充气轮胎结构与电子装置的结合产生了很多实用的优点。轮胎电 子元件可以包括传感器和其它组件，用来传递轮胎识别参数以及获得 关于轮胎的各种物理参数的信息，例如温度、压力、转数和车速等等。 这些性能信息对于轮胎监测和报警系统而言是非常有用的，并且还可 能用在调节适当的轮胎压力水平的反馈系统中。
美国专利No.5,749,984(Frey等)公开了一种轮胎监测系统和方法， 其可以确定轮胎信息，例如轮胎偏转(tire deflection)、轮胎速度以及 轮胎转数。轮胎电子系统的另一实施例可以参见美国专利No. 4,510,484(Snyder)，该专利是关于一种轮胎异常状况的报警系统。美国 专利No.4,862,486(Wing等)也是关于轮胎电子元件的，并更具体地公开 了一种典型的用在汽车及卡车轮胎上的转数计数器。关于轮胎压力监 测系统内容的例子可参见美国专利No.4,004,271(Haven等)、No. 4,742,857(Gandhi)、No.5,616,196(Loewe)以及No.5,928,444(Loewe等)。
与轮胎结构相结合的电子系统所提供的其它潜在性能是商用车辆 应用的资产跟踪及工作特性。商用卡车车队、航空飞行器以及重型推 土机/矿车都是可以利用轮胎电子系统及相关信息传递的可行行业。轮 胎传感器可确定车辆中各轮胎的行驶距离，从而帮助这些商用系统制 定维修计划。对于一些更昂贵的应用而言，例如重型采矿设备，可以 优化车辆位置及性能。利用RF标签发射装置可以跟踪整个车队，其示 例性的内容公开于美国专利No.5,457,447(Ghaem等)中。
这种被集成的轮胎电子系统通常利用多种技术以及不同的发电系 统进行供电。美国专利No.4,061,200(Thompson)和No. 3,760,351(Thomas)公开了利用轮胎运动而产生能量的机械特征的实 例。这些实例提供了笨重且复杂的系统，其通常不适用于现代轮胎应 用。美国专利No.4,510,484(Snyder)公开了另一种为轮胎电子系统供电 的选择，即相对于一围绕轮胎径向中心线对称设置的压电簧片电源。
为轮胎电子系统供电的另一种典型的解决方案是利用不可充电电 池，其本身不便于轮胎使用者的使用，因为这种电子系统的正确操作 依赖于电池的定期更换。并且常规电池通常也含有对环境有害的重金 属而不易处理，特别是在大量应用的情况下。此外，当被供电的电子 应用具有较复杂的功能特征时，电池的电能消耗太快。特别是在相对 较远距离间传输信息的电子系统中，例如从卡车车轮位置到卡车驾驶 室的接收装置，电池储能的消耗通常就很快。即便电池是应用于从车 轮位置到一个较近的接收位置的电子系统中，一般是由硬线传输介质 将信息从RF接收位置传送到车辆驾驶室，然而这也需要在车辆上安装 额外的并且通常较昂贵的通信硬件。
另外一种为轮胎监测系统获取电能的已知方法是从靠近轮胎及集 成了电子特性的询问天线(interrogation antenna)中提取RF波束能量。 提取天线发出的能量来为电子元件供电，并且这些电子元件必须特别 限制为几个微瓦的超低功率。由于传输范围的限制，与由波束供电的 电子元件一同使用的询问天线必须安放在相对非常靠近各个车轮的位 置上(在两英尺以内)。这通常要求每辆汽车具有多个询问天线，从 而增加了潜在的设备成本。各天线也极易因为路面条件恶劣而遭受损 坏，基于上述的多种原因，这种方法并不是为轮胎电子应用供电的最 理想的解决方案。
现在已有多种已知的收集电能并为轮胎电子系统供电的方法。然 而，这些已知的技术内容在某些轮胎应用中无法采用。同样，需要提 供一种为轮胎电子应用而收集电能的改进方法。
进一步根据本发明，可以理解某些与轮胎结构固有关联的电特性。 例如，运动的车辆以及其所具有的轮胎组件会积累静电。除非提供一 个接地通路，否则运动车辆所累积的静电会达到相当高的电压。由于 多种原因所导致的这种电荷累积是有害的。例如，电荷的出现会形成 干扰源，从而对包括无线电接收的汽车电路产生不良作用。过多的电 荷也可能会产生火花，从而在加油期间产生安全隐患。此外，由车辆 所有者来进行电荷接地，通常需要上、下车，这对于所有者而言也是 特别不方便的。
