车辆接口的制作方法

专利名称：车辆接口的制作方法
技术领域：
本发明涉及- -种感应充电和通信系统，并更具体地涉及车辆内的感应充电和通信 系统。
背景技术：
人们可携带各种个人便携电子设备，比如PDA(个人数字助理)、便携式娱乐设备， 例如便携式音乐播放器或便携式l)V播放器、膝上型计算机和手机。便携式电子设备提供各 种功能，诸如通信、信息存储和检索、以及娱乐。由T这些设备是便携的，因此它们通常可在 车辆巾携带和使用。这些设备通常由电池供电并倾向于在不方便地时候IX尽电一 .
供车辆使用的功率适配器对于这些设备可用。但是，每个设备通R、 fi唯一的功 率适配器和合弦，要求任意携带每个设备的功率适配器。附着到便携式设备的功率适配器 和附带和弦是难看的的并且使车辆杂乱。由于功率适配器通常借助打火机插入在12伏特 DC(直流电)电源，因此也难以一次充电一个以....匕的设备。因此当在车辆中使用若'「便携式 设各时，和弦和适配器是不实用的。
近来，存在将便携式设备与车辆内的数据网络对接的建议。SAE(汽车丁程师协 会)已经大体上认识到对具有]TS(智能交通系统)标准的这种接口的需要。此外，德州仪 器已经基于允许便携式设备与车辆内的电子系统对接的i394 "火线"通信标准提出了-一种 AI)B-1394远程信息处理标准。 但是，存在-'些问题。首先，由T多种类型的便携式设备，因此存在每个便携式 设备要求许多不同类型的数据接口。例如，一些设备可具有1394接口，而其它设备具有 USB (通用串行总线)接口 。因此，对于与过多的设备对接的车辆，可要求它为每个可能的设 备提供插头。其次，由于多个设备，同样数量的每个设备的插头是昂贵的，并且将每个便携 设备附加到车辆上所要求的电缆容量也是昂贵的。 SEA]:TS工作组建议为每个车辆提供诸如I:EEE(电气和电了工程师协会)802, lib 的无线网络。这种无线网络的问题在于，由无线便携式设备消耗的功率将增加，由此进-一歩 增加了电池供电的便携式设备被放电的可能性。 因此，为便携式设备提供数据接口以及为所述设备提电的系统是高度期望的。


图1是车辆屮的数据网络的附图。 图2示出车辆控制台内的感应车辆适配器。 图3不出感应车辆适配器的侧视图。 图4示出在挡风玻璃遮阳板内固定的感应车辆适配器。 图5示出感应车辆适配器俯视图。 图6示出感应车辆适配器的总体方框图。 图7示出感应车辆适配器的更洋细的方框图。 图8示出能够与感应车辆适配器对接的远程设备的方框图。 图9示出感应车辆适配器操作的流程图。 图10示出设备列表。
具体实施例方式
图1示出车辆内的两个并行数据网络。第一网络是车辆数据总线l()。车辆数据总 线10可以是CAN(控制器汽车网络)或0EM(原始设备制造商)车辆总线。车辆数据总线 通常是低速数据总线，用于使车辆内各种控制器之间能够通信。第二网络是ADB(汽车数据 网络)12。 ADB12允许-一个或多个便携式数据设备与车辆通信。例如，ADB12可与PDA14、手 机16、便携式娱乐设备18连接。网关控制器20管理车辆数据总线10和ADB12之间的任何 通信。该数据可专用于总线和Z或包含编码的语音信号以及音频信息。
图2不出了安装在车辆的控制台22内的感应车辆适配器20。手机24和PDA26可 放置在感应车辆适配器20内以便再充电和与ADBi2对接。 图3示出了感应车辆适配器2()的侧视图。感应车辆适配器2()具有支架28，其可 以是反射罩。放置在支架28中的项由T重量倾向T保持在反射罩内。支架28具有周长 30。在周长30内是初级线圈。周长30内的初级线圈耦合到感应系统32，其依次耦合到DC 电源34。感应系统32还耦合到ADM2。因此，放置在支架28内的电子设备可由自适应感应电源32来充电。通信链路可由与该自适应感应电源32协同丁作的电路来提供。
图4是感应车辆适配器20的俯视图。nj以是任何便携式电了设备的远程设备可 放置在支架28内。当放置在支架28内时，远程设各都可由车辆接口 20充电，并目.它们还 与AI)B36通信。 图5示出了作为远程设备的支架的挡风玻璃遮阳板35。初级线圈38包含在挡风 玻璃遮阳板35内。远程设备可放置在袋子37内。放置在网袋37内的远程设备可由感应 车辆接口充电并与ADB36通信。任何机制可用于将远程设备固定在初级线圈38附近内，比 如维可牢尼龙搭扣或夹子。 初级线圈38的位置可以是任何方便的位置。例如，初级线圈38可包括在位于车
