BRPI0318660B1

BRPI0318660B1 - método para gerar energia elétrica dentro de um pneu, sistema para gerar energia elétrica, e, sistema para monitorar pelo menos um parâmetro de operação de um pneu

Info

Publication number: BRPI0318660B1
Application number: BRPI0318660A
Authority: BR
Inventors: Andrea Calatroni; Barbara Rampana; Fabio Mariani; Federico Mancosu
Original assignee: Pirelli
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2016-11-22
Also published as: WO2005067073A1; BR0318660A; ES2297280T3; CA2552092A1; US20070295069A1; DE60316734D1; JP2007527681A; EP1700351A1; AU2003296839A1; EP1700351B1; DE60316734T2; KR101023712B1; ATE375009T1; JP4205102B2; KR20060127869A; US7415874B2; CN1886842A; CN100514693C

Abstract

"método para gerar energia elétrica dentro de um pneu, sistema para gerar energia elétrica, e, sistema para monitorar pelo menos um parâmetro de operação de um pneu". um pneu compreende um piezelétrico fletor (313) associado a um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, um capacitor). o elemento piezelétrico fletor está montado em balanço em um alojamento (311) de modo a ser posicionado substancialmente ao longo de um plano perpendicular a uma direção radial (e) do pneu, de forma que uma primeira extremidade (315) do elemento piezelétrico fique restrita ao alojamento. uma massa de carregamento (312) está acoplada à segunda extremidade (316) do elemento piezelétrico fletor. uma pequena folga (314) é formada entre as paredes internas do alojamento e a superfície externa da massa de carregamento, a fim de permitir flexão limitada do elemento piezelétrico. o alojamento que inclui o elemento piezelétrico está montado numa parte de pneu em correspondência com uma área de banda de rodagem do pneu, de preferência sobre a superfície interna do pneu. o elemento piezelétrico flete sob a ação da aceleração radial quando o pneu gira. a massa de carregamento e a folga são escolhidas para obter: a) oscilações de pequeno porte do elemento piezelétrico substancialmente durante uma revolução completa do pneu, quando o pneu está a uma baixa velocidade; b) oscilações de grande porte do elemento piezelétrico substancialmente durante apenas a passagem da parte de pneu que inclui o elemento piezelétrico no pedaço de contato. obtém-se energia elétrica suficiente para energizar um dispositivo eletrônico incluido no pneu, além de uma longa durabilidade do elemento piezelétrico.

Description

“MÉTODO PARA GERAR ENERGIA ELÉTRICA DENTRO DE UM PNEU, SISTEMA PARA GERAR ENERGIA ELÉTRICA, E, SISTEMA PARA MONITORAR PELO MENOS UM PARÂMETRO DE OPERAÇÃO DE UM PNEU” Traía a presente invenção de um método e sistema para gerar energia elétrica dentro de um pneu de veículo. Mais especificamente, a energia elétrica é gerada usando tecnologia piezelétrica para converter tensão mecânica, causada por flexão de pneu durante o rolamento, que é armazenada em um dispositivo de armazenamento de energia, e assim se toma disponível para um dispositivo eletrônico instalado dentro do pneu. A presente invenção se refere também a um sistema para monitorar parâmetros de operação de um pneu. A incorporação de dispositivos eletrônicos dentro de aros pneumáticos vem adquirindo maior importância a fim de aumentar a segurança de veículos. A eletrônica de pneu pode incluir sensores e outros componentes adequados para obter informação relativa a diversos parâmetros físicos de um pneu, tal como, por exemplo, temperatura, pressão, número de revoluções de pneu, velocidade de veículo. Tal informação pode ser de utilidade na monitoração e/ou em sistemas de advertência. Além disto, sistemas de controle ativos do veículo podem ser baseados em informação enviada de dispositivos sensores incluídos dentro dos pneus. Tipicamente, transmissão sem fio é empregada a fim de enviar as informações de desempenho de pneu fora do pneu, para um receptor disposto sobre o veículo, de modo que tais dispositivos eletrônicos instalados dentro do pneu tipicamente incluam um transmissor associado a uma antena. Um microprocessador também é tipicamente empregado, a fim de coletar e processar os sinais provenientes dos sensores de desempenho, antes da transmissão.

Tal eletrônica de pneu integrada tem sido convencionalmente energizada por uma variedade de técnicas e diferentes sistemas geradores de potência.

Uma solução típica para energizar sistemas eletrônicos de pneu é o emprego de uma batería não-recarregável, que pode causar inconveniências ao usuário de pneu já a operação apropriada de sistemas eletrônicos depende de substituição periódica da batería. Na realidade, as baterias tendem a esgotar a sua energia armazenada muito rapidamente ao energizarem aplicações eletrônicas caracterizadas por níveis complexos de funcionalidade. Além disto, as baterias convencionais tipicamente contêm metais pesados que não são favoráveis ao ambiente e que apresentam problemas de descarte, especialmente quando empregadas em quantidade numerosa. Outrossim, o desempenho de baterias convencionais é freqüentemente influenciado pela temperatura: em particular, o funcionamento de tais baterias não é confiável a temperaturas baixas.

Um outro método conhecido de energizar sistemas de monitoração de pneu é um acoplamento de potência de radiofrequência (RF) entre uma antena colocada sobre o veículo em proximidade íntima com uma antena incluída dentro do dispositivo eletrônico instalado no pneu. Isto tipicamente exige antenas dispostas em partes do veículo frequentemente expostas a danos provocados por riscos de estrada, e consequentemente pode não ser uma solução desejável para energizar aplicações eletrônicas de pneu, O uso de elementos piezelétricos também tem sido proposta para energizar sistemas de monitoração de pneu. A piezeletricidade é uma propriedade de determinados materiais, tais como quartzo, sal de Rochelle, e determinados materiais cerâmicos de solução sólida, tais como chumbo-zirconato-titanato (PZT), de gerar eletricidade quando submetidos a tensão mecânica.