可以利用轮胎来提供一个接地效果，以释放掉车内累积的静电。 然而，这并不要求轮胎结构所用的所有材料都是必需导电的。导电的 橡胶组合物通常由含有很高比例的炭黑的混合物构成。相反地，相对 不导电的橡胶组合物则是硅的含量比炭黑含量高出很多。通常，针对 炭黑增加相应比例的硅可以降低轮胎的导电率。
尽管硅基组合物通常导电性较差，但是使用硅作轮胎胎面部分的 增强材料可以提供在潮湿条件下增强的制动性能，同样还可以减小轮 胎滚动阻力。因此，提出了通过电绝缘轮胎胎面来提供导电通路的方 法。例如，参见美国专利No.5,937,926(Powell)、No.6,220,319(Reuter) 和No.6,269,854，在此结合这些申请全部内容作为参考。
认识到关于发电以及静电释放的需要，在轮胎环境下，根据本发 明提供的各种导电通路除了能为累积的静电提供一个接地通路外，其 还可在轮胎中为车辆应用提供双重功能。由于在许多情况下与轮胎结 构相连的电子组件需要配备某种电源，因而可以导流并储存轮胎内的 累积静电为电子元件供电。尽管已经分别研究出与轮胎结构相关的电 能收集以及静电释放方法，但是不存在包含了根据本发明下述的所有 需要的技术特征的技术方案。

考虑到现有技术遇到的以及本发明中所提出的上述问题，研究出 了一种为结合在轮胎结构内部的电子系统供电的改进的系统和方法。 一具有通常不导电部分的充气轮胎结构可被配置成具有至少一个导电 段，该导电段沿轮胎结构径向设置从而提供了一个通道，使累积的静 电可以释放到地面上，同时一部分流经该通道的电荷被一储能装置收 集。足够量的这种储存电能可以为与轮胎组件相连的各种电子组件供 电，其中各种电子组件例如充电电池、各种状态响应装置以及射频(RF) 发射装置。
根据在此公开的技术的更具体内容，本发明的一个目的旨在提供 一种集成了自供电电子组件的充气轮胎。这种电子组件接收来自储存 电荷的电能，该储存电荷是车轮组件所收集的静电的结果，并且这些 电子组件可以是各种装置，例如充电电池、转数计数器、主动式RFID 收发装置等。更进一步的电子应用是关于被设计为测量和发送有关轮 胎状态(例如压力和温度)信息以及其它关于轮胎转数或基本轮胎识 别变量等信息的电子组件。
根据所公开技术的其它内容，本发明的另一个目的是为轮胎电子 组件提供一种发电装置，其采用在轮胎结构中形成的导电通路。这种 导电通路为释放掉在轮胎组件内累积的静电提供了一条途径，因为轮 胎的某些部分是由相对较高的阻抗材料制成的。通过捕获并储存在导 电通路中流动的电荷，可以为轮胎电子组件供电。
本发明的轮胎电子组件以及特殊的电能收集技术的各种特征和内 容具有许多优点。在此公开的技术提出了一种自供电的电子系统，其 不依赖于电池的更换。尽管还可以将电池或电池操作装置结合本发明 内容使用，但根据本发明可以降低只由电池供电的轮胎电子元件的复 杂性。
本发明的另一优点是可以提供相对于传统轮胎监测系统来说具有 更少的所需信号硬件量的轮胎监测系统。通过提供一自供电的轮胎监 测系统，不再需要提取天线或者带有附加硬线连接的多个接收位置。 这种轮胎监测系统的组件可以结合在给定车辆的每个单独轮胎结构 内，从而使每个单独的接收装置(一般位于驾驶室内)都可以获得由 各轮胎所集成的电子元件发出的信息。
本发明的另一个优点是对用在轮胎及车轮组件内部的电子设备的 种类和数量限制的很少。通过传统方法供电的电子元件通常限制为超 低功率装置。根据本发明的装置可以不受这种极限功率的限制。当可 以使用更多的组件和/或高电平设备时，该优点还帮助轮胎电子元件发 挥更大的功效。
本发明的另一优点是在此公开的发电以及利用该电能的系统和方 法可以用在多种现有应用中。可以用在例如商用车队、飞机、采矿/重 型推土机等应用中的测量能力、检测和警告系统、车辆反馈系统、以 及资产位置跟踪。
