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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen
des hier beschriebenen Gegenstands beziehen sich allgemein auf Bordfahrzeugsensorsysteme.
Insbesondere beziehen sich Ausführungsformen
des Gegenstands auf Systeme und Verfahren zum Messen eines relativen
Abstands zwischen zwei Fahrzeugkomponenten wie etwa der Höhe zwischen
der ungefederten Fahrzeugmasse und der gefederten Fahrzeugmasse.
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HINTERGRUND
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Moderne
Kraftfahrzeuge nutzen eine Vielzahl von Sensoren, um verschiedene
Betriebsparameter, Bedingungen und Größen zu detektieren, die dem
Betrieb der Kraftfahrzeuge zugeordnet sind. Zum Beispiel kann ein
Fahrzeug Bordsensoren und ein zugehöriges Steuermodul oder einen
zugehörigen
Prozessor nutzen, um die Höhe
zwischen der gefederten und der ungefederten Fahrzeugmasse zu messen.
Solche Höhenmessungen
können
in Verbindung mit einem elektronischen Stabilitätssteuerungs-Teilsystem, mit
einem Querstabilisations-Teilsystem, mit einem dynamischen Aufhängungssteuerungs-Teilsystem
oder dergleichen verwendet werden.
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Ein
vorhandenes System, das die Höhe
zwischen der gefederten und der ungefederten Fahrzeugmasse misst,
verwendet eine mechanische Gestängebaueinheit,
die physikalisch zwischen eine ungefederte Aufhängungs komponente und eine gefederte
Aufhängungskomponente
gekoppelt ist. Die Gestängebaueinheit
bewegt sich mit der ungefederten Aufhängungskomponente gemeinsam
mit dem jeweiligen Rad. Die Bewegung der Gestängebaueinheit beeinflusst den
Messwert eines Positionssensors. Leider ist die mechanische Gestängebaueinheit anfällig für Beschädigung,
was die Wartungskosten erhöht.
Außerdem
ist der Einbau des elektromechanischen Gestänges zeitaufwändig und
sind seine Komponenten verhältnismäßig teuer.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Es
wird eine erste Ausführungsform
eines Systems zum Messen des relativen Abstands zwischen einer ersten
Komponente an einem Fahrzeug und einer zweiten Komponente an dem
Fahrzeug geschaffen. Das System enthält einen drahtlosen Ultrabreitband-Sender-Empfänger (UWB-Sender-Empfänger), der
an der ersten Komponente befestigt ist. Der drahtlose UWB-Sender-Empfänger ist zum
Senden eines UWB-Messimpulses in Richtung der zweiten Komponente
und zum Empfangen eines reflektierten UWB-Impulses von einer reflektierenden Oberfläche der
zweiten Komponente konfiguriert. Der reflektierte UWB-Impuls repräsentiert
eine reflektierte Version des UWB-Messimpulses. Das System enthält außerdem einen
Prozessor, der mit dem drahtlosen UWB-Sender-Empfänger gekoppelt
ist. Der Prozessor ist zum Ableiten eines relativen Abstands zwischen
der ersten Komponente und der zweiten Komponente auf der Grundlage
von Eigenschaften des UWB-Messimpulses und des reflektierten UWB-Impulses
konfiguriert. Das System weist außerdem ein Leistungserzeugungssystem
für den drahtlosen
UWB-Empfänger
auf. Das Leistungserzeugungssystem ist zum Erzeugen einer Betriebsspannung
für den
drahtlosen UWB-Sender-Empfänger
aus der kinetischen Energie, die der Bewe gung der ersten Komponente
relativ zu der zweiten Komponente zugeordnet ist, konfiguriert.
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Außerdem wird
eine zweite Ausführungsform
eines Systems zum Messen des relativen Abstands zwischen einer ersten
Komponente an einem Fahrzeug und einer zweiten Komponente an dem Fahrzeug
geschaffen. Dieses System enthält
einen UWB-Sender-Empfänger,
der mit der ersten Komponente gekoppelt ist. Der UWB-Sender-Empfänger ist zum
Betrieb in einer Messbetriebsart und in einer Berichtsbetriebsart
konfiguriert. Außerdem
enthält
das System einen Reflektor an der zweiten Komponente. Der Reflektor
ist zum Reflektieren von durch den UWB-Sender-Empfänger erzeugten
UWB-Messimpulsen konfiguriert. Außerdem weist das System einen
mit dem UWB-Sender-Empfänger
gekoppelten Prozessor auf. Der Prozessor ist zum Steuern des Betriebs
des UWB-Sender-Empfängers
in der Messbetriebsart und in der Berichtsbetriebsart konfiguriert. Während des
Betriebs in der Messbetriebsart sendet der UWB-Sender-Empfänger einen
UWB-Messimpuls in Richtung des Reflektors und empfängt einen reflektierten
UWB-Impuls von dem Reflektor, wobei der reflektierte UWB-Impuls
eine reflektierte Version des UWB-Messimpulses repräsentiert.
Darüber
hinaus berechnet der Prozessor während
des Betriebs in der Messbetriebsart auf der Grundlage von Eigenschaften
des UWB-Messimpulses und des reflektierten UWB-Impulses einen relativen
Abstand zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente.
Während
des Betriebs in der Berichtsbetriebsart sendet der UWB-Sender-Empfänger eines
oder mehrere Signale, die Informationen übermitteln, die dem relativen
Abstand zugeordnet sind.
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Außerdem wird
ein Verfahren zum Messen des relativen Abstands zwischen einer ersten
Komponente an einem Fahrzeug und einer zweiten Komponente an dem
Fahrzeug geschaffen. Das Verfahren umfasst das Er zeugen eines elektrischen
Stroms in Ansprechen auf eine Bewegung der ersten Komponente und
das Umwandeln des elektrischen Stroms in eine Betriebsgleichspannung
für einen UWB-Sender-Empfänger, der
an der ersten Komponente befestigt ist. Das Verfahren umfasst außerdem das
Senden eines UWB-Messimpulses von dem UWB-Sender-Empfänger, sodass
der UWB-Messimpuls in Richtung eines reflektierenden Elements der zweiten
Komponente gelenkt wird. Der UWB-Sender-Empfänger empfängt von dem reflektierten Element
einen reflektierten UWB-Impuls. Das Verfahren wird durch Bestimmen
eines Abstandsmesswerts auf der Grundlage einer dem UWB-Messimpuls
und dem reflektierten UWB-Impuls zugeordneten Ausbreitungszeit fortgesetzt.
Die Abstandsmessung gibt einen Abstand zwischen der ersten Komponente
und der zweiten Komponente an.
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Diese
Zusammenfassung wird gegeben, um in vereinfachter Form eine Auswahl
von Konzepten einzuführen,
die im Folgenden in der ausführlichen Beschreibung
weiter beschrieben sind. Diese Zusammenfassung soll weder Schlüsselmerkmale
oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren
noch als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten
Gegenstands verwendet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
umfassenderes Verständnis
des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung
und auf die Ansprüche
bei Betrachtung in Verbindung mit den folgenden Figuren abgeleitet
werden, in denen sich gleiche Bezugszeichen überall in den Figuren auf ähnliche
Elemente beziehen.
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1–3 sind
Diagramme, die die Relativbewegung und den relativen Abstand zwischen zwei
Komponenten veranschaulichen;
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4 ist
ein Diagramm, das die relative Verlagerung zwischen gefederter und
ungefederter Masse eines Fahrzeugs veranschaulicht;
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Aufhängungs-Stoßdämpferbaueinheit,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei Komponenten
der Stoßdämpferbaueinheit
enthält;
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6 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems zum
Messen des relativen Abstands zwischen zwei Komponenten;
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7 ist
ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Leistung
während
des Messens des Abstands zwischen zwei Komponenten in einem Fahrzeug
veranschaulicht;
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8 ist
eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Aufhängungs-Stoßdämpferbaueinheit,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei Komponenten
der Stoßdämpferbaueinheit
enthält;
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9 ist
eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Aufhängungs-Stoßdämpferbaueinheit,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei Komponenten
der Stoßdämpferbaueinheit
enthält;
und
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10 ist
eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Fahrzeugaufhängungsbaueinheit,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei ihrer Komponenten
enthält.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und soll
die Ausführungsformen
des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen dieser Ausführungsformen
nicht einschränken.
Wie das Wort ”beispielhaft” hier verwendet
wird, bedeutet es ”als
ein Beispiel, ein Fall, oder eine Veranschaulichung dienend”. Irgendeine
hier als beispielhaft beschriebene Implementierung ist nicht notwendig
gegenüber
anderen Implementierungen als bevorzugt oder vorteilhaft anzusehen.
Darüber
hinaus soll keine Beschränkung
durch irgendeine explizite oder implizite Theorie bestehen, die
in dem vorstehenden technischen Gebiet, in dem vorstehenden Hintergrund,
in der vorstehenden kurzen Zusammenfassung oder in der folgenden
ausführlichen
Beschreibung dargestellt ist.
