具有絕熱構(gòu)件的車(chē)輛輪胎車(chē)輪組件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】輪胎車(chē)輪組件包括具有邊沿的車(chē)輪。車(chē)輪具有第一熱傳導(dǎo)率。輪胎附接到車(chē)輪，以限定被輪胎和邊沿包封的輪胎。絕熱構(gòu)件在輪胎空腔中位于邊沿上。絕熱構(gòu)件具有比第一熱傳導(dǎo)率更低的第二熱傳導(dǎo)率且配置為在空腔的溫度高于第一預(yù)定溫度時(shí)從空腔吸收熱量。絕熱構(gòu)件還配置為在空腔的溫度低于比第一預(yù)定溫度更低的第二預(yù)定溫度時(shí)將吸收的熱量釋放回到空腔。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有絕熱構(gòu)件的車(chē)輛輪胎車(chē)輪組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通常包括具有輪胎的車(chē)輪組件。

【背景技術(shù)】
[0002] 輪胎在車(chē)輛的燃料經(jīng)濟(jì)性方面具有重要的作用。輪胎在其沿道路表面滾動(dòng)時(shí)消耗 能量，在道路表面和車(chē)輛之間產(chǎn)生的各種力下偏轉(zhuǎn)。重復(fù)的變形循環(huán)和恢復(fù)消耗能量稱為 遲滯損失（hysteretic loss)。能量最終通過(guò)燃料提供。由于輪胎結(jié)構(gòu)中的遲滯損失，一定 量的能量會(huì)在輪胎結(jié)構(gòu)中消耗且隨后作為熱量排出到周?chē)h(huán)境中。隨著輪胎溫度的增加， 輪胎通常變成更高效，排出更少的能量到環(huán)境。從輪胎到環(huán)境存在多個(gè)熱量排出路徑且這 些路徑中的一些比其他的傳輸更多能量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 輪胎車(chē)輪組件包括具有的邊沿車(chē)輪。車(chē)輪具有第一熱傳導(dǎo)率。輪胎附接到車(chē)輪， 以限定被輪胎和邊沿包封的輪胎。絕熱構(gòu)件在輪胎空腔中位于邊沿上。絕熱構(gòu)件具有比第 一熱傳導(dǎo)率更低的第二熱傳導(dǎo)率且配置為在空腔的溫度高于第一預(yù)定溫度時(shí)從空腔吸收 熱量。絕熱構(gòu)件還配置為在空腔的溫度低于比第一預(yù)定溫度更低的第二預(yù)定溫度時(shí)將吸收 的熱量釋放回到空腔。絕熱構(gòu)件可以是纖維毯狀物。在另一實(shí)施例中，絕熱構(gòu)件為填充有 液體或膠體的囊。輪胎車(chē)輪組件有助于保持行駛期間產(chǎn)生的溫暖空氣的溫暖程度。
[0004] 絕熱構(gòu)件可以是被動(dòng)熱沉材料，其吸收車(chē)輛運(yùn)行期間產(chǎn)生的熱量以在車(chē)輛停車(chē)或 在車(chē)輛運(yùn)行開(kāi)始時(shí)返回到車(chē)輛空腔，提升輪胎的溫度，用于改進(jìn)"冷"車(chē)輛運(yùn)行期間的效率， 同時(shí)輪胎穩(wěn)定化到其正常（完全被升溫）的運(yùn)行溫度。絕熱構(gòu)件減少輪胎車(chē)輪組件的熱量 形式的能量損失且應(yīng)該能在短持續(xù)行駛循環(huán)中增加輪胎的燃料效率，在所述短持續(xù)行駛循 環(huán)中輪胎通常沒(méi)有時(shí)間達(dá)到完全被升溫的運(yùn)行溫度。
[0005] 在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理 解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是車(chē)輛的示意性側(cè)視圖，其具有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的車(chē)輪輪胎組件的第一 實(shí)施例。
