胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法
阅读说明：本技术 胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法 (Tread width controllable and adjustable self-adaptive deformation tire and deformation control method thereof ) 是由 吴孟武 耿雪晴 华林 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法,自适应变形轮胎包括胎面、第一辐条、第二辐条、主轴、套筒和撑杆,所述第一辐条、第二辐条安装在主轴的两端,所述套筒套装在主轴上,所述套筒通过撑杆与第一辐条和第二辐条连接,所述第一辐条和第二辐条支撑胎面,所述第一辐条和第二辐条上设有辐条通孔段,所述辐条通孔段的孔内穿设有用于加热的电阻丝,所述电阻丝与电源连接；所述辐条、撑杆、套筒和主轴材质均为具有形状记忆特性的树脂材料。本发明利用具有形状记忆特性的智能材料,使轮胎胎面可以根据地形与路况在宽面与窄面之间变化,从而提高车辆在全地形路面上的通过性,减少轮胎更换的次数。(The invention relates to a tread width controllable adjustment self-adaptive deformation tire and a deformation control method thereof, wherein the self-adaptive deformation tire comprises a tread, a first spoke, a second spoke, a main shaft, a sleeve and a support rod, wherein the first spoke and the second spoke are arranged at two ends of the main shaft; the spokes, the stay bars, the sleeves and the main shaft are all made of resin materials with shape memory characteristics. The invention utilizes the intelligent material with the shape memory characteristic to ensure that the tire tread of the tire can change between a wide surface and a narrow surface according to the terrain and road conditions, thereby improving the trafficability of the vehicle on the all-terrain road surface and reducing the times of tire replacement.)
技术领域
本发明涉及车辆轮胎领域，更具体地说，涉及一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法。
背景技术
随着时代的发展，人类的活动范围及空间越来越大，对各类车辆在复杂地形与路况下的机动性提出了更高的要求。传统的轮胎结构形式无法灵活地适应各种复杂地形与路况，当车辆驶入山石路段或者沙坑泥泞路段时，现有常见轮胎要么难以通过山石障碍，要么容易发生打滑情况，从而严重降低了车辆的通过性与安全性。针对各种不同的地形与路况，车辆通常需要频繁的更换不同类型的轮胎。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法，利用具有形状记忆特性的智能材料，使轮胎胎面可以根据地形与路况在宽面与窄面之间变化，从而提高车辆在全地形路面上的通过性，减少轮胎更换的次数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法，包括胎面、第一辐条、第二辐条、主轴、套筒和撑杆，所述第一辐条、第二辐条安装在主轴的两端，所述套筒套装在主轴上，所述套筒通过撑杆与第一辐条和第二辐条连接，所述第一辐条和第二辐条支撑胎面，所述第一辐条和第二辐条上设有辐条通孔段，所述辐条通孔段的孔内穿设有用于加热的电阻丝，所述电阻丝与电源连接；所述辐条、撑杆、套筒和主轴材质均为具有形状记忆特性的树脂材料。
上述方案中，所述胎面、第一辐条、第二辐条、套筒及撑杆采用光固化3D打印工艺混合一体成形。
上述方案中，所述主轴采用光固化3D打印工艺单独成形。
上述方案中，所述电源上设有控制开关。
本发明还提供了一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎的控制方法，当车辆行驶至山石路段前，打开电源开关对电阻丝通电，待所述辐条通孔段温度超过其玻璃化转变温度时，辐条通孔段受热变软，所述第一辐条和第二辐条向外发生折弯，并带动所述胎面由宽面变为窄面；
车辆行驶至山石路段时，关闭电源开关，所述辐条通孔段冷却至室温，所述第一辐条和第二辐条保持折弯状态不变，所述胎面保持窄面不变；
