具有绝热构件的车辆轮胎车轮组件的制作方法
【专利摘要】轮胎车轮组件包括具有边沿的车轮。车轮具有第一热传导率。轮胎附接到车轮，以限定被轮胎和边沿包封的轮胎。绝热构件在轮胎空腔中位于边沿上。绝热构件具有比第一热传导率更低的第二热传导率且配置为在空腔的温度高于第一预定温度时从空腔吸收热量。绝热构件还配置为在空腔的温度低于比第一预定温度更低的第二预定温度时将吸收的热量释放回到空腔。
【专利说明】具有绝热构件的车辆轮胎车轮组件
【技术领域】
[0001] 本发明通常包括具有轮胎的车轮组件。
【背景技术】
[0002] 轮胎在车辆的燃料经济性方面具有重要的作用。轮胎在其沿道路表面滚动时消耗 能量，在道路表面和车辆之间产生的各种力下偏转。重复的变形循环和恢复消耗能量称为 迟滞损失（hysteretic loss)。能量最终通过燃料提供。由于轮胎结构中的迟滞损失，一定 量的能量会在轮胎结构中消耗且随后作为热量排出到周围环境中。随着轮胎温度的增加， 轮胎通常变成更高效，排出更少的能量到环境。从轮胎到环境存在多个热量排出路径且这 些路径中的一些比其他的传输更多能量。
【发明内容】
[0003] 轮胎车轮组件包括具有的边沿车轮。车轮具有第一热传导率。轮胎附接到车轮， 以限定被轮胎和边沿包封的轮胎。绝热构件在轮胎空腔中位于边沿上。绝热构件具有比第 一热传导率更低的第二热传导率且配置为在空腔的温度高于第一预定温度时从空腔吸收 热量。绝热构件还配置为在空腔的温度低于比第一预定温度更低的第二预定温度时将吸收 的热量释放回到空腔。绝热构件可以是纤维毯状物。在另一实施例中，绝热构件为填充有 液体或胶体的囊。轮胎车轮组件有助于保持行驶期间产生的温暖空气的温暖程度。
[0004] 绝热构件可以是被动热沉材料，其吸收车辆运行期间产生的热量以在车辆停车或 在车辆运行开始时返回到车辆空腔，提升轮胎的温度，用于改进"冷"车辆运行期间的效率， 同时轮胎稳定化到其正常（完全被升温）的运行温度。绝热构件减少轮胎车轮组件的热量 形式的能量损失且应该能在短持续行驶循环中增加轮胎的燃料效率，在所述短持续行驶循 环中轮胎通常没有时间达到完全被升温的运行温度。
[0005] 在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理 解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1是车辆的示意性侧视图，其具有根据本发明一个方面的车轮轮胎组件的第一 实施例。
[0007] 图2是沿图1的2-2线截取的图1的车轮轮胎组件的示意性截面图。
[0008] 图3是用于根据本发明另一方面的车辆的车轮轮胎组件的第二实施例的示意性 截面图。
【具体实施方式】
[0009] 参见附图，其中相同的附图标记在几幅图中代表相同的部件，图1显示了具有四 个轮胎车轮组件12 (如图1所示了两个）的车辆10。在车辆10被推进系统14提供动力时 每一个轮胎车轮组件12旋转，以让车辆10运动。推进系统14通过与前车轮组件12、后车 轮组件12或两者的驱动连接操作性地连接到车轮组件12。推进系统14可包括任何已知组 合的发动机、变速器和驱动传动系。
[0010] 每一个轮胎车轮组件12包括车轮16和安装在车轮16上的轮胎18。轮胎18至少 部分地用橡胶复合物制造。轮胎18的整个结构在车辆10相对于道路20运动而轮胎18旋 转时不断地改变形状，造成迟滞损失。由于轮胎16的粘弹性的特点，轮胎16的迟滞损失随 轮胎16的温度达到预定轮胎温度而减少。例如，在轮胎16的胎面部分17与道路20接合 时，如图1所示，其必须根据道路表面挠曲和变形。以这种方式进行挠曲和变形而消耗的能 量通常在较低的轮胎温度下为最大，例如在冷的天气下，在车辆已经有一段时间未使用时， 或在车辆暂时地停止，例如在交通路况中停止了较长时间时。还会在车辆10被更慢地行驶 期间经历较低的轮胎温度。即轮胎温度至少部分地取决于车辆的速度。
[0011] 参见图2,车轮16具有中心盘片22,其具有用于将车轮安装到车辆车轴的导孔24 和带耳螺母开口 26。车轮16包括环形边沿28,其可与盘片22整体地形成。边沿28具有 配置为接收轮胎18的轮胎胎圈32、34的座部29、30。在轮胎18经由气门（未示出）充气 时，通过边沿28和轮胎18限定加压的环形轮胎空腔36。轮胎空腔36被边沿28和轮胎18 包封。
