CN105564225A - 热电供电的无线车辆系统传感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了热电供电的无线车辆系统传感器系统。包括热量收集设备的车辆，热量收集设备定位在热量产生车辆系统附近。热量收集设备基于温度差产生电力以便给传感器和无线发射器供电。

Description

热电供电的无线车辆系统传感器系统
技术领域
本公开大体涉及热电供电的无线车辆系统传感器。
背景技术
车辆系统传感器由电池、压电或传统的12V直流(DC)供电。电池需要周期的更换。压电收集器具有较低的能量密度，具有相对低的效率、持久性以及可靠性并且不提供恒定功率。传统的12V直流(DC)由于传统的电子系统中的电线和配线而具有相对高的成本和重量。电线运载电力到各种传感器并且从各种传感器运载信号。
发明内容
本技术涉及热电供电的无线车辆系统传感器。该公开描述了提供电力到传感器和无线发射器的热电发电器(TEG)(例如热电模块(TEM))。
本发明包括如下方案：
1.一种车辆测量系统，包括：
热电模块，配置为基于车辆排气系统产生的温度差产生电力；
传感器，配置为测量反映燃料存储系统参数的特征并且输出信号；以及
无线发射器，配置为：
从传感器接收信号；并且
发送从传感器接收的信号；
其中热电模块配置和安装为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
2.根据方案1的车辆测量系统，其中所述热电模块配置为给传感器和无线发射器的每一个供电。
3.根据方案1的车辆测量系统，进一步包括由热电模块充电的电池，其中该电池配置为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
4.根据方案3的车辆测量系统，其中所述电池配置为给传感器和无线发射器的每一个供电。
5.根据方案1的车辆测量系统，其中温度差是位于更接近车辆排气系统的第一温度和更远离车辆排气系统的第二温度之间。
6.根据方案1的车辆测量系统，进一步包括车辆控制单元，其中无线发射器配置为无线联接到车辆控制单元。
7.根据方案6的车辆测量系统，其中所述车辆控制单元是发动机控制模块和车身控制模块之一。
8.根据方案1的车辆测量系统，其中所述参数是燃料水平、液体压力、蒸汽压力和乙醇之一。
9.根据方案1的车辆测量系统，其中：
传感器是第一传感器并且信号是第一信号；
车辆测量系统包括配置为测量反映燃料存储系统参数的特征并且输出第二信号的第二传感器；以及
无线发射器，配置为从传感器接收该第二信号并且发送从传感器接收的第二信号。
10一种车辆测量系统，包括：
热电模块，配置为基于温度差产生电力，其中热电模块定位在配置为产生热量的第一车辆系统附近；
传感器，配置为测量反映第二车辆系统参数的特征并且输出信号；
无线发射器，配置为：
接收来自传感器的信号；并且
发送从传感器接收的信号；以及
车辆控制单元，其中无线发射器配置为无线联接到车辆控制单元；
其中热电模块配置和安装为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
11.根据方案10的车辆测量系统，其中所述热电模块配置为给传感器和无线发射器的每一个供电。
12.根据方案10的车辆测量系统，进一步包括由热电模块充电的电池，其中该电池配置为给所述传感器和无线发射器的至少一个供电。
13.根据方案12的车辆测量系统，其中该电池配置为给所述传感器和无线发射器的每一个供电。
14.根据方案10的车辆测量系统，其中，所述温度差是位于更靠近第一车辆系统的第一温度和更远离第一车辆系统的第二温度之间。
15.根据方案10的车辆测量系统，进一步包括车辆控制单元，其中无线发射器配置为无线联接到车辆控制单元。
16.根据方案15的车辆测量系统，其中车辆控制单元配置为，基于从无线发射器接收的信号，产生用于第三车辆系统的控制信号。
17.根据方案10的车辆测量系统，其中：
传感器是第一传感器，参数是第一参数，并且信号是第一信号；并且
车辆测量系统包括配置为测量反映第二参数的特征并且输出第二信号的至少一个第二传感器，。
18.根据方案17的车辆测量系统，其中无线发射器配置为：接收来自第二传感器的第二信号并且发送从第二传感器接收的第二信号。
19.根据方案18的车辆测量系统，其中所述车辆控制单元是第一车辆控制单元并且所述无线发射器配置为无线联接到第二车辆控制单元。
