FR2932011A1

FR2932011A1 - Electronic box's electronic unit i.e. calculation unit, power-supplying method for motor vehicle, involves arranging low power thermoelectric generator to use thermal gradient appeared between frontal plates

Info

Publication number: FR2932011A1
Application number: FR0802966A
Authority: FR
Inventors: Olivier Costes
Original assignee: Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-04
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: FR2932011B1

Abstract

The method involves supplying an electronic unit i.e. calculation unit, with a microprocessor using a low power thermoelectric generator (15) that includes two frontal plates (18, 19) connected by pairs of thermopiles (20). The generator is arranged in a manner to use a thermal gradient appeared between the frontal plates. The generator is arranged in a manner to thermally connect the frontal plate (18) to a rim (6) and to clean the frontal plate (19) by air contained inside a tire (7). An electric energy provided by the generator is delivered towards a storage unit. An independent claim is also included for an electronic box mounted on a rim of a vehicle wheel surrounding a tire, integrating an electronic unit.

Description

L'invention concerne un procédé d'alimentation électrique d'une unité électronique intégrée dans un boîtier destiné à êtr e monté sur une jante d'une roue de véhicule. Elle s'étend à un boîtier électronique réalisé par la mise en oeuvre du dit procédé. The invention relates to a method for powering an electronic unit integrated in a housing intended to be mounted on a rim of a vehicle wheel. It extends to an electronic box produced by the implementation of said method.

De plus en plus de véhicules automobiles possèdent des systèmes de surveillance comportant des boîtiers électroniques montés sur chacune des roues de véhicules, dédiés à la mesure de paramètres, tels que pression et/ou température des pneumatiques équipant ces roues, et destinés à informer le conducteur de toute variation anormale du paramètre mesuré. More and more motor vehicles have surveillance systems comprising electronic boxes mounted on each of the vehicle wheels, dedicated to the measurement of parameters, such as pressure and / or temperature of the tires fitted to these wheels, and intended to inform the driver any abnormal variation of the measured parameter.

Ces systèmes de surveillance comportent classiquement: - monté sur chacune des roues du véhicule, un boîtier électronique intégrant: • une unité électronique de surveillance d'au moins un paramètre de fonctionnement de la roue, comportant : * des capteurs de mesure de paramètres tels que pression, température, accélération ..., * un émetteur radiofréquence, * et une unité centrale à microprocesseur, programmée pour commander périodiquement au moins une mesure de chaque paramètre et l'émission d'une trame de données représentatives des valeurs mesurées, • et une pile, telle que pile bouton, d'alimentation électrique de l'électronique de surveillance, - et, montée sur le véhicule, une unité centrale de réception des signaux émis par les boîtiers électroniques, dotée d'un calculateur intégrant un récepteur 25 radiofréquence connecté à une antenne. En règle générale, un des éléments particulièrement sensibles des boîtiers électroniques consiste dans la pile bouton classiquement utilisée pour alimenter l'unité électronique de surveillance. En effet, la durée de vie des boîtiers électroniques est directement conditionnée par la durée de vie de ces piles. 30 Une solution palliative, notamment décrite dans le brevet US2004/0078662, a consisté à envisager de remplacer les piles boutons par des moyens d'alimentation électrique comportant un élément piézoélectrique susceptible de transformer l'énergie mécanique résultant de la rotation et des vibrations des roues en énergie électrique. These monitoring systems conventionally comprise: - mounted on each of the wheels of the vehicle, an electronic box integrating: • an electronic unit for monitoring at least one wheel operating parameter, comprising: * sensors for measuring parameters such as: pressure, temperature, acceleration ..., * a radiofrequency transmitter, * and a microprocessor central unit, programmed to periodically control at least one measurement of each parameter and the emission of a data frame representative of the measured values, • and a battery, such as a button battery, for powering the monitoring electronics; and, mounted on the vehicle, a central unit for receiving signals emitted by the electronic units, equipped with a computer integrating a radio frequency receiver. connected to an antenna. As a general rule, one of the particularly sensitive elements of the electronic boxes is the button cell conventionally used to power the electronic monitoring unit. Indeed, the life of the electronic boxes is directly conditioned by the life of these batteries. A palliative solution, particularly described in US2004 / 0078662, has been to consider replacing button cells by power supply means comprising a piezoelectric element capable of transforming the mechanical energy resulting from the rotation and vibrations of the wheels. in electrical energy.

