用于电动骑行车辆的防抱死制动系统及其防抱死装置

摘要

本发明公开了一种用于电动骑行车辆的防抱死制动系统及其防抱死装置，所述防抱死制动系统具有设置在车辆手把上并且适于被操作而产生制动力的制动触发元件，所述防抱死装置与所述制动触发元件相关联地设置在车辆手把上，并被构造成适于在车辆制动时车轮被制动元件抱死的情况下执行防抱死操作，以产生施加在所述制动触发元件上的用于抵消所述制动力的作用力；所述防抱死装置包括用于产生所述作用力的电动机以及可能有的用于将所述电动机的输出转动减速的变速器。本发明通过简单的结构可靠地实现电动骑行车辆制动时的车轮防抱死。

说明书

技术领域

本申请涉及一种电动骑行车辆防抱死制动系统及其防抱死装置。

背景技术

电动骑行车辆是以电力为驱动源的骑行车辆，包括电动自行车、电动 摩托车、电动三轮车、电动踏板车等。电动骑行车辆在紧急刹车时，制动 力过大，车轮容易发生抱死现象，使电动骑行车辆失去转向能力、发生侧 滑甩尾，导致骑行者不能继续控制电动骑行车辆，引发交通事故。在潮湿 路面或冰雪路面上刹车时，因车轮制动抱死导致的失控、失稳的现象更常 发生。

防抱死装置在制动时能够提高电动骑行车辆的安全性和操控能力，保 持转向能力从而降低电动骑行车辆的事故。如果电动骑行车辆上安装了防 抱死装置，轮速传感器检测到有可能发生车轮抱死情况时，该防抱死装置 可在很短的时间内降低抱死车轮上的制动力，防止车轮抱死。

目前，电动骑行车辆大多采用机械或液压制动系统，因此大多数防抱 死制动装置是针对这两种制动系统设计，其结构和工作原理是在各车轮分 别设置传感器，传感器将制动时各车轮的动态信息迅速传递到设置在电动 骑行车辆的中央处理单元，进行处理后通过控制系统，适时控制制动系统 的工作状态来实现制动防抱死操作。目前的制动防抱死系统大多结构复杂， 成本高，且操作可靠性有待提高。

因此，有必要设计一种简单可靠的防抱死制动系统。

发明内容

本申请的目的在于克服现有的技术的不足，提供一种电动骑行车辆防 抱死制动系统及其防抱死装置，其通过简单的结构可靠地实现电动骑行车 辆制动时的车轮防抱死。

为实现此目的，本申请在一个方面提供了一种用在电动骑行车辆的防 抱死制动系统中的防抱死装置，所述防抱死制动系统具有设置在车辆手把 上并且适于被操作而产生制动力的制动触发元件，所述防抱死装置与所述 制动触发元件相关联地设置在车辆手把上，并被构造成适于在车辆制动时 车轮被制动元件抱死的情况下执行防抱死操作，以产生施加在所述制动触 发元件上的用于抵消所述制动力的作用力；所述防抱死装置包括用于产生 所述作用力的电动机以及可能有的用于将所述电动机的输出转动减速的变 速器。

根据一种可行实施方式，所述制动触发元件包括围绕所述驱动销安装 并且可绕所述驱动销转动的刹把，所述防抱死装置还包括与所述电动机或 变速器的输出端耦合的可转动的驱动销，所述驱动销作用于所述刹把。

根据一种可行实施方式，所述驱动销包括圆柱形本体以及从所述圆柱 形本体径向伸出的齿部；并且，所述刹把中形成有内孔，所述内孔包括套 装于圆柱形本体上的轴孔部和从所述轴孔部径向伸出的扇形槽，所述齿部 位于所述扇形槽中并且可在所述扇形槽中相对于所述刹把在一角度范围内 转动。

根据一种可行实施方式，所述角度等于所述扇形槽的两个对置槽壁之 间限定的扇角；并且，所述电动机通过所述驱动销推抵于所述对置槽壁之 一而向所述刹把施加与所述制动力方向相反的作用力；优选地，所述电动 机通过所述驱动销推抵于所述对置槽壁中的另一个而向所述刹把施加与所 述制动力方向相同的作用力。

