一种车辆信息监测自供电装置的制作方法

本实用新型涉及一种车辆信息监测自供电装置，属于应用于机动车的自供电技术领域。

背景技术：

机动车辆上用于信息监测的传感器件越来越多，这些传感器的正常工作极大地保障了行车时的安全，而很多前装、后装传感器由于拉线取电不方便，甚至所处位置无法直接拉线取电，基本都是采用电池供电。而这些采用电池供电的器件更换电池都很困难，极度不方便，有的甚至无法更换电池，传感器随着电池用尽而失效只能更换新的；更大的问题是在电池突然断电导致传感器突然不工作时有可能造成无法及时监测到危险状况而存在发生事故的风险。

车辆信息监测自供电装置的引入第一使得用户的使用更加便利，不需要额外的维护，第二增加了传感器件的工作稳定性，避免了失效发生事故的风险，同时取代了电池，对于环境保护与可持续发展也具有非常积极的意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种车辆信息监测自供电装置。以解决机动车辆上取电不便的车辆信息监测负载的供电问题，还可实现很多电池供电的车辆信息监测负载所实现不了的功能。

一种车辆信息监测自供电装置，含有振动能量采集装置，振动能量采集装置包括两部分，一部分为线圈绕组部分，一部分为磁场提供部分，两部分中一部分与能量采集装置固定，一部分在能量采集装置内活动，线圈绕组部分包括导电线圈和第三导磁材料，第三导磁材料为软磁材料，从导电线圈中穿过；磁场提供部分包括第一磁场提供部分和第二磁场提供部分，第一磁场提供部分包括第一永磁体、第二永磁体和第一导磁材料；第二磁场提供部分包括第三永磁体、第四永磁体和第二导磁材料；第一导磁材料连接第一永磁体、第二永磁体，其中第一永磁体和第二永磁体与第一导磁材料接触面的极性相反，第二导磁材料连接第三永磁体、第四永磁体，其中第三永磁体与第二导磁材料接触面的极性和第二永磁体与第一导磁材料接触面的极性相同，第四永磁体与第二导磁材料接触面的极性和第一永磁体与第一导磁材料接触面的极性相同。

第一磁场提供部分与第二磁场提供部分所提供的磁力线方向在空间上相反。

线圈绕组部分与振动能量采集装置之间通过弹性部件相互作用，弹性部件为各种形式的弹簧、弹片，也可以为多级不同劲度系数的弹簧、弹片，还可以是橡胶弹片或橡胶弹垫，还可以是这些弹性部件的搭配组合，弹性部件带动活动的部分与磁场提供部分发生相对运动，从而引起线圈绕组的磁通量发生变化从而将振动能转化为电能。

一种车辆信息监测自供电装置，含有轮胎变形能采集装置，轮胎变形能采集装置包括一个活动部分和一个固定部分，其中一部分为线圈绕组，一部分为磁场提供部分，活动部分可在轮胎变形能采集装置中活动，固定部分与轮胎变形能采集装置保持相对静止。

线圈绕组为固定部分，磁场提供部分包括第五永磁体以及第四导磁材料和第五导磁材料，第五永磁体的上方连接第四导磁材料，第五永磁体的下方连接第五导磁材料，线圈绕组在第五永磁体以及第四导磁材料和第五导磁材料的两侧，弹性部件在第五导磁材料的下方。

弹性部件为各种形式的弹簧、弹片，或者为与第五永磁体极性相对的永磁体，或者为多级不同劲度系数的弹簧、弹片，或者为橡胶弹片、橡胶弹垫，或者为这些弹性部件的搭配组合。

活动部分随着轮胎在地面上的旋转行进，不断与固定部分发生相对位移，线圈绕组中的磁通量相应发生变化，从而将轮胎变形能转化为电能。

一种车辆信息监测自供电装置，含有以下步骤；

步骤1、能量采集步骤，采集车辆上包括但不限于热能、太阳能、振动能、轮胎变形等各种形式的能量，转化为电能，为车辆信息监测负载提供源源不断的电能，从而实现车辆信息监测系统的自供电。

