CN108349362A - 动力助力车厢 - Google Patents

Abstract

提供了用于车厢的动力助力系统。动力助力系统在特定条件下为一个或多个驱动轮提供旋转力，从而为车厢提供推进力。动力助力车厢优选地包括为驱动轮提供旋转力的驱动系统、确定驱动系统应当何时被致动以及为驱动轮提供多少推进辅助的控制系统、和为驱动系统提供电力的电力系统。动力助力车厢还可以具有安全切断系统，即使当系统处于“打开”模式时，仍阻止驱动系统为驱动轮(16)提供旋转力。

Description

动力助力车厢

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月29日提交的美国临时专利申请号62/234,383和于2016年9月28日提交的美国临时专利申请号15/278,751的权益，其通过引用被明确地纳入本公开，并成为本公开的一部分。

联邦政府赞助的研究或开发

不适用。

技术领域

本公开总的涉及车厢，更具体地说，涉及具有动力助力特征的车厢。

背景技术

车厢，包括折叠式车厢，在本领域中是众所周知的。此外，车辆和车厢的电力驱动机构也是在本领域公知的。尽管根据现有技术的此类车厢和驱动机构具有许多优势，然而，它们仍然具有一定的局限性。所公开的实施例试图克服现有技术的某些这些限制和其他缺陷，并提供迄今为止尚未能获得的新特征。对各实施例特征和优点的充分讨论参见以下参照附图进行的详细描述。

发明内容

根据一个实施例，所公开的主题技术涉及一种驱动机构和驱动控制系统。所述驱动机构和驱动控制系统可以被并入车厢中，包括可以从打开、未折叠或使用位置(即，打开结构)转换到关闭或折叠位置(即，关闭结构)的可折叠车厢。

所公开的主题技术进一步涉及一种用于车厢的动力助力系统，包括：车厢主体，所述车厢主体具有与其连接的多个轮，所述多个轮中的至少一个为从动轮；具有远端和近端的把手，所述把手的所述近端枢转地连接到所述车厢主体；邻近所述把手的远端的手柄；所述把手和所述手柄其中之一内的控制系统，所述控制系统包括感测施加到所述手柄的负载的传感器，所述负载使所述手柄的至少一部分相对于所述把手的所述近端轴向移动；驱动系统，包括机械地连接到所述从动轮的马达；和从所述控制系统获得输入信号并向所述驱动系统提供输出信号以选择性地驱动所述车厢的所述从动轮的微控制器。

所公开的主题技术进一步涉及一种用于车厢的动力助力系统，包括：车厢主体，所述车厢主体具有与其连接的多个轮，所述多个轮中的至少一个为从动轮；所述从动轮旋转连接得到车轴；驱动系统，包括机械地连接到所述从动轮的马达，所述驱动系统进一步包括电气地连接到所述马达的马达控制器；具有远端和近端的把手，所述把手的所述近端枢转连接到所述车厢主体；邻近所述把手远端的手柄，所述手柄具有内部传感器；和电气地连接到所述传感器和所述马达控制器的微控制器，所述微控制器从所述传感器获得信号，且基于来自传感器的信号，所述微控制器向所述马达控制器发送信号以使所述马达加速或减速。

所公开的主题技术进一步涉及一种用于车厢的动力助力系统，包括：车厢主体，所述车厢主体具有与其连接的多个轮，所述多个轮中的至少一个为从动轮；具有远端和近端的把手，所述把手的所述近端枢转地连接到所述车厢主体，且所述远端具有手柄；所述把手中的控制传感器；驱动系统，包括机械地连接到所述从动轮的马达；从所述控制传感器获得输入信号并向所述驱动系统提供输出信号以选择性驱动所述车厢的所述从动轮的微控制器；和连接到所述把手的安全切断系统，所述安全切断系统包括电气地连接到所述微控制器的安全控制开关，所述微控制器基于所述安全控制开关的状态，调节被发送到所述驱动系统的所述信号。

所公开的主题技术进一步涉及一种控制系统，所述控制系统包括确定施加到所述手柄的负载的传感器，其中所述负载必须大于所述驱动系统的零磅以上的预设最小阈值，以为所述驱动轮提供初始推进力。

所公开的主题技术进一步涉及一种微动开关作为所述控制系统的一部分，当大于零磅以上的预设最小阈值的负载被施加到所述手柄时，所述微动开关打开，当小于所述预设最小阈值的负载被施加到所述把手时，所述微动开关关闭，且所述微控制器从所述微动开关获得关于所述微动开关打开或关闭的信号。

所公开的主题技术进一步涉及一种邻近所述把手的所述远端的弹簧，其中所述弹簧提供所述手柄相对于所述把手的所述近端轴向地移动所必须克服的力。

所公开的主题技术进一步涉及一种控制系统，所述控制系统包括所述把手上的剩余电池寿命指示器。

所公开的主题技术进一步涉及一种控制系统，所述控制系统包括打开/关闭开关，其中，当所述打开/关闭开关处于所述关闭状态时，所述马达从所述马达控制器电气地断开连接。

所公开的主题技术进一步涉及一种控制系统，其中所述把手内的所述传感器检测由使用者施加到所述把手的轴向负载。

所公开的主题技术进一步涉及一种连接到所述把手的安全切断系统，所述安全切断系统包括电气地连接到所述微控制器的安全控制开关，且所述微控制器基于所述安全控制开关的状态，调节被发送到所述驱动系统的信号。在一个实施例中，当所述把手在预设角度之下和所述把手在预设角度之上时，所述微控制器关闭所述驱动系统。在一个实施例中，所述安全切断开关邻近所述把手的所述近端。

