CN102862641A - 用于手把转向式车辆的制动器系统的可变比率连杆机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于手把转向式车辆的制动器系统的可变比率连杆机构。一种用于把手转向式车辆的液压制动器系统的制动器致动组件包括壳体，该壳体能安装到所述车辆的把手并且在其中形成有室。活塞组件在所述室内被容纳并轴向引导。连杆机构枢转地附接到所述壳体和所述活塞组件，并且杠杆叶片连接到所述连杆机构以实现该连杆机构的运动，其中所述连杆机构的运动产生所述活塞组件的行程相对于所述杠杆叶片的行程的可变比率。

Description

用于手把转向式车辆的制动器系统的可变比率连杆机构

背景技术

用于自行车的液压制动器系统通常包括液压制动器致动装置、附接到自行车的车轮的转子、以及操作地连接到制动器致动装置的制动钳。该钳响应于由制动器致动装置产生的液压的变化以促使制动块和转子接触并且实现制动。

当制动器致动装置最初被致动时，因为制动块和转子之间的间隙必须被消除，因此没有产生制动力。通常液压制动器系统具有活塞行程相对于杠杆叶片行程的线性比率，因此该液压制动器系统在制动发生之前需要不想要的杠杆行程量，即，显著的“死区”量。虽然大多数制动器系统除在设立期间使制动块和转子之间的间隙最小化外不会解决死区，但已经进行了一些努力以开发在杠杆致动期间快速消除间隙的机构，以便使死区最小化。

因此需要在没有大量零件、复杂机构的重量和费用，以及没有降低制动性能的情况下使死区最小化。本发明满足该需要，并具有减轻重量和降低制造成本的额外利益。

发明内容

本发明提供用于把手转向式车辆的制动器系统（例如，液压制动器系统）的连杆机构。本发明涉及用于把手转向式车辆的制动器致动系统的连杆机构并且包括可变比率连杆机构制动装置和杠杆，其优选地提供以下目的中的一个或更多个：1）增大块/制动表面间隙，2）增大行程终端的制动力，以及3）改善调整和控制。

根据本发明的方面的连杆机构的运动产生变化（即，可变）的每活塞致动的杠杆叶片行程比率。该比率能被调整以允许更大的初始流体运动并且随后允许对相同杠杆叶片行程增大块/转子间隙。该比率也能被调整成在所述杠杆叶片行程的终端具有增大的制动力。调整和制动控制能在所述杠杆叶片行程的开始、中间和终止范围内被调整到期望的制动力，具有提高制动性能的优点。调整所述连杆机构还优选地降低偏心活塞荷载。

除其它特征以外，本发明能对于增大的行程终端动力提供可变的杠杆拉动/主活塞致动比率，对降低的初始制动力提供可变的杠杆拉动/主活塞致动比率，对更大的流体容量提供可变的杠杆拉动/主活塞致动比率以对相同杠杆行程增大块/转子间隙，提供在所述杠杆叶片行程的开始、中间和终止范围中被调到期望的制动力的可变杠杆拉动/主活塞致动比率，具有提高制动性能的优点。本发明提供优于现有技术的降低的复杂性和零件数，以优于现有技术减少制动器系统重量并且降低复杂性和零件数量，从而降低制造成本。

在宽泛形式中，本发明通常涉及用于把手转向式车辆的液压制动器系统的制动器致动组件，该制动器致动组件包括壳体，该壳体能安装到车辆的把手并且具有在其中形成的室。所述室可以是流体室。活塞组件在所述室内被接收并且被轴向引导。连杆机构枢转地附接到所述壳体和所述活塞组件，并且杠杆叶片连接到所述连杆机构以实现该连杆机构的运动，其中，所述连杆机构的运动产生所述活塞组件的行程相对于所述杠杆叶片的行程的可变比率。

在另选的形式中，所述制动器致动组件能包括连杆机构，该连杆机构具有：固定连杆，该固定连杆枢转地附接到所述壳体；和浮动连杆，该浮动连杆在浮动连杆第一端枢转地附接到所述固定连杆，其中所述活塞组件在浮动连杆第二端枢转地附接到所述浮动连杆。

