用于感测主缸制动助力辅助系统中踏板杆到活塞杆的间隙的系统和方法
阅读说明：本技术 用于感测主缸制动助力辅助系统中踏板杆到活塞杆的间隙的系统和方法 (System and method for sensing pedal rod to piston rod clearance in master cylinder brake assist system ) 是由 柯特·M·罗伯茨 苏阿特·阿里·奥兹索鲁 于 2018-06-25 设计创作，主要内容包括：一种与机动车辆制动系统的主缸一起使用的制动助力辅助系统包括感应式感测系统。该感应式感测系统具有承载在输入构件和输出构件上的感测装置,其中输入构件和输出构件联接到制动助力辅助系统的输入杆和输出杆中的相应者。输入构件和输出构件相对于彼此并且相对于定位在制动助力辅助系统内的感应式感测系统的固定元件的运动使得能够精确地估计将输入杆的面和输出杆的面分开的踏板间隙的距离。踏板间隙距离的精确估计使得能够更精确地确定在制动动作期间由车辆的操作者输入的任何给定踏板行程所需的制动力。(A brake assist system for use with a master cylinder of a motor vehicle braking system includes an inductive sensing system. The inductive sensing system has sensing devices carried on an input member and an output member, wherein the input member and the output member are coupled to respective ones of an input rod and an output rod of the brake assist system. Movement of the input member and the output member relative to each other and relative to a fixed element of an inductive sensing system positioned within the brake assist system enables accurate estimation of the distance of the pedal gap separating the face of the input rod and the face of the output rod. An accurate estimate of the pedal clearance distance enables a more accurate determination of the braking force required for any given pedal stroke input by the operator of the vehicle during a braking action.)
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月30日提交的美国专利申请号15/639,385的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于诸如汽车和卡车的机动车辆的制动系统，并且更具体地涉及用于更精确地感测制动系统的主缸中踏板杆与活塞杆之间的间隙的系统和方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
当前用于机动车辆的制动系统通常利用踏板行程传感器，该踏板行程传感器在操作者在制动动作期间踩下制动踏板时检测制动踏板的行程长度。此检测到的制动踏板的运动长度用于确定需要施加到车辆的制动钳的制动动作的程度(即，制动力)。
图1a至图1c示出了传统的主缸，其中输入杆1通过制动踏板2的移动而轴向移动。在操作者踩下制动踏板2时，输入杆1作用在反作用盘3上，该反作用盘进而作用在输出杆4上。输出杆4接合主缸内的第一活塞5，并且第一活塞接合第二活塞6，第一活塞通常控制车辆的主制动回路(例如，乘客侧前制动器和驾驶员侧后制动器)的制动动作，第二活塞通常控制车辆的辅助制动回路(例如，驾驶员侧前制动器和乘客侧后制动器)。如在图1a中最佳看到的，在反作用盘的面和输出杆的面之间通常存在间隙7。该间隙也可以由图1c中的箭头8的距离限定。对于此示例，反作用盘3可以被认为是输入杆1的一部分，并且因此反作用盘的面可以被认为是输入杆的面。
