CN107074222A - 制动助力器组件 - Google Patents

Abstract

提供了一种制动助力器组件及其操作方法。该组件包括能沿着第一轴线(A)移动的齿条(26)。传感器(34)与所述齿条(26)联接，用于感测所述齿条(26)的力和位移并且输出成比例的信号。离合器子组件(42)与所述齿条(26)相邻地设置并且联接到所述齿条(26)，并且离合器子组件(42)包括鼓(44)和与所述鼓(44)成间隔开的关系的毂(46)。电机(80)与所述齿条(26)相邻地设置并且联接到所述离合器子组件(42)，以便旋转所述鼓(44)。磁流变流体(90)设置在所述鼓(44)和所述毂(46)之间。电磁体(94)围绕所述离合器子组件(42)设置，用于生成影响所述磁流变流体(90)的粘性的电磁场。控制器(96)与所述电磁体(94)和所述传感器(34)以及所述电机(80)电连接，以响应于来自所述传感器(34)的信号来控制所述电机(80)和所述电磁体(94)的电磁场。

Description

制动助力器组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月29日提交的美国临时申请No.62/069,985和2015年10月28日提交的美国非临时申请No.14/925,559的权益，这两个申请的全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

用于在制动系统中提供助力的制动助力器组件。

背景技术

本发明所属类型的制动助力器组件通常附接于制动踏板和主气缸，主气缸用于提供与通过制动踏板施加的力相结合以用主气缸来启动制动器的力。换句话讲，制动助力器组件对主气缸的输入力提供辅助，超过由驾驶员费力推动制动踏板所提供的力。许多制动助力器组件使用中空外壳和用于在外壳内形成压力腔室的至少一个隔膜。使用控制阀将压力腔室连接到真空源(例如，发动机进气口)。隔膜被附接到与主气缸联接的活塞，并且当制动踏板被压下时，真空压力为主气缸的输入力提供助力。

然而，现代车辆中较小的发动机、增压和排放要求使可用的真空压力大幅减小，这样就必须使用真空泵。另外，混合动力车辆和全电动车辆可一直或根本不提供真空压力。此外，传统的助力器组件会由于其复杂并且使用了大组件而使车辆重量增加。因此，明显仍然需要在具有较少部件并且可用在具有极小或没有可用真空压力的车辆上的制动系统中提供助力的解决方案。

发明内容

本发明提供了包括能沿着第一轴线移动的齿条的这种制动助力器组件。至少一个传感器与所述齿条联接，用于感测所述齿条的力和轴向位移并且输出与感测到的所述力和感测到的所述位移成比例的信号。离合器子组件与所述齿条相邻地设置并且联接到所述齿条，并且包括鼓和与所述鼓成间隔开的关系的毂。电机与所述齿条相邻地设置并且联接到所述离合器子组件，以便旋转所述鼓。磁流变流体设置在所述鼓和所述毂之间。电磁体围绕所述离合器子组件设置，用于生成影响所述磁流变流体的粘性的电磁场。控制器与所述电磁体和所述传感器以及所述电机电连接，以响应于来自所述传感器的信号来控制所述电机和所述电磁体的电磁场。

本发明还提供了一种制动助力器组件，该制动助力器组件包括：齿条，其能沿着第一轴线移动并且具有从所述齿条延伸的多个齿条齿。至少一个传感器与所述齿条联接，用于感测所述齿条的力和轴向位移并且输出与感测到的所述力和感测到的所述位移成比例的信号。离合器子组件与所述齿条相邻地设置并且包括鼓和毂。所述离合器子组件的所述鼓具有外表面，所述外表面限定从所述外表面径向延伸的多个鼓齿。所述毂包括套筒，所述套筒具有限定多个毂齿的外部，所述毂齿径向延伸并且与所述齿条齿啮合，以响应于所述毂的旋转而使所述齿条沿着所述第一轴线移动。电机与所述齿条相邻地设置并且联接到小齿轮，所述小齿轮具有与所述鼓齿啮合以使所述鼓旋转的多个小齿轮齿。控制器与所述传感器和所述电机电连接并且与所述离合器子组件操作性连接，以响应于来自所述传感器的所述信号来控制所述齿条的移动。

