开关组件和系统的制作方法
【专利摘要】一种开关组件（50）包括磁体（58）、第一霍尔器件（64）和第二霍尔器件（66）。第一霍尔器件和第二霍尔（64和66）设备靠近磁体（58）。第一霍尔器件（64）构造为相关于第一磁场阈值进行切换。第二霍尔器件（66）构造为相关于第二磁场阈值进行切换。第一磁场阈值不同于第二磁场阈值。
【专利说明】开关组件和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及构造为与诸如汽车之类的车辆一起使用的制动开关系统和组件。
【背景技术】
[0002]汽车和多种其他车辆具有包括后制动灯的制动系统。当驾驶员接合刹车踏板时，后制动灯被激活以向其他驾驶人员发出信号表示该车辆在减速的过程中，和/或即将停车。
[0003]图1中图示了常规制动系统10的示意性框图。系统10包括电池12，其向操作地连接至制动踏板16的机电开关14提供电力。开关14还电连接并操作地连接至后制动灯18。
[0004]在操作中，由于制动踏板16被下压，制动踏板16的一部分物理接触开关14。以这种方式，开关14闭合，并且电流流至制动灯18，从而点亮制动灯18。一旦制动踏板16和开关14之间的物理接合被破坏，例如当驾驶员将脚从制动踏板16上释放，开关14被打开，电流不再流至制动灯18，并且制动灯不再点亮。
[0005]机械制动灯开关，例如在图1中示出的，已经被使用了很多年，其可靠性和方便性的水平混杂。这些由很多原始设备制造商使用的开关，表现出持续的磨损问题和噪声水平的担忧。不过，由于机械制动灯开关的低成本，其还在持续地被使用。然而，随着对改善稳定性和舒适性(例如，限制噪声)和持续强调，以及电动车的到来，机械制动开关正在重新被评估。
[0006]图2a中图示了已知的制动系统20的示意性框图。系统20包括向霍尔效应传感器或设备24提供电力的电池22，霍尔效应传感器或设备24紧靠制动踏板26，制动踏板26电连接至继电器28，继电器28又连接至制动灯30。霍尔器件24靠近于磁体(图2中未示出)放置。制动踏板26是包括铁磁靶或柱塞的组件的一部分，如参考图2b所述。
[0007]图2b示出了驾驶员31下压制动踏板26的简化视图。如在图2b中所示，当驾驶员31在箭头A的方向按压制动踏板26时，附接于制动踏板组件的呈柱塞33的形式的铁磁靶与制动踏板26 —起沿远离霍尔器件24和磁体的箭头A的方向移动。
[0008]参考图2a和2b,霍尔效应传感器或设备24包括响应磁场而变化其输出电压或电流的转换器。霍尔器件24随磁场的存在和消失如开关一样操作。一般，当没有磁场时霍尔器件24为OFF (关闭)，磁场存在时为ON (开启)。
[0009]制动踏板26包括铁磁靶或柱塞33，(例如)由钢形成，附接到其一部分上或者形成于其上。当制动踏板26被下压，制动踏板26的铁磁靶或柱塞33远离霍尔器件24移动。在这段时间中，从磁体发射处的磁场改变形状。霍尔器件24检测到这个改变并且切换状态，从而闭合继电器28，继电器28又激活制动灯30 (闭合从电池22到制动灯30的电路)。当驾驶员将脚从制动踏板26上移开时，磁场变化回来，霍尔器件28切换回其原状态，从而打开继电器28并关闭制动灯30。这样，系统20提供了一个单个的非接触式的切换点，其根据制动踏板26是否被下压而激活或关闭制动灯30.[0010]图3图示了霍尔器件24相关于磁体32的示意性框图。如图所示,磁体32是U形磁体，其具有侧柱34，侧柱34 —体地连接至将柱34通过内部间隙38彼此分隔的横梁36。霍尔器件24放置于柱34之间的内部间隙38中。
