本公開(kāi)涉及一種用于道路車輛的懸架裝置，其用于將至少一些振動(dòng)和/或機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換成電能。

背景技術(shù)：

1、車輛的懸架元件，特別包括螺旋懸架彈簧和防滾穩(wěn)定桿，設(shè)計(jì)成具有彈性特性，以減少車輛駕駛室內(nèi)感受到的顛簸和振動(dòng)。因此，這些懸架元件在操作期間經(jīng)受顯著的變形和振動(dòng)。用于將這些懸架元件固定在車輛的底盤或底架上的接口元件也是如此。

2、自然地，這些變形和振動(dòng)通常會(huì)導(dǎo)致顯著的能量損失，主要通過(guò)摩擦散逸。對(duì)于熱力車輛，估計(jì)馬達(dá)中產(chǎn)生的3％至15％的能量散逸到車輛的懸架中，如果加上馬達(dá)有效產(chǎn)生的機(jī)械能，即排除與馬達(dá)排放(33％)和冷卻(29％)相關(guān)的損失，則損失甚至上升到8％至39％。

3、因此，最好能夠最大限度地利用懸架中散逸的至少一部分能量。為此，過(guò)去已經(jīng)提出了若干解決辦法，但這些辦法并不完全令人滿意。

4、例如，一些解決方案的目的是在螺旋懸架彈簧或其減震器的區(qū)域安裝發(fā)電機(jī)，例如通過(guò)將減震器的液壓壓力轉(zhuǎn)換為液壓馬達(dá)中的扭矩，或借助齒條和小齒輪將彈簧或減震器的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)。然而，這些解決方案需要添加沉重和龐大的元件，這最終抵消了能量回收的預(yù)期收益。

5、其他解決方案建議通過(guò)安裝例如線圈來(lái)經(jīng)由感應(yīng)回收這種位移能量，該線圈附接到彈簧的一端，圍繞磁鐵，再附接到彈簧的另一端。然而，這些解決方案在實(shí)踐中也很麻煩，很難執(zhí)行。

6、最后，還有其他解決方案建議在懸架元件上或被懸架元件覆寫的元件上安裝一個(gè)或多個(gè)壓電元件。然而，迄今為止，結(jié)合壓電元件的已知解決方案未能產(chǎn)生真正可用的電流。事實(shí)上，在大多數(shù)已知構(gòu)造中，壓電元件是偶爾安裝的，因此僅產(chǎn)生小的電勢(shì)差，并且僅當(dāng)在正確方向上施加壓電元件時(shí)才能產(chǎn)生。因此，這些壓電元件通常被降級(jí)用作壓縮傳感器功能，而不具備能量回收的實(shí)際潛力。

7、因此，確實(shí)需要一種用于將至少一些振動(dòng)和/或機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電能的懸架裝置，并且該懸架裝置至少部分地不具備上述構(gòu)造固有的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)涉及一種用于道路車輛的懸架裝置，包括

2、至少一個(gè)懸架元件，至少一個(gè)懸架元件表現(xiàn)出彈性特性，以在車輛運(yùn)行時(shí)充當(dāng)懸架彈簧，或者至少一個(gè)接口元件，至少一個(gè)接口元件構(gòu)造成參與緊固車輛的呈現(xiàn)出彈性特性以在車輛運(yùn)行中充當(dāng)懸架彈簧的至少一個(gè)懸架元件；以及

3、連續(xù)的至少一個(gè)二維墊，二維墊集成到懸架元件或接口元件中、或覆蓋懸架元件或接口元件的至少一個(gè)接口表面，接口表面設(shè)置成在車輛運(yùn)行時(shí)與車輛的另一元件接觸，

4、其中，所述至少一個(gè)二維墊包括多個(gè)單獨(dú)的壓電元件，壓電元件布置在二維墊中，以將懸架元件在車輛運(yùn)行時(shí)所經(jīng)受的振動(dòng)和/或機(jī)械應(yīng)力中的至少一些轉(zhuǎn)換成電能，以及

