用於車輛的液壓再生制動的製作方法

2023-05-28 18:28:41

專利名稱：用於車輛的液壓再生制動的製作方法
用於車輛的液壓再生制動相關申請本申請要求申請日為2005年12月7日、序列號為60/748,078的 美國臨時專利申請的優先權，該申請通過參考全部併入於此。 關於聯邦政府資助的研究或開發的說明本發明是在美國環境保護署/ATI)提供的贊助下完成的，該項目批 準號為XA-83194901-0。在本發明中，政府擁有確定的;f又利。 枝術領域發明涉及再生制動裝置或系統，其使車輛如自行車能回收制動時 用別的辦法就會損失的動能的一部分並能利用回收的能量幫助實現起 步(take-off)和上坡機動動作。
技術背景當今，因汽油供應短缺，採用代用燃料車輛(AFV)、混合機車和 人力車輛(HPV)的趨勢為許多汽車廠商、科學家和發明人所關注。 大多數汽車廠商都不無風險地進入混合機車的領域，混合機車將電力 與典型內燃機結合起來加以利用。這種混合機車具有若干缺點。首先， 這種混合機車需要重載電池來產生動力。這種電池很重且需要頻繁充 電，使這種車輛的耐久性和可行性受到限制。提及上述，自行車是另一種形式的AFV。人們提出了各種自行車配置用以增強人力與動能的聯繫。例如，提出了多種現有技術專利， 其中將液壓制動/傳動併入自行車，或者，例如，設置了電/液壓馬達機動車制動以產生再生能量存儲用於轉化為動能。在標準自行車結構中，制動傳統上採用鉗式制動器的工作原理 對置襯塊摩擦嚙合轉動輪輞，通過摩擦機制將自行車的動能轉化為熱 量。從而，有用的動能在制動時作為損失熱被浪費掉。再生液壓制動 自行車項目的目的是減少需取自騎車人使自行車加速到20英裡/小時的能量。當騎車人巻入制動過程中用於減速的再生循環時，液壓泵將 流體導入充氮存儲容器並將能量以加壓氮的形式存儲在存儲容器中。當騎車人想再次加速時，騎車人運行起動(launch)循環，其採用液 壓馬達以便釋放容器中的壓力並將存儲的能量轉化為轉矩作用在自行 車的前輪上。在理想情況下，存儲在容器中的壓力將提供足夠的能量 使自行車恢復其在再生循環之前的初速。此外，過去的自行車在再生 循環過程中只採用單一選項用於制動。例如，授予Amarantos的4,087,105號美國專利建議採用液壓系 統以取代自行車中的鏈輪和鏈條，其提供第二能力以存儲制動能量供 以後用於加速起動。此系統被安裝在自行車的後輪上，整車繞此液壓 系統構建。存儲器和低壓側容器位於自行車自身的構架上。授予 Amarantos的4，087，105號美國專利採用兩個泵不用鏈條。推進必須完 全由液壓系統實現。第一液壓泵被附裝到腳蹬曲柄上，以便在騎車人 踩蹬時有效地使泵轉動。流體流向後輪上的液壓馬達並替代鏈條使車 輪轉動。在停車或下坡時，可將閥切換以使得流體能夠流入存儲器並 增壓，因為馬達在自由轉動。第二泵通過騎車人使泵的手柄做上下運 動而啟動。這使存儲器中的壓力增加。制動通過使流體停止從馬達流 向存儲器來實現。流體的流動被切斷時，背壓增加，從而使流體停止流動並鎖定馬達的轉動。授予Amarantos的4,087,105號美國專利所提建議在諸多方面有不足之處。首先，該系統依賴於液壓系統和騎車人的踩蹬輸入來使自 行車向前運動。從而，泵和馬達中固有的能量損失將導致過於費力。其次，限制流體流出泵/馬達可以改變制動，但也會改變再生能的量。 從而，說授予Amarantos的4,087,105號美國專利實際上實現可變再 生制動應該說是用詞不當。此外，此系統需要特別設計的自行車，且 不能在現有自行車上實現改裝。另外，將220磅從0加速到20英裡/ 小時需要存儲近5000焦耳能量，並需採用4000磅/平方英寸的標準泵， 授予Amarantos的4，087，105號美國專利中建議採用的流體容量對此 嚴重地低估。現有技術系統的另一個例子由授予Gardner的4,942,936號美國 專利講授，其描述一種自行車，該自行車能使壓縮空氣或液壓流體從 電機提供動力的泵中流出。該自行車具有典型的鏈條和鏈輪組件以便 必要時充當正常的自行車。該自行車具有再生制動，其由發電機實現， 該發電機不斷將能量送回電池，電池又用於開動液壓馬達。此概念的 不足之處在於液壓(或氣動)系統不直接產生能量。而是，發動機 將能量供給電池，電池再開動馬達，馬達驅動泵。這些附加部件增加 系統的複雜程度、重量和成本，而且大量能量轉換導致損失，該損失 在自行車應用中相當重要。