CN100434340C - 用于具有一个单独前轮的交通工具的前轮悬架系统 - Google Patents

Abstract

用于具有一个单一前轮的交通工具的前轮的单一轮体的悬架系统，例如自行车，三轮车和摩托车。此悬架系统包括一个框架，其利用至少一个摆臂进行转向点的可变设置，还包括多个叉形接头，其中至少一个被设计为两部分的叉形接头以提供在转向轴之间的可变距离，还包括连接于前轮的伸缩叉，其至少具有三部分，以使整个系统或者部分或者全部被弹性作用以引导前轮。

Description

用于具有一个单独前轮的交通工具的前轮悬架系统

本申请要求以下申请的优先权：申请日为2002年7月29日的德国申请20211656.5、20211655.7和申请日为2002年9月24日的德国申请20214757.6。

技术领域

本申请涉及一种用于具有一个单独前轮的交通工具的前轮的前轮悬架系统和方法，所述交通工具例如摩托车，三轮车和自行车。

背景技术

大多数已知的用于具有一个单独前轮的交通工具的前轮悬架系统具有由交通工具的整体结构预先决定的确定的轮体提升曲线(wheel-elevation curve)。确定的轮体提升曲线是交通工具的前轮在悬架弹簧系统的全部范围内的移动曲线。因此，确定这样的交通工具的驾驶性能的参数值，例如转向角、轮迹，就由在弹簧弹性范围之内的悬架弹簧系统的构造所确定。通常，由于轮体引导装置(例如伸缩叉)到转向轴之间的距离是固定连接，轮迹值由任一转向角的修正值直接和通过几何结构确定。

因而，例如在一个高强度的摩托车的刹车操作中，转向角变得非常陡峭，轮迹变得非常短，摩托车因而晃动。在具有一较大弹性范围的山地车的刹车操作中，当山地车下山并经过一凸起时，转向角会变得太陡峭，轮迹太短导致骑车的人摔倒的危险增加。在这样的情况下，修正设置的弹性范围通常不能实现轮体提升曲线的任何变化，因为弹性范围通常仅仅由一个单独的弹性元件组成，该弹性元件只允许一个提升运动。因而，伸缩叉通常用于自行车，三轮车和摩托车的前轮悬架系统，该系统由一框架和与伸缩叉连接的叉形接头组成。

已知的自行车和摩托车的框架允许转向角度的变化，这样的变化通常是通过交换插件来实现，所述插件使在框架内以确定的方式连接的两个支撑点具有不同的支撑位置，支撑位置确定了转向角度。由于必须的装配工作，这非常耗费时间，迄今所知的用于自行车和摩托车的叉形接头实现了用专门的轴承改变转向头角度的可能性。为此目的，将轴承例如单滚珠轴承或者球面滚柱轴承应用于转向轴轴承方面或者是至少一个叉形支柱和叉形接头的连接方面。因而，通过在压力作用下转向头角度的修正，所述转向头角度的初始值由转向轴与叉形支柱轴之间固定叉体的偏离确定，使得轮迹成功改变。由于它们专门的设计，当潜在的轮迹变化主要由转向头角度的修正引起时，使用上述的轴承比传统的轴承例如仅仅是滚柱轴承或者圆锥滚柱轴承昂贵的多。

已知的用于自行车和摩托车的两部件伸缩叉在经过凸起或刹车和加速时，在弹性元件的压缩和回弹行程中仅仅提供了两个连接元件的一个单独的运动。因而，在两种驾驶情景中，就得到了同样的转向角度和前轮轮迹的几何修正。这种框架几何结构的修正，即使在不同的驾驶情境中，不变地总是保持同样，使得优化驾驶性能以适应于各个交通工具的驾驶情境几乎是不可能的。

正如附图12和13所说明的，在这种已知的系统中，在弹性元件的回弹位置，一个已经确定的转向角度或者斜度“R”由转向头的框架结构预先确定了。轮迹“T”也通过转向轴的固定距离决定了，伸缩叉通过所谓的叉形接头相对于转向轴平行设置。现在，在压力作用下达到弹性范围的最大值时，转向角度值相对于各自的弹性范围呈线性变化；并且随同转向角度的变化一起，轮迹也呈线性变化，也就是说，转向角度不断变得越来越陡峭，轮迹不断变得越来越短。

因此我们需要一种用于具有单个前轮的交通工具的前轮的改进的前轮悬架系统，所述交通工具例如摩托车、三轮车和自行车，以便克服前述的已知系统的缺陷。

发明内容

本发明是由弹性系统弹性作用的用于具有一个前轮的交通工具的前轮悬架系统，并且包括一个系统，该系统通过不同的方法调节各个构件，其能够快速和易于适应相应的应用领域和驾驶情境，特别是关于在整个弹性范围内的转向角度值和轮迹。它主要应用于自行车和摩托车。

