CN102343900A - 带主动制动力限制器的制动设备和带该制动设备的双轮车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带主动制动力限制器的制动设备和带该制动设备的双轮车，该制动设备用于轻型的、单轨迹的车辆如自行车。制动设备具有液压***、压电叠堆和控制装置。液压***用于将流体压力从能操纵的分配器经由管路***液压地传递给车轮制动缸。压电叠堆这样布置在液压***内并且被构造用于使流体压力通过压电叠堆的体积变化而得以改变。控制装置被设计用于根据对车辆的紧要的行驶状况的识别来触发压电叠堆以引起体积变化。可以通过例如形式为转率传感器、转速传感器、加速度传感器或力传感器的传感器来识别紧要的行驶状况。借助该制动设备可提供简单、耐用且成本低廉的防抱死***，该防抱死***还能用于例如当使用在自行车中时避免倾翻。

Description

带主动制动力限制器的制动设备和带该制动设备的双轮车

技术领域

本发明涉及一种带主动式制动力限制器的液压制动设备，其例如可以使用在单轨迹的、行驶较慢、重心较高的车辆如自行车和电动自行车中。本发明还涉及一种带有这类制动设备的双轮车。

背景技术

双轮车原则上配设有与各车辆的特性相匹配的制动器。例如，用于轻便的、普遍行驶较慢的车辆，如自行车、电动自行车或轻型摩托车（Mofa）的制动器就相应地与用于重型的、快速行驶的摩托车（Motorrad）的制动器设计得有所不同。

对于轻型单轨迹的双轮车而言，设计成盘式制动器或轮辋制动器的液压式自行车制动器是已知的。在此，前轮和后轮普遍具有独立的压力导管，这在制动车辆时允许多样化的自由度。

自行车制动器的制动力通常仅通过轮胎和地面间的附着极限或驾驶员的最大手作用力限定。由此可以在反应时间内将自行车的车轮抱死。在此，抱死的后轮就稳定性方面而言并不危险。因为在前轮上的较大的制动力先是大多导致后轮抬高，然后才抱死前轮，所以在完全制动时有倾翻危险。此外，抱死前轮还会导致自行车不受控制并摔倒。

因此经验不足的自行车驾驶员往往制动过弱且没有完全利用自行车制动器的全部的减速势能。这种行为在紧急状况下会延长制动路径。

由DE 101 583 82公开一种所谓的自行车ABS，亦即一种用于自行车的防抱死***，但这种自行车防抱死***主要以汽车的ABS为指导。它具有传感器、通过蓄电池供电的控制器和液压式调节器。在液压式调节器中，与传统的已知用于汽车的防抱死***相反的是，取消了用于存储腔内的液压液的回流泵。因此在缓慢的制动过程中，可能会由于液压液灌满存储腔而使ABS失灵。尤其在较长的下山行驶中，ABS效果的丧失很是不利。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于对制动设备要求较少的车辆如自行车的防抱死***，其允许优选在制造成本较低的同时有简单的结构并因而有高度的可靠性。此外，本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种带有这类制动设备的轻型的单轨迹的双轮车。

这些技术问题通过按独立权利要求所述的制动设备以及双轮车解决。有利的设计方案在从属权利要求中加以说明。

按照本发明的一个方面，建议一种带有主动式制动力限制器的制动设备，用于车辆，该制动设备具有液压***、压电叠堆和控制装置。液压***在此设有管路***，用于将流体压力从能操纵的分配器液压地传递给车轮制动活塞。压电叠堆布置在液压***中，并且被构造用于通过体积变化使液压***中的流体压力得以变化。控制装置被设计用于根据对车辆紧要的行驶状况的识别来触发压电叠堆以引起体积变化。

