一种轮毂、轮胎及车辆的制作方法

1.本发明属于汽车配件技术领域，尤其涉及一种轮毂、轮胎及车辆。


背景技术：

2.目前，随着对车辆燃油经济性和ev续航里程的要求越来越高。在高速行驶时车辆气动阻力在整车行驶阻力中占比显著提升。汽车轮毂凹凸及开孔造型除装饰效果以外，还起到制动盘通风冷却的作用。如果制动盘冷却不良，可能会引发制动器热衰退，进而影响制动效能。现有的汽车风洞试验研究表明，汽车轮毂开口在全部封闭的情况下可以明显改善整车气动阻力(性能提升3％～5％)。
3.但是现有的汽车轮毂大多为一体式成型铸造，造型一旦确定后，轮毂的空气动力学特性就跟着确定下来了，无法自动做出调整。随着电动汽车的逐年普及，对车辆续航里程的要求也逐年增高，因此市场上大多数电动汽车的轮毂开口面积较小，可能发生制动器热衰退引发交通事故。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的汽车轮毂为一体式成型铸造，轮毂的空气动力学特性无法自动做出调整，而且大多数电动汽车的轮毂开口面积较小，可能发生制动器热衰退引发交通事故。
5.解决以上问题及缺陷的难度为：同时满足燃油经济性或续航里程性能要求下减小轮毂开孔面积和满足制动通风冷却要求下增大轮毂开孔面积。
6.在确保制动通风冷却的前提下，要求增大轮毂开孔面积，但这样会导致轮毂气动阻力不良，增加油耗，减少ev续航里程；在要保证车轮燃油经济性或ev续航里程的前提下，要求封堵更多的轮毂开孔，但可能引发制动不良，产生交通事故。
7.解决以上问题及缺陷的意义为：同时满足燃油经济性和续航里程以及制动通风冷却的要求。在保证安全行驶的前提下，尽可能降低行驶阻力。


技术实现要素：

8.为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种轮毂、轮胎及车辆，利用离心力和弹簧弹力，控制轮毂开口的开闭随车速变化而随动变化，实现由车辆转动控制的轮毂开口封闭，能满足中低车速下制动冷却性能要求的同时，在高车速下，可以降低车辆气动阻力，提高车辆经济性和电动车续航里程，减少二氧化碳的排放。
9.第一方面，本发明实施例提供了一种轮毂，包括第一轮毂和第二轮毂，所述第二轮毂与第一轮毂同轴心活动连接；所述第一轮毂包括多个第一开孔和位于相邻两个所述第一开孔之间的支撑板，多个所述第一开孔围绕所述轴心旋转等间距排布；所述第二轮毂包括多个第二开孔和位于相邻两个所述第二开孔之间的挡风板，所述挡风板和所述第一开孔的数量相同，所述第二开孔和所述第一开孔的数量和形状相同；
10.所述第一轮毂包括多个第一滑道，一所述第一滑道位于所述支撑板且由所述轴心向远离所述轴心的一侧延伸，多个所述第一滑道围绕所述轴心旋转等间距排布；所述第二
轮毂包括多个第二滑道，所述第二滑道与所述第一滑道一一对应设置，且所述第二滑道靠近所述轴心的一端与所述第一滑道靠近所述轴心的一端重合，所述第二滑道远离所述轴心的一端和所述第一滑道远离所述轴心的一端与所述轴心的连线之间存在夹角α，0
°
＜α≤360
°
/2n；其中，n为轮毂开口数量；
11.所述轮毂还包括多个质量块和与其对应的多个弹簧，所述质量块通过所述弹簧与所述轴心连接，所述质量块可同时在所述第二滑道和所述第一滑道内往复滑动，推动所述第二轮毂围绕所述第一轮毂沿所述轴心转动。
12.可选的，所述位于所述第一滑道靠近所述轴心的一端，所述第一开孔与所述二开孔重叠。
13.可选的，所述质量块位于所述第一滑道远离所述轴心的一端，所述挡风板与所述第一开孔至少部分重叠。
14.可选的，多个所述第一滑道沿所述轴心旋转对称。
15.可选的，多个所述第二滑道沿所述轴心旋转对称。
16.可选的，沿所述轴心方向，所述挡风板的面积大于所述第一开孔的面积。
17.可选的，所述第二滑道的长度大于所述第一滑道的长度。
18.可选的，所述第一滑道的形状包括直线型，所述第二滑道的形状包括弧线型。
19.第二方面，本发明实施例还提供了一种轮胎，包括第一方明提供的所述的轮毂，还包括包覆所述轮毂的气胎。
20.第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括第二方面提供的所述的轮胎。
