CN109808425A

CN109808425A - 一种阻尼及刚度可调式轮胎

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Publication number: CN109808425A
Application number: CN201910063338.4A
Authority: CN
Inventors: 杨彦鼎; 李迎浩; 钱留华; 乐智
Original assignee: Dongfeng Motor Corp
Current assignee: Dongfeng Motor Corp
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: CN109808425B

Abstract

本发明涉及汽车零部件结构技术领域，具体地指一种阻尼及刚度可调式轮胎。包括由内至外沿径向间隔布置的内胎面和外胎面，内胎面和外胎面之间设置有阻尼和刚度可调的调节单元；调节单元包括填充有液体且两端分别与内胎面和外胎面固定的密闭壳体；壳体内设置有节流装置将壳体分割为内腔体积不可变的第一腔体以及内腔体积可变的第二腔体；第一腔体内设置有内腔体积可变的第三腔体。本发明根据轮胎的具体使用工况，通过控制腔体间的介质流通性主动调节整个轮胎的刚度和阻尼特性，以实现快速有效缓解系统冲击、衰减系统振动从而提升系统性能的目的。同时该装置结构简单，易于实现主动控制。

Description

一种阻尼及刚度可调式轮胎

技术领域

本发明涉及汽车零部件结构技术领域，具体地指一种阻尼及刚度可调式轮胎。

背景技术

轮胎是现代车辆行驶系统中的关键部件，它具有承受载荷、产生驱动力与制动力、缓冲和减震以及改变汽车行驶方向等作用，其中缓冲和减震作用通常是与含有弹性元件与阻尼元件的悬架系统共同实现的。随着社会的进步和技术的不断发展，用户对车辆的舒适性需求随之提高，为了满足这一需求，一方面对于普通悬架系统，弹性特性和阻尼特性不断优化、提升，于此同时也使得系统日益复杂，可靠性难以保证；另一方面不少主动悬架系统应运而生，但过高的搭载成本，过大的占用空间以及过于复杂的结构导致其现阶段难以普及。

为了解决这一问题，有人提出了可变刚度的轮胎来实现阻尼和刚度调整，如专利号为“CN201420716344.8”的名为“磁流变弹性体可变刚度轮胎”的专利是通过充满轮胎的单一磁流变介质作为弹性体，磁流变介质可以通过改变磁场强度来调节其弹性性能，达到改变整个轮胎整体弹性的目的，但是磁流变介质的最小刚度即为完全流动的液体状态，而液体压缩性较差，因此刚度特性也较差。

还有专利号为“CN201510661123.4”的名为“用于汽车车轮的振动阻尼装置”的专利是通过改变轮胎总成的阻尼，单纯对车轮进行减振；专利号为“CN102085776(B)”的名为“磁性流体型非空气式轮胎”的专利是通过充满轮胎的单一磁流变介质作为弹性体，通过磁流变液的改性实现；专利号为“WO2015007253A1”的名为“A TYRE WITH ADJUSTABLEPROPERTIES”的专利是通过类似减振器结构调整轮胎的内部空间从而改变轮胎性能；以上专利对轮胎的调节程度有限，适用范围小，对于车辆操控性和舒适性并没有很大的提高，难以进行大范围的推广使用。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种阻尼及刚度可调式轮胎。

本发明的技术方案为：一种阻尼及刚度可调式轮胎，包括由内至外沿径向间隔布置的内胎面和外胎面，其特征在于：所述的内胎面和外胎面之间设置有阻尼和刚度可调的调节单元；所述的调节单元包括填充有液体且两端分别与内胎面和外胎面固定的密闭壳体；所述的壳体内设置有节流装置将壳体分割为内腔体积不可变的第一腔体以及内腔体积可变的第二腔体；所述的第一腔体内设置有内腔体积可变的第三腔体。

进一步的所述的内胎面和外胎面之间设置有多个调节单元，多个调节单元以内胎面中心为圆心沿周向间隔排列。

进一步的所述的节流装置包括连通第一腔体和第二腔体的节流孔以及可调节节流孔大小的节流阀。

进一步的所述的液体为受磁场强度变化而改变流动性质的磁流体；所述的节流装置包括用于连通第一腔体和第二腔体的节流孔以及可改变节流孔内磁场强度的电磁线圈。

进一步的所述的第一腔体包括固定在节流装置上且不可形变的刚性壳体；所述的第三腔体浸泡在刚性壳体内的液体中与液体充分接触。

进一步的所述的刚性壳体一端固定在外胎面内侧、另一端与节流装置固定连接形成中空的第一腔体。

进一步的所述的第三腔体固定在外胎面内侧端面上。

进一步的所述的第三腔体包括固定在外胎面上的柔性封闭层以及充填在封闭层内的可压缩气体。

进一步的所述的第二腔体包括固定在节流装置上可形变的柔性壳体；所述的柔性壳体与刚性壳体固定连接。

进一步的所述的柔性壳体一端固定在节流装置上、另一端固定在内胎面外侧形成密闭的第二腔体。

本发明的优点有：1、通过控制节流节流装置中液体流动特性，改变第一腔体和第三腔体的形变程度，改变整个调节单元的刚度特性和阻尼特性，能够根据轮胎的使用状况进行相应的调节，可适用于各种路况和汽车运行情况；

