專利名稱：減小輪胎中振動的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及減小輪胎或相應(yīng)的車輪裝配體中的振動的系統(tǒng)和方法。更具體地說，提供了干擾輪胎的空腔諧振、調(diào)整輪胎的胎側(cè)強(qiáng)度、以及通過影響輪胎接觸面積來控制輪胎性能的典型技術(shù)。
背景技術(shù)：
車輪振動的出現(xiàn)是影響與多種機(jī)械運(yùn)輸工具相關(guān)的持久性、性能和舒適程度的固有問題。當(dāng)車輛沿地面行駛時，來自地面的推力和摩擦能可能被轉(zhuǎn)化為車輛輪胎和/或車輪裝配體內(nèi)的振動形式的能量。這樣產(chǎn)生的振動易于提高輪胎的溫度，還產(chǎn)生可能令駕駛員不適的噪音。因此，期望限制與車輛輪胎裝配體相關(guān)的機(jī)械振動水平。
與所有受到驅(qū)動力作用的物理系統(tǒng)一樣，轉(zhuǎn)動輪胎的表現(xiàn)類似于空腔諧振器。因此，在特定的車速下，輪胎的部分機(jī)械能將被轉(zhuǎn)化為諧振。這種現(xiàn)象對輪胎裝配體來說特別需要注意，因?yàn)橹C振傳播中的衰減通常低于其他振動形式的能量。通過改變機(jī)械系統(tǒng)的諧振方式，可以降低諧振能水平并減小物理振動。
本主題的選擇性實(shí)施例為致動器機(jī)械裝置提出利用介電彈性體來幫助控制輪胎或車輪裝配體的振動特征和諧振性質(zhì)。介電彈性體的某些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被認(rèn)識，如美國專利US 6,545,384(Pelrine等)，以及美國專利申請公開US 2002/0130673(Pelrine等)所揭示的，這里為了各種目的通過引用的形式引入。然而，這項(xiàng)技術(shù)在不停地發(fā)展，因此為利用介電彈性體的新申請鋪平了道路。本主題的一些方面闡述目前已經(jīng)被提出的問題，另一些方面涉及輪胎和車輪裝配體中振動能量的產(chǎn)生，并提出減小此類振動的方法。此類以及其他利用與輪胎或車輪裝配體結(jié)合的介電彈性體結(jié)構(gòu)的方法將在本申請余下的部分中進(jìn)行詳細(xì)描述。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于本主題提到的已被認(rèn)識到的特征，開發(fā)了用來減小輪胎中的振動的改良特征和方法。把介電彈性體材料作為致動器設(shè)備以調(diào)整輪胎的空腔諧振特征。這樣的介電彈性體對應(yīng)于一部分具有形成于彈性體相對兩側(cè)的第一和第二電極的彈性體材料。向電極施加被控電壓可以獲得相應(yīng)的變形，因此在介電彈性體內(nèi)獲得機(jī)械驅(qū)動。
本主題中的介電彈性體技術(shù)的不同特征和方面及其在輪胎中的相應(yīng)應(yīng)用具有很多優(yōu)點(diǎn)。由于它們獨(dú)特的電極結(jié)構(gòu)，被介紹的介電彈性體材料具有重要的設(shè)計(jì)多樣性。彈性體材料的形式可以是片狀、折疊片、卷繞條、或?yàn)榱苏嫌诟鞣N特定的裝配環(huán)境中的用戶定制的其他形式。
本技術(shù)的另一個優(yōu)點(diǎn)是介紹的介電彈性體材料可以用來干擾輪胎的空腔諧振，因此減小了輪胎振動。輪胎振動的減小可以降低輪胎內(nèi)部的溫度以及輪胎裝配體產(chǎn)生的噪音。減小振動還可以延長輪胎的壽命，提高駕駛員的相對舒適度。
本主題的另一個優(yōu)點(diǎn)是介紹的介電彈性體致動器可以用來影響胎側(cè)的強(qiáng)度，這樣可影響輪胎的某些性能特征?？刂铺?cè)變形可以增加輪胎的接觸面以提高牽引力，或者減小輪胎的接觸面以降低滾動阻力和提高總的燃料效率。
在本主題的一個典型實(shí)施例中，具有能夠調(diào)整輪胎的空腔諧振的組合特征的輪胎裝配體包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)、介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)和電荷源。充氣輪胎結(jié)構(gòu)的特征是其胎冠具有與地面接觸的外胎面部分，胎圈部分將輪胎固定在車輪的輪緣上，胎側(cè)部分在每一胎圈和胎冠之間、以及內(nèi)胎冠和胎側(cè)面之間延伸。介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)被結(jié)合在沿著輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)胎冠和胎側(cè)面選定的位置，其包括至少一個介電彈性體部分。該介電彈性體部分包括一層在其相對表面具有第一和第二反相電極的彈性材料。電荷源耦合至該介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的選定的第一和第二反相電極，以向該至少一個介電彈性體部分選擇性施加電壓，這樣就可以調(diào)節(jié)該至少一個介電彈性體部分的有效表面積。
