CN203344734U

CN203344734U - 汽车的车轮系统

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Publication number: CN203344734U
Application number: CN 201320337579
Authority: CN
Inventors: 尚久駜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2023-06-13

Abstract

本实用新型涉及汽车领域，具体涉及一种汽车的车轮系统。为解决现有汽车驱动轮行驶模式下所产生的能源浪费问题，本实用新型提供了一种汽车的车轮系统，包括从动轮和驱动部分，从动轮连接并支撑车身，驱动部分包括独立驱动轮结构，独立驱动轮结构包括驱动轮、驱动轮支架和车身连接器，驱动轮连接驱动轮支架，驱动轮支架连接一缓冲器与一自动压力调节器，自动压力调节器套在缓冲器内，缓冲器连接车身连接器，车身连接器连接车身，驱动轮上还设有驱动接头，驱动部分采用竖直方式设置。本实用新型的汽车的车轮系统，减小了车轮的滚动阻力，大幅减少了能源的浪费。

Description

汽车的车轮系统

技术领域

本实用新型涉及汽车领域，具体涉及一种汽车的车轮系统。

背景技术

汽车的车轮分为从动轮与驱动轮，《汽车理论》中对这两种车轮的运动力学特性作过精辟论述：

驱动轮是依靠传递至其圆周上的转矩运动的，真正作用在驱动轮上驱动汽车的力为地面切向反作用力F_x，它的数值为驱动力F_t减去驱动轮上的滚动阻力F_f ，驱动力平衡公式为：

F_x= F_t - F_f

这个公式的特点是，驱动轮也有滚动阻力F_f，这个滚动阻力是由驱动轮承担载荷产生的，驱动轮的驱动力为地面切向反作用力F_x与驱动轮滚动阻力F_f之和：

F_t = F_x ﹢ F_f

从动轮是依靠作用于其中心的推力运动的。从动轮的滚动阻力F_f等于滚动阻力系数f（推力与车轮载荷之比）与车轮载荷W的乘积，滚动阻力公式为：

F_f = W f

根据这两种车轮运动力学特性的不同，我们可以将道路车辆行驶模式也分为两类，即驱动轮行驶模式车辆类与从动轮行驶模式车辆类。例如，汽车、摩托车、电动车、自行车等驱动轮也承担载荷的动力车辆属于驱动轮行驶模式车辆类；人力车、畜力车、挂车等从动轮承担全部载荷（或驱动轮不承担载荷）的车辆属于从动轮行驶模式车辆类。这是两种不同本质的行驶模式，主要区别在于驱动轮是否承担车辆载荷，在于车辆行驶时所需驱动力的不同，车辆驱动条件公式有力地证明了这两种不同行驶模式的区别。

车辆行驶的驱动条件（必要条件）是 F_t≧ F_f + F_w + F_i ，根据从动轮与驱动轮运动特性的理解，这个公式更贴近于是对从动轮行驶模式车辆的描述。因为，对于驱动轮行驶模式车辆，滚动阻力F_f应该涵盖其从动轮的滚动阻力F_f1与驱动轮的滚动阻力F_f2，此时滚动阻力为：

F_f = F_f1+ F_f2

而驱动力计算时还应该添加地面切向反作用力F_x。所以，车辆以驱动轮行驶模式行驶时的驱动条件为:

F_t =F_x + F_f1+ F_f2 + F_w+ F_i

（式中：F_t为驱动力、 F_w为空气阻力、F_i为坡度阻力）。因此，两类车辆行驶模式不同的车辆所需驱动力也是不同的。

现有技术没有对汽车行驶模式进行过分析研究，失去了大幅提高汽车行驶效率的机会。汽车从动轮行驶模式所需驱动力（推动力）远远小于驱动轮行驶模式，这个优势特征是可以通过例证证实（例证暂不考虑加速阻力、空气阻力、坡度阻力等条件）。