20.一种车辆，包括：
多个车辆系统；
热电模块，配置为基于温度差产生电力，其中热电模块定位在配置成产生热的多个车辆系统的第一个；
传感器，配置为测量反映多个车辆系统之一的参数的特征并且输出信号；
无线发射器，配置为：
接收来自传感器的信号；并且
发送从传感器接收的信号；以及
车辆控制单元，配置为控制多个车辆系统的至少一个，其中无线发射器配置为无线联接到车辆控制单元；
其中热电模块配置为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
该技术减少或消除了转换电线和配线；减少了配线复杂性；通过利用废热减少了功耗；增加了可制造性；降低了制造成本；消除了电池替换；降低了电池成本(例如减小了可充电电池)；增加效率、耐久性和可靠性(例如相对于压电)；提供了可靠的电源(例如根据占空比)；并且有助于减少质量。此外，较少的电连接导致较少的失效连接器。
附图说明
图1根据本公开的实施例示意地示出了车辆。
图2示意地示出了图1车辆的储油系统。
图3示意地示出了图2储油系统的放油塞。
图4示意地示出了图1的车辆的燃料存储系统的平面图。
图5示意地示出了图4的燃料存储系统的前视图。
图6示出了图1车辆的车辆控制单元。
图7示出了图1车辆的示例性方法。
附图不必按比例，并且某些特征可以夸大或缩小，例如为了显示特定部件的细节。在某些例子中，已知的部件、系统、材料或方法没有进行细节描述，以避免模糊本公开。因此，此处公开的特定结构和功能细节不应理解为限制，而仅仅作为权利要求的基础以及作为教导本领域技术人员以不同地使用本公开的代表性基础。
具体实施例
如所需要的，在此处公开了本公开详细的实施例。公开的实施例仅仅是能够以不同的以及替换的形式和其组合实施的示例。如此处所使用的，例如“示例性”和类似术语，可扩展的指用作示意、样本、模型或样式的实施例。
如此所使用的，术语“车辆”不限于汽车。尽管主要在此处描述的本技术与汽车相关，但是本技术不限于汽车。原理可用于更宽的各种应用，例如与飞机、轮船以及其他车辆相关。
车辆
根据图1示出的实施例，车辆10包括热收集设备20、电池30、与车辆系统50相关的传感器40、无线发射器60以及计算单元70。
热电收集设备20配置为基于温度差产生电力。产生的电力为电池30供电，为另一个能量存储设备例如电容器供电，或为传感器40和无线发射器60直接供电。如在下面进一步详细描述的，热收集设备20定位在产生热量的位置或具有高温度差的地方。例如，车辆系统50产生热量而所述位置在车辆系统50上或车辆系统50附近。
根据示例性实施例，传感器40配置为由电池30供电，以测量反映车辆系统50参数的一个或多个特征，并且输出包括对应于测量的特征(或“测量的数据”)的数据的信号到无线发射器60。无线发射器60配置为由电池30供电，以接受来自传感器40的信号，并且将该信号无线发送到计算单元70。
热收集设备
热收集设备20配置为基于温度差产生电力。根据示例性实施例，热收集设备20是热电发电器(TEG)或热电模块(TEM)。TEM是将热量(温度差)直接转换为电能的设备，例如，采用称作赛贝克效应的现象。
储油系统
参见图2和图3，车辆系统50是储油系统并且传感器40测量反映储油系统50的参数的一个或多个特征。储油系统的传感器40包括测量反映油位、油量以及包括粘度、充气等油特性的特征。
参见图3，油位传感器40、无线发射器60、电池30以及TEM20容纳在放油塞100中。参见图2，放油塞100配置为接收在发动机油盘120中的螺纹开口110中。发动机油盘120包括发动机油122。例如，油位传感器40是压力传感器并且来自压力传感器的压力测量值提供到控制单元70，控制单元70将压力测量值转换为表示发动机油122油位的值。
TEM20安装在放油塞100中以便于定位在储油系统50上的位置处，在此具有高的温度差(ΔT)。特别地，在发动机油温度(T1)(例如废热)和发动机油盘120外部的环境温度(T2)之间存在温度差(ΔT)。该温度差(ΔT)跨过TEM20并且引起TEM20输出电力(即收集废热)。
来自TEM20的电力给可充电电池30(或多个电池)充电并且保持电池30的充电状态。因为电池30是通过TEM20连续补充充电的，因此电池30不需要被替换或维修。在特定实施例中，用电容器来替换电池。在特定实施例中，TEM20直接给油位传感器40和无线发射器60供电。