在一些更具體的輪胎裝配體實(shí)施例中，介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)包括兩塊橡膠板，它們?yōu)楦接谙鹉z板之間的多個介電彈性體部分提供開放的或完全封閉的包圍。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以通過向介電彈性體部分選擇性施加電壓來調(diào)節(jié)橡膠板之間的寬度。而另一個介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個或多個組合的介電彈性體片，其用來定義根據(jù)施加在該一個或多個介電彈性體片上的電荷水平而具有不同體積的空間區(qū)域。另一個介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)對應(yīng)附于輪胎結(jié)構(gòu)的選定的相對內(nèi)胎側(cè)面之間的多個介電彈性體條。在一些實(shí)施例中，介電彈性體部分還可以對應(yīng)單層片、折疊片、褶狀片或卷繞條。
在本主題的其他更特別的實(shí)施例中，可以將微控制器耦合至電荷源并使其監(jiān)測及調(diào)節(jié)電荷源施加在該至少一個介電彈性體部分的電壓。還可以將條件響應(yīng)設(shè)備(例如傳感器等)耦合至該微控制器并使其檢測與輪胎結(jié)構(gòu)相關(guān)的預(yù)定義的特征(例如溫度、壓力、振動或噪音水平等)。檢測到的這些特征的水平幫助調(diào)節(jié)電荷源施加在該至少一個介電彈性體部分的可變電壓。車輛操作者還可以通過用戶輸入接口進(jìn)行輸入來手動控制施加的電壓水平以影響車輛性能的某些期望水平。
本主題的另一個實(shí)施例對應(yīng)一種調(diào)節(jié)輪胎空腔諧振的方法，還包括沿著輪胎結(jié)構(gòu)選定的內(nèi)表面提供至少一個介電彈性體部分、監(jiān)測至少一個與輪胎結(jié)構(gòu)相關(guān)的預(yù)定義的特征(例如溫度、壓力、振動、噪音)、向該至少一個介電彈性體部分選擇性施加電荷的步驟。施加的電荷量取決于監(jiān)測到的至少一個預(yù)定義的特征的水平，并且施加的電荷量決定了該至少一個介電彈性體部分的導(dǎo)致影響輪胎結(jié)構(gòu)的諧振特征的機(jī)械變形量。提供至少一個介電彈性體部分的步驟還可以更具體地對應(yīng)如前面提到的提供典型介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)。
本主題的另一個實(shí)施例對應(yīng)具有調(diào)節(jié)輪胎胎側(cè)的強(qiáng)度并收集電能的組合特征的輪胎裝配體。這樣的輪胎裝配體可以包括如前面描述的充氣輪胎結(jié)構(gòu)、多個介電彈性體部分和至少一個能量存儲設(shè)備。該多個介電彈性體部分附于該充氣輪胎的選定的內(nèi)表面之間，每個介電彈性體部分包括一層在其相對表面上具有第一和第二電極的彈性材料。在一實(shí)施例中，這樣的部分還可以通過卷繞形成介電彈性體條。該介電彈性體部分適于在受到機(jī)械力時產(chǎn)生電能以及在被施加電能時產(chǎn)生機(jī)械變形。該耦合至多個介電彈性體部分的至少一個能量存儲設(shè)備被配置為儲存由介電彈性體部分產(chǎn)生的選定數(shù)量的電能，并且當(dāng)期望不同程度的機(jī)械變形時，作為可以施加電壓的電荷源。
通過此處的詳細(xì)描述，將闡述本主題的其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，或者其對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。同時，還應(yīng)注意可以在不同的實(shí)施例中以及在不背離本主題的精神和范圍的前提下對本發(fā)明的使用中運(yùn)用對于此處特別顯示、提到或討論的特征和步驟的修改和改變。變體包括，但是不局限于，用等效方法、特征、或步驟代替那些顯示、提到、或討論過的，以及不同部分、特征、步驟之類的功能上、操作上、或位置上的轉(zhuǎn)變。
另外，應(yīng)該了解本主題的不同實(shí)施例以及不同的目前優(yōu)選的實(shí)施例還可以包括目前揭示的特征、步驟、或元件，或它們的等效體(包括特征、零件或步驟的組合，或者在附圖中沒有清楚顯示或附圖的詳細(xì)描述中沒有明確闡述的結(jié)構(gòu))的不同組合或配置。本主題的其他實(shí)施例，無需在此總述部分描述，還可以包括和含有在上面的總述目標(biāo)中提到的特征、組件、或步驟的方面的不同組合，和/或此申請中以其他方式討論的特征、組件、或步驟。通過閱讀余下的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將更好地領(lǐng)會此類以及其他實(shí)施例的特征和狀況。


