開關組件和系統的制作方法
【專利摘要】一種開關組件（50）包括磁體（58）、第一霍爾器件（64）和第二霍爾器件（66）。第一霍爾器件和第二霍爾（64和66）設備靠近磁體（58）。第一霍爾器件（64）構造為相關于第一磁場閾值進行切換。第二霍爾器件（66）構造為相關于第二磁場閾值進行切換。第一磁場閾值不同于第二磁場閾值。
【專利說明】開關組件和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及構造為與諸如汽車之類的車輛一起使用的制動開關系統和組件。
【背景技術】
[0002]汽車和多種其他車輛具有包括后制動燈的制動系統。當駕駛員接合剎車踏板時，后制動燈被激活以向其他駕駛人員發出信號表示該車輛在減速的過程中，和/或即將停車。
[0003]圖1中圖示了常規制動系統10的示意性框圖。系統10包括電池12，其向操作地連接至制動踏板16的機電開關14提供電力。開關14還電連接并操作地連接至后制動燈18。
[0004]在操作中，由于制動踏板16被下壓，制動踏板16的一部分物理接觸開關14。以這種方式，開關14閉合，并且電流流至制動燈18，從而點亮制動燈18。一旦制動踏板16和開關14之間的物理接合被破壞，例如當駕駛員將腳從制動踏板16上釋放，開關14被打開，電流不再流至制動燈18，并且制動燈不再點亮。
[0005]機械制動燈開關，例如在圖1中示出的，已經被使用了很多年，其可靠性和方便性的水平混雜。這些由很多原始設備制造商使用的開關，表現出持續的磨損問題和噪聲水平的擔憂。不過，由于機械制動燈開關的低成本，其還在持續地被使用。然而，隨著對改善穩定性和舒適性(例如，限制噪聲)和持續強調，以及電動車的到來，機械制動開關正在重新被評估。
[0006]圖2a中圖示了已知的制動系統20的示意性框圖。系統20包括向霍爾效應傳感器或設備24提供電力的電池22，霍爾效應傳感器或設備24緊靠制動踏板26，制動踏板26電連接至繼電器28，繼電器28又連接至制動燈30。霍爾器件24靠近于磁體(圖2中未示出)放置。制動踏板26是包括鐵磁靶或柱塞的組件的一部分，如參考圖2b所述。
[0007]圖2b示出了駕駛員31下壓制動踏板26的簡化視圖。如在圖2b中所示，當駕駛員31在箭頭A的方向按壓制動踏板26時，附接于制動踏板組件的呈柱塞33的形式的鐵磁靶與制動踏板26 —起沿遠離霍爾器件24和磁體的箭頭A的方向移動。
[0008]參考圖2a和2b,霍爾效應傳感器或設備24包括響應磁場而變化其輸出電壓或電流的轉換器。霍爾器件24隨磁場的存在和消失如開關一樣操作。一般，當沒有磁場時霍爾器件24為OFF (關閉)，磁場存在時為ON (開啟)。
[0009]制動踏板26包括鐵磁靶或柱塞33，(例如)由鋼形成，附接到其一部分上或者形成于其上。當制動踏板26被下壓，制動踏板26的鐵磁靶或柱塞33遠離霍爾器件24移動。在這段時間中，從磁體發射處的磁場改變形狀。霍爾器件24檢測到這個改變并且切換狀態，從而閉合繼電器28，繼電器28又激活制動燈30 (閉合從電池22到制動燈30的電路)。當駕駛員將腳從制動踏板26上移開時，磁場變化回來，霍爾器件28切換回其原狀態，從而打開繼電器28并關閉制動燈30。這樣，系統20提供了一個單個的非接觸式的切換點，其根據制動踏板26是否被下壓而激活或關閉制動燈30.[0010]圖3圖示了霍爾器件24相關于磁體32的示意性框圖。如圖所示,磁體32是U形磁體，其具有側柱34，側柱34 —體地連接至將柱34通過內部間隙38彼此分隔的橫梁36。霍爾器件24放置于柱34之間的內部間隙38中。