从本发明的一个或更多个实施方式的下列说明结合附图一起将更充分地理解本发明的这些和其它特征以及优点。

附图说明

在附图中：

图1示出处于静止或起始位置的根据实施方式的制动器致动组件的侧剖面图；

图2示出处于初始或部分致动位置的图1的制动器致动组件；

图3示出处于终止或完全致动位置的图1的制动器致动组件；

图4示出了根据常规制动器致动装置的线性制动器致动曲线与由本发明的实施方式产生的非线性曲线的比较的曲线图；

图5示出了具有一体式杠杆叶片的根据本发明的制动器致动组件的侧剖面图；

图6示出图1的制动器致动组件的立体图；

图7示出图1的制动器致动组件的另一个立体图；

图8示出图1的制动器致动组件的侧视图；

图9示出图1的制动器致动组件的分解立体图；以及

图10示出主缸组件的剖面侧视图。

具体实施方式

将参照附图在本文描述本发明的优选实施方式。将理解的是，附图和本文阐述的描述仅为说明而提供并且不用于如所附的权利要求以及任意和所有它们的等同要求那样限制本发明的目的。

在下文中，描述了制动器致动组件的构造，该制动器致动构造根据实施方式可以构造或布置成操作其他常规液压制动器系统（未示出）。在所述实施方式中，在其最一般的形式中，用于把手转向式车辆（诸如自行车）的制动器致动组件18包括主缸组件19和连杆机构21，该连杆机构21构造成操作主缸组件以产生期望的可变（即，非线性）杠杆比，这将在下文详细地描述。将理解的是，所述连杆机构及其益处也能被用于非液压制动器系统，或用在其它类型的车辆（诸如马达驱动自行车）上等。本系统可以用在自行车、摩托车、三轮车和四轮车以及汽车的任何类型的手动制动器上。对于自行车，可能存在道路车制动杠杆、不同式的山地车制动杠杆、BMX（越野自行车）制动杠杆的变化，所有这些制动杠杆可以被液压或机械致动。其它应用能包括液压或机械式离合器系统。

转到图1-3以及5-9，主缸组件19包括壳体20。夹紧元件或多个夹紧元件25或者任何合适的紧固装置可以是壳体20的一部分或附接到该壳体20，以用于将壳体附接到例如把手22。

壳体20可以是任何合适形状的，该壳体能限定中空内部（诸如室24），并且适合连杆机构21的安装和操作。室24优选地包括流体腔或流体室26。流体腔26包括如已知的制动流体，并且存在与壳体的操作关联的用于维持室（具体地，流体腔）内的流体压力的一些机构，诸如囊（见图10）或等同机构。壳体20可以由任何合适的材料（例如金属、塑料、复合材料或其组合）制成。

活塞组件28至少部分地设置在室24和流体腔26中。活塞组件28可以包括活塞30，该活塞30定位在活塞组件28的一端，例如在该组件的远端27处或该远端27附近，所述活塞可以设置有一个或更多个密封件31。密封件在流体腔26内的预定位置处密封地接合室24并且在室24中往复。密封件31可以是例如O形密封圈。

活塞组件28构造并定位在该室内以沿着活塞组件轴线32往复。活塞组件28优选地由活塞组件偏置元件64偏置在打开位置，该活塞组件偏置元件可以是弹簧（见图9），诸如所示的螺旋弹簧。

引导构件33优选地定位在室24内以向活塞组件28提供横向支承并且引导该组件沿着轴线32在室内的运动。活塞组件28和活塞30能是若所示的单件或形成为多件。在由本发明设想的一个示例中，活塞30可以是组件28的单独部件。

