CN108608815A - 胎压传感装置与车胎 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种胎压传感装置与车胎。该胎压传感装置包括:热电转换单元,包括热电元件,热电元件包括热端和冷端,热端和冷端之间具有温度差,且温度差使得热电元件产生电能;电源管理单元,与热电转换单元电连接,电源管理单元用于对热电转换单元输出的电能进行存储,电源管理单元还用于供电;胎压监测单元,包括压力传感器,胎压监测单元与电源管理单元电连接,胎压监测单元用于检测胎压。该胎压传感装置利用温差收集电能并向胎压传感器供电,该胎压监测装置中不需要振动部件就能产生电能,避免了振动部件带来的可靠性差和寿命短的问题,可靠性较高且寿命较长。
Description
技术领域
本申请涉及传感器领域,具体而言,涉及一种胎压传感装置与车胎。
背景技术
胎压监测***(tire pressure monitoring system,简称TPMS)是汽车电子***中非常重要的一个部分。它的主要功能是实时监控汽车车胎压力的异常情况并及时通知驾驶员。
目前市场上的TPMS的遥测模块通常使用纽扣电池供电,寿命有限且不能监测电量。因此,在电池能量耗尽之前难以发现,存在一定的安全隐患,更换电池也极不方便。此外,使用一次性电池供电造成环境污染,浪费了大量的资源。
为了克服现有的TPMS存在的缺陷,公开号为CN107521294A的专利文件提出了一种将压电陶瓷嵌入车胎的带束层,收集车胎滚动时胎面挤压压电陶瓷产生的电能的解决方案。专利CN206485295U提出了一种电磁感应原理收集环境能量的方案。这些方案都是基于收集振动能量来产生电能,均存在振动部件,因此其可靠性与寿命的问题成为了其难以实现推广的重要原因。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解,因此,背景技术中可能包含某些信息,这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种胎压传感装置与车胎,以解决现有技术中的胎压传感装置的可靠性较差且寿命较短的问题。
为了实现上述目的,根据本申请的一个方面,提供了一种胎压传感装置,该胎压传感装置包括:热电转换单元,包括热电元件,上述热电元件包括热端和冷端,上述热端和上述冷端之间具有温度差,且上述温度差使得上述热电元件产生电能;电源管理单元,与上述热电转换单元电连接,上述电源管理单元用于对上述热电转换单元输出的电能进行存储,上述电源管理单元还用于供电;胎压监测单元,包括压力传感器,上述胎压监测单元与上述电源管理单元电连接,上述胎压监测单元用于检测胎压。
进一步地,上述热电转换单元包括多个串联的热电元件。
进一步地,上述电源管理单元包括:直流/直流转换电路,与上述热电转换单元电连接,上述直流/直流转换电路用于将上述热电转换单元输出的电能对应的电压升高;电池,与上述胎压监测单元可通断地电连接,上述电池用于存储电能,或者上述电池用于存储电能和供电;电池电路,包括第一端、第二端和第三端,上述第一端与上述直流/直流转换电路电连接,上述第二端与上述电池可通断地电连接,上述第三端与上述胎压监测单元电连接,上述电池电路用于协调收集的电能和上述电池储存的电能之间的使用和储存。
进一步地,上述直流/直流转换电路包括升压斩波电路和稳压器件,上述升压斩波电路与上述热电转换单元电连接,上述升压斩波电路将上述热电转换单元输出的电能对应的电压升高,上述稳压器件与上述升压斩波电路电连接,上述稳压器件用于稳定上述升压斩波电路输出的电压。
进一步地,上述胎压监测单元还包括中央处理模块,上述中央处理模块与上述压力传感器电连接,上述中央处理模块用于将上述压力传感器检测到的信号转化为数字信号。
进一步地,上述胎压监测单元还包括温度传感器和/或加速度传感器。
进一步地,上述胎压传感装置还包括上位机,上述胎压监测单元还包括无线收发设备,上述无线收发设备与上述中央处理模块电连接,上述无线收发设备将上述数字信号传输到上述上位机。
根据本申请的另一方面,提供了一种车胎,包括车胎本体、轮毂以及胎压传感装置,该胎压传感装置为任一种上述的胎压传感装置,上述胎压传感装置设置在上述车胎本体和上述轮毂形成的密封空间中,上述密封空间中填充有气体,上述胎压传感装置的热电转换单元中的冷端靠近上述轮毂设置,上述热电单元中的热端设置在上述冷端的远离上述轮毂的一侧。
