自适应型汽车氛围灯系统及动力源制造工艺

1.本发明属于汽车氛围灯技术领域，具体涉及自适应型汽车氛围灯系统及动力源制造工艺。


背景技术：

2.随着汽车内饰领域的发展，灯光对于提升汽车的内饰品质起着越来越重要的作用。当前一般是用氛围灯来作为汽车的内饰灯，其可实现多种颜色及亮度，用户可根据个人喜好及需要来设定不同的颜色及亮度效果，从而起到车内装饰及气氛烘托的作用。氛围灯光源通常以灯带的形式设置在仪表板、中央控制台以及车门扶手等位置。目前现有技术中的汽车内饰氛围灯实现光学效果的灯头布置方式，都是在导光柱的一端或者两端安装led模组，通过汽车电池供电。
3.但是汽车上的电子辅助和灯光配置需要消耗电池10%左右的能源来维持运转，氛围灯的布置更是增加了汽车能耗，不符合环保要求。另外，氛围灯仅作为车内装饰用，以及现用于汽车前后车的照明灯功能性单一，只有远光和近光两种照明方式，无法很好的对后面的车起到警示作用，如果长时间高速行驶的轿车或者货车驾驶员在车灯亮度单一的行车环境下产生跟车的视觉疲劳，极易引发交通事故。
4.摩擦电是由于物体间摩擦产生的电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。如果能够将摩擦电应用到自发电设备中对氛围灯供电，势必会减小汽车能耗。
5.截止到目前为止，微型静电发电机已被研制成功，并且在微机电领域得到广泛应用。但是微型静电发电机的设计主要以无机硅材料为基础，并且器件的制造需要复杂的工艺和精密的操作。整个装置的制备需要大型的仪器设备和特殊的生产条件，造价成本过高，不利于发电机的商业化和日常应用。因此，如何制造摩擦发电机尤其是如何以简单的工艺制造出摩擦发电机是目前一个急需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.基于上述，本发明提供一种自适应型汽车氛围灯系统及动力源制造工艺，以简单工艺制造纳米摩擦发电机，设计自适应自驱动型摩擦发电氛围灯系统，而不加重车机本身的能耗负载，并根据行车速度自适应调节led氛围灯的亮度和颜色，对司机起到警示的作用。
7.本发明采用的技术方案是，自适应型汽车氛围灯系统，包括动力源模块、与动力源模块输出端电连接的整流电路模块，与整流电路模块电连接的电路驱动模块；所述动力源模块采用摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机的摩擦电器件包括带杆风扇、定子、转子、横向悬臂、上盖板和下底板，所述定子底端固定连接下底板，定子顶端活动连接转子，转子上方设置上盖板，上盖板与下底板之间采用螺栓固定，带杆风扇的主杆贯穿上盖板、转子、定子和下底板并与转子固定连接，横向悬臂前端贯穿定子与转子接触，末端与定子底端固定连
接。
8.优选地，所述定子由聚四氟乙烯薄膜、fr4玻纤板一和导电框架自上而下依次层叠粘接组成，所述聚四氟乙烯薄膜呈扇形，四片聚四氟乙烯薄膜间隔环向粘接在fr4玻纤板一上。
9.优选地，所述定子靠近中央环向等距开设若干孔洞，横向悬臂前端弯折后通过孔洞伸出定子与转子接触，末端与导电框架粘接固定。
10.优选地，所述转子由若干规整扇状无氧铜片间隔环向粘接在fr4玻纤板二上制成。
11.优选地，所述整流电路模块由整流转换模块、整流降压模块和整流反馈模块构成，所述整流转换模块通过四个二极管构成的桥式整流电路将动力源模块产生的交流电转化为直流电，整流降压模块通过芯片、二极管、电感、变压器的互连将直流电降压，整流反馈模块通过电阻、电容、电感、二极管的互连构成反馈电路，实现稳定降压模块工作状态的功能。