厢、架空的控制台、座椅背部、仪表板杂物箱或侧门储藏区域中的反射罩内。 图6示出了感应车辆适配器20的基本方框图。远程设各40己经放置在支架28
内并因此借助支架28的边沿内的初级线圈感应地耦合到自适应感应电源39。远程设备4()
可因此由自适应感应电源39充电。M吋,远程设备40耦合到收发机68。收发机68直接与
远程设备40通信。 通信接口 70管理远程设备40和ADB36之间的通信。例如，通信接口 70可将IP ( ii: 联网协议)地址分配给远程设备40或可如AD:B68的协议所要求的将一些其它地址分配给 远程设备40。通信接U 70可控制、建立或监控ADB68和远程设备40以及各种协议和通信 层之间的通信速率。 控制器60是可选的。如果存在，其可管理远程设各40和ADB36之间的通信。可 替换地，控制器60可通过自适应感应电源39来管理对远程设备40供电。功率调节器5() 调节从DC电源34接收的功率。DC电源34由车辆的电源系统供电。 自适应感应电源39可以是数字的或模拟的。 一种自适应感应电源在美国专利 No. 6， 436， 299中描述，其通过引用合并在此。可替换地，自适应感应电源39可以是前述的 类型。 图7示出了感应车辆接U 20的框图。所示的感应车辆接U 20耦合到 -:个远程设 备4()、'12、'M。 功率调节器46耦合到外部DC(直流)电源48。直流电源48为感应车辆接口 20 供电。DC电源48由车辆提供，并通常在12VDC附近。 功率调节器50控制由DC电源48提供给倒相器52的电压和电流。倒相器52将 DC功率转换为AC(交流)功率。倒相器52作为AC电源，将AC功率提供给储能电路54。储 能电路54是谐振电路。储能电路54借助初级绕组56感应地耦合到远程设备40、42、44内 的次级绕组。初级绕组56和远程设备40、42、44的次级绕组是无心的绕组。虚线58表示 远程设备40、42、44和初级绕组56之间的空气间隙。初级绕组56包含在周长30内。
电路传感器58耦合到储能电路54的输出端。电路传感器58还耦合到控制器60。 电路传感器58提供与倒相器52和储能电路54的工作参数有关的信息。例如，电路传感器 58可以是电流传感器并提供与储能电路54中电流的相位、频率和幅度有关的信息。
控制器60可以是通常可得的被编程用来执行之后所述功能的众多微控制器中的 任意一个，比如Intel 8051或Motorola 6811，或者任意的那些微控制器的许多变体。控制 器60可具有在芯片上的ROM(只读存储器)和MM(随机存储器)。控制器60可具有-一系列模拟和数字输出端，用于控制自适应感应电源的各种功能。控制器60的功能还可用微处 理器和存储器芯片来实现。 控制器60连接到存储器62。控制器60还耦合到驱动电路64。驱动电路64调节 倒相器52的操作。驱动电路64调节倒相器52的频率和微调。控制器60还耦合到功率调 节器50。控制器60可操纵功率调节器50的输出电Ji。如已知的，通过改变功率调节器50 的千线电压，倒相器52的输出的幅度也可被改变。 最后，控制器60耦合到储能电路54的可变电感器66和可变电容器68。控制器 60可修改可变电感器66的电感或可变电容器68的电容。通过修改可变电感器66的电感 和可变电容器68的电容，储能电路54的谐振频率可改变。 储能电路5'1 nj具有第一谐振频率和第二谐振频率。储能电路54还可具有多个谐 振频率。如这里所使用的，术语"谐振频率"是指储能电路54将谐振的频率带。如已知的， 储能电路将具有一个谐振频率，但是将继续在该谐振频率附近的频率范围内谐振。电路55 具有至少-、个具有可变阻抗的可变阻抗元件。通过改变可变阻抗，储能电路的谐振频率将 变化。可变阻抗元件可以是可变电感器66、可变电容器68、或两者。 可变电感器66可以是半导体开关元件控制的可变电感器、可压缩的可变电感器、 平行叠片铁心的可变电感器、能够将所选固定的电感器放置到储能电路54屮的一串电感 器和开关、或其它可控的可变电感器。可变电容器68可以是开关电容器阵列、能够将所选 固定的电容器放置到储能电路54中的一系列固定的电容器和开关、或任何其它nJ控的nJ
