交叉輪輻非充氣輪胎的制作方法

本公開的標的物大體上涉及基于張力的非充氣的結構支撐的輪胎和車輪。更具體地說，本發明涉及基于張力的非充氣車輪，其具有負載支撐的結構元件，所述結構元件延伸橫跨輪胎的寬度的一部分。

背景技術：

充氣輪胎是已知的針對柔度、舒適度、質量和滾動阻力的最佳解決方案；然而，充氣輪胎的缺點是較為復雜、需要維護和容易損壞。改進充氣輪胎性能的裝置可以(例如)提供更多的柔度、對剛度的更好的控制、更低的維護要求以及抗損壞性。

常規的實心輪胎、彈簧輪胎和緩沖輪胎雖然不需要維護，也不容易受到像充氣輪胎那樣的損壞，但不利的是，它不具有性能優勢。具體來說，實心輪胎和緩沖輪胎通常包含被彈性材料層圍繞的實心輪輞。這些輪胎依賴于位于負載正下方用于負載支撐的彈性層的地面接觸部分的擠壓。這些類型的輪胎可能比較重且堅硬，并且不具有充氣輪胎的減震能力。

彈簧輪胎通常具有堅硬木圈、金屬圈或塑料圈，其中彈簧或彈簧狀元件將它連接到輪轂。當輪轂由此通過彈簧而懸置時，無彈性的圈僅有較小的區域與道路接觸，這基本上沒有提供柔度，且提供了較差的牽引和轉向控制。

具有柔性外部帶以及將外部帶和輪轂連接的連接元件的非充氣輪胎提供相比于彈簧輪胎更為改進的性能。然而，到目前為止，非充氣輪胎不具有適合車輛(例如，汽車)的高速使用的高速動態穩定性。

具有與充氣輪胎的性能特性類似的性能特性的非充氣柔性車輪在改進它的缺點時，將解決本領域中的各種缺陷，并且將會成為一種受歡迎的改良產品。具體來說，在相反方向上具有多行從輪轂延伸到柔性外部帶的連接部件的非充氣柔性車輪將特別有用，所述連接部件呈現改進的高速動態穩定性。

技術實現要素：

本發明的各方面及優勢將在以下描述中部分地闡述，或可根據所述描述中清楚，或可通過本發明的實踐得知。

在一個實施例中，非充氣輪胎包含：輪轂，其具有中心軸和從所述輪轂的第一橫向側面延伸到輪轂的第二橫向側面的輪轂寬度的；柔性外部帶，其被定位成從輪轂徑向朝外；多個連接部件，其具有連接到輪轂的內端和連接到柔性外部帶的外端；多個連接部件的第一部分，其從輪轂延伸到柔性外部帶，從而形成第一行連接部件，每一連接部件的每一內端和每一外端附接在沿著所述輪轂的點處，并且所述柔性外部帶分別與徑向方向形成正角；多個連接部件的第二部分，其從輪轂延伸到柔性外部帶部分，從而形成第二行連接部件，每一連接部件的每一內端和每一外端附接在沿著輪轂的點處，并且柔性外部帶分別與徑向方向形成負角，第一行連接部件被定位成橫向鄰近于第二行連接部件；其中第一行連接部件中的連接部件中的每一個擁有曲線形狀，并且第二行連接部件中的連接部件中的每一個擁有曲線形狀，且第一和第二連接部件區段的曲線形狀中的每一個的主要曲率在相同方向上延伸。

在另一個實施例中，非充氣輪胎包含：內部帶，其具有中心軸和從內部帶的第一橫向側面延伸到內部帶的第二橫向側面的內部帶寬度；柔性外部帶，其被定位成從內部帶徑向朝外；多個連接部件，其具有連接到內部帶的內端和連接到柔性外部帶的外端；多個連接部件的第一部分，其從內部帶延伸到柔性外部帶，從而形成第一行連接部件，每一連接部件的每一內端和每一外端附接在沿著內部帶的點處，并且柔性外部帶分別與徑向方向形成正角；多個連接部件的第二部分，其從內部帶延伸到柔性外部帶部分，從而形成第二行連接部件，每一連接部件的每一內端和每一外端附接在沿著內部帶的點處，并且柔性外部帶分別與徑向方向形成負角，第一行連接部件被定位成橫向鄰近于第二行連接部件；其中第一行連接部件中的連接部件中的每一個擁有曲線形狀，并且第二行連接部件中的連接部件中的每一個擁有曲線形狀，且第一和第二連接部件區段的曲線形狀中的每一個的主要曲率在相同方向上延伸。