此外，此現有技術設計將推進裝置置於兩 個車輪處，由此進一步增加自行車系統的重量。另外，為了實現以20 英裡/小時的速度和4米/秒2的減速度進行的強度適度的制動，需要4 馬力以上的電機。4馬力高效電機的附加重量使其成為無法為自行車 接受的技術方案。現有技術系統的其它例子可以包括液壓自行車制動器和變速器， 例如5,938,224號和5,772,225號美國專利所示的制動器和變速器。這 種裝置提供了有意思的方式以便不用鏈條而將動力傳遞到車輪，但未 提供能量存儲的能力。此外，6,032,968號美國專利公開了一種用於自 行車的液壓傳動裝置。液壓傳動自行車制動器的其它例子可在 5,813,501號和5,082,093號美國專利中找到。液壓再生制動的例子可 以在多個其中制動能量轉化為電能的機動車例子中找到。這可通過機實現。但是，如果可行，合乎理想的是為自行車一類車輛提供改進的再 生制動系統，其加以配置以便回收制動時用別的辦法就會損失的動能的一部分並利用釋放的能量幫助實現自行車的起步和上坡機動動作。 同樣，本申請人的創新理念旨在解決一個或一個以上與現有技術設計關聯的問題。發明內容本發明涉及再生制動系統，該系統具有車輪組件，其使車輛如自行車能回收制動時用別的部分就會損失的動能的一部分並能利用該能 量幫助實現起步和上坡機動動作。該再生制動車輪組件包括構架，其 具有前軸和後軸。前軸由所述前軸可轉動地支承，而後輪是可轉動的， 由所述後軸支承。每個車輪具有輪輞和由所述輪輞支承的輪胎。 一對 輪轂被連接到所述前輪的輪輞上，由此繞所述輪輞的周緣剛性地支承 所述輪輞。每個所述輪轂具有限定底部的凹形的盤，周緣壁延伸入周 緣唇，該周緣唇連接到所述輪輞上。每個盤由聚合材料、玻璃纖維材 料、金屬和金屬合金中的至少一種材料製成，但這不限制本發明的範 圍。支承環被連接到一個所述盤的底部。齒圏剛性連接到所述支承環 上並延伸至周緣齒。所述齒圏和所述支承環可繞所述前軸隨所述輪輞 轉動。制動機構包括第一殼體即第一/低壓側存儲器，其用於存儲第一流 體，和第二殼體即第二/高壓側存儲器，其用於存儲不同於所述第一流 體的第二流體。所述第一和第二殼體設置在所述輪輞中並與所述齒圖 嚙合，所述第一和第二殼體彼此流體地連通。泵被連接到所述第一殼 體上並與所述齒圏嚙合，由此當所述車輪繞所述至少前軸轉動時啟動 所述泵。馬達被連接到所述第二殼體並與所述齒圈嚙合。所述馬達在 加速模式下啟動，此時從所述第二殼體以流體方式偏壓出的制動能量 強制所述馬達使與所述馬達嚙合的所述齒圏繞所述前軸轉動。所述泵 和所述馬達中包括至少一個與所述齒圏嚙合的第二齒輪。優選地，所 述泵和所述馬達為液壓泵和液壓馬達。所述泵為制動做準備而所述馬 達為加速做準備，二者連接到相同的低壓側容器即第一殼體和高壓側 存儲器即第二殼體。所述泵大於所述馬達，這樣，其差使所述泵和所 述馬達二者同時啟動時泵作用/制動轉矩小於(輕度)單獨使用所述泵時的轉矩。所述泵可選地以機械或電學方式離合(clutched out)。此 概念可通過採用多個大小不同的泵或電機來擴展，但是，對自行車此 兩級制動是勉強足夠的。第一閥和第二閥與所述第一和第二殼體、所述泵和所述馬達流體路徑互通。第一和第二閥手動起動或電啟動以便調節所述制動機構的 制動模式和加速模式。流體互通系統或本發明包括但不限於第一管路， 該第一管路從所述第一殼體通過所述泵延伸並延伸至所述第一閥用於 將所述第一流體送至所述第一閥，第二管路，其從所述第一閥延伸至 所述第二殼體用於將所述第一流體注入所述第二殼體由此偏壓使所述 第 一流體與所述第二流體分開的活塞。流體連通系統進一步包括第三 管路，其從所迷第二殼體延伸至所述第二閥用於當在所述加速模式下 所述第一流體由所述活塞從所述第二殼體偏壓出時將所述第一流體送 回至所述第二閥，第四管路，該第四管路從所述第二閥延伸至所述馬 達，由此在所述加速模式下啟動所述馬達，和第五管路，其從所述馬 達回延伸至所述第一殼體用於在該第一流體從所述第一殼體通過所述 第一管路再循環回至所述泵之前將該第一流體送回至所述第一殼體。 此外，所述泵和/或馬達可以由所述各閥間歇地啟動以減小制動力或增 強加速。支架被剛性連接到所述第一和第二殼體、所述笫一和第二閥、 所述馬達和所述泵上。所述支架剛性地連接到所述前軸，此時所述輪 輞相對所述前軸轉動。本發明的制動機構選擇性地可在所述制動模式與所述加速模式之 間操作，在所述制動模式下，來自所述第一殼體的第一流體通過所述 第一管路傳遞到所述第二殼體，由此偏壓所述第二殼體中的所述活塞 以便回收和存儲制動能量，在所述加速模式下，所述第一流體從所述 第二殼體偏壓出，通過所述第四管路，其從所述第二閥延伸至所述馬 達，以便在所述加速模式下啟動所述馬達，由此加速與所述馬達嚙合 的所述輪輞的轉動。所述制動系統也可以將兩個馬達包括在內以便實現起動和可變制 動。