12.优选地，所述电路驱动模块由芯片稳压模块、led灯结构模块、三极管阈值模块构成，芯片稳压模块通过芯片与电容、电阻、电感互连，稳定电压，为led灯结构模块提供实现自适应的电压；所述led灯结构模块由若干个led灯阵列构成；三极管阈值模块通过三极管与电阻连接实现开关功能。
13.优选地，它还包括电量储存模块，所述电量储存模块与整流电路模块电连接。
14.自适应型汽车氛围灯系统的发电机组制造工艺，包括以下步骤：d1、利用环氧胶依次将四片扇形聚四氟乙烯薄膜、铜制导电框架粘连到直径132mm的fr4玻纤板一上，静置30分钟，再将横向悬臂的前端放入玻纤板一预留的长方形孔洞，末端用环氧胶固定到铜制导电框架底端制备定子；d2、将制作好的定子固定安装到下底板上；d3、通过激光切割得到规整扇状无氧铜片，利用环氧胶将八片扇形薄铜片粘合到直径100mm的fr4玻纤板二上，静置30分钟，制得转子；d4、将转子放置在定子上方；d5、将上盖板间隔预定距离放置在转子上方，利用螺栓螺母配合与下底板固定连接；d6、将带杆风扇的主杆插入上盖板、转子、定子和下底板中心的预留孔洞，使用环氧胶，将风扇的主杆与转子部件粘合固定。
15.进一步的，所述横向旋臂的制备工艺为：s1剪材：将锰钢板裁剪成块状长方体；s2折弯：将锰钢一端折弯，从折弯处用钳子夹弯，使其成型为梯形或半圆弧；s3一次电镀：将锰钢折弯处放入无氰镀锌溶液中，通直流电源，使锰钢表面附上一层锌；s4二次电镀：将镀锌锰钢折弯处放入硫酸铜溶液中，通直流电源，在锌层表面附上一层铜；s5制备纳米堆：在加热状态下，温度到达180℃的浓硫酸中放入镀锌镀铜锰钢，反应10秒，将锰钢取出，将得到表面生长纳米结构的横向悬臂成品。
16.摩擦电器件在汽车的安装位置现行且与本系统有关的国家标准有gb 4785-2019 汽车及挂车外部照明和光信号
装置的安装规定、gb 11567-2017 汽车及挂车侧面和后下部防护要求、gb 25991-2010 汽车用led前照灯、gb/t 23921-2009 三轮汽车和低速货车 半轴，经过和国家标准比对，发现安装本系统不会影响汽车的正常功能，本系统尺寸较小，质量较轻符合安装标准，基于国家标准，我们提出了如下三种合理安装的方案（1）将整体封装，用铆钉固定于车底（本方案适用于未进行封底的车辆），可安装于后副车架上，其中安装时是嵌入式，一半卡入，一半露出（约2.5cm)；（2）将系统底盘用瞬干胶水粘于汽车的发动机下护板（铁质）、导流板（塑料）处，也可支持系统的运转（汽车底面前面的斜面处）；（3）本身车底盘上有一些的安装孔，无论是纵梁还是横梁，都有一些安装孔；现在大部分车架还是铆接，故会有部分安装孔预留出来，故可以将整个系统封装，将系统安装于纵梁未曾被占用的安装孔上。
17.相较现有技术，本发明的有益效果是：1）本系统采用了摩擦纳米发电机作为能源生成及收集装置，实现无碳环保，通过风能转化为机械能再转化为电能保证led氛围灯的工作，完全避免了资源消耗浪费、利用率低和环境污染等问题；2）本发明的摩擦电发电装置使用周期性的贵金属（铜、银、金）横向悬臂结构，优化了间距排列、周期性横向悬臂的数量以及尺寸大小、横向悬臂表面镀层的纳米锥、纳米线、微空洞结构，进而控制薄膜摩擦电器件由机械摩擦能源转换成电能源，提高摩擦电器件的内部转换效率，使电路整体模块得到巨大的简化优化；3）本系统可以通过车速控制led氛围灯亮的数目和