一种自供电的轮胎胎压监测系统.pdf

本发明提供一种自供电的轮胎胎压监测系统，包括：固定装置、轮胎监测模块、储能装置和至少一个发电装置；固定装置安装于轮胎内部的轮毂上，轮胎监测模块、储能装置和至少一个发电装置固定安装于固定装置上；发电装置依靠轮毂转动和/或震动进行发电，并向储能装置的输入端输送电能；储能装置对发电装置输送的电能进行存储，并且储能装置的输出端为轮胎监测模块提供电能；轮胎监测模块在电能下工作，监测轮胎内的压力和温度，并发送压力信号和温度信号。本发明提供的自供电的轮胎胎压监测系统将车辆运动产生的机械能转换为电能，使轮胎内部的轮胎监测模块正常工作。

1.  一种自供电的轮胎胎压监测系统，其特征在于，包括：固定装置、轮胎监测模块、储能装置和至少一个发电装置；
所述固定装置安装于轮胎内部的轮毂上，所述轮胎监测模块、所述储能装置和所述至少一个发电装置固定安装于所述固定装置上；
所述发电装置依靠所述轮毂转动和/或震动进行发电，并向所述储能装置的输入端输送电能；
所述储能装置对所述发电装置输送的电能进行存储，并且所述储能装置的输出端为所述轮胎监测模块提供电能；
所述轮胎监测模块在所述储能装置提供的电能下工作，监测所述轮胎内的压力和温度，并发送压力信号和温度信号。

2.  根据权利要求1所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，还包括：稳压整流滤波单元；
所述发电装置通过所述稳压整流滤波单元与所述储能装置电连接；所述稳压整流滤波单元将所述发电装置输送的电能进行稳压、整流和滤波处理后输送至所述储能装置的输入端。

3.  根据权利要求1所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述固定装置包括：连接带和锁紧结构；
所述连接带的两端通过所述锁紧结构连接在一起并环绕在所述轮毂的外侧凹槽上；所述连接带的长度与所述轮毂的外侧凹槽的周长相适应；所述连接带由多个弧形板两两之间通过连接件连接构成；所述弧形板的弧度与所述轮毂的弧度相适应；每个所述发电装置固定安装于所述弧形板上。

4.  根据权利要求3所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述连接件为铰链连接副。

5.  根据权利要求3所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述发电装置包括：支撑桶、连接杆、撞球和至少一个发电机；
所述至少一个发电机铺设于所述支撑桶的内部端面和/或内部柱面上，所 述至少一个发电机串联和/或并联在一起后形成两个信号输出端；
所述撞球位于所述支撑桶内部，所述支撑桶通过所述连接杆固定连接于所述弧形板上；
当所述轮毂转动和/或震动时，所述撞球在所述支撑桶的内部自由活动而碰撞挤压所述发电机，使得所述发电机从所述两个信号输出端输出电能，所述两个信号输出端与所述储能装置的输入端电连接。

6.  根据权利要求5所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述连接杆为中空结构，所述中空结构与所述支撑桶内部连通，从所述中空结构中引出与所述两个信号输出端分别相连的两个电极引线，所述储能装置的输入端与所述两个电极引线连接。

7.  根据权利要求5所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述至少一个发电装置中的所述支撑桶的长度分别被设置为适用于轮胎的不同速度范围。

8.  根据权利要求5所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述发电机包括摩擦发电机或者氧化锌压电发电机。

9.  根据权利要求3所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述发电装置包括：摩擦发电机和质量块；所述摩擦发电机的下端固设于所述弧形板上，所述摩擦发电机所在平面与所述弧形板所在平面垂直且所述摩擦发电机所在平面与所述轮毂的转动方向垂直；所述摩擦发电机内部具有摩擦界面。

10.  根据权利要求9所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，构成所述摩擦界面的两个相对面中的一个面为悬臂梁，所述质量块固设于所述悬臂梁的上端，构成所述摩擦界面的两个相对面中的另一个面的高度保证所述质量块运动时不被阻挡；所述轮毂转动和/或震动使所述质量块带动所述悬臂梁运动，使得所述摩擦界面产生摩擦进而从所述摩擦发电机的两个信号输出端输出电能，所述信号输出端与所述储能装置的输入端电连接。

11.  根据权利要求9或10所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述摩擦发电机的下端固设于支撑弧板上，所述支撑弧板固设于所述弧形板上。

12.  根据权利要求1所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述轮胎 监测模块包括：压力传感器、温度传感器、微控制器和无线发射单元；
所述微控制器连接所述压力传感器、所述温度传感器和所述无线发射单元，所述微控制器接收所述压力传感器发送的所述压力信号并经过处理后通过所述无线发射单元发出，所述微控制器接收所述温度传感器发送的所述温度信号并经过处理后通过所述无线发射单元发出。