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Techniken
und Technologien können
hier hinsichtlich Funktions- und/oder
Logikblockkomponenten und in Bezug auf symbolische Darstellungen von
Betrieben, Verarbeitungs-Tasks und Funktionen, die durch verschiedene
Computerkomponenten oder -vorrichtungen ausgeführt werden können, beschrieben
sein. Diese Betriebe, Tasks und Funktionen werden gelegentlich als
vom Computer ausgeführt,
computergestützt,
softwareimplementiert oder computerimplementiert bezeichnet. Darüber hinaus
sollte gewürdigt
werden, dass die verschiedenen in den Figuren gezeigten Blockkomponenten
durch irgendeine Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten,
die zum Ausführen
der spezifischen Funktionen konfiguriert sind, verwirklicht sein können. Zum
Bei spiel kann eine Ausführungsform
eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten,
z. B. Speicherelemente, Digitalsignalverarbeitungselemente, Logikelemente,
Nachschlagetabellen oder dergleichen nutzen, die gemäß der Steuerung
eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen
eine Vielzahl von Funktionen ausführen können.
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Außerdem kann
in der folgenden Beschreibung eine bestimmte Terminologie nur zur
Bezugnahme verwendet werden und soll somit nicht einschränkend sein.
Zum Beispiel beziehen sich Begriffe wie ”oberer”, ”unterer”, ”über” und ”unter” auf Richtungen in den Zeichnungen,
auf die Bezug genommen wird. Begriffe wie etwa ”vorn”, ”hinter”, ”hinterer”, ”seitlicher”, ”äußerer” und ”innerer” beschreiben die Orientierung
und/oder den Ort von Abschnitten der Komponente innerhalb eines
gleichbleibenden, aber beliebigen Bezugssystems, das durch Bezugnahme auf
den Text und auf die zugeordneten Zeichnungen, die die diskutierte
Komponente beschreiben, klargestellt wird. Diese Terminologie kann
die spezifisch oben erwähnten
Wörter,
Ableitungen davon und Wörter
mit ähnlicher
Bedeutung enthalten. Ähnlich
bedeuten die Begriffe ”erster”, ”zweiter” und andere
solche Zahlwörter,
die sich auf Strukturen beziehen, keine Folge oder Reihenfolge,
es sei denn, dass dies durch den Kontext deutlich angegeben ist.
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Der
hier beschriebene Gegenstand bezieht sich auf ein eigenangetriebenes
und kostengünstiges System,
das hochpräzise
und hochzuverlässige Messungen
der absoluten relativen Position zwischen der gefederten und der
ungefederten Masse eines Fahrzeugs ausführen kann, während ein
Energieentnahmesystem oder eine Energieentnahmevorrichtung verwendet
wird, um die Energie bereitzustellen, die für die Leistungsversorgung des
Messsystems notwendig ist. In bestimmten Ausführungsformen nutzt das Messsystem
eine hochpräzise
Ultrabreitbandvorrichtung (UWB-Vorrichtung), die an der gefederten
und/oder ungefederten Masse des Fahrzeugs angebracht ist, um den
absoluten relativen Abstand zwischen gefederten und ungefederten
Massekomponenten zu messen. Der UWB-Sender-Empfänger sendet einen Impuls, der
an einem Reflektor oder an einer reflektierenden Oberfläche reflektiert wird
und nachfolgend bei dem UWB-Sender-Empfänger-Knoten detektiert und
wieder gewonnen wird. Es wird die Verzögerungszeit zwischen dem gesendeten
und dem empfangenen Impuls bestimmt und aus dieser Verzögerungszeit
der absolute relative Abstand zwischen gefederter und ungefederter
Masse berechnet.
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In
bestimmten Ausführungsformen
wird der UWB-Sender-Empfänger
durch eine Vorrichtung für die
Entnahme elektromagnetischer Energie mit Leistung versorgt, die
in eine Stoßdämpferbaueinheit
des Fahrzeugs integriert ist. Außerdem könnte der UWB-Sender-Empfänger die
gemessenen Informationen unter Verwendung von UWB-Techniken drahtlos
zu einem Fahrzeugcontroller oder -steuermodul senden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist an dem Stoßdämpferkörper ein
Permanentmagnet angebracht und ist innerhalb der Staubkappe des
Stoßdämpfers eine
Magnetspule angebracht. Wenn sich der Magnet (wegen der Bewegung
des Stoßdämpferkörpers relativ
zu der Staubkappe) bewegt, wird in der Spule Strom induziert. Alternativ
kann an der Innenseite der Staubkappe ein Permanentmagnet angebracht
sein und kann die Spule um das Stoßdämpferrohr angebracht sein.
Das System kann einen Gleichrichter enthalten, um den induzierten
Strom in Gleichstromleistung umzuwandeln, die zum Nachladen einer
Energiequelle für
das Messsystem verwendet werden kann. Die Energiequelle kann wiederum zum
Betreiben des UWB-Sender-Empfängers verwendet
werden.
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Das
hier beschriebene Messsystem ist vorteilhaft, da es kontaktlose
Positionsmessung mit gesenkten Kosten und erhöhter Zuverlässigkeit und Genauigkeit wirksam
einsetzt. Darüber
hinaus ist das Messsystem eigenbetrieben, sendet es die Messdaten
drahtlos und beseitigt es die Notwendigkeit von Daten- und Leistungsübertragungsdrähten zu
und von dem Fahrzeugcontroller.
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Die
hier beschriebenen Abstands- und Höhenmesssysteme können geeignet
konfiguriert werden, um den Abstand zwischen einer ersten Komponente
und einer zweiten Komponente zu messen, zu detektieren oder zu schätzen, wobei
die zwei Komponenten eine Verschiebung oder Bewegung relativ zueinander
zeigen. Obgleich sich die bevorzugten Ausführungsformen auf die Messung
eines Abstands zwischen zwei Komponenten an einem Trägerfahrzeug
beziehen, brauchen die hier beschriebenen Techniken und Technologien
darauf nicht beschränkt zu
sein. Diesbezüglich
sind 1–3 Diagramme,
die die Relativbewegung und den relativen Abstand zwischen zwei
Komponenten veranschaulichen. 1 zeigt
eine Situation, in der sich eine erste (obere) Komponente 102 relativ
zu einer zweiten (unteren) Komponente 104, die einen feststehenden
Bezugsort repräsentiert
oder mit ihm verbunden ist, auf und ab bewegen kann. Der Abstand 106 zwischen oberer
Komponente 102 und unterer Komponente 104 ist
in 1 angegeben. Natürlich ändert sich der Abstand 106 in Übereinstimmung
mit der gegenwärtigen
absoluten Position der oberen Komponente 102.
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2 zeigt
eine Situation, in der eine obere Komponente 112 einen
feststehenden Bezugsort repräsentiert
oder mit ihm verbunden ist. In 2 kann sich
eine untere Komponente 114 relativ zu der festen Position
der oberen Komponente 112 auf oder ab bewegen. Der Abstand 116 zwischen
der oberen Komponente 112 und der unteren Komponente 114 zu
irgend einem gegebenen Zeitpunkt wird in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen absoluten
Position der unteren Komponente 114 definiert.
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3 zeigt
eine Situation, in der sich eine obere Komponente 122 relativ
zu einer unteren Komponente 124 frei bewegen kann und umgekehrt.
Mit anderen Worten, die obere Komponente 122 und die untere
Komponente 124 können
sich jeweils unabhängig
bewegen und keine ist fixiert oder feststehend. Für dieses
Szenarium wird der Abstand 126 zwischen der oberen Komponente 122 und
der unteren Komponente 124 zu einem gegebenen Zeitpunkt sowohl
durch die obere absolute Position der oberen Komponente 122 als
auch durch die gegenwärtige Position
der unteren Komponente 124 vorgeschrieben.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, sind die hier beschriebenen Messsysteme zur Verwendung mit Bordfahrzeuganwendungen
geeignet. Diesbezüglich ist 4 ein
Diagramm, das die relative Verlagerung zwischen gefederter und ungefederter
Masse eines Fahrzeugs 200 veranschaulicht. Wie es hier
verwendet wird, bezieht sich ”ungefedert” auf Masse,
Komponenten, Merkmale oder Elemente eines Fahrzeugs, die im Wesentlichen
auf starre Weise mit dem Boden 202 oder mit einem anderen
Bezugsort gekoppelt sind (d. h., die mit dem Boden 202 ohne Stoßdämpfer, Federn,
Polsterungen oder dergleichen dazwischen gekoppelt sind). Somit
werden die Reifen, Bremsscheiben, Achsen und ungefederten Aufhängungsverbindungen üblicherweise
als ungefederte Komponenten eingesetzt. Im Gegensatz dazu bezieht
sich ”gefedert” auf Masse,
Komponenten, Merkmale oder Elemente eines Fahrzeugs, die über eine
oder mehrere Federn, Stoßdämpfer, Polsterungen
oder elastische Komponenten mit dem Boden 202 oder mit
einem anderen Bezugsort gekoppelt sind. Somit werden der Fahrgastraum,
der Motor und die meisten Karosserieplattenelemente üblicherweise
als gefederte Komponenten eingesetzt. Das vereinfachte Diagramm
aus 4 nimmt an, dass die Räder 204 ungefederte
Komponenten sind und dass die Karosserie 206 des Fahrzeugs 200 eine
gefederte Komponente ist. Das Fahrzeug 200 kann irgendeine
Anzahl Feder- und Stoßdämpferbaueinheiten 208 enthalten,
die die gefederte Masse mit der ungefederten Masse koppeln.
