塞桿19中心沿縱向設置導線通道 20,所述導線通道20內設置導線，導線一端與電磁線圈24連通，另一端穿過防塵罩17的頂部 端面通孔與蓄電池9連通。當電磁線圈24中通有電流時，會在工作活塞23上的節流孔22處產 生磁場，電流大小的不同代表該磁場大小的不同，根據磁流變液材料26屬性，磁場的變化也 就導致了磁流變液材料粘稠度不同，進一步使得該伸縮裝置拉伸和壓縮時受到的阻尼力不 同。
[0037]中心控制艙8包括相互連接的蓄電池9和電控單元11，中心控制艙8呈圓形，蓄電池 9設置在中心控制艙8的中心；中心控制艙8-端與車橋連接，在車橋與中心控制艙8之間設 置制動盤2,制動盤2外緣上連接制動片12。車橋中心的半軸15通過車橋殼體14內的軸承16 支承并與中心控制艙8連接;與制動盤2鄰近處的半軸15上套置車輪轉角轉速傳感器13。 [0038]由于磁流變液材料26具有以下特性：（1)在外加磁場作用下，磁流變液材料26可在 液態和固態之間可逆轉換。（2)在外加磁場作用下，磁流變液材料26的屈服強度隨磁場強度 增大而增大，直至固體顆粒大到磁飽和后趨向于某一穩定值。（3)在外加磁場作用下，磁流 變液材料26的粘度和屈服強度隨磁場強度的變化是連續的、無級的和可控的。（4)磁流變效 應的控制較簡單，可以利用磁感應線圈通過調整電流大小來控制。（5)磁流變效應對磁場作 用的響應十分靈敏，一般其響應時間為毫秒級。（6)控制磁流變效應的能量低。所以，由于磁 流變液材料26粘稠度會因磁場大小而改變的特性，通過對電磁線圈電流大小進行控制，就 間接地實現了對伸縮執行機構的阻尼控制。
[0039]此外，如圖8-9，為了克服車輪側向力對輪輞產生輪輻軸線方向的扭轉力，在相鄰 兩輪輞塊的徑向內側設置一個輪輞滑片限位機構7,限制兩輪輞塊在車輪徑向的轉動自由 度。機構7由鋼片29和限位套30構成，限位套30焊接在輪輞內側，鋼片7-端被焊接到相鄰輪 輞內側，另一端插入限位套內，如此便可實現輪輞徑向約束。
[0040] 為了使活塞桿19順利自由伸縮，如圖4，在筒壁25的另一端壁中心活塞桿19伸出通 孔處設置導向座18,活塞桿19由導向座18中心通孔伸出。
[0041] 如圖5所示車輪輪輞1，各輪輞塊在小直徑d狀態下周向拼接為一個正圓，可以充分 保證在公路路面上行駛時的平順性能，在大直徑D狀態下，各輪輞塊沿輪輻的伸縮裝置(伸 縮式輪輻總成10)向外平移，由于在接合處采用鋸齒拼接的設計，相鄰兩塊輪輞塊在與地面 接觸時存在同時受力的部分，可以對承載受力良好過渡。雖然在大直徑D狀態下，輪輞外輪 廓不是正圓，但其與正圓相差小，如圖6所示。經計算，當小直徑d為15英寸(一般轎車輪轂直 徑），大直徑D為18英寸(一般SUV輪轂直徑)時，大直徑D狀態下的輪輞外緣與正圓相差最大 位置a為0.27英寸，約6.8mm。）另外，由于大直徑D狀態主要用于路況較差的情況，此時車速 往往較低，而非正圓的車輪反而有利于增加車輛的通過性，在此工況下，略微犧牲平順性是 值得的。
