用于防抱死制动系统的阀单元

技术领域

本发明涉及一种用于液压制动系统的阀单元，以控制车辆的车轮的防抱死功能。该阀系统适用于机动和非机动车辆，比如自行车。

背景技术

防抱死制动系统(“ABS”)已经被安装在具有液压制动器的车辆上，以防止打滑或不受控制的滑行，从而减小急停的影响。一个这样的系统在图1中示出，其中机动车辆的四个车轮装备有制动盘E1-E4和相关传感器S1-S4，它们可操作地面向语音轮F1-F4或与制动盘旋转地成一体的等效元件。根据已知的模式，传感器S1-S4检测与其相关联的车轮的转速，并且例如通过线材N1-N4将表示转速的信号发送到电子控制单元(ECU)或模块，该电子控制单元或模块处理接收到的速度信号。每个制动盘都与制动卡钳G1-G4相关联。由脚踏控制器C操作的主缸M通过各自的液压管线H1-H4启动制动卡钳，在每个液压管线上安装有阀单元ABS1-ABS4。每个ABS阀单元响应来自电子控制单元ECU的电子控制信号而控制流向相关的制动卡钳的制动流体的流动和压力。当ECU检测到指示即将发生车轮抱死的情况时，它启动相应的ABS阀，以降低受影响车轮处制动器上的液压力，从而降低该车轮上的制动力，使得车轮保持制动但可以旋转。在制动期间，这个过程连续地重复，每秒钟重复几次，以防止车辆打滑。

DE 101 58 382A1公开了一种用于自行车的防抱死制动系统，其包括集成到液压致动器中的主液压缸和从液压缸，该液压致动器形成液压闭合紧凑单元，其具有出口阀和止回阀以及低压液体液压储存器。该系统还包括电子控制器、至少一个车轮制动器、至少一个速度传感器和液压致动器，该液压致动器具有连接到排放阀和隔离阀的低压液压流体储存器。止回阀与排放阀并联连接，并且从液压缸连接在隔离阀和排放阀的下游。

EP 3 392 105 A2描述了一种用于自行车的液压制动系统，其包括两个电动操作的阀组件。每个阀组件由各自的电动致动器独立地操作。第一阀组件用于阻断主缸和制动卡钳之间的制动流体，并且第二阀组件用于打开液压地连接制动卡钳和蓄能器的平行通路。两个电动执行器分别由ECU以预定的顺序供电。这两个阀组件位于液压回路的平行分支上，该液压回路连接由手柄操作的主缸和制动卡钳。在正常制动期间，第一阀组件打开，以允许主缸和制动卡钳之间直接流体连通，而第二阀组件关闭。在紧急制动条件下，在即将发生的车轮抱死的情况下，第一电动致动器关闭第一阀组件，从而阻止来自手柄的压力输入，从而阻断从第一阀组件到卡钳的压力，以防止作用在卡钳上的压力进一步增加。第二电动致动器打开第二阀，以允许压力排放到蓄能器中，该蓄能器位于平行通路中的第二阀的上游。因此，卡钳上的压力降低，从而释放制动器。

其他ABS系统包括阀单元，该阀单元包括安装在液压管线中的活塞。活塞由电动致动器(电磁阀)控制，该电动致动器使活塞前后移动，以改变液压管线中的容积，从而调节制动回路中的压力。

发明内容

根据现有技术，本发明的主要目的是提供一种ABS阀单元，其可以被致动，以在锁定制动车轮的情况下进行干预，而不是通过传统致动器的电动控制。

本发明提供了一种ABS阀单元，其由制动系统的液压回路中存在的制动流体压力致动。

根据一个方面，本发明公开了一种用于液压制动系统的阀单元，以控制车辆的车轮的防抱死功能，如权利要求1所限定的。从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。

总体上，用于车辆的防抱死制动系统的阀单元包括阀体、阀体中的可移动活塞和作用在活塞上的弹性元件。阀体具有可以液压地连接到制动卡钳的出口端口、可以液压地连接到主缸的入口端口、与出口端口流体连通的主腔室、具有实现主腔室和膨胀腔室之间的流体连通的流出通道的膨胀腔室、以及实现入口端口和出口端口之间的流体连通的旁路通道。活塞可在主腔室中纵向移动并具有纵向腔体，该纵向腔体在活塞的面向出口端口的端部表面和通向活塞的侧表面的横向通道之间延伸穿过活塞。活塞总体上具有背离出口端口的第一横向表面和与第一横向表面相对并且背离出口端口的第二横向表面，其中，第一横向表面的面积小于第二横向表面的面积。弹性元件施加弹性力以将活塞远离出口端口。活塞具有两个可选的操作位置：