例证一

小汽车总质量为2000Kg、重力为19600N；车轮滚动阻力系数f为0.02；根据滚动阻力公式计算，从动轮行驶模式行驶时车辆的滚动阻力为392N；对于驱动轮行驶模式，如果65﹪的载荷在驱动轮上，从动轮滚动阻力系数f₁为0.02，驱动轮的滚动阻力系数f₂是从动轮的2.5倍，为0.05，驱动轮行驶模式行驶时的滚动阻力为774.2N（F_f =F_f1+Ff2、F_f1=0.35Wf₁、F_f2 = 0.65Wf₂），车辆克服滚动阻力所需要的驱动力是从动轮行驶模式的1.975倍，车辆需增加的驱动力为382.2N（49.37﹪）。

例证二

设汽车总质量（含载荷）为8000Kg、重力为78400N；车轮滚动阻力系数f为0.03；根据滚动阻力公式计算，从动轮行驶模式行驶时车辆的滚动阻力F_f为2352N；对于驱动轮行驶模式，如果70﹪的载荷在驱动轮上，驱动轮的滚动阻力系数f是从动轮的3倍（取0.09），传统驱动轮行驶模式行驶时车辆的滚动阻力F_f为5644.8N，克服滚动阻力的所需驱动力是从动轮行驶模式的2.4倍，车辆需增加的驱动力为3292.8N（58.34﹪）。

以上例证充分证实：汽车驱动轮行驶模式行驶时所需驱动力（克服滚动阻力的驱动力）是从动轮行驶模式的2倍以上；汽车以驱动轮行驶模式行驶，其效率随驱动轮滚动阻力系数、车轮载荷增加而降低。

导致这种结果的直接原因，是传统驱动轮兼有载荷、驱动双重功能，至使驱动轮的滚动阻力系数成倍增长。

《汽车理论》研究认为：对于驱动状况下的轮胎，作用有驱动转矩，胎面相当对于地面有一定程度的滑动，增加了轮胎滚动时的能量损耗；在较大驱动力系数工况下，驱动轮的滚动阻力系随驱动力系数（驱动力与径向载荷之比）的增加迅速增加。在驱动力系数为0.8时，子午线轮胎滚动阻力系数增大两倍，斜交轮胎增大三倍以上。

同时，地面对轮胎切向反作用力的极限值（无侧向力作用时）称为附着力，由于车辆驱动遵循驱动轮附着力等于或大于驱动力的原则，驱动轮没有附着力车辆就不能行驶，驱动轮的附着力小于驱动力车轮就会打滑。传统汽车驱动轮附着力是以加载在车轮上的汽车质量为依据条件的，在汽车质量不变、直线行驶时这种附着力是不变的。附着力不变的设置模式是不适应汽车行驶特点的。例如，汽车行驶时驱动力是不断变化的，如果附着力不能伴随驱动力发生相应变化，就可能发生驱动轮所需驱动力较小而驱动轮附着力较大的状况，导致车轮滚动阻力增大，造成因驱动力需增加而产生的能源浪费。下面通过例证进行分析。

汽车行驶遵循Fφ(附着力)≧Ft（驱动力）的条件，根据附着力公式：

F_xmax = Fφ= F_zφ

上例从动轮行驶模式的小汽车，需要驱动力为392N，此时，若添加不承担载荷的独立驱动轮于从动轮系统中，这种独立驱动轮的附着力只要大于或等于450N，就能满足汽车驱动条件；上例从动轮行驶模式的汽车，需要驱动力为2352N，此时，若添加不承担载荷的独立驱动轮于从动轮系统中，这种独立驱动轮的附着力只要大于或等于2500N，就能满足汽车驱动条件。

根据驱动轮附着力条件公式，是可以计算出独立驱动轮所需要的附着质量的。若上例小汽车驱动轮附着系数φ为0.75，汽车驱动轮附着系数φ为0.8，根据Fφ= F_zφ F_z= W W/9.8 = G（附着质量）的公式计算：独立驱动轮结构的小汽车驱动轮附着质量约为62Kg，汽车驱动轮附着质量约为320Kg。驱动轮行驶模式例中，传统驱动轮的附着质量小汽车为1200Kg、汽车为5600Kg；比对这两种情况，传统驱动轮的附着质量为独立驱动轮结构的19倍（小汽车）、17.5倍（汽车），这些多余的附着质量运动是要消耗大量能量的。