根据不同的负载所处的环境所能提供的能量形式的不同采用不同类型的能量采集装置包括：

振动能量采集装置，可以安装在发动机舱、悬挂、后备箱、轮胎等位置；

热能采集装置，可以安装在轮毂、刹车、发动机、排气管等位置；

太阳能采集装置，可以安装在车顶、前后风挡玻璃等位置；

变形能采集装置，可以安装在轮胎等位置。

步骤2、电能管理步骤，依据能量采集装置的输出特性以及负载的用电特性对能量采集装置采集到的电能进行管理。

步骤3、向负载供电步骤。

振动能量采集装置的发电功率随安装部位振动的剧烈程度而变化，对于振动比较强烈发电量比较充足的位置可以用来向高功耗车辆信息监测负载供电，从而为车联网的实现成为可能，对于振动稍弱发电量不太充足的位置可以间歇性地向高功耗或持续性地向低功耗车辆信息监测负载供电，针对不同的负载用电需求可以依据电能管理步骤来实现；

振动能量采集装置至少包括两部分，两部分分别为线圈绕组部分和磁场提供部分，其中至少有一部分是可活动的。磁场提供部分包括第一磁场提供部分和第二磁场提供部分，第一磁场提供部分与第二磁场提供部分所提供的磁力线方向在空间上相反。线圈绕组部分包括导电线圈和第三导磁材料，其中第三导磁材料为软磁材料，第三导磁材料穿过导电线圈，同时可以在第一磁场提供部分和第二磁场提供部分之间移动，从而使得通过导电线圈的磁力线方向发生翻转，从而获得非常大的磁通量变化梯度，提高发电效率。振动能量采集装置的活动部分与装置的固定部分之间通过弹性部件相互作用，弹性部件可以是弹簧、弹片、多级弹簧、塔形弹簧、橡胶弹片、橡胶弹垫等各种形式的能提供弹力的部件或其搭配组合。将振动能量采集装置的一部分安装在发动机舱、悬挂、后备箱或轮胎等振动比较强烈的位置，利用这些部位的振动带动振动能量采集装置的两部分发生相对位移，从而使得线圈绕组的磁通量发生变化而产生电能。

热能采集装置主要组成为热电材料，将其安装在具有比较明显温差的位置，比如轮毂上，由于刹车造成的高温与空气温度的温差很明显，热电材料利用这个温差产生电能。

太阳能采集装置安装在车外表等能被阳光照射到的位置，利用太阳能电池板发电。变形能采集装置主要采集轮胎在行进过程当中不断产生变形的能量，可以有多种结构形式。如采用压电或摩擦的原理，将功能材料粘贴在轮胎内壁，从而随着轮胎的行进不断发生变形而产生电能。本实用新型提供一种在振动能量采集装置的结构形式上改进的变形能采集装置，所述变形能采集装置至少包括两部分，磁场提供部分和线圈绕组部分，其中一部分是可活动的，一部分与轮胎保持相对静止，整个变形能采集装置安装在轮胎的胎面内壁上。在车辆重力的影响下，轮胎与地面接触的位置存在一个平面部分，其余非平面部分在轮胎压力的作用下保持圆形，当轮胎在地面上旋转行进时，轮胎旋转一周的大部分时间内变形能采集装置随轮胎旋转在非平面位置，变形能采集装置随轮胎旋转至与地面接触的平面部分时，变形能采集装置中活动的部分会因此而突然产生一个向轮胎中心运动的位移，当变形能采集装置随轮胎旋转在非平面部分时，由于离心力的作用，变形能采集装置中活动部分因此而向远离轮胎中心的方向运动，那么活动部分就会随着轮胎的旋转而频繁地与另一部分发生相对运动，使得线圈绕组的磁通量发生变化从而将轮胎变形能转化为电能。其中磁场提供部分包括永磁体和第一导磁材料，第一导磁材料与永磁体的充磁面重合，且第一导磁材料与永磁体在结构上相互配合，使得不需要额外的粘接剂就可以让第一导磁材料和永磁体的充磁面完全重合不偏心，第一导磁材料与永磁体的截面积相同，这样做的好处是使得永磁体的磁力线沿着线圈绕组的磁通量梯度更大的方向分布。磁场提供部分还可包括第二导磁材料，第二导磁材料与永磁体的另一个充磁面重合，第二导磁材料与永磁体的截面积相同，且第二导磁材料与永磁体在结构上相互配合，使得不需要额外的粘接剂就可以让第一导磁材料和永磁体的充磁面完全重合不偏心。变形能采集装置的活动部分与装置固定部分之间通过弹性部件相互作用，弹性部件为各种形式的弹簧、弹片，也可以为多级不同劲度系数的弹簧、弹片，还可以是磁力弹簧、橡胶弹片、橡胶弹垫，以及这些弹性部件的搭配组合。

