CN107107983A - 滑板车、控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于滑板车(10)的控制装置(21)和一种用于运输人的滑板车(10)，所述滑板车(10)可在第一种运行模式中借助肌肉力并且在第二种运行模式中借助肌肉力和/或电气运行，该滑板车包括操作装置(20)、控制装置(21)和可驱动该滑板车(10)的电动马达(22)，其中，通过操作所述操作装置(20)在该滑板车(10)上产生推动脉冲。

Description

滑板车、控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于运输人的滑板车，所述滑板车在至少一种运行模式中可借助马达力驱动。本发明还涉及一种控制装置以及一种用于控制滑板车的方法。

背景技术

目前市场上有各种类型的儿童滑板车，它们作为传统的滑板车运行并被视为自行车的初级阶段。在教育方面，孩子们训练了其平衡感、腿部肌肉并且学习了关于速度、转向和制动的感觉。这类产品有各种尺寸，它们全部仅通过肌肉力驱动。过去一段时间，这样的滑板车也吸引了成年人，这种滑板车的尺寸、尤其是其车轮尺寸与儿童滑板车不同。然而，除了以纯肌肉力驱动的车辆外还有可通过电动马达借助电能运行的滑板车。借助如由摩托车已知的控制节气阀的转把或借助杆可改变并且因此调节电功率，使得电动滑板车以希望的速度向前移动。

发明内容

本发明的任务在于提供一种替代的滑板车，其既可通过肌肉力也可借助电能驱动。本发明的任务尤其是在于提出一种滑板车，其操作方案在借助电动马达助力的运行中尽可能精确地模拟借助纯肌肉力的运行。

所述任务借助具有独立权利要求1所述特征的滑板车以及具有独立权利要求7所述特征的控制装置和根据权利要求10所述的方法来解决。从属特征构成本发明的有利实施方式。

为了解决所述任务，本发明提出一种用于运输人的滑板车，所述滑板车在至少一种运行模式中可借助马达力驱动。该滑板车可包括至少一个操作装置和至少一个可驱动该滑板车的电动马达。在操作操作装置时，通过马达对滑板车产生推动脉冲。此外，该滑板车可在第一种运行模式中借助肌肉力并且在第二种运行模式中借助马达力运行。在第二种运行状态中，滑板车也可附加于电力借助肌肉力驱动。因此在第一种运行模式中没有电能用于辅助助力，因此滑板车可作为常见的滑板车运行。在第二种运行模式中滑板车的操作者可选择他是纯借助电动马达驱动还是附加于电动马达助力也利用肌肉力来推动。

通过单次操作操作装置可向滑板车施加单个推动脉冲。由此可特别简单地实现借助电动助力运行滑板车的马达式运行状态，这种马达式运行状态真实地模拟借助肌肉驱动力的运行状态。在借助肌肉力运行时，滑板车驾驶者的一条腿始终位于踏板上。滑板车驾驶者的另一条腿不时地在道路上蹬地并且产生单个作用于滑板车的推动脉冲。借助本发明电动模拟推动脉冲的这种离散生成，即在本发明中滑板车在电动运行状态中通过单个推动脉冲驱动。

根据一种优选实施方式，通过操作操作装置产生具有预定持续时间的推动脉冲。在该预定持续时间内滑板车驶过预定或者说最大允许路程。当滑板车以第一速度前行时，通过操作操作装置产生具有一定持续时间的推动脉冲。在该持续时间内滑板车从其在操作操作装置之前具有的第一速度起加速至第二速度，该第二速度高于第一速度。持续时间对应于滑板车在推动脉冲的作用下驶过预定路程所需的时间间隔。预定路程尤其可以是1m、2m、5m、8m、10m、12m或15m长。换言之，预定持续时间取决于滑板车的速度。在达到预定路程后或经过预定持续时间后，推动脉冲切断。滑板车随后基于其惯性暂时以第二速度向前移动并且基于摩擦力缓慢减速。

