一种变轮胎截面可自动调节胎压的可变轮毂机构

1.本发明属于车轮的技术领域，尤其涉及一种变轮胎截面可自动调节胎压的可变轮毂机构。


背景技术：

2.车轮总成由车轮和轮胎两大部件组成。车轮是固定轮胎内缘、支持轮胎并与轮胎共同承受负荷的刚性轮。也将组合在一起的轮胎、轮辋与轮辐统称车轮。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。
3.一般的充气轮胎其截面宽度(截面宽度简称为截面)与胎压固定，其抓地力固定，而汽车处于不同工况下及不同道路状况下，轮胎截面、扁平比与胎压可变的轮胎相对于普通充气轮胎更具有优势：对于轮胎宽度宽，扁平比低的轮胎，其与地面的接触面积大，对路面的反应灵敏，汽车的动力性、操纵稳定性、制动性能强，适用于加速工况、路面颠簸、雨雪天气等；轮胎宽度窄，扁平比大的轮胎具有良好的缓冲能力，汽车舒适性较好，汽车具有良好的燃油经济性。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种变轮胎截面可自动调节胎压的可变轮毂机构，能够针对不同的道路状况及汽车工况，适度调节轮胎宽度、扁平比及胎压，有效提高汽车的性能。
5.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种变轮胎截面可自动调节胎压的可变轮毂机构，包括轮毂轮内端、相对于轮毂轮内端进行轴向移动而不发生定轴转动的轮毂轮外端、与所述轮毂轮内端进行螺纹连接的轮毂储气罐；所述轮毂轮外端的外端面中心处设有圆柱孔，所述圆柱孔内安装有推力轴承；所述轮毂轮外端的外端面具有绕所述圆柱孔呈圆周分布的第一通孔；所述轮毂轮内端朝向轮毂轮外端的端面的中心设有电机安装孔，所述电机安装孔的外周设有与所述第一通孔相对应的贯穿孔；导向板上的圆筒凸台穿过所述第一通孔安装于所述轮毂轮外端的外端面，轮毂螺栓穿过所述圆筒凸台内部的通孔及所述贯穿孔与汽车的半轴上的轴头螺纹连接；所述导向板的中心位置设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有齿轮螺纹件；所述电机安装孔安装有电机，与所述电机的输出轴连接的电机齿轮与所述齿轮螺纹件内部的齿轮结构啮合连接，以实现轮毂轮外端在轮毂轮内端和导向板之间进行轴向移动；所述轮毂储气罐和轮胎之间安装有电磁阀，用于实现轮胎的充气和放气；胎压传感器均匀安装在轮胎的内表面，用于将胎压信号通过无线电方式传递给接收器，最后传递给ecu；悬架振幅传感器用于检测道路状况，将振幅信号传递给ecu，ecu结合车速传感器的数据和振幅信号，调整最佳的轮毂宽度与胎压。
6.优选的，所述轮毂轮外端的内周面设有花键凹槽，所述轮毂轮内端的外周面向外
凸出有与所述花键凹槽相匹配的花键。
7.优选的，所述轮毂轮内端内设有叶片，当车轮转动时，叶片随轮毂轮内端转动，将轴向的空气向所述轮毂储气罐进行泵气。
8.进一步的，所述轮毂储气罐靠近轴心位置设有导流板，用于将所述叶片旋转产生的气体顺着导流板与轮毂轮内端内壁，通过单向阀进入到所述轮毂储气罐内。
9.优选的，所述轮毂储气罐的内圆柱上安装有溢流阀，用于将轮毂储气罐的气体向大气进行泄压排气。
10.由上，本发明的变轮胎截面可自动调节胎压的可变轮毂机构至少具有如下有益效果：
11.1.利用电机驱动齿轮螺纹件，经过推力轴承与齿轮螺纹零件等机械结构实现定轴转动到轴向移动的转换，最终实现轮毂轮外端相对于轮毂轮内端轴向移动而不发生定轴转动现象，工作原理简单，易于实现。
12.2.轮毂轮内端的内端面采用叶片设计，利用车轮转动自动实现泵气效果，不需要额外执行机构驱动泵气。
