CN111532089B - 非充气轮胎的垂向力感应装置、估算系统及估算方法 - Google Patents

非充气轮胎的垂向力感应装置、估算系统及估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米新能源技术领域，尤其涉及一种非充气轮胎的垂向力感应装置、估算系统及估算方法。本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置包括轮辐支撑体、信号输出模块和分别与其电性连接的能量模块、感应模块；轮辐支撑体的弹性支撑段所成的内夹角和/或外夹角一侧设置有作为感应单元的摩擦纳米发电机，感应单元在轮辐支撑体受压至压力解除的过程中随之产生交流电且交流电的电信号特征与非充气轮胎所受的垂向力大小存在特定关联；信号输出模块能够在能量模块的供能下将感应模块产生的电信号特征输出。以上结构简单可靠，能够感应非充气轮胎所受的垂向力大小。本发明的非充气轮胎的估算系统、估算方法能够估算得到非充气轮胎所受垂向力的大小。

Description

非充气轮胎的垂向力感应装置、估算系统及估算方法
技术领域
本发明属于非充气轮胎技术领域，特别地，涉及一种非充气轮胎的垂向力感应装置、估算系统及估算方法。
背景技术
现有技术中，常常无法实时感应非充气轮胎在运转过程中所受的垂向力大小，即使能够感应，也是在非充气轮胎上装设结构常见的力传感器，方式单一。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种非充气轮胎的垂向力感应装置，用于实时感应非充气轮胎所受的垂向力大小。
本发明还提出了一种非充气轮胎的垂向力估算系统，用于通过其包括的本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置对非充气轮胎所受的垂向力大小进行估算。
本发明又提出了一种非充气轮胎的垂向力估算方法，能够估算出非充气轮胎所受的垂向力大小。
一种非充气轮胎的垂向力感应装置，用于感应非充气轮胎所受的垂向力大小，包括：能量模块、感应模块、信号输出模块以及轮辐支撑体；
所述轮辐支撑体包括两个或三个以上依次连接的弹性支撑段，相邻两个所述弹性支撑段在连接处形成内夹角，所述内夹角背侧为外夹角；三个以上所述弹性支撑段依次连接形成的所述内夹角中，每相邻两个所述内夹角位于所述轮辐支撑体的不同侧；
所述感应模块包括至少一个能够作为感应单元的摩擦纳米发电机，每个所述摩擦纳米发电机固定安装在所述轮辐支撑体的内夹角一侧或外夹角一侧；
所述轮辐支撑体在其延伸方向上受压时，相邻所述弹性支撑段对安装在二者之间的内夹角和/或外夹角中的所述感应单元进行挤压；所述轮辐支撑体所受压力减小时，所述弹性支撑段逐渐恢复至原位，解除对所述感应单元的挤压；在所述感应单元受压至所受挤压解除的过程中，所述感应单元产生交流电，且所述交流电的电信号特征与所述非充气轮胎所受的垂向力大小存在特定关联；
所述信号输出模块分别与所述能量模块、所述感应模块信号连接，并且所述信号输出模块能够在所述能量模块的供能下将从所述感应模块处获得的电信号特征进行输出。
可选地，所述能量模块包括作为发电单元的摩擦纳米发电机，每个所述发电单元固定安装在所述轮辐支撑体的内夹角一侧或外夹角一侧；
所述轮辐支撑体在其延伸方向上受压时，相邻所述弹性支撑段对安装在二者之间的内夹角一侧和/或外夹角一侧的所述发电单元进行挤压；所述轮辐支撑体所受压力减小时，所述弹性支撑段恢复至原位，解除对所述发电单元的挤压；在所述发电单元受压至所受挤压解除的过程中，所述发电单元产生交流电；
所述非充气轮胎的垂向力感应装置还包括能量管理模块，所述能量模块、所述能量管理模块以及所述信号输出模块依次串联，所述能量管理模块能够将所述能量模块产生的交流电转化为直流电供给至所述信号输出模块。
可选地，作为所述感应单元或者所述发电单元的所述摩擦纳米发电机，包括封装腔、分别固定设置在所述封装腔两相对内壁上的两个导电层、分别固定设置在两个所述导电层远离所述封装腔的面上的两个摩擦层，以及固定安装在两个所述摩擦层之间且位于两个所述摩擦层边角处的绝缘支撑层；两个所述导电层彼此电性连接，两个所述摩擦层彼此材质不同；