此外，在低于滑板车的最小速度和/或高于滑板车的最大速度时在操作操作装置时禁止产生推动脉冲。由此不能在低于预定速度时触发推动脉冲。这是非常有利的，因为由此避免在缓慢行驶时或从停车状态启动时例如通过误操作操作装置引起意外加速。此外，在达到最大允许最高速度时也不产生推动脉冲。这在安全方面特别有利，因为可以特别简单的方式在电动运行中实现滑板车的最高速度。为了达到更高的速度，驾驶者必须特意在利用肌肉力的情况下通过传统推进进一步加速。此外，这在电动马达过载或防止滑板车电池过度放电方面也是有利的。作为最小速度例如可选择3km/h或6km/h的步行速度。作为最高或最大速度适宜选择20km/h、25km/h、32km/h或20mph(英里每小时)。

此外，在高于最小速度时可通过两次操作操作装置激活滑板车的第二种运行模式。由此可确保滑板车首先借助肌肉力加速至最小速度或超过最小速度。为了在此之后避免意外触发推动能量，设置第二种运行模式的附加激活。该激活例如可通过两次操作操作装置实现。两次操作必须在短时间内、如在1s、2s、3s或5s的时间内进行。当然也可以其它方式规定第二种运行模式的激活、例如通过按下激活键。

滑板车可附加地具有至少一个控制装置或调节装置。此外，可这样构造滑板车，使得通过操作操作装置向控制装置输出第一信号并且至少基于该第一信号由控制装置向马达输出第二信号，由此马达产生作用于滑板车的推动脉冲。

本发明不应局限于上述由操作装置输出信号的实施方式。在本发明的一种替代方案中，操作装置构造为开关，其无需主动输出信号。在该方案中，控制装置检测开关的状态(“开”或“关”)并且基于此确定操作装置是否被操作。这两种实施方式功能类似，因此信号输出也可理解为检测操作装置的状态。

另一方面，本发明涉及一种用于控制滑板车的推动脉冲的控制装置，该滑板车在至少一种运行模式中可借助电动马达力驱动。所述控制装置在此构造为用于实施下述步骤：检测操作装置的信号或状态并且向电动马达输出信号，通过该信号电动马达产生作用于滑板车的推动脉冲。滑板车在此可在第一种运行模式中借助肌肉力并且在第二种运行模式中借助肌肉力和/或电力运行。如上关于滑板车所提到的那样，这具有以下优点，即，以特别简单的方式在滑板车运行期间在借助电动助力的运行状态中模拟滑板车借助肌肉力的运行。

此外，控制装置可构造为用于实施至少下述步骤：检测速度检测装置的信号，该信号表示滑板车的当前速度；将滑板车的当前速度值与最小速度值和/或最大速度值进行比较并且在当前速度大于或等于滑板车的最小速度并且小于或等于滑板车的最大速度时向电动马达输出信号。由此可以特别简单的方式确保仅在预定的速度范围内触发作用于滑板车的推动脉冲。

此外，控制装置可构造为用于实施至少下述步骤：检测滑板车的运行状态，当滑板车处于第一种运行状态中时并在检测到操作装置的操作时控制装置不向电动马达输出信号并且当滑板车处于第二种运行状态中时并在检测到操作装置的操作时向电动马达输出信号，以便产生推动脉冲。由此确保实施可信度检验，仅在滑板车处于第二种运行状态中时才输出推动脉冲。从而避免通过误操作产生不希望的作用于滑板车的推动脉冲。

另一方面，本发明涉及一种用于控制作用于滑板车的推动脉冲的方法，包括下述步骤：检测操作装置的操作并且向马达输出信号以便产生作用于滑板车的推动脉冲。所述操作的检测可借助检测操作装置输出的信号或借助操作装置的状态来确定。

此外，该方法还可包括下述步骤：检测滑板车的速度并将检测到的速度与最小速度和最大允许速度进行比较，仅在滑板车的速度大于或等于最小速度并且小于或等于最大允许速度时，才向马达输出信号。