根据一种可行实施方式，所述齿部包括从所述圆柱形本体径向相反地 伸出的一对齿部，所述扇形槽包括从所述轴孔部径向相反地伸出的一对扇 形槽，每个齿部分别位于一个相应的扇形槽中。

根据一种可行实施方式，所述防抱死装置还被构造成还能够执行联动 制动操作，用于为车轮产生辅助制动力。

本申请在其另一方面提供了一种用于电动骑行车辆的防抱死制动系 统，包括：制动单元，其包括设置在车辆手把上并且适于被操作而产生制 动力的制动触发元件、用于对车轮进行制动操作的制动元件、布置在制动 触发元件与制动元件之间的用于将所述制动力传递到制动元件的制动力传 递元件；以及与所述制动触发元件相关联地设置在车辆手把上的防抱死装 置，其被构造成适于在车辆制动时车轮被制动元件抱死的情况下执行防抱 死操作，以产生施加在所述制动触发元件上的用于抵消所述制动力的作用 力。

所述防抱死制动系统中的防抱死装置优选为前面描述的防抱死装置。

根据一种可行实施方式，所述防抱死制动系统还包括微控制器，其基 于车辆的制动状态判断车轮是否被抱死，并且在车轮被抱死时启动所述防 抱死装置以解除抱死状态。

根据一种可行实施方式，所述防抱死制动系统还包括与所述微控制器 相连的制动状态检测元件，其检测电动骑行车辆的制动状态，所述微控制 器基于所述制动状态检测元件的检测信号判断车轮是否被抱死。

根据一种可行实施方式，所述制动状态检测元件包括轮速传感器，其 安装于电动骑行车辆上，用以检测车轮速度，所述检测信号包括所述车轮 速度。

根据一种可行实施方式，所述制动状态检测元件还包括刹车灯开关传 感器，用于检测刹车灯开关通断状态，所述微控制器基于刹车灯开关通断 状态确定电动骑行车辆是否发生制动。

根据一种可行实施方式，所述微控制器与电动骑行车辆的中央控制单 元相连或组合在所述中央控制单元中。

根据一种可行实施方式，所述制动单元为机械制动单元，其中所述制 动力传递元件为刹车线；或者，所述制动单元为液压制动单元，其中所述 制动力传递元件为制动液管线。

根据一种可行实施方式，所述防抱死制动系统包括与电动骑行车辆的 不同车轮分别关联设置的制动单元和防抱死装置；并且，当与一个车轮相 关联的制动单元执行制动操作时，与其它车轮相关联的防抱死装置执行联 动制动操作，以便为其它车轮产生制动力。

本申请的防抱死制动系统及其防抱死装置，能够检测车轮抱死状况， 并且通过防抱死装置产生与人工制动力相反的作用力，可及时降低存在抱 死状况的车轮上的制动力，有效防止车轮抱死状况，结构简单，成本低， 操作可靠。

