自驱动的车辆胎压测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种自驱动的车辆胎压测试系统，该系统包括：纳米发电机，设置在所述车辆的轮胎的花纹沟槽内，用于将车辆行进过程中由于轮胎的花纹沟槽变形产生的机械能转化为电能；以及胎压测试装置，与所述纳米发电机连接，由所述纳米发电机供电。由此上述的胎压测试系统可以实现自驱动的胎压测试系统，确保对胎压的实时监测，解决了现有技术中的胎压测试系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问题。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种自驱动的车辆胎压测试系统。 自驱动的车辆胎压测试系统
【背景技术】
[0002] 汽车轮胎是汽车的重要组成部件，其对于保障汽车的安全行驶具有重要的作用。 通常情况下，车辆在行驶过程中需要对轮胎压力进行测试监控，以确保行车安全。但现有技 术中的胎压测试系统一般是由电池进行供电，这样就可能出现胎压测试系统受限于电池寿 命而不能对胎压进行实时监测的弊端。 实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是提供一种自驱动的车辆胎压测试系统，以解决现有技术中的 胎压测试系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问题。
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种自驱动的车辆胎压测试系统，该系统包 括：纳米发电机，设置在所述车辆的轮胎的花纹沟槽内，用于将车辆行进过程中由于轮胎的 花纹沟槽变形产生的机械能转化为电能；以及胎压测试装置，与所述纳米发电机连接，由所 述纳米发电机供电。
[0005] 根据一种实施方式，所述胎压测试装置包括：交流直流转换模块，与所述纳米发电 机连接；以及压力传感器，设置在所述轮胎的气嘴处，与所述交流直流转换模块连接。
[0006] 根据一种实施方式，通过粘贴方式将所述纳米发电机设置在所述车辆的轮胎的花 纹沟槽内。
[0007] 根据一种实施方式，所述纳米发电机包括依次层叠设置的摩擦电极基底层、摩擦 电极层、高分子聚合物绝缘层和第一电极层，其中，所述摩擦电极基底层粘贴在所述花纹沟 槽内；所述摩擦电极基底层与所述摩擦电极层贴合在一起，所述高分子聚合物绝缘层和所 述第一电极层贴合在一起；在所述轮胎的花纹沟槽未变形时，所述高分子聚合物绝缘层与 所述摩擦电极层之间存在预定间隙；在压力作用下所述轮胎的花纹沟槽变形时所述高分子 聚合物绝缘层与所述摩擦电极层在所述花纹沟槽的形变压力下相互接触。
[0008] 根据一种实施方式，所述高分子聚合物绝缘层面向所述摩擦电极层的表面具有微 结构层，所述微结构层为以下结构中的一种或多种形成的阵列：纳米线、纳米管、纳米颗粒、 纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构。
[0009] 根据一种实施方式，所述摩擦电极层和所述摩擦电极基底层呈平板状态；所述高 分子聚合物绝缘层和所述第一电极层呈平板状态或者拱形状态
[0010] 根据一种实施方式，所述纳米发电机的尺寸与所述轮胎的花纹沟槽的尺寸相匹 配。
[0011] 根据一种实施方式，该系统还包括温度传感器，设置在所述轮胎的气嘴处，与所述 胎压测试装置的交流直流转换模块连接。
[0012] 根据一种实施方式，所述纳米发电机的数量为多个，该多个所述纳米发电机通过 导线以并联方式连接，所述导线分布在所述轮胎的花纹沟槽内。
[0013] 根据一种实施方式，该系统还包括密封层，用于对所述导线和所述纳米发电机接 近所述轮胎外侧的边缘进行密封。
[0014] 通过上述技术方案，在车辆的轮胎的花纹沟槽内设置纳米发电机，这样，在车辆行 进过程中，该纳米发电机可以将由于轮胎的花纹沟槽变形产生的机械能转化为电能以为与 其连接的胎压测试装置供电，由此可以实现自驱动的胎压测试系统，确保对胎压的实时监 测，解决了现有技术中的胎压测试系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问 题。
[0015] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面 的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
[0017] 图1是根据本实用新型的自驱动的车辆胎压测试系统的结构图；
[0018] 图2是根据本实用新型一种实施方式的自驱动的车辆胎压测试系统的纳米发电 机的结构示意图；
[0019] 图3是根据本实用新型的纳米发电机安装位置示意图；
[0020] 图4是根据本实用新型的纳米发电机随轮胎纵向花纹沟槽变形而变化的示意图；
[0021] 图5是根据本实用新型的轮胎的横向花纹沟槽变形前后对照示意图；以及