[0011]磁场一般足够大以超过操作阈值并且保持于该状态直到磁场被移除。通常，地磁场不会激活霍尔器件24，但是很多普通的磁体将会提供足够的强度以激活霍尔器件24。磁体32例如可为结合(bonded)钕-铁-硼磁体。
[0012]霍尔器件24可为紧固在或嵌入于柱34之间的内部间隙38中的集成电路的一部分。如在图3中示出的，霍尔器件24放置于内部间隙38中，处于经受零磁场的区域40处。霍尔器件24也可具有正的或者负的偏移，以便利于多种磁性切换特性。
[0013]图4图示了霍尔器件24相关于磁体32和制动踏板26的示意性框图。由于制动踏板26的铁磁柱塞33远离霍尔器件24移动，所以零磁场区域40的位置变化使得霍尔器件24不再位于零磁场区域40内。这样，霍尔器件24检测到磁场的变化，并且切换到ON (开启)位置。从而，继电器28 (在图2a中示出)关闭，并且制动灯30 (在图2a中示出)被激活。
[0014]各种车辆也包括巡航控制。驾驶员一般当在高速公路上驾驶时激活巡航控制，在这里驾驶员可以在很长的一段时间内以一致的速率操作车辆。巡航控制特征允许驾驶员在驾驶车辆时不需将脚放在加速踏板上。
[0015]为了关闭巡航控制，驾驶员一般轻踩制动踏板。然而，在这么做的时候，制动灯一般被激活。然而，车辆可能实际上不会减速。从而，制动灯的激活可能在驾驶员实际上希望提高车辆速度的时候错误地指示车辆正在减速。
[0016]通常，已知的制动系统包括接触式的连接组件，其一般包括单个的切换点。问题如上所述，接触式连接器组件表现出持续的磨损问题和噪声水平的担忧。进一步的，单个的切换点可能引起当操作者在只是关闭巡航控制时对车辆减速的错误指示。
【发明内容】
[0017]通过如这里公开的包括磁体和靠近磁体的第一和第二霍尔器件的开关组件，提供了一种解决方案。第一霍尔器件可构造为基于第一磁场阈值切换。第二霍尔器件可构造为基于第二磁场阈值切换。第一磁场阈值与第二磁场阈值不同。第一和第二磁场阈值可为第一和第二磁场强度阈值。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]本发明现在将参考附图以示例的方式描述如下:
[0019]图1图示了常规制动系统的示意性框图。
[0020]图2a图示了已知制动系统的示意性框图。
[0021]图2b图示了驾驶员下压图2a中示出的已知的制动系统的制动踏板的简化视图。
[0022]图3图示了霍尔器件相关于磁体的示意性框图。
[0023]图4图示了霍尔器件相关于磁体和制动踏板的示意性框图。
[0024]图5图示了根据一个实施例的开关组件的等轴的分解视图。
[0025]图6图示了根据一个实施例的紧固于印刷电路板的霍尔器件和磁体的简化分解视图。
[0026]图7图示了根据一个实施例的相对于磁体紧固的霍尔器件的简化俯视图。
[0027]图8图示了根据一个实施例的制动开关系统的示意性电路图。
[0028]图9图示了根据一个实施例的制动开关系统的示意性电路图。
[0029]图10图示了根据一个实施例的开关组件的等轴的分解视图。
[0030]图11图示了根据一个实施例的制动开关系统的示意性电路图。
[0031]图12图示了根据一个实施例的制动开关系统的示意性电路图。
【具体实施方式】
[0032]图5图示了根据一个实施例的开关组件50的等轴分解视图。开关组件50可相对于任意系统、组件、子组件或构造为利用多个开关的类似物使用。例如，开关组件50可用作制动开关组件。为了简化，开关组件50可被称为制动开关组件，但是应该理解开关组件50可用于除制动系统或组件之外的多种应用中。
[0033]制动开关组件50包括主壳体52，其具有形成于其中的内部空腔54。内部空腔54构造为接收并保持印刷电路板(PCB)子组件56和磁体58。
