自供能的车辆传感器系统的制作方法

专利名称：自供能的车辆传感器系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及机动车辆中的传感器系统，具体地涉及一种通过收集车辆振动的 能量来自供能的机动车辆中的传感器系统。
背景技术：
对更好的燃料经济性的不断增加的需求导致了混合动力车、电动车、以及通过燃 料电池或柴油燃料供能的车辆的改进和发展。汽车企业为了增加燃料经济性而作出的努力 包括质量上的减轻、改进的空气动力学、主动的燃料管理、以及混合动力发动机。然而，还在 不断地寻找其他的可以改进燃料经济性的机构、技术、以及能量源。通常已知的是，车辆特别是在行驶的时候会遭受振动。常规来说，这些振动被认为 是不期望有的。事实上，在悬架系统的发展上付出了很多努力，悬架系统包括弹簧、阻尼器 组件等，其提供车辆稳定性并将客舱与产生的振动隔离开，其中振动是例如车辆在颠簸或 其他曲折的道路上行驶时产生的。目前，与这些振动关联的能量都被损失了。然而，收集且 利用这些能量将会提供另外的能量源，该另外的能量源可用于增加燃料经济性，例如通过 为车辆产生一种另外的可用能量源来增加。使用这种另外的能量源同时不牺牲现代车辆悬 架系统的益处这种能力，对于汽车企业和他们的顾客来说都是有好处的。因此，期望提供一种用于收集与车辆振动相关联的能量以生成可用动力的系统以 及一种配置成使用这种动力的系统。而且，其它期望的益处、特征和特点，结合附图和所述 背景技术，通过下面的发明内容具体实施方式
、和所附权利要求而变得更加明显。

发明内容
根据一个示例性实施例，提供了一种车辆系统。该车辆系统包括车辆悬架装置， 其构造成在车辆行驶期间运动；能量收集装置，其安装在车辆悬架装置上并且构造成响应 于车辆悬架装置的运动而产生电能；以及传感器，其安装在车辆悬架装置上并且与能量收 集装置相联接以接收电能。根据另一个示例性实施例，车辆系统包括车辆悬架装置，其构造成在车辆行驶期 间运动；以及传感器，其包括安装在车辆悬架装置上且构造成生成指示车辆行驶期间所述 运动的电能的压电装置。根据另一个示例性实施例，提供了一种车辆系统。所述系统包括具有防尘管(dust tube)组件和阻尼管组件的阻尼器组件，其中阻尼管组件安装成在车辆行驶期间在防尘管 内进行伸缩运动。所述系统进一步包括传感器，其安装在防尘管内部并且构造成用于检测 防尘管的位置；以及能量收集装置，其安装在阻尼器组件上并且构造成向传感器提供电能。
本申请还涉及以下的方案方案1. 一种车辆系统，包括车辆悬架装置，其构造成在车辆行驶期间运动；能量收集装置，其安装在所述车辆悬架装置上并且构造成响应于所述车辆悬架装 置的运动而产生电能；以及传感器，其安装在所述车辆悬架装置上并且与所述能量收集装置相联接以接收电 能。方案2.如方案1所述的车辆系统，其中，所述车辆悬架装置是包括以下各项的阻 尼器组件防尘管组件；颠簸缓冲器组件，其在所述防尘管组件的第一端安装到所述防尘管组件内；以及阻尼管组件，其安装成在所述防尘管组件内进行伸缩运动且穿过所述防尘管组件 的第二端，所述颠簸缓冲器组件构造成被所述阻尼管组件冲击；并且其中，所述能量收集装置包括与所述颠簸缓冲器组件相联接的压电装置。方案3.如方案2所述的车辆系统，其中，所述压电装置嵌入在所述颠簸缓冲器组 件内。方案4.如方案2所述的车辆系统，其中，所述压电装置安装在所述颠簸缓冲器组 件的表面上。方案5.如方案2所述的车辆系统，还包括与所述压电装置相联接的能量转换器。方案6.如方案1所述的车辆系统，其中，所述车辆悬架装置是包括如下各项的阻 尼器组件防尘管；以及阻尼管，其可伸缩地安装在所述防尘管内并且构造成相对于所述防尘管进行振荡 平移运动，其中，所述能量收集装置包括磁体，其固定地与所述防尘管或者所述阻尼管中的一个相联接；以及线圈，其固定地与所述防尘管或者所述阻尼管中的另一个相联接，以实现所述磁 体和所述线圈之间的相对平移运动，从而在所述线圈中感应出电流。方案7.如方案6所述的车辆系统，还包括与所述线圈联接的能量转换器和与所述 能量转换器联接的能量存储装置。方案8.如方案1所述的车辆系统，其中，所述车辆悬架装置是能够进行往复平移 运动的阻尼器组件；并且其中，所述能量收集装置包括线圈，其安装在震动吸收器(shock absorber)内部；引擎(engine)，其安装在所述震动吸收器的内部，用于将平移运动转换为旋转运 动；以及磁体，其与所述引擎相联接并且构造成在所述线圈附近旋转，从而在所述线圈内 产生电能。方案9.如方案8所述的车辆系统，其中，所述引擎包括微型涡轮。
方案10.如方案8所述的车辆系统，其中，所述阻尼器组件包括被活塞分为第一和 第二部分的流体腔，并且其中，流体响应于往复平移运动而在所述第一和第二部分之间流 动，并且其中，微型涡轮安装在所述活塞附近。方案11.如方案8所述的车辆系统，其中，微型涡轮包括壳体，其与所述活塞相联接；轴，其可旋转地与所述壳体相联接；至少一个涡轮叶片，其联接在所述轴的第一端附近并且暴露于用来响应于流体流 动而使所述轴旋转的流体；以及基部，其联接在所述轴的第二端附近并且能够随所述轴旋转。方案12.如方案1的车辆系统，其中，所述阻尼器组件包括车辆弹簧组件，其构造 成在车辆行驶期间压缩和拉伸；并且其中，所述能量收集装置包括压电装置，其与所述车辆弹簧组件相联接，用于响 应于由于所述压缩和拉伸而强加在其上的应变而产生电能。方案13.如方案12所述的车辆系统，其中，所述弹簧组件包括板簧。方案14.如方案12所述的车辆系统，其中，所述弹簧组件包括螺旋弹簧。方案15.如方案1所述的车辆系统，其中，所述传感器包括无线超宽带(UWB)收发 器；并且其中，所述车辆悬架装置包括第一部件和第二部件，并且其中，所述无线UWB收发 器与所述第一部件相联接，所述无线UWB收发器构造成向所述第二部件发送UWB测量脉冲， 并且接收来自所述第二部件的反射表面的反射UWB脉冲，其中，所述反射UWB脉冲表示所述 UffB测量脉冲的反射形式，所述传感器构造成基于所述UWB测量脉冲和所述反射UWB脉冲的 特征来导出所述第一部件和所述第二部件之间的相对距离。方案16.如方案15所述的车辆系统，其中所述第一部件是车辆的簧下部件；以及所述第二部件是车辆的簧上部件。方案17. —种车辆系统，包括车辆悬架装置，其构造成在车辆行驶期间运动；以及传感器，其包括压电装置，所述压电装置安装在所述车辆悬架装置上且构造成生 成指示车辆行驶期间所述运动的电能。方案18.如方案17所述的车辆系统，其中，所述车辆悬架装置包括第一板簧组件和第二板簧组件；并且其中，所述压电装置指示所述第一和第二板簧组件的相对位移。方案19.如方案18所述的车辆系统，还包括能量转换器，其与所述压电装置相联接并且安装在所述第一板簧组件上，所述能 量转换器构造成将所述传感器的电能转换为指示所述相对位移的信号；以及发送器，其与所述能量转换器相联接并且安装在所述第一板簧组件上，所述发送 器构造成将所述信号发送给车辆控制器。方案20. —种车辆系统，包括阻尼器组件，其包括
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防尘管组件；以及阻尼管组件，其安装成在车辆行驶期间在所述防尘管内进行伸缩运动；传感器，其安装在所述防尘管内部，并且构造成检测所述防尘管的位置；以及能量收集装置，其安装在所述阻尼器组件上，并构造成向所述传感器提供电能。