[0007] 圖2是沿圖1的2-2線截取的圖1的車(chē)輪輪胎組件的示意性截面圖。
[0008] 圖3是用于根據(jù)本發(fā)明另一方面的車(chē)輛的車(chē)輪輪胎組件的第二實(shí)施例的示意性 截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 參見(jiàn)附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在幾幅圖中代表相同的部件，圖1顯示了具有四 個(gè)輪胎車(chē)輪組件12 (如圖1所示了兩個(gè)）的車(chē)輛10。在車(chē)輛10被推進(jìn)系統(tǒng)14提供動(dòng)力時(shí) 每一個(gè)輪胎車(chē)輪組件12旋轉(zhuǎn)，以讓車(chē)輛10運(yùn)動(dòng)。推進(jìn)系統(tǒng)14通過(guò)與前車(chē)輪組件12、后車(chē) 輪組件12或兩者的驅(qū)動(dòng)連接操作性地連接到車(chē)輪組件12。推進(jìn)系統(tǒng)14可包括任何已知組 合的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系。
[0010] 每一個(gè)輪胎車(chē)輪組件12包括車(chē)輪16和安裝在車(chē)輪16上的輪胎18。輪胎18至少 部分地用橡膠復(fù)合物制造。輪胎18的整個(gè)結(jié)構(gòu)在車(chē)輛10相對(duì)于道路20運(yùn)動(dòng)而輪胎18旋 轉(zhuǎn)時(shí)不斷地改變形狀，造成遲滯損失。由于輪胎16的粘彈性的特點(diǎn)，輪胎16的遲滯損失隨 輪胎16的溫度達(dá)到預(yù)定輪胎溫度而減少。例如，在輪胎16的胎面部分17與道路20接合 時(shí)，如圖1所示，其必須根據(jù)道路表面撓曲和變形。以這種方式進(jìn)行撓曲和變形而消耗的能 量通常在較低的輪胎溫度下為最大，例如在冷的天氣下，在車(chē)輛已經(jīng)有一段時(shí)間未使用時(shí)， 或在車(chē)輛暫時(shí)地停止，例如在交通路況中停止了較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)。還會(huì)在車(chē)輛10被更慢地行駛 期間經(jīng)歷較低的輪胎溫度。即輪胎溫度至少部分地取決于車(chē)輛的速度。
[0011] 參見(jiàn)圖2,車(chē)輪16具有中心盤(pán)片22,其具有用于將車(chē)輪安裝到車(chē)輛車(chē)軸的導(dǎo)孔24 和帶耳螺母開(kāi)口 26。車(chē)輪16包括環(huán)形邊沿28,其可與盤(pán)片22整體地形成。邊沿28具有 配置為接收輪胎18的輪胎胎圈32、34的座部29、30。在輪胎18經(jīng)由氣門(mén)（未示出）充氣 時(shí)，通過(guò)邊沿28和輪胎18限定加壓的環(huán)形輪胎空腔36。輪胎空腔36被邊沿28和輪胎18 包封。
[0012] 包括邊沿28的車(chē)輪16是例如鋼的金屬材料。車(chē)輪16具有大于輪胎18的熱傳導(dǎo) 率的第一熱傳導(dǎo)率。例如，如果車(chē)輪16為鋁合金，則其可以具有約215瓦/米/開(kāi)爾文（W/ m/K)的熱傳導(dǎo)率。如果車(chē)輪16為鋼，則其可以具有約33W/m/K的熱傳導(dǎo)率。因而，在已知 的輪胎車(chē)輪組件中，來(lái)自輪胎空腔的大部分熱量損失經(jīng)過(guò)車(chē)輪的邊沿，在輪胎空腔的溫度 達(dá)到預(yù)定運(yùn)行溫度之前經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)的時(shí)間和更大的遲滯損失。