在此，本发明基于这样一个想法，即，提供一种带有制动力限制器的电动液压式制动设备，其没有强制必需的阀，也没有存储腔。因此，结合液压制动设备利用了双轮车电气化的优点。通过对能够表明车辆紧要的行驶状况的合适的车辆参数例如双轮车的前轮和/或后轮的车轮转速或例如后轮的车轮支承力或类似的车辆参数进行传感探测，可以通过有针对性地触发设置在液压***内的压电叠堆实现封闭的调整回路（闭合回路），借助该调整回路可以例如防止车辆车轮的抱死或倾翻。换句话说，所建议的制动设备包含用于识别车辆紧要的行驶状况的传感器，其中，制动设备的控制装置被设计用于基于传感器的信号调节压电叠堆的体积改变。

在所建议的制动设备中，制动力例如从可由车辆驾驶员操纵的并能被按压到用作分配器的制动缸上的制动杆传递到与制动摩擦片接触的车轮制动活塞上。在此，在生成制动力时，制动摩擦片例如压向车轮的轮辋或与车轮固定连接的制动盘，因此实现了对车辆的制动作用。过高的制动力会导致车轮抱死。此外，作用到例如双轮车的前轮上的过高的制动力会导致，后轮抬起以及造成车辆倾翻。可以通过合适的传感器识别车辆的这种紧要的行驶状况。在识别紧要的行驶状况时，液压***应当放松。可以引入液压***的体积变化作为由控制装置控制的调整回路的调整参数。在此，可以借助布置在液压***内的压电叠堆来改变液压***内的体积。控制装置可以接收来自传感器的表明车辆紧要的行驶状况的信号，并且根据这些信号来触发压电叠堆，也就是说，在压电叠堆上施加相应的电压。压电叠堆可以通过体积变化来应对控制电压的变化，所述体积变化会直接引起液压***的体积的变化。压电叠堆的体积的变小可以造成液压***内体积的变大，也就是说液压的制动回路体积的变大。这种体积变化会导致车轮制动活塞上的压力变小，由此可以减小施加到与车轮制动活塞连接的制动摩擦片上的法向力以及因而减小施加到车轮上的制动力。

压电叠堆在此可以理解为是压电元件的堆垛。压电元件是一种可以利用压电效果的构件，以便通过施加电压实施机械运动。通过施加电压到压电元件的对置的侧面上，可以使压电元件的发生体积变化。压电元件可以是某种晶体或压电陶瓷。经常使用的材料是锆钛酸铅（PZT）。压电元件具有施加在压电材料上的电极。在最简单的情形下，压电元件是一小块端面上有电极的板，它可以沿厚度方向延展以及当电压施加到电极上时沿横向收缩。电压施加有多长时间，变形就存在多长时间。若没有出现交替的外部的力，那么就不需要能量来保持变形。对用作压电致动器而言，在电压较小时大多期望较大的运动振幅。因为相对的纵向延展与通过施加到电极上的电压造成的电场强度成比例，所以这可以通过电极的较小的间距实现。为此，可以由多层压电元件组装成一个堆垛或“压电叠堆”，由此实现多个较薄的压电元件与置于这些压电元件之间的电极的拼装。压电叠堆可以例如由此实现，即，在两个彼此梳状嵌接的电极之间沿相反的极化方向交替地设置压电片。现在可以在两个电极上施加电压，从而使两个电极的距离由于布置在它们之间的压电片的纵向延展而变大。待施加的最大电压取决于压电片的厚度、材料和电极间的绝缘特性。在压电片的层厚为0.2mm时，可以施加最大100-150伏的电压，这造成最大约0.2%的延展。

就所使用的压电片的面积、厚度和数量而言，可以这样来确定为制动设备设置的压电叠堆的尺寸，使得在施加控制电压时，压电叠堆所能达到的最大体积变化与在制动设备的液压***内所期望的体积变化一致，以便可以改变一个区域中的流体压力，如在车辆的制动过程的典型应用情形下所期望的那样。液压***例如可以具有提供给液压液使用的10-40 ml的体积。液压***内典型的体积变化在此可以处在>0.01 ml的范围内，这对应相对的>0.1%的体积变化，其中，液压***内典型的体积变化在制动过程期间可以如所期望的那样避免车轮抱死或避免倾翻，以及因此应当通过压电叠堆的体积变化促成。压电叠堆可以布置成，使压电叠堆的体积变化直接导致管路***内的相应的体积变化以及因而导致液压***内流体压力的变化。