颜色，实现系统的自适应变化，对自车和后车司机起到一个警示作用，防止司机视觉疲劳，提升行车安全，降低车祸风险；4）本系统在汽车没有启动时led氛围灯是不会亮的，在汽车启动之后，随着速度增加led氛围灯对应亮起来，避免环境因素的影响，增加led灯的寿命，关键点是在驱动电路中加了阈值开关，巧妙的实现了系统在汽车不启动时不工作；5）本系统体积较小，便于安放在各个位置，不影响行车安全，未来还可以运用到航空航天、军事等领域，并且成本较低，有利于工厂大规模生产并易于推广，有利于不断向市场推出新产品，不断提高产品知识含量和科技含量，降低成本进而提高顾客消费价值，提高产品市场竞争力和市场占有率，并适时开拓新市场领域为企业带来巨大经济效益。
附图说明
18.图1为本发明系统工作流程图；图2为本发明系统结构示意图；图3为本发明动力源模块结构示意图；图4为本发明的摩擦电器件安装流程图图5为本发明整流电路模块pcb原理图；图6为本发明整流电路整流转换模块电路图；图7为本发明整流电路整流降压模块电路图；图8为本发明整流电路整流反馈模块电路图；图9为本发明整流模块布线示意图；
图10为本发明电路驱动模块pcb原理图；图11为本发明电路驱动模块芯片稳压模块电路图；图12为本发明电路驱动模块led灯结构模块电路图；图13为本发明电路驱动模块三极管阈值模块电路图；图14为本发明电路驱动模块布线示意图；图15为本发明摩擦发电输出电压波形示意图；图16为本发明设计fr4玻纤板一结构示意图；图17为本发明横向悬臂结构示意图；图18为本发明横向悬臂制备工艺流程图。
具体实施方式
19.以下将结合说明书附图对本发明进一步解释说明，以便于本领域专业技术人员更好地理解。
20.实施例1如图1-18所示，自适应型汽车氛围灯系统，包括动力源模块a、与动力源模块a输出端电连接的整流电路模块b，与整流电路模块b电连接的电路驱动模块c，所述动力源模块a与整流电路模块b安装在车架上，电路驱动模块c安装在后车灯或底盘后位。利用动力源模块a为氛围灯供电，只要车身行驶就可以摩擦起电，解决现有技术造成对车身电池消耗以及资源浪费的问题。
21.在本实施例中，所述动力源模块a采用摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机的摩擦电器件包括带杆风扇1、上盖板2、无氧铜片3、固定装置4、下底板5、fr4玻纤板二6、聚四氟乙烯薄膜7、fr4玻纤板一8，铜制导电框架9和横向悬臂10；其中，带杆风扇1为塑料制；上盖板2和下底板5均由亚力克板铣成；所述聚四氟乙烯薄膜7、fr4玻纤板一8和导电框架9自上而下依次层叠粘接组成定子。其中，fr4玻纤板一8的直径为132mm，中央开设直径为10mm的圆形孔洞，导电框架9尺寸与fr4玻纤板一8相同，所述聚四氟乙烯薄膜7呈扇形，四片聚四氟乙烯薄膜7间隔预定距离环向粘接在fr4玻纤板一8上。若干规整扇状无氧铜片3间隔环向粘接在直径为100mm的fr4玻纤板二6上制成转子。
22.所述定子底端固定连接下底板5，定子顶端活动连接转子，转子上方设置上盖板2，上盖板2与下底板5之间采用螺栓螺母配合作为固定装置4固定，带杆风扇1的主杆贯穿上盖板2、转子、定子和下底板5并与转子固定连接，横向旋臂6前端贯穿定子与转子接触，末端与定子底端固定连接。
23.具体地，所述fr4玻纤板一8靠近中央环向等距开设若干孔洞，横向悬臂6前端弯折后通过孔洞伸出定子与转子接触，末端与导电框架9粘接固定，横向悬臂6由65锰钢制成。
