CN115776962A - 用于特别是自行车的液压制动***的防抱死制动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防抱死制动单元，包括作用于关联阀单元(30)的活塞(40)上的单个致动螺线管(31)。该螺线管使活塞在与制动钳流体连通的初级室(38)内移动。活塞的移动关闭阀单元内所形成的旁路通道(50)，该旁路通道在正常情况下使主缸与制动钳相连接。通过关闭旁路通道(50)，作用于制动钳上的压力停止累增。同时，活塞(40)的相同致动运动开放阀单元内的流出通道，允许制动液从初级室(38)排放到膨胀室中。该膨胀室为阀单元(30)与制动钳之间所含的制动液给予扩大体积，从而降低了制动液作用于制动钳的压力。

Description

用于特别是自行车的液压制动***的防抱死制动单元

技术领域

本发明涉及一种用于控制车轮、特别是但不限于自行车车轮的防抱死功能的阀***。

背景技术

具有液压制动器的自行车上安装了防抱死制动***(ABS)，通过减轻骤停的影响来防止打滑或失控滑动。这些***中，把手促动的主缸通过液压管来激活制动钳。制动钳将流体压力转换成制动摩擦片与制动盘之间的法向力。ABS单元包括液压阀，用于控制传输到制动钳的制动液的流量和压力。由电子控制单元(Electronic Control Unit-ECU)控制ABS单元的操作，以响应来自安装在自行车车轮上的速度传感器的信号。当ECU检测到表明车轮迫近抱死的情况时，它会启动阀来降低制动器在受影响车轮处的液压，从而降低该车轮上的制动力，然后允许车轮转得更快。这个过程在制动过程中不断重复，每秒数次，以防自行车打滑。

专利文献DE 10158382A1公开了一种用于自行车的防抱死制动***，包括集成到液压致动器中的液压主缸和从缸，该液压致动器形成了具有出口阀和止回阀以及低压液压液罐的紧凑型液压闭合单元。该***还包括电子控制器、至少一个车轮制动器、至少一个速度传感器和液压致动器，其低压液压液罐连接至排放阀和隔离阀。止回阀与排放阀并联，液压从缸连接至隔离阀和排放阀的下游。

专利文献EP 3392105 A2(对应于WO 2017/115171 A2)公开了一种用于自行车的液压制动***，包括两个电动阀单元。每个阀单元通过各自的电动致动器而彼此分开操作。第一个阀单元用于锁止主缸与制动钳之间的制动液，第二个阀单元用于开放并行通道，该通道使制动钳与蓄能器液压连接。这两个电动执行器由ECU按重新确定的顺序单独上电。两个阀单元位于液压回路的平行支路上，该液压回路使把手致动的主缸与制动钳相连接。在正常制动期间，第一个阀单元开放，允许主缸与制动钳之间的直接流体连通，同时第二个阀单元关闭。在紧急制动条件下，车轮迫近抱死时，第一个电动执行器关闭第一个阀单元，由此停止来自把手的入口压力，从而将压力从第一个阀单元锁定到制动钳，防止作用于制动钳上的压力进一步累增。第二个电动执行器开放第二个阀单元，允许压力排放到位于并行通道中第二个阀单元上游的蓄能器中。结果，制动钳上的压力降低，制动器解锁。

其他公知ABS***所包括的阀单元包含安装在液压管路内的活塞。该活塞由电机控制，使活塞前后移动以改变液压管路中的体积，从而调节制动回路中的压力。

发明内容

鉴于上述背景技术，本发明主要目的是提供一种改进的自行车ABS***，具备结构和成本节约优势。本发明另一目的是提供一种轻量紧凑型ABS***。本发明具体目的是使用单个阀单元，它仅需单个电动螺线管上电便能在必要时控制制动锁定解锁顺序。