本发明的前轮悬架系统由下列构件组成：自行车、三轮车或摩托车的框架，此框架允许通过转换在叉体上的叉形接头的夹紧连接件修正转向角；转向点至少在一点通过框架连接于摆臂，框架的至少两个叉形接头中的至少一个也能被制造成为两部分的叉形接头，它允许转向头角度和轮迹在整个弹性范围是可调的。另外，本发明提供了用于自行车和摩托车的新颖的弹性元件，伸缩叉，其允许伸入和滑动连接部分在整个弹性范围的整个行程内的转换运动是可变的。以适当设置框架、叉形接头和弹性元件相对调节的不同可能性为基础，系统提供了调节的多种可能性。特别是关于理想的轮体提升曲线，由转向角和轮迹参数所限定，由弹性元件实现了调节选择，该弹性元件实质性地不同于迄今已知的这样的装置。

根据本发明的系统，其由下列构件组成：(1)一个使用至少一个摆臂的转向点实现可变设置的框架；(2)多个叉形接头，其中至少一个能够被设计为一两部分的叉形接头，该两部分叉形接头提供转向轴之间的可变距离；(3)连接于前轮的一专用伸缩叉，该伸缩叉至少有三部分，以致前轮具有或者部分或者全部弹性作用地通过整个系统被引导。

具体地说，根据本发明提供了一种前轮悬架系统，用于对具有单一前轮的轮式交通工具的前轮的引导和弹性作用，所述的悬架系统包括：一个支撑于交通工具轮上的框架，该框架具有一个固定的前悬架点和一固定的转向点；一个摆臂，一端可操作地连接于固定的前悬架点，在所述摆臂的另一端具有一个可变的第二转向点；所述固定转向点和第二转向点形成转向轴；一个叉体，可操作地与框架组合，并且具有至少一个叉形支柱用于连接交通工具的前轮，叉体具有一个纵向轴；一个第一叉形接头；和一个第二叉形接头，其沿叉体纵向轴与第一叉形接头隔开；其特征在于，所述叉体是两部分的叉体，并且具有两个彼此可相对移动的连接构件；所述第一叉形接头可操作地将所述叉体的连接构件之一连接到所述固定的转向点；所述第二叉形接头在由所述摆臂提供的第二转向点处、通过一个夹紧连接件而可操作地将所述叉体的连接构件中的另一个连接到所述框架；通过使所述第二叉形接头的夹紧连接件移动而使第二叉形接头沿叉体轴滑动，从而连接到摆臂的所述第二叉形接头可调节地移动，因此改变转向轴相对于框架的基本角度。

本发明还包括框架的实施例，其转向头角度是可调的，并且通过叉形接头的夹紧连接件的简单的转换运动，可以非常快地实现调节。

根据本发明，叉形接头由于它的两部分结构，可以细分为必须的旋转和回转运动。因而，叉形接头一方面允许使用较少花费的轴承，并且，另一方面，根据特殊的实施例，由于它实现了在整个回转范围内叉体偏离(即，转向轴枢轴支点相对于在叉形接头处叉形支柱轴的几何相关距离的偏离)的变化，因此能提供轮迹另外的变化的可能性。

因为专门应用于摩托车和自行车，本发明的伸缩叉的结构由可滑动的连接件组成，当在刹车或加速以及经过凸起时，所述的可滑动的连接件可以互相滑动而进入对应滑动件中并且实现前轮整体的压缩和回弹。由于伸缩叉至少三部分的特殊结构，其总是依靠各个弹性元件的设置和连接部分相互之间的衰减率，各个连接部分适当的不同相对运动可以在整个弹性范围内实现。因而，在压缩和刹车过程中，前转向角的另外的修正能在整个弹性范围行程内实现，例如与可变悬架转向点有关，其修正不同于已知的由传统伸缩叉的压缩实现的转向角的修正。

本发明系统的特征是至少两个互相独立可调节的弹性元件的组合，该弹性元件的各个弹性范围相加得到被引导前轮的整个弹性范围。此专门设置因而提供了与转向角和轮迹相关的可变框架几何结构。至少一个弹性元件需要被连接在至少一个可变铰接的转向点中间，该转向点由交通工具框架的摆臂支撑。由于至少一个弹性范围的修正，框架通过设置至少一个摆臂，转向轴就通过该至少一个摆臂的相应设置而相对于所述框架被限定了，因而形成了框架的相应转向角。至少一个第二弹性元件或者被单独直接连接于下部叉形接头，或者连接在具有至少三部分结构的伸缩叉内部，连接弹性元件以至于它相对于其上连接可变铰接转向点的至少一个摆臂的弹性元件的整个弹性范围内引导前轮。当此第二弹性元件压缩时，整个交通工具关于道路平面的转向角发生改变。

因而，交通工具的驾驶性能能够通过调节各个弹性元件被改变，所述弹性元件将使前轮悬架系统的转向角和轮迹的关键参数值改变。换句话说，各个弹性元件的选择设置能够分别提供不同的转向角和轮迹的几何修正，其总和为前轮悬架系统的整个弹性范围。

