CN117124780A - 一种自供电车轮胎压及胎温监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自供电车轮胎压及胎温监测系统，包括：传感模块，用于获取车辆的胎压以及胎温的传感参数信息；供电模块，用于将车辆的机械能转化为电能，将电能提供给传感模块，供电模块包括第一发电装置和第二发电装置，第一发电装置设置在车轮轮毂上，第一发电装置用于将车轮轮毂所产生的机械能转换成电能，第二发电装置设置在汽车悬挂系统中，第二发电装置用于将汽车悬挂系统所产生的机械能转换成电能，第一发电装置和第二发电装置既能单独进行工作，也能并行工作。本发明能够为轮胎传感器提供更可持续、高效的能量供给，同时降低对电池的消耗，并提高能量利用效率。

Description

一种自供电车轮胎压及胎温监测系统
技术领域
本发明涉及机械运动能量收集与车辆传感领域，特别涉及一种自供电车轮胎压及胎温监测系统。
背景技术
随着新能源汽车的高速发展，汽车上所需要的传感器也越来越多。而汽车车轮的胎压和胎温作为汽车轮胎中的一个重要参数影响着汽车能否安全行驶，因此对胎温和胎压监控非常重要。在传统的胎温胎压监测系统中通常需要通过车辆的电池接电向车轮温度传感器和车轮胎压传感器供给能量，面临着能量来源单一、电池消耗增加以及能量利用率低诸多问题，更会影响汽车的续航，降低汽车电池的使用寿命。
发明内容
鉴于以上存在的问题，本申请提出了一种自供电车轮胎压及胎温监测系统，能够有效解决目前存在的问题，为轮胎传感器提供可靠的能量供应，同时降低对电池的消耗，并提高能量利用效率。
第一方面，本申请实施例提出了一种自供电车轮胎压及胎温监测系统，包括：传感模块，用于获取车辆的胎压以及胎温的传感参数信息；供电模块，用于将车辆的机械能转化为电能，将电能提供给传感模块，供电模块包括第一发电装置和第二发电装置，第一发电装置设置在车轮轮毂上，第一发电装置用于将车轮轮毂所产生的机械能转换成电能，第二发电装置设置在汽车悬挂系统中，第二发电装置用于将汽车悬挂系统所产生的机械能转换成电能，第一发电装置和第二发电装置既能单独进行工作，也能并行工作。
在本发明一实施例中，传感模块包括：无线传感器，包括胎温传感器和胎压传感器，胎温传感器用于对车胎的温度进行实时监测得到车胎温度参数，胎压传感器用于对车胎的压力进行实时监测得到胎压参数。
在本发明一实施例中，系统还包括监测子系统；监测子系统包括：监控终端，用于显示参数信息。
在本发明一实施例中，监测子系统还包括：射频模块，分别连接传感模块和监控终端，用于将传感参数信息传输到监控终端。
在本发明一实施例中，第一发电装置包括：第一发电模块，设置于车轮轮毂表面，沿车轮轮毂的圆周方向均匀布置。
在本发明一实施例中，第一发电模块包括：
第一TENG结构，第一TENG结构包括两个电极层、第一PTFE层和第一FEP层，其中一个电极层粘连在第一PTFE层的背面，另一个电极层粘连在第一FEP层的背面；
其中，当车轮轮毂转动，第一TENG结构的两个电极层之间相互运动，产生电流。
在本发明一实施例中，第二发电装置包括：减震器，设置在汽车悬挂系统的内部，减震器设置有连接杆件；电磁感应发电模块，包括环形磁铁和电磁线圈，电磁线圈设于筒体内部，环形磁铁设于减震器的连接杆件；
其中，当汽车悬挂系统震动，环形磁铁和电磁线圈进行切割磁感线的运动，产生电流。
在本发明一实施例中，第二发电装置还包括：
第二发电模块，设置在减震器的内部；第二发电模块包括第二TENG结构，第二TENG结构包括筒体和连接杆件，连接杆件设置于筒体内，连接杆件设置有摩擦层，摩擦层的外层设置有第一电极层和第二FEP层，筒体的内层设置有第二电极层和第二PTFE层；
其中，当汽车悬挂系统震动，摩擦层的外层和筒体的内层相互摩擦，产生电流；其中，摩擦方式包括水平滑动模式和垂直滑动模式。
在本发明一实施例中，监控终端包括：显示器，设置在车辆内部。
在本发明一实施例中，射频模块包括：无线发射器，用于将传感参数信息发送到中央接收器。
本申请实施例提供了一种自供电车轮胎压及胎温监测系统，涉及涉及机械运动能量收集与车辆传感领域。监测系统包括：传感模块，用于获取车辆的胎压以及胎温的传感参数信息；
