CN108202566A - 用于空气维持轮胎组件的系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统用于被安装在车轮轮辋上的充气轮胎，以便保持充气轮胎的轮胎腔体不会由设定压力变成充气不足。第一系统包括：周向地附接到车轮轮辋的多个泵，每个泵具有用于给轮胎腔体充气的活塞和用于移动活塞的配重；以及用于每个泵的止动机构，该止动机构包括止动活塞、止动汽缸、第一弹簧和第二弹簧，当轮胎腔体内的空气压力到达设定压力时，设定压力克服抵抗止动活塞的第一弹簧的力并且将止动活塞移动成与配重止动接合，当轮胎腔体内的空气压力低于设定压力时，第二弹簧克服第一弹簧的力并且移动止动活塞远离配重。

Description

用于空气维持轮胎组件的系统
技术领域
本发明涉及用于维持充气轮胎（pneumatic tire）内的适当空气压力的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于将空气引导到充气轮胎的轮胎腔体中的安装在轮辋的系统。
背景技术
常规的充气轮胎被设计用于相对长时间段地工作。在许多情况下，现在希望汽车轮胎具有30,000、50,000或者70,000英里的有用使用寿命。然而，即使长寿命的充气轮胎也承受由于被钉子和其他锋利物体刺透、温度变化和/或通过轮胎本身的空气扩散而导致的空气压力损失。
因为空气扩散会随时间降低轮胎压力，所以充气轮胎通常持续性地充气不足。因此，驾驶员必须反复地动作以便维持轮胎压力或燃料经济性，轮胎寿命和/或车辆制动和操控性能将降低。已经提出轮胎压力监视系统（TPMS）以便当轮胎压力显著低时警告驾驶员。然而，这样的系统仍然依赖于驾驶员在被警告时采取补救措施来将轮胎再次充气到推荐的压力。因此，希望将空气维持特征结合到充气轮胎中，该特征将维持推荐的空气压力而不需要麻烦的驾驶员干预。
发明内容
根据本发明的第一系统用于被安装在车轮轮辋上的充气轮胎，以便保持充气轮胎的轮胎腔体不会由设定压力变成充气不足。第一系统包括：周向地附接到车轮轮辋的多个泵，每个泵具有用于给轮胎腔体充气的活塞和用于移动活塞的配重；以及用于每个泵的止动机构，该止动机构包括止动活塞、止动汽缸、第一弹簧和第二弹簧，当轮胎腔体内的空气压力到达设定压力时，设定压力克服抵抗止动活塞的第一弹簧的力并且将止动活塞移动成与配重止动接合，当轮胎腔体内的空气压力低于设定压力时，第二弹簧克服第一弹簧的力并且移动止动活塞远离配重。
根据第一系统的另一方面，第一弹簧被置于止动汽缸内部且第一弹簧接合止动汽缸的上端和止动活塞二者。
根据第一系统的仍另一方面，第二弹簧被置于止动汽缸内部且第二弹簧接合止动汽缸的下端和止动活塞二者。
根据第一系统的仍另一方面，止动汽缸具有气动地连接到轮胎腔体的第一端口。
根据第一系统的仍另一方面，止动汽缸具有气动地连接到环境压力条件的第二端口。
根据第一系统的仍另一方面，所述多个泵和控制阀限定多腔室泵构造。
根据第一系统的仍另一方面，泵内的两个腔室通过具有单向止回阀的狭窄通道连接。
根据第一系统的仍另一方面，所述多个泵限定具有最大泵送能力的力控制系统，所述最大泵送能力通过每个泵的活塞在每个泵内移动最大距离来确定。
根据第一系统的仍另一方面，每个泵包括限制活塞在第一方向上的运动的第一隔膜和限制活塞在第二相反方向上的运动的第二隔膜。
根据第一系统的仍另一方面，泵参数包括活塞质量参数、第一活塞行程参数、第二活塞行程参数、配重的质量参数。
根据本发明的第二系统建模了被安装在车轮轮辋上的充气轮胎和被安装在车轮轮辋上以便保持充气轮胎的轮胎腔体不会从设定压力变成充气不足的泵送机构。第二系统包括：周向地附接到车轮轮辋的多个泵，每个泵具有泵参数；用于控制进入充气轮胎的轮胎腔体内的进入空气的控制阀，该控制阀具有阀参数，该系统通过使用泵参数和阀参数来预测在各种构造和条件下的系统性能；以及用于每个泵的止动机构，该止动机构包括止动活塞、止动汽缸、第一弹簧和第二弹簧。
根据第二系统的另一方面，当轮胎腔体内的空气压力到达设定压力时，设定压力克服抵抗止动活塞的第一弹簧的力并且将止动活塞移动成与配重止动接合。
根据第二系统的仍另一方面，当轮胎腔体内的空气压力低于设定压力时，第二弹簧克服第一弹簧的力并且移动止动活塞远离配重。
