一种径向刚度可调的非充气车轮及其控制方法

本发明涉及非充气车轮，尤其涉及一种径向刚度可调的非充气车轮及其控制方法。

背景技术：

1、轮胎径向刚度是反映轮胎力学性质的一个重要评价指标。传统的充气轮胎可以通过调节胎压来调节轮胎的径向刚度，而绝大部分的非充气轮胎不能根据道路情况和车辆行驶状况调整轮胎径向刚度，在面对复杂多变的道路时，很难保证车辆行驶稳定性。

2、专利号cn102085776b公开了一种磁性流体型非空气式轮胎，通过充满轮胎的单一磁流变介质作为弹性体，利用磁场强度的变化调节其弹性性能。但该技术方案调节程度有限，适用范围较小。

3、专利号cn113524983b公布了一种可调节径向刚度的轮胎，上述专利通过调节轮毂的外径大小，对应压缩或拉伸弹性支撑件实现径向刚度的调节。但该技术方案存在结构复杂的缺点。

4、形状记忆合金作为一种常用的智能材料,具有形状记忆特性、超弹性、良好的抗疲劳性等性质,被广泛应用于很多领域。在温度变化的过程中，形状记忆合金的弹性模量会发生变化，因此可以改变结构的刚度特性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种径向刚度可调的非充气车轮及其控制方法。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、一种径向刚度可调的非充气车轮，包括胎面、轮辋、轮毂、支撑组件、温度感应模块和径向刚度调节器；

4、所述轮毂设置在轮辋中，其外壁和所述轮辋的内壁同轴固连；

5、所述支撑组件包括外支撑环、内支撑环和n个弹性支撑体，n为大于等于10的自然数；

6、所述外支撑环、内支撑环均为两端开口的空心圆柱体，其中，所述外支撑环的外壁和所述胎面的内壁同轴固连，所述内支撑环的内壁和所述轮辋的外壁同轴固连；

7、所述弹性支撑体包含两个记忆弹簧片；

8、所述记忆弹簧片包含壳体、加热丝和形状记忆模块；

9、所述壳体包含内壁、外壁、第一至第四侧壁，其中，所述内壁、外壁均为弧面且同心；第一至第四侧壁首尾垂直相连且位于内壁、外壁之间，第一侧壁、第三侧壁均呈矩形且相互平行，第二、第四侧壁均为弧形且相互平行；所述第一至第四侧壁均和内壁、外壁相连，使得内壁、外壁、第一至第四侧壁形成弧面空心结构；

10、所述形状记忆模块包含若干结构相同的、呈弧形的形状记忆合金丝；所述若干形状记忆合金丝等距均匀设置在第二、第四侧壁之间，均一端和第一侧壁固连、另一端和第三侧壁固连；

11、所述加热丝设置在所述壳体内，用于加热壳体内的形状记忆模块、降低形状记忆模块的弹性模量，以调整非充气车轮的径向刚度；

12、所述n个弹性支撑体周向均匀设置在外支撑环、内支撑环之间，弹性支撑体中两个记忆弹簧片的第一侧壁共面且均和轮毂轴线垂直，弹性支撑体中两个记忆弹簧片的开口相向；

13、所述温度感应模块包含2n个温度传感器；所述2n个温度传感器一一对应设置在2n个记忆弹簧片中，用于获得各个记忆弹簧片中形状记忆模块的温度，并将其传递给所述径向刚度调节器；

14、所述径向刚度调节器分别和车辆的ecu、各个记忆弹簧片中的加热丝、各个记忆弹簧片中的温度传感器电气相连，用于将各个记忆弹簧片中的温度传感器的感应数据传递给车辆的ecu，并根据车辆ecu的指令控制加热丝加热各个记忆弹簧片中的形状记忆合金丝。

15、作为本发明一种径向刚度可调的非充气车轮进一步的优化方案，所述记忆弹簧片的壳体采用具有耐高温且绝缘的复合弹性材料制成。

16、作为本发明一种径向刚度可调的非充气车轮进一步的优化方案，所述胎面采用硫化橡胶制成。

17、本发明还公开了一种该径向刚度可调的非充气车轮的刚度调节方法，包含以下步骤：

18、步骤1)，测量形状记忆模块在不同温度下非充气车轮的径向刚度值，根据测量数据建立非充气车轮的径向刚度k和形状记忆模块的温度t之间的k-t关系曲线，并将得到的k-t关系曲线内置到车辆的ecu中；

19、步骤2)，车辆的ecu获得车辆的纵向加速度ax、侧向加速度ay、车速v、各个非充气车轮的转速ωij，其中，i＝f或r，j＝l或r，ωfl、ωfr、ωrl、ωrr分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的转速；

20、步骤3)，对于每个非充气车轮，车辆的ecu根据其径向刚度调节器传递的各个记忆弹簧片中温度传感器的感应数据计算出平均温度作为该非充气车轮的平均记忆温度；

21、步骤4)，车辆的ecu计算各个非充气车轮的滑移率：

22、步骤4.1)，根据车辆纵向加速度ax、侧向加速度ay计算各个车轮的垂向力fzij；

23、

24、

25、

26、

27、式中，fzfl、fzfr、fzrl、fzrr分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂向力，m为整车质量，l为轴距，lf为质心到车辆前轴的距离，lr为质心到车辆后轴的距离，g为重力加速度，hg为车辆质心离地高度，tf为车辆前轴两轮的轮距，tr为车辆后轴两轮的轮距；

28、步骤4.2)，根据各个非充气车轮形状记忆模块的平均记忆温度tij，由k-t关系曲线确定各个非充气车轮的径向刚度kij，然后根据以下公式计算每个车轮的有效滚动半径rωij；

29、

30、式中，tfl、tfr、trl、trr分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的平均记忆温度，rωfl、rωfr、rωrl、rωrr分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的有效滚动半径，kfl、kfr、krl、krr分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的径向刚度，r为非充气车轮的自由半径；

31、步骤4.3)，根据车速v、有效滚动半径rωij、转速ωij计算每个车轮的滑移率sij；

32、

33、式中，sfl、sfr、srl、srr分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的滑移率；

34、步骤5)，对于每个非充气车轮，车辆的ecu将其滑移率sij与预设滑移率阈值σ进行比对，根据比对结果控制其径向刚度调节器是否工作：

35、当滑移率sij小于等于预设滑移率阈值σ时，车辆的ecu控制非充气车轮的径向刚度调节器不工作；

36、当滑移率sij大于预设滑移率阈值σ时，车辆的ecu通过非充气车轮的径向刚度调节器控制非充气车轮各个记忆弹簧片中的加热丝通电，直至非充气车轮的平均记忆温度升高至目标温度，所述目标温度的计算步骤如下：

37、步骤5.1)，根据以下公式，计算预设滑移率阈值σ对应的目标径向刚度kt；

38、

39、步骤5.2)，根据目标径向刚度kt由k-t关系曲线确定其对应的温度为目标温度。

40、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

41、1.本发明在车辆行驶时，可以根据车轮当前滑移率和预设滑移率阈值的关系调整非充气车轮的径向刚度，保证车轮滑移率在预设滑移率阈值范围内，提升车辆行驶稳定性。

42、2.本发明通过ecu控制径向刚度调节器向加热丝通电，以此改变形状记忆合金丝的温度，实现径向刚度可调，无需复杂的机械结构。

43、3.本发明所述车轮为非充气车轮，可以有效防止车辆行驶过程中轮胎漏气、爆胎等事故的发生，提升车辆行驶安全性能。