面向山石路段的自适应变形轮胎及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆轮胎领域，更具体地说，涉及一种面向山石路段的自适应变形轮胎及其控制方法。

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。当车辆驶入山石路段时，现有常见轮胎难以发生大变形从而严重降低了车辆的通过性；另外在山石地形与路况下，现有常见轮胎变形量一旦达到或超过其极限变形量，将严重影响轮胎的服役寿命，甚至导致轮胎爆胎引发车辆安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种面向山石路段的自适应变形轮胎及其控制方法，利用具有形状记忆特性的智能材料，使轮胎结构在通过山石路段时基于热刺激原位驱动转变成为另外一种结构形式从而可以增大轮胎变形量，使车辆顺利通过山石路段，同时减小对轮胎的损伤，待车辆驶离山石路段时，车辆轮胎结构基于热刺激原位驱动恢复原始状态以提高车速与燃油经济性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种面向山石路段的自适应变形轮胎，包括车轮胎面、辐条和轮毂，所述辐条中部设有通孔段，所述通孔段的孔内穿设有用于加热的电阻丝，所述电阻丝的两端外接直流稳压电源，所述辐条和轮毂材质为具有形状记忆特性的树脂材料。

上述方案中，所述车轮胎面和所述辐条及轮毂采用光固化3D打印工艺混合一体成形。

上述方案中，所述电阻丝的直径为0.1～0.2mm。

上述方案中，所述通孔中心间距为1～1.2mm，所述通孔直径为0.5～0.6mm。

上述方案中，所述直流稳压电源与控制开关连接。

本发明还提供了一种所述的面向山石路段的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，所述辐条发生折弯；待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，所述辐条保持折弯状态不变；待车辆驶离山石路段时，打开电源开关对电阻丝进行通电，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，所述辐条伸直展开成180°恢复原始状态；车辆在常规路段行驶时，关闭电源开关，所述辐条通孔段冷却至室温，所述辐条保持伸直状态不变。

实施本发明的面向山石路段的自适应变形轮胎及其控制方法，具有以下有益效果：

1、本发明通过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，使轮胎结构在通过山石路段时转化成另外一种形式从而可以增大轮胎变形量，使车辆顺利通过山石路段，同时减小对轮胎的损伤。

2、本发明中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为面向山石路段的自适应变形轮胎在常规路段行驶状态的结构示意图；

图6为面向山石路段的自适应变形轮胎在山石路段行驶状态的结构示意图；

图7为面向山石路段的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、车轮胎面；2、辐条；3、轮毂；4、辐条通孔段。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1所示为辐条通孔段4在热刺激下的变形响应及过程，辐条材质为具有形状记忆特性的树脂材料，当辐条通孔段4温度达到其玻璃化转变温度T

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，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T

图4所示为试验测试得到的不同电源功率下辐条通孔段4的变形响应特性，辐条通孔段4变形响应速率随着电源功率的增加而增加。

图5所示一种面向山石路段的自适应变形轮胎，轮胎结构包括车轮胎面1、辐条2和轮毂3，辐条2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，通孔内穿设有电阻丝，电阻丝的直径为0.1～0.2mm，电阻丝的两端外接直流稳压电源。车轮胎面1材质为类橡胶材料，辐条2及轮毂3材质为具有形状记忆特性的树脂材料，车轮胎面1和辐条2及轮毂3采用光固化3D打印工艺混合一体成形。

本发明还提供了一种面向山石路段的自适应变形轮胎的控制方法，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，可以根据所设计的面向山石路段的自适应变形轮胎中的辐条2体积大小及数量而对电源功率进行适当的调整，如当辐条2数量较多时，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4温度超过其玻璃化转变温度时，辐条通孔段4受热变软，辐条2发生折弯，自适应变形轮胎整体结构基于热刺激原位驱动转变成为图6所示结构状态。待车辆行驶至山石路段时，关闭电源开关，辐条通孔段4冷却至室温，辐条2保持折弯状态不变。车辆驶离山石路段后，打开电源开关对电阻丝进行通电，待辐条通孔段4温度超过其玻璃化转变温度时，辐条通孔段4受热变软，辐条2伸直并恢复如图5所示原始状态。车辆在常规路段行驶时，关闭电源开关，辐条通孔段4冷却至室温，辐条2保持伸直状态不变。

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。