2、通过节流阀控制节流孔的开度，能够快速调节介质流速，从而改变整个调节单元的阻尼和刚度特性，调节方式简单可靠，调节单元结构简单，操作方便；

3、通过电磁线圈控制磁流体的介质特性，能够有效改变整个充填液体的流动速度，可快速对第一腔体和第三腔体产生影响，改变整个调节单元的阻尼和刚度特性，调节方式迅速，调节范围大；

4、通过刚性壳体收束液体，使液体流动产生的压力快速传递到第三腔体上，整个调节单元力的传导合理高效；

5、通过柔性壳体容置液体，轮胎承受的作用力可通过柔性壳体快速传递到液体上，传导的方式快速高效。

本发明将通常由弹簧和减振器共同实现的缓冲和减振功能集成在调节单元上，根据轮胎的具体使用工况，通过控制腔体间的介质流通性主动调节整个轮胎的刚度和阻尼特性，以实现快速有效缓解系统冲击、衰减系统振动从而提升系统性能的目的。同时该装置结构简单，易于实现主动控制，具备良好的拓展(可串联或并联的形式进行单个或多个调节单元的布置)特点。

附图说明

图1：本发明的轮胎结构示意图；

图2：本发明的调节单元结构示意图；

图3：本发明的控制结构与汽车轮胎布置结构示意图；

其中：1—外胎面；2—内胎面；3—调节单元；

3.1—刚性壳体；3.2—封闭层；3.3—节流装置；3.4—节流孔；3.5—柔性壳体；3.6—液体；3.7—气体；

4—控制器；5—传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例的轮胎结构如图1～2所示，包括环状的外胎面1和内胎面2，外胎面1和内胎面2从内至外沿径向方向间隔布置，两者同心布置，外胎面1和内胎面2之间设置有多组可以调节阻尼和刚度的调节单元3。多组调节单元3以内胎面2的圆心为中心沿内胎面2的周向方向等距间隔布置。

如图2所示，为本实施例的调节单元3的结构示意图，本实施例的调节单元3包括密闭的壳体，壳体内充填有流动介质，本实施例的流动介质为液体3.6，壳体内设置有节流装置3.3将壳体分割为内腔体积不可变的第一腔体以及内腔体积可变的第二腔体，节流装置3.3上设有连通第一腔体和第二腔体的节流孔3.4，第一腔体内设置有内腔体积可变的第三腔体。

本实施例的力的传导过程为，第二腔体产生形变作用到第二腔体内的液体上，驱动液体通过节流孔3.4，节流孔3.4对流过的液体产生节流作用，增加整个装置的阻尼性质，流过节流孔3.4的液体进入到第一腔体内对第三腔体产生挤压作用，第三腔体压缩增加整个墙体刚度特性。这个传导过程是双向的，即可以通过第三腔体形变传递到第二腔体。

为了控制节流孔3.4内的液体流动特性，本实施例采用两种方案，一种是在节流装置3.3上设置节流阀，通过节流阀控制节流孔3.4的开度，调节流过节流孔3.4内液体流速，从而达到改变阻尼特性的目的。另一种是在节流装置3.3上安装电磁线圈，将充填在壳体内的液体更换为受磁场强度变化而改变流动性质的磁流体，通过控制电磁线圈从而调节节流孔3.4处的磁场强度，改变流过节流孔3.4内的流体流动特性，从而达到改变阻尼特性的目的。本实施例的这两种方法可以叠加在一起，即共同作用。

如图2所示，本实施例的第一腔体包括固定在节流装置3.3上且不可形变的环状刚性壳体3.1，刚性壳体3.1一端固定在节流装置3.3上、另一端固定在外胎面1的内侧端面上形成密闭的第一腔体，外胎面1是可产生沿节流孔3.4内液体3.6流动方向形变的柔性结构。

本实施例的第三腔体浸泡在刚性壳体3.1内的液体3.6中与液体3.6充分接触，第三腔体固定在外胎面1上。即外胎面1上的作用力可以传递到第三腔体上。

第三腔体包括固定在外胎面1上的柔性封闭层3.2以及充填在封闭层3.2内的可压缩气体3.7。受到作用力时，可以产生形变。

如图2所示，第二腔体包括固定在节流装置3.3上可形变的环状柔性壳体3.5，柔性壳体3.5与刚性壳体3.1固定连接，柔性壳体3.5一端与节流装置3.3固定连接、另一端与内胎面2的外侧端面连接形成密封的第二腔体，内胎面2是可产生沿节流孔3.4内液体3.6流动方向形变的柔性结构。