变电容器。 储能电路54包括初级绕组56。所示的初级绕组56和可变电感器66是分开的。 可替换地，初级绕组56和可变电感器66可合并成单个元件。储能电路54被示出为串联谐 振储能电路。也可使用并联谐振储能电路。 电源收发机68也耦合到控制器。电源收发机68可简单地是用于接收信息的接收 机而不是能够双向通信的设备。电源收发机68与各种远程设备40、42、44通信。显然地， 可与系统一起使用多于或少于-:个的设备。 感应车辆接口 20还具有连接到ADB36的通信接口 70。通信接口 70管理远程设备 40、42、44和ADB36之间的通信。通信接口 70可能需要执行诸如将来自--------个协议的通信向
下一个转换和将网络地址分配给远程设备4()、42、44的功能。 感应车辆接口 20还具有通信控制器72。通信控制器72通过通信接口 70和接口 收发机74来管理数据输入和输出。通信控制器72执行所需要的控制功能，诺如代码转换、 协议转换、缓存、数据压缩、误差检查、同步和路由选择以及收集管理信息。通信控制器72 建立远程设备4-()、42、4.4和ADB36或其他任何耦合到ADB36上的设备之间的通信会话。通 信控制器72可以是前端通信处理器。取决于控制器60的能力，通信控制器72可以是运行 在控制器60内的软件模块。 图8示出远程设各i00的框图。远程设各i00是远程设备40、42、44的实例。远 程设备l()()包括可再充电的电池102。可再充电的电池1()2从可变次级线圈1()4接收功率。 取决T可W充电的电池的类型，还可包括支持对可W充电的电池102进行再充电的电路。 例如，如果使用Li-ion (锂离子)LiPoly (锂-聚合物)电池，可以在远程设备100中合并控 制电池充电的集成电路，比如德州仪器bq240001或德州仪器UCC3890。如果使用N頂h (镍
7氢)电池，可使用Microchip Technology PS402电池管理集成电路。 nj变次级线圈104是无心的，允许可变次级线圈l(M在更宽的频率范围上工作。可 变次级线圈i04作为可变电感器示出，尽管其它类型的设各可用来代杼可变电感器。
可变次级线圈1()4包括多维次级线圈，比如序列号为10/689， 224名为"Coil Assembly"并转让给本申请的受让人的美国专利中示出的多维次级线圈。如果该可变次级 线圈包括这样的多维绕组，则远程设备40便能够接收来自初级绕组56的能量，而不考虑远 程设备40相对于初级绕组56实际方向，只要该远程设备40邻近初级线圈56。因此，用户 可避免了将远程设备40定位在特定方向....匕以便对远程设备40充电的不便。
远程设备控制器106控制可变次级线圈104的电感和负载108的操作。远程设备 控制器106可改变nj变次级线圈104的电感或者接通或断开负载108。类似f控制器60， 远程设备控制器i06可以是被编程用来执行下述功能的通常可得的众多微控制器中的仟 何一个，比如I nte 18051或Motorola 6811 ，或者任意的那些微控制器的许多变体。控制器 106可具有在芯片上的R0M(只读存储器)和MM(随机存储器)。控制器106可具有-'系 列模拟和数字输出端，用于控制自适应感应电源的各种功能。 存储器110尤其包含设备ID(标识)号和与远程设备100的功率信息。功率信息 将包括远程设备l()()的电压、电流和功耗信息。存储器110可包括电池102的放电速率和 充电速率。 远程设备100还包括远程收发机112。远程收发机112从电源收发机68接收信 息，并将信息发送到电源收发机68。远程收发机ii2和电源收发机68可用多种不同方式链 接，比如wm、红外、蓝牙、射频(酌或蜂窝。附加地，收发机可借助初级线圈或次级线圈上 的附加线圈来进行通信。或者，由丁'电源20将能量传递到远程设备100，可使用多个不M电 源线通信系统中的任意一个。 可替换地，远程收发机112可简单地是无线发射机，用于发送信息到电源收发机 68。例如，远程收发机112可以是RFID(射频标识)标签。 负载108表示远程设备338的功能部件。例如，如果远程设备100是数码相机，那 么负载108 nj以是数码相机内的微处理器。如果远程设备100是MP 3播放器，负载108可 以是数字信号处理器或微处理器以及有关的电路，用于将MP3文件转换为声音。如果远程 设备l()()是PI)A，那么负载108可以是提供PDA功能的微处理器和有关电路。负载108可访 问存储器110。 负载108还耦合到次级设备收发机112。冈此，负载108能够通过次级设备收发机 112与感应车辆接口 20通信，并由此与任意其它与ADB36连接的设备通信。