Selon ce principe, les moyens d'alimentation électrique produisent une énergie renouvelable, et la durée de vie des boîtiers électroniques est donc théoriquement illimitée. Toutefois, la quantité d'énergie fournie par les éléments piézoélectriques est relativement faible, et actuellement, cette quantité d'énergie s'avère trop faible pour obtenir une alimentation électrique suffisante des divers composants électroniques intégrés dans les boîtiers électroniques, et particulièrement pour obtenir une périodicité acceptable, c'est-à-dire une périodicité suffisamment élevée, des séquences de mesure des paramètres de fonctionnement des roues. According to this principle, the power supply means produce a renewable energy, and the lifetime of the electronic boxes is theoretically unlimited. However, the amount of energy supplied by the piezoelectric elements is relatively small, and currently, this amount of energy is too low to obtain a sufficient power supply of the various electronic components integrated in the electronic boxes, and particularly to obtain a acceptable periodicity, that is to say a sufficiently high periodicity, sequences of measurement of the operating parameters of the wheels.

La présente invention vise une solution palliative à l'emploi de piles boutons, et a pour principal objectif de fournir des moyens d'alimentation électrique aptes à produire une énergie renouvelable. A cet effet, l'invention vise, en premier lieu, un procédé d'alimentation électrique d'une unité électronique intégrée dans un boîtier destiné à être monté sur une jante d'une roue de véhicule chaussée d'un pneumatique, ce procédé se caractérisant, selon l'invention, en ce qu'il consiste à alimenter l'unité électronique au moyen d'un générateur thermoélectrique de faible puissance doté de deux plaques frontales reliées par des couples de thermopiles, disposé de façon à créer un gradient thermique entre les deux plaques frontales. The present invention aims a palliative solution to the use of button cells, and has for main objective to provide power supply means capable of producing renewable energy. For this purpose, the invention aims, in the first place, a method of power supply of an electronic unit integrated in a housing intended to be mounted on a rim of a wheel of a road vehicle of a tire, this method being characterized, according to the invention, in that it consists in supplying the electronic unit by means of a low-power thermoelectric generator provided with two front plates connected by pairs of thermopiles, arranged so as to create a thermal gradient between the two front plates.

L'invention a donc consisté, d'une part, à mettre en lumière que les boîtiers montés sur les jantes de roues subissaient des variations de température, et d'autre part, à mettre à profit ces variations de température pour produire de I énergie en vue de l'alimentation de l'électronique intégrée dans les dits boîtiers, en utilisant des générateurs thermoélectriques de faible puissance. The invention therefore consisted, on the one hand, in highlighting that the housings mounted on the wheel rims underwent temperature variations, and secondly, in taking advantage of these temperature variations to produce energy. in order to power the integrated electronics in said housings, using low power thermoelectric generators.

II est à noter que, selon l'invention, on entend signifier par générateur thermoélectrique de faible puissance, des générateurs du type notamment décrit dans la demande de brevet WO2007/095028, conçus pour transformer l'énergie calorifique en énergie électrique en utilisant le principe des thermopiles (effet Seebeck). Un tel procédé d'alimentation permet de fournir au moins un pourcentage notable de l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'unité électronique des boîtiers, et conduit donc à une réduction notable de la taille des piles requises, voire même à une suppression de telles piles, par exemple notamment, en couplant la production des générateurs thermoélectriques à une production par éléments piézoélectriques. ' Selon un mode de mise en oeuvre avantageux, on dispose le générateur thermoélectrique de façon qu'une des plaques frontales soit thermiquement reliée à la jante et que l'autre plaque frontale soit baignée par l'air renfermé à l'intérieur du pneumatique. It should be noted that, according to the invention, the term "low-power thermoelectric generator" means generators of the type especially described in the patent application WO2007 / 095028, designed to convert heat energy into electrical energy using the principle thermopiles (Seebeck effect). Such a power supply method makes it possible to provide at least a significant percentage of the energy required for the operation of the electronic unit of the housings, and thus leads to a notable reduction in the size of the batteries required, or even to a suppression of such for example, by coupling the production of thermoelectric generators with piezoelectric element production. According to an advantageous embodiment, the thermoelectric generator is arranged so that one of the front plates is thermally connected to the rim and the other front plate is bathed by the enclosed air inside the tire.