在两个所述摩擦层的相对方向上，所述封装腔受压时两个所述摩擦层的中间区域能够靠近接触并挤压摩擦，所述封装腔所述压力减小时两个所述摩擦层的中间区域逐渐脱离接触至相互远离。
可选地，作为所述发电单元的所述摩擦纳米发电机，包括封装腔以及在所述封装腔中依次堆叠设置的若干子发电单元，每个所述子发电单元包括绝缘支撑层、分别设置在所述绝缘支撑层两侧的两个摩擦层，以及分别设置在两个所述摩擦层远离所述绝缘支撑层的面上的两个导电层，同一子发电单元中的两个所述导电层电性连接、两个所述摩擦层的材质不同，且所述绝缘支撑层设置在两个所述摩擦层之间的边角处；
在相邻两个所述摩擦层的相对方向上，所述封装腔受压时，每个子发电单元中的两个所述摩擦层的中间区域能够靠近接触并挤压摩擦，所述封装腔所受压力减小时，每个子发电单元中的两个所述摩擦层的中间区域逐渐脱离接触至相互远离。
可选地，固定安装在所述内夹角一侧的所述摩擦纳米发电机的摩擦层延伸方向与所述非充气轮胎的径向垂直，和/或固定安装在所述外夹角一侧的所述摩擦纳米发电机的摩擦层的延伸方向与所述非充气轮胎的径向平行。
可选地，所述内夹角中设置有弹性支撑部,所述摩擦纳米发电机封装在所述弹性支撑部中；
且/或，所述外夹角中设置有弹性拉伸部；所述摩擦纳米发电机封装在所述弹性拉伸部中。
一种非充气轮胎的垂向力估算系统，用于估算非充气轮胎所受的垂向力，包括：上述任一项所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，还包括设置在车内与汽车的车载电源电性连接的估算模块，所述估算模块与所述信号输出模块信号连接，能够利用所述信号输出模块发送的感应单元的电信号特征估算非充气轮胎所受的垂向力大小。
可选地，所述非充气轮胎的垂向力估算系统还包括车载电控系统，所述估算模块估算得到的非充气轮胎所受垂向力大小超出预设范围时，所述车载电控系统能够对汽车的运行状态进行调整。
一种非充气轮胎的垂向力估算方法，用于估算非充气轮胎所受的垂向力大小：通过仿真或者试验手段构建上述任一项所述的非充气轮胎的垂向力感应装置中感应单元的电信号特征与非充气轮胎所受的垂向力大小之间的特定关联；
汽车行驶的实际工况下，测得所述感应单元的电信号特征，根据其与非充气轮胎所受的垂向力之间的特定关联计算非充气轮胎所受的垂向力大小。
可选地，通过非充气轮胎有限元仿真或者非充气轮胎室内台架试验，测得所述感应单元的开路电压峰值数据与对应时刻非充气轮胎所受的垂向力数据；
构建所述感应单元的开路电压峰值数据与非充气轮胎所受的垂向力数据的第一关系模型；
汽车行驶的实际工况下，测得所述感应单元的开路电压峰值，根据所述第一关系模型计算得到非充气轮胎所受的垂向力大小。
本发明的有益效果是：
本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置，包括轮辐支撑体、信号输出模块以及分别与其电性连接的能量模块、感应模块；所述轮辐支撑体的弹性支撑段所成的内夹角和/或外夹角中设置有作为感应单元的摩擦纳米发电机，轮辐支撑体受压至压力解除的过程中，相邻的两弹性支撑段对二者之间的感应单元进行挤压以及解除挤压，感应单元随之产生交流电且交流电的电信号特征与非充气轮胎所受的垂向力大小存在特定关联；信号输出模块能够在能量模块的供能下将感应模块产生的电信号特征进行输出。以上结构能够实时感应非充气轮胎所受的垂向力大小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置的一个实施例的部分结构示意图；
图2是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中轮辐支撑体的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中轮辐支撑体的另一个实施例的结构示意图；
图4是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中摩擦纳米发电机的一个实施例的剖视图；
