相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2014年10月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.62/069,985和2015年10月28日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)no.14/925,559的權(quán)益，這兩個(gè)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文中。

用于在制動(dòng)系統(tǒng)中提供助力的制動(dòng)助力器組件。

背景技術(shù)：

本發(fā)明所屬類(lèi)型的制動(dòng)助力器組件通常附接于制動(dòng)踏板和主氣缸，主氣缸用于提供與通過(guò)制動(dòng)踏板施加的力相結(jié)合以用主氣缸來(lái)啟動(dòng)制動(dòng)器的力。換句話講，制動(dòng)助力器組件對(duì)主氣缸的輸入力提供輔助，超過(guò)由駕駛員費(fèi)力推動(dòng)制動(dòng)踏板所提供的力。許多制動(dòng)助力器組件使用中空外殼和用于在外殼內(nèi)形成壓力腔室的至少一個(gè)隔膜。使用控制閥將壓力腔室連接到真空源(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口)。隔膜被附接到與主氣缸聯(lián)接的活塞，并且當(dāng)制動(dòng)踏板被壓下時(shí)，真空壓力為主氣缸的輸入力提供助力。

然而，現(xiàn)代車(chē)輛中較小的發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓和排放要求使可用的真空壓力大幅減小，這樣就必須使用真空泵。另外，混合動(dòng)力車(chē)輛和全電動(dòng)車(chē)輛可一直或根本不提供真空壓力。此外，傳統(tǒng)的助力器組件會(huì)由于其復(fù)雜并且使用了大組件而使車(chē)輛重量增加。因此，明顯仍然需要在具有較少部件并且可用在具有極小或沒(méi)有可用真空壓力的車(chē)輛上的制動(dòng)系統(tǒng)中提供助力的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了包括能沿著第一軸線移動(dòng)的齒條的這種制動(dòng)助力器組件。至少一個(gè)傳感器與所述齒條聯(lián)接，用于感測(cè)所述齒條的力和軸向位移并且輸出與感測(cè)到的所述力和感測(cè)到的所述位移成比例的信號(hào)。離合器子組件與所述齒條相鄰地設(shè)置并且聯(lián)接到所述齒條，并且包括鼓和與所述鼓成間隔開(kāi)的關(guān)系的轂。電機(jī)與所述齒條相鄰地設(shè)置并且聯(lián)接到所述離合器子組件，以便旋轉(zhuǎn)所述鼓。磁流變流體設(shè)置在所述鼓和所述轂之間。電磁體圍繞所述離合器子組件設(shè)置，用于生成影響所述磁流變流體的粘性的電磁場(chǎng)?？刂破髋c所述電磁體和所述傳感器以及所述電機(jī)電連接，以響應(yīng)于來(lái)自所述傳感器的信號(hào)來(lái)控制所述電機(jī)和所述電磁體的電磁場(chǎng)。

本發(fā)明還提供了一種制動(dòng)助力器組件，該制動(dòng)助力器組件包括：齒條，其能沿著第一軸線移動(dòng)并且具有從所述齒條延伸的多個(gè)齒條齒。至少一個(gè)傳感器與所述齒條聯(lián)接，用于感測(cè)所述齒條的力和軸向位移并且輸出與感測(cè)到的所述力和感測(cè)到的所述位移成比例的信號(hào)。離合器子組件與所述齒條相鄰地設(shè)置并且包括鼓和轂。所述離合器子組件的所述鼓具有外表面，所述外表面限定從所述外表面徑向延伸的多個(gè)鼓齒。所述轂包括套筒，所述套筒具有限定多個(gè)轂齒的外部，所述轂齒徑向延伸并且與所述齒條齒嚙合，以響應(yīng)于所述轂的旋轉(zhuǎn)而使所述齒條沿著所述第一軸線移動(dòng)。電機(jī)與所述齒條相鄰地設(shè)置并且聯(lián)接到小齒輪，所述小齒輪具有與所述鼓齒嚙合以使所述鼓旋轉(zhuǎn)的多個(gè)小齒輪齒?？刂破髋c所述傳感器和所述電機(jī)電連接并且與所述離合器子組件操作性連接，以響應(yīng)于來(lái)自所述傳感器的所述信號(hào)來(lái)控制所述齒條的移動(dòng)。

