CN113085449A - 一种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法 - Google Patents

一种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法，内支撑装置包括内支撑底座，内支撑底座设置在轮胎内部，内支撑底座固定嵌套在轮辋外圈；内支撑底座外表面设置有不少于一条环形凹槽，每条环形凹槽沿内支撑底座周向设置，每条环形凹槽内均设置有从动圆环，从动圆环的外表面与内支撑底座外表面高度平齐，驱动电机用于驱动从动圆环在环形凹槽内转动，驱动电机还用于控制从动圆环的转动速度和转动方向；内支撑底座与轮胎内壁接触后，从动圆环转动用于实现轮胎附着力和滑转率的调整修正。该种内支撑装置能够在轮胎突然欠压或零压状态下，通过从动圆环转动控制车轮的转矩和轮胎温度进而调控轮胎和地面的滑转率，从而提高轮胎的附着性和稳定性。

Description

一种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法
技术领域
本发明涉及安全轮胎内支撑技术领域，具体的说是一种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法。
背景技术
轮胎作为车辆重要的接地零部件，对车辆的行驶安全性起到尤为重要的作用。爆胎是影响汽车安全性的主要问题之一，而装备传统充气轮胎的车辆存在爆胎隐患，在越野路面行驶时存在刺破的危险，严重影响行驶安全性。
内支撑式安全轮胎是在普通轮胎的基础上发展而来，其在轮辋上增设辅助支撑体，再配备轮胎压力监测装置，大大提高了安全性，并且，由于该型安全轮胎大多基于普通轮辋设计，因而具有结构简单、拆卸方便、零压承载能力强等优点。
随着车辆性能的提高，传统内支撑结构已满足不了使用要求，因此在此基础上出现了智能可绕轮辋转动的内支撑结构，在一定程度上缓解了摩擦生热问题，但该结构在零压工况下行驶时，会产生轮胎打滑问题，附着性能降低，严重影响汽车零压续驶性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法，能够在轮胎突然欠压或零压状态下，通过控制车轮的转矩和轮胎温度进而调控轮胎和接触面的滑转率，从而提高轮胎的附着性和稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种智能安全轮胎内支撑装置，其特征在于：包括轮辋和内支撑底座，内支撑底座设置在轮胎内部，内支撑底座固定嵌套在轮辋外圈；
内支撑底座外表面设置有不少于一条环形凹槽，每条环形凹槽沿内支撑底座周向设置，每条环形凹槽内均设置有从动圆环，从动圆环的外表面与内支撑底座外表面高度平齐，驱动电机用于驱动从动圆环在环形凹槽内转动，驱动电机还用于控制从动圆环的转动速度和转动方向；
从动圆环转动用于在轮胎内低压或零压时实现轮胎附着力和滑转率的调整修正。
优选的，内支撑底座上设置有测距模块、压力传感器、第一温度传感器、胎压监测系统和第二温度传感器；
所述的测距模块用于获取轮胎的滚动半径和内支撑底座的滚动半径；
所述的压力传感器用于获取内支撑底座的外表面压力；
所述的胎压监测系统用于获取轮胎内气压数据；
所述的第一温度传感器用于获取轮胎触地面温度；所述的第二温度传感器用于获取内支撑底座的外表面温度。
优选的，测距模块、压力传感器、第一温度传感器、胎压监测系统和第二温度传感器均与信号控制器信号连接，信号控制器用于控制驱动电机输出轴的转动速度和转动方向。
优选的，环形凹槽的槽底设置有主动圆环，主动圆环和环形凹槽的槽底之间均匀设置有若干滚动圆柱，滚动圆柱的轴向与环形凹槽的延伸方向垂直，滚动圆柱端部与支撑架可转动连接；
主动圆环的外表面设置有主动齿圈，从动圆环的内表面设置有从动齿圈，主动齿圈和从动齿圈相互啮合；
主动圆环和从动圆环之间均匀设置有若干滚珠，每颗滚珠可转动的嵌入主动圆环外表面对应的下滑槽内，每颗滚珠可转动的嵌入从动圆环内表面对应的上滑槽内。