5、其中，所述至少一個(gè)二維墊還包括電路，電路將單獨(dú)的壓電元件連接在一起，以收集由所述壓電元件產(chǎn)生的電能。

6、基于所提出的構(gòu)造，其中若干個(gè)壓電元件被支承并分布在二維墊中，平均而言，可以恢復(fù)令人滿意且可恢復(fù)的電壓。事實(shí)上，由于壓電元件分布在整個(gè)墊上，因此在任何時(shí)候至少其中一些壓電元件受到應(yīng)力并因此產(chǎn)生電勢(shì)差的概率急劇上升?？苫謴?fù)電勢(shì)差以及其隨時(shí)間的穩(wěn)定性隨著片材包括大量壓電元件而更多地增加，并且片材覆蓋接口表面的大區(qū)段而更多地增加。具體地，通過(guò)以此方式將壓電元件分布在大的表面積上，可以根據(jù)所考慮的區(qū)域恢復(fù)不同類型的不以相同幅度施加的應(yīng)力。

7、具體地，這種構(gòu)造允許單獨(dú)或聯(lián)合地調(diào)節(jié)壓電元件的參數(shù)，特別是它們的定向，因此它們可以專門適應(yīng)它們將局部承受的應(yīng)力。

8、此外，使用通過(guò)電路相互連接的這些單獨(dú)的壓電元件使得可以根據(jù)壓電元件的數(shù)量捕獲和放大振動(dòng)，這些振動(dòng)通常由于其低振幅而難以使用。

9、此外，這種壓電墊易于實(shí)施，并且可以覆蓋大的表面而不增加難度。事實(shí)上，壓電墊可以在上游制備，并在安裝懸架裝置時(shí)簡(jiǎn)單地安裝；它也可以在制造期間直接集成到懸架元件或接口元件中。

10、具體地，這樣的構(gòu)造增加了最小的質(zhì)量并占用了最小的空間，而沒(méi)有增加任何困難：因此，可以在懸架裝置的現(xiàn)有設(shè)計(jì)中放置這樣的壓電墊，而無(wú)需任何特別重大的調(diào)整。

11、在本公開(kāi)中，應(yīng)理解，二維墊是在兩個(gè)正交方向，即主方向和橫向方向上延伸的墊，二維墊的相對(duì)于這兩個(gè)方向中的每一個(gè)的厚度可忽略不計(jì)。還應(yīng)當(dāng)理解，由于墊可以是柔性的，所以這兩個(gè)延伸方向可以是曲線的。具體地，可以理解，這兩個(gè)方向中的一個(gè)方向可以自身閉合并形成環(huán)：這尤其是在墊形成管狀護(hù)套的情況下，墊的橫向方向閉合在自身上，或者當(dāng)墊形成環(huán)時(shí)，墊的主方向閉合到自身上。

12、在一些實(shí)施例中，懸架裝置包括配備所述懸架元件或接口元件的多個(gè)二維墊。這些二維墊可以裝配到相同的接口表面或不同的接口表面。這些墊的構(gòu)造使其易于安裝在不同的位置，以通過(guò)瞄準(zhǔn)應(yīng)力和/或振動(dòng)最大的區(qū)域來(lái)最大限度地提高回收的能量。

13、在一些實(shí)施例中，所述二維墊串聯(lián)或并聯(lián)互連。聯(lián)結(jié)串聯(lián)和并聯(lián)連接的混合構(gòu)造也是可行的。

14、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)且較佳地每個(gè)二維墊在主延伸方向上所具有的長(zhǎng)度至少等于3厘米，較佳地至少等于5厘米，更佳地至少等于10厘米。墊越大，它覆蓋的表面就越大，這一方面增加了可以放置的壓電元件的數(shù)量，另一方面增加壓電元件在空間上的分布，從而增加了在任何時(shí)候至少一些壓電元件產(chǎn)生能量的概率。

15、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)且較佳地每個(gè)二維墊所具有的厚度小于或等于5毫米，較佳地小于或等于2毫米，更佳地小于或等于1毫米。墊的體積很小，幾乎不會(huì)改變懸架元件或接口元件的側(cè)面。

16、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)二維墊包括至少10個(gè)、較佳地至少50個(gè)、更佳地至少100個(gè)單獨(dú)的壓電元件。壓電元件越多，產(chǎn)生的平均電壓就越大，并且其中至少一些壓電元件正確定向以有效轉(zhuǎn)換局部應(yīng)力和/或振動(dòng)的可能性就越大。