21.本发明实施例提供的轮毂，通过在第一轮毂设置第一滑道，在第二轮毂设置第二滑道，设置通过弹簧带动质量块在第一滑道和第二滑道形成的空间内往复滑动，利用离心力和弹簧弹力，使得轮毂开口的开闭随车速变化而随动变化，实现由车辆转动控制的轮毂开口封闭，能满足中低车速下制动冷却性能要求的同时，在高车速下，可以降低车辆气动阻力，提高车辆经济性和电动车续航里程，减少二氧化碳的排放。
22.当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
24.图1是本发明实施例提供的一种轮毂的结构示意图；
25.图2是图1中提供的第一轮毂的结构示意图；
26.图3是图1中提供的第二轮毂的结构示意图；
27.图4是本发明实施例提供的另一种轮毂的结构示意图；
28.图5是图1和图4中质量块与弹簧连接的结构示意图；
29.图6是图1中第一开孔与二开孔重叠开口全开的结构示意图；
30.图7是图6中的b区域的放大示意图；
31.图8是图1中第一开孔与二开孔部分重叠开口半开的结构示意图；
32.图9是图1中第一开孔与二开孔重叠开口封闭的结构示意图；
33.图10是图9中的b’区域的放大示意图。
34.图中标记：
35.1、第一轮毂；11、第一开口；12、支撑板；13、第一滑道；2、第二轮毂；、第二开口；22、挡风板；23、第二滑道；3、质量块；4、弹簧；5、气胎。
具体实施方式
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
37.实施例
38.本发明实施例提供了一种轮毂，在车辆行驶中，可根据车辆的轮胎速度，轮毂开口的开闭随车速变化而随动变化，降低高速时整车气动阻力。图1是本发明实施例提供的一种轮毂的结构示意图；图2是图1中提供的第一轮毂的结构示意图；图3是图1中提供的第二轮毂的结构示意图；图4是本发明实施例提供的另一种轮毂的结构示意图；图5是图1和图4中质量块与弹簧连接的结构示意图。结合图1-图5所示，本发明实施例提供了一种轮毂，包括第一轮毂1和第二轮毂2，第二轮毂2与第一轮毂1同轴心o活动连接；第一轮毂1包括多个第一开孔11和位于相邻两个第一开孔11之间的支撑板12，多个第一开孔11围绕轴心o旋转等间距排布；第二轮毂2包括多个第二开孔21和位于相邻两个第二开孔21之间的挡风板22，第二开孔21和第一开孔11的数量和形状相同；第一轮毂1包括多个第一滑道13，一第一滑道13位于支撑板12且由轴心o向远离轴心o的一侧延伸，多个第一滑道13围绕轴心o旋转等间距排布；第二轮毂2包括多个第二滑道23，第二滑道23与第一滑道13一一对应设置，且第二滑道23靠近轴心o的一端与第一滑道13靠近轴心o的一端重合，第二滑道23远离轴心o的一端和第一滑道13远离轴心o的一端与轴心o的连线之间存在夹角α，0
°
＜α≤360
°
/2n；其中，n为轮毂开口数量。轮毂还包括多个质量块3和与其对应的多个弹簧4，质量块3通过弹簧4与轴心o连接，质量块3可同时在第二滑道23和第一滑道13内往复滑动，推动第二轮毂2围绕第一轮毂1沿轴心o转动。
39.具体的，结合图1-图5所示，本发明实施例提供一种轮毂，用于轮胎中，轮胎还包括橡胶轮胎5，包覆轮毂。轮毂包括外侧的第一轮毂1和内侧的第二轮毂2，第二轮毂2与第一轮毂1同轴心o活动连接，可以围绕轮胎轴心o中心相对于第一轮毂1转动。其中，第一轮毂1通常采用强度高的铸铁或铝合金等材料，与车轴(图中未示出)、轮胎5相连承受车辆载荷；第二轮毂2可以采用轻便不易变形的合金、塑胶等材料。第一轮毂1上设置多个第一开孔11和位于相邻两个第一开孔11之间的支撑板12，第一开孔11用于通风散热，多个第一开孔11围绕轴心o旋转等间距排布，支撑板12作为支撑架，实现受力均匀；第二轮毂2开设多个第二开孔21，在相邻两个第二开孔21之间形成挡风板22，设置第二开孔21和第一开孔11的数量和形状相同，如图中所示均采用三角形，在汽车形式中进行排风散热。在第一轮毂1靠近第二轮毂2的一侧开设多个第一滑道13，多个第一滑道13围绕轴心o旋转等间距排布在支撑板12上，在支撑板12上形成由轴心o向远离轴心o的一侧延伸的凹槽；第二轮毂2靠近第一轮毂1的一侧开设与第一滑道13数量相同的多个第二滑道23，第二滑道23与第一滑道13一一对应
