CN113631438A - 电液调节阀踏板组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种改进的电液调节阀踏板组件。该踏板组件适于通过踏板的促动而手动控制液压流体的流动、通过螺线管的促动而电动地控制液压流体的流动，或者通过踏板的促动和螺线管的促动的组合来控制液压流体的流动。在一个实施例中，踏板组件包括：踏板，该踏板以可枢转方式安装到底座；推杆，该推杆可操作地联接到踏板；滑阀，该滑阀被构造用以响应于推杆的位置而改变液压输出；以及螺线管，该螺线管被磁联接到推杆。该踏板组件非常适用于电子液压制动控制系统，包括用于防抱死制动、紧急制动和自主操作的制动电子控制单元。

Description

电液调节阀踏板组件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年4月17日提交的美国临时专利申请No.62/835,215的优先权和所有优点，其内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种电液调节阀踏板组件，以实现期望的制动需求并用于其它应用。
背景技术
多种阀被设计用于配备有液压动力装置的车辆。例如，已知为林业设备、农业设备、建筑设备、军事设备和采矿设备提供踏板促动的液压阀。这些液压阀可以与地装式踏板或悬置式踏板一起安装，以提供正常制动和紧急制动并操作工业设备。
用于踏板促动液压阀的液压回路通常包括泵或蓄能器并且包括制动系统或工业工具。如果使用蓄能器，蓄能器可以包括充注阀以向液压制动阀提供加压液压流体。已知的液压制动调节阀包括压力端口、储罐端口和工作端口。这些阀由阀芯机械促动，以用于控制加压液压流体流动到工作端口，以供制动系统或工业工具使用。
尽管踏板促动的液压阀被广泛接受，但仍然持续需要可以更好地集成到电子控制系统(包括防抱死制动(ABS)系统和自动驾驶系统)中的改进的液压踏板调节阀组件。特别地，仍然持续需要能够响应脚踏板促动和电控制输入两者来提供液压压力的液压踏板组件。
发明内容
提供了一种改进的电液调节阀踏板组件。电液踏板组件适于通过促动踏板来手动地控制液压流体的流动和通过促动螺线管来电动地控制液压流体的流动。踏板组件非常适用于电子控制系统，包括用于ABS制动、紧急制动、自主操作和其它应用的制动电子控制单元(ECU)。
在一个实施例中，电液踏板组件包括：推杆，该推杆被机械地联接到踏板；螺线管，该螺线管被磁性联接到推杆(具有磁电枢)；以及滑阀，该滑阀被构造用以响应于由推杆施加的力而改变液压输出。螺线管围绕磁电枢的至少一部分以用于施加磁力并在第一(向下)方向上驱动推杆，磁力与供应到螺线管的电流成比例。滑阀包括同心地布置在阀体内的阀芯，使得推杆在第一(向下)方向上的运动引起阀芯在第一(向下)方向上的对应运动。在该位置，滑阀提供压力端口与工作端口之间的流体连通。复位弹簧将滑阀返回到中性位置。在中性位置，滑阀提供工作端口与储罐端口之间的流体连通。
在当前实施例中，电液踏板组件包括三位液压滑阀，该三位液压滑阀具有两个阀操作器：踏板和螺线管。液压阀包括：工作端口，该工作端口联接到工作单元；压力端口，该压力端口联接到液压泵；以及储罐端口，该储罐端口联接到液压容器。在第一阀位置，工作端口联接到储罐端口以防止不希望的压力积聚促动工作单元。在第二阀位置，所有三个端口都相互关闭。在第三阀位置，压力端口联接到工作端口。阀操作器彼此独立且并行地运行，使得滑阀可以响应于踏板的促动(独立于螺线管的通电状态)，并且可以响应于螺线管的促动(独立于踏板的位置)，以从一个位置快速转换到下一个位置，可选地响应于来自制动器ECU的电子控制信号进行转换。
当根据附图和所附权利要求查看时，本发明的这些和其它特征和优点根据对本发明的以下描述将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电液调节阀踏板组件的第一透视图。
图2是根据本发明的一个实施例的电液调节阀踏板组件的第二透视图。
图3是图1至图2的电液调节阀踏板组件的截面图。