当车辆行驶至沙坑泥泞路段前，打开电源开关对电阻丝通电，待所述辐条通孔段温度超过其玻璃化转变温度时，辐条通孔段受热变软，所述第一辐条和第二辐条伸直展开成180°，并带动所述胎面由窄面变为宽面；
待车辆行驶至沙坑泥泞路段时，关闭电源开关，所述辐条通孔段冷却至室温，所述第一辐条和第二辐条保持伸直状态不变，所述胎面保持宽面不变。
实施本发明的胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法，具有以下有益效果：
本发明利用对穿设于辐条通孔中的电阻丝通电可以控制辐条通孔段的温度及辐条伸直与折弯状态，并带动所述轮胎胎面根据地形与路况在宽面与窄面之间变化，从而提高车辆在全地形路面上的通过性，减少轮胎更换的次数。本发明中的一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎及其变形控制方法基于智能材料的可变刚度与驱动特性，改变了过去传统机械结构“机械传动+电机驱动”的工作模式，实现了智能材料与结构的原位驱动工作模式，具有结构紧凑、控制简单、可靠性高等优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为辐条通孔段在热刺激下的变形响应及过程示意图；
图2为试验测试得到的具有形状记忆特性的树脂材料储能模量随温度的变化趋势示意图；
图3为试验测试得到的具有形状记忆特性的树脂材料损耗因子随温度的变化趋势示意图；
图4为试验测试得到的不同电源功率下辐条通孔段的变形响应特性示意图；
图5为胎面宽度可控调节自适应变形轮胎宽面状态示意图；
图6为胎面宽度可控调节自适应变形轮胎窄面状态示意图；
图7为胎面宽度可控调节自适应变形轮胎变形方式智能控制流程图。
其中，图5-图6中的附图标记为：1、胎面；2、第一辐条；3、撑杆；4、套筒；5、主轴；6、第二辐条；7、辐条通孔段。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
作为一个优选实施例，图1所示为辐条通孔段在热刺激下的变形响应及过程，所述辐条材质为具有形状记忆特性的树脂材料，当辐条通孔段温度达到其玻璃化转变温度Tg时，在外力的作用下辐条发生变形；保持外力约束至辐条通孔段温度降至玻璃化转变温度Tg以下时变形停止；去除外力约束，辐条通孔段保持变形状态不变；再次加热辐条通孔段使其温度达到其玻璃化转变温度Tg，辐条通孔段变形自行回复至原始态。
作为一个优选实施例，图2及图3所示为试验测试得到的树脂材料VeroWhite储能模量及损耗因子随温度的变化趋势，所述树脂材料具有良好的形状记忆特性，加载温度从-10℃到80℃时其储能模量从2154Mpa下降到24.3Mpa，其玻璃化转变温度Tg在48℃左右，高出室温合适的温度，便于热刺激下的变形响应。
作为一个优选实施例，图4所示为试验测试得到的不同电源功率下辐条通孔段的变形响应特性，所述辐条通孔段变形响应速率随着电源功率的增加而增加。
作为一个优选实施例，图5所示一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎，轮胎结构包括胎面1、第一辐条2、第二辐条6、撑杆3、套筒4和主轴5，第一辐条2、第二辐条6安装在主轴5的两端，套筒4套装在主轴5上，套筒4通过撑杆3与第一辐条2和第二辐条6连接，第一辐条2和第二辐条6支撑胎面1，第一辐条2和第二辐条6上设有辐条通孔段7，辐条通孔段7的孔内穿设有用于加热的电阻丝。辐条通孔段7上开设有多个通孔，通孔中心间距为1～1.2mm，通孔直径为0.5～0.6mm，电阻丝直径为0.1～0.2mm，电阻丝两端外接直流稳压电源。
作为一个优选实施例，图5所示一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎，胎面1材质为类橡胶材料，第一辐条2、第二辐条6、撑杆3、套筒4和主轴5材质均为具有形状记忆特性的树脂材料，胎面1、第一辐条2、第二辐条6、撑杆3及套筒4采用光固化3D打印工艺混合一体成形，主轴5采用光固化3D打印工艺单独成形。
本发明还提供了一种胎面宽度可控调节自适应变形轮胎的控制方法，如图5所示，轮胎的自适应变形控制组件包括电源开关。当车辆行驶至山石路段前，打开电源开关对电阻丝通电，并将电源功率控制在1.5～3W；具体实施时，可以根据所设计的胎面宽度可控调节自适应变形轮胎中的第一辐条2、第二辐条6体积大小及数量而对电源功率进行适当的调整，如当辐条的根数较多时，可以适当的提高电源功率。本设计中的电源功率1.5～3W只是举例说明，并不具有限定作用。待辐条通孔段7温度超过其玻璃化转变温度时，辐条通孔段7受热变软，第一辐条2、第二辐条6向外发生折弯，轮胎胎面1如图6所示由宽面变为窄面；待车辆行驶至山石路段时，关闭电源开关，辐条通孔段7冷却至室温，第一辐条2、第二辐条6保持折弯状态不变，轮胎胎面1保持窄面不变。当车辆行驶至沙坑泥泞路段前，打开电源开关对电阻丝通电，并将电源功率控制在1.5～3W，待辐条通孔段7温度超过其玻璃化转变温度时，辐条通孔段7受热变软，第一辐条2、第二辐条6伸直展开成180°，轮胎胎面1如图5所示由窄面变为宽面；待车辆行驶至沙坑泥泞路段时，关闭电源开关，辐条通孔段7冷却至室温，第一辐条2、第二辐条6保持伸直状态不变，轮胎胎面1保持宽面不变。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
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