进一步地,上述车胎还包括气门嘴,上述胎压传感装置与上述气门嘴连接且位于上述轮毂的表面上。
进一步地,上述车胎还包括吸热片,上述吸热片位于上述密封空间中,且上述热端设置在上述吸热片上。
应用本申请的技术方案,上述的胎压传感装置中的热电转换单元的热电元件可以将冷端和热端的温度差转化为电能,这样将胎压传感装置应用到车胎中时,汽车在行驶时,车胎因摩擦温度升高,使得车胎内部的气体变为高温气体,这样使得车胎内部和外界环境之间存在明显的温差,将热电元件的冷端靠近外界环境设置,使得热端靠近车胎内部的高温气体设置,这样基于赛贝克效应,冷端和热端之间具有温度差,热电元件将该温度差转换为电能,该电能作为电源管理单元的输入电能,从而使得在没有外部电源的情况下,该电源管理单元也可以给胎压监测单元供电。该胎压传感装置中不需要振动部件就能产生电能,避免了振动部件带来的可靠性差和寿命短的问题,可靠性较高且寿命较长。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1示出了根据本申请的胎压传感装置的实施例的结构示意图;
图2示出了车胎的局部结构示意图;以及
图3示出了车胎的另一种局部结构示意图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
10、热电转换单元;20、电源管理单元;30、胎压监测单元;11、冷端;12、热电本体;13、热端;40、轮毂;50、吸热片;60、气门嘴;70、密封空间;80、车胎本体。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是,当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时,该元件可直接在该另一元件上,或者也可存在中间元件。而且,在说明书以及权利要求书中,当描述有元件“连接”至另一元件时,该元件可“直接连接”至该另一元件,或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的,现有技术中的胎压传感装置的可靠性较差且寿命较短,为了解决如上的问题,本申请提出了一种胎压传感装置与车胎。
本申请的一种典型的实施方式中,提供了一种胎压传感装置,如图1所示,该胎压传感装置包括热电转换单元10、电源管理单元20与胎压监测单元30。其中,如图2所示,热电转换单元10包括热电元件,上述热电元件包括热端13和冷端11,上述热端13和上述冷端11之间具有温度差,且上述温度差使得上述热电元件产生电能;电源管理单元20与上述热电转换单元电连接,上述电源管理单元20用于对上述热电转换单元10输出的电能进行存储,上述电源管理单元20还用于供电;胎压监测单元30包括压力传感器,上述胎压监测单元30与上述电源管理单元20电连接,上述胎压监测单元30用于检测胎压。
上述的胎压传感装置中的热电转换单元的热电元件可以将冷端和热端的温度差转化为电能,这样将胎压传感装置应用到车胎中时,汽车在行驶时,车胎因摩擦温度升高,使得车胎内部的气体变为高温气体,这样使得车胎内部和外界环境之间存在明显的温差,将热电元件的冷端靠近外界环境设置,使得热端靠近车胎内部的高温气体设置,这样基于赛贝克效应,冷端和热端之间具有温度差,热电元件将该温度差转换为电能,该电能作为电源管理单元的输入电能,从而使得在没有外部电源的情况下,该电源管理单元也可以给胎压监测单元供电。该胎压传感装置中不需要振动部件就能产生电能,避免了振动部件带来的可靠性差和寿命短的问题,可靠性较高且寿命较长。
为了使得热电转换单元产生更多的能量,本申请的一种实施例中,上述热电转换单元包括多个串联的热电元件。
如图2所示,上述热电元件还包括位于冷端11和热端13之间的热电本体12。
需要说明的是,本申请中的热电元件可以是现有技术中任意的可利用热电发电的任何结构的热电元件,本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的热电元件。
本申请的一种实施例中,上述电源管理单元包括直流/直流转换电路、电池和电池电路。其中,直流/直流(DC-DC)转换电路与上述热电转换单元电连接,上述直流/直流转换电路用于将上述热电转换单元输出的电能对应的电压升高,由于热电转换单元输出的电能对应的电压一般是毫伏级的,如果要向胎压监测单元供电的话,必须要升压,所以直流/直流转换电路将毫伏级的电压升高以方便向胎压监测单元供电。电池与上述胎压监测单元可通断地电连接,当电池与胎压监测单元断开时,上述电池用于存储电能,当电池与胎压监测单元电连接时,上述电池还用于供电;电池电路包括第一端、第二端和第三端,上述第一端与上述直流/直流转换电路电连接,上述第二端与上述电池可通断地电连接,上述第三端与上述胎压监测单元电连接,上述电池电路用于协调收集的电能和上述电池储存的电能之间的使用和储存。