[0012] 包括边沿28的车轮16是例如钢的金属材料。车轮16具有大于轮胎18的热传导 率的第一热传导率。例如，如果车轮16为铝合金，则其可以具有约215瓦/米/开尔文（W/ m/K)的热传导率。如果车轮16为钢，则其可以具有约33W/m/K的热传导率。因而，在已知 的轮胎车轮组件中，来自轮胎空腔的大部分热量损失经过车轮的边沿，在轮胎空腔的温度 达到预定运行温度之前经过更长的时间和更大的迟滞损失。本发明的轮胎车轮组件12通 过提供绝热构件40而解决该问题，所述绝热构件接触和覆盖轮胎胎圈29、30之间的边沿28 的整个外环形表面42 (否则其会露出到轮胎空腔36)。即绝热构件40在车轮16的周缘45 处覆盖轮胎胎圈29、30之间的边沿28的环形表面44,从而整个空腔36被轮胎18和绝热构 件40围绕。换句话说，车轮16没有暴露到轮胎空腔36的部分。
[0013] 绝热构件40具有比车轮16的第一热传导率更低的第二热传导率。换句话说，绝热 构件40是比车轮16相对更好的绝热体。例如，绝热构件40可以是具有0. 03W/m/K的热传 导率的泡沫材料。绝热构件40的材料被选择为，至少直到空腔36中包含的空气达到第一 预定温度（该第一预定温度与轮胎18的期望预定运行温度和轮胎18的运行效率相对应） 之前，使得第一热传导率将极大地屏蔽来自空腔36的热量损失。在一个例子中，第一预定 运行温度比轮胎周围环境的环境温度高约30摄氏度（°C )。如果环境温度为20°C，则第一 预定运行温度为50°C。绝热构件40的热量吸收率允许空腔36比边沿28的表面44接触空 腔36时更快速地到达第一预定运行温度。绝热构件40在空腔36的温度高于第一预定温 度时从空腔36吸收热量。即绝热构件40的热量吸收率允许空腔36的温度至少上升到预 定运行温度。绝热构件40由此用作被动热沉，其将车辆运行期间产生的能量存储，以在车 辆10停车或重新启动时返回到空腔36,提升轮胎18的温度，用于改进"冷"车辆运行期间 的效率。减小经车轮16的热传递速率可以允许轮胎18从能量效率方面更快速地到达更有 利的温度水平，减少轮胎18的能量消耗且由此增加车辆10的燃料效率。换句话说，绝热构 件40减少热量形式的轮胎车轮组件12的能量损失且在短持续行驶循环中增加轮胎18的 燃料效率，在所述短持续行驶循环中轮胎18通常没有时间达到第一预定运行温度。
[0014] 在绝热构件40和周围环境之间的温度差将促使传导率热传递从绝热构件40通过 轮胎18和/或车轮16到达周围环境47时，通过绝热构件40吸收的至少一些热量将通过 经边沿28的热传递而被释放到周围环境47 (即车辆10的外部，如图1所示）。
[0015] 进而，绝热构件40的材料被选择为使得，在空腔36的温度随后由于车辆的减速或 车辆的临时停止（例如交通路况中或在车辆10完全关闭的相对短的时间内）而降低到第 二预定温度以下时，绝热构件40和空腔36之间的温度差使得至少一些被吸收的热量从绝 热构件40释放到空腔36中。第二预定温度比第一预定温度更低。在一个例子中，第二预 定温度比第一预定温度低l〇°C。所以，如果环境温度为20°C，则第二预定温度为40°C。在 其他例子中，第二预定温度可以是第一预定温度低5°C到20°C范围的任何温度。与车轮边 沿18未被绝热构件40覆盖的情况相比，向空腔36释放热量有助于更快地将轮胎温度提升 到至少预定轮胎温度。
[0016] 在图2的实施例中，绝热构件40为纤维材料制造的毯状物，作为非限制性的例子， 其为非石棉热吸收材料、部分陶瓷材料或玻璃纤维材料。可以选择绝热构件40的颜色，以 影响绝热构件40的热量吸收和放射率，以通过绝热构件40实现期望的热量屏蔽和热量释 放。例如，绝热构件40可以是白色或反射性的颜色，以便将更大部分的辐射热反射回空腔 36且还向空腔36更慢地辐射出被吸收的热量。替换地，绝热构件40可以是深色，例如黑 色，以更快地将吸收的热量辐射到空腔36。在任一情况下，绝热构件40的传导率热传递是 相同的。也将发生从绝热构件到车轮18的一些热传递，但是因为绝热构件40具有车轮18 更低的热传导率，所以传递率慢。