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4 zeigt
ein Szenarium, das ähnlich
dem in 1 gezeigten ist. Diesbezüglich ist die gefederte Masse
eines Fahrzeugs 200 dahingehend analog der ersten Komponente 102,
dass sie sich relativ zu dem Boden 202 und relativ zu der
ungefederten Masse des Fahrzeugs 200 auf und ab bewegen
kann. Andererseits sind der Boden 202, die Räder 204 und
die weitere ungefederte Masse des Fahrzeugs 200 analog
der zweiten Komponente 104 in 1. Wie oben beschrieben
wurde, ist es erwünscht,
die Höhe
zwischen gefederten und ungefederten Komponenten eines Fahrzeugs
zum verbesserten Fahrkomfort und zur verbesserten Handhabung, Fahrzeughöhensteuerung,
Stabilitätssteuerung,
Traktionssteuerung und dergleichen in Echtzeit (oder im Wesentlichen
in Echtzeit) zu detektieren.
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Aufhängungs-Stoßdämpferbaueinheit 300,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei Komponenten
der Stoßdämpferbaueinheit
enthält. 5 repräsentiert
eine Längsschnittansicht
der Stoßdämpferbaueinheit 300. In
der Praxis wird für
jedes Rad des Trägerfahrzeugs wenigstens
eine Stoßdämpferbaueinheit 300 verwendet.
In typischen Einsätzen
befindet sich eine Stoßdämpferbaueinheit 300 in
der Nähe
jeder Ecke des Trägerfahrzeugs
nahe jedem Rad.
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Die
Stoßdämpferbaueinheit 300 enthält allgemein
eine erste Komponente und eine zweite Komponente, die in der Weise
mit der ersten Komponente gekoppelt ist, dass sie eine Relativbewegung zwischen
den zwei Kompo nenten zulässt.
Eine der zwei Komponenten repräsentiert,
entspricht, ist befestigt an oder ist verbunden mit einer gefederten Komponente
des Trägerfahrzeugs,
während
die andere Komponente eine ungefederte Komponente des Trägerfahrzeugs
repräsentiert,
ihr entspricht, an ihr befestigt oder mit ihr verbunden ist. Obgleich
die spezifische Konfiguration der Stoßdämpferbaueinheit 300 von
einer Implementierung zu einer anderen variieren kann, enthält diese
beispielhafte Ausführungsform
allgemein ohne Beschränkung:
eine äußere Abdeckung 302;
ein Stoßdämpferrohr 304;
ein oberes Montageelement 306; ein unteres Montageelement 308;
einen Puffer 310; und eine Stange 312. Diese Merkmale
der Stoßdämpferbaueinheit 300 wirken miteinander
auf gut bekannte und herkömmliche
Art und Weise zusammen, wobei eine praktische Implementierung der
Stoßdämpferbaueinheit 300 zusätzliche
Elemente, Komponenten oder Merkmale enthalten kann, die in 5 nicht
gezeigt sind.
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Das
obere Montageelement 306 wird zum Anbringen der Stoßdämpferbaueinheit 300 an
einer Komponente des Trägerfahrzeugs
verwendet und das untere Montageelement 308 wird zum Anbringen der
Stoßdämpferbaueinheit 300 an
einer anderen Komponente des Trägerfahrzeugs
verwendet. Für dieses
besondere Beispiel ist das obere Montageelement 306 so
ausgelegt, dass es an einer gefederten Massekomponente des Trägerfahrzeugs
(z. B. an dem Rahmen oder an einem Karosserielängsträger) befestigt werden kann,
während
das untere Montageelement 308 so ausgelegt ist, dass es
an einer ungefederten Massekomponente des Trägerfahrzeugs (z. B. an einem
unteren Lenker oder an einer festen Achse, die wiederum an einem
Rad befestigt ist) befestigt werden kann. Dementsprechend können die äußere Abdeckung 302 und
andere Komponenten, die starr daran befestigt sind und in Bezug
auf die äußere Abdeckung 302 feststehend
sind, als ein gefederter Abschnitt der Stoßdämpferbaueinheit 300 angesehen
werden. Umgekehrt können
das Stoßdämpferrohr 304 und
andere Kompo nenten, die starr daran befestigt sind und in Bezug
auf das Stoßdämpferrohr 304 feststehend
sind, als ein ungefederter Abschnitt der Stoßdämpferbaueinheit 300 angesehen
werden.
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Wie
der Fachmann auf dem Gebiet der Aufhängungs-Stoßdämpferbaueinheiten versteht,
kann sich das Stoßdämpferrohr 304 relativ
zu (und wenigstens teilweise innerhalb) der äußeren Abdeckung 302 in
beiden Richtungen bewegen. Das Stoßdämpferrohr 304 enthält ein darin
eingeschlossenes Dämpfungsfluid 314 und
einen mit der Stange 312 gekoppelten Kolben 316.
Der Kolben 316 und das Dämpfungsfluid 314 wirken
auf bekannte Weise zusammen, um die freie Bewegung des Stoßdämpferrohrs 304 relativ
zu der äußeren Abdeckung 302 zu verhindern
oder zu hemmen. Der Puffer 310, der optional ist, befindet
sich in dem durch die äußere Abdeckung 302 definierten
Innenraum und ist in Richtung des oberen Montageelements 306 angebracht. Der
Puffer 310 ist ein elastisches Element, das sich komprimiert,
um den Lauf des Stoßdämpferrohrs 304 weiter
zu dämpfen,
während
es sich dem Ende seines Bereichs nähert. Das untere Ende 318 des
Puffers 310 könnte
mit einer Anschlagplatte 320 oder in alternativen Ausführungsformen
mit dem oberen Ende 322 des Stoßdämpferrohrs 304 selbst
in Eingriff sein.
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Die
Stoßdämpferbaueinheit 300 enthält bestimmte
Merkmale, Elemente und Komponenten eines Systems, das den relativen
Abstand zwischen gefederten und ungefederten Komponenten der Stoßdämpferbaueinheit 300 misst.
Diesbezüglich enthält die in 5 gezeigte
beispielhafte Ausführungsform
ohne Beschränkung:
einen Magneten 350; eine Spule 352; einen drahtlosen
Ultrabreitband-Sender-Empfänger
(UWB-Sender-Empfänger) 354;
und ein Schnittstellenmodul 356. Die Spule 352 ist
z. B. unter Verwendung eines oder mehrerer Drähte mit dem Schnittstellenmodul 356 elektrisch
gekoppelt. Das Schnittstellenmodul 356 ist z. B. unter Verwendung
eines oder mehrerer Drähte
mit dem UWB-Sender-Empfänger 354 elektrisch
gekoppelt. Der Klarheit und Einfachheit halber sind diese elektrischen
Kopplungen in 5 nicht gezeigt.
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Der
Magnet 350 kann als ein ringförmiger Permanentmagnet verwirklicht
sein, der am Stoßdämpferrohr 304 befestigt
ist. In dieser Ausführungsform
umgreift der Magnet 350 die Außenseite des Stoßdämpferrohrs 304 an
einem Ort, der innerhalb der äußeren Abdeckung 302 liegt.
Insbesondere ist der Magnet 350 in der Weise am Stoßdämpferrohr 304 befestigt,
dass er sich gemeinsam mit dem Stoßdämpferrohr 304 bewegt.
Mit anderen Worten, irgendeine Verschiebung des Stoßdämpferrohrs 304 relativ
zur äußeren Abdeckung 302 führt zu derselben
Verschiebung des Magneten 350. Die spezifische Größe, die
spezifische Form, die spezifischen elektromagnetischen Eigenschaften
und die longitudinale Montageposition des Magneten 350 am
Stoßdämpferrohr 304 können von
einer Ausführungsform zur
anderen nach Bedarf variieren, um sie an die Betriebsanforderungen
der bestimmten Anwendung anzupassen.