当仅通过在制动动作期间观察踏板2行进的距离进行确定时，此间隙7影响制动力确定的精度。确定间隙7将使得能够甚至更加精确地确定踏板行程，并且因此使得能够甚至更加精确地确定给定制动动作所需的制动力。间隙感测的改善的精度还可以使得操作者施加制动的踏板“感觉”得到改善。然而，确定间隙7不是直接了当的，这是因为间隙可能在不同的制动助力辅助系统内变化，并且由于制动助力辅助系统的各个内部零件的磨损而可能进一步随时间变化。此外，需要实时精确地检测间隙7的距离，以使确定制动踏板2的行程长度的精度最大化。并且，用于感测间隙7的机构需要能够操作并且集成到主缸中，而不需要对主缸的设计和构造进行明显修改，并且不需要显著增加其成本、尺寸或重量。
发明内容
本公开涉及一种与机动车辆制动系统的主缸一起使用的制动助力辅助系统。制动助力辅助系统可以包括感应式感测系统。感应式感测系统可以包括：固定感测部件，该固定感测部件固定地设置在制动助力辅助系统内；可轴向移动的输入构件，该可轴向移动的输入构件可操作地与输入杆相关联，该输入杆进而与车辆的制动踏板相关联，并且其中该输入构件可响应于输入杆的运动而运动并且可进一步地在固定感测部件附近运动。可轴向移动的输入构件可以包括第一感测装置。可以包括输出构件，该输出构件与输入构件基本上轴向对准并且适于通过输入构件轴向移动。输出构件与制动助力辅助系统的输出杆可操作地相关联并且包括第二感测装置。第一感测装置和所述第二感测装置被布置为模拟将输入杆的面和输出杆的面分开的轴向踏板间隙。感应式感测系统响应于输入构件和输出构件中的至少一个相对于另一个的运动，以提供输出信号，该输出信号指示在制动踏板行进期间表示轴向踏板间隙的距离。
在另一方面，本公开涉及一种与机动车辆制动系统的主缸一起使用的制动助力辅助系统。制动助力辅助系统可以包括用于检测制动助力辅助系统的输入杆的面和输出杆的面之间的踏板间隙的感应式感测系统。感应式感测系统可以包括AC输入信号、设置在制动助力辅助系统内的第一固定安装的线圈以及设置在制动助力辅助系统内并由第一固定安装的线圈界定的第二固定安装的线圈，第一固定安装的线圈和第二固定安装的线圈中的一个接收输入信号。可以包括可轴向移动的输入构件，该可轴向移动的输入构件可操作地与输入杆相关联，输入杆进而与车辆的制动踏板相关联。输入构件可响应于输入杆的运动而运动并且进一步地可在第一固定安装的线圈和第二固定安装的线圈附近运动。可轴向移动的输入构件可以包括输入构件线圈。包括输出构件，该输出构件与输入构件基本上轴向对准并且适于通过输入构件轴向移动。输出构件与制动助力辅助系统的输出杆可操作地相关联并且包括输入构件线圈。输入构件线圈和输出构件线圈进一步布置为在输入杆和输出杆的运动期间彼此至少部分地重叠。在输入杆和输出杆中的至少一个的运动期间，输入构件线圈和输出构件线圈的重叠程度影响第一固定安装的线圈和第二固定安装的线圈之间的感应耦合。第一固定安装的线圈和第二固定安装的线圈中的不接收输入信号的一个提供表示制动踏板行进期间轴向踏板间隙的输出信号。
在又一方面，本公开涉及一种用于感测与机动车辆的制动系统的主缸相关联的制动助力辅助系统内的踏板间隙的方法。该方法可以包括将固定安装的感测部件布置在制动助力辅助系统内，以及将可轴向移动的输入构件联接到制动助力辅助系统的输入杆。输入杆可以进而与车辆的制动踏板相关联，并且其中输入构件可响应于输入杆的运动而运动并且可进一步地在固定安装的感测部件附近运动，并且其中可轴向移动的输入构件可以包括第一感测装置。该方法可以进一步包括将输出构件联接到制动助力辅助系统的输出杆，输出构件进一步与输入构件基本上轴向对准并且可通过输入构件轴向移动，并承载第二感测装置。该方法可以进一步包括形成具有第一感测装置和第二感测装置以及固定安装的感测部件的感应电路。该方法可以进一步包括响应于第一感测装置、第二感测装置和固定安装的感测部件中的至少一个的运动，利用感应电路生成指示距离的信号，该距离表示在制动踏板行进期间将输入构件的面和输出构件的面分开的轴向踏板间隙。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例旨在仅用于说明目的，并非旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文所描述的附图仅出于举例说明的目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1a是现有技术的主缸和制动助力辅助系统的简化侧视图，示出了各种内部部件、特别是容纳在制动助力辅助系统内的输入杆、输出杆和反作用盘；