在本发明的一个实施例中，一轮胎组件被配置成在充气轮胎结构 转动期间存储被累积的电荷，该轮胎组件包括一轮胎结构、一导电材 料部分和一储能装置。更具体地说，该轮胎结构的特点在于具有一与 地面接触的外胎面部分的胎冠、将所述充气轮胎结构固定到车轮轮辋 上的胎边部分、在胎边部分和胎冠部分之间延伸的侧壁部分、以及内 衬。导电材料部分插入到所述内衬和所述外胎面部分之间的空间内， 以至少部分地构成了一个导电通路，使积累在所述充气轮胎结构内部 的电荷可以通过该通路流到与所述外胎面接触的地面上。储能装置， 例如电容器或充电电池，与所述导电材料部分相连，以进一步构成该 导电通路，使积累在所述轮胎结构内部的电荷可以通过该通路流出， 并储存一定量的所述电荷。
本发明的附加实施例可以包括上述实施例的选定特征并与各种其 它元件相结合。例如，附加实施例还可以包括选定的二级管元件，其 与所述储能装置相结合。一个这种二极管可以与所述储能装置串连， 以防止储存在所述储能装置内的电荷反向放电。另一个这种二极管可 以是与所述储能装置并联的齐纳二极管，以在轮胎结构中形成一备用 导电通路，为所述储能装置提供过电压保护。由导电材料部分和相连 的电能收集电路构成的导电通路可以通过在导电通路旁设置绝缘材料 来进一步限定。当从轮胎静电中收集了能量，该能量可以用来给与轮 胎相连的其它组件供电，其中组件例如一状态响应装置、一射频(RF) 发射装置、一微控制器等等。
本发明的另一实施例是关于具有自供电电子组件的轮胎组件，包 括一充气轮胎结构、至少一部分导电材料和至少一电子组件。该充气 轮胎结构的特点在于具有一与地面接触的外胎面部分的胎冠、将所述 充气轮胎结构固定到车轮轮辋上的胎边部分、在胎边部分和胎冠部分 之间延伸的侧壁部分、以及内表面。该至少一部分导电材料插入到所 述内衬和所述外胎面部分之间的空间内，以至少部分地构成一个导电 通路，使积累在所述充气轮胎结构内部的电荷可以通过该通路流到与 所述外胎面接触的地面上。该至少一个与所述导电通路相连的电子组 件优选地与该导电通路相连，并由流经所述导电通路的电荷供电。该 至少一个电子组件可以是转数计数器、状态响应装置、或其它组件。 应该理解，组件的各种组合也可以由通路内的电荷供电。
本发明的另一实施例涉及一种从转动轮胎的静电中收集电能的方 法。这种方法包括提供一轮胎结构的步骤，该轮胎结构的特点在于具 有一与路面接触的外胎面部分的胎冠、将所述充气轮胎结构固定到车 轮轮辋上的胎边部分、在胎边部分和胎冠部分之间延伸的侧壁部分、 以及内衬。该轮胎结构还优选地包括插入到所述内衬和所述外胎面部 分之间的空间内的至少一部分导电材料，以构成一个导电通路，使积 累在所述充气轮胎结构内部的电荷可以通过该通路流到与所述外胎面 接触的地面上。本发明的电能收集方法的另一步骤涉及转动所述轮胎 结构，从而使所述轮胎结构的胎面部分接触地面。该转动步骤优选地 在所述轮胎结构内产生静电荷，从而使该静电荷流过所述至少一部分 导电材料。关于该示例性的电能收集方法的最终步骤是在一个储能装 置，例如电容器或充电电池中，储存一部分在转动步骤中所产生的静 电荷。
在下文的详细说明书中阐述了本发明的其它目的和优点，或者使 其对本领域技术人员来说是显而易见的。同样，可以进一步理解对这 里特别示出的、参考的以及描述的特征和步骤所作出的改进和变型可 以应用在本发明的各种实施例和用途中，而不偏离本发明的宗旨和范 围。变型可以包括，但不限于，那些图示出的、参考的或讨论的等效 装置、特征或步骤，以及各种部件、特征以及步骤的功能性的、操作 性的、或者位置上的颠倒，以及其它。
另外，应当理解，本发明不同的实施例以及所给出的不同的优选 实施例，应当包括在此公开的特征、步骤、或元件、或其等效物的各 种组合或构型(包括未在附图中明确示出的或未在这些附图的详细说 明中阐述过的，上述特征、部件、或步骤、或结构的组合)。未在该 发明内容部分中阐述的本发明的附加实施例，可以包括并且结合在上 述发明内容中参考的特征、组件、步骤和/或该申请讨论的其它特征、 组件、或步骤等的各种组合。本领域技术人员在阅读该说明书余下部 分的基础上可以更好地理解这些实施例的特征、内容以及其它