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Die
Spule 352 kann unter Verwendung eines oder mehrerer elektrischer
Leiter (z. B. Kupferdraht) verwirklicht sein, die auf geeignete
Weise gewickelt sind. Die Spule 352 kann als ein Ring oder
als eine ringförmige
Hülse gepackt
sein, der/die an einem Ort, der die elektromagnetische Kopplung
mit dem Magneten 350 zulässt, an der äußeren Abdeckung 302 befestigt
ist. In dieser Ausführungsform
ist die Spule 352 an einem zum Magneten 350 benachbarten
Ort und in einer Weise, die einen physikalischen Zwischenraum zwischen
dem Magneten 350 und der Spule 352 zulässt, um
die Innenwand der äußeren Abdeckung 302 positioniert.
In bevorzugten Ausführungsformen
ist die Längsdimension
der Spule 352 an den Laufbereich des Magneten 350 angepasst. Mit
anderen Worten, das durch den Magneten 350 erzeugte Magnetfeld
sollte unabhängig
von der Position des Stoßdämpferrohrs 304 relativ
zur äußeren Abdeckung 302 eine
beeinflussende Wirkung auf die Spule 352 haben. Insbesondere
ist die Spule 352 in der Weise an der äußeren Abdeckung 302 befestigt, dass
sie sich gemeinsam mit der äußeren Abdeckung 302 bewegt.
Mit anderen Worten, irgendeine Verschiebung der äußeren Abdeckung 302 relativ
zu dem Stoßdämpferrohr 304 führt zu derselben
Verschiebung der Spule 352. Die spezifische Größe, die spezifische
Form, die spezifischen elektromagnetischen Eigenschaften und die
longitudinale Montageposition der Spule 352 an der äußeren Abdeckung 302 können nach
Bedarf von einer Ausführungsform zur
anderen variieren, um sie an die Betriebsanforderungen der bestimmten
Anwendung anzupassen.
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Die
Bewegung des Magneten 350 relativ zur Spule 352 induziert
in Übereinstimmung
mit den gut bekannten Prinzipien der elektromagnetischen Induktion
in der Spule 352 einen elektrischen Strom. Somit erzeugt
die Bewegung des Stoßdämpferrohrs 304 relativ
zur äußeren Abdeckung 302 in
der Spule 352 einen Strom. In einem wie hier beschriebenen Fahrzeugeinsatz
können
die Stärke
und die Frequenz des in der Spule 352 induzierten Stroms
in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen variieren. Zum Beispiel wird in der
Spule 352 wenig oder kein elektrischer Strom erzeugt, falls
das Fahrzeug feststehend und die Aufhängung vollständig passiv
ist. Umgekehrt wird ein elektrischer Strom mit verhältnismäßig hoher
Größe und Frequenz
erzeugt, falls das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit oder über eine sehr
raue oder holprige Straße
fährt.
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Die
Spule 352 ist in der Weise mit dem Schnittstellenmodul 356 elektrisch
gekoppelt, dass irgendein induzierter elektrischer Strom zur Aufbereitung,
Verarbeitung, Behandlung usw. für
das Schnittstellenmodul 356 bereitgestellt werden kann.
In Abhängigkeit
von der Ausführungsform
kann sich das Schnittstellenmodul 356 (wie gezeigt) außerhalb
der äußeren Abde ckung 302 oder
innerhalb der äußeren Abdeckung 302 befinden.
Darüber
hinaus nutzen bevorzugte Ausführungsformen
für das
Schnittstellenmodul 356 eine hermetisch abgedichtete Packung, die
für typische
Fahrzeugbetriebsumgebungen geeignet ist. Das Schnittstellenmodul 356 ist
geeignet konfiguriert, um den induzierten elektrischen Strom in eine
oder in mehrere nutzbare Gleichspannungen umzuwandeln. Die eine
oder die mehreren Gleichspannungen können daraufhin verwendet werden, um
wenigstens ein Energiespeicherelement zu laden, und/oder können zur
Leistungsversorgung des Schnittstellenmoduls 356 und des
UWB-Sender-Empfängers 354 verwendet
werden. Eine beispielhafte Implementierung des Schnittstellenmoduls 356 ist
im Folgenden ausführlicher
in 6 beschrieben.
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Der
UWB-Sender-Empfänger 354 ist
in einer Weise, die die Signal- und/oder
Datenübertragung zwischen
dem UWB-Sender-Empfänger 354 und dem
Schnittstellenmodul 356 zulässt, mit dem Schnittstellenmodul 356 elektrisch
gekoppelt. Insbesondere ist der UWB-Sender-Empfänger 354 als eine
Vorrichtung oder Komponente verwirklicht, die in der Weise an der äußeren Abdeckung 302 befestigt, starr
mit ihr verbunden oder an ihr fixiert ist, dass sie sich gemeinsam
mit der äußeren Abdeckung 302 bewegt.
Mit anderen Worten, irgendeine Verschiebung der äußeren Abdeckung 302 relativ
zum Stoßdämpferrohr 304 führt zu derselben
Verschiebung des UWB-Sender-Empfängers 354.
In der veranschaulichten Ausführungsform
ist der Montageort für
den UWB-Sender-Empfänger 354 eine
Kappe 358 (die ebenfalls als ein Halteelement für den Puffer 310 dienen
kann). Bevorzugte Ausführungsformen
nutzen für
den UWB-Sender-Empfänger 354 eine
hermetisch abgedichtete Packung, die für typische Fahrzeugbetriebsumgebungen
geeignet ist.
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Der
UWB-Sender-Empfänger 354,
der vorzugsweise unter der Steuerung des Schnittstellenmoduls 356 arbeitet,
ist geeignet konfiguriert, um nach Bedarf UWB-Signale zur Unterstützung des
Abstandsmesssystems zu senden und zu empfangen. UWB-Sender-Empfänger und
-Technologien sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Hochfrequenzkommunikationstechniken
(HF-Kommunikationstechniken) bekannt, und die UWB-Technologie wird
hier nicht ausführlich
beschrieben. Vorzugsweise enthält
der UWB-Sender-Empfänger 354 wenigstens
eine Antenne, ein Empfängerelement,
ein Senderelement und andere HF-Eingangsteilelemente, die in HF-Sender-Empfänger-Vorrichtungen üblicherweise
zu linden sind.
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UWB-Sendungen
sind durch sehr niedrige Leistungspegel charakterisiert, die einen
sehr großen Abschnitt
des HF-Spektrums nutzen. Die durch den UWB-Sender-Empfänger 354 erzeugten
UWB-Signale können
als sehr leistungsarme Impulse angesehen werden, die im Zeitbereich
sehr schmal sind, im Frequenzbereich aber sehr breit sind. Typische UWB-Signale
können
einen Frequenzgehalt enthalten, der innerhalb des Frequenzbands
von 3,1 GHz bis 10,6 GHz verteilt ist. Die Eigenschaften von UWB-Signalen
machen sie besonders geeignet für Bordfahrzeuganwendungen,
die andernfalls große Mengen
Signalstörung,
Signalreflexionen usw. einführen
könnten.
Die UWB-Technologie kann in Umgebungen mit verhältnismäßig starken elektromagnetischen
Störungen,
z. B. in einem Kraftfahrzeugeinsatz, eine hohe Dienstqualität liefern.
-
Der
UWB-Sender-Empfänger 354 ist
geeignet konfiguriert, um UWB-Messimpulse in Richtung des Stoßdämpferrohrs 304 zu
senden und um entsprechende UWB-Impulse, die von einer dem Stoßdämpferrohr 304 zugeordneten
reflektierenden Oberfläche
reflektiert worden sind, zu empfangen. Mit anderen Worten, jeder
UWB-Messimpuls breitet sich vom UWB-Sender-Empfänger 354 zu der reflektierenden
Oberfläche
und zurück
zum UWB-Sender-Empfänger 354 aus.
In dieser Beschreibung repräsentiert
ein ”reflektierter
UWB-Impuls” eine
reflektierte Version eines entsprechenden UWB-Messimpulses. Somit
ist ein reflektierter UWB-Impuls tatsächlich ein UWB-Messimpuls,
der sich entlang eines bestimmten Wegs ausgebreitet hat, und ist
ein beim UWB-Sender-Empfänger 354 empfangener
reflektierter UWB-Impuls tatsächlich
ein UWB-Messimpuls, der zum UWB-Sender-Empfänger 354 zurückgekehrt
ist.
-
Insbesondere
ist die reflektierende Oberfläche
des Stoßdämpfers an
einem Merkmal oder an einer Komponente verwirklicht, die am Stoßdämpferrohr 304 befestigt,
starr mit ihm verbunden oder an ihm fixiert ist, sodass es/sie sich
gemeinsam mit dem Stoßdämpferrohr 304 bewegt.