13.  根据权利要求3所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述轮胎监测模块集成在弧形面板上，所述弧形面板安装在所述多个弧形板中的其中一个上。

14.  根据权利要求8或9或10所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，所述摩擦发电机为三层结构、四层结构或者五层结构，所述摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个相对面。

15.  根据权利要求14所述的轮胎胎压监测系统，其特征在于，构成所述摩擦界面的两个相对面中的至少一个面上设有微纳结构。

一种自供电的轮胎胎压监测系统
技术领域
本发明涉及轮胎监测技术领域，具体涉及一种自供电的轮胎胎压监测系统。
背景技术
有数据表明，由爆胎引起的车祸在恶性交通事故中所占的比例非常高，而所有会造成爆胎的因素中，胎压不足为首要因素。
当胎压过高时，会减小轮胎与地面的接触面积，而此时轮胎所承受的压力相对提高，轮胎的抓地力会受到影响。另外，当车辆经过沟坎或颠簸路面时，轮胎内没有足够空间吸收震动，除了影响行驶的稳定性和乘坐舒适性外，还会造成对悬挂系统的冲击力度加大，由此也会带来危害。同时，在高温时爆胎的隐患也会相应的增加。
轮胎压力监测设备(Remote tire pressure monitoring system，简称TPMS)的主要功能是自动监测行驶车辆轮胎气压，对压力过高、漏气和欠压进行报警，以预防由于汽车轮胎爆裂或欠压引发的交通事故、避免欠压引起的油耗增加和轮胎磨损加剧。TPMS系统主要由安装在驾驶室的“监视器”和安装在每个轮胎里的检测发射模块构成。现有的检测发射模块包括：具有压力、温度信号采集与处理功能的装置、RF射频发射芯片、电池和天线，其功能是检测轮胎内部压力信号与温度信号并将其发射出去，监视器则接收检测发射装置发射的信号并显示与报警。然而现有技术存在如下问题：由于轮胎压力监测设备主要由电池进行供电，因此需要定期更换电池，在电池能量耗尽时无法报警而形成安全隐患。
发明内容
本发明提供一种自供电的轮胎胎压监测系统，以解决现有技术中因电池 耗尽无法正常供电带来的安全隐患以及更换电池步骤繁琐的问题。
本发明提供一种自供电的轮胎胎压监测系统，包括：固定装置、轮胎监测模块、储能装置和至少一个发电装置；
固定装置安装于轮胎内部的轮毂上，轮胎监测模块、储能装置和至少一个发电装置固定安装于固定装置上；
发电装置依靠轮毂转动和/或震动进行发电，并向储能装置的输入端输送电能；
储能装置对发电装置输送的电能进行存储，并且储能装置的输出端为轮胎监测模块提供电能；
轮胎监测模块在储能装置提供的电能下工作，监测轮胎内的压力和温度，并发送压力信号和温度信号。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统还包括：稳压整流滤波单元；
发电装置通过稳压整流滤波单元与储能装置电连接；稳压整流滤波单元将发电装置输送的电能进行稳压、整流和滤波处理后输送至储能装置的输入端。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，固定装置包括：连接带和锁紧结构；
连接带的两端通过锁紧结构连接在一起并环绕在轮毂的外侧凹槽上；连接带的长度与轮毂的外侧凹槽的周长相适应；连接带由多个弧形板两两之间通过连接件连接构成；弧形板的弧度与轮毂的弧度相适应；每个发电装置固定安装于弧形板上。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，连接件为铰链连接副。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，发电装置包括：支撑桶、连接杆、撞球和至少一个发电机；
至少一个发电机铺设于支撑桶的内部端面和/或内部柱面上，至少一个发电机串联和/或并联在一起后形成两个信号输出端；
撞球位于支撑桶内部，支撑桶通过连接杆固定连接于弧形板上；
当轮毂转动和/或震动时，撞球在支撑桶的内部自由活动而碰撞挤压发电机，使得发电机从两个信号输出端输出电能，两个信号输出端与储能装置的输入端电连接。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，连接杆为中空结构，中空结构与支撑桶内部连通，从中空结构中引出与两个信号输出端分别相连的两个电极引线，储能装置的输入端与两个电极引线连接。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，至少一个发电装置中的支撑桶的长度分别被设置为适用于轮胎的不同速度范围。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，发电机包括摩擦发电机或者氧化锌压电发电机。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，发电装置包括：摩擦发电机和质量块；