Selon ce mode de mise en oeuvre, une des plaques frontales du générateur thermoélectrique se trouve thermiquement au contact de la jante de roue, c'est-à-dire de l'élément de la roue qui est soumis aux plus importants gradients de température, tandis que l'autre plaque de contact se trouve au contact de la masse d'air renfermée dans le pneumatique beaucoup plus stable en température. Ainsi, de très importants gradients thermiques sont créés entre les deux plaques de contact des générateurs, conduisant à des conditions optimales de production d'énergie électrique. Selon un autre mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, on délivre l'énergie électrique fournie par le générateur thermoélectrique vers des moyens de stockage de la dite énergie électrique, associés à des moyens de commutation aptes à être commutés entre une position ouverte d'accumulation de l'énergie dans les moyens de stockage et une position fermée de distribution de l'énergie accumulée. De tels moyens de stockage permettent, en effet, de garantir une accumulation suffisante d'énergie entre chaque cycle de mesures commandé par l'unité 15 électronique. L'invention s'étend à un boîtier électronique destiné à être monté sur une jante d'une roue de véhicule chaussée d'un pneumatique, le dit boîtier intégrant une unité électronique de surveillance d'au moins un paramètre de fonctionnement de la dite roue et des moyens d'alimentation électrique de la dite unité électronique. Selon l'invention, les 20 moyens d'alimentation électrique de ce boîtier électronique comportent un générateur thermoélectrique de faible puissance doté de deux plaques frontales reliées par des couples de thermopiles, intégré dans le boîtier électronique de façon qu'un gradient thermique soit créé entre les dites plaques frontales. De plus, de façon avantageuse selon l'invention, le générateur 25 thermoélectrique est agencé de façon qu'une de ses plaques frontales soit disposée de façon à pouvoir être reliée thermiquement à une jante de roue, et que son autre plaque frontale soit baignée par l'air renfermé à l'intérieur du pneumatique. A cet effet, et en premier lieu, chaque boîtier électronique comprend avantageusement une semelle en un matériau thermiquement conducteur disposée en 30 sous face du dit boîtier électronique de façon à pouvoir être appliquée sur une jante de roue, et sur laquelle est solidarisée une des plaques frontales du générateur thermoélectrique. De plus, chaque boîtier électronique forme avantageusement une chambre délimitée par une des plaques frontales du générateur thermoélectrique, dotée de 35 passages de communication avec le volurre d'air renfermé à l'intérieur d'un pneumatique. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens d'alimentation électrique de chaque boîtier électronique comportent : - des moyens de stockage de l'énergie électrique produite par le générateur thermoélectrique, - et des moyens de commutation aptes à être commutés entre une position ouverte d'accumulation de l'énergie dans les moyens de stockage et une position fermée 5 de distribution de l'énergie accumulée. D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins : - la figure la est une vue de dessus schématique d'un véhicule équipé d'un 10 système de surveillance comportant des boîtiers électroniques selon l'invention, - la figure 1 b est une vue de détail schématique en perspective représentant une portion d'une des roues de ce véhicule ainsi que le boîtier électronique équipant cette dernière, - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un boîtier électronique 15 selon l'invention, sur laquelle les parois du dit boîtier sont représentées transparentes, - la figure 3 est une coupe schématique, par un plan longitudinal A, de ce boîtier électronique, sur laquelle les parois du dit boîtier sont représentées transparentes, - et la figure 4 est un graphique représentatif de l'évolution des températures dans des boîtiers électroniques selon l'invention montés sur les quatre roues d'un 20 véhicule. La figure la représente un véhicule 1 doté d'un système de surveillance comportant classiquement: - associé à chaque roue 2-5, un boîtier électronique 8-11 selon l'invention solidarisé sur la jante 6 de la dite roue, de façon à être positionné à l'intérieur de 25 l'enveloppe du pneumatique 7 chaussant cette jante 6, - et un calculateur centralisé ou unité centrale 30 situé dans le véhicule 1, comportant un microprocesseur et intégrant un récepteur RF. De façon usuelle, les boîtiers électroniques 8-11 sont adaptés pour mesurer des paramètres de fonctionnement (pression, température, accélération...) des roues 2-5 30 associées, et pour émettre, à destination du calculateur centralisé 30, des trames de données incorporant les données relatives aux mesures effectuées. A cet effet, chacun des boîtiers électroniques 8-11 intègre, en premier lieu, des capteurs tels que 12 dédiés à la mesure de paramètres, tels que pression et/ou température du pneumatique 7, connectés à une unité de calcul à microprocesseur 13 35 reliée à un émetteur connecté à une antenne radiofréquence RF 14. According to this embodiment, one of the front plates of the thermoelectric generator is thermally in contact with the wheel rim, that is to say the element of the wheel which is subjected to the most important temperature gradients, while the other contact plate is in contact with the air mass enclosed in the tire much more stable in temperature. Thus, very large thermal gradients are created between the two contact plates of the generators, leading to optimal conditions of production of electrical energy. According to another advantageous embodiment of the invention, the electrical energy supplied by the thermoelectric generator is delivered to means for storing said electrical energy, associated with switching means able to be switched between an open position. accumulation of energy in the storage means and a closed position of distribution of the accumulated energy. Such storage means make it possible, in fact, to guarantee a sufficient accumulation of energy between each measurement cycle controlled by the electronic unit. The invention extends to an electronic box intended to be mounted on a rim of a vehicle wheel having a tire, said housing including an electronic unit for monitoring at least one operating parameter of said wheel. and power supply means of said electronic unit. According to the invention, the power supply means of this electronic box comprise a low-power thermoelectric generator having two front plates connected by pairs of thermopiles, integrated in the electronic box so that a thermal gradient is created between said front plates. In addition, advantageously according to the invention, the thermoelectric generator 25 is arranged so that one of its front plates is arranged so as to be thermally connectable to a wheel rim, and that its other front plate is bathed by the enclosed air inside the tire. For this purpose, and firstly, each electronic unit advantageously comprises a soleplate made of a thermally conductive material disposed on the underside of said electronic box so as to be applied to a wheel rim, and on which one of the plates is secured. front of the thermoelectric generator. In addition, each electronic unit advantageously forms a chamber delimited by one of the front plates of the thermoelectric generator, provided with 35 passages of communication with the air space enclosed within a tire. According to another advantageous characteristic of the invention, the power supply means of each electronic box comprise: - means for storing the electrical energy produced by the thermoelectric generator, - and switching means able to be switched between a open position of accumulation of energy in the storage means and a closed position 5 of distribution of the accumulated energy. Other features and advantages of the invention will become apparent from the detailed description which follows with reference to the accompanying drawings which represent by way of non-limiting example a preferred embodiment. In these drawings: FIG. 1a is a diagrammatic plan view of a vehicle equipped with a monitoring system comprising electronic boxes according to the invention; FIG. 1b is a schematic detailed view in perspective representing a portion of one of the wheels of this vehicle and the electronic unit equipping it, - Figure 2 is a schematic perspective view of an electronic box 15 according to the invention, on which the walls of said housing are shown transparent, FIG. 3 is a diagrammatic section, through a longitudinal plane A, of this electronic box, on which the walls of said box are shown to be transparent, and FIG. 4 is a graph representative of the evolution of the temperatures in electronic boxes. according to the invention mounted on the four wheels of a vehicle. FIG. 1a shows a vehicle 1 equipped with a monitoring system conventionally comprising: - associated with each wheel 2-5, an electronic box 8-11 according to the invention secured to the rim 6 of said wheel, so as to be positioned inside the casing of the tire 7 fitting this rim 6, - and a centralized computer or central unit 30 located in the vehicle 1, comprising a microprocessor and integrating an RF receiver. In the usual way, the electronic boxes 8-11 are adapted to measure operating parameters (pressure, temperature, acceleration, etc.) of the associated wheels 2-5, and to transmit, to the centralized computer 30, frames of data incorporating the data relating to the measurements made. For this purpose, each of the electronic boxes 8-11 integrates, in the first place, sensors such as 12 dedicated to the measurement of parameters, such as pressure and / or temperature of the tire 7, connected to a microprocessor computing unit 13. connected to a transmitter connected to an RF radio frequency antenna 14.

