CN106042764B - 车轮及制造该车轮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车轮及制造该车轮的方法，该车轮包括：一轮辋，耦接至轮胎；以及轮辐状辐盘，具有轮辐和通风孔，该轮辐状辐盘耦接至轮辋的侧表面以支撑轮辋，其中，轮辐状盘的轮辐与轮辋之间的耦接区域和该轮辐状盘的形成有通风孔的部分与轮辋之间的耦接区域在轮轴线方向上具有高度差异，以允许轮辐状盘在轮辋的内部处和外部处支撑轮辋。

Description

车轮及制造该车轮的方法
技术领域
本发明涉及一种车轮及制造该车轮的方法。更具体地，本发明涉及一种车轮及制造该车轮的方法，该车轮由于轮辐状盘(spoke-shaped disc)所获得的设计自由度，而能够实现与普通钢轮相比的更优设计，在具有与普通钢轮相同水平的盘(disc，辐板)厚度和重量的同时，该车轮能够实现固有频率和刚度的增加，并且实现道路降噪性能。
背景技术
近年来，在行驶过程中增加燃料利用率及降低噪音已成为车辆用户的需求。具体地，高级用户更喜欢提供了更加舒适和低噪音空间的车辆。
真实车辆的道路噪音大致分为共振噪音、轰鸣噪音(booming noise)、隆隆噪音(rumble noise)。在这些噪音中，由于行驶期间从道路表面施加的振动被传递至例如轮胎、车轮、底盘部件以及车身，因此共振噪音被传入车辆座舱。
已研发车轮的各种特性，以改善道路噪音。
通常，车轮可分为由钢制成的钢轮以及由铝合金制成的铝轮。
图1A是描述了用于车辆的常规普通钢轮的视图，并且图1B是描述了常规铝轮的视图。
钢轮通过焊接将钢轮辋1和盘2彼此结合而制成并,且具有价格低和易于制造的优势。然而，由于钢的特性和加工方法包括焊接，钢轮在设计方面的表现比铝轮差并且重量比铝轮重。
铝轮使用铝合金并且不需焊接即可制成，以使轮辋1和轮辐3一体成型。铝轮具有的优势包括：优越的设计性、可销售性以及重量轻，但是也具有劣势，包括：由于铝合金的特性和复杂的加工方法而导致生产率低及价格高。
在近几年，为了改进常规普通钢轮的设计，已经研发了一种与铝轮相似的具有轮辐状盘类型的钢轮。该钢轮类型的轮通过改进车轮设计提高了车辆的可销售性。
现有技术公开了一种车轮，其中，为了改进设计，轮辋由钢制成并且盘由铝合金制成，并且是这样的一种钢轮类型的轮，通过将具有轮辐和装饰孔(或通风孔)的轮辐状盘焊接至轮辋而制成。
另外，现有技术公开了一种车辆用铝轮，该铝轮包括轮辋，该轮辋由圆柱形的基部轮辋和支撑轮辋组成，基部轮辋构造成面向轮胎面，支撑轮辋从基部轮辋的外表面在基部轮辋的圆周方向上整体突出，支撑轮辋和基部轮辋在两者之间具有一中空区域。
即使没有使用分离的声音吸收材料，具有中空区域的铝轮通过轮辋的中空区域能够吸收和降低自轮胎形成的振动噪音，从而有利地降低传输至车辆空间的噪音。
同时，图2描述了钢轮轮辋模型的振动。已知的是，普通钢轮作为产生比铝轮大2分贝到3分贝的道路噪音。这是由于钢轮轮辋模型的固有频率是在170Hz到200Hz的范围内，该频率范围比铝轮的频率范围(300Hz或更大的范围内)低很多。
上述提到的钢轮类型的轮由于设计为支撑轮辋的盘的结构和形状的自由设计而可增加固有频率，从而在设计和道路噪音方面可引起特性改善。
然而，为了获得高的固有频率，钢轮类型的轮需要增加盘的厚度并且因此该比常规车轮的盘厚的盘引起了轮过重。
在本发明部分的背景技术中公开的信息仅用于加强对本发明的大体背景的理解，并且不应当被认为是对构成本领域的技术人员所已知的现有技术的承认或任何建议形式。
发明内容
本发明的多个方面是为了提供一种车轮及制造该车轮的方法，该车轮由于轮辐状盘获得的设计自由而比普通钢轮更能够实现最优设计，当具有与普通钢轮的盘厚度和重量相同水平时，能够实现固有频率和刚度的增长，并且实现道路降噪性能。
根据本发明的多个方面，车轮可包括：轮辋，耦接至轮胎；以及轮辐状盘，具有轮辐和通风孔，轮辐状盘耦接至轮辋的侧表面以支撑轮辋，其中，轮辐状盘的轮辐与轮辋之间的耦接区域和轮辐状盘的形成有通风孔的部分与轮辋之间的耦接区域在轮轴方向上具有高度差异，以允许轮辐状盘在轮辋的内部处和外部处来支撑轮辋。
