CN113386935A - 船舶及相关联的踏板驱动系统 - Google Patents

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CN113386935A CN202011428975.6A CN202011428975A CN113386935A CN 113386935 A CN113386935 A CN 113386935A CN 202011428975 A CN202011428975 A CN 202011428975A CN 113386935 A CN113386935 A CN 113386935A
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coupling
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布莱恩·G·库哈米歇尔
蒂莫西·A·布拉格
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Johnson Outdoors Inc
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Abstract

本发明提供一种船舶及相关联的踏板驱动系统。本发明还提供一种操作所述踏板驱动系统的方法。所述踏板驱动系统允许未经辅助的人工蹬踏向船舶提供推力。所述踏板驱动系统还根据需要经由具有电动机的辅助驱动系提供不同等级的蹬踏辅助，以对由用户在踏板驱动系统的踏板处提供的人工蹬踏力输入进行补充。

Description

船舶及相关联的踏板驱动系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2020年3月12日提交的美国临时专利申请第62/988,762号，以及于2020年4月6日提交的美国临时专利申请第63/005,931号的权益，其全部教导及公开内容通过引用合并于本文中。
技术领域
本发明主要涉及海洋技术，并且更具体地涉及船舶，而且甚至更具体地涉及用于船舶应用的踏板驱动装置。
背景技术
诸如皮划艇的休闲船舶对于休闲活动而言已经变得越来越流行。皮划艇通常使用划桨来推动皮划艇。可惜的是，由于各种身体状况的原因，许多人不能长距离用桨划皮划艇或者根本不能用桨划皮划艇。而且，即使对于合适的爱好者，水流、来自其他船舶的尾波等也能够使划桨成为具有挑战性的过程。
而且，如果有人正在使用皮划艇钓鱼，由于皮划艇驾驶者通常需要使用双手来用桨划皮划艇，并且因此不能抓住鱼竿或者操作任何与钓鱼相关的装备，所以划桨成为皮划艇的限制。当皮划艇能够被调遣到通常用于钓鱼的小船不能进入的许多区域中时，通过皮划艇来钓鱼已经变得非常流行。由于皮划艇的机动性的好处，许多本不愿意使用皮划艇的渔夫已经变得受到皮划艇的使用的吸引。这些渔夫中的一些人愿意减少到达他们的钓鱼点以及返回从钓鱼点所需的划桨数量的方法，但不希望损失传统的皮划艇在浅水处的能力。
鉴于以上内容，近些年来已经有利用皮划艇上的额外的零部件来避免用桨划皮划艇，或者至少减少所需的划桨数量的趋势。这样的零部件的示例为皮划艇的背景下的踏板驱动装置等的使用。这样的踏板驱动装置能够呈现各种形式。例如，这样的踏板驱动装置可以实施为传统的自行车式的踏板，或者实施为蹬踏本质上为直线运动的更加用户化的构造。在任一种情况下，所提供的蹬踏力被机械地转化为用于提供皮划艇在水中的推力的推动器或者类似装置处的输出。这样的构造有益地除去了抓握桨的必要性。
尽管有以上优点，虽然使用用户的腿而不是他们的手臂，但这样的踏板驱动系统依然需要来自用户的明显的动力输入。照此，仍然有通常的踏板驱动构造并不理想的实例。例如，在疾风和/或急流的条件下，涉水蹬踏变得困难且费力的。作为另一个示例，长距离的蹬踏是非常费力的。为了解决以上问题，一些踏板驱动的船舶设计现在并入了一些机电驱动的类型的装置，从而补充由用户提供的蹬踏力。