Por exemplo, o pedido de patente PCT publicado como WO 01/80327 apresenta um sistema para gerar energia elétrica em um pneu de veículo, que compreende pelo menos um elemento piezelétrico que se estende numa direção longitudinal ao longo de pelo menos uma parte do pneu. O elemento piezelétrico alongado, de preferência, compreende um cabo coaxial que se estende ao longo de uma trajetória reta ou não ondulada da circunferência do pneu. O pedido de patente PCT publicado como WO 03/095244 Al apresenta um sistema para gerar energia elétrica proveniente de energia mecânica de pneu em rotação que possui uma estrutura piezelétrica e um dispositivo de armazenamento de energia. A estrutura compreende uma pluralidade de fibras piezelétricas embutidas de uma maneira geralmente unidirecional numa matriz de epóxi. A estrutura está montada sobre um substrato de suporte para distribuir uniformemente tensão mecânica na estrutura piezelétrica. A estrutura está montada dentro de um pneu para gerar carga elétrica quando a roda se move ao longo de uma superfície de terreno. A patente norte-americana US 4.510.494 apresenta um dispositivo provido para detectar a condição de um pneu montado sobre um aro de pneu e sujeito a vibrações normais. O dispositivo compreende um alojamento, uma banda para montar o alojamento no aro de pneu, um sensor para monitorar a condição dentro do pneu, um conjunto de circuitos ligado operativamente ao sensor para gerar sinais de rádio indicativos da condição do pneu, uma fonte de potência ligada operativamente ao conjunto de circuitos, e um receptor para receber os sinais de rádio. A fonte de potência possui uma lâmina piezelétrica que se estende radialmente, que possui uma parte de base e uma parte extrema. A parte de base está unida elastomericamente ao alojamento. Uma peça de massa de sintonização está montada na parte extrema e é configurada para encosto conjugável com peças de batente que limitam o curso de flexão da lâmina piezelétrica e inibem o dobramento composto da lâmina. A peça de massa de sintonização está dimensionada em relação à lâmina piezelétrica para obter uma freqüência de vibração ressonante natural do suprimento de potência de aproximadamente 60 Hz, correspondente a vibrações de roda comuns que ocorrem durante operações de veículo. Em operação, forças centrífugas operam para impelir a peça de massa de sintonização em afastamento do centro radiante da roda em rotação. Tais forças tendem a alinhar o plano definido pelo elemento de lâmina piezelétrica com a linha central radiante. No caso do elemento de lâmina não estar alinhado em um estado de equilíbrio de repouso com uma linha central radiante, as forças centrífugas fazem com que o elemento de lâmina se dobre para um tal alinhamento, e podem forçar a peça de massa de sintonização para engate continuado com uma peça de batente adjacente. Tal engate continuado operaria para reduzir a vibração do elemento de lâmina e reduzir correspondentemente a aptidão do suprimento de potência de energizar o circuito de rádio. Quando o elemento de lâmina está alinhado apropriadamente ao longo de uma linha central radiante, o suprimento de potência pode gozar de um curso vibratório máximo durante a operação com aptidão máxima de energizar o circuito de rádio. A patente norte-americana US 6.438.193 apresenta um contador de revoluções auto-energizado, que compreende um conversor de energia mecânica-elétrica e um circuito contador de revoluções. Um elemento de cristal piezelétrico atua como conversor de energia e também como sensor de revoluções. O elemento piezelétrico está fixado à - ou embutido na -parede interna do pneu, sob a banda de rodagem ou a parede lateral, de uma maneira que faz com que seja fletido com o pneu toda a vez que o setor circunférico do pneu que contém o elemento piezelétrico é comprimido contra a estrada ou outra superfície de suporte de veículo. Um pulso positivo é gerado quando o elemento piezelétrico é fletido. Quando retificado novamente, o elemento piezelétrico produz um sinal positivo/negativo oscilante amortecido a um nível de pico significativamente mais baixo do que o pulso positivo. As oscilações amortecidas são determinadas por características físicas do elemento piezelétrico (massa, complacência). Uma frequência de oscilação medida típica é da ordem de 100 Hz. De acordo com os autores, estas oscilações são vantajosas para conversão de energia. Uma realização preferida do elemento piezelétrico apresentado na patente US

6.438.193 é um unimorfo circular que possui duas chapas circulares unidas em conjunto e uma chapa de cristal piezelétrico no centro. Segundo os autores, a distribuição dos esforços é mais uniforme nesta configuração do que aquela obtida com um bimorfo implementado numa montagem em balanço típica. Os autores ensinam também que uma tensão aberta de 34 V foi obtida com uma deflexão grande em um elemento piezelétrico de bimorfo montado em balanço, testado. Entretanto, observa-se que a patente US 6.438.193 não apresenta detalhes relativos à estrutura do elemento piezelétrico de bimorfo montado em balanço, testado, e à sua montagem dentro do pneu.

Foi enfrentado o problema de gerar potência suficiente para ser aplicada a um dispositivo eletrônico, instalado dentro de um pneu, adaptado para monitorar pelo menos um parâmetro de pneu (por exemplo, pressão, temperatura, número de revoluções de pneu, distância percorrida, velocidade de rotação, aceleração), por conversão de energia mecânica-elétrica, aproveitando o efeito piezelétrico. De acordo com o que foi verificado, uma estrutura de elemento piezelétrico adequada para obter este resultado deve ser de um tipo de flexão montado em balanço, montado numa parte do pneu correspondente a uma área de banda de rodagem. No entanto, um outro requisito para o elemento piezelétrico é a durabilidade. Em outras palavras, uma estrutura que compreende um elemento piezelétrico do tipo de flexão montado em balanço, deve também garantir uma resistência a fissura e/ou rompimentos cedo, que podem ser causados pela força centrífuga enorme à qual o elemento piezelétrico é submetido durante o rolamento do pneu, especialmente a alta velocidade.

Foi surpreendentemente verificado que pode ser obtida potência suficiente, juntamente com longa durabilidade, dispondo-se o elemento piezelétrico de uma maneira montada em balanço dentro de um alojamento associado a um pneu, numa parte de pneu em correspondência com uma sua área de banda de rodagem (por exemplo, fixado à superfície interna do pneu, substancialmente em correspondência com o seu plano equatorial). O elemento piezelétrico porta uma massa de carregamento, e uma pequena folga está presente entre as paredes internas do alojamento e a superfície externa da massa de carregamento. O alojamento está associado ao pneu de modo que o elemento piezelétrico fique disposto ao longo de um plano substancialmente perpendicular a uma direção radial do pneu. O elemento piezelétrico, a massa de carregamento e a pequena folga são dimensionados de modo a permitir: a) oscilações do elemento piezelétrico substancialmente apenas quando a parte de pneu que inclui o elemento piezelétrico está em contato com a estrada, quando o pneu gira a alta velocidade. No caso b), na fração de revolução de pneu na qual a parte de pneu que inclui o elemento piezelétrico não está em contato com a estrada, a massa de carregamento fixada ao elemento piezelétrico é forçada contra as paredes internas do alojamento pela força centrífuga desenvolvida por rotação do pneu, de modo que o elemento piezelétrico praticamente não seja submetido a variações de deformação.

Em outras palavras, quando o pneu gira a uma velocidade baixa, é gerada uma quantidade grande de energia elétrica pelas oscilações do elemento piezelétrico durante uma revolução completa do pneu. A pequena folga e a rigidez do elemento piezelétrico não permitem grandes deflexões do elemento piezelétrico, de modo que se reduz a ocorrência de fissuras e/ou rupturas causadas por oscilação substancialmente contínua. Quando o pneu gira a uma alta velocidade, a alta aceleração radial ao qual o elemento piezelétrico é submetido é contrabalançada pelo contato com as paredes internas do alojamento para quase uma revolução completa do pneu, exceto durante a passagem do elemento piezelétrico em correspondência com o pedaço de contato. Isto também reduz a ocorrência de fissuras e/ou rupturas no material piezelétrico. Entretanto, ainda é gerada energia devido a oscilação substancialmente livre do elemento piezelétrico durante a passagem do elemento piezelétrico em correspondência com o pedaço de contato, onde a aceleração radial é substancialmente nula.