此外，该方法还可包括下述步骤：检测可借助马达力驱动滑板车的运行状态。由此首先确定滑板车是处于第一种运行状态中还是处于第二种运行状态中。

附图说明

下面参考附图说明解释本发明。说明书、权利要求和附图包含技术人员也会在其它组合中加以考虑的特征，以便适应本发明的具体应用情况。附图如下：

图1以侧视图示出滑板车的原理结构；

图2示出局部线路原理图，其包括可电驱动的滑板车的主要部件；

图3为行驶状态曲线图，其中以图形示出滑板车的不同行驶状态。

具体实施方式

应参照图1来说明滑板车10的整体结构。滑板车10包括框架11、前轮12、后轮13、前轮导向装置14和转向单元15。前轮导向装置14构造为叉件并且可转动地支承在控制管11c中并且因此设置在框架11上。借助转向单元15，前轮12可围绕转向轴线转动，由此能够借助滑板车10实现转弯行驶。滑板车的框架11包括中间部分11b和后轮容纳部11a。可转动地支承叉件14的控制管11c也是框架11的组成部分。沿滑板车的纵向方向L前后设置所述两个轮12、13。但本发明不应局限于单轨滑板车，因为本发明也可用于三轮或四轮车辆中。根据本发明，控制装置也可用于具有助力驱动装置的自行车、即所谓的助踩式脚踏车或电动自行车。在框架11的中间部分11b中设置踏板16，滑板车驾驶者站立在该踏板上。在踏板的上侧设有操作装置20。其在图1中作为杆被示出。与该显示不同，操作装置20也可构造为按钮。在其它实施方式中，操作装置20也可构造为转向单元15上的转把、杆或按钮。在后一种情况下手动进行操作。

在图1所示的滑板车10的方案中，操作装置20的操作用脚进行。有利的是，滑板车驾驶者基于脚掌站立并用脚后跟接触操作装置20。这种脚位置允许非常安全的站立。在图1中控制装置21设置在框架11的中间部分11b中。该控制装置与操作装置20和电动马达22共同作用。电动马达22在此示例性被示为轮毂电机，其集成在滑板车10的后轮13中。后轮13是沿滑板车10的纵向方向L的后轮。在此纵向方向L反向于滑板车10的前行移动方向。

因此，滑板车10可在第一种运行模式中通过借助肌肉力的推进向前移动。此外，在滑板车10的第二种运行模式中可通过电动马达接入马达助力，该马达助力足以使滑板车借助马达前行。

下面应参考图2说明控制装置在第二种运行模式中的作用方式。图2仅示出仅为说明所需的部分构件及控制系统元件。操作装置20在其被操作时产生信号S1，该信号由控制装置21检测。换言之，在压下操作装置20时，操作装置20向控制装置21输出信号S1。此外，控制装置21也检测由速度传感器23(如转速计)输出的速度信号SV。基于速度信号SV，控制装置21可确定滑板车10的速度是否处于预定速度范围中。该速度带向下通过最小速度V_min并且向上通过最大速度V_max限定。绝对值、即边界值V_min和V_max在此可位于速度带内或速度带外。当控制单元21现在检测到推动速度处于速度范围(如6km/h和25km/h之间)内并且通过信号S1检测到操作装置20被操作时，控制装置21向电动马达22输出第二信号S2。通过该信号S2，电动马达22被激活并且产生作用于滑板车10的推动脉冲。如图2可见，电动马达22与后轮13机械连接。

现在应参考图3说明滑板车10在第二种运行模式中的操作或者说操作方案。在图3中示例性示出不同行驶状态。在时间间隔t0至t2中，滑板车10的速度低于最小速度V_min。由驾驶者功率的曲线可以看出，在时刻t0和t2之间滑板车10通过用脚推进向前移动。

在时刻t1，操作装置20被驾驶者操作，这可通过图3中信号S1在时刻t1的上升边沿看出。但控制装置21没有控制马达信号，因为在低于最小速度V_min时没有信号S2输出至马达22。这在图3中可通过未示出马达信号看出，该马达信号对应于信号S2。滑板车10的驾驶者察觉没有借助马达的推动脉冲。驾驶者松开操作装置20并且用肌肉力推进滑板车。这通过信号S1的下降边沿示出并且通过驾驶者功率的第二次上升以图形方式示出。在时刻t2稍前，通过驾驶者的进一步推进，滑板车继续加速，以致滑板车在时刻t2超过最小速度。同时在时刻t2操作装置20受压。控制装置21现在向电动马达22输出控制信号S2，因为滑板车10的速度位于允许的速度范围中。由此滑板车10在例如5m的路程内以预选的功率级加速，参见图3中例如最大马达功率P_{Motor max}。在该路程内推动力被施加到滑板车10上，这通过从时刻t2直至时刻t3稍前的加速示出。如开头已经提到的那样，推动脉冲仅在驶过例如5m的预定路程所需的持续时间内存在并且然后自发地(即自动地)再次终止。这在图3中可以看出，因为在时刻t3稍前马达功率再次下降，并且基于滑板车的惯性，滑板车的速度也略晚、但也仍在时刻t3稍前下降。由于推动脉冲施加到滑板车上的持续时间取决于滑板车的绝对速度，因此推动脉冲在高速时较短时间地并且在低速时较长时间地作用于滑板车10。