在液压系统中，主缸组件19将被连接到遥远的从缸（未示出），该从缸通过液压管线操作液压制动器系统以实现将流体压力以已知方式施加在诸如盘式制动器等的制动部件上。

为了更充分地公开主缸组件如何操作，图10示出了根据本发明的一个实施方式的用于把手转向式车辆的液压致动系统的主缸组件19。该主缸组件19包括壳体20，该壳体能借助夹子25安装到把手转向式车辆的框架构件，在该实施方式中安装到把手22。主缸组件19借助液压管线116操作地连接到从缸组件（未示出）以操作该液压致动系统。在该实施方式中，主缸组件19被设计成结合自行车液压制动器系统使用，但是可以适于结合离合器系统使用。主缸组件19总体上包括壳体20、流体腔120、活塞组件122以及第一密封件124和第二密封件126。壳体20包括室111，该室111包括流体腔120和气腔121。流体腔120包括第一区域128和第二区域130以及该第一区域和第二区域之间的锥形过渡区域132。在所示的实施方式中，第一流体腔区域128具有比第二流体腔区域130的截面面积小的截面面积。第一区域128的一端134与液压管线116成流体连通，并且另一端136邻近流体腔120的锥形过渡区域132。在该实施方式中，过渡区域132是锥形的，但是该过渡区域可以具有不同的形状或者可以由例如第一区域128和第二区域130之间的台阶状过渡区完全消除。在该实施方式中，第一区域128和第二区域130是筒状的，然而，区域128、130可以形成各种各样的形状。壳体20包括用于将流体腔120填充有流体的填充孔138。螺钉140被拧入填充孔138中。

活塞组件122包括活塞123，该活塞123滑动地设置在流体腔120内并且具有第一部分150和第二部分152。活塞123在打开流体回路位置（见图1）和关闭流体回路位置（未示出）之间可滑动地移位，该打开流体回路位置允许第一流体腔区域128和第二流体腔区域130之间的流体流动，该关闭流体回路位置阻碍第一流体腔区域和第二流体腔区域之间的流体流动。第一密封件124（在该实施方式中，O形密封圈）设置在活塞123的第一部分150上，并且第二密封件126设置在活塞123的第二部分152上。

推杆154连接到活塞123的第二部分152。因此，这例示了包括一个以上部分的活塞组件的示例。推杆154包括头部158。该头部158包括被容纳在活塞123的第二部分152的相应杯形表面162中的球形表面160。

螺旋弹簧166设置在第一流体腔128中并且构造成抵接活塞123的第一部分150以将活塞朝向打开流体回路位置偏压在止挡元件167上。柔性囊168包围活塞123。囊168的一端附接到活塞123的第一部分150并且该囊168的另一端附接到活塞123的第二部分152。柔性囊168将气腔121与流体腔120密封地分离。活塞123包括导管170以允许气腔121的周围通风。在该实施方式中，第二密封件126和囊168实现为单件。

在图10中，示出第一密封件124在流体腔壁和处于打开流体回路位置的活塞123之间处于非密封脱离以允许第一流体腔区域128和第二流体腔区域130之间的流体流动。使活塞123前进导致系统密封并且流体被推入并且经过管线116。图10的所示实施方式称为“打开”系统，因为允许在两个区域128、130之间运行流体流动。本发明构想也被应用于“关闭”系统，在该“关闭”系统中，活塞123保持与腔壁接触并因此不允许未密封。

将理解的是，本发明还构想被应用于任何合适的主缸，诸如如美国专利No.6,804,961所设置和示出的主缸；所述主缸包括缸壳体，该缸壳体具有位于一端的杆夹和枢转地附接在相反端处的杠杆把手。主缸壳体（有时被称为“背包式”存储器）液压地连接到从缸，该从缸借助液压管线操作液压钳。背包式存储器具有限定在主缸壳体的向后部中的储存室。部分限定主缸壳体的缸的缸壁延伸到储存室中并且部分地限定第一壁。贯穿储存室和主缸之间的缸壁的是定时口和补偿口。侧壁从第一壁延伸。由诸如硅橡胶的弹性材料制成的隔膜被制成为遮盖侧壁并且覆盖储存室。因此，第一壁、侧壁和隔膜限定储存室。

返回到图1-3以及图6-9，连杆机构21包括固定连杆或第一连杆34，该固定连杆或第一连杆34枢转地附接到浮动连杆或第二连杆42，该浮动连杆或第二连杆42枢转地附接到活塞组件28。