此外，本申请的防抱死制动系统中的防抱死装置设置在电动骑行车辆 的手把上，从而与同样设在手把上的制动触发元件直接关联，从而能够更 可靠地、更快速地产生防抱死动作。

附图说明

本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更 完整地理解和了解，在附图中：

图1是根据本申请的一种可行实施方式的适用于电动骑行车辆机械制 动系统的防抱死装置的基本组成的示意图。

图2是根据本申请的另一种可行实施方式的适用于电动骑行车辆液压 制动系统的防抱死装置的基本组成的示意图。

图3是根据本申请的一种可行实施方式的电动骑行车辆防抱死机械制 动系统的总体构架示意图。

图4是根据本申请的机械制动系统的常规制动状态的示意图。

图5是根据本申请的机械制动系统的防抱死操作状态的示意图。

图6是根据本申请的机械制动系统的联动制动状态的示意图。

图7是根据本申请的另一种可行实施方式的电动骑行车辆防抱死液压 制动系统的总体构架示意图。

图8是根据本申请的液压制动系统的常规制动状态的示意图。

图9是根据本申请的液压制动系统的防抱死操作状态的示意图。

图10是根据本申请的液压制动系统的联动制动状态的示意图。

具体实施方式

下面将对本申请的适用于电动骑行车辆的防抱死制动系统及其防抱死 装置进行描述。

总体上讲，根据本申请的电动骑行车辆防抱死制动系统包括制动单元、 微控制器、制动状态检测元件以及防抱死装置等。

制动单元可以是常用的机械制动单元或液压制动单元。制动单元包括 设置在电动骑行车辆的手把上的制动触发元件（例如刹把、刹车按钮等）， 其可被骑行者操作而产生制动力。该制动力可以由骑行者产生，也可以是 驱动装置例如电动机产生。制动力通过制动力传递元件传递到车轮处的制 动元件。在机械制动单元中，制动力传递元件为刹车线，而在液压制动单 元中，制动力传递元件为制动液管线。

制动系统通常还设有刹车灯，其由与制动单元中的动作元件（例如制 动触发元件）关联的刹车灯开关控制。在执行制动操作时，刹车灯开关接 通，以将刹车灯点亮，从而向电动骑行车辆后面的人员提示刹车操作。

制动状态检测元件用于检测电动骑行车辆的制动状态，包括用于检测 车轮速度的轮速传感器、用于检测刹车灯开关通断状态的刹车灯开关传感 器等等。

微控制器与制动状态检测元件和防抱死装置相连，用于接收来自制动 状态检测元件的检测信号，由此判断车辆制动过程中是否发生抱死现象， 即车轮被制动单元锁死，并且在发生抱死时启动防抱死装置的防抱死操作。 微控制器可以与电动骑行车辆的电子控制单元相连，或者组合在电子控制 单元中。

根据本申请的防抱死装置分为适用于机械制动系统的防抱死装置和适 用于液压制动系统的防抱死装置。

电动骑行车辆的制动触发元件的一个具体例子是装在左右手把上的刹 把。刹把的形式主要有两种，一种是环绕手把并且可绕手把的中心轴线枢 转的套筒，另一种是通过枢轴安装在手把上并且可绕一条与手把的中心轴 线垂直的枢转轴线枢转的扳柄。本申请将以扳柄形式的刹把作为制动触发 元件的具体例子进行图示和描述，但可以理解，本申请的原理同样适用于 其它形式的制动触发元件。

根据本申请的一个具体实施方式，防抱死装置设置在电动骑行车辆的 手把上，并且与刹把相关联。

图1中示出了机械制动系统的刹把4及相关的防抱死装置10，其中， 刹把4处于释放状态。

该防抱死装置主要包括电动机1、变速器2和驱动销3。

变速器2可以是相对于电动机1独立的部件，二者组合在一起。或者， 可以采用能够输出低转速的电动机（例如，电动机本身带有变速器）。电动 机1和可能有的变速器2通过支架固定在车辆的手把20上。

电动机1可被控制而双向转动。变速器2的输入端与电动机1的输出 轴相连，变速器2的输出端与驱动销3相连，用以将电动机1的高转速/低 扭矩的双向输出转动转换为驱动销3的低转速/高扭矩的双向转动。作为示 例，变速器2可以包括齿轮机构（一级或多级）、蜗轮蜗杆机构等。

驱动销3具有圆柱形本体3a，其限定出驱动销3的枢转轴线（大体垂 直于手把20的中心轴线，但优选不相交），以及从圆柱形本体3a径向相反 地伸出的一对齿部3b。需要指出，仅设有一个齿部3b或是两个以上的齿部 3b也是可行的。

刹把4以可绕驱动销3枢转的方式安装在驱动销3上，驱动销3的枢 转轴线也即刹把4的枢转轴线。具体而言，刹把4中形成有内孔5，该内孔 5包括套装于圆柱形本体3a上的轴孔部5a和从轴孔部5a径向相反地伸出 的一对扇形槽5b。轴孔部5a以可相对转动的方式与圆柱形本体3a配合。 每个扇形槽5b中容纳着相应的一个所述齿部3b，该齿部3b可绕所述枢转 轴线在扇形槽5b内转动一定角度，该角度取决于扇形槽5b的两个对置槽 壁之间限定的扇角。