17、在一些實(shí)施例中，每個(gè)單獨(dú)的壓電元件所具有的長(zhǎng)度小于或等于5毫米，較佳地小于或等于2毫米，仍佳地小于或等于1毫米。壓電元件越小，產(chǎn)生的電壓越小，但壓電元件密度越大，這有利于局部恢復(fù)包括振動(dòng)在內(nèi)的最小應(yīng)力。因此，實(shí)現(xiàn)了總體、穩(wěn)定、連續(xù)且最終更大的發(fā)電量。

18、在一些實(shí)施例中，二維墊所包括的壓電元件的密度大于或等于50每平方分米，較佳地大于或等于300每平方分米。事實(shí)上，壓電元件的密度越大，包括振動(dòng)在內(nèi)的最小應(yīng)力的局部恢復(fù)就越大。因此，實(shí)現(xiàn)了總體、穩(wěn)定、連續(xù)且最終更大的發(fā)電量。

19、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)單獨(dú)的壓電元件包括選自以下的壓電材料：鋯鈦酸鉛(pzt)、聚氟乙烯(pvf)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚氯乙烯(pvc)，這些材料人造且無(wú)鉛。

20、在一些實(shí)施例中，二維墊的所有單獨(dú)的壓電元件都定向在相同的方向上。這樣的構(gòu)造是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)起來(lái)最簡(jiǎn)單的。此處可以理解，該定向方向在墊的曲線平面中延伸。具體地，當(dāng)墊具有護(hù)套或環(huán)的幾何形狀時(shí)，該相同的定向方向可以靠近自身，從而形成例如圓形。

21、在一些實(shí)施例中，二維墊的單獨(dú)的壓電元件布置在多個(gè)組中，一組中的所有單獨(dú)壓電元件在相同的排列方向上排列。這樣的組各自較佳地包括至少十個(gè)壓電元件，將壓電元件的定向調(diào)節(jié)到相關(guān)區(qū)域中有效存在的應(yīng)力，這提高了回收的平均能量。

22、在一些實(shí)施例中，所述定向方向平行于所述二維墊的主延伸方向。

23、在一些實(shí)施例中，所述定向方向相對(duì)于所述二維墊的主延伸方向傾斜。當(dāng)所施加的應(yīng)力主要施加在與墊的主要延伸方向不同的方向上時(shí)，這種類型的構(gòu)造特別有效；螺旋彈簧尤其如此。

24、在一些實(shí)施例中，在所述定向方向與所述二維墊的主延伸方向之間形成的角度在20°到70°之間，較佳地在40°到50°之間。該角度范圍特別適用于螺旋彈簧。

25、在一些實(shí)施例中，單獨(dú)的壓電元件的定向方向根據(jù)其在懸架元件或接口元件上的位置而變化，這有助于將壓電元件的定向調(diào)節(jié)為相關(guān)區(qū)域中有效存在的應(yīng)力，從而提高回收的平均能量。

26、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)二維墊的至少一組的單獨(dú)壓電元件，較佳地所有單獨(dú)壓電元件根據(jù)二維(較佳地正交bravais網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行布置。這種類型的布置易于設(shè)計(jì)和布線。

27、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)二維墊的至少一組單獨(dú)壓電元件，較佳地所有單獨(dú)壓電元件的在給定行內(nèi)并聯(lián)連接，并從一行串聯(lián)到另一行。

28、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)二維墊包括支承層，該支承層包括安裝有壓電元件的電路。該支承層尤其可以是柔性印刷電路。

29、在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)二維墊包括絕緣保護(hù)層，該絕緣保護(hù)層覆蓋所述二維墊的單獨(dú)壓電元件和電路。該保護(hù)層將壓電元件與電路隔離，降低短路風(fēng)險(xiǎn)，并保護(hù)這些元件免受磨損或沖擊等可能的機(jī)械攻擊。

30、在一些實(shí)施例中，保護(hù)層包括選自以下的材料：硅樹(shù)脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酯(pes)、聚醚醚酮(peek)或環(huán)氧樹(shù)脂。

31、在一些實(shí)施例中，保護(hù)層包括增強(qiáng)纖維。這些纖維可以是短的或長(zhǎng)的，尤其可以是玻璃纖維或碳纖維。

32、在一些實(shí)施例中，二維墊包括若干個(gè)疊置的級(jí)，每個(gè)級(jí)包括多個(gè)單獨(dú)壓電元件和電路。不同級(jí)的電路可以連接在一起，例如串聯(lián)或并聯(lián)。每個(gè)級(jí)可以以相同的方式構(gòu)造，也可以以不同的方式構(gòu)造。