一個馬達用於"起動"，與此同時，另一個馬達相反地在所述泵處 於"再生，，時使用，其中"起動"指高壓側壓力被釋放並提供動力給馬達 以便使自行車加速，而"再生"用於描述馬達迫使液壓流體至高壓側， 由此產生減壓制動轉矩作用在車輪上。再生馬達的流體容量(每轉的流體排量)與起動馬達相同，但是再生馬達的齒輪比(再生齒輪驅動齒輪)是起動齒輪比的兩倍。同樣，自行車的減速量大於其加速量， 自行車減速。此外，同時開動兩個馬達， 一個用於再生， 一個用於起 動模式，可提供次級、較小的制動轉矩。或者，馬達被連接到單向滾 柱軸承離合器。本發明的一個優點是提供一種多級和可變再生制動系統，其用於車輛例如自行車，適用於存儲能量用於從速度從20減至0英裡/小時 的制動/減速，然後釋放能量用於不藉助腳蹬從5加速至18英裡/小時 (最小程度地藉助腳蹬從0加速至20英裡/小時)。本發明的另 一個優點是提供一種再生制動系統，其用於自行車， 採用液壓機構，該機構設置在自行車的前輪上並由前輪支承，由此使 自行車更為緊湊。本發明的再一個優點是提供一種輪輞，其如此設計以便容納兩個 馬達、齒輪組、兩個存儲器或殼體、兩通和/或三通閥、以及液壓泵系 統，所有這些部件由碳纖維製成的側蓋或輪轂封裝以便減輕自行車的 前部重量。本發明的再一個優點是提供一種再生制動系統，其可適用於以採 用兩個液壓馬達實現的兩級制動轉矩的形式為自行車提供可變制動。本發明的再一個優點是提供自行車在沙中行時加速過程中的兩輪 驅動。


本發明的這些和其它特徵和優點將因其通過參照下面結合附圖的詳述變得更加顯而易見而變得更容易理解，附圖中 圖l是自行車和騎車人沿下坡方向而行的典型視圖； 圖2是自行車和騎車人沿上坡方向而行的典型視圖； 圖3是簡化視圖，示出車輪，該車輪將本主題(subject)兩級液壓再生制動發明包括在內，其通過替換現有自行車的傳統前輪而裝到車上；圖4示出本發明的輪輞和設置在該輪輞上的輪胎； 圖5示出支承環和輪輞的齒圏的透視圖；圖6示出罩部件的盤，其具有支承環，該支承環連接到盤底，和 齒圏，該齒圏剛性連接到與馬達和泵嚙合的齒圏上；圖7示出第一殼體、第二殼體、馬達、泵和一對設置在輪輞內的 多路閥；圖8是透視圖，示出本主題兩級液壓再生制動系統，該系統納入 自行車前輪的輪轂；圖9示出車軸的透視圖，該車軸具有本主題兩級液壓再生制動系 統的部件的備選配置，各部件連接到支架上，該支架剛性連接到車軸 上；圖IO示出彼此流體路徑連接的圖7所示的本主題兩級液壓再生制 動系統的部件；圖11示出在制動系統的制動模式下具有的圖IO所示的本主題兩級液壓再生制動系統的部件；圖12示出在制動系統的加速模式下具有的圖IO所示的本主題兩級液壓再生制動系統的部件；圖13是示出閒置(idle)模式下液壓系統的本主題發明的示意圖； 圖14是如圖13所示但是示出輕度再生模式下液壓系統的示意圖； 圖15是如圖13所示但是示出最大再生模式下液壓系統的示意圖；以及圖16是如圖13所示但是示出起動模式下液壓系統的示意圖。
具體實施方式
本發明涉及一種再生制動裝置或系統，其使車輛如自行車能回收 制動時用別種方法會損失的動能的一部分並能利用該釋放能幫助實現 起步和上坡機動動作。本發明適用於汽車及其它車輛，為了說明問題 將自行車用作典型例子，但這不限制本發明的範圍。參照附圖，其中在該若干視圖中全都用相同標號表示相同或相應 的部件，自行車在圖1-3中概括地以標號IO表示。自行車IO具有構 架12，其可轉動地支承前輪14和後輪16，前輪14和後輪16中的每 一個都具有輪輞17和輪胎18。前輪14可通過把手19轉向，把手19連接到叉管20上，叉管20夾持前輪14的軸21。圖l示出騎車人騎 在自行車IO上下坡，該圖僅表示這樣一種情況，其中自行車的動能須 通過制動操作來減小。傳統上，這通過將制動襯塊(未示出)夾靠前 輪14和/或後輪16的輪輞17來實現，由此通過摩擦的機制將動能轉 化為損失熱。圖2示出騎車人騎在自行車IO上上坡的例子。在此情況下，騎車 人須將額外能量投入自行車IO用來做功以使自行車IO加速。上述也 適用於幾乎任何起動的情況，即使在水平地面上也是如此，此時騎車 人須投入能量以便從停止或低速狀態加速。