CN1569552B - 自行车后悬吊系统 - Google Patents

Abstract

一种自行车后悬吊系统，其后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)在正常骑乘位置(Sag为1/4~1/3避震器行程)时，落在一链条与一前齿盘组相切处的附近，以降低踩踏能量损失。该后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)随后轮朝一远离地面的上方向摆动时，会朝向一后方向延伸，可降低避震作用所造成的踏板回踢。且该后三角架体相对于该前三角架体之一瞬时中心和一后轮接地点的联机与水平线的夹角约为45°，可使对后轮作煞车时对避震作用之影响降至最低。

Description

自行车后悬吊系统

技术领域

本发明是有关于一种自行车，特别是指一种自行车后悬吊系统。

背景技术

一般具有避震功能的自行车车架，其性能指针为踩踏能量损失、煞车影响避震作动、避震作动顺畅度(舒适度)、避震作动造成之踏板回踢(即Kickback：避震作动时，链条长度变化造成曲柄及踏板受到向后拉伸之力量，造成骑乘者不舒适的感觉)。

其中，煞车影响避震器之作动现象：

在对后轮作煞车前，如图1所示：

∑M_PF＝0

F_R×(a+b)＝mg×b

$F_R=\frac{b}{a+b}\mathrm{mg}$

在对后轮作煞车时，如图2所示：

∑F_X＝0，ma＝F_R’×μ

∑M_PF＝0

ma×h+F_R’×(a+b)＝mg×b

F_R’×μ×h+F_R’×(a+b)＝mg×b

${F_R}^{\′}=\frac{b}{a+b+\mathrm{\μ}\×h}\mathrm{mg}$

合力作用线角度，如图3所示：

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{F_R-{F_R}^{\′}}{{F_R}^{\′}\×\mathrm{\μ}}$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{\frac{b}{a+b}\×\mathrm{mg}-\frac{b}{a+b+\mathrm{\μ}\×h}\×\mathrm{mg}}{\frac{b\×\mathrm{\μ}}{a+b+\mathrm{\μ}\×h}\×\mathrm{mg}}$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{\frac{a+b+\mathrm{\μ}\×h-a-b}{(a+b)\×(a+b+\mathrm{\μ}\×h)}}{\frac{\mathrm{\μ}}{a+b+\mathrm{\μ}\×h}}$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{h}{a+b}$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{h}{\mathrm{wb}\left(\mathrm{wheelbase}\right)}$

一般状况，h约等于wb，由此可知，此合力作用线与水平线的夹角约45°±5°。

对后悬吊系统为单摇臂或后轮沟爪接在下叉且下叉与前三角架体以单一转轴相接之四连杆机构时，后悬吊系统的主转点大部份落在合力作用线附近，对后轮作煞车时避震器不易受到影响。

对于其它四连杆机构，必须考虑后三角架体相对于前三角架体之瞬时中心(Instant Center)的位置。此瞬时中心位于下叉或下连杆前后转点联机与上连杆转点联机之交点，瞬时中心越接近合力作用线影响避震器的作动就越少。

而避震车架常应用之单摇臂(Cantilever)机构，例如美国专利第4039200号案，其为了使踩踏能量损失减少，大多将一后三角架体相对于一前三角车架体的主转点设计在前齿盘组与链条相接处(若前齿盘组为三片式齿盘，则主转点设在中片和小片之间与链条相接处，若前齿盘组为二片式齿盘，则主转点设在小片与链条相接处，若前齿盘组为单片式齿盘，则主转点设在该片齿盘与链条相接处)。此方法确实可降低踩踏能量损失，但会造成较大之踏板回踢，尤其是在长行程之避震车架上更明显。为了减少踏板回踢之现象，必须降低主转点高度，但如此一来又会增加踩踏能量的损失，无法两全其美。