供电模块，用于将车辆的机械能转化为电能，将电能提供给传感模块，供电模块包括第一发电装置和第二发电装置，第一发电装置设置在车轮轮毂上，第一发电装置用于将车轮轮毂所产生的机械能转换成电能，第二发电装置设置在汽车悬挂系统中，第二发电装置用于将汽车悬挂系统所产生的机械能转换成电能，第一发电装置和第二发电装置既能单独进行工作，也能并行工作。本申请提供的自供电车轮胎压及胎温监测系统，通过收集轮胎和汽车的悬挂系统由于低频的振动产生大量的振动能量，将振动能量回收，利用两种不同发电方式的互补提高了能量的利用效率，实现了外部环境机械能的利用，为轮胎传感器提供可靠的能量供应，同时降低对电池的消耗，并提高能量利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的自供电胎压及胎温监测系统的系统结构图；
图2是本申请实施例提供的监测数据步骤传输流程示意图；
图3是本申请实施例提供的车轮轮毂的整体构造示意图；
图4是本申请实施例提供的减震器整体构造示意图；
图5是本申请实施例提供的筒体整体构造示意图；
图6是本申请实施例提供的内部摩擦杆件的整体构造示意图；
图7是本申请实施例提供的底部连接部分的整体构造示意图。
具体实施方式
本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。
对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。
另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。
对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
随着新能源汽车的高速发展，汽车上所需要的传感器也越来越多。而汽车车轮的胎压和胎温作为汽车轮胎中的一个重要参数影响着汽车能否安全行驶，因此对胎温和胎压监控非常重要。在传统的胎温胎压监测系统中通常需要通过车辆的电池接电向车轮温度传感器和车轮胎压传感器供给能量，面临着能量来源单一、电池消耗增加以及能量利用率低诸多问题，更会影响汽车的续航，降低汽车电池的使用寿命。
鉴于此，本申请实施例提供了一种自供电胎压及胎温监测系统具体通过如下实施例进行说明。
如图1所示，图1为本申请实施例提供的一种自供电胎压及胎温监测系统的系统结构图，包括传感模块100、供电模块200、射频模块300、显示终端400。
其中，供电模块200用于将车辆的机械能转化为电能，将电能提供给传感模块100，供电模块200包括第一发电装置210和第二发电装置220，第一发电装置210设置在车轮轮毂500上，第一发电装置210用于将车轮轮毂500所产生的机械能转换成电能，第二发电装置220设置在汽车悬挂系统中，第二发电装置220用于将汽车悬挂系统所产生的机械能转换成电能，第一发电装置210和第二发电装置220既能单独进行工作，也能并行工作。传感模块100通过利用供电模块200所提供的电能，获取车辆的胎压以及胎温的传感参数信息。
在一些实施例中，传感模块100包括无线传感器110，无线传感器110包括胎温传感器111和胎压传感器112，胎温传感器111用于对车胎的温度进行实时监测得到车胎温度参数，胎压传感器112用于对车胎的压力进行实时监测得到胎压参数。
在一些实施例中，胎温传感器111和胎压传感器112安装在汽车轮胎中，通过粘连固定在车轮轮毂500处，设置在第一发电装置210的TENG结构S1周围，以便电信号快速传递，其信号处理单元将信号传输给低功耗处理器。
可以理解的是，自供电胎压及胎温监测系统的工作模式有三种，分别是休眠、静止和运行。休眠模式是指无线传感器110不运动时，没有定时射频传输数据信息；静止模式是指停车状态，间隔一段时间，无线传感器110定时发送一包数据；运行模式是指行车状态，无线传感器110定时射频传输数据信息。
在一些实施例中，射频模块300，分别连接传感模块100和监控终端400，用于将传感模块100的监测到的传感参数信息传输到监控终端400进行显示。
具体地，参见图2所示，图2是监测数据步骤传输流程示意图，包括但不限于步骤S10-S40。
S10:获取无线传感器110的胎温传感器111和胎压传感器112监测到的胎温数据和胎压数据。
S20：通过射频模块300的无线发射器310将胎温数据和胎压数据传输给中央接收器。
S30：中央接收器再将信号传输给监测系统的控制单元。
S40：控制单元接收到无线传感器110的信息后，对数据进行分析和处理后，将反馈结果显示在监控终端400。