实施例将结合以下的附图加以描述，其中相似的数字代表相似的部件，其中图1是根据示例性实施例的包含自供能传感器系统的车辆的示意图；图2是根据示例性实施例的图1中的传感器系统的框图；图3是根据另一示例性实施例的能量收集装置的截面图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图4是图3中的能量收集装置的更详细视图；图5是根据示例性实施例的能量收集装置的部分截面图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图6是根据另一示例性实施例的能量收集装置的截面图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图7是根据另一示例性实施例的能量收集装置的截面图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图8是根据另一示例性实施例的能量收集装置的截面图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图9是根据示例性实施例的图8中能量收集装置的颠簸缓冲器组件的立体图；图10是根据另一示例性实施例的图8中能量收集装置的颠簸缓冲器组件的立体 图；图11是根据另一示例性实施例的能量收集装置的立体图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图12是图11中能量收集装置的压电纤维复合材料装置的立体图；图13是根据另一示例性实施例的能量收集装置的立体图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图14是图13中能量收集装置的侧视图；图15和图16是图13和图14中的板簧的截面图；图17是根据另一示例性实施例的能量收集装置的立体图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图18、图19和图20是图17中的板簧的截面图；图21是根据另一示例性实施例的能量收集装置的立体图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图22是适用于图21中能量收集装置的螺旋弹簧的侧视图；图23是根据另一示例性实施例的能量收集装置的立体图，其适合与图2中的自供 能传感器系统一起使用；图M和图25是在图23中能量收集装置中使用的第一和第二弹簧隔离器的立体图；图沈是根据另一示例性实施例的传感器系统的截面图；图27是根据另一示例性实施例的传感器系统的截面图；图观是根据另一示例性实施例的传感器系统的截面图；图四是根据另一示例性实施例的传感器系统的截面图；图30是根据另一示例性实施例的传感器系统的截面图；图31是根据另一示例性实施例的传感器系统的截面图；图32是根据另一示例性实施例的示例性自供能传感器组件的立体图；图33是根据另一示例性实施例的示例性自供能传感器组件的立体图；图34是根据另一示例性实施例的自供能高度传感器系统的侧视图；图35是根据另一示例性实施例的自供能高度传感器系统的侧视图；和图36是根据另一示例性实施例的自供能高度传感器系统的侧视图。
具体实施例方式以下详细的描述本质上仅仅是说明性的而不是对本发明或者本发明的应用和使 用进行限制。此外，无意受到任何在前述的技术领域、背景技术、发明内容或者以下详细描 述中介绍的明示或者暗示理论的约束。本文可能在功能和/或逻辑块部件以及各种处理步 骤方面来描述本发明。应该认识到，这种逻辑块部件可以通过构造成实施规定功能的任何 数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。为了简明的目的，与半导体处理、晶体管理论、封 装以及功率模块相关的常规技术和系统将不会在这里进行详细地描述。以下的描述涉及“连接”或者“联接”在一起的元件或者节点或者构件。如在这里 使用的，除非另有明确的说明，否则“连接”是指一个元件/节点/构件在机械含义、逻辑含 义、电含义或者其他合适含义下与另一个元件、节点或者其他构件直接结合(或直接连通/ 通信)。相似地，除非另有明确的说明，否则“联接”是指一个元件/节点/构件在机械含义、 逻辑含义、电含义或者其他合适含义下与另一个元件/节点/构件直接或间接地结合(或 者直接或间接地连通/通信)。术语“示例性的”理解为“示例”而不是“模型”。此外，尽管 附图可能描述了元件的示例性布置，但其他介入元件、装置、构件或者部件可以出现在本发 明的实际实施例中。图1是包含有自供能传感器系统200的车辆100的示意图。在一个示例性的实施 例中，传感器系统200安装在联接第一(上方)部件102和第二(下方)部件104的悬架系 统120的部件上。如下面所述，悬架系统120可包含各种阻尼器组件(或者震动吸收器)、 螺旋弹簧、以及板簧，其使得在车辆100的部件102和104之间产生相对运动。同样如下面 所述，这种运动可被收集作为传感器系统200可用的能量。第一部件102可被认为是簧上部件(sprung component)并且一般包括客舱、发动 机、以及大部分的车身板件。第二部件104可被认为是簧下部件(imsprimgcomponent)并 且包括与地面或者某个其他参考位置以基本刚性的方式相联接的车辆的部件、构件或者元 件，包括轮胎、制动转子、车轴以及非减震的悬架连接件。如此，在车辆运动期间，悬架组件120把第一和第二部件102、104联接在一起，以 便为基本竖直的运动提供一种柔性且衰减的响应，从而限制和稳定这种运动，因此给乘客提供更舒适的驾乘。如下面所述，为了改善驾乘和操纵、车辆高度控制、稳定性控制、牵引控 制等等，期望实时地(或基本实时地)检测与悬架系统120和车辆100相关的各种参数。图2是根据示例性实施例的示例性传感器系统200的框图，其可被包含到图1中 的车辆100内。传感器系统200包括能量收集装置210、能量转换器220、能量储存装置230、 传感器M0、以及发送器250。一般来说，能量收集装置210是一种在车辆行驶期间由于悬 架系统120(如图1)内的运动而产生可变幅度、可变频率的AC能量的装置。能量收集装置 210可包括，例如，压电材料或微型涡轮，其在下面将更详细地描述。通过能量收集装置210产生的AC能量被应用于能量转换器220，能量转换器220 转而将AC能量转换为DC能量。能量转换器220，例如可以是整流器、放大器、和/或调节 器。在一个示例性实施例中，能量收集装置210可产生被能量转换器220接收的AC正弦波 形，能量转换器220可包括全波同步整流器。整流后的信号可被应用于能量转换器220中 的低通滤波器，以产生DC电压。由能量转换器220产生的DC电压可在约IOOmV至约300mV 的范围内、IV至18V的范围内，或者是任何期望的电压值。实际情况下，该电压值的范围可 根据需要而变化以适应预期应用中的传感器和信号发送器的需求。能量转换器220的输出可被用于向能量储存装置230进行充电，能量储存装置230 例如可以是电容器和/或电池。能量储存装置230可向一个或多个传感器240提供能量， 传感器240转而通过发送器250向一个或多个车载处理器提供信息，其中所述发送器250 也可通过能量储存装置230提供能量。如上述说明以及接下来更加详细的讨论，传感器240 可以是红外线的、超声波的、激光的或者其他类型的传感器，其测量车辆的参数，如相对和 绝对高度以及车轮加速度。发送器250例如可以是一种无线收发器，其通过UWB、红外线、超 声波、激光等方式与车辆控制器进行通信。在一个实施例中，传感器240和发送器250是集 成单元，并且包括用于执行上述任务的处理器。