作为备选，压电叠堆可以配设有转换装置，该转换装置被设计用于将压电叠堆的体积变化转换成液压***内提供给液压液的使用的体积的变化。换句话说，可以设一种转换装置，它可以将通过压电叠堆引起的体积变化转换成液压***内更大或更小的体积变化。“转换”的概念在此应当理解为是有效的体积变化的“改变”，也就是说，包括体积变大和体积变小。在体积变大时，在液压***内引起的体积变化要比由压电叠堆本身经历的体积变化来得大。这可以例如通过合适的机械装置实现，所述机械装置一方面与压电叠堆接触，另一方面又与液压***的体积接触。

制动设备可以具有各种用于识别紧要的行驶状况的传感器。

例如可以使用一种转率（Drehrate）或车轮转速传感器来探测转率或车轮转速，从转率或车轮转速中可以得出车辆车轮的角速度。基于得出的角速度，控制装置可以识别紧要的行驶状况的出现并且相应地触发压电叠堆。例如可以借助传感器识别所监测的车轮的角速度何时降到最小阈值之下，由此可以推断出，车轮倾向于抱死。此外，还可以从角速度随之发生变化的速度中推断出，是否是常规的制动过程或车轮的不期望的抱死。此外，可以通过比较由两个安装在车辆不同车轮上的转率或车轮转速传感器测量得到的角速度，推断出车轮的抱死倾向。当这类抱死倾向被认为是紧要的行驶状况时，控制装置可以为此触发压电叠堆，使压电叠堆的体积变小以及因而扩大在液压***内的体积，以便以此方式减小车轮制动活塞上的流体压力以及因而防止已制动的车轮抱死或防止倾翻。

作为备选或补充，可以使用加速度传感器来探测车辆的加速度，以便识别紧要的行驶状况。加速度传感器可以通过确定一个作用到测试块（Testmasse）上的惯性力来测量加速度。加速度传感器在车辆构造的多种设计方案中公开，并且可以将强度以及部分也能够将加速方向转换成相应的电信号。已知压电陶瓷的传感器薄片，它们可以将动态压力波动转换为电信号。此外，已知基于硅晶圆的微机电***（MEMS）作为小型加速度传感器。也可以借助电阻应变仪（Dehnungsmessstreifen）或磁感应器测量加速度。

在一种设计方案中，设计用于探测垂直加速度的加速度传感器。垂直加速度在此理解为一种横向于车辆的典型的前进运动方向的加速度。例如可以用这类加速度传感器在通常水平运动的双轮车中识别，后轮何时朝垂直方向加速。由此可以推断出，双轮车有倾翻倾向。这种倾翻倾向可以被理解为是紧要的行驶状况以及控制装置接着可以通过相应地触发压电叠堆减小例如制动设备的液压***内的流体压力，以便通过降低前轮上的制动效果阻止倾翻倾向。

作为补充或备选，还可以使用力传感器探测车辆车轮的支承力，以便识别紧要的行驶状况。力传感器可以例如识别，使地面上的双轮车的后轮直立起来的力何时变小，尤其是突然减小。由此又可以识别倾翻倾向以及通过相应地触发压电叠堆抵消这种倾翻倾向。

