一種輪胎內能量回收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種能量回收裝置，特別是關于一種輪胎內能量回收裝置。
【背景技術】
[0002]隨著汽車電子化、智能化的發展，汽車安全性能有了很大的提高。汽車輪胎具有多重作用，能夠保證安全駕駛以及乘客舒適度。然而，根據美國運輸部的數據顯示，多于60%的事故是直接或間接由輪胎失效或側滑引起的，可見輪胎對于汽車性能和交通安全至關重要。由于輪胎是車輛與地面的接觸點，因此能夠用來收集車輛本身及地面狀況的實時信息，收集的信息可以用于輪胎狀態監控和車輛動力學控制。汽車工業在輪胎狀態監測技術上有著巨大的發展需求，因此安裝有內置傳感器的智能輪胎逐漸應用在現代汽車上。智能化輪胎通過在輪胎內安裝傳感器獲得胎壓、溫度、車輪載荷和法向、縱向、側向輪胎力等參數，從而提高汽車安全性和穩定性。但是，由于輪胎的旋轉環境和氣密特性，現有的輪胎內置傳感器多依賴于電池供電以及無線數據傳輸系統傳輸信號，無法使用線束為內置傳感器供電，也無法通過有線數據傳輸形式將內置傳感器信號進行發送。然而即便使用低功耗的無線傳感器也存在數據傳輸耗能，使電池壽命降低的問題。由于傳感器安裝位置不易拆裝，為減少電池更換次數保證電池壽命，需要限制傳感器的檢測和發射數據的次數。現有的安裝于輪胎內部的TPMS系統(輪胎壓力監測系統)由于內置電池的能量限制，傳輸數據的頻率較低，遠遠不能滿足實時監控的要求。帶電池的無線傳感器往往不能做到實時監測，因此會影響汽車安全和操控性能。
[0003]輪胎內能量回收系統能夠通過電磁感應、壓電效應等原理利用輪胎變形能量，也可以通過加速度、減速度產生的內置回收部件的相對運動回收能量，并將回收能量轉化為電能為傳感器供電，從而解決了供電問題。能量回收系統可以將耗散的損失能量轉化為可利用能量，也可以通過改變能量形式實現能量在不同部分之間的傳遞，為傳感器供電并使得高頻率實時信息傳輸成為可能。很多研究在輪胎內安裝設計了能量回收系統，采用壓電、電磁或者靜電等方法進行能量回收，然而回收的能量較低還不足以實現實時數據傳輸，能量回收裝置還需要進一步研究改進。另外，主動控制的車輛穩定性系統需要輪胎側向力、縱向力、垂直力、垂直變形、側偏角等參數，其中側偏角是對車輛操控穩定性安全性至關重要的參數，很多現有的解決方案是采用基于光學或者聲波的傳感器，但是安裝和標定存在很大困難。優化車輛穩定性控制和保證傳感器能量供應是提高車輛性能很重要的方面。
[0004]現有技術中存在應用壓電效應為輪胎內傳感器供電的裝置，它利用輪胎的振動產生電能。但壓電材料的壽命有限，且在它的系統中還需要交直流轉換器，增加了電路的復雜度。現有技術中還存在通過輪胎內安裝的線圈在輪胎旋轉過程中產生振動，由電磁感應產生電能。它雖然能夠回收能量為傳感器供電，但是不能提供額外的車輛參數為主動控制系統提供依據。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠回收輪胎內能量的輪胎內能量回收裝置。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種輪胎內能量回收裝置，其特征在于:包括一機架、一霍爾式角度傳感器、一發電機、一齒輪、一連桿、一連桿角度傳感器、一 DC/DC穩壓器和一儲能元件；所述機架的頂部固定設置在輪圈外側，所述發電機的殼體固定設置在所述機架上；所述發電機的發電軸固定穿設所述飛輪，并通過兩支架軸承固定在所述機架上；位于所述機架內的所述發電軸通過一單向軸承連接所述齒輪；所述齒輪嚙合一齒條，所述齒條的一端通過一彈簧固定連接所述機架的頂部，所述齒條的另一端通過一鉸鏈活動連接所述連桿的一端，所述連桿的另一端粘接在輪胎的內壁；所述鉸鏈的一端設置有所述連桿角度傳感器，所述連桿角度傳感器將采集的所述連桿轉動角度發送給一設置在所述輪胎內的ECU ;所述霍爾式角度傳感器固定設置在所述機架上，且與所述齒輪相對設置用于實時采集所述齒輪的旋轉角度，所述霍爾式角度傳感器將采集的旋轉角度發送給所述ECU ;所述ECU電連接一 RF無線發射器；所述發電機電連接所述DC/DC穩壓器，所述發電機將產生的電能通過所述DC/DC穩壓器轉化為穩定的輸出電壓后，輸送到所述儲能元件進行存儲；所述儲能元件用于為所述霍爾式角度傳感器、連桿角度傳感器、ECU、RF無線發射器、DC/DC穩壓器以及所述輪胎內的TPMS系統進行供電。
[0007]所述機架為U型結構，所述U型結構的開口端下部分別設置有用于安裝所述支架軸承的通孔，所述U型結構的中部固定設置一固定板，所述固定板上設置有一用于固定所述霍爾式角度傳感器的通孔；所述固定板的一端向外延設置一用于固定所述發電機殼體的夾持板。
[0008]所述儲能元件采用超級電容組或電池。
[0009]所述發電機采用直流永磁發電機。