图1b是图1a的现有技术的制动助力辅助系统内的区域的高度放大的侧视图，其中输入杆、输出杆和反作用盘位于该区域，并且更好地示出了在反作用盘的面和输出杆的面之间存在的间隙；
图1c是图1a的现有技术的制动助力辅助系统内的区域的高度放大的侧视图，示出了限定踏板间隙的不同方式；
图2是根据本教导的感应式感测系统的简化框图，该感应式感测系统可以并入到图1a所示的制动助力辅助系统中以实时感测踏板间隙，该感应式感测系统具有用于形成可变耦合变压器的第一线圈和第二线圈，该可变耦合变压器提供指示存在的踏板间隙的程度的电信号，所示的线圈对准以指示不存在踏板间隙；
图3示出了图2的感应式感测系统，但是相反示出了第一线圈和第二线圈未对准以指示存在踏板间隙；
图4示出了根据本教导的用于感测踏板间隙的另一感应式感测系统，该感应式感测系统使用LC振荡器电路和安装在输出构件上且在它们之间具有间隙的多个金属元件以及固定安装在制动助力辅助系统的输入杆上的矩形金属构件；
图5示出了图4的感应式感测系统，但是输入构件部分地朝向输出构件伸出，这引起系统的LC振荡器电路的频率改变，并且因此指示踏板间隙距离的改变；
图6示出了图4的感应式感测系统，但是输入构件完全在输出构件上伸出，这产生由LC振荡器电路产生的信号的频率的最大变化；
图7示出了如何可以将图4的感应式感测实施到制动助力辅助系统的部分的一个示例；并且
图8示出了集成到制动助力辅助系统中的图7的各个部件。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在整个附图中，相应的附图标号表示相同或相应的部件和特征。
参照图2，示出了系统10的一个实施方案，其用于感应地感测图1a至图1c所示的主缸组件的助力辅助系统的输入杆12和输出杆14之间的踏板间隙。将理解，就本教导而言，图1a至图1c的主缸组件是示例性的。在这方面，本教导可以在本教导的范围内适用于其他主缸组件。在此特定实施方式中，输入杆12联接到与输入杆12一起运动并平行于输入杆而运动的输入构件16。输出杆14同样联接到与输出杆14一起运动并平行于输出杆而运动的输出构件18。在所示的实施方案中，输入构件是可轴向移动的输入构件16。可以用任何合适的支架或其他类似元件来实现联接，该支架或其他类似元件可以使输入构件16和输出构件18相对于输入杆12和输出杆14固定地支撑，但与输入杆和输出杆的轴向中心线在径向上略微间隔开，并且随着输入杆12和输出杆14的移动而轴向地自由移动。
助力辅助系统10的壳体20具有内表面，第一线圈或第一固定安装的线圈22和第二线圈或第二固定安装的线圈24二者固定地固定在内表面上。如图所示，第二线圈24可以设置在由第一线圈22界定的区域内。第一固定安装的线圈22和第二固定安装的线圈24一起形成固定地设置在制动助力辅助系统10内的固定感测部件。第一线圈22和第二线圈24中的一者可以接收AC输入信号。例如，第一线圈22可以联接到AC输入源26并且可以接收AC输入信号。第二固定线圈24将其输出提供给控制器28。本领域技术人员将理解，该输出可以是在被传输至控制器28之前首先由A/D转换器处理的模拟AC输出。输出表示从第一线圈22耦合到第二线圈24的信号，该信号与图1a至图1c中描述的踏板间隙的距离成正比，如以下段落中将更详细描述的。控制器28可以是车辆的电子控制单元(ECU)，其使用来自第二线圈24的输出信号来考虑踏板间隙距离。使用此信息以及来自踏板行程传感器的信息，使得控制器28能够甚至更加精确地估计需要响应于制动踏板运动而产生的制动力。
本教导的系统10的一个中心特征是其能够在任何给定时间感应地感测踏板间隙距离并帮助将考虑到此踏板间隙距离的输出信号提供给第二固定线圈24的能力。这通过提供输入构件线圈30和输出构件线圈32来实现，该输入构件线圈固定到或以其他方式安装在输入构件16上或由输入构件承载，输出构件线圈固定到或以其他方式安装在输出构件18上或由输出构件承载。将理解，输入构件线圈30和输出构件线圈32可以包括一个或多个不同的线圈部分。输入构件16和输出构件18可以进一步布置成使得输入构件线圈30与输出构件线圈32重叠。在图2中，输入构件16被示出为位于输出构件18的顶部。然而，将理解的是，此配置可以颠倒。一个重要的考虑是输入构件线圈30和输出构件线圈32被定位成彼此重叠，并且进一步使得输入构件线圈30和输出构件线圈沿着共同的纵向轴线轴向移动。
在助力辅助系统10的构造期间，输出构件18和输入构件16进一步联接到输出杆14和输入杆12。以这种方式，当踏板间隙距离基本为零时，如图2中的虚线34所示，输入构件线圈30和输出构件线圈32的部分将完美地或基本完美地彼此对准。