摩擦发电机的下端固设于弧形板上，摩擦发电机所在平面与弧形板所在平面垂直且摩擦发电机所在平面与轮毂的转动方向垂直；摩擦发电机内部具有摩擦界面，
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，构成摩擦界面的两个相对面中的一个面为悬臂梁，质量块固设于悬臂梁的上端，构成摩擦界面的两个相对面中的另一个面的高度保证质量块运动时不被阻挡；轮毂转动和/或震动使质量块带动悬臂梁运动，使得摩擦界面产生摩擦进而从摩擦发电机的两个信号输出端输出电能，信号输出端与储能装置的输入端电连接。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，摩擦发电机的下端固设于支撑弧板上，支撑弧板固设于弧形板上。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，轮胎监测模块包括：压力传感器、温度传感器、微控制器和无线发射单元；
微控制器连接压力传感器、温度传感器和无线发射单元，微控制器接收压力传感器发送的压力信号并经过处理后通过无线发射单元发出，微控制器接收温度传感器发送的温度信号并经过处理后通过无线发射单元发出。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，轮胎监测模块集成在弧形面板上， 弧形面板安装在多个弧形板中的其中一个上。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，摩擦发电机为三层结构、四层结构或者五层结构，摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个相对面。
进一步，本发明的轮胎胎压监测系统，构成摩擦界面的两个相对面中的至少一个面上设有微纳结构。
本发明提供的自供电的轮胎胎压监测系统，不需电池进行供电，仅仅通过将车辆运动产生的机械能转换为电能，就可以使轮胎内部的轮胎监测模块正常工作，从而避免了现有技术中因电池耗尽无法正常供电带来的安全隐患以及更换电池步骤繁琐的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的轮胎胎压监测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的轮胎截面结构示意图；
图3为本发明实施例的轮胎局部剖开立体示意结构和轮胎胎压监测系统设置一体的结构示意图；
图4为本发明实施例的轮胎胎压监测系统的电路示意图；
图5为本发明实施例的包括稳压整流滤波单元的轮胎胎压监测系统的电路示意图；
图6为本发明实施例的固定装置的结构示意图；
图7a为本发明实施例的一发电装置的立体结构示意图；
图7b为本发明实施例的一发电装置的正视剖面图；
图7c为本发明实施例的一发电装置的侧视剖面图；
图8为本发明实施例的一发电装置的工作原理示意图；
图9为本发明实施例的轮胎监测模块的电路示意图；
图10为本发明实施例的轮胎监测模块和弧形面板的结构示意图；
图11a为本发明实施例的包括另一发电装置的轮胎胎压监测系统的立体结构示意图；
图11b为图11a轮胎胎压监测系统中包含的悬臂梁式摩擦发电机的立体结构示意图；
图12a为本发明示例一中的一摩擦发电机的正视剖面图；
图12b为本发明示例一中的另一摩擦发电机的正视剖面图；
图12c为本发明示例一中的摩擦发电机、质量块和悬臂梁的正视剖面图；
图13a为本发明示例二中的一摩擦发电机的正视剖面图；
图13b为本发明示例二中的另一摩擦发电机的正视剖面图；
图14为本发明示例三中的摩擦发电机的正视剖面图；
图15a为本发明示例四中的摩擦发电机的正视剖面图；
图15b为本发明示例四中的摩擦发电机、质量块和悬臂梁的正视剖面图。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明,但本发明并不仅仅限于此。
为解决现有技术中因电池耗尽无法正常供电带来的安全隐患以及更换电池步骤繁琐的问题，本发明提供一种自供电的轮胎胎压监测系统。图1为本发明实施例的轮胎胎压监测系统的结构示意图，如图1所示，轮胎胎压监测系统包括：固定装置2、轮胎监测模块3、储能装置4和至少一个发电装置1。固定装置2安装于轮胎内部的轮毂上，轮胎监测模块3、储能装置4和至少一个发电装置1通过焊接或机械连接等形式固定安装于固定装置2上。
图2为本发明实施例的轮胎截面结构示意图，如图2所示，橡胶材料的轮胎5卡设在轮毂51上，轮胎5的气腔52内充入高压气体，本发明实施例的轮胎胎压监测系统安装在轮毂51的外侧凹槽511处。图3为本发明实施例的轮胎局部剖开立体结构和轮胎胎压监测系统设置一体的结构示意图，如图3所示，本发明实施例的轮胎胎压监测系统位于轮胎5内部的轮毂51上，为了表达清晰，图中的轮胎胎压监测系统做了放大绘制处理，在实际制作以及应用中，本发明实施例的轮胎胎压监测系统可微型化制作，不会影响橡胶轮 胎的拆装以及轮胎的正常运行等。
图4为本发明实施例的轮胎胎压监测系统的电路示意图，如图4所示，发电装置1连接储能装置4的输入端，轮胎监测模块3连接储能装置4的输出端。