本发明又一目的是提供一种不同类型的单阀，它仅需单个电动致动器。这在电耗方面提供了潜在益处，还会降低机械组件和电气/电子组件的复杂性、成本和重量。

根据一方面，本发明提供了一种如权利要求1所述的用于液压制动***、特别是自行车液压制动***的防抱死制动单元。优选实施例请参阅从属权利要求。

总而言之，所述防抱死制动单元包括作用于单个关联阀单元的关联活塞上的单个致动螺线管。该螺线管使活塞在初级室内移动，该初级室与制动钳流体连通。活塞的移动关闭阀单元内所形成的旁路通道，该旁路通道在正常情况下使主缸与制动钳相连接。通过关闭旁路通道，作用于制动钳上的压力停止累增。同时，活塞的相同致动运动开放阀单元内的流出通道，允许制动液从初级室排放到膨胀室中。膨胀室为阀单元与制动钳之间所含的制动液给予扩大体积，从而降低了制动液作用于制动钳的压力。

根据另一方面，本发明提供了一种如权利要求10所述的阀单元。

根据又一方面，本发明提供了一种防抱死制动***，包括如所附权利要求所述的防抱死制动单元。

根据再一方面，本发明涉及一种车辆，诸如自行车，包括上述防抱死制动***。

附图说明

为了清楚地理解本发明，现将结合附图举例描述几个本发明优选实施例，

图中：

图1为自行车ABS***主要组件的示意图；

图2为ABS单元及其组件的横截示意图；

图3为液压***的回路图；

图4为液压制动***在制动器关闭状态下的示意图；

图5为液压制动***在手动制动期间的示意图；

图6为液压制动***在制动压力降低状态下的示意图；

图7至图13为不同操作条件下示出的阀单元的轴向横截剖视图。

具体实施方式

详述本发明实施例前，应当理解，本发明不限于下文附图说明或具体实施方式中阐述的结构细节和组件布置。本发明可能包括其他实施例，能够以各种方式实践或实行。还应理解，本文采用的措词和术语均出于描述性目的，不应视为限制性含义。使用“包括”和“包含”及其变形应理解为涵盖后文所列各项及其等同物和附加项及其等同物。

首先参照图1，本发明可应用于例如自行车10，其具有液压制动器和防抱死制动***。把手11与主缸12相关联，主缸12将骑行者手部用力转换成流体压力。ABS单元13响应于来自速度传感器15、16的信号而控制液压流体到前轮制动钳14的流量和压力。前轮速度传感器15测量前轮7的转速，例如通过感测相邻制动盘19中槽体的移动。后轮速度传感器16测量后轮18的转速，例如通过感测相邻制动盘20中槽体的移动。传感器接线21将来自速度传感器的速度信号中继到ABS单元13。液压管22在主缸、ABS单元和制动钳之间传输压力下的流体。制动钳将流体压力转换成制动摩擦片与制动盘之间的法向力。制动钳还反作用于制动片上的滑动力，从而在制动盘上产生制动力矩。

尽管本公开具体示出了提供自行车前轮防滑控制的示例性实施例，但本系

3统同样可应用于自行车后轮。

图2示意性描绘了ABS单元13的主要组件。首先参照图2至图6来描述ABS单元的总体操作。参照图7至图13来描述液压阀单元的结构与功能特征。

ABS单元13包括外壳23，该外壳23包括液压阀单元30，用于控制传输到制动钳的制动液的流量和压力。

外壳23包含电子组件和机械组件并且为内部组件提供环境保护。外壳23还可以提供安装件(未示出)，用于将ABS单元牢固地附接至自行车或电动自行车。

液压壳体可以包围滑阀24、止回阀69、蓄能器81以及例如在阀单元的主体32中加工形成腔室和管道的阀体32。也可以在主体和壳体内加工通道或管道来适当地连接液压组件。还在壳体内加工液压连接入口端口37和出口端口36，允许液压管连接至主缸和制动钳。

滑阀包括以可滑动方式容纳在阀体32内的滑动活塞40(如图7详细示出)。如下文所述，活塞40在阀体32内的纵向移动连接内部管道和腔室，以便提供ABS单元的液压功能。