為指導(dǎo)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，參考附圖在詳細(xì)描述中對本主題、包括其最佳實(shí)施例進(jìn)行了完整、可行的闡述，其中圖1是典型的充氣輪胎結(jié)構(gòu)和如本發(fā)明的第一個實(shí)施例所述的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的總體截面圖，介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)即位于兩塊橡膠板之間的具有介電彈性體部分的結(jié)構(gòu)；圖2A是圖1所示的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2B是圖1和圖2A所示的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的典型介電彈性體條的平面表示，繪制了在施加及未施加電荷時彈性體條的位置；圖3A至圖3D分別顯示了如本技術(shù)揭示的介電彈性體部分的各種不同結(jié)構(gòu)，即單片、折疊片、褶皺片、和卷繞片結(jié)構(gòu)；圖4是典型充氣輪胎結(jié)構(gòu)和如本發(fā)明第二個實(shí)施例所述的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的總體截面圖，介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)即由介電彈性體部分構(gòu)成的可變體腔；圖5是圖4所示的典型可變體腔的透視表示，繪制了在施加及未施加電荷時介電彈性體部分的典型位置；圖6是典型充氣輪胎結(jié)構(gòu)和如本發(fā)明第三個實(shí)施例所述的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的總體截面透視圖，介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)即為調(diào)節(jié)輪胎結(jié)構(gòu)的胎側(cè)強(qiáng)度以及從中收集電能而設(shè)計(jì)的多個介電彈性體部分；圖7是如本發(fā)明可選實(shí)施例所述的、用于與介電彈性體致動器接口連接的典型電子組件的方框圖表示。
本詳細(xì)描述和附圖中附圖標(biāo)記的重復(fù)使用是為了表示本發(fā)明中相同或相似的特征或元件。
具體實(shí)施例方式
如在發(fā)明內(nèi)容部分討論的，本主題尤其涉及用于調(diào)節(jié)充氣輪胎結(jié)構(gòu)的空腔諧振的特征和步驟。圖1、圖2A和圖2B分別顯示了具有充氣輪胎結(jié)構(gòu)和內(nèi)含的用來調(diào)節(jié)輪胎諧振性質(zhì)的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的輪胎裝配體的第一個實(shí)施例的形態(tài)。該第一實(shí)施例包括多個位于兩塊平行橡膠板之間的介電彈性體部分。圖4和圖5繪制了第二種典型輪胎裝配體的形態(tài)，其包括由適于與充氣輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)表面結(jié)合的介電彈性體片的組合部分構(gòu)成的可變體腔。圖6顯示了與充氣輪胎結(jié)構(gòu)結(jié)合的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的另一個實(shí)施例。圖6所示實(shí)施例包括多個附于輪胎內(nèi)胎側(cè)不同位置的介電彈性體部分。這種結(jié)構(gòu)的介電彈性體部分可以用來調(diào)節(jié)胎側(cè)的強(qiáng)度以及相應(yīng)的輪胎接觸面積，還可以收集由介電彈性體部分的機(jī)械變形產(chǎn)生的電能。介電彈性體部分的不同典型結(jié)構(gòu)包括片狀、折疊片、褶皺片、和卷繞條，如圖3A至圖3D分別所示。參考圖7討論了用于與本技術(shù)所述的介電彈性體致動器接口連接的典型電路組件。
現(xiàn)參考圖1，其顯示了如本主題所述的第一個典型輪胎裝配體10。輪胎裝配體10具有通過組合的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)14來調(diào)節(jié)充氣輪胎結(jié)構(gòu)12的空腔諧振的特征。輪胎結(jié)構(gòu)12的典型特征是具有支撐外胎面部分18的胎冠16以及延伸到胎圈部分22的胎側(cè)20。通常提供輪胎胎圈22是為了可以把輪胎結(jié)構(gòu)12有效地安裝在車輪裝配體的輪緣上。由氣密性材料制成的內(nèi)部襯墊構(gòu)成了輪胎的內(nèi)表面，包括內(nèi)胎冠面24和內(nèi)胎側(cè)面26。胎體在胎圈22和胎冠16之間通過胎側(cè)部分20延伸，在充氣壓力作用下，其定義了輪胎的形狀并傳遞了牽引力和轉(zhuǎn)向力。輪胎結(jié)構(gòu)12中通常沿胎冠16具有帶束層21。