图3-25 —般性地示出了可以作为图2中能量收集装置210的一些能量收集装置。 除此之外，下面讨论的能量收集装置可以被包含到阻尼器组件或弹簧中，其中阻尼器组件 或弹簧可以是图1中悬架系统120的部件。例如，图3示出了一种能量收集装置310，其可以被包含到阻尼器组件(或者震动 吸收器)306中。阻尼器组件306包括阻尼管312、外圆柱形壳体或防尘管314、活塞杆316、 下述的其中有多个通道穿过的活塞338、螺母335、活塞杆导引器/密封件318、上安装组件 320、以及下安装托架322。阻尼器组件306可在第一端3M利用下安装托架322上的开口 326与下控制臂相联接，其中，下控制臂可与下方部件104(如图1)相应，开口 3 构造成 接收合适的紧固件。阻尼器组件306类似地在第二端与框架构件连接，其中，框架构件可以 与具有自锁凸缘螺母330的上方部件102相应(如图1)，凸缘螺母330螺纹连接于活塞杆 316的螺纹端332。阻尼管312在下端334处与安装托架322相连接，并在上端336处与活 塞杆导引器/密封件318相连接。活塞杆316位于阻尼管312内部，并且延伸穿过活塞杆导 引器/密封件318。可选择的颠簸缓冲器342例如可以由硬质橡胶制成。颠簸缓冲器342 与颠簸缓冲器托架344相联接，并且围绕着活塞杆316同心地布置。防尘管346与上安装 组件320相联接，并且围绕着阻尼管312同心地延伸。因此，阻尼管312和防尘管346构造 成可以相对于彼此进行伸缩运动。也就是说，当车辆在道路上遇到例如凸块等的干扰时，阻 尼管312可以自由运动或者振动到防尘管346内以及从防尘管346内运动或振动出来。
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如果道路的表面不平，阻尼管312将会经历到防尘管346内和从防尘管346出来 的振动类型的运动，每次需要流体流经活塞338。也就是说，如果阻尼管312被迫使进入防 尘管346 (如，当车辆悬架越过而颠簸时)，流体必须从活塞338前面的区域流动到活塞338 后面的区域。如果阻尼管312被拉出防尘管346 (如，当车辆悬架越过而反弹时)，流体从活 塞338后面的区域流动到活塞338前面的区域。在图3中，阻尼管312竖直定向，并且阻尼 管312的运动将被称为相对于活塞338的上下运动。图4是图3中能量收集装置310的部分更加详细的截面图。能量收集装置310与 大体上圆柱形的活塞338相联接，并且包括大体上圆柱形的杯状壳体352 ；引擎，如安装成 能在壳体352中旋转的微型涡轮组件354 ；基本上为圆柱形的永磁体356，其与微型涡轮组 件3M相联接或者安装在微型涡轮组件3M上且构造成可以随之旋转；以及位于壳体352 内部并与永磁体356相邻的固定线圈358。磁体356可以是单极对磁体或者多极对磁体。如图所示，微型涡轮组件邪4包括大体上是圆柱形的支撑板360，其大致位于壳 体352内部；轴(spindle) 362，其延伸穿过壳体352下部中的低摩擦轴承347或者类似物 且以毂部364终止；以及至少两个叶片366，其中每个叶片构造成响应于与其的流体接合， 使涡轮组件3M发生旋转，从而使永磁体356发生旋转。当流体被迫使向上或者顺着箭头 370表示的方向流动时，叶片366在第一方向旋转，而当流体被迫使向下或者顺着箭头372 表示的方向流动时，叶片366则在第二相反的方向旋转。叶片366可以延伸至紧邻阻尼管 312的内壁。通常，活塞338具有多个穿过其的通道；例如，低速流出孔337，压缩口 341以及反 弹口 339。活塞338在阻尼管312的侧壁处密封，迫使所有流体流动穿过流出孔337和/或 反弹口 339和/或压缩口 341、以及与之相关联的阀(未示出)，从而提供需要的阻尼力。永磁体356相对于线圈358的旋转使由活塞338的平移运动提供的机械能转换为 电能。这个过程，通常被称为机电能量转换，其是基于法拉第电磁感应定律的，根据这个定 律，如果线圈(也被称为绕组)与变化的磁场关联(即，线圈358与永磁体356关联)，则会 在线圈中感应出电磁力(EMF)或者电压。因此，作为电磁体的永磁体356提供磁场，该磁场 可以用磁体的场强进行调整和设定。EMF感应在线圈358处发生，而相关联的AC电流会从 线圈358通过活塞杆通道375中的电导体374开始传递，并且应用到能量转换器(如转换 器220(图幻)的输入。线圈358附近的壳体352部分可以是一种软磁材料，而支撑板360、 轴362、毂364以及叶片366可以是非磁性的，从而使磁通量向线圈358集中。如此，能量收 集装置310产生可以用于向如下所述的传感器系统的其它部件提供能量的电压。图5是另一个能量收集装置510的部分截面图，其可包括永磁体554，其安装在 如图4中所示类型的阻尼器组件内，并且构造成可以相对于类似地安装在阻尼器组件552 上或内的线圈556进行振荡平移运动。这种振荡平移运动由箭头551来表示。如上所述， 永磁体5M的这种相对于线圈556的振荡运动将磁体5M的平移运动所提供的机械能转换 为电能。图6是根据另一实施例的另一个能量收集装置610的截面图。能量收集装置610 安装在阻尼器组件606的内部，在结构和操作上类似于图4中所示的能量收集装置，不同的 是添加了与阻尼管612的表面固定联接的磁体670、与防尘管646的表面固定联接的线圈 672、以及可选择的与线圈672通过导体678联接的整流器674和连接器676。还可提供可以再充电的电池。整流器674可以对应于如上所述的能量转换器220(图2)。当阻尼管612 由于车辆悬架的颠簸和反弹而在防尘管646内部振荡时，磁体670会在线圈672内部或紧 邻处来回振动，从而如上所述的在线圈672中感应出AC电流。图7是根据另一实施例的被包含到阻尼器组件706中的能量收集装置710的截面 图。相对于图6的视图，磁体770和线圈772的相对位置已经进行了交换。也就是说，磁 体770此时与防尘管746的内表面固定地联接，而线圈772安装在阻尼管712的外表面上。 为了适应这种颠倒，如图中所示，整流器774和连接器776现在可以通过导体778与阻尼管 712的表面相联接。还可以提供可以再充电的电池。图7中所示系统的操作类似于之前结 合图6所进行的描述。然而，在这种情况下，线圈772在磁体770附近振荡，从而在线圈772 中感应出电流。图8是根据另一实施例被包含到类似于以上所述的阻尼器组件822中的能量收集 装置810的截面图。如此，阻尼器组件822包括阻尼管组件824、外圆柱形壳体或防尘管组 件826、活塞杆828、固定在活塞杆828上的活塞830、颠簸缓冲器阻挡器832、以及弹性体颠 簸缓冲器组件852。在这个实施例中，如下面所述的，颠簸缓冲器组件852作为包括活塞830的能量收 集装置810的一部分。颠簸缓冲器组件852例如由弹性体材料(如聚氨酯)制成，与颠簸 缓冲器托架肪4相联接，并且同心地布置在活塞杆拟8周围。防尘管拟6与上安装组件836 相联接，并且围绕阻尼管824同心地延伸。因此，阻尼管拟4和防尘管拟6构造成可以相对 于彼此进行伸缩运动。也就是说，当车辆在道路上遇到例如凸块等的干扰时，阻尼管拟4可 以自由运动或者振动到防尘管826内以及从防尘管826内运动或振动出来。通常，活塞830具有多个穿过其的通道831 ；例如，低速流出孔，压缩口以及反弹 口。活塞830在阻尼管组件824的内侧壁处密封，迫使所有流体流动穿过流出孔和/或反 弹口和压缩口、以及与之相关联的阀(未示出)，从而提供需要的阻尼力。