[0011]磁場一般足夠大以超過操作閾值并且保持于該狀態直到磁場被移除。通常，地磁場不會激活霍爾器件24，但是很多普通的磁體將會提供足夠的強度以激活霍爾器件24。磁體32例如可為結合(bonded)釹-鐵-硼磁體。
[0012]霍爾器件24可為緊固在或嵌入于柱34之間的內部間隙38中的集成電路的一部分。如在圖3中示出的，霍爾器件24放置于內部間隙38中，處于經受零磁場的區域40處。霍爾器件24也可具有正的或者負的偏移，以便利于多種磁性切換特性。
[0013]圖4圖示了霍爾器件24相關于磁體32和制動踏板26的示意性框圖。由于制動踏板26的鐵磁柱塞33遠離霍爾器件24移動，所以零磁場區域40的位置變化使得霍爾器件24不再位于零磁場區域40內。這樣，霍爾器件24檢測到磁場的變化，并且切換到ON (開啟)位置。從而，繼電器28 (在圖2a中示出)關閉，并且制動燈30 (在圖2a中示出)被激活。
[0014]各種車輛也包括巡航控制。駕駛員一般當在高速公路上駕駛時激活巡航控制，在這里駕駛員可以在很長的一段時間內以一致的速率操作車輛。巡航控制特征允許駕駛員在駕駛車輛時不需將腳放在加速踏板上。
[0015]為了關閉巡航控制，駕駛員一般輕踩制動踏板。然而，在這么做的時候，制動燈一般被激活。然而，車輛可能實際上不會減速。從而，制動燈的激活可能在駕駛員實際上希望提高車輛速度的時候錯誤地指示車輛正在減速。
[0016]通常，已知的制動系統包括接觸式的連接組件，其一般包括單個的切換點。問題如上所述，接觸式連接器組件表現出持續的磨損問題和噪聲水平的擔憂。進一步的，單個的切換點可能引起當操作者在只是關閉巡航控制時對車輛減速的錯誤指示。
【發明內容】
[0017]通過如這里公開的包括磁體和靠近磁體的第一和第二霍爾器件的開關組件，提供了一種解決方案。第一霍爾器件可構造為基于第一磁場閾值切換。第二霍爾器件可構造為基于第二磁場閾值切換。第一磁場閾值與第二磁場閾值不同。第一和第二磁場閾值可為第一和第二磁場強度閾值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]本發明現在將參考附圖以示例的方式描述如下:
[0019]圖1圖示了常規制動系統的示意性框圖。
[0020]圖2a圖示了已知制動系統的示意性框圖。
[0021]圖2b圖示了駕駛員下壓圖2a中示出的已知的制動系統的制動踏板的簡化視圖。
[0022]圖3圖示了霍爾器件相關于磁體的示意性框圖。
[0023]圖4圖示了霍爾器件相關于磁體和制動踏板的示意性框圖。
[0024]圖5圖示了根據一個實施例的開關組件的等軸的分解視圖。
[0025]圖6圖示了根據一個實施例的緊固于印刷電路板的霍爾器件和磁體的簡化分解視圖。
[0026]圖7圖示了根據一個實施例的相對于磁體緊固的霍爾器件的簡化俯視圖。
[0027]圖8圖示了根據一個實施例的制動開關系統的示意性電路圖。
[0028]圖9圖示了根據一個實施例的制動開關系統的示意性電路圖。
[0029]圖10圖示了根據一個實施例的開關組件的等軸的分解視圖。
[0030]圖11圖示了根據一個實施例的制動開關系統的示意性電路圖。
[0031]圖12圖示了根據一個實施例的制動開關系統的示意性電路圖。
【具體實施方式】
[0032]圖5圖示了根據一個實施例的開關組件50的等軸分解視圖。開關組件50可相對于任意系統、組件、子組件或構造為利用多個開關的類似物使用。例如，開關組件50可用作制動開關組件。為了簡化，開關組件50可被稱為制動開關組件，但是應該理解開關組件50可用于除制動系統或組件之外的多種應用中。
[0033]制動開關組件50包括主殼體52，其具有形成于其中的內部空腔54。內部空腔54構造為接收并保持印刷電路板(PCB)子組件56和磁體58。