在轮体引导单元例如伸缩叉直接连接的情况下，可变支撑点的轴承应当允许通过利用叉形接头，转向点的转动以及回转运动。叉形接头可以被设计为球窝式连接轴承，球面滚柱轴承或者所谓的单滚珠接头。在本发明的优选实施例中，至少一个叉形接头，例如上部叉形接头，被设计为一个两部分的叉形接头，该叉形接头在转向轴处的轴承被设计为传统式的以致可能仅有转向运动，没有其叉形接头的第一部分的回转运动。这个专门的叉形接头的第二部分通过传统的夹紧连接件连接到弹性元件，例如连接到专门伸缩叉的上部。该叉形接头的两部分再一次通过回转轴互相连接。在多部分叉形接头系统的至少两个部分压缩时分别做运动期间，专门的伸缩叉和设计为两部分的叉形接头的转向点之间的距离被改变了。根据两部分叉形接头的特殊实施例，特别是关于回转轴的定位，在转向系统范围内的附加的轮迹变化就实现了，此变化是独立于与交通工具的道路水平面相关的整个系统的转向角的修正产生的轮迹变化。

在本发明的另外一个优选实施例中，至少一个另外的现有的叉形接头被设计成一个两部分的结构。然而，在这种情况下，回转轴穿过在转向轴支撑点处的传统设计的轴承。

在更进一步的优选实施例中，至少一个另外的现有的叉形接头被设计为一两部分结构，但是在此例中，回转轴穿过专门的伸缩叉中心线，并且位于转向轴支撑点处的轴承被按照传统方式制作。

而在另一个优选实施例中，上部的弹性元件被设计为一震动吸收器，支撑在可摆臂和框架上。

还有另一个实施例，系统按照三个弹性元件组合的变化形式被描述，三个弹性元件互相之间可以独立调节，并且互相之间通过两个摆臂连接。

附图说明

图1是本发明一个实施例的示意图，表示整个前轮悬架系统，图1x是一放大平面图，说明在转向轴处具有球窝式接头的传统叉形接头。

图1a是类似于图1的示意图，但图1a1表示位于上部的叉形接头是两部件的叉形接头，图1a2表示位于下部的叉形接头为球窝式接头；

图1b是类似于图1a的示意图，但图1b1表示位于上部的叉形接头是球窝式接头，图1b2表示位于下部的叉形接头为两部件的叉形接头；

图1c是类似于图1a的示意图，但图1c1表示位于上部的叉形接头是两部件的叉形接头，图1c2表示位于下部的叉形接头为两部件的叉形接头，该叉形接头的回转轴穿过转向点；

图1d是类似于图1c的示意图，但图1d1表示位于上部的叉形接头是两部件的叉形接头，图1d2表示位于下部的叉形接头为两部件的叉形接头，该叉形接头的回转轴穿过下部弹性单元的中心线；