另外，本發(fā)明提供了一種操作制動(dòng)助力器組件的方法，該方法包括以下步驟：壓下制動(dòng)踏板，響應(yīng)于所述制動(dòng)踏板的移動(dòng)來(lái)移動(dòng)踏板連桿并且向所述踏板連桿施加力。該方法繼續(xù)用傳感器來(lái)感測(cè)與所述踏板連桿的移動(dòng)對(duì)應(yīng)的位移和力。接下來(lái)，輸出與所述傳感器感測(cè)到的所述位移和所述力成比例的信號(hào)，并且響應(yīng)于來(lái)自所述傳感器的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該方法接下來(lái)的步驟是用所述電機(jī)來(lái)旋轉(zhuǎn)離合器的鼓并且選擇性地從所述鼓向所述離合器的轂傳輸轉(zhuǎn)矩。該方法最后響應(yīng)于所述轂的旋轉(zhuǎn)而使齒條和推桿軸向移動(dòng)。

因此，制動(dòng)助力器組件的一個(gè)或更多個(gè)方面的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可用于具有較小發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛以及混合動(dòng)力或電動(dòng)車(chē)輛。制動(dòng)助力器組件還減小了整體車(chē)輛重量，因?yàn)榭墒褂盟鼇?lái)取代明顯更大和更復(fù)雜的基于真空壓力的制動(dòng)助力器。由于使用了包括磁流變流體的離合器子組件，導(dǎo)致如果通過(guò)制動(dòng)踏板施加的電力和力的損失將被施加于不同于“線控制動(dòng)”系統(tǒng)的主氣缸，則制動(dòng)助力器組件仍然可進(jìn)行操作。

附圖說(shuō)明

隨著通過(guò)參照以下結(jié)合附圖考慮的詳細(xì)描述而更好地理解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)，將容易地領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：

圖1是制動(dòng)助力器組件的立體圖；

圖2是例示與齒條和離合器子組件相鄰設(shè)置的電機(jī)的制動(dòng)助力器組件的頂視圖；

圖3是沿著圖2的線3-3截取的制動(dòng)助力器組件的剖視圖并且例示了離合器子組件的鼓和轂；以及

圖4是例示操作制動(dòng)助力器組件的實(shí)施方式的步驟的流程圖。

具體實(shí)施方式

參照其中在幾個(gè)視圖中類(lèi)似標(biāo)號(hào)始終指示對(duì)應(yīng)部件的附圖，大體上示出制動(dòng)助力器組件20，制動(dòng)助力器組件20用于為制動(dòng)主氣缸22的輸入力提供輔助，超過(guò)由駕駛員費(fèi)力壓下制動(dòng)踏板24所提供的力。雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式旨在用于陸上車(chē)輛，但應(yīng)該理解，所公開(kāi)的制動(dòng)助力器組件20可用于許多其他應(yīng)用，諸如(但不限于)其他制動(dòng)系統(tǒng)或期望促進(jìn)或輔助向系統(tǒng)輸入的直線力的情況。

如圖1中最佳示出的，制動(dòng)助力器組件20包括能沿著第一軸線a移動(dòng)并沿著第一軸線a延伸的齒條26。齒條26包括第一端28和第二端30以及外表面。踏板連桿32附接到齒條26的第一端28并且從其軸向延伸，以便連接到制動(dòng)踏板24。至少一個(gè)傳感器34附接到踏板連桿32，以感測(cè)踏板連桿32的力和軸向位移，并且輸出與感測(cè)到的力和感測(cè)到的位移成比例的信號(hào)。雖然優(yōu)選實(shí)施方式的傳感器34感測(cè)到位移和力或應(yīng)變的變化，但應(yīng)該理解，制動(dòng)助力器組件20可被配置成包括或使用其他傳感器34或在操作的同時(shí)感測(cè)各種其他關(guān)聯(lián)的機(jī)械或電特性。推桿36附接到齒條26的第二端30并且從其軸向延伸，以便連接到主氣缸22。復(fù)位彈簧38圍繞推桿36環(huán)狀設(shè)置，并且在主氣缸22和齒條26的第二端30之間軸向延伸，以抵著齒條26朝向踏板連桿32施加力(即，對(duì)抗齒條26向著主氣缸22的移動(dòng))。齒條26還包括多個(gè)齒條齒40，這些齒40從外表面徑向延伸并且從第一端28向第二端30沿著齒條26設(shè)置。