當(dāng)把輪胎結(jié)構(gòu)12安裝在車輪輪緣上時，其受到與車輛沿地面轉(zhuǎn)動相關(guān)的驅(qū)動力，旋轉(zhuǎn)輪胎結(jié)構(gòu)12的表現(xiàn)類似于空腔諧振器。因此，在特定車速下，輪胎的一部分機(jī)械能將被轉(zhuǎn)化為諧振。這種現(xiàn)象對于輪胎裝配體尤其需要注意，因?yàn)橹C振傳播的衰減通常低于其他振動形式的能量。因此，在充氣輪胎結(jié)構(gòu)12中包含介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)14以調(diào)節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的諧振方式。這樣，可以通過對介電彈性體結(jié)構(gòu)14的選擇性致動來削弱諧振，減小物理振動。
圖2A顯示了介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)14的更詳細(xì)示圖。典型致動器結(jié)構(gòu)14包括多個位于大體平行的橡膠板32之間的介電彈性體部分30。通過調(diào)節(jié)橡膠板32之間的寬度34可以干擾含有致動器結(jié)構(gòu)的輪胎結(jié)構(gòu)12的空腔諧振。通過向介電彈性體部分30選擇性施加電荷源(電壓水平)來調(diào)節(jié)寬度34。圖2B繪制了一個處于不同位置狀態(tài)的這樣的介電彈性體部分30。位置30a(由實(shí)線表示)顯示的介電彈性體部分是在未施加電荷的情況下該部分的典型狀態(tài)，位置30b(由虛線表示)顯示的同一部分是在向其施加了預(yù)定義數(shù)量的電荷后該部分的典型狀態(tài)。
介電彈性體部分30可以對應(yīng)多種不同結(jié)構(gòu)，圖3A至圖3D中分別顯示了一些。此處顯示的介電彈性體部分30的每種不同形式通常包括在形成于彈性層36相對表面的兩個電極層38之間提供的一層相對較薄的絕緣(介電)彈性聚合物材料36。電極層38優(yōu)選地由相對易延展(屈服)材料構(gòu)成，例如石墨、碳黑、或其他可以通過噴涂、絲網(wǎng)印刷、光刻技術(shù)或類似方法應(yīng)用于彈性層的恰當(dāng)材料。應(yīng)了解，在一些實(shí)施例中相對的電極層38可以對應(yīng)與單層連續(xù)電極層相對的多個不同的電極部分。介電彈性體部分30可以對應(yīng)如圖3A所示的單片結(jié)構(gòu)、如圖3B所示的折疊片結(jié)構(gòu)、如圖3C的分解圖所示的褶皺片結(jié)構(gòu)、或如圖3D所示的片卷繞成條狀的結(jié)構(gòu)。在圖3B至圖3D所示的典型實(shí)施例中，介電彈性體材料在較小的體積中具有較大的表面積，因此與圖3A中的單片結(jié)構(gòu)相比，材料具有更大的機(jī)械變形趨勢。應(yīng)注意雖然這里討論并顯示了介電彈性體部分30的許多不同典型結(jié)構(gòu)，但還可能出現(xiàn)其他結(jié)構(gòu)。因此，本主題的范圍不應(yīng)限于此處提出的具體結(jié)構(gòu)。
介電彈性體致動器的工作原理是基于電極38之間的Maxwell力能引起彈性材料36變形的性質(zhì)。當(dāng)向介電彈性體致動器施加電壓差時，正電荷出現(xiàn)在一個電極上而負(fù)電荷出現(xiàn)在另一電極上。這些電荷互相吸引引起施加在電極之間的壓力，因此將電極推向一起從而增加了介電彈性體部分在其工作平面內(nèi)的表面積?？梢栽诿绹鴮＠鸘S 6,545,384(Pelrine等)和美國專利申請公開US 2002/0130673(Pelrine等)中找到可以用于本發(fā)明的實(shí)施例中的其他典型介電彈性體結(jié)構(gòu)，這里為了各種目的通過參考文獻(xiàn)的形式引入。
再參考圖1和2A，可以把致動器結(jié)構(gòu)14的一塊或更多橡膠板32附著于輪胎結(jié)構(gòu)12的內(nèi)表面上，例如內(nèi)胎冠面24。這個位置總體上適用于本技術(shù)的目標(biāo)，雖然應(yīng)注意致動器結(jié)構(gòu)14也可以安裝在例如內(nèi)胎側(cè)面26的位置。另外，致動器結(jié)構(gòu)14可以安裝并制備在輪胎結(jié)構(gòu)12內(nèi)，例如在胎體和沿表面24和/或26的內(nèi)部襯墊之間。根據(jù)致動器結(jié)構(gòu)14的多種可能位置，應(yīng)了解術(shù)語“結(jié)合至”通常包含所有的可能位置，包括安裝在輪胎結(jié)構(gòu)上或內(nèi)部。通過為橡膠板32選擇一種與輪胎結(jié)構(gòu)12的材料硫化相容的材料，使致動器14的結(jié)合更容易。因?yàn)閺椥泽w部分30的外電極可以由與經(jīng)常用于輪胎結(jié)構(gòu)12和橡膠板32中的橡膠相容的石墨或碳黑材料制成，所以也容易把介電彈性體部分30附于致動器14的橡膠板32上。雖然圖1和圖2A中沒有顯示，但應(yīng)注意，與設(shè)置在相對板之間不同，致動器結(jié)構(gòu)14的一些實(shí)施例可以對應(yīng)于被完全包圍于橡膠包裹中的介電彈性體部分30。