在操作中，当存在踏板间隙时，诸如图3所示，第一线圈22和第二线圈24之间的感应耦合(即磁通耦合)将小于预定的最大值。这是由于输入构件线圈30和输出构件线圈32的未对准造成的。这种未对准减小了由输入构件线圈30和输出构件线圈32一起作用可以从第一固定线圈22耦合到第二固定线圈24的磁通。输入构件线圈30和输出构件线圈32之间的纵向间隔的程度或距离(即轴向未对准)将直接影响耦合以及耦合到第二固定线圈24的信号。纵向间隔的程度或距离可以线性方式直接影响耦合。因此，当输入构件线圈30和输出构件线圈32未对准达最大轴向量时，如图3所示，耦合到第二固定线圈24的信号将是最小值，但是当输入构件线圈30和输出构件线圈32如图2所示重叠时，在固定线圈22和24之间将耦合最大磁通，并且信号将是最大值。以这种方式，输入构件线圈30和输出构件线圈32模拟轴向踏板间隙，该轴向踏板间隙将输入杆12和输出杆14的面分开。由第二线圈24产生的信号可以直接根据踏板间隙距离的大小在最小值和最大值之间线性变化。
系统10的一个重要优点是，踏板间隙距离的感测不受踏板间隙相对于壳体20的确切轴向位置的影响。换句话说，如果踏板间隙略微存在于图3的图纸的左侧或右侧，则此定向将不会对系统10产生代表踏板间隙距离的电信号的精度产生影响。只要在系统10操作期间输入构件线圈30和输出构件线圈32定位在第一线圈22和第二线圈24两者上方，该系统将能够可靠地检测踏板间隙距离。
现在参照图4，示出了根据本公开的另一实施方案的系统100。系统100类似地操作以使用感应式感测方法感测踏板间隙距离。在没有另外描述的程度上，将理解两个系统10和100之间的特征是共同的。在所示的实施方案中，系统100更具体地使用类似于LC振荡器的构造，并且感测施加到与输入构件或输出构件之一相关联的线圈的AC信号的频率变化，该变化可以与踏板间隙距离成比例地相关。
在图4中，可以看到系统100包括输入构件102，该输入构件操作性地联接到图1的主缸的输入杆(图4中未示出)。系统100还包括输出构件104，该输出构件操作性地联接到输出杆(也未在图4中示出)。输入构件102和输出构件104根据输入杆和输出杆的轴向运动线性地移动，正如分别针对图2和图3中的系统10的输入构件16和输出构件18所描述的那样。在图4的系统100中，输入构件102位于输出构件104上方，但是相反的定向也将起作用(即，输出构件104位于输入构件102上方)。输入构件102和输出构件104都定位在线圈108上方，该线圈固定地安装在主缸的壳体106的内壁表面上。线圈108从LC振荡器电路110接收AC信号。在此示例中，两个附加固定金属元件112和114固定地固定到输出构件，并且间隔开以在它们之间限定间隙或区域116。固定金属元件112和114一起可以被视为“感测子系统”或“第二感测装置”或“一对第二感测装置”。在一个应用中，固定金属元件112和114可以是铜膜或任何其他导电材料的薄层。输入构件102包括金属构件118，该金属构件可以被理解为“第一感测装置”。金属构件118优选地具有矩形形状，并且该金属构件固定地固定到输入构件102，从而其与输入构件一起移动。金属构件118可以是诸如铜的导电材料的薄膜。将理解，对于某些应用，虽然矩形形状可以是优选的，但是也可以使用其他形状，诸如正方形、卵形、椭圆形等。然而，当金属构件118在图4和图6所示的位置之间移动时，预期矩形形状会增强由LC振荡器电路110检测到的频率变化，并且从而可以增强系统100的感测分辨率。
已经描述了金属构件118固定到输入构件102，并且将金属元件112和114固定到输出构件104。然而，还将理解，这种约定可以颠倒。在这方面，金属构件118可以固定到输出构件104，而金属构件112和114可以固定到输入构件102。唯一的要求是金属构件118与金属构件112和114设置在输入构件102和输出构件104中的不同构件上，并且金属构件118将始终由线圈108界定，并且将始终相对于间隙116来回移动。
在操作期间，当金属构件118处于图4所示的位置时，暴露于线圈108的金属材料的程度将最小。线圈108“看到”的这种材料的量由阴影部分120表示，并且基本上只是由固定金属元件112和114表示的与线圈108重叠的金属材料。在LC振荡器电路110的输出处测量的AC信号的频率因此将处于预定频率。