在时刻t3和t4之间，滑板车10无推动力地滚动并且通过行驶动态摩擦力、即滚动摩擦、迎面风等持续减速。速度由此减小直至时刻t4。在时刻t4，滑板车驾驶者重新操作操作装置20。控制装置21检测到此并且输出控制信号S2，由此马达功率重新以功率级上升至预定值P_{Motor max}。滑板车10获得附加的推动脉冲并且在时刻t4和t5之间进一步加速。在时刻t5，滑板车驾驶者再次压下操作装置。由此产生另一推动脉冲。由于在时刻t4产生的推动脉冲的最大持续时间尚未结束，因此中断在时刻t4产生的信号S2并且在时刻t5产生一个新的信号S2。这发生得如此之快，以致在该时刻马达功率的曲线不对应于信号S2的曲线。在该时刻马达功率不变。通过多次操作操作装置20可使推动脉冲相互衔接并且由此可在较短时间内将滑板车加速至希望的目标速度。各个加速度的绝对值保持相同。仅避免滑板车10在没有推动脉冲时减速的阶段。每次操作操作装置20产生一个新的推动脉冲，该推动脉冲最大足以驱动滑板车10行驶例如10m的预定路程w_x。如果在达到预定路程w_x之前产生了一个新的推动脉冲，可以说上一脉冲的剩余路程失效。脉冲持续时间与滑板车实际速度的关系由图3可见，在比较时比较时刻t2的脉冲持续时间t_Imp1与时刻t5的脉冲持续时间t_Imp3。晚些时候的时刻t5的推动脉冲明显短于时刻t2的推动脉冲，因为在时刻t5滑板车的速度更高。持续时间t_Imp2在此不对应于完整的预定路程w_x。滑板车驾驶者10在时刻t5稍前终止了对操作装置20的操作，这可通过信号S1的下降边沿看出。这导致输出给电动马达22的信号S2中断。通过在时刻t5操作操作装置20重新开始信号S2，该信号在驶过预定路程所需的持续时间内被输出。

从时刻t6起直至时刻t7没有推动脉冲输出到滑板车10。在这两个时刻之间速度下降。与前述推动脉冲相似，在时刻t7又产生一个新的脉冲，该脉冲使滑板车重新加速直至时刻t8。在时刻t8，滑板车驾驶者产生制动信号。减速在此可机械地或通过借助电动马达的电回收实现。即使继续压下操作装置——由信号S1的曲线可以看出，这也导致推动脉冲直接终止或者说信号S2中断——例如由马达功率的下降可以看出。速度从时刻t8直至时刻t9下降。在时刻t9制动器被释放，即，制动信号终止并且同时产生一个新的推动脉冲。

在时刻t10，滑板车驾驶者终止操作操作装置。从时刻t10起，滑板车10的驾驶者无马达助力地继续行驶。也就是说，在时刻t10，驾驶者释放操作装置，从而控制信号S1也终止。由此马达功率切断并且推动脉冲停止。

为了加速滑板车10，驾驶者必须压下脚蹬并保持压下。由此驾驶者生成用于在最大助力距离内加速的马达助力，该最大助力距离对应于预定路程w_x。在达到最大助力距离w_x后，马达助力自动切断，与脚蹬是否被继续压下无关。为了进一步加速，驾驶者必须短暂地松开脚蹬、重新压下并保持压下。由此重新生成用于在另一最大助力距离w_x内加速的马达助力。该操作逻辑对应于第一种实施方式。