图4是图1至图3的电液调节阀踏板组件的液压回路图。
图5是图1的电液调节阀踏板组件的透视图，该电液调节阀踏板组件被修改成包括壁装式脚踏板。
图6是图1的电液调节阀踏板组件的截面图，该电液调节阀踏板组件被修改成包括串通阀组件。
图7是图1的电液调节阀踏板组件的透视图，该电液调节阀踏板组件还包括霍尔效应传感器。
具体实施方式
参考图1至图3，示出了根据一个实施例的电液调节阀踏板组件，其总体上用10表示。电液踏板组件10总体上包括：脚踏板12，该脚踏板以可枢转方式安装到底座14；内部推杆16(或电枢)，该内部推杆被机械地联接到脚踏板12；三位滑阀18，该三位滑阀被构造用以响应于施加在推杆16上的力而改变液压输出；以及螺线管组件20，该螺线管组件在底座14与滑阀18之间，螺线管组件20被磁联接到推杆16。电液踏板组件10的每个这样的特征在下面单独讨论。
脚踏板12总体上包括具有朝上的接触表面24的踏板主体22。如图1和图2所示，踏板主体22通过轴26可枢转地固定到底座14。更具体地，轴26被从底座14向上延伸的左、右轴承轴颈28套接。因此，轴26限定主枢转轴线，踏板主体22可以围绕该主枢转轴线旋转。脚踏板12还包括从踏板主体22向下延伸并联接到活塞34的左、右连接器轮缘30、32。连接器轮缘30、32彼此对准并接收结合到活塞34的枢轴36，该活塞被容纳在保护罩38内。枢轴36平行于主枢转轴线，使得踏板主体22的旋转导致活塞34向下行进到踏板组件的底座14内的内部腔室中。
图3示出了处于中性位置的脚踏板活塞34的截面。脚踏板活塞34限定用于第一弹簧S1的第一座40，第一弹簧与第二弹簧S2串联。脚踏板活塞34还限定用于第三弹簧S3的第二座41，第三弹簧S3与第一弹簧S1和第二弹簧S2平行。推杆16的最上部被捕获在中间保持器43内，使得保持器43的向下运动导致推杆16的向下运动。第二弹簧S2和第三弹簧S3的下部搁靠在向上的肩部42。第二弹簧S2被约束(held captive)在保持器43与向上的肩部42之间，并且第三弹簧S3被约束在第二座41与向上的肩部42之间。
在图3所示的中性位置，第一弹簧S1和第二弹簧S2未被压缩。另外，第一弹簧S1比第二弹簧S2稍强，其弹簧常数的差异向保持器43提供向下的力，向下的力与由螺线管组件20生成的力相当。来自螺线管组件20和脚踏板12的力是相加的，使得如果需要，同时施加这两者可以导致更高的阀压力。
再次参考图3，脚踏板活塞34的向下行进与每个弹簧S1、S2、S3相反并导致推杆16的向下行进。推杆16延伸穿过螺线管组件20并被磁电枢17包围，推杆16结合到滑阀18的中心孔道46内的阀芯44。螺线管线圈48的促动还导致推杆16的向下行进(推杆16结合到电枢17)，其与第二弹簧S2相反。关于这点，与仅螺线管促动的推杆16的向下行进相反的累积弹簧力小于与仅踏板促动的推杆16的向下行进相反的累积弹簧力，从而导致由螺线管组件20和脚踏板12生成不同的力。
每个弹簧S1、S2、S3在所示实施例中是压缩螺旋弹簧，但在其它实施例中可以是波形弹簧。压缩螺旋弹簧或波形弹簧可以是线性的或渐进式的，可选地是双率螺旋弹簧，进一步可选地是渐进式螺旋弹簧。电枢17由铁磁材料(例如铁)形成，并同心地延伸穿过踏板组件10的中心孔道。螺线管线圈48围绕电枢17的至少一部分以用于在第一(向下)方向上施加磁力并驱动推杆16，磁力与供应到螺线管线圈48的电流成比例。此外，螺线管组件20包括用于电力缆线的插座50，其向螺线管线圈48提供电流。
还如图3所示，滑阀18包括阀体52，该阀体限定压力端口54、工作端口56和储罐端口58。压力端口54为加压液压流体源(例如，液压泵或蓄能器)提供连接。工作端口54为工作单元(例如，液压缸或制动器)提供连接。最后，储罐端口58为储罐或液压容器提供连接。根据SAE标准，每个端口包括用于连接到一个或多个导管的传统直螺纹。滑阀18还包括与螺线管组件20的推杆16对准的孔道46。滑阀18还包括在断电方向上(如图3所示向上)偏压阀芯44的复位弹簧S4。因此，当螺线管组件20断电时，复位弹簧S4用于将推杆16返回到中性位置。此外，施加到推杆16的力的量与所施加的制动压力的量成比例。