Mit anderen Worten, irgendeine Verschiebung des Stoßdämpferrohrs 304 relativ
zur äußeren Abdeckung 302 führt zu derselben
Verschiebung der reflektierenden Oberfläche. In der veranschaulichten
Ausführungsform
ist die reflektierende Oberfläche
an der Anschlagplatte 320 verwirklicht (so dass die Anschlagplatte 320 dementsprechend
als ein Reflektor für
den UWB-Sender-Empfänger 354 angesehen
werden kann). Alternativ könnte
die reflektierende Oberfläche
an dem oberen Ende 322 des Stoßdämpferrohrs 304 verwirklicht
sein. Alternativ könnte
die reflektierende Oberfläche
anderswo am Stoßdämpferrohr 304 oder
an einer anderen Komponente, die starr am Stoßdämpferrohr 304 befestigt
ist, verwirklicht sein.
-
Die
reflektierende Oberfläche
weist bestimmte Eigenschaften auf, die sie zu einem guten Reflektor
von UWB-Signalen und UWB-Energie machen. Dies ermöglicht,
dass der Reflektor durch den UWB-Sender-Empfänger 354 erzeugte
UWB-Messimpulse effizient reflektiert. Zum Beispiel kann die reflektierende
Oberfläche
eine glatte Oberfläche
eines elektrisch leitenden Materials wie etwa Metall sein. Im Idealfall
kann die reflektierende Oberfläche UWB-Signale
mit wenig Energieverlust effektiv und effizient reflektieren und
somit die Detektierungsfähigkeit
des UWB-Sender-Empfängers 354 verbessern.
Diesbezüglich
sind der UWB-Sender-Empfänger 354 und
die reflektierende Oberfläche
so konfiguriert, angeordnet und lokalisiert, dass sie die Energie des
reflektierten Signals maximieren. In bestimmten Ausführungsformen
kann die reflektierende Oberfläche
in der Weise konstruiert sein, dass sie die reflektierte Energie
in Richtung des UWB-Sender-Empfängers 354 fokussiert.
-
Der
Betrieb der Stoßdämpferbaueinheit 300 und
seines integrierten Abstandsmesssystems wird in Bezug auf 6 weiter
beschrieben, die eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
eines Systems 400 zum Messen des relativen Abstands zwischen
zwei Komponenten ist. Diese Ausführungsform
des Systems 400 enthält
einen Magneten 402, eine Spule 404, einen Gleichrichter/Regler 406,
wenigstens eine Energiequelle 408 und wenigstens einen
Prozessor 410 und einen UWB-Sender-Empfänger 412. Diese Elemente
des Systems 400 können
auf geeignete Weise miteinander gekoppelt sein, um die Übertragung
von Signalen, Spannung, Strom, Daten, Steuerbefehlen und dergleichen zu
ermöglichen.
Außerdem
kann das System 400 einen Reflektor 414 und ein
Steuermodul 416 enthalten. In der Praxis kann das Schnittstellenmodul 356 (siehe 5)
den Gleichrichter/Regler 406, die Energiequelle 408 und
den Prozessor 410 enthalten oder auf andere Weise mit ihnen
verknüpft
sein. Tatsächlich
kann das Schnittstellenmodul 356 unter Verwendung irgendeiner
Anzahl verschiedener Schaltungen, Vorrichtungen, Prozesselemente,
elektrischer Bauelemente oder dergleichen verwirklicht sein.
-
Wieder
in 6 können
ein Magnet 402, eine Spule 404, ein UWB-Sender-Empfänger 412 und
ein Reflektor 414 wie oben für die Stoßdämpferbaueinheit 300 beschrieben
konfiguriert und angeordnet sein, wobei diese Elemente hier nicht
ausführlich
redundant beschrieben sind. Die zwei Zu leitungen der Spule 404 sind
in der Weise mit dem Gleichrichter/Regler 406 gekoppelt,
dass der in der Spule 404 induzierte Strom vom Gleichrichter/Regler 406 empfangen
werden kann. Der Gleichrichter/Regler 406 ist geeignet
konfiguriert, um den induzierten Spulenstrom oder die induzierte
Spulenspannung (die als eine Wechselspannung angesehen werden kann) unter
Verwendung sehr gut bekannter Spannungsgleichrichtungstechniken
in eine oder mehrere Gleichspannungen umzuwandeln. Außerdem reguliert
der Gleichrichter/Regler 406 die Gleichspannung oder die
Gleichspannungen, um eine verhältnismäßig stabile
und konstante Gleichstromausgabe bereitzustellen. In bestimmten
Ausführungsformen wandelt
der Gleichrichter/Regler 406 den induzierten Spulenstrom
in eine Betriebsgleichspannung um, die zur Leistungsversorgung des
UWG-Sender-Empfängers 412 verwendet
wird. Diese Betriebsgleichspannung kann ebenfalls zur Leistungsversorgung
des Prozessors 410 und/oder anderer elektronischer Bauelemente
des Systems 400 verwendet werden. Die durch den Gleichrichter/Regler 406 erzeugte Gleichspannung
kann in Abhängigkeit
von den Notwendigkeiten des Systems 400 innerhalb des Bereichs
von etwa 100 mV bis etwa 300 mV liegen. In der Praxis kann dieser
Spannungsbereich nach Bedarf variieren, um ihn an die Notwendigkeiten
der beabsichtigten Anwendung anzupassen.
-
Die
Energiequelle 408 ist vorzugsweise als ein nachladbares
Energiespeicherelement verwirklicht, das für den Prozessor 410,
für den
UWB-Sender-Empfänger 412 und/oder
für andere
elektronische Bauelemente des Systems 400 eine Betriebsgleichspannung
bereitstellen kann. In der Praxis kann die Energiequelle 408 wie
in 6 gezeigt mit der Gleichspannungsausgabe des Gleichrichters/Reglers 406 nachgeladen
werden. Mit anderen Worten, die Energiequelle 408 wird
in Ansprechen auf den in der Spule 404 induzierten elektrischen Strom
nachgeladen. Obgleich mehr als eine Energiequelle 408 eingesetzt
werden könnte,
verwenden bevorzugte Ausführungsformen
eine nachladbare Energiequelle 408, die unter Verwendung
einer Batterie, eines Kondensators, eines Superkondensators oder dergleichen
verwirklicht sein kann.
-
Es
sollte gewürdigt
werden, dass der Magnet 402, die Spule 404 und
der Gleichrichter/Regler 406 zusammenwirken, um eine Ausführungsform
eines Leistungserzeugungssystems für bestimmte Komponenten des
Systems 400 (z. B. für
den Prozessor 410 und/oder für den UWB-Sender-Empfänger 412)
zu bilden. Ein solches Leistungserzeugungssystem kann hier auch
als ein Energieentnahmesystem bezeichnet werden. Wie hier erläutert ist,
erzeugt ein solches Leistungserzeugungssystem aus kinetischer Energie,
die der Bewegung oder Verschiebung einer ersten Komponente (z. B.
der Komponente, an der der Magnet 402 befestigt ist) relativ
zu einer zweiten Komponente (z. B. der Komponente, an der die Spule 404 befestigt
ist) zugeordnet ist, eine Betriebsspannung. Wenigstens ein Teil
dieser kinetischen Energie wird in den induzierten elektrischen
Strom umgewandelt, der wiederum in die Betriebsgleichspannung umgewandelt
werden kann.
-
Der
Prozessor 410 kann mit einem Universalprozessor, mit einem
Assoziativspeicher, mit einem Digitalsignalprozessor, mit einer
anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, mit einer feldprogrammierbaren
logischen Anordnung, mit irgendeiner geeigneten programmierbaren
Logikvorrichtung, mit einer diskreten Gatter- oder Transistorlogik,
mit diskreten Hardwarekomponenten oder mit irgendeiner zum Ausführen der
hier beschriebenen Funktionen ausgelegten Kombination implementiert
oder ausgeführt
sein. Ein Prozessor kann als ein Mikroprozessor, als ein Controller,
als ein Mikrocontroller oder als eine Zustandsmaschine verwirklicht
sein. Darüber
hinaus kann ein Prozessor als eine Kombination von Computervorrichtungen,
z. B. als eine Kombination eines Digitalsignalprozes sors und eines
Mikroprozessors, als mehrere Mikroprozessoren, als einer oder mehrere
Mikroprozessoren in Verbindung mit einem Digitalsignalprozessorkern
oder als irgendeine anderen solche Konfiguration, implementiert
sein.
-
Im
Allgemeinen ist der Prozessor 410 geeignet zum Steuern
des Betriebs des UWB-Sender-Empfängers 412 konfiguriert.
