一种在线监测轮胎生命周期状态的方法技术

本发明专利技术首次提出了一种在线监测轮胎生命周期状态的方法。轮胎在行驶过程中与地面摩擦生热，从而使轮胎内的空气升温。本发明专利技术通过在金属轮毂上嵌入微型热电器件，即可利用微型热电器件两端分别与轮胎内空气和金属轮毂相接触作为热端和冷端，温度差实现给嵌入式传感器供电，并发射出无线电信号，从而实现对轮胎生命周期状态的在线监测，其中包括胎压分布、胎温分布、轮胎磨损状态、轮胎的动平衡、转速、振动状态。本发明专利技术在轮毂中嵌入的微型热电器件纯固态，无传动部件，无需更换，实现与轮毂同寿命。命。

【技术实现步骤摘要】
一种在线监测轮胎生命周期状态的方法


[0001]本专利技术属于智能轮胎与物联网
，具体涉及一种利用温差电技术在线监测轮胎生命周期状态的方法。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的不断发展，越来越多的无线传感技术被用在了汽车行业，其中就包括胎压监测系统(TPMS)。胎压监测系统是一种实时监测汽车轮胎压力和温度并对异常情况进行报警以达到保护驾驶安全的主动性安全技术产品。随着各种能源收集技术的不断突破以及人们对环保意识的提高，无源化TPMS方案吸引了大批的专家学者。
[0003]由于胎压监测系统的传感发射模块是独立于轮胎内的，很难用有线的方式对其进行供电，因此商用的TPMS传感器大多是用纽扣型锂电池进行供电。然而，受制于汽车轮胎内空间、温度、压力等因素的影响，商用的TPMS锂电池具有电量损耗高，寿命短，电池拆装难度高，拆装成本高，高温冲击环境下的电池可靠性差且电池容量随使用时间快速下降等缺点，同时废旧的锂电池也很难得到回收利用，并造成环境污染。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于，为了解决目前锂电池寿命低、更换难度大的问题，提出了一种利用温差电技术在线监测轮胎生命周期状态的方法。该方法涉及的技术可在线监测轮胎生命周期和状态，为行车安全提供了更好的保障。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种在线监测轮胎生命周期状态的方法，包括如下部分：
[0007]1)在轮胎轮毂内侧嵌入微型热电器件，传感器与微型热电器件通过电路连接；
[0008]2)在车辆行驶过程中，微型热电器件与轮胎内空气接触的一端作为热端，微型热电器件与轮毂接触的一端作为冷端，微型热电器件热端与冷端的温度差实现给所述传感器供电；
[0009]3)所述传感器从微型热电器件中获得电能，采集轮胎的参数信息，通过无线电信号发射器发射给信息接收终端。
[0010]按上述方案，步骤1)中所述微型热电器件的个数为一个，安设于轮胎轮毂内侧的气门芯处。
[0011]按上述方案，步骤1)中所述微型热电器件为多个，在轮毂内侧采用对称等间隔分布，以保证轮毂的动平衡。
[0012]按上述方案，所述的热电器件采用的材料包括但不限于为Bi2Te3基化合物、Ag2Q基化合物、SnSe基化合物、MgAgSb基化合物及Mg3Sb2基化合物等，其中Q代表元素S,Se,Te等中的一种或几种。
[0013]按上述方案，步骤2)中所述内嵌传感器包括胎温度传感器、压力传感器、胎温胎压一体式MEMS传感器、应变传感器、轮速传感器，分别监测的参数为温度、压力、胎温胎压分
布、表面应变变化、转速等。汽车行驶过程中的摩擦生热和滞后生热都会使轮胎的温度不断上升，热量沿径向依次传给胎内空气、轮毂内侧、轮毂外侧，外界空气，同时由于合金轮毂的高导热性以及与外界空气的强制对流散热带走了大量的热，形成了胎内空气(热端)与轮毂(冷端)间的温度差，利用热电发电器件便可持续稳定地收集电能为传感器供电。
[0014]按上述方案，步骤1)中所述微型热电器件与传感器间通过能量管理电路连接。
[0015]按上述方案，所述传感器与所述无线电信号发射器都与微处理器电连接。通常情况下，微型热电器件、无线电信号发射器、微处理器和传感器均集成在印刷电路板(PCB)上封装在一起。