本發(fā)明的輪胎車(chē)輪組件12通 過(guò)提供絕熱構(gòu)件40而解決該問(wèn)題，所述絕熱構(gòu)件接觸和覆蓋輪胎胎圈29、30之間的邊沿28 的整個(gè)外環(huán)形表面42 (否則其會(huì)露出到輪胎空腔36)。即絕熱構(gòu)件40在車(chē)輪16的周緣45 處覆蓋輪胎胎圈29、30之間的邊沿28的環(huán)形表面44,從而整個(gè)空腔36被輪胎18和絕熱構(gòu) 件40圍繞。換句話說(shuō)，車(chē)輪16沒(méi)有暴露到輪胎空腔36的部分。
[0013] 絕熱構(gòu)件40具有比車(chē)輪16的第一熱傳導(dǎo)率更低的第二熱傳導(dǎo)率。換句話說(shuō)，絕熱 構(gòu)件40是比車(chē)輪16相對(duì)更好的絕熱體。例如，絕熱構(gòu)件40可以是具有0. 03W/m/K的熱傳 導(dǎo)率的泡沫材料。絕熱構(gòu)件40的材料被選擇為，至少直到空腔36中包含的空氣達(dá)到第一 預(yù)定溫度（該第一預(yù)定溫度與輪胎18的期望預(yù)定運(yùn)行溫度和輪胎18的運(yùn)行效率相對(duì)應(yīng)） 之前，使得第一熱傳導(dǎo)率將極大地屏蔽來(lái)自空腔36的熱量損失。在一個(gè)例子中，第一預(yù)定 運(yùn)行溫度比輪胎周?chē)h(huán)境的環(huán)境溫度高約30攝氏度（°C )。如果環(huán)境溫度為20°C，則第一 預(yù)定運(yùn)行溫度為50°C。絕熱構(gòu)件40的熱量吸收率允許空腔36比邊沿28的表面44接觸空 腔36時(shí)更快速地到達(dá)第一預(yù)定運(yùn)行溫度。絕熱構(gòu)件40在空腔36的溫度高于第一預(yù)定溫 度時(shí)從空腔36吸收熱量。即絕熱構(gòu)件40的熱量吸收率允許空腔36的溫度至少上升到預(yù) 定運(yùn)行溫度。絕熱構(gòu)件40由此用作被動(dòng)熱沉，其將車(chē)輛運(yùn)行期間產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)，以在車(chē) 輛10停車(chē)或重新啟動(dòng)時(shí)返回到空腔36,提升輪胎18的溫度，用于改進(jìn)"冷"車(chē)輛運(yùn)行期間 的效率。減小經(jīng)車(chē)輪16的熱傳遞速率可以允許輪胎18從能量效率方面更快速地到達(dá)更有 利的溫度水平，減少輪胎18的能量消耗且由此增加車(chē)輛10的燃料效率。換句話說(shuō)，絕熱構(gòu) 件40減少熱量形式的輪胎車(chē)輪組件12的能量損失且在短持續(xù)行駛循環(huán)中增加輪胎18的 燃料效率，在所述短持續(xù)行駛循環(huán)中輪胎18通常沒(méi)有時(shí)間達(dá)到第一預(yù)定運(yùn)行溫度。
[0014] 在絕熱構(gòu)件40和周?chē)h(huán)境之間的溫度差將促使傳導(dǎo)率熱傳遞從絕熱構(gòu)件40通過(guò) 輪胎18和/或車(chē)輪16到達(dá)周?chē)h(huán)境47時(shí)，通過(guò)絕熱構(gòu)件40吸收的至少一些熱量將通過(guò) 經(jīng)邊沿28的熱傳遞而被釋放到周?chē)h(huán)境47 (即車(chē)輛10的外部，如圖1所示）。