Chacun des boîtiers électroniques 8-11 comprend également des moyens d'alimentation électrique de l'unité de calcul 13. Selon l'invention, ces moyens d'alimentation comprennent: - un générateur pour la production de l'énergie électrique, consistant en un 5 générateur thermoélectrique de faible puissance 15, - des moyens de stockage 16 de l'énergie produite, comportant au moins une capacité, - et un commutateur 17 apte à être commuté entre une position ouverte d'accumulation de l'énergie dans les moyens de stockage 16 et une position fermée de 10 distribution de l'énergie accumulée. Chaque générateur 15 est du type par exemple décrit dans la demande de brevet WO2007/095028, et comporte classiquement deux plaques frontales 18, 19 (fig 3) reliées par des couples de thermopiles 20, ainsi que deux conducteurs de connexion électrique tels que 21.Each of the electronic boxes 8-11 also comprises power supply means of the computing unit 13. According to the invention, these power supply means comprise: a generator for the production of electrical energy, consisting of: 5 thermoelectric generator of low power 15, - storage means 16 of the energy produced, comprising at least one capacitor, - and a switch 17 adapted to be switched between an open position of accumulation of energy in the means of storage 16 and a closed position of distribution of accumulated energy. Each generator 15 is of the type for example described in the patent application WO2007 / 095028, and conventionally comprises two front plates 18, 19 (FIG. 3) connected by pairs of thermopiles 20, as well as two electrical connection conductors such as 21.