滑动活塞具有两个位置：在第一位置或位置0，通往主缸和制动钳的液压管道直接连接，而通往蓄能器的管道关闭；在第二位置或位置1，连接至主缸的管道关闭，同时连接制动钳和蓄能器的管道彼此流体连通。在位置0与位置1之间的中间位置，所有管道的连接同时关闭。滑动活塞被弹簧加载到位置0。阀芯24一端的磁体或磁性特征78与电磁螺线管31产生的磁场相互作用，该螺线管31上电时迫使阀抵抗其弹簧进入位置1。

不存在电磁力作用于滑动元件上时，复位弹簧57使活塞40移动到位置0。蓄能器81包括包围液压室的弹簧加载活塞61。蓄能器81可以通过使弹簧偏转来吸收压力下的液压流体。蓄能器的活塞61后面的体积可以对大气开放以允许活塞移动而不产生反作用的空气压力。

当主缸中的压力高于蓄能器中的压力时，止回阀69可以关闭。当主缸中的压力低于蓄能器中的压力时，该阀开放以允许储存在蓄能器缸中的流体流回主缸。

电子控制单元(Electronic Control Unit-ECU)为电磁螺线管31上电，该ECU单元包括：电路板84、附接至电路板84的微控制器85、连接至该微处理器的输入输出设备、到外部电连接器83的连接机构、压力传感器86、到电磁螺线管31的连接机构87以及允许该螺线管绕组内切换电流的固态开关设备。优选实施例中，ECU单元的全部组件都包含在ABS单元13的外壳23中。

实时控制***可以加载到微控制器的闪存中，该微控制器控制螺线管内的电流和滑阀位置。这就使得ABS单元能够根据ABS***的操作目标来控制液压管道之间的连接。

螺线管31对滑阀施加磁力，使其从位置0移动到位置1。电磁螺线管的绕组可以直接连接至ECU电路板84。

压力传感器86可以经由液压壳体中的管道连接至制动钳端口(未示出)，使其可以测量制动钳中的液压。压力传感器可以直接连接至ECU电路板。

电连接器83允许ECU电路板鲁棒地连接至线束，该线束为电路板提供电力并将ECU连接至速度传感器。

根据把手的位置和活塞的状态，ABS单元内液压管道的连接方式允许三种功能制动状态。液压回路的连接请参阅图3。三种可能的制动状态如下：制动器关闭(图4)，手动制动(图5)，制动压力降低(图6)。

在“制动器关闭”状态下，把手未激活，通过单向阀(图4)将流体排放到主缸储液罐，***内的全部压力都能得以释放。

在“手动制动”状态下，把手被激活，压力直接传递到制动钳。电动螺线管未激活。单向阀关闭，这样液压流体就不会从主缸进入蓄能器(图5)。

当ECU检测到前轮开始打滑或自行车有翻车危险时，就会出现“制动压力降低”的状况；电动螺线管启动，滑阀抵抗其弹簧而移动。主缸内的流体受阻，允许制动钳内的压力逸出到蓄能器缸中，直到制动钳内的压力变得等于蓄能器弹簧力作用于蓄能器活塞上所产生的压力(图6)。

在湿滑路面上制动期间，ECU检测到前轮打滑并给电动螺线管上电(***从手动制动状态变为制动压力降低状态)。一旦重新获得抓地力，就会切断流向螺线管的电流，***便恢复到手动制动状态。

现参照图7至图13的具体示例性实施例，附图标记30表示用于自行车前轮上的防抱死制动***的阀单元。阀单元30限定纵向轴线x，在此处限定为纵向或轴向的方向上具有细长形状。如本文所用，诸如“纵向”、“横向”等术语将相对于轴线x来解释。

阀单元30包括沿纵向方向“B”作用的线性电动致动器31以及与该电动致动器31整合一体并纵向对齐的塑材主体32。如图中示例，电动致动器31与主体32可以通过螺纹耦联器33连结。

主体32的形状多样，在本例中，该主体32整体呈圆柱管状，其一端34固定至电动致动器，并具有对端35。

主体32的一端35形成可液压连接至自行车前轮制动器的制动钳14的出口端口(或输出端口)36以及可液压连接至主缸12(图3)的入口端口37，该主缸12在操作上与自行车把手11上的致动杆相关联。