从独立驱动轮附着质量分别为62Kg、320Kg的例证估算中不难看出，独立驱动轮结构要求的附着质量是不大的，在技术方案中，这种克服滚动阻力所需的附着力可以设定为基本附着力，供汽车匀速行驶使用；而将汽车克服加速阻力、空气阻力（高速行驶时的阻力）、坡度阻力等所需附着力设定为动态附着力，可以由液力的动态自动控制系统实时提供。与传统附着力模式相比，这种附着力划分方式更为简洁、合理，为汽车以从动轮行驶模式模式提供了有力保障。

从上面分析可以得知，传统驱动轮兼有载荷、驱动双重功能、附着力是根据车轮载荷质量确定的，其功能结构充满矛盾。这些矛盾纠结主要体现在附着力选择、车轮半径尺寸选择、车胎表面摩擦强度选择方面：

1）根据车辆行驶特点，在车辆起步、加速、上坡时驱动力增大相应附着力宜大，车辆匀速行驶时驱动力较小相应附着力小，驱动轮以稳定质量为附着力条件的设置方式与车辆行驶特点矛盾。

2）根据车轮运动力学的特性，车辆驱动轮半径宜小（驱动力大）从动轮半径宜大（滚动阻力小），功能重叠的传统驱动轮其半径取值处于矛盾状态；

3）根据材料表面力学原理，车辆驱动轮轮胎表面摩擦宜大（附着力大）从动轮轮胎表面摩擦宜小（滚动阻力小），功能重叠的传统驱动轮，车胎表面性能取相矛盾；

综上所述，汽车驱动轮行驶模式比对从动轮行驶模式需要增加50﹪以上的驱动力，存在严重的效率弊端，造成非常严重的能源浪费问题。

实用新型内容

为解决现有技术中驱动轮行驶模式汽车能耗过大、能源浪费严重的问题，本实用新型提供了一种汽车的车轮系统。本实用新型的具体技术方案为：

一种汽车的车轮系统，包括从动轮和驱动部分，所述从动轮连接并支撑车身，所述驱动部分包括独立驱动轮结构，所述独立驱动轮结构包括驱动轮、驱动轮支架和车身连接器，所述驱动轮连接驱动轮支架，所述驱动轮支架连接一缓冲器与一自动压力调节器，所述自动压力调节器套在所述缓冲器内，所述缓冲器连接所述车身连接器，所述车身连接器连接车身,所述驱动轮上还设有驱动接头。

采用上述汽车的车轮系统，使驱动轮附着力按基本附着力与动态附着力分别设置，基本附着力提供车辆匀速行驶时的附着力，动态附着力提供车辆起步、加速、上坡等时的附着力；基本附着力由独立驱动轮自身质量提供，动态附着力由自动压力调节器根据汽车行驶情况实时调节。所述自动压力调节器根据车辆运行状态设置数学模型，车辆行驶时自动压力调节器给定压力控制量，经由有源增压装置放大压力，将这个压力加载于驱动轮，同时这个压力指标又被反馈至动态压力管理器进行监控，使驱动轮的附着力始终遵循大于驱动力的原则。

进一步的，所述驱动部分采用竖直方式设置。

采用该一步改进方案保证驱动部分可以随时通过所述缓冲器产生相应的弹性伸缩以适应驱动轮上附着力的实时调节。

进一步的，所述从动轮的直径大于所述驱动轮的直径。

采用该进一步改进方案可以进一步增强驱动力。

进一步的，所述驱动部分包括2个所述独立驱动轮结构，且所述2个独立驱动轮结构通过各自的车身连接器形成肩并肩式对称固定连接。

该进一步改进方案进一步增大了驱动轮的附着力，适用于车身质量较大的汽车。

进一步的，所述驱动部分设置在各对同轴从动轮的内侧。

该进一步改进方案进一步优化了车轮系统的结构。

综上，本实用新型所具有的整体有益效果是：汽车的车轮系统采用附着力分设的独立驱动轮结构，不仅使驱动轮不再承载车身重量，大幅减小汽车车轮滚动阻力，从而大幅减少了汽车为克服多余的滚动阻力所做的无用功。这种方式既完善了从动轮行驶模式的特定条件，又完全避免了车辆行驶时因附着力过高带来的能量损失，大幅降低了汽车行驶过程中的能源消耗，解决了传统驱动轮行驶模式汽车的能源浪费问题。