由此可见振动能量采集装置安装在轮胎胎面内壁上也可以实现轮胎变形能的采集，只需让轮胎由圆形变成平面的形变方向与振动能量采集装置活动部分的活动轨迹的方向保持一致即可。

能量采集装置产生的电能一般不能直接连接负载使用，需要对电能进行管理以减少电量损失。电能管理步骤，包括整流模块、限压模块、储能模块、稳压模块、电压监测模块、触发开关模块；不同的模块进行组合可以产生特定的效果，根据能量采集装置的输出特性及车辆信息监测负载的用电特性选择特定的模块组合来获得最佳的电量使用效率。

整流模块对能量采集装置采集到的交流电做整流处理，如果能量采集装置有多个输出端，可根据输出电压与需求电压的情况将整流模块选择性地进行并联或串联以达到最佳效果。为减小能量损失，整流模块优先采用全桥整流。对于能量采集装置输出为直流电的则不需要整流模块。

限压模块用来保护后端器件，在能量采集装置产生的电压较高时，用来保护储能模块及稳压模块。如果能量采集装置产生的最高电压低于储能模块以及稳压模块的耐压值时，则可不需要限压模块。限压模块可采用稳压二极管等器件组成。储能模块用来临时或长期存储能量，可以根据具体需求选择电容或可充电电池，如采用可充电电池，则还需匹配合适的低功耗充放电管理电路以减小能量损失，最大程度地存储电能。稳压模块(升压稳压或降压稳压)用来根据负载特性将电压调整到合适的可用值。

电压监测模块用来监测储能模块的电压，即储能模块所存储的电量，这样可以依据负载的特性使得储能模块在特定的电压范围内才开始向负载供电，否则继续存储电量不放电。这样可以最大程度地减小电量损耗，防止在电压还达不到负载工作电压时就开始向负载供电而形成电量的无谓损耗。电压监测模块最优的可以选择带有迟滞功能，这样可以在储能模块向后端负载供电时有一个缓冲阶段，而不至于发生反复通断。电压监测模块可以采用带有复位功能的芯片，在电压达到某一设定阈值时给出复位电平。

触发开关模块根据电压监测模块监测到的储能模块的电压选择导通或关断，当储能模块电压足够时，即储能模块存储的电量充足时，触发开关模块处于导通状态，负载处于上电状态，正常工作；当储能模块电压较低时，负载此时上电也无法正常工作，电量将被无谓损耗，所以触发开关处于关闭状态，负载处于断电状态，不工作，以此减小电量的损耗。触发开关可以使用模拟开关或者MOS管来实现。

