CN111216490B - 一种宽度与刚度可调节的车轮结构及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽度与刚度可调节的车轮结构及车辆，包括同轴设置的两个内轮，所述内轮中设有轴孔，轴孔与内轮同轴设置；还包括与内轮同轴设置的外轮，所述外轮的轮径大于内轮，两个内轮分别设置在外轮的两侧；所述内轮与外轮之间通过多个轮辐连接，所述轮辐的两端分别与内轮和外轮铰接，所述轮辐沿内轮的圆周方向依次布置，所述轮辐为弧形板结构，轮辐的中部向着背离内轮的方向凸出；两个内轮之间设有直线伸缩机构，所述直线伸缩机构能够调节两个内轮之间的间距，所述轮辐能够在随内轮运动的过程中改变自身的弯曲程度，以改变自身的刚度和车轮宽度。
Description
技术领域
本发明属于车辆技术领域，具体涉及一种宽度与刚度可调节的车轮结构及车辆。
背景技术
车轮是车辆的重要组成部件之一，它的主要功能是支撑车体重量，传送牵引和制动的扭力，保证车轮与路面的附着力。普通车轮通常采用充气式轮胎，这种轮胎用压缩空气充入弹性囊，以缓和运动时的振动与冲击，但充气式轮胎往往适合在较为平坦的单一路况下行驶，并且普通充气式轮胎还存在漏气和爆胎的安全隐患。
同时，发明人了解到，在较为平坦的路面行驶时，减少轮胎的宽度有利于减少车轮行驶时的阻力，便于提高车速，降低油耗；在路况较差时，增加轮胎的宽度有利于增加车轮行驶时的摩擦力，提高车辆的抓地能力；但是现有的车辆只能够安装固定宽度的轮胎，其宽度无法调节。
车轮的刚度影响着车辆行驶过程中的稳定性以及舒适性，刚度大时，车辆因晃动而损耗的额外能量少；刚度低时，车辆在行驶过程中能够过滤一定程度的颠簸，提高行驶的舒适性。但是现有的车辆中车轮的刚度无法调节。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种宽度与刚度可调节的车轮结构，能够根据需要改变车轮的宽度以及刚度，以适应不同工况的需求，能够避免轮胎漏气对车辆行驶的影响。
本发明的第二目的是提供一种车辆，基于上述的一种宽度与刚度可调节的车轮结构，保证车辆在不同工况下的行走功能不受影响。
为实现上述第一目的，本发明的第一方面提供一种宽度与刚度可调节的车轮结构，包括同轴设置的两个内轮以及与内轮同轴设置的外轮，所述内轮中设有轴孔，轴孔与内轮同轴设置；所述外轮的轮径大于内轮，两个内轮分别设置在外轮的两侧。
所述内轮与外轮之间通过多个轮辐连接，所述轮辐的两端分别与内轮和外轮铰接，所述轮辐沿内轮的圆周方向依次布置，所述轮辐为弧形板结构，轮辐的中部向着背离内轮的方向凸出；
两个内轮之间设有直线伸缩机构，所述直线伸缩机构能够调节两个内轮之间的间距，所述轮辐能够在随内轮运动的过程中改变自身的弯曲程度，以改变自身的刚度。
作为本发明第一方面的进一步限定，所述外轮的外部套设有柔性外胎，所述柔性外胎能够随外轮发生同步形变。
作为本发明第一方面的进一步限定，所述直线伸缩机构包括多个液压缸组件，所述液压缸组件中活塞杆的轴线方向与内轮的轴线方向平行。
作为本发明第一方面的进一步限定，多个轮辐之间分离设置，所述轮辐采用可形变材质，所述轮辐的弧度能够随内轮的运动而调节，所述轮辐的弧度越小，刚度越大。
为实现上述第二目的，本发明的第二方面提供一种车辆，利用了所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，包括转轴，所述转轴安装在轴孔中，其中一个内轮与转轴固定连接，另一个内轮与转轴滑动连接，所述转轴的转动驱动两个内轮的同步转动，所述直线伸缩机构的运动能够带动与转轴滑动连接的内轮沿转轴平动，以改变两个内轮之间的间距，并改变轮辐的弯曲程度。
以上一个或多个技术方案的有益效果：
(1)在两个内轮之间设置直线伸缩机构，能够通过调节两个内轮之间的间距，改变轮辐的弯曲程度，从而在外轮宽度不变的情况下改变轮辐位置处的车轮宽度，进而改变车辆与地面的接触面积，最终实现车辆在不同工况下行驶时对地面摩擦力的需求。
(2)在通过直线伸缩机构调节轮宽的过程中，轮辐的弯曲程度会发生改变，轮辐的弯曲程度越大，车轮的刚性越大；可以通过直线伸缩机构的伸缩来改变车轮的整体刚度，适用于不同工况的需求。