说明书中阐述了本发明所公开的全部且能实现的内容，包括指导 本领域普通技术人员的最佳实施方式，这些内容可参考附图，其中：
图1示出了示例性的充气轮胎结构的一般剖面图；
图2示出了本发明一个示例性的实施例的详细剖面图，该实施例中 具有成型在胎体结构内的导电通路，用以将静电荷导流至储能装置以 及使静电荷释放到地面上；
图3示出了本发明另一实施例的详细剖面图，其具有成型在胎体结 构内的导电通路，用于将静电荷导流至储能装置以及用于使静电荷释 放到地面上；
图4给出了一个示意图，其表示出了根据本发明的一种与储能装置 相连的示例性电能收集电路；
图5A给出了一个方块图，其表示出了根据本发明的示例性自供电 电子元件，包括有电能收集电路设备和轮胎电子组件，并且表示出了 它们之间的相互作用。
图5B给出了一个方块图，其表示出了根据本发明的示例性的集成 自供电电子元件，包括有电能收集电路设备和轮胎电子组件，并且表 示出了它们之间的另一种相互作用。
图6给出了一个方块图，其表示出了一种根据在此公开的技术的示 例性轮胎电子组件；
图7给出了一个方块图，其表示出了一种根据本发明的示例性的远 程接收装置结构。
在整篇说明书和附图中所重复使用的附图标记应表示本发明的相 同或相似的特征或元件。

如本发明的发明内容部分所述，本发明具体涉及到一种在轮胎结 构内收集电能的系统和方法，同时还给出了用以释放来自轮胎结构的 累积电荷的技术特征。然后，收集到的电荷累积量足够多时，则可用 于给电子系统供电，其中电子系统例如包括识别各种轮胎物理参数的 电子组件以及射频发射装置等。
用于释放来自轮胎结构内部的静电累积的技术特征包括插在轮胎 结构内外表面之间的导电材料部分。在图1至图3中示出了这种导电材 料部分及其与轮胎结构的连接关系的技术内容。在图2至图4中示出了 使用由在轮胎内的导电材料部分限定出的导电通路的储能装置及其它 电能收集电路。在图6中表示出了一包括状态响应装置、微控制器和一 个RF发射装置的轮胎电子系统的实例。分别参照图5A和图5B对电能收 集电路以及轮胎电子系统之间的相互作用进行讨论。最后，在图7中表 示出了用于获得来自示例轮胎电子系统所传送的信息的远程接收装置 结构的实施例。
对上述公开技术内容的特定组合对应于本发明的多个不同实施 例。应注意到，这里所给出并讨论的各实施例绝不暗指对本发明的限 制。图示出的或描述的、作为一个实施例一部分的特征或步骤可以和 另一实施例内容相结合从而产生另外的实施例。因此，某些特征可以 与一些未明显提及但能完成相同或相似功能的类似装置或特征进行互 换。类似地，某些处理步骤也可以换成或结合其它步骤，以产生额外 的利用转动轮胎机械能发电的方法实施例。
下文将要介绍的电能收集技术特征的性能，与传统的在轮胎组件 内供电的技术方案相比能够提供众多优点。前面提到过的天线波束电 能提取技术已不再是为轮胎电子元件供电的有限选择了。同样，许多 种轮胎电子元件的功能都被提高了。使用电池来供电已不再是必需的 选择了，从而可以避免昂贵且麻烦的电池更换。尽管这里公开的技术 给出了无需天线波束电能以及电池的电能收集技术，但是应该理解， 该电能收集特征也可以包括储存被引导的静电和/或电池和/或天线波 束提取相结合的混合方案，以在车轮组件内为不同的选定电子组件供 电。
一种典型的充气轮胎结构10的特征在于包括一个支撑外胎面部分 18的胎冠15以及延伸到胎边部分22的侧壁20。侧壁20通常在剖面线17 和19之间延伸，并且胎冠15通常在两剖面线19之间延伸。提供轮胎胎 边22，从而使轮胎结构10可以有效地支撑并固定在车轮组件的轮辋上。 不透气材料的内衬构成了轮胎的内表面，包括内胎冠表面24和内侧壁 表面26。胎体23在穿过侧壁部分20的胎边22以及胎冠15之间延伸，在 充气压力下确定出轮胎的形状并传递作用力，以进行牵引和转向。在 轮胎结构16内通常沿着胎冠15设置带束(belt package)21。当充气轮 胎在车轮上转动时，至少外胎面的某一部分优选地连续接触地面。