图2与图1类似，但它现在表示根据本发明通过简单地改变下部叉形接头相对于伸缩叉的夹紧位置，从而对框架的斜度(rake)和轮迹进行基本调节的可能性；

图2A是类似图2的示意图，但表示用于转向头调节的包括两个可移动的摆臂的交通工具框架的另一个实施例；

图3是本发明与具有两个或三个滑动轮行进单元的叉体一起使用的叉形接头或三角轧头机构的平面图；

图3a是图3的三角轧头机构的端部正视图；

图4是三部件伸缩叉示意说明；

图4A是与图4类似的示意图，但只表示下部构件包括一弹性元件；

图4B是与图4类似的示意图，但表示了叉体的另一实施例；

图4B1是一放大正视图，进一步表示了中间元件和它的两部件的连接；

图4C是一与图4B类似的示意图，但表示了仅下部构件包括一弹性元件的叉体的另一实施例；

图4C1是一放大正视图，进一步表示了中间构件和它的两部件的连接；

图4D是一四部件叉体示意图；

图4D1是一放大正视图，进一步表示图4D的两个叉体构件、两部件的连接；

图4E是仅下部和上部构件包括一弹性元件的四部件叉体的另一个实施例示意图；

图4E1是一放大正视图，进一步表示图4E的两个叉体构件、两部件的连接；

图4F是仅下部的两个构件包括一弹性元件的四部件叉体的另一个实施例示意图；

图4F1是一放大正视图，进一步表示图4F的两个叉体构件中两部件的连接；

图4G是仅最下部的一个构件中包括一弹性元件的四部件叉体的另一个实施例示意图；

图4G1是一放大正视图，进一步表示图4G的两个叉体构件中的两部件的连接；

图5是一整个前轮悬架示意图，表示图4B叉体的应用；

图5a是图5的部分放大正视图，表示下部的叉形接头；

图6是前轮悬架示意图，表示使用单一震动悬架(monoshock suspension)和图4A叉体的应用的一个实施例；

图7是前轮悬架的示意图，表示在悬架系统中使用一个第二摆臂的实施例和图4D叉体的应用；

图8是前轮悬架的示意图，表示图4叉体应用的实施例，在两个摆臂之间叉体具有一刚性构件；

图9是一前轮悬架示意图，表示在与单一震动悬架单元组合的悬架系统中使用第二摆臂的实施例和图4E叉体的应用；

图10是一与图9的实施例相似的前轮悬架实施例示意图，但表示的是应用单一震动悬架单元的变型和图4F叉体的应用；

图11是与图9、10的实施例类似的一前轮悬架示意图，但表示两个弹性元件应用一单一震动悬架单元的变型和图4G叉体的应用；

图12是一图表，表示在图13所示的常规叉体的弹性范围与斜度和轮迹之间的关系；并且

图13是常规叉体示意图，说明了斜度和轮迹的几何相关性。

优选实施例的说明

系统设计

附图示意性地说明了本发明的主要部分。将本发明的原理应用到两轮交通工具的专门结构中，对此技术领域的技术人员来说是显而易见的。如附图表明，本发明前轮悬架系统包括有用于自行车和摩托车的支撑在与地面接合的轮上的框架50，一个后轮20和一个前轮26。图1示意性地说明了包括框架50的整个前轮悬架系统的结构。这种图2表示的新型的框架和图2A表示的变型，将在下文中更详细的描述。它提供了对基本转向角易于全面的调节选择，并且因而具有固定的上部转向点51和固定的悬架点58。在悬架点58，一换向杆或摆臂52可操作地连接于下部转向点53。框架50在两个转向点51和53具有叉形接头54和55，从而提供摇摆和旋转运动。

在图1的实施例中，球窝式插件73用于支撑转向点51和53，如图1x所示，插件通过至少一个夹紧螺纹连接件74被保持在叉形接头54和55之内，一个弹性元件57被装配到下部的叉形接头55上，一个弹性元件56依靠夹紧连接件71经由提供至少一个螺纹连接件72的螺纹配件被装配到上部的叉形接头54。根据系统各自的实施例，例如在具有直接连接的三部分伸缩叉中，弹性元件的夹具71的轴线直性延伸。叉形接头54和55经由夹紧连接件被连接于一专门的弹性系统59，弹性系统59由至少2个互相独立的弹性元件56和57组成。这些弹性元件56和57的弹性范围合计为悬架系统的整个弹性范围。通过调节每个弹性元件56和57各自的设置，系统提供不同的转向头角度和被导引的前轮26的前轮26轮迹值的变化。

在图1的实施例中，弹性系统59被制成三部分的伸缩叉，将在下文参考图4进一步描述。另外，根据图1a-d更进一步的优选实施例，利用一个专门的两部分叉形接头从而实现提供可变轮迹的目的。这种新型的两部分叉形接头，或者某些时候涉及到的三角轧头在图3和图3a中进行说明，并且将在下文中更详细描述。

图1a(和图1a1和1a2)表示在顶部接头54应用两部分叉形接头(在图3和3a中详细表示)和在底部接头55应用传统的具有球窝式接头的叉形接头的详细的图示。

图1b表示在底部接头55应用两部分叉形接头并且在顶部接头54应用传统的具有球窝式接头的叉形接头的详细的图示。

图1c表示在顶部接头54应用两部分叉形接头以及在底部接头55应用两部分叉形接头的详细图示，其中旋转轴穿过转向点。

图1d表示在顶部接头54应用两部分叉形接头以及在底部接头55应用两部分叉形接头的详细图示，其中旋转轴穿过下部弹性元件的中心线。

框架设计

图2和图2A表明框架50斜度调节的易于调节的可能性。因此，这里提议的这种框架的结构使得在最短的时间内实现修正转向角成为可能。至少一个转向点51或53通过框架50的滑动臂52实现的可移动设置使之可以通过叉形接头55的纵向移动引起的转向角变化，叉形接头55包括在叉体或者伸缩叉57上的夹紧连接件，叉体或伸缩叉可以提供几种不同的设计。在一个实施例中，转向轴的支撑点51或53被设置在一可移动的位置。在更进一步的实施例中，转向轴的支撑点53和53a通过两个摆臂52和52a可移动定位。

因而，如图2所示，决定转向头角度的转向头支撑点51和53不是都永久地固定于框架50，而是其中至少一个固定于一可移动的支撑点53，例如，在转向头轴内，通过利用一端枢轴连接于框架50的固定的前悬架点58，而另一端连接于转向点53的换向杆或摆臂52。图2的虚线表明通过连接于其上的臂52和转向点53的摇摆运动，使夹紧连接件于任何类型的叉体的三角轧头移动，从而使斜度的变化易于实现。在图2A的实施例中，确定转向头角度的支撑或转向点53和53a不是永久固定，而是通过使用两个换向杆或摆臂52和52a连接于其转向头轴内的两个可移动的转向点53和53a。在这种情况下，叉形接头54通过固定转向点51a仅仅具有转向功能。

转向角的变化能够独立于所述特殊的叉体设计实现。例如，在一个实施例中，在一个倒置的伸缩叉的叉形接头处通过夹紧连接件的移动就得到了转向角的改变。在另一个实施例中，转向角的修正通过移动与刚性叉体(单一伸缩设计的传统前叉)与叉体接头的夹紧连接件而实现。在另一个实施例中，转向角的修正，通过在三部分伸缩叉(三部件设计的双重伸缩)的叉形接头的夹紧连接件的移动实现。现在将对本发明的用于这些不同的实施例叉形接头和伸缩叉进行描述。