(3)采用液压缸组件作为直线伸缩机构，当车辆通过崎岖不平的路面时，可以调节与液压缸组件连接的节流阀，地面的震动通过轮辐的变形传递到内轮，此时液压缸组件可以起到阻尼器的作用，大大提高车轮的减震能力。
(4)由于车轮没有采用普通充气式轮胎，而是采用钢结构支撑与柔性外胎的形式，因此不会出现充气式轮胎漏气和爆胎的危险情况。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1中整体结构示意图。
图2为本发明实施例1中整体结构的剖视图；
图3为本发明实施例1中整体结构去除柔性外胎后的示意图；
图4为本发明实施例1中内轮的结构示意图；
图5为本发明实施例1中内轮与液压缸组件配合使用的结构示意图；
图6为本发明实施例1中外轮的结构示意图；
图7为本发明实施例1中轮辐的结构示意图。
图中：1、第一内轮；2、第二内轮；3、液压缸组件；4、外轮；5、轮辐；6、柔性外胎；101、铰支座。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上、下、左、右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1-7所示，本实施例提供一种宽度与刚度可调节的车轮结构，包括同轴设置的两个内轮(即为图中的第一内轮1和第二内轮2)以及与内轮同轴设置的外轮4，所述内轮中设有轴孔，轴孔与内轮同轴设置；所述外轮4的轮径大于内轮，两个内轮分别设置在外轮4的两侧。
所述内轮与外轮4之间通过多个轮辐5连接，所述轮辐5的两端分别与内轮和外轮4铰接，所述轮辐5沿内轮的圆周方向依次布置，所述轮辐5为弧形板结构，轮辐5的中部向着背离内轮的方向凸出；
两个内轮之间设有直线伸缩机构，所述直线伸缩机构能够调节两个内轮之间的间距，所述轮辐5能够在随内轮运动的过程中改变自身的弯曲程度，以改变自身的刚度。
所述外轮4的外部套设有柔性外胎，所述柔性外胎能够随外轮4发生同步形变。
具体的，在本实施例中，所述柔性外胎6为橡胶材质。在另外一些实施方式中，柔性外胎6可以采用石墨烯等材质，柔性外胎6的具体材质可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。
具体的，在本实施例中，所述直线伸缩机构包括多个液压缸组件3，所述液压缸组件3中活塞杆的轴线方向与内轮的轴线方向平行。所述液压缸组件3的缸体与一个内轮铰接，活塞杆与另一个内轮铰接。在使用液压缸组件3时，应该配备相应的液压站，液压站中应有节流阀；具体的液压缸组件3的配套部件可由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。
多个轮辐5之间分离设置，所述轮辐5采用可形变材质，所述轮辐5的弧度能够随内轮的运动而调节，所述轮辐5的弧度越小，刚度越大。
在一些实施方式中，为了便于轮辐5的安装，所述外轮4的内侧面设有铰支座101，所述内轮远离直线伸缩机构的侧面处同样设有多个铰支座101，所述铰支座101分别用于实现轮辐5与内轮、外轮4的铰接；所述铰支座101应沿内轮或外轮4的圆周方向依次布置。
工作原理：在使用车轮时，若要改变车轮的轮径，通过直线伸缩机构(液压缸组件3)的伸缩，完成两个内轮之间的距离调节，在内轮间距调节的过程中，车轮的轮辐5发生形变，轮辐5的弯曲程度改变，能够改变轮辐5位置处的车轮宽度，在外轮4宽度不变的情况下，通过改变车轮的宽度，可以改变车辆与地面的接触面积，进而满足车辆在不同工况下行驶时对地面摩擦阻力的需求。此外当轮辐5的弯曲程度增加时，车轮的刚度增加，当轮辐5的弯曲程度减小时，车轮的刚度减小。
实施例2
本实施例提供一种车辆，利用了所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，包括车轮转轴，所述转轴安装在轴孔中，其中一个内轮与转轴固定连接，另一个内轮与转轴滑动连接，所述转轴的转动驱动两个内轮的同步转动，所述直线伸缩机构的运动能够带动与转轴滑动连接的内轮沿转轴平动，以改变两个内轮之间的间距，并改变轮辐5的弯曲程度。所述车辆包括底盘，所述转轴通过底盘支撑。