发电装置1依靠轮毂51转动和/或震动进行发电，并向储能装置4的输入端输送电能。储能装置4对发电装置1输送的电能进行存储，并且储能装置4的输出端为轮胎监测模块3提供电能。轮胎监测模块3在电能下工作，监测轮胎5内的压力和温度，并发送压力信号和温度信号。
当车辆运动时，轮毂5转动并将转动产生的机械能通过固定装置2传递至发电装置1，和/或，当车辆运动产生震动时，固定装置2将轮毂5震动产生的机械能传递至发电装置1，发电装置1依靠来自于轮毂5转动和/或震动所产生的机械能产生并输送电能至储能装置4，储能装置4存储电能并向轮胎监测模块3提供电能，使轮胎监测模块3在不需要电池的情况下，仅依靠发电装置1的电能也能正常工作。轮胎监测模块3将检测到的轮胎内部的压力信号和温度信号等其他信号后发送至驾驶室的监视器，可以使驾驶员在车辆行驶时，实时获取到轮胎内部的胎压和温度。本发明的自供电的轮胎胎压监测系统，不需电池进行供电，仅仅通过将车辆运动产生的机械能转换为电能，就可以实现对温度、压力等其他信号的检测，保证轮胎内部的轮胎监测模块正常工作，从而避免了现有技术中因电池耗尽无法正常供电带来的安全隐患以及更换电池步骤繁琐的问题，更进一步具有制作、使用成本低，对于汽车行驶时的压力、温度检测可靠性高的技术效果。
储能装置4可设置在轮胎监测模块3上，也可以独立设置。储能装置4还能够进一步将发电装置1产生的多余的电能存储起来，当汽车静止不动时也能保证轮胎胎压监测系统工作；而且储能装置为各用电部件提供更加稳定的电能，能够增加本发明实施例的轮胎胎压监测系统的使用寿命。
图5为本发明实施例的包括稳压整流滤波单元的轮胎胎压监测系统的电路示意图，如图5所示，轮胎胎压监测系统还包括：稳压整流滤波单元6；
发电装置1通过稳压整流滤波单元6与储能装置4电连接；稳压整流滤波单元6将发电装置1输送的电能进行稳压、整流和滤波处理后输送至储能 装置4的输入端。
具体地，稳压整流滤波单元6的输入端与发电装置1相连，稳压整流滤波单元6的输出端与储能装置4的输入端相连。轮胎监测模块3需要在稳定的直流电下工作，而发电装置1通过机械能转化为的电能一般为交流电，因此稳压整流滤波单元6对发电装置1产生的交流电进行整流、滤波和稳压处理后，再输入至储能装置4，使储能装置4能够为轮胎监测模块提3供稳定的直流电的电能。稳压整流滤波单元6具体包括整流桥等电路模块。
图6为本发明实施例的固定装置的结构示意图，如图6所示，固定装置2包括：连接带21和锁紧结构22。
连接带21的两端通过锁紧结构22连接在一起并环绕在轮毂5的外侧凹槽51上；连接带21的长度与轮毂5的外侧凹槽51的周长相适应；连接带21由多个弧形板211两两之间通过连接件212连接构成；弧形板211的弧度与轮毂5的弧度相适应；每个发电装置固定安装于弧形板211上。
弧形板211为具备机械强度的硬质材料，例如钢铁、铝合金，以及亚克力等高分子聚合物材料。若干块弧形板211通过连接件212两两连接在一起形成一种类似于链条结构的连接带21，弧形板211的块数及尺寸大小由轮毂的尺寸大小决定，可以使固定装置适合于多种尺寸的轮毂，方便加工。锁紧结构22安装在连接带21的两端，通过锁紧结构22的连接使固定装置2形成一个封闭的环状结构，能够环绕在轮毂的外侧凹槽上。固定装置1一方面有利于机械能的传导，另一方面使本发明的轮胎胎压监测系统与轮毂相贴合，结构紧凑，不会发生零件散落在轮胎内部，造成安全隐患。
进一步地，连接件为铰链连接副。
若干块弧形板通过铰链连接副两两连接在一起。铰链连接副具有两个连接端，两个连接端将两个弧形板一端连接一起，可以避免弧形板在轮毂上相对滑动。
图7a为本发明实施例的一发电装置的立体结构示意图，图7b为本发明实施例的一发电装置的正视剖面图，图7c为本发明实施例的一发电装置的侧视剖面图，如图7a、7b和7c所示，可选地，本发明实施例中一种结构的发 电装置1包括：支撑桶12、连接杆13、撞球14和至少一个发电机11。
至少一个发电机11铺设于支撑桶12的内部端面和/或内部柱面上，至少一个发电机11串联和/或并联在一起后形成两个信号输出端。
撞球14位于支撑桶12内部，支撑桶12通过连接杆13固定连接于弧形板211上。
当轮毂转动和/或震动时，撞球14在支撑桶12的内部自由活动而碰撞挤压发电机11，使得发电机11从两个信号输出端输出电能，两个信号输出端与轮胎监测模块电连接。
支撑桶12可以为圆柱桶形结构或棱柱形结构等，支撑桶12的两个端口通过盖板121封闭，支撑桶12的两端面处分别设置有发电机11，支撑桶12的内圆柱面上也设有发电机11，支撑桶12的材料为铁、铝合金、亚克力板等，具备较强的机械强度，支撑桶12下垂直连接连接杆13。连接杆13起连接支撑桶12与弧形板211的作用，其连接形式可以为焊接或机械连接等，保证连接后支撑桶12不会与弧形板发生相对位移。撞球14为圆球状，设置在支撑桶12内部且可以自由活动，当轮毂转动或者震动时，撞球14与支撑桶12之间发生相对位移，挤压支撑桶12的两内部端面及内部柱面上的发电机11，使发电机11产生电能。
