TWI747596B - 自適應免充氣輪胎 - Google Patents

Abstract

一種自適應免充氣輪胎，包含：一輪胎本體，有一胎面、一內輪圈及複數輪輻，每一輪輻皆有對應該胎面的一第一段及對應該內輪圈的一第二段；一可調式阻尼器，結合於所述輪輻的該第一段及該第二段之間、結合於所述輪輻的該第一段及該胎面之間，以及結合於所述輪輻的該第二段及該內輪圈之間之一或其組合；一感知單元，量測該輪胎本體的一受壓狀態；以及一控制單元，該感知單元將該受壓狀態傳輸至該控制單元，該控制單元再根據該受壓狀態改變該可調式阻尼器的阻尼，藉此滿足行駛狀況。

Description

自適應免充氣輪胎

本發明係關於一種輪胎，特別是指一種自適應免充氣輪胎。

目前已廣泛應用於土木建築減震、工具機減振、車輛懸吊等領域的主動可調式阻尼結構，主要是利用感知器量測當下振動數據並回饋給中央電腦，中央電腦再自動控制主動可調式阻尼結構，以做出適當的反應，達到顯著的減振效果。尤其是在車輛主動懸吊的應用上，因為主動可調式阻尼結構可調整阻尼大小的特性，在不同行駛狀況下，主動可調式阻尼結構皆可以做出強調舒適性或操控性的表現。

美國專利公告號US 10288145 B2提供了一種旋轉阻尼器，主要包括阻尼器殼體、電磁阻尼馬達、聯接桿，以及用於將質量塊之間的相對旋轉傳遞和/或轉換至阻尼器電動機以減小振動的齒輪機構。

然而，前述專利案主要應用於車輛底盤懸吊，搭配的仍然是傳統充氣輪胎，而傳統充氣輪胎通常功能性固定，不易滿足所有的行駛狀況，有失壓、爆胎的風險。例如傳統充氣輪胎在崎嶇路面行駛時振動強烈，而高速行駛時，傳統充氣輪胎會快速地反覆變形生熱，降低傳統充氣輪胎的疲勞壽命，且傳統充氣輪胎往往會有胎體共振及空腔共振之現象，造成方向盤晃動與噪音。前述專利案無法直接改變輪胎的阻尼，因此無法改善輪胎的振動及噪音。

爰此，本發明人提出一種自適應免充氣輪胎，包含：一輪胎本體，包含一胎面、一內輪圈及複數輪輻，每一輪輻皆有對應該胎面的一第一段及對應該內輪圈的一第二段；一可調式阻尼器，結合於所述輪輻的該第一段及該第二段之間、結合於所述輪輻的該第一段及該胎面之間，以及結合於所述輪輻的該第二段及該內輪圈之間之一或其組合；一感知單元，對應該輪胎本體，該感知單元量測該輪胎本體的一受壓狀態；以及一控制單元，根據該受壓狀態改變該可調式阻尼器的阻尼。

進一步，該可調式阻尼器結合於所述輪輻的該第二段及該內輪圈之間時，透過改變該可調式阻尼器的阻尼，滿足行駛狀況。

進一步，該可調式阻尼器包含：一電磁線圈以及一阻尼油，該阻尼油流動填充在該可調式阻尼器中，該阻尼油包含一磁性體；該控制單元根據該受壓狀態改變該電磁線圈產生的電磁場，以控制該阻尼油之該磁性體的排列，進而改變該可調式阻尼器的阻尼。

進一步，所述輪輻的該第一段樞接該胎面，該第二段樞接該內輪圈，該可調式阻尼器藉由樞接的方式而為結合於該第一段及該第二段之間、結合於所述輪輻的該第一段及該胎面之間，以及結合於所述輪輻的該第二段及該內輪圈之間之一或其組合，且所述輪輻的該第一段及該第二段相對彎折形成一角度。