Segundo um primeiro aspecto, a invenção se refere a um método para gerar energia elétrica dentro de um pneu, o método compreendendo: - associar um alojamento que possui um elemento piezelétrico a uma parte de pneu em correspondência com uma área de banda de rodagem, o elemento piezelétrico estando disposto substancialmente ao longo de um plano perpendicular a uma direção radial do pneu e possuindo uma primeira extremidade fixada ao alojamento e uma segunda extremidade ficada à massa de carregamento, sendo formada uma folga entre pelo menos uma parede interna do alojamento e uma superfície externa da massa de carregamento; - girar o pneu sobre uma superfície de rolamento numa primeira velocidade de rotação inferior a uma dada velocidade, de modo a fazer com que a massa de carregamento oscile dentro da folga, com isto conduzindo a uma primeira deformação do elemento piezelétrico durante a rotação de pneu; - girar o pneu sobre a superfície de rolamento numa segunda velocidade de rotação maior que a dada velocidade, de modo a fazer com que a massa de carregamento contacte a parede interna durante uma primeira fração de uma revolução completa de pneu, durante a primeira fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que não está em contato com a superfície de rolamento, e fazer com que a massa de carregamento oscile dentro da folga durante uma segunda fração de uma revolução completa de pneu, durante a segunda fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que está em contato com a superfície de rolamento, deste modo conduzindo a uma segunda deformação do elemento piezelétrico durante a rotação de pneu; - coletar energia elétrica gerada da primeira e segunda deformações do elemento piezelétrico.

De acordo com um segundo aspecto, a invenção se refere a um sistema para gerar energia elétrica que compreende: - um pneu; - um suprimento de potência que compreende um elemento piezelétrico, associado a uma parte de pneu em comunicação com uma área de banda de rodagem de pneu; no qual - o elemento piezelétrico está disposto dentro de um alojamento de modo a possuir uma primeira extremidade substancialmente fixada ao alojamento, e uma segunda extremidade associada a uma massa de carregamento, uma folga sendo formada entre pelo menos uma parede interna do alojamento e uma superfície externa da massa de carregamento; - o elemento piezelétrico está colocado substancialmente ao longo de um plano perpendicular a uma direção radial do pneu; - o elemento piezelétrico, a massa de carregamento e a folga estão dimensionados de modo a obter: a) durante a rotação do pneu sobre uma superfície de rolamento numa primeira velocidade de rotação inferior a uma dada velocidade, uma oscilação dentro da folga da massa de carregamento associada ao elemento piezelétrico; b) durante a rotação do pneu sobre a superfície de rolamento numa segunda velocidade de rotação superior à dada velocidade, um contato da massa de carregamento com a parede interna do alojamento durante uma primeira fração de uma revolução completa de pneu, durante a primeira fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que não está em contato com a superfície de rolamento, e uma oscilação dentro da folga da massa de carregamento associada ao elemento piezelétrico durante uma segunda fração de uma revolução completa de pneu, durante a segunda fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que está em contato com a superfície de rolamento.

De acordo com um terceiro aspecto, a invenção se refere a um sistema para monitorar pelo menos um parâmetro de operação de um pneu, que compreende: - um sistema para gerar energia elétrica que inclui um suprimento de potência de acordo com o segundo aspecto da invenção; - um dispositivo sensor que inclui um dispositivo de medição adaptado para medir o pelo menos um parâmetro de operação, e um dispositivo transmissor adaptado para transmitir o parâmetro medido, associado ao suprimento de potência; - um dispositivo receptor adaptado para receber o parâmetro medido transmitido.

Outras características e vantagens da presente invenção se evidenciarão pela descrição detalhada que se segue de algumas realizações exemplificativas da mesma, apresentadas somente à título de exemplos não limitadores, cuja descrição será executada fazendo referência aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 mostra uma seção transversal de um pneu exemplificativo de acordo com a invenção; - a figura 2 mostra um esquema exemplificativo de um dispositivo sensor a ser incluído no pneu da figura 1; - as figuras 3a e 3b mostram um elemento piezelétrico fletor exemplificativo a ser incluído no dispositivo sensor da figura 2 para suprimento de potência; - a figura 4 mostra uma curva típica de aceleração radial em relação ao tempo à qual uma parte de um pneu correspondente a uma área de banda de rodagem é submetida durante uma revolução completa de pneu; - a figura 5 mostra um espectro de freqüência típico de uma curva de aceleração radial tal como aquela mostrada na figura 4; - a figura 6 mostra uma resposta de freqüência exemplificativa do elemento piezelétrico fletor da figura 3; - a figura 7 mostra um sinal obtido do elemento piezelétrico fletor da figura 3 montado sobre um pneu que gira a uma velocidade de 20 km/h; - a figura 8 mostra um sinal obtido do elemento piezelétrico fletor da figura 3 montado sobre um pneu que gira a uma velocidade de 50 km/h; - a figura 9 mostra o deslocamento em relação ao tempo ao qual a massa de carregamento fixada ao elemento piezelétrico fletor da figura 3 é submetida durante a rotação do pneu a baixa velocidade (40 km/h); - a figura 10 mostra o deslocamento em relação ao tempo ao qual a massa de carregamento fixada ao elemento piezelétrico fletor da figura 3 é submetida durante a rotação do pneu a alta velocidade (80 km/h); - a figura 11 é uma vista ampliada de uma parte da figura 10; - a figura 12 mostra três curvas de energia elétrica armazenada em relação a tempo obtida em um teste com um elemento piezelétrico fletor tal como aquele mostrado na figura 3a, 3b. A figura 1 mostra uma seção transversal de uma roda que compreende um pneu 11 e um aro de suporte 12. O veículo mostrado na figura 1 é de um tipo convencionalmente conhecido como “sem câmara”, ou seja, não contém um tubo interno. Este pneu pode ser inflado por meio de uma válvula de inflação 13 colocada, por exemplo, sobre o canal do aro 12. 0 pneu 11 possui uma carcaça 16, que termina em dois talões 14 e 14’, cada um formado ao longo de um bordo circunférico interno da carcaça 16, para fixar o pneu 11 a um aro de suporte 12 correspondente. Os talões 14,14’ compreendem núcleos anulares de reforço 15 e 15’ respectivos, conhecidos como núcleos de talão. A carcaça 16 é formada por, pelo menos, uma lona de reforço, incluindo cordões têxteis ou metálicos, que se estendem axialmente a partir de um talão 14 para o outro 14’ em um perfil toroidal, e com as suas extremidades associadas a um núcleo de talão 15 e 15’. Nos pneus do tipo conhecido como radial, os supracitados cordões estão dispostos essencialmente em planos que contêm o eixo de rotação do pneu. Uma estrutura anular 17, conhecida como estrutura de correia, é colocada numa posição radialmente externa em relação à carcaça 16. Tipicamente, a estrutura de correia 17 possui uma ou mais tiras de material elastomérico que incorpora cordões de metal e/ou têxteis, superpostos entre si. Uma banda de rodagem 18 de material elastomérico é enrolada em volta da estrutura de correia 17 e é impressa por uma estampagem em relevo para o contato de rolamento do pneu com o terreno. Duas paredes laterais 19 e 19’ de material elastomérico, cada uma se estendendo radialmente para fora a partir do bordo externo do talão 14 e 14’ correspondente, são também colocadas sobre a carcaça 16 em posições laterais opostas axialmente. Nos pneus sem câmara, a superfície interna da carcaça 16 normalmente é coberta por um revestimento 111, ou seja, por uma ou mais camadas de material elastomérico impermeável a ar. Outros elementos conhecidos, tais como, por exemplo, enchimentos de talão, podem ser providos, de acordo com o desenho específico do pneu 11.