叉形接头设计

图3和图3a表明本发明的用于前轮悬架系统的一叉形接头的优选实施例，叉形接头有时被称为三角轧头。三角轧头是专用于摩托车和自行车的设备，并且是一种在转向点轴之间到至少一个叉形支柱的机械连接方式。迄今所知的用于自行车和摩托车的叉形接头实现了这样的一种可能性，即：使用专门的轴承改变转向头角度。为此目的，轴承例如单滚珠轴承或者球面滚柱轴承或者用于转向轴支撑方面或者用于至少一个叉形支柱和叉形接头之间的连接方面。因而在压力作用下，通过转向头角度的修正，就可以实现轮迹的变化转向轴和叉形支柱轴之间的固定叉体偏离确定了初始值。换句话说，已知的现有的用于自行车和摩托车的三角轧头主要允许仅仅通过偏离设备的选择以改变垂直转向轴和叉形支柱的垂直中心线之间的距离的固定的基准数(称作偏离)而使轮迹变化。因而，几何轮迹变化仅仅作为框架的转向头角度(斜度)偏离的函数并根据伸缩前叉内的悬架运动而产生的轮体运行而产生。由于其专门的设计，当潜在的轮迹变化主要由于转向头角度的修正引起时，使用上述轴承比传统轴承例如简单的滚柱轴承或锥形滚柱轴承要昂贵的多。在目前的叉形接头的已经实现的专门实施例中，这样的叉形接头，由于它的两部分结构，细分为必须的旋转和回转运动，因而一方面允许使用花费少的轴承，并且另一方面，依靠各自实施例，由于叉形接头实现了在整个回转区域叉体偏离的变化(即，转向轴的枢轴支点相对于在叉形接头中叉体支柱轴的几何相关距离的偏离)，因此提供了轮迹附加变化的可能性。

在图3和图3a表示的实施例中，叉形接头部件1，在此情况中包括2个夹紧座71用于连接叉形支柱；为角度修正，叉形接头部件1通过位于回转轴8上的至少一个孔6和至少一个轴向螺栓(axisbolt)11与其构件2连接。构件2包括一个局部孔4以连接转向轴的枢轴支点和至少一个支撑座5，该支撑座用于在回转轴8周围安装一传统的轴承(此处，作为一个例子，锥形滚柱轴承)。

在叉形支柱9(点15具有几何相关性)的轴线相对于转向轴10(点14被认为是枢轴支点)的平行位置，几何叉体偏离7可由叉形支柱的叉形接头构件1与回转轴8的偏离7′加上回转轴8的叉形接头构件2与转向轴10的偏离7″之和得到。因而，本发明的叉形接头被设计为一个两部分的结构，其允许通过设置于此二者之间的回转轴8实现转向轴和叉形支柱轴之间角度的修正。

由于围绕回转轴8的可能的旋转运动，几何相关点15相对于叉形接头构件1的几何相关的点15′的距离改变，以致叉体偏离7″′的几何相关部分(点15′和转向轴14的旋转轴的旋转中心的几何连接)通过叉形支柱轴9′和转向轴10之间的各自角度的修正实现。因而，除了在压力产生时仅仅由转向头角度改变实现的轮迹角度修正之外，也可以改变本发明叉形接头引导的轮的轮迹。

在两个实施例中，转向轴和叉形支柱轴之间的角度修正能够导致回转轴8与转向轴或叉形支柱轴的垂直中心线相交。这些实施例允许转向头角度的上述变化，然而附加的轮迹变化效果是有限的。

在另一个实施例例中，将回转轴8设置于转向轴和相应的叉形支柱轴的几何相关连接线内任选的距离处。

在另一个实施例中，将回转轴8置于以下任一位置：(1)在转向轴后面的转向轴和相应的叉形支柱轴之间的几何相关直接连接线外任选的距离处；或者(2)在叉形支柱轴前面的转向轴和相应的叉形支柱轴之间的几何相关直接连接线外侧任选的距离处。根据回转轴8的位置，这些实施例能提供比前面段落描述的可能的实施例更重要的轮迹变化。

而在另一个实施例中，可能使用柔性材料以产生角度的变化。

本发明的独一无二的叉形接头，即三角轧头允许通过使用至少一个调节板12，调节距离7′的长度以调节叉形接头结构的轮迹变化效果；并且也允许通过使用至少一个调节板13，调节距离7″长度以调节叉形接头结构的轮迹变化效果。这样，本发明的三角轧头将必须的旋转和挠曲运动分开，以通过其两个接头部分的设计允许斜度和轮迹的变化，并且允许在其内部使用不太贵的轴承。它也允许几何转向轮迹的两个静态变化，一个根据转向角调节，另一个根据在三角轧头的两个连接部分挠曲期间，在转向角范围内的持续的挠曲运动调节。

伸缩叉

参考图4和4A到4C，描述本发明的三部分伸缩叉的各种不同的实施例，其允许移动部分的行程可以调节。

现在已知的用于自行车和摩托车的两部分伸缩叉，仅仅被用于压缩和回弹垂直运动，没有足够考虑到水平偏差，和随之发生的持续的斜度和轮迹的几何结构的变更。因而，在加速，刹车，遭遇不规则路面/轮迹的某一情境的过程中，在骑车运动中，无力改变框架的几何结构，从而不能实现最优化。