參考以下描述及所附權利要求書，本發明的這些及其它特征、方面和優勢將得到更好理解。并入在本說明書中且構成本說明書的部分的附圖說明了本發明的實施例，且與描述一起用以解釋本發明的原理。

附圖說明

本發明的針對所屬領域的一般技術人員的完整且具有啟發性的公開內容(包含其最佳模式)在說明書中進行闡述，所述公開內容參考附圖，在所述附圖中：

圖1提供附接到輪轂上的本發明的實施例的透視圖。

圖2提供本發明的實施例的側視圖。

圖3提供其中柔性外部帶的一部分包含胎面的一部分且移除外部帶的本發明的實施例的透視圖。

圖4是本發明的實施例的主要組件的分解裝配圖。

圖5是包含處于未負載狀態的外部柔性外部帶的本發明的實施例的特寫局部側視圖

圖6是包含處于相對于地面的負載狀態的外部柔性外部帶的本發明的實施例的特寫局部側視圖。

圖7示出了單個連接元件的實施例的特寫視圖。

圖8示出了連接元件上的有限點和當所述點經過接觸塊時的科氏(coriolis)加速力中的一些的圖解圖式。

在不同圖式中使用相同或類似參考標號表示相同或類似特征。

具體實施方式

本發明提供具有改進的高速性能特性的非充氣輪胎。出于描述本發明的目的，現在將詳細參考本發明的實施例和/或方法，其一個或多個實例在圖式中說明或用圖式說明。每一實例是為了解釋本發明而提供，而非限制本發明。實際上，所屬領域的技術人員將清楚，在不脫離本發明的范圍或精神的情況下可在本發明中進行各種修改和變化。舉例來說，說明或描述為一個實施例的部分的特征或步驟可與另一實施例或步驟一起使用以產生又一實施例或方法。因此，希望本發明涵蓋此類修改及變化，如同它們處于所附權利要求書及其等效物的范圍內。

以下術語針對本公開而定義如下：

各圖中的“軸線方向”或字母“a”是指當(例如)輪轂或車輪沿著道路表面行進時平行于輪轂或車輪的旋轉軸的方向，其也被稱作輪胎的“橫向”方向。

諸圖中的徑向方向或字母“r”是指與軸向方向正交且在相同于從軸向方向垂直延伸的任何半徑的方向上延伸的方向。

“赤道平面”意指垂直于旋轉軸傳遞且平分輪轂和/或車輪結構的平面。

“徑向平面”意指垂直于赤道平面且穿過車輪的旋轉軸傳遞的平面。

“輻板元件直線區段”是沿著平行于輻板元件到內部界面帶的附接點和輻板元件到外部界面帶的附接點之間的赤道平面的平面拉伸的直線。

圖1提供并有本發明的實施例的非充氣車輪101的透視圖。為了說明，這個特定實施例沿著外部帶109的外表面擁有胎面刻紋111，所述外部帶109并有外部界面帶119或附接到外部界面帶119上。外部界面帶119附接到內部界面帶139、多個連接元件上。連接元件也被稱作“輻板元件”或僅稱作“輪輻”，此處將其示出為以某一角度從外部界面帶119延伸到內部界面帶139的輻板。如果徑向平面被定位成延伸穿過內部界面帶138與輻板元件119的連接點，那么輻板元件直線區段將被定位成相對于徑向平面成某一角度。角度越大，輻板元件的去輻射性較大。此處在圖1中將輪轂201示出為附接到內部界面帶上。