根据第二系统的仍另一方面，所述多个泵和控制阀限定多腔室泵构造。
根据第二系统的仍另一方面，每个止动机构的每个止动汽缸包括在活塞的任一侧上的两个腔室。
根据第二系统的仍另一方面，每个泵包括通过具有单向止回阀的狭窄通道连接的两个腔室。
根据第二系统的仍另一方面，泵被装配到车轮轮辋；设定PR(i)=PL(i)=P0，i=1至n（使用的泵的总数量）；设定x(i)=0并且θ(i)=2π/n(i-1)；PL(0)= P0（通常）并且PR(n+1)=P轮胎（轮胎腔体）；计算新x(i)、PR(i)和PL(i)；确定止回阀状态：如果PR(i)≥PL(i)+Pcr，则止回阀打开；如果PL(i-1)≥PR(i)+Pcr，则相邻止回阀打开；平衡被连接的腔室之间的压力并且将止回阀重置为关闭；以及重新计算x(i)、PR(i)和PL(i)直到不再有打开的止回阀。
根据第二系统的仍另一方面，随后，车轮轮辋旋转到预定步进角度；计算新x(i)、PR(i)和PL(i)；确定止回阀状态：如果PR(i)≥PL(i)+Pcr则止回阀打开；如果PL(i-1)≥PR(i)+Pcr则相邻止回阀打开；平衡被连接的腔室之间的压力并且将止回阀重置为关闭；以及重新计算x(i)、PR(i)和PL(i)直到不再有打开的止回阀。
根据第二系统的仍另一方面，所述多个泵限定具有最大泵送能力的力控制系统，所述最大泵送能力通过每个泵的活塞在每个泵内移动最大距离来确定。
根据第二系统的仍另一方面，泵参数包括活塞质量参数、第一活塞行程参数、第二活塞行程参数和配重的质量参数。
附图说明
下列附图是本发明示例的图释。
图1是根据本发明的系统的部分的示意性表示。
图2是用于本发明的系统的部分的示意性表示。
图3是用于本发明的系统的部分的示意性表示。
图4是图3的系统的另一部分的示意性表示。
图5是用于本发明的另一示例性系统的示意性表示。
图6是图5的示例性系统的部分的示意性表示。
图7是用于本发明的仍另一示例性系统的部分的示意性表示。
图8是图7的示例性系统的另一部分的示意性表示。
图9是图7的示例性系统的仍另一部分的示意性表示。
图10示出活塞质量对泵送能力和泵送压力的影响。
图11示出活塞质量对泵送能力和泵送压力的影响。
图12示出活塞数量对泵送能力和泵送压力的影响。
图13示出活塞数量对泵送能力和泵送压力的影响。
具体实施方式
如图3至图9中所示，用于本发明的示例性空气维持轮胎系统10可以提供低轮廓和有效的多腔室泵系统，其可以容易地安装在车轮轮辋12内部且不需要显著修改车轮轮辋（仅可能针对具有两个杆的空气入口需要很小的修改）。此外，空气维持轮胎系统10不需要显著改变轮胎/车轮组件或者轮胎/车轮性能。
空气维持轮胎10可以包括泵送机构、泵驱动机构或者泵14，从而利用空气维持轮胎旋转期间的重力变化。泵驱动机构14可以包括使用抵抗一对隔膜19移动的一块（a massof）活塞主体16或者通过使用凸轮/齿轮系统驱动活塞主体的外部质量（未示出）。如果使用该块活塞主体16，则泵驱动模式可以基于力控制。如果使用凸轮/齿轮系统和外部质量，则重力可以驱动齿轮旋转并且将该旋转转换成可控位移，如美国公开号2015/0314657“System for an Air Maintenance Tire Assembly”中所述，其全部内容通过参考被并入本文。
当轮胎/车轮旋转时，活塞主体16可以在每次回转中均在向前方向和相反的向后方向上行进从而产生高的泵送频率。因此，更高的车辆速度可以提供更高的泵送频率。泵送动作的参数取决于轮胎/车轮组件的质量和角速度。轮胎负荷或者其他外部条件可能不会影响泵送动作。
由于放大效应，泵驱动机构14的压缩可以被定义为：
因此，每个泵18的高压缩比不一定实现高压缩比（例如，小的力和/或变形可产生高压缩）。
泵驱动机构14可以包括4至10个泵18，并且泵支架20可以被线性地构造在形成环并周边地装配在车轮轮辋12的中间沟槽（车轮轮辋的径向最内部分）内的带束层上。控制阀22可以类似于泵18被成形并且可以被置于在带束层的开头和结尾之间的空间内。泵支架20可以具有配合任意大小的车轮轮辋12的可调长度。