如图7a、7b和7c所示，进一步地，连接杆13上设有中空结构，中空结构具体可以为通孔，中空结构与支撑桶12内部连通，从中空结构中引出与发电机11的两个信号输出端分别相连的两个电极引线15，储能装置4与两个电极引线15连接。发电机11之间通过导线16连接，最后通过电极引线15引出，将产生的电能输入储能装置。
具体地，发电机11可以为摩擦发电机或者氧化锌压电发电机。氧化锌压电发电机是基于规则的氧化锌纳米线形成的发电机，挤压氧化锌纳米线能够使氧化锌压电发电机产生电能。摩擦发电机的具体原理将在下边具体详述。
图8为本发明实施例的一发电装置的工作原理示意图，如图8所示，图中以垂直方向和水平方向为基准将轮胎分为四个工作区域，分别为区域a1至区域a4，同时以垂直方向与轮胎的交点以及水平方向与轮胎的交点为基 准，在轮胎选取四个典型位置，分别为位置b1至位置b4。在车辆以低于某限定速度匀速行驶过程中，在位置b1处的发电装置的撞球14达到了力的平衡，其与支撑桶12无相对移动，当此发电装置转动至区域a1时，撞球14因自身重力作用，有沿支撑桶12内壁向下滑动的趋势，通过合理计算设置支撑桶12的长度与车速之间的关系保证在发电装置到达位置b2之前撞球14与支撑桶12的下端面发生撞击，这一过程中，撞球14沿支撑桶12的内壁滑动挤压了设置在支撑桶的柱面上的发电机，而且撞球14与支撑桶12的端面撞击挤压了设置在支撑桶的端面上的发电机，使发电机因挤压进而发电。当此发电装置过了位置b2进入区域a2时，在此过程中撞球14再一次达到了力的平衡，与支撑桶12无相对移动。当此发电装置过了位置b3进入区域a3时，因撞球自身重力作用，撞球14有沿支撑桶12的内壁向下滑动的趋势，通过合理计算设置支撑桶12的长度与车速之间的关系保证在发电装置到达位置b4之前撞球14与支撑桶12的另一端面发生撞击，这一过程中，撞球14沿支撑桶12的内壁滑动挤压了支撑桶的柱面上的发电机，并且撞球14与支撑桶12的端面撞击挤压了支撑桶的端面上的发电机，使发电机因挤压进而发电；当此发电装置过了位置b4进入区域a4，在此过程中撞球14再一次达到了力的平衡，与支撑桶无相对移动。此后发电装置回到位置b1。因此，本发明实施例的各发电装置随车辆的匀速运行不断的重复上述过程产生电能，为轮胎监测模块提供所需电能。
当车辆速度过快，撞球14在离心力作用下与支撑桶12之间不能发生相对移动时，但是因车辆高速行驶不可避免的会发生颠簸与速度变化，所以此时撞球还是会发生相对移动进而挤压支撑桶内部的端面和柱面上的发电机产生电能。
当车辆在加速或减速过程中，因离心力的变化，撞球会随速度的变化给支撑桶端面上的发电机施加不同的力以使发电装置发电。
当车辆运行中颠簸时，撞球也会随颠簸不规律地撞击支撑桶的端面和柱面上的发电机进而使发电装置产生电能。
根据上述运行情况，在车辆行驶时，本案的发电装置均可连续的发电，提供电能给轮胎监测模块使用。
进一步，至少一个发电装置中的支撑桶的长度分别被设置为适用于轮胎的不同速度范围。
将发电装置的支撑桶设置不同长度，以适应不同速度下的发电。如每个轮毂上的发电装置设置四组长度的支撑桶，每组支撑桶的长度分别以L1、L2、L3和L4表示且L1＞L2＞L3＞L4。L1长度最长，适用于汽车行驶速度为0-30码时发电；L2相对L1短一些，适用于汽车行驶速度为0-60码时发电；L3相对L2短一些，适用于汽车行驶速度为0-90时发电；L4最短，适用于汽车行驶速度为0-120码时发电。支撑桶越长的发电装置，一个运动周期（轮毂旋转一周）的发电量会越大。
图7a、7b和7c所示的发电装置，充分利用车辆运行过程中，轮毂的震动及速度变化使撞球挤压发电机发电，同时在车辆匀速运行时通过撞球的自身重力与轮毂转动带来的离心力的合成也可以使撞球挤压发电机发电，实现任何行驶状态下均可发电，保证轮胎监测模块的连续稳定工作。
图9为本发明实施例的轮胎监测模块的电路示意图，如图9所示，微控制器34连接压力传感器31、温度传感器32和无线发射单元33，微控制器34接收压力传感器31发送的压力信号并经过处理后通过无线发射单元33发出，微控制器34接收温度传感器32发送的温度信号并经过处理后通过无线发射单元33发出。
其中，无线发射单元33可选为RF发射单元，微控制器34可选为单片机，温度传感器32可选为贴片式温度传感器。
图10为本发明实施例的轮胎监测模块和弧形面板结合的结构示意图，如图10所示，进一步地，轮胎监测模块集成在弧形面板7上，弧形面板7安装在多个弧形板中的其中一个上。轮胎监测模块包括：压力传感器31、温度传感器32、微控制器34和无线发射单元33。其中，储能装置4设置在轮胎监测模块3上。
图11a为本发明实施例的包括另一发电装置的轮胎胎压监测系统的立体结构示意图，图11b为图11a轮胎胎压监测系统中包含的悬臂梁式摩擦发电机的立体结构示意图，如图11a和11b所示，可选地，发电装置包括：摩擦发电机111和质量块17。
