CN101362495B - 混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，包括转把以及壳体，在转把的前端为一绕线轴，在绕线轴上缠绕有油门拉线，在绕线轴上还设置有一磁钢，在壳体上，设置有一霍尔元件，该霍尔元件与绕线轴上的磁钢的相对，在壳体与转把之间还设置有一复位弹簧；在绕线轴的圆周面上设置有一凸起的弧形连接面。与现有技术相比，本发明所设计的联控调速手把，实现了化油器式发动机在混合动力摩托车上的应用，使得对化油器式发动机的操纵变得灵活，性能可靠；并且和整车的性能匹配良好，驱动方式的平稳切换和速度的平滑调节，很好地发挥了混合动力摩托车环保节能的作用。该装置体积较小，结构简洁紧凑，制造成本低廉，方便在车辆上装卸。

Description

混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把

技术领域

本发明涉及一种用于控制和调节混合动力摩托车行驶速度，以及在行驶过程中两种动力源的切换的手把，它是传统机械传动技术和数字传感技术的一个综合应用，属于摩托车手把技术领域。

背景技术

由于传统摩托车的燃油使用效率低以及电动车蓄电池储备能量的限制，出于环保和节能的要求，混合动力摩托车越来越引起市场的高度关注。但是到目前为止，真正投入到市场的只有本田的混合动力踏板车，其他都还处于试验阶段。

通过比较发现，目前在并联式混合动力摩托车发动机及电机速度控制中使用的比较多的技术是：利用同一个霍尔手把，根据相应的控制策略，确定发动机和电机的工作状态，当处于电机驱动行驶时，总控制器将霍尔手把输出的电压信号输出给电机控制器来控制电机的转速；而当车辆处于发动机驱动行驶状态时，总控制器将霍尔手把输出的电压信号输出给发动机控制器，此时霍尔手把输出的电压信号对应于一定的油门(节气门)开度，发动机控制器根据电压信号的大小判断出油门开度的情况，同时根据最佳混合比计算出相应的燃油喷射量，最终通过控制燃油喷射装置达到控制发动机转速的目的。

这种控制技术应用的一个很重要的前提是电喷发动机的使用，但是目前电喷技术只是在汽车领域较为普及，在摩托车领域使用最多的还是传统的化油器式发动机，而且单从成本的角度讲，电喷发动机要比化油器式发动机贵很多。

到目前为止，还没有发现在混合动力摩托车系统中使用针对化油器式发动机的发动机及电机联控调速手把或类似的速度调节机构。考虑到我国摩托车市场的实际情况以及我国消费者的实际消费能力，设计了针对使用化油器式发动机的混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把。本发明中集成了目前较为常用的摩托车用转速调节手把和电动车用霍尔手把的控制方法，并且重新设计了油门拉线的长度，以及油门拉线绕线轴的外形，以实现车辆行驶过程中驱动方式的平稳切换和速度的平滑连续调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，该手把主要是针对使用化油器式发动机的混合动力摩托车，可以实现两种动力源的平稳切换和速度的平滑调节。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，包括转把以及壳体，在所述的转把的前端为一绕线轴，在绕线轴上缠绕有油门拉线，在所述的绕线轴上还设置有一磁钢，在所述的壳体上，设置有一霍尔元件，该霍尔元件与绕线轴上的磁钢的相对，在所述的壳体与转把之间还设置有一复位弹簧。

在所述的绕线轴的圆周面上设置有一凸起的弧形连接面。

在所述的绕线轴上设置有一燕尾型凸台，所述的磁钢一端与该燕尾型凸台的一端连接。

在所述的绕线轴的端面上设置有一弹簧定位孔，在所述的壳体上设置有一弹簧定位销，所述的复位弹簧的一端设置在定位孔内，复位弹簧的另一端挂在弹簧定位销上。

所述的壳体由上部壳和下部壳组成，在所述的上部壳的内表面设置有一方形孔，所述的霍尔元件固定在该方形孔内。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，在手动转把的绕线轴不仅缠绕有油门拉线，还同时设置有用于控制电机转速的霍尔元件，从而通过简单的结构设计将燃油摩托车和电动车融为一体，且操作简单。