Wie im Folgenden ausführlicher
beschrieben ist, kann der UWB-Sender-Empfänger 412 für den Betrieb
in einer Mehrzahl verschiedener Betriebsarten einschließlich einer Messbetriebsart
und einer Berichtsbetriebsart ausgelegt sein. Dementsprechend kann
der Prozessor 410 die Betriebsarten regulieren und umschalten
und ansonsten den Betrieb des Systems 400 nach Bedarf steuern,
um die verschiedenen Betriebsarten zu unterstützen. Wie im Folgenden ausführlicher
beschrieben ist, leitet der Prozessor 410 während des
Betriebs in der Messbetriebsart den Abstand zwischen den zwei überwachten
Komponenten (z. B. zwischen dem Stoßdämpfer und der äußeren Abdeckung
einer Stoßdämpferbaueinheit)
ab oder berechnet ihn, wobei der Abstand auf bestimmten Eigenschaften
des UWB-Messimpulses und des entsprechenden reflektierten UWB-Impulses
beruht. Darüber
hinaus steuert der Prozessor 410 während des Betriebs in der Berichtsbetriebsart
die Sendung von Informationen vom UWB-Sender-Empfänger 412 zu
einem Empfangselement oder zu einer Empfangskomponente wie etwa zum
Steuermodul 416.
-
Die
Berichtsbetriebsart des Systems 400 kann genutzt werden,
um Messdaten zum Steuermodul 416 zu senden, das wiederum
eine geeignete Antwort empfangen, interpretieren, analysieren und initiieren
kann. Die Messdaten werden vorzugsweise mit einer geeigneten Kennung
oder mit Daten, die den gemessenen Ort oder die gemessene Komponente
eindeutig (wenigstens innerhalb der überwachten Fahrzeugumgebung
eindeutig) identifizieren, gesendet. Falls das Fahrzeug z. B. vier
Stoßdämpfer aufweist,
enthalten die von jedem der vier UWB-Sender-Empfänger gesendeten Messdaten eine
jeweilige Kennung, z. B. eine Damper_ID. Somit enthält das Steuermodul 416 vorzugsweise
einen UWB-Empfänger
oder -Sender-Empfänger,
der vom UWB-Sender-Empfänger 412 erzeugte
UWB-Signale oder
-Impulse empfangen kann, oder wirkt mit ihm zusammen. Der UWB-Empfänger befindet
sich innerhalb des Betriebs- oder Sendebereichs des UWB-Sender-Empfängers 412.
In praktischen Ausführungsformen
kann das Steuermodul 416 ein elektronischer Bordcontroller
des Trägerfahrzeugs
sein und kann das Steuermodul 416 zusätzliche Funktionalität enthalten,
die mit dem Betrieb des Systems 400 nicht zusammenhängt. Zum
Beispiel kann das Steuermodul 416 mit einem aktiven Stabilitätssteuerungs-Teilsystem,
mit einem Traktionssteuerungs-Teilsystem, mit einem Querstabilisations-Teilsystem,
mit einem Teilsystem für
die dynamische aktive Aufhängung oder
mit einem anderen Teilsystem des Fahrzeugs verknüpft sein, wobei ein solches
Teilsystem den sich dynamisch ändernden
Abstand/die dynamisch sind ändernde
Höhe zwischen
den gefederten und den ungefederten Massekomponenten des Fahrzeugs verarbeiten
und auf sie reagieren kann.
-
Es
sollte gewürdigt
werden, dass bestimmte Betriebe und Funktionen über die verschiedenen Elemente
des Systems 400 verteilt sein können, und dass die obige Beschreibung
lediglich eine mögliche Implementierung
ist. Zum Beispiel kann der UWB-Sender-Empfänger 412 eine gewisse
Verarbeitungsfähigkeit
enthalten, die zulässt,
dass er die Ausgangssensordaten (z. B. die Impulsausbreitungszeit) in
ein besser nutzbares Format wie etwa in einen Abstandsmesswert umwandelt.
Als ein anderes Beispiel könnten
die Ausgangssensordaten zum Steuermodul 416 gesendet werden,
das wiederum für
die Umwandlung und/oder Neuformatierung der Ausgangssensordaten
verantwortlich sein kann. Als ein abermals anderes Beispiel kann
der Prozessor 410 geeignet zum Ausführen der meisten Verarbeitung
nach der Messung im Auftrag des Steuermoduls 416 konfiguriert
sein, sodass Nutzdaten zum Steuermodul 416 gesendet werden
können,
das sofort reagieren kann, wenn es diese Nutzdaten empfängt.
-
Darüber hinaus
brauchen die in 6 gezeigten Elemente nicht wie
gezeigt gepackt oder angeordnet zu sein. Zum Beispiel könnte die
Energiequelle in den Gleichrichter/Regler 406 integriert
sein. Als ein anderes Beispiel könnte
der Prozessor 410 in den UWB-Sender-Empfänger 354 integriert
sein. Wie im Folgenden anhand von 8 beschrieben
ist, könnten
tatsächlich
viele der in 6 gezeigten Elemente zu einer
einzelnen Komponente integriert sein.
-
Anhand
von 7 (einem Ablaufplan, der ein Verfahren zum Erzeugen
elektrischer Energie während
der Messung des Abstands zwischen zwei Komponenten an einem Fahrzeug
veranschaulicht) wird nun der Betrieb der Stoßdämpferbaueinheit 300 und
des Systems 400 beschrieben. Die verschiedenen Tasks des
in 7 gezeigten Abstandsmessverfahrens 500 können durch
Software, Hardware, Firmware oder irgendeine Kombination davon ausgeführt werden.
Für Veranschaulichungszwecke
kann sich die folgende Beschreibung des Verfahrens 500 auf die
oben in Verbindung mit 1-6 erwähnten Elemente
beziehen. In der Praxis können
Abschnitte des Verfahrens 500 durch andere Elemente des
beschriebenen Systems, z. B. durch die Spule, durch die Energiequelle,
durch den Prozessor oder durch den UWB-Sender-Empfänger, ausgeführt werden. Es
sollte gewürdigt
werden, dass das Verfahren 500 irgendeine Anzahl zusätzlicher
oder alternativer Tasks enthalten kann, wobei die in 7 gezeigten Tasks
nicht in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt zu werden
brauchen und das Verfahren 500 in eine oder in mehreren
umfas sende Prozeduren oder Verfahren mit zusätzlicher Funktionalität, die hier
nicht ausführlich
beschrieben sind, integriert sein kann.
-
7 zeigt
mehrere Tasks, die ununterbrochen ausgeführt werden, während das
Fahrzeug in Betrieb ist. Zum Beispiel erzeugt das Verfahren 500 in
Ansprechen auf die Bewegung der Stoßdämpferkomponente relativ zu
der äußeren Abdeckungskomponente
elektrischen Strom (Task 502). Wie oben erwähnt wurde,
wird der elektrische Strom in der Spule induziert, wenn sich der
Magnet relativ zu der Spule verschiebt, wobei diese Erzeugung von
elektrischem Strom während
des Fahrzeugbetriebs jederzeit und ununterbrochen stattfinden kann.
Der induzierte elektrische Strom wird in eine Betriebsgleichspannung umgewandelt
(Task 504), die für
den UWB-Sender-Empfänger
geeignet ist, wobei dieselbe Betriebsgleichspannung zum Laden eines
oder mehrerer Energiespeicherelemente verwendet werden kann (Task 506).
Das Verfahren 500 kann mit der gespeicherten Energie und/oder
mit der Betriebsgleichspannung selbst den UWB-Sender-Empfänger, den Prozessor
und möglicherweise
andere Komponenten betreiben (Task 508). Insbesondere repräsentieren die
Tasks 502, 504, 506 und 508 ”Hintergrund”-Tasks,
die ununterbrochen und unabhängig von
der Betriebsart des Abstandsmesssystems ausgeführt werden können. In
der Praxis werden die Tasks 502, 504, 506 und 508 parallel
zu den verbleibenden in 7 gezeigten Tasks ausgeführt.
-
Das
Verfahren 500 ist in Übereinstimmung mit
einer beispielhaften Ausführungsform
eingerichtet, die wenigstens zwei verschiedene Betriebsarten zyklisch
durchläuft:
eine Messbetriebsart und eine Berichtsbetriebsart. Während der
Messbetriebsart wird der Abstand zwischen den zwei Komponenten gemessen.
Die Tasks 510, 512, 514 und 516 können während der
Messbetriebsart ausgeführt
werden. Anschließend
wird während
der folgenden Berichtsbetriebsart der zuvor gemessene Abstand an
ein Steu ermodul (wie etwa an das in 6 gezeigte Steuermodul 416)
berichtet oder gesendet. Die Tasks 518, 520 und 522 können während der
Berichtsbetriebsart ausgeführt
werden. In bevorzugten Ausführungsformen,
die einen einzelnen UWB-Sender-Empfänger nutzen, sind die Messbetriebsart
und die Berichtsbetriebsart zeitlich aufeinander folgend. In der
Praxis könnte
in Abhängigkeit
von der Anwendung einmal alle 1,0 bis 10,0 ms eine Abstandsmessung
vorgenommen werden. Eine so hohe Abtastrate ist erwünscht, um
sicherzustellen, dass der Abstand praktisch in Echtzeit überwacht
und gemessen wird.