[0022] 图6是根据本实用新型的轮胎的四类横向沟槽和四类纵向沟槽的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处 所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024] 图1是根据本实用新型的自驱动的车辆胎压测试系统的结构图。
[0025] 如图1所示，本实用新型提供的一种自驱动的车辆胎压测试系统包括：纳米发电 机10,设置在所述车辆的轮胎的花纹沟槽内，用于将车辆行进过程中由于轮胎的花纹沟槽 变形产生的机械能转化为电能；以及胎压测试装置20,与所述纳米发电机10连接，由所述 纳米发电机10供电。
[0026] 通过在车辆的轮胎的花纹沟槽内设置纳米发电机10,在车辆行进过程中，该纳米 发电机10可以将由于轮胎的花纹沟槽变形产生的机械能转化为电能以为与其连接的胎压 测试装置20供电，由此可以实现自驱动的胎压测试系统，确保对胎压的实时监测，解决了 现有技术中的胎压测试系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问题。
[0027] 根据一种实施方式，所述胎压测试装置20包括：交流直流转换模块，与所述纳米 发电机10连接；以及压力传感器，设置在所述轮胎的气嘴处，与所述交流直流转换模块连 接。可替换地，该交流直流转换模块也可以独立于胎压测试装置20设置。
[0028] 根据一种实施方式，通过粘贴方式将所述纳米发电机10设置在所述车辆的轮胎 的花纹沟槽内，如图3-5所示，但本实用新型不限于此。
[0029] 对于纳米发电机10与胎压测试装置20之间的具体连接，本领域技术人员可以采 用现有技术中常规的连接方式进行连接，本实用新型不对此进行限定。
[0030] 图2是根据本实用新型一种实施方式的自驱动的车辆胎压测试系统的纳米发电 机的结构示意图。
[0031] 如图2所示，纳米发电机10包括依次层叠设置的摩擦电极基底层11、摩擦电极层 12、高分子聚合物绝缘层13和第一电极层14。其中，摩擦电极基底层11与摩擦电极层12 贴合在一起，高分子聚合物绝缘层13和第一电极层14贴合在一起，摩擦电极层12和第一 电极层14分别作为纳米发电机的电压或电流的输出电极。高分子聚合物绝缘层13和第一 电极层14可以呈拱形状态。可替换地，高分子聚合物绝缘层13和第一电极层14也可以呈 平板状态等其他形状或状态，只要在纳米发电机未受到轮胎花纹的挤压时，摩擦电极层12 和高分子聚合物绝缘层13之间保持有预定间隙就可以。
[0032] 本领域技术人员应当理解，上述的高分子聚合物绝缘层13和第一电极层14呈现 的形状仅仅是示例性的，并非用于限定本实用新型。
[0033] 图3是根据本实用新型的纳米发电机安装位置示意图，图4是根据本实用新型的 纳米发电机随轮胎纵向花纹沟槽变形而变化的示意图。
[0034] 如图3和图4所示，摩擦电极基底层11粘贴在轮胎1的纵向花纹沟槽2内。在轮 胎1的纵向花纹沟槽2未变形时，摩擦电极基底层11和摩擦电极层12可以呈平板状态，高 分子聚合物绝缘层13和第一电极层14例如可以呈平板状态(未示出）或者拱形状态，且高 分子聚合物绝缘层13与摩擦电极层12之间存在预定间隙。在此状态下，高分子聚合物绝 缘层13与摩擦电极层12的相对面分别处于电中性。而在轮胎1行进过程中轮胎1的纵向 花纹沟槽2变形时高分子聚合物绝缘层13与摩擦电极层12在轮胎花纹沟槽的形变压力下 可以相互接触。高分子聚合物绝缘层13与摩擦电极层12在相互接触和分离的过程中可以 产生电能并输出。即，当受到轮胎1的花纹沟槽2的外力作用，纳米发电机受到挤压，高分 子聚合物绝缘层13和摩擦电极层12发生接触摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电 极层14和摩擦电极层12之间的电容发生改变，从而产生电势差。由于电势差的存在，自由 电子将通过外电路由电势低的一侧流向电势高的一侧，从而在外电路中形成电流。而当纳 米发电机的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极层14和摩擦电极层12之间的内 电势消失，此时已平衡的第一电极层14和摩擦电极层12之间将再次产生反向的电势差，则 自由电子通过外电路形成反向电流。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性 的交流电信号。
[0035] 高分子聚合物绝缘层13和摩擦电极层12之间可以如图2中所示将其中一个设置 为拱形，在纳米发电机受到花纹沟槽挤压时使高分子聚合物绝缘层13和摩擦电极层12的 表面接触，不受挤压时二者的表面分开，边缘处可以分开也可以不分开。对于高分子聚合物 绝缘层13和摩擦电极层12均呈平板状态的情况，可以在高分子聚合物绝缘层13和摩擦电 极层12之间设置弹性连接结构，在纳米发电机受到轮胎花纹沟槽挤压时，弹性结构变形， 使高分子聚合物绝缘层13和摩擦电极层12的表面接触，花纹沟槽挤压消失时，高分子聚合 物绝缘层13和摩擦电极层12恢复分离状态。高分子聚合物绝缘层13和摩擦电极层12之 间的具体连接方式不应限制本实用新型的保护范围。