在带束层被固定到车轮轮辋12之后可以连接从第一阀杆到控制阀入口端口的通道连接（图5）。控制阀22可以包括过滤器单元30。泵驱动机构14可以是双向的并且被安装在任一方向上。控制阀22可以包括用于改变轮胎腔体的设定压力的调整件。因此泵驱动机构14可以围绕车轮轮辋12具有低轮廓，其决不会干扰轮胎安装/拆卸并且在轮胎腔体内提供间隙以用于在车辆行驶期间发生的冲击（桩或坑）。此外，泵驱动机构14的360°设计（图5）可以是平衡构造，决不会劣化轮胎/车轮组件的平衡。
图7示出示例性构造，其具有四个泵18、六个止回阀28、一个控制阀22和一个过滤器30。这种构造可以缩放成n个泵18且具有控制阀22来控制从轮胎10的外部进入到该构造内的空气。图7中的控制阀22左侧的止回阀28可以是可选的。
图8示出另一示例性构造，其具有四个泵18、五个止回阀28、一个控制阀22和一个过滤器30。这种构造可以缩放成n个泵18且具有控制阀22来控制从该构造离开到轮胎腔体的空气。控制阀22可以被置于泵18的旁路中。
图9示出仍另一示例性构造，其具有四个泵18、五个止回阀28、一个控制阀22和一个过滤器30。这种构造可以缩放成n个泵18且具有控制阀22来控制从该构造离开到轮胎腔体的空气。控制阀22可以被置于与n个泵18串联。
用于本发明的泵送系统、理论或者分析模型100可以限定上面描述的多腔室泵系统（图3-9）的行为。这样的系统可以被转换成合适的计算机代码以作为分析泵送模型。这种模型可以为消费者和商业空气维持轮胎系统二者设计并预测在各种构造和条件下的系统性能。
可以存在绕车轮轮辋12的周边等距间隔开的n个泵。每个泵18可以包括被置于两个腔室101、102之间的一个活塞16，如上文所述（图2）。所述两个腔室101、102可以通过具有单向阀28或者CV(i)的狭窄通道连接，其中i=1至n（图4-8）。CV(n+1)和CV(n+2)可以被置于系统10的空气入口和出口处，并且在泵18之间，CV(i)，i=1至n。
例如（图1）:
步骤0
持续供应平坦组件以便装配到轮辋（图5和图6）；
设定PR(i)=PL(i)=P0，i=1至n（使用的泵18的总数量）；
设定x(i)=0并且θ(i)=2π/n(i-1)；
PL(0)= P0（通常）并且PR(n+1)=P轮胎（轮胎腔体）；
计算新x(i)、PR(i)和PL(i)；
确定止回阀状态：
如果PR(i)≥PL(i)+Pcr，则icv(i)打开；
如果PL(i-1)≥PR(i)+Pcr，则icv(i-1)打开；
平衡被连接的腔室之间的压力并且将止回阀重置为关闭；
以及
重新计算x(i)、PR(i)和PL(i)直到不再有打开的止回阀。
步骤1至N
旋转车轮到预定步进角度；
计算新x(i)、PR(i)和PL(i)；
确定止回阀状态：
如果PR(i)≥PL(i)+Pcr则icv(i)打开；
如果PL(i-1)≥PR(i)+Pcr则cv(i-1)打开；
平衡被连接的腔室之间的压力并且将止回阀重置为关闭；
以及
重新计算x(i)、PR(i)和PL(i)直到不再有打开的止回阀。
系统100也可以被示例性地描述为：
该系统100（例如，上文描述的空气维持轮胎10）可以是力控制系统，其具有由向右（图2）移动最大距离（如隔膜19中的一个所限制的）的活塞16确定的最大泵送能力，X(i)=Xo并且ΔPA>m(rα-gcosθ)。最大泵送压力可以是nΔP=n[m(rα-gcosθ)]/A psig。例如，对于处于恒定速度（α=0）的6个泵的具有5.0mm直径的50g活塞，ΔP可以是21.74 psig。对于处于5.0g加速度的6个泵的具有5.0mm直径的50g活塞，ΔP可以是130.43 psig。如果止回阀28的阻力或开启压力Pcr是不可忽略的，则最大泵送压力ΔP可以是n(ΔP- Pcr)。因此，该系统100可以被两个力分量驱动，即被重力G和加速度A驱动。重力G可以在短距离中对泵18提供高频率循环影响。加速度力A可以提供低或中间频率循环影响以便确保最大泵送压力。
在第一示例性条件下，在恒定速度下的活塞质量影响，具有5.0mm活塞直径、4.0mm长度腔室（例如，101、102）和3.0mm最大行程的6个泵可以被安装在15”车轮/轮胎上（图10和图11）。在第二示例性条件下，在恒定速度下的活塞数量影响，具有5.0mm直径、4.0mm长度腔室（例如，101、102）和3.0mm最大行程的75.0g活塞可以被安装在15”车轮/轮胎上（图12和图13）。