-
Während des
Betriebs in der Messbetriebsart sendet das Verfahren 500 von
dem UWB-Sender-Empfänger
einen UWB-Messimpuls oder ein UWB-Messsignal (Task 510). Der
UWB-Messimpuls wird in Richtung des reflektierenden Elements gelenkt,
das daraufhin den UWB-Messimpuls (in Form eines reflektierten UWB-Impulses)
zu dem UWB-Sender-Empfänger
zurück
reflektiert. Der UWB-Sender-Empfänger
empfängt
von dem reflektierenden Element den reflektierten UWB-Impuls (Task 512).
Anschließend
kann das Verfahren 500 die dem UWB-Messimpuls und dem reflektierten UWB-Impuls
zugeordnete Impulsausbreitungszeit berechnen (Task 514).
Wie sie hier verwendet wird, wird die Impulsausbreitungszeit von
der Sendezeit des UWB-Messimpulses und von der Empfangszeit des
reflektierten UWB-Impulses abgeleitet. In bevorzugten Ausführungsformen
wird die Impulsausbreitungszeit einfach als die Differenz zwischen
der Empfangszeit und der Sendezeit berechnet.
-
Wie
gut verständlich
ist, hängt
die Impulsausbreitungszeit von dem gegenwärtigen Abstand zwischen dem
UWB-Sender-Empfänger
und der reflektierenden Oberfläche
ab. Folglich gibt die Impulsausbreitungszeit den Abstand zwischen
den zwei interessierenden überwachten
Komponenten (z. B. dem Stoßdämpfer und
der äußeren Abdeckung)
an. Dementspre chend kann das Verfahren 500 durch Berechnen,
Ableiten oder auf andere Weise Bestimmen eines Abstandsmesswerts
wie etwa des relativen Abstands zwischen den zwei Komponenten fortgesetzt
werden (Task 516). Dieser Abstandsmesswert beruht wieder
auf der Impulsausbreitungszeit oder wird auf andere Weise durch
sie beeinflusst. Es sollte gewürdigt
werden, dass der Abstandsmesswert in irgendeiner zweckmäßigen Skala
ausgedrückt
werden kann und dass der Abstandsmesswert den Abstand zwischen zwei
beliebigen dem überwachten
System zugeordneten Bezugspunkten angeben kann. Zum Beispiel kann
der Abstandsmesswert den tatsächlichen
realen Abstand zwischen dem UWB-Sender-Empfänger und der reflektierenden Oberfläche angeben.
Alternativ kann der Abstandsmesswert den tatsächlichen realen Abstand zwischen
einem ersten Bezugsort an der Stoßdämpferkomponente und einem zweiten
Bezugsort an der äußeren Abdeckung
angeben. Mit anderen Worten, der Abstandsmesswert kann einen verschobenen,
versetzten, transformierten oder skalierten Abstand repräsentieren,
der lediglich auf der Impulsausbreitungszeit beruht. Der Abstandsmesswert
braucht nicht streng mit den zwei zum Erhalten der Impulsausbreitungszeit
verwendeten Merkmalen oder Oberflächen verknüpft zu sein. Darüber hinaus
kann der Abstandsmesswert unter Verwendung irgendeiner beliebigen
und zweckmäßigen Skale
ausgedrückt
werden, die für
die beabsichtigte Anwendung geeignet ist. Im Allgemeinen kann das
System einen Algorithmus implementieren, der die Laufzeit des UWB-Signals
in eine Zahl oder in einen Ausdruck umwandelt, die/der den abgeleiteten
Entfernungsabstand (d) als eine Funktion der Zeitdifferenz ausdrückt: d =
f(Δt).
-
Nachdem
der Prozessor den Abstandsmesswert bestimmt hat, kann das Verfahren 500 in
die Berichtsbetriebsart eintreten. Während des Betriebs in der Berichtsbetriebsart
kann der Abstandsmesswert formatiert, konfiguriert, gepackt, moduliert
oder auf andere Weise auf die UWB-Sendung vorbereitet werden (Task 518).
Ein Beispiel könnte
ein paketdatengestütztes Übertragungsschema
umfassen, bei dem der den Paketdaten zugeordnete Anfangsblock den Fahrzeugstoßdämpferort
und/oder eine eindeutige Knotenkennung gemeinsam mit abgeleiteten
Messdaten angibt. Die Paketdaten könnten außerdem verschiedene Datenübertragungsfehler-Detektierungsschemata
und -Korrekturschemata enthalten, die dem Fachmann auf dem Gebiet
gut bekannt sind. Es sollte gewürdigt
werden, dass das Verfahren 500 während der Task 518 eine
Anzahl gut bekannter drahtloser Datenkommunikationstechniken und
Modulationstechnologien wirksam einsetzen könnte. Wenn die Abstandsmessungsinformationen
für die Sendung
bereit sind, kann der UWB-Sender-Empfänger eines/einen oder mehrere
Abstandsmesssignale oder -impulse senden, die Informationen oder Daten übermitteln,
die der Abstandsmessung zugeordnet sind (Task 520).
-
7 nimmt
an, dass die während
der Task 520 gesendeten Abstandsmesssignale oder -impulse erfolgreich
bei einem UWB-Empfänger
eines Bordsteuermoduls empfangen werden (Task 522). Wenn die
Abstandsmesssignale oder -impulse empfangen worden sind, können sie
mit dem Bordsteuermodul auf geeignete Weise und nach Bedarf verarbeitet werden
(Task 524). Zum Beispiel könnte das Steuermodul den Abstandsmesswert
demodulieren, auskoppeln oder auf andere Weise erhalten und diesen Abstandsmesswert
in Übereinstimmung
mit dem Steuerschema oder Datenverarbeitungsschema, das von dem
bestimmten Fahrzeugsystem gefordert wird, welches auch immer es
ist, anwenden. Die während
der Task 524 ausgeführte
Verarbeitung nach dem Empfang braucht nicht während der Berichtsbetriebsart
ausgeführt
zu werden. Vielmehr könnte
die Task 524 während
nachfolgender Abstandsmessungs- und/oder Berichtszyklen ausgeführt werden.
-
Wieder
anhand von 5 nutzt die Stoßdämpferbaueinheit 300 einen
Magneten 350 und eine Spule 352, um nach Eigenantriebsart
elektrischen Strom zu erzeugen. Alternativ könnte das Leistungserzeugungssystem
eine Einrichtung für
die Entnahme elektromagnetischer Energie nutzen, die an einer der
beweglichen Komponenten befestigt ist (oder zwei Einrichtungen für die Entnahme,
wobei jede an jeweils einer der zwei beweglichen Komponenten befestigt
ist). Diesbezüglich
ist 8 eine Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer
Aufhängungs-Stoßdämpferbaueinheit 600,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei ihrer Komponenten
enthält.
Die Stoßdämpferbaueinheit 600 ist
in vieler Hinsicht ähnlich
der Stoßdämpferbaueinheit 300,
wobei hier gemeinsame Merkmale und Eigenschaften nicht redundant
beschrieben sind.
-
Die
Stoßdämpferbaueinheit 600 enthält eine äußere Abdeckung 602,
einen Stoßdämpfer 604,
ein oberes Montageelement 606, ein oberes Konstruktionselement 608,
das mit dem oberen Montageelement 606 und/oder mit der äußeren Abdeckung 602 gekoppelt
ist, und ein unteres Konstruktionselement 610, das mit
dem Stoßdämpfer 604 gekoppelt
ist. In einigen Ausführungsformen
ist das obere Konstruktionselement 608 so konfiguriert,
dass es als ein oberer Federsitz für die Stoßdämpferbaueinheit 600 wirkt,
und ist das untere Konstruktionselement 610 so konfiguriert,
dass es als ein unterer Federsitz für die Stoßdämpferbaueinheit 600 wirkt.
Die Federsitze wirken mit einer Schraubenfeder oder mit einem Luftfederbalg
(nicht gezeigt) zusammen, die/der den Stoßdämpfer 604 und die äußere Abdeckung 602 umgibt. Die
Federsitze halten die Schraubenfeder an ihrer Stelle und der untere
Federsitz bewegt sich gemeinsam mit dem Stoßdämpfer 604.
-
Die
Stoßdämpferbaueinheit 600 enthält vorzugsweise
ein Abstandsmessmodul 620, das mit dem unteren Konstruktionselement 610 verbunden ist.
Insbesondere ist das Abstandsmessmodul 620 in der Weise
an dem Stoßdämpfer 604 fixiert,
dass es sich gemeinsam mit dem Stoßdämpfer 604 bewegt. Mit
anderen Worten, irgendeine Verschiebung des Stoßdämpfers 604 relativ
zur äußeren Abdeckung 602 führt zu derselben
Verschiebung des Abstandsmessmoduls 620.