所公开的主题技术进一步涉及一种包括马达和马达控制器的驱动系统，且其中所述马达控制器向所述马达发送信号以控制所述马达的输出。

所公开的主题技术进一步涉及一种连接到所述车厢的可充电电池，所述电池为所述驱动系统提供电力源。在一个实施例中，所述电池可以从所述车厢拆卸，且所述电池能够在与所述车厢分离的辅助充电器上被充电。

所公开的主题技术进一步涉及一种控制系统，其中，为了向所述马达提供初始信号以加速，所述传感器必须检测到大于零磅以上的预设最小阈值的负载。

从下面的详细描述中可理解的是，所述主题技术的其他实施例和结构对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中所述主题技术的各种结构以图解的方式展示和描述。正如将认识到的，所述主题技术能够具有其他和不同的结构，且其多个细节能够在各个其他方面进行修改，所有这些都不脱离所述主题技术的范围。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性而非限制性的。

附图说明

为理解本公开，现在将参考其中示出了本公开实施例的附图，并与下面的描述一起，以示例的方式来描述本公开，以解释本公开的原理。

图1为根据一个实施例的动力助力车厢的顶部后方透视图。

图2为根据一个实施例的动力助力车厢的顶部前方透视图。

图3为根据一个实施例的动力助力车厢的底部后方透视图。

图4A为动力助力车厢的把手的一个实施例的透视图。

图4B为图4A中的把手相对于线4B-4B的局部剖视图。

图5A为动力助力车厢的把手中的输入模块的一个实施例的局部透视图。

图5B为图5A的动力助力车厢把手中的输入模块的前视图，所示把手处于未致动状态。

图5C为图5A和图5B的动力助力的车厢的把手中的输入模块的一部分的放大图。

图6为图5A的动力助力车厢的把手中的输入模块的前视图，所示把手处于致动状态。

图7为动力助力车厢的把手中的输入模块的另一个实施例的前视图，所示把手处于未致动状态。

图8为图7中所示把手的输入模块相对于线8-8的局部剖视透视图。

图9为图7动力助力的车厢的把手中的输入模块的前视图，所示把手处于驱动状态。

图10为图9中所示的把手的输入模块相对于线10-10的局部剖视透视图。

图11为在动力助力车厢的一个实施例中将把手力信号与马达输出进行比较的示意图。

图12A为把手和车厢框架之间的连接组件的一个实施例的透视图，其中外盖被移除。

图12B为图12A的把手和车厢框架之间的连接组件的透视图，附设外盖，但包括穿过盖和安装部件的局部截面。

图12C为图12B的把手和车厢框架之间的连接组件的剖视图的局部侧视图，把手处于垂直方向。

图12D为图12B的把手和车厢框架之间的连接组件的剖视图的局部侧视图，把手从垂直方向降低。

图12E为图12B的把手和车厢框架之间的连接组件的剖视图的局部侧视图，把手比图12D中的方向进一步从垂直方向降低。

图13为动力助力车厢的一个实施例的侧视图，示出根据一个实施例的把手的角度移动的范围。

图14A为用于动力助力车厢的驱动系统的一个实施例的分解透视图。

图14B为驱动轮和连接驱动轮和驱动系统的驱动适配器的一个实施例的局部透视图。

图14C为根据一个实施例的连接到驱动系统的驱动轮的剖视图。

图15为示出为动力助力车厢的电池充电的一个实施例的透视图

图16为示出动力助力车厢的一个实施例中电池拆卸和插入的透视图。

图17为动力助力车厢的电池外壳构件的一个实施例的局部剖视图。

图18为动力助力车厢的辅助充电外壳的一个实施例的透视图。

图19A为说明根据一个实施例的车厢的前面的配线连接的局部透视示意图。

图19B为说明根据一个实施例的车厢的后面的配线连接的局部侧面示意图。

图20为动力助力车厢控制系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

尽管本公开讨论的动力助力车厢容许有许多不同形式的实施例，但是本公开将在附图中显示，并且将在此详细描述优选实施例，但是，可以理解的是，本说明书被认为是动力助力车厢原理的示例，而不是旨在将本公开的广泛方面限制于图示的实施例。

动力助力车厢是一种旨在由成人使用，当拉动车厢时且当拉力超过特定阈值时，提供动力助力的产品。

现在参考附图，并且首先参考图1-3，其中示出了动力助力车厢10的一个实施例。动力助力车厢10可以具有车厢主体12、一对可以为脚轮型车轮以允许车厢10转弯/转向的前轮14、一对安装在后车轴18上的后轮16、拉动和引导车厢10的把手20。车厢10还可以具有设置在车厢主体12内部的一个或多个座位22，以及遮蔽车厢10中的乘车者的车厢顶篷24。在一个实施例中，车厢主体可以包括框架26和可拆卸或永久地固定的外壳28，例如图1所示实施例中提供的纤维外壳28。最后，车厢10可以是折叠车厢，如此其可以从图1所示的打开位置折叠为关闭或折叠位置，以进行运输或存储。