附图说明

图1 本实用新型实施例1的驱动部分的正视示意图；

图2 本实用新型实施例1的驱动部分的侧视示意图；

图3 本实用新型实施例2的驱动部分的正视示意图；

图4 本实用新型实施例1的驱动部分的装配示意图；

图5 本实用新型实施例2的驱动部分的装配示意图；

图6 本实用新型实施例1的应用效果图之一；

图7 本实用新型实施例1的应用效果图之二；

图8 本实用新型实施例2的应用效果图之一；

图9 本实用新型实施例2的应用效果图之二；

其中：1-从动轮；2-驱动轮；3-车轮支架；4-缓冲器；5-自动压力调节器；6-车身连接器；7-驱动接头；8-驱动部分。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细阐述。

实施例1

如图1、图2、图4、图6及图7所示，一种汽车的车轮系统，包括从动轮1和驱动部分8，所述从动轮1连接并支撑车身，所述驱动部分8包括独立驱动轮结构，所述独立驱动轮结构包括驱动轮2、驱动轮支架3和车身连接器6所述驱动轮2连接驱动轮支架3，所述驱动轮支架3连接一缓冲器4与一自动压力调节器5，所述自动压力调节器5套在所述缓冲器内，所述缓冲器4连接所述车身连接器6，所述车身连接器6连接车身,所述驱动轮2上还设有驱动接头7。所述驱动部分8采用竖直方式设置。所述从动轮1的直径大于所述驱动轮2的直径。所述驱动部分8设置在各对同轴从动轮1的内侧。本实施例所述车辆可以是车身质量较轻的小汽车。

实施例2

如图3、图5、图8及图9所示，实施例2是实施例1的进一步变形结构，其差异之处在于所述驱动部分8包括2个实施例1中所述独立驱动轮结构，且所述2个独立驱动轮结构通过各自的车身连接器6形成肩并肩式对称固定连接。所述驱动部分8设置在各对同轴从动轮1的内侧。本实施例所述车辆可以是车身质量较重的汽车。

以上根据附图对本实用新型的两种实施例做了详细叙述，但是本实用新型并不限于以上实施方式。本领域的普通技术人员在了解上述方案的内容后还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出种种变化。

Claims

1.一种汽车的车轮系统，包括从动轮（1）和驱动部分（8），其特征在于，所述从动轮（1）连接并支撑车身，所述驱动部分（8）包括独立驱动轮结构，所述独立驱动轮结构包括驱动轮（2）、驱动轮支架（3）和车身连接器（6），所述驱动轮（2）连接驱动轮支架（3），所述驱动轮支架（3）连接一缓冲器（4）与一自动压力调节器（5），所述自动压力调节器（5）套在所述缓冲器内，所述缓冲器（4）连接所述车身连接器（6），所述车身连接器（6）连接车身,所述驱动轮（2）上还设有驱动接头（7）。

2.根据权利要求1所述的汽车的车轮系统，其特征在于，所述驱动部分（8）采用竖直方式设置。

3.根据权利要求2所述的汽车的车轮系统，其特征在于，所述从动轮（1）的直径大于所述驱动轮（2）的直径。

4.根据权利要求3所述的汽车的车轮系统，其特征在于，所述驱动部分（8）包括2个所述独立驱动轮结构，且所述2个独立驱动轮结构通过各自的车身连接器（6）形成肩并肩式对称固定连接。

5.根据权利要求3或4所述的汽车的车轮系统，其特征在于，所述驱动部分（8）设置在各对同轴从动轮（1）的内侧。