此時，有益的是存儲原制 動操作過程中損失的能量並在選定的時刻再引進該能量以便將自行車 IO推向前進。例如，如果騎車人需要快速穿過車道時，可能有益的是 收取額外猛增的能量來促進加速。現在參照圖3、 4和6至9，本發明的再生制動車輪組件(該組件) 概括地以標號30表示。組件30被容納在前輪14，的輪輞17中。或者， 該組件也可以容納在後輪16的輪輞17中。 一對輪轂或軍在圖3和圖 4中概括地用標號32表示，它們可拆地連接到前輪14，的輪輞17上， 由此繞輪輞17的周緣剛性地支承輪輞17。正如圖6所示，每個抑制 (spiking)部件32具有概括地用標號34表示的盤，該盤具有凹陷構 造，該凹陷構造限定底部36和周緣壁38，周緣壁38延伸到周緣唇40 裡，周緣唇40連接到輪輞17上。每個盤34可以由聚合材料、玻璃纖 維材料、金屬和金屬合金中的至少一種材料製成，但這不限制本發明 的範圍。該車輪組件可通過簡單地用本發明創新前輪14，取代老前輪 14而容易地裝到現有自行車10上。可以預料，原夾鉗式制動器可與 現有前叉20和其它主要部件一起重新使用。正如圖5和圖6所示，支承環42被連接到一個盤34的底部36 上。齒圏44剛性連接到支承環42上並延伸至概括地以標號46示出的 周緣齒。齒圏44和支承環42可繞前軸21隨輪輞17轉動。圖8-12 中概括地以標號50示出的制動機構用於阻止前輪14，相對軸21的轉 動。制動機構50的第一殼體52或存儲器存儲第一流體或液壓流體，例如糊精III、生物柴油(Biodiesel )、甘油-水混合物，諸如此類，但 這不限制本發明的範圍。制動機構50的第二殼體54或存儲器存儲第 二流體，例如氬、氮。或者，可以不用第二流體而用其它機械裝置來 提供偏壓力。如圖11和圖12所示，活塞56被設置在第二殼體54中，用於將 第二流體與第一流體分開，該第一流體在制動模式下從第一殼體52傳遞到第二殼體54，如圖11中的實線箭頭所示。活塞56不用於限制 本發明的範圍。其它裝置，例如薄膜(未示出)、囊(未示出)、或彈簧(未 示出)，其可與活塞56協同工作並從第二殼體54的底部延伸，均可以 用作偏壓機構，但這不限制本發明的範圍。泵58被連接到第一殼體 52。優選地，泵58為液壓泵，如本領域技術人員公知的那樣。泵58 包括並連接有(clutched)第一次級小齒輪60，該小齒輪嚙合齒圏44， 由此在前輪14，繞前軸21轉動時驅動泵58。泵58可以任選地包括內 置電輔助機構。馬達62被連接到第二殼體54並通過從馬達62延伸出 的第二次級齒輪64與齒圏44嚙合。優選地，馬達62為液壓液壓馬達， 如本領域技術人員公知的那樣。當制動能量亦即第 一流體由活塞偏壓 出第二殼體54時，馬達62以加速模式啟動，由此強制馬達62使齒圏 44繞前軸21轉動，如圖12中實線箭頭所示。第一閥70和第二閥72 與第一、第二殼體52、 54和泵58以及馬達62流體地連通。第一閥 70和第二閥72由騎車人手動或電啟動以便調節制動機構50的制動模 式和加速模式。優選地，第一、第二閥70、 72為兩通閥或三通閥，但 這不限制本發明的範圍，或者，所有或上述至少一個。圖10至12中概括地以標號80表示的流體連通系統用於可操作地 4吏第一流體在第一閥70，第二閥72，第一、第二殼體52、 54，泵58， 以及馬達62之間循環。系統80的第一管道82從第一殼體52通過泵 58延伸並延伸至第一閥70用於將第一流體送至第一閥70。第二管道 84從第一閥70延伸至第二殼體54用於將第一流體注入第二殼體54， 由此偏壓活塞以便壓縮第二殼體54內的第二流體。第三管道86從第 二殼體54延伸至第二閥72用於當在加速模式下第一流體由活塞56從第二殼體54偏壓出時將第一流體送回至第二閥72。第四管道88從 第二閥72延伸至馬達62，由此在加速模式下啟動馬達62。第五管道 90從馬達62回伸至第一殼體54用於在第一流體通過管道82再循環 回至泵58之前將第一流體送回至第一殼體52。循環管路92與第一管 路82和第 一 閥70流體路徑相通以便將第 一 流體送回至第 一管路82 。 上述管路82、 84、 86、 88、 90和92由金屬或聚合材料製成，但這不 限制本發明的範圍。正如圖9所示，支架100剛性地連接到第一、第二殼體52、 54, 第一、第二閥70、 72，馬達62和泵58。在輪輞17則相對前軸21轉 動的同時，支架100剛性地連接到前軸。