正如在本发明的发明背景部分所讨论的，可采用多种不同的材料 来构成轮胎，包括各种用在轮胎胎冠、侧壁以及胎面部分的橡胶混合 物。每种这样的轮胎材料都具有一定水平的导电率，或电阻率(其与 导电率成反比)。导电的橡胶组合物通常由具有显著比例的炭黑的化 合物构成。相反，相对不导电的橡胶组合物一般由具有比炭黑含量大 的多的硅组成。通常，相对于炭黑而增加硅的含量会降低轮胎的导电 率，但是可以提供更佳的在潮湿条件下的制动性能，并且还能减小轮 胎的滚动阻力。
图2示出了图1中轮胎结构10的具体视图，还包括各种电能收集电 路以及相连的电子组件。图2的具体视图示出了沿内胎冠表面24的、在 外胎面部分18和内衬之间的轮胎胎冠15。该轮胎的一部分具有一通常 不导电的硅材料，从而优选地包括接地的导电通路，以释放掉在常规 轮胎转动以及其它情况下积累在轮胎结构内部的静电。同样，由第一 导电段30和第二导电段32确定的导电材料部分插入到外胎面部分18和 内表面24(或者可选地内侧壁表面26)之间。当静电荷(由负电荷粒 子27表示)在轮胎内部积累时，带电粒子被吸引到正电荷29处，该正 电荷29可能存在于靠近轮胎结构的地面上。电荷被吸引穿过导电材料 部分，如图2所示，该导电材料部分相对于轮胎结构10径向延伸。
仍然参考图2，在第一段30和第二段32之间设有储能装置28，从而 使流经由导电段所确定的导电通路的静电荷或电荷可以被储存在该储 能装置28中。在某些实施例中储能装置28是一个电容，例如一个电解 电容、超级电容或一个非电解电容。在其它实施例中，储能装置28也 可以是一个充电电池，例如可充电的固态电池或化学电池。附加的电 能收集电路可与储能装置28相结合，下文将对此进行讨论。所示的储 能装置28位于导电段30和32之间，但是应该理解，该储能装置28也可 以位于轮胎结构10的不同位置上，而不应仅限于以上公开的技术内容 中。应当进一步理解，在本发明的其它实施例中，可以在导电段30和 32的相对面上设置两个电容板，以形成一个储能装置。
为了保证累积的静电荷可以储存在储能装置28中，优选地确保接 地的导电通路是一严格限制的通道，通过该通道电荷可以反向流动以 释放在与轮胎相连的某些其它位置上。如果轮胎橡胶主要由相对不导 电的橡胶制成，例如一种表面电阻率大于1012欧姆·平方米的橡胶，那 么导电段30和32所用的材料要具有足够小的电阻率，从而使电荷从该 限定了的导电通路流过。尽管在某些实施例中，在该导电通路中的材 料表面电阻率优选小于106欧姆·平方米，但是表面电阻率在106欧姆·平 方米到109欧姆·平方米之间的材料仍然可以将电荷传送到地面或者其 它导体。由段30和32确定的导电材料部分与轮胎结构10的其它部分相 比，可以是一种导电性更强或者更小电阻的橡胶材料，或者在其它实 施例中为对应导电金属的接线部分，例如导电纤维管(staple)或导线。 由该导电材料部分确定的导电通路也可以由导电橡胶及金属引线结合 构成。
在本发明技术的某些实施例中，优选地通过在确定接地导电通路 的区域内设置附加的绝缘材料部分来进一步限制由导电材料部分限定 的导电通路。绝缘材料34可以紧靠第一导电段30和第二导电段32，并 围绕任意的电能收集电路，例如嵌在轮胎内的储能装置28。绝缘材料 34的特征在于其表面电阻率大于1012欧姆·平方米。在轮胎中一种适合 的绝缘材料例子是CHEMLOK牌材料，例如由Lord Manufacturing Corporation出售的，其也可以用于帮助粘合材料的不同部分(例如橡胶 的相对不导电部分粘合到橡胶或金属的相对导电部分)。绝缘材料34 也可以帮助限定导电通路，使其与轮胎的其它可能导电部分例如胎体 23和带束21(在图2中未示出)区别开。在某些实施例中，段32和周围 的绝缘材料可以穿过轮胎10延伸到一相对带束21和/或胎体23的选定位 置。在一般标题为“非导电轮胎胎面的导电通路(CONDUCTIVITY PATH FOR NON-CONDUCTIVE TIRE TREAD)”的美国申请号 10/271,331的专利申请中介绍了构成相对于轮胎结构的导电通路的其 它内容，在此结合作为参考。