Um dispositivo sensor 3 está incluído dentro do pneu 11.0 dispositivo sensor 3 está localizado numa parte de pneu em correspondência com uma área de banda de rodagem do pneu 11, ou seja, numa parte situada na região do pneu 11 que se estende axialmente entre as paredes laterais do pneu 11. De preferência, o dispositivo sensor está disposto substancialmente em correspondência com o plano equatorial do pneu 11. Na realização preferida mostrada na figura 1} o dispositivo sensor 3 é fixado ao revestimento interno 111 do pneu 11. Um elemento fixador 332 adere tanto ao dispositivo sensor 3 quanto ao revestimento interno 111. O elemento fixador 332 proporciona a fixação do dispositivo sensor 3 ao revestimento interno 111 do pneu, e está adaptado para acompanhar as deformações sofridas pela estrutura de pneu durante o rolamento, a fim de manter com estabilidade tal fixação de sensor. Os materiais adequados para o elemento fixador 332 podem incluir geralmente borrachas têxteis, tais como, por exemplo, borracha natural ou borracha sintética, por exemplo, borrachas produzidas de dienos conjugados com 4 a 10 átomos de carbono, tais como poliisopreno, polibutadieno, borracha de estireno-butadieno e semelhantes. Para melhor adesão entre o dispositivo sensor 3 e o pneu 11, pode ser vantajoso interpor um outro elemento adesivo, por exemplo, uma película adesiva de dupla face, entre o elemento fixador 332 e a superfície interna do pneu 11 e/ou entre o elemento fixador 332 e o dispositivo sensor 3. Uma película adesiva de dupla face apropriada pode ser a Scotch® 300SL Hi Strength, comercializada pela 3M. Em realizações alternativas, o dispositivo sensor 3 pode ser incorporado dentro da estrutura do pneu na parte de pneu correspondente à área de rodagem, por exemplo, dentro da banda de rodagem, ou entre a tira de correia externa e a banda de rodagem.

Um esquema de um dispositivo sensor 3 exemplificativo é mostrado na figura 2. O dispositivo sensor 3 compreende um suprimento de potência 31, um microcontrolador 33, um dispositivo de medição 34, um transmissor de radiofrequência 36 e uma antena 37. O suprimento de potência 31 compreende um elemento piezelétrico fletor, conforme será descrito em detalhe a seguir, que se deforma sob as forças que lhe são transmitidas pelo pneu durante o rolamento na estrada. Devido ao efeito piezelétrico, tais deformações geram carga elétrica, que pode ser coletada por eletrodos adequados e alimentada a um circuito de preparação de tensão 32, que tipicamente inclui uma ponte retificadora de diodo (não mostrada), estando adaptada para transformar corrente alternada em corrente contínua. O circuito de preparação 32 compreende ainda um capacitor (não mostrado), adequado para armazenar a carga elétrica gerada por efeito piezelétrico. O circuito de preparação de tensão 32 pode compreender também um controlador de tensão (não mostrado), estando adaptado para verificar que a tensão através do capacitor esteja acima de um mínimo predeterminado (por exemplo, 2,7 Volts). A energia elétrica gerada pelo suprimento de potência 31 e armazenada no circuito de preparação de tensão 32 é alimentada ao microcontrolador 33, ao dispositivo de medição 34 (através de um comutador 35) e ao transmissor de radiofreqüência 36. O dispositivo de medição 34 compreende sensores adaptados para medir o parâmetro ou parâmetros de pneu a ser(em) monitorados, tais como, por exemplo, pressão e temperatura. O dispositivo de medição 34 possui também um conjunto de circuitos de controle adaptado para transformar os parâmetros detectados em sinais elétricos. O transmissor de radiofreqüência 36 está adaptado para transmitir, através da antena 37, quadros de informação contendo o parâmetro ou parâmetros medido(s), a um receptor (não mostrado) externo ao pneu, localizado tipicamente sobre o veículo no qual o pneu está instalado. O microcontrolador 33 tipicamente compreende uma CPU (unidade central de processamento) que controla a operação do dispositivo sensor 3. Na realização preferida mostrada na figura 2, o microcontrolador 33 habilita, através de um primeiro circuito de temporização/habilitação 38, o comutador 35 para fechar o circuito para o dispositivo de medição 34, a fim de energizar o mesmo para executar a medição do parâmetro ou parâmetros característico(s) a ser(em) monitorados. Além disto, o microcontrolador 33 habilita, através de um segundo circuito de temporização/habilitação 40, a transmissão dos quadros para o receptor externo. Ademais, o microcontrolador 33 coleta os sinais provenientes do dispositivo de medição 34, converte-os, através de um conversor de analógico em digital 39,. numa forma digital, e os processa a fim de extrair as informações a serem enviadas para fora do pneu através do transmissor de radiofrequência 36. A habilitação do fechamento do comutador 35, assim como a habilitação da transmissão de quadro pelo transmissor 36, pode ser executada a intervalos de tempo predeterminados. Por exemplo, o primeiro circuito de temporização/habilitação 38 pode acionar o fechamento do primeiro circuito de temporização/habilitação 38 a cada dois minutos, enquanto o segundo circuito de temporização/habilitação 40 pode habilitar a transmissão para o exterior de dados coletados a cada sete minutos, já que a transmissão de radiofrequência tipicamente exige mais potência em relação às medições de parâmetro, Como um outro exemplo, o fechamento do comutador 35 e/ou a transmissão de dados coletados pode(m) ser habilitado(s) quando a tensão através do capacitor incluído no circuito de preparação de tensão 32 está acima de um limite predeterminado. O primeiro e/ou o segundo circuitos de temporização/habilitação 38, 40 podem ser realizados de qualquer maneira convencional, como circuitos de hardware separados do microcontrolador 33, ou como objetos de software integrados à memória do microcontrolador 33. A figura 3 a mostra um corte lateral do suprimento de potência 31, O suprimento de potência 31 compreende um alojamento 311, um elemento piezelétrico 313 e uma massa de carregamento 312 associada ao elemento piezelétrico. A figura 3b mostra uma vista do suprimento de potência ao longo da seção indicada por A-A na figura 3a. Com referência à figura 3a, o elemento piezelétrico está disposto dentro do alojamento em balanço. Em outras palavras, o elemento piezelétrico 313 está fixado, numa sua primeira extremidade 315, ao alojamento 311, enquanto a segunda extremidade 316 está associada à massa de carregamento 312. O elemento piezelétrico é formado, de preferência, como um elemento planar.

Altemativamente, pode ser formado como um elemento de lâmina, ou como um elemento de barra. Nas realizações preferidas, um elemento piezelétrico planar compreende pelo menos dois cristais piezelétricos planares, separados por uma. chapa (configuração bimórfica) eletricamente condutora (por exemplo, metálica). Eletrodos são convencionalmente dispostos sobre as superfícies externas dos elementos piezelétricos. O suprimento de potência 31 está associado ao pneu de modo a dispor o elemento piezelétrico 313 ao longo de um plano substancialmente perpendicular a uma direção radial do pneu (indicada por "E" nas figuras 1,3a e 3b), ou seja, uma direção que se irradia do eixo de rotação do pneu. Desta maneira, o elemento piezelétrico 313 e a massa de carregamento associada 312 são submetidos, durante rolamento do pneu, à aceleração radial (ou seja, centrífuga). A fim de distribuir uniformemente a tensão sofrida pelo elemento piezelétrico 313, o lado mais comprido do elemento piezelétrico 313 pode ser, de preferência, disposto substancialmente segundo uma direção axial do pneu (indicada por "F" nas figuras 1, 3a e 3b), uma ou seja, uma direção paralela ao eixo de rotação do pneu. Altemativamente, o lado mais comprido do elemento piezelétrico pode ser disposto segundo uma direção longitudinal do pneu (indicada por "L" nas figuras 1, 3a e 3b). As dimensões geométricas do elemento piezelétrico 313, da massa de carregamento 312 e do alojamento 311 são escolhidas de modo a deixarem um espaço intermediário 314, também chamado de "folga", entre a superfície externa da massa de carregamento 312 e as paredes internas do alojamento 311, que praticamente define a deflexão máxima permitida ao elemento piezelétrico 313. A fim de limitar as dimensões do suprimento de potência 31 e deslocar o centro de gravidade do elemento piezelétrico + estrutura de massa de carregamento substancialmente na segunda extremidade do elemento piezelétrico 313, a massa de carregamento 312 pode, de preferência, ter a forma de U, conforme mostra a figura 3a.