如果行驶的道路 表面不平(即，包含凸块、坑洞等)，阻尼管组件拟4将被反复地迫使进入防尘管826，从而 使颠簸缓冲器阻挡器832冲击并且压缩颠簸缓冲器组件852。图9是根据第一实施例的环形颠簸缓冲器组件852的立体图。颠簸缓冲器组件852 包括呈例如压电纤维复合材料盘860形式的压电装置，其在表面864附近嵌入弹性体颠簸 缓冲器材料862中。压电现象是某些材料在受到机械应力时产生电位的特性。已知的压电 材料包括但不限于自然存在的水晶、人造水晶、以及某些陶瓷。最近，已经开发出压电纤维 复合材料换能器，其与块体压电陶瓷相比具有某些优点。例如，它们更轻，更具柔性并且更 加耐用。可以从压电纤维复合材料得到更高的压电电压系数，从而产生更多的电力。此外， 压电纤维复合材料可以便宜地制造成用户定义的形状。压电纤维复合材料由于纤维载荷分 担而提供增大的强度，并且可以与耐用的聚乙烯薄板进行层压从而获得更大的坚韧性。压 电纤维复合材料可以单个使用或者多个并联使用，从而积聚电力用于长的时间段。这样的 装置可以通过位于 Lambertville，N. J 的 AdvancedCerametrics. Inc 公司获得。当在如图8所示的阻尼器组件中使用时，表面864以及因此压电盘860将位于颠 簸缓冲器托架854的附近。当以上述方式构造时，压电盘860在颠簸缓冲器阻挡器832每 次接合并压缩颠簸缓冲器组件852时将会发生应变，从而产生跨终端866的电压。如上所 述，这种AC能量可被应用于整流器，以转换成DC能量。
图10是根据另一个实施例的颠簸缓冲器组件870的立体图，其可取代图8中的颠 簸缓冲器组件822。颠簸缓冲器组件870不同于颠簸缓冲器组件822的区别仅在于压电盘 872的布置。在这个实施例中，压电盘872附接到颠簸材料874的外表面871，从而当颠簸 缓冲器870部署在如图8所示的阻尼器组件中时，压电盘872将暴露给颠簸缓冲器托架832 并与颠簸缓冲器托架832相邻。图11是与车辆弹簧悬架11 相联接的能量收集装置1110的立体图。板簧组件 1130和1132与车轴/差速器壳体1136相联接。各个车轮(未示出)分别与转子1138和 1140相联接。板簧组件1130和1132可以包括，例如具有基本上为长方形横截面的细长的弧形 钢簧。对于较重的车辆，若干板片可互相堆积从而形成通常具有逐渐变短的板片的若干层。 板簧组件1130和1132可在其两端均直接附接到车架，或者在其一端通过勾环直接附接，或 者在另一端通过短的摆臂附接。第一和第二柔性压电装置1146和1148分别附接到板簧组件1130和1132的第一 板片的顶部。压电装置1146和1148可以例如是压电纤维复合材料。为了清楚起见，在图 12中示出了一个这样的装置1149。参考图11和图12，当其上附接有压电装置1146和1148 的板簧在车辆悬架移动期间压缩和扩展时，压电装置146和1148将会变形并且产生电压。 产生的电压与板簧经受的应变或应力的程度成比例。因此，当变形量增加和/或者变形频 率增加时，压电装置346和348产生的电能的量会增加，并且产生的电能会如上所述的转换 为DC能量。图13和14分别是根据另一实施例的被包含到板簧组件1360中的能量收集装置 1310的立体图和侧视图，其中板簧组件1360类似于图11中的板簧组件1130和1132。板簧 组件1360包括，例如三个板片1362、1364、1366。顶部板片1362设有联接器1365和1367， 所述联接器便于使板簧组件1360与车架相联接。为了减少板片间的摩擦，在板片间设有隔 离垫1368。可以是压电纤维复合材料的压电材料1370的层与板簧1362的上表面相联接。压 电材料1370可以使用合适的化学结合材料与板片1362的上表面相结合。可替代地，压电 材料1370可通过机械夹1372夹在板片1362的上表面上。如果需要的话，压电材料1370 可如图15中所示那样附接到板簧组件1360的一个或者多个板片的上下表面，或者如图16 中所示那样附接到每一个板片的四个表面上。根据上述方式沉积的压电材料1370可与能 量转换器220(图幻相联接。此外，多个压电元件可紧固于所述表面并且以并联或者串联 的布置方式电连接，其中并联连接使得在任何一个装置中发生电开路的情况下能够继续工 作，串联连接使得在任何一个装置中发生电短路的情况下能够继续工作。图17是实施为板簧组件1780的能量收集装置1710的立体图，图18_20是能量收 集装置1710的各种实施例的截面图。在这种情况下，压电装置(例如压电纤维复合材料 1782)可在板簧1780上的各种位置附接到表面1784。与上述的情况相同，压电纤维复合材 料1782可与如以上图2中所述的能量转换器210相联接，以形成传感器系统的一部分。压 电纤维复合材料可附接到板簧1780的主要表面(图18)，可以附接在板簧1780的四个表面 上(图20)，或者压电材料1782可被包含到层压复合材料弹簧中(图19)。图21是根据另一个实施例的能量收集装置2110的立体图，图21示出能量收集装置2110被包含到车辆螺旋弹簧悬架系统中，该悬架系统可与悬架系统120(图1)相对应。 第一和第二毂2181和2183安装成可在桥总成2185上旋转。阻尼器组件2187和螺旋弹簧 2189联接在桥总成2185和车架(未示出)之间。在这个实施例中，如在图22中更清楚示 出的，上述类型的柔性压电复合材料带2191安装在螺旋弹簧2189上。当螺旋弹簧在车辆 行驶时拉伸和压缩时，压电带2191(或者串联或并联布置的若干片(patch))将会变形，从 而跨终端产生电压。在这个实施例中，整流器2193(例如，与图2中的能量转换器210相对 应的整流器)可安装到车辆结构(例如桥总成)并且与压电带2191联接，从而使来自压电 带2191的AC信号转换为DC能量。在复合材料螺旋弹簧的情况下，压电材料可布置在叠置 的层之间。图23是根据另一实施例的被包含到车辆悬架中的能量收集装置2310的立体图， 其中车辆悬架可与悬架系统120(图1)相对应并且包括框架或车身侧轨道2395、下控制臂 2397、以及联接在框架2395和控制臂2397之间的螺旋悬架弹簧2399。弹簧2399与具有弹 簧座2301的框架2395相连联，其中弹簧座2301具有中心凸起2303，其将弹簧2399的上 部定位；以及由弹性材料(例如，橡胶，聚氨酯弹性体等等)制成的弹簧隔离器2305，其位 于螺旋弹簧2399和弹簧座2301之间，用于避免悬架移动期间的接触噪音。图M和图25分别是弹簧隔离器M03和M07的第一和第二实施例，其可被包含 到图23的能量收集装置2310中。在每种情况中，弹簧隔离器M03和M07均包括环形部 分对09和中心凸起Mil。每个均设有压电环形盘对12。在图M中，压电盘M12位于弹性 材料层M14和M16之间。在图25中，压电材料M18层位于弹性材料M20的上表面上。 可替代地，压电材料可以模制在隔离器内部，从而得到保护免受环境影响。因此，当弹簧隔离器M03或M07位于螺旋弹簧2399和弹簧座2301之间时，在车 辆行驶时由于所遇到的道路干扰而引起的螺旋弹簧2399的拉伸和压缩将导致压电盘M03 或2407的变形，从而在输出终端处产生AC电能。图沈-36描述了可由上述的能量收集装置提供能量的各种传感器系统。尽管以下 的一些实施例是结合特定能量收集装置来描述的，但上述任何一种能量收集装置都可以被 包含到下述的任何一种传感器系统中。图沈是根据示例性实施例的被包含到阻尼器组件沈04中的传感器系统沈00的 截面图，其中阻尼器组件2604在结构上类似于以上所述的阻尼器组件。