另外，本发明提供了一种操作制动助力器组件的方法，该方法包括以下步骤：压下制动踏板，响应于所述制动踏板的移动来移动踏板连杆并且向所述踏板连杆施加力。该方法继续用传感器来感测与所述踏板连杆的移动对应的位移和力。接下来，输出与所述传感器感测到的所述位移和所述力成比例的信号，并且响应于来自所述传感器的信号来驱动电机。该方法接下来的步骤是用所述电机来旋转离合器的鼓并且选择性地从所述鼓向所述离合器的毂传输转矩。该方法最后响应于所述毂的旋转而使齿条和推杆轴向移动。

因此，制动助力器组件的一个或更多个方面的几个优点是，它可用于具有较小发动机、柴油发动机、增压发动机的车辆以及混合动力或电动车辆。制动助力器组件还减小了整体车辆重量，因为可使用它来取代明显更大和更复杂的基于真空压力的制动助力器。由于使用了包括磁流变流体的离合器子组件，导致如果通过制动踏板施加的电力和力的损失将被施加于不同于“线控制动”系统的主气缸，则制动助力器组件仍然可进行操作。

附图说明

随着通过参照以下结合附图考虑的详细描述而更好地理解本发明的其他优点，将容易地领会本发明的其他优点，在附图中：

图1是制动助力器组件的立体图；

图2是例示与齿条和离合器子组件相邻设置的电机的制动助力器组件的顶视图；

图3是沿着图2的线3-3截取的制动助力器组件的剖视图并且例示了离合器子组件的鼓和毂；以及

图4是例示操作制动助力器组件的实施方式的步骤的流程图。

具体实施方式

参照其中在几个视图中类似标号始终指示对应部件的附图，大体上示出制动助力器组件20，制动助力器组件20用于为制动主气缸22的输入力提供辅助，超过由驾驶员费力压下制动踏板24所提供的力。虽然本发明的优选实施方式旨在用于陆上车辆，但应该理解，所公开的制动助力器组件20可用于许多其他应用，诸如(但不限于)其他制动系统或期望促进或辅助向系统输入的直线力的情况。

如图1中最佳示出的，制动助力器组件20包括能沿着第一轴线A移动并沿着第一轴线A延伸的齿条26。齿条26包括第一端28和第二端30以及外表面。踏板连杆32附接到齿条26的第一端28并且从其轴向延伸，以便连接到制动踏板24。至少一个传感器34附接到踏板连杆32，以感测踏板连杆32的力和轴向位移，并且输出与感测到的力和感测到的位移成比例的信号。虽然优选实施方式的传感器34感测到位移和力或应变的变化，但应该理解，制动助力器组件20可被配置成包括或使用其他传感器34或在操作的同时感测各种其他关联的机械或电特性。推杆36附接到齿条26的第二端30并且从其轴向延伸，以便连接到主气缸22。复位弹簧38围绕推杆36环状设置，并且在主气缸22和齿条26的第二端30之间轴向延伸，以抵着齿条26朝向踏板连杆32施加力(即，对抗齿条26向着主气缸22的移动)。齿条26还包括多个齿条齿40，这些齿40从外表面径向延伸并且从第一端28向第二端30沿着齿条26设置。

大体指示的离合器子组件42与齿条26相邻地设置并且包括鼓44和毂46。离合器的鼓44具有杯形并且包括唇部48以及外表面50和内表面52。鼓44围绕横贯第一轴线A的第二轴线B设置并且沿着第二轴线B延伸，并且能围绕第二轴线B旋转。鼓44限定开口54，开口54居中地设置并且沿着第二轴线B贯穿鼓44延伸。鼓44的外表面50限定多个鼓齿56，这些齿56从外表面50径向延伸至第一直径。