轮辐状盘的外围部分的轮辐的端部可耦接至轮辋的外部位置，并且轮辐状盘的外围部分的通风口位置端可耦接至轮辋的内部位置，该通风口位置端对应轮辐状盘的形成有通风口部分的端部。
轮辐的端部和形成有通风孔的部分通过焊接可耦接至轮辋的在轮轴方向具有高度差异的位置。
根据本发明的各个方面，一种制造车轮的方法可包括：制造轮辋，该轮辋构造成耦接至轮胎，并制造具有轮辐和通风孔的轮辐状盘；以及将轮辐状盘耦接至轮辋的侧表面，使得轮辐状盘的轮辐与轮辋之间的耦接区域和轮辐状盘的形成有通风孔的部分与轮辋之间的耦接区域在轮轴方向上具有高度差异，以允许轮辐状盘在轮辋的内部处和外部处支撑轮辋。
在轮辋由钢板制成并且轮辐状盘通过压制钢板制成后，轮辋和轮辐状盘可彼此耦接以完整构成一种钢轮类型的轮。
应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
本发明的方法和设备具有其他特征和优点，结合本文中的附图，从随后进行详细阐述的具体实施方式中，这些特征和优点将是显而易见的，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1A和1B是示出了根据相关技术的常规车轮的视图。
图2是示出了根据相关技术在钢轮轮辋模型中的振动的视图。
图3是示出了根据本发明的示例性车轮的主视图。
图4是示出了根据本发明的示例性车轮结构的分解立体图。
图5是沿图3的“A-A”线获得的截面图。
应当理解，附图不必按比例绘制，并呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文所公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、定向、位置和形状，将部分由特定的预期应用和使用环境来确定。
具体实施方式
在下文中，现在将详细地参考本发明的多个示例性实施方式，本发明的实例在附图中示出并且在下文中描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，然而应理解的是，本说明书并不旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可以包括在如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的各种改变、修改、等价物和其他实施方式。
图3是示出了根据本发明的多种实施方式的车轮的主视图，并且图4是示出了根据本发明的多种实施方式的车轮结构在轮辋和轮辐状盘结合前处于分离状态下的分解立体图。
图5是沿图3的“A-A”线获得的截面图。
根据本发明的多种实施方式的车轮是一种由钢制成的钢轮类型的轮。车轮包括：轮辋10，构造用于耦接至轮胎；以及轮辐状盘20，通过焊接与轮辋10的侧表面结合，以支撑轮辋10，轮辐状盘20通过压制单个板材而制成。
轮辐状盘形成有轮辐21和通风孔(或装饰孔)22。在盘20中，轮辐21的端部21a和形成有通风孔22部分的端部22a成为盘20和轮辋10之间的焊接区域。
也就是，轮辐状盘20和轮辋10之间的焊接区域包括轮辐21的端部21a和形成有通风孔22部分的端部22a。在下文描述中，端部22a被称为通风孔位置端，该端部22a是盘20的形成有通风孔22的外围部分。
另外，根据本发明的车轮具有在轮辋10和轮辐状盘20之间的结合与焊接区域的特征。更详细地，如图5所示，本发明的主要特征是，作为盘20和轮辋10之间的焊接区域的每一轮辐21的端部21a和每一通风孔位置端22a，在绕车轮轴的轴向方向(下文称为“轮轴方向”)上具有高度差异。
因此，盘20焊接至轮辋10的位置，也就是每一轮辐21的端部21a焊接的位置以及每一通风孔位置端22a焊接的位置，在轮轴方向上也具有高度差异。当从轮辋10的正面看时，在轮辋10与盘20之间的焊接区域被划分为内部焊接区域和外部焊接区域。