[0036] 其中，摩擦电极层12和第一电极层14可以由导电性且易得失电子的金属、合金 或导电的氧化物材料形成，金属例如可以为以下中至少一者：金、银、铜、铝、钼、钯、铬和镍 等；合金例如可以为以下中至少一者：铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、镍合金、锡合金等； 导电的氧化物材料例如可以为铟锡氧化物（ITO)。高分子聚合物绝缘层13可以为难失去电 子的绝缘材料，如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯（FEP，四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)、聚二甲 基硅氧烷（PDMS)、聚酰亚胺、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、 聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚 己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共 聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、聚甲 基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性体、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙 二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚 (偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚 氯丁二烯、聚丙烯腈、醋酸酯、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙 烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林等。高分子聚合物绝缘层的材料并不限定为一种，可以为上 述材料中的一种或者多种。
[0037] 摩擦电极基底层11可以为柔性的且耐久性好的绝缘材料，如聚酰亚胺（PET)、聚 酯聚合物（Kpton)等。
[0038] 虽然图2和3中示出的是在轮胎1的花纹沟槽2内设置两个纳米发电机，但其仅 仅是示例性的，并非用于限定本实用新型，本领域技术人员可以根据实际需要设置适当数 量的纳米发电机。
[0039] 图5是根据本实用新型的轮胎的横向花纹沟槽变形前后对照示意图。
[0040] 如图5所示，摩擦电极基底层11粘贴在轮胎1的横向花纹沟槽内。在轮胎1的横 向花纹沟槽变形之前(见图5a)，高分子聚合物绝缘层13和第一电极层14例如可以呈拱形 状态(可替换地，也可以为平板状态)，且高分子聚合物绝缘层13与摩擦电极层12之间存在 预定间隙。在此状态下，高分子聚合物绝缘层13与摩擦电极层12的相对面分别处于电中 性。当轮胎1与地面接触时，纵向花纹沟槽的空间将会被压缩(见图5b)。沟槽的变形将促 使纳米发电机的两个分离的接触面(高分子聚合物绝缘层13与摩擦电极层12)相互接触； 当轮胎1接触处离开地面时，沟槽恢复原状，同时纳米发电机的高分子聚合物绝缘层13与 摩擦电极层12相互分离。在此过程中，发生电荷的转移，进而产生电能。将产生的电能提 供给胎压测试装置，可以实现自驱动的胎压测试系统。
[0041] 虽然图5所示的横向沟槽与图3和4中的纵向沟槽宽度不同而导致纳米发电机10 的变形方式稍有不同，但纳米发电机10产生电能的原理是相同的，并不会因其变形方式不 同而不同。
[0042] 根据一种实施方式，所述高分子聚合物绝缘层13面向摩擦电极层12的表面具有 微结构层，所述微结构层可以为以下结构中的一种或多种形成的阵列：纳米线、纳米管、纳 米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构。由 此可以增大高分子聚合物绝缘层13和摩擦电极层12之间的接触面积，同时有利于电荷的 产生和积累。
[0043] 对于该微结构层，可以通过光刻蚀、化学刻蚀和等离子刻蚀等方法在高分子聚合 物绝缘层13的表面制备，也可以为在制备高分子聚合物绝缘层材料时直接形成，本实用新 型在此不进行限定。
[0044] 根据一种实施方式，所述纳米发电机10的尺寸与所述轮胎的花纹沟槽的尺寸相 匹配。纳米发电机10的高度不大于沟槽深度。
[0045] 根据一种实施方式，该系统还包括温度传感器，设置在所述轮胎的气嘴处，与所述 胎压测试装置20的交流直流转换模块连接。由此可以为温度传感器进行供电，进而实现温 度的实时监控。