大體指示的離合器子組件42與齒條26相鄰地設(shè)置并且包括鼓44和轂46。離合器的鼓44具有杯形并且包括唇部48以及外表面50和內(nèi)表面52。鼓44圍繞橫貫第一軸線a的第二軸線b設(shè)置并且沿著第二軸線b延伸，并且能?chē)@第二軸線b旋轉(zhuǎn)。鼓44限定開(kāi)口54，開(kāi)口54居中地設(shè)置并且沿著第二軸線b貫穿鼓44延伸。鼓44的外表面50限定多個(gè)鼓齒56，這些齒56從外表面50徑向延伸至第一直徑。

離合器子組件42還包括轂46，轂46具有嵌套在鼓44中的杯形，并且包括邊緣58以及內(nèi)表面60和外表面62并且能繞著第二軸線b旋轉(zhuǎn)。轂46與鼓44以間隔開(kāi)的關(guān)系設(shè)置并且包括凸緣64(圖3)，凸緣64附接到邊緣58并且從邊緣58徑向延伸。轂46還包括套筒66，套筒66具有大體筒形形狀和外部并且限定孔68，孔68居中地設(shè)置并且沿著第二軸線b貫穿套筒66延伸。轂46的套筒66圍繞第二軸線b環(huán)狀設(shè)置并且貫穿轂46并且貫穿鼓44的開(kāi)口54延伸。套筒66的外部限定多個(gè)轂齒70，轂齒70從外部徑向延伸至第二直徑，第二直徑小于第一直徑。轂齒70與齒條26的齒條齒40嚙合，以響應(yīng)于轂46繞著第二軸線b旋轉(zhuǎn)而沿著第一軸線a移動(dòng)齒條26。套筒66在孔68的每端限定凹陷72。

如圖3中最佳示出的，軸74沿著第二軸線b貫穿套筒66延伸，以支撐離合器子組件42。至少一個(gè)鼓軸承76設(shè)置在鼓44的開(kāi)口54中并且圍繞轂46的套筒66環(huán)狀設(shè)置，以減小鼓44相對(duì)于轂46旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦。同樣地，至少一個(gè)轂軸承78設(shè)置在凹陷72中的每個(gè)凹陷中并且圍繞軸74環(huán)狀設(shè)置，以減小轂46相對(duì)于軸74旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦。應(yīng)該理解，可使用各種類(lèi)型的軸承，諸如但不限于球形軸承、滾軸承或推力軸承。

電機(jī)80與齒條26相鄰設(shè)置，并且具有繞著第三軸線c旋轉(zhuǎn)并且沿著其延伸的軸，第三軸線c大體平行于第二軸線b(圖2)。雖然在優(yōu)選實(shí)施方式中第三軸線c大體平行于第二軸線b，但應(yīng)該理解，可替代地使用軸a、b、c的其他取向和電機(jī)80、鼓44、轂46和齒條26的構(gòu)造。電機(jī)80與離合器子組件42操作地連接。具體地，小齒輪82附接到電機(jī)80的軸并且具有多個(gè)小齒輪齒，這些小齒輪齒與鼓齒56嚙合，以響應(yīng)于軸和小齒輪82繞著第三軸線c旋轉(zhuǎn)而使鼓44繞著第二軸線b旋轉(zhuǎn)。因?yàn)楣?4的第一直徑大于轂46的第二直徑，所以鼓44的單次旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致齒條26進(jìn)行小移動(dòng)(即，存在齒輪減速)。因此，第一直徑相比于第二直徑的差異還導(dǎo)致從鼓44到轂46的轉(zhuǎn)矩增加。雖然在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中第二直徑小于第一直徑，但應(yīng)該理解，可使用其他布置或齒輪以根據(jù)電機(jī)80的軸的移動(dòng)來(lái)提供齒條26的適宜移動(dòng)量。

