交叉轮辐非充气轮胎的制作方法

本公开的标的物大体上涉及基于张力的非充气的结构支撑的轮胎和车轮。更具体地说，本发明涉及基于张力的非充气车轮，其具有负载支撑的结构元件，所述结构元件延伸横跨轮胎的宽度的一部分。

背景技术：

充气轮胎是已知的针对柔度、舒适度、质量和滚动阻力的最佳解决方案；然而，充气轮胎的缺点是较为复杂、需要维护和容易损坏。改进充气轮胎性能的装置可以(例如)提供更多的柔度、对刚度的更好的控制、更低的维护要求以及抗损坏性。

常规的实心轮胎、弹簧轮胎和缓冲轮胎虽然不需要维护，也不容易受到像充气轮胎那样的损坏，但不利的是，它不具有性能优势。具体来说，实心轮胎和缓冲轮胎通常包含被弹性材料层围绕的实心轮辋。这些轮胎依赖于位于负载正下方用于负载支撑的弹性层的地面接触部分的挤压。这些类型的轮胎可能比较重且坚硬，并且不具有充气轮胎的减震能力。

弹簧轮胎通常具有坚硬木圈、金属圈或塑料圈，其中弹簧或弹簧状元件将它连接到轮毂。当轮毂由此通过弹簧而悬置时，无弹性的圈仅有较小的区域与道路接触，这基本上没有提供柔度，且提供了较差的牵引和转向控制。

具有柔性外部带以及将外部带和轮毂连接的连接元件的非充气轮胎提供相比于弹簧轮胎更为改进的性能。然而，到目前为止，非充气轮胎不具有适合车辆(例如，汽车)的高速使用的高速动态稳定性。

具有与充气轮胎的性能特性类似的性能特性的非充气柔性车轮在改进它的缺点时，将解决本领域中的各种缺陷，并且将会成为一种受欢迎的改良产品。具体来说，在相反方向上具有多行从轮毂延伸到柔性外部带的连接部件的非充气柔性车轮将特别有用，所述连接部件呈现改进的高速动态稳定性。

技术实现要素：

本发明的各方面及优势将在以下描述中部分地阐述，或可根据所述描述中清楚，或可通过本发明的实践得知。

在一个实施例中，非充气轮胎包含：轮毂，其具有中心轴和从所述轮毂的第一横向侧面延伸到轮毂的第二横向侧面的轮毂宽度的；柔性外部带，其被定位成从轮毂径向朝外；多个连接部件，其具有连接到轮毂的内端和连接到柔性外部带的外端；多个连接部件的第一部分，其从轮毂延伸到柔性外部带，从而形成第一行连接部件，每一连接部件的每一内端和每一外端附接在沿着所述轮毂的点处，并且所述柔性外部带分别与径向方向形成正角；多个连接部件的第二部分，其从轮毂延伸到柔性外部带部分，从而形成第二行连接部件，每一连接部件的每一内端和每一外端附接在沿着轮毂的点处，并且柔性外部带分别与径向方向形成负角，第一行连接部件被定位成横向邻近于第二行连接部件；其中第一行连接部件中的连接部件中的每一个拥有曲线形状，并且第二行连接部件中的连接部件中的每一个拥有曲线形状，且第一和第二连接部件区段的曲线形状中的每一个的主要曲率在相同方向上延伸。

在另一个实施例中，非充气轮胎包含：内部带，其具有中心轴和从内部带的第一横向侧面延伸到内部带的第二横向侧面的内部带宽度；柔性外部带，其被定位成从内部带径向朝外；多个连接部件，其具有连接到内部带的内端和连接到柔性外部带的外端；多个连接部件的第一部分，其从内部带延伸到柔性外部带，从而形成第一行连接部件，每一连接部件的每一内端和每一外端附接在沿着内部带的点处，并且柔性外部带分别与径向方向形成正角；多个连接部件的第二部分，其从内部带延伸到柔性外部带部分，从而形成第二行连接部件，每一连接部件的每一内端和每一外端附接在沿着内部带的点处，并且柔性外部带分别与径向方向形成负角，第一行连接部件被定位成横向邻近于第二行连接部件；其中第一行连接部件中的连接部件中的每一个拥有曲线形状，并且第二行连接部件中的连接部件中的每一个拥有曲线形状，且第一和第二连接部件区段的曲线形状中的每一个的主要曲率在相同方向上延伸。