图9示出了具有通信功能的fi适应无接触能量传输系统的一个实施例的操作。
在感应车辆接U 20启动(歩骤400)后，其借助收发机68轮询远程设备。歩骤 402。步骤402 nj以是连续的，其中仅当存在远程设备时，才前进到步骤404。 nj替换地，后 续的歩骤可以在轮洵重复之甜执行，尽管这些操作可参考空集来执行。如果远程设备存在， 其从远程设备接收功率使用信息。步骤4(M。 该功率使用信息可包括与远程设备40的电压、电流和功率需求的实际信息。可替 换地，功率使用信息可简申.地是远程设备40的ID号。如果是这样，控制器60可接收ID号 并从包含在存储器62中的表查找远程设备40的功率需求。
在已经轮询了所W设备后并且已经接收每个设备的功率信息后，感应车辆接U 20 接着确定设备是否不再存在。如果是这样，那么更新远程设备列表。步骤408。
由控制器60维护的远程设备列表的---个实施例如图丄0所示。远程设各列表对于 设备H)包括每个远程设备4()、42、44的电压、电流和状态。可以通过控制器6()来分配设备 3。从远程设备40，42，44接收设备ID。如果两个远程设备是相NJ类型,那么设备ID可以 是相同的。电压和电流是向设备供电所需要的电压或电流欤，或者它们可通过将设备ID作 为在存储器62中维护的远程设备数据库的关键词来获得。状态是设备的当前状态。例如， 设备状态可以是"接通"、"断开"、"充电"等等。 接着，感应车辆接U 20确定任何设备的状态是否变化。歩骤410。例如，远程设备 40 nj具有nj再充电的电池或其它电荷存储设备。3 nj再充电的电池被完全充电时，远程设 备40不在需要供电。因此，其状态可从"充电"转变到"断开"。如果设备的状态变化，那么 更新远程设备列表。步骤412。 感应车辆接口 20接着确定是否存在任何设备。步骤4H。如果是这样，那么更新 远程设备列表。步骤4ie。接着检査远程设备列表。步骤418。如果没有更新列表，那么系 统接着再次轮询设备，并且过程重新开始。步骤402。
如果列表被更新，那么远程设备的功率使用已经变化，因此由感应车辆接n 20提
供的功率必须改变。控制器60使用远程设备列表来确定所有远程设备的功率需求。接着 确定系统是否能够被重新配置成对所有设备充分供电。步骤420。 如果感应车辆接口20能够向所有远程设各供电，那么控制器60计算倒相器频率、 占空比、谐振频率、和千线电压的设置。此外，控制器60确定远程设备40的次级绕组104 的可变阻抗的最佳设置。步骤422。它接着设置倒相器频率、占空比、谐振频率、和干线电压 设置。步骤424。它还命令远程设备40将次级绕组104的可变阻抗设置到所期望的水平。 步骤424。 另一方面，如果感应车辆接n20不能够向所有远程设备供电，那么控制器60为整 个系统确定最佳的可能功率设置。歩骤426。它接着命令远程设备40、42、44中的一个或多 个断开或改变其功耗。控制器60确定远程设备犯、42、M的次级绕组104的i寸变阻抗的最 佳设置。歩骤428。它接着设置系统的倒相器频率、占空比、谐振频率、和干线电压。歩骤 430。控制器命令远程设备4()、42、44将次级绕组104的可变阻抗设置在想要的水T上。该 系统然后返回到轮询设备，并且过程重复。步骤402。 以k的描述是优选的实施例。可在不偏离由所附权利要求限定的木发明的精神和 较宽方面的情况下可作出各种修改和变化，所附权利要求应当根据包括在等效原则的专利 法原理来解释。例如使用"一"、"一个"、"该"、"所述"以单数对权利要求元件进行的引用不 能被理解为将所述元素限制为单数。 要求了排他属性或特权的本发明的实施例被如下限定。
权利要求