24.动力源模块a的基本原理：当无氧铜片3（即“铜电极”）和聚四氟乙烯薄膜7（即“聚四氟乙烯电极”）接触时，两层电负性相差很大的薄膜相互摩擦，分开的时候将分别携带极性相反的正负电荷，形成电势差（而这两种材料的背电极将通过负载连接，让电子在电势差的作用下，在两个电极之间流动，以此平衡薄膜之间的静电电势差）。当两个接触面再次重合时，摩擦电荷产生的电势差消失，电子将会反向流动。两种薄膜循环不断的接触与分离，摩擦发电机的输出端将输出交叉转变的电流脉冲信号，从而实现对外输出电能）。
25.所述整流电路模块b由整流转换模块b1、整流降压模块b2和整流反馈模块b3构成，所述整流转换模块b1通过四个二极管构成的桥式整流电路将动力源模块产生的150v交流电转化为220v直流电，以满足后面电路正常工作。整流降压模块b2通过ap3022芯片、二极管、电感、变压器的互连，实现了将220v的直流电降压到24v直流电，达到电路驱动模块中ncp3063芯片的工作电压，电路驱动模块中ncp3063芯片的工作范围为3-40v。整流反馈模块b3通过电阻，电容，电感，二极管的互连构成反馈电路，实现稳定降压模块b2工作状态的功能，防止其他因素的干扰。
26.所述电路驱动模块c由芯片稳压模块c1、led灯结构模块c2、三极管阈值模块c3构成，实现了将输入芯片的电压降压到led灯的工作电压，从而使led灯随着电压的增大而发生亮度和颜色的改变，实现自适应调节。芯片稳压模块c1通过芯片ncp3063与2.2nf的电容，2.4千欧和3.9千欧的电阻，47uh的电感的互连，实现了将小于24v的电压降压到15v以下，将超过24v的电压稳压到15v-18v的功能，为led灯结构模块c2提供实现自适应的电压。
27.所述led灯结构模块c2由多个led灯阵列构成，每个led灯的额定电压为2.5v，额定电流为20ma，每一列由六个led 灯串联构成，一共有五列，五列led灯的颜色分别为红、绿、蓝、绿、蓝，可以根据实际需要改变led灯的形状和颜色。
28.三极管阈值模块c3通过三极管与1000欧的电阻连接实现开关功能，随着电压不断增大，当达到三极管的导通阈值时，每列的三极管导通，每列的六个led灯发光，最终达到所有led灯全部发光。
29.所述整流电路模块b电连接电量储存模块d，当行驶的速度大于一定范围时，电量过大超过阈值，电量储存模块d会将多余的电量储存起来。当电流较小需要led灯亮时，电量储存模块d可以放电使led灯亮。
30.具体地，本发明分别设计了三种不同孔洞排布的fr4玻纤板一8，08-a板的孔洞间隔为36
°
，大小为7mm*5mm；08-b板的孔洞间隔为30
°
，大小为6mm*4mm；08-c板的孔洞间隔为22.5
°
，大小为4mm*3mm。
31.相应地，横向悬臂10设计了不同结构与不同尺寸，10-a为折弯处只折了一个半圆弧，10-b为厚度折弯处折了两个相连半圆弧，10-c为折弯处折了一个梯形。它们的厚度a统一0.5mm,折弯高度d统一为2.1mm，总长度b及折弯处长度c随上述所用板子的尺寸而定，配合08-a板的尺寸为（b*c=)21mm*7mm,宽度5mm；08-b板为15mm*6mm，宽度4mm；08-c板为10mm*4mm,宽度3mm。
32.本设计经过实验、模拟、实验后证明可行，如图15所示，当转子转速为200rpm时，最大电压可达200v；当转子转速为250rpm时，最大电压可达225v；当转子转速为300rpm时，最大电压可达250v；当转子转速为350rpm时，最大电压可达275v；当转子转速为400rpm时，最大电压可达300v。通过实验可得，经过整流、降压后，可以使led灯实现亮度的自适应变化。