示意性地，下述的 部件与图2中的传感器系统200相对应，减震部件可与图1中的悬架系统120相对应。阻尼器组件沈04包括圆柱形主体或者阻尼管沈60、圆柱形的外壳体或者防尘管 沈88、活塞杆沈48、端部件沈96、上安装组件2680、以及下安装托架沈68。阻尼器组件沈04 进一步包括传感器板沈64和标靶沈92。传感器板沈64可采用适合于感测标靶沈92的相 对位置并且产生指示该位置的输出信号的任何装置的形式。在图沈示出的示例性实施例 中，传感器板2664采用焊盘型柔性电路板的形式，其固定地安装到防尘管沈88的内部环形 表面，或者优选地与防尘管2688的内部环形表面一致。尽管为了清楚起见没有在图沈中示 出，传感器板2664布有各种电子元件，实施电子元件包括，例如特定用途集成电路(ASIC)， 其可以适于驱动传感器板沈64的其它元件(例如，磁性线圈)。具有合适磁图案(magnetic pattern)的标靶沈92布置在另一个柔性电路板上，并且与传感器板沈64磁联接。标靶 2692可包括在上端沈06附近安装到阻尼管沈60的圆盘状(puck-shaped)主体。然而，应该认识到，在替代实施例中，标靶沈92可采用其他几何构造和在阻尼器组件沈04中的其他 布置方式。传感器板2664的长度(沿中心轴线沈70测量)足以提供与标靶沈92的持续 联接，因此依赖于阻尼管沈60的竖直移动范围。传感器板沈64的宽度或角度覆盖范围也 足以保持与标靶2692的联接并足以对阻尼管沈60和防尘管沈88之间的任何扭转位移进 行补偿。连接器沈76安装在防尘管沈88的密封开口内或者安装在穿过这种开口的线束的 端部，并且在传感器板沈64和外部电子组件之间提供电联接。这些组件(在一个实施例中， 包括处理器2674)构造成用于接收来自传感器板沈64的信号并且确定标靶沈92相对于传 感器板沈64的位置。在另一个实施例中，处理器沈74可以布置在防尘管沈88内部，并且可作为传感器 板沈64的部件而被包括。处理器沈74可进一步扩展以包括本地控制器，其与通过电子方 式控制的阻尼器组件联接并构造成对它提供控制。在这种情况下，连接器沈76可为传感器 板沈64提供能量，并且提供通讯通道，通过该通讯通道可把由处理器沈74产生的相对高度 数据传输给例如车辆悬架控制器。在操作中，由簧上车辆质量/簧下车辆质量(例如图1中所示的第一和第二部件 102和104)之间的竖直距离的变化会被传输到与簧下车辆质量相联接的阻尼管沈60，也会 被传输到与簧上车辆质量相联接的防尘管2688。当阻尼管沈60相对于防尘管沈88在竖直 方向上移动时，标靶2692相对于传感器板沈64以非接触方式移动。在一个实施例中，传感 器板164包括一系列微型线圈，其用于产生和接收与标靶沈92相互作用的磁场。这种相互 作用以依赖于标靶沈92和传感器板沈64的相对位置的方式而改变磁场的相位。传感器板 2664基于这种相互作用产生相位变化信号，这种相位变化信号通过连接器沈76传输到支 持外部电子器件组件，该支持外部电子器件组件可包括，例如处理器2674。所述电子器件组 件然后利用这些相位变化信号来确定所述位置，从而确定标靶沈92相对于传感器板沈64 的高度。这种传感器可通过位于 Carrollton Texas 的 TTElectronics OPTEK Technology 在产品名AutopadTM下商购获得。相对高度数据可进一步被悬架控制器(未示出)利用， 其中悬架控制器与电子器件组件相联接并且构造成相应地调节受控的悬架元件。本领域技 术人员应当理解的是，也可使用其它的感应型传感系统来确定阻尼器组件内部部件之间的 相对位移，从而确定簧上车辆质量和簧下车辆质量之间的相对高度。这些包括但不限于，基 于霍尔效应磁性联接的系统，倘若传感器/标靶部件的联接被分在簧上车辆质量和簧下车 辆质量之间的话。图27是根据另一实施例的被包含在阻尼器组件2740中的传感器系统2740的截 面图，其中阻尼器组件2740具有高度感测系统。阻尼器组件2740构造成具有很多与阻尼 器组件2604(如图沈所示)相同的内部元件，包括圆柱形主体或者阻尼管2760、壳体或者 阻尼管2788、活塞杆2748、可选择的颠簸缓冲器托架2778、可选择的颠簸缓冲器2772、端部 件2796 (当存在颠簸缓冲器2772时，其采用颠簸缓冲器阻挡器的形式)、上安装组件2780、 以及下安装托架2768。当阻尼管2760被高度压缩时，端部件2796抵靠与颠簸缓冲器托架 2778相联接的颠簸缓冲器2772，从而提供缓冲的(cushioned)行程极限。传感器元件2712 安装于颠簸缓冲器托架2778，并且构造成围绕或部分围绕活塞杆2748的环形或半环形形 状。颠簸缓冲器2772的一部分可以去掉以容纳传感器元件2712并且防止在颠簸缓冲器 2772被压缩时传感器元件2712受到损坏。
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在一个实施例中，端部件2796可包括例如铁或者碳钢的铁磁性金属，该铁磁性金 属作为与传感器元件2712感应联接或电磁联接的标靶。传感器元件2712包括用于产生磁 场的永磁体，并且具有构造成用于检测磁场变化的感测线圈。合适的永磁体包括永远保持 磁化并持续产生磁场的材料成分，例如钕铁钴(NdFeCo)或铝镍钴(AlNiCo)。在操作中，端 部件2796相对于传感器2712的运动以指示端部件2796和传感器2712之间相对距离的方 式改变磁场。在另一个实施例中，端部件2796可包括用于产生磁场的永磁性材料，传感器 2712构造成在端部件2796相对于传感器2712移动时感测磁场变化。在任何一种情况中， 传感器2712产生指示传感器到标靶的距离的信号。合适的连接器2720通过防尘管788中 的开口联接传感器元件2712，从而提供一种用于将所述信号传输给外部电子器件组件的装 置，其中的外部电子器件组件可包括处理器和/或底盘控制器(未示出)。在如图观所示的另一个实施例中，传感器系统观40被包含到不包括颠簸缓冲器 的阻尼器组件观40中，而且传感器元件观12固定地安装于防尘管观88的内表面。在这种 情况中，端部件观96可采用合适的端盖的形式，该端盖在一个实施例中具有环形形状，其 与上端联接并且与活塞杆观48可滑动地联接。端部件观96和传感器观12都适当地构造 成如上所述那样彼此磁联接，并因此可与阻尼管观60 —起使用，其中阻尼管观60包括铁磁 性或非铁磁性材料。例如，如果阻尼管观60由非磁性不锈钢制造而成，则端部件观96构造 成提供与传感器元件观12的感应联接。在这些实施例中的任一个中，无论颠簸缓冲器是否 被使用，端部件观96和传感器元件观12都被装入防尘管观88和/或者上安装组件观80 内，并且防尘管观88和上安装组件观80中的每个都提供保护以免受道路碎屑和污染物影 响。此外，这些部件可以很方便的通达以便进行维修，而不用替换整个阻尼器组件。在操作中，簧上车辆质量和簧下车辆质量之间的竖直距离根据道路状况和车速而 变化，导致阻尼管观60沿着活塞杆观48同心地移动到防尘管观88内以及同心地移动出 防尘管观88。因此，在作为标靶的端部件296和传感器元件观12之间的高度差也会改变。 传感器元件观12构造成用于感测由标靶端部件观96相对于传感器观12的运动产生的磁 场的变化，并输出指示这些元件之间相对位置的输出信号。该输出信号由可布置在防尘管 2888中的电子器件组件处理以确定相对高度差，其中这些电子器件组件可包括处理器。这 些数据可进一步被传输到底盘控制器(未示出)，该底盘控制器通过相应地调节悬架元件 而对相对高度变化作出响应。