如图14A-14C所示，轮中的一个或多个，且优选地后轮16中的一个或多个，可以在特定条件下被驱动以向车厢10提供推进力。为提供推进力，动力助力车厢10优选地包括为驱动轮16提供旋转力的驱动系统30、用于确定驱动系统30应何时启动和为驱动轮16提供多少推进力助力的控制系统32，以及为驱动系统30提供电力的电力系统34。动力助力车厢10还可以具有安全切断系统36，即使当系统处于“打开”模式下时，其仍阻止驱动系统为驱动轮16提供旋转力。

在一个实施例中，车厢10的把手20具有可伸缩特征。参见图4A和4B，可伸缩特征优选地通过具有外把手管38、内把手管40和固定机构42来提供。内把手管40可以在外把手管38中可伸缩地滑动以调节总体把手长度达到所需长度。可理解的是，内管和外可以翻转。此外，内把手管40具有一系列间隔开的孔44。固定机构42连接到外把手管38且具有弹簧加压枢转杆46，枢转杆46具有适用于啮合内把手管40中的孔44的阻塞物。如图4B所示，通过压下枢转杆46的一端并克服弹簧50的弹力，阻塞物48枢转出孔44，且内把手管40可相对于外管38向内或向外滑动以实现把手20的缩短或拉长。当内把手管40重新定位到期望位置时，杆46可被释放，并且弹簧50的力将推动阻塞物48进入位置邻近阻塞物48的孔44中。已经确定具有固定机构42是有利的，固定机构42设置在外把手管38和内把手管40的外部，以限制管38、40的中心部分内的结构，这些结构可能干扰其中的电线。

同样参见图2和4A，把手20的远端52具有把柄部分54(也被称为手柄部分54或手柄54)。打开/关闭拨动开关56设置在把手20的把柄部分54中。当打开/关闭拨动开关56转到“打开”位置时，电池供电并打开微控制器和马达控制器。进一步地，在一个优选实施例中，继电器连接马达控制器和马达。当打开/关闭开关56处于“关闭”位置时，继电器自动关闭，将马达从马达控制器电气地断开。这有助于防止反电动势，并允许在车厢未通电时更轻松地手动转动马达。电池指示器58也优选地设置在把手20的把柄部分54中。在一个实施例中，电池指示器58包括一系列灯。优选地，设置五个灯，每个灯与20％的电池寿命相关。因此，当所有五个灯全部亮时，剩余电池寿命为约80-100％，当五个灯中的四个亮时，剩余电池寿命为约60-80％，当五个灯中的三个亮时，剩余电池寿命为约40-60％，当五个灯中的两个亮时，剩余电池寿命为约20-40％，并且当五个灯中的一个亮时，剩余电池寿命为约0-20％。

在一个优选实施例中，把手20的把柄部分54包括两部分式蛤壳结构，其围绕内把手管40的远端安装，且能够相对于内把手管40轴向地移动。把柄部分54的蛤壳结构的两个部分通过多个紧固件彼此固定连接，以形成部分围绕内把手管40的单个把柄54。把柄部分54还可移动移动地连接到内把手管40的远端。正如图4A-11所示，内把手管40的远端具有纵向槽60。一个或多个紧固件62穿过槽60安装，并连接到把柄部分54的相对部分，如图8和10所示。设置紧固件62以防止把柄54相对于内把手管40的旋转移动，但是允许把柄54相对于内把手管40的轴向/纵向移动移动。插塞64设置在内把手管40的端部。在一个实施例中，插塞64的一部分以压入配合的方式插入内把手管40的中心开放部分。插塞64也可以用固定螺钉或一些替代的固定件被适当地固定在内把手管40内。在一个实施例中，插塞64在插塞64的一个顶部具有凸缘66，凸缘66延伸经过内把手管40的周边。凸缘66可以具有不规则形状，从而有助于防止内把手管40相对于把手20旋转移动。

如图5A-10所示，在一个实施例中，压缩弹簧68位于把手20中。在一个实施例中，压缩弹簧68的一端被固定到或抵靠紧固件62，紧固件62穿过内把手管40中的槽60，同时压缩弹簧68的另一端被固定抵靠内把手管40的顶部的插塞64的凸缘66。压缩弹簧68操作为防止把柄54沿着图6和9中箭头的方向向外轴向移动，除非施加足够的力压缩弹簧68。在一个实施例中，弹簧68被适当地预加载或预张紧，以消除系统中的任何松动。可理解的是，弹簧68可以替代地为被适当地设计以提供反作用力的拉伸弹簧、橡胶弹簧、多个膜片式弹簧垫圈等。也可以有多个弹簧，围绕管对称放置。

在一个优选实施例中，把手20优选地容纳控制系统32的一部分，其一部分被称为输入模块，用于动力助力车厢10。在一个实施例中，如图20所示，控制系统32包括传感器70、打开/关闭拨动开关56和微动开关72，每一个都将信号传输到微控制器74。微控制器74与驱动系统30、电力系统34和安全切断系统36电通讯。微控制器74还与电源和电量指示器58电通讯。尽管传感器70优选地被容纳在手柄54中，但可理解的是，它可以设置在相对于车厢主体12移动的把手20上的任何位置。