1. 一种用于从初级线圈侧向多个远程设备供电的系统，该系统包括 具有用T向所述多个远程设备中的至少.'个供电的初级线圈的感应电源，该感应电源具有用于与所述多个远程设备中的所述至少一个通信的通信系统； 包括控制器和所述感应电源的数据网络；禾口其屮所述控制器位于所述初级线圈侧，并被配置成1)获取所述多个远程设备屮的所 述至少-一个的功率使用信息；2)根据所获取的功率使用信息确定是否能将功率提供给所 述多个远程设备中的所述至少一个；3)响应f确定功率不能被提供给所述多个远程设备 中的所述至少-一个，调整所述系统的功耗特性。
2. 权利要求l的系统，其中所述功耗特性包括所述多个远程设备中的一个或多个的功 耗量。
3. —种用于从初级线圈侧向多个远程设备巾的至少一个供电和与所述多个远程设备 中的至少--个通信的车辆接口，包括用于容纳所述多个远程设备屮的所述至少一个的支架；感应电源，该感应电源IVY]初级线圈，该初级线圈邻近于所述支架放置；用f实现与所述多个远程设备中的所述至少一个的通信的通信系统，该通信系统从所述多个远程设备中的所述至少--个接收功率使用信息；禾口控制器,配置成使用所述功率使用消息来1)确定所述多个远程设备中的所述至少一个的功率需求；和2)根据所确定的功率耍求重新配置所述车辆接口，以向所述多个远程设备中的所述至少一个供电。
4. 权利要求3的车辆接口，其中所述支架被配置为固定在车辆控制台内。
5. 权利要求3的车辆接n，其屮所述多个远程设备屮的每一个选fi包括以下设备的组位于所述车辆的车厢中的设备、位于所述车辆的架空的控制台中的设备、位于所述车辆 的座椅背部中的设备、位f所述车辆的仪表板杂物箱中的设备和位f所述车辆的侧门储藏 区域中的设备。
6. 权利要求3的车辆接口 ，其中所述车辆具有车辆数据总线，并且所述车辆接口能够 经由耦合到所述车辆接口的网关控制器连接到该车辆数据总线，所述网关控制器管理所述 车辆接口和所述车辆数据总线之间的通信。
7. 权利要求3的车辆接口，其中所述通信系统包括用于与所述多个远程设备通信的收 发机。
8. 权利要求3的车辆接U，其中所述功率使用信息选自包括实际电压、实际电流、功率 需求、设备ID或这些项目的任何组合的组。
9. --种用于车辆的用于从初级线圈侧向多个远程设备中的至少-一个供电的供电和通 信系统，该供电和通信系统包括位T所述初级线圈侧的感应电源，用T向所述多个远程设备中的所述至少.'个感应地 供电；和通信系统，使在所述多个远程设备中的所述至少- -个和所述车辆之间能进行通信，其 屮所述通信系统被配置成1)周期性地从所述多个远程设备屮的所述至少一个接收功率使 用信息；2)确定所述功率使用信息是否已改变；以及3)响应于确定所述功率使用信息己改 变，重新配置所述感应电源。
10.权利要求9的供电和通信系统，其中所述通信系统包括用于与所述多个远程设备 通信的收发机。
11.权利要求丄0的供电和通信系统，还包括车辆数据总线，以及用于控制所述多个远 程设备和所述车辆数据总线之间的通信的通信控制器。
12. 权利耍求9的供电和通信系统，其中所述通信系统包括使用所述感应电源的电力 线通信协议。
13. 权利要求10的供电和通信系统，其中所述收发机包括用于与所述远程设备无线通 信的天线。
14. 权利要求13的供电和通信系统，其中所述收发机借助无线协议与该供电和通信系 统进行通信。
15.权利要求丄4的供电和通信系统，其中所述感应电源包括倒相器和初级线圈。
16. 权利要求15的供电和通信系统，其中所述感应电源包括用于驱动所述倒相器的驱 动电路。
17. 权利要求1.6的供电和通信系统，其中功率调节器被耦合到车辆电源并耦合到所述 倒相器。
18. 权利要求1.7的供电和通信系统，还包括用于容纳所述多个远程设备之一的支架。
19. 权利要求18的供电和通信系统，其中所述支架AJ]问长,并且所述初级线圈被包 含在所述周L(内。
20. 权利要求i9的供电和通信系统，其中无论所述远程设各的方向如何，所述初级线 圈均适于向所述远程设备供电。
21. 权利耍求20的供电和通信系统，其中无论所述多个远程设备的方向如何,所述收 发机均能够与所述多个远程设备通信。
全文摘要
文档编号C02F1/00GK101697426SQ20091016354
公开日2010年4月21日 申请日期2005年6月6日 优先权日2004年6月18日
发明者D·W·巴尔曼, T·J·勒皮恩, T·L·劳岑黑泽 申请人:捷通国际有限公司;