摩擦发电机111的下端固设于弧形板211上，摩擦发电机111所在平面与弧形板211所在平面垂直且摩擦发电机111所在平面与轮毂的转动方向垂直；摩擦发电机111内部具有摩擦界面19，构成摩擦界面19的两个相对面中的一个面为悬臂梁18，质量块17固设于悬臂梁18的上端，构成摩擦界面19的两个相对面中的另一个面的高度保证质量块17运动时不被阻挡；轮毂转动和/或震动使质量块17带动悬臂梁18运动，使得摩擦界面19产生摩擦进而从摩擦发电机111的两个信号输出端输出电能，信号输出端与轮胎监测模块3电连接。
当摩擦发电机损坏时，为了方便更换，可选地，可以将摩擦发电机111的下端通过支撑弧板8固设于弧形板211上，摩擦发电机111的下端固设于支撑弧板8上，支撑弧板8固设于弧形板211上，这样当摩擦发电机损坏时，可以直接拆卸支撑弧板，便可将其与弧形板分离。
图11a和11b所示的摩擦发电机主要通过具有较大重量的质量块17带动悬臂梁18运动，进而使摩擦发电机111中构成摩擦界面19的两个相对面进行摩擦，产生能够供轮胎监测模块连续工作的电能。
下面通过四个具体示例介绍本发明实施例的摩擦发电机的三层结构、四层机构和五层结构。各层结构的摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个相对面，构成摩擦界面的两个相对面中的至少一个面上设有微纳结构。
示例一
图12a为本发明示例一中的一摩擦发电机的正视剖面图，图12b为本发明示例一中的另一摩擦发电机的正视剖面图，如图12a和12b所示，三层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层1111，第一高分子聚合物绝缘层1112，以及第二电极层1113；其中，第一电极层1111设置在第一高分子聚合物绝缘层1112的第一侧表面上；第一高分子聚合物绝缘层1112的第二侧表面朝向第二电极层1113设置，第一高分子聚合物绝缘层1112和第二电极层1113之间构成摩擦界面，第一电极层1111和第二电极层1113构成摩擦发电机的信号输出端。
当该摩擦发电机受到压力时，第二电极层1113与第一高分子聚合物绝缘层1112表面相互摩擦产生静电荷，从而导致第一电极层1111和第二电极层 1113之间出现电势差。由于第一电极层1111和第二电极层1113之间电势差的存在，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。当该摩擦发电机受到的压力消失时，这时形成在第一电极层1111和第二电极层1113之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极层1111和第二电极层1113之间将再次产生反向的电势差。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脉冲电信号。可以通过稳压整流滤波单元将摩擦发电机产生的交流脉冲电信号转化为单向的脉动的直流电，再输入至储能装置。
对于示例一的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层1112为选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维素海绵薄膜、再生海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的任意一种。
第一电极层1111所用材料是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。
第二电极层1113所用材料是金属或合金；其中，金属是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。
可选地，构成摩擦界面的两个相对面中的至少一个面上设有微纳结构。如图12b所示，第一高分子聚合物绝缘层1112的第二侧表面上设有微纳结构 1117。当摩擦发电机受到挤压时，微纳结构1117能够使第一高分子聚合物绝缘层1112与第二电极层1113的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极层1111和第二电极层1113处感应出较多的电荷。上述的微纳结构1117具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构。
图12c为本发明示例一中的摩擦发电机、质量块和悬臂梁的正视剖面图，如图12c所示，对应图11b示出的发电装置，该摩擦发电机与12a和12b中摩擦发电机的不同之处在于第一高分子聚合物绝缘层1112和第二电极层1113之间构成的摩擦界面19的两个相对面中的一个面，即第二电极层1113的上端设有质量块17，并且第二电极层1113为该发电装置的悬臂梁18。车辆行驶时，质量块17带动悬臂梁18运动，使第一高分子聚合物绝缘层1112和第二电极层1113在摩擦界面19处摩擦产生电能。
示例二