-
Das
Abstandsmessmodul 620 kann unter Verwendung irgendeiner
Anzahl verschiedener Schaltungen, Vorrichtungen, Prozessorelemente, elektrischer
Bauelemente oder dergleichen verwirklicht sein. In der Praxis kann
das Abstandsmessmodul 620 eine Einrichtung für die Entnahme
elektromagnetischer Energie, einen Gleichrichter/Regler, wenigstens
eine Energiequelle, einen Prozessor und einen UWB-Sender-Empfänger enthalten
oder auf andere Weise mit ihnen verknüpft sein. Wie es hier verwendet
ist, ist eine Einrichtung für
die Entnahme elektromagnetischer Energie eine Vorrichtung oder eine
kleine selbstständige
Einheit, die geeignet konfiguriert ist, um in Ansprechen auf Schütteln, Vibration,
Verschiebung oder Bewegung davon elektrischen Strom zu erzeugen.
In der Praxis kann eine Einrichtung für die Entnahme elektromagnetischer Energie
einen federnd gelagerten Permanentmagneten enthalten, der von einer
elektrisch leitenden Spule umgeben ist. Wenn die Energieentnahmeeinrichtung
geschüttelt
wird oder vibriert, bewegt sich der Magnet relativ zu der Spule
und induziert somit in der Spule elektrischen Strom. Dementsprechend
wirkt die Energieentnahmeeinrichtung auf ähnliche Weise wie oben für die Stoßdämpferbaueinheit 300 und
das System 400 beschrieben. Tatsächlich repräsentiert das Abstandsmessmodul 620 ein
selbstständiges Paket,
das alle in 6 gezeigten Elemente (mit Ausnahme
des Reflektors 414 und des Steuermoduls 416) integriert.
-
Wieder
in 8 ist das Abstandsmessmodul 620 in der
Weise positioniert, dass es UWB-Messimpulse in Richtung des oberen
Konstruktionselements 608 senden kann. Insbesondere dient
das obere Konstruktionselement 608 als ein Reflektor für die UWB-Messimpulse.
Vorzugsweise sind das Abstandsmessmodul 620 und das obere
Konstruktionselement 608 so angeordnet und konfiguriert,
dass zwischen dem Abstandsmessmodul 620 und dem oberen
Konstruktionselement 608 ein Weg 622 hergestellt
werden kann. Der Betrieb der Stoßdämpferbaueinheit 600 und
ihres integrierten Abstandsmesssystems ist ähnlich dem oben für die Stoßdämpferbaueinheit 600 und
für das
System 400 beschriebenen.
-
9 ist
eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Aufhängungs-Stoßdämpferbaueinheit 700,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei ihrer Komponenten
enthält. Die
Stoßdämpferbaueinheit 700 ist
in bestimmter Hinsicht ähnlich
der Stoßdämpferbaueinheit 300 und in
bestimmter Hinsicht ähnlich
der Stoßdämpferbaueinheit 600.
Der Kürze
halber sind bestimmte Merkmale und Eigenschaften hier nicht redundant
beschrieben.
-
Die
Stoßdämpferbaueinheit 700 enthält eine äußere Abdeckung 702,
einen Stoßdämpfer 704,
ein oberes Montageelement 706, ein oberes Konstruktionselement 708,
das mit dem oberen Montageelement 706 und/oder mit der äußeren Abdeckung 702 gekoppelt
ist, und ein unteres Konstruktionselement 710, das mit
dem Stoßdämpfer 704 gekoppelt
ist. Außerdem
enthält
die Stoßdämpferbaueinheit 700 einen
Magneten 712, der an der äußeren Abdeckung 702 befestigt
ist, und eine Spule 714, die am Stoßdämpfer 704 befestigt
ist. Es wird angemerkt, dass die Orte des Magneten 712 und
der Spule 714 entgegengesetzt zu den von der Stoßdämpferbaueinheit 300 genutzten
sind.
-
Die
Stoßdämpferbaueinheit 700 enthält vorzugsweise
ein Abstandsmessmodul 720, das mit dem unteren Konstruktionselement 710 verbunden ist.
Insbesondere ist das Abstandsmessmodul 720 in der Weise
am Stoßdämpfer 704 fixiert,
dass es sich gemeinsam mit dem Stoßdämpfer 704 bewegt.
Das Abstandsmessmodul 720 kann unter Verwendung eines oder
mehrerer Drähte 721 oder
Leitungen mit der Spule 714 elektrisch gekoppelt sein.
Das Abstandsmessmodul 720 kann unter Verwendung irgendeiner Anzahl
verschiedener Schaltungen, Vorrichtungen, Prozessorelemente, elektrischer
Bauelemente oder dergleichen verwirklicht sein. In der Praxis kann
das Abstandsmessmodul 720 einen Gleichrichter/Regler, wenigstens
eine Energiequelle, einen Prozessor und einen UWB-Sender-Empfänger enthalten
oder auf andere Weise mit ihnen verknüpft sein. In bestimmten Ausführungsformen
repräsentiert
das Abstandsmessmodul 720 eine selbstständige Packung, die diese Elemente
enthält.
-
Das
Abstandsmessmodul 720 ist in der Weise positioniert, dass
es UWB-Messimpulse
in Richtung des oberen Konstruktionselements 708 senden kann.
Insbesondere dient das obere Konstruktionselement 708 als
ein Reflektor für
die UWB-Messimpulse. Das Abstandsmessmodul 720 und das
obere Konstruktionselement 708 sind vorzugsweise in der Weise
angeordnet und konfiguriert, dass zwischen dem Abstandsmessmodul 720 und
dem oberen Konstruktionselement 708 ein Ausbreitungsweg 722 hergestellt
werden kann. Der Betrieb der Stoßdämpferbaueinheit 700 und
ihres integrierten Abstandsmesssystems ist ähnlich dem oben für die Stoßdämpferbaueinheit 600 und
für das
System 400 beschriebenen.
-
5, 8 und 9 veranschaulichen bevorzugte
Einsätze,
die Stoßdämpferbaueinheiten enthalten.
Allerdings könnte
ein wie hier beschriebenes Abstandsmesssystem in andere Baueinheiten zur
Verwendung mit anderen Anwendungen integriert sein. Zum Beispiel
ist 10 eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Fahrzeugaufhängungsbaueinheit 800,
die ein System zum Messen des Abstands zwischen zwei ihrer Komponenten
enthält. Insbesondere
enthält
die Aufhängungsbaueinheit 800 einen
Rahmen oder einen Karosserielängsträger 802,
eine Aufhängungsverbindung
oder -komponente 804, eine Stoßdämpferbaueinheit 806 und
ein Abstandsmessmodul 808. Der Rahmen- oder Karosserielängsträger 802 wird
als eine gefederte Massekomponente angesehen und die Aufhängungsverbindung
oder -komponente 804 wird als eine ungefederte Massekomponente
angesehen.
-
Während des
Fahrzeugbetriebs ändert
sich der Abstand zwischen dem Rahmen oder dem Karosserielängsträger 802 und
der Aufhängungsverbindung
oder -komponente 804. Zur Messung der Momentanhöhe 810 zwischen
dem Rahmen oder dem Karosserielängsträger 802 und
der Aufhängungsverbindung
oder -komponente 804 kann das Abstandsmessmodul 808 unter
Verwendung der oben ausführlicher
beschriebenen Techniken und Technologien verwendet werden. Diesbezüglich ist
das Abstandsmessmodul 808 vorzugsweise wie oben für das Abstandsmessmodul 620 beschrieben,
das eine Energieentnahmevorrichtung (siehe 8) enthält, konfiguriert.
-
In
alternativen Ausführungsformen
könnte ein
geeignet angeordnetes Abstandsmesssystem zur Messung eines Abstands,
einer Höhe,
einer Länge, einer
Breite, einer Tiefe oder irgendeiner spezifizierten verschiedenen
Bordfahrzeugsystemen, -komponenten oder -vorrichtungen zugeordneten
Dimension eingesetzt sein. Zum Beispiel könnten Ausführungsformen eines Abstandsmesssystems
zur Verwendung mit einer oder mit mehreren der folgenden Anwendungen
abgewandelt werden: einer Hubtorstrebenbaueinheit; einem Motorhauben-Hubmechanismus;
einer Verdeckbauein heit; einem Hubdach; einer Insassentür; einem
Pedalmechanismus; oder dergleichen.
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Obgleich
in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung
wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform dargestellt worden
ist, gibt es selbstverständlich
eine sehr große
Anzahl von Änderungen. Außerdem sollte
gewürdigt
werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen,
die hier beschrieben sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die
Konfiguration des beanspruchten Gegenstands in keiner Weise einschränken sollen.
Vielmehr bietet die vorstehende ausführliche Beschreibung für den Fachmann
auf dem Gebiet einen zweckmäßigen Plan
zur Implementierung der beschriebenen Ausführungsform oder Ausführungsformen.
Selbstverständlich
können an
der Funktion und an der Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen
vorgenommen werden, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Umfang abzuweichen,
was bekannte Äquivalente und
vorhersehbare Äquivalente
zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Patentanmeldung einschließt.