Em operação, o suprimento de potência 31 é submetido à aceleração centrífuga que se desenvolve devido à rotação do pneu. A aceleração centrífuga se mistura a outras contribuições de aceleração que resultam da interação do pneu com o solo durante o rolamento. A figura 4 mostra um perfil exemplificativo de uma aceleração radial resultante em relação ao tempo à qual a parte de pneu associada ao 31 pode ser submetida durante uma revolução de pneu.

Durante uma primeira fração de uma revolução completa de pneu, durante a qual a área de banda de rodagem correspondente à parte de pneu associada ao suprimento de potência 31 não está em contato com o solo, a aceleração é substancialmente constante, exceto quanto às ondulações que aparecem na figura 4, a presença das quais será explicada a seguir, e adquire um valor que depende do quadrado da velocidade de rotação de pneu. Durante uma segunda fração de uma revolução completa de pneu, durante a qual a área de banda de rodagem correspondente à parte de pneu associada ao suprimento de potência 31 está em contato com o solo, o nível de aceleração cai até substancialmente zero, conforme pode ser visto na parte central da figura 4, após um aumento inicial causado por uma deformação à qual o pneu é submetido durante a passagem de uma configuração circunférica para uma configuração plana, bem no início da região de contato entre o pneu e o solo. Um outro aumento do nível de aceleração ocorre quando a banda de rodagem correspondente à parte de pneu associada ao suprimento de potência 31 sai da região de contato.

Durante a primeira fração mencionada acima de uma revolução completa de pneu, o suprimento de potência 31 pode ser submetido a uma enorme aceleração, que pode atingir valores de várias centenas de g a alta velocidade (por exemplo, 360 g a 120 km/h). Sujeita a esta aceleração, que está orientada substancialmente ao longo da direção E nas figuras 3a e 3b, a massa de carregamento 312 é empurrada em afastamento de uma primeira posição de equilíbrio, na qual o elemento piezelétrico 313 é praticamente perpendicular a uma orientação radial do pneu em direção às paredes laterais do alojamento 311, até o ponto de ficar dependente das características de complacência do elemento piezelétrico 313 e do tamanho da massa de carregamento 312, a extensão máxima sendo definida pela folga 314. O movimento da massa de carregamento 312 causa uma flexão correspondente do elemento piezelétrico 313, ou seja, geração de carga elétrica, devido ao efeito piezelétrico. No entanto, sob esta aceleração "estática", a geração de carga elétrica é interrompida abmptamente assim que a veículo atinge uma segunda posição de equilíbrio, que pode estar dentro da folga 314 ou contra as paredes laterais do alojamento 311, dependendo do valor de aceleração, ou seja, da velocidade de rotação de pneu. Quanto maior a velocidade de rotação, mais afastado o segunda posição de equilíbrio está da primeira posição de equilíbrio, até um máximo definido pela folga 314, conforme mencionado anteriormente.

Por outro lado, durante a segunda fração de uma revolução completa de pneu, ou seja, durante a passagem na região de contato com o solo da área de banda de rodagem correspondente à parte de pneu associada ao suprimento de potência 31, a massa de carregamento 312 é deixada livre para oscilar em tomo da primeira posição de equilíbrio, pelo fato de que a aceleração cai até substancialmente zero, de modo que nenhuma força atua mais para manter a massa de carregamento 312 na segunda posição de equilíbrio. As oscilações da massa de carregamento 312 causam uma flexão correspondente do elemento piezelétrico 313, ou seja, geração de carga elétrica, devida ao efeito piezelétrico. Estas oscilações podem fornecer uma quantidade elevada de carga elétrica, dependendo da extensão da oscilação e do efeito amortecedor imposto pelas características de amortecimento do elemento piezelétrico 313. Entretanto, assim que a passagem no pedaço de contato termina, a aceleração centrífuga provoca uma parada forçada das oscilações, com a colocação da massa de carregamento na segunda posição de equilíbrio, e uma parada correspondente da geração de carga elétrica. A quantidade total de carga elétrica gerada na segunda fração de uma revolução completa de pneu é o resultado de muitos efeitos, alguns deles se opondo: a) a baixa velocidade, a extensão da oscilação é bem baixa; entretanto, cada passagem sob o pedaço de contato é bastante longa, de modo que pode ser obtido um número elevado de oscilações (ou sejam, as deformações do elemento piezelétrico 313), se o amortecimento imposto pelo elemento piezelétrico 313 for escolhido adequadamente; b) a alta velocidade, a extensão da oscilação é mais alta, com um máximo sendo definido pela folga 314; entretanto, cada passagem sob o pedaço de contato possui uma duração menor em relação ao caso a) acima, de modo que o número de oscilações é menor; mesmo assim, em um dado intervalo de tempo, o número de passagens sob o pedaço de contato é maior em relação ao caso a), de modo que pode ser obtida uma compensação, contrabalançando a duração menor de cada passagem. O comportamento do elemento piezelétrico 313 associado à massa de carregamento 312 explicado acima se refere a uma contribuição conhecida como “primeiro harmônico” da aceleração à qual o suprimento de potência 31 é submetido, ou seja, uma contribuição que ocorre uma vez por revolução de pneu. A freqüência associada a tal contribuição pode variar numa faixa de baixa freqüência de 0 Hz a poucas dezenas de Hz, dependendo da velocidade de rotação de pneu (por exemplo, cerca de 20-25 Hz para um pneu de carro a uma velocidade em tomo de 150 km/h), correspondente ao número de passagens da parte de pneu associada ao suprimento de potência 31 sob o pedaço de contato em um segundo. Devido a tal contribuição de baixa freqüência, pode ser obtida uma geração "pulsada" da carga elétrica do elemento piezelétrico 313, com uma “freqüência de pulso” que depende da velocidade de rotação de pneu.

Entretanto, a aceleração real à qual o suprimento de potência 31 é submetido na direção radial possui também componentes em faixas de ífeqüência maiores que aquelas mencionadas acima, conforme se pode notar pela presença de ondulações exibidas pelo perfil de aceleração radial mostrado na fig. 4. Estes componentes de alta ífeqüência se devem a contribuições harmônicas de ordem superior, ou sejam, a eventos que ocorrem mais de uma vez por revolução de pneu. Por exemplo, uma contribuição harmônica de ordem superior pode ser causada pela interação com a estrada dos blocos que formam a banda de rodagem de pneu. Outras contribuições harmônicas de ordem superior podem resultar de modos de vibração de toda a estrutura de pneu devido à transmissão das deformações às quais o pneu é submetido sob o pedaço de contato, a partes de pneu fora do pedaço de contato. Outras contribuições de alta freqüência podem ser causadas pela interação de partes de banda de rodagem menores com a estrada, que pode depender da granularidade do terreno (por exemplo, asfalto) sobre o qual o pneu está rodando.