图13a为本发明示例二中的一摩擦发电机的正视剖面图，图13b为本发明示例二中的另一摩擦发电机的正视剖面图，如图13a和13b所示，四层结构的摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层1111，第一高分子聚合物绝缘层1112，第二高分子聚合物绝缘层1114以及第二电极层1113；其中，第一电极层1111设置在第一高分子聚合物绝缘层1112的第一侧表面上；第二电极层1113设置在第二高分子聚合物绝缘层1114的第一侧表面上；第一高分子聚合物绝缘层1112的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层1114的第二侧表面相对设置，第一高分子聚合物绝缘层1112和第二高分子聚合物绝缘层1114之间构成摩擦界面，第一电极层1111和第二电极层1113构成摩擦发电机的信号输出端。
图13a和图13b所示的摩擦发电机的工作原理与示例一所示的摩擦发电机的工作原理类似。区别仅在于，当图示例二中所示的摩擦发电机的各层受到挤压时，是由第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的表面相互摩擦来产生静电荷的。因此，关于示例二中的的摩擦发电机的工作原理此处不再赘述。
对于示例二的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层1112和第二高分子聚合物绝缘层1114所用的材料可以与示例一的第一高分子聚合物绝缘层1112所用的材料相同，此处不再赘述。
第一高分子聚合物绝缘层1112和第二高分子聚合物绝缘层1114的材质可以相同，也可以不同。如果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第一高分子聚合物绝缘层1112与第二高分子聚合物绝缘层1114的材质不同。
第一电极层1111和第二电极层1113所用的材料可以与示例一的第一电极层1111所用的材料相同，此处不再赘述。
可选地，构成摩擦界面的两个表面中的至少一个表面上设有微纳结构。如图13b所示，第一高分子聚合物绝缘层1112的第二侧表面上设有微纳结构1117。当摩擦发电机受到挤压时，微纳结构1117能够使第一高分子聚合物绝缘层1112与第二高分子聚合物绝缘层1114的相对表面更好地接触摩擦，并在第一电极层1111和第二电极层1113处感应出较多的电荷。上述的微纳结构1117可以参照示例一的微纳结构设置，此处不再赘述。
示例二中的摩擦发电机还可以为在图12c中三层结构的基础上增加一层高分子聚合物绝缘层的四层结构的摩擦发电机，即该摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极层。第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间构成摩擦界面。质量块可以设置在以下结构中任意之一的上端：第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、第二电极层。上端具有质量块的结构即为该发电装置的悬臂梁。车辆行驶时，质量块带动悬臂梁运动，使构成摩擦界面的两个相对面进行摩擦产生电能。
示例三
图14为本发明示例三中的摩擦发电机的正视剖面图，如图14所示，摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层1111，第一高分子聚合物绝缘层1112，居间薄膜层1115，第二高分子聚合物绝缘层1114以及第二电极层1113；其中，第一电极层1111设置在第一高分子聚合物绝缘层1112的第一侧表面上；第二电极层1113设置在第二高分子聚合物绝缘层1114的第一侧表面上； 居间薄膜层1115为聚合物薄膜层，设置在第一高分子聚合物绝缘层1112的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层1114的第二侧表面之间，第一高分子聚合物绝缘层1112和居间薄膜层1115之间形成摩擦界面，和/或，第二高分子聚合物绝缘层1114和居间薄膜层1115之间形成摩擦界面，第一电极层1111和第二电极层1113构成摩擦发电机的信号输出端。
其中，居间薄膜层1115和第一高分子聚合物绝缘层1112相对设置的两个相对面中的至少一个面上设有微纳结构（图未示），和/或居间薄膜层1115和第二高分子聚合物绝缘层1114相对设置的两个相对面中的至少一个面上设有微纳结构（图未示），关于微纳结构的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。
在图14所示的实现方式中，居间薄膜层1115是一层聚合物薄膜，因此实质上与图13a和图13b所示的实现方式类似，仍然是通过聚合物（居间薄膜层1115）和聚合物（第一高分子聚合物绝缘层1112）和/或聚合物（居间薄膜层1115）和聚合物（第二高分子聚合物绝缘层1114）之间的摩擦来发电的。因此，关于图14所示的摩擦发电机的工作原理此处不再赘述。
对于示例三中的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层1112、第二高分子聚合物绝缘层1114和居间薄膜层1115所用的材料可以与示例一的第一高分子聚合物绝缘层1112所用的材料相同，此处不再赘述。