主体32形成初级液压室38和膨胀室39或副液压室。初级液压室38与出口端口36直接连通并且接纳由电动致动器31以可纵向滑动方式操作的活塞40。如图13所示，初级液压室38形成直径D1的末端部分42(更靠近出口端口36)、直径D2大于直径D1的中间部分43和直径D3小于直径D1的近侧部分44(更靠近致动器31)。

活塞40包括接纳在初级室38的末端部分42中的终端部45、接纳在初级室38的中间部分43中的中间部46和接纳在初级室38的近侧部分44中的近侧部47。

活塞40的终端部45装配有以可滑动方式接触初级室38的末端部分42的末端密封垫圈48。中间部46装配有接合初级室38的中间部分43的中间密封垫圈49。近侧部分47上安装有接合初级室38的近侧部分44的近侧密封垫圈52。

活塞40形成纵向通腔53，该纵向通腔53在活塞的终端部45面向出口端口36的终端面54与活塞侧面开口的横向通道55之间延伸穿过活塞。优选地，横向通道55在初级液压室38的中间部分43上开口。

纵向通腔53中容纳有初级弹簧件57，本例中为压缩弹簧，其弹性压缩在活塞肩部56与初级液压室的横向壁58之间，邻近出口端口36。初级弹簧件57将活塞40推向致动器31(沿箭头A的方向)。

出于结构原因，活塞40可以通过连接件60机械连接至致动器的可纵向移动销59，如本图所示的示例性实施例中，连接件60大体上呈Z形或L形。

第一旁路通道50形成在阀单元的主体32中并且在初级液压室38的末端部分42上开口，使该初级液压室与入口端口37流体连通。流出通道51形成在阀单元的主体32中并且在初级液压室38的中间部分43上开口，使该初级液压室与膨胀室39流体连通。

膨胀室39容纳具有密封垫圈62的浮动阀件61，密封垫圈62以可纵向滑动方式接合膨胀室39的圆柱部分63。浮动阀件61可在膨胀室39内朝向主体32的末端35形成的肩部64与朝向致动器31布置的横向壁65之间移动。

流出通道51在膨胀室39上纵向靠近入口端口37的位置处开口。在所示实例中，流出通路51在膨胀室39的圆柱部分63靠近出口端口36的一端开口。

次级弹簧件66(例如压缩弹簧)被弹性压缩在浮动阀件61与阀体32的横向壁67之间。次级弹簧件66将浮动阀件61沿方向B推向主体32的末端35，从而推向入口端口37。如下文所述，加压制动流体从初级室38注入膨胀室39，使浮动阀件61沿方向A移动，纵向远离主体32的末端35，从而远离出口端口36和入口端口37，与次级弹簧件66的作用力相反。

膨胀室39通过主体32中形成的通道68与入口端口37流体连通，其中单向阀69安装在膨胀室39与入口端口37之间。单向阀69由球体70和弹簧71组成，弹簧71迫使球体70远离入口端口37以阻塞通道68。单向阀69允许制动流体仅沿一个方向流过该阀，从膨胀室39到入口端口37。

在所示实施例中，出于结构原因，主体32中形成横向孔72，以便于构建旁路端口50。由堵塞(示意性示为73)永久性封闭横向孔72。

出于结构原因，主体32可由两个或更多个互补部分组成，本例中为主要部分32a和连接部分32b。主要部分32a形成初级液压室38、膨胀室39以及入口端口37和出口端口36。连接部分32b介于主要部分32a与致动器主体31中间，连接部分32b与主要部分32a气密式密封，连接部分32b与致动器主体31通过耦联器相连结，本例中为螺纹耦联器33。

在正常制动条件下，即自行车正制动但前轮未抱死进而未打滑时，电动致动器31不会上电。初级液压室38中的初级弹簧57将活塞40(向左)推入缩回位置或位置0，保持旁路通道50畅通，这允许制动液从入口端口37直接通往出口端口36。防抱死制动***未激活。在活塞的缩回位置，第二密封件49阻塞初级室38与膨胀室39之间的流出通道51。