在上述共有的参考文献中还公开了具有附加的导电与非导电橡胶 材料相结合的轮胎结构实施例。图3示出了一个这种实施例的内容，其 中轮胎结构10包括一胎冠和胎面部分，该部分由一不导电的胎面基底 材料36和导电的胎面行驶面(tread cap)部分38组成。在这种情况下， 由导电段30和32以及储能装置28确定的导电通路只需延伸到导电胎面 行驶面橡胶38即可。图3实施例比图2实施例更可行，其中图3实施例是 导电部分30和32对应于导线或纤维管，而不是对应于导电橡胶材料。
应当进一步理解，根据在此公开的技术内容也可以采用多条导电 通路，并且可以设置多个储能装置来与这种多条导电通路相结合。例 如，这些通路可以沿围绕轮胎的圆周方向布置。
根据本发明，释放累积静电荷所需经过的导电通路包括至少一部 分导电材料和一储能装置28。可以与储能装置相连一个附加的电能收 集电路，从而为额外的轮胎电子组件产生一个经调节的电源。在图4中 示意性地示出了包括储能装置28的附加电能收集电路40的实施例。储 能装置28可以是一个电解电容器，例如Panasonic的TEL系列的电容约 为47μ法拉的钽电容器。其它类型的电容器，例如超级电容器或者非电 解电容器，也可类似地用作储能装置28。储能装置还可以是一个充电 电池，例如Infinite Power Solutions公司出售的LiteStar牌固态可充电电 池。其它的可充电固态电池或者可充电化学电池也可用作储能装置28。
仍然参考图4，储能装置28优选地与二极管42串连，以防止储能装 置28在其储存电荷之后被反向放电。二极管42和储能装置28位于导电 段30和32之间，并且优选地嵌在轮胎结构10内。电能收集电路的其它 组件也可以嵌在轮胎结构10内，例如位于绝缘材料34内或者轮胎本身 的其它嵌入位置上。这种电能收集电子元件也可以安装到轮胎结构的 内衬上，例如在图2和图3中表示出的沿着内胎冠表面24的电子模块44。 该电子模块44也包括附加的组件，例如下面将要介绍的各种轮胎电子 系统。安装电能收集电子装置的另一个适合位置是沿着选定内侧壁表 面26。此外，电能收集电路40的选定组件可以安装并固化到轮胎结构 10内部，例如，位于胎体23以及沿表面24和/或26的内衬之间。可选地 可以将电能收集电路和/或附加轮胎电子元件在粘附到或嵌在轮胎内部 之前，设置在附加橡胶或弹性体外壳附近以提供额外的保护。这种壳 体还可以帮助将电路安装到轮胎结构上。根据电能收集电路40以及任 何被供电的电子组件的各种可能位置，应当理解，术语“集成”通常 涵盖所有可能的位置，包括安装到轮胎结构上或其内部。
再次参考图4，当储能装置28中积累了足够的能量时，将一个双极 晶体管50用作一个开关，以将储能装置28中储存的能量释放到一稳压 器52。适于应用在图3所示实施例中的稳压器的实例可以是一个双模式 五伏可编程微功率线性稳压器，例如Maxim Integrated Products出售的 MAX666牌。这种稳压器非常适用于本来由电池供电的电子系统，并且 可以将储能装置28两端的电压转化成稳定的五伏输出电压44。其它的 稳压器，例如微功率开关式稳压器，也可以根据上文公开的技术被使 用，其中这种微功率开关式稳压器通常比线形稳压器具有更高的功效 水平。在图3的功率调节模块实施例中还附带有一扩散金属氧化物半导 体(DMOS)FET晶体管54和齐纳二极管56。齐纳二极管56与储能装置 28并联，从而通过限定其内储存的电荷量来为该储能装置28提供过电 压保护。