如圖3中所示，離合器子組件42還包括第一密封件84和第二密封件86。第一密封件84圍繞第二軸線b環(huán)狀設(shè)置在離合器子組件42的鼓44和轂46之間，并且附接到鼓44并且密封地接合轂46的外表面62。第二密封件86圍繞第二軸線b環(huán)狀設(shè)置在鼓44和轂46之間，并且附接到鼓44的唇部48并且密封地接合轂46的凸緣64。應(yīng)該理解，可使用各種密封布置，諸如但不限于滑動(dòng)環(huán)和o形環(huán)。轂46的外表面62和凸緣64以及鼓44的內(nèi)表面52和第一密封件84和第二密封件86限定腔室88。磁流變流體90設(shè)置在腔室88中并且密封件84、86將磁流變流體90密封在轂46和鼓44之間。

離合器子組件42還包括圍繞鼓44的外表面50和轂46的內(nèi)表面60設(shè)置的安裝件92。在安裝件92上設(shè)置電磁體94，用于產(chǎn)生影響腔室88中的磁流變流體90的粘性的電磁場(chǎng)。電磁體94可采取用于產(chǎn)生受控制磁場(chǎng)的線圈的形式，然而，應(yīng)該理解，可替代地使用用于提供受控制磁場(chǎng)的其他結(jié)構(gòu)。還應(yīng)該理解，安裝件92和電磁體94可布置成與轂46和鼓44成其他取向，以影響腔室88中容納的磁流變流體90的粘性。磁流變流體90的粘性改變進(jìn)而允許不同量的轉(zhuǎn)矩從離合器子組件42的鼓44(即，離合器輸入)傳遞到離合器子組件42的轂46(即，離合器輸出)?？刂破?6與電磁體94以及傳感器34和電機(jī)80電連接，以響應(yīng)于來(lái)自傳感器34的信號(hào)而控制電機(jī)80的軸的旋轉(zhuǎn)和電磁體94的電磁場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，可控制電機(jī)80，以在最佳速度下操作，然后，控制器96可根據(jù)需要控制電磁體94的電磁場(chǎng)，以移動(dòng)齒條26。

因?yàn)橹苿?dòng)踏板24通過(guò)齒條26與推桿36直接機(jī)械聯(lián)接，所以制動(dòng)助力器組件20將在沒(méi)有電力的情況下持續(xù)發(fā)揮作用。在電磁體94沒(méi)有被供能時(shí)或者如果制動(dòng)助力器組件20喪失電力的狀況下，磁流變流體90將以牛頓學(xué)方式表現(xiàn)，這意味著制動(dòng)助力器組件20可仍然作為“未啟動(dòng)”手動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行操作，并且通過(guò)制動(dòng)踏板24施加的力仍然將被施加到主氣缸22。因此，制動(dòng)助力器組件20在沒(méi)有電力的情況下，以與當(dāng)存在真空壓力損失時(shí)基于制動(dòng)真空壓力的助力器的功能類(lèi)似的方式發(fā)揮作用。因此，制動(dòng)助力器組件20因滿足支配自動(dòng)防故障操作的現(xiàn)有車(chē)輛安全標(biāo)準(zhǔn)要求而將具有優(yōu)于純“線控制動(dòng)”系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

