轮罩和车轮的外表面用于为车辆提供附加的装饰效果。例如，许 多汽车车轮都具有装饰螺母，其具有特定的颜色或者发光功能，以增 强装饰效果。螺母可以具有对比色或者能够照明，其与暗色车轮组件 的背景形成对比从而高度可视。
许多汽车爱好者安装特别的轮罩组件，其上固定有配重以防止轮 罩随车轮转动。这种轮罩上面可以印有广告标识或者特殊的图案，以 使车辆与众不同或者吸引注意来进行广告宣传。其它公知的装置利用 气流来稳定轮罩圆盘的展示部分，以保持该圆盘的稳定，从而来展示 圆盘上的图案。还有其它的能提供照明的组件安装在车辆的侧面，以 提高旋转轮胎的美学效果，并且使其在夜间高度可视。其它公知的改 型还包括使用轮辋的装饰附件，其上印有可反光的颜料画，以加强汽 车的可视性以及为车辆提供附加的装饰效果。
这些公知装置大多都连接在车轮上并在车轮转动时以和车轮相同 的速度来旋转，同时增强车轮的装饰效果。本发明设想提供一种车轮 旋转组件，其适于安装在常规的轮胎轮辋上，并且可以以一定速度旋 转且旋转方向以及旋转速度和车轮的旋转方向及速度不同。

该旋转组件包括装饰性的旋转元件，旋转元件具有中央轮毂，其 容纳轴承组件来便于旋转元件的转动。齿圈连接于该旋转元件。在本 发明的一个实施例中，旋转元件可以连接到盖板上，该盖板连接到轮 辋上。该旋转组件还包括驱动电机。驱动电机是由蓄电池组供电并由 远程发送器控制的直流电机。每个驱动电机具有小齿轮以和齿圈接合。 工作时，驱动电机使小齿轮旋转，小齿轮再带动齿圈旋转。这种旋转 导致了旋转元件的转动。微处理器操作上连接于驱动电机，以使用户 可以选择性地修正各旋转组件的转动方向和转动速度。驱动电机和蓄 电池组安装在车辆的每个车轮上。
附图说明
下面参考附图，附图中相同的部件用相同的附图标记指代。
图1是固定在常规车轮轮辋上的旋转组件的剖面图。
图2是适于固定在轮胎的常规轮辋上的旋转组件的分解视图。
图3是控制驱动电机运行的遥控组件的示意图。
图4是旋转组件另一实施例的视图。
图5是图4旋转组件的放大视图。
图6是旋转组件和盖板内侧的视图。
图7是轴的视图。
图8是系统配置图的示意图。
图9是控制旋转组件旋转的程序逻辑的流程图。
图10是操作员接口通讯的流程图。
图11是主控制器和各个车轮控制器之间的通讯流程图。
图12是GPS通讯的流程图。
图13是主控制任务的流程图。

现在参考图2，数字10表示根据本发明的车轮旋转组件。如图所 示，车轮旋转组件10适于安装在汽车或卡车的车轮(未示出)的轮辋 12上。旋转组件10包括带有从中心轮毂18径向伸出的多个辐板16的 装饰性旋转元件14。辐板16的形状和尺寸可以不同。在本发明的其它 实施例中，装饰性旋转元件14成品的风格、形状、尺寸、设计、颜色 以及类型都可以不同。
图2所示的旋转元件14的各辐板具有大致扇形的形状，辐板外边 缘的线性尺寸大于辐板内侧部分的线性尺寸。辐板16可以由铸铝制成， 需要时可以进行抛光、镀铬。本发明的其它实施例可以采用铸铝以外 的其它材料来制造旋转元件14。在各辐板16上可以设有多个递升的凸 起26，以加强旋转组件10的视觉吸引力。辐板16与中心轮毂18一体 成型。中心轮毂18包括外轮缘20、内延伸部22、中心孔24和连接凸 缘21。
旋转轴承组件30用于定位中心轮毂20，以在中心孔24内延伸。 轴承组件30包括具有足够密封性和润滑的角面接触轴承，以使旋转元 件14可以独立于轮辋12自由转动。在本发明的一个实施例中，轴承 组件30具有一个或多个润滑油输入点用来喷射润滑油或者其它润滑 剂。轴承组件30的一个大直径外缘32可以通过突耳或者螺钉34来进 行接合，以将轴承组件30固定到中心轮毂18的连接凸缘21上。