[0015] 進(jìn)而，絕熱構(gòu)件40的材料被選擇為使得，在空腔36的溫度隨后由于車(chē)輛的減速或 車(chē)輛的臨時(shí)停止（例如交通路況中或在車(chē)輛10完全關(guān)閉的相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)）而降低到第 二預(yù)定溫度以下時(shí)，絕熱構(gòu)件40和空腔36之間的溫度差使得至少一些被吸收的熱量從絕 熱構(gòu)件40釋放到空腔36中。第二預(yù)定溫度比第一預(yù)定溫度更低。在一個(gè)例子中，第二預(yù) 定溫度比第一預(yù)定溫度低l〇°C。所以，如果環(huán)境溫度為20°C，則第二預(yù)定溫度為40°C。在 其他例子中，第二預(yù)定溫度可以是第一預(yù)定溫度低5°C到20°C范圍的任何溫度。與車(chē)輪邊 沿18未被絕熱構(gòu)件40覆蓋的情況相比，向空腔36釋放熱量有助于更快地將輪胎溫度提升 到至少預(yù)定輪胎溫度。
[0016] 在圖2的實(shí)施例中，絕熱構(gòu)件40為纖維材料制造的毯狀物，作為非限制性的例子， 其為非石棉熱吸收材料、部分陶瓷材料或玻璃纖維材料。可以選擇絕熱構(gòu)件40的顏色，以 影響絕熱構(gòu)件40的熱量吸收和放射率，以通過(guò)絕熱構(gòu)件40實(shí)現(xiàn)期望的熱量屏蔽和熱量釋 放。例如，絕熱構(gòu)件40可以是白色或反射性的顏色，以便將更大部分的輻射熱反射回空腔 36且還向空腔36更慢地輻射出被吸收的熱量。替換地，絕熱構(gòu)件40可以是深色，例如黑 色，以更快地將吸收的熱量輻射到空腔36。在任一情況下，絕熱構(gòu)件40的傳導(dǎo)率熱傳遞是 相同的。也將發(fā)生從絕熱構(gòu)件到車(chē)輪18的一些熱傳遞，但是因?yàn)榻^熱構(gòu)件40具有車(chē)輪18 更低的熱傳導(dǎo)率，所以傳遞率慢。
[0017] 圖3顯示了輪胎車(chē)輪組件112的另一實(shí)施例，其可被用在車(chē)輛10上，代替輪胎車(chē) 輪組件12。輪胎車(chē)輪組件112具有許多與輪胎車(chē)輪組件12相同的部件和特征，如通過(guò)相同 的附圖標(biāo)記表示的。輪胎車(chē)輪組件112具有代替絕熱構(gòu)件40的絕熱構(gòu)件140。絕熱構(gòu)件 140為類(lèi)似于內(nèi)管的囊150。囊150可以是橡膠或其他聚合物材料的。囊50被填充有物質(zhì) 152,其具有比輪胎空腔36中空氣的熱容更大的熱容。物質(zhì)152可以是液體或膠體。如同 絕熱構(gòu)件40,絕熱構(gòu)件140將通過(guò)完全地覆蓋車(chē)輪邊沿28的表面44而屏蔽自輪胎空腔36 的熱量損失。絕熱構(gòu)件140具有允許空腔36加熱到至少預(yù)定期望運(yùn)行溫度（其與輪胎18 的期望溫度相關(guān)）的熱傳導(dǎo)率。在空腔36下降到比第一預(yù)定溫度小的第二預(yù)定溫度時(shí)，或 是由于車(chē)輛10的減速或是由于車(chē)輛10的臨時(shí)停止，隨后的溫度差都將使得吸收的熱量以 將空腔36的溫度加溫到預(yù)定運(yùn)行溫度的速率釋放。即絕熱構(gòu)件140的熱量吸收率允許空 腔36的溫度至少上升到預(yù)定運(yùn)行溫度。絕熱構(gòu)件140由此用作被動(dòng)熱沉，其將車(chē)輛運(yùn)行期 間產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)，以在車(chē)輛10停車(chē)或重新啟動(dòng)時(shí)返回到空腔36,提升輪胎18的溫度，用 于改進(jìn)"冷"車(chē)輛運(yùn)行期間的效率。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，囊150為管狀聚合物材料，其具有比車(chē)輪16的熱傳導(dǎo)率更低的 熱傳導(dǎo)率。液體或膠體物質(zhì)152具有比空氣的熱容更大的相對(duì)高的熱容。即物質(zhì)152具有 比空氣的第一熱容更大的第二熱容。如果物質(zhì)152為液體，則其可以是基于硅的材料，或在 其吸收熱量時(shí)至少部分地凝固或可保持液態(tài)的任何其他材料。在物質(zhì)152釋放熱量時(shí)，其 返回到液體形式。如果物質(zhì)152為膠體，則其可以是與凝膠形式的與液體相似的材料，且可 包括相變劑，其允許物質(zhì)152改善毯狀物150的熱量吸收或排出。已知的相變劑使得材料 在預(yù)定溫度范圍以上從膠體改變?yōu)橐后w或從凝膠改變?yōu)楣腆w。在從膠體到液體或從固體到 液體的相變中，這樣的材料吸收和存儲(chǔ)潛熱，且在從液體到膠體或到固體的相比中，這樣的 材料釋放熱量。但是，盡管有相變，具有相變劑的材料保持相對(duì)恒定的溫度。