圖1和圖2A中所示的輪胎裝配體10具有當(dāng)充氣輪胎結(jié)構(gòu)12在運(yùn)行中達(dá)到不良振動方式時適于提供可調(diào)空腔諧振的介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)14。適當(dāng)?shù)膫鞲性O(shè)備可以監(jiān)視輪胎結(jié)構(gòu)12的一個或多個特征以及相對應(yīng)的輪胎性能(例如溫度、壓力、振動或噪音水平等)?；诒O(jiān)測到的輪胎特征，可以選擇性調(diào)節(jié)致動器結(jié)構(gòu)14的橡膠板32之間的寬度以使一個或多個特征最優(yōu)化。如果可以改變機(jī)械輪胎系統(tǒng)10的諧振方式，則可以削減更多的振動能量，也將產(chǎn)生更少的噪音、熱量以及車輛操作者易察覺的振動。其結(jié)果將有助于延長輪胎的壽命，提高車輛的整體舒適度及性能。下面將參考圖7詳細(xì)討論能夠更有效地監(jiān)視和控制操作的、與致動器結(jié)構(gòu)14接口連接的典型電路的其他細(xì)節(jié)。
圖4所示輪胎裝配體10’是另一個具有調(diào)節(jié)輪胎的諧振特性的組合特征的輪胎裝配體的典型實(shí)施例。輪胎裝配體10’包括如前面圖1中定義的充氣輪胎結(jié)構(gòu)12，其具有由相似附圖標(biāo)記表示的相似特征。介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)40具有可變體腔。當(dāng)輪胎的諧振方式接近不良水平時，可以通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)40的體積來抑制輪胎的諧振方式。理論上這與圖1所示的致動器結(jié)構(gòu)類似，雖然它們在整體形式上有顯著不同。
圖5更詳細(xì)地繪制了圖4所示的致動器結(jié)構(gòu)40。介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)40包括多個緊固在一起以構(gòu)成三維空腔的介電彈性體片42(每個在結(jié)構(gòu)上都與圖3A所示的介電彈性體部分類似)?？勺凅w腔可能具有或不具有底面并與輪胎結(jié)構(gòu)12的內(nèi)表面結(jié)合。這種結(jié)合可以是如前所述的致動器結(jié)構(gòu)14的結(jié)合。圖5還顯示了由致動器結(jié)構(gòu)40構(gòu)成的體積如何改變位置，以此提供關(guān)于它的可變體積能力的例子。位于典型位置40a(由實(shí)線表示)的致動器結(jié)構(gòu)顯示了當(dāng)介電彈性片上沒有施加電荷時的結(jié)構(gòu)，而位置40b(由虛線表示)顯示了當(dāng)一個或多個介電彈性體部分被施加了電荷時的結(jié)構(gòu)。
圖6所示的輪胎裝配體10”表示了本技術(shù)的另一個實(shí)施例，其包括可調(diào)節(jié)輪胎的諧振特性的特征。輪胎裝配體10”包括具有與前面參考圖1描述的部分類似的充氣輪胎結(jié)構(gòu)12。介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)50包括多個附于輪胎結(jié)構(gòu)12的內(nèi)表面上的預(yù)定義的兩端部位置之間的介電彈性體部分52。在一個實(shí)施例中，每一介電彈性體部分52的端部被分別附著于輪胎結(jié)構(gòu)12的相對的胎側(cè)面上。在一個實(shí)施例中，介電彈性體部分52對應(yīng)于由介電彈性體材料卷繞片構(gòu)成的介電彈性體條(如圖3D中所示)，雖然也可以使用其他介電彈性體結(jié)構(gòu)。
通過在相對的胎側(cè)面之間附著介電彈性體部分52，致動器結(jié)構(gòu)50不僅可以干擾輪胎結(jié)構(gòu)12的空腔諧振，還適于調(diào)節(jié)輪胎的胎側(cè)強(qiáng)度。影響胎側(cè)強(qiáng)度的能力可以同時影響輪胎性能的許多方面。調(diào)節(jié)胎側(cè)強(qiáng)度可以影響例如輪胎內(nèi)的氣壓、車輛行駛中的舒適度、輪胎的接觸面積等特性。例如，如果輪胎遇到沙質(zhì)或泥濘的路面，可以擴(kuò)大接觸面積以提高輪胎的牽引力。類似地，可以縮小接觸面積以減小滾動阻力并提高總的燃料效率。通過接口電路和可選的用戶選項(xiàng)，可以在一個或多個接觸面積之間轉(zhuǎn)換。
現(xiàn)參考圖7，其顯示了與本技術(shù)所述的典型介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)接口連接的典型電子組件。圖7所示的介電彈性體致動器可以對應(yīng)已描述過的典型結(jié)構(gòu)14、40或50中的任一個。介電彈性體致動器14/40/50中的每一不同介電彈性體部分的一個或多個電極優(yōu)選地耦合至為各自的介電彈性體部分提供電壓的電荷源54。電荷源54可以對應(yīng)多種不同設(shè)備，包括電池、可重復(fù)充電的電容器、或者配置為在輪胎裝配體的機(jī)械運(yùn)動下可以產(chǎn)生電荷的壓電結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，利用了前述的典型電荷源的組合。例如壓電結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生電荷，電荷被儲存在可重復(fù)充電的電容器中，然后被選擇性施加于致動器14/40/50。當(dāng)壓電結(jié)構(gòu)和/或電容器沒有產(chǎn)生足夠的電荷時，可以把電池用作電荷源，其電壓被選擇性施加于致動器14/40/50。