已知的用于自行车和摩托车的两部分伸缩叉在当越过凸起或刹车和加速时，在弹性元件的弹性压缩和回弹的整个过程中仅仅提供了两个连接元件的一个单一运动。因而，在两种驾驶情境下，就得到了同样的转向角和前轮轮迹的几何修正。目前伸缩叉的结构由专门应用于自行车和摩托车的可滑动连接件组成，它们可以互相滑入，在刹车或加速以及当越过凸起时，实现前轮整体的压缩和回弹。由于伸缩叉至少三部分的专门结构，总是依靠各个弹性元件的设置和连接部件彼此相对的阻尼率，各个连接部件不同的适当相对运动能够在弹性元件的整个弹性范围内实现。因而，在压缩和刹车过程中，前转向角的附加修正能够在整个弹性行程内实现，例如与可变悬架转向点相关，其修正不同于传统伸缩叉压缩得到的已知的转向角的修正。

在本发明的前伸缩叉的整个行程中，存在持续改变两轮交通工具前转向角的机会，特别是当前叉被用于与叉形接头接合时，叉形接头在交通工具的框架单元与转向单元之间提供非刚性连接。

此外，通过本发明的三部分伸缩叉设计，挠曲转向和框架几何结构的优点能够通过在框架和叉体之间联动调节而实现。并且由于显著的交叠部件的刚度整体提高，强度增加的其它优点也得以实现了。

在图4的普通的实施例中，通过轴连接于可引导的前轮26的伸缩叉的下连接部分21，被滑入中部连接构件22中或其周围，中部连接构件22依次滑入上部连接构件23中或其周围。在这个实施例中，提高的挠曲强度主要由各个连接构件相互之间的大量交叠实现的。

在更进一步的实施例中，下部连接部分21由弹性元件24支撑，弹性元件24紧靠安装在连接元件22的隔壁27上，连接元件22被连接件23的弹性元件25支撑。由于下部连接部分21通过弹性元件24由中部连接部件22支撑，下部连接部分21将根据相应的荷载移动，当中部连接部件22也通过弹性元件25由上部连接部件23支撑时，其也根据荷载移动。依靠调节各个弹性元件24和25的相应弹簧刚性系数，连接部件21，22和23相互之间不同的相对运动在整个弹性范围行程内实现。

在一特殊的实施例，伸缩叉工作室28和29不仅关于弹性作用是互相独立的，而且在通过流速调节来控制的阻尼装置产生的阻尼效果也互相独立。这提供了进一步附加调节的选择。本实施例提供了两个独立的工作室用于弹性和阻尼作用，由于各自不同的弹簧刚性系数和衰减率而产生不同的调节，在伸缩叉整个弹性范围内产生引起不同程度的进入相应的管部的下沉运动。

在另一个实施例中，利用加压气体作为弹性元件从而代替传统的弹簧。

在图4A更进一步的实施例中，三部分伸缩叉的仅仅下部构件21被设计为弹性元件，上部构件23被设计为仅仅是没有弹性的引导构件。在此实施例中，工作室29在中部构件22和上部构件23之间形成，并被用于阻尼目的，而工作室28在下部构件21和中部构件22之间形成，中部构件用于弹性和阻尼运动。

图4B说明了一个三部分伸缩叉的另一个实施例，图4C表示图4B实施例的变化形式。按照图4B的实施例，中部连接构件22A被制作成两部分的结构。例如，它的组成部分22B和22C使用球窝式接头80(见图4B1)互相连接。这里，连接构件22B和下部连接构件21形成第一个弹性元件57，而连接构件22C和上部连接构件23形成第二个这样的弹性元件56。

按照图4C的实施例，中部连接元件22A由两部分结构制成。它的两部分22B和22C通过球窝式接头80(见图4C1)互相连接。在本实施例中，连接构件22B和下部连接元件21形成一个弹性元件，并且连接构件22C和上部连接元件23形成可滑动引导单元。

在图4D到4G中，四部分伸缩叉的四个实施例被描述。根据图7到11这些实施例被用于整个前轮悬架系统。

在图4D的实施例中，表示了一个四部分的伸缩叉，其第三连接构件23a被设计为两部分。这些第二和第三部分23b和23c通过如图4D1所示的球窝接头80互相连接。第二部分23b和连接构件22形成了第二个中间的弹性元件，连接构件23C和第四连接构件30形成了第三上部弹性单元。因而，在下部连接构件21和第二个连接构件22之间以及连接构件22和第二部分23b之间以及第三部分23c和第四连接构件30之间，形成了3个不同的工作室用于弹性和阻尼效应，在整个弹性范围内通过调节各自的弹簧刚性系数和衰减率的不同调节手段以提供不同程度的伸入各自管体的运动。

按照图4E的实施例，在连接构件部分23b和第二连接构件22之间的工作室，两部件可以互相滑动，在这个工作室里没有弹性元件而不具有任何弹性效果，仅仅作为一个引导单元。