如图1和2所示，设有帽36来将旋转元件固定到轮辋12上。帽 36是一个固定元件，随轮辋12的转动而以相同的速度转动。帽36的 支柱38延伸穿过轴承组件30和中心孔24，以通过带耳止动垫圈86和 槽形螺母84来连接到盖板42上。尽管帽36是随轮辋12转动的固定 元件，但是轴承组件30允许旋转元件14独立于帽36和轮辋12而自 由转动。由于车辆移动时旋转元件14转动以及轴承组件30低摩擦所 产生的惯性，旋转元件14甚至在车辆停止后也可继续转动(尽管下文 将要介绍的、其所连的电机会抑制其自由旋转)。
对本领域普通技术人员来说其它将旋转元件14连接到轮辋12上 的可行构造都是显而易见的，并且这些构造也包括在本发明的范围内。 例如，未进行图示的一个本发明实施例可以使用如图7所示的轴100 来取代帽36和支柱38，以将旋转元件14连接到轮辋12上。该轴100 具有带螺纹的第一端101来和常规螺母接合，带螺纹的第二端102来 接合盖板42的中心孔43的螺纹。第二端102终止于大直径凸缘103。 在将旋转元件14组装到盖板42上时，轴100的第一端101从盖板42 面向轮辋的内侧插入到中心孔43中。轴100的第二端102螺纹连接中 心孔43的螺纹，直至轴100的凸缘103阻止在中心孔43中的进一步 前进。与支柱38类似，轴100在中心孔24中延伸，轴承组件30允许 轴100的第一端101的螺纹从轴承组件30中伸出。然后将一个螺母拧 到轴100的第一端上。一个帽，类似于帽36但不带有支柱38，可用来 盖住螺母。该帽可以通过常规螺栓固定到旋转元件14的外缘20上。
在旋转元件14和轮辋12之间安装有一个齿圈40，其装配到旋转 组件10的内侧部分22上。齿圈40的外周具有齿49，其被设计成啮合 一个或多个小齿轮52的齿。在未示出的一个本发明实施例中，齿圈40 环绕内侧部分22，并通过常规的连接装置例如螺栓或螺钉固定连接到 旋转元件14的内侧。在另一实施例中，如图1、2、4和5所示，齿圈 40通过常规的连接装置连接到内延伸部22的外周上的内延伸部22最 接近盖板42的位置处。盖板42安装在齿圈40和轮辋12之间。如图5 所示本发明的一个实施例可以包括一个保护板48。保护板48在盖板 42和齿圈40之间局部地盖住小齿轮52，从而防止污泥、砂砾和小石 子接触小齿轮52。在本发明的一个实施例中，如图1和2所示，在齿 圈40和盖板42之间可以设有一个垫圈44。垫圈44防止旋转组件10 和盖板42相互之间直接接触。因此，旋转元件14可以独立于盖板42 以最小的转动摩擦旋转。
现在再看图2，盖板42是一个平的圆形构件，其上设有多个通孔 45，各通孔45的尺寸和形状被设为其中可以容纳一个有头螺钉46。有 头螺钉46将盖板42固定到轮辋12上。盖板42也包括一个中心孔43。 如之前提到过的，在本发明的一个实施例中，中心孔43在其内周上有 螺纹。盖板42可以是改进的常规盖板或者是特别适用于旋转组件10 的车轮可更换盖板。
盖板42罩住腔室47。腔室47容纳带耳螺母82，其将轮辋12连 接到车轮上。腔室47的尺寸根据轮辋的风格和设计而不同。在某些实 施例中，腔室47需要变成容纳图4-6所示的电子箱35、蓄电池组60 和电动机50的容纳空间。电子箱35含有旋转元件微处理器，下面将 要进行讨论。该电子箱35被设计成保护旋转元件微处理器不受外部物 质例如潮湿和灰尘的影响。腔室47可以通过加工或者钻孔出额外的空 间来进行改变。其它的轮辋可以具有无需改变就能容纳前述组件的腔 室47。轮胎轮辋12具有常规的制动电机80和多个带耳螺母82。