图5是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中摩擦纳米发电机的第二个实施例的剖视图；
图6是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中摩擦纳米发电机的第三个实施例的剖视图；
图7是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中摩擦纳米发电机的第四个实施例的剖视图；
图8是本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中发电单元的一个实施例的剖视图；
图9是本发明的非充气轮胎的垂向力估算系统的一个实施例的结构示意图，图中同时示出了汽车的车载电源。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”“内”“外”“轴向”“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提出了一种非充气轮胎的垂向力感应装置，用于感应非充气轮胎所受的垂向力大小，包括能量模块1、感应模块2、信号输出模块3以及轮辐支撑体。
其中，轮辐支撑体包括两个或三个以上(本发明中的“以上”包括本数)依次连接的弹性支撑段4，相邻两个弹性支撑段4在连接处形成内夹角401，内夹角401背侧为外夹角402；三个以上弹性支撑段4依次连接形成的内夹角中，每相邻两个内夹角401位于轮辐支撑体的不同侧。此时，轮辐支撑体因为弹性支撑段4本身具有的弹性，以及两个以上弹性支撑段4在连接时造型设计，使本发明的轮辐支撑体在其延伸方向上受压时能够发生弹性形变(根据轮辐支撑体在非充气轮胎中的常见用法，轮辐支撑体沿非充气轮胎的径向设置)。
感应模块2包括至少一个能够作为感应单元A的摩擦纳米发电机，每个摩擦纳米发电机固定安装在轮辐支撑体的内夹角401一侧或外夹角402一侧。
以上轮辐支撑体在其延伸方向上受压时(非充气轮胎滚动，轮辐支撑体随之周期性地经过非充气轮胎的接地印迹区域，当轮辐支撑体处于接地印迹区域时，在非充气轮胎的径向上受压)，相邻弹性支撑段4对安装在二者之间的内夹角401和/或外夹角402中的感应单元A进行挤压；轮辐支撑体所受压力减小时(该轮辐支撑体离开接地印迹区域)，弹性支撑段4恢复至原位，解除对感应单元A的挤压；在感应单元A周期性受压以及所受挤压解除的过程中，感应单元A产生交流电，且产生的交流电的电信号特征与非充气轮胎所受的垂向力大小存在特定关联。
同时，如图1所示，信号输出模块3分别与能量模块1、感应模块2信号连接，并且信号输出模块3能够在能量模块1的供能下将从感应模块2处获得的电信号特征进行输出。
如此，本发明能够以简单可靠的结构，对非充气轮胎所受的垂向力大小进行实时感应。其原理在于，感应单元A在周期性的经过非充气轮胎的接地印迹区域时受压产生交流电，在感应单元A的结构和材料确定的条件下，产生的交流电的开路电压受垂向力大小影响；故感应单元A产生的交流电的开路电压与非充气轮胎所受的垂向力大小存在特定关联。
以上方案中，感应单元A至少有一个；进一步地，当作感应单元A用的摩擦纳米发电机有多个时，均设置在内夹角401一侧，或者均设置在外夹角402一侧，有利于本发明的感应单元A处于相同或相近的受力条件下，方便对其产生的交流电的电信号特征进行分析。
如图2和图3所示，分别示出了轮辐支撑体的两种实施例，图2中轮辐支撑体包括了三个依次连接的弹性支撑段4(三段式关节型轮辐支撑体)，图3中包括了两个依次连接的弹性支撑段4(两段式关节型轮辐支撑体)。当然，本发明的轮辐支撑体的结构并不局限在图2、图3所示实施例中，以上仅为可能的常见结构。
以上方案中，进一步地，信号输出模块3包括电性连接的RF射频发射器31和MCU微控制单元32。RF射频发射器31能够将从感应模块2处收到的电信号调制以高频滤波的形式向外发送；MCU微控制单元32能够实现信号输出模块3从接收数据到发射信号的深入控制。