如圖4中用流程圖例示的，還公開(kāi)了操作制動(dòng)助力器組件20的方法。該方法包括步驟100：壓下制動(dòng)踏板24和步驟102：響應(yīng)于制動(dòng)踏板24的移動(dòng)而移動(dòng)踏板連桿32并且向踏板連桿32施加力。該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟104：用傳感器34來(lái)感測(cè)與踏板連桿32的移動(dòng)對(duì)應(yīng)的位移和力。下一個(gè)步驟106是：輸出與用傳感器34感測(cè)到的位移和力成比例的信號(hào)。接下來(lái)，步驟108：響應(yīng)于來(lái)自傳感器34的信號(hào)(即，感測(cè)到的位移和力)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)80；并且步驟110：用電機(jī)80來(lái)旋轉(zhuǎn)小齒輪，以轉(zhuǎn)動(dòng)離合器子組件42的鼓44。然后，下一個(gè)步驟112是：使用電磁體94感生出磁場(chǎng)，以改變離合器子組件42中的磁流變流體90的粘性。該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟114：選擇性地從鼓44向轂46(即，通過(guò)磁流變流體90)傳輸轉(zhuǎn)矩。這導(dǎo)致在步驟116中：響應(yīng)于鼓44的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)轂46。該方法最后進(jìn)行步驟118：響應(yīng)于轂46的旋轉(zhuǎn)而使齒條26和推桿36軸向移動(dòng)。

當(dāng)駕駛員部分或完全地釋放制動(dòng)踏板24時(shí)，可控制離合器子組件42和電機(jī)80，以允許推桿36由于復(fù)位彈簧38的力而縮回。然而，還可控制離合器子組件42和電機(jī)80，以積極地輔助推桿36從主氣缸22縮回。換句話講，可將電機(jī)80的方向反向，并且從鼓44向轂46傳遞轉(zhuǎn)矩以積極地使齒條26移動(dòng)遠(yuǎn)離主氣缸22并且朝向踏板連桿32移動(dòng)。

所公開(kāi)的制動(dòng)助力器組件20能夠在片刻間做出反應(yīng)并且提供助力或制動(dòng)輔助。因此，制動(dòng)助力器組件20可用于按與防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(abs)向每個(gè)車(chē)輪處的制動(dòng)器傳遞壓力脈沖幾乎一樣的方式，向主氣缸22和制動(dòng)系統(tǒng)的剩余部分施加不同的壓力脈沖?？赏ㄟ^(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)這些壓力脈沖：使用制動(dòng)助力器組件20的控制器96在保持通向電機(jī)80的電流的同時(shí)，以高速率(例如，大致20ms的周期)或頻率切換通向電磁體94的電力。因此，可使用制動(dòng)助力器組件20通過(guò)取代通常用于abs的制動(dòng)系統(tǒng)組件(諸如，但不限于abs泵)來(lái)減輕制動(dòng)系統(tǒng)的重量。

另外，制動(dòng)助力器組件20可在駕駛員沒(méi)有通過(guò)制動(dòng)踏板24進(jìn)行輸入的情況下提供制動(dòng)器啟動(dòng)。因此，制動(dòng)助力器組件20可與車(chē)輛中已經(jīng)存在的其他系統(tǒng)聯(lián)接，這些系統(tǒng)諸如但不限于物體接近系統(tǒng)(例如，主動(dòng)巡航控制)、盜竊檢測(cè)系統(tǒng)、泊車(chē)制動(dòng)、或“坡道控制(hill-hold)”特征。這些系統(tǒng)通常在沒(méi)有駕駛員輸入的情況下啟動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，所以可使用制動(dòng)助力器組件20來(lái)輔助操作或替換這些系統(tǒng)的組件。

顯而易見(jiàn)，可以依照以上教導(dǎo)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行許多修改和變形，并且可以在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)以與具體描述不同的方式來(lái)實(shí)踐。這些之前的敘述應(yīng)該被理解為覆蓋了本發(fā)明創(chuàng)新地實(shí)踐其實(shí)用性的任何組合。設(shè)備權(quán)利要求書(shū)中使用的詞語(yǔ)“所述”是指作為意圖被包括在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的肯定敘述的前項(xiàng)，而詞語(yǔ)“該”在詞語(yǔ)之前并不意圖被包括在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。