第一位置，在正常制动条件下，在该第一位置，弹性元件的弹性力超过主腔室中存在的制动流体的液压推力的纵向分量，由此，活塞远离出口端口移动，并且阻塞流出通道，而不阻塞旁路通道，以及

第二位置，在阀单元的致动状态下，在该第二位置，主腔室中存在的制动流体的液压推力具有超过由弹性元件施加的力的纵向分量，由此，活塞朝向出口端口移位并阻塞旁路通道，但不阻塞流出通道。

附图说明

为了清楚地理解本发明，现在将参照附图描述多个优选实施例，这些实施例以示例的方式提供，其中：

图1是示意性表示车辆上的防抱死制动系统的操作的示意图；

图2是根据本发明的第一实施例的阀单元在第一操作状态下的纵向剖视图；

图3至图5示出了在其他操作条件下的图2的阀单元；

图6是根据另一实施例的阀单元的纵向剖视图；以及

图7是根据另一实施例的阀单元的纵向剖视图。

具体实施方式

参照图2至图5，附图标记10总体上表示用于车辆的车轮的防抱死制动系统的ABS阀单元。阀单元10限定了纵向轴线x，并且在本文限定为纵向或轴向的方向上具有细长形状。在该背景中使用的意义上，比如“纵向”和“横向”等术语将参照x轴线来理解。

阀单元10包括由塑料材料制成的主体11(或壳体)，该主体限定了本文称为“纵向”的致动方向。在该示例中，主体11具有整体柱形管状形状，具有第一端部12和与第一端部相对的第二端部13。

主体11的端部12形成出口端口(或离开端口)14和入口端口17，该出口端口可液压地连接到车辆的车轮的制动器的制动卡钳(未示出)，该入口端口可液压地连接到主缸(或主要缸，未示出)，该主缸可操作地与由车辆上的脚踏板或手柄(未示出)控制的致动相关联。

主体11包括主液压腔室15和膨胀腔室16，或副液压腔室。主液压腔室15与出口端口14直接连通，并以可滑动的方式纵向容纳活塞18。

主液压腔室15形成第一端部部段19(或远侧部段)，该第一端部部段具有更靠近出口端口14的直径D1；第二中间部段20，其具有大于直径D1的直径D2；以及第三部段21(或近侧部段)，其具有小于直径D1的直径D3且更远离出口端口14。

活塞18包括容纳在主腔室15的端部部段19中的端部部分22、容纳在主腔室15的中间部段20中的中间部分23以及容纳在主腔室15的近侧部段21中的近侧部分24。

活塞18的端部部分22设置有一对纵向邻近的密封端部垫圈26、27，它们间隔开一小段距离；垫圈26、27与主腔室15的端部部段19滑动接触。活塞18的中间部分23设置有一对中间垫圈28、29，它们纵向相邻并间隔开一小段距离并与主腔室15的中间部段20接合。近侧密封垫圈30安装在活塞的近侧部分24上，从而与主腔室15的近侧部段21密封地接合。

活塞18形成纵向腔体31，该纵向腔体在活塞的面向出口端口14的端部部分的端部表面32和排放到活塞的侧表面上的横向通道33之间延伸穿过活塞。横向通道33流到主液压腔室15的中间部段20上。

在主体11的与具有入口端口17和出口端口14的端部相对的部分13中，主弹性元件34被容纳，该主弹性元件促使活塞18远离出口端口14。

在图2-5的实施例中，主弹性元件34形成为单个压缩弹簧，其在主体11的肩部35和横向衬壁(contrast wall)36之间纵向压缩，该横向衬壁面向肩部35并与肩部纵向间隔开。所示实施例的替代实施例可以包括一个以上的弹性元件，例如两个弹簧，其中一个已经被预加应力并且只有一个被支撑，以便沿着短的纵向行程提供不同水平的预预载荷。