离合器子组件42还包括毂46，毂46具有嵌套在鼓44中的杯形，并且包括边缘58以及内表面60和外表面62并且能绕着第二轴线B旋转。毂46与鼓44以间隔开的关系设置并且包括凸缘64(图3)，凸缘64附接到边缘58并且从边缘58径向延伸。毂46还包括套筒66，套筒66具有大体筒形形状和外部并且限定孔68，孔68居中地设置并且沿着第二轴线B贯穿套筒66延伸。毂46的套筒66围绕第二轴线B环状设置并且贯穿毂46并且贯穿鼓44的开口54延伸。套筒66的外部限定多个毂齿70，毂齿70从外部径向延伸至第二直径，第二直径小于第一直径。毂齿70与齿条26的齿条齿40啮合，以响应于毂46绕着第二轴线B旋转而沿着第一轴线A移动齿条26。套筒66在孔68的每端限定凹陷72。

如图3中最佳示出的，轴74沿着第二轴线B贯穿套筒66延伸，以支撑离合器子组件42。至少一个鼓轴承76设置在鼓44的开口54中并且围绕毂46的套筒66环状设置，以减小鼓44相对于毂46旋转时的摩擦。同样地，至少一个毂轴承78设置在凹陷72中的每个凹陷中并且围绕轴74环状设置，以减小毂46相对于轴74旋转时的摩擦。应该理解，可使用各种类型的轴承，诸如但不限于球形轴承、滚轴承或推力轴承。

电机80与齿条26相邻设置，并且具有绕着第三轴线C旋转并且沿着其延伸的轴，第三轴线C大体平行于第二轴线B(图2)。虽然在优选实施方式中第三轴线C大体平行于第二轴线B，但应该理解，可替代地使用轴A、B、C的其他取向和电机80、鼓44、毂46和齿条26的构造。电机80与离合器子组件42操作地连接。具体地，小齿轮82附接到电机80的轴并且具有多个小齿轮齿，这些小齿轮齿与鼓齿56啮合，以响应于轴和小齿轮82绕着第三轴线C旋转而使鼓44绕着第二轴线B旋转。因为鼓44的第一直径大于毂46的第二直径，所以鼓44的单次旋转将导致齿条26进行小移动(即，存在齿轮减速)。因此，第一直径相比于第二直径的差异还导致从鼓44到毂46的转矩增加。虽然在本发明的优选实施方式中第二直径小于第一直径，但应该理解，可使用其他布置或齿轮以根据电机80的轴的移动来提供齿条26的适宜移动量。

如图3中所示，离合器子组件42还包括第一密封件84和第二密封件86。第一密封件84围绕第二轴线B环状设置在离合器子组件42的鼓44和毂46之间，并且附接到鼓44并且密封地接合毂46的外表面62。第二密封件86围绕第二轴线B环状设置在鼓44和毂46之间，并且附接到鼓44的唇部48并且密封地接合毂46的凸缘64。应该理解，可使用各种密封布置，诸如但不限于滑动环和O形环。毂46的外表面62和凸缘64以及鼓44的内表面52和第一密封件84和第二密封件86限定腔室88。磁流变流体90设置在腔室88中并且密封件84、86将磁流变流体90密封在毂46和鼓44之间。

离合器子组件42还包括围绕鼓44的外表面50和毂46的内表面60设置的安装件92。在安装件92上设置电磁体94，用于产生影响腔室88中的磁流变流体90的粘性的电磁场。电磁体94可采取用于产生受控制磁场的线圈的形式，然而，应该理解，可替代地使用用于提供受控制磁场的其他结构。还应该理解，安装件92和电磁体94可布置成与毂46和鼓44成其他取向，以影响腔室88中容纳的磁流变流体90的粘性。磁流变流体90的粘性改变进而允许不同量的转矩从离合器子组件42的鼓44(即，离合器输入)传递到离合器子组件42的毂46(即，离合器输出)。控制器96与电磁体94以及传感器34和电机80电连接，以响应于来自传感器34的信号而控制电机80的轴的旋转和电磁体94的电磁场。在一个实施方式中，可控制电机80，以在最佳速度下操作，然后，控制器96可根据需要控制电磁体94的电磁场，以移动齿条26。