本实用新型提供一种将所述车辆信息监测自供电装置应用于自供电实时检测车辆车速及载重的方法，其中车辆信息监测自供电装置能量采集步骤中所用的能量采集装置为变形能采集装置，安装在轮胎胎面内壁上，电能管理步骤采用整流模块、限压模块、储能模块、稳压模块、电压监测模块、触发开关模块。所述的安装在轮胎胎面内壁的所述变形能采集装置的输出波形中包含轮胎转速及轮胎与地面接触部分的平面长度的有关信息，从而可以结合轮胎尺寸计算出整个车辆的车速，结合温度与气压传感器所测得的轮胎温度及气压可计算出轮胎所受载荷，从而检测整个车辆的载重。

本实用新型提供一种将所述车辆信息监测自供电装置应用于胎压监测设备的安全气压范围自动调整的方法。根据所述的实时监测车辆车速及载重的方法可以提供实时的车辆载重信息。轮胎气压会随着车辆载重的变化而发生变化，同样的气压值在空载时是安全的，在满载时可能是不安全的，因此根据车辆载重情况动态调整轮胎的安全气压范围是有必要的。根据实时检测车辆车速及载重的方法所提供的车辆载重情况以及车厂和轮胎厂建议的轮胎气压安全数据动态调整胎压监测设备的安全气压范围。

本实用新型提供一种将所述车辆信息监测自供电装置应用于预防爆胎以及预防爆胎事故的辅助安全驾驶方法，其中车辆信息监测自供电装置能量采集步骤中所用的能量采集装置为变形能采集装置，安装在轮胎胎面内壁上，电能管理步骤采用整流模块、限压模块、储能模块、稳压模块、电压监测模块、触发开关模块。所用的轮胎变形能采集装置在车辆高速行驶时发电量非常大，结合气压传感器可以对轮胎气压进行高频率的实时不间断采样，这样可以有效地在爆胎发生之前提前发出预警信号，行车电脑在接收到预警信号时即主动控制车辆制动系统进行制动，同时控制转向轮的转向角度，有效地辅助驾驶员预防爆胎或者预防爆胎事故的发生。如果爆胎瞬间毫无预兆地发生，气压传感器高频率的实时采样可以迅速地监测到气压的急剧变化并发出爆胎信号，行车电脑在接收到爆胎信号时即主动控制车辆制动系统进行制动，同时控制转向轮的转向角度，有效地辅助驾驶员应对爆胎发生后的安全驾驶，从而起到预防爆胎事故的作用。而传统电池供电的胎压监测系统由于电池容量限制无法做到高频率的实时采样通讯，从而无法实现与行车电脑联机进行快速的实时辅助安全驾驶功能。

本实用新型的优点是所提供的能量采集装置的发电效率高，可以提供丰富的电量供车辆信息监测负载使用，且电能管理步骤依据能量采集装置的输出特性和车辆信息监测负载的用电特性对电能进行管理，减小电量的损失，提高电能使用效率。而且能量采集装置具有主动传感的特性，通过分析能量采集装置的输出波形可以获得有用的信息，配合传统的车辆信息监测负载可以完成很多电池供电的车辆信息监测负载所实现不了的功能。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，如图其中：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的振动能采集装置结构示意图。

图3为本实用新型的振动能采集装置结构侧面示意图。

图4为本实用新型的轮胎变形能采集装置结构示意图。

图5为本实用新型的轮胎变形能采集装置侧面结构示意图。

图6为本实用新型的电能管理步骤结构示意图。

图7为本实用新型的自供电实时检测机动车车速及载重的方法流程示意图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它可以直接连接到其他元件或者组件，或者也可以存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实用新型实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对实用新型实施例的限定。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种车辆信息监测自供电装置，包括能量采集步骤、电能管理步骤和向负载供电步骤。能量采集步骤可以根据车辆不同位置的能量形式特点选择适用类型的能量采集装置。电能管理步骤依据能量采集装置的输出性能以及车辆信息监测负载的功耗特点进行模块的组合匹配，以实现最佳的电量利用效率以及最佳的信息监测效果。车辆信息监测负载包括但不限于GPS、四轮定位、防盗报警、防刮蹭传感、轮胎磨损程度、胎压监测等等。