圖2提供圖1的非充氣車輪101的側視圖。此處，未示出輪轂。車輪101擁有多個連接元件129，所述連接元件129將外部界面帶119連接到內部界面帶139。在此特定實施例中，三行連接元件129將輪轂連接到柔性外部帶109，但是應理解，四行、五行或另一行數也可在本發明的范圍內。圍繞內部界面帶139的圓周且從所述圓周向外延伸的第一行多個連接元件131朝向輪胎的優選旋轉方向“m”的反方向成某一角度，而被定位成從第一行連接元件軸向朝內和圍繞內部界面帶139且從所述內部界面帶139向外延伸的多個第二行連接元件133朝向輪胎的優選旋轉方向成某一角度。被定位在第二行連接元件的另一側面上的第三行連接元件135朝向輪胎的優選旋轉方向的反方向成某一角度，但是在圖2中無法看出，因為在這個實施例中，它們的位置碰巧與第一行連接元件131對應。當提到“朝向”旋轉方向成某一角度或朝向旋轉方向的“反方向”成某一角度時；如此處所示，“朝向”旋轉方向是指連接元件129從在內部界面帶139上的點開始延伸并在沿著外部界面帶119的點處連接到外部界面帶119，相對于沿著延伸穿過連接元件129到內部界面帶139的附接點的徑向平面的點，所述點在朝向局部運動方向的側面上。

其它實施例可使得第一行和第三行多個連接元件中的連接元件朝向旋轉方向成某一角度，而第二行多個連接元件中的連接元件朝向旋轉方向的反方向成某一角度。在又一實施例中，至少一行多個連接元件中的連接元件朝向車輪的優選旋轉方向的反方向成某一角度，并且至少另一行多個連接元件中的連接元件朝向車輪的優選旋轉方向成某一角度。

如本文所使用，“優選旋轉方向”是車輪在用于一般高速用途時將旋轉的旋轉方向。例如，在客運車上，車輛一般向前行駛。這將是車輛的“優選方向”，并且每一車輪將具有對應的“優選旋轉方向”。按照術語“高速”在汽車輪胎制造業中通常理解的形式使用術語“高速”，并且術語“高速”將包含車輛以50英里/小時或更大的速度行駛。

如本文中所描述，在穿過元件與內部帶的連接點的徑向平面301和輻板元件直線區段303之間所測量的，第一行連接元件的角度α將被稱為負，因為它們朝向輪胎的優選旋轉方向“m”的反方向成某一角度，而在穿過元件與內部帶的連接點的徑向平面305和輻板元件直線區段307之間所測量的，第二行連接元件的角度β將被稱為正，因為它們朝向輪胎的方向旋轉成某一角度。在此特定實施例中，第三行連接元件的角度與第一行連接元件的角度相同，并因此為負。使得第一行在正方向上成某一角度、第二行在負方向上成某一角度和第三行在正方向上成某一角度在本發明的范圍內。具有其中第一行和第四行為負且第二行和第三行為正的四行元件也在本發明的范圍內。具有其中第一行和第四行為正且第二行和第三行為負的四行元件也在本發明的范圍內。具有其中至少一行連接元件具有正角且至少另一行連接元件具有負角的多個行同樣在本發明的范圍內。

與具有相似尺寸的非充氣輪胎相比較，所述非充氣輪胎具有單行連接元件，行數更多的連接元件允許減小的橫向剛度。

在給定行內的每一連接元件的角度對于不同的元件可能在一定程度上不同。例如，在第一行內，一個連接元件可形成+33度的角度，而在正前方或正后方的連接元件可形成+35度的角度。替代地，給定行中的所有連接元件可具有相同角度，比如其中第一行使得所有連接元件成+34度的角度。不同行的連接元件中的連接元件的角度的絕對值可能不同，或它們可具有共享值。舉例來說，第二行的連接元件可具有-30度的角度，而第一行和第三行的連接元件可具有+34度的角度。替代地，所有行的連接元件可具有相同的絕對角度值，例如其中第一行和第三行的連接元件具有-33度的角度，而第二行的連接元件具有+33度的角度。如上文所描述，當輪胎不在任何負載下時測量連接元件129的角度，因為當輪胎在負載下時，角度可能會略微改變，并且所述角度可取決于它在輪胎周圍的位置而產生變化。

具有多行連接元件允許連接元件129以比在車輪上可實現的角度大的角度定位，所述車輪具有以類似方式設定大小的輪轂和外部柔性外部帶。通過將輻板元件定向成更接近輪胎的旋轉方向，增加的角度減少了輻板元件在給定扭矩下經歷的張力數量。增加的角度還允許將更長的連接元件用于連接外部界面帶和內部界面帶，因此連接元件的長度不被限制成輪轂和圈之間的徑向距離。相比于與徑向定向成更小角度的連接元件，更長的連接元件減小了連接元件的應變能量密度。在疲勞裂縫由應變能量密度驅動，并且輪輻中的峰值輪輻應變能量密度與輪輻長度的三次方成反比的條件下，更長的成角度的輪輻改進了耐用性。