在各种实施方式中，每一轮辐21的端部21a可被焊接至轮辋10的外部位置(图5中的右侧位置)，并且每一通风孔位置端22a可焊接至轮辋的内部位置(图5中的左侧位置)。换句话说，每一轮辐21的端部21a焊接至轮辋10的位置是外部位置，并且每一通风孔位置端22a焊接至轮辋10的位置是内部位置。
由于轮辋10和盘20之间的焊接区域，也就是轮辐21a和形成有通风孔22的部分在轮轴方向上具有高度差异，盘20能够在轮辋10的内部和外部的大范围上支撑轮辋10。
也就是，在通过焊接将轮辋10和轮辐状盘20彼此结合而制成的钢轮类型的轮中，由于每一轮辐21的端部21a与轮辋10之间的焊接区域和每一通风孔位置端22a与轮辋10之间的焊接区域在轮轴方向具有高度差异，盘20能够在轮辋10的内部和外部的大范围上支撑轮辋10，增加了车轮的固有频率和钢度。
在常规的钢轮类型的轮中，轮辐状盘形成有环形外围部分，以焊接至轮辋。同时，作为轮辋和盘之间的焊接区域(焊接线)的外围部分具有沿车轮的圆周方向的圆形形状。
与上述描述的在轮辋和盘之间具有二维圆形焊接线的常规钢轮类型的轮不同，在本发明的车轮中，在轮辋10和盘20之间的焊接区域并不是通过单个线相互连接，并且同时，焊接区域具有三维布置，在该三位布置结构中轮辐21和盘的形成有通风孔22的部分在轮轴方向上沿着盘20的周缘具有高度差异。
总之，由于盘20支撑轮辋10的内部和外部，车轮的固有频率和有效轮辋刚度相对于常规的普通钢轮(见图1A)可显著增加。
本发明分析了在低频率主导模型下(也就是，在使用相位优化设计技术的轮辋模型下)有助于车轮的固有频率的因素，并且确认在轮辋模型下，轮辋-轮辐结合区域和轮辋-通风孔位置端结合区域之间的高度差异是有助于车轮的固有频率的主要因素。
具体地，应当确定的是，由于盘20在轮辋10的内部和外部的大范围上支撑轮辋10，这在刚度方面是有利的，并且在固有频率上能获得增长。
另外，当本发明的钢轮类型的轮与常规普通钢轮在相同重量(9.1kg)的条件下比较时，应当理解的是，常规普通钢轮(见图1A)具有157Hz的轮辋模型固有频率，然而，作为在盘20和轮辋10之间(也就是，在每一盘的轮辐21的端部21a和通风孔位置端22a之间)的焊接区域在轮轴方向设置高度差异的结果，本发明的钢轮类型的轮(见图3)在固有频率上增加至254Hz。
另外，有效轮辋刚度是2358kgf/mm，这是常规普通钢轮的有效轮辋刚度的2.6倍。
如上所描述，在相同重量的条件下，本发明的钢轮类型的轮在固有频率方面比常规普通钢轮有增加，因此相对于常规普通钢轮，有利于实现道路降噪性能的改善和刚度的增加。
当然，具有轮辐状盘20的本发明的钢轮类型的轮能够实现设计自由，以获得轮辐21的多种设计，因此有利于实现优于普通钢轮的设计。
另外，尽管通过将普通钢轮的盘形状改为轮辐形状而得到的常规钢轮类型的轮可以获得相对于普通钢轮增大的固有频率，然而常规钢轮类型的轮需要相对大的盘厚度，因此会承受过大的轮重。
另一方面，在本发明的改进的钢轮类型的轮中，轮辐状盘20通过压制使单个板材变形而制成。具体地，以允许盘20在轮辋10的内部和外部的大范围上来支撑轮辋10，盘20制造成以使盘20与轮辋10之间的焊接区域，也就是在每一轮辐21和轮辋10之间的焊接区域和每一通风口位置端22a和轮辋10之间的焊接区域在轮轴方向具有高度差异，并且轮辋10和盘20彼此焊接而结合时显示出了高度差异。以这种方式，能够无需增加盘厚度便可增加所需的固有频率和刚度。
从上述关于一种车轮及其制造方法的描述中显而易见的是，本发明由于轮辐状盘获得的设计自由而实现优于普通钢轮的设计效果，当具有与普通钢轮的盘厚度和重量相同水平时，能够实现增大的固有频率和刚度，并且由于盘和轮辋之间(也就是，在轮辐和通风孔位置端之间)的焊接区域在轮轴方向的高度差异而实现了降噪性能。
为说明和描述的目的，上述已经描述本发明的具体示例性实施方式。其不旨在是详尽的或者将本发明限制于所公开的具体形式，并且显而易见的是，从上述教导获得多种修改和变型是可能的。选择并描述示例性实施方式是为了解释本发明及其实际应用的特定原理，从而使本领域的其他技术人员能够实践和利用本发明的多种示例性实施方式及其多种替换和修改。本发明的保护范围旨在由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种车轮，所述车轮包括：
