置。由此，该布置可产生旋转内圈80与偏心质量50之间的相对运动。空气维持系统10可将此相对运动转换成机械功或者其它能量形式。空气维持系统10可通过施加封闭力在柔性管20上，从而周期性地将泵腔的各部分封闭，而将流体从周围环境泵送入安装到旋转车轮11的充气轮胎12中。空气维持系统10可联接到车轮11（诸如载重汽车、紧凑型车辆、摩托车、自行车和/或其它车辆的车轮）的轮辋。

空气维持系统10可以是行星系统，其中旋转内圈80与滚子元件91之间的相对直径相互合作从而实现期望的传动比和泵送速度。也可利用被动或主动控制机构来控制泵送的速率、压力、和频率。

旋转内圈80可施加封闭力在柔性管20上。旋转内圈80也可为滚子元件91和封闭滚子70提供平滑的支承面，并且另外可限制或约束空气维持系统10的其它部件。旋转内圈80可与旋转车轮11一起转动，并且可静止地、但可移除地联接到旋转车轮。

当组装时，外圈90可包围空气维持系统10并且施加作用于滚子91的向内径向力。该向内径向力可保持旋转内圈80和滚子91。旋转内圈80可具有大体上均匀的重量分布，使得旋转内圈中的任何部分不会显著地比另一部分更重。旋转内圈80可以是大体上刚性的，并且是由金属（例如，不锈钢、铝、钛）制成，但可替代地由刚性聚合物（例如聚乙炔、聚氟、尼龙和聚酰亚胺）或陶瓷制成。

偏心质量50可克服由旋转内圈80和旋转车轮11的转动所产生的惯性和摩擦力，使得在旋转内圈转动时偏心质量保持基本上静止。此外，偏心质量50可联接到空气维持系统10，以便当车轮转动时维持偏心质量相对于路面（其被车轮11接触）的角度位置并且提供由重力所产生的转矩，该转矩对抗旋转内圈80与车轮一起的旋转。换句话说，偏心质量50可防止外圈90与车轮11和旋转内圈一起旋转。由作用于偏心质量50上的万有引力所造成的该相对运动被获得用来做机械功。

该相对运动可发生的原因是因为偏心质量50的质心并不位于旋转中心，使得作用于偏心质量上的万有引力可允许该偏心质量仍然相对于路面保持基本上静止，同时旋转内圈80相对于路面转动。除了足够大到克服摩擦力并充分地减弱由非旋转运动（例如来自泵）所造成的引起的振动外，偏心质量50的重量可足够大到产生期望量的机械功。偏心质量50可以为矩形、球形、或无定形的。偏心质量50可由金属制成，诸如不锈钢、铜、铝等，但可替代地由塑料、陶瓷和/或流体/凝胶制成。此外，滚子元件91可保持滚子元件与旋转内圈80之间的非滑动接触，但可以不提供直接的封闭力。空气维持系统10可包括两个、三个、五个、或任意合适数量的滚子。

柔性管20可限定容纳流体的泵腔、和将泵腔封闭的可变形界面。柔性管20可具有圆形或椭圆形的截面。柔性管20可包含柔性的弹性材料，诸如橡胶或热固性塑料、热塑性塑料、或者任何其它合适的材料。柔性管20可包括进气口21和出气口22，进气口21和出气口22各自与管40和压力调节组件60流体连通。

压力调节组件60可包括控制阀、单向阀、过滤器、和用于接收周围空气的进气口61。压力调节组件60的壳体63可固定到车轮11，其中进气口61位于轮胎12的轮胎空腔的外部，并且压力调节组件60的其余结构位于轮胎空腔的内部（图1）。

空气维持系统10采用蠕动或往复泵方法。在蠕动方法中，封闭滚子70可压缩与封闭滚子相邻的柔性管20的部分，由此响应于利用偏心质量50由于重力而静止地位于外圈90的底部的封闭滚子所造成的各自的逐段变形，而使柔性管逐段地在膨胀状态与至少部分挤扁状态之间变形。

如图4中所示，可将旋转内圈80同心地设置在静止外圈90中，滚子元件91确定其相对于静止外圈的定向。如图5中所示，滚子元件91可以通过轴93可旋转地固定到静止外圈90。如图6中所示，静止外圈90可包括多个（例如，3、4、5个等）段95、在一端97的阴型配对连接和在其相反端99的阳型连接。如图7中所示，旋转内圈80可包括用于接纳滚子元件91的滚子元件轨道81、多个（例如，1、2、3、4个等）段85，其具有在一端87的阴型凹部，用于与在其相反端89的阳型夹连接件配合。各端部87、89还可具有用于固定柔性管20的槽86。如图8中所示，通过将端部87与89连接，可将旋转内圈80固定到车轮11。如图9-图10中所示，封闭滚子70可以通过轴71可旋转地附接到静止外圈90，使得当旋转内圈80和车轮11转动时由偏心质量50保持静止的封闭滚子碾压并挤压柔性管20。如图11中所示，当车轮11转动时滚子元件91可沿滚子元件轨道81行进，并且封闭滚子70可顺序地挤压柔性管20。如图12-图14中所示，压力调节组件60的壳体63可包括填充口65，用于通常的轮胎压力维持（例如，最初的空气填充等）。

正如本领域技术人员从上面的详细说明以及附图和权利要求将认识到的，在不背离由所附权利要求所限定的本发明范围的情况下，可对本发明的例子作出修改和变更。

Claims

1.一种空气维持系统，其特征在于包括：

被固定到车辆车轮的旋转内圈；

维持恒定角度位置的静止外圈；

被固定到所述静止外圈的偏心质量；

定位于紧靠所述偏心质量的封闭滚子；和

2.如权利要求1所述的空气维持系统，其特征在于，所述旋转内圈相对于所述偏心质量而转动。

3.如权利要求1所述的空气维持系统，其特征在于，所述旋转内圈与所述静止外圈的滚子元件之间的相对直径相互合作从而实现期望的传动比和泵送速度。

4.如权利要求3所述的空气维持系统，其特征在于，所述旋转内圈为所述滚子元件和所述封闭滚子提供平滑的支承面。

5.如权利要求4所述的空气维持系统，其特征在于，当组装时，所述静止外圈包围所述空气维持系统并且施加向内径向力于所述滚子元件上。

6.如权利要求5所述的空气维持系统，其特征在于，所述向内径向力保持所述旋转内圈和所述滚子元件。

7.如权利要求1所述的空气维持系统，其特征在于，所述旋转内圈具有基本上均匀的重量分布，使得所述旋转内圈的任何部分不会显著地比另一部分更重。

8.如权利要求1所述的空气维持系统，其特征在于，所述旋转内圈基本上是刚性的并且由金属制成。

9.如权利要求1所述的空气维持系统，其特征在于，所述旋转内圈是由刚性聚合物制成。

10.如权利要求1所述的空气维持系统，其特征在于，所述偏心质量克服由所述旋转内圈和旋转车轮的旋转所产生的惯性和摩擦，使得在所述旋转内圈转动时所述偏心质量保持基本上静止。