[0042]本發明的工作原理如下:車輪轉角轉速傳感器13將采集到的信號傳遞給電控單元 11，電控單元11產生對變徑執行系統的操作命令，即通過對蓄電池9電壓進行控制，在8個伸 縮式輪輻塊中的電磁線圈24中導通不同大小的電流，使電磁線圈24周圍磁流變液材料26形 成一定磁場。磁場強度會隨電磁線圈24中電流的變化而變化，而由于磁流變液材料26粘稠 度會因磁場大小而改變的特性，通過對電流大小進行控制，就間接地實現了對伸縮執行機 構的阻尼控制。通過阻尼大小的實時改變，即可以對車輪受到的離心力與地面壓力的綜合 作用效果進行控制，最終實現車輪輪輞的輪輻伸縮變徑。
[0043] 本發明通過以下具體步驟實現伸縮執行機構的伸長和壓縮：（1)電控單元產生和 控制電流信號。（2)線圈中的電流產生磁場實現對磁流變液粘稠狀態的改變。（3)磁流變液 通過粘稠狀態的變化，實現分塊式輪胎輪輞總成內阻尼力的變換。（4)通過改變阻尼力和車 輪旋轉過程中所受離心力，車輪模塊和車身重力的差值正負，再結合伸長助力彈簧的彈力， 實現車輪直徑改變。由于車輪是高速旋轉件，故旋轉一周直徑變化要求不高，通過車輪多次 旋轉累積，實現變徑尺寸要求。
[0044] 為了便于理解，特選擇其中一個輪轂塊的圓周變徑運動進行闡述，如圖7所示。
[0045] 直徑變大工作過程:若要將直徑變大，將某個輪轂塊的整個圓周運動順時針劃分 為-22.5° (337.5°)~22.5° ;22.5° ~90° ;90° ~270° ;270° ~337.5° (-22.5°)五個階段。由 于采用鋸齒狀拼接方式，并且路況不一定為平坦路面，車輪接觸地面的角度范圍實際上并 不一定是-22.5°至22.5° (有微小誤差），而應該通過車輪轉角轉速傳感器13實時監控。這里 為了表述方便，將車輪接觸地面的角度范圍理想化為-22.5°至22.5°。這五個階段中的線圈 電流、磁流變液粘度、整體效果情況如下表1所示。
[0046] 直徑減小工作過程:若要將直徑減小，將某個輪轂塊的整個圓周運動順時針劃分 為-22.5° (337.5°)至22.5°和22.5°至-22.5° (337.5°)兩個階段，即與地面接觸的角度范圍 和與地面分離的角度范圍兩個階段。這兩個階段中的線圈電流、磁流變液粘度、整體效果情 況如下表2所示。
[0047] 表1:
[0048]
[0049] 表2:
[0050]
【主權項】
1. 一種可變直徑車輪輪轂，其特征在于:包括中心控制艙以及多個相同的伸縮式輪轂 塊；中心控制艙包括相互連接的蓄電池和電控單元；中心控制艙一端與車橋連接，在車橋與 中心控制艙之間設置制動盤，制動盤外緣上連接制動片，車橋上套置車輪轉角轉速傳感器； 各伸縮式輪轂塊由鋸齒形拼接式輪輞、和與鋸齒形拼接式輪輞連接并用于控制鋸齒形 拼接式輪輛徑向移動的伸縮式輪福總成構成； 相鄰兩輪輞塊之間采用鋸齒形拼接的方式周向順次首尾拼接形成周向輪轂環面，各輪 轂塊均與各自伸縮式輪輻總成連接而形成可徑向移動的伸縮式輪轂； 伸縮式輪輻總成由變阻尼式伸縮執行機構外壁套置一個伸長助力彈簧組成;變阻尼式 伸縮執行機構主體為一個帶有雙活塞的缸筒，缸筒的筒壁內由內至外依次設置浮動活塞和 連接有活塞桿的工作活塞，浮動活塞與筒壁的端壁之間充有高壓氮氣，浮動活塞和筒壁的 另一端壁之間充填磁流變液材料，工作活塞設置在磁流變液材料所在空間內；活塞桿從工 作活塞的中心伸出并穿過筒壁的另一端壁而自由伸縮;工作活塞內沿縱向在活塞桿外圍埋 設一圈電磁線圈，在電磁線圈外側間隔設定距離處，工作活塞內沿縱向在活塞桿外圍設置 一圈節流孔;活塞桿中心沿縱向設置導線通道，導線通道內設置導線，導線一端與電磁線圈 連通，另一端與蓄電池連通。