在本发明的另一种实施方式中，滑板车10的加速可通过一种替代操作逻辑实现。为了使滑板车10加速，驾驶者在此也必须压下脚蹬20。但无需保持压下操作装置20。即使松开操作装置20，仍维持用于在最大助力距离内加速的马达助力。最大助力距离在此也对应于预定路程w_x。在达到最大助力距离w_x后，马达助力自动切断。为了进一步加速，驾驶者必须重新压下脚蹬。重新生成用于在另一最大助力距离w_x内加速的马达助力。根据该第二种方案，操作装置用作开关，其可从“开”进入“关”的位置，反之亦然。一旦检测到操作装置20的“开”位置，则生成推动脉冲。即使操作装置20在达到最大助力距离之前进入“关”的位置，该推动脉冲仍然存在。与此相比，在第一种方案中，当检测到操作装置的“关”的位置时，推动脉冲立即中断。在第二种方案中如果在达到最大助力距离w_x之前重新使操作装置20进入“开”的位置时，则产生新的推动脉冲。该新的推动脉冲在达到最大助力距离所需的持续时间内存在。换言之，如果在达到第一推动脉冲的最大助力距离之前产生一个在时间上更晚的第二推动脉冲，则助力距离重置。

在操作逻辑的两种方案中，在加速期间马达助力的中断标准一方面是在最后一次脚蹬控制后达到助力距离w_x或达到最大车辆速度V_max。驾驶者松开脚蹬仅在操作逻辑的第一种方案中用作中断推动的标准。当然检测通过驾驶者生成的制动干预也是中断加速的标准。在检测到中断原因后电动马达的滞后时间最大为0.8s。

由于操作逻辑基于脉冲起作用，即，生成各单个作用于滑板车10的推动脉冲，因此只能在一定限度内实现恒速行驶。当驾驶者有恒速行驶愿望时，即希望以最小速度V_min和最大速度V_max之间的恒定速度行驶时，驾驶者必须围绕恒定速度值摆动。通过短暂操作脚蹬，滑板车10相应加速，在松开脚蹬后，速度基于行驶阻力相应再次减小。之后驾驶者必须重新加速。由此所希望的行驶速度可由驾驶者调节为大致恒定的。但滑板车在以肌肉力行驶时也只能在一定限度内实现绝对恒速行驶，从而在此也可生成足够精确的模拟。

为了制动滑板车10，可使用机械制动器。在操作制动器时，向控制装置21发出信号并且立即中断可能存在的马达助力。因此该功能也构成滑板车10的急停功能。作为替代方案，也可实现电动制动器，即，电动马达22用作发电机并且回收滑板车10的动能。回收的能量随后作为电能被存储。

根据本发明，借助滑板车10可实现具有步行速度的恒速行驶。为此存在两种可能性来实现这种行驶状态。在第二种行驶状态中、即借助电动助力时，滑板车以大于最小速度V_min的速度移动。通过操作并且持续压下，操作装置20生成一个推动脉冲，该推动脉冲使滑板车加速。在达到并超过最大助力距离w_x后，电动马达22切断。只要没有新的脚蹬脉冲，滑板车10就基于行驶阻力相应减速。在此当滑板车10的速度在压下操作装置时下降到步行速度以下时，控制装置21检测到此并输出信号S2，由此马达短暂地接通。由此生成较短的推动脉冲，以便将滑板车加速至步行速度、如6km/h。在达到步行速度后再次中断切断的助力功率。在重新低于步行速度时通过控制装置21再次接入马达助力等。通过信号S2的这种脉冲控制，车辆速度围绕步行速度以约0.5km/h摆动。当驾驶者松开操作装置20时，速度继续下降，直到滑板车10停止。

作为替代方案，也可从停车起实现具有步行速度的恒速行驶。在启动时滑板车处于停车状态中并且因此处于第一种行驶模式中，即滑板车只能借助肌肉力驱动。通过推进，滑板车加速超过最小速度V_min并且超过步行速度。为了激活第二种行驶模式，连续两次短暂地压下脚蹬。在第二次压下后将脚蹬保持在压下的位置中。但由此不通过电动马达22生成推动脉冲并且因此滑板车10未电动加速。基于行驶阻力，滑板车10在其前行时减速，直至速度低于步行速度。控制装置21检测到低于步行速度。于是控制装置向电动马达22输出信号S2，电动马达向滑板车10施加推动脉冲。由此滑板车的速度围绕步行速度以约0.5km/h摆动。在本发明的一种实施方式中，步行速度和最小速度V_min可一样大。

