[发明专利]轮胎模块以及带有轮胎模块的充气轮胎

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来测量轮胎状态量的轮胎模块，并涉及一种带有这种轮胎模块的充气轮胎，该轮胎模块具有一端压缩的弹簧件和一转换单元，在该转换单元中动能转换成电能。

本发明特别适合于确定状态量和具有能量自治系统的公路路面性能。

背景技术

由DE 4402136 A1已知一种用来确定车辆轮胎运行参数的系统，其中在一支承件上设置传感器单元、电子处理装置和向系统的其它元件供应能量的压电元件。该压电元件具有多层结构。

此外，由DE 10103952 A1已知一种用于向传感器供应能量的装置，该装置具有一有源的压电转换器，该压电转换器可通过机械蓄能器变形并提供相应的电压以使传感器运行。压电转换器可通过蓄能器输出的变形功弯曲。这种具有杆簧和设置在杆簧自由端的压簧的结构很复杂。

发明内容

根据上述现有技术，本发明的目的是提供一种改进的轮胎模块，该轮胎模块使得即使在轮胎转速很小时也能方便且可靠地供给能量。

按照本发明，该目的这样实现，即，将弹簧件设计成杆簧、扭簧或板簧，在弹簧件的未夹紧的一端设置振动质量件(振动块)，轮胎振动由于轮胎的滚动而受到脉冲负荷。通过将振动质量件支承在弹簧件上形成弹簧-质量件振荡器，该振荡器与常规压电转换器相比具有更高的效率。由于轮胎模块在滚动期间在每次通过轮胎接地印痕时在直线轨迹上运动，而在通过轮胎接地印痕后在圆形轨迹上运动，因此产生振荡(振动)。在圆形轨迹期间，在振动质量件上作用离心力，在轮胎接地印痕内在理想情况下它不受力。弹簧-质量件振荡器通过离心力偏移，并在轮胎接地印痕内趋向返回到其起始位置。出现过度振荡和后振荡，从而即使在力不变的阶段内，即在过渡期间，该振动质量件也运动。这对于电能转换特别有利。

本发明的一种改进结构设想将弹簧件夹紧在壳体内，并且至少一个压电元件沿运动方向与弹簧件连接。压电元件将弹簧-质量件振荡器的动能转换为电能，该电能继而被传递给用户。有利地，压电元件在弹簧件的每个运动方向与它连接，从而可在振荡时在相应平面内在两个偏移方向从两个压电元件得到电能。

为实现紧凑的结构，将压电元件直接附装在弹簧件上，使得弹簧件的偏移造成压电层的伸长或压缩，从而可在相应接触面上分接出电压。

或者，设想使转换单元电感式工作。此时，分别通过弹簧件和振动质量件的运动调制磁回路的磁通。感应式转换单元的一个实施例将弹簧件设计成板型，尤其是同心或圆形。振动质量件设置在板式弹簧件中心，优选在其重心上，并且为使板簧具有振动能力而设置卷边(凸边)，尤其是同心卷边。在经过轮胎接地印痕时，磁体和振动质量件之间的气隙发生变化，由此改变铁磁回路中的磁通。磁通变化可利用适当设置的线圈转换成电压。

为得到电气和电子元件的运行所需的直流电，在本发明一种改进结构中，轮胎模块设有连接到转换单元的整流器。该整流器优选为桥式整流器。

为了即使在轮胎静止期间也能实现轮胎状态量的运算或轮胎模块的其它功能，为整流器配设电能蓄能器，特别是电容器。由此可储存产生在轮胎工作期间的不需要的多余能量，并在适当时使用。

为得到用来检测轮胎状态量的完整的模块单元，转换单元上还连接有用于处理(计算，评估)转换单元的输出电信号或其它传感器数据的处理单元。从而可以例如基于两个加速脉冲之间的时间间隔确定轮胎接地印痕的长度，即轮胎支承面的大小。同样也可确定车轮转速或车轮载荷。可在处理单元上连接其它传感器，例如用于检测空气压力或轮胎温度的传感器。

为使在处理单元内检测和计算的数据能用于车辆内的其它系统，有利地为轮胎模块配设发射器，该发射器允许将轮胎状态数据传输给控制系统或输出到显示装置。这种轮胎模块允许借助于转换单元的两个脉冲间的较短距离确定轮胎接地印痕的长度。转换单元输出信号的时间曲线和波幅可以直接用来确定轮胎状态量。

由于在速度非常高时形成非常高的加速力，所以存在弹簧由于悬伸夹紧而断裂的危险。因此，设想在壳体内设置沿弹簧件运动方向的止挡，所述止挡限制弹簧的运动。有利地，将止挡设计成与弹簧件的弹动线(弹性线，弯曲线)相对应或具有比弹簧件的弹动线小的曲率。由此可以使弹簧件在止挡上滚动，从而减小弹簧件的机械载荷。