横向衬壁36以横向游隙被接收，并且有利地可在由主体11形成的腔室38内纵向移动。

阀杆37将横向衬壁36连接到活塞18，并使其与该活塞纵向成一体。

主弹性元件34的纵向压缩向左推动横向衬壁36，并且这因此经由阀杆37向左拉动活塞18。

横向衬壁36和肩部35之间的纵向距离可以调节，以改变主弹性元件将活塞18拉动离开出口端口14的纵向弹性力。

根据一个实施例，阀杆37可以制成螺纹阀杆，该螺纹阀杆通过穿过横向衬壁36形成的相应的螺纹通孔39接合。

阀杆37可以具有扩大的末端头部40，该末端头部具有圆形横截面，例如球形，以接合在形成于活塞18的部分24中的相应的凹槽41中。

可以设想调节装置42来调节推动活塞18远离出口端口14的弹性力。调节装置42可以改变横向衬壁36沿着阀杆37的纵向位置，从而调节横向衬壁36和肩部35之间的距离，并因此调节主弹性元件34的长度及其压缩。通过借助于调节装置42在给定的旋转方向上绕其纵向轴线37A旋转阀杆37，从而进一步压缩主弹性元件34并因此使其纵向缩短，因此增加了使活塞18远离出口端口14移动的牵引力。相反，通过在相反的旋转方向上旋转阀杆37，主弹性元件34被减压并被允许纵向伸长，从而减小了使活塞18远离出口端口14拉动的牵引力。

阀杆37具有优选地相对于活塞18的纵向中心轴线18A偏心的中心纵向轴线37A。以这种方式，在调节横向衬壁36的位置的阶段期间，传递给阀杆37的绕其轴线37A的旋转不会导致活塞18也绕其轴线18A的不期望的旋转(这会导致安装在活塞18上且作用在主液压腔室15的壁上的密封垫圈磨损)。作为前述轴线偏心布置的替代方案，不同的实施例(未示出)可以提供防旋转元件，例如从活塞18和/或横向衬壁36径向突出的横向齿。

横向衬壁36和腔室38的边缘之间的横向游隙是期望的，以减少活塞18与壁36一起纵向运动期间的摩擦。为了确保施加到阀杆37的旋转引起相对于衬壁36的拧紧或拧松，优选的是，壁36的外周边缘的至少一部分与轴线37A的横向距离P1大于轴线37A和腔室38的内表面之间的最小横向距离P2。以这种方式，当阀杆37旋转时，腔室38的内表面用作衬壁以旋转地阻挡横向壁36。

根据一个实施例，旋转螺纹阀杆37的调节装置42包括由安装在车辆上的电子控制单元(ECU，图1)控制的电驱动器，该电驱动器可以根据需要调节主弹性元件34的弹性力，如下所述。

在主腔室15中，存在于更靠近出口端口14的第一端部部段19中的制动流体作用在活塞18的圆形的面积上，该圆形具有由垫圈26、27限定的直径D1的圆周。存在于第一部段中的在出口端口14和密封垫圈27之间的制动流体在活塞18上施加纵向推力，该纵向推力指向附图中的左侧(方向A)，远离出口端口14。

包含在主腔室15的第二中间部段20中的制动流体在活塞的由圆环冠部确定的面积上施加纵向液压推力，该圆环冠部具有直径D2的外圆周，所述直径对应于主腔室15的第二中间部段20的直径，以及直径D3的内圆周，所述直径对应于主腔室15的远离出口端口14的第三部段21的直径。主腔室的第二中间部段20中的制动流体的液压推力指向附图中的右侧，并推动活塞18更靠近出口端口14。

主腔室的相应三个部段19、20和21的直径D1、D2和D3，以及活塞18的相应部分22、23和24的直径被选择成使得由直径D2和D3限定的圆环冠部的面积大于具有直径D1的圆形的面积。因此，作用在活塞18上的总液压推力具有作用在活塞18上的纵向合力，该纵向合力推动该活塞更靠近出口端口14。

因此，作用在活塞18上的总液压推力指向与主弹性元件34产生的应力相反的方向，该主弹性元件作用在活塞18上使其远离出口端口14。

第一旁路通道50形成在阀组件的主体11中并通向主液压腔室15的端部部段19，使该腔室与入口端口17流体连通。流出通道51形成在阀单元的主体11中并通向主液压腔室15的中间部段20，使该腔室与膨胀腔室16流体连通。

膨胀腔室16容纳具有密封垫圈62的浮动阀元件61，其以纵向可滑动的方式与膨胀腔室16的柱形部分63接合。浮动阀元件61可在膨胀腔室16内在更靠近入口端口17形成的肩部64和远离入口端口17的横向壁67之间移动。