[0034]壳体52包括位于远端处的桩形鼻部(stub nOSe)60。制动踏板组件的铁磁靶，例如制动踏板的柱塞，构造为靠近桩形鼻部60。可替代的，铁磁靶可为固定的，并且一个或更多的霍尔器件或切换可位于制动踏板组件上。
[0035]PCB (印刷电路板)子组件56包括PCB62，其牢固的支持靠近远端68的、构造为靠近壳体52的桩形鼻部60紧固的两个霍尔器件64和66。PCB子组件56还支持电气部件70，例如电容、二极管、电阻和类似物，以及机电继电器72。
[0036]磁体58可为U形磁体。磁体58紧固于壳体52内靠近PCB子组件56的远端68，使得霍尔器件64和66放置于限定于相对的柱76和横梁78之间的内部间隙74中。虽然磁体58示为U形磁体，但是磁体58的大小和形状可为多种的其他形状和大小。例如，磁体58可为放置于靠近霍尔器件64和66的条状磁体。
[0037]在PCB子组件56例如通过焊接紧固于壳体52中，并且磁体58相对于霍尔器件64和66紧固之后,盖80,其可能包括例如灌注材料(potting material),可被紧固于壳体52上位于PCB子组件56之上。可替代的，顶盖80可由金属、塑料、弹性材料或类似物组成或包括这些材料。顶盖80确保PCB子组件56牢固地并且安全的包含于壳体52中。
[0038]图6图不了根据一个实施例的紧固于PCB62的霍尔器件64和66以及磁体58的简化分解视图。参考图5和图6，如上所述，可包括相对的柱76和横梁78并且可被紧固以支持穿过PCB62延伸的柱79的磁体58，以及霍尔器件64和66可紧固于PCB62的远端68处，该远端位于靠近壳体52的桩形鼻部60。以这种方式，随着包括铁磁靶或柱塞的制动踏板远离桩形鼻部60移动，作为响应，霍尔器件64和66检测变化的磁场并且切换ON或OFF。例如，操作连接至巡航控制模块的霍尔器件64可变为0FF，例如，从高输出切换到低输出，(从而关闭巡航控制)，而操作连接至制动灯的霍尔器件66可变为0N，例如，从低输出切换到高输出，(从而激活制动灯)。随着制动踏板接近桩形鼻部60，例如当驾驶员从制动踏板上释放压力时，霍尔器件64和66可切换到其原先的状态。
[0039]可选的，该系统可被构造为使得当制动踏板向桩形鼻部60移动时，霍尔器件64和66分别切换OFF和ON状态。并且，可替代的，系统可被构造为使得霍尔器件64切换ON以关闭巡航控制，而霍尔器件66切换OFF以激活制动灯。
[0040]图7图示了根据实施例的相对于磁体58 (其可包括相对的柱76和横梁78)紧固的霍尔器件64和66的简化的俯视图。如图所示，前霍尔器件64相比后霍尔器件66更靠近桩形鼻部60 (示于图5中)。这样，前霍尔器件64可在后霍尔器件66之前感应到变化的磁场，和/或霍尔器件64和66可被编程使得霍尔器件64在霍尔器件66切换状态之前切换状态。
[0041]前霍尔器件64可构造为关闭巡航控制，而后霍尔器件66可构造为闭合和打开继电器72 (示于图5中)以激活或关闭制动灯。巡航控制可通过制动踏板的轻踩来关闭。随着制动踏板上的增加的压力，后霍尔器件66然后切换到ON状态并且制动灯可被激活。然而，注意的是巡航控制可在制动灯被激活之前通过对制动踏板的轻踩来关闭，如以下更详细讨论的。
[0042]可替代的，前霍尔器件64可构造为控制制动灯，而后霍尔器件66可构造为关闭巡航控制。在这个实施例中，霍尔器件64和66可被编程以检测预定的触发点，该触发点是彼此分开并不同的，以便切换状态并控制其各自的功能。