按照图4F的实施例，第三连接构件23a包括2个部分。这些第二和第三部分23b和23c通过如图4F1表示的球窝式接头80连接。第三部分23c和第四连接构件30，分别可互相滑动进入对方中，形成了没有提供任何弹性效果的引导单元。

按照图4G的实施例，第二部分23b和第二连接构件22以及第三部分23c和第四连接构件30，可分别互相滑动进入对应构件中，仅仅提供引导单元而不具有任何弹性效果。

在任何一个前述的实施例中，弹性单元能够使用加压气体作为弹性元件，而不是传统意义上的弹簧。

系统构件的组合

图5表示通过球窝式接头80(图5a)连接的弹性元件56和57与按照图4B设置的伸缩叉的连接系统的实施例。这里，球窝式接头80装配在弹性元件57内部并通过螺纹装配件81与弹性元件56拧紧。在这里，球窝式连接80被设置在叉形接头55内部并不重更。然而弹性元件57被连接和机械固定于叉形接头55上是至关重要的，弹性单元57最好是任一实施例中的伸缩叉。

在图6中，所示系统实施例中弹性元件56是一单一震动悬架，其通过连接点56a靠在框架50上，并且通过连接点56b靠在摆臂52上。在这种情况下，引导单元56c是一引导作用的单元，由两段可互相滑入的管体组成并且不具有任何弹性功能(例如图4A的伸缩叉)。引导单元56c管部仅仅将转向力从交通工具手把(未画出)传递到前轮26。在这里，在引导单元56c和弹性元件57之间为直接连接。然而，引导单元56c也能通过球窝式接头连接到弹性元件57，如图5a所示(例如，图4C的伸缩叉)。

图7表示弹性系统59的实施例，其除已经存在的摆臂52以外还提供了第二个摆臂52a，后者通过悬架点58a枢轴连接于框架50上。在摆臂52a的另一端，提供了转向点53a，与摆臂52的转向点53一起代表了悬架系统的转向轴。沿第三叉形接头55a延伸，弹性系统59的全部弹动被分到三个弹性单元56d，56e和57中，这样，允许关于转向头角度和轮迹的整个前轮悬架系统的另外的轮体提升曲线。在本实施例中，叉形接头54通过转向点51a仅仅具有转向功能。叉形接头54的结构能被设计为如图3所示。弹性元件56e和57的连接能够通过例如在图4D中描述的伸缩叉实现。那么，将弹性元件单元56d连接到弹性元件单元56e必须与图5a表示的一致。

在图8所示的系统中，单元56f被刚性设计，不具有任何弹性效果。因而，所使用的伸缩叉与图4B实施例中表示的三部分伸缩叉一致。在这个实施例中，关于转向角和轮迹的变化通过摆臂52和52a和它们的悬架点58和58a长度的调节实现。在前轮悬架系统的前轮26的整个弹性范围通过弹性元件56d和57产生的弹性范围所限定。

按照图9系统的变化形式，弹性单元56e也能够被设计为单一震动悬架单元并且通过耦合点56b紧靠在摆臂52上，并且通过耦合点56g紧靠在可摆臂52a上。在此情况下，伸缩叉的连接部件23b和22仅仅在系统内具有引导功能，而不提供任何弹性效果，如图4E的实施例所描述。

在图10所示的系统的另一变化形式中，弹性元件单元56d也能够被设计为单一震动悬架单元并且通过耦合点56g紧靠在摆臂52a上，并且通过耦合点56h紧靠在框架50上。在这种情况下，伸缩框架的连接部分23c和30仅仅承担系统内的引导功能，而不具有任何弹性效果，如图4F的实施例中所描述。

而在图11所示的系统另一个变化形式中，两个弹性元件56d和56e也能够被设计为单一震动悬架单元，并且能通过耦合点56g紧靠在摆臂52a上，并且通过耦合点56h紧靠在框架50上，以及通过耦合点56b紧靠在摆臂52上和通过耦合点56g紧靠在摆臂52a上。在此情况下，伸缩叉的连接部件23c和30和连接部件23b和22仅仅具有系统内的引导功能，但不提供任何弹性效果，如图4G描述的实施例。

概要

本发明的用于自行车和摩托车的独一无二的悬架系统允许通过其构件对转向角度的可调变化，特别是通过在悬架运动(suspension action)中将前轮的弹性运动分为至少两个部分地弹性运动。它们是可调节的，并且它们中的至少一个位于转向三角轧头支架之间，而至少另一个必须被连接于下部的三角轧头支架下面。当所述的支架转向点通过在框架的至少一个位置处的摆臂连接到框架时，产生了另外的和可调的斜度变化。框架的结构是一种利用可调节的转向头来设计框架的方案，通过选择性地定位转向三角轧头支架，就可以快速容易地实现转向头的调节。框架的结构允许在非常短的时间内的框架转向头角度的变化。通过利用连接到框架的摆臂的可变转向点，转向三角轧头支架能够沿着任一设计的伸缩叉或叉体的中心轴线移动，实现转向角的变化。