具體地，並參照圖13-16,液壓迴路包括高壓管路和低壓管路， 下面將詳加描述。兩通閥70、 72可以手動啟動，但是在優選實施例中， 兩通閥70、 72由電磁閥切換，其分別概括地繪示為執行機構102、 104。 執行機構102、 104通過開關106控制，為了說明問題開關106形如4 位開關，但是在實際應用中可採取任何公知的形式。優選地，開關106 被安裝在把手19或其它某個方便的位置上。所示開關106包括4個位 置或模式，僅為了便於描述，對它們作了標記閒置、輕度再生、最 大再生和起動。在圖13中的閒置模式下，開關106使執行機構102、 104中的每 一個得電以便將它們各自的2通閥70、 72切換到所示位置。泵開關 44 ( pump switch 44 )將排出物從泵58引導到泵再循環管路82，其簡 單地通過管路92再循環回至泵58的入口 。同樣，馬達執行機構104 將其兩通閥72切換到這樣的位置，在那裡通向馬達62的進口與馬達 再循環管路88連接。在圖13的此閒置模式下，通過閥70、 72阻止高 壓側存儲器54與泵58和馬達62中每一個的相互作用。圖14，繪示出系統30的輕度再生模式，其中泵58和馬達62二者 與高壓側存儲器54互相配合。這通過將閥70、 72中的每一個移到所 示位置來實現。這裡，泵58通過其與齒圏44互相配合的小齒輪或第 二齒輪62收取功或再生能並由此將第一或液壓流體強行驅入高壓側存儲器或第二殼體54。同時，高壓側存儲器或第二殼體54與馬達62 的進口側相通，'由此通過其與齒圏44嚙合的第二小齒輪或第二齒輪 64從加壓液壓流體抽出能量。在此輕度再生模式的過程中最終結果是 自行車因其動能轉化為存儲器54內的存儲能而減速。在優選實施例中，泵58的排量(displacement capacity)大於馬 達62，例如其比值為2:1，由此泵58的排量是馬達62的排量的兩倍。 此配置的結果是由泵58泵送的液壓流體進入高壓管82，從而進入 存儲器54,其速率(例如)兩倍於這樣的速率液壓以該速率通過馬 達62加以抽取，並被置於低壓管路中。其效果是在再生制動過程中， 系統30的再生能僅一半被用。在騎車人不想立刻減速的情況下或在騎 車路面上下起伏波動或無法提供最大再生所需的摩擦面的情況下，這 種輕度再生模式可能是可取的。圖15繪示出最大再生模式下的液壓系統，其中開關106被操控由 此控制執行機構102、 104以便將電動閥72移至再循環狀態。在此狀 態下，泵閥70開啟使從泵58的排放成為可能從而快速充滿高壓側存 儲器54。從而，在此模式下僅泵58起作用，液壓流體從低壓側儲存 器52抽出並用於填充高壓側存儲器54。高壓側存儲器54包括隔膜， 背面預充有壓在隔膜上的高壓氣體，舉例來說其壓力約為2,400磅/平 方英寸。當泵58給隔膜的液壓側填充流體時，存儲器54內壓力可增 至設計最大值，例如4，000磅/平方英寸。從而，存儲了 1，600磅/平方 英寸氣體作為有效位能。如果需要某種程度的再生制動，其處於輕度 再生與最大再生之間某一位置，可使電動執行機構102在兩個位置之 間循環以^使馬達62間歇得電，由此通過泵58與馬達62之間的容量比 來減小最大再生制動能力，該比在前例中建議為2:1。從而，開關106 可配有可變控制裝置(未示出)，該裝置可無級調節工作循環，使電動 執行機構的再生制動效果可選。作為一個例子，但只是一個例子，執 行機構102循環速度可以配置為5赫茲。通過將循環時間設定為0.1 秒用於"開，，O.l秒用於"關"，可以獲得50%的工作時間，導致介乎輕 度再生與最大再生之間的再生制動作用。通過操控此工作循環，再生制動的程度可調以適合具體情況。在實際應用中，可能有必要將抗氣穴(anti-cavitation )機構併入馬達62以^t最佳地實現工作循環特徵。 一旦最大能量存儲在存儲器102中，其可以受控方式釋放以便輔 助自行車10的起動或加速。這可通過將開關106移至起動位置來實現。 這裡，泵閥70被關閉，由此將泵58置於再循環模式，而電動閥72 被開啟使得存儲器54中的加壓液壓流體能夠進入馬達62的進口側。 這導致存儲的能轉化為第二小齒輪64的轉動，其又驅動齒圏44並使 車輪組件17旋轉。此狀態可保持到存儲器102中的所有超壓(即高於 預充壓力)耗盡，或保持到騎車人改變開關106的模式時為止。提到上述，開關106通常安裝在方便的位置，這對自行車技師來 說可能是比較簡單的任務。