33.实施例2自适应型汽车氛围灯系统的发电机组制造工艺，包括以下步骤：步骤d1，利用环氧胶依次将四片扇形聚四氟乙烯薄膜7、铜制导电框架9粘连到直径132mm的fr4玻纤板一8上，静置30分钟，再将横向悬臂10的前端放入玻纤板一8预留的长方形孔洞，末端用环氧胶固定到铜制导电框架9底端制备定子；步骤d2，将制作好的定子固定安装到下底板5上；
步骤d3，通过激光切割得到规整扇状无氧铜3片，利用环氧胶将八片扇形薄铜片3间隔粘合到直径100mm的fr4玻纤板二6上，静置30分钟，制得转子；步骤d4，将转子放置在定子上方；步骤d5，将上盖板2间隔预定距离放置在转子上方，利用螺栓螺母配合作为固定装置4与下底板5固定连接；步骤d6，将带杆风扇1的主杆插入上盖板2、转子、定子和下底板5中心的预留孔洞，使用环氧胶，将带杆风扇1的主杆与转子部件粘合固定。
34.所述横向旋臂的制备工艺为：s1剪材：将锰钢板裁剪成块状长方体；s2折弯：将锰钢一端折弯，从折弯处用钳子夹弯，使其成型为梯形或半圆弧；s3一次电镀：将锰钢折弯处放入无氰镀锌溶液中，通直流电源，使锰钢表面附上一层锌；s4二次电镀：将镀锌锰钢折弯处放入硫酸铜溶液中，通直流电源，在锌层表面附上一层铜；s5制备纳米堆：在加热状态下，温度到达180℃的浓硫酸中放入镀锌镀铜锰钢，反应10秒，将锰钢取出，将得到表面生长纳米锥、纳米线或微孔洞结构的横向悬臂成品。
35.当前开发的接触分离式、相对滑动式、单电极式、独立式等四种不同的模式摩擦电器件固有的交流正负脉冲输出特性极大地限制了实际应用，主要限制了应用于直流电的传感器和驱动器的应用，本发明的摩擦电发电装置使用周期性的贵金属（铜、银、金）横向悬臂结构，优化了间距排列、周期性横向悬臂的数量以及尺寸大小、横向悬臂表面镀层的纳米锥、纳米线、微空洞结构，进而控制薄膜摩擦电器件由机械摩擦能源转换成电能源，提高摩擦电器件的内部转换效率，使电路整体模块得到巨大的简化优化。
36.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.自适应型汽车氛围灯系统，其特征在于，包括动力源模块、与动力源模块输出端电连接的整流电路模块，与整流电路模块电连接的电路驱动模块；所述动力源模块采用摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机的摩擦电器件包括带杆风扇、定子、转子、横向悬臂、上盖板和下底板，所述定子底端固定连接下底板，定子顶端活动连接转子，转子上方设置上盖板，上盖板与下底板之间采用螺栓固定，带杆风扇的主杆贯穿上盖板、转子、定子和下底板并与转子固定连接，横向悬臂前端贯穿定子与转子接触，末端与定子底端固定连接。2.根据权利要求1所述的自适应型汽车氛围灯系统，其特征在于，所述定子由聚四氟乙烯薄膜、fr4玻纤板一和导电框架自上而下依次层叠粘接组成，所述聚四氟乙烯薄膜呈扇形，四片聚四氟乙烯薄膜间隔环向粘接在fr4玻纤板一上。3.根据权利要求1所述的自适应型汽车氛围灯系统，其特征在于，所述fr4玻纤板一靠近中央环向等距开设若干孔洞，横向悬臂前端弯折后通过孔洞伸出定子与转子接触，末端与导电框架粘接固定。4.根据权利要求1所述的自适应型汽车氛围灯系统，其特征在于，所述转子由若干规整扇状无氧铜片间隔环向粘接在fr4玻纤板二上制成。