实施例2：

本实施例提供一种车辆信息监测自供电装置所用的振动能量采集装置。

振动能量采集装置主要包括两部分，一部分为线圈绕组部分，一部分为磁场提供部分，两部分中一部分与能量采集装置固定，一部分可在能量采集装置内活动，实施例以线圈绕组部分为活动部分，磁场提供部分为与能量采集装置固定，不可活动。

如图2、图3所示，线圈绕组部分包括导电线圈10和第三导磁材料20，第三导磁材料20为软磁材料，从导电线圈10中穿过。

磁场提供部分包括第一磁场提供部分和第二磁场提供部分，第一磁场提供部分包括第一永磁体31、第二永磁体32和第一导磁材料21；第二磁场提供部分包括第三永磁体(图中未示出)、第四永磁体34和第二导磁材料22。

第一导磁材料21连接第一永磁体31、第二永磁体32，其中第一永磁体31和第二永磁体32与第一导磁材料21接触面的极性相反，第二导磁材料22连接第三永磁体(图中未示出)、第四永磁体34，其中第三永磁体与第二导磁材料22接触面的极性和第二永磁体32与第一导磁材料21接触面的极性相同，第四永磁体34与第二导磁材料22接触面的极性和第一永磁体31与第一导磁材料21接触面的极性相同。

显然，第一磁场提供部分与第二磁场提供部分所提供的磁力线方向在空间上相反，线圈绕组部分与振动能量采集装置之间通过弹性部件40相互作用，弹性部件40可以为各种形式的弹簧、弹片等，也可以为多级不同劲度系数的弹簧、弹片，还可以是橡胶弹片或橡胶弹垫，还可以是这些弹性部件的搭配组合，弹性部件40带动活动的部分与磁场提供部分发生相对运动，从而引起线圈绕组的磁通量发生变化从而将振动能转化为电能。

实施例3：

本实施例提供一种车辆信息监测自供电装置所用的轮胎变形能采集装置。

轮胎变形能采集装置包括一个活动部分和一个固定部分，其中一部分为线圈绕组，一部分为磁场提供部分，活动部分可在轮胎变形能采集装置中活动，固定部分与轮胎变形能采集装置保持相对静止。

所以轮胎变形能采集装置可直接采用实施例二中所述的振动能采集装置，也可采用如图4、图5所示的装置形式。

其中线圈绕组50为固定部分，磁场提供部分为活动部分(固定部分与活动部分可对调)。

磁场提供部分包括第五永磁体60以及第四导磁材料61和第五导磁材料62，第五永磁体60的上方连接第四导磁材料61，第五永磁体60的下方连接第五导磁材料62，线圈绕组50在第五永磁体60以及第四导磁材料61和第五导磁材料62的两侧，弹性部件70在第五导磁材料62的下方，使得磁力线通过线圈绕组50时的方向有利于产生更大的磁通梯度，从而获得更大的发电效率。

弹性部件70可以为各种形式的弹簧、弹片等，包括金属的、塑料的、橡胶的等等，也可以为与第五永磁体60极性相对的永磁体，还可以为多级不同劲度系数的弹簧、弹片，还可以是橡胶弹垫、橡胶弹片，还可以是这些弹性部件的搭配组合。活动部分随着轮胎在地面上的旋转行进，不断与固定部分发生相对位移，线圈绕组50中的磁通量相应发生变化，从而将轮胎变形能转化为电能。