[0034]殼體52包括位于遠端處的樁形鼻部(stub nOSe)60。制動踏板組件的鐵磁靶，例如制動踏板的柱塞，構造為靠近樁形鼻部60。可替代的，鐵磁靶可為固定的，并且一個或更多的霍爾器件或切換可位于制動踏板組件上。
[0035]PCB (印刷電路板)子組件56包括PCB62，其牢固的支持靠近遠端68的、構造為靠近殼體52的樁形鼻部60緊固的兩個霍爾器件64和66。PCB子組件56還支持電氣部件70，例如電容、二極管、電阻和類似物，以及機電繼電器72。
[0036]磁體58可為U形磁體。磁體58緊固于殼體52內靠近PCB子組件56的遠端68，使得霍爾器件64和66放置于限定于相對的柱76和橫梁78之間的內部間隙74中。雖然磁體58示為U形磁體，但是磁體58的大小和形狀可為多種的其他形狀和大小。例如，磁體58可為放置于靠近霍爾器件64和66的條狀磁體。
[0037]在PCB子組件56例如通過焊接緊固于殼體52中，并且磁體58相對于霍爾器件64和66緊固之后,蓋80,其可能包括例如灌注材料(potting material),可被緊固于殼體52上位于PCB子組件56之上。可替代的，頂蓋80可由金屬、塑料、彈性材料或類似物組成或包括這些材料。頂蓋80確保PCB子組件56牢固地并且安全的包含于殼體52中。
[0038]圖6圖不了根據一個實施例的緊固于PCB62的霍爾器件64和66以及磁體58的簡化分解視圖。參考圖5和圖6，如上所述，可包括相對的柱76和橫梁78并且可被緊固以支持穿過PCB62延伸的柱79的磁體58，以及霍爾器件64和66可緊固于PCB62的遠端68處，該遠端位于靠近殼體52的樁形鼻部60。以這種方式，隨著包括鐵磁靶或柱塞的制動踏板遠離樁形鼻部60移動，作為響應，霍爾器件64和66檢測變化的磁場并且切換ON或OFF。例如，操作連接至巡航控制模塊的霍爾器件64可變為0FF，例如，從高輸出切換到低輸出，(從而關閉巡航控制)，而操作連接至制動燈的霍爾器件66可變為0N，例如，從低輸出切換到高輸出，(從而激活制動燈)。隨著制動踏板接近樁形鼻部60，例如當駕駛員從制動踏板上釋放壓力時，霍爾器件64和66可切換到其原先的狀態。
[0039]可選的，該系統可被構造為使得當制動踏板向樁形鼻部60移動時，霍爾器件64和66分別切換OFF和ON狀態。并且，可替代的，系統可被構造為使得霍爾器件64切換ON以關閉巡航控制，而霍爾器件66切換OFF以激活制動燈。
[0040]圖7圖示了根據實施例的相對于磁體58 (其可包括相對的柱76和橫梁78)緊固的霍爾器件64和66的簡化的俯視圖。如圖所示，前霍爾器件64相比后霍爾器件66更靠近樁形鼻部60 (示于圖5中)。這樣，前霍爾器件64可在后霍爾器件66之前感應到變化的磁場，和/或霍爾器件64和66可被編程使得霍爾器件64在霍爾器件66切換狀態之前切換狀態。
[0041]前霍爾器件64可構造為關閉巡航控制，而后霍爾器件66可構造為閉合和打開繼電器72 (示于圖5中)以激活或關閉制動燈。巡航控制可通過制動踏板的輕踩來關閉。隨著制動踏板上的增加的壓力，后霍爾器件66然后切換到ON狀態并且制動燈可被激活。然而，注意的是巡航控制可在制動燈被激活之前通過對制動踏板的輕踩來關閉，如以下更詳細討論的。
[0042]可替代的，前霍爾器件64可構造為控制制動燈，而后霍爾器件66可構造為關閉巡航控制。在這個實施例中，霍爾器件64和66可被編程以檢測預定的觸發點，該觸發點是彼此分開并不同的，以便切換狀態并控制其各自的功能。