2、本发明的在绕线轴的外圆周面上设置有一凸起的弧形面，绕线轴采用不规则的圆，其中一部分圆弧用凸起的抛物线弧线代替，并在联结处相切(如图9)，这样在拉线在转过同样的圆心角时，拉线走过的长度迅速增加，而不是一个线性的变化。初始位置时油门拉线处于松弛状态，当手把控制电机加速到V₁(小于切换速度V₀的某个值)时，油门拉线开始进入绷紧状态(即汽油主喷嘴开始打开)，但是还没有切换到发动机驱动状态(即行驶速度小于V₀)，此时所对应的手把转角为α₁(如图12)；手把继续控制电机驱动从V₁加速到切换速度V₀，而手把的转角也从α₁增加到了α₀(如图12)，油门的开度也达到了发动机转速N₀所对应的开度，此时进行动力的切换效果将达到最佳，功率和扭矩都能达到要求，而且不会产生强烈的冲击影响发动机的性能。

3、采用本发明所设计的联控调速手把，使得化油器式发动机在混合动力摩托车上的应用成为一种可能，使得对化油器式发动机的操纵变得灵活，性能可靠；并且和整车的性能匹配良好，能够实现驱动方式的平稳切换和速度的平滑调节，很好地发挥了混合动力摩托车环保节能的作用。该装置体积较小，结构简洁紧凑，制造成本低廉，而且可以很方便地在车辆上装卸。

附图说明

图1是混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把的总体结构示意图。

图2是转把与磁钢、复位弹簧等的局部装配示意图。

图3是转把上部壳与复位弹簧、霍尔元件等的局部装配示意图。

图4是图3的主视图。

图5是图4的B-B剖视图。

图6是本发明混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把的爆炸结构示意图。

图7是转把下部壳的结构示意图。

图8是转把上部壳的剖面结构示意图。

图9、图10和图11分别是在不同转把转角下油门拉线与绕线轴的接触情况示意图。

图12是手把转角与油门开度和电机转速之间的对应曲线图。

以上的图中有：1、转把；2、磁钢；3、复位弹簧；4、霍尔元件；5、转把上部壳；6、转把下部壳；7、转把凸台；8、绕线轴；9、复位弹簧定位孔；10、复位弹簧的钩端；11、复位弹簧定位销；12、方形孔；13、霍尔元件线束输出孔；14、安装定位销；15、油门拉线安装螺纹孔；16、转把上部壳上的直孔；17、转把下部壳上的螺纹孔，18、弧形连接面。

具体实施方式

首先根据混合动力摩托车的控制策略、整车的结构配置等计算出切换速度V₀和发动机所对应的转速N₀；然后根据电机及发动机的运行特性计算出转把控制电机驱动加速到速度V₀时所对应的转角α₀，发动机转速为N₀时所对应的油门开度(即化油器喷针的升程)；再根据以上数据和其他相关已知参数计算出转把上绕线轴8处抛物线的参数以及相对位置、油门拉线空余长度L、α₁、V₁等参数。

根据计算出的相关参数确定转把的模型，相应地其他零部件的参数(比如霍尔元件安装孔的位置、复位弹簧的参数等)都能计算出，同时该模型也都可以确定。除了磁钢和复位弹簧要使用特殊材料外，转把材料使用塑料，转把上部壳和下部壳使用铝材。