如图2所示，多个直流电机50位于轮辋12和盖板42之间的腔室 47中。电机50控制旋转元件14按照用户所选定的速度转动，下文将 更详细地进行解释。尽管图2中示出了多个电机50，但是本发明的一 些实施例可以只用一个电机50与车轮旋转组件10相连，如图4、5、7 所示。现回到图5，各电机50具有适当的小齿轮52来驱动齿圈40。 驱动小齿轮52在盖板42上的通孔54中延伸并接触齿圈40。小齿轮 52上的齿与齿圈40上的齿相啮合。图5示出了小齿轮52和齿圈40的 啮合情况。在工作中，电机50的转动通过小齿轮52、齿圈40传递给 旋转元件14，以使其独立于轮辋12转动。本发明的其它实施例可以使 用除了直流电机以外的适于转动旋转组件10的电机。
如图3所示蓄电池组60为电机50提供电力。在本发明的一个实 施例中，蓄电池组60布置在盖板42内侧的外周周围，如图6所示。 在图1所示的本发明实施例中，蓄电池组60位于轮辋12的内侧。
现回到图3，本发明的一个实施例示出了电机50和接收器62相连， 该接收器62通过驱动器64与各电机50可操作地相连。驱动器64在 此也指旋转元件微处理器。这两个词具有相同的含义并且可以互换使 用。接收器62从手持远程发送器66接收信号，该远程发送器66具有 三个控制按钮：一个将旋转组件的转动方向与车轮方向相反的控制按 钮70；一个发送信号来使旋转元件14以和车轮同向的方向旋转的控制 按钮72；和一个速度控制旋钮74，其控制从电机50传递到旋转元件 14的转动力的速度。接收器62是一类操作员接口。下面详细讨论其它 类型的操作员接口。
由于各车轮具有独立的蓄电池组60和独立的控制直流电机50工 作的电机驱动器64，所以用户可以增加旋转元件14的转速、或者降低 旋转元件的转速，从而即使在汽车停止和/或转向时，旋转元件14也可 以在蓄电池60供电以及电机50的驱动下继续旋转。
本发明的一个实施例可以具有一个外通装置，来用外部电源例如 普通插座给蓄电池组60充电。外通装置可以包括位于轮辋12上的插 座，其可以为蓄电池组60提供电流输入的传递路径，并且可以和外部 电源接合。其它实施例可以采用其它的电源来为蓄电池组60充电，例 如风能或太阳能。例如，在车辆上或车辆周围可以有一个或多个涡轮， 其在车辆行驶时过往风力的作用下旋转。涡轮的旋转运动可以利用类 似电枢的磁体和导线来产生电流。运动涡轮所产生的能量或者可以用 于为电池组60再充电，或者直接用于给电机50供电。太阳能可以通 过在车辆上或周围设置太阳能板来提供，并且为蓄电池组60或者直接 给电机50提供电流通路。
本发明的一个实施例通过电滑动环(electrical slip ring)供电，在商 业上电滑动环是可用于提供旋转界面的装置，其通过旋转连接传递动 力。本发明的其他实施例使用磁场和导线，例如本领域已知的电枢结 构。本发明的其他实施例可使用磁致电机(magneto power)提供电能，该 磁致电机与小四冲程发动机中使用的电机类型相同。在该实施例中， 磁体安装在轮辋12上，电磁线圈安装在旋转元件14中。当车轮旋转 或旋转元件旋转时，安装在轮辋12上的磁体以紧密靠近安装在旋转元 件14中的电磁线圈的方式穿过电磁线圈，从而产生电压。该电磁线圈 可操作地连接在蓄电池组60上，以有助于蓄电池组60的充电。本发 明的一个实施例具有通过车辆蓄电池供电的电机50。本发明的一实施 例可通过气动力使旋转元件14产生运动，其中小压缩机位于车辆上或 附近。本发明的一实施例可通过液压力使旋转元件14产生运动，即使 用动力转向泵。本发明的一实施例可使用电磁力使旋转元件14产生运 动。