现有的后悬吊系统亦都有类似的问题，其中：

美国专利第5899480号案的后悬吊系统是藉一四连杆机构，其后轮中心轨迹之旋转中心(Virtual Pivot Point，简称VPP)约在下叉前端枢转点的稍后方，因此与前述单摇臂机构无太大差异，踩踏能量损失与踏板回踢形成因素决定于下叉前端枢转点的高低位置，仍无法两全其美。除此之外，其后轮中心相对于前三角架体的瞬时中心低于后轮煞车时的合力作用线，对后轮作煞车时，此合力会拉伸后避震器，而影响避震器的作动，亦是其缺点。

美国专利第6386568 B1案，其后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)位置相当高，使得任何情况踩踏力量对避震器均产生拉伸作用，在无压缩量设定(No Sag)下，此拉伸无法作动避震器，确实可解决能量损失的问题，但是No Sag Setting，也造成避震效果不佳之缺点，且其后三角架体相对于前三角架体之瞬时中心位在遥远的前方，会造成对后轮作煞车时严重拉伸避震器。

美国专利第5553881号案、第6206397 B1号案及第6488301 B2号案亦是应用四连杆机构，其后轮轨迹为S曲线，且下半段为凸向大齿盘，踩踏时链条张力会将后轮拉向某点，若设计此点为正常Sag量时之后轮中心位置，就可减少踩踏能量损失。但当踩踏时后轮同时受到地面冲击，则因受链条张力的牵制，地面冲击无法有效被避震器吸收，将影响避震舒适性。

发明内容

本发明专利之目的，在于提供一种可降低踩踏能量损失、可降低踏板回踢及将煞车影响降至最低之自行车后悬吊系统。

本发明自行车后悬吊系统，该自行车包含一前三角架体、一组设在该前三角架体前侧的前轮、一组设在该前三角架体底部的曲柄单元、一受该曲柄单元连动的驱动单元、一对应该前轮而位在该前三角架体一后方向且组设在该后悬吊系统上的后轮，该曲柄单元具有一曲柄及二轴设在该曲柄二端部的踏板，该驱动单元具有一连结在该曲柄单元上的前齿盘组、一与该后轮连结的后飞轮组及一绕设在该前齿盘组与后飞轮组上的链条，该后悬吊系统之后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)在正常骑乘位置(Sag为1/4~1/3避震器行程)时，趋近于该链条与该前齿盘组的相切处，该后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)是随该后轮朝一远离地面的上方向摆动时，而朝向该后方向延伸，且该后三角架体相对于该前三角架体之一瞬时中心和一后轮接地点的联机与水平线的夹角为45°±5°。且该后悬吊系统包含有一后三角架体、一下连杆、一上连杆及一避震器。该后三角架体具有一邻近该前三角架体之一五通轴的下叉前端部及一位在该下叉前端部上方的上叉前端部。该下连杆枢接在该后三角架体与该前三角架体之间，并具有一轴设在该前三角架体五通轴下方的第一转轴、一与该第一转轴相反设置且轴设在该后三角架体之下叉前端部的第二转轴。该上连杆枢接在该后三角架体与该前三角架体之间且位在该下连杆上方，并具有一轴设在该前三角架体五通轴上方的第三转轴、一与该第三转轴相反设置且轴设在该后三角架体之上叉前端部的第四转轴。该避震器具有一枢接在该前三角架体上的定位端部及一枢接在该上连杆之第三、四转轴之间且可相对于该定位端部产生伸缩的伸缩端部。

附图说明

有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的明白。

图1是现有避震车架对后轮作煞车前之作用力产生示意图；

图2是现有避震车架对后轮作煞车时之作用力产生示意图；

图3是现有避震车架对后轮作煞车之合力作用线产生示意图；

图4是一平面示意图，说明本发明自行车后悬吊系统的一较佳实施例；

图5是本发明上述较佳实施例之一瞬时中心和后轮接地点的联机与水平线的夹角对应合力作用线的示意图；

图6是本发明上述较佳实施例之一后轮作动示意图，说明后轮振动朝一上方向压缩且连动一上、下连杆的动作图；

图7是本发明上述较佳实施例之一后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)示意图，说明后轮振动朝上方向压缩且使后轮中心轨迹之旋转中心朝一后方向产生延伸的示意简图；及