[0043]此外，可替代的，如上所述，磁体58可为多种其他的形状和大小。例如，霍尔器件64和66可相关于条形磁体紧固于PCB62上,所述条形磁体放置于霍尔器件64和66之前、之后或一侧。可选的，条形磁体可放置于霍尔器件64和66之间。在任意实施例中，霍尔器件64和66可被编程以在预定的触发点(也就是，当检测到磁场中的变化时)切换状态。
[0044]图8图不了根据一个实施例的制动开关系统82的不意性电路图。霍尔器件64和66通过电池84提供电力。如果制动踏板没有被下压，霍尔器件66可为OFF (例如，输出低输出)。可选的，霍尔器件66可为ON (例如，输出高输出)。当制动踏板没有被下压，三极管86是关闭的。因此，霍尔器件66的输出接地。在这种情况下，因为继电器88没有通电(因而不能切换继电器开关至闭合位置)，所以继电器72是打开的。
[0045]类似的，如果制动踏板没有下压并且巡航控制是激活的，霍尔器件64可为ON (例如，高输出)。可选的，霍尔器件64可为OFF (例如，低输出)。
[0046]然而，一旦制动踏板被踩动，并且假设巡航控制是激活的，则制动踏板的铁磁靶相对于磁体58 (不于图5-8)和前霍尔器件64的移动引起磁场的变化。霍尔器件64被编程以检测此变化并且切换状态。从霍尔器件64输出的电压从高切换到低(或者从低到高，依据系统是如何构造的)，并且发送信号至巡航模块89以关闭巡航控制。霍尔器件64可被编程为当其检测到具有被编程入霍尔器件64的巡航阈值强度的磁场时，从ON状态切换到OFF状态。可选的，其他磁场变化特性可用于使得霍尔器件64在多种状态间切换。
[0047]巡航阈值强度可低于切换霍尔器件66从OFF状态到ON状态的磁场强度(也就是制动灯阈值强度)。以这种方式，巡航控制可通过对制动踏板的轻踩在制动灯激活之前关闭。
[0048]然而，随着在制动踏板上增加的压力，霍尔器件66依据霍尔器件66是如何编程的而从OFF状态切换到ON状态，反之亦然。也就是，霍尔器件66被编程以检测不同于(例如，低于或是高于，依据霍尔器件64和66是如何编程的)巡航阈值强度的磁场强度的变化。可选的，其他磁场变化特性可用于在ON和OFF状态之间切换霍尔器件66。当霍尔器件66检测到不同于巡航阈值强度的制动灯阈值强度，霍尔器件66从OFF状态切换到ON状态。因此，霍尔器件66的电压输出为高，并且三极管86被激活，从而为继电器线圈88提供电力，这则引起继电器开关72闭合，以及制动灯90激活。
[0049]再一次，霍尔器件64和66依据磁场中检测到的变化切换状态。霍尔器件64可从ON切换到OFF以关闭巡航控制模块89，或者霍尔器件64可从OFF切换到ON以关闭巡航控制模块89。类似地，霍尔器件66可从OFF切换到ON以激活制动灯，或者霍尔器件66可从ON切换到OFF以激活制动灯90。在任意情况下，对霍尔器件64和66的每一个，通过磁场变化检测到的切换点是不同的。也就是，霍尔器件64相比霍尔器件66在不同的检测到的磁场特性下切换。
[0050]一旦驾驶员将脚从制动踏板上移开，铁磁靶向其静止位置移动，并且霍尔器件66返回OFF状态。从而，三极管86关闭，继电器72打开，并且制动灯90关闭。
[0051]如所述，霍尔器件64和66可被编程处于彼此不相互重叠的不同磁场水平。也就是，霍尔器件64切换所在的点不同于霍尔器件66切换所在的点。因此，依据具体的应用，霍尔器件64在霍尔器件66之前切换，反之亦然。例如，霍尔器件64在其检测到处于第一阈值的磁场特性时切换状态，并且霍尔器件66在其检测到处于不同于第一阈值的第二阈值的磁场特性时切换状态。例如，霍尔器件64可在当其检测到处于特定的mT (毫特斯拉)水平的第一磁场水平时切换到OFF状态，而霍尔器件66可在当其检测到处于高于第一磁场水平的另一 mT水平的磁场水平时切换到ON状态。