图8示出了控制车轮旋转组件10的整个系统的示意图。整个系统 由操作员接口和一系列微处理器组成。在所示的实施例中，操作员接 口是手持式操作装置(handheld operating device)，例如个人数字助理 (“PDA”)或iPAQ。主要微处理器，也称为主微处理器，位于车辆 上或附近。除了主微处理器，每个车轮旋转组件都由单个微处理器控 制，这些微处理器还指旋转元件微处理器。
操作员接口用于监控与车轮旋转组件10有关的某些数据，并具有 远程控制车轮旋转组件10的功能，包括旋转元件14的旋转速度和方 向。操作员接口还可用于控制其他与车轮旋转组件10相关的输出，包 括但不限于灯、汽笛、LCD监控器和扬声器。控制车轮旋转元件14的 主要通讯路径如下：操作员接口与主微处理器通讯，然后与旋转元件 微处理器通讯。通讯方向是双向的，这意味着操作员接口既可从主微 处理器和旋转元件微处理器接收数据，又可发送数据到主微处理器和 旋转元件微处理器。
图10示出了操作员接口和主微处理器之间的主要通讯过程。如图 所示，首先在操作员接口和主微处理器之间建立连接。在一实施例中， 操作员接口和主微处理器之间的连接是通过无线逼真网络(Wireless Fidelity network)实现的；然而可使用任何可在操作员接口和主微处理 器之间发送和接收数据的网络。一旦建立了连接，主微处理器更新监 控参数。监控参数指主微处理器监控的任何输出或输入。在本发明的 一实施例中，监控参数包括车速、蓄电池充电、有无外部充电器和旋 转元件14的旋转方向。在更新监控参数之后，主微处理器将监控参数 的更新状态发送给操作员接口。
图11示出了主微处理器和旋转元件微处理器之间的主要通讯过 程。主微处理器与无线电收发装置结合发送和接收数据，并充当中心 控制器，用于与旋转元件14通讯。回到图8，其中每个车轮旋转组件 10都具有自己的旋转元件微处理器。与主微处理器一样，每个旋转元 件微处理器也与无线电收发装置结合发送和接收数据。在图11所示的 实施例中，主微处理器首先发送信息到预定旋转元件微处理器的无线 电收发装置，该预定旋转元件微处理器定义为第一旋转元件微处理器。 在所示的实施例中，主微处理器发送的信息与车轮旋转元件14的旋转 速度和方向有关。如果没有在主微处理器和预定旋转元件微处理器的 无线电收发装置之间建立连接，则通讯尝试超时中止，并且信息被直 接发送到下一个旋转元件微处理器。如果在主微处理器和旋转元件微 处理器的无线电收发装置之间建立连接，但是没有接收到任何信息， 则会重新发送信息到旋转元件微处理器。如果旋转元件微处理器的无 线电收发装置成功地接收信息，则旋转元件微处理器根据接收的来自 主微处理器信息中的数据更新其参数。每个车轮重复执行上述过程， 直到旋转元件微处理器具有更新的数据。
图9示出了控制旋转元件旋转的程序逻辑。旋转元件微处理器在 第一次启动时具有初始参数。如图所示，该初始参数通常被设置为零， 以防止旋转元件14在系统第一次启动时立即旋转。当旋转元件微处理 器通过其无线电接收器从主微处理器接收信息时，旋转元件微处理器 根据接收的信息更新其参数。例如，主微处理器可发送使旋转元件14 的速度调节到“x”的信息到旋转元件微处理器，其中“x”是速度值。 然后旋转元件微处理器发送回信到主微处理器，确认其已接收到主微 处理器发送的信息。如图所示，在一些实施例中这个回信可包括诊断 信息，例如电池电压。于是旋转元件微处理器控制电机50以使旋转元 件14的速度变更到“x”。该旋转元件微处理器持续地控制电机50旋 转到最新输入的速度和方向值。结果，即使主微处理器发送信息但是 旋转元件微处理器没有接收到该信息，旋转元件微处理器也仍然根据 最新接收的信息控制电机50。如果旋转元件微处理器没有接收到信息， 则重新发送信息。