实施例4：

本实施例提供一种车辆信息监测自供电装置用的电能管理步骤。

电能管理步骤包括整流模块、储能模块、稳压模块、电压监测模块、触发开关模块。整流模块对于输出为交流的能量采集装置依据装置的输出端口数使用对应个数的全桥整流，对使用多个全桥整流的可依据具体发电量与负载功耗的情况选择性并联或串联；储能模块储存能量采集模块产生的电量，可采用电容或可充电电池，对于功耗较低的负载可使用电容，对于发电量比较大负载功耗较高的可使用可充电电池，使用可充电电池还需匹配相应的充电电路以最大化电能利用率；稳压模块依据具体情况使用升压稳压或降压稳压芯片，能量采集装置的输出电压较低且达不到负载所需工作电压时，采用升压稳压芯片，能量采集装置的输出电压较高且超过负载所需工作电压时，采用降压稳压芯片，防止能量采集模块的输出电压过高损坏其他元器件，并提供后续电路部分所需要的电压值；电压监测模块监测储能模块的电压即储存的电量；触发开关设置特定的电压触发阈值，当电压达到触发阈值时导通，保证有足够的电量供负载使用，防止小电量的无谓损失。负载功耗低时，电源管理接口电路无需电压监测模块及触发开关。负载功耗高时，则需要电压监测模块及触发开关。

实施例5：

本实施例提供一种车辆信息监测自供电装置应用于实时检测车辆车速及载重的方法。

本实用新型提供的一种车辆信息监测自供电装置可应用于实时检测机动车车速及载重，其中车辆信息监测自供电装置能量采集步骤中所用的能量采集装置为实施例三所述的变形能采集装置，安装在轮胎胎面内壁上，电能管理步骤采用整流模块、限压模块、储能模块、稳压模块、电压监测模块、触发开关模块。根据轮胎变形能采集装置的工作原理，轮胎每旋转一圈，变形能采集装置输出特定个数的波形脉冲，因此轮胎旋转速度可以利用变形能采集装置的脉冲频率计算出来，结合轮胎本身的尺寸数据可计算出整个车辆的车速。变形能采集装置的输出波形的脉冲宽度与轮胎旋转速度及轮胎与地面接触部分的平面长度有关，结合车速与变形能采集装置的输出波形的脉冲宽度可计算出轮胎与地面接触部分的平面长度。胎内温度气压监测传感器可检测胎内气体压力及温度，结合轮胎与地面接触部分的平面长度即可计算出整个车辆的载重情况，从而实现实时检测车辆车速及载重。

实施例6：

本实施例提供一种车辆信息监测自供电装置应用于胎压监测设备的安全气压范围自动调整的方法。

轮胎气压会随着车辆载重的变化而发生变化，同样的气压值在空载时是安全的，在满载时可能是不安全的，因此根据车辆载重情况动态调整轮胎的安全气压范围是有必要的。在实施例5的基础上，结合车厂及轮胎厂建议的轮胎气压安全数据即可实现胎压监测设备的安全气压范围自动调整。

实施例7：

本实施例提供一种车辆信息监测自供电装置应用于预防爆胎以及预防爆胎事故的辅助安全驾驶方法。

本实用新型提供的一种车辆信息监测自供电装置可应用于预防爆胎以及预防爆胎事故的辅助安全驾驶，其中车辆信息监测自供电装置能量采集步骤中所用的能量采集装置为实施例三所述的变形能采集装置，安装在轮胎胎面内壁上，电能管理步骤采用整流模块、限压模块、储能模块、稳压模块、电压监测模块、触发开关模块。所用的轮胎变形能采集装置在车辆高速行驶时发电量非常大，结合气压传感器可以对轮胎气压进行高频率的实时不间断采样，这样可以有效地在爆胎发生之前提前发出预警信号，行车电脑在接收到预警信号时即主动控制车辆制动系统进行制动，同时控制转向轮的转向角度，有效地辅助驾驶员预防爆胎或者预防爆胎事故的发生。如果爆胎瞬间毫无预兆地发生，气压传感器高频率的实时采样可以迅速地监测到气压的急剧变化并发出爆胎信号，行车电脑在接收到爆胎信号时即主动控制车辆制动系统进行制动，同时控制转向轮的转向角度，有效地辅助驾驶员应对爆胎发生后的安全驾驶，从而起到预防爆胎事故的作用。而传统电池供电的胎压监测系统由于电池容量限制无法做到高频率的实时采样通讯，从而无法实现与行车电脑联机进行快速的实时辅助安全驾驶功能。

如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。