本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置的第二个实施例，是在第一个实施例的结构的基础上，设置能量模块1包括作为发电单元B的摩擦纳米发电机，每个发电单元B固定安装在轮辐支撑体的内夹角401一侧或外夹角402一侧；
轮辐支撑体在其延伸方向上受压时，相邻弹性支撑段4对安装在二者之间的内夹角401一侧和/或外夹角402一侧的发电单元B进行挤压；轮辐支撑体所受压力减小时，弹性支撑段4逐渐恢复至原位，解除对发电单元B的挤压；在发电单元B周期性受压和所受挤压解除的过程中，发电单元B产生交流电；
以此同时，非充气轮胎的垂向力感应装置还包括能量管理模块5，能量模块1、能量管理模块5以及信号输出模块3依次串联，能量管理模块5能够将能量模块1产生的交流电转化为直流电供给至信号输出模块3。
进一步地，能量管理模块5包括电性连接的开关51、变压器52、整流桥53以及电容54。其中，开关51能够解决电能的阻抗失配问题，提高电能的转移效率；变压器52能够增大输出电流，提高电容54的充电速度；经过变压器52输出的交流电经整流桥53转化为直流电后，存储到电容54中，为后续的信号输出模块3供电。
以上实施例中，选用的发电单元B的尺寸以不影响轮辐支撑体的力学性能为准，发电单元B的数量、若干个发电单元B的电性连接关系(串联和/或并联)、每个发电单元B中摩擦层的面积、两摩擦层之间的间隔需要综合设计，以使整个能量模块1能够满足信号输出模块3的用电功率为必须。
本实施例中，本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置，能够在不额外接入其他电源的情况下实现无源工作。
以上两个实施例中，进一步地，可以设置其中作为感应单元A或者发电单元B的摩擦纳米发电机的结构，其第一个实施例，如图4所示，包括：
封装腔6、分别固定设置在封装腔6两相对内壁上的两个导电层7、分别固定设置在两个导电层7远离封装腔6的面上的两个摩擦层8，以及固定安装在两个摩擦层8之间且位于两个摩擦层8边角处的绝缘支撑层9；两个导电层7彼此电性连接，两个摩擦层8彼此材质不同；
在两个摩擦层8的相对方向上，封装腔6受压时两个摩擦层8的中间区域(未受绝缘支撑层9阻隔)能够靠近接触并挤压摩擦，以产生正负静电荷，封装腔6所受压力减小时，两个摩擦层8的中间区域逐渐脱离接触至相互远离，以上正负静电荷分离导致两导电层7之间存在电势差，此电势差能够驱动电子在两导电层7之间电性连接的电路中运动，进而形成交流电。
本实施例中，进一步地，可以设置封装腔6为柔性封装腔，以提高摩擦纳米发电机的柔性，且柔性封装腔的柔性强于其所在的弹性支撑段4的柔性，此时摩擦纳米发电机的安装，不会过分影响轮辐支撑体中弹性支撑段4在受力时的力学性能。
本实施例中，进一步地，可以设置绝缘支撑层9包括弹簧和/或弹性聚合物，此时，绝缘支撑层9不仅能够确保在初始的自然状态下，两个摩擦层8之间始终保持一定间隔，还能够在封装腔6所受压力减小时，为两个摩擦层8提供恢复力使其快速恢复至初始位置。
需要注意的是，此处作为感应单元A的摩擦纳米发电机和作为发电单元B的摩擦纳米发电机，仅是结构相同，其具体的尺寸设计需要根据具体的应用需求而定。例如，感应单元A中的绝缘支撑层5的强度需要优化设计，当需要构建感应单元A产生的交流电其开路电压峰值与非充气轮胎所受垂向力大小之间的关系时，需要使得感应单元A的开路电压峰值随垂向力的增大基本呈线性增大而不会出现饱和(在摩擦层的材料和其表面粗糙度确定后，感应单元A的开路电压峰值仅与其中两摩擦层产生的间距线性相关，而两摩擦层产生的间距与加载到感应单元A上的垂向力大小相关)，保证感应单元A在感应垂向力时的灵敏度和量程，另外，需要对感应单元A进行参数设计，以避免感应单元A的固有频率在胎面内表面的变形频率范围内进而发生共振，造成感应单元A的量程减小。
以上实施例的摩擦纳米发电机的结构简单，其封装腔6能够缓冲所受压力，保护内部的导电层7、摩擦层8以及绝缘支撑层9，并且为内部的以上结构提供一个相对清洁、干燥的封闭环境，提高了摩擦纳米发电机整体结构的稳定性、可靠性，延长了其服役寿命，并且电输出性能和能量转化效率得到优化。
作为感应单元A或者发电单元B的摩擦纳米发电机的第二个实施例，如图5所示，是在其第一个实施例的结构的基础上：