Como exemplo, a figura 5 mostra o resultado de uma transformação de Fourier de um sinal de aceleração radial obtido por um acelerômetro fixado ao revestimento interno de um pneu (Pirelli P7 195/65 RI 5, inflado a 2,2 bárias) que roda a uma velocidade de rotação de 80 km/h para diversas revoluções. A figura 5 mostra diferentes curvas superpostas, cada uma relacionada ao sinal de aceleração obtido numa única revolução. No eixo das abscissas, é registrada a freqüência (em Hz) dos diferentes componentes de aceleração, enquanto que no eixo das ordenadas é registrada a soma de diferentes contribuições possíveis na mesma freqüência (em unidades arbitrárias). Como se pode notar, uma contribuição importante é obtida para freqüências de até cerca de 200 Hz. As curvas correspondentes às diferentes revoluções de pneu são bem superpostas nesta primeira faixa de freqüências, correspondendo, segundo verificado, ao comportamento relativo apenas à estrutura de pneu, ou seja, a resposta da estrutura de pneu à tensão imposta pelo rolamento sobre o solo, e não a fatores externos (tais como, por exemplo, o tipo de asfalto sobre o qual o pneu está rodando). A uma velocidade menor, a primeira faixa de freqüências possui uma largura menor, e, correspondentemente, o pico mostrado na figura 5 ocorre a uma freqüência menor (por exemplo, cerca de 50 Hz a 40 km/h). A freqüências maiores, as contribuições são cada vez menores, e apresentam um comportamento aleatório, representado pela dispersão crescente das diferentes curvas visíveis para freqüências maiores do que cerca de 200-400 Hz, possivelmente devido ao rolamento sobre condições de estrada diferentes. De qualquer maneira, os diferentes componentes de freqüência da aceleração radial podem proporcionar outras contribuições às deformações do elemento piezelétrico 313, além das deformações obtidas pelas primeiras contribuições harmônicas. À titulo de comparação, a figura 6 mostra a resposta de freqüência de um elemento piezelétrico 313 exemplificativo associado a uma massa de carregamento 312. As dimensões e o material do elemento piezelétrico 313 foram escolhidos de modo a obter uma rigidez k do mesmo de cerca de 4800 N/m. A massa de carregamento 312 m foi dimensionada em cerca de 0,96 gramas. A fim de obter a resposta de freqüência, o alojamento que compreende o elemento piezelétrico associado à massa de carregamento foi colocado em um dispositivo sacudidor acionado por eletrônica de controle, que aplicou uma força de excitação pulsada ao sacudidor, numa faixa de freqüências entre 0 Hz e 1000 Hz. O movimento do sacudidor causou oscilações da massa de carregamento e do elemento piezelétrico, com a geração subseqüente de carga elétrica. A figura 6 relata a função de transferência de tensão/aceleração (expressa em termos de g) em relação à freqüência da força de excitação. Como se pode observar na figura 6, um pico de ressonância da estrutura formada pelo elemento piezelétrico e pela massa de carregamento está entre 300 Hz e 400 Hz, ou seja, bem distante do pico mostrado na figura 5. Isto significa que, na prática, durante o rolamento do pneu, a força de excitação transmitida pelo pneu ao suprimento de potência 31 que compreende o elemento piezelétrico 313 em balanço substancialmente não pode causar oscilação ressonante do elemento piezelétrico 313. Este fato é importante a fim de reduzir o aparecimento de fissuras no material piezelétrico 313, que poderíam ser causadas por oscilações contínuas grandes do elemento piezelétrico 313, com consequente redução da eficiência do suprimento de potência 31, ou, na pior das hipóteses, com uma ruptura prematura do elemento piezelétrico 313.

Mesmo que o elemento piezelétrico 313 não seja ressonante, de qualquer maneira, é excitado pelos componentes da aceleração radial que possuem uma frequência maior que a freqüência do “primeiro harmônico”. Foi então verificado que, quando o pneu está rodando a baixa velocidade, ou seja, quando a aceleração centrífuga desenvolvida pela rotação de pneu não é forte o suficiente para praticamente anular todos os outros componentes de freqüência da aceleração radial, a massa de carregamento 312 associada ao elemento piezelétrico 313 oscila em tomo da segunda posição de equilíbrio mencionada acima, ou seja, a posição atingida pela massa de carregamento quando é empurrada pela aceleração centrífuga. Tal oscilação, devido aos componentes de “alta freqüência” (ou sejam, componentes resultantes de harmônicos de ordem superior e/ou componentes causados por interação entre a banda de rodagem de pneu e a estrada), é muito benéfica para a geração de carga elétrica por efeito piezelétrico. Na realidade, devido a tais oscilações, um fluxo contínuo de carga elétrica é gerado durante a primeira fração, mencionada acima, de uma revolução completa de pneu (ou seja, a parte por fora do pedaço de contato), o qual, somado à carga elétrica gerada durante a segunda fração, mencionada acima, de uma revolução completa de pneu (ou seja, o pedaço de contato), contribui para formar uma geração “contínua” de carga elétrica durante toda a revolução de pneu.

Conforme mencionado, tal comportamento ocorre a baixa velocidade. A velocidades maiores, a aceleração centrífuga desenvolvida se toma tão forte, em relação aos outros componentes que compõem a aceleração radial, que a massa de carregamento 312 é impelida contra as paredes internas do alojamento 313, e qualquer movimento do mesmo é praticamente inibido. Nesta situação, a carga elétrica é, de qualquer maneira, gerada na segunda fração de revolução de pneu.

As figuras 7 e 8 mostram este comportamento diferente do suprimento de potência 31. Mais particularmente, ambas as figuras mostram a tensão em relação ao tempo gerada por um suprimento de potência, fixado a um pedaço elâstomérico, ao revestimento interno de um pneu, o suprimento de potência sendo formado por inclusão de uma chapa bimórfica de material piezelétrico (PZT), com uma largura de 5 mm, um comprimento de 11 mm, uma espessura global de 0,46 mm em um alojamento de plástico com largura de 7 mm, comprimento de 13 mm, altura de 7 mm, espessura de 0,5 mm. Uma massa de carregamento de 0,97 g foi fixada à extremidade livre da chapa piezelétrica. Uma folga de 250 μτα foi deixada na direção radial entre as paredes internas do alojamento e a superfície externa da massa de carregamento (125 jum + 125 /xm). A figura 7 mostra a tensão em relação ao tempo obtida por tal suprimento de potência quando o pneu girou a 20 km/h. Três oscilações de tensão fortes são visíveis, correspondendo às passagens da área de banda de rodagem correspondente à parte de pneu associada ao suprimento de potência sob o pedaço de contato, com uma seqüência contínua superposta de oscilações de tensão menores que se estendem por todo o intervalo de tempo. Claramente, as oscilações de tensão são devidas a oscilações reais da chapa piezelétrica, que ocorrem tanto quando a área de banda de rodagem que corresponde à parte de pneu associada ao suprimento de potência está por fora do pedaço de contato, como quando a área de banda de rodagem que corresponde à parte de pneu associada ao suprimento de potência está dentro do pedaço de contato.

Um resultado semelhante é mostrado nas figuras 9, 10 e 11, que mostram o resultado de uma simulação executada com uma ferramenta de simulação por computador convencional. Na simulação, foi considerado um modelo que representa o suprimento de potência piezelétrico em balanço descrito acima com referência às figuras 7 e 8, disposto sobre a superfície interna de um pneu. Perfis de aceleração correspondentes aos sinais de aceleração radial real obtidos das medições efetuadas a diferentes velocidades de rotação com um acelerômetro situado sobre a superfície interna de um pneu foram considerados como as acelerações que excitam o suprimento de potência.