仍然參考圖7，可以通過微控制器56控制電荷源54施加于致動器14/40/50的電荷量。微控制器56可以根據(jù)從一個或多個條件反應(yīng)設(shè)備58接收到的輸入確定電荷量。條件反應(yīng)設(shè)備58可以對應(yīng)傳感器、聲波設(shè)備、或其他輸出隨輸入條件的變化而變化的電子組件。條件反應(yīng)設(shè)備58可以適于檢測如輪胎溫度、壓力、振動或噪音水平等特征。根據(jù)條件反應(yīng)設(shè)備58的輸出，微控制器56與電荷源54通訊，以對致動器14/40/50的介電彈性體部分自動施加適當(dāng)水平的電壓，以最優(yōu)化被測的特征。可以對微控制器56預(yù)編程以對電荷源54施加在致動器14/40/50的電荷水平執(zhí)行某些預(yù)定義的調(diào)節(jié)，或者對微控制器56進(jìn)行配置以使其基于選定的用戶輸入運(yùn)行。當(dāng)用戶輸入可用時(例如通過用戶輸入接口60)，這些輸入可以選擇電荷源54施加的電壓水平，或設(shè)定條件反應(yīng)設(shè)備58的讀數(shù)水平，由微控制器56保證選擇性施加電荷。用戶輸入接口60可以對應(yīng)如轉(zhuǎn)換開關(guān)這樣的簡單接口，或者對應(yīng)用戶可以輸入信息或?qū)ξ⒖刂破?6進(jìn)行編程的外圍計(jì)算機(jī)。
仍然參考圖7，將介紹當(dāng)介電彈性體結(jié)構(gòu)不僅用于提供選擇性致動、還用于收集介電彈性體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電能時，本發(fā)明的實(shí)施例可用的附加性可選特征。本發(fā)明揭示的致動器結(jié)構(gòu)的介電彈性體部分把施加的電力轉(zhuǎn)化為機(jī)械力。然而，介電彈性體通常能作為可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的換能器。因?yàn)樵谲囕v運(yùn)行期間，輪胎結(jié)構(gòu)將經(jīng)受顯著的機(jī)械振動，這些機(jī)械振動能引起與輪胎結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起的介電彈性體部分的機(jī)械變形。當(dāng)介電彈性體部分的機(jī)械變形導(dǎo)致電荷產(chǎn)生時，可以提供能量存儲設(shè)備62來收集其產(chǎn)生的電荷。然后，能量存儲設(shè)備62中儲存的電荷可以和向致動器14/40/50選擇性施加電壓的電荷源52一起使用，或者代替電荷源52。能量存儲設(shè)備62儲存的能量還可以用來驅(qū)動組件，例如微控制器56。當(dāng)能量存儲設(shè)備62和電荷源54一起使用時，這兩個組件可以都耦合至微控制器56以調(diào)節(jié)施加于致動器14/40/50的電壓水平。
在一些實(shí)施例中，能量存儲設(shè)備62可以對應(yīng)電解電容器，雖然也可以使用其他種類的電容器，包括超級電容器或其他。其他典型的能量存儲設(shè)備可以對應(yīng)充電電池。還可以提供補(bǔ)充的能量收集電路(未顯示)，與能量存儲設(shè)備62一起產(chǎn)生受限的能量源以與某些其他電子組件接口連接。應(yīng)注意可以耦合至圖7中表示的電路的電子組件的種類和類型很多，本主題不應(yīng)只限于此處揭示的組件。
雖然已經(jīng)參考具體實(shí)施例對本主題進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)注意通過理解前述內(nèi)容可以容易地提出這些實(shí)施例的替代、變化和等效方法。因此，此處的公布的范圍是作為例子而不是限制，而且主題揭示也不排除包含對本主題所作的對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的修改、變化和/或添加。
權(quán)利要求
1.一種具有調(diào)節(jié)自身的空腔諧振的組合特征的輪胎裝配體，該輪胎裝配體包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)，其特征在于胎冠具有與地面接觸的外胎面部分，胎圈部分將輪胎固定在車輪的輪緣上，胎側(cè)部分在每一胎圈部分和胎冠之間、以及內(nèi)胎冠和胎側(cè)面之間延伸；介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)，其被結(jié)合在沿該充氣輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)胎冠和胎側(cè)面選定的位置，其中的至少一個介電彈性體部分包括一層在其相對表面具有第一和第二電極的彈性材料；電荷源，其耦合至該介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)的選定的第一和第二電極，以向該至少一個介電彈性體部分選擇性施加電壓，以能夠調(diào)節(jié)該至少一個介電彈性體部分的有效表面積。