设置摩擦纳米发电机中的至少一个导电层7，其包括一柔性基底层701和一电极层702，且柔性基底层701固定安装在封装腔6的内壁上，电极层702固定安装在柔性基底层701靠近摩擦层8的面上。
图5示出的是两个导电层7中，每个导电层7都包括有一柔性基底层701和一电极层702。
本实施例中，柔性基底层701的设置使其所属的导电层7具有柔性，也就提高了本实施例的摩擦纳米发电机整体结构的柔性，进一步减小了摩擦纳米发电机在弹性支撑段4上的安装对弹性支撑段4在受力时的力学性能的影响。
作为感应单元A或者发电单元B的摩擦纳米发电机的第三个实施例，如图6所示，是在其第二个实施例的结构的基础上：
设置至少一个柔性基底层和封装腔为材质相同的一体绝缘结构，以此来简化摩擦纳米发电机的结构；图6示出的是两个柔性基底层和封装腔三者为材质相同的一体绝缘结构。
此处，也可以理解为，当选用的柔性基底层701的材质同时适合做封装腔6的材质时，封装腔6的内壁可以在围合形成封闭腔体的同时，充当电极层702的基底；而当柔性基底层701的选材不适合做封装腔6的材质时，柔性基底层701与封装腔6需要各自独立设置。
作为感应单元A或者发电单元B的摩擦纳米发电机的第四个实施例，是在其第二个、第三个实施例的结构的基础上：
设置两摩擦层8中的任一摩擦层8和与其邻近的电极层702为材质相同的一体导电结构，在能够保证摩擦纳米发电机能够正常发电的同时，简化其结构。图7示出了摩擦纳米发电机的两摩擦层8中位于下方的摩擦层和与其邻近的电极层为材质相同的一体导电结构10。
本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中发电单元B的另一种实施例，如图8所示，包括：
封装腔6以及在封装腔6中依次堆叠设置的若干子发电单元，每个子发电单元包括绝缘支撑层9、分别设置在绝缘支撑层9两侧的两个摩擦层8，以及分别设置在两个摩擦层8远离绝缘支撑层9的面上(即两个摩擦层8相背的面上)的两个导电层7，同一子发电单元中的两个导电层7电性连接、两个摩擦层8的材质不同，且绝缘支撑层9设置在两个摩擦层8之间的边角处；
在相邻两个摩擦层8的相对方向上，封装腔6受压时，每个子发电单元中的两个摩擦层8的中间区域能够靠近接触并挤压摩擦，封装腔6所受压力减小时，每个子发电单元中的两个摩擦层8的中间区域逐渐脱离接触至相互远离。基于与上述摩擦纳米发电机的实施例类似的发电原理，本实施例中作为发电单元B的摩擦纳米发电机能够发电，并且能够产生更多电能。
此处，可以设置两个相邻子发电单元在接触面共用一个导电层7，以简化结构。
进一步地，本实施例中的封装腔6，也可以选用柔性封装腔，本实施例中的绝缘支撑层9，也可以选用弹簧和/或弹性聚合物。
以上各实施例中对于导电层7的结构，还可以采用以下设计：
两导电层7中的至少一个导电层7包括柔性基底和与该柔性基底混合形成柔性导电膜层的导电介质。例如，此处的柔性基底可以选用柔性良好的硅胶基底，甚至是经过硫化处理的硅胶基底，此处的导电介质可以选用镀银玻璃粉，或者是碳纳米管和炭黑。当然，此处对柔性基底以及导电介质的选材不做具体限制，只要二者能够混合形成柔性导电膜层即可。此时，导电层7的结构的柔性得到提升，且柔性基底与导电介质的混合的组成方式提高了结构的一体性，使其更加稳定可靠。
本发明的非充气轮胎的感应装置的另一个实施例，是在以上摩擦纳米发电机的结构的基础上，设置固定安装在内夹角401一侧的摩擦纳米发电机的摩擦层8的延伸方向与非充气轮胎的径向垂直，和/或固定安装在外夹角402一侧的摩擦纳米发电机的摩擦层8的延伸方向与非充气轮胎的径向平行。此时，可以保证本发明的轮辐支撑体在非充气轮胎的径向上受压时，摩擦纳米发电机均呈受压状态。
本发明的非充气轮胎的感应装置的再一个实施例，是在以上任一实施例的结构的基础上，设置内夹角401中设置有弹性支撑部403,摩擦纳米发电机封装在弹性支撑部403中；
且/或，外夹角402中设置有弹性拉伸部404；摩擦纳米发电机封装在弹性拉伸部404中。