设置，设置第二滑道23靠近轴心o的一端与第一滑道13靠近轴心o的一端重合，即起始点端a，在每个第一滑道13靠近轴心o的一端连接通过弹簧4连接质量块3，利用轮毂转动时，向心力作用和弹簧弹性势能作用，带动质量块3在第二滑道23和第一滑道13内往复滑动，由于第二滑道23远离轴心o的一端和第一滑道13远离轴心o的一端与轴心o的连线之间存在夹角α，0
°
＜α≤360
°
/2n，在示意图中，轮毂开口数量n为10，此时α≤18
°
。由于第二轮毂2和第一轮毂1存在角度差，轮胎转动时，质量块3可以推动第二轮毂2围绕第一轮毂1沿轴心o转动，沿轴心o方向，第二开孔21、挡风板22和第一开孔11的位置发生改变，实现挡风板22对第一开孔11封堵，进而对轮毂进行封闭和散热。
40.具体的，在汽车行驶中，轮毂高速转动，质量块3受到向心力作用，弹簧4形变产生弹性力，受力计算公式如下：
41.f
向心力
＝mω2r；
42.f
弹性力
＝-kδr；
43.其中，m为质量块3的质量，ω为轮毂的角速度，r为质量块3的运动半径，f
向心力
为质量m的质量块3以角速度ω沿曲率半径为r的曲线运动时所需的向心力，单位为n；k为弹簧4的弹性系数，δr为弹簧4的形变量，f
弹性力
为弹簧4的弹性力。
44.图6是图1中第一开孔与二开孔重叠开口全开的结构示意图；图7是图6中的b区域的放大示意图；图8是图1中第一开孔与二开孔部分重叠开口半开的结构示意图；图9是图1中第一开孔与二开孔重叠开口封闭的结构示意图；
45.图10是图9中的b’区域的放大示意图。可选的，结合图6和图7所示，质量块3位于第一滑道13靠近轴心o的一端，第一开孔11与第二开孔21重叠。
46.当轮胎静置或低速时，质量块3由于弹簧4弹性作用，质量块3停留在位于第一滑道13靠近轴心o的一端，即起始端a，第一开孔11与第二开孔21完全重叠，轮毂处于全开状态，提升中低速状态下汽车制动器通风冷却效果。此时，弹簧4具有初始形变量δr1，轮毂全开的受力平衡角速度ω1满足：
[0047][0048][0049]
其中，r0为弹簧4的自由长度，δr1为弹簧4的初始变形量。
[0050]
可选的，结合图9和图10所示，质量块3位于第一滑道13远离轴心o的一端，挡风板22与第一开孔11至少部分重叠。
[0051]
当汽车辆高速行驶时，轮胎高速旋转，质量块3沿着轴心o做高速旋转，当质量块3所受离心力大于弹簧4弹性力时，质量块3由第一滑道13和第二滑道23构成的空间内向轮边移动质量块3移动的同时，由于第二轮毂2上的第二滑道23与第一滑道13是相对倾斜的，所以质量块3也会推动第二轮毂2沿轮胎轴心o做小角度旋转；由于此时第一轮毂1和第二轮毂2产生角度差，利用第二轮毂2的挡风板22(非开口结构)对第一轮毂1的第一开口11进行封堵，同时第一轮毂1的支撑板12(非开口结构)也会对第二轮毂2的第二开口21进行封堵，实现了轮胎高转速下轮毂开口自动封闭的效果。当质量块3移动到第一滑道13远离轴心o的一端，当质量块3移动到第一滑道13远离轴心o的一端，挡风板22与第一开孔11最大部分重叠，
轮毂处于全闭状态，可以改善车辆气动阻力性能，提高车辆经济性和电动车续航里程，减少二氧化碳的排放。
[0052]
此时，弹簧4具有最终形变量δr2，轮毂全闭的受力平衡角速度ω2满足：
[0053][0054][0055]
其中，δr2为弹簧4的最终变形量，δr1＜δr2。
[0056]
进一步，通过调整质量块3的质量m，弹簧4的选型，如弹性系数k和弹簧自由长度r0，实现在特定车速下对轮毂开闭的自动控制，其中轮胎的车速v
车速
、轮胎线速度v
线速度
、角速度ω
角速度
和轮胎半径r
轮胎半径
满足公式：
[0057]v车速
＝v
线速度
＝ω
角速度r轮胎半径
；
[0058][0059][0060][0061]
其中，
[0062]
当轮胎的车速v
车速
≤v1时，轮毂开口全开，如图6和图7所示；
[0063]
当车速的车速v1＜v