一种智能安全轮胎内支撑装置的控制方法，其特征在于：在工作过程中测距模块、压力传感器、第一温度传感器、胎压监测系统和第二温度传感器将测得的轮胎的滚动半径R2、内支撑底座的滚动半径R1、内支撑底座的外表面压力F、轮胎内气压f、轮胎触地面温度T1、内支撑底座的外表面温度T2实时发送至信号控制器，此时轮胎内支撑装置的工作步骤具体如下：
步骤1，在车轮转动行驶时，实时检测轮胎内气压f是否位于设定阈值范围内：若轮胎内气压f位于设定阈值范围内，则驱动电机处于锁定状态，从动圆环处于静止状态；
步骤2，若轮胎内气压f位于设定阈值范围外，且内支撑底座的外表面压力F位于设定阈值范围内，则通过信号控制器将异常信号发送至汽车控制系统，进而完成对驾驶员的警告提醒；
步骤3，若内支撑底座的外表面压力F超出设定阈值范围，驱动电机满功率转动带动从动圆环朝内支撑底座与轮胎之间切向力相反方向转动，驱动电机满功率运行设定时间T；轮胎转动稳定后，通过控制从动圆环的转动速度和转动方向，进而调控轮胎内、外表面温度T2和T1之间的温差，实现调整轮胎的滑转率至设定阈值范围内。
所述的步骤3中，当轮胎转动稳定后：
正常轮胎的滑转率为：
Figure BDA0003033545400000021
智能安全轮胎的实际滑转率为
Figure BDA0003033545400000031
式中，G为整车重力，ω为车轮角速度，V为车速；设定轮胎的安全滑转率范围为0.9S≤S0≤1.1S；
当S0<0.9S时，驱动电机带动从动圆环转动方向与内支撑底座和轮胎内表面之间的切向力方向相反，提供额外的摩擦力来增加轮胎附着能力，当S0>1.1S时，驱动电机带动从动圆环转动方向与内支撑底座和轮胎内表面之间的切向力方向相同，减少了内支撑底座与轮胎摩擦产热，直至轮胎的滑转率恢复至安全滑转率范围内。
该种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法能够达到的有益效果为：通过主动在爆胎时刻控制主动圆环反向转动，进而控制轮胎和地面的附着力，使智能安全轮胎提供与整车失稳方向相反的额外转矩，保证爆胎时的安全性；在零压或低压工况下稳定行驶时，通过调整主动圆环的转动速度和转动方向进而调整安全轮胎的滑转率，保证了轮胎附着性和稳定性。
附图说明
图1是本发明一种智能安全轮胎内支撑装置的截面示意图。
图2是本发明一种智能安全轮胎内支撑装置的侧视图。
图3是本发明一种智能安全轮胎内支撑装置的截面局部放大图。
说明书附图说明：1、轮辋，2、内支撑底座，3、主动圆环，4、从动圆环，5、滚珠，6、主动齿圈，7、上滑槽，8、信号控制器，9、从动齿圈，10、下滑槽，11、驱动电机，12、滚动圆柱，13、支撑架，14、测距模块，15、压力传感器，16、第一温度传感器，17、胎压监测系统，18、第二温度传感器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种智能安全轮胎内支撑装置，其特征在于：包括轮辋1和内支撑底座2，内支撑底座2设置在轮胎内部，内支撑底座2固定嵌套在轮辋1外圈；
内支撑底座2外表面设置有不少于一条环形凹槽，每条环形凹槽沿内支撑底座2周向设置，每条环形凹槽内均设置有从动圆环4，从动圆环4的外表面与内支撑底座2外表面高度平齐，驱动电机11用于驱动从动圆环4在环形凹槽内转动，驱动电机11还用于控制从动圆环4的转动速度和转动方向；
从动圆环4转动用于在轮胎内低压或零压时实现轮胎附着力和滑转率的调整修正。
本实施例中，如图2所示，内支撑底座2上设置有测距模块14、压力传感器15、第一温度传感器16、胎压监测系统17和第二温度传感器18；所述的测距模块14用于获取轮胎的滚动半径和内支撑底座2的滚动半径；所述的压力传感器15用于获取内支撑底座2的外表面压力；所述的胎压监测系统17用于获取轮胎内气压数据；所述的第一温度传感器16用于获取轮胎触地面温度；所述的第二温度传感器18用于获取内支撑底座2的外表面温度。
进一步的，测距模块14、压力传感器15、第一温度传感器16、胎压监测系统17和第二温度传感器18均与信号控制器8信号连接，信号控制器8用于控制驱动电机11输出轴的转动速度和转动方向。