進一步，該可調式阻尼器包含：一旋轉軸、一定子設置於該旋轉軸上、一轉子設置於該定子中、一電磁線圈設置於該定子中，以及一阻尼油流動填充在該定子中並分隔該轉子及該定子，該阻尼油包含一磁性體；該控制單 元根據該受壓狀態改變該電磁線圈產生的電磁場以控制該阻尼油之該磁性體的排列，進而改變該可調式阻尼器的阻尼。

進一步，該胎面連接一第一支撐部，該內輪圈連接一第二支撐部，所述輪輻的該第一段樞接於該第一支撐部，所述輪輻的該第二段樞接於該第二支撐部。

進一步，該第一支撐部及該第二支撐部上皆有一凹槽，各有一固定件設置於該凹槽，使該第一支撐部及該第二支撐部分別結合在該胎面及該內輪圈上。

進一步，該胎面上有一第一固定層，該內輪圈上有一第二固定層，該第一支撐部及該第二支撐部分別結合在該第一固定層及該第二固定層上。

其中，該第一固定層及/或該第二固定層具有粗糙表面。

其中，該角度的大小介於30度至150度之間。

其中，每一輪輻的彎曲方向皆朝向逆時針方向或順時針方向之其一。

其中，該輪胎本體的內側(inside)及外側(outside)皆設置有所述輪輻及該可調式阻尼器，且內側(inside)及外側(outside)之所述輪輻的彎曲方向朝向相反方向。

進一步，有一彈性體結合於所述輪輻，該彈性體的一端連接所述輪輻的該第一段，該彈性體的另一端連接所述輪輻的該第二段。

根據上述技術特徵可達成以下功效：

1.藉由可調式阻尼器，可以適時地調整自適應免充氣輪胎的阻尼，滿足行駛狀況。

2.當輪胎本體選擇使用免充氣輪胎時，可以避免傳統充氣輪胎失壓、爆胎、胎體共振及空腔共振的問題。

3.在崎嶇路面行駛時，自適應免充氣輪胎可以在受到衝擊後，適時地增加阻尼，快速衰減震盪，提高舒適性與寧靜度。

4.在高速行駛時，自適應免充氣輪胎可以藉由降低電磁場，降低阻尼器之阻尼，減少滾動產生的能耗，並減少輪胎溫度上升，延遲材料疲勞老化，提高耐久性；適當地調整阻尼，阻尼低時可拉高輪胎本體的共振頻率，阻尼高時可降低輪胎本體的共振頻率，以避免行駛造成胎體共振，進而提升舒適性與寧靜度。