车速
＜v2时，轮毂开口半开，如图8所示；
[0064]
当车速的车速v
车速
≥v2时，轮毂开口全闭，如图9和图10所示。
[0065]
从而实现车辆以低速前进时，可以自动打开轮毂开口，对制动盘进行通风冷却，通过结构设计实现轮毂开合随车速变化的自动控制，省去了增加传感器电控系统的复杂性和成本；车辆以高速前进时，轮毂处于全闭状态，可以改善车辆气动阻力性能，提高车辆经济性和电动车续航里程，减少二氧化碳的排放。
[0066]
在上述实施例的基础上，结合图2和图3所示，第一滑道13的形状包括直线型，第二滑道23的形状包括直线型和弧线型。结合图6-图10所示，第一轮毂1的开口封闭作动方式如下：
[0067]
1、轮胎静止时，第一轮毂1的第一开口11与第二轮毂2的第二开口21重合。
[0068]
2、质量块3由于弹簧4的弹性作用，停留在第一滑道13靠近轮胎轮心(轴心o)的一侧。
[0069]
3、车辆在行驶时，轮胎也相应旋转起来。
[0070]
4、车辆高速行驶，轮胎高速旋转时，质量块3也沿着轮心做高速旋转。
[0071]
5、当质量块3所受离心力大于弹簧4的弹性力f
弹性力
时，质量块3在由第一滑道13和第二滑道23构成的空间向轮边移动。
[0072]
6、质量块3移动的同时，由于内侧挡风板22上的第二滑道23与第一滑道13是相对倾斜的，所以质量块3会推动内侧挡风板22沿轮胎轮心做小角度旋转。
[0073]
7、由于此时第一轮毂1和第二轮毂2产生角度差，利用内侧挡风板22的非开口结构
对第一轮毂1的第一开口11进行封堵，同时第一轮毂1的非开口结构(支撑板12)也会对内侧第二轮毂的第二开口21开口进行封堵；
[0074]
8、实现了轮胎高转速下第一轮毂1的第一开口11自动封闭的效果。
[0075]
继续结合图6-图10所示，第一轮毂1的第一开口11恢复作动方式如下：
[0076]
1、当车辆行驶速度下降时，轮胎转速也相应降低。
[0077]
2、当质量块3所受弹性力f
弹性力
大于离心力时，质量块3逐渐在由第一滑道13和第二滑道23构成的空间向轮心移动.
[0078]
3、移动的同时，质量块3推动内侧挡风板22沿轮胎轮心做反向小角度旋转，恢复第一轮毂1的第一开口11与内侧第二轮毂2的第二开口21开口重合的状态，提升中低速状态下制动器通风冷却效果。
[0079]
经风洞试验，验证了轮毂正常状态下与轮毂开口全面封闭的状态下，整车气动阻力系数的变化，四个轮毂开发封闭后，气动阻力系数减少了3.9％。
[0080]
综上，本发明实施例提供的轮毂，通过在第一轮毂设置第一滑道，在第二轮毂设置第二滑道，设置通过弹簧带动质量块在第一滑道和第二滑道形成的空间内往复滑动，利用离心力和弹簧弹力，使得轮毂开口的开闭随车速变化而随动变化，实现由车辆转动控制的轮毂开口封闭，能满足中低车速下制动冷却性能要求的同时，在高车速下，可以降低车辆气动阻力，提高车辆经济性和电动车续航里程，减少二氧化碳的排放。
[0081]
在上述实施例的基础上，结合图1-图3、图6、图8和图9所示，多个第一滑道13沿轴心o旋转对称。
[0082]
具体的，在第一轮毂1内设置多个第一滑块(3)，考虑到轮胎转动动平衡的要求，多个第一滑道13需要沿轴心o(转动中心)对称设计。
[0083]
在上述实施例的基础上，结合图1-图3、图6、图8和图9所示，多个第二滑道23沿轴心o旋转对称。与第一滑道13相匹配，设置多个第二滑道23沿轴心o(转动中心)对称设计，以使质量块3受到离心力作用可以沿着第一滑道13和第二滑道23往复运动，进而推动第二轮毂2与第一轮毂1发生角度差，实现轮毂开口闭合和打开。
[0084]
可选的，结合图4所示，多个第一滑道13沿轴心o旋转等间距排布，增加第一滑道13和质量块3的数量，有利于快速提高轮毂开口的开闭随车速变化而随动变化的速度，在高车速下，可以迅速降低车辆气动阻力，提高车辆经济性和电动车续航里程，减少二氧化碳的排放。
[0085]
在上述实施例的基础上，结合图1-图4所示、图6-图10所示，沿轴心o方向，挡风板22的面积大于第一开孔11的面积。在轮胎高度转动时，可以保证挡风板22尽可能的封闭第一开口11，轮毂开口完全闭合。