固定连杆34在固定连杆第一端36在第一点37处枢转地附接到壳体20。固定连杆34枢转地附接到浮动连杆42。

在本发明的一个替代变型中，固定连杆34借助固定连杆第二端38枢转地附接到浮动连杆42，该固定连杆第二端38在第二点40处附接到浮动连杆中央部50。浮动连杆第二端52在第三点54处在活塞组件28的近端29处或附近枢转地附接到该活塞组件。

第一点37、第二点40和第三点54中的每个均可以是呈柱状构件形成的枢轴，并且能呈例如销的形式。应该注意的是，仅第一点37相对于壳体20是不动的。剩余的点当使连杆机构21移动时被使得进行运动。轴衬62可以设置在枢轴37、40和54上，或以在枢轴和与枢轴相关联的部件（诸如，壳体20或连杆28、34、42）之间起作用的方式设置。

杠杆叶片（lever blade）44可以设置在第二点40上并且由弹簧60偏置到如图1所示的静止位置。杠杆叶片44可以成形为容纳呈延伸部形式的浮动连杆第一端48。处于静止位置的杠杆叶片44的位置可以借助调节器46来调节以适于由使用者够到，该调节器可以是螺纹部件，该调节器被可调节地拧过浮动连杆第一端48并且承靠杠杆叶片44的成形并定位成容纳调节器的一部分上。其它形式的调节器由本发明构想为杠杆的其它附接形式。

在替代方案中，杠杆叶片44和浮动连杆42可以形成为单件，如图5所示。在图5的实施方式中，杠杆叶片本身可以被认为是浮动杠杆。

返回到图1，该图1示出了处于静止或起始位置的制动器致动组件18，活塞组件轴线32和固定连杆轴线56可以优选地布置成大致平行。为了本发明的目的，在活塞组件轴线32和固定连杆轴线56的上下文中的术语“大致平行”是指在大约15度的平行程度内的角度，其中优选地基准轴线是活塞组件轴线32。更优选地，活塞组件轴线32和固定连杆轴线56布置成使得在杠杆叶片44行进期间，轴线32、56保持在大约10度的平行程度内。

相信，该取向有助于减小活塞组件28（尤其是相对于引导构件33）的侧向负载，并且产生活塞30的行进相对于杠杆叶片44的行进的期望比率。另外，在制动器致动组件18的所示起始位置，浮动连杆轴线58和活塞组件轴线32之间的角度A大于大约90度。

操作中，并且参看图1-3，制动器致动组件18被分别示出处于静止或起始位置（图1）、中间位置或部分制动位置（图2），终止位置或完全制动位置（图3）。当然，将理解的是，在所示的静止位置，活塞30在室24内处于大致完全收回位置，并且最大流体体积将留在流体腔26内，因此制动器将不被施加或接合。在图2所示的大致中间位置，活塞30被示出在室内处于关闭状态，并且在图3中，活塞正在流体腔26内产生流体压力。因此，在图2或图3所示的状态下，流体体积中的一些将倾向于从流体腔被排出，并且取决于活塞已经行进的距离，制动将被启动或施加。在图3最佳所示的位置中，活塞30被示出位于最大延伸范围或其行程的终端处或附近，并且流体腔26内最大流体体积将从该流体腔被排出，因此将产生最大制动力。

根据所示的连杆的布置，当杠杆叶片44（因此，浮动连杆42）从静止位置向终止位置移动时，在浮动连杆轴线58和活塞组件轴线32之间的角度A增大。具体地，角度A优选地从大于大约90度的初始角度增大到大于该初始角度的角度A’（图3）。由于连杆的布置，连杆机构21的元件引起杠杆叶片行程相对于活塞致动的比率的变化或改变。有利地，通过改变连杆的几何形状，该比率能被调到最初比常规的线性制动器系统高，接着在杠杆叶片行程的终端附近被调到为或低于常规的制动器系统的比率。因此，本发明的可变比率连杆机构根据大量制动方面得到提高的制动性能。

在角度A增大或打开的同时，固定连杆第二端38（因此第二点40）被拉动更靠近活塞组件轴线32。更具体地，相信，并且由于连杆机构的几何形状，当第三点54和第一点37之间的距离减小时，比率根据图4中的曲线D而改变。