在一个实施例中，如图5B-6所示，手柄54中的传感器70包括固定在手柄54上的编码器76。在正常或未致动状态下，即，当没有力施加到手柄54时，或当力施加到手柄54上但该力小于压缩弹簧68的力时，手柄54将不会相对于内把手管40移动(即，把手管40和手柄54将一起移动)。手柄54的这种未致动状态在图5B中示出。在此情况下，从弹簧68的一端到弹簧68的另一端的距离为“X”。当把手20朝着车厢10的移动被反向(图6中箭头所示的方向)拉动时，如果施加到手柄54的力(即，沿着图6中箭头的方向拉动把手20的力)足以压缩弹簧68，则手柄54和编码器76将相对于内把手管40轴向地移动。可以将足够的力施加到手柄54以压缩弹簧68的情况的一个示例为，当车厢装载有两个孩子并且父/母亲将车厢拉上小山时。这将可能导致手柄54上的力压缩弹簧68。手柄54上的负载越大，弹簧68将被压缩得越多，且手柄54和编码器76相对于把手管40移动的距离将越大。在一个实施例中，弹簧68可压缩的最大距离为约6mm。如图6所示，弹簧68处于完全压缩状态，使得弹簧68两端之间的距离确定为距离“Y”。在一个实施例中，X-Y＝约6mm，其等于手柄54相对于把手管40的行程量的最大值。在一个优选实施例中，弹簧68的弹簧常数为约120lbs/in。因此，由于弹簧68被预张紧，所以在施加非常小的力(例如大约0.5lbs.的力)时弹簧68将开始压缩，并将在大约30lbs.的力下压缩全部6mm。当手柄54和编码器76相对于内把手管40轴向地移动时，连接到内把手管40中的插塞64且进一步接触编码器76中的齿轮80的线性齿轮78导致编码器76中的齿轮80旋转，如图5C所示，因为编码器齿轮80啮合线性齿轮78。当编码器齿轮80旋转时，与编码器齿轮80旋转地连接的编码器76内的轴82也旋转，由此提供可由微控制器74读取的编码器输出，把柄54相对于内把手管40线性地移动的距离与编码器轴82旋转的度数具有直接并成比例的关系。当编码器轴82旋转零度(即，意味着手柄54相对于内把手管40没有移动)时，微控制器74从编码器76读取的值为零。相反地，当手柄54被拉动并相对于内把手管40平移最大6mm时，弹簧68也被压缩6mm，编码器轴82旋转特定的度数，并且微控制器将从编码器76读取最大值，在一个实施例中，该值为48。在一个实施例中，微控制器74从编码器获得的编码器值为从0到48的值，其与手柄54相对于内把手管40被拉动的距离直接成正比。因此，在一个实施例中，系统向微控制器74提供从0到48的数值，其对应于用户在手柄54上拉动的力。编码器确定的数值由微控制器74获得，并且为用于计算从马达控制器到马达的信号(例如脉冲宽度调制信号)的控制算法中的变量之一。尽管未示出，但是电线从编码器的输出端85延伸，并沿着把手管38，40的中间向下到图19A所示的线束88。

尽管编码器为一种可用于确定把柄54移动的距离的传感器，但另一种方法是使用霍尔效应传感器。参见图7-10，在一个可选择的实施例中，霍尔效应传感器84为在控制系统中使用的传感器70。霍尔效应传感器84基于传感器84对磁体86的接近，输出变化的电压。如本领域技术人员所理解的，传感器84的方向，以及磁体86的数量、强度和方向影响传感器84的输出，例如分辨率、准确度、线性度等。霍尔效应传感器84基于传感器84相对于磁体86的位置，输出绝对模拟电压，并将模拟电压发送到微控制器74。微控制器74将测量从零开始的电压变化，以确定把柄54相对于内把手管40的位置。微控制器74中的模数转换器将电压转换成数字信号输入，数字信号输入将被发送到本公开所述的控制算法。

正如图8和10所示，在一个可选择的实施例中，相同的内把手管40设置有槽60，并且内把手管40可移动地固定到手柄54，以允许手柄54相对于把手管40移动，但阻止它们之间的旋转移动。类似地，具有凸缘66的插塞64设置在内把手管40的内顶部内，但是不需要线性齿轮。压缩弹簧68被预张紧在紧固件62和插塞的凸缘66之间。霍尔效应传感器84固定到插塞64的顶部，并且多个磁体86连接并适当地固定到手柄54。因此，霍尔效应传感器84相对于把手内把手管40保持固定在其位置，且磁体86相对于把手保持适当地固定。此外，随着手柄54被迫离开把手内把手管40(比较图7和8与图9和10)，磁体86与把柄54一起移动。在正常或未驱动状态下，即，当没有力施加到手柄54时或者在当力施加到手柄54但力小于压缩弹簧68的力时，手柄54将不会相对于内把手管40移动(即，把手管40和手柄54将一起移动)。手柄54的此类未驱动状态在图7和图8中示出。在这种情况下，从弹簧68的一端到弹簧68的另一端的距离为“X”。当把手20沿车厢10移动相反的方向被拉动时(图9中箭头的方向)中，如果施加到手柄54的力(即，沿图9中箭头的方向拉动把手20的力)足以压缩弹簧68，手柄54和磁体86将相对于内把手管40轴向地移动。手柄54上的负载越大，弹簧68将被压缩得越多，并且手柄54和磁体86将相对于把手管40移动的距离越大。在一个实施例中，当使用霍尔效应传感器时弹簧68可以压缩的最大距离为约2.5-3.0mm。如图9和图10所示，弹簧68处于完全压缩状态，使得弹簧68的两端之间的距离被确定为距离“Y”。在一个实施例中，X-Y＝约6mm。当手柄54和磁体86相对于内把手管40轴向地移动时，霍尔效应传感器84向微控制器74提供变化的绝对模拟电压输出。把柄54相对于内把手管40线性地移动的距离，理论上与霍尔效应传感器84发送到微控制器74的电压输出通常成直接和比例关系。由霍尔效应传感器84发送到微控制器74或由微控制器74从霍尔效应传感器84获得的电压输出，为用于计算从马达控制器到马达的信号(例如，脉宽调制信号)的控制算法中的变量之一。尽管未示出，但是电线从霍尔效应传感器84的输出端延伸，并沿着把手管38，40的中间向下到图19A中所示的线束88。检测力的传感器70的可选择类型包括电位计、光编码器、超声波传感器、近距离传感器、应变计、加速计等。由霍尔效应传感器84发送到微控制器74的电压输出值被用在控制算法中以控制马达。