在示出的實施例中，當輪胎正在經歷制動或減速力時，大約一半的輪輻增加了張力，而其余的一半減小了張力。這減少了由制動扭矩導致的振蕩，所述制動扭矩可通過非充氣輪胎的豎直硬挺產生，所述非充氣輪胎具有更多徑向定向的連接元件。

多行連接元件使得車輪能夠增加扭轉剛度，這在車輛加速和減速的情況下減少了接觸塊移動。當加速度和制動力通過車輛而施加到車輪上時，這個增加的扭轉剛度減少了接觸塊的前后移動。接觸塊移動的這種減少會減少懸架的有效機械路徑的改變，并且可改進整個車輛的操作。

通過具有其中至少一行連接元件中的元件具有負角且至少另一行連接元件中的元件具有正角的多行連接元件而實現的每一連接元件的更大角度減少了在穿過接觸塊的連接元件上的底部負載，從而降低了連接元件傳遞道路噪聲的能力。

在每一行連接部件中的連接部件129的數目在不同的行中可能不同。舉例來說，在示出的實施例中，在第一行連接部件中存在58個連接部件，在第二行連接部件中存在44個連接部件，而在第三行連接部件中存在58個連接部件。替代性實施例的每一行可具有與此處所示的實施例數目不同的連接元件，和/或在每一行中可具有相同數目的連接元件。在第二行中具有更少數目的連接元件允許連接元件之間具有更大間距。

在不同行中具有不同數目的輪輻的情況下，與輪輻穿過接觸塊的傳遞相關聯的頻率被劃分成多個諧波，并且相對于僅具有被布置成橫跨輪胎的一行連接部件的非充氣輪胎的單個輪輻傳遞頻率，所述頻率可進一步減少每一頻率的能量含量。

每一連接元件的角度可根據所要特性進行選擇。然而，優選地，角度受到每一連接元件之間的間距限制，以使得角度和間距被選擇成使得在給定輪胎的正常預期負載下，連接元件在它們穿過接觸塊時不與彼此接觸或摩擦。盡管較大角度具有某些優勢，但是由于增加每一連接元件必須攜載的總負載的部分的幾何約束條件，每一連接元件形成的角度越大，可放置在特定行的輪輻內的輪輻的數目就越少。

圖3示出了本發明的實施例的透視圖，其中已經移除柔性外部帶109(包含外部界面帶)的一部分以示出第一行連接部件131、第二行連接部件133和第三行連接部件135。在此實施例中，第二行連接部件在軸線方向上具有比第一行或第二行連接部件中的連接部件的寬度寬的寬度。連接帶109可由剪切帶115組成，所述剪切帶115具有由剪切層117間隔開的第一加強膜116和第二加強膜118。

圖4示出了柔性外部帶109、第一行連接元件131、第二行連接元件133、第三行連接元件135和輪轂201的透視裝配圖。當進行組裝時，各行連接元件131、133、135中的每一行的外部界面帶119的徑向朝外表面141結合到柔性外部帶109的徑向內表面，并且各行連接元件131、133、135中的每一行的內部界面帶139的徑向朝內表面143結合到輪轂201的徑向外表面。各行連接元件到輪胎表面的結合可通過任何合適的方法進行，所述方法包含通過使用粘合劑以將組件結合在一起。

圖5示出了輪胎101的局部側視圖，其示出內部界面帶139、連接元件129、外部界面帶119和柔性外部帶109以及胎面刻紋111。第一行連接元件131示出為朝向圖的右側成某一角度，從而形成如上定義的負角α。第二行連接元件133示出為朝向圖的左側成某一角度，從而形成如上定義的正角β。示出了輪胎101的旋轉方向“m”。