参考以下描述及所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优势将得到更好理解。并入在本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明了本发明的实施例，且与描述一起用以解释本发明的原理。

附图说明

本发明的针对所属领域的一般技术人员的完整且具有启发性的公开内容(包含其最佳模式)在说明书中进行阐述，所述公开内容参考附图，在所述附图中：

图1提供附接到轮毂上的本发明的实施例的透视图。

图2提供本发明的实施例的侧视图。

图3提供其中柔性外部带的一部分包含胎面的一部分且移除外部带的本发明的实施例的透视图。

图4是本发明的实施例的主要组件的分解装配图。

图5是包含处于未负载状态的外部柔性外部带的本发明的实施例的特写局部侧视图

图6是包含处于相对于地面的负载状态的外部柔性外部带的本发明的实施例的特写局部侧视图。

图7示出了单个连接元件的实施例的特写视图。

图8示出了连接元件上的有限点和当所述点经过接触块时的科氏(coriolis)加速力中的一些的图解图式。

在不同图式中使用相同或类似参考标号表示相同或类似特征。

具体实施方式

本发明提供具有改进的高速性能特性的非充气轮胎。出于描述本发明的目的，现在将详细参考本发明的实施例和/或方法，其一个或多个实例在图式中说明或用图式说明。每一实例是为了解释本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征或步骤可与另一实施例或步骤一起使用以产生又一实施例或方法。因此，希望本发明涵盖此类修改及变化，如同它们处于所附权利要求书及其等效物的范围内。

以下术语针对本公开而定义如下：

各图中的“轴线方向”或字母“a”是指当(例如)轮毂或车轮沿着道路表面行进时平行于轮毂或车轮的旋转轴的方向，其也被称作轮胎的“横向”方向。

诸图中的径向方向或字母“r”是指与轴向方向正交且在相同于从轴向方向垂直延伸的任何半径的方向上延伸的方向。

“赤道平面”意指垂直于旋转轴传递且平分轮毂和/或车轮结构的平面。

“径向平面”意指垂直于赤道平面且穿过车轮的旋转轴传递的平面。

“辐板元件直线区段”是沿着平行于辐板元件到内部界面带的附接点和辐板元件到外部界面带的附接点之间的赤道平面的平面拉伸的直线。

图1提供并有本发明的实施例的非充气车轮101的透视图。为了说明，这个特定实施例沿着外部带109的外表面拥有胎面刻纹111，所述外部带109并有外部界面带119或附接到外部界面带119上。外部界面带119附接到内部界面带139、多个连接元件上。连接元件也被称作“辐板元件”或仅称作“轮辐”，此处将其示出为以某一角度从外部界面带119延伸到内部界面带139的辐板。如果径向平面被定位成延伸穿过内部界面带138与辐板元件119的连接点，那么辐板元件直线区段将被定位成相对于径向平面成某一角度。角度越大，辐板元件的去辐射性较大。此处在图1中将轮毂201示出为附接到内部界面带上。

图2提供图1的非充气车轮101的侧视图。此处，未示出轮毂。车轮101拥有多个连接元件129，所述连接元件129将外部界面带119连接到内部界面带139。在此特定实施例中，三行连接元件129将轮毂连接到柔性外部带109，但是应理解，四行、五行或另一行数也可在本发明的范围内。围绕内部界面带139的圆周且从所述圆周向外延伸的第一行多个连接元件131朝向轮胎的优选旋转方向“m”的反方向成某一角度，而被定位成从第一行连接元件轴向朝内和围绕内部界面带139且从所述内部界面带139向外延伸的多个第二行连接元件133朝向轮胎的优选旋转方向成某一角度。被定位在第二行连接元件的另一侧面上的第三行连接元件135朝向轮胎的优选旋转方向的反方向成某一角度，但是在图2中无法看出，因为在这个实施例中，它们的位置碰巧与第一行连接元件131对应。当提到“朝向”旋转方向成某一角度或朝向旋转方向的“反方向”成某一角度时；如此处所示，“朝向”旋转方向是指连接元件129从在内部界面带139上的点开始延伸并在沿着外部界面带119的点处连接到外部界面带119，相对于沿着延伸穿过连接元件129到内部界面带139的附接点的径向平面的点，所述点在朝向局部运动方向的侧面上。