本实施例中，如图3所示，环形凹槽的槽底设置有主动圆环3，主动圆环3和环形凹槽的槽底之间均匀设置有若干滚动圆柱12，滚动圆柱12的轴向与环形凹槽的延伸方向垂直，滚动圆柱12端部与支撑架13可转动连接；主动圆环3的外表面设置有主动齿圈6，从动圆环4的内表面设置有从动齿圈9，主动齿圈6和从动齿圈9相互啮合；主动圆环3和从动圆环4之间均匀设置有若干滚珠5，每颗滚珠5可转动的嵌入主动圆环3外表面对应的下滑槽10内，每颗滚珠5可转动的嵌入从动圆环4内表面对应的上滑槽7内。
进一步的，汽车控制系统能够接收测距模块14、压力传感器15、第一温度传感器16、胎压监测系统17和第二温度传感器18的实时数据，并在车内显示相关信息，驾驶员能够实时得知相关数据信息。
进一步的，驱动电机11可以驱动主动圆环3绕轮辋1转动，滚动圆柱12设置在主动圆环3和内支撑底座2之间，用于提高主动圆环3的转动效率；实际工作中，驱动电机11可以直接通过驱动主动圆环3转动，也可以通过驱动滚动圆柱12转动进而间接晚上对主动圆环3的驱动。主动圆环3和从动圆环4均可绕圆周双向转动。
一种智能安全轮胎内支撑装置的控制方法，其特征在于：在工作过程中测距模块14、压力传感器15、第一温度传感器16、胎压监测系统17和第二温度传感器18将测得的轮胎的滚动半径R2、内支撑底座2的滚动半径R1、内支撑底座2的外表面压力F、轮胎内气压f、轮胎触地面温度T1、内支撑底座2的外表面温度T2实时发送至信号控制器8，此时轮胎内支撑装置的工作步骤具体如下：
步骤1，在车轮转动行驶时，实时检测轮胎内气压f是否位于设定阈值范围内：若轮胎内气压f位于设定阈值范围内，则驱动电机11处于锁定状态，从动圆环4处于静止状态；
步骤2，若轮胎内气压f位于设定阈值范围外，且内支撑底座2的外表面压力F位于设定阈值范围内，则通过信号控制器8将异常信号发送至汽车控制系统，进而完成对驾驶员的警告提醒；
若内支撑底座2的外表面压力F超出设定阈值范围，驱动电机11满功率转动带动从动圆环4朝内支撑底座2与轮胎之间切向力相反方向转动，驱动电机11满功率运行设定时间T，一般情况下设定时间T为3～8秒；轮胎转动稳定后，通过控制从动圆环4的转动速度和转动方向，进而调控轮胎内、外表面温度T2和T1之间的温差，实现调整轮胎的滑转率至设定阈值范围内。
进一步的，步骤3中，当轮胎转动稳定后：
正常轮胎的滑转率为：
Figure BDA0003033545400000051
智能安全轮胎的实际滑转率为
Figure BDA0003033545400000052
式中，G为整车重力，ω为车轮角速度，V为车速；设定轮胎的安全滑转率范围为0.9S≤S0≤1.1S；
当S0<0.9S时，驱动电机11带动从动圆环4转动方向与内支撑底座2和轮胎内表面之间的切向力方向相反，提供额外的摩擦力来增加轮胎附着能力，当S0>1.1S时，驱动电机11带动从动圆环4转动方向与内支撑底座2和轮胎内表面之间的切向力方向相同，减少了内支撑底座2与轮胎摩擦产热，直至轮胎的滑转率恢复至安全滑转率范围内。
进一步的，当内支撑底座2的外表面压力F突然超出设定阈值范围时，一般处于爆胎时刻，需要对行驶稳定性进行控制，此时，驱动电机11满功率转动带动从动圆环4朝内支撑底座2与轮胎之间切向力相反方向转动，提供与整车失稳方向相反的额外转矩保证汽车行驶的稳定性，一般3～8秒后，车速会降低，且车辆行驶趋于稳定；此时轮胎处于低压或零压稳定行驶状态，通过上述控制方法，调整控制轮胎表面温度，进而将轮胎滑转率调控至合理范围内。进一步的，整车重力、车轮角速度和车速均可通过汽车控制系统获得。
综上，该种智能安全轮胎内支撑装置及控制方法能够在轮胎突然欠压或零压状态下，快速对轮胎和地面的滑转率进行调控，有效的提高了安全轮胎零压行驶的安全性和稳定性。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能安全轮胎内支撑装置，其特征在于：包括轮辋(1)和内支撑底座(2)，内支撑底座(2)设置在轮胎内部，内支撑底座(2)固定嵌套在轮辋(1)外圈；
内支撑底座(2)外表面设置有不少于一条环形凹槽，每条环形凹槽沿内支撑底座(2)周向设置，每条环形凹槽内均设置有从动圆环(4)，从动圆环(4)的外表面与内支撑底座(2)外表面高度平齐，驱动电机(11)用于驱动从动圆环(4)在环形凹槽内转动，驱动电机(11)还用于控制从动圆环(4)的转动速度和转动方向；