在一些实施例中，当胎压或者胎温数据低于设定值或跳动过大时，无线传感器110就会发出警报信号，例如，系统会在监控终端400的显示器发出声音或亮灯来提醒驾驶员。
在一些实施例中，第一发电装置210的组成结构包括第一发电模块211，第一发电模块211设置于车轮轮毂500表面，采用正四方体造型，沿车轮轮毂500的圆周方向均匀布置。
具体地，参见图3，图3是自供电胎压及胎温监测系统车轮轮毂500的结构图。其中，第一发电模块211包括TENG结构S1，TENG结构S1包括两个片状电极层，其中一个片状电极层粘连在PTFE材料背面，另一个片状电极层粘连在FEP材料背面，两个片状电极层能够根据车轮转动的压力产生较好的形变效果，发生接触-分离并且产生电荷转移，从而产生电流，并且传输给无线传感器110中的信号处理单元。其中TENG结构S1通过粘连的方式粘连在汽车轮胎轮毂500表面，沿车轮轮毂500的圆周方向均匀布置。
优选地，TENG结构S1采用正四方体造型，以具有良好的拓扑结构。
在一些实施例中，第二发电装置220的组成结构包括减震器221、电磁感应发电模块222和第二发电模块223。
具体地，第二发电模块223设置在减震器221的内部，第二发电模块223包括TENG结构S2，TENG结构S2包括筒体6和减震器221的连接杆件4，连接杆件4设置在筒体6内，连接杆件4设置有摩擦层11，摩擦层11的外层设置有第一电极层和第二FEP层，筒体6的内层设置有第二电极层和第二PTFE层。
在一些实施例中，当汽车通过颠簸路段或转向时，汽车悬挂系统的减震器221会受到振动，在减震器221的筒体6内部，弹簧3通过形变驱动连接杆件4上外层的TENG结构S2与筒体6内层的TENG结构S2进行垂直滑动摩擦，从而产生电流，这个电流通过导线传输给安装在车轮处的低功耗传感器。
需要说明的是，摩擦方式包括水平滑动模式和垂直滑动模式。
请参照图4，如图所示为减震器221整体构造，减震器221设置在汽车悬挂系统的内部，其中孔1用于与悬挂系统的轴进行配合，减震器221内部有活塞进行减震，挡圈2用于固定弹簧3，连接杆件4为活塞杆件，端盖5通过螺栓与筒体6配合，筒体6底部有螺栓孔，通过螺栓连接与底部连接部分7配合，底部连接部分7有孔8，用于与悬挂系统配合。
请参照图5，如图所示为筒体6整体构造，筒体6有螺栓孔，用于连接端盖5，并且环绕着减震弹簧3，弹簧3的形变受到一定的约束。筒体6内部有TENG结构S2，其包含两层，一层为电极层材质，一层为PTFE材料，底部有两个螺栓孔9，用于与底部连接部分13的配合。电磁线圈8安装在筒体6内部，呈圆环状与底部平行。
具体地，TENG结构S2安装于筒体6内部，包含有两层，外层呈现套筒状，内层为一个连接杆件4，请参照图6，图6所示为自供电胎压及胎温监测系统内部摩擦杆件的整体构造，连接杆件4上环绕粘连着条形磁铁10，摩擦层11外表面为电极层以及FEP材料，与套筒内层电极层以及PTFE材料相互摩擦，以水平滑动模式产生电荷传递。底部有螺纹12，与整个悬挂系统通过螺栓连接。
请参照图7，图7所示为底部连接部分13的整体构造，底部连接部分13包含螺栓孔14，用于与连接杆件4的底部螺纹进行配合，底部连接部分13底部有一孔15，用于与悬挂系统上的轴进行配合
在一些实施例中，电磁感应发电模块222，包括环形磁铁16和电磁线圈8，电磁线圈8设于筒体6内部，环形磁铁16设于减震器221的连接杆件4，当汽车悬挂系统震动，环形磁铁16和电磁线圈8进行切割磁感线的运动，产生电流。
本发明提供的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其工作原理是：利用汽车行驶时悬挂系统振动和车轮旋转产生的能量，我们可以将其应用于TENG结构S1、TENG结构S2和电磁感应发电装置中。当车轮转动时，车轮轮毂500中的TENG结构S1会因挤压而发生形变，内部的两层聚合物材质FEP和PTFE相互接触并且分离，从而实现接触-分离式摩擦发电。通过PTFE和FEP材料的紧密接触以及电荷的转移，可以将产生的电流通过电连接传输给安装在汽车轮胎上的低功耗胎温传感器111和胎压传感器112，实现电能的输出。当汽车通过颠簸路段或转向时，汽车悬挂系统的减震器221会受到振动。在减震器的筒体6内部，弹簧3通过形变驱动连接杆件4上外层的TENG结构S2与筒体6内层的TENG结构S2进行垂直滑动摩擦，从而产生电流。