流出通道51在被定位成在纵向上更靠近入口端口17的点处流动到膨胀腔室16。流出通道51在膨胀腔室16的柱形部段63的第一端部处开口，远离入口端口17。

副弹簧元件66(比如压缩弹簧)被弹性地压缩在浮动阀元件61和阀体32的横向壁67之间。副弹簧元件66在方向B上朝向主体11的端部12，因此朝向入口端口17推动浮动阀元件61。如下所述，加压的制动流体从主腔室15引入到膨胀腔室16中使得浮动阀元件61在方向A上移动，从而纵向远离出口端口14和入口端口17，与副弹簧元件66的力相反，这导致主腔室15中的压力和从出口端口14延伸到制动卡钳的液压回路的分支中的压力立即降低。

膨胀腔室16通过形成在主体11中的通路68与入口端口17流体连通，其中单向阀69安装在膨胀腔室16和入口端口17之间。单向阀69包括球70和弹簧71，该弹簧将球70远离入口端口17推动，从而封闭通路68。单向阀69允许制动流体仅在一个方向上从膨胀腔室16流向入口端口17。

在图示的实施例中，出于构造原因，在主体32中切出横向通道72，以便于旁路通道50的构造。横向通道72由用73示意性表示的塞子永久封闭。

出于结构原因，主体11可以包括两个或更多个互补部分，在这个示例中是主要部分11a和连接部分11b。主要部分11a形成主液压腔室15、膨胀腔室16和入口端口17以及出口端口14。连接部分11b借助于垫圈74紧密地联接到主要部分11a。

图2示出了在正常制动条件下的阀单元10，即，当车辆正在制动，但是从出口端口14接收制动流体的车轮未被锁定，因此不会打滑。由于纵向贯通的腔体31，制动流体填充在主腔室15的第一末端部段19和第二中间部段20中。主弹性元件34施加将活塞18向左侧(方向A)拉动的动作，从而克服液压推力，该液压推力作为整体产生倾向于将活塞18向右侧(方向B)推动的合力。

对于正常制动条件下(即，未达到被制动车轮的锁定条件)出现的中等液压力，由作用在推力面积上的压力给出的液压推力具有合力，该合力具有相对于由主弹性元件34施加的纵向力强度较小的纵向分量，所述推力面积由直径为D2和D3的圆环冠部的面积和直径为D1的圆形的面积之间的差给出。

在正常制动条件下，主弹性元件34的弹性力超过液压推力，并保持活塞18向左移位远离出口端口14，处于静止位置(或缩回位置)。在静止位置，活塞18可以邻接抵靠由主体11形成的横向肩部75。

当活塞18处于静止位置(图2)时，该活塞不阻塞旁路通道50，从而允许制动流体从入口端口17直接输送到出口端口14。防抱死制动系统未启动。在活塞的静止位置，主腔室15和膨胀腔室16之间的流出通道51在活塞18的第二部分23上的两个垫圈28、29之间关闭。

在车轮抱死制动情况下，主液压腔室15中存在的制动流体的压力上升、达到并超过一个值，由此从左和右作用在活塞18上的总液压推力的合力具有相对于由主弹性元件34施加的弹性力的强度更大且方向相反的纵向分量。因此，主液压腔室15中的制动流体压力向右推动活塞18(图3中的方向B)，使其远离出口端口14移动，以进一步压缩主弹性元件34。

活塞18通过朝向出口端口14移动，关闭垫圈26、27之间的旁路通道50(图3)，从而中断了制动流体通过阀单元从主缸到制动卡钳的流动。同时，活塞18打开主腔室15和膨胀腔室16之间的流出通道51，由此一些制动流体从主液压腔室15排放到膨胀腔室16。

进入膨胀腔室16的制动流体的压力推动浮动阀元件61远离入口端口17(向左，方向A)，从而克服副弹簧66的弹性力。膨胀腔室16的容积随后增加，结果，主腔室15中的制动流体压力瞬间降低。

由于活塞18中的纵向贯通腔体31，主液压腔室15中的压力降低也同时降低了从出口端口14延伸到制动卡钳的液压回路的分支中的制动流体压力。因此，由制动卡钳施加的制动力减小，从而解锁车轮。

