[发明专利]基于智能材料的新型能量采集轮胎装置及其方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于智能材料的新型能量采集轮胎装置及其方法。特别地，该新型能量采集轮胎可应用于轮胎振动的能量采集，从而为胎压监测系统供电。

背景技术

轮胎的使用和人们日常出行息息相关。据交管部门有关统计，高速公路上的交通事故中有46%是由轮胎发生故障引起的，而其中的70%由胎压异常引起。胎压监测系统可实时针对轮胎胎压过低、胎压过高、快速漏气、胎温过高及电瓶电压过低等状况进行自动监测与报警，预防爆胎事故的发生，增加驾驶汽车的安全性。胎压监测不仅是减少交通事故的重要方式，也是行车安全的重要保障。

胎压监测系统需要电池来提供能源供给，而电池的寿命有限，一般只能用3-5年，需要定期的更换电池，并且电池对环境有一定的污染。如何充分将轮胎行驶过程中振动的能量转换并采集来给胎压监测系统供电，实现绿色能源的可循环利用，也引起了广泛的关注。

目前，人们设计了不同的结构来收集并储存振动的能量。专利CN101247096A设计了一种置于轮胎内部的钢道，通过钢道内部钢珠的转动来撞击压电片，将振动能量装换为电能。CN1702952A中研究者设计了一种压电振子，在车辆行驶过程中在轮胎的振动作用下不断产生电荷。还有研究者提出了压力能量采集轮胎的概念，利用轮胎气压的变化来推动中心轴上叶片的转动来产生电能。研究者通过设计不同的结构置于轮胎内部，利用轮胎的振动实现振动能到电能的转化，然后为胎压监测系统供电。然而已有的能量采集设计结构比较复杂，实施难度大。由于目前车辆多采用无内胎的真空轮胎，在轮胎内部设计复杂的结构来实现振动能到电能的转换，需要改动轮胎的结构，加工难度大，工艺要求高，加工成本高。

发明内容

为了克服现有胎压监测系统需要定期更换电池的缺点，本发明提出一种基于智能材料的新型能量采集轮胎装置及其方法。可以将轮胎振动的能量转化为电能，为胎压监测系统供电。

基于智能材料的新型能量采集轮胎装置包括气门嘴、控制电路板、胎压监测系统传感器、轮毂、能量采集轮胎；轮毂外设有能量采集轮胎，轮毂上设有气门嘴，气门嘴端部设有控制电路板、胎压监测系统传感器，能量采集轮胎的横截面从外到内包括胎面、尼龙带束层、钢丝带束层、帘线层、压电纤维、气密层。

所述的控制电路板的控制电路为：变压器T输入端连接压电纤维引出的导线，输出端连接全桥整流电路，整流电路包括四个整流二极管D1、整流二极管D2、整流二极管D3、整流二极管D4，整流二极管D1的阳极和整流二极管D4的阴极和变压器T的一端相连接，整流二极管D2的阳极和整流二极管D3的阴极和变压器T的另一端相连接，整流二极管D3和整流二极管D4共阳极连接并接地，整流二极管D1和整流二极管D2共阴极连接滤波电容C1的一端,滤波电容的C1的另一端连接整流二极管D3的阳极，滤波电容C1的一端串联一个滤波电阻R1后与滤波电容C2的一端相连，滤波电容C1的另一端直接于滤波电容C2的另一端相连接，滤波电容C2的一端串联一个限流电阻Rs后再与稳压二极管Dz的阳极相连，滤波电容C2的另一端直接与稳压二极管Dz的阴极相连。

基于智能材料的新型能量采集方法是：压电纤维嵌于轮胎尼龙带束层内部，在车辆行驶过程中，轮胎的振动将引起轮胎内部压电纤维的振动，该压电纤维材料在外部振动的情况下产生应力，由于压电纤维材料的力电耦合性能，在压电纤维表面产生电荷，从而将轮胎振动的能量转化成电能，再通过控制电路板给胎压监测传感器供电，通过四个整流二极管的整流作用，将交流电压转换成脉动直流电压，再通过两个滤波电容和滤波电阻的滤波作用，将脉动直流电压转化成直流电压，最后通过限流电阻Rs和稳压二极管Dz的调节输出一个1V-5V的稳定直流电压,实现将新型智能回收轮胎振动的能量采集并供电给胎压监测传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是将振动能量采集装置与轮胎集于一体，简单方便。并且该发明装置采集轮胎振动的能量给胎压监测系统供电，解决了需要定期更换电池的缺点。

附图说明 

图1是本发明的能量采集轮胎示意图；

图2是本发明的能量采集轮胎横截面的详细示意图，是图1所示虚线部分的示意图；

图3是本发明的能量采集轮胎与外部轮毂连接示意图；

图4是本发明的控制电路板电路图；

图中，胎面1、尼龙带束层2、钢丝带束层3、帘线层4、压电纤维5、气密层6、气门嘴7、控制电路板8、胎压监测系统传感器9、轮毂10、轮胎11。

具体实施方式