5.當自適應免充氣輪胎的阻尼降低時，滾動阻力也會直接降低，達到節能效果。

6.輪胎本體的內側(inside)及外側(outside)的輪輻相互朝向相反方向，在驅動與制動時，可避免胎面與內輪圈產生錯位，增加輪胎本體的整體結構穩定度。

100,100a,100b,100c:自適應免充氣輪胎

1:輪胎本體

11,11a,11c:胎面

12,12b,12c:內輪圈

13,13a,13b,13c,13d:輪輻

131,131a,131b,131c,131d:第一段

132,132a,132b,132c,132d:第二段

14:第一固定層

141:第一容納槽

15:第一支撐部

151:第一凹槽

16:第二固定層

161:第二容納槽

17:第二支撐部

171:第二凹槽

18:第一固定件

19:第二固定件

2,2a,2b,2c,2d:可調式阻尼器

21:旋轉軸

22:定子

23:轉子

24,24c:電磁線圈

25,25c:阻尼油

251,251c:磁性體

3:感知單元

4:控制單元

5d:彈性體

51d:透孔

[第一圖]係本發明第一實施例之立體外觀圖。

[第二圖]係本發明第一實施例之系統方塊圖。

[第三圖]係本發明第一實施例之部分放大圖。

[第四圖]係本發明第一實施例之可調式阻尼器之外觀圖。

[第五圖]係本發明第一實施例之可調式阻尼器之剖視圖。

[第六圖]係本發明第一實施例於作動狀態下之剖視圖。

[第七圖]係本發明第二實施例之立體外觀圖。

[第八圖]係本發明第三實施例之立體外觀圖。

[第九圖]係本發明第四實施例之外觀圖。

[第十圖]係本發明第四實施例之作動示意圖一，示意磁場尚未作動時，阻尼油的狀態。

[第十一圖]係本發明第四實施例之作動示意圖二，示意磁場作動後，阻尼油的狀態。

[第十二圖]係本發明第五實施例之實施示意圖一，示意彈性體結合於輪輻。

[第十三圖]係本發明第五實施例之實施示意圖二，示意彈性體的外觀。

綜合上述技術特徵，本發明自適應免充氣輪胎的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

請參閱第一圖至第三圖，係揭示本發明自適應免充氣輪胎100的第一實施例，包含：一輪胎本體1、一可調式阻尼器2、一感知單元3及一控制單元4。該輪胎本體1為免充氣輪胎，以避免充氣輪胎失壓、爆胎、胎體共振及空腔共振的問題。

該輪胎本體1包含一胎面11、一內輪圈12、複數輪輻13，所述輪輻13在該輪胎本體1的內側(inside)及外側(outside)皆有設置，每一輪輻13皆具有樞接該胎面11的一第一段131，以及樞接該內輪圈12的一第二段132，更明確的說，該胎面11上有一第一固定層14，該第一固定層14有一第一容納槽141容納一第一支撐部15，該內輪圈12上有一第二固定層16，該第二固定層16有一第二容 納槽161容納一第二支撐部17，所述輪輻13的該第一段131樞接於該第一支撐部15，所述輪輻13的該第二段132樞接於該第二支撐部17。該第一支撐部15上有一第一凹槽151，該第二支撐部17上有一第二凹槽171，並有一第一固定件18設置於該第一凹槽151，一第二固定件19設置於該第二凹槽171，使該第一支撐部15及該第二支撐部17被分別固定在該胎面11的該第一固定層14及該內輪圈12的該第二固定層16上。該第一固定件18及該第二固定件19可以是C型環或束帶等等，該第一固定層14及/或該第二固定層16具有粗糙表面，該第一固定層14可以在加硫時即與該胎面11一體成型，也可以像該第二固定層16與該內輪圈12，以套設的方式結合在該胎面11上。該內輪圈12也可以是傳統的輪圈，或是直接與該輪胎本體1一體成型。實際實施時，該輪胎本體1還可以包含一外蓋(未繪出)相鄰所述輪輻13，藉由該外蓋，可以像盾牌一般保護所述輪輻13不受外物侵入而損壞，進而維持該輪胎本體1的走行安全。

該可調式阻尼器2樞接所述輪輻13的該第一段131及該第二段132，使該第一段131及該第二段132可以相對彎折而形成一角度，該角度可以在30度至150度之間改變。在該輪胎本體1其中一側之所述輪輻13的彎曲方向皆朝向逆時針方向或順時針方向之其一，而在該輪胎本體1另一側之所述輪輻13的彎曲方向皆朝向逆時針方向或順時針方向之另一，該輪胎本體1內側(inside)及外側(outside)的所述輪輻13相互朝向相反的方向，在驅動與制動時，可避免該胎面11與該內輪圈12產生錯位，增加該輪胎本體1的整體結構穩定度。

該感知單元3對應該輪胎本體1，例如加速規可以設置在所述輪輻13的關節處、該胎面11的內面或是一車輛(未繪出)的一輪軸(未繪出)上，如六分力計，可精確量測三方向力與力矩。該感知單元3先藉由加速規量測該輪胎本體 1在各種路況的一受壓狀態，如遇崎嶇、粗糙、積水等路面，加速規皆可敏銳偵測差異；或藉由車輛影像感知器等該感知單元3預先偵測路面狀況，再利用如無線訊號傳輸的方式，將該受壓狀態或路面狀況傳送至該控制單元4進行判斷，並可藉由加速規確保所有關節運作正常。實際實施時，該可調式阻尼器2及該感知單元3之電力可來自安裝有該自適應免充氣輪胎100的該車輛，並以有線或無線的方式供電。