在优选实施方式中，当杠杆44被致动时，第二点可以朝向活塞组件轴线32被拉动，固定连杆轴线56首先接近平行于活塞组件轴线、然后变得平行于活塞组件轴线、接着扫过与该活塞组件轴线的平行程度。轴线的该布置将活塞30（尤其是相对于引导构件33）的侧向负载减到最小，并且产生图4所示的期望比率D。

参看图4，曲线图被示出具有两条曲线。曲线L表示常规的制动器系统，该制动器系统产生标准线性杠杆拉动率或拉动比。根据曲线L，活塞以这样的速率行进，该速率是制动杠杆叶片的行程的大致线性函数。速率或比率优选地限定为活塞的线性方向的行进运动或行程相对于杠杆叶片上的固定点朝向把手中心轴线径向移动的运动。

与线性曲线L形成对比，曲线D表示图1-3以及图5-9所示的连杆机构。根据曲线D，该曲线D为具有正曲率的曲线，活塞以这样的速率行进，即，该速率被示出为最初大于曲线L的活塞的速率。换言之，在静止位置或附近，本发明产生每活塞行程的相对低的杠杆叶片位移速率。因此，在最初制动杠杆的致动时，活塞在关闭流体系统并且在主缸内产生密封的第一阶段以最大速率被致动。这使“死区”（即，在制动块接触制动表面之前的杠杆行进量）最小化。在系统被“关闭”后，当制动块接触制动表面时活塞仍移动大量流体。在制动块接触制动表面之后，杠杆率仍较高并且更接近典型的线性制动器系统。该改变比率的结果是：在相对小的杠杆叶片行程内“关闭”系统的杠杆叶片通过相对小的杠杆叶片行程使制动块前进到制动表面，但是接着在制动块接触处具有足够的杠杆率以向使用者提供使用者所习惯的制动力和反馈。

根据本发明的实施方式的变化或可变比率系统的附加利益是减小的初始制动/表面力，当杠杆被进一步致动时所述制动/表面力增大。制动器系统因此能被调成在制动块第一次接触到制动表面时具有较小的初始“咬合”，通过中间行程具有中等制动力，于是在较高使用者手动力下具有最大制动力。这允许借助使用者的更大的控制和可预测性。

图5示出了用于诸如自行车的把手转向式车辆的制动器致动组件18，该制动器致动组件包括主缸组件19和构造成操作该主缸组件以产生期望杠杆比的连杆机构21。主缸组件19包括活塞组件28。夹紧元件或多个夹紧元件25或任何合适的紧固装置可以是主缸组件19的一部分或附接到该主缸组件19以例如用于附接到把手22。活塞组件28包括活塞组件轴线32。

连杆机构21包括固定连杆或第一连杆34，其类似于或相同于上述实施方式的固定连杆或第一连杆。浮动连杆或第二连杆142包括杠杆叶片部144。能看到，浮动连杆142功能上与上述的浮动连杆相同；然而，杠杆叶片144形成为浮动连杆的一部分、或与浮动连杆形成为单个整体件。当然，在所示的形式中，杠杆叶片144将不具有如图1所示的调节能力。浮动连杆142将固定连杆和活塞组件28相连接，该活塞组件形成连杆机构21的第三连杆。能清楚地看到，固定连杆34的长度范围或纵向轴线大致平行于活塞组件轴线32。因此，在活塞组件28上几乎不存在小的侧向负载或不存在侧向负载，并且，如上述实施方式中的那样，期望比率由连杆机构21产生。

虽然已经通过参考具体实施方式描述了本发明，但是应该理解的是，在所述发明概念的精神和范围内能进行大量改变。因此，本发明旨在不限于所公开的实施方式，而是本发明具有由下列权利要求的语言所允许的全部范围。

Claims (21)