此时，轮辐支撑体在其延伸方向上受压时，内夹角401减小，外夹角402增大，相邻的两个弹性支撑段4之间的弹性支撑部403受压，相邻的两个弹性支撑段4之间的弹性拉伸部404受拉，进而封装在弹性支撑部403和弹性拉伸部404中的摩擦纳米发电机受压。弹性支撑部403和弹性拉伸部404能够帮助弹性支撑段4复位，进而有助于摩擦纳米发电机的弹性形变恢复至初始状态。
本发明还提出了一种非充气轮胎的垂向力估算系统，用于估算非充气轮胎所受的垂向力大小，其包括上述任一实施例所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，还包括设置在车内与汽车的车载电源C电性连接的估算模块11，估算模块11与信号输出模块3信号连接，能够利用信号输出模块3发送的感应单元B的电信号特征估算非充气轮胎所受的垂向力大小。
进一步地，本发明的估算模块11还包括电性连接的RF射频接收器111、车载控制单元112以及LED显示屏113。其中，RF射频接收器111接收RF射频发射器31发出的高频滤波，并将其调制转化为电信号，经车载控制单元112(可以选用微控制单元)分析处理后，将以上电信号以数据形式显示到LED显示屏113上以供车内人员、特别是驾驶员查看。
进一步地，本发明的非充气轮胎的垂向力估算系统还包括车载电控系统12，估算模块11估算得到的轮胎所受垂向力超出预设范围(保证汽车安全行驶的非充气轮胎所受垂向力大小的范围)时，车载电控系统12能够对汽车的运行状态进行调整。
本发明还公开了一种非轮胎的垂向力估算方法，用于估算非充气轮胎所受的垂向力大小：
通过仿真或者试验手段构建上述任一实施例所述的本发明的非充气轮胎的垂向力感应装置中感应单元A其电信号特征与非充气轮胎所受垂向力大小之间的特定关联；
汽车行驶的实际工况下，测得感应单元A的电信号特征，根据其与非充气轮胎的垂向力大小之间的特定关联计算非充气轮胎所受的垂向力大小。
具体可以设置为，
通过非充气轮胎有限元仿真或者非充气轮胎室内台架试验，测得感应单元A的开路电压峰值数据与对应时刻非充气轮胎所受的垂向力数据；
构建感应单元A的开路电压峰值数据与非充气轮胎所受的垂向力数据的第一关系模型；
在汽车行驶的实际工况下，测得感应单元A的开路电压峰值，根据第一关系模型计算得到非充气轮胎所受的垂向力大小。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种非充气轮胎的垂向力感应装置，用于感应非充气轮胎所受的垂向力大小，其特征在于，包括：能量模块、感应模块、信号输出模块以及轮辐支撑体；
所述轮辐支撑体包括两个或三个以上依次连接的弹性支撑段，相邻两个所述弹性支撑段在连接处形成内夹角，所述内夹角背侧为外夹角；三个以上所述弹性支撑段依次连接形成的所述内夹角中，每相邻两个所述内夹角位于所述轮辐支撑体的不同侧；
所述感应模块包括至少一个能够作为感应单元的摩擦纳米发电机，每个所述摩擦纳米发电机固定安装在所述轮辐支撑体的内夹角一侧或外夹角一侧；
所述轮辐支撑体在其延伸方向上受压时，相邻所述弹性支撑段对安装在二者之间的内夹角和/或外夹角中的所述感应单元进行挤压；所述轮辐支撑体所受压力减小时，所述弹性支撑段逐渐恢复至原位，解除对所述感应单元的挤压；在所述感应单元受压至所受挤压解除的过程中，所述感应单元产生交流电，且所述交流电的电信号特征与所述非充气轮胎所受的垂向力大小存在特定关联；
所述信号输出模块分别与所述能量模块、所述感应模块信号连接，并且所述信号输出模块能够在所述能量模块的供能下将从所述感应模块处获得的电信号特征进行输出。
2.根据权利要求1所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，其特征在于：所述能量模块包括作为发电单元的摩擦纳米发电机，每个所述发电单元固定安装在所述轮辐支撑体的内夹角一侧或外夹角一侧；
所述轮辐支撑体在其延伸方向上受压时，相邻所述弹性支撑段对安装在二者之间的内夹角一侧和/或外夹角一侧的所述发电单元进行挤压；所述轮辐支撑体所受压力减小时，所述弹性支撑段逐渐恢复至原位，解除对所述发电单元的挤压；在所述发电单元受压至所受挤压解除的过程中，所述发电单元产生交流电；