所建议的制动设备可以额外具有闭锁阀，该闭锁阀在液压***的管路***内布置在分配器和压电叠堆之间。当驾驶员为了促成制动过程例如借助制动杆操纵液压***的分配器时，可以借助该闭锁阀使来自***纵的分配器的流体压力不会无阻地在液压***内朝车轮制动活塞传递。例如可以这样设计制动设备的控制装置，即，根据所识别的车辆的紧要的行驶状况触发闭锁阀以使得液压***在分配器和制动活塞之间被闭锁。换句话说，控制装置可以在识别到紧要的行驶状况时不仅控制根据来自传感器的信号调节施加在压电叠堆上的电压的调整回路，还可以附加地，如果有必要的话，借助闭锁阀将管路***的与车轮制动活塞连接的一部分与管路***的与分配器连接的另一部分脱开。由此可以例如防止控制装置通过减小液压***内的流体压力以避免紧要的行驶状况的效果因驾驶员用更大的力操纵分配器而失效。制动设备例如可以识别，何时由分配器在液压***内建立起可能导致紧要的行驶状况的流体压力。控制装置接着可以操纵闭锁阀以及因而使分配器与其余的管路***脱开。控制装置与此同时或紧接着可以触发压电叠堆，以便降低流体压力，从而避免紧要的行驶状况。

按照本发明的另一个方面，建议一种轻型的、单轨迹的双轮车，如自行车、电动自行车等，它们具有如前所述的制动设备。在这种应用中，可以特别有利地使用小的构造尺寸、轻的质量以及压电叠堆的可逆的体积变化。压电叠堆允许简单地调节制动设备液压***内的流体压力，从而即使在自行车中也能有效且同时可靠地限制制动力。压电叠堆在此可以有利地例如安装在双轮车的转向机构套管内。

本发明可能的方面、优点和设计方案在先参考本发明的各个实施形式说明。说明书、相关的附图以及权力要求包含大量相互结合的特征。技术人员可以单独考虑这些特征，尤其是不同的实施例的特征，也可以合理地将它们概括成其它组合。

附图说明

图1示出了按照本发明的一种实施形式的制动设备；

图2示出了按照本发明的另一种实施形式的、带闭锁阀的备选的制动设备。

附图仅示意性示出并且不忠于比例的。在附图中示出的以及在下文中说明的实施形式仅为示例性的，不应局限于此。相同或相似的附图标记在附图中标注相同的或作用相似的部件。

具体实施方式

图1示出了按本发明的一种实施形式的制动设备1，其例如可以设置在自行车上。固定在双轮车把手3上的制动杆5经由推杆7与用作分配器9的制动主缸连接。制动主缸是液压***11的一部分，在液压***中，借助流体，例如油，将管路***13内的流体压力从分配器9传递到车轮制动缸15上。基于流体压力，车轮制动活塞25可以将制动闸压向制动盘27或轮辋（未示出）。

在液压***11中还设有压电叠堆17。压电叠堆17被设计用于基于通过向压电叠堆17施加电压引起的压电叠堆的体积变化，使液压***11内可供流体使用的体积19发生变化。以此方式可以借助压电叠堆17使由分配器9促成的在液压***11内的流体压力有针对性地发生变化，因而可以调节由车轮制动活塞25引起的制动效果。

压电叠堆17与控制装置21连接。该控制装置21又与传感器23连接。传感器23提供信号，所述信号使控制装置21能够识别车辆的紧要的行驶状况。例如传感器23可以设计成转率或转速传感器，以便例如可以机械地、光学地或感应地得出车辆的前轮和/或后轮的角速度。基于角速度的大小、角速度的变化或基于车辆的两个车轮之间的角速度的比较，可以推断出存在紧要的行驶状况，如车轮抱死或整辆车有倾翻倾向。控制装置21接着可以通过施加合适的电压这样来触发压电叠堆17，使得体积19相应地扩大以及因而车轮制动活塞25上的流体压力减小,最终使得制动盘27上的制动效果减小，从而防止车轮抱死或防止倾翻。

作为备选，传感器23例如可以实施成用于确定垂直加速度的加速度传感器或用于确定车辆车轮的垂直力的力传感器。借助加速度传感器或力传感器可以识别，双轮车的后轮在制动过程期间何时易于抬起因而具有倾翻危险。接着，控制装置21又可以相应地通过适当地触发压电叠堆17降低流体压力。