工作原理：当车辆在平坦路面上行驶时，为了提高车辆的燃油效率，可以调节液压缸组件3，使第一内轮1和第二内轮2之间的工作距离减小，轮辐5被拉紧。轮辐5被拉紧一方面可以提高车轮的整体刚度，另一方面轮辐5与地面的接触面积也会降低，车轮的宽度会减小，最终车轮与地面的直接接触面积会减小，因此行驶过程中的地面摩擦力也会降低。
当车辆行驶在雪地或冰地时，此时需要较大的抓地力来保证车辆的正常行驶，可以调节液压缸组件3，使第一内轮1和第二内轮2之间的工作距离增大，轮辐5被放松，轮辐5与地面的接触面积会增加，车轮的宽度会增加，最终车轮与地面的直接接触面积会增加，因此行驶过程中的地面摩擦力也会增加。
当汽车通过不平坦的路面时，一方面可以调节液压缸组件3，使第一内轮1和第二内轮2之间的工作距离增大，轮辐5被放松，车轮的整体刚度降低；另一方面，还可以调节与液压缸组件3连接的节流阀，使得液压缸组件3充当阻尼器，提高车辆的乘坐舒适性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种宽度与刚度可调节的车轮结构，其特征在于，包括同轴设置的两个内轮，所述内轮中设有轴孔，轴孔与内轮同轴设置；
还包括与内轮同轴设置的外轮，所述外轮的轮径大于内轮，两个内轮分别设置在外轮的两侧；
所述内轮与外轮之间通过多个轮辐连接，所述轮辐的两端分别与内轮和外轮铰接，所述轮辐沿内轮的圆周方向依次布置，所述轮辐为弧形板结构，轮辐的中部向着背离内轮的方向凸出；
两个内轮之间设有直线伸缩机构，所述直线伸缩机构能够调节两个内轮之间的间距，所述轮辐能够在随内轮运动的过程中改变自身的弯曲程度，以改变自身的刚度；
所述外轮的外部套设有柔性外胎，所述柔性外胎能够随外轮发生同步形变；在内轮间距调节的过程中，车轮的轮辐发生形变，轮辐的弯曲程度改变，能够改变轮辐位置处的车轮宽度，在外轮宽度不变的情况下，通过改变车轮的宽度；改变车辆与地面的接触面积；
所述直线伸缩机构包括多个液压缸组件，所述液压缸组件中活塞杆的轴线方向与内轮的轴线方向平行；一个内轮与转轴固定连接，另一个内轮与转轴滑动连接；
当车辆行驶在雪地或冰地时，调节液压缸组件，使第一内轮和第二内轮之间的工作距离增大，轮辐被放松，轮辐与地面的接触面积增加，车轮的宽度增加，车轮与地面的直接接触面积增加。
2.根据权利要求1所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，其特征在于，所述柔性外胎为橡胶材质。
3.根据权利要求1所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，其特征在于，所述液压缸组件的缸体与一个内轮铰接，活塞杆与另一个内轮铰接。
4.根据权利要求1所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，其特征在于，多个轮辐之间分离设置，所述轮辐采用可形变材质，所述轮辐的弧度能够随内轮的运动而调节，所述轮辐的弧度越小，刚度越大。
5.根据权利要求1所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，其特征在于，所述外轮的内侧面设有铰支座，所述铰支座用于实现轮辐与外轮的铰接。
6.根据权利要求1所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，其特征在于，所述内轮远离直线伸缩机构的侧面处设有多个铰支座，所述铰支座沿内轮的圆周方向依次布置，所述轮辐通过铰支座与内轮铰接。
7.一种车辆，利用了权利要求1-6中任意一项所述的宽度与刚度可调节的车轮结构，其特征在于，包括转轴，所述转轴安装在轴孔中，其中一个内轮与转轴固定连接，另一个内轮与转轴滑动连接，所述转轴的转动驱动两个内轮的同步转动，所述直线伸缩机构的运动能够带动与转轴滑动连接的内轮沿转轴平动，以改变两个内轮之间的间距，并改变轮辐的弯曲程度。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括底盘，所述转轴通过底盘支撑。
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