本实施例可以在装置上设置有控制结构，如图2～3所示，控制器4与节流装置3.3信号连接，然后将监测工作状况的传感器5与控制器4电信号连接，通过传感器5向控制器4传送电信号，控制器4根据电信号控制节流装置3.3的运转，节流装置3.3控制节流孔3.4内介质流动情况，改变整个装置的阻尼和刚度特性。

实际运行时，外胎面1受力，外胎面1产生形变挤压第三腔体，第三腔体将作用力转移到第一腔体内的液体上，液体在挤压作用下穿过节流孔3.4，进入到第二腔体内，第二腔体内的液体增加迫使柔性壳体3.5产生形变消解这部分新增加的液体，待外胎面1上的作用力减小或消除时，柔性壳体3.5减小形变或是恢复至初始状态，对第二腔体内的液体产生挤压作用，液体穿过节流孔3.4，进入到第一腔体内对封闭层3.2产生挤压作用，封闭层3.2内的气体压缩。

本实施例的轮胎根据车辆的行驶状况做出相应的调整，现以具体的行驶状况对轮胎的工作状况进行分析：

1、当车辆行驶于良好路面时，控制器4通过传感器5识别道路条件后通过节流装置3.3控制节流孔3.4内介质流动速度，使介质流速降低，阻尼力增大，同时也阻止轮胎变形力传递至第三腔体，主要通过第二腔体所形成的封闭单元形成相应的刚度特性，此时系统刚度增大，支撑性增强，车辆运行更加平稳；

2、当车辆行驶于较差的不平路面时，控制器4通过传感器5识别道路条件后通过节流装置3.3控制节流孔3.4内介质流速加快，阻尼力减小，于此同时也将轮胎变形力传递至第三腔体，使其发生压缩补偿变形，此时第三腔体与柔性壳体所形成的封闭单元共同发生变形，系统刚度减小，缓冲性能增强，车辆运行更加舒适；

3、当车辆行驶于较大的侧向加速度工况下(如转弯)，控制器4通过传感器5识别工况后对车辆内外侧车轮进行分别控制，如图3所示：增加车辆外侧车轮的阻尼和刚度，同时减小内侧车轮的阻尼和刚度，以避免车身侧倾过大，从而提高车辆的操控性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种阻尼及刚度可调式轮胎，包括由内至外沿径向间隔布置的内胎面(2)和外胎面(1)，其特征在于：所述的内胎面(2)和外胎面(1)之间设置有阻尼和刚度可调的调节单元(3)；所述的调节单元(3)包括填充有液体(3.6)且两端分别与内胎面(2)和外胎面(1)固定的密闭壳体；所述的壳体内设置有节流装置(3.3)将壳体分割为内腔体积不可变的第一腔体以及内腔体积可变的第二腔体；所述的第一腔体内设置有内腔体积可变的第三腔体。

2.如权利要求1所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的内胎面(2)和外胎面(1)之间设置有多个调节单元(3)，多个调节单元(3)以内胎面(2)中心为圆心沿周向间隔排列。

3.如权利要求1或2所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的液体(3.6)为受磁场强度变化而改变流动性质的磁流体；所述的节流装置(3.3)包括用于连通第一腔体和第二腔体的节流孔(3.4)以及可改变节流孔(3.4)内磁场强度的电磁线圈。

4.如权利要求1所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的第一腔体包括固定在节流装置(3.3)上且不可形变的刚性壳体(3.1)。

5.如权利要求4所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的刚性壳体(3.1)一端固定在外胎面(1)内侧、另一端与节流装置(3.3)固定连接形成中空的第一腔体。

6.如权利要求5所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的第三腔体固定在外胎面(1)内侧端面上。

7.如权利要求6所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的第三腔体包括固定在外胎面(1)上的柔性封闭层(3.2)以及充填在封闭层(3.2)内的可压缩气体(3.7)。

8.如权利要求4所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的第二腔体包括固定在节流装置(3.3)上可形变的柔性壳体(3.5)；所述的柔性壳体(3.5)与刚性壳体(3.1)固定连接。

9.如权利要求8所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的柔性壳体(3.5)一端固定在节流装置(3.3)上、另一端固定在内胎面(2)外侧形成密闭的第二腔体。

10.如权利要求1所述的一种阻尼及刚度可调式轮胎，其特征在于：所述的节流装置(3.3)包括用于连通第一腔体和第二腔体的节流孔(3.4)以及可调节节流孔(3.4)大小的节流阀。