在图2示出的制动设备1’的实施形式中，附加地设有闭锁阀29。该闭锁阀29可以用于在需要时，截断在分配器9和车轮制动缸15之间的管路***13。当基于由传感器23提供的信号由控制装置21识别到有车轮抱死以及双轮车倾翻的危险时，与闭锁阀29连接的控制装置21就先关闭闭锁阀29。以此方式可以避免驾驶员通过操纵制动杆5进一步提高液压***11内的压力。接着，控制装置21可以通过适当地触发压电叠堆17以及考虑到传感器23的信号情况下，恰当地调节管路***13的与车轮制动缸15连接的那部分之内的流体压力，从而一方面实现最大的制动效果，但同时也防止了车轮抱死或双轮车倾翻。

基于按本发明的制动设备的简单、轻便、耐用且成本低廉的设计，按本发明的制动设备尤其适合使用在自行车、电动自行车和电动双轮车中，以便实现一种轻便的、高度现代化的防抱死***。

Claims (12)

1.带有主动式制动力限制器（1）的制动设备（1），用于车辆，具有：

带管路***（13）的液压***（11），用于将流体压力从能操纵的分配器（9）液压地传递给车轮制动缸（15）；

压电叠堆（17）；

控制装置（21）；

其中，所述压电叠堆（17）布置在所述液压***（11）内并且被构造用于使所述液压***（11）内的流体压力通过所述压电叠堆（17）的体积变化而得以改变；

其中，所述控制装置（21）被设计用于根据对车辆的紧要的行驶状况的识别来触发所述压电叠堆（17）以便引起所述体积变化。

2.按权利要求1所述的制动设备，还具有用于识别紧要的行驶状况的传感器（23），其中，所述控制装置（21）被设计用于以所述传感器（23）的信号为基础来调节所述压电叠堆的体积变化。

3.按权利要求1或2所述的制动设备，其中，所述压电叠堆（17）设有转换装置，该转换装置被设计用于将所述压电叠堆（17）的体积变化转换成在所述液压***内可供液压液使用的体积（19）的变化。

4.按权利要求1至3之一所述的制动设备，具有用于探测所述车辆的车轮的转率的转率传感器，其中，所述控制装置（21）被设计用于基于由所述转率传感器得出的车辆的车轮的转率来识别车辆的紧要的行驶状况。

5.按权利要求1至3之一所述的制动设备，具有一个或多个用于探测车辆的一个或多个车轮的一个或多个转速的转速传感器，其中，所述控制装置（21）被设计用于基于一个或多个由所述转速传感器得出的车轮转速来识别车辆的紧要的行驶状况。

6.按权利要求1至5之一所述的制动设备，具有用于探测车辆的加速度的加速度传感器，其中，所述控制装置（21）被设计用于基于由所述加速度传感器得出的加速度来识别车辆的紧要的行驶状况。

7.按权利要求6所述的制动设备，其中，所述加速度传感器被设计用于探测垂直加速度。

8.按权利要求1至7之一所述的制动设备，还具有用于探测车辆的车轮的支承力的力传感器，其中，所述控制装置（21）被设计用于基于由所述力传感器得出的支承力来识别车辆的紧要的行驶状况。

9.按权利要求1至8之一所述的制动设备，还具有在所述管路***（13）内布置在所述分配器（9）和所述压电叠堆（17）之间的闭锁阀（29）。

10.按权利要求9所述的制动设备，其中，所述控制装置（21）被设计用于根据对车辆的紧要的行驶状况的识别来触发所述闭锁阀（29）以使所述管路***（13）在所述分配器（9）和所述制动缸（15）之间被闭锁。

11.双轮车，具有按权利要求1至10之一所述的制动设备（1）。

12.按权利要求11所述的双轮车，其中，所述压电叠堆（17）安装在转向机构套管内。

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