33、在一些實(shí)施例中，二維墊的主延伸方向本身閉合，形成環(huán)形幾何形狀。

34、在一些實(shí)施例中，二維墊的橫向延伸方向本身閉合，形成管狀幾何形狀。

35、在一些實(shí)施例中，二維墊較佳地經(jīng)由粘合附接到懸架元件或接口元件。

36、在一些實(shí)施例中，懸架元件或接口元件包覆模制到二維墊上。

37、在一些實(shí)施例中，二維墊繞旋擰圍繞懸架元件或接口元件。

38、在一些實(shí)施例中，二維墊插入接口元件的兩個(gè)部件之間，例如配件和與和懸架元件接觸的彈性體層之間。

39、在一些實(shí)施例中，懸架元件是穩(wěn)定桿，并且所述至少一個(gè)二維墊覆蓋穩(wěn)定桿的設(shè)置為由車輛的軸承持留的表面的至少一區(qū)段。

40、在一些實(shí)施例中，接口元件是軸承，構(gòu)造成圍繞車輛的穩(wěn)定桿安裝。

41、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊覆蓋軸承的設(shè)置用于維持穩(wěn)定桿的內(nèi)部表面的至少一區(qū)段。

42、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊插入軸承的兩個(gè)部件之間，較佳地插入配件與和穩(wěn)定桿接觸的彈性體層之間。

43、在一些實(shí)施例中，軸承包括至少一個(gè)凸緣，凸緣包括托架區(qū)段和兩個(gè)緊固支架，并且所述至少一個(gè)二維墊至少覆蓋托架區(qū)段，并且較佳地還覆蓋緊固支架的內(nèi)部表面。

44、在一些實(shí)施例中，軸承包括與凸緣分離并構(gòu)造成附接到殼體的至少一個(gè)配對(duì)板，并且至少一個(gè)第二二維墊覆蓋配對(duì)板的內(nèi)部表面的至少一區(qū)段。

45、在一些實(shí)施例中，懸架元件包括至少一個(gè)緊固孔眼，所述至少一個(gè)二維墊覆蓋緊固孔眼的內(nèi)部表面的至少一區(qū)段。在這種情況下，懸架元件例如可以是穩(wěn)定桿或板簧。

46、在一些實(shí)施例中，接口元件是軸承，構(gòu)造成安裝在車輛的懸架元件的孔眼中，懸架元件例如是板簧或穩(wěn)定桿。

47、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊覆蓋軸承的內(nèi)部表面或外部表面的至少一區(qū)段。

48、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊插入軸承的兩個(gè)部件之間，較佳地插入配件與彈性體層之間。

49、在一些實(shí)施例中，懸架元件是螺旋彈簧，所述至少一個(gè)二維墊覆蓋螺旋彈簧的外部表面的至少一區(qū)段。

50、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊覆蓋螺旋彈簧的至少一個(gè)端部區(qū)段，較佳地覆蓋過(guò)至少5厘米，更佳地覆蓋過(guò)至少10厘米。螺旋彈簧的端部區(qū)段實(shí)際上是承受最大應(yīng)力的區(qū)段，尤其是因?yàn)樗恢С械挚寇囕v的剛性元件。

51、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊以護(hù)套的方式封圍螺旋彈簧的外部表面的所述至少一區(qū)段。這樣的護(hù)套還可以起到保護(hù)螺旋彈簧的作用。

52、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊覆蓋螺旋彈簧的所有外部表面。

53、在一些實(shí)施例中，接口元件是螺旋彈簧的支承元件，該支承元件構(gòu)造成安裝在螺旋彈簧的一端并被阻擋在杯部上。

54、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊覆蓋支承元件的設(shè)置用于與杯部接觸的外部表面的至少一區(qū)段。

55、在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)二維墊插入支承元件的兩個(gè)部件之間，較佳地插入與螺旋彈簧接觸的支承區(qū)段與和杯部接觸的基板區(qū)段之間。

56、上述特性和優(yōu)點(diǎn)以及其他特性和優(yōu)點(diǎn)將從以下懸架元件示例的具體實(shí)施方式中顯現(xiàn)出來(lái)。本具體實(shí)施方式參考附圖。