更具体地，每个端口54、56和58与孔道46流体连通。孔道46包括位于工作端口56的各侧上的第一环形表面60和第二环形表面62。这些表面与阀芯44配合以选择性地将流体引导至工作端口56。阀芯44包括第一环形部分64和第二环形部分66。这些环形部分被构造用以与孔道46的第一环形表面60和第二环形表面60重合。阀芯44还包括靠近滑阀18上端的肩部68。同样，在滑阀18的上端处，第五弹簧S5布置在孔道46中，第五弹簧S5可选地是压缩螺旋弹簧。垫圈72布置在肩部68与第五弹簧S5之间，以提供对弹簧压缩的机械止动。另外，垫圈72用于限定阀芯44的中性位置，这允许比其它可能情况更快地释放工作端口压力。
在使用中，当在工作端口56处需要加压流体时，脚踏板12被手动压缩，和/或电磁线圈48被通电。推杆16在第一(向下)方向上移动，导致阀芯44同样在第一(向下)方向上移动。第一弹簧S1、第二弹簧S2、第三弹簧S3和第四弹簧S4在脚踏板12的压缩期间提供期望的踏板感觉。如果螺线管线圈48通电而脚踏板12不移动，则只有第二弹簧S2和第四弹簧S4与推杆16的向下行进相反，并且活塞34保持在中性位置。在该位置，允许加压流体从压力端口54流动到工作端口56以用于工作单元的操作。同时，通过阀体的下环形表面62与阀芯44的下环形部分66之间的紧密配合，流向储罐端口58的流体被阻塞。在加压流体的期望释放时，脚踏板12被压下，和/或螺线管线圈48断电。阀芯44通过来自第二弹簧S2和第四弹簧S4的力并通过作用在阀芯44上的流体压力的不平衡而在第二(向上)方向上移动。复位弹簧力和由残余工作端口压力产生的力的组合压缩第五弹簧S5，并使阀芯44在第二(向上)方向上移位。在该中性位置，如图3所示，所需的流体流量仅需要适应从压力端口54泄漏到孔道46中(通过储罐端口58离开)，以防止不希望的压力积聚促动联接到工作端口56的工作单元。
现在参考图4，示出了用于电液踏板组件10的液压回路图。电液踏板组件10被描绘为具有两个阀操作器(踏板102和螺线管104)的三位阀100。阀操作器102、104彼此独立且并行地运行，使得阀100可以独立于螺线管100的通电状态而响应于踏板102的促动，并且可以独立于踏板102的位置而响应于螺线管104的促动。工作端口106联接到工作单元108，压力端口110联接到液压泵112和可选的过滤器114，并且储罐端口116联接到液压储存器118。在如图4所示的第一(中性)位置，工作端口106联接到储罐端口116以防止不希望的压力积聚促动工作单元108。在第二(中间)位置，所有三个端口彼此关闭。在第三(打开)位置，压力端口110联接到工作端口106。电液踏板组件10的螺线管104特别适用于电子控制系统，包括用于ABS制动、紧急制动、半自主操作和其它应用的促动器ECU。
如上文结合图1至图3所述，电液调节阀踏板组件10包括用于促动活塞34的地装式脚踏板12。可替代地，如图5所示，组件10可以包括壁装式脚踏板12。该实施例在结构和功能上类似于图1至图3的实施例，不同之处在于图5的脚踏板12的压缩导致支架组件70绕轴26顺时针旋转(如图5所示)。轴26由从底座14向上延伸的左、右轴承轴颈28套接。因此，脚踏板12的压缩导致活塞34基本上以上述结合图1至图3实施例所述的方式向下行进。壁装式踏板12的其它实施例包括竖直倒置构造，使得滑阀18定位在螺线管组件20的竖直上方。
现在参考图6，示出了电液调节阀踏板组件10的另一实施例。该实施例在结构和功能上类似于图1至图3的实施例，不同之处在于滑阀18包括串通调节阀。作为串通调节阀，图6的滑阀18包括：主工作端口56；副工作端口57；彼此流体连通的主和副储罐端口58；以及主和副压力端口(不可见)。主工作端口56、主储罐端口58和主压力端口被容纳在上阀壳体72内。类似地，副工作端口端56、副储罐端口58和副压力端口被容纳在下阀壳体74内。推杆促动的串通滑阀18可以基本上如以上结合图1至图3实施例所述的那样被促动。特别地，电液调节阀踏板组件10适于通过脚踏板12的促动而手动地控制液压流体流动到主工作端口56和副工作端口57，通过螺线管线圈48的通电而电动地控制液压流体流动到主工作端口和副工作端口，或者同时通过制动脚踏板12的制动和螺线管线圈28的通电而协作地控制液压流体流动到主工作端口和副工作端口。