13.3.轮毂储气罐接收轮毂轮内端所泵出的气流，且轮毂储气罐安装有向外界的溢流阀，可以使轮毂储气罐始终存在有高压气体，当胎内气压不足时，可以将轮毂储气罐的高压气体经过电磁阀实现轮胎充气，简而言之，轮胎只需要一次手动充气后就不需要手动充气调压。
14.4.车轮总成的轮辋宽度与胎压可变可以实现轮胎的宽度与扁平比，从而实现汽车在不同工况与路面状况下具有良好的动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性等优势。
15.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
17.图1是本发明的可变轮毂机构的结构示意图之一；
18.图2是本发明的可变轮毂机构的结构示意图之二；
19.图3是本发明的轮毂轮外端的结构示意图；
20.图4是本发明的导向板的结构示意图；
21.图5是本发明的齿轮螺纹件的结构示意图；
22.图6是本发明的轮毂轮内端的结构示意图之一；
23.图7是本发明的轮毂轮内端的结构示意图之二；
24.图8是本发明的轮毂储气罐的结构示意图；
25.图9是本发明的ecu的控制流程图；
26.图10是本发明的气压传动的流程图。
具体实施方式
27.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
28.为提高汽车的综合性能，使轮胎在不同的汽车工况和道路状况下处于最佳的轮胎宽度、胎压及扁平比，如图1-10所示，本发明提供了一种变轮胎截面可自动调节胎压的可变轮毂机构，该机构包括：第一电磁阀1、第二电磁阀2、轮毂轮外端6、轮毂轮内端5、轮毂螺栓11、导向板7、推力轴承10、齿轮螺纹件8、电机12、电机齿轮9、轮毂储气罐13、单向阀4、溢流阀3、悬架振幅传感器、轮毂宽度传感器、车速传感器、胎压传感器。
29.如图3所示，轮毂轮外端6的有轮辋的端面定义为外端面，无轮辋的端面定义为内端面。轮毂轮外端6的外端面中心处设有圆柱孔，目的是在圆柱孔内安装推力轴承10，实现轮毂轮外端6随推力轴承10一同进行轴向移动。外端面从圆心处向外呈圆周设置的第一通孔与导向板7相配合，以实现轮毂轮外端6可在轮毂轮内端5和导向板7之间轴向移动。外端面上的第一通孔再向外也存在第二通孔，是给轮毂轮外端6与轮毂轮内端5的轴向移动提供空气，以防止轮毂轮外端6与轮毂轮内端5之间的移动受阻。轮毂轮外端6的内周面设有花键凹槽，轮毂轮内端5的外周面向外凸出有与花键凹槽相匹配的花键，通过花键凹槽和花键的配合，使轮毂轮外端6与轮毂轮内端5配合实现且仅能实现轴向移动，不产生定轴转动。轮毂轮外端6与轮毂轮内端5之间的外圆柱面的接触部分设有一个弧形面，其目的是防止轮毂轮外端6与轮毂轮内端5的外圆柱涂油密封层的密封层被夹破损坏。在轮毂轮外端6与轮毂轮内端5的外圆柱涂油密封层(有余量)，使两零件移动的同时仍可做到密封，且压缩时，密封层不会被压破。
30.如图4所示，导向板7的中心处设有一定深度的螺纹孔，其目的是让齿轮螺纹件8可与其实现螺纹传动，当齿轮螺纹件8定轴转动时，且导向板7固定，实现齿轮螺纹件8的轴向移动。导向板7的端面上有四个圆筒凸台，且内部设有通孔，其目的是让轮毂螺栓11顺利通过该通孔和轮毂轮内端5的通孔与汽车的半轴上的轴头相连固定，这时候的导向板7与轴头之间的距离始终保持恒定。导向板7上的圆筒凸台可与轮毂轮外端6的通孔进行配合，既可以实现轮毂轮外端6的轴向移动，又起到保护轮毂螺栓的结构，防止发生损坏的作用。
31.推力轴承10安装在轮毂轮外端6的外端面中心圆柱孔处，其作用是将齿轮螺纹件8的轴向移动和定轴转动转化为轮毂轮外端6的轴向移动。