电池30为油位传感器40以及无线发射器60提供了低电源。通常，单个TEM20能给电池提供必要的满足操作传感器和无线发射器的电压和电力需求的电力。例如，示例性的油位传感器的电力需求小于23毫瓦(mW)(电力需求在短期内可能会减少)并且无线发射器的电力需求是15-200微瓦(μW)，取决于功率下降的电电流和位传送率。
无线发射器60接收来自油位传感器40的信号并且将该信号发送到车辆控制单元70。例如，车辆控制单元70是胎压监测系统(TPMS)。
TEM20以环氧的或保护的材料密封以便防止油的污染。油中的油脂、碎片和微粒以及环境污染例如水、盐以及污物能导致TEM中的短路以及能量损耗。
在发动机关闭后，电池30继续给油位传感器40和无线发射器60供电。油位传感器40以较大时间间隔(例如以5小时间隔)进行测量以使电池30提供的电力相对小。
油位传感器40的一个优点是精确和实时的油位感测，去除了浸量尺的需要以及相关的成本和封装的复杂性。
燃料存储系统
参见图4和图5，车辆系统50是燃料存储系统。燃料存储系统50包括燃料箱组件200和车辆排气系统210。
多个传感器的每一个测量反映燃料存储系统50的参数的一个或多个特征。燃料存储系统50的传感器包括测量反映燃料液位、液体压力、蒸汽压力、乙醇等任一个的特征的那些传感器。在此，传感器包括燃料液位传感器40、液体压力传感器42，蒸汽压力传感器44以及乙醇传感器46。
TEM20安装在燃料箱组件200上或其附近，紧邻车辆排气系统210。来自车辆排气系统210的热量产生横跨TEM20的温度差(ΔT)。温度差(ΔT)使TEM20输出电力。TEM20以环氧的或类似的材料密封以使其避免例如水、道路用盐和污物的环境污染。
来自TEM20的电力给可充电电池30(或多个电池；电容器；或直接给传感器40、42、44、46以及无线发射器60供电)充电。
根据示例性的实施例，传感器控制单元230包括电池30、无线发射器60以及例如处理器、存储器的元件(例如像在下面关于控制单元70描述的那些元件)和应用程序。
传感器控制单元230的电池30给燃料液位传感器40、液体压力传感器42、蒸汽压力传感器44、乙醇传感器46和无线发射器60提供低电源。
传感器控制单元230配置为接收来自燃料液位传感器40、液体压力传感器42、蒸汽压力传感器44以及乙醇传感器46的每一个的信号。传感器控制单元230也配置为，采用无线发射器60，将信号发送给控制单元70。例如，车辆控制单元70是发动机控制模块(ECM)或车身控制模块(BCM)。
车辆系统
其他车辆系统50包括，例如，采暖通风空调系统(HVAC)、空调系统、刹车系统、加速系统、娱乐或信息娱乐系统(例如广播和/或视频播放系统)、导航系统、反射镜系统(例如反射镜调节系统)、座椅系统(例如座椅调节系统)、窗户控制系统、门系统(例如门锁控制系统)、防撞系统、牵引力控制系统、喇叭系统、雨刷系统、安全带和/或软管系统、发射系统、发动机、发动机冷却系统、排气系统、照明系统、刮水器系统、车辆启动系统、充电系统、电池系统、转向系统、悬架系统、传动系统、开关系统、摄像系统、通信设备(例如安吉星设备和其他无线通信设备)、与辅助设备连接的系统(例如蓝牙设备、蜂窝式电话)、集群系统、中控系统、平视显示(HUD)系统、语音系统、姿态系统、音响系统等等。
传感器
传感器40测量现象或特征并且产生指示测量的特征的输出数据。测量的现象或特征包括车辆系统的系统特征和来自车辆10的环境(内部或外部)的环境特征。环境特征(例如，车辆中的声音，到车辆周围物体的距离)反映与车辆10相关的环境而车辆系统特征反映车辆系统50的状态或性能。
例如，环境传感器包括温度传感器、交通传感器、道路类型(例如高速公路、城市道路)传感器、天气(例如下雨)传感器、占用传感器、测量到物体距离的摄像机、麦克风等等。
例如，车辆系统传感器能包括气罐水平传感器、速度传感器、与上述车辆系统相关的传感器等。
如所提供的，传感器能测量任意的宽泛种类的现象或特征。传感器能测量，如进一步示例的，点火位置或车辆状态、车辆是否被关断或接通、车辆是否位于某一位置的距离范围内或位于某一位置的多大程度的距离范围内、天气类型(例如下雨)、天气水平(例如雨量)、外部温度、外部湿度、外部风的温度、座舱温度、车辆速度、车辆中座椅的占用、车辆中座椅占有者的重量(例如识别占用并且在孩子和成人之间做出区分)、谁在座舱内(例如通过专用于用户的辅助设备的所识别的)、车辆状态(例如气体罐中气体的量，座舱温度，油量)、驾驶员状态(例如驾驶员已经驾驶多长时间以及驾驶员如何驾驶(例如不规律地))、一般的条件(例如天气，温度，日期，时间)，驾驶条件(例如道路类型，交通)等等。