因为制动踏板24通过齿条26与推杆36直接机械联接，所以制动助力器组件20将在没有电力的情况下持续发挥作用。在电磁体94没有被供能时或者如果制动助力器组件20丧失电力的状况下，磁流变流体90将以牛顿学方式表现，这意味着制动助力器组件20可仍然作为“未启动”手动制动系统进行操作，并且通过制动踏板24施加的力仍然将被施加到主气缸22。因此，制动助力器组件20在没有电力的情况下，以与当存在真空压力损失时基于制动真空压力的助力器的功能类似的方式发挥作用。因此，制动助力器组件20因满足支配自动防故障操作的现有车辆安全标准要求而将具有优于纯“线控制动”系统的优点。

如图4中用流程图例示的，还公开了操作制动助力器组件20的方法。该方法包括步骤100：压下制动踏板24和步骤102：响应于制动踏板24的移动而移动踏板连杆32并且向踏板连杆32施加力。该方法继续进行步骤104：用传感器34来感测与踏板连杆32的移动对应的位移和力。下一个步骤106是：输出与用传感器34感测到的位移和力成比例的信号。接下来，步骤108：响应于来自传感器34的信号(即，感测到的位移和力)来驱动电机80；并且步骤110：用电机80来旋转小齿轮，以转动离合器子组件42的鼓44。然后，下一个步骤112是：使用电磁体94感生出磁场，以改变离合器子组件42中的磁流变流体90的粘性。该方法继续进行步骤114：选择性地从鼓44向毂46(即，通过磁流变流体90)传输转矩。这导致在步骤116中：响应于鼓44的旋转而旋转毂46。该方法最后进行步骤118：响应于毂46的旋转而使齿条26和推杆36轴向移动。

当驾驶员部分或完全地释放制动踏板24时，可控制离合器子组件42和电机80，以允许推杆36由于复位弹簧38的力而缩回。然而，还可控制离合器子组件42和电机80，以积极地辅助推杆36从主气缸22缩回。换句话讲，可将电机80的方向反向，并且从鼓44向毂46传递转矩以积极地使齿条26移动远离主气缸22并且朝向踏板连杆32移动。

所公开的制动助力器组件20能够在片刻间做出反应并且提供助力或制动辅助。因此，制动助力器组件20可用于按与防抱死制动系统(ABS)向每个车轮处的制动器传递压力脉冲几乎一样的方式，向主气缸22和制动系统的剩余部分施加不同的压力脉冲。可通过以下步骤来实现这些压力脉冲：使用制动助力器组件20的控制器96在保持通向电机80的电流的同时，以高速率(例如，大致20ms的周期)或频率切换通向电磁体94的电力。因此，可使用制动助力器组件20通过取代通常用于ABS的制动系统组件(诸如，但不限于ABS泵)来减轻制动系统的重量。

另外，制动助力器组件20可在驾驶员没有通过制动踏板24进行输入的情况下提供制动器启动。因此，制动助力器组件20可与车辆中已经存在的其他系统联接，这些系统诸如但不限于物体接近系统(例如，主动巡航控制)、盗窃检测系统、泊车制动、或“坡道控制(Hill-hold)”特征。这些系统通常在没有驾驶员输入的情况下启动制动系统，所以可使用制动助力器组件20来辅助操作或替换这些系统的组件。

显而易见，可以依照以上教导对本发明进行许多修改和变形，并且可以在随附权利要求的范围内以与具体描述不同的方式来实践。这些之前的叙述应该被理解为覆盖了本发明创新地实践其实用性的任何组合。设备权利要求书中使用的词语“所述”是指作为意图被包括在权利要求书的范围内的肯定叙述的前项，而词语“该”在词语之前并不意图被包括在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种制动助力器组件，该制动助力器组件包括：