15 De plus selon l'invention, chaque générateur 15 est encapsulé à l'intérieur d'un boîtier électronique 8-11 de façon qu'une de ses plaques frontales 18 affleure la sous face du dit boîtier, et soit soudée sur une semelle 22 en un matériau thermiquement conducteur, tel que du cuivre, adaptée pour être collée sur une jante 6. Sur l'exemple représenté à la figure 2, cette semelle 22 présente la forme d'un 20 H sur la barre transversale 22a duquel est soudée la plaque frontale 18 du générateur 15. Selon l'invention, en outre, chaque boîtier électronique 8-11 est conformé de façon à définir une chambre 23 délimitée par l'autre plaque frontale 19 du générateur thermoélectrique 15, dotée de passages 24, 25, représentés sous la forme de cheminées, de communication avec le volume d'air renfermé à l'intérieur du pneumatique 7.In addition according to the invention, each generator 15 is encapsulated inside an electronic box 8-11 so that one of its front plates 18 is flush with the underside of said housing, and is welded to a soleplate 22. in a thermally conductive material, such as copper, adapted to be glued to a rim 6. In the example shown in Figure 2, this sole 22 has the shape of a 20 H on the transverse bar 22a which is welded to the In addition, each electronic box 8-11 is shaped so as to define a chamber 23 delimited by the other front plate 19 of the thermoelectric generator 15, provided with passages 24, 25, shown in the form of chimneys, communicating with the volume of air enclosed within the tire 7.