[0043]此外，可替代的，如上所述，磁體58可為多種其他的形狀和大小。例如，霍爾器件64和66可相關于條形磁體緊固于PCB62上,所述條形磁體放置于霍爾器件64和66之前、之后或一側。可選的，條形磁體可放置于霍爾器件64和66之間。在任意實施例中，霍爾器件64和66可被編程以在預定的觸發點(也就是，當檢測到磁場中的變化時)切換狀態。
[0044]圖8圖不了根據一個實施例的制動開關系統82的不意性電路圖。霍爾器件64和66通過電池84提供電力。如果制動踏板沒有被下壓，霍爾器件66可為OFF (例如，輸出低輸出)。可選的，霍爾器件66可為ON (例如，輸出高輸出)。當制動踏板沒有被下壓，三極管86是關閉的。因此，霍爾器件66的輸出接地。在這種情況下，因為繼電器88沒有通電(因而不能切換繼電器開關至閉合位置)，所以繼電器72是打開的。
[0045]類似的，如果制動踏板沒有下壓并且巡航控制是激活的，霍爾器件64可為ON (例如，高輸出)。可選的，霍爾器件64可為OFF (例如，低輸出)。
[0046]然而，一旦制動踏板被踩動，并且假設巡航控制是激活的，則制動踏板的鐵磁靶相對于磁體58 (不于圖5-8)和前霍爾器件64的移動引起磁場的變化。霍爾器件64被編程以檢測此變化并且切換狀態。從霍爾器件64輸出的電壓從高切換到低(或者從低到高，依據系統是如何構造的)，并且發送信號至巡航模塊89以關閉巡航控制。霍爾器件64可被編程為當其檢測到具有被編程入霍爾器件64的巡航閾值強度的磁場時，從ON狀態切換到OFF狀態。可選的，其他磁場變化特性可用于使得霍爾器件64在多種狀態間切換。
[0047]巡航閾值強度可低于切換霍爾器件66從OFF狀態到ON狀態的磁場強度(也就是制動燈閾值強度)。以這種方式，巡航控制可通過對制動踏板的輕踩在制動燈激活之前關閉。
[0048]然而，隨著在制動踏板上增加的壓力，霍爾器件66依據霍爾器件66是如何編程的而從OFF狀態切換到ON狀態，反之亦然。也就是，霍爾器件66被編程以檢測不同于(例如，低于或是高于，依據霍爾器件64和66是如何編程的)巡航閾值強度的磁場強度的變化。可選的，其他磁場變化特性可用于在ON和OFF狀態之間切換霍爾器件66。當霍爾器件66檢測到不同于巡航閾值強度的制動燈閾值強度，霍爾器件66從OFF狀態切換到ON狀態。因此，霍爾器件66的電壓輸出為高，并且三極管86被激活，從而為繼電器線圈88提供電力，這則引起繼電器開關72閉合，以及制動燈90激活。
[0049]再一次，霍爾器件64和66依據磁場中檢測到的變化切換狀態。霍爾器件64可從ON切換到OFF以關閉巡航控制模塊89，或者霍爾器件64可從OFF切換到ON以關閉巡航控制模塊89。類似地，霍爾器件66可從OFF切換到ON以激活制動燈，或者霍爾器件66可從ON切換到OFF以激活制動燈90。在任意情況下，對霍爾器件64和66的每一個，通過磁場變化檢測到的切換點是不同的。也就是，霍爾器件64相比霍爾器件66在不同的檢測到的磁場特性下切換。
[0050]一旦駕駛員將腳從制動踏板上移開，鐵磁靶向其靜止位置移動，并且霍爾器件66返回OFF狀態。從而，三極管86關閉，繼電器72打開，并且制動燈90關閉。
[0051]如所述，霍爾器件64和66可被編程處于彼此不相互重疊的不同磁場水平。也就是，霍爾器件64切換所在的點不同于霍爾器件66切換所在的點。因此，依據具體的應用，霍爾器件64在霍爾器件66之前切換，反之亦然。例如，霍爾器件64在其檢測到處于第一閾值的磁場特性時切換狀態，并且霍爾器件66在其檢測到處于不同于第一閾值的第二閾值的磁場特性時切換狀態。例如，霍爾器件64可在當其檢測到處于特定的mT (毫特斯拉)水平的第一磁場水平時切換到OFF狀態，而霍爾器件66可在當其檢測到處于高于第一磁場水平的另一 mT水平的磁場水平時切換到ON狀態。