在另一个实施例中，传感器元件观12包括集成处理器(未示 出)，该集成处理器构造成用于确定相对高度数据并将这些数据传输到外部控制器。图四是被包含到悬架阻尼器组件四00中的传感器系统四10的另一个实施例的 截面图，其中悬架阻尼器组件四00可形成悬架系统120(图1)的一部分，其包含用于测量 阻尼器组件中两个部件之间的距离的系统。尽管阻尼器组件四00的具体构造可随着实施 例的不同而不同，但这个示例性实施例一般包括外罩2902、阻尼管四04、上安装元件2906、 下安装元件四08、可选择的颠簸缓冲器四40、以及杆四12。阻尼器组件四00的这些部件如 上所述那样协作。如上所述，阻尼器组件四00包含用来测量簧上部件和簧下部件之间的相对距离 的系统的某些构件、元件和部件。在这点上，如图四所示的示例性实施例包括磁体四50、线 圈四52、无线超宽带(UWB)收发器、以及接口模块四56。线圈四52利用例如一根或多 根线与接口模块四56电联接。接口模块四56利用例如一根或多根线与UWB收发器电联接。磁体四50可被实现为环状永磁体，其附接到阻尼管四04。在本实施例中，磁体 四50在位于外罩四02内的位置处缠绕在阻尼管四04外部的周围。值得注意的是，磁体 2950固定到阻尼管四04使得它与阻尼管四04—道运动。换句话说，阻尼管四04相对于外 罩四02的任何平移都会导致磁体四50产生相同的平移。阻尼管四04上的磁体四50的具 体尺寸、形状、电磁特性以及纵向安装位置可以改变。线圈四52可利用以适当方式缠绕的一个或多个电导体(如铜线)来实现。线圈 2952可包装成环或环形套筒，其在提供与磁体四50的电磁联接的位置处附接到外罩四02。 在该实施例中，线圈四52在与磁体四50相邻的位置处围绕外罩四02的内壁定位，且定位 成在磁体四50和线圈四52之间提供物理间隙。通常，线圈四52的纵向尺寸适应磁体四50 的移动范围。换向话说，由磁体四50生成的磁场应当对线圈四52具有影响效应，而与阻尼 管四04相对于外罩四02的位置无关。注意到，线圈四52固定于外罩四02，使得其与外罩 2902 一道运动。换句话说，外罩四02相对于阻尼管四04的任何平移都会导致线圈四52产 生相同的平移。外罩四02上的线圈四52的具体尺寸、形状、电磁特性以及纵向安装位置可 以改变。磁体四50相对于线圈四52的移动在线圈四52中感应出电流。因此，阻尼管四04 相对于外罩四02的移动将在线圈四52中产生电流。在这里描述的车辆部署中，在线圈四52 中感应产生的电流根据操作条件可在幅度和频率上变化。例如，如果车辆处于静止并且悬 架处于完全被动的状态，则在线圈四52中具有很小的电流或者没有电流产生。相反地，如 果车辆以高速在非常不平或者颠簸的道路上行驶，则将会产生具有相对较高幅度和频率的 电流。线圈四52与接口模块四56电联接，使得任何感应电流均可以提供给接口模块 四56以用于调节、处理、操作等。取决于实施例，接口模块四56可位于外罩四02的外部(如 图所示)或者外罩四02的内部。此外，优选实施例将适用于典型车辆运行环境的密封的封 装用于接口模块四56。接口模块四56适当地构造成用于将感应产生的电流转换为一种或 多种可用的DC电压。然后，所述一种或多种DC电压可用于向至少一个能量存储元件进行 充电和/或者用于向接口模块四56和UWB收发器27M提供能量。UffB收发器与接口模块四56电联接，使得在UWB收发器和接口模块 2956之间提供信号和/或者数据传输。值得注意的是，UffB收发器被实施为这样一 种装置或部件，即该装置或部件附接、刚性连接或者固定到上安装元件四06，使得它与外罩 2902和上安装元件四06 —道移动。换句话说，外罩四02相对于阻尼管四04的任何平移都 将会导致UWB收发器产生相同的平移。在所示的实施例中，用于UWB收发器的 安装位置是帽四58。UffB收发器四讨，其优选地在接口模块四56的控制下进行操作，并且其构造成根 据需要发送和接收UWB信号从而对距离测量系统进行支持。UWB收发器和技术是熟悉射 频(RF)通讯技术的技术人员所已知的，所以UWB技术就不在这里详细描述了。UWB收发器 2954可包括至少一个天线、接收器元件、发送器元件、以及在RF收发器装置中通常存在的 其它RF前端元件。UffB传输具有十分低的功率水平的特点，其利用RF频谱中非常大的部分。UWB收发器产生的UWB信号可视为非常低功率的脉冲，其在时域内非常窄，但是在频域内很 宽。典型的UWB信号可包含在3. IGHz到10. 6GHz的频带范围内散布的频率组成。UWB信 号的特性使得它们特别适用于否则将会产生大量的信号干扰、信号反射等的车载应用。UWB 技术可以在相对恶劣的电磁干扰环境中提供高质量的服务，例如在车辆部署中。UWB信号的 宽的带宽使得能够进行稳健的信号检测和讯息恢复。UffB收发器适当地构造成向阻尼管四04发送UWB测量脉冲，以及接收从与 阻尼管四04相关的反射表面反射回来的相应的UWB脉冲。换句话说，每个UWB测量脉冲从 UffB收发器传播到反射表面，然后回到UWB收发器。在本说明书中，反射的UWB 脉冲代表了相应UWB测量脉冲的反射形式。因此，反射的UWB脉冲实际上是已经沿着某一 路线传播的UWB测量脉冲，而UWB收发器接收的反射UWB脉冲实际上是已返回到UWB 收发器的UWB测量脉冲。值得注意的是，阻尼器的反射表面实施在这样的构件或部件上，即该构件或部件 附接、刚性连接或固定到阻尼管2904，使得其与阻尼管四04 —道移动。换句话说，阻尼管 四04相对于外罩四02的任何平移都将会导致反射表面产生相同的平移。在所示的实施例 中，反射表面实施在止动板四20上(因此，止动板四20可视为用于UWB收发器的反 射器)。可替代地，反射表面可实施在阻尼管四04的顶端(杆导引器)2922上。可替代地， 反射表面可实施在阻尼管四04上的其它位置处或者实施在与阻尼管四04刚性附接的其他 部件上。反射表面具有的某些特性使得其是UWB信号和UWB能量的良好的反射器。这就允 许反射器高效地反射由UWB收发器产生的UWB测量脉冲。例如，反射表面可以是例如 金属的导电材料的光滑表面。理想情况下，反射表面能够切实高效地反射UWB信号而仅有 很少的能量损失，从而改善UWB收发器的检测能力。在这点上，UWB收发器和反 射表面构造成、布置成和定位成，使反射信号的能量最大化。在某些实施例中，反射表面可 构造成将反射能量向UWB收发器集中。如下面更加详细的描述，UWB收发器可被设计为在多种不同的模式下工作， 包括测量模式和报告模式。如下面更加详细的描述，当在测量模式下工作时，接口模块四56 推导出或计算出两个被监控的部件(例如，阻尼器组件的外罩和阻尼器)之间的距离，其中 这距离是基于UWB测量脉冲和相应的UWB反射脉冲的某些特性。系统的报告模式可用于向控制模块发送测量数据，其中所述控制模块转而能够接 收、翻译、分析和启动适当的响应。优选地，测量数据伴随唯一地标识所测量的位置或部件 的适当的识别符或数据进行发送(至少在监控的车辆环境中是唯一的)。例如，如果车辆具 有4个阻尼器，则通过四个UWB收发器中的每一个发送的测量数据将包括各自的识别符，例 如，阻尼器ID。在实际的实施例中，可与空气悬架、主动稳定性控制子系统、牵引控制子系 统、防侧滚子系统、动态主动悬架子系统或者其它车辆子系统相关联，其中这样的子系统可 以对车辆的簧上质量元件和簧下质量元件之间动态变化的距离/高度作出处理和反应。在一些运用了单个UWB收发器的实施例中，测量模式和报告模式在时间上是相继 的。实际中，距离的测量可以每1.0ms至10. Oms进行一次，这取决于应用。需要这样的高 取样率来确保所述距离被几乎实时地监控和测量。当在测量模式下工作时，从UWB收发器发送UWB测量脉冲或信号。UWB测量