在结构上，混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把装置包括：转把1、磁钢2、复位弹簧3、霍尔元件4、转把上部壳5、转把下部壳6。整个机构以转把为中心。安装前首先利用强力胶将磁钢2固定在绕线轴8的末段紧贴凸台7处(如图2)，霍尔元件4也用同样的方法固定到方形孔12内(如图3、4、5)，其输出线经由孔13引出；安装时先将油门拉线的一端穿过转把下部壳6上的安装孔15卡到转把1上凸台7的圆孔中，接着将复位弹簧3的钩端10固定在转把上部壳内表面的定位销11上，再将转把的绕线轴8卡在转把上部壳的槽中，再接着就将复位弹簧的另一端插入到转把上的定位孔9中，于是转把、弹簧和转把上部壳的相对位置就固定了；将转把1套到方向把上，利用转把下部壳的定位销14找准其在方向把上的位置，然后将转把下部壳和转把上部壳的下端相互卡住，将其上端利用螺钉连接固定，最终联控调速手把在方向把上的位置就固定了。最后利用油门拉线与转把下部壳连接处的螺母调节油门拉线的空余长度L使其满足设计要求，调好后拧紧螺母就安装完成了。

本发明的混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，该联控调速手把包括手动转把1、磁钢2、复位弹簧3、霍尔元件4、转把外壳。整个机构以转把1为中心，转把1上用于缠绕油门拉线的绕线轴7采用不规则的圆，其中一部分圆弧用凸起的弧线18代替，弧形对应的圆心角为a，贴凸台7处固定磁钢2；在转把1上定位孔9处固定复位弹簧3的一端，复位弹簧3的另一钩端固定在转把上部壳5内表面的定位销11上；霍尔元件4电压输入输出线束经由转把上部壳上的霍尔输出孔13固定，霍尔元件4的输出电压输入到电机控制器以控制电机的转速；霍尔元件4固定在转把上部壳5内表面的方形孔12内，方形孔12的位置正对在转把上固定的磁钢2末端，即霍尔元件4安装后正对磁钢2末端，此时霍尔元件4的输出电压为最小值，对应于电机转速的最小值(停止状态)，转动手把1使磁钢2与霍尔元件4的相对位置发生变化，输出的霍尔电压也产生相应的变化，输入到电机控制器则能控制电机的转速变化；油门拉线的一端经由转把下部壳6上的安装孔15卡在手动转把上凸台的圆孔中，油门拉线松紧的调节利用其与转把下部壳连接处的螺母调节；转把上部壳与转把下部壳通过螺栓孔上螺栓连接固定；转把下部壳上的安装定位销固定在方向把上的相应定位孔处，以整体定位联控调速手把在方向把上的安装位置。

混合动力摩托车主要有速度、转矩、功率、能耗等控制策略，其中使用最多的是速度控制策略，即通过功率、转矩等的匹配情况计算出最佳的切换速度V₀(此时所对应的手把转角为α₀)，当行驶速度低于切换速度V₀时，电机驱动车辆行驶，而当行驶速度超过切换速度V₀时由电机切换为发动机驱动车辆行驶。

本发明的主要思想是将发动机和电机两个原本独立的控制手把的功能集成到一个手把上。根据化油器式发动机的原理，若在电机驱动行驶(即行驶速度低于V₀)的过程中，油门处于打开状态(即汽油主喷嘴打开)，则由于行驶中气压的变化，从节气门流进的空气将混合着汽化的汽油进入汽缸，过多的油气对火花塞的点火以及发动机的起动是相当不利的；汽油主喷嘴一旦打开而发动机没有起动，那么浮子室中的汽油也会直接挥发出来，也即在电机运行过程中发动机油路被保持“畅通”，这将可能导致发动机起火或者其他危险情况发生，总之在手把控制电机驱动的过程中不能打开化油器中的汽油主喷嘴。本发明的解决方案是根据具体控制要求重新设计油门拉线的长度，使其在手把控制电机驱动的过程中处于松弛状态，即在控制电机加速时手把转过的行程对应于化油器中的喷针则是空行程。