其它实施例可使得第一行和第三行多个连接元件中的连接元件朝向旋转方向成某一角度，而第二行多个连接元件中的连接元件朝向旋转方向的反方向成某一角度。在又一实施例中，至少一行多个连接元件中的连接元件朝向车轮的优选旋转方向的反方向成某一角度，并且至少另一行多个连接元件中的连接元件朝向车轮的优选旋转方向成某一角度。

如本文所使用，“优选旋转方向”是车轮在用于一般高速用途时将旋转的旋转方向。例如，在客运车上，车辆一般向前行驶。这将是车辆的“优选方向”，并且每一车轮将具有对应的“优选旋转方向”。按照术语“高速”在汽车轮胎制造业中通常理解的形式使用术语“高速”，并且术语“高速”将包含车辆以50英里/小时或更大的速度行驶。

如本文中所描述，在穿过元件与内部带的连接点的径向平面301和辐板元件直线区段303之间所测量的，第一行连接元件的角度α将被称为负，因为它们朝向轮胎的优选旋转方向“m”的反方向成某一角度，而在穿过元件与内部带的连接点的径向平面305和辐板元件直线区段307之间所测量的，第二行连接元件的角度β将被称为正，因为它们朝向轮胎的方向旋转成某一角度。在此特定实施例中，第三行连接元件的角度与第一行连接元件的角度相同，并因此为负。使得第一行在正方向上成某一角度、第二行在负方向上成某一角度和第三行在正方向上成某一角度在本发明的范围内。具有其中第一行和第四行为负且第二行和第三行为正的四行元件也在本发明的范围内。具有其中第一行和第四行为正且第二行和第三行为负的四行元件也在本发明的范围内。具有其中至少一行连接元件具有正角且至少另一行连接元件具有负角的多个行同样在本发明的范围内。

与具有相似尺寸的非充气轮胎相比较，所述非充气轮胎具有单行连接元件，行数更多的连接元件允许减小的横向刚度。

在给定行内的每一连接元件的角度对于不同的元件可能在一定程度上不同。例如，在第一行内，一个连接元件可形成+33度的角度，而在正前方或正后方的连接元件可形成+35度的角度。替代地，给定行中的所有连接元件可具有相同角度，比如其中第一行使得所有连接元件成+34度的角度。不同行的连接元件中的连接元件的角度的绝对值可能不同，或它们可具有共享值。举例来说，第二行的连接元件可具有-30度的角度，而第一行和第三行的连接元件可具有+34度的角度。替代地，所有行的连接元件可具有相同的绝对角度值，例如其中第一行和第三行的连接元件具有-33度的角度，而第二行的连接元件具有+33度的角度。如上文所描述，当轮胎不在任何负载下时测量连接元件129的角度，因为当轮胎在负载下时，角度可能会略微改变，并且所述角度可取决于它在轮胎周围的位置而产生变化。

具有多行连接元件允许连接元件129以比在车轮上可实现的角度大的角度定位，所述车轮具有以类似方式设定大小的轮毂和外部柔性外部带。通过将辐板元件定向成更接近轮胎的旋转方向，增加的角度减少了辐板元件在给定扭矩下经历的张力数量。增加的角度还允许将更长的连接元件用于连接外部界面带和内部界面带，因此连接元件的长度不被限制成轮毂和圈之间的径向距离。相比于与径向定向成更小角度的连接元件，更长的连接元件减小了连接元件的应变能量密度。在疲劳裂缝由应变能量密度驱动，并且轮辐中的峰值轮辐应变能量密度与轮辐长度的三次方成反比的条件下，更长的成角度的轮辐改进了耐用性。