车辆控制单元
车辆控制单元70包括各种电子控制单元(ECU)。ECU是控制一个或多个车辆10中的电子系统或子系统的嵌入式系统。例如，ECU包括电子/发动机控制模块(ECM)，动力总成控制模块(PCM)，变速器控制模块(TCM)，刹车控制模块(BCM或EBCM)，中央控制模块(CCM)，中央正时模块(CTM)，一般的电子模块(GEM)，车身控制模块(BCM)，悬架控制模块(SCM)，控制单元，以及控制模块。在特定实施例中，车辆控制单元70包括多个单个的控制模块。
车辆控制单元70配置为接收或存取由无线发射器60发送的信号。
参见图6，车辆控制单元70包括用于控制和/或处理数据的处理器300，输入/输出数据端口302，以及存储器310。
处理器可以是多处理器，其可包括在单机或多机中的分布式处理器或并行处理器。处理器可包括(多个)虚拟处理器。处理器可包括状态机、专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)(包括场门阵列或状态机)。当处理器执行指令以执行“操作”时，这可包括处理器直接执行操作和/或促进、指导其他设备或部件或与其他设备或部件合作以执行操作。
车辆控制单元70可包括各种计算机可读介质，包括易失性、非易失性介质、可擦除介质和不可擦除介质。术语“计算机可读介质”和其变形，如在说明书和权利要求中使用的，包括存储介质。存储介质包括易失的和/或非易失、可擦除和/或不可擦除介质，例如像RAM，ROM，EEPROM，闪存或其他存储器技术，CDROM，DVD或其他光盘存储，磁带，磁盘存储或其他磁存储设备或配置为用于存储可由车辆控制单元70存取的信息的任何其他介质。
尽管存储器310示出为接近于处理器300存在，但应该理解的是，存储器的至少一部分可以是远程存取存储系统，例如，通信网络上的服务器、远程硬盘驱动器、可擦除存储介质、其组合等等。因此，下面描述的任何数据、应用程序和/或软件能存储在存储器内和/或通过与其他数据处理系统(未示出)相连的网络连接存取，其他数据存储系统可包括例如局域网(LAN)，城域网(MAN)，或广域网(WAN)。
存储器310包括用在车辆控制单元70中的若干种类软件和数据，包括应用程序320、数据库330、操作系统340以及输入/输出设备驱动器350。
如本领域技术人员理解的，操作系统340可以是与数据处理系统一起使用的任何操作系统。输入/输出设备驱动器350可包括各种通过操作系统340由应用程序存取的例程以与设备通信，以及特定存储器部件。应用程序320能存储在存储器310中和/或固件(未示出)中作为可执行指令，并且能由处理器300执行。
应用程序320包括各种程序，当由处理器300执行时，实现车辆控制单元70的各种特征。应用程序320包括控制信号应用程序320。应用程序320存储在存储器310中并且配置为由处理器300执行。
应用程序320可以使用存储在数据库330中的数据，例如由传感器40测量的特征的数据(例如通过输入/输出数据端口302接收的)。数据库330包括由应用程序320、操作系统340、输入/输出设备驱动器350以及可贮存在存储器310中的其他软件程序使用的静态的和/或动态的数据。
控制信号应用程序320配置为基于由传感器40测量的特征产生控制信号以控制车辆系统50。
应该理解的是，图6和上面描述的意欲提供合适环境的简明的、一般的描述，在该环境中，本公开的某些实施例的各方面都能实施。术语“计算机可读介质”、“计算机可读存储设备”以及其变形，如所使用在说明书和权利要求中的，可以包括存储介质。存储介质可包括易失的和/或非易失的、可擦除的和/或不可擦除的介质，例如像RAM，ROM，EEPROM，闪存或其他存储器技术，CDROM，DVD或其他光盘存储，磁带，磁盘存储或其他磁存储设备或任何其他介质，除了传播信号，其能用于存储由图6示出的设备存取的信息。
尽管描述涉及的是计算机可读指令，然而本公开的实施例还可与其他程序模块组合实现和/或作为硬件和软件的组合，除了计算机可读指令外或替代计算机可读指令。