开始时，晶体管50和54关断，晶体管54的接地漏极悬空，从而没 有输出电压。当储能装置28充电到足够的电平时(由齐纳二极管56和 晶体管50的基极-发射极结决定)，晶体管50导通，开启晶体管54并 关断晶体管50。此时，储能装置28放电并通过电路提供一个五伏调整 输出44给电子系统。典型地，当由输出电压44所供给的电子元件完成 其正常工作时，电子系统发回一个信号给信号通路58，通过电阻60和 电容62来关断晶体管50，并不再激励晶体管54，从而可以再一次在储 能装置28中积累电能。
根据本发明，由电能收集电路40储存的电能可以应用在各种组件 或者不同的轮胎电子组件上。图5A和5B分别示出了电能收集电路40和 轮胎电子系统(TES)48之间的相互作用的实施例。
根据图5A，能量积累在电能收集电路的储能装置中(例如，一个 电容或者充电电池)，直到所得到的电荷量足以执行TES48的所需功能。 在供电循环之间，TES48一直未被供电，从而TES48的开启由电能收集 电路的储能装置累积电能的速率来控制。当在电能收集电路中积蓄了 足够的电能时，分别在通路64和66将源电压“Vdd”和接地电压“Vss” 提供给TES48。TES48会沿通路58返回一个“通电”信号，表示TES48 中的电子元件当前已经开始工作了。当TES48中的给定电子元件完成了 各自任务时，“通电”信号减弱，并且储能装置28重新开始积累电能。 只要轮胎组件以大于或等于一个速度阈值转动，该阈值通常为20公里/ 时左右，该循环就重复。
根据参照图5B所给出并进行讨论的相互作用的实施例，电能收集 电路持续给TES48提供电压“Vdd”和接地“Vss”信号以及一“油量计 (fuel gage)”信号，该“油量计”信号示出了储存在电能收集电路40 中的电量。当给TES48供电时，一个微处理器或者其它适合的电子组件 可以定期激活自身，从而监测来自电能收集电路40的“油量计”信号。 如果在储能装置28中有足够的电能可用，则TES48开始进行一特定任 务。如果没有足够的电能可用，则TES48进入一个低能耗模式，在该模 式中其消耗少于一μA的电能。此后周期性地检测油量计信号，直到积 蓄了足够的电能。只要该轮胎转动速度达到或超过一给定速度阈值， 这种等待足够的电能累积、进入特定任务、以及返回到低能耗模式的 循环优选地以连续方式重复进行。
如前文所述，TES48可以包括多种不同的电子应用，这取决于轮胎 或车轮组件上具有何种电子元件。轮胎电子系统48的一特定实施例即 是图6所示的装置组合。具体来说，这种电子组件用作一轮胎监测系统， 其测量轮胎结构内部的温度和压力，并将结果通过射频(RF)发射装 置68传送给远程接收装置位置。用于上述公开的技术内容中的发射装 置及接收装置模块的实施例分别对应于Radiometrix Ltd发售的TX2牌 和RX2牌的UHF FM数据发射装置和接收装置模块。
参照图5A和5B所讨论的五伏电力信号“Vdd”、接地信号“Vss” 以及“通电”或“油量计”信号优选地由电能收集电路提供给一微控 制器70。可用于上文所公开的技术中的、适合的微控制器实例可以是 一个Microchip牌的PIC16LF876的28针CMOS RISC微控制器。当给输入 路径64通电并向温度传感器72和压力传感器74(以及任意附加的传感 器，或者适于用在TES 12中的电子装置)供电时，微控制器70被激活。 适于用在上述技术中的温度传感器实例可以是National Semiconductor 发售的LM50 SOT-23单电源摄氏温度传感器。适于用在上述技术中的 压力传感器实例可以是ICSensor及Measurement Specialties Inc.发售的 模式1471印刷电路板可安装压力传感器。可选地，可以使用一个表面 声波(SAW)装置来测量给定位置的温度和压力。附加传感器76、78、 80分别测量轮胎结构或相应车轮组件的其它附加特征。根据本发明， 状态响应装置可以包括传感器、声学装置以及其它能够响应输入状态 改变并产生某种输出的组件。
