[发明专利]基于弹簧的再生制动系统

说明书

一种适于安装在车辆的后车轮上的基于弹簧的再生制动系统，包括手柄组件、后车轮组件、辊轮组件和释放杆组件，该释放杆组件选择性地以三种模式运行，这三种模式即为同步模式、异步模式和释放模式，以在车辆的制动事件期间存储制动能量以及在时停时走的交通状况下对该制动能量进行有效利用和管理。

技术领域

本发明涉及一种车辆的用于再生制动的机构，更具体地涉及对存储的制动能量的有效管理。

背景技术

踩踏板的简单性以及响应于车轮的圆周运动通过齿轮提供机械便利的能力使得诸如自行车的车辆能够普遍地用于运输、运动和娱乐。全世界都在尝试创新自行车设计，其目的是提高效率和减少踩踏力。

车辆需要响应于交通状况而制动和加速。众所周知，在这种时停时走的交通状况中浪费了大量的可以通过能量存储装置保存的能量/燃料，该能量存储装置可以采集由于在交通状况期间频繁制动而损失的制动能量。

在车辆领域、特别是在自行车领域中存在各种尝试，其中电池被用作能量存储装置以便增进踩踏操作。然而，这种设计受到重量的限制。此外，电池所需的大约数小时的长充电时间使得电池不能存储能量，特别是当可用的充电时间为大约几分之一秒时。

诸如弹簧的弹性介质可以立即响应变形力，因此使得弹簧对于立即存储和释放能量而言是理想的。通常，交通方式需要快速连续地从存储装置释放存储的能量。这导致需要容量小但具有快速加载和释放能力的存储装置。弹簧有效地满足了该需求。

此外，现有技术通常涉及通过利用自行车动量来增大力而减小制动力的机构。例如，Li Binghua等人的CN101367420A教导了一种设置有发条弹簧助力器的自行车，该自行车具有框架、把手、车轮、中心轴和飞轮。自行车的特征在于踩踏板中心轴具有与框架连接的能量存储和释放装置。当自行车被向前踩踏时，反向旋转的中心轴压缩发条弹簧以施加力，发条弹簧被释放以节省驱动力。然而，本发明不使用自行车动量来对弹簧加载。

在本领域中很少尝试利用基于弹簧的再生制动系统。例如，US 4744577公开了一种再生制动系统，其通过传递变形弹性介质的作为扭矩的弹簧力来提供制动，该扭矩趋于抵抗被制动的车轮的向前旋转。与跟地面接合的车轮的轮毂同心安装的制动衬块组件在制动时被致动，以提供轮毂和缠卷机构之间的摩擦接合，该缠卷机构对附接到弹性介质的缆线进行卷绕，从而使弹性介质变形并且存储能量，同时向车轮施加减速扭矩。然而，所述再生制动系统被设计用于橡皮筋这一程度的低传递扭矩。限制来自于将轮毂旋转传递到行星齿轮的摩擦制动器的小的接触面积。所述再生制动系统不能认可像石墨烯那样的低密度高刚度材料的出现。因此，为了能够完全采集大量的能量，必须使弹簧作为能量存储介质和将大的扭矩运用为限制性夹紧力的离合器机构。此外，所述再生制动系统不能利用轮胎表面来产生增加的扭矩传递以进行更大的能量采集。另外，一旦弹簧完全盘绕，所述再生制动系统就会经受制动的突然增大。此外，所述再生制动系统不能在多个制动事件中存储能量并且随用户的意愿以单次迸发或多次释放的方式随意释放累积的能量。

另一个示例，US 6035970公开了一种为自行车设置的能量存储驱动组件，该能量存储驱动组件包括安装在自行车上的盘簧，该盘簧具有与自行车的车轮邻接的至少一个辊。能量存储驱动组件适于在第一模式中将能量存储在弹簧上，并且进一步在第二模式中利用所存储的能量实现自行车沿向前方向的运动。然而，本领域的所述能量存储装置通过缆线的旋转在车轮和能量存储弹簧之间传递扭矩。该机构对扭矩具有很大的限制并且具有高能量损耗。此外，弹簧在所述能量存储装置中被安装在骑车者前方，这对于自行车的正常使用是一种障碍。带有用于间歇式能量传输的坚固的离合器的后车轮安装式能量存储装置消除了这种不便。

另一个示例，US 6053830提供了一种用于踩踏板操作的骑行者推进式车辆(例如自行车)的弹簧辅助驱动器，该弹簧辅助驱动器利用安装在自行车框架内的卷绕的盘簧作为辅助动力。然而，弹簧辅助驱动器具有的限制在于，它需要使用者付出额外的作用力来踩踏弹簧以存储能量。重要的是，弹簧辅助驱动器不能提供存储自行车的动量的装置。