[0019] 盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得 知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1. 一種組件，包括： 車(chē)輪，具有邊沿；其中車(chē)輪具有第一熱傳導(dǎo)率； 輪胎，附接到車(chē)輪，以限定被輪胎和邊沿包封的環(huán)形輪胎空腔； 絕熱構(gòu)件，在輪胎空腔中位于邊沿上；且其中，絕熱構(gòu)件具有比第一熱傳導(dǎo)率更低的第 二熱傳導(dǎo)率，且配置為在空腔的溫度高于第一預(yù)定溫度時(shí)從空腔吸收熱量和在空腔的溫度 低于比第一預(yù)定溫度更低的第二預(yù)定溫度時(shí)將吸收的熱量釋放回空腔。
2. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中邊沿具有面對(duì)輪胎空腔的外環(huán)形表面；其中絕熱構(gòu) 件基本上圍繞外環(huán)形表面。
3. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中絕熱構(gòu)件為纖維材料。
4. 如權(quán)利要求3所述的組件，其中纖維材料為白色的，以將至少一些熱量反射回到輪 胎空腔。
5. 如權(quán)利要求3所述的組件，其中纖維材料為黑色的。
6. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中絕熱構(gòu)件為囊。
7. 如權(quán)利要求6所述的組件，其中輪胎空腔中的空氣具有第一熱容；且其中囊被填充 有具有比第一熱容更大的第二熱容的物質(zhì)。
8. 如權(quán)利要求7所述的組件，其中物質(zhì)為液體。
9. 如權(quán)利要求7所述的組件，其中物質(zhì)為膠體。
10. -種車(chē)輛，包括： 推進(jìn)系統(tǒng)； 車(chē)輪，具有邊沿；其中車(chē)輪具有第一熱傳導(dǎo)率； 輪胎，附接到車(chē)輪，以限定被輪胎和邊沿包封的環(huán)形輪胎空腔； 推進(jìn)系統(tǒng)，操作性地連接到車(chē)輪；其中在被推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)時(shí)，車(chē)輪旋轉(zhuǎn)以讓車(chē)輛運(yùn)動(dòng)； 其中旋轉(zhuǎn)中的輪胎的遲滯損失隨著輪胎的溫度達(dá)到預(yù)定輪胎溫度而減少； 絕熱構(gòu)件，在輪胎空腔中位于邊沿上；且其中，絕熱構(gòu)件具有比第一熱傳導(dǎo)率更低的第 二熱傳導(dǎo)率，且配置為在空腔的溫度高于第一預(yù)定溫度時(shí)從空腔吸收熱量和在空腔的溫度 低于比第一預(yù)定溫度更低的第二預(yù)定溫度時(shí)將吸收的熱量釋放回空腔，由此有助于將輪胎 溫度提升到至少預(yù)定輪胎溫度。
【文檔編號(hào)】B60C19/00GK104118281SQ201410171077
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】D.J.施密特, D.L.豪蘭 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司