[0046] 根据一种实施方式，所述纳米发电机10的数量可以为多个，该多个所述纳米发电 机10可以通过导线以并联方式连接，所述导线分布在所述轮胎的花纹沟槽内。
[0047] 根据一种实施方式，该系统还包括密封层，用于对所述导线和所述纳米发电机10 接近所述轮胎外侧的边缘进行密封。由此可以防止汽车涉水及正常行进过程中对纳米发电 机10的损坏。
[0048] 图6是根据本实用新型的轮胎的四类横向沟槽和四类纵向沟槽的示意图。
[0049] 如图6所示，四类横向沟槽为第一横向沟槽61、第二横向沟槽62、第三横向沟槽63 和第四横向沟槽64 ;四类纵向沟槽为第一纵向沟槽65、第二纵向沟槽66、第三纵向沟槽67 和第四纵向沟槽68。
[0050] 本领域技术人员应当理解，图6所示的沟槽类型仅仅是示例性的，并非用于限定 本实用新型。
[0051] 以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技 术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0052] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各 种可能的组合方式不再另行说明。
[0053] 此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违 背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【权利要求】
1. 一种自驱动的车辆胎压测试系统，其特征在于，该系统包括： 纳米发电机，设置在所述车辆的轮胎的花纹沟槽内，用于将车辆行进过程中由于轮胎 的花纹沟槽变形产生的机械能转化为电能；以及 胎压测试装置，与所述纳米发电机连接，由所述纳米发电机供电。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述胎压测试装置包括： 交流直流转换模块，与所述纳米发电机连接；以及 压力传感器，设置在所述轮胎的气嘴处，与所述交流直流转换模块连接。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过粘贴方式将所述纳米发电机设置在 所述车辆的轮胎的花纹沟槽内。
4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述纳米发电机包括依次层叠设置的摩 擦电极基底层、摩擦电极层、高分子聚合物绝缘层和第一电极层，其中， 所述摩擦电极基底层粘贴在所述花纹沟槽内； 所述摩擦电极基底层与所述摩擦电极层贴合在一起，所述高分子聚合物绝缘层和所述 第一电极层贴合在一起； 在所述轮胎的花纹沟槽未变形时，所述高分子聚合物绝缘层与所述摩擦电极层之间存 在预定间隙；在压力作用下所述轮胎的花纹沟槽变形时所述高分子聚合物绝缘层与所述摩 擦电极层在所述花纹沟槽的形变压力下相互接触。
5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述高分子聚合物绝缘层面向所述摩擦 电极层的表面具有微结构层，所述微结构层为以下结构中的一种或多种形成的阵列：纳米 线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米 球状结构。
6. 根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于， 所述摩擦电极层和所述摩擦电极基底层呈平板状态； 所述高分子聚合物绝缘层和所述第一电极层呈平板状态或者拱形状态。
7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳米发电机的尺寸与所述轮胎的花 纹沟槽的尺寸相匹配。
8. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括温度传感器，设置在所述轮 胎的气嘴处，与所述胎压测试装置的交流直流转换模块连接。
9. 根据权利要求1_5、7和8中任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述纳米发电 机的数量为多个，该多个所述纳米发电机通过导线以并联方式连接，所述导线分布在所述 轮胎的花纹沟槽内。
10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，该系统还包括密封层，用于对所述导线 和所述纳米发电机接近所述轮胎外侧的边缘进行密封。
【文档编号】B60C23/04GK203844554SQ201420176373
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】姚言, 张兆华, 任天令 申请人:国家纳米科学中心