在骑行者需要刹车时，可沿刹车动作方向（图1中的顺时针方向，图4 中以箭头R1表示）搬动刹把4，使之绕所述枢转轴线转动，利用与刹把4 相连的刹车线7带动车轮处的制动元件向车轮施加制动力，从而对车轮进 行制动操作。在出现车轮被制动元件抱死的现象时，电动机1被启动而沿 第一方向转动，以使得驱动销3沿着与刹把4的刹车动作方向相反的抱死 解除方向（图1中的逆时针方向，图5中以箭头R2表示）转动，以迫使刹 把4回转一个小角度，从而至少部分地抵消所述制动力，以便解除抱死现 象。

图2中示出了液压制动系统的刹把4及相关的防抱死装置10，其中， 刹把4处于释放状态。该防抱死装置与图1中的防抱死装置具有基本相同 的结构。从图2中可以看出，机械和液压制动系统的刹把4的具体结构有 所不同，以适应于不同的防抱死装置。

图3示出了包含上述防抱死装置的机械制动系统的示意性结构。在图3 中，电动骑行车辆的一对防抱死机械制动系统被显示，每个机械制动系统 用于对前后车轮6之一进行制动。

图3中示出了右侧的手把20和与其相关的用于前车轮6的机械制动系 统，以及左侧的手把和与其相关的用于后车轮6的机械制动系统。

如图3所示，每个机械制动系统的刹车线7在其一端连接着刹把4，在 另一端连接着杠杆9，杠杆9用于驱动鼓式制动器11。中央控制单元或微 控制器30接收来自轮速传感器8的检测信号（前车轮轮速WSS_F和后车 轮轮速WSS_R）和刹车灯开关传感器（未示出）的检测信号（前车轮刹车 灯开关信号BLS_F和后车轮刹车灯开关信号BLS_R），并且向防抱死装置 10（其电动机）发送控制信号（前车轮防抱死控制信号PWM_F、后车轮防 抱死控制信号PWM_R以及其它操作控制信号）。

本申请的防抱死机械制动系统能够实现如下三种功能：图4所示的常 规制动，图5所示的防抱死操作，以及图6所示的联动制动操作。

在图4所示的常规制动操作时，骑行者沿箭头F所示方向（使刹把4 朝向手把20闭合的方向）向一或两个刹把4施加制动力，刹把4将绕所述 枢转轴线沿刹车动作方向R1（朝向手把20的方向）转动，刹车线7将被 张紧，从而杠杆9被刹车线7拉动，最终制动力将被加载于鼓式制动器11。

由于驱动销3的齿部3b和刹把4的扇形槽5b之间存在足够的空转空 间，扇形槽5b的槽壁在此期间将不触及驱动销3。扇形槽5b的扇角对于确 保常规制动而言非常关键。如果该扇角不够大，将导致刹把4在常规制动 的后期经内孔5拖曳驱动销3一起沿所述刹车动作方向R1转动。

轮速传感器8采集轮速信号。集成于刹把4上的刹车灯开关传感器检 测骑行者的制动指令。微控制器30确定车轮6的速度、减速度和制动滑移 率以及电动骑行车辆的参考车速，由此判断出电动骑行车辆的运动状态， 并且在必要的情况下控制刹车制动装置的电动机1沿第一方向转动，以便 执行图5所示的防抱死操作。

具体而言，当骑行者在紧急状况下对车轮施加全力制动时，尤其是在 湿或低摩擦系数表面上时，典型地将产生车轮抱死现象。微控制器30将全 时监视车轮的状态，一旦出现车轮抱死的趋势并且进入车轮防抱死条件的 阈值被达到或满足，微控制器30将向防抱死装置10发送指令，该防抱死 装置10将迫使驱动销3沿抱死解除方向R2转动以克服骑行者施加于刹车 线7的力的一部分，因而减少施加于车轮6的制动力。