17脉冲被导向反射元件(例如，板四20)，然后反射元件将UWB测量脉冲反射回UWB收发器 2954。UWB收发器接收来自反射元件的反射的UWB脉冲。然后，计算与UWB测量脉冲和反射 的UWB脉冲相关的脉冲传播时间。脉冲传播时间由UWB测量脉冲的发送时间和反射的UWB 脉冲的接收时间导出。在一些实施例中，脉冲传播时间简单地计算为接收时间和发送时间 的差。脉冲传播时间将取决于UWB收发器和反射表面之间的当前距离。因此，脉冲传播时 间将指示两个被监控的感兴趣的部件(例如，阻尼器和外罩)之间的距离。因此，计算、推 导或者以其他方式确定距离测量值可以继续进行。应该认识到，距离测量值可以通过任何方便的尺度进行表达，并且距离测量值可 以指示与被监控系统相关联的任意两个参考点之间的距离。换句话说，距离测量值可以代 表仅仅基于脉冲传播时间的平移距离、偏移距离、变换距离或者比例距离。距离测量值并不 需要与用于获得脉冲传播时间的两个部件或表面严格地相关联。一般来说，可以使用一种 算法将UWB信号的渡越时间(timeof flight)转换成表征导出的分隔间距(d)的数或表达 式，其中所述分隔距离为时间差的函数d = f (At)。当在报告模式下工作时，距离测量值可以被格式化、配置、打包、调制、或者以其它 方式进行准备以用于UWB传输。一个例子可以涉及基于封包数据(packet data)的传输方 案，其中与封包数据相关的包头(header)表示车辆阻尼器位置和/或唯一的节点识别符， 以及导出的测量数据。当距离测量信息已经准备好可以被传输时，UWB收发器可以发送一 个或者多个传达与距离测量值相关联的信息或数据的距离测量信号或脉冲。被接收到后， 距离测量信号或脉冲可以通过车载的控制模块以合适的方式并根据需要进行处理。当车辆是具有多个收发器的设备时，例如，如果车辆具有4个阻尼器，则测量数据 将会通过4个UWB收发器中的每个来发送。为了避免干扰，收发器可以是同步的，或者不同 步的。如果工作在同步方式下，收发器将会具有一个指定的时间空档，在该时间空档中发送 它们的测量数据。如果工作在非同步方式下，收发器将使用直接序列扩频(DSSQ或者跳频 扩频(ram)来使所有收发器可在不干扰其它收发器的情况下工作。利用如在DSSS或rass 中使用的PN或跳频序列来操作多个装置的技术对于该领域技术人员来说是熟知的。图30是传感器系统3010的另一个实施例的截面图，其中传感器系统3010被包含 到悬架阻尼器组件3000中，用于测量悬架阻尼器组件3000中两个部件之间的距离。阻尼 器组件3000在很多方面类似于图四中的阻尼器组件四00，因此共同的部件和特性将不在 这里赘述。阻尼器组件3000包括外罩3002、阻尼管3004、上安装元件3006、与上安装元件 3006和/或者外罩3002相联接的上结构元件3008、以及与阻尼管3004相联接的下结构元 件3012。在一些实施例中，上结构元件3008构造成用作阻尼器组件3000的上弹簧座，而下 结构元件3012构造成用作阻尼器组件3000的下弹簧座。弹簧座与围绕阻尼器3004和外 罩3002的螺旋弹簧或者空气弹簧(未示出)协作。弹簧座使得螺旋弹簧保持就位，而下弹 簧座与阻尼器3004 —道移动。阻尼器组件3000优选地包括距离测量模块3020，该模块与下结构元件3010相连 接。值得注意的是，距离测量模块3020固定到阻尼管3004，使得距离测量模块3020与阻尼 管3004 —道移动。换句话说，阻尼管3004相对于外罩3002的任何平移都会导致距离测量 模块3020产生相同的平移。
距离测量模块3020可利用任何数量的不同电路、装置、处理器元件、电气部件等 来实现。在实际中，距离测量模块3020可包括电磁能量收集器、整流器/调整器、至少一个 能量源、处理器以及上述的UWB收发器或者以其它方式与这些部件相关联。距离测量模块3020的布置使得其可以向上结构元件3008发送UWB测量脉冲。值 得注意的是，上结构元件3008作为UWB测量脉冲的反射器。距离测量模块3020和上结构 元件3008被布置且构造成使得可在距离测量模块3020和上结构元件3008之间建立路径 3022。阻尼器组件3000的操作和其集成的距离测量系统类似于前面所述的内容。图31是传感器系统3110的另一个实施例的截面图，其中传感器系统3110被包含 到悬架阻尼器组件3100中，其包含了用于测量所述组件中两个部件之间距离的系统。阻尼 器组件3110类似于上述的阻尼器组件。阻尼器组件3110包括外罩3102、阻尼器3104、上安装元件3106、与上安装元件 3106和/或者外罩3102相联接的上结构元件3108、以及与阻尼管3104相联接的下结构元 件3109。阻尼器组件3110也包括附接到外罩3102的磁体3121、以及附接到阻尼器3104 的线圈3114。阻尼器组件3110包括距离测量模块3120，该模块与下结构元件3109相连接并且 与阻尼管3104 —道移动。距离测量模块3120可以通过一根或多根线3121或管道与线圈 3114电联接。距离测量模块3120可以使用任何数量的不同电路、装置、处理器元件、电气部 件等来实现。在实际中，距离测量模块3120可包括整流器/调节器、至少一个能量源、处理 器、以及如上所述的UWB收发器或者以其它方式与这些元件相关联。在某些实施例中，距离 测量模块3120代表包含了这些元件的独立的封装包。距离测量模块3120的布置使得其可以向上结构元件3108发送UWB测量脉冲。值 得注意的是，上结构元件3108作为UWB测量脉冲的反射器。距离测量模块3120和上结构 元件3108优选地被布置和构造成使得在距离测量模块3120和上结构元件3108之间建立 传播路径3122。阻尼器组件3110的操作以及其集成的距离测量系统类似于上述的内容。图32是自供能的传感器组件3200的立体图，其中传感器组件3200被包含到上述 类型的横向复合板簧组件3210上，横向复合板簧横向地安装在车辆中，即，一端安装在车 辆的左侧，而另一端安装在车辆的右侧。正如可以看到的，压电膜或压电片3202和3204已 附接在板簧3210的两端。无线发送器3206和3208也分别如图所示那样安装在板簧3210 上，并且分别与压电膜3202和3204进行电通讯。在这个实施例中，压电膜3202和3204可 用作传感器。例如，压电膜3202和3204上应变的变化可以指示左侧和右侧悬架之间的相 对位置/加速度、簧上质量和簧下质量之间的相对位移/加速度、以及板簧3200上的力/ 应变/应力。如此，压电膜或压电片3202和3204可以用作能量收集装置，从而对可再充电 的电池进行充电，也可以支持发送信号的无线传输，以及可以作为传感器本身的一部分。图33是自供能的传感器组件3300的立体图，其中传感器组件3300被包含到复合 板簧组件3314和3316上，其类似于图32中的实施例，但板簧组件3314和3316可以是轻 负荷后悬架。压电膜3310和3312以及发送器3314和3316可分别安装在板簧组件3314 和3316上。如上所述，自供能的无线多功能悬架传感器组件3300将感测例如力、位移、速 度、加速度、应力和应变的车辆动态参数。从板簧的振动回收能量，从而给多功能传感器和 无线发送器供能。压电应力和应变也可以用于监控在车辆寿命期间由于疲劳引起的板簧损坏。如果有必要的话，一个或多个能量转换器220(图2)可以分别安装在板簧组件3314和 3316上，并与压电膜3310和3312相邻。