但是若直到手把控制电机加速到切换速度V₀时油门拉线才开始进入绷紧状态就有些“晚了”，将会产生另一个问题，即动力切换后发动机的转速为N₀(V₀与传动比i的乘积)，而此时所对应的油门开度却很小，不能提供足够的油气燃烧产生发动机所需的功率和转矩，这将对发动机产生很大的冲击，同时也会产生很大的阻力，对发动机相当不利。本发明的解决方案是将转把上用于缠绕油门拉线的绕线轴采用不规则的圆，其中一部分圆弧用抛物线代替，并在联结处相切(如图9)。初始位置时油门拉线处于松弛状态，当手把控制电机加速到V₁(小于V₀的某个值)时，油门拉线开始进入绷紧状态(即汽油主喷嘴开始打开)，但是还没有切换到发动机驱动状态(即行驶速度小于V₀)，此时所对应的手把转角为α₁(如图10)；手把继续控制电机驱动从V₁加速到切换速度V₀，而手把的转角也从α₁增加到了α₀(如图11)，油门的开度也达到了发动机转速N₀所对应的开度，此时进行动力的切换效果将达到最佳，功率和扭矩都能达到要求，而且不会产生强烈的冲击影响发动机的性能。切换后手把的功能就是通过油门的开度控制发动机驱动的行驶速度。这种切换过程已经很难避免在电机驱动阶段将汽油主喷嘴打开了，但是可以将影响减少到能够承受的范围之内，即：将手把从α₁增加到α₀的转角差尽量减小，而在此过程中绕线轴对应处的平均曲率半径必须足够大(即此行程应该经过抛物线的顶点)，以使油门开度能在手把转过很小的转角内从0增加到发动机转速N₀所对应的开度(如图12)。α₁、α₀、V₀、V₁、N₀、油门拉线空余长度L、抛物线的相关参数等参数的确定与混合动力摩托车的控制策略、电机及发动机的运行特性等有关，另外油门拉线松紧的调节可以利用其与转把下部壳连接处的螺母调节。

加速过程中动力切换时调速手把的工作原理

联控调速转把控制混合动力摩托车减速的过程和控制加速的过程正好相反，是由发动机驱动切换为电机驱动，手把在复位弹簧和人力的作用下转角减小到α₀以内时，车辆速度也相应减小到了切换速度V₀，此时发动机熄火同时电机开始运行，手把产生的霍尔电压信号输入到电机控制器以控制电机的转速，而发动机的油门开度也在很小的手把转角内降低到最小。当车辆减速到停车状态时，联控调速手把在复位弹簧的作用下回到初始位置，即霍尔电压输出为最小，而且油门拉线处于松弛状态并有空余长度L。

Claims (4)

1.一种混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，包括转把(1)以及壳体，在所述的转把(1)的前端为一绕线轴(8)，在绕线轴(8)上缠绕有油门拉线，其特征在于：在所述的绕线轴(8)上还设置有一磁钢(2)，在所述的壳体上，设置有一霍尔元件(4)，该霍尔元件(4)与绕线轴(8)上的磁钢(2)相对，在所述的壳体与转把(1)之间还设置有一复位弹簧(3)，在所述的绕线轴(8)的圆周面上设置有一凸起的弧形连接面(18)，该弧形为抛物线。

2.根据权利要求1所述的混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，其特征在于：在所述的绕线轴(8)上设置有一燕尾型凸台(7)，所述的磁钢(2)一端与该燕尾型凸台(7)的一端连接。

3.根据权利要求1所述的混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，其特征在于：在所述的绕线轴(8)的端面上设置有一弹簧定位孔(9)，在所述的壳体上设置有一弹簧定位销(11)，所述的复位弹簧(3)的一端设置在定位孔(9)内，复位弹簧(3)的另一端挂在弹簧定位销(11)上。

4.根据权利要求1所述的混合动力摩托车用发动机及电机联控调速手把，其特征在于：所述的壳体由上部壳(5)和下部壳(6)组成，在所述的上部壳(5)的内表面设置有一方形孔(12)，所述的霍尔元件(4)固定在该方形孔(12)内。

Images