第一高分子聚合物绝缘层1112、第二高分子聚合物绝缘层1114和居间薄膜层1115的材质可以相同，也可以不同。如果三层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。优选地，第一高分子聚合物绝缘层1112与居间薄膜层1115的材质不同。第一高分子聚合物绝缘层1112与第二高分子聚合物绝缘层1114优选相同，能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。
第一电极层1111和第二电极层1113所用的材料可以与示例一的第一电极层1111所用的材料相同，此处不再赘述。
示例三中的摩擦发电机还可以为在图12c中三层结构的基础上增加一层高分子聚合物绝缘层及一层居间薄膜层的五层结构的摩擦发电机，该摩擦发电机的包括依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，居间薄 膜层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极层。质量块可以设置在居间薄膜层的上端。居间薄膜层的上端具有质量块，居间薄膜层为该发电装置的悬臂梁。车辆行驶时，质量块带动悬臂梁运动，使构成摩擦界面的相对面进行摩擦产生电能。
示例四
图15a为本发明示例四中的摩擦发电机的正视剖面图，如图15a所示，摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层1111，第一高分子聚合物绝缘层1112，居间电极层1116，第二高分子聚合物绝缘层1114以及第二电极层1113；其中，第一电极层1111设置在第一高分子聚合物绝缘层1112的第一侧表面上；第二电极层1113设置在第二高分子聚合物绝缘层1114的第一侧表面上；居间电极层1116设置在第一高分子聚合物绝缘层1112的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层1114的第二侧表面之间，第一高分子聚合物绝缘层1112和居间电极层1116之间形成摩擦界面，和/或，第二高分子聚合物绝缘层1114和居间电极层1116之间形成摩擦界面，居间电极层1116、第一电极层1111和第二电极层1113相连构成摩擦发电机的第一信号输出端，居间电极层1116构成摩擦发电机的第二信号输出端。
其中，第一高分子聚合物绝缘层1112相对居间电极层1116的面和居间电极层1116相对第一高分子聚合物绝缘层1112的结构中的至少一个面上设置有微纳结构（图未示）和/或第二高分子聚合物绝缘层1114相对居间电极层1116的面和居间电极层1116相对第二高分子聚合物绝缘层1114的面中的至少一个面上设置有微纳结构（图未示）。关于微纳结构的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。
图15a所示的摩擦发电机的工作原理与图14所示的摩擦发电机的工作原理类似。区别仅在于，当图14所示的摩擦发电机的各层受到压力而形变时，是由居间电极层1116与第一高分子聚合物绝缘层1112和/或居间电极层1116与第二高分子聚合物绝缘层1114的表面相互摩擦来产生静电荷的。因此，关于图15a所示的摩擦发电机的工作原理此处不再赘述。
对于示例四的摩擦发电机，第一高分子聚合物绝缘层1112和第二高分子聚合物绝缘层1114所用的材料可以与示例一的第一高分子聚合物绝缘层 1112所用的材料相同，此处不再赘述。
第一高分子聚合物绝缘层1112和第二高分子聚合物绝缘层1114的材质可以相同，也可以不同。优选的，第一高分子聚合物绝缘层1112与第二高分子聚合物绝缘层1114的材质相同，能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。
第一电极层1111和第二电极层1113所用的材料可以与示例一的第一电极层1111所用的材料相同，此处不再赘述。
居间电极层1116所用的材料可以与示例一的第二电极层1112所用的材料相同，此处不再赘述。
图15b为本发明示例四中的摩擦发电机、质量块和悬臂梁的正视剖面图，如图15b所示，该摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极层1111，第一高分子聚合物绝缘层1112，居间电极层1116，第二高分子聚合物绝缘层1114以及第二电极层1113。第一高分子聚合物绝缘层1112和居间电极层1116之间形成摩擦界面19，和，第二高分子聚合物绝缘层1114和居间电极层1116之间形成摩擦界面19。构成摩擦界面19的一个面，即居间电极层1116的上端设有质量块17，并且居间电极层1116为该发电装置的悬臂梁18。车辆行驶时，质量块17带动悬臂梁18运动，使居间电极层1116和第一高分子聚合物绝缘层1112在摩擦界面19处摩擦产生电能，和，使居间电极层1116和第二高分子聚合物绝缘层1114在摩擦界面19处摩擦产生电能。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。