25 Selon l'invention, les variations de température auxquelles sont soumis les boîtiers électroniques 8-11, représentées à titre d'exemple à la figure 4 correspondant à une phase de roulage d'un véhicule 1, et sur laquelle chaque courbe correspond à un boîtier 8 à 11, permettent de créer d'importants gradients thermiques entre les plaques frontales 18, 19 de chaque générateur thermoélectrique 15, conduisant à une production 30 optimale d'énergie électrique. Notamment cette figure 4 montre que ces variations de températures se produisent pendant tout le trajet du véhicule et ce sur chacune des roues. Le générateur 15 est donc à rnême d'alimenter soit directement, soit après accumulation de l'énergie créée (en utilisant l'interrupteur 17) l'unité électronique intégrée 35 dans les boîtiers électroniques 8 -11, pendant tout déplacement du véhicule. According to the invention, the temperature variations to which the electronic boxes 8-11, represented by way of example in FIG. 4 corresponding to a rolling phase of a vehicle 1, are subjected, and on which each curve corresponds to a 8 to 11, allow to create significant thermal gradients between the front plates 18, 19 of each thermoelectric generator 15, leading to an optimal production of electrical energy. In particular, Figure 4 shows that these temperature variations occur during the entire journey of the vehicle and on each of the wheels. The generator 15 is therefore able to feed either directly or after accumulation of the energy created (using the switch 17) the electronic unit integrated in the electronic boxes 8 -11 during any movement of the vehicle.

Claims

REVENDICATIONS1. Method of supplying an electronic unit (13) integrated in a housing (8-11) intended to be mounted on a rim (6) of a wheel (2-5) of a road vehicle of a tire (7) ), characterized in that it consists in supplying said electronic unit by means of a low power thermoelectric generator (15) provided with two front plates (18, 19) connected by pairs of thermopiles (20), said generator being arranged to use a thermal gradient appearing between the two front plates (18, 19). 2 / A method of supply according to claim 1 characterized in that one arranges the thermoelectric generator (15) so that one of the front plates (18) is thermally connected to the rim (6) and the other plate frontal (19) is bathed by air enclosed inside the tire (7). 3 / A method of supply according to one of claims 1 or 2 characterized in that it delivers the electrical energy supplied by the thermoelectric generator (15) to storage means (16) of said electrical energy, associated switching means (17) adapted to be switched between an open position of energy accumulation in the storage means (16) and a closed position of distribution of the accumulated energy. 4 / electronic box (8-11) intended to be mounted on a rim (6) of a wheel (2-5) of a road vehicle of a tire (7), incorporating a monitoring electronics (13) of least one operating parameter of said wheel and power supply means of said electronics, said electronic box being characterized in that the power supply means comprise a thermoelectric generator (15) of low power with two plates end faces (18, 19) connected by pairs of thermopiles (20), said generator being integrated in the electronic housing (8-11) so as to use a thermal gradient appearing between the two front plates (18, 19). 51 Electronic box (8-11) according to claim 4 characterized in that the thermoelectric generator (15) is arranged so that one of its front plates (18) is arranged so as to be thermally connected to a rim (6). ) of wheel, and that its other front plate (19) is bathed by air enclosed within the tire (7). 6 / an electronic box (8-11) according to claim 5 characterized in that it comprises a sole (22) of a thermally conductive material disposed on the underside of said electronic box so as to be applied on a rim (6) wheel, and on which is secured one of the front plates (18) of the thermoelectric generator (15). 7 / electronic box according to one of claims 5 or 6 characterized in that it forms a chamber (23) defined by one of the front plates (19) of the thermoelectric generator (15), with passages (24, 25) of communication with the volume of air enclosed within a tire (7). 8 / electronic box (8-11) according to one of claims 4 to 7 characterized in that the power supply means comprise: - storage means (16) of the electrical energy produced by the thermoelectric generator (15 ), and switching means (17) capable of being switched between an open position of accumulation of energy in the storage means (16) and a closed position of distribution of the accumulated energy.