参见图5A至图10，在各实施例中，控制系统32还包括手柄54内的微动开关72，例如瞬态微动开关。微动开关72固定地连接在手柄54内。微动开关72具有从此处延伸的开关90，开关90与插塞64的凸缘66的顶部啮合。当没有轴向力施加到把柄54时，或者小于压缩弹簧68所需的力的轴向力施加到手柄54时，开关90不从关闭位置移动，且微动开关72保持关闭(参见图5B和7)。当大于压缩弹簧68所需的力的轴向力施加到手柄54时，手柄54将轴向向外或相对于内把手管40远离地平移，且微动开关72上的开关90将打开(见图6和9)。类似地，当大于压缩弹簧所需的力的轴向力从把柄54中移除时，把柄54将朝向把手内把手管40轴向地平移回去，且微动开关72上的开关90将再次关闭。微控制器74将根据微动开关72的开关90的状态，从微动开关72获得打开或关闭的信号。微动开关72的开关90的状态是用于计算从马达控制器到马达的信号(例如，脉宽调制信号)的控制算法中的另一变量。此外，在一个优选实施例中，微动开关72操作，以在手柄54返回到正常/未致动状态的每个情况期间为校准目的提供零状态值。例如，在霍耳效应传感器84作为手柄54中的传感器70的情况下，每次手柄54释放并返回到未致动状态时，微动开关72将用微控制器74设置或校准霍尔效应传感器的零电压位置。类似地，对于编码器76，每次手柄54被释放并返回到未致动状态时，微动开关72将用微控制器74设置或校准编码器76的零值。例如，如果微动开关关闭(即，把手未被拉动)，则控制算法将操作以使马达控制器向马达发送使马达减速至停止的信号。相反地，如果微动开关打开(即，把柄被拉动到超过阈值的给定量)，则微控制器将传感器70的输出视为控制算法的输入(例如，PID算法的输入)，以计算马达控制器向马达发送的脉宽调制信号。

动力助力车厢10还可以包括安全切断系统36。安全切断系统36的一个实施例连接到把手20并且在图12A-13中示出。在一个实施例中，安全切断系统36包括另一个传感器92，例如连接到把手20的微动开关或瞬时按钮开关，传感器92检测何时把手20处于把手20的允许许操作范围内。例如，如果把手20处于使用的允许角度范围内，则微控制器74将被允许从控制系统中的传感器70获得信号以输入控制算法中。如果把手20处于使用的允许范围之外，则微控制器74将使驱动系统30中的马达控制器向马达发送零电压信号以阻止马达的移动。对于无刷马达，当微动开关打开时，安全机构可能会故意“短路”马达信号线以产生制动动作以及零伏信号。连接马达信号线的继电器也可能会关闭，这可能阻止任何信号到达马达，或当车厢关闭或把手不在安全角度范围内时，也可以使用机械制动。

在一个优选实施例中，把手20具有枢转地连接到车厢主体12的近端94。如图12A所示，在一个实施例中，支架(例如U型支架96)连接到车厢主体12上。在此实施例中，把手20的近端94绕着把手20的轴枢转地连接到U形支架96。横向于把手20的纵轴并与支架96啮合的车轴98可以设置在把手20的近端94处，以提供把手20相对于支架96的枢转运动，其中支架96连接到车厢主体12。在一个优选实施例中，支架96可以具有设置在支架96外表面上的止挡100，且突出部102可以从车轴98开始延伸以啮合把手20的可允许枢转运动动的两极端处的止挡100。图12C、图12D和图13显示了把手20的一个实施例的移动总范围。例如，当把手20如图12C和图13所示向上地枢转时，从车轴98延伸的突出部102将在把手20的约90°位置啮合止挡100中的一个，以阻止把手20进一步向主体12延伸。类似地，可以设置另一个止挡100以阻止把手20撞击地面，如图12E和图13所示，例如，在水平面以下的某个角度处，如在水平面以下约20°。如图13所示，在把手20的整个运动范围内，存在驱动系统30在其中可操作的把手20的移动范围，以及驱动系统在其中不可操作的把手20的运动范围。参见图13，把手20的一个实施例的可操作运动范围为从α角到β角，其中，α角为从水平轴约20°，β角为从水平轴约80°。通过提供其角度必须从水平轴大于20°的把手20，有助于防止孩童启动驱动系统30。类似地，如果把手20的角度大于β，则微控制器74将不允许驱动系统30作为另一个安全措施运转，以防止使用者坐在车厢内并启动驱动系统30，并且在车厢10被使用者向上提起时，还阻止驱动系统30啮合。但是，如果把手20的角度小于β但大于α，则如果把手20中的传感器70测量到足够的力，微控制器74将允许驱动系统30操作。此外，可以存在弹簧销以产生小的力，供使用者克服以向下枢转把手，且防止把手无意地掉落到地面。