請參閱第三圖至第五圖，該可調式阻尼器2包含一旋轉軸21、一定子22、一轉子23、一電磁線圈24及一阻尼油25。該可調式阻尼器2藉由與所述輪輻13的該第一段131及該第二段132樞接，使該第一段131及該第二段132可以相對彎折而形成一角度。於實際實施時，該角度可以在30度至150度之間變換。該定子22設置於該旋轉軸21上。該轉子23設置於該定子22中，且套設於該旋轉軸21上。該電磁線圈24設置於該定子22中。該阻尼油25流動填充在該定子22中並分隔該轉子23及該定子22，該阻尼油25包含一磁性體251，圖式中的該磁性體251僅為簡單示意。該旋轉軸21、該定子22、該轉子23及該電磁線圈24彼此之間可以視實際情況加上軸承或其他輔助結構，減少磨損，延長該可調式阻尼器2的使用壽命。

請參閱第五圖及第六圖，並請搭配第二圖，該控制單元4根據該感知單元3取得的加速度變化，判斷該受壓狀態，或車輛影像感知，預先偵測路況，該控制單元4並根據該受壓狀態或路況偵測結果，例如藉由無線控制的方式改變該可調式阻尼器2中的電磁場以控制該阻尼油25之該磁性體251的排列，實際實施時，該感知單元3本身也可以具有可以判斷該受壓狀態的微處理器等等，直接在該感知單元3上進行判斷，再將該受壓狀態傳送至該控制單元4以控制該 可調式阻尼器2。更明確的說，該可調式阻尼器2中的電磁場是指該電磁線圈24產生的磁場。當該電磁線圈24的磁場未作動時，該磁性體251會隨機分散在該阻尼油25中；當該控制單元使該電磁線圈24的磁場作動時，該磁性體251會順著磁力線方向排列，進而改變該阻尼油25的阻尼。

復請搭配第一圖及第六圖，藉由該可調式阻尼器2，可以適時地調整該自適應免充氣輪胎100的阻尼，滿足行駛狀況。舉例來說，由於路面常有崎嶇不平的情形，在崎嶇路面行駛時，該自適應免充氣輪胎100可以在受到衝擊後，適時地增加阻尼，快速衰減震盪，提高舒適性與寧靜度；而在高速行駛時，例如時速在每小時80公里以上，該自適應免充氣輪胎100則可以藉由降低電磁場，降低阻尼器之阻尼，減少該輪胎本體1因滾動產生的能耗，並減少該輪胎本體1溫度的上升，延遲該輪胎本體1之材料的疲勞及老化，提高耐久性；適當地調整阻尼，阻尼低時可拉高該輪胎本體1的共振頻率，阻尼高時可降低該輪胎本體1的共振頻率，避免行駛共振，提升舒適性與寧靜度。當該自適應免充氣輪胎100的阻尼降低時，滾動阻力也會直接降低，達到節能效果。

請參閱第七圖，係揭示本發明自適應免充氣輪胎的第二實施例，本實施例與第一實施例的不同之處在於：在第一實施例中[第一實施例請搭配第三圖]，該可調式阻尼器2樞接於所述輪輻13的該第一段131及該第二段132之間；而在本實施例中，該可調式阻尼器2a樞接於所述輪輻13a的該第一段131a及該胎面11a之間。

所述輪輻13a的該第一段131a及該第二段132a彼此樞接，與第一實施例相似，所述輪輻13a的該第一段131a及該第二段132a還是可以相對彎折形 成該角度。藉由該可調式阻尼器2a，同樣可以適時地調整該自適應免充氣輪胎100a的阻尼，滿足行駛狀況。惟其餘結構與第一實施例相同，於此不再贅述。