5.根据权利要求1所述的自适应型汽车氛围灯系统，其特征在于，所述整流电路模块由整流转换模块、整流降压模块和整流反馈模块构成，所述整流转换模块通过四个二极管构成的桥式整流电路将动力源模块产生的交流电转化为直流电，整流降压模块通过芯片、二极管、电感、变压器的互连将直流电降压，整流反馈模块通过电阻、电容、电感、二极管的互连构成反馈电路，实现稳定降压模块工作状态的功能。6.根据权利要求1所述的自适应型汽车氛围灯系统，其特征在于，所述电路驱动模块由芯片稳压模块、led灯结构模块、三极管阈值模块构成，芯片稳压模块通过芯片与电容、电阻、电感互连，稳定电压，为led灯结构模块提供实现自适应的电压；所述led灯结构模块由若干个led灯阵列构成；三极管阈值模块通过三极管与电阻连接实现开关功能。7.根据权利要求1所述的自适应型汽车氛围灯系统，其特征在于，它还包括电量储存模块，所述电量储存模块与整流电路模块电连接。8.根据权利要求1所述的自适应型汽车氛围灯系统的发电机组制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：d1、利用环氧胶依次将四片扇形聚四氟乙烯薄膜、铜制导电框架粘连到直径132mm的fr4玻纤板一上，静置30分钟，再将横向悬臂的前端放入fr4玻纤板一预留的长方形孔洞，末端用环氧胶固定到铜制导电框架底端制备定子；d2、将制作好的定子固定安装到下底板上；d3、通过激光切割得到规整扇状无氧铜片，利用环氧胶将八片扇形薄铜片粘合到直径100mm的fr4玻纤板二上，静置30分钟，制得转子；d4、将转子放置在定子上方；d5、将上盖板间隔预定距离放置在转子上方，利用螺栓螺母配合与下底板固定连接；d6、将带杆风扇的主杆插入上盖板、转子、定子和下底板中心的预留孔洞，使用环氧胶，将风扇的主杆与转子部件粘合固定。9.根据权利要求8所述的自适应型汽车氛围灯系统的发电机组制造工艺，其特征在于，所述横向旋臂的制备工艺为：
s1剪材：将锰钢板裁剪成块状长方体；s2折弯：将锰钢一端折弯，从折弯处用钳子夹弯，使其成型为梯形或半圆弧；s3一次电镀：将锰钢折弯处放入无氰镀锌溶液中，通直流电源，使锰钢表面附上一层锌；s4二次电镀：将镀锌锰钢折弯处放入硫酸铜溶液中，通直流电源，在锌层表面附上一层铜；s5制备纳米堆：在加热状态下，温度到达180℃的浓硫酸中放入镀锌镀铜锰钢，反应10秒，将锰钢取出，将得到表面生长纳米结构的横向悬臂成品。

技术总结
本发明公开了一种自适应型汽车氛围灯系统即动力源制造工艺，汽车氛围灯系统包括动力源模块、与动力源模块输出端电连接的整流电路模块，与整流电路模块电连接的电路驱动模块；动力源模块采用摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机的摩擦电器件包括带杆风扇、定子、转子、横向悬臂、上盖板和下底板，定子底端固定连接下底板，定子顶端活动连接转子，转子上方设置上盖板，上盖板与下底板之间采用螺栓固定，带杆风扇的主杆贯穿上盖板、转子、定子和下底板并与转子固定连接，横向悬臂前端贯穿定子与转子接触，末端与定子底端固定连接。本发明减少电子辅助和灯光配置的能源消耗，同时为自车和后面车的司机起到了很好的警示作用，大大降低交通事故发生率。事故发生率。事故发生率。


技术研发人员：黄兆岭 张玉华 张应红 艾耀斌 黄诗婷
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/6/28