在第二种运行模式未激活时，滑板车10通常也可单纯借助肌肉力运行。因此并且在以步行速度恒速行驶时，滑板车10也可用于步行区中。通过使用电气式助力马达可显著扩大行动半径和因此显著扩大应用范围，尤其是在城市区域中。与自行车、助踩式脚踏车或电动自行车相比，滑板车具有显著优点，因为不需要维护链条或线路。同样避免了衣服被线路和链条污染的危险，因为不存在这些装置。前面所描述的控制装置21也可具有调节功能并且因此用作调节装置。

Claims (12)

1.用于运输人的滑板车(10)，其中，所述滑板车(10)在至少一种运行模式中能够借助马达力驱动，所述滑板车包括操作装置(20)和能够驱动该滑板车(10)的电动马达(22)，其中，所述滑板车(10)构造为用于在操作所述操作装置(20)时利用所述马达(22)对所述滑板车(10)产生推动脉冲。

2.根据权利要求1所述的滑板车(10)，其特征在于，所述推动脉冲存在预定持续时间。

3.根据权利要求2所述的滑板车(10)，其特征在于，在所述预定持续时间内，所述滑板车(10)驶过预定路程(W_X)。

4.根据权利要求1至3之一所述的滑板车(10)，其特征在于，在低于所述滑板车(10)的最小速度(V_min)和/或高于所述滑板车的最大速度(V_max)时，在操作所述操作装置(20)时不产生推动脉冲。

5.根据权利要求1至4之一所述的滑板车(10)，其特征在于，在高于所述滑板车(10)的最小速度(V_min)时，能够通过两次操作所述操作装置(20)激活能够借助马达力驱动所述滑板车(10)的运行模式。

6.根据权利要求1至5之一所述的滑板车(10)，其特征在于，所述滑板车(10)包括控制装置(21)，并且通过操作所述操作装置(20)向所述控制装置(21)输出第一信号(S1)并且至少基于该第一信号(S1)由所述控制装置(21)向所述马达(22)输出第二信号(S2)，由此所述马达(22)产生作用于所述滑板车(10)的推动脉冲。

7.用于控制滑板车(10)的推动脉冲的控制装置(21)，其中，所述滑板车(10)在至少一种运行模式中能够借助电动马达力驱动，其中，所述控制装置(21)构造为用于实施至少下述步骤：

－检测操作装置(20)的信号(S1)，并且

－向电动马达(22)输出信号(S2)，通过该信号(S2)所述电动马达(22)产生作用于所述滑板车(10)的推动脉冲。

8.根据权利要求7所述的控制装置(21)，其中，所述控制装置(21)构造为用于实施至少下述步骤：

－检测速度检测装置(23)的信号(SV)，该信号表示所述滑板车(10)的当前速度；

－比较所述滑板车(10)的当前速度值与最小速度(V_min)值和/或最大速度(V_max)值；并且

－在当前速度大于或等于所述滑板车(10)的最小速度(V_min)并且小于或等于所述滑板车的最大速度(V_max)时向所述电动马达(22)输出信号(S2)。

9.根据权利要求7所述的控制装置(21)，其中，所述控制装置(21)构造为用于实施至少下述步骤：

－检测所述滑板车(10)的运行状态，当所述滑板车(10)处于能够借助肌肉力驱动所述滑板车(10)的第一种运行状态中时，在检测到所述操作装置(20)的操作时不向所述电动马达(22)输出信号(S2)；并且

－当所述滑板车(10)处于能够借助马达力驱动所述滑板车(10)的第二种运行状态中时，在检测到所述操作装置(20)的操作时向所述电动马达(22)输出信号(S2)。

10.用于控制作用于滑板车(10)的推动脉冲的方法，包括下述步骤：

－检测操作装置(20)的操作；并且

－向马达(22)输出信号(S2)以便产生作用于所述滑板车(10)的推动脉冲。

11.根据权利要求10所述的方法，包括下述步骤：

－检测所述滑板车(10)的速度；并且

－将检测到的速度与最小速度和最大允许速度进行比较，仅在所述滑板车的速度大于或等于最小速度并且小于或等于最大允许速度时，才向所述马达(22)输出所述信号(S2)。

12.根据权利要求10或11之一所述的方法，包括下述步骤：

－检测能够借助马达力驱动所述滑板车(10)的运行状态。