图8是本发明在踩踏位置(Sag为1/4～1/3避震器行程)时，后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)范围及瞬时中心范围示意图。

如图4所示，本发明自行车后悬吊系统100实施例，该自行车更包含一前三角架体200、一组设在该前三角架体200前侧的前轮300、一轴设在该前三角架体200底部的曲柄单元400、一受该曲柄单元400连动的驱动单元500、一对应该前轮300而位在该前三角架体200一后方向且组设在该后悬吊系统100上的后轮600。该前三角架体200具有一位在底部且供轴设该曲柄单元400的五通轴210、一固接在该五通轴210下方的下连结件220及一固设置在该五通轴210上方的上连结件230。该曲柄单元400具有一曲柄410及二轴设在该曲柄410二端部的踏板420，该驱动单元500具有一连结在该曲柄单元400的前齿盘组510、一与该后轮600连结的后飞轮组520及一绕设在该前齿盘组510与后飞轮组520上的链条530。该后悬吊系统100包含一朝一后方向X延伸而组设在该前三角架体200上的后三角架体10、一枢接在该后三角架体10与该前三角架体200之间的下连杆20、一枢接在该后三角架体10与该前三角架体200之间且位在该下连杆20上方的上连杆30及一枢接在该前三角架体200与该上连杆30之间的避震器40。

该后三角架体10具有一对应该五通轴210而沿该后方向X延伸的下叉管11、一与该下叉管11相交呈ㄥ形的上叉管12及一固接在该下、上叉管11、12相接处的后沟爪13。该下叉管11具有一邻近该五通轴210的下叉前端部111，该上叉管12具有一位在该下叉前端部111上方的上叉前端部121。

该下连杆20具有一轴设在该前三角架体200之下连结件220上的第一转轴21、一与该第一转轴21相反设置且轴设在该后三角架体10之下叉前端部111的第二转轴22。且该第一转轴21是位在该前三角架体200五通轴210的下方，且位在该前三角架体200五通轴210的后方向X。

该上连杆30具有一轴设在该前三角架体200之上连结件2230上的第三转轴31、一与该第三转轴31相反设置且轴设在该后三角架体10之上叉前端部121的第四转轴32及一介于该第三、四转轴31、32之间的连接部33。

该避震器40具有一枢接在该前三角架体200上的定位端部41及一枢接在该上连杆30之连接部33上且可相对于该定位端部41产生伸缩的伸缩端部42。

如图5所示，上述的后悬吊系统100，该后三角架体10相对于该前三角架体200之一瞬时中心O，正是一通过该下连杆20第一转轴21与第二转轴22的第一直线L1与一通过该上连杆30之第三转轴31与第四转轴32的第二直线L2的交叉点，且该瞬时中心O和该后轮600接地点的联机与水平线的夹角θ2约为45°，是与后轮600煞车时所产生合力作用线与地面的夹角θ1相当(约45°±5°)，故可使对后轮作煞车避震之影响降至最低。

再如图6所示，当自行车行进中遇到路面起伏，促使后轮600朝一上方向Y逐渐摆动时，该下连杆20的第二转轴22是以第一转轴21为转动中心而由前轮300方向朝向后轮600方向产生旋转(逆时针)，该上连杆30的第四转轴32是以第三转轴31为转动中心而由后轮600方向朝向前轮300方向产生旋转，且驱动该避震器40之伸缩端部42相对于该定位端部41产生缩入，以产生避震作用。

再如图4所示，当踩踏施力踏板420时，链条530张力及重量移转会对后沟爪13产生一作用力，此作用力在不同齿数比时有不同之方向，当后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)位于各作用线之平均值上，可得较小之踩踏能量损失。本发明自行车后悬吊系统100实施例，其后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)在正常骑乘位置(Sag为1/4～1/3避震器行程)附近，也大约在该链条530与该前齿盘组510的相切处(若前齿盘组510为三片式齿盘，则主转点设在中片和小片之间与链条530相接处，若前齿盘组510为二片式齿盘，则主转点设在小片与链条530相接处，若前齿盘组510为单片式齿盘，则主转点设在该片齿盘与链条530相接处)，故可降低踩踏能量。