轮速传感器8分别安装于电动骑行车辆的前后车轮上，用以检测前后 车轮速度。轮速传感器8可以是任何速度传感器，例如磁电式传感器、光 电式传感器等。在一种可行实施方式中，轮速传感器8是霍尔传感器，电 动骑行车辆的齿圈上的齿经过轮速传感器8时，轮速传感器8发出轮速传 感器信号，例如矩形脉冲波。

微控制器30与轮速传感器8和刹车灯开关传感器相连。微控制器30 基于前后轮速传感器信号（WSS_F，WSS_R）和前后刹车灯开关信号 （BLS_F，BLS_R）完成前后车轮轮速计算、参考车速计算、车轮滑移率 计算，并实施监测车轮状态，以及在车轮出现抱死倾向时向防抱死装置发 送指令以触发防抱死动作，其中，如前所述，电动机1被启动而沿第一方 向转动，使得驱动销3沿着与刹把4的刹车动作方向R1相反的抱死解除方 向R2转动，从而驱动销3的齿部3b接触到扇形槽5b的两个对置槽壁中相 应的一个，由此带动刹把4回转一个小角度，从而至少部分地抵消所述制 动力，以便解除抱死现象。

在电动机1执行了抱死解除动作之后，如果微控制器30判断出解除车 轮防抱死条件的阈值被满足，则微控制器30将切断供应给电动机1的电流， 驱动销3沿抱死解除方向R2的转动将被终止，并且如果仍然有骑行者的制 动力施加于刹把4，则驱动销3将被沿刹车动作方向R1拉回。并且，当再 次出现车轮抱死的趋势时，防抱死装置10再一次重复上述动作。因此，在 防抱死制动的整个过程中，防抱死装置10可以重复相同的操作。

如前所述，本申请的防抱死机械制动系统还能够实现图6所示的联动 制动操作。

联动制动操作是一种主动制动操作。当骑行者在一个车轮上施加紧急 制动时，制动系统将与另一个车轮相关的防抱死装置10用作联动制动装置， 其自动将电动机1的输出扭矩转化为施加在所述另一车轮上的机械制动力。 这样，制动距离将显著减小。一旦联动制动功能被触发，微控制器30将向 与所述另一车轮相关的防抱死装置10发送指令，该防抱死装置10的电动 机1沿与第一方向相反的第二方向转动，以迫使驱动销3沿所述刹车动作 方向R1转动，从而将作用力施加到刹把4，而刹把4通过刹车线7将该作 用力产生的制动力加载于所述另一车轮上的鼓式制动器11，以降低电动骑 行车辆的速度。

作为一种可行实施方式，当骑行者在任何一个车轮上施加紧急制动时， 制动系统将与前后车轮相关的防抱死装置10都用作联动制动装置，其自动 将各自电动机1的输出扭矩转化为施加在前后车轮上的机械制动力。

图7中示出了右侧的手把20和与其相关的用于前车轮（本图中未示出） 的液压制动系统，以及左侧的手把和与其相关的用于后车轮（本图中未示 出）的液压制动系统。

如图7所示，设置在手把20上的制动主缸14中充有制动液，并且制 动主缸14在上方通过连通孔16a与制动液贮存器16连通。制动主缸14中 设有活塞15。当骑行者向刹把4施加力时，活塞15通过与其相连的活塞杆 15a被刹把4推动而在制动主缸14中沿着减小制动主缸容积的方向向前移 动。起初，会有一些制动液通过所述连通孔16a进入制动液贮存器16中。 随着活塞15进一步向前移动，其封闭了所述连通孔16a，此后，制动主缸 14中的制动液被活塞推压而通过制动液管线朝向车轮制动缸流动，该车轮 制动缸中的活塞推动制动钳12，以使制动钳12朝向车轮（未示出）上的制 动盘13移动，制动力最终将被加载到车轮上。