[0086]
在上述实施例的基础上，结合图1-图4所示、图6-图10所示，第二滑道23的长度大于第一滑道13的长度。在轮胎高度转动时，可以保证质量块3受到离心力作用远离轴心o滑动时不受限制，以保证第二轮毂2与第一轮毂1发生最大角度差，实现轮毂开口完全闭合。
[0087]
基于同一个发明构思，结合图1、图4、图6、图8和图9所示，本发明实施例还提供了一种轮胎，包括上述实施例提供的轮毂，还包括包覆轮毂的气胎。
[0088]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、
重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种轮毂，其特征在于，包括第一轮毂和第二轮毂，所述第二轮毂与第一轮毂同轴心活动连接；所述第一轮毂包括多个第一开孔和位于相邻两个所述第一开孔之间的支撑板，多个所述第一开孔围绕所述轴心旋转等间距排布；所述第二轮毂包括多个第二开孔和位于相邻两个所述第二开孔之间的挡风板，所述挡风板和所述第一开孔的数量相同，所述第二开孔和所述第一开孔的数量和形状相同；所述第一轮毂包括多个第一滑道，一所述第一滑道位于所述支撑板且由所述轴心向远离所述轴心的一侧延伸，多个所述第一滑道围绕所述轴心旋转等间距排布；所述第二轮毂包括多个第二滑道，所述第二滑道与所述第一滑道一一对应设置，且所述第二滑道靠近所述轴心的一端与所述第一滑道靠近所述轴心的一端重合，所述第二滑道远离所述轴心的一端和所述第一滑道远离所述轴心的一端与所述轴心的连线之间存在夹角α，0
°
＜α≤360
°
/2n；其中，n为轮毂开口数量；所述轮毂还包括多个质量块和与其对应的多个弹簧，所述质量块通过所述弹簧与所述轴心连接，所述质量块可同时在所述第二滑道和所述第一滑道内往复滑动，推动所述第二轮毂围绕所述第一轮毂沿所述轴心转动。2.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述位于所述第一滑道靠近所述轴心的一端，所述第一开孔与所述二开孔重叠。3.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述质量块位于所述第一滑道远离所述轴心的一端，所述挡风板与所述第一开孔至少部分重叠。4.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，多个所述第一滑道沿所述轴心旋转对称。5.根据权利要求4所述的轮毂，其特征在于，多个所述第二滑道沿所述轴心旋转对称。6.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，沿所述轴心方向，所述挡风板的面积大于所述第一开孔的面积。7.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述第二滑道的长度大于所述第一滑道的长度。8.根据权利要求1所述的轮毂，其特征在于，所述第一滑道的形状包括直线型，所述第二滑道的形状包括弧线型。9.一种轮胎，其特征在于，包括权利要求1-8所述的轮毂，还包括包覆所述轮毂的气胎。10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的轮胎。

技术总结
本发明提供一种轮毂、轮胎及车辆，属于汽车配件技术领域，通过在第一轮毂设置第一滑道，在第二轮毂设置第二滑道，设置通过弹簧带动质量块在第一滑道和第二滑道形成的空间内往复滑动，利用离心力和弹簧弹力，使得轮毂开口的开闭随车速变化而随动变化，实现由车辆转动控制的轮毂开口封闭，能满足中低车速下制动冷却性能要求的同时，在高车速下，可以降低车辆气动阻力，提高车辆经济性和电动车续航里程，减少二氧化碳的排放。减少二氧化碳的排放。减少二氧化碳的排放。


技术研发人员：孙逸昊 韩建军 付森 刘雨龙 张昊逸 张照林 赵铎 李文涛
受保护的技术使用者：一汽丰田汽车有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/12