2. 根據權利要求1所述的可變直徑車輪輪轂，其特征在于:在相鄰兩輪輞塊的徑向內側 設置一個輪輞滑片限位機構，包括設置在一個輪輞塊上的與輪輞塊弧度一致或接近的鋼片 以及固定在相鄰輪輞塊上的限位套，鋼片能夠插入限位套中將輪輞塊沿車輪徑向的轉動自 由度進行固定。3. 根據權利要求1所述的可變直徑車輪輪轂，其特征在于:各伸長助力彈簧的徑向內端 固定一個內彈簧座，外端固定一個外彈簧座;各內彈簧座固定在中心控制艙上，各外彈簧座 固定在各輪輞塊的徑向內壁上。4. 根據權利要求1所述的可變直徑車輪輪轂，其特征在于:在活塞桿外部還設置一個防 塵罩，防塵罩從變阻尼式伸縮執行機構主體筒壁外部將缸筒的一端封閉并固定在筒壁上， 防塵罩的頂部端面中心設置一個縱向通孔;導線另一端穿過防塵罩的縱向通孔與蓄電池連 通。5. 根據權利要求1所述的可變直徑車輪輪轂，其特征在于：中心控制艙呈圓形，蓄電池 設置在中心控制艙的中心。6. 根據權利要求1所述的可變直徑車輪輪轂，其特征在于:車橋中心的半軸通過車橋殼 體內的軸承支承并與中心控制艙連接；與制動盤鄰近處的半軸上套置車輪轉角轉速傳感 器。7. 根據權利要求1所述的可變直徑車輪輪轂，其特征在于:在筒壁的另一端壁中心設置 導向座，活塞桿由導向座中心通孔伸出。8. 根據權利要求1所述的可變直徑車輪輪轂，其特征在于：車輪直徑改變工作步驟如 下：（1)電控單元產生和控制電流信號；（2)電磁線圈中的電流產生磁場實現對磁流變液材 料粘稠狀態的改變;（3)磁流變液材料通過粘稠狀態的變化，實現各輪輞塊內伸縮式輪輻總 成內阻尼力的變換；（4)通過改變阻尼力和車輪旋轉過程中所受離心力，車輪模塊和車身重 力的差值正負，再結合伸長助力彈簧的彈力，實現車輪直徑改變。
【專利摘要】本發明涉及一種可變直徑車輪輪轂，包括中心控制艙以及多個相同的伸縮式輪轂塊；各伸縮式輪轂塊由伸縮式輪輻總成驅動徑向變徑；伸縮式輪輻總成由變阻尼式伸縮執行機構外壁套置一個伸長助力彈簧組成；變阻尼式伸縮執行機構主體為雙活塞缸筒，浮動活塞與筒壁的端壁之間充有高壓氮氣，浮動活塞和筒壁的另一端壁之間充填磁流變液材料；工作活塞內埋設一圈電磁線圈和一圈節流孔；導線一端與電磁線圈連通，另一端與蓄電池連通。利用車身自重和車輪運轉時的離心力實現變徑，無需增加額外的驅動裝置，僅需很小的電流來實現磁流變液粘度控制，能耗更小，響應更快。兼顧行駛平順性和越障能力，可配合非充氣式輪胎應用于普通車輛、摩托車、獨輪車等。
【IPC分類】B60B19/04, B60B9/06
【公開號】CN105599536
【申請號】CN201610129873
【發明人】劉志恩, 袁率, 李木一, 柳瓊, 田小青, 夏婉楊, 熊欣, 魏曉旭, 顏伏伍
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月8日