图13示出了主微处理器执行多个任务的能力。例如，在所示的实 施例中，主微处理器首先接收来自操作者的通过操作员接口实现的控 制输入(即旋转元件14的转速)。在传送执行信息到旋转元件微处理 器之前，主微处理器和旋转元件微处理器确认用于给电机50供电的蓄 电池组60没有充电。如图8所示，本发明的一实施例可具有充电控制 器，在实施例中其为传感器，并通过外部电源充电，充电控制器通过 旋转元件微处理器发送是否每个车轮都插在外部电源的反馈给主微处 理器。
如果主微处理器从旋转元件微处理器接收指示车轮是否充电的信 息，主微处理器可用于发送信息以禁止车辆起动器和电机50操作。也 就是防止车辆的操作者在车辆插入例如壁装电源插座的外部电源上时 驱动车辆。如果蓄电池组60没有充电，则主微处理器可使车辆起动， 一旦车辆开始移动，计算车轮的当前速度和方向，并发送信息到旋转 元件微处理器以设置电机50速度、方向或其他所需输出。如“熄火” 框所示，本发明的一些实施例可具有手动超驰能力(manual override capability)。例如，可在操作员接口上或车辆上或车辆附近设置关闭按 钮，如果需要其可自动停止旋转元件。本发明的另一实施例可包括用 于检测轮胎气压的传感器。
相对于每个旋转元件14的各个车轮的速度和旋转方向改变旋转元 件14的速度和旋转方向，以产生不同的视觉效果。一旦已知车辆行驶 速度，微处理器和/或主微处理器就可计算车轮的转速。如图8所示， 主微处理器与全球定位系统(“GPS”)接收器结合。该GPS接收器 的一个常用功能是提供与车辆速度和位置有关的数据。图12示出了 GPS接收器和主微处理器之间的通讯过程。当GPS接收器接收了数据， 该数据输入到主微处理器中。然后主微处理器分析接收自GPS接收器 的只与监控参数有关的数据，在该实施例中即为车速。一旦主微处理 器确认GPS接收器已经跟踪所需数量的人造卫星，数据就存储在主微 处理器中。然后该信息用于调节旋转元件14的速度和旋转方向。例如， 主微处理器和旋转元件微处理器可间隔地进行计算，以核实车辆当前 行驶速度，并且如果需要可调节旋转元件的速度，以使旋转元件的速 度保持大于或低于车轮速度。
旋转元件14可直接保持静止或在车辆停止后旋转。在一实施例中， 主微处理器可使旋转元件微处理器彼此独立地操作。结果，一个或所 有车轮旋转元件14都可按指令同时执行不同的功能。例如，前旋转元 件14可顺时针旋转，而后旋转元件可逆时针旋转。当然，每个旋转元 件14都可彼此以不同速度旋转。此外，旋转元件14可控的以与移动 车辆车轮旋转的速度和方向相对的速度和方向旋转。还可使旋转元件 14在移动车辆上保持静止。如果旋转元件14以合适速度顺时针旋转， 则可实现旋转元件没有运动的视觉效果。
可以想到旋转元件14的旋转速度可与车速传感器的防抱死系统 (“ABS”)的方波输出时间一致。具有ABS制动的新型车辆使用位 于车辆车轮轴承上的车速传感器。该传感器可用来获取车速，并用该 速度控制旋转元件的运动时间。该信号是方波输出，其通常被输入给 车辆上初始配备的计算机系统。用于读取数据的连接器将数据发送给 操作员接口，并根据用户的输入给旋转元件输出一个指令。