在此所述的一个挠曲的两部分三角轧头的结构，能够增加自行车或摩托车的稳定性。通过允许在三角轧头内的铰接运动，产生一种附加的因之发生的改变轮迹的几何学作用。当与转向-框架的连接系统协同作用时，得到了斜度的几何相关变化，并且在刹车或经过凸起时，提高了交通工具的稳定性。另外，利用花费较少的轴承是可能的，这与通常用于摩托车和自行车的转向构件中的轴承的情况相反，后者利用传统的一件刚性三角轧头实现这些变化。

另外，在此描述的多构件伸缩叉的结构和它的变化形式允许在其连接部件间的运动之间具有许多种的选定阻力。在加速和减速以及在运动过程中遭遇不规则路面提高控制时，这些内部相关的部件当与连接臂一起使用时提供了增强的转向稳定性。

前述的各种不同优选实施例被认为仅仅是本发明原理的举例说明。更进一步，既然对于本领域的有经验的人来说，易于想到大量的修正和变化，不希望将本发明限制到确切的表示和描述的结构和操作；相应地，对于本领域的有经验的人来说。所有适当的修正和明显等同替换被认为是落在本发明的下列权利要求限定的范围之内。同样很重要，权利要求被认为是包括了不离开现在的发明的精神和范围内的这样的等同结构。

Claims (7)

1、一种前轮悬架系统，用于对具有单一前轮(26)的轮式交通工具的前轮(26)的引导和弹性作用，所述的悬架系统包括：

一个支撑于交通工具轮(20，26)上的框架(50)，该框架具有一个固定的前悬架点和一固定的转向点(51)；

一个摆臂(52)，一端可操作地连接于固定的前悬架点(58)，在所述摆臂(52)的另一端具有一个可变的第二转向点(53)；

所述固定转向点(51)和第二转向点(53)形成转向轴；

一个叉体，可操作地与框架(50)组合，并且具有至少一个叉形支柱(59)用于连接交通工具的前轮(26)，叉体具有一个纵向轴；

一个第一叉形接头(54)；和

一个第二叉形接头(55)，其沿叉体纵向轴与第一叉形接头(54)隔开；

其特征在于，所述叉体是两部分的叉体，并且具有两个彼此可相对移动的连接构件(56，57)；

所述第一叉形接头(54)可操作地将所述叉体的连接构件(56，57)之一连接到所述固定的转向点(51)；

所述第二叉形接头(55)在由所述摆臂(52)提供的第二转向点(53)处、通过一个夹紧连接件(71)而可操作地将所述叉体的连接构件(56，57)中的另一个连接到所述框架(50)；

通过使所述第二叉形接头(55)的夹紧连接件(71)移动而使第二叉形接头(55)沿叉体纵向轴滑动，从而连接到摆臂(52)的所述第二叉形接头(55)可调节地移动，因此改变转向轴相对于框架(50)的基本角度。

2、如权利要求1所述的前轮悬架系统，其特征在于，第一叉形接头(54)是上部叉形接头，固定的转向点(51)可操作地连接到上部叉形接头(54)上，第二叉形接头(55)是下部叉形接头，摆臂(52)的第二转向点(53)可操作地连接到下部叉形接头上。

3、如权利要求1所述的前轮悬架系统，其特征在于，第一叉形接头(54)是下部叉形接头，固定的转向点(51)可操作地连接在下部叉形接头上，第二叉形接头(55)是上部叉形接头，摆臂的第二转向点(53)可操作地连接到上部叉形接头上。

4、如权利要求1、2或3所述的前轮悬架系统，其特征在于，至少一个叉形接头包括：

一个带有夹紧座(71)的第一构件(1)，该夹紧座用于将第一构件可操作地连接到叉体上；

一个带有配件的第二构件(2)，该配件用于将第二构件可操作地连接到所述转向点(51，53)之一；和

一个回转连接件(6，11)，该回转连接件在第一和第二构件之间提供了一基本水平的回转轴(8)，以提供第一和第二构件(1，2)关于回转轴(8)的相对运动，因而提供了转向轴和叉体纵向轴之间角度的修正。

5、如权利要求4所述的前轮悬架系统，其特征在于，第一构件(1)适于容纳调节板(12)，该调节板可增加叉形支柱轴和回转轴(8)之间的偏离距离从而调节轮迹。

6、如权利要求5所述的前轮悬架系统，其特征在于，第二构件(2)也适于容纳一调节板(13)，该调节板可增加转向轴和回转轴(8)之间的距离，从而调节轮迹。

7、如权利要求1、2或3所述的前轮悬架系统，其特征在于，第一叉形接头(54)和第二叉形接头(55)包括：

一个带有夹紧座(71)的第一构件(1)，该夹紧座用于将第一构件可操作地连接到叉体上；

一个带有配件的第二构件(2)，该配件用于将第二构件可操作地连接到所述转向点(51，53)之一；和

一个回转连接件(6，11)，该回转连接件在第一和第二构件(1，2)之间提供了一基本水平的回转轴(8)，以提供第一和第二构件绕回转轴(8)的相对运动，由此提供转向轴和叉体纵向轴之间角度的修正。

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