32.如图5所示，齿轮螺纹件8的内部是齿轮结构，外部为螺纹结构，其作用是将电机齿轮9的定轴转动转化成齿轮螺纹件8的定轴转动与轴向移动(螺纹传动)，最终以实现轮毂轮外端6的轴向移动。
33.如图6和图7所示，轮毂轮内端5朝向轮毂轮外端6的内端中心处设有电机安装孔，用来安装电机12，与电机12的输出轴连接的电机齿轮9定轴转动以实现齿轮螺纹件8与导向板7发生螺纹传动，实现齿轮螺纹件8可轴向移动。轮毂轮内端5的内端面由中心向外设有四个与第一通孔相对应的贯穿孔，其目的是让轮毂螺栓11顺利穿过贯穿孔与轴头固定。轮毂轮内端5的叶片端面外侧曲面设有叶片，当车轮转动时，叶片随轮毂轮内端5转动，将轴向的空气向内端四周进行泵气。轮毂轮内端5的周面设有8个通孔，其中有四个通孔安装第一电磁阀(决定轮毂储气罐是否向轮胎泵气)，另外四个通孔安装第二电磁阀(决定轮胎内气体
是否通过通孔和轮毂储气罐的通孔向外界排气)。轮毂轮内端5最外侧内壁设有螺纹结构，可与轮毂储气罐13进行螺纹连接，已达到固定轮毂储气罐13目的。
34.如图8所示，轮毂储气罐13靠近轴心位置设有导流板，可将叶片旋转产生的气体顺着导流板与轮毂轮内端内壁，通过单向阀4进入到轮毂储气罐13内。外圆柱设有8个通孔，其中四个通孔安装第一电磁阀(决定轮毂储气罐是否向轮胎泵气)，另外四个通孔安装第二电磁阀(决定轮胎内气体是否通过通孔和轮毂储气罐的通孔向外界排气)。最外侧外圆柱设有螺纹，实现与轮毂轮内端5进行螺纹连接实现固定。轮毂储气罐13的内圆柱设有8个通孔，其中四个安装溢流阀3(当压力大于一定值时，轮毂储气罐的气体向大气进行泄压排气)，另外四个安装电磁阀(实现轮胎内气体是否通过通孔和轮毂储气罐的通孔向外界排气)。
35.电机齿轮9与齿轮螺纹件8内部的齿轮进行啮合，齿轮螺纹件8与导向板7之间为螺纹连接，推力轴承10安装在轮毂轮外端6的外端面中心圆柱孔位置，推力轴承10另一侧与齿轮螺纹件8接触固定。轮毂轮外端6端面的圆孔与导向板7的圆筒凸台进行配合，电机12安装在轮毂轮内端5的内端面中心的电机安装孔处，轮毂轮外端6与轮毂轮内端5进行配合，如此安装实现轮毂轮外端6可在轮毂轮内端5与导向板7之间轴向移动，轮毂螺栓11通过导向板7、轮毂轮内端5与轴头进行螺纹连接。轮毂轮内端5内圆柱面中，最外侧圆柱面是螺纹结构，与储气罐进行螺纹连接，实现储气罐安装后由于螺纹自锁，不会发生轴向移动。单向阀4通过螺纹连接方式安装在轮毂储气罐13外端端面处，溢流阀3安装在轮毂储气罐13内圆柱面。第一电磁阀安装在轮毂储气罐13外表面、轮毂轮内端5处，第二电磁阀贯穿在轮毂储气罐13与轮毂轮外端6。胎压传感器安装在轮胎内表面，轮毂宽度传感器安装在两轮毂端两侧。
36.胎压传感器安装在轮胎内表面均匀分布，可将胎压信号通过无线电方式传递给接收器，最后传递给ecu。
37.悬架振幅传感器用于检测道路状况，将振幅信号传递给ecu，ecu结合车速传感器的数据和振幅信号，经查表计算，调整最佳的轮毂宽度与胎压，最终调整到最佳轮胎宽度与扁平比。
38.轮毂储气罐13的气流运动简图如图10所示，叶片产生的气体代表气动泵，设定轮毂储气罐13上的溢流阀3的预定压力高于轮胎正常气压。当轮毂储气罐13的压力大于轮毂储气罐13上的溢流阀3的预定压力时，轮毂储气罐13的气体流入大气，储气罐的压力始终小于等于溢流阀3的预定压力。当轮毂轮内端5转动时，气动泵工作，向轮毂储气罐13泵气，根据轮毂储气罐13的压力和单向阀4作用下，当进气压力大于轮毂储气罐13内部压力时，单向阀4打开。气体通过单向阀4，经过溢流阀3重新回到大气。当第一电磁阀打开时，气体由高压流向低压，即轮毂储气罐13的气体进入轮胎，胎压增大；当第二电磁阀打开时，气体由高压流向低压，即轮胎内的气体穿过轮毂储气罐13流出大气，胎压减小，且穿过轮毂储气罐13的气体不与轮毂储气罐13内的气体接触。