由于纵向通腔53，制动流体在末端部分42和中间部分43中都填充初级室38。

当致动器31上电时(图8)，活塞40向出口端口36移动(向右，方向B)，压缩初级弹簧57。密封件48关闭旁路端口50，使得制动液从主缸通过阀单元到制动钳的流动受到中断。活塞40远离致动器31移动到伸展位置，此处初级室38与膨胀室39之间的流出通道51开放，使得制动液从初级室流向膨胀室。

进入膨胀室39的制动流体压力将浮动阀件61推向致动器(向左，方向A)，克服二级弹簧66的弹力。膨胀室39的体积则增大，结果是初级室38中的制动流体压力瞬间降低。由于活塞40中的纵向通腔53，初级室中的压降也同时降低了通往前制动钳的管路中出口端口36下游的制动流体压力，因此释放前制动钳，解锁前轮。

当前轮解锁时，电子控制单元中断致动器螺线管31的上电，使得初级弹簧57可伸展并使活塞40更靠近致动器31，从而重新开放旁路通道50并关闭流出通道51。结果，主缸再度与前制动钳流体连通。

当旁路通孔50重新开放时，膨胀室39(图10)仍包含一定量的制动液，因为浮动阀件61已沿方向A移动并抵靠横向壁65。必须将膨胀室39中所含的制动液体积反馈到液压回路中，以便制动杆能够返回到其初始息止位置。当液压回路中的压力下降时，次级弹簧66可以伸展并使浮动阀件61朝向入口端口37(方向B)移动，基本上排空膨胀室39(图11)并将制动液重新引入液压回路。可能通过单向阀69来排空膨胀室39，单向阀69由于与球体70相关联的弹簧71的作用而自动关闭(图12)。

参照图13，在初级室38中，由密封件48界定的圆面积(直径D1)可有利地等于滑动密封件49和52所作用的环面积(由直径D2和直径D3界定)。因此，作用于初级室末端部分42中活塞40上的制动流体液压所施加的纵向推力(从输送孔36一侧开始)等于或大体上等于作用于初级室中间部分43中同一活塞40上的液压推力(从最靠近致动器31的部分开始)。因此，这两个方向相反、大小相等的相反纵向推力相互抵消，使得致动器仅需施加很小的纵向力即可引起活塞40位移。由于上述布置，螺线管31可以很小，因为仅需向活塞提供适度的轴向推力即可使其移动，并且仅需克服初级弹簧件57的反作用弹力。

本文虽披露了本发明具体实施例，但应理解，此披露仅为说明目的，本发明皆不限于此。鉴于前述示例，本领域技术人员将清楚明了各种修改。本发明保护范围仅由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于特别是自行车的液压制动***的防抱死制动单元(13)，所述单元(13)包括：

可电连接至电子控制单元(ECU)的单个致动螺线管(31)，所述电子控制单元监测车轮转速，能够检测指示车轮迫近抱死的状况并提供激励所述致动螺线管(31)的控制信号；

单个阀单元(30)，包括：

阀体(32)，具有：

出口端口(36)，可液压连接至制动钳(14)，

入口端口(37)，可液压连接至主缸(12)，

初级室(38)，与所述出口端口(36)流体连通，

膨胀室(39)，带有在所述初级室(38)与所述膨胀室(39)之间建立流体连通的流出通道(51)，

旁路通道(50)，在所述入口端口(37)与所述出口端口(36)

之间建立流体连通；

活塞(40)，响应于所述致动螺线管(31)的上电而可纵向移动并以可滑动方式容纳在所述初级室(38)中；

所述活塞(40)具有两个可替选的操作位置：

第一位置(0)，其中所述致动螺线管(31)断电，并且所述活塞(40)阻塞所述流出通道(51)而不阻塞所述旁路通道(50)，以及

第二位置(1)，其中所述活塞(40)响应于所述致动螺线管(31)上电而沿所述初级室(38)移动，并且所述活塞(40)阻塞所述旁路通道(50)而不阻塞所述流出通道(51)。