1.一种用于把手转向式车辆的液压制动器系统的制动器致动组件，该制动器致动组件包括：

壳体，该壳体能安装到所述车辆的把手并且在其中形成有室；

活塞组件，该活塞组件在所述室内被容纳并轴向引导；

连杆机构，该连杆机构能够枢转地附接到所述壳体和所述活塞组件；以及

杠杆叶片，该杠杆叶片连接到所述连杆机构以实现该连杆机构的运动，其中，所述连杆机构的运动产生所述活塞组件的行程相对于所述杠杆叶片的行程的可变比率。

2.根据权利要求1所述的制动器致动组件，其中，所述室是流体室。

3.根据权利要求1所述的制动器致动组件，其中，所述连杆机构包括：固定连杆，该固定连杆枢转地附接到所述壳体；以及浮动连杆，该浮动连杆在浮动连杆第一端枢转地附接到所述固定连杆，并且其中所述活塞组件在浮动连杆第二端枢转地附接到所述浮动连杆。

4.根据权利要求3所述的制动器致动组件，其中，描述活塞行程相对于杠杆行程的曲线具有正曲率。

5.根据权利要求3所述的制动器致动组件，其中，所述杠杆叶片和所述浮动连杆形成为单件。

6.根据权利要求3所述的制动器致动组件，其中，所述杠杆叶片和所述浮动连杆形成为分离部件。

7.根据权利要求6所述的制动器致动组件，其中，所述杠杆叶片能相对于所述浮动杠杆进行调节。

8.根据权利要求3所述的制动器致动组件，其中，所述固定连杆在第一点处枢转地附接到所述壳体，并且所述第一点相对于所述壳体固定就位。

9.根据权利要求8所述的制动器致动组件，其中，所述浮动杠杆在第二点处附接到所述固定连杆。

10.根据权利要求9所述的制动器致动组件，其中，所述杠杆叶片在所述第二点处附接到所述连杆机构。

11.根据权利要求9所述的制动器致动组件，其中，所述浮动杠杆在第三点处附接到所述活塞组件的近端，或者在该第三点处附接到所述活塞组件的该近端附近。

12.根据权利要求11所述的制动器致动组件，其中，描述活塞行程相对于杠杆行程的曲线具有正曲率。

13.根据权利要求10所述的制动器致动组件，其中，所述活塞组件具有活塞组件轴线，所述固定连杆具有在所述第一点和所述第二点之间延伸的长度范围，所述长度范围限定固定连杆轴线，其中在所述制动器致动组件的操作期间在所述杠杆叶片的整个行进运动中，所述固定连杆轴线保持大致平行于所述活塞组件轴线。

14.根据权利要求13所述的制动器致动组件，其中，在所述制动器致动组件的操作期间在所述杠杆叶片的整个行进运动中，所述固定连杆轴线与所述活塞组件轴线保持在15度的平行程度内。

15.根据权利要求13所述的制动器致动组件，其中，在所述制动器致动组件的操作期间在所述杠杆叶片的整个行进运动中，所述固定连杆轴线与所述活塞组件轴线保持在10度的平行程度内。

16.根据权利要求13所述的制动器致动组件，其中，在所述制动器致动组件的操作期间在所述杠杆叶片的行进运动中，所述固定连杆轴线平行于所述活塞组件轴线。

17.根据权利要求16所述的制动器致动组件，其中，描述活塞行程相对于杠杆行程的曲线具有正曲率。

18.根据权利要求11所述的制动器致动组件，其中，所述活塞组件具有活塞组件轴线，并且所述连杆机构包括浮动连杆，该浮动连杆具有在所述第二点和所述第三点之间延伸的长度范围，所述长度范围限定浮动连杆轴线，其中所述浮动连杆轴线和所述活塞组件轴线之间的角度（A）在所述制动器致动组件处于静止位置的情况下大于大约90度。

19.根据权利要求18所述的制动器致动组件，其中，所述浮动连杆轴线和所述活塞组件轴线之间的所述角度（A）在所述制动器致动组件处于静止位置的情况下最初大于大约90度，并且所述角度在所述制动器致动组件的操作期间在所述杠杆叶片的行进运动中增大。

20.根据权利要求11所述的制动器致动组件，其中，所述可变比率是所述第三点和所述第一点之间的距离的函数。

21.根据权利要求20所述的制动器致动组件，其中，描述活塞行程相对于杠杆行程的曲线具有正曲率。

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