齿条，其能沿着第一轴线移动，

至少一个传感器，其与所述齿条联接，用于感测所述齿条的力和轴向位移并且输出与感测到的所述力和感测到的所述位移成比例的信号，

离合器子组件，其与所述齿条相邻地设置并且联接到所述齿条，并且包括鼓和与所述鼓成间隔开的关系的毂，

电机，其与所述齿条相邻地设置并且联接到所述离合器子组件，以便旋转所述鼓，

磁流变流体，其设置在所述鼓和所述毂之间，

电磁体，其围绕所述离合器子组件设置，用于生成影响所述磁流变流体的粘性的电磁场，以及

控制器，其与所述电磁体和所述传感器以及所述电机电连接，以响应于来自所述传感器的所述信号来控制所述电机和所述电磁体的所述电磁场。

2.根据权利要求1所述的制动助力器组件，所述离合器子组件的所述鼓沿着横贯所述第一轴线的第二轴线延伸并且能绕着所述第二轴线旋转，并且所述离合器子组件的所述鼓具有外表面，所述外表面限定从所述外表面径向延伸的多个鼓齿。

3.根据权利要求2所述的制动助力器组件，其中，所述电机包括轴，所述轴能绕着大体平行于所述第二轴线的第三轴线旋转并且沿着所述第三轴线延伸并且附接到小齿轮，所述小齿轮具有与所述鼓齿啮合以使所述鼓绕着所述第二轴线旋转的多个小齿轮齿。

4.根据权利要求3所述的制动助力器组件，其中，所述齿条具有从所述齿条延伸的多个齿条齿，并且所述离合器子组件的所述毂包括套筒，所述套筒具有限定多个毂齿的外部，所述毂齿从所述外部径向延伸并且与所述齿条齿啮合，以响应于所述离合器子组件的旋转而使所述齿条沿着所述第一轴线移动。

5.根据权利要求4所述的制动助力器组件，其中，所述鼓齿沿径向延伸至第一直径，并且所述多个毂齿沿径向延伸至比所述第一直径小的第二直径，以使从所述鼓到所述毂的转矩增加。

6.根据权利要求5所述的制动助力器组件，其中，所述鼓限定居中地设置并且沿着所述第二轴线贯穿所述鼓延伸的开口，并且所述毂的所述套筒围绕所述第二轴线环状设置并且贯穿所述毂并且贯穿所述鼓的所述开口延伸。

7.根据权利要求6所述的制动助力器组件，其中，所述毂具有杯形，并且被嵌套在所述鼓中，并且包括边缘以及内表面和外表面，并且能绕着所述第二轴线旋转，并且包括凸缘，所述凸缘附接到所述边缘并且从所述边缘径向延伸，并且所述离合器子组件还包括第一密封件和第二密封件，所述第一密封件围绕所述第二轴线环状设置在所述鼓和所述毂之间并且密封地接合所述毂的所述外表面，所述第二密封件围绕所述第二轴线环状设置在所述鼓和所述毂之间并且附接到所述鼓的所述唇部并且密封地接合所述毂的所述凸缘，以将所述磁流变流体密封在所述毂和所述鼓之间。

8.根据权利要求7所述的制动助力器组件，所述制动助力器组件还包括安装件，所述安装件围绕所述鼓的所述外表面和所述毂的所述内表面设置，并且其中，所述电磁体设置在所述安装件上。

9.一种制动助力器组件，该制动助力器组件包括：

齿条，其能沿着第一轴线移动并且具有从所述齿条延伸的多个齿条齿，

至少一个传感器，其与所述齿条联接，用于感测所述齿条的力和轴向位移并且输出与感测到的所述力和感测到的所述位移成比例的信号，

离合器子组件，其与所述齿条相邻地设置并且包括鼓和毂，

所述离合器子组件的所述鼓具有外表面，所述外表面限定从所述外表面径向延伸的多个鼓齿，

所述毂包括套筒，所述套筒具有限定多个毂齿的外部，所述毂齿径向延伸并且与所述齿条齿啮合，以响应于所述毂的旋转而使所述齿条沿着所述第一轴线移动，

电机，其与所述齿条相邻地设置并且联接到小齿轮，所述小齿轮具有与所述鼓齿啮合以使所述鼓旋转的多个小齿轮齿，以及

控制器，其与所述传感器和所述电机电连接并且与所述离合器子组件操作性连接，以响应于来自所述传感器的所述信号来控制所述齿条的移动。

10.根据权利要求9所述的制动助力器组件，其中，所述离合器子组件的所述毂以与所述鼓成间隔开的关系设置并且在其间设置有磁流变流体，并且所述制动助力器组件还包括电磁体，所述电磁体与所述控制器电连接并且围绕所述离合器子组件设置，以生成影响所述磁流变流体的粘性的电磁场。