請參閱第八圖，係揭示本發明自適應免充氣輪胎的第三實施例，本實施例與第一實施例的不同之處在於：在第一實施例中[第一實施例請搭配第三圖]，該可調式阻尼器2樞接於所述輪輻13的該第一段131及該第二段132之間；而在本實施例中，該可調式阻尼器2b樞接於所述輪輻13b的該第二段132b及該內輪圈12b之間。

所述輪輻13b的該第一段131b及該第二段132b彼此樞接，與第一實施例相似，所述輪輻13b的該第一段131b及該第二段132b還是可以相對彎折形成該角度。藉由該可調式阻尼器2b，同樣可以適時地調整該自適應免充氣輪胎100b的阻尼，滿足行駛狀況。惟其餘結構與第一實施例相同，於此不再贅述。

請參閱第九圖及第十圖，係揭示本發明自適應免充氣輪胎的第四實施例，本實施例與第一實施例的不同之處在於：在第一實施例中[第一實施例請搭配第三圖及第五圖]，該可調式阻尼器2樞接於所述輪輻13的該第一段131及該第二段132之間，且該可調式阻尼器2包含一旋轉軸21、一定子22、一轉子23、一電磁線圈24及一阻尼油25；而在本實施例中，該可調式阻尼器2c結合於所述輪輻13c的該第二段132c及該內輪圈12c之間，且該可調式阻尼器2c包含該電磁線圈24c以及該阻尼油25c。

該阻尼油25c流動填充在該可調式阻尼器2c中，且該阻尼油25c中也包含該磁性體251c。所述輪輻13c的該第一段131c則連接該胎面11c。透過改變該電磁線圈24c產生的電磁場以控制該阻尼油25c之該磁性體251c的排列，可以改變該可調式阻尼器2c的阻尼，滿足行駛狀況。

當該電磁線圈24c未產生電磁場時，該磁性體251c會隨機分布在該阻尼油25c之中。此時，該可調式阻尼器2c的阻尼會恢復一般狀態。

請參閱第九圖及第十一圖，而當該電磁線圈24c產生電磁場之後，該磁性體251c受到電磁場的影響，該磁性體251c會順著磁力線排列。此時，該可調式阻尼器2c的阻尼會較大。

與第一實施例相似，藉由該可調式阻尼器2c，同樣可以適時地調整該自適應免充氣輪胎100c的阻尼，滿足行駛狀況。

請參閱第十二圖及第十三圖，係揭示本發明自適應免充氣輪胎的第五實施例，本實施例與第一實施例的不同之處在於：本實施例與第一實施例相比，多了一彈性體5d結合於所述輪輻13d。

該彈性體5d可以是彈簧，該彈性體5d的一端連接所述輪輻13d的該第一段131d，該彈性體5d的另一端連接所述輪輻13d的該第二段132d，且該彈性體5d對應該角度。於本實施例中，該彈性體5d上有複數透孔51d，可以藉由例如螺件等一結合件(未繪出)穿過所述透孔51d，以讓該彈性體5d結合於所述輪輻13d，本發明不以此為限。本實施例除了該可調式阻尼器2d，還可以藉由該彈性體5d提供所述輪輻13d固定剛性，解決第一實施例中[第一實施例請搭配第五圖]，該可調式阻尼器2中僅包含阻尼油25，又受限於該可調式阻尼器2尺寸，而無法設置提供剛性之機構的問題，更好的滿足行駛狀況。

而第四實施例於實際實施時[第四實施例請搭配第九圖]，也可以搭配彈簧等該彈性體5d，以提供所述輪輻13c固定剛性，惟未於圖式中繪出此情景。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