此外，本主題發明是獨特的，因為其可用 於通過使用固定排量馬達/泵來實現可變制動響應。這可得以實現以獲 得類似汽車中含有的防抱死制動系統的牽引控制能力。本發明概念可由其它應用場合加以利用，例如用於液壓混合機車 的變速器，其中賦予車輪的動力通過傳動軸傳送(部件均未示出)。至 少兩個液壓泵被配置以便將連續可變制動和起動力施加到傳動軸上， 同時不中斷動力通過車軸的流動。採用三主級再生制動進行制動時， 第一泵和第二泵可操作地嚙合。或者，第一泵與閒置的第二泵嚙合， 或第二泵與閒置的第一泵嚙合。中心輪(未示出)由第一制動器逐漸 止動以便提供連續可變的制動。當中心輪被鎖定在適當位置時，全液 壓再生制動被佔用。第二制動器適用於與第一制動器相結合使車輛在 無液壓再生的情況下即刻制動。起動時，第一泵從高壓側釋放流體壓 力以便提供起動力。用於全起動時，第二泵使流體閒置。用於部分起 動時，第二泵將流體送回到高壓存儲器內(第一泵的流體排量大於第 二泵)。中心輪由第一制動器逐漸止動以便提供連續可變制動。中心輪 被鎖定在適當位置時，全液壓再生制動被佔用。閒置時，第二泵直接 由第二制動器鎖定在適當位置。第一泵間接由第二制動器鎖定在適當位置。兩個大齒輪因齒輪的嚙合幾乎以相同的速度轉動。已參照典型實施例描述了本發明，而對本領域技術人員顯而易見的是，在不背離本發明的範圍的情況下，可以對本發明做出各種改變 和對其各元件進行等同替換。此外，在不脫離本發明的基本範圍的情因此，本發明不受限於作為為實施本發明而設計的最佳模式而公開的 特定實施例，而是，本發明將包括落在所附權利要求範圍內的所有實 施例。
權利要求
1.一種用於車輛的再生制動車輪組件，其包括構架，其具有至少一個車軸，至少一個車輪，其由所述至少一個車軸可轉動地支承，所述車輪具有輪輞和由所述輪輞支承的輪胎，制動機構，其用於阻止所述至少一個車輪相對所述至少一個車軸的轉動，和所述制動機構的第一和第二部件，所述制動機構設置在所述輪輞中並與所述輪輞嚙合，所述部件彼此流體地連通且可選擇性地在制動模式與加速模式之間操作，在制動模式下，來自所述第一部件的流體傳遞到所述第二部件，由此偏壓所述部件以便回收和存儲制動能量，在加速模式下，所述流體被偏壓出所述第二部件，由此加速與所述第二部件嚙合的所述輪輞的轉動。
2. 如權利要求l所述的再生制動車輪組件，其中所述第一和第二 部件進一步由各自的殼體限定，所述殼體用於存儲第一流體和不同於 所述第一流體的第二流體。
3. 如權利要求2所述的再生制動車輪組件，其中所述第二殼體包 括活塞，所述活塞用於將所述第二流體與在所述制動模式下從所述第 一殼體傳遞到所述第二殼體的第一流體分開。
4. 如權利要求3所述的再生制動車輪組件，其中所述再生制動車 輪組件包括一對輪轂，所述輪轂連接至所迷輪輞，由此繞所述輪輞的 周緣剛性地支承所述肋部。
5. 如權利要求4所述的再生制動車輪組件，其中每個所述抑制部 件具有盤，所述盤具有限定底部和周緣壁的凹陷構造，所述周緣壁延 伸到周緣唇中，所述周緣唇連接到所述輪輞上，每個盤都由聚合材料、 玻璃纖維材料、金屬和金屬合金中的至少一種材料製成。
6，如權利要求5所述的再生制動車輪組件，包括支承環，其連 接到所述盤中的一個的所述底部上；和齒圏，其剛性連接到所述支承環上並延伸至周緣齒，所述齒圏和所述支承環可隨所述輪輞繞所述至 少一個車軸轉動。
7. 如權利要求6所述的再生制動車輪組件，其中所述制動機構包 括泵，所述泵連接到所述第一殼體上並與所述齒圈嚙合，由此在所述 車輪繞所述至少一個車軸轉動時啟動所述泵。
8. 如權利要求7所述的再生制動車輪組件，其中所述制動機構包 括馬達，所述馬達連接到所述第二殼體上並與所述齒圏嚙合，在所述 加速模式下在從所述第二殼體以流體方式偏壓出的制動能量強制所述 馬達使與所述馬達嚙合的所述齒圏繞所述至少一個車軸轉動時，所述 馬達啟動。
9. 如權利要求8所述的再生制動車輪組件，其中所述泵和所述馬 達是液壓式操作的，所述泵和所迷馬達中的每個都具有至少一個與所 述齒圏嚙合的第二齒輪。
10. 如權利要求9所述的再生制動車輪組件，包括第一和第二閥， 所述第一和第二閥與所述第一和第二殼體以及所述泵和所述馬達流體 地連通，所述第一和第二閥手動啟動以調節所述制動機構的所述制動模式和所述加速模式。
11. 如權利要求10所述的再生制動車輪組件，包括流體連通系統， 所述流體連通系統具有第一管路，所述第一管路從所述第一殼體延伸 通過所述泵並延伸至所述第一閥，用於將所述第一流體送至所述第一 閥。