这个电流通过导线传输给安装在车轮处的低功耗传感器。此外，连接杆件4上的环形磁铁与筒体6内部的电磁线圈8进行相对运动，实现切割磁感线的运动，从而产生电磁感应电流。这个电流同样通过导线传输给安装在车轮处的低功耗传感器。通过这两种发电方式的互补，可以吸收宽频和高频的能量。在高频振动下，通过电磁感应方式可以输出更大的电能，而在低频响应下，通过纳米摩擦发电方式可以持续产生电能。通过接收到这两种方式产生的电能，低功耗传感器能够实时监测汽车行驶过程中的车轮胎温和胎压状况，并将其显示在终端上供驾驶人查看。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，包括：
传感模块，用于获取车辆的胎压以及胎温的传感参数信息；
供电模块，用于将车辆的机械能转化为电能，将所述电能提供给所述传感模块，所述供电模块包括第一发电装置和第二发电装置，所述第一发电装置设置在车轮轮毂上，所述第一发电装置用于将车轮轮毂所产生的机械能转换成电能，所述第二发电装置设置在汽车悬挂系统中，所述第二发电装置用于将汽车悬挂系统所产生的机械能转换成电能，所述第一发电装置和所述第二发电装置既能单独进行工作，也能并行工作。
2.根据权利要求1所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述传感模块包括：
无线传感器，包括胎温传感器和胎压传感器，所述胎温传感器用于对车胎的温度进行实时监测得到车胎温度参数，所述胎压传感器用于对车胎的压力进行实时监测得到胎压参数。
3.根据权利要求1所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述系统还包括监测子系统；
所述监测子系统包括：
监控终端，用于显示所述参数信息。
4.根据权利要求3所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，
所述监测子系统还包括：
射频模块，分别连接所述传感模块和监控终端，用于将所述传感参数信息传输到所述监控终端。
5.根据权利要求1所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述第一发电装置包括：
第一发电模块，设置于车轮轮毂表面，沿车轮轮毂的圆周方向均匀布置。
6.根据权利要求5所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述第一发电模块包括：
第一TENG结构，所述第一TENG结构包括两个电极层，第一PTFE层和第一FEP层，其中一个电极层粘连在第一PTFE层的背面，另一个电极层粘连在第一FEP层的背面；
其中，当车轮轮毂转动，所述第一TENG结构的两个电极层之间相互运动，产生电流。
7.根据权利要求1所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述第二发电装置包括：
减震器，设置在所述汽车悬挂系统的内部，所述减震器设置有连接杆件；
电磁感应发电模块，包括环形磁铁和电磁线圈，所述电磁线圈设于筒体内部，所述环形磁铁设于所述减震器的连接杆件；
其中，当所述汽车悬挂系统震动，所述环形磁铁和所述电磁线圈进行切割磁感线的运动，产生电流。
8.根据权利要求7所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述第二发电装置还包括：
第二发电模块，设置在所述减震器的内部；所述第二发电模块包括第二TENG结构，所述第二TENG结构包括筒体和所述连接杆件，所述连接杆件设置于所述筒体内，所述连接杆件设置有摩擦层，所述摩擦层的外层设置有第一电极层和第二FEP层，所述筒体的内层设置有第二电极层和第二PTFE层；
其中，当所述汽车悬挂系统震动，所述摩擦层的外层和所述筒体的内层相互摩擦，产生电流；其中，摩擦方式包括水平滑动模式和垂直滑动模式。
9.根据权利要求3所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述监控终端包括：显示器，设置在车辆内部。
10.根据权利要求4所述的自供电车轮胎压及胎温监测系统，其特征在于，所述射频模块包括：
无线发射器，用于将所述传感参数信息发送到中央接收器。
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