从动圆环(4)转动用于在轮胎内低压或零压时实现轮胎附着力和滑转率的调整修正。
2.如权利要求1所述的一种智能安全轮胎内支撑装置，其特征在于：内支撑底座(2)上设置有测距模块(14)、压力传感器(15)、第一温度传感器(16)、胎压监测系统(17)和第二温度传感器(18)；
所述的测距模块(14)用于获取轮胎的滚动半径和内支撑底座(2)的滚动半径；
所述的压力传感器(15)用于获取内支撑底座(2)的外表面压力；
所述的胎压监测系统(17)用于获取轮胎内气压数据；
所述的第一温度传感器(16)用于获取轮胎触地面温度；所述的第二温度传感器(18)用于获取内支撑底座(2)的外表面温度。
3.如权利要求2所述的一种智能安全轮胎内支撑装置，其特征在于：测距模块(14)、压力传感器(15)、第一温度传感器(16)、胎压监测系统(17)和第二温度传感器(18)均与信号控制器(8)信号连接，信号控制器(8)用于控制驱动电机(11)输出轴的转动速度和转动方向。
4.如权利要求1所述的一种智能安全轮胎内支撑装置，其特征在于：环形凹槽的槽底设置有主动圆环(3)，主动圆环(3)和环形凹槽的槽底之间均匀设置有若干滚动圆柱(12)，滚动圆柱(12)的轴向与环形凹槽的延伸方向垂直，滚动圆柱(12)端部与支撑架(13)可转动连接；
主动圆环(3)的外表面设置有主动齿圈(6)，从动圆环(4)的内表面设置有从动齿圈(9)，主动齿圈(6)和从动齿圈(9)相互啮合；
主动圆环(3)和从动圆环(4)之间均匀设置有若干滚珠(5)，滚珠(5)可转动的嵌入主动圆环(3)外表面的下滑槽(10)内，滚珠(5)可转动的嵌入从动圆环(4)内表面的上滑槽(7)内。
5.如权利要求3所述的一种智能安全轮胎内支撑装置的控制方法，其特征在于：在工作过程中测距模块(14)、压力传感器(15)、第一温度传感器(16)、胎压监测系统(17)和第二温度传感器(18)将测得的轮胎的滚动半径R2、内支撑底座(2)的滚动半径R1、内支撑底座(2)的外表面压力F、轮胎内气压f、轮胎触地面温度T1、内支撑底座(2)的外表面温度T2实时发送至信号控制器(8)，此时轮胎内支撑装置的工作步骤具体如下：
步骤1，在车轮转动行驶时，实时检测轮胎内气压f是否位于设定阈值范围内：若轮胎内气压f位于设定阈值范围内，则驱动电机(11)处于锁定状态，从动圆环(4)处于静止状态；
步骤2，若轮胎内气压f位于设定阈值范围外，且内支撑底座(2)的外表面压力F位于设定阈值范围内，则通过信号控制器(8)将异常信号发送至汽车控制系统，进而完成对驾驶员的警告提醒；
步骤3，若内支撑底座(2)的外表面压力F超出设定阈值范围，驱动电机(11)满功率转动带动从动圆环(4)朝内支撑底座(2)与轮胎之间切向力相反方向转动，驱动电机(11)满功率运行设定时间T；轮胎转动稳定后，通过控制从动圆环(4)的转动速度和转动方向，进而调控轮胎内、外表面温度T2和T1之间的温差，实现调整轮胎的滑转率至设定阈值范围内。
6.如权利要求5所述的一种智能安全轮胎内支撑装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤3中，当轮胎转动稳定后：
正常轮胎的滑转率为：
Figure FDA0003033545390000021
智能安全轮胎的实际滑转率为
Figure FDA0003033545390000022
式中，G为整车重力，ω为车轮角速度，V为车速；设定轮胎的安全滑转率范围为0.9S≤S0≤1.1S；
当S0<0.9S时，驱动电机(11)带动从动圆环(4)转动方向与内支撑底座(2)和轮胎内表面之间的切向力方向相反，提供额外的摩擦力来增加轮胎附着能力，当S0>1.1S时，驱动电机(11)带动从动圆环(4)转动方向与内支撑底座(2)和轮胎内表面之间的切向力方向相同，减少了内支撑底座(2)与轮胎摩擦产热，直至轮胎的滑转率恢复至安全滑转率范围内。
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