2.根据权利要求1所述的防抱死制动单元(13)，其中，所述活塞(40)形成纵向通腔(53)，所述纵向通腔(53)在所述活塞的终端部(45)面向所述出口端口(36)的终端面(54)与活塞侧面开口的横向通道(55)之间延伸穿过所述活塞。

3.根据权利要求1或2所述的防抱死制动单元(13)，其中，所述初级液压室(38)形成第一部分(42)、第二部分(43)和第三部分(44)，其中：

所述第一部分(42)为具有第一直径(D1)且更靠近所述出口端口(36)的末端部分，

所述第三部分(44)为具有第三直径(D3)且距离所述出口端口(36)最远的部分，所述第三直径(D3)小于所述第一直径(D1)，

所述第二部分(43)为所述末端部分(42)与所述第三部分(44)之间的部分，所述第二部分(43)的第二直径(D2)大于所述第一直径(D1)。

4.根据权利要求3所述的防抱死制动单元(13)，其中，所述活塞(40)包括接纳在所述初级室(38)的第一部分(42)中的终端部(45)、接纳在所述初级室(38)的第二中间部分(43)中的中间部(46)和接纳在所述初级室(38)的第三部分(44)中的第三部(47)。

5.根据权利要求3或4所述的防抱死制动单元(13)，其中，具有所述第一直径(D1)的圆的面积等于具有直径对应于所述第二直径(D2)的外圆和直径对应于所述第三直径(D3)的内圆的环面的面积，

由此制动液作用于所述初级室(38)的第一部分(42)中活塞(40)上的液压所施加的纵向推力大体上等于制动液作用于所述初级室(38)的第二中间部分(43)中活塞(40)上的液压所施加的纵向推力。

6.根据权利要求1所述的防抱死制动单元(13)，其中，初级弹簧件(57)弹性压缩在所述活塞(40)与邻近所述出口端口(36)的初级液压室的横向壁(58)之间。

7.根据权利要求2和6所述的防抱死制动单元(13)，其中，所述初级弹簧件(57)至少部分地容纳在纵向通腔(53)中，弹性压缩在所述活塞(40)的肩部(56)与所述初级液压室(38)的所述横向壁(58)之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的防抱死制动单元(13)，其中，所述膨胀室(39)容纳：

可纵向滑动的浮动阀件(61)，以及

次级弹簧件(66)，其将所述浮动阀件(61)推向所述入口端口(37)，

其中，所述膨胀室(39)通过通道(68)与所述入口端口(37)流体连通，所述通道(68)中安装有单向阀(69、70、71)，允许制动液从所述膨胀室(39)到所述入口端口(37)仅沿一个方向(B)流过所述通道(68)。

9.根据权利要求8所述的防抱死制动单元(13)，其中，所述浮动阀件(61)在所述膨胀室(39)内能在所述阀体(32)在所述膨胀室中布置得更靠近所述入口端口(37)的所述肩部(64)与所述膨胀室中布置得更远离所述入口端口(37)的所述横向壁(65)之间移动，

其中，所述流出通道(51)在所述膨胀室(39)上纵向邻近所述肩部(64)的位置处开口。

10.一种阀单元(30)，包括：

阀体(32)，具有：

出口端口(36)，可液压连接至制动钳(14)，

入口端口(37)，可液压连接至主缸(12)，

初级室(38)，与所述出口端口(36)流体连通，

膨胀室(39)，带有在所述初级室(38)与所述膨胀室(39)之间建立流体连通的流出通道(51)，

旁路通道(50)，在所述入口端口(37)与所述出口端口(36)之间建立流体连通；以及

活塞(40)，可纵向移动并以可滑动方式至少部分地容纳在所述初级室(38)中；

所述活塞(40)具有两个可替选的操作位置：

第一位置(0)，其中所述活塞(40)阻塞所述流出通道(51)而不阻塞所述旁路通道(50)，以及

第二位置(1)，其中所述活塞(40)沿初级室(38)移动并且阻塞所述旁路通道(50)而不阻塞所述流出通道(51)。

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