尽管上述说明包括计算机可执行指令的一般环境，然而本公开还可与其他程序模块组合实现和/或作为硬件和软件的组合。术语“应用程序”或其变形，广泛用在此处以包括例程、程序模块、程序、组件、数据结构、算法等等。应用程序能在各种系统配置上实现，包括单处理器或多处理器系统、微计算机、大型计算机、个人计算机、手持计算设备、基于微处理器的、可编程消费电子设备、其组合等等。
方法
图7示出了根据本公开的实施例的方法400。应该理解的是，方法的步骤没有必要以任何特别的顺序呈现，并且以可替换的顺序的某些或全部步骤的性能也是可能的并且是可预期的。以展示顺序已经呈现的步骤用于使说明和示意更容易。在不脱离附加的权利要求的范围情况下，步骤也可被添加、删除和/或同时执行。
还应该理解的是，示出的方法能在任何时间结束。在特定实施例中，该处理的某些或全部步骤和/或基本等效的步骤由存储或包括在计算机可读介质例如上述车辆控制单元70的存储器310上的计算机可读指令执行(例如控制信号应用程序320)。
根据本方法400，在框图410，热收集设备20基于温度差产生电力以给电池30或电容器供电。在框图420，电池30或电容器给传感器40和无线发射器60供电。在框图430，传感器40测量反映产生温度差的车辆系统50(或另一个车辆系统50)参数的数据。在框图440，传感器40输出代表测量的数据的信号到无线发射器60并且无线发射器60将该信号发送到计算单元70。
在此公开了本公开的各种实施例。公开的实施例仅仅是可以不同的或替代的形式以及其组合实施的示例。如此处使用的，例如，“示例性的”和类似的术语，扩展地指用作示意图、样本、模型或样式的实施例。
上面描述的实施例仅仅是为了清楚理解本公开原理而提出的实施方式的示例性的示意图。可对上述实施例作出变形、修改和组合，而不脱离权利要求的范围。所有这种变形、修改和组合在此都由本公开的范围和下面的权利要求包括在内。

Claims (10)

1.一种车辆测量系统，包括：
热电模块，配置为基于车辆排气系统产生的温度差产生电力；
传感器，配置为测量反映燃料存储系统参数的特征并且输出信号；以及
无线发射器，配置为：
从传感器接收信号；并且
发送从传感器接收的信号；
其中热电模块配置和安装为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
2.根据权利要求1的车辆测量系统，其中所述热电模块配置为给传感器和无线发射器的每一个供电。
3.根据权利要求1的车辆测量系统，进一步包括由热电模块充电的电池，其中该电池配置为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
4.根据权利要求3的车辆测量系统，其中所述电池配置为给传感器和无线发射器的每一个供电。
5.根据权利要求1的车辆测量系统，其中温度差是位于更接近车辆排气系统的第一温度和更远离车辆排气系统的第二温度之间。
6.根据权利要求1的车辆测量系统，进一步包括车辆控制单元，其中无线发射器配置为无线联接到车辆控制单元。
7.根据权利要求6的车辆测量系统，其中所述车辆控制单元是发动机控制模块和车身控制模块之一。
8.根据权利要求1的车辆测量系统，其中所述参数是燃料水平、液体压力、蒸汽压力和乙醇之一。
9.—种车辆测量系统，包括：
热电模块，配置为基于温度差产生电力，其中热电模块定位在配置为产生热量的第一车辆系统附近；
传感器，配置为测量反映第二车辆系统参数的特征并且输出信号；
无线发射器，配置为：
接收来自传感器的信号；并且
发送从传感器接收的信号；以及
车辆控制单元，其中无线发射器配置为无线联接到车辆控制单元；
其中热电模块配置和安装为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
10.一种车辆，包括：
多个车辆系统；
热电模块，配置为基于温度差产生电力，其中热电模块定位在配置成产生热的多个车辆系统的第一个；
传感器，配置为测量反映多个车辆系统之一的参数的特征并且输出信号；
无线发射器，配置为：
接收来自传感器的信号；并且
发送从传感器接收的信号；以及
车辆控制单元，配置为控制多个车辆系统的至少一个，其中无线发射器配置为无线联接到车辆控制单元；
其中热电模块配置为给传感器和无线发射器中的至少一个供电。
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