在一个实施例中，微动开关传感器92的致动由包围微动开关传感器92和把手20的枢转机构的外壳106的内部中的凸轮104提供。凸轮104在图12A中最佳示出。在把手20的特定角度位置期间，凸轮104啮合微动开关传感器92上的开关108。参见图12C，把手处于90°方向，开关108打开并且不与凸轮104啮合。当把手20在把手20的可操作运动范围内向下旋转时，如图12D所示，凸轮104啮合开关18以关闭开关108。最后，如果把手20落在可操作运动范围之下，如图12E所示，凸轮104从开关108脱离，并且开关108再次打开。如上所述，安全切断系统36的微动开关传感器92的状态为另一个变量，微控制器74中的控制算法用该变量来计算从马达控制器发送到马达的信号。可选地，也可以采用角度传感器，该角度传感器检测把手20的角度并将把手20的角度信号提供给微控制器74。角度信号也可以作为控制算法的输入变量。各种类型的角度传感器包括电位计、近距离传感器、限位开关等。

如上所述，为提供推进力，动力助力车厢10包括驱动系统30。驱动系统30优选地向驱动轮16提供旋转力。驱动系统30的一个实施例在图14A-14C中示出。参见图14A和20所示，在一个实施例中，驱动系统30包括马达控制器110、具有小齿轮114的马达112、齿轮箱116、输出构件118和动力传输构件120。出于安全目的，还可以围绕齿轮箱116设置齿轮箱外壳122，以防止接近齿轮箱116中的齿轮。马达控制器110从微控制器74接收信号并将电压传输到马达112以操作马达112。尽管马达控制器和微控制器被解释为单独的组件，但马达控制器可以集成到微控制器中。

在一个优选实施例中，用于驱动系统30的优选马达112为PMDC或永磁直流马达，但是，其他类型的马达可以车厢10中使用。PMDC马达112的一些优点是PMDC马达相当便宜，它提供了可以消除对离合器系统需要的相当恒定的速度，它能够被直接耦合到后轮16，并且当车厢10在非动力助力模式中被拉动时，它提供最低的阻力。可以使用的PMDC电机112的一种类型为12伏或24伏直流马达，转速为约3500rpm。

如图14A所示，在一个优选实施例中，马达112位于车厢主体12内，最优选地位于车厢主体12后部的腔124内并由其支撑。后车轴18由车厢主体12的车厢框架26支撑，优选以固定的方式使得后车轴18不旋转。齿轮箱116也可以由后车轴18同轴地支撑。优选地，马达112的小齿轮114输出与齿轮箱116啮合。在一个优选实施例中，齿轮箱116出口处的输出构件118以约1：25的旋转比率与小齿轮114一起旋转。输出构件118具有多个指状件126，指状件126与动力传输构件120中的接收器128啮合，将输出构件的旋转1∶1地传递到动力传输构件120。此外，动力传输构件120以1∶1的方式连接到驱动轮16，使得轮16与驱动系统30的输出构件118以1∶1的比率旋转。如图14B所示，驱动轮16具有多个筋板130，多个筋板130啮合动力传输构件120中的多个凹槽132，以将动力传输构件120的旋转运动传递至驱动轮16。此外，具有多个外表面的轴套构件134旋转地固定在驱动轮16中的配合孔136内。轴套构件134具有孔138，后车轴穿过该孔138延伸以将驱动轮16旋转地支撑在后车轴18上。可选地，其他动力传输机构可以用于将动力从马达112传输到后轮16，包括，例如，马达驱动轴和后驱动轮16之间的带传动或链传动。在一个优选实施例中，后轮16为从动轮，通过其与马达驱动轴的机械连接，且后轮16能够在后车轴18上自由旋转。在一个可选择的实施例中，后车轴18可以由马达112驱动，并且后轮16可以(例如通过锁定)固定到后车轴18，使后车轴18的旋转引起后轮16的旋转。

图15-20中示出了电力系统34的一个实施例。如图所示，在一个实施例中，电力系统34包括可充电电池140，其可以，例如，为12伏或24伏锂离子或铅酸电池。在一个优选实施例中，电池140也位于车厢主体12内，并且优选地位于后箱124中的电池接收器142内。接线端子(未示出)设置在后箱124中以将电池140电气连接到控制系统32，如图20中示意性所示。如图15所示，在位于后箱124中的电池接收器142中时，电池140可以被充电。在一个优选实施例中，电池140具有弹簧加压的释放构件144，释放构件144可以被致动以将电池140从与电池接收器142的连接中释放，从而移除电池140，如图16和17所示。电池140可以选择性地位于辅助充电器中，如图18所示，用于在从车厢10移除时充电。