图34是自供能的传感器系统3400的示例性部署的立体图，在本实施例中，自供能 的传感器系统3400是一种高度传感器组件，其提供簧上质量和簧下质量之间(例如，部件 3402和部件3404之间)的相对位移和绝对高度，并因此提供改善的底盘控制。这样的高度 测量可与空气悬架、电子稳定性控制子系统、防侧滚子系统、动态悬架控制子系统等结合使用。尽管没有在图34中特别地示出，但自供能的悬架系统3400可包括一个或多个如 上所述的能量收集器，包括微型涡轮、永磁体、压电颠簸缓冲器等。自供能的悬架系统3400 还可包括例如整流器或调整器的能量转换器、超级电容器、无线发送器、以及壳体或托架。图34示出了车辆的簧上质量3402和簧下质量3404。传感器系统3400包括第一 传感器3444，而第一传感器3444包括收发器，收发器向支撑车辆的表面(例如，道路)发送 信号脉冲。反射信号如箭头3446指示的那样被接收回。第二传感器3448包括的收发器发 送信号脉冲，该信号脉冲如箭头3450指示的那样从道路上反射回来。然后如上所述那样计 算每个传感器3444和3448的高度，从而确定道路上方的相应位置。此后，簧上质量3440 和簧下质量；3442之间的相对位置可以被确定。图35是自供能的传感器系统3500的示例性部署的立体图，在这个实施例中，自 供能的传感器系统3500是一种高度传感器组件，其提供簧上质量和簧下质量之间的相对 位移和绝对高度，类似于上述系统。尽管没有在图35中特别的示出，但自供能的悬架系统 3500可包括一个或多个上述的能量收集器。自供能的悬架系统3600还可包括例如整流器 或调整器的能量转换器、超级电容器、无线发送器、以及壳体或托架。图35示出安装在车辆簧上质量3540上的传感器3552和安装在车辆簧下质量 3542上的反射器35M。该单个传感器3552包括向反射器35M发送脉冲的收发器，其中 所述脉冲会被反射回到传感器3552。然后处理器基于脉冲从从传感器3552出发到接合反 射器35M再到回到传感器3552处被接收所花费的时长来确定簧上质量3540和簧下质量 3542之间的相对位置。图36是自供能的传感器系统3600的示例性部署的立体图，在这个实施例中，自供 能的传感器系统3600是一种高度传感器组件，其提供簧上质量和簧下质量之间的相对位 移和绝对高度，类似于上述系统。尽管图36中没有特别地示出，但自供能的悬架系统3600 可包括一个或多个上述的能量收集器。自供能的悬架系统3600还可包括例如整流器或调 整器的能量转换器、超级电容器、无线发送器、以及壳体或托架。图36特别地示出了安装在车辆簧上质量3640(即，图1中的第一部件102)上的 第一传感器3652以及安装在车辆簧下质量3642(即，图1中的第一部件104)上的第二反 射器36M。第一传感器3652包括向反射器36M发送脉冲的收发器。簧上质量3640和簧 下质量3642之间的相对位置可以基于脉冲从第一传感器3652运动到第二传感器36M所 经历的时间而确定。因此，本发明提供了自供能的传感器系统。可以理解的是，存在很多的变型。例如， 自供能的传感器系统可以包括能够与整流器一起封装或者单独封装的电池或电容器。整流 器组件可以和能量收集装置安装在一起或者安装在分别的结构上。除了上述讨论的实施例之外，自供能的传感器系统也可以与在主动或半主动控制系统、升降门支柱组件(lifting gate strut assemblies)等中使用的线性致动器一起应用。来自车辆振动的能量被转换为一种适于存储和/或者被传感器利用的形式，其中 传感器用来测量车辆的参数。所得到的测量值可以被发送给车辆控制器，用于加强车辆控 制或健康管理。这里描述的测量系统是有利的，因为它以降低的成本、增强的可靠性和精度 改善(leverage) 了非接触式位置感测。此外，该测量系统是自供能的，以无线方式发送测 量数据，并且消除了对通向车辆控制器和来自车辆控制器的数据和动力传输线的需要。应当理解的是，示例性的实施例仅仅是举例，并不意图以任何方式限制本发明的 范围、应用或者配置。相反，前面的发明内容和具体实施方式
将为本领域的普通技术人员提 供实施本发明示例性实施例的方便的路线图，应当理解的是，在不脱离所附权利要求和其 法律等同物所阐述的范围的情况下，可以对所述元件的功能和布置进行各种变化。
权利要求
1.一种车辆系统，包括车辆悬架装置，其构造成在车辆行驶期间运动；能量收集装置，其安装在所述车辆悬架装置上并且构造成响应于所述车辆悬架装置的 运动而产生电能；以及传感器，其安装在所述车辆悬架装置上并且与所述能量收集装置相联接以接收电能。
2.如权利要求1所述的车辆系统，其中，所述车辆悬架装置是包括以下各项的阻尼器 组件防尘管组件；颠簸缓冲器组件，其在所述防尘管组件的第一端安装到所述防尘管组件内；以及阻尼管组件，其安装成在所述防尘管组件内进行伸缩运动且穿过所述防尘管组件的第 二端，所述颠簸缓冲器组件构造成被所述阻尼管组件冲击；并且其中，所述能量收集装置包括与所述颠簸缓冲器组件相联接的压电装置。
3.如权利要求2所述的车辆系统，其中，所述压电装置嵌入在所述颠簸缓冲器组件内。
4.如权利要求2所述的车辆系统，其中，所述压电装置安装在所述颠簸缓冲器组件的 表面上。
5.如权利要求2所述的车辆系统，还包括与所述压电装置相联接的能量转换器。
6.如权利要求1所述的车辆系统，其中，所述车辆悬架装置是包括如下各项的阻尼器 组件防尘管；以及阻尼管，其可伸缩地安装在所述防尘管内并且构造成相对于所述防尘管进行振荡平移 运动，其中，所述能量收集装置包括磁体，其固定地与所述防尘管或者所述阻尼管中的一个相联接；以及线圈，其固定地与所述防尘管或者所述阻尼管中的另一个相联接，以实现所述磁体和 所述线圈之间的相对平移运动，从而在所述线圈中感应出电流。
7.如权利要求6所述的车辆系统，还包括与所述线圈联接的能量转换器和与所述能量 转换器联接的能量存储装置。
8.如权利要求1所述的车辆系统，其中，所述车辆悬架装置是能够进行往复平移运动 的阻尼器组件；并且其中，所述能量收集装置包括线圈，其安装在震动吸收器内部；引擎，其安装在所述震动吸收器的内部，用于将平移运动转换为旋转运动；以及磁体，其与所述引擎相联接并且构造成在所述线圈附近旋转，从而在所述线圈内产生 电能。
9.一种车辆系统，包括车辆悬架装置，其构造成在车辆行驶期间运动；以及传感器，其包括压电装置，所述压电装置安装在所述车辆悬架装置上且构造成生成指 示车辆行驶期间所述运动的电能。
10.一种车辆系统，包括阻尼器组件，其包括 防尘管组件；以及阻尼管组件，其安装成在车辆行驶期间在所述防尘管内进行伸缩运动； 传感器，其安装在所述防尘管内部，并且构造成检测所述防尘管的位置；以及 能量收集装置，其安装在所述阻尼器组件上，并构造成向所述传感器提供电能。
全文摘要
本发明提供了一种自供能的车辆传感器系统。具体地，提供一种车辆系统。该车辆系统包括车辆悬架装置，其构造成在车辆行驶时运动；能量收集装置，其安装在车辆悬架装置上，并且构造成响应于车辆悬架装置的运动而产生电能；以及传感器，其安装在车辆悬架装置上并且与能量收集装置相联接以接收电能。
文档编号F03G7/08GK102069765SQ20101058261
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月14日 优先权日2009年10月14日
发明者C·S·纳穆杜里, N·麦马洪, R·B·埃利奥特, T·J·塔尔蒂, Y·李 申请人:通用汽车环球科技运作公司