Com referência à figura 9, a curva 91 representa uma parte do perfil de aceleração em relação ao tempo usado para a simulação, considerado a uma velocidade de 40 km/h. A curva 92 representa o deslocamento calculado em relação ao tempo, realizado pelo centro de gravidade do elemento piezelétrico + estrutura de massa de carregamento. A linha reta 93 representa o deslocamento máximo permitido numa direção, ou seja, uma metade da folga. Os valores indicados no eixo dos yy da figura 9 se referem a valores de deslocamento, e devem ser considerados como unidades arbitrárias para a curva de aceleração 91. Como se pode notar na curva 92, oscilações contínuas são executadas pela chapa piezelétrica associada à massa de carregamento, em tomo de uma segunda posição de equilíbrio deslocada da primeira posição de equilíbrio representada pelo valor "0" em ordenadas, ou seja, a posição de equilíbrio adquirida pela chapa piezelétrica quando o pneu está parado. A segunda posição de equilíbrio é alcançada pelo centro de gravidade ao ser submetido à aceleração centrífuga desenvolvida durante a rotação. A figura 9 mostra ambas as oscilações de menor porte e as oscilações de maior porte. As oscilações de maior porte correspondem à passagem da área de banda de rodagem correspondente à parte de pneu associada ao suprimento de potência sob o pedaço de contato, ou seja, onde a curva 91 atinge um valor substancialmente igual a zero. As oscilações de menor porte estão praticamente presentes e superpostas por toda a curva 92. Cumpre notar também que, durante as oscilações de maior porte, o centro de gravidade “bate” na linha reta 93, correspondente ao ponto de encontro real da massa de carregamento com as paredes internas do alojamento de suprimento de potência.

Com referência à figura 10, a curva 101 representa uma parte do perfil de aceleração em relação ao tempo usado para a simulação, considerado a uma velocidade de 80 km/h, A curva 102 representa o deslocamento calculado em relação ao tempo executado pelo centro de gravidade do elemento piezelétrico + estrutura de massa de carregamento. A linha reta 93 representa ainda o deslocamento máximo permitido numa direção, ou seja, uma metade da folga. Os valores indicados no eixo dos yy da figura 10 se referem a valores de deslocamento, e devem ser considerados como unidades arbitrárias para a curva de aceleração 101. Como se pode notar na curva 102, oscilações pulsadas são executadas pela chapa piezelétrica associada à massa de carregamento, começando a partir do deslocamento máximo permitido, na passagem da área de banda de rodagem correspondente à parte de pneu associada ao suprimento de potência sob o pedaço de contato, ou seja, onde a curva 101 atinge um valor substancialmente igual a zero. A figura 11 mostra uma parte ampliada da figura 10. Como se pode notar na figura 11, a curva 102 é inicialmente superposta à linha 93, correspondendo a um posicionamento da massa de carregamento contra as paredes internas do alojamento. Quando a aceleração radial (curva 101) diminui, a massa de carregamento começa a oscilação livre em tomo da primeira posição de equilíbrio (valor zero em coordenadas na fig. 15), conforme representado pela oscilação forte da curva 102 na parte central da figura 11. Quando a aceleração radial aumenta, o carregamento é impelido contra as paredes internas do alojamento, que se completa após uma série de batidas contra as paredes internas do alojamento, conforme representado pelas oscilações amortecidas da curva 102 na parte direita da figura 11.

Verificou-se que um suprimento de potência preparado conforme mostram as figuras 3a, 3b, associado a uma parte de pneu em correspondência com uma área de banda de rodagem, conforme explicado acima, com os diferentes componentes (material do elemento piezelétrico, dimensões, número de camadas piezelétricas, valor da massa de carregamento, folga) dimensionados de modo a obter uma geração de carga elétrica substancialmente contínua quando o pneu gira a baixa velocidade, e uma geração de carga elétrica substancialmente pulsada quando o pneu gira a alta velocidade, permite obter uma potência elétrica suficiente para abastecer dispositivos sensores comuns a serem incluídos dentro de um pneu para monitorar os seus parâmetros característicos. Em particular, uma quantidade grande de carga elétrica pode ser gerada a baixa velocidade, devido a oscilação substancialmente contínua do elemento piezelétrico. Isto é mostrado pelo gráfico da figura 12, no qual estão representadas três curvas obtidas numa série de testes executados pelos inventores. As três curvas da figura 12 mostram a energia elétrica armazenada em um capacitor de 100 jliF ligado (através de uma ponte de diodo retificadora) ao suprimento de potência exemplificativo descrito acima com referência às figuras 7 e 8, em relação ao tempo. Uma resistência de carga de 3,3 ΜΩ foi ligada através do capacitor. O suprimento de potência colocado em um dispositivo sacudidor ao qual foram aplicados sinais de aceleração real obtidos de um pneu girando a uma velocidade de 20 km/h, 40 krn/h, 60 km/h, Como se pode notar, uma quantidade maior de energia elétrica é armazenada dentro do capacitor a uma velocidade de 20 km/h em um dado intervalo de tempo, em relação àquela armazenada a 40 ou 60 km/h no mesmo intervalo de tempo. Além disto, uma quantidade maior de energia elétrica é armazenada em um dado intervalo de tempo a uma velocidade de 60 km/h em relação àquela armazenada a 40 km/h, já que a frequência das gerações de carga elétrica pulsada é maior a 60 km/h.

Uma grande confiabilidade do suprimento de potência foi também constatada pelos inventores. Acredita-se que isto depende do fato de que, a uma baixa velocidade, o elemento piezelétrico é excitado para oscilar de uma pequena extensão pela maior parte do tempo, enquanto que grandes oscilações que ocorrem quando a parte de pneu associada ao suprimento de potência passa sob o pedaço de contato podem ser limitadas com um dimensionamento adequado da folga entre as paredes internas do alojamento e a superfície externa da massa de carregamento. Consequentemente, pode ser obtida uma forte redução da ocorrência de fissuras e rupturas dentro do material piezelétrico. O valor preciso da velocidade na qual o comportamento do suprimento de potência passa de “geração contínua de carga elétrica” para “geração pulsada de carga elétrica” depende do dimensionamento preciso dos componentes que formam o suprimento de potência. Vantajosamente, o dimensionamento dos diversos componentes pode ser efetuado para obter uma mudança de comportamento do suprimento de potência entre velocidades intermediárias, de preferência compreendidas entre 30 km/h e 70 km/h, mais preferivelmente entre 40 km/h e 60 km/h. Vantajosamente, a fim de reduzir a ocorrência de modos ressonantes do suprimento de potência, os diversos componentes do suprimento de potência podem ser dimensionados para obtenção de uma frequência de ressonância do elemento piezelétrico + estrutura de massa de carregamento superior a 150 Hz, de preferência superior a 200 Hz, melhor ainda, superior a 300 Hz. Acredita-se que uma tal escolha permite aumentar mais ainda a confiabilidade do suprimento de potência, já que oscilações ressonantes grandes do elemento piezelétrico são substancialmente evitadas durante a rotação de pneu, em qualquer condição prática de velocidade.

