Беспроводная передача энергии датчику контроля давления и температуры в колесе автомобиля

Введение.

Практически в любом современном автомобиле используются различные электронные системы для контроля параметров. В том числе, для контроля давления воздуха и температуры в шине автомобиля используют систему TPMS (англ. Tire Pressure Monitoring System),система обеспечивающая контроль давления и температуры в автомобильной шине. Система состоит из передатчика(датчика внутри колеса) и приемника (контроллера для обработки сигнала).Проблема состоит в том, что датчик в колесе питается от батареи, которую необходимо заменять. В данной работе предложены методы питания датчика беспроводным путем или же генерация энергии из вращающегося колеса. Оба метода позволяют продлить срок службы батареи или даже совсем избавиться от нее.

1.    Система контроля давления и температуры.

TPMS (Tire Pressure Monitoring System) - Система условиями. Но есть и альтернативные выходы питания датчика, такие как:

• -    генерация энергии непосредственно в колесе;

• -    беспроводная передача энергии датчику методом электромагнитной индукции.

2.    Генерация энергии из вращающегося колеса.

Способ относится к установленным на колесах средствам генерирования электроэнергии из вращающегося Контроля Температуры и Давления в Шинах - это набор из автономных датчиков температуры и давления, которые устанавливаются на колеса, и информационного блока с дисплеем в салоне автомобиля, на который выводятся показания датчиков.

Датчик в колесе состоит из мембраны, которая реагирует на изменение давление в колесе и передатчика. Передатчик в свою очередь передает на контроллер полученную информацию с датчика. Передатчик так же имеет батарею для поддержания заряда. Срок годности батареи ограничен, в сзязи с ее окислением и меняющимися погодными колеса. В данном способе используется сборка шины с установленными элементами для генерации энергии из вращающегося колеса с помощью пьезоэлектрических устройств и модулей преобразования энергии. Пьезоэлектрические устройства содержат в себе пьезоэлектрические волокна встроенных в матрицу. Элементы установлены в шине таким образом, что электрический заряд формируется в них тогда, когда колесо вращается по поверхности земли. Этот заряд накапливается в устройствах накопления энергии. Полученная энергия используется для получения информации с датчика, а именно: давление шины, температура. В устройстве используется преобразование механической деформации, образующейся при прогибе шины. Пьезоэлектрическая технология необходима для преобразования механической деформации в электрический заряд. Полученный заряд накапливается и тем самым поддерживает работу датчика.

Рис. 1- Расположение элементов в шине.

Устройство генерирования энергии содержит два элемента -пьезоэлектрическую структуру и модуль преобразования энергии. Большое количество пьезоэлементов встроены в различных участках шины и имеют соответствующую конфигурацию для генерации электрического заряда на шине.

Вторым основным элементом устройства является модуль преобразования энергии. Основная функция модуля преобразования энергии согласно изобретению состоит в выпрямлении, преобразовании и накоплении электрического заряда, который генерируется в пьезоэлектрической структуре.

Рис.2 – Модуль преобразования в колесе.

3. Беспроводная передача энергии датчику.

В способе беспроводной передачи энергии используется метод на основе электромагнитной индукции. В методе электромагнитной индукции используется электромагнитное поле. Благодаря явлению взаимной индукции, на вторичной обмотке устройства создается ток с первичной обмотки. Для корректной работы устройства необходимо небольшое расстояние между обмотками, иначе большая часть энергии поля тратится впустую.

питания контур

Рис. 3 - Схема передачи энергии методом магнитной индукции.

Необходимо создание двух катушек (приемная и передающая). Передающее устройство будет питаться от аккумулятора с напряжением 12 Вольт. Приемник должен располагаться в непосредственной близости от датчика для уменьшения потерь при передачи.

Рис. 4- Принципиальная схема передачи энергии методом электромагнитной индукции.

Заключение

Система контроля давления и температуры в колесе распространена на современных автомобилях, но она имеет важный недостаток- замена батареи в датчике, который расположен внутри колеса. С помощью рассмотренных методов, а именно: генерация энергии из вращающегося колеса, и беспроводная передача энергии датчику, можно в разы увеличить срок службы батареи, сделав ее перезаряжаемой.