2.如權(quán)利要求1所述的輪胎裝配體，其中該介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)包括兩塊或多塊橡膠板以及多個附于橡膠板之間、并配置為可根據(jù)該電荷源施加的電壓量選擇性調(diào)節(jié)橡膠板之間的寬度的介電彈性體部分。
3.如權(quán)利要求2所述的輪胎裝配體，其中該兩塊或多塊橡膠板在該多個介電彈性體部分周圍構(gòu)成完全包圍。
4.如權(quán)利要求3所述的輪胎裝配體，其中該多個介電彈性體部分包括一個或多個介電彈性體片結(jié)構(gòu)，折疊介電彈性體片結(jié)構(gòu)、褶皺介電彈性體片結(jié)構(gòu)、以及卷繞介電片結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的輪胎裝配體，其中該介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)包括一個或多個附于該充氣輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上、用來定義一體積區(qū)域的組合的介電彈性體片，其中由一個或多個組合的介電彈性體片構(gòu)成的該體積區(qū)域可根據(jù)該電荷源施加于該一個或多個組合的介電彈性片上的電壓量而變化。
6.如權(quán)利要求1所述的輪胎裝配體，其中該介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)包括多個附著于該充氣輪胎結(jié)構(gòu)的相對內(nèi)胎側(cè)面之間的介電彈性體部分。
7.如權(quán)利要求6所述的輪胎裝配體，其中該多個介電彈性體部分包括一個或多個介電彈性體片結(jié)構(gòu)、折疊介電彈性體片結(jié)構(gòu)、褶皺介電彈性體片結(jié)構(gòu)、以及卷繞介電片結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的輪胎裝配體，其還包括耦合至該電荷源并配置用以監(jiān)測和調(diào)節(jié)該電荷源施加于該至少一個介電彈性體部分的電壓量的微控制器。
9.如權(quán)利要求8所述的輪胎裝配體，其還包括耦合至該微控制器的、用于檢測至少一個與該充氣輪胎結(jié)構(gòu)相關(guān)的預(yù)定義的特征并幫助調(diào)節(jié)該電荷源施加于該至少一個介電彈性體部分的可變電壓量的條件反應(yīng)設(shè)備。
10.如權(quán)利要求8所述的輪胎裝配體，其還包括耦合至該微控制器以提供用來調(diào)節(jié)該電荷源施加于該至少一個介電彈性體部分的電壓的變化水平的選擇性輸入的用戶輸入接口。
11.如權(quán)利要求1所述的輪胎裝配體，其中該電荷源包括電池、可重復(fù)充電的電容器、以及壓電設(shè)備之一。
12.一種調(diào)節(jié)輪胎結(jié)構(gòu)的空腔諧振的方法，該方法包括如下步驟沿輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的選定位置提供至少一個介電彈性體部分；監(jiān)測至少一個與該輪胎結(jié)構(gòu)相關(guān)的預(yù)定義的特征；向該至少一個介電彈性體部分選擇性施加電荷，其中向該至少一個介電彈性體部分施加的電荷量取決于監(jiān)測到的至少一個預(yù)定義的特征的水平，并且向該至少一個介電彈性體部分施加的電荷量決定了該至少一個介電彈性體部分的引起該輪胎結(jié)構(gòu)的諧振特征的調(diào)整的機(jī)械變形量。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中與輪胎結(jié)構(gòu)相關(guān)的至少一個預(yù)定義的特征包括溫度、壓力、振動水平、以及噪音水平之一。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括通過耦合至電荷源并用來監(jiān)測該至少一個預(yù)定義的特征的條件反應(yīng)設(shè)備的微控制器來調(diào)節(jié)施加在該至少一個介電彈性體部分的電荷量的步驟。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括為用戶提供輸入以顯示將施加在該至少一個介電彈性體部分的選定的電荷量的步驟。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該提供至少一個介電彈性體部分的步驟尤其包括提供兩塊或多塊橡膠板和多個位于橡膠板之間、配置用于根據(jù)選擇性施加于該多個介電彈性體部分的電壓量來調(diào)節(jié)橡膠板之間寬度的介電彈性體部分。