39.轮胎的变截面与自动调压既可以通过驾驶员的手动操纵，也可以使用自适应模式实现，操作方便：例如当处于雪地路面，驾驶员按下按键让轮胎进入雪地模式后，ecu接收到指令，电机齿轮9通过定轴转动，经过一系列机械结构，增大两轮辋之间的距离，同时，打开第二电磁阀，实现胎内气体向大气排出，轮胎胎压降低，胎内的胎压传感器实时将胎压信息通过无线电信号传递给接收器，接收器向ecu传递信号，当胎内气压到达预定值后，电磁阀关闭，胎内气压恒定，此时的轮胎处于宽轮胎截面、低扁平比特征，该状态的轮胎具有更好
的抓地力与制动性；当驾驶员不使用手动操纵式，轮胎处于自适应模式，ecu会接收悬架振幅传感器判定路面情况，同时也会接收车速传感器确定汽车速度，经过计算或查询得到最佳的轮辋宽度与胎内压力，电机12会驱动机械结构改变轮辋宽度，与此同时，使第一电磁阀或第二电磁阀打开，实现胎压改变，胎压传感器的信号通过无线电到达接收器，最终达到ecu，若胎压与原ecu所得到的胎压预定值相同时，第一电磁阀或第二电磁阀关闭，胎压恒定，此时轮胎处于最佳的轮胎宽度和扁平比。
40.本发明通过控制电机与电磁阀工作，改变可变轮毂的宽度与轮胎胎压，最终轮胎宽度与扁平比发生改变，使汽车具有良好的动力性、制动性、操纵稳定性、燃油经济性，工作原理简单，便于实现。轮毂轮外端6与轮毂轮内端5由导向槽配合，齿轮螺纹件8的螺纹传动实现轮毂宽度可变，轮毂储气罐13及电磁阀、溢流阀、单向阀的配合实现胎压的自动调节。
41.宽截面宽度、低扁平比的轮胎具有较大的抓地力，加速性能，耐受侧向力等优势，使汽车具有更佳的动力性、制动性、操纵稳定性。适用于雨雪路面、颠簸路面、及紧急制动工况、加速工况。
42.窄截面、高扁平比的轮胎其滚动阻力相对较小，使汽车的燃油经济性较好，噪音小，适用于汽车高速行驶时的工作状态。
43.轮胎与轮毂装配是通过钢丝圈配合在轮辋上，通过增加胎内压力，靠轮毂内壁外缘跟轮胎密封，最终实现轮胎紧紧贴合在轮毂上，且不发生旋转摩擦。根据轮胎与轮毂的装配原理，本发明采用轮毂轮外端6与轮毂轮内端5的配合组成可变宽度轮毂，因其轮毂轮外端6与轮毂轮内端5有导向结构，实现轮毂轮外端6与轮毂轮内端5只发生轴向移动，不发生定轴转动，符合轮胎和轮毂安装时满足不发生旋转摩擦影响密封性的条件。轮毂轮内端5与导向板7都是固定在汽车的半轴上，为固定件，轮毂轮外端6为轴向移动件，考虑到轮胎安装后，轮毂轮外端6会受到轴向推力，本发明采用齿轮螺纹件8安装在导向板7中，利用其螺纹的自锁来与轮毂轮外端6的轴向推力平衡。
44.悬架振幅传感器是实时接收悬架的振幅信息，以判断路面的颠簸程度。车速传感器是接收汽车速度信息。胎压传感器是接收轮胎内压力信息。当本发明处于自适应状态下，ecu将接收悬架振幅信号和车轮转速信号，查表计算出最佳的轮毂宽度及最佳胎压信息，改变胎压与轮毂宽度，胎压信号和轮毂宽度信号实时发送到ecu进行负反馈调节，当胎压与轮毂宽度达到ecu的预定值后，执行器停止工作。当处于雨雪天气，驾驶员手动打开雪地模式时，ecu会根据悬架振幅信号和车轮转速信号，查表胎压及轮毂宽度的map图，得出最佳的轮毂宽度及最佳胎压信息，并改变胎压与轮毂宽度，胎压信号和轮毂宽度信号实时发送到ecu进行负反馈调节，当胎压与轮毂宽度达到ecu的预定值后，执行器停止工作，其流程图如图9所示。