图8所示的“辅助输入/输出”框具有多个可选择的功能，这些功 能由旋转元件的微处理器来控制或检测。该旋转元件微处理器可被编 程为控制任何输出或输入。该输出包括但不限于LCD显示屏、汽笛、 扬声器和灯。本发明的一实施例可在旋转元件14上具有LCD显示屏， 以作为控制输出。LCD显示屏能够显示图像和不同的颜色。LCD显示 屏可由蓄电池组60供电，或者例如前述的其他可用电源装置供电。旋 转元件微处理器可被编程为控制该LCD显示屏，且用户可以通过操作 员接口来操作该LCD显示屏。
本发明的一个实施例可以在旋转元件14上结合有扬声器。扬声器 可以通过旋转元件微处理器来进行控制，并且可以通过直接联接或者 无线连接的方式播放音乐。扬声器可以由电池组60或者其它的可用电 源供电。在本发明的一个实施例中，该扬声器可以产生90分贝的声音。
本发明的其它实施例可以在旋转元件14上设有汽笛。该汽笛可以 产生噪音。在本发明的一个实施例中，汽油由旋转元件微处理器来进 行控制，并由电池组60或者其它的可用电源供电。在本发明的一个实 施例中，汽笛连在旋转元件14的最外缘上，当旋转元件14旋转时空 气被推入汽笛中，从而产生基于旋转元件速度的不同音阶的声音。
如之前提到过的，本发明的一个实施例可以用灯作为控制输出。 能想到可以设置照明组件来与蓄电池组60相连并照明旋转元件14的 外侧。灯可以位于旋转元件上并由旋转元件微处理器控制。灯也可以 用其它可用电源控制，例如之前讨论过的电源。灯可以被构形成旋转 元件14上的任何设计形式，并且可由旋转元件微处理器控制，以进行 多种装饰功能，例如闪烁、渐明或渐暗，以及一连串的点亮和熄灭。 在本发明的一个实施例中，灯可以具有不同的颜色。在本发明的一个 实施例中，灯被调节为及时根据车速来闪烁，即，当车速增加时，闪 烁的时间间隔就变短。旋转元件微处理器可以被编程为当车载安全系 统起动时点亮灯。灯也可以被编程为按照音乐的节奏来点亮或熄灭， 类似于均衡器上的灯。在本发明的一个实施例中，旋转元件14上的灯 由蓄电池组60通过一个电滑动环或者磁式接口来供电。
或者可选地，灯组件可以直接安装在轮辋12上，并由蓄电池组60 或者其它的可用电源来供电。将灯固定连接到轮辋上可以在车辆不动 时防止灯的转动，并且使得旋转元件可以在一个光背景下进行转动。
还可以预见装有电机的旋转元件的工作可以和车辆安全系统相联 系，来在车辆遭遇破坏行为或者盗窃时吸引注意力。在本发明的一个 实施例中，操作员接口可以或者从车辆现有的安全系统接收信号，或 者可以用作与位于车辆上或车辆周围的无线传感器结合的安全系统。 当传感器被激活时，旋转元件14可以被预编程为给出一定响应例如转 动。在本发明的一个实施例中，传感器被激活时给操作员接口发送一 个无线信号，操作员接口再给用户手机或者呼机发送一个无线信号。 还可以想到可以为各个车轮设置一个全时电刷连接用于直接电力应 用。
附件1包括本发明一实施例所用的部件列表。所附列表所不是本 发明相关部件的穷举。另外，本发明不限制与附件1所列的部件。可 以用其它适合的部件来替代在附件1中所列的部件。
在不偏离本发明宗旨的前提下可以对本发明的设计作出其它各种 改变和修正。因此我们要求本发明的权利仅仅由所附权利要求书的范 围来限定。
本申请要求2003年9月8日提交的序列号为No.10/657,396的美 国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容作为参考结合于本 文。