轮辋，耦接至轮胎；以及
单一构件的轮辐状盘，具有轮辐和通风孔，所述轮辐状盘耦接至所述轮辋的侧表面以支撑所述轮辋，
其中，所述轮辐状盘的所述轮辐与所述轮辋之间的第一耦接区域和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分与所述轮辋之间的第二耦接区域在轮轴方向上具有高度差异，以允许所述轮辐状盘在所述轮辋的内部处和外部处支撑所述轮辋，以及
其中，所述轮辐状盘的所述轮辐与所述轮辋之间的第一耦接区域和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分与所述轮辋之间的第二耦接区域在所述轮辐状盘的径向方向上具有高度差异。
2.根据权利要求1所述的车轮，其中，所述轮辐状盘的外围部分的所述轮辐的端部耦接至所述轮辋的外部位置，并且所述轮辐状盘的外围部分的通风孔位置端耦接至所述轮辋的内部位置，所述通风孔位置端对应所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分的端部。
3.根据权利要求1所述的车轮，其中，所述轮辐的端部和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分通过焊接耦接至所述轮辋的在所述轮轴方向上具有高度差异的位置。
4.根据权利要求2所述的车轮，其中，所述轮辐的端部和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分通过焊接耦接至所述轮辋的在所述轮轴方向上具有高度差异的位置。
5.一种制造车轮的方法，所述方法包括：
制作轮辋和单一构件的轮辐状盘，所述轮辋构造成耦接至轮胎，并且所述轮辐状盘具有沿圆周方向间隔布置的轮辐和通风孔；以及
将所述轮辐状盘耦接至所述轮辋的侧表面，使得所述轮辐状盘的所述轮辐与所述轮辋之间的第一耦接区域和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分与所述轮辋之间的第二耦接区域在轮轴方向上具有高度差异，以允许所述轮辐状盘在所述轮辋的内部处和外部处支撑所述轮辋，以及
其中，所述轮辐状盘的所述轮辐与所述轮辋之间的第一耦接区域和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分与所述轮辋之间的第二耦接区域在所述轮辐状盘的径向方向上具有高度差异。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述轮辐状盘的外围部分的所述轮辐的端部耦接至所述轮辋的外部位置，并且所述轮辐状盘的外围部分的通风孔位置端耦接至所述轮辋的内部位置，所述通风孔位置端对应所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分的端部。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述轮辐的端部和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分通过焊接耦接至在所述轮辋的所述轮轴方向上具有高度差异的位置。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述轮辐的端部和所述轮辐状盘的形成有所述通风孔的部分通过焊接耦接至所述轮辋的在所述轮轴方向上具有高度差异的位置。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，在通过钢制成所述轮辋并且通过压制钢板而制成所述轮辐状盘后，将所述轮辋和所述轮辐状盘彼此耦接以完整构成一钢轮类型的轮。
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