11.根据权利要求9所述的制动助力器组件，其中，所述鼓围绕横贯所述第一轴线的第二轴线设置，并且沿着所述第二轴线延伸，并且能绕着所述第二轴线旋转，并且所述鼓限定居中地设置并且沿着所述第二轴线贯穿所述鼓延伸的开口，并且所述毂的所述套筒围绕所述第二轴线环状设置，并且贯穿所述毂并且贯穿所述鼓的所述开口延伸。

12.根据权利要求11所述的制动助力器组件，其中，所述套筒限定居中地设置并且沿着所述第二轴线贯穿所述套筒延伸的孔，并且所述制动助力器组件还包括轴，所述轴沿着所述第二轴线贯穿所述套筒的所述孔延伸，用于支撑所述离合器子组件。

13.根据权利要求12所述的制动助力器组件，其中，所述毂的所述套筒在所述孔的每端限定凹陷并且所述制动助力器组件还包括至少一个毂轴承，所述毂轴承设置在所述凹陷中的每个凹陷中并且围绕所述轴环状设置，以减小所述毂相对于所述轴旋转时的摩擦。

14.根据权利要求11所述的制动助力器组件，该制动助力器组件还包括至少一个鼓轴承，所述鼓轴承设置在所述鼓的所述开口中并且围绕所述毂的所述套筒环状设置，以减小所述鼓相对于所述毂旋转时的摩擦。

15.根据权利要求10所述的制动助力器组件，其中，所述毂具有杯形，并且被嵌套在所述鼓中，并且包括边缘以及内表面和外表面，并且能绕着所述第二轴线旋转，并且包括凸缘，所述凸缘附接到所述边缘并且从所述边缘径向延伸，并且所述离合器子组件还包括第一密封件和第二密封件，所述第一密封件围绕所述第二轴线环状设置在所述鼓和所述毂之间并且密封地接合所述毂的所述外表面，所述第二密封件围绕所述第二轴线环状设置在所述鼓和所述毂之间并且附接到所述鼓的所述唇部并且密封地接合所述毂的所述凸缘，以将所述磁流变流体密封在所述毂和所述鼓之间。

16.根据权利要求9所述的制动助力器组件，其中，所述鼓齿沿径向延伸至第一直径，并且所述多个毂齿沿径向延伸至比所述第一直径小的第二直径，以使从所述鼓到所述毂的转矩增加。

17.根据权利要求9所述的制动助力器组件，其中，所述电机的所述轴能绕着大体平行于所述第二轴线的第三轴线旋转并且沿着所述第三轴线延伸。

18.一种操作制动助力器组件的方法，该方法包括以下步骤：

压下制动踏板，

响应于所述制动踏板的移动来移动踏板连杆并且向所述踏板连杆施加力，

用传感器来感测与所述踏板连杆的移动对应的位移和力，

输出与所述传感器感测到的所述位移和所述力成比例的信号，

响应于来自所述传感器的所述信号来驱动电机，

用所述电机来旋转离合器子组件的鼓，

选择性地从所述鼓向所述离合器子组件的毂传输转矩，以及

响应于所述毂的旋转而使齿条和推杆轴向移动。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，从所述鼓向所述离合器子组件的毂传输转矩的步骤被进一步限定为：使用电磁体感生出磁场，以改变所述离合器子组件中的磁流变流体的粘性。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，用所述电机来旋转离合器子组件的鼓的步骤被进一步限定为：用所述电机来旋转小齿轮，以转动离合器子组件的鼓。