[0052]图9图示了根据一个实施例的制动开关系统92的示意性电路图。制动开关系统92类似于示于图8的制动开关系统82，除了霍尔器件64构造为当制动踏板在静止位置时常开，并且当霍尔器件64检测到关闭巡航控制模块89的阈值时切换到OFF。另一方面，当霍尔器件66检测到其磁场阈值，霍尔器件66切换到ON并且发送高电压至三极管93的门极。当霍尔器件66切换到0N，三极管93导通并且提供接地，这将三极管95的基极拉低，导通三极管95并且发送电力至继电器97，从而闭合继电器97并且发送电力至制动灯90。在这个实施例中，巡航控制在霍尔器件64从ON状态切换到OFF状态时关闭，而制动灯90在霍尔器件66从OFF状态切换到ON状态时激活。
[0053]图10图示了根据一个实施例的制动开关组件100的等轴分解视图。制动开关组件100类似于图5中示出并且描述的组件50，除了组件100包括场效应三极管(FET) 102，代替了使用继电器。FET102是一种三极管，其依赖电场以控制半导体材料中一种类型的电荷载体的通道的形状从而控制其导电性。FET102可为金属氧化物半导体场效应三极管(M0SFET)，其可用于切换电子信号。
[0054]图11图示了根据一个实施例的制动开关系统104的示意性电路图。示于图11的电路图类似于图8中的电路图，除了制动开关104包括FET102，以代替继电器72和继电器线圈88。
[0055]图12图示了根据一个实施例的制动开关系统110的示意性电路图。该电路图类似于图9中的电路图，除了制动开关110使用FET102，以代替继电器。
[0056]参考图5-12，如上所讨论的，霍尔器件64和66可被编程使得当制动踏板未接合时其中之一或两者均为ON或OFF。例如,两者可为OFF,两者可为0N,或者一个可为0N,而另一个为OFF。当制动踏板被按压时，霍尔器件64和66在不同点检测到磁场中变化，如上所述。这样，霍尔器件64和66将在不同时刻切换，从而在不同时刻关闭巡航控制和激活制动灯(特别的，巡航控制将会在制动灯激活之前关闭)。再次的，霍尔器件64和66可被编程为ON或OFF并且相应地切换。
[0057]因此，实施例提供了一种制动开关组件和系统，其构造为激活和关闭制动灯，以及关闭巡航控制。更通常的，实施例提供了制动开关组件，其具有构造为控制第一部件的第一霍尔器件和构造为控制第二部件的第二霍尔器件。
[0058]实施例提供了一种非接触传感器制动开关组件，其具有两个分开的不同的切换点。
[0059]实施例提供了一种非接触设备，其具有位于单个封装或连接器组件中的单个靶、单个磁体和两个霍尔器件，其中霍尔器件构造为切换两个分开的不同的部件。每个霍尔器件被编程以在分开的不同的切换点切换。
[0060]进一步的，实施例可与除了制动开关组件和系统之外的多种其他组件和系统一起使用。实施例可用作双切换点传感器，该双切换点传感器可构造为与在单个组件/系统中利用多切换点的任意设计一起使用。
[0061]实施例可与用于保护制动灯不出现电流过载和/或电压过载状态的系统联合使用，所述系统例如在申请于2011年10月10日、名称为“具有集成的保护电路的连接器系统和组件(Connector System and Assembly Having Integrated Protection Circuitry)，，的美国专利申请N0.13/269,675中描述的，在申请于2011年9月22日、名称为“智能制动开关系统(Intelligent Brake Switch System)” 的美国临时申请 N0.61/537，845 中描述的，和在申请于2011年9月22日名称为“智能制动开关系统(Intelligent Brake SwitchSystem)”的美国申请N0.61/537，845中描述的，所有这些申请的全文通过引用结合于此。