12. 如權利要求10所述的再生制動車輪組件，包括第二管路，所 迷第二管路從所迷第一閥延伸至所述第二殼體，用於將所述第一流體注入所述第二殼體，由此偏壓所述活塞。
13. 如權利要求10所述的再生制動車輪組件，包括第三管路，所 述第三管路從所述第二殼體延伸至所述第二閥，用於在所述加速模式 下當所述第一流體通過所述活塞從所述第二殼體偏壓出時將所述第一 流體送回至所述第二閥。
14. 如權利要求10所述的再生制動車輪組件，包括第四管路，所述第四管路從所述第二閥延伸至所述馬達，由此在所述加速模式下啟動所述馬達；第五管路，所述第五管路從所述馬達延伸回至所述第
15. 如權利要求10所述的再生制動車輪組件，包括第五管路，所 述第五管路從所述馬達延伸回至所述第一殼體，用於在所述第一流體 通過所述第一管路再循環回至所述泵之前將所述第一流體送回至所述 第 一殼體。
16. 如權利要求15所述的再生制動車輪組件，包括支架，所述支 架剛性連接至所述第一和第二殼體、所述第一和第二閥以及所述馬達 和所述泵，當所述輪輞相對所述車軸轉動時，所述支架剛性連接到所 述至少一個車軸上。
17. 如權利要求16所述的再生制動車輪組件，其中所述車輛由自 行車進一步限定，所述自行車具有所述構架、與所述至少一個車軸間 隔開的另一個車軸、與所述至少一個車輪間隔開的笫二車輪以及轉向 把手。
18. 如權利要求17所述的再生制動車輪組件，包括制動致動器， 所述制動致動器連接到所述轉向把手並與所述泵操作連通，由此在所 述制動致動器被手動操作時啟動所述泵，由此將所述第一流體通過所 述第一管路泵送至所述第二殼體，由此偏壓所述活塞。
19. 如權利要求1所述的再生制動車輪組件，其中所述車輪由汽 車進一步限定。
20. —種用於自行車的再生制動車輪組件，其包括 構架，其具有前軸和後軸，被所述前軸可轉動地支承的前輪和被可轉動支承的後輪，所述前 輪和後輪中的至少一個具有輪輞和由所述輪輞支承的輪胎，一對輪轂，所述輪轂連接到所述前輪的所述輪輞上，由此繞所述 輪輞的周緣剛性地支承所述輪輞，所述輪轂每個都具有盤，所述盤具有限定底部和周緣壁的凹陷構造，所述周緣壁延伸到周緣唇中，所述 周緣唇連接到所述輪輞上，每個盤都由聚合材料、玻璃纖維材料、金屬和金屬合金中的至少 一種材料製成，支承環，其連接至所述盤中的一個的所述底部，齒圏，所述齒圈剛性連接到所述支承環並延伸至周緣齒，所述齒 圏和所述支承環可隨所述輪輞繞所述前軸轉動，制動機構，其用於阻止所述前輪相對所述前軸的轉動， 所述制動機構的第一殼體，其用於存儲第一流體，第二殼體，其用於存儲不同於所述第一流體的第二流體，所迷第 一和第二殼體設置在所述輪輞中並與所述齒圏嚙合，所述第一和第二 殼體彼此流體地連通，活塞，其設置在所述第二殼體中，用於使所述第二流體與在制動 模式下從所述第一殼體傳遞到所述第二殼體的第一流體分開，泵，其連接到所述第一殼體上並與所述齒圏嚙合，由此在所述車 輪繞所述前軸轉動時啟動所述泵，馬達，其連接到所述第二殼體上並與所述齒圏嚙合，在加速模式 下當從所述第二殼體以流體方式偏壓出的制動能量強制所述馬達使與 所述馬達嚙合的所述齒圏繞所述前軸轉動時，所述馬達啟動，所述泵 和所述馬達是液壓式操作的，所述泵和所述馬達中的每個都具有至少 一個與所述齒圏嚙合的第二齒輪，第一閥和第二閥，其與所述第一和第二殼體以及所述泵和所述馬 達流體地連通，所述第一和第二閥手動啟動以便調節所述制動機構的 所述制動4莫式和所述加速模式，第一管路，其從所述第一殼體通過所述泵延伸並延伸至所述第一 閥，用於將所述第一流體送至所述第一閥，第二管路，其從所述第一閥延伸至所述第二殼體，用於將所述第一流體注入所述第二殼體，由此偏壓所述活塞，第三管路，其從所述第二殼體延伸至所述第二閥，用於在所述加 速模式下當所述第一流體由所述活塞從所述第二殼體偏壓出時將所述 第一流體送回至所述第二閥，第四管路，其從所述第二閥延伸至所述馬達，由此在所述加速模 式下啟動所述馬達，第五管路，其從所述馬達延伸回至所述第一殼體，用於在所述第 一流體通過所述第一管路再循環回至所述泵之前將所述第一流體送回 至所述第一殼體，支架，其剛性連接至所述第一和第二殼體、所述第一和第二閥以 及所述馬達和所述泵，當所述輪輞相對所述前軸轉動時，所述支架剛 性連接到所述前軸上，且所述制動機構可選擇性地在所述制動模式與所述加速模式之間操 作，在所述制動模式下，來自所述第一殼體的第一流體通過所述第一 管路傳遞到所述第二殼體，由此偏壓所述第二殼體中的所述活塞，由 此回收和存儲制動能量，在所述加速模式下，所述第一流體通過所述 第四管路從所述第二殼體偏壓出，所述第四管路從所述第二閥延伸至 所述馬達，以便在所迷加速模式下啟動所述馬達，由此加速與所述馬 達嚙合的所述輪輞的轉動。