需要说明的是,在没有特殊说明的情况下,上述的“可通断地电连接”是指通过一定控制方式使得两个对应的部分可以导通,也可以断开。
具体地,根据收集的能量情况不同,电池电路对收集的能量储存和使用也不相同:当收集的能量充足时,收集的能量先给胎压监测单元供电,然后将富余的电能通过第二端储存在电池中;当收集的电能不足以驱动胎压监测单元时,不足的部分由电池放电补充。此外,胎压监测单元的功耗极低,收集的到的可利用能量要大于传感器的日常功耗。为防止对电池造成损坏,电池电路设计了针对电池的过充和过放保护。
为了获得更稳定的且可被电池或胎压监测模块直接利用的电压,本申请的一种实施例中,上述直流/直流转换电路包括升压斩波电路和稳压器件,上述升压斩波电路与上述热电转换单元电连接,上述升压斩波电路将上述热电转换单元输出的电能对应的电压升高,上述稳压器件与上述升压斩波电路电连接,上述稳压器件用于稳定上述升压斩波电路输出的电压。
一种具体的实施例中,上述稳压器件为稳压二极管。当然,本申请的稳压器件并不限于稳压二极管,还可以是现有技术中的其他的可以实现稳压作用的器件和电路。
本申请的再一种实施例中,上述胎压监测单元还包括中央处理模块,上述中央处理模块与上述压力传感器电连接,上述中央处理模块用于将上述压力传感器检测到的信号转化为压力数字信号,并且将信号发射到上位机。具体地,感知到的压力模拟信号可以经中央处理模块的A/D转换模块转换成数字信号,数字信号经过编码以及调制等处理,通过无线发射元件发射给上位机。
为了获得车胎的更多的信息,本申请的一种实施例中,上述胎压监测单元还包括温度传感器和/或加速度传感器,温度传感器用于感知车胎的温度,加速度传感器用于感知车胎的移动情况。
上述的温度传感器和加速度传感器也与中央处理模块电连接,这样温度传感器与加速度传感器检测得到的信号经过中央处理模块模数转换、编码以及调制处理,最终通过无线发射元件发射给上位机。
本申请的再一种实施例中,上述胎压传感装置还包括上位机,上述胎压监测单元还包括无线收发设备,上述无线收发设备与上述中央处理模块电连接,上述无线收发设备将中央处理模块输出的数字信号传输到上述上位机,这样通过上位机可以将具体的压力信息对应的数字信号经过无线接收模块以及后续处理模块最终传送到终端来显示,以使得司机等人员可以直接看车胎的压力等信息。
本申请的另一种典型的实施方式中,提供了一种车胎,如图3所示,包括车胎本体80、轮毂40以及胎压传感装置,上述胎压传感装置为任一种上述的胎压传感装置,上述胎压传感装置设置在上述车胎本体80和上述轮毂40形成的密封空间70中,上述密封空间70中填充有气体,上述胎压传感装置的热电转换单元中的冷端11靠近上述轮毂40设置,上述热电单元中的热端13设置在上述冷端11的远离上述轮毂40的一侧。
该车胎中,上述胎压传感装置设置在上述车胎本体和上述轮毂形成的密封空间中,上述密封空间中填充有气体,汽车在行驶时,车胎因摩擦温度升高,使得密封空间内部的气体变为高温气体,这样使得车胎内部和外界环境之间存在明显的温差,如图2所示,将热电元件的冷端靠近外界环境设置,使得热端靠近车胎内部的高温气体设置,这样基于赛贝克效应,冷端和热端之间具有温度差,热电元件将该温度差转换为电能,该电能作为电源管理单元的输入电能,从而使得在没有外部电源的情况下,该电源管理单元也可以给胎压监测单元供电,这样使得司机等人员可以实时监测到该车胎的压力情况,进一步保证了该车胎的安全性。
当热电转换单元10包括多个热电元件时,多个热电元件串联并且依次设置在密封空间70中,如图2所示。
本申请的另一种实施例中,如图2和图3所示,上述车胎还包括气门嘴60,上述胎压传感装置与上述气门嘴60连接且位于上述轮毂40的表面上。这样更方便胎压传感器的安装,且使得冷端和热端的温度差更大,进而获得更多的电能。
为了进一步增大冷端和热端的温度差,从而获得更多的电能,本申请的一种实施例中,如图2所示,上述车胎还包括吸热片50,上述吸热片50位于上述密封空间70中,且上述热端13设置在上述吸热片50上。
从以上的描述中,可以看出,本申请上述的实施例实现了如下技术效果:
1)、本申请的胎压传感装置中的热电转换单元的热电元件可以将冷端和热端的温度差转化为电能,这样将胎压传感装置应用到车胎中时,汽车在行驶时,车胎因摩擦温度升高,使得车胎内部的气体变为高温气体,这样使得车胎内部和外界环境之间存在明显的温差,将热电元件的冷端靠近外界环境设置,使得热端靠近车胎内部的高温气体设置,这样基于赛贝克效应,冷端和热端之间具有温度差,热电元件将该温度差转换为电能,该电能作为电源管理单元的输入电能,从而使得在没有外部电源的情况下,该电源管理单元也可以给胎压监测单元供电。该胎压传感装置中不需要振动部件就能产生电能,避免了振动部件带来的可靠性差和寿命短的问题,可靠性较高且寿命较长。
2)、本申请的车胎中,上述胎压传感装置设置在上述车胎本体和上述轮毂形成的密封空间中,上述密封空间中填充有气体,汽车在行驶时,车胎因摩擦温度升高,使得密封空间内部的气体变为高温气体,这样使得车胎内部和外界环境之间存在明显的温差,如图2所示,将热电元件的冷端靠近外界环境设置,使得热端靠近车胎内部的高温气体设置,这样基于赛贝克效应,冷端和热端之间具有温度差,热电元件将该温度差转换为电能,该电能作为电源管理单元的输入电能,从而使得在没有外部电源的情况下,该电源管理单元也可以给胎压监测单元供电,这样使得司机等人员可以实时监测到该车胎的压力情况,进一步保证了该车胎的安全性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种胎压传感装置,其特征在于,所述胎压传感装置包括:
热电转换单元,包括热电元件,所述热电元件包括热端和冷端,所述热端和所述冷端之间具有温度差,且所述温度差使得所述热电元件产生电能;
电源管理单元,与所述热电转换单元电连接,所述电源管理单元用于对所述热电转换单元输出的电能进行存储,所述电源管理单元还用于供电;以及
胎压监测单元,包括压力传感器,所述胎压监测单元与所述电源管理单元电连接,所述胎压监测单元用于检测胎压。
2.根据权利要求1所述的胎压传感装置,其特征在于,所述热电转换单元包括多个串联的热电元件。
3.根据权利要求1所述的胎压传感装置,其特征在于,所述电源管理单元包括:
直流/直流转换电路,与所述热电转换单元电连接,所述直流/直流转换电路用于将所述热电转换单元输出的电能对应的电压升高;
电池,与所述胎压监测单元可通断地电连接,所述电池用于存储电能,或者所述电池用于存储电能和供电;以及
电池电路,包括第一端、第二端和第三端,所述第一端与所述直流/直流转换电路电连接,所述第二端与所述电池可通断地电连接,所述第三端与所述胎压监测单元电连接,所述电池电路用于协调收集的电能和所述电池储存的电能之间的使用和储存。
4.根据权利要求3所述的胎压传感装置,其特征在于,所述直流/直流转换电路包括升压斩波电路和稳压器件,所述升压斩波电路与所述热电转换单元电连接,所述升压斩波电路将所述热电转换单元输出的电能对应的电压升高,所述稳压器件与所述升压斩波电路电连接,所述稳压器件用于稳定所述升压斩波电路输出的电压。
5.根据权利要求1所述的胎压传感装置,其特征在于,所述胎压监测单元还包括中央处理模块,所述中央处理模块与所述压力传感器电连接,所述中央处理模块用于将所述压力传感器检测到的信号转化为数字信号。
6.根据权利要求1所述的胎压传感装置,其特征在于,所述胎压监测单元还包括温度传感器和/或加速度传感器。
7.根据权利要求5所述的胎压传感装置,其特征在于,所述胎压传感装置还包括上位机,所述胎压监测单元还包括无线收发设备,所述无线收发设备与所述中央处理模块电连接,所述无线收发设备将所述数字信号传输到所述上位机。
8.一种车胎,包括车胎本体、轮毂以及胎压传感装置,其特征在于,所述胎压传感装置为权利要求1至7中任一项所述的胎压传感装置,所述胎压传感装置设置在所述车胎本体和所述轮毂形成的密封空间中,所述密封空间中填充有气体,所述胎压传感装置的热电转换单元中的冷端靠近所述轮毂设置,所述热电转换单元中的热端设置在所述冷端的远离所述轮毂的一侧。
9.根据权利要求8所述的车胎,其特征在于,所述车胎还包括气门嘴,所述胎压传感装置与所述气门嘴连接且位于所述轮毂的表面上。
10.根据权利要求8所述的车胎,其特征在于,所述车胎还包括吸热片,所述吸热片位于所述密封空间中,且所述热端设置在所述吸热片上。
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