[0052]圖9圖示了根據一個實施例的制動開關系統92的示意性電路圖。制動開關系統92類似于示于圖8的制動開關系統82，除了霍爾器件64構造為當制動踏板在靜止位置時常開，并且當霍爾器件64檢測到關閉巡航控制模塊89的閾值時切換到OFF。另一方面，當霍爾器件66檢測到其磁場閾值，霍爾器件66切換到ON并且發送高電壓至三極管93的門極。當霍爾器件66切換到0N，三極管93導通并且提供接地，這將三極管95的基極拉低，導通三極管95并且發送電力至繼電器97，從而閉合繼電器97并且發送電力至制動燈90。在這個實施例中，巡航控制在霍爾器件64從ON狀態切換到OFF狀態時關閉，而制動燈90在霍爾器件66從OFF狀態切換到ON狀態時激活。
[0053]圖10圖示了根據一個實施例的制動開關組件100的等軸分解視圖。制動開關組件100類似于圖5中示出并且描述的組件50，除了組件100包括場效應三極管(FET) 102，代替了使用繼電器。FET102是一種三極管，其依賴電場以控制半導體材料中一種類型的電荷載體的通道的形狀從而控制其導電性。FET102可為金屬氧化物半導體場效應三極管(M0SFET)，其可用于切換電子信號。
[0054]圖11圖示了根據一個實施例的制動開關系統104的示意性電路圖。示于圖11的電路圖類似于圖8中的電路圖，除了制動開關104包括FET102，以代替繼電器72和繼電器線圈88。
[0055]圖12圖示了根據一個實施例的制動開關系統110的示意性電路圖。該電路圖類似于圖9中的電路圖，除了制動開關110使用FET102，以代替繼電器。
[0056]參考圖5-12，如上所討論的，霍爾器件64和66可被編程使得當制動踏板未接合時其中之一或兩者均為ON或OFF。例如,兩者可為OFF,兩者可為0N,或者一個可為0N,而另一個為OFF。當制動踏板被按壓時，霍爾器件64和66在不同點檢測到磁場中變化，如上所述。這樣，霍爾器件64和66將在不同時刻切換，從而在不同時刻關閉巡航控制和激活制動燈(特別的，巡航控制將會在制動燈激活之前關閉)。再次的，霍爾器件64和66可被編程為ON或OFF并且相應地切換。
[0057]因此，實施例提供了一種制動開關組件和系統，其構造為激活和關閉制動燈，以及關閉巡航控制。更通常的，實施例提供了制動開關組件，其具有構造為控制第一部件的第一霍爾器件和構造為控制第二部件的第二霍爾器件。
[0058]實施例提供了一種非接觸傳感器制動開關組件，其具有兩個分開的不同的切換點。
[0059]實施例提供了一種非接觸設備，其具有位于單個封裝或連接器組件中的單個靶、單個磁體和兩個霍爾器件，其中霍爾器件構造為切換兩個分開的不同的部件。每個霍爾器件被編程以在分開的不同的切換點切換。
[0060]進一步的，實施例可與除了制動開關組件和系統之外的多種其他組件和系統一起使用。實施例可用作雙切換點傳感器，該雙切換點傳感器可構造為與在單個組件/系統中利用多切換點的任意設計一起使用。
[0061]實施例可與用于保護制動燈不出現電流過載和/或電壓過載狀態的系統聯合使用，所述系統例如在申請于2011年10月10日、名稱為“具有集成的保護電路的連接器系統和組件(Connector System and Assembly Having Integrated Protection Circuitry)，，的美國專利申請N0.13/269,675中描述的，在申請于2011年9月22日、名稱為“智能制動開關系統(Intelligent Brake Switch System)” 的美國臨時申請 N0.61/537，845 中描述的，和在申請于2011年9月22日名稱為“智能制動開關系統(Intelligent Brake SwitchSystem)”的美國申請N0.61/537，845中描述的，所有這些申請的全文通過引用結合于此。