[0010]一種輪胎內能量回收裝置，其特征在于:包括一機架、一霍爾式角度傳感器、一發電機、一齒輪、一連桿、一連桿角度傳感器、一 DC/DC穩壓器和一儲能元件；所述機架的頂部固定設置在輪圈外側，所述發電機的殼體固定設置在所述機架上；所述發電機的發電軸固定穿設所述飛輪，并通過兩支架軸承固定在所述機架上；位于所述機架內的所述發電軸固定連接所述齒輪；所述齒輪嚙合一齒條，所述齒條的一端通過一彈簧固定連接所述機架的頂部，所述齒條的另一端通過一鉸鏈活動連接所述連桿的一端，所述連桿的另一端粘接在輪胎的內壁；所述鉸鏈的一端設置有所述連桿角度傳感器，所述連桿角度傳感器將采集的所述連桿轉動角度發送給一設置在所述輪胎內的ECU ;所述霍爾式角度傳感器固定設置在所述機架上，且與所述齒輪相對設置用于實時采集所述齒輪的旋轉角度，所述霍爾式角度傳感器將采集的旋轉角度發送給所述ECU ;所述ECU電連接一 RF無線發射器；所述發電機將產生的交流電能通過一交流直流轉換器轉換為直流電，并通過所述DC/DC穩壓器轉化為穩定的輸出電壓后，輸送到所述儲能元件進行存儲；所述儲能元件用于為所述霍爾式角度傳感器、連桿角度傳感器、E⑶、RF無線發射器、DC/DC穩壓器以及所述輪胎內的TPMS系統進行供電。
[0011]所述機架為U型結構，所述U型結構的開口端下部分別設置有用于安裝所述支架軸承的通孔，所述U型結構的中部固定設置一固定板，所述固定板上設置有一用于固定所述霍爾式角度傳感器的通孔；所述固定板的一端向外延設置一用于固定所述發電機殼體的夾持板。
[0012]所述儲能元件采用超級電容組或電池。
[0013]所述發電機采用直流永磁發電機。
[0014]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本實用新型包括連桿、齒條、齒輪、飛輪、發電機、儲能元件、E⑶(電子控制單元)和RF無線發射器，連桿的一端粘接輪胎內壁，連桿的另一端通過鉸鏈連接連接齒條，齒條與齒輪嚙合；連桿將輪胎變形的位移傳遞給齒條，齒條帶動齒輪旋轉，齒輪與發電機的發電軸通過一單向軸承連接，發電軸上固定穿設飛輪，在齒條向下運動時，飛輪在發電軸的帶動下旋轉，從而存儲動能，同時發電軸帶動發電機發電；當齒條向上運動時，由于單向軸承的存在，飛輪依靠存儲的動能帶動發電機的發電軸按原來的旋轉方向繼續旋轉，使發電機進行發電，提高了發電持續時間；發電機將產生的電能輸送進儲能元件進行存儲，用于為自身進行供電，因此對輪胎內能量進行了回收，且提高了的能量輸出密度，相比于傳統的電池供電，解決了智能輪胎傳感器供電問題，所回收的能量規模能夠滿足傳感器實時發送數據的要求，提高主動控制系統的性能和車輛安全性。2、本實用新型包括霍爾式角度傳感器和連桿角度傳感器，齒輪角度傳感器用于實時齒輪的旋轉角度，連桿角度傳感器用于實時采集連桿的轉動角度，霍爾式角度傳感器和連桿角度傳感器將采集的旋轉角度和轉動角度發送給ECU。3、本實用新型中單向軸承的使用使發電機產生的電能為直流電能，因此可以免去整流電路，提高電路效率。4、本實用新型齒條和機架頂部之間設置有限制齒條豎直運動的限位彈簧，保證在連桿與輪胎粘接處失效時不對輪胎造成額外傷害，且可以實現齒條快速回位，從而提高效率。5、本發明由于發電軸固定連接齒輪，所以當車輛的運動狀態發生改變時，輪胎通過連桿拉動齒條向下或向上移動，從而帶動與齒條嚙合的齒輪順時針旋轉或逆時針旋轉，而發電軸與齒輪做同步的旋轉運動，發電機在發電軸的帶動下產生交流電能，發電機將產生的交流電能通過一交直流轉換器轉換為直流電，并通過DC/DC穩壓器轉化為穩定的輸出電壓后，輸送到儲能元件進行存儲，從而實現了輪胎內能量的回收。本實用新型可以廣泛應用于輪胎內能量過程中。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型實施例一的原理示意圖；
[0016]圖2是本實用新型實施例一的結構示意圖；其中，(a)是三維示意圖，(b)是主視圖，(c)是(b)的左視圖，⑷是(b)沿A-A方向的剖視圖。
[0017]圖3是本實用新型的安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0019]實施例一:
[0020]如圖1?3所示，本實用新型提供的輪胎內能量回收裝置包括一機架1、一霍爾式角度傳感器2、一發電機3、一 E⑶4、一 RF無線發射器5、一飛輪6、兩支架軸承7、一單向軸承8、一齒輪9、一彈簧10、一齒條11、一連桿12、一連桿角度傳感器13、一 DC/DC穩壓器14、一儲能元件15。
[0021]機架I的頂部固定設置在輪圈16外側，發電機3的殼體固定設置在機架I上；。發電機I的發電軸31固定穿設飛輪6，并通過兩支架軸承7固定在機架I上，兩支架軸承7用于承受發電機3豎直方向的力，同時保證發電軸31轉動。位于機架I內的發電軸31通過單向軸承8連接齒輪9。齒輪9嚙合齒條11，齒條11的一端通過彈簧10固定連接機架I的頂部，彈簧