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該至少一個介電彈性體部分包括一個或多個介電彈性體片結(jié)構(gòu)、折疊介電彈性體片結(jié)構(gòu)、褶皺介電彈性體片結(jié)構(gòu)、以及卷繞介電片結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該提供至少一個介電致動器的步驟尤其包括提供一個或多個附于輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上、用來定義一體積區(qū)域的組合的介電彈性體片，其中由一個或多個組合的介電片構(gòu)成的體積區(qū)域根據(jù)選擇性施加于該一個或多個組合的介電彈性體片的電壓量而變化。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該提供至少一個介電致動器的步驟尤其包括提供多個位于輪胎結(jié)構(gòu)的相對內(nèi)胎側(cè)面之間的介電彈性體部分。
20.一種具有調(diào)節(jié)輪胎的胎側(cè)強(qiáng)度以及收集電能的組合特征的輪胎裝配體，該輪胎裝配體包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)，其特征在于胎冠具有與地面接觸的外胎面部分，胎圈部分將輪胎固定在車輪的輪緣上，胎側(cè)部分在每一胎圈部分和胎冠之間、以及內(nèi)胎冠和胎側(cè)面之間延伸；多個附于該充氣輪胎結(jié)構(gòu)的選定內(nèi)表面之間的介電彈性體部分，其中該多個介電彈性體部分中的每一個都包括一層在其相對表面具有第一和第二電極的彈性材料，該介電彈性體部分適于在受到機(jī)械力時產(chǎn)生電能以及在被施加電能時產(chǎn)生機(jī)械變形；以及至少一個耦合至每個介電彈性體部分選定的第一和第二電極的能量存儲設(shè)備，該能量存儲設(shè)備被配置為儲存由該多個介電彈性體部分產(chǎn)生的電能，并且當(dāng)期望不同程度的機(jī)械變形時向該介電彈性體部分施加電荷。
21.如權(quán)利要求20所述的輪胎裝配體，其中該多個介電彈性體部分包括單獨(dú)的卷成條狀形式的介電彈性體材料片，每個獨(dú)立片包括在其相對表面具有第一和第二電極的介電彈性材料。
22.如權(quán)利要求20所述的輪胎裝配體，其中每個介電彈性體部分的第一和第二電極包括碳黑和石墨之一。
23.如權(quán)利要求20所述的輪胎裝配體，其中該至少一個能量存儲設(shè)備包括電池或可重復(fù)充電的電容器。
24.如權(quán)利要求20所述的輪胎裝配體，其中向該多個介電彈性體部分選擇性施加電荷影響胎側(cè)強(qiáng)度以及對應(yīng)的該充氣輪胎結(jié)構(gòu)的接觸面積。
25.如權(quán)利要求20所述的輪胎裝配體，還包括耦合至該能量存儲設(shè)備并被配置為監(jiān)測和調(diào)節(jié)該電荷源施加于該多個介電彈性體部分的電壓量的微控制器。
26.如權(quán)利要求25所述的輪胎裝配體，還包括耦合至該微控制器的、用于監(jiān)測至少一個與該充氣輪胎結(jié)構(gòu)相關(guān)的預(yù)定義的特征并幫助調(diào)節(jié)該電荷源施加于該多個介電彈性體部分的電壓量的條件反應(yīng)設(shè)備。
27.如權(quán)利要求25所述的輪胎裝配體，還包括耦合至該微控制器的、用于提供調(diào)節(jié)該電荷源施加于該多個介電彈性體部分的電壓量的選擇性輸入的用戶輸入接口。
全文摘要
一種具有調(diào)節(jié)輪胎結(jié)構(gòu)的諧振特性的組合特征的輪胎裝配體，包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)、介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)和電荷源。該介電彈性體致動器結(jié)構(gòu)與該輪胎結(jié)構(gòu)的選定內(nèi)表面位置結(jié)合，并可以對應(yīng)如附于兩塊橡膠板之間的多個介電彈性體部分、多個組合的以定義一體腔的介電彈性片、或多個附于輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)胎側(cè)位置之間的介電彈性體條的實(shí)施例。每一介電彈性體部分包括一層在其相對表面具有第一和第二電極的彈性材料，并可以對應(yīng)單層片、折疊片、褶皺片、或卷繞片。電荷源耦合至該介電彈性體部分選定的第一和第二電極，并且配置為可以向其中選擇性施加電壓。在一些實(shí)施例中，該電荷源還作為能量存儲設(shè)備以儲存當(dāng)介電彈性體部分受到機(jī)械力作用時產(chǎn)生的電荷。
文檔編號B60Q11/00GK101084126SQ200580042252
公開日2007年12月5日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者G·P·奧布賴恩, J·蒂森 申請人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司