當負載施加到輪胎的輪轂上時，例如當輪胎經受車輛和車輛內容物以及乘客的重量時，柔性外部帶109壓抵地表面3并符合地表面3，如圖6中的輪胎101的局部視圖中所示。接觸區域的輪廓一般稱為接觸塊11，并且可包含在不接觸地表面的胎面的刻紋元素之間的任何溝紋(如果存在)。胎面帶更接近在接觸塊的位置處的輪轂，連接元件129易于屈曲，并且輻板元件直線區段變得更短。當輪胎滾動時，各個連接元件129進入并離開接觸塊。連接元件中的每一個的彎曲形狀使每一連接元件在它們穿過接觸塊時易于在預定方向上以預定方式屈曲。其它力也作用于輻板元件，從而誘發或抵抗屈曲，例如柔性外部帶109在它進入接觸塊時的角度改變。此角度改變在連接元件129中產生力矩，如圖中順時針方向所示，其用以抵抗連接元件的屈曲。當輪胎的速度增加時，其它力變得更大，具體來說，人們認為當連接元件在輪胎的旋轉方向上進入接觸塊時，科氏加速度產生作用于連接元件上的力。當連接元件129進入接觸塊時作用于連接元件129上的這個力在輪胎的旋轉方向上和在與車輛行駛相反的方向上向左推動連接元件129，如所示。

如圖7中所示，在本實施例中，每一連接元件擁有具有半徑r1的在第一方向上的第一曲線、第一反曲點311、具有半徑r2的在第二方向上的第二曲線、第二反曲點321，以及具有半徑r3的在第一方向上的第三曲線，如通過拉伸穿過連接元件的厚度的中間的中心線305所測量。連接元件的組合全曲率或主要曲率使得連接元件的體積的大部分處在連接元件的直線區段301的一側上，并且因此還使得質量處在連接元件的直線區段301的一側上。這使連接元件易于朝向連接元件的大部分體積所處在的直線區段的一側的相反側屈曲。

當車輪旋轉時，連接元件滾入并滾出接觸塊，并且由于作用于連接元件上的力的總和而發生每一連接元件的屈曲。在相對較低速度(比如10公里/小時)下的負載下，其中連接元件具有如圖所示的曲率，輻板元件中的每一個朝向其上存在較少體積的連接元件的直線區段301的側面屈曲。當速度增加時，其它力和力矩變得更大，并且由于作用于連接元件上的力和力矩的總和，所述連接元件將會屈曲。本發明的連接元件中的每一個被布置成當在遠離車輪旋轉方向的方向上移動穿過接觸塊時易于屈曲。也就是說，每一行連接元件中的連接元件全部擁有在相同方向上的主要曲率，并且所述方向使連接元件朝向車輪的旋轉方向進行橫向移動。在較高速度下，連接元件朝向車輪旋轉的中心移動，并且角動量的守恒誘發大體上指向與車輪旋轉方向相同的方向的力，從而加強連接元件的主要曲率的自然屈曲趨勢。輻板元件在遠離輪胎的旋轉方向的方向上的主要曲率導致噪聲更少、振動更少，且車輪的連接部件的疲勞減少。

圖8以圖解方式示出了車輪101和輻板元件129，以解釋當進入接觸塊11時輻板元件129的代表性點“p”的科氏加速度。假設點p具有質量，當點p開始進入接觸塊11時，所述點在車輪101的旋轉參考框架中經歷了速度“v”，如所示。假設“v”和“ω”是車輪101的旋轉參考框架中的向量，那么旋轉參考框架中的科氏加速度“ac”通過熟知的表達式得出：

ac＝-2ω×v(方程式1)

其中“x”表示向量叉積。作為附接到車輪上的連接元件的部分，點p被相反方向上的減速力制止在旋轉方向上加速。當輻板元件進入接觸塊時，這個減速力在旋轉方向上推動輻板元件。科氏加速度具有在主要曲率推動連接元件屈曲的相同方向上推動連接元件的屈曲的效應，從而在輻板元件進入接觸塊時穩定高速下的所述輻板元件。在離開接觸時，點p由于科氏效應而經歷減速，并且連接元件回到張力狀態中。

上文對在沿著連接元件的給定距離處的連接元件的有限部分“p”上的科氏加速度和力進行模型化。應理解，科氏效應是連接元件的質量的徑向移動的結果。應理解，對于進行更大徑向移動的連接元件的部分，例如在柔性外部帶附近，科氏加速度較大，而對于進行更少徑向移動的連接元件的部分，例如在內部界面帶附近，科氏加速度較小。

雖然已經關于本發明的特定實施例及其方法詳細地描述本發明的標的物，但應了解，在獲得對前述內容的理解之后，所屬領域的技術人員可易于對此類實施例進行更改、變化及等效物。因此，本公開的范圍是作為實例而非限制，并且本發明并不排除將此類修改、變化和/或添加包含到本發明中，如所屬領域的技術人員將容易清楚的。