[0017] 图3显示了轮胎车轮组件112的另一实施例，其可被用在车辆10上，代替轮胎车 轮组件12。轮胎车轮组件112具有许多与轮胎车轮组件12相同的部件和特征，如通过相同 的附图标记表示的。轮胎车轮组件112具有代替绝热构件40的绝热构件140。绝热构件 140为类似于内管的囊150。囊150可以是橡胶或其他聚合物材料的。囊50被填充有物质 152,其具有比轮胎空腔36中空气的热容更大的热容。物质152可以是液体或胶体。如同 绝热构件40,绝热构件140将通过完全地覆盖车轮边沿28的表面44而屏蔽自轮胎空腔36 的热量损失。绝热构件140具有允许空腔36加热到至少预定期望运行温度（其与轮胎18 的期望温度相关）的热传导率。在空腔36下降到比第一预定温度小的第二预定温度时，或 是由于车辆10的减速或是由于车辆10的临时停止，随后的温度差都将使得吸收的热量以 将空腔36的温度加温到预定运行温度的速率释放。即绝热构件140的热量吸收率允许空 腔36的温度至少上升到预定运行温度。绝热构件140由此用作被动热沉，其将车辆运行期 间产生的能量存储，以在车辆10停车或重新启动时返回到空腔36,提升轮胎18的温度，用 于改进"冷"车辆运行期间的效率。
[0018] 在一个实施例中，囊150为管状聚合物材料，其具有比车轮16的热传导率更低的 热传导率。液体或胶体物质152具有比空气的热容更大的相对高的热容。即物质152具有 比空气的第一热容更大的第二热容。如果物质152为液体，则其可以是基于硅的材料，或在 其吸收热量时至少部分地凝固或可保持液态的任何其他材料。在物质152释放热量时，其 返回到液体形式。如果物质152为胶体，则其可以是与凝胶形式的与液体相似的材料，且可 包括相变剂，其允许物质152改善毯状物150的热量吸收或排出。已知的相变剂使得材料 在预定温度范围以上从胶体改变为液体或从凝胶改变为固体。在从胶体到液体或从固体到 液体的相变中，这样的材料吸收和存储潜热，且在从液体到胶体或到固体的相比中，这样的 材料释放热量。但是，尽管有相变，具有相变剂的材料保持相对恒定的温度。
[0019] 尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得 知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
【权利要求】
1. 一种组件，包括： 车轮，具有边沿；其中车轮具有第一热传导率； 轮胎，附接到车轮，以限定被轮胎和边沿包封的环形轮胎空腔； 绝热构件，在轮胎空腔中位于边沿上；且其中，绝热构件具有比第一热传导率更低的第 二热传导率，且配置为在空腔的温度高于第一预定温度时从空腔吸收热量和在空腔的温度 低于比第一预定温度更低的第二预定温度时将吸收的热量释放回空腔。
2. 如权利要求1所述的组件，其中边沿具有面对轮胎空腔的外环形表面；其中绝热构 件基本上围绕外环形表面。
3. 如权利要求1所述的组件，其中绝热构件为纤维材料。
4. 如权利要求3所述的组件，其中纤维材料为白色的，以将至少一些热量反射回到轮 胎空腔。
5. 如权利要求3所述的组件，其中纤维材料为黑色的。
6. 如权利要求1所述的组件，其中绝热构件为囊。
7. 如权利要求6所述的组件，其中轮胎空腔中的空气具有第一热容；且其中囊被填充 有具有比第一热容更大的第二热容的物质。
8. 如权利要求7所述的组件，其中物质为液体。
9. 如权利要求7所述的组件，其中物质为胶体。
10. -种车辆，包括： 推进系统； 车轮，具有边沿；其中车轮具有第一热传导率； 轮胎，附接到车轮，以限定被轮胎和边沿包封的环形轮胎空腔； 推进系统，操作性地连接到车轮；其中在被推进系统推进时，车轮旋转以让车辆运动； 其中旋转中的轮胎的迟滞损失随着轮胎的温度达到预定轮胎温度而减少； 绝热构件，在轮胎空腔中位于边沿上；且其中，绝热构件具有比第一热传导率更低的第 二热传导率，且配置为在空腔的温度高于第一预定温度时从空腔吸收热量和在空腔的温度 低于比第一预定温度更低的第二预定温度时将吸收的热量释放回空腔，由此有助于将轮胎 温度提升到至少预定轮胎温度。
【文档编号】B60C19/00GK104118281SQ201410171077
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】D.J.施密特, D.L.豪兰 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司