现在参考图7，示出了电液调节阀踏板组件10的另一实施例。图7的实施例在结构和功能上类似于图1至图3的实施例，不同之处在于图7的实施例包括用于直接或间接测量脚踏板12的角位置的传感器80。在当前实施例中，传感器80是霍尔效应传感器(单或双)，但在其它实施例中可以包括其它接触或非接触传感器。同样，如图7所示，霍尔效应传感器80适于测量枢轴36的位置，该位置也对应于踏板12的角位置和活塞34的线性位置。霍尔效应传感器80提供输出，例如指示枢轴36的当前位置的脉宽调制数字输出。然后，将霍尔效应传感器80的输出提供给电子控制单元，例如制动器ECU。然后，制动器ECU(或其它电子控制单元)可以以比现有系统改进的精度控制ABS系统(或其它系统)的操作。虽然结合单个调节阀18进行说明，但霍尔效应传感器80也可以以与上述相同的方式用于图6的串通调节阀18。
以上描述是当前实施例的描述。在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的更广泛方面的情况下，可以做出各种修改和改变，根据专利法的原则(包括等效原则)来解释所附权利要求。本公开是出于说明性目的而呈现的，且不应被解释为对所有实施例的详尽描述或将权利要求的范围限制为结合这些实施例描述的特定元件。本发明不仅限于包括所有这些特征或提供所有列出优点的那些实施例，除非在所发布的权利要求中另有明确规定。对单数形式的权利要求元件的任何引用，例如，使用冠词“一”、“一个”、“该”或“所述”，不应被解释为将元件限制为单数形式。

Claims (20)

1.一种电液调节阀踏板组件，包括：
脚踏板，所述脚踏板以可枢转方式安装到底座；
推杆，所述推杆被可操作地联接到所述脚踏板，使得所述脚踏板相对于所述底座的旋转导致所述推杆在第一方向上的行进，所述推杆包括电枢；
滑阀，所述滑阀包括阀芯，所述阀芯被容纳在阀体内，所述阀体具有压力端口、工作端口和储罐端口，其中，所述阀芯被可操作地联接到所述推杆；以及
螺线管，所述螺线管围绕所述电枢的至少一部分，用于向所述推杆施加磁力并在所述第一方向上驱动所述推杆，其中，所述脚踏板和所述螺线管是用于所述滑阀的第一阀操作器和第二阀操作器，并且独立地使所述阀芯在所述第一方向上在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述工作端口对所述压力端口关闭，在所述第二位置中，所述工作端口对所述压力端口打开。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述螺线管包括围绕所述电枢的导电绕组，所述螺线管布置在所述脚踏板与所述滑阀之间。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述滑阀包括复位弹簧，用于在与所述第一方向相反的第二方向上偏压所述阀芯。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的组件，其中，在所述滑阀的所述第二位置，所述储罐端口对所述工作端口打开。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的组件，其中，所述脚踏板和所述螺线管并联连接，使得所述脚踏板和所述螺线管彼此独立地或彼此协作地促动所述推杆。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的组件，其中，所述阀芯被容纳在所述阀体中的中心孔道内，所述阀芯包括第一环形部分和第二环形部分，所述第一环形部分和所述第二环形部分从所述阀芯径向突出并且在所述工作端口的相对两侧上接合所述孔道的筒形侧壁。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的组件，还包括活塞，所述活塞联接到所述脚踏板并延伸到所述底座中的开口中，通过被容纳在所述活塞内的螺旋弹簧在与所述第一方向相反的第二方向上偏压所述脚踏板。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的组件，其中，所述电枢由铁磁材料形成，并且延伸穿过所述螺线管的中心孔道。