所述非充气轮胎的垂向力感应装置还包括能量管理模块，所述能量模块、所述能量管理模块以及所述信号输出模块依次串联，所述能量管理模块能够将所述能量模块产生的交流电转化为直流电供给至所述信号输出模块。
3.根据权利要求2所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，其特征在于：作为所述感应单元或者所述发电单元的所述摩擦纳米发电机，包括封装腔、分别固定设置在所述封装腔两相对内壁上的两个导电层、分别固定设置在两个所述导电层远离所述封装腔的面上的两个摩擦层，以及固定安装在两个所述摩擦层之间且位于两个所述摩擦层边角处的绝缘支撑层；两个所述导电层彼此电性连接，两个所述摩擦层彼此材质不同；
在两个所述摩擦层的相对方向上，所述封装腔受压时两个所述摩擦层的中间区域能够靠近接触并挤压摩擦，所述封装腔所受压力减小时两个所述摩擦层的中间区域逐渐脱离接触至相互远离。
4.根据权利要求2所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，其特征在于：作为所述发电单元的所述摩擦纳米发电机，包括封装腔以及在所述封装腔中依次堆叠设置的若干子发电单元，每个所述子发电单元包括绝缘支撑层、分别设置在所述绝缘支撑层两侧的两个摩擦层，以及分别设置在两个所述摩擦层远离所述绝缘支撑层的面上的两个导电层，同一子发电单元中的两个所述导电层电性连接、两个所述摩擦层的材质不同，且所述绝缘支撑层设置在两个所述摩擦层之间的边角处；
在相邻两个所述摩擦层的相对方向上，所述封装腔受压时，每个子发电单元中的两个所述摩擦层的中间区域能够靠近接触并挤压摩擦，所述封装腔所受压力减小时，每个子发电单元中的两个所述摩擦层的中间区域逐渐脱离接触至相互远离。
5.根据权利要求3所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，其特征在于：固定安装在所述内夹角一侧的所述摩擦纳米发电机的摩擦层延伸方向与所述非充气轮胎的径向垂直，和/或固定安装在所述外夹角一侧的所述摩擦纳米发电机的摩擦层的延伸方向与所述非充气轮胎的径向平行。
6.根据权利要求1、2、4、5中任一项所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，其特征在于：所述内夹角中设置有弹性支撑部,所述摩擦纳米发电机封装在所述弹性支撑部中；
且/或，所述外夹角中设置有弹性拉伸部；所述摩擦纳米发电机封装在所述弹性拉伸部中。
7.一种非充气轮胎的垂向力估算系统，用于估算非充气轮胎所受的垂向力大小，其特征在于，包括：权利要求1至6中任一项所述的非充气轮胎的垂向力感应装置，还包括设置在车内与汽车的车载电源电性连接的估算模块，所述估算模块与所述信号输出模块信号连接，能够利用所述信号输出模块发送的感应单元的电信号特征估算所述非充气轮胎所受的垂向力大小。
8.根据权利要求7所述的非充气轮胎的垂向力估算系统，其特征在于：所述非充气轮胎的垂向力估算系统还包括车载电控系统，所述估算模块估算得到的非充气轮胎所受垂向力大小超出预设范围时，所述车载电控系统能够对汽车的运行状态进行调整。
9.一种非充气轮胎的垂向力估算方法，用于估算非充气轮胎所受的垂向力大小，其特征在于：
通过仿真或者试验手段构建权利要求1至6中任一项所述的非充气轮胎的垂向力感应装置中感应单元的电信号特征与非充气轮胎所受的垂向力大小之间的特定关联；
汽车行驶的实际工况下，测得所述感应单元的电信号特征，根据其与非充气轮胎所受的垂向力之间的特定关联计算非充气轮胎所受的垂向力大小。
10.根据权利要求9所述的非充气轮胎的垂向力估算方法，其特征在于：
通过非充气轮胎有限元仿真或者非充气轮胎室内台架试验，测得所述感应单元的开路电压峰值数据与对应时刻非充气轮胎所受的垂向力数据；
构建所述感应单元的开路电压峰值数据与非充气轮胎所受的垂向力数据的第一关系模型；
汽车行驶的实际工况下，测得所述感应单元的开路电压峰值，根据所述第一关系模型计算得到非充气轮胎所受的垂向力大小。
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