[0062]該書面描述使用多個例子來公開本公開的多種實施例，包括最優模式，并且還使得本領域技術人員能夠實施本公開的多種實施例，包括制造和使用任意設備或系統以及執行任意結合的方法。本公開的多種實施例的可授予專利權的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其他例子。如果這些其他例子具有與權利要求的文字語言沒有區別的結構元件，或者該例子包括與權利要求的文字語言沒有實質區別的等同的結構元件，那么其也確定為落入權利要求的范圍。
【權利要求】
1.一種開關組件(50)，包括 磁體(58)； 靠近所述磁體(58)的第一霍爾器件(64)，其中所述第一霍爾器件(64)構造為基于第一磁場閾值切換；以及 靠近所述磁體(58)的第二霍爾器件(66)，其中所述第二霍爾器件(66)構造為基于第二磁場閾值切換，并且其中所述第一磁場閾值不同于所述第二磁場閾值。
2.如權利要求1所述的開關組件(50)，其中所述磁體(58)是具有由橫梁(78)連接的相對的柱(76)的U形磁體(58)，其中所述相對的柱(76)和所述橫梁(78)限定了內部間隙(74)，并且其中所述第一和第二霍爾器件(64和66)定位于所述內部間隙(74)中。
3.如權利要求1所述的開關組件(50)，其中所述第一霍爾器件(64)操作地連接至巡航控制模塊(89)，并且其中所述第一霍爾器件(64)切換以關閉由所述巡航控制模塊(89)控制的巡航控制。
4.如權利要求1所述的開關組件(50)，其中所述第二霍爾器件(66)操作連接至制動燈(90)，并且其中所述第二霍爾器件(66)切換以所述控制制動燈(90)的激活與關閉。
5.如權利要求4所述的開關組件(50)，進一步包括了電連接在所述第二霍爾器件(66)和所述制動燈(90 )之間的繼電器(72 )。
6.如權利要求4所述的開關組件(50)，進一步包括了電連接在所述第二霍爾器件(66)和所述制動燈(90 )之間的場效應三極管(102 )。
7.如權利要求1所述的開關組件(50)，其中所述磁體(58)的磁場在鐵磁靶相對于所述磁體(58)移動時變化。
8.如權利要求7所述的開關組件(50)，其中所述鐵磁靶形成為制動踏板(16)的一部分或者附接于制動踏板(16)。
9.如權利要求1所述的開關組件(50)，其中所述第一和第二磁場閾值是第一和第二磁場強度閾值。
10.如權利要求1所述的開關組件(50)，進一步包括具有保持印刷電路板(62)的內部空腔(54)的主殼體(52)，其中所述磁體(58)、所述第一霍爾器件(64)和所述第二霍爾器件(66)緊固于所述印刷電路板(62)上。
11.如權利要求1所述的開關組件(50)，進一步包括印刷電路板(62)，其牢固地支持靠近所述印刷電路板(62)的遠端(68)的所述第一和第二霍爾器件(64、66)，其中所述第一和第二霍爾器件(64、44)構造為靠近鐵磁靶，并且其中所述第一和第二霍爾器件分別構造為基于所述鐵磁靶相對于所述第一和第二霍爾器件(64、66)或所述磁體(58)中的一個或多個的移動來激活或關閉第一和第二部件。
【文檔編號】B60Q11/00GK103813947SQ201280046043
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月20日 優先權日:2011年9月22日
【發明者】S.赫爾南德茲-奧利弗, M.T.巴納斯, R.L.思拉什 申請人:泰科電子公司