[发明专利]一种轮胎内能量回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量回收装置，特别是关于一种轮胎内能量回收装置。

背景技术

随着汽车电子化、智能化的发展，汽车安全性能有了很大的提高。汽车轮胎具有多重作用，能够保证安全驾驶以及乘客舒适度。然而，根据美国运输部的数据显示，多于60％的事故是直接或间接由轮胎失效或侧滑引起的，可见轮胎对于汽车性能和交通安全至关重要。由于轮胎是车辆与地面的接触点，因此能够用来收集车辆本身及地面状况的实时信息，收集的信息可以用于轮胎状态监控和车辆动力学控制。汽车工业在轮胎状态监测技术上有着巨大的发展需求，因此安装有内置传感器的智能轮胎逐渐应用在现代汽车上。智能化轮胎通过在轮胎内安装传感器获得胎压、温度、车轮载荷和法向、纵向、侧向轮胎力等参数，从而提高汽车安全性和稳定性。但是，由于轮胎的旋转环境和气密特性，现有的轮胎内置传感器多依赖于电池供电以及无线数据传输系统传输信号，无法使用线束为内置传感器供电，也无法通过有线数据传输形式将内置传感器信号进行发送。然而即便使用低功耗的无线传感器也存在数据传输耗能，使电池寿命降低的问题。由于传感器安装位置不易拆装，为减少电池更换次数保证电池寿命，需要限制传感器的检测和发射数据的次数。现有的安装于轮胎内部的TPMS系统(轮胎压力监测系统)由于内置电池的能量限制，传输数据的频率较低，远远不能满足实时监控的要求。带电池的无线传感器往往不能做到实时监测，因此会影响汽车安全和操控性能。

轮胎内能量回收系统能够通过电磁感应、压电效应等原理利用轮胎变形能量，也可以通过加速度、减速度产生的内置回收部件的相对运动回收能量，并将回收能量转化为电能为传感器供电，从而解决了供电问题。能量回收系统可以将耗散的损失能量转化为可利用能量，也可以通过改变能量形式实现能量在不同部分之间的传递，为传感器供电并使得高频率实时信息传输成为可能。很多研究在轮胎内安装设计了能量回收系统，采用压电、电磁或者静电等方法进行能量回收，然而回收的能量较低还不足以实现实时数据传输，能量回收装置还需要进一步研究改进。另外，主动控制的车辆稳定性系统需要轮胎侧向力、纵向力、垂直力、垂直变形、侧偏角等参数，其中侧偏角是对车辆操控稳定性安全性至关重要的参数，很多现有的解决方案是采用基于光学或者声波的传感器，但是安装和标定存在很大困难。优化车辆稳定性控制和保证传感器能量供应是提高车辆性能很重要的方面。

现有技术中存在应用压电效应为轮胎内传感器供电的装置，它利用轮胎的振动产生电能。但压电材料的寿命有限，且在它的系统中还需要交直流转换器，增加了电路的复杂度。现有技术中还存在通过轮胎内安装的线圈在轮胎旋转过程中产生振动，由电磁感应产生电能。它虽然能够回收能量为传感器供电，但是不能提供额外的车辆参数为主动控制系统提供依据。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够回收轮胎内能量，且能够获得轮胎侧偏位移信息的轮胎内能量回收装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种轮胎内能量回收装置，其特征在于：包括一机架、一霍尔式角度传感器、一发电机、一齿轮、一连杆、一连杆角度传感器、一DC/DC稳压器和一储能元件；所述机架的顶部固定设置在轮圈外侧，所述发电机的壳体固定设置在所述机架上；所述发电机的发电轴固定穿设所述飞轮，并通过两支架轴承固定在所述机架上；位于所述机架内的所述发电轴通过一单向轴承连接所述齿轮；所述齿轮啮合一齿条，所述齿条的一端通过一弹簧固定连接所述机架的顶部，所述齿条的另一端通过一铰链活动连接所述连杆的一端，所述连杆的另一端粘接在轮胎的内壁；所述铰链的一端设置有所述连杆角度传感器，所述连杆角度传感器将采集的所述连杆转动角度发送给一设置在所述轮胎内的ECU；所述霍尔式角度传感器固定设置在所述机架上，且与所述齿轮相对设置用于实时采集所述齿轮的旋转角度，所述霍尔式角度传感器将采集的旋转角度发送给所述ECU；所述ECU根据所述齿轮旋转角度计算得到所述齿条的位移大小；所述ECU根据所述连杆转动角度和所述齿条的位移大小计算所述轮胎的垂直变形量、侧偏角和侧偏力的大小，并将计算结果通过一RF无线发射器发送给主控制系统；所述发电机电连接所述DC/DC稳压器，所述发电机将产生的电能通过所述DC/DC稳压器转化为稳定的输出电压后，输送到所述储能元件进行存储；所述储能元件用于为所述霍尔式角度传感器、连杆角度传感器、ECU、RF无线发射器、DC/DC稳压器以及所述轮胎内的TPMS系统进行供电。