液压制动系统的其它构造与前面描述的机械制动系统类似。

本申请的防抱死液压制动系统也能实现下面描述的三种功能：图8所 示的常规制动，图9所示的防抱死操作，以及图10所示的联动制动操作。

液压制动系统的上述三种操作与前面描述的机械制动系统类似，因此 下面仅简要介绍。

在图8所示的常规制动操作中，骑行者沿箭头F所示方向（使刹把4 朝向手把20闭合的方向）向一或两个刹把4施加制动力，刹把4将绕所述 枢转轴线沿刹车动作方向R1（朝向手把20的方向）转动，刹把4推动活 塞15在制动主缸14中向前移动，最终液压制动力将被加载于制动盘13。

微控制器30将全时监视车轮的状态，一旦出现车轮抱死的趋势并且达 到或满足进入车轮防抱死条件的阈值，微控制器30将向防抱死装置10发 送指令，以执行图9所示的防抱死操作，其中，防抱死装置10迫使驱动销 3沿抱死解除方向R2转动，以便克服骑行者施加在刹把4上的力的一部分， 并且进而减小施加于活塞15的力，同时降低制动主缸14中的压力，最终 解除加载于车轮上的力的一部分。此时段之后，当解除车轮防抱死条件的 阈值被满足，微控制器30将切断供应给电动机1的电流，驱动销3沿抱死 解除方向R2的转动将被终止，并且如果仍然有骑行者的制动力施加于刹把 4，则驱动销3将被沿刹车动作方向R1拉回。并且，当再次出现车轮抱死 的趋势时，防抱死装置10再一次重复上述动作。因此，在防抱死制动的整 个过程中，防抱死装置10可以重复相同的操作。

在图10所示的联动制动操作中，当骑行者在一个车轮上施加紧急制动 时，制动系统将与另一个车轮相关的防抱死装置10用作联动制动装置，其 自动将电动机1的输出扭矩转化为施加在所述另一车轮上的液压制动力。 这样，制动距离将显著减小。一旦联动制动功能被触发，微控制器30将向 与所述另一车轮相关的防抱死装置10发送指令，该防抱死装置10的电动 机1沿与第一方向相反的第二方向转动，以迫使驱动销3沿所述刹车动作 方向R1转动，从而将作用力施加到刹把4，而刹把4将推动活塞15，制动 主缸14中的压力将增大，并且进一步导致车轮制动缸中的压力升高，最终 制动力被加载于车轮，以降低电动骑行车辆的速度。

作为一种可行实施方式，当骑行者在任何一个车轮上施加紧急制动时， 制动系统将与前后车轮相关的防抱死装置10都用作联动制动装置，其自动 将各自电动机1的输出扭矩转化为施加在前后车轮上的液压制动力。

根据本申请，为前车轮和后车轮分别设置根据本申请的防抱死制动系 统，用以防止前车轮和后车轮抱死。可以理解，根据本申请的防抱死制动 系统对于安装于其它位置的车轮也可以执行防抱死功能。例如，可根据实 际需要，可仅在前后车轮之一上采用本申请的防抱死制动系统。根据另一 种可行实施方式，在前后车轮之间具有中间轮的情况下，可在前后车轮和 中间轮中的至少一个上采用本申请的防抱死制动系统。

根据本申请的防抱死制动系统适用于任何使用机械和液压制动系统的 电动骑行车辆。根据本申请的防抱死制动系统的微控制器的硬件和软件可 以单独设置，也可以集成于电动骑行车辆已有的电子控制单元中。

本申请的防抱死制动系统采用微控制器检测车轮抱死状况，通过防抱 死装置产生与人工制动力相反的作用力，可及时降低存在抱死状况的车轮 上的制动力，有效防止车轮抱死状况，结构简单，成本低，操作可靠。

此外，本申请的防抱死制动系统还能将防抱死装置用作联动制动装置， 以产生与人工制动力相同的辅助制动力，从而能够更快速地使电动骑行车 辆减速或停止。

本申请的防抱死制动系统中的防抱死装置设置在电动骑行车辆的手把 上，从而与同样设在手把上的制动触发元件直接关联，从而能够更可靠地、 更快速地产生防抱死动作。

虽然基于特定的实施方式显示和描述了本申请，但本申请并不限制于 所示出的细节。相反地，在权利要求及其等同替换的范围内，本申请的各 种细节可以被改造。