在示出的实施例中，当轮胎正在经历制动或减速力时，大约一半的轮辐增加了张力，而其余的一半减小了张力。这减少了由制动扭矩导致的振荡，所述制动扭矩可通过非充气轮胎的竖直硬挺产生，所述非充气轮胎具有更多径向定向的连接元件。

多行连接元件使得车轮能够增加扭转刚度，这在车辆加速和减速的情况下减少了接触块移动。当加速度和制动力通过车辆而施加到车轮上时，这个增加的扭转刚度减少了接触块的前后移动。接触块移动的这种减少会减少悬架的有效机械路径的改变，并且可改进整个车辆的操作。

通过具有其中至少一行连接元件中的元件具有负角且至少另一行连接元件中的元件具有正角的多行连接元件而实现的每一连接元件的更大角度减少了在穿过接触块的连接元件上的底部负载，从而降低了连接元件传递道路噪声的能力。

在每一行连接部件中的连接部件129的数目在不同的行中可能不同。举例来说，在示出的实施例中，在第一行连接部件中存在58个连接部件，在第二行连接部件中存在44个连接部件，而在第三行连接部件中存在58个连接部件。替代性实施例的每一行可具有与此处所示的实施例数目不同的连接元件，和/或在每一行中可具有相同数目的连接元件。在第二行中具有更少数目的连接元件允许连接元件之间具有更大间距。

在不同行中具有不同数目的轮辐的情况下，与轮辐穿过接触块的传递相关联的频率被划分成多个谐波，并且相对于仅具有被布置成横跨轮胎的一行连接部件的非充气轮胎的单个轮辐传递频率，所述频率可进一步减少每一频率的能量含量。

每一连接元件的角度可根据所要特性进行选择。然而，优选地，角度受到每一连接元件之间的间距限制，以使得角度和间距被选择成使得在给定轮胎的正常预期负载下，连接元件在它们穿过接触块时不与彼此接触或摩擦。尽管较大角度具有某些优势，但是由于增加每一连接元件必须携载的总负载的部分的几何约束条件，每一连接元件形成的角度越大，可放置在特定行的轮辐内的轮辐的数目就越少。

图3示出了本发明的实施例的透视图，其中已经移除柔性外部带109(包含外部界面带)的一部分以示出第一行连接部件131、第二行连接部件133和第三行连接部件135。在此实施例中，第二行连接部件在轴线方向上具有比第一行或第二行连接部件中的连接部件的宽度宽的宽度。连接带109可由剪切带115组成，所述剪切带115具有由剪切层117间隔开的第一加强膜116和第二加强膜118。

图4示出了柔性外部带109、第一行连接元件131、第二行连接元件133、第三行连接元件135和轮毂201的透视装配图。当进行组装时，各行连接元件131、133、135中的每一行的外部界面带119的径向朝外表面141结合到柔性外部带109的径向内表面，并且各行连接元件131、133、135中的每一行的内部界面带139的径向朝内表面143结合到轮毂201的径向外表面。各行连接元件到轮胎表面的结合可通过任何合适的方法进行，所述方法包含通过使用粘合剂以将组件结合在一起。

图5示出了轮胎101的局部侧视图，其示出内部界面带139、连接元件129、外部界面带119和柔性外部带109以及胎面刻纹111。第一行连接元件131示出为朝向图的右侧成某一角度，从而形成如上定义的负角α。第二行连接元件133示出为朝向图的左侧成某一角度，从而形成如上定义的正角β。示出了轮胎101的旋转方向“m”。

当负载施加到轮胎的轮毂上时，例如当轮胎经受车辆和车辆内容物以及乘客的重量时，柔性外部带109压抵地表面3并符合地表面3，如图6中的轮胎101的局部视图中所示。接触区域的轮廓一般称为接触块11，并且可包含在不接触地表面的胎面的刻纹元素之间的任何沟纹(如果存在)。胎面带更接近在接触块的位置处的轮毂，连接元件129易于屈曲，并且辐板元件直线区段变得更短。当轮胎滚动时，各个连接元件129进入并离开接触块。连接元件中的每一个的弯曲形状使每一连接元件在它们穿过接触块时易于在预定方向上以预定方式屈曲。其它力也作用于辐板元件，从而诱发或抵抗屈曲，例如柔性外部带109在它进入接触块时的角度改变。此角度改变在连接元件129中产生力矩，如图中顺时针方向所示，其用以抵抗连接元件的屈曲。当轮胎的速度增加时，其它力变得更大，具体来说，人们认为当连接元件在轮胎的旋转方向上进入接触块时，科氏加速度产生作用于连接元件上的力。当连接元件129进入接触块时作用于连接元件129上的这个力在轮胎的旋转方向上和在与车辆行驶相反的方向上向左推动连接元件129，如所示。

