[发明专利]一种无源轮胎发电装置及轮胎参数检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及车辆轮胎参数检测系统，特别涉及一种带有无源轮胎发电装置的参数检测系统。

 

背景技术

汽车轮胎在运行过程中的压力、温度和湿度等参数对车辆的安全性具有十分重要的影响，而轮胎运行时的加速度是决定系统运行状态的重要参数。因此，各类汽车轮胎参数的检测关系到轮胎寿命和汽车的行车安全，已成为行业技术领域研究的重点。其中，以轮胎压力检测为主的轮胎压力监测系统（TPMS）更是受到学术界和行业的重视。为了推动TPMS产品的产业化，国内外颁布了一系列TPMS相关标准，包括国际标准化组织(ISO)于2006年3月制定的国际标准ISO 21750:2006；美国汽车工程师学会在2004年12月制定的SAE J 2657；以及美国公路交通安全管理局(NTHTSA)制定的FMVSS 138。我国已于2010年发布《汽车轮胎气压监测系统(TPMS)》推荐标准。

轮胎压力检测系统中的胎压检测器可分为直接式和间接式。间接式胎压检测无需在轮胎内部安装压力传感器，但其检测准确度和精度都很难满足要求。直接式胎压检测因为传感器直接安装在轮胎内部，因而准确快速，但因轮胎在车辆运行过程中需要持续转动，故不论传感器的供电还是数据传输都无法通过有线方式实现。目前市场上使用最广泛的是直接式胎压检测，检测器大都利用自带的锂电池供电，其电池寿命已经成为限制其应用和发展的最大瓶颈。

为了解决这一问题，已有众多学者和工程师投入了不用电池供电的无源胎压检测系统研究。已有方案包括：利用压电材料，通过轮胎压力给检测电路供电；利用声表面波材料给检测电路供电；利用挡泥板和轮毂上安装的线圈进行无线传能，从而给检测电路供电；通过装于轮胎内部的振动发电装置给检测电路供电。但是，声表面波材料成本较昂贵、制作工艺要求较高；震动发电装置所能产生的电能受振动能量限制，在路面颠簸起伏时其提供的电能也许能够满足要求，但在平稳的柏油路或高速公路上，其提供的电能很难满足检测器要求；无线传能方式的胎压检测供电装置需要在车上和轮毂上同时安装磁场线圈，大大提高了系统成本，而且轮毂上安装线圈给轮胎的生产和线圈的性能检测都带来了很大困难，工程可行性不佳。

因此，设计性价比高、寿命长且易于工程实现的无源轮胎参数检测系统成为本领域技术人员有待解决的问题。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是解决无源轮胎参数检测系统的供电问题，提供一种电能充足、方案可行，并且成本低的无源轮胎发电装置。

本发明还提供采用本发明新型无源轮胎发电装置的轮胎参数检测系统。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：一种无源轮胎发电装置，其特征在于，包括热电采集片、电能存储、转换电路和发送电路，该发电装置利用轮胎运行时产生的高温与外部环境的温度差，通过热电采集片产生电能，电能经过存储、转换电路与发送电路提供电源；该发电装置的发电过程为：

1）车辆开始行驶后，轮胎温度升高，当轮胎温度升高至高于环境温度△T₁（℃）时，热电采集片的输出电压达到电能存储和转换电路的开启电压，开始能量采集与存储；

2）当电能存储、转换电路和发送电路的输出电压达到工作电压门限时，向外输出电能；同时，电能存储与转换电路在轮胎温度与外界环境温度差异达到要求的情况下持续收集和存储能量；

3）当轮胎温度下降至与环境温差低于△T₂（℃）时，热电采集片的输出电压小于电能存储与转换电路的关断电压，则停止能量采集与存储；由电能存储与转换电路内存储的剩余电量供给；

4）当电能存储与转换电路内存储的电量不足以支持工作电压时，停止向外输出电压；

5）当轮胎温度回升至高于环境温度△T₁（℃）时，返回步骤1）。

进一步，所述电能存储、转换电路与发送电路包括用于存储电能的储能器件，与用于检测储能输出电压、判断电压是否达到后级电路供电要求并实现稳压输出的电压比较和稳压电路；储能器件存储来自前级热电采集片的微弱电能，其输出电压v1随其中所存储能量的增多而逐渐升高；电压比较和稳压电路判断v1是否达到使后级电路稳定工作所需电压，若达到要求则将其稳压为下级电路的工作电压v2后输出给下级电路，否则切断v2输出，以免损坏下级电路。