Faixas preferidas exemplificativas para um suprimento de potência que usa uma chapa piezelétrica PZT bimórfica para obter o desempenho explicado acima podem ser as seguintes: - comprimento da chapa PZT: de 8 a 18 mm; - largura da chapa PZT: de 3 a 18 mm; - espessura total da chapa bimórfíca: de 0,3 a 1,20 mm; - massa de carregamento: de 0,05 g a 3 g -folga: de 50 a 400 /m Com referência em especial ao tamanho de massa de carregamento, pode-se notar que um tamanho pequeno da massa de carregamento permite aumentar a freqüência de ressonância do elemento piezelétrico + estrutura de massa de carregamento. Além disto, um tamanho pequeno da massa de carregamento permite reduzir o desbalanceamento causado pela rotação de pneu devido à presença do suprimento de potência. Ademais, um tamanho pequeno da massa de carregamento permite reduzir a ocorrência de fissuras e rupturas nos alojamentos de suprimento de potência causadas pelas batidas contra as paredes internas durante a oscilação. No entanto, um tamanho muito pequeno da massa de carregamento não permite dobramento suficiente do elemento piezelétrico, com geração de carga elétrica resultante insuficiente. Uma diretriz para o dimensionamento do suprimento de potência podería consistir em escolher um tamanho de massa de carregamento m suficiente para evitar substancialmente o desbalanceamento do pneu durante a rotação (por exemplo, uma massa menor que 3 g), para escolher uma freqüência de ressonância^ para o elemento piezelétrico + estrutura de massa de carregamento (por exemplo, superior a 150 Hz) e em seguida derivar as dimensões do elemento piezelétrico a partir de sua rigidez k, calculada por inversão da seguinte relação bem conhecida: REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para gerar energia elétrica dentro de um pneu, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: associar um alojamento (311) que possui um elemento piezelétrico (313) a uma parte de pneu em correspondência com uma área de banda de rodagem, o elemento piezelétrico estando disposto substancialmente ao longo de um plano perpendicular a uma direção radial (E) do pneu e possuindo uma primeira extremidade (315) fixada ao alojamento e uma segunda extremidade (316) ficada à massa de carregamento (312), sendo formada uma folga (314) entre pelo menos uma parede interna do alojamento e uma superfície externa da massa de carregamento; girar o pneu sobre uma superfície de rolamento numa primeira velocidade de rotação inferior a uma dada velocidade, de modo a fazer com que a massa de carregamento oscile dentro da folga, com isto conduzindo a uma primeira deformação do elemento piezelétrico durante a rotação de pneu; girar o pneu sobre a superfície de rolamento numa segunda velocidade de rotação maior que a dada velocidade, de modo a fazer com que a massa de carregamento contacte a parede interna durante uma primeira fração de uma revolução completa de pneu, durante a primeira fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que não está em contato com a superfície de rolamento, e fazer com que a massa de carregamento oscile dentro da folga durante uma segunda fração de uma revolução completa de pneu, durante a segunda fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que está em contato com a superfície de rolamento, deste modo conduzindo a uma segunda deformação do elemento piezelétrico durante a rotação de pneu; coletar energia elétrica gerada da primeira e segunda deformações do elemento piezelétrico.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte de pneu é uma parte de uma superfície interna do pneu.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o elemento piezelétrico possui um lado mais comprido disposto substancialmente segundo uma direção axial do pneu.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, durante a rotação na segunda velocidade de rotação, a massa de carregamento oscila em tomo de uma primeira posição de equilíbrio, disposta substancialmente ao longo do plano perpendicular à direção radial do pneu.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, durante a rotação na primeira velocidade de rotação, a massa de carregamento oscila em tomo de uma segunda posição de equilíbrio dentro da folga, diferente da primeira posição de equilíbrio.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dada velocidade está compreendida entre 30 km/h e 60 km/h.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a dada velocidade está compreendida entre 40 km/h e 60 km/h.

8. Sistema para gerar energia elétrica, compreendendo: - um pneu; - um suprimento de potência que compreende um elemento piezelétrico, associado a uma parte de pneu em comunicação com uma área de banda de rodagem de pneu; caracterizado pelo fato de que - o elemento piezelétrico está disposto dentro de um alojamento de modo a possuir uma primeira extremidade substancialmente fixada ao alojamento, e uma segunda extremidade associada a uma massa de carregamento, uma folga sendo formada entre pelo menos uma parede interna do alojamento e uma superfície externa da massa de carregamento; - o elemento piezelétrico está colocado substancialmente ao longo de um plano perpendicular a uma direção radial do pneu; - o elemento piezelétrico, a massa de carregamento e a folga estão dimensionados de modo a obter: a) durante a rotação do pneu sobre uma superfície de rolamento numa primeira velocidade de rotação inferior a uma dada velocidade, uma oscilação dentro da folga da massa de carregamento associada ao elemento piezelétrico; b) durante a rotação do pneu sobre a superfície de rolamento numa segunda velocidade de rotação superior à dada velocidade, um contato da massa de carregamento com a parede interna do alojamento durante uma primeira fração de uma revolução completa de pneu, durante a primeira fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que está livre do contato com a superfície de rolamento, e uma oscilação dentro da folga da massa de carregamento associada ao elemento piezelétrico durante uma segunda fração de uma revolução completa de pneu, durante a segunda fração a área de banda de rodagem correspondendo à parte de pneu que está em contato com a superfície de rolamento.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a parte de pneu é uma parte de uma superfície interna do pneu.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o elemento piezelétrico possui um lado mais comprido disposto substancialmente segundo uma direção axial do pneu.

11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a dada velocidade está compreendida entre 30 km/h e 60 km/h.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dada velocidade está compreendida entre 40 km/h e 60 km/h.

13. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que uma freqüência de ressonância do elemento piezelétrico associado à massa de carregamento dentro do alojamento é superior a 150 Hz.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a freqüência de ressonância é superior a 200 Hz.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a freqüência de ressonância é superior a 300 Hz.

16. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 15, caracterizado pelo fato de que a massa de carregamento é menor que 3 g·

17. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 16, caracterizado pelo fato de que a massa de carregamento possui a forma deU.

18. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 17, caracterizado pelo fato de que a folga possui uma extensão máxima de 400 pm.

19. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 18, caracterizado pelo fato de que o elemento piezelétrico é um elemento bimórfico.

20. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 19, caracterizado pelo fato de que o elemento piezelétrico é um elemento planar.

21. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 20, caracterizado pelo fato de que um material do elemento piezelétrico e PZT.

22. Sistema para monitorar pelo menos um parâmetro de operação de um pneu, caracterizado pelo fato de que compreende: - um sistema para gerar energia elétrica que inclui um suprimento de potência de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 21; - um dispositivo sensor (3) que inclui um dispositivo de medição adaptado para medir o pelo menos um parâmetro de operação, e um dispositivo transmissor adaptado para transmitir o parâmetro medido, associado ao suprimento de potência; - um dispositivo receptor adaptado para receber o parâmetro medido transmitido.

23. Sistema de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de medição inclui um sensor de pressão.

24. Sistema de acordo com a reivindicação 22 ou 23, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de medição inclui um sensor de temperatura.

25. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 24, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de medição inclui um sensor de aceleração.

26. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 25, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de medição inclui um contador de revoluções de pneu.

27. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 26, caracterizado pelo fato de que o dispositivo sensor inclui um mi crocontrolador adaptado para habilitar o dispositivo de medição e o dispositivo transmissor, associado ao suprimento de potência.