[0062]该书面描述使用多个例子来公开本公开的多种实施例，包括最优模式，并且还使得本领域技术人员能够实施本公开的多种实施例，包括制造和使用任意设备或系统以及执行任意结合的方法。本公开的多种实施例的可授予专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他例子。如果这些其他例子具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者该例子包括与权利要求的文字语言没有实质区别的等同的结构元件，那么其也确定为落入权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种开关组件(50)，包括 磁体(58)； 靠近所述磁体(58)的第一霍尔器件(64)，其中所述第一霍尔器件(64)构造为基于第一磁场阈值切换；以及 靠近所述磁体(58)的第二霍尔器件(66)，其中所述第二霍尔器件(66)构造为基于第二磁场阈值切换，并且其中所述第一磁场阈值不同于所述第二磁场阈值。
2.如权利要求1所述的开关组件(50)，其中所述磁体(58)是具有由横梁(78)连接的相对的柱(76)的U形磁体(58)，其中所述相对的柱(76)和所述横梁(78)限定了内部间隙(74)，并且其中所述第一和第二霍尔器件(64和66)定位于所述内部间隙(74)中。
3.如权利要求1所述的开关组件(50)，其中所述第一霍尔器件(64)操作地连接至巡航控制模块(89)，并且其中所述第一霍尔器件(64)切换以关闭由所述巡航控制模块(89)控制的巡航控制。
4.如权利要求1所述的开关组件(50)，其中所述第二霍尔器件(66)操作连接至制动灯(90)，并且其中所述第二霍尔器件(66)切换以所述控制制动灯(90)的激活与关闭。
5.如权利要求4所述的开关组件(50)，进一步包括了电连接在所述第二霍尔器件(66)和所述制动灯(90 )之间的继电器(72 )。
6.如权利要求4所述的开关组件(50)，进一步包括了电连接在所述第二霍尔器件(66)和所述制动灯(90 )之间的场效应三极管(102 )。
7.如权利要求1所述的开关组件(50)，其中所述磁体(58)的磁场在铁磁靶相对于所述磁体(58)移动时变化。
8.如权利要求7所述的开关组件(50)，其中所述铁磁靶形成为制动踏板(16)的一部分或者附接于制动踏板(16)。
9.如权利要求1所述的开关组件(50)，其中所述第一和第二磁场阈值是第一和第二磁场强度阈值。
10.如权利要求1所述的开关组件(50)，进一步包括具有保持印刷电路板(62)的内部空腔(54)的主壳体(52)，其中所述磁体(58)、所述第一霍尔器件(64)和所述第二霍尔器件(66)紧固于所述印刷电路板(62)上。
11.如权利要求1所述的开关组件(50)，进一步包括印刷电路板(62)，其牢固地支持靠近所述印刷电路板(62)的远端(68)的所述第一和第二霍尔器件(64、66)，其中所述第一和第二霍尔器件(64、44)构造为靠近铁磁靶，并且其中所述第一和第二霍尔器件分别构造为基于所述铁磁靶相对于所述第一和第二霍尔器件(64、66)或所述磁体(58)中的一个或多个的移动来激活或关闭第一和第二部件。
【文档编号】B60Q11/00GK103813947SQ201280046043
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】S.赫尔南德兹-奥利弗, M.T.巴纳斯, R.L.思拉什 申请人:泰科电子公司