45.当汽车处于加速、颠簸路面时，需要宽截面、低扁平比的轮胎状态提高轮胎的抓地力，即提高动力性，制动性，操纵稳定性，此时需要增大轮毂宽度和改变胎压。ecu接收到悬架振幅传感器和车速传感器的信号，经过处理计算出最佳的轮毂宽度与胎压。轮毂宽度部分：ecu驱动电机12转动，电机齿轮9实现定轴转动，带动齿轮螺纹件8实现定轴转动与向右的轴向运动，轮毂轮外端6受到胎压向右的推向力的作用下，紧贴着推力轴承10和齿轮螺纹件8向右移动，故轮毂宽度变大，当达到预定的轮毂宽度达到预定值，电机12停止转动，轮毂在齿轮螺纹件8的螺纹作用下锁止；调压部分：胎压需要路面情况和车速共同作用，因而不
能判定轮胎压力应该变大与变小，应根据两者在ecu进行查表寻找到合适的胎压。轮毂轮内端5有叶片设计，当车轮转动时，轮毂轮内端5的叶片跟随转动，气体会从轮毂轮内端5中心位置进入，沿着轮毂轮内端5的内壁，通过单向阀4进入轮毂储气罐13。轮毂储气罐13因而存在高压气体，当气体压力超过一定数值时，轮毂储气罐13的溢流阀3会将气体排到大气。当轮胎压力需要变大时，第一电磁阀开启，轮毂储气罐13的气体将从高压留到轮胎的低压区。轮胎压力逐渐变大，当胎压传感器的信号等于ecu预定的数值时，第一电磁阀关闭，胎压稳定。当轮胎胎压需要变小时，第二电磁阀开启，轮胎内高压气体将通过第二电磁阀流到大气，当胎压降低至ecu的预定值时，第二电磁阀关闭，胎压稳定。
46.当汽车处于高速状况下，需要窄截面与高扁平度轮胎状态，以得到良好的燃油经济性与低噪音效果。此时需要减少轮毂宽度和改变胎压。ecu接收到悬架振幅传感器和车速传感器的信号，经过处理计算出最佳的轮毂宽度与胎压。轮毂宽度部分：ecu驱动电机12转动，电机齿轮9实现定轴转动，带动齿轮螺纹件8实现定轴转动与向左的轴向运动，齿轮螺纹件8将推动推力轴承10向左移动，轮毂轮外端6受到推力轴承10的作用向左移动，故轮毂宽度减小，当达到预定的轮毂宽度达到预定值，电机12停止转动，轮毂在齿轮螺纹件8的螺纹作用下锁止。调压部分与上述情况相同。
47.当汽车处于紧急制动状态时，abs系统开启，ecu也会接收该紧急制动信息后，向执行器输出信息，最终让轮毂宽度达到最大值，轮胎胎压处于低压状态，这种状态下的轮胎具有宽截面，低扁平比的特征，具有良好的抓地力与制动性能。当汽车停止后，ecu向执行器输出信息，通过重新调节轮毂宽度，通过电磁阀给轮胎重新泵气。具体工作方法同上。
48.本发明可针对不同的汽车工况及路面状况进行手动或自适应方式调节轮胎的截面宽度与扁平比及胎压，极大提高汽车的制动性、操纵稳定性、动力性、燃油经济性。
49.本发明可实现改变轮毂的宽度及实时调整轮胎胎压的功能。驾驶员可在雨雪天气下手动打开雪地模式，增大轮毂宽度，并调整轮胎胎压，最终轮胎具有宽轮胎截面宽度，低扁平比的特征，该状态下的轮胎更具有抓地力，汽车的操纵稳定性及制动性能增强；正常天气情况下，车轮总成处于自适应状态：当汽车在路面颠簸的道路上行驶或汽车处于加速、紧急制动工况时，悬架振幅传感器及车速传感器将信号传递给ecu，ecu将计算出最佳的胎压与轮辋宽度，利用电机及电磁阀使轮毂宽度变宽，并调整轮胎胎压，最终轮胎具有宽轮胎截面宽度，低扁平比的特征，该状态下轮胎具有更好的抓地力，汽车的动力性，制动性及操纵稳定性变强；反之路面状况良好或高速时，轮胎会采用自适应的方式让轮毂宽度变窄，并调整轮胎胎压，最终轮胎具有窄轮胎截面宽度，高扁平比的特征，该状态下的轮胎具有良好的缓冲能力与低噪音特性，以提高汽车的燃油经济性与舒适性。
50.以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。