9.一种电液调节阀踏板组件，包括：
螺线管，所述螺线管包括限定中心孔道的螺线管壳体、围绕所述中心孔道延伸的导电绕组，以及在所述中心孔道内的电枢；
脚踏板，所述脚踏板以可枢转方式安装至底座并在所述螺线管上延伸，所述脚踏板包括脚踏板活塞，所述脚踏板活塞被机械地联接到所述螺线管的电枢；以及
液压阀，所述液压阀包括被容纳在阀体内的阀芯，所述阀体具有压力端口、工作端口和储罐端口，
其中，所述阀芯可操作地联接到所述电枢，
其中，所述螺线管和所述脚踏板是用于所述液压阀的第一阀操作器和第二阀操作器，并且独立地使所述阀芯从第一位置移动到第二位置，在所述第一位置中，所述工作端口对所述压力端口关闭，在所述第二位置中，所述工作端口对所述压力端口打开。
10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述螺线管和所述脚踏板并联连接，使得所述螺线管和所述脚踏板彼此独立地或协作地促动所述电枢。
11.根据权利要求9或10所述的组件，其中，所述阀芯被容纳在所述阀体中的中心孔道内，所述阀芯包括第一环形部分和第二环形部分，所述第一环形部分和所述第二环形部分从所述阀芯径向地突出并且在所述工作端口的相对两侧上接合所述中心孔道的筒形侧壁。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的组件，其中，所述滑阀包括复位弹簧，用于将所述阀芯朝向所述脚踏板偏压。
13.一种电液踏板组件，包括：
螺线管，所述螺线管包括被导电绕组围绕的电枢，使得对所述导电绕组通电导致所述电枢在第一方向上行进；
脚踏板，所述脚踏板包括活塞，所述活塞被机械地联接到所述螺线管的电枢，使得所述脚踏板的下压导致所述电枢在所述第一方向上行进；以及
液压阀，所述液压阀包括阀芯，所述阀芯响应于所述电枢的位置并被容纳在具有压力端口、工作端口和储罐端口的阀体内，使得所述螺线管和所述脚踏板是第一阀操作器和第二阀操作器，所述第一阀操作器和所述第二阀操作器独立地使所述阀芯从第一位置移动到第二位置，在所述第一位置中，所述工作端口对所述压力端口关闭，在所述第二位置中，所述工作端口对所述压力端口打开。
14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述螺线管和所述脚踏板并联连接，使得所述螺线管和所述脚踏板彼此独立地促动所述电枢。
15.根据权利要求13或14所述的组件，其中，所述阀芯被容纳在所述阀体中的中心孔道内，所述阀芯包括第一环形部分和第二环形部分，所述第一环形部分和所述第二环形部分从所述阀芯径向地突出并且在所述工作端口的相对两侧上接合所述中心孔道的筒形侧壁。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的组件，其中，所述活塞包括筒形壳体，所述筒形壳体容纳彼此串联连接的第一螺旋弹簧和第二螺旋弹簧以及与所述第一螺旋弹簧和所述第二螺旋弹簧并联连接的第三螺旋弹簧。
17.根据权利要求16所述的组件，还包括在所述第一螺旋弹簧与所述第二螺旋弹簧之间的保持器，所述电枢的上部被容纳在所述保持器内。
18.根据权利要求13至17中的任一项所述的组件，其中，所述脚踏板是地装式踏板或壁装式踏板。
19.根据权利要求13至18中的任一项所述的组件，其中，所述滑阀是串通滑阀，所述串通滑阀包括第二压力端口、第二工作端口和第二储罐端口。
20.根据权利要求13至19中的任一项所述的组件，还包括霍尔效应传感器，所述霍尔效应传感器被配置用以测量所述脚踏板的至少一部分的角位置。
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