如图7中所示，在本实施例中，每一连接元件拥有具有半径r1的在第一方向上的第一曲线、第一反曲点311、具有半径r2的在第二方向上的第二曲线、第二反曲点321，以及具有半径r3的在第一方向上的第三曲线，如通过拉伸穿过连接元件的厚度的中间的中心线305所测量。连接元件的组合全曲率或主要曲率使得连接元件的体积的大部分处在连接元件的直线区段301的一侧上，并且因此还使得质量处在连接元件的直线区段301的一侧上。这使连接元件易于朝向连接元件的大部分体积所处在的直线区段的一侧的相反侧屈曲。

当车轮旋转时，连接元件滚入并滚出接触块，并且由于作用于连接元件上的力的总和而发生每一连接元件的屈曲。在相对较低速度(比如10公里/小时)下的负载下，其中连接元件具有如图所示的曲率，辐板元件中的每一个朝向其上存在较少体积的连接元件的直线区段301的侧面屈曲。当速度增加时，其它力和力矩变得更大，并且由于作用于连接元件上的力和力矩的总和，所述连接元件将会屈曲。本发明的连接元件中的每一个被布置成当在远离车轮旋转方向的方向上移动穿过接触块时易于屈曲。也就是说，每一行连接元件中的连接元件全部拥有在相同方向上的主要曲率，并且所述方向使连接元件朝向车轮的旋转方向进行横向移动。在较高速度下，连接元件朝向车轮旋转的中心移动，并且角动量的守恒诱发大体上指向与车轮旋转方向相同的方向的力，从而加强连接元件的主要曲率的自然屈曲趋势。辐板元件在远离轮胎的旋转方向的方向上的主要曲率导致噪声更少、振动更少，且车轮的连接部件的疲劳减少。

图8以图解方式示出了车轮101和辐板元件129，以解释当进入接触块11时辐板元件129的代表性点“p”的科氏加速度。假设点p具有质量，当点p开始进入接触块11时，所述点在车轮101的旋转参考框架中经历了速度“v”，如所示。假设“v”和“ω”是车轮101的旋转参考框架中的向量，那么旋转参考框架中的科氏加速度“ac”通过熟知的表达式得出：

ac＝-2ω×v(方程式1)

其中“x”表示向量叉积。作为附接到车轮上的连接元件的部分，点p被相反方向上的减速力制止在旋转方向上加速。当辐板元件进入接触块时，这个减速力在旋转方向上推动辐板元件。科氏加速度具有在主要曲率推动连接元件屈曲的相同方向上推动连接元件的屈曲的效应，从而在辐板元件进入接触块时稳定高速下的所述辐板元件。在离开接触时，点p由于科氏效应而经历减速，并且连接元件回到张力状态中。

上文对在沿着连接元件的给定距离处的连接元件的有限部分“p”上的科氏加速度和力进行模型化。应理解，科氏效应是连接元件的质量的径向移动的结果。应理解，对于进行更大径向移动的连接元件的部分，例如在柔性外部带附近，科氏加速度较大，而对于进行更少径向移动的连接元件的部分，例如在内部界面带附近，科氏加速度较小。

虽然已经关于本发明的特定实施例及其方法详细地描述本发明的标的物，但应了解，在获得对前述内容的理解之后，所属领域的技术人员可易于对此类实施例进行更改、变化及等效物。因此，本公开的范围是作为实例而非限制，并且本发明并不排除将此类修改、变化和/或添加包含到本发明中，如所属领域的技术人员将容易清楚的。