根据本发明，示例性空气维持轮胎系统10可以使用在轨道202上滑动的自由配重201以便移动活塞16来泵送空气（图1）。然而，当轮胎到达设定压力（例如，100 psi）时，即使在不需要压力的情况下，自由配重仍然可能移动活塞16。这种不希望的活塞移动会使得活塞/泵14、16产生不必要的磨损并且减少空气维持轮胎系统10的使用寿命。这种不必要的磨损可以通过在轮胎腔体内实现设定压力时停止配重和活塞的移动而被减轻和/或消除。
根据本发明并且如图1中所示，用于配重201的止动机构200可以包括止动活塞210、止动汽缸220、第一弹簧230和第二弹簧240。第一弹簧230可以被置于止动汽缸220内部且第一弹簧接合止动汽缸的顶端和止动活塞210二者。第二弹簧240可以被置于止动汽缸220内部且第二弹簧接合止动汽缸的底端和止动活塞210二者。止动汽缸220可以具有被气动地连接到轮胎腔体的第一端口221和被气动地连接到环境或另一预定压力的第二端口222。当在轮胎腔体内的空气压力达到设定压力时，设定压力可以克服第一弹簧230抵抗止动活塞210的力并且将止动活塞移动成与配重201止动接合（图1）。当轮胎腔体内的空气压力低于设定压力时，第二弹簧240可克服在止动汽缸220内部的第一弹簧230的力并且移动止动活塞210远离配重201。
虽然已经为了图释本发明的目的示出了某些代表性示例和细节，不过对本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在不背离本发明精神或范围的情况下在其中做出各种改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于被安装在车轮轮辋上的充气轮胎以便保持所述充气轮胎的轮胎腔体不会由设定压力变成充气不足的系统，所述系统的特征在于：
周向地附接到所述车轮轮辋的多个泵，每个泵具有用于给所述轮胎腔体充气的活塞和用于移动所述活塞的配重；以及
用于每个泵的止动机构，所述止动机构包括止动活塞、止动汽缸、第一弹簧和第二弹簧，
当所述轮胎腔体内的空气压力到达所述设定压力时，所述设定压力克服抵抗所述止动活塞的所述第一弹簧的力并且将所述止动活塞移动成与所述配重止动接合，以及
当所述轮胎腔体内的空气压力低于所述设定压力时，所述第二弹簧克服所述第一弹簧的所述力并且移动所述止动活塞远离所述配重。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一弹簧被置于所述止动汽缸内部且所述第一弹簧接合所述止动汽缸的上端和所述止动活塞二者。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第二弹簧被置于所述止动汽缸内部且所述第二弹簧接合所述止动汽缸的下端和所述止动活塞二者。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述止动汽缸具有气动地连接到所述轮胎腔体的第一端口。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述止动汽缸具有气动地连接到环境压力条件的第二端口。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多个泵和所述控制阀限定多腔室泵构造。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征进一步在于：包括通过具有单向止回阀的狭窄通道连接的所述泵内的两个腔室。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多个泵限定具有最大泵送能力的力控制系统，所述最大泵送能力通过每个泵的活塞在每个泵内移动最大距离来确定。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：每个泵包括限制活塞在第一方向上的运动的第一隔膜和限制所述活塞在第二相反方向上的运动的第二隔膜。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征进一步在于：包括具有活塞质量参数、第一活塞行程参数、第二活塞行程参数、所述配重的质量参数的泵参数。
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