图6的TES实例48的另一组件是一充电电池81，其被配置成可以接 收储存在储能装置28中的电荷以及能够储存用于集成轮胎电子元件或 者车辆的其它电子装置上的额外电能。可用于本发明中的充电电池实 例可以是Infinite Power Solutions发售的LiteStar牌固态可充电电池。储 存在电池81中的电能可以比在储能装置(例如电容器)中储存更长的 时间，因而采用充电电池或者充电电池加上电容器则更为理想。当在 储能装置中没有储存足够多的由压电纤维的作用所产生的电能时，储 存在电池81中的电能可以提供给微控制器70。这种情况发生在例如当 车轮静止或者当轮胎从车辆上拆下时。例如，当地勤人员检查商务飞 机的静止轮胎的气压时，需要用储存的电能给TES48供电。同样，当轮 胎被拆下时，电池81可以用于给TES48供电，从而获得管理轮胎存货或 翻新的信息。
进一步参考图6的TES实例48，微控制器70优选地包括一模数 (A/D)转换器，其分别接收传感器72-80的信息，并将这些信息转化 为数字信息。微控制器70还包括存储器，优选地为永久性EEPROM， 在EEPROM中存储独特的识别标志，该标志可为识别该轮胎或车轮组 件提供充足的信息。这种识别变量在例如卡车车队、飞机等商务应用 中用于跟踪轮胎及车辆时特别有用。一旦微控制器70获得例如由传感 器72-80分别提供的所需信息，并且这些所需信息被转换为数字信息， 微控制器70优选地切断传感器电源，并分别接通给RF发射装置68供电 的线路82和84。然后将所需的数字信息通过数据线86输出给RF发射装 置68，在RF发射装置68中，数据被调制为一调频(FM)载波信号，并 且通过天线88发给远程接收装置位置。
可由该电能收集技术供电的轮胎电子组件实例可以是比图6中TES 实例48组件更少的组合，甚至是单个组件，例如一转数计数器、一单 一状态响应装置、一充电电池或者一闪光装置。
一采用该带有某种发射装置的自供电电子元件的轮胎组件的车 辆，优选地配备有一单个接收装置，以获得来自各轮胎组件的无线传 输信息。图7给出了一个表示根据本发明的远程接收结构90的方块图。 接收天线92帮助接收各车轮组件发出的信息并将该信息传递给RF接收 装置94，在该接收装置处所接收到的信息从其载波信号中解调，并通 过通路96提供给信号处理器98。还从RF接收装置94通过信号通路100 提供给信号处理器98一个载波检测信号。由RF接收装置94输出的数据 以及该载波检测信号优选地在信号处理器98中相乘(multiply)，从而 可以得到没有寄生噪声的信号。该具有减小误差概率的数据信号优选 地发送给一驾驶员电路，该电路将该数字信号转换为适于经由RS232 接口102发送给主机104的电压信号。优选在主机104上采用终端仿真软 件，从而使通过RS232接口102接收的数据可以转换为最终使用者可直 接利用的信息，例如一个易读的显示模块提供的信息。
应当理解，根据在此公开的技术内容，除了本说明书特别公开的 电子装置以外，其它的电子装置也可以用于该电能生成技术中。例如， 可能需要传递除了温度、压力和识别信息以外的其它类型信息给远程 位置。实施例包括轮胎转数、轮胎偏转量、车速以及作用在轮胎结构 上的静力和动力水平。美国专利No.5,749,984公开了可以应用本发明的 轮胎监测系统的其它内容，在此结合该专利作为参考。一轮胎电子系 统可以与一个全球定位系统(GPS)相连，以精确指示车辆准确位置。 可选地所收集的电能可以用于为车轮组件的发光组件或反馈系统供 电。可以根据在此公开的技术内容被供电的电子应用数量是非常巨大 的，且不能限于本发明。
尽管是根据本发明的特定实施例来具体描述本发明的，但是应当 理解，本领域技术人员在理解了前述内容的基础上，可以很容易地对 上述实施例进行变换、修改以及得到等效方案。因此，本说明书的范 围仅仅是用于举例说明而不是用来限制本发明的，并且本发明不排除 对于本领域技术人员来说显而易见的那些对本发明的改型、变形和/或 补充。