如图19A、19B和20所示，电线从各种电子部件延伸到微控制器74。来自传感器70和微动开关72的电线沿着把手20的中心向下延伸，并与来自安全切断系统36中的微动开关传感器92的电线连接，且优选地终结于快速释放连接器146中，优选地位于把手20近端处的外壳106的后面。线束148从车厢10的前面延伸至车厢10的后面。线束148通常延伸穿过车厢主体12，并且如果车厢主体12包括织物外壳28，则线束148可延伸穿过车厢外壳28中的套筒(未示出)。线束148优选地在一端具有快速释放连接器以连接到把手处的快速释放连接器，且在第二端处具有另一个快速释放连接器，以连接到从车厢后面的箱体延伸的快速释放连接器10。伸缩套管内的电线应非常柔韧或可伸缩，以适应把手尺寸的变化。同样，延伸穿过车厢主体的电线也必须是柔韧的，以适应折叠车厢的折叠。

参见图11，优选地没有马达输出，直到把手力信号达到也被称为设定点的最小负载时。一旦达到最小负载，意味着用户正在向把手20施加等于或大于最小负载的力，微控制器和马达控制器将操作以使马达提供输出。当力低于最小载荷时，也会计算/提供输出。例如，如果马达输出大于零且力低于设定值，则微控制器仍在运行，以使马达提供低于先前计算输出的输出。微控制器和马达控制器会调整该马达输出(电压、工作周期)，试图将把手力信号维持在设定值附近。在一个实施例中，PID(比例-积分-微分)回路是控制算法，其由微控制器使用以控制到达马达控制器并最终到达马达的信号。PID控制器或回路是一个控制回路反馈机构，其可连续计算“误差值”，作为测量变量(此处为力)与所需设定值之间的差值。通过调整提供给马达以操作马达的电力并确定一个新的误差值(试图将误差值驱动为零)，PID控制器试图使一段时间内的误差最小化。尽管在一个实施例中采用PID控制器，但是可以采用诸如查找表、滞环控制、模糊逻辑等的替代控制算法来实现期望的结果。一旦控制算法结束其计算(利用优选的处理器，约每100毫秒出现)，信号，优选为脉宽调制信号，从马达控制器被发送到马达以调整马达的速度。通常，脉宽调制信号的范围从零伏到十二伏，对应于大约每小时零英里到大约每小时四英里的车厢速度。

在一个实施例中，控制算法基于以下输入中的一个或多个：从输入传感器(例如，编码器、霍尔效应传感器或其他可选择传感器)接收的值、微动开关的状态、安全切断系统中微动开关的状态以及马达的当前状态。额外的输入也可以考虑。在一个例子中，PID算法如下：

误差(t)＝编码器值(t)-设定值

PWM值＝P*误差(t)+∫误差(t)*dt+D*(误差(t)/dt)

设定值P、I和D都是整个系统通过测试确定的常量。设定值为对应于预定力的编码器值。例如，如果希望用户以最大2磅的力拉动货车。对应于2磅力的编码器值为设定值。尽管本节描述了编码器，但可以利用任何传感器数据。PID算法和整个系统的目标是加速和减速马达和车厢，使用户在任何给定的速度、负载或地形下总是拉动不超过特定磅的力。

除PID算法之外，系统可以采用查找表和不同的算法。例如，如果系统打开并且把手角度被确定为在可接受的范围内，则马达输出将被初始设置为0％。手柄内的微动开关将被分析以确定其为打开或关闭。将获得编码器值，计算平均值，平均值将与查找表值进行比较，并确定马达输出率的变化。优选地，马达输出率的变化将被加到先前的输出值，例如前面的十五个值中，每个随后的迭代都需要以索引方式丢弃最早的输出值。通过这种方式，输出值通常会随着时间而平滑。查找表优选地被用于基于每次迭代之后计算的平均编码器值确定马达输出率变化。如果计算的编码器值在所需的设定值附近，则马达输出将不会改变以试图保持稳态巡航值。如果计算的编码器值高于所需的设定值，则马达输出率的变化将会根据计算的编码器值高于所需设定值的程度增加。而且，如果计算的编码器值低于所需的设定值，马达输出率的变化将会降低，因为不需要马达的如此多的辅助。如果计算的编码器值为零或者微动开关被确定关闭，则马达输出变化率将大幅下降，因为可能确定用户已停止。

本公开已经描述和示出了几个可选择实施例和示例。本领域的普通技术人员将理解各个实施例的特征以及这些组件的可能组合和变化。本领域普通技术人员将进一步认识到，任何实施例可以以与本公开披露的其他实施例的任何组合的形式来提供。此外，本公开使用的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于说明目的，而并不以任何方式限制实施例。此外，本公开所用的术语“多个”表示大于1的任何数字，为分离地或连续地，如有必要，可达无限值。另外，在本公开和权利要求书中使用的术语“具有”以开放的方式被使用。

将被理解的是，所公开的实施例可以以其他特定形式实施，而不背离其精神或中心特征。因此，现有的示例和实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，并且所公开的实施例不限于本公开给出的细节。因此，尽管已经说明和描述了具体实施例，但是在不显著背离本公开精神的情况下，可联想到许多修改，并且保护范围仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (21)