主液压腔室15中的压力降低导致主弹性元件34的弹性力再次超过液压推力的纵向合力，由此主弹簧元件34松弛，将活塞18再次向左侧拉动远离出口端口14，从而重新打开旁路通道50并关闭流出通道51。结果，主缸再次与制动卡钳流体连通。

当旁路通道50重新打开时，膨胀腔室16(图2)仍然包含一些制动流体，由于浮动阀元件61已经沿方向A移动。包含在膨胀腔室16中的制动流体的体积必须返回到液压回路，使得制动控制装置(脚或手柄)可以返回到其初始静止位置。释放制动控制装置降低了液压回路中的压力，使得副弹簧66可以膨胀并将浮动阀元件61朝向入口端口17移动(方向B)，基本上排空膨胀腔室16(图2)并将制动流体重新引入到液压回路中。单向阀69使得膨胀腔室16的排空成为可能，该单向阀由于与球70相关联的弹簧71的作用而自动关闭。

在图2-5所示的实施例中，使活塞18移动并因此触发防抱死功能的最小力是可调节的。根据需要，通过向主弹性元件34施加更大或更小的弹性预载来进行调节。如果主弹性元件34的压缩预载荷低，则主腔室15中的制动流体的液压力的相对较低的水平将足以克服保持活塞18(向左)远离出口端口14的弹性阻力。在该示例中，借助于调节装置42可实现低水平的预载，该调节装置在使横向衬壁36远离横向肩部35的方向上转动阀杆37(图4)。当主弹性元件34的纵向长度较大时，该弹性元件保持活塞静止的压缩力较低。因此，不高的峰值液压力将足以触发ABS系统。当车辆行驶在湿滑、结冰或未铺砌的道路上时，这种低压调节是优选的，在这些道路上，制动的车轮在适度的液压力下更容易抱死。

相反，对于在铺砌的路面上行驶，具有较高的抓地系数，车轮在较高的液压力水平下出现打滑情况。因此，对于在不滑的沥青道路上行驶，主弹性元件34上的预载可以通过借助于调节装置42旋转阀杆37来增加，以这种方式使得横向衬壁36更靠近横向肩部35，从而缩短并进一步预压缩主弹性元件34。主弹性元件34的纵向长度越短，该弹性元件将活塞18保持在其静止位置的压缩力就越大。因此，需要更高的峰值液压力来克服弹性力并触发ABS系统。

在调节装置42是可电动控制的实施例中，当ECU接收到来自车轮传感器的表示锁定或打滑情况的速度信号时，调节装置可以通过来自车辆的车载电子处理单元(ECU)的电信号被启动。

阀杆37和横向衬壁36与活塞18在纵向上成一体。优选地，调节装置42可旋转地联接到阀杆37，但是与该阀杆在纵向上脱离，例如借助于花键轴向联接件44，从而不增加与活塞18在纵向上一体的惯性质量。

应当理解，ABS系统甚至可以在没有电动控制和电力供应的情况下被启动，因为主液压腔室15中的制动流体的压力导致活塞18介入。一些实施例(比如图2-5所示的实施例)提供了根据道路表面状况设定ABS阀单元的干预水平的能力。

简化的实施例可以设想在没有电力供应的情况下在车辆上实施ABS阀单元。根据替代实施例，调节装置42可以包括手动可旋转旋钮42(图6)，其允许用户选择主弹性元件34的预压缩的程度，从而选择作用在活塞18上的弹性力。实施例可以提供在多个预定角度位置之间旋转旋钮42的可能性，每个预定角度位置对应于主弹性元件的相应的预压缩水平。

作为阀杆37和横向衬壁36之间的螺纹联接件39的替代方案，可以使用借助于具有凸轮表面的构件的调节。

根据不需要电力供应的另一实施例(图7)，将活塞18拉离出口端口14的主弹性元件34可以形成为牵引弹性元件，其具有约束到活塞18的第一端部和约束到横向衬壁36的第二端部。横向衬壁可以相对于主体11固定，或者在纵向位置上是可调节的，以调节主弹性元件34的预张紧，从而根据需要调节当活塞远离出口端口时作用在活塞上的牵引力。

根据其他实施例(未示出)，调节装置42可以与为牵引弹簧的主弹性元件34相关联，以调节其预张紧。

虽然已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解，该公开内容仅仅是为了说明的目的而提供的，并且本发明不应该因此受到任何限制。根据上述示例，各种变化对于本领域技术人员来说将变得清楚。本发明的范围仅由所附权利要求限定。