21. —種用於車輛的再生制動車輪組件，其包括 構架，其具有至少一個車軸，至少一個車輪，其由所述至少一個車軸可轉動地支承，所述車輪 具有輪輞和由所述輪輞支承的輪胎，以及制動機構，其設置在所述輪輞中並與所述輪輞嚙合，並且可選擇 性地在至少一種制動模式與加速模式之間操作，在所述制動模式下由 此回收和存儲制動能量，在所述加速模式下，所述制動能量用於加速 所述至少一個車輪的轉動，同時回收和存儲以及釋^t制動能量，由此 獲得較小的制動力。
22. 如權利要求21所述的再生制動車輪組件，其中所述制動機構 包括笫一殼體和第二殼體，所述第一殼體和第二殼體彼此之間流體地 連通，並與所述至少一個車輪嚙合，並且可在所述制動模式與所述加 速模式之間操作，在所述制動模式下，來自所述第一殼體的流體被傳 遞到所述第二殼體，由此偏壓所述第二殼體以回收和存儲制動能量，在所述加速模式下，所述流體從所述第二殼體偏壓出，由此加速與所 述第二殼體嚙合的所述至少一個車輪的轉動。
23. 如權利要求21所述的再生制動車輪組件，其中所述第二殼體 包括活塞，所述活塞用於將所述第二流體與在所述制動模式下從所述 第一殼體傳遞到所述第二殼體的第一流體分開。
24. 如權利要求21所述的再生制動車輪組件，其中所述制動機構 包括泵，所述泵連接到所述第一殼體上並與所述齒圏嚙合，由此在所 述車輪繞所述至少一個車軸轉動時啟動所述泵。
25. 如權利要求21所述的再生制動車輪組件，其中至少一個車輪 的所迷輪輞包括 一對輪轂，所述輪轂連接到所述輪輞上，由此繞所 述輪輞的周緣剛性地支承所述輪輞，所述輪轂每個都具有盤，所述盤 具有限定底部和周緣壁的凹陷構造，所述周緣壁延伸入周緣唇，所述 周緣唇連接到所述輪輞上，每個盤都由聚合材料、玻璃纖維材料、金 屬和金屬合金中的至少一種材料製成；支承環，其連接到所述盤中的 一個的所述底部；和齒圏，其剛性連接到所述支承環上並延伸至周緣 齒，所述齒圏和所述支承環可隨所述輪輞繞所述前軸轉動。
26. 如權利要求21所述的再生制動車輪組件，包括馬達，其連接 到所述第二殼體上並與所述齒圏嚙合，在加速模式下當從所述第二殼 體以流體方式偏壓出的制動能量強制所述馬達使與所述馬達嚙合的所 述齒圏繞所迷至少一個車軸轉動時，所迷馬達啟動，其中所述泵和所 述馬達是液壓式操作的，所述泵和所述馬達中的每個都具有至少一個 與所述齒圏嚙合的第二齒輪。
27. 如權利要求21所述的再生制動車輪組件，包括第一和第二閥， 所述笫一和第二閥與所述第一和第二殼體以及所述泵和所述馬達流體 地連通，所述第一和第二閥被啟動以調節所述制動機構的所述制動模 式和所述力p速糹莫式。
28. 如權利要求21所述的再生制動車輪組件，包括流體連通系統， 所述流體連通系統具有第一管路，其從所述第一殼體通過所述泵延 伸並延伸至所述第一閥，用於將所述第一流體送至所迷第一閥；第二管路，其從所述第一閥延伸至所述第二殼體，用於將所述第一流體注入所述第二殼體，由此偏壓所述活塞；第三管路，其從所述第二殼體 延伸至所述第二閥，用於在所述加速模式下當所述第一流體由所述活 塞從所述第二殼體偏壓出時將所述第 一流體送回至所述第二閥；第四 管路，其從所述第二閥延伸至所述馬達，由此在所述加速模式下啟動 所述馬達；第五管路，其從所述馬達延伸回至所述第一殼體，用於在 所述第一流體通過所述第一管路再循環回至所述泵之前將所述第一流 體送回至所述第一殼體；支架，其剛性連接至所述第一和第二殼體、 所述第一和第二閥以及所述馬達和所述泵，當所述輪輞相對所述車軸 轉動時，所述支架剛性連接至所述至少一個車軸。
全文摘要
本發明的再生制動器具有設置在自行車車輪的前輪轂中的液壓裝置。所述裝置使得自行車能夠回收制動時用別的辦法就會損失的動能，並能夠通過存儲所述能供將來使用或將其反饋至待用動力系統來利用所述能。所述液壓裝置也可以存儲在自行車車輪的後輪轂中。
文檔編號B60T8/64GK101336187SQ200680052149
公開日2008年12月31日 申請日期2006年12月7日 優先權日2005年12月7日
發明者A·希爾, D·M·斯溫, F·C·莫勒, J·Z·穆爾 申請人:密執安州立大學董事會