[0016]以上述内容为基础，在不脱离本专利技术基本技术思想的前提下，根据本领域的普通技术知识和手段，对其内容还可以有多种形式的修改、替换或变更。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]1)在现有的利用能量收集技术为轮胎传感器供电的技术中，大多用于能量收集的装置都具有传动部件，而且装置偏大，会影响汽车轮胎的动平衡。本专利技术可在线监测轮胎生命周期的状态，为行车安全提供了更好的保障。
[0019]2)本专利技术的微型热电器件嵌入在轮毂上，既能充分利用轮胎内空气与金属轮毂间的温差，又能避免轮胎外部的复杂路况导致微型热电器件的损坏，并且微型热电器件与传感器等同处于胎内，即缩短了发电单元与传感单元等之间的距离；并且，本专利技术采用的微型热电器件作为温差发电器件，具有体积小、寿命长，工作时无噪音，无需维护，可以实现与汽车轮毂同寿命。
[0020]3)本专利技术中微型热电器件的规格是基于轮胎生命周期状态的监测传感器的总体功耗来设计的(单个传感器的功耗一般在微瓦级别，微型热电器件的输出功率在毫瓦级别，微型热电器件作为温差发电元件给传感器供电是足够的)，为轮胎的物联网联接提供了充足的数据支持。
[0021]说明书附图
[0022]图1为实施例1步骤1)中的完整微型热电器件侧面图。
[0023]图2为实施例1步骤2)中单个微型热电器件嵌入轮毂图。
[0024]图3为实施例1步骤4)中温度传感器监测的轮胎温度分布图。
[0025]图4为实施例1步骤4)中单个轮胎的胎内腔温度上升图。
[0026]图5为实施例2步骤1)中3个微信热电器件嵌入轮毂图。
[0027]图6为实施例2步骤4)中压力传感器监测的轮胎内部压力图。
[0028]图7为实施例3步骤4)中轮胎一节点周期内应变变化图。
[0029]图8为实施例5步骤2)中4个微型热电器件嵌入轮毂图。
具体实施方式
[0030]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0031]下述实施例中，微型热电器件的制备过程如下：
[0032]1)将p型和n型热电片材切成尺寸为(1
‑
2)*(1
‑
2)*(1
‑
2)mm3的立方体p、n热电粒子，备用；
[0033]2)利用点胶机或丝网印刷的方式将焊料涂敷在基板上的Cu(或Ag、合金)电极上，涂敷面积与粒子底面面积相当，上下基板均要涂锡膏；
[0034]3)接着用贴片机将p、n热电粒子放置在涂敷的锡膏上；
[0035]4)将上下基板合并放置在模具中，然后置于高真空共晶炉中，设置适当的焊接温度为和焊接时间，待焊接完毕后取出模具，得到完整的微型热电器件。
[0036]其中，实施例1、6
‑
8中涉及到的阻挡层材料，用于在片材切片前对其进行镀Ni(Fe)处理。
[0037]实施例1
[0038]一种在线监测轮胎生命周期状态的方法，具体包括如下：
[0039]1)利用Bi2Te3基热电材料制成微型热电器件，其中热电粒子是尺寸为1.4*1.4*1.6mm3的p型Bi
0.5
Sb
1.5
Te3和n型Bi2Te
2.7
Se
0.3
，电极为Cu，焊料为金锡焊料，阻挡层材料为Ni，基板材料为Al2O3，利用点胶、贴片、合模、焊接制备成完整的微型热电器件如图1所示，长宽尺寸在4
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线监测轮胎生命周期状态的方法，其特征在于包括如下部分：1)在轮胎轮毂内侧嵌入热电器件，传感器与热电器件通过电路连接；2)在车辆行驶过程中，热电器件与轮胎内空气接触的一端作为热端，热电器件与轮毂接触的一端作为冷端，热电器件热端与冷端的温度差实现给所述传感器供电；3)所述传感器从热电器件中获得电能，采集轮胎的参数信息，通过无线电信号发射器发射给信息接收终端。2.根据权利要求1所述的一种在线监测轮胎生命周期状态的方法，其特征在于步骤1)中所述热电器件的个数为一个，安设于轮胎轮毂内侧的气门芯处。3.根据权利要求1所述的一种在线监测轮胎生命周期状态的方法，其特征在于步骤1)中所述热电器件为多个，在轮毂内侧采用对称等间隔分布，以保证轮毂的动平衡。4.根据权利要求2
‑
3所述的一种在线监测轮胎生命周期状态的方法，其特征在于所述的热电...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢永高，汪江，唐新峰，杨东旺，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：