11:胎面

12:內輪圈

13:輪輻

131:第一段

132:第二段

14:第一固定層

141:第一容納槽

15:第一支撐部

151:第一凹槽

16:第二固定層

161:第二容納槽

17:第二支撐部

171:第二凹槽

18:第一固定件

19:第二固定件

2:可調式阻尼器

3:感知單元

Claims (12)

1. 一種自適應免充氣輪胎，包含：一輪胎本體，包含一胎面、一內輪圈及複數輪輻，每一輪輻皆有對應該胎面的一第一段及對應該內輪圈的一第二段，所述輪輻的該第一段樞接該胎面，該第二段樞接該內輪圈，且所述輪輻的該第一段及該第二段相對彎折形成一角度；一可調式阻尼器，藉由樞接的方式而結合於所述輪輻的該第一段及該第二段之間、結合於所述輪輻的該第一段及該胎面之間，以及結合於所述輪輻的該第二段及該內輪圈之間之一或其組合；一感知單元，對應該輪胎本體，該感知單元量測該輪胎本體的一受壓狀態；以及一控制單元，訊號傳輸該感知單元及該可調式阻尼器，該控制單元根據該受壓狀態改變該可調式阻尼器的阻尼。
2. 如請求項1之自適應免充氣輪胎，進一步，該可調式阻尼器結合於所述輪輻的該第二段及該內輪圈之間時，透過改變該可調式阻尼器的阻尼，滿足行駛狀況。
3. 如請求項2之自適應免充氣輪胎，進一步，該可調式阻尼器包含：一電磁線圈以及一阻尼油，該阻尼油流動填充在該可調式阻尼器中，該阻尼油包含一磁性體；該控制單元根據該受壓狀態改變該電磁線圈產生的電磁場，以控制該阻尼油之該磁性體的排列，進而改變該可調式阻尼器的阻尼。
4. 如請求項1之自適應免充氣輪胎，進一步，該可調式阻尼器包含：一旋轉軸、一定子設置於該旋轉軸上、一轉子設置於該定子中、一電磁線圈設置於該定子中，以及一阻尼油流動填充在該定子中並分隔該轉子及該定 子，該阻尼油包含一磁性體；該控制單元根據該受壓狀態改變該電磁線圈產生的電磁場以控制該阻尼油之該磁性體的排列，進而改變該可調式阻尼器的阻尼。
5. 如請求項1之自適應免充氣輪胎，進一步，該胎面連接一第一支撐部，該內輪圈連接一第二支撐部，所述輪輻的該第一段樞接於該第一支撐部，所述輪輻的該第二段樞接於該第二支撐部。
6. 如請求項5之自適應免充氣輪胎，進一步，該第一支撐部及該第二支撐部上皆有一凹槽，各有一固定件設置於該凹槽，使該第一支撐部及該第二支撐部分別結合在該胎面及該內輪圈上。
7. 如請求項6之自適應免充氣輪胎，進一步，該胎面上有一第一固定層，該內輪圈上有一第二固定層，該第一支撐部及該第二支撐部分別結合在該第一固定層及該第二固定層上。
8. 如請求項7之自適應免充氣輪胎，其中，該第一固定層及/或該第二固定層具有粗糙表面。
9. 如請求項1之自適應免充氣輪胎，其中，該角度的大小介於30度至150度之間。
10. 如請求項1之自適應免充氣輪胎，其中，每一輪輻的彎曲方向皆朝向逆時針方向或順時針方向之其一。
11. 如請求項1之自適應免充氣輪胎，其中，該輪胎本體的內側(inside)及外側(outside)皆設置有所述輪輻及該可調式阻尼器，且內側(inside)及外側(outside)之所述輪輻的彎曲方向朝向相反方向。
12. 如請求項1之自適應免充氣輪胎，進一步，有一彈性體結合於所述輪輻，該彈性體的一端連接所述輪輻的該第一段，該彈性體的另一端連接所述輪輻的該第二段。

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