且该后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)随着后轮600继续朝远离地面的上方向Y摆动时，会向该后方向X延伸(如图7)，如此一来，则可降低避震作动时造成之踏板回踢效应。

因此，本发明的后悬吊系统，具有下列功效：

一、后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)在正常骑乘位置(Sag为1/4～1/3避震器行程)附近，落在该链条530与该前齿盘组510的相切处，可降低踩踏能量的损失。

二、后轮600作动时，后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)随后轮600继续朝上方向Y压缩而向后延伸，可降低避震作动时造成之踏板回踢效应(Kickback)。

三、后轮600相对于前三角架体200之瞬时中心O和后轮600接地联机与水平线夹角θ₂约为45°，可使对后轮作煞车时对避震器40之影响降至最低。

归纳上述，本发明之自行车后悬吊系统，不仅结构简单，且可同时兼顾能量损失、踏板回踢及降低对避震器之影响，故确实能达到发明之目的。

上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，并不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。

Claims (3)

1.一种自行车后悬吊系统，其特征是：该自行车包含一前三角架体、一组设在该前三角架体前侧的前轮、一组设在该前三角架体底部的曲柄单元、一受该曲柄单元连动的驱动单元、一对应该前轮而位在该前三角架体一后方向且组设在该后悬吊系统上的后轮，该曲柄单元具有一曲柄及二轴设在该曲柄二端部的踏板，该驱动单元具有一连结在该曲柄单元的前齿盘组、一与该后轮连结的后飞轮组及一绕设在该前盘组及后飞轮组上的链条，该后悬吊系统的一后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)在正常骑乘位置时，即避震器压缩量(Sag)为1/4～1/3避震器行程时，趋近于该链条与该前齿盘组的相切处，该后轮中心轨迹之旋转中心(VPP)是随该后轮朝一远离地面的上方向摆动时，而朝向该后方向延伸，且组设该后轮的一后三角架体相对于该前三角架体的一瞬时中心和后轮接地点的连线与水平线的夹角为45°±5°，一下连杆枢接在该后三角架体与该前三角架体之间，并具有一轴设在该前三角架体的第一转轴、一与该第一转轴相反设置且轴设在该后三角架体之下叉前端部的第二转轴，该下连杆的第一转轴位在该前三角架五通轴的下方，且位于该前三角架体五通轴的后方向，该下连杆的第二转轴位在该前三角架五通轴的上方，且位于该前三角架体五通轴的后方向。

2.一种自行车后悬吊系统，其特征是：朝一后方向延伸而组设在一前三角架体上，并包含有：

一后三角架体，具有一邻近该前三角架体之一五通轴的下叉前端部及

一位在该下叉前端部上方的上叉前端部；

一下连杆，枢接在该后三角架体与该前三角架体之间，并具有一轴设在该前三角架体五通轴下方的第一转轴、一与该第一转轴相反设置且轴设在该后三角架体之下叉前端部的第二转轴，该下连杆的第一转轴位在该前三角架五通轴的下方，且位于该前三角架体五通轴的后方向，该下连杆的第二转轴位在该前三角架五通轴的上方，且位于该前三角架体五通轴的后方向；

一上连杆，枢接在该后三角架体与该前三角架体之间且位于该下连杆上方，并具有一轴设在该前三角架体五通轴上方的第三转轴、一与该第三转轴相反设置且轴设在该三角架体之上叉前端部的第四转轴；及

一避震器，具有一枢接在该前三角架体上的定位端部及一枢接在该上连杆之第三、四转轴之间且可相对于该定位端部产生伸缩的伸缩端部。

3.根据权利要求2所述之自行车后悬吊系统，其特征是：该后轮朝该上方向逐渐摆动时，该下连杆的第二转轴是以第一转轴为转动中心而由前轮方向朝向后轮方向产生旋转，该上连杆的第四转轴是以第三转轴为转动中心而由后轮方向朝向前轮方向产生旋转，且驱动该避震器伸缩端部相对于该定位端部产生缩入。

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