随着输入构件102的位置朝向输出构件104移动，矩形形状的金属构件118的头端部分将开始遮盖间隙116，如图5所示。因此，线圈108将“看到”更大程度的金属材料。基本上，矩形形状的金属构件118的金属材料将开始填充间隙116，这减小了线圈108的电感。随着向线圈108呈现更多的金属，电感减小。这是因为电流造成的，在金属(部件112、114和118)中感应电流，然后电流产生与线圈108产生的磁场相反的磁场。由线圈108“看到”的金属材料的程度由图5中的阴影部分120表示。这引起LC振荡器电路110的输出处的振荡信号的频率改变。在这方面，系统100类似于常规的金属检测器进行操作。如在其输出处测量的，施加到LC振荡器电路110的AC输入信号的频率的变化程度可以与输入构件102相对于输出构件104的轴向运动程度相关。这种频率变化指示间隙116是有效收缩还是延长。
在图6中，示出了输入构件102在一个极限位置，在该极限位置处，矩形形状的金属构件118完全桥接固定金属元件112和114。在此位置，线圈108“看到”最大量的金属材料。这由阴影区域120表示。来自LC振荡器电路110的振荡输出信号的频率变化将最大。
系统100能够通过输入构件102与输出构件104上的金属元件112和114之间的相对位置的变化来检测踏板间隙距离的变化。重要的是，此变化可以实时检测并且可以被车辆的ECU用来甚至更精确地估计踏板行程行进，并且因此甚至更精确地控制与主缸相关联地工作的制动助力辅助系统，以确定在制动操作期间操作者(经由制动踏板移动)所请求的制动压力。
简要参照图7，示出了图1c的制动助力辅助系统的子系统200，图4的系统100集成到该子系统中。这仅表示系统100可以物理地集成到另外众所周知的制动助力辅助系统中的多种不同方式中的一种。输入构件102具有形成套筒部分102a的一端部，该套筒部分包裹在长形输入杆206周围并固定地联接到该长形输入杆，输入构件在其相对端部具有另一套筒部分102b。与输出构件104相关的套筒部分104b能够在输入构件102的套筒部分102a上滑动，并且还能够在长形输入杆206上滑动。与输出构件104相关的套筒部分104a固定地固定到长形输出杆202。长形输出杆202也可操作地与子系统200的导螺杆部分204相关，并且当定位在导螺杆部分204上方的螺纹导螺杆套环(未示出)由制动助力辅助系统的电动马达(未示出)旋转地驱动时，长形输出杆沿箭头“A”轴向移动。因此，输出构件104根据箭头A并且根据长形输出杆202和导螺杆部分204的运动而轴向运动。并且由于输入构件102的套筒部分102b与套筒部分104a解开联接，因此，当长形输入杆206和长形输出杆202相对于彼此移动时，套筒部分102a能够在套筒部分104a上以及在长形输出杆202上滑动。
长形输入杆206进而固定地联接到支架臂208，支架臂进而固定地联接到制动助力辅助系统的输入构件210。因此，当输入构件210沿着箭头A轴向地来回移动长形输入杆206时，套筒部分102a以及因此输入构件102根据其移动。并且由于输出构件104具有其固定地固定到长形输出杆202的套筒部分104a，因此输出构件104及其相关的套筒部分104b在套筒部分102a上自由滑动。
输入构件102可以具有平面主体部分102c，并且输出构件104可以具有类似尺寸的平面主体部分104c。因此，平面主体部分102c和104c在它们相面对的表面之间以相对小的间隔重叠。图4至图6中所示的金属元件112和114定位在输出构件104平面主体部分104c的表面上，该表面在图7中基本上被隐藏。类似地，金属构件118定位在输入构件102的平面主体部分102c的表面上，该表面是面对平面主体部分104c的表面，并且因此在图7中不可见。由于平面主体部分102c和104c的重叠随着导螺杆204(即，与长形输出杆202和套筒部分104a结合地起作用)或输入杆210(与套筒部分102a和长形输入杆206结合地起作用)的运动而改变，所以金属构件118的位置将相对于金属元件112和114的位置而改变。尽管在图7中不可见，但是将理解，线圈108安装在制动助力辅助系统的壳体106的内壁上，如结合图4至图6的讨论所描述的。图8示出了上述集成到子系统200中的各种部件。
将理解，本文描述的系统10和100都可以被配置为感测图1b中限定的踏板间隙或图1c中限定的踏板间隙。
本文呈现的本公开的各种实施方案可以用有限数量的附加零部件来实施，而不会显著增加车辆的主缸系统的复杂性、成本或重量。预期各种实施方案将显著提高确定制动踏板行程的精度。
尽管已经描述了各种实施方案，但是本领域技术人员将认识到在不脱离本公开的情况下可以做出的修改或变型。这些示例示出了各种实施方案，并非旨在限制本公开。因此，应该仅根据相关现有技术的必要限制来自由地解释说明书和权利要求书。