1.一种用于车厢的动力助力系统，包括：

车厢主体，所述车厢主体具有连接到所述车厢主体的多个轮，所述多个轮中的至少一个为从动轮；

具有远端和近端的把手，所述把手的所述近端枢转地连接到所述车厢主体；

邻近所述把手的远端的手柄；

所述把手和所述手柄中的一个中的控制系统，所述控制系统包括感测施加到所述手柄的负载的传感器，所述负载使所述手柄的至少一部分相对于所述把手的所述近端轴向地移动；

驱动系统，包括机械地连接到所述从动轮的马达；以及

微控制器，从所述控制系统获得输入信号并向所述驱动系统提供输出信号以选择性地驱动所述车厢的所述从动轮。

2.根据权利要求1的所述动力助力系统，其中所述控制系统包括确定施加到所述手柄的负载的传感器，其中所述负载必须大于所述驱动系统的零磅以上的预设最小阈值，以向所述驱动轮提供初始推进力。

3.根据权利要求2的所述动力助力系统，进一步包括微动开关作为所述控制系统的一部分，当大于零磅以上的预设最小阈值的负载被施加到所述手柄时，所述微动开关打开，当小于所述预设最小阈值的负载被施加到所述把手时，所述微动开关关闭，所述微控制器从所述微动开关获得关于所述微动开关打开或关闭的信号。

4.根据权利要求2的所述动力助力系统，进一步包括邻近所述把手的所述远端的弹簧，其中所述弹簧提供所述手柄相对于所述把手的所述近端轴向地移动所必须克服的力。

5.根据权利要求1的所述动力助力系统，进一步包括连接到所述把手的安全切断系统，所述安全切断系统包括电气地连接到所述微控制器的安全控制开关，所述微控制器基于所述安全控制开关的状态调节被发送到所述驱动系统的信号。

6.根据权利要求5的所述动力助力系统，其中，当所述安全控制开关打开时，被发送到所述驱动系统的所述信号为零伏信号。

7.根据权利要求5的所述动力助力系统，其中，当所述把手在预设角度之下时和当所述把手在预设角度之上时，所述微动开关关闭所述驱动系统。

8.根据权利要求5的所述动力助力系统，其中所述安全切断开关邻近所述把手的所述近端。

9.根据权利要求1的所述动力助力系统，进一步包括连接到所述车厢的可充电电池，所述电池为所述驱动系统提供电力源。

10.根据权利要求9的所述动力助力系统，其中所述电池可从所述车厢拆卸，且其中所述电池能够在与所述车厢分离的辅助充电器上被充电。

11.根据权利要求1的所述动力助力系统，进一步包括所述把手上的剩余电池寿命指示器。

12.根据权利要求1的所述动力助力系统，其中所述驱动系统包括马达和马达控制器，且其中马达控制器向所述马达发送信号以控制所述马达的输出。

13.根据权利要求12的所述动力助力系统，进一步包括打开/关闭开关，其中，当打开/关闭开关处于关闭状态时，所述马达从所述马达控制器电气地断开连接。

14.根据权利要求1的所述动力助力系统，其中，来自所述马达控制器的所述信号的范围为约零伏至约十二伏。

15.一种用于车厢的动力助力系统，包括：

车厢主体，所述车厢主体具有连接到所述车厢主体的多个轮，所述多个轮中的至少一个为从动轮；

所述从动轮旋转地连接到车轴；

驱动系统，包括机械地连接到所述从动轮的马达，所述驱动系统进一步包括电气地连接到所述马达的马达控制器；

具有远端和近端的把手，所述把手的所述近端枢转地连接到所述车厢主体；

邻近所述把手的远端的手柄，所述手柄具有内部传感器；和

电气地连接到所述传感器和所述马达控制器的微控制器，所述微控制器从所述传感器获得信号，且基于来自所述传感器的所述信号，所述微控制器向所述马达控制器发送信号，以加速或减速所述马达。

16.根据权利要求15的所述动力助力系统，其中所述把手内的所述传感器检测由使用者施加到所述把手的轴向负载。

17.根据权利要求15的所述动力助力系统，其中，为向所述马达提供初始信号以加速，所述传感器必须检测到大于零磅以上的预设最小阈值的负载。

18.一种用于车厢的动力助力系统，包括：

车厢主体，所述车厢主体具有连接到所述车厢主体的多个轮，所述多个轮中的至少一个为从动轮；

具有远端和近端的把手，所述把手的所述近端枢转地连接到所述车厢主体且所述远端具有手柄；

所述把手中的控制传感器；

驱动系统，包括机械地连接到所述从动轮的马达；

微控制器，从所述控制传感器获得输入信号并向所述驱动系统提供输出信号以选择性地驱动所述车厢的所述从动轮；和

连接到所述把手的安全切断系统，所述安全切断系统包括电气地连接到所述微控制器的安全控制开关，所述微控制器基于所述安全控制开关的状态，调节被发送到所述驱动系统的信号。

19.根据权利要求18的所述动力助力系统，其中，当所述把手在预设角度之下时和当所述把手在预设角度之上时，所述微控制器关闭所述驱动系统，且其中，当所述把手在预设角度范围内时，所述微控制器向所述驱动系统发送零电压信号除外的电压信号。

20.根据权利要求19的所述动力助力系统，其中所述安全切断开关邻近所述把手的所述近端。

21.根据权利要求18的所述动力助力系统，其中，所述手柄内的所述控制系统包括确定施加到所述手柄的负载的传感器，其中，所述负载必须大于所述驱动系统的零磅以上的预设最小阈值，以向所述驱动轮提供初始推进力。