例如，墨菲(Murphy)的名称为“用于船舶的一体化踏板驱动装置(Integral PedalDrive for a Watercraft)”的美国专利第9,988,133号，公开了允许用户人工地蹬踏的踏板驱动系统，或者替代地，公开了允许马达提供动力输入的踏板驱动系统，而所述动力输入本来是将要在踏板处提供的，其全部教导和公开内容通过引用合并于本文中。换言之，该系统只允许完全人工动力输入或者完全马达动力输入。
作为另一个示例，帕尔沃格伊(Palvoelgyi)等人的名称为“人工驱动与马达驱动组合的船舶(Combination Manually Driven and Motor Driven Watercraft)”的美国专利申请第2012/0238159号，公开了踏板和马达能够提供动力输入来向船舶提供推力的系统，其全部内容通过引用合并于本文中。作为又一个示例，詹森(Jansen)的名称为“用于人力船舶的电马达辅助推进系统(Electric Motor Assisted Propulsion System ForHuman-Powered Watercraft)”的美国专利第7,549,902号，公开了马达联接至系统的机械踏板驱动装置，并且能够选择由马达提供的辅助量的系统，其全部教导和公开内容通过引用合并于本文中。
照此，在本领域存在对于允许用户在平静和汹涌的水中有效地并且长距离地蹬踏的船舶以及相关的踏板驱动系统的需要。
发明内容
本申请针对当前的现有技术提供了改进。在具体实施例中，提供一种新的且改进的踏板驱动系统。在更多的具体实施例中，提供一种能够在人工模式和辅助模式下操作的新的且改进的踏板驱动系统。
在一些实施例中，在人工模式下，操作者提供全部的输入力从而为踏板驱动系统提供动力。在辅助模式下，操作者和辅助驱动系联合为系统提供动力。在一种实施中，设计了电子控制装置，使得电动辅助将不比操作者的蹬踏速率快地驱动曲柄轴。然而，控制装置能够配置为使得负荷能够完全地在辅助系统上，只要操作者以不变的速率蹬踏并且总负荷小于由操作者预设的驱动辅助量。如果操作者减小蹬踏速率，则辅助动力减小，以提供匹配操作者的输入速度所需要的动力。照此，如果操作者变慢，则辅助系统变慢。如果操作者停止，则辅助系统停止。然而，如果操作者蹬踏得比预设的辅助驱动负荷快，则一旦辅助驱动的动力输出已经达到预设的/最大的等级，操作者的负荷的百分比随着增加的蹬踏速率而增加。
因此，操作者能够通过增加输入动力来增加船速，或者通过减小蹬踏速度来减小船速。这能够不对辅助驱动和控制器的控制预设做任何改变地实现。
例如，如果控制器被设定为提供上至2mph的船速所需的动力，如果操作者以该速率蹬踏，则辅助系统能够提供上至该等级的动力/推进。在这样的情况下，辅助系统可以提供95％的推进，并且辅助系统负荷与操作者负荷的比例将为19:1。然而，如果操作者增加蹬踏速率而达到4mph，则辅助驱动系将只将增加动力而提供2mph，所以操作者的输入需要增加，并且辅助动力输入与操作者动力输入的比例将明显降低，诸如例如降至1:2.5。
在实施例中，用于船舶的踏板驱动系统包括人工驱动系、辅助驱动系以及推进单元，并且设置有联接装置。人工驱动系包括机械地附接至曲柄轴以使曲柄轴围绕曲柄轴轴线旋转的一对踏板。辅助驱动系具有马达。推进单元具有推动器。联接装置具有人工模式和辅助模式。所述联接装置包括联接器，所述联接器沿着所述曲柄轴轴线能够滑动从而使所述联接装置在所述人工模式与所述辅助模式之间转换。在所述人工模式下，所述联接器将所述曲柄轴机械地联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿第一角方向的旋转来驱动所述推进单元沿第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿与所述第一角方向相反的第二角方向的旋转来驱动所述推进单元沿与所述第一推进方向相反的第二推进方向输出推力。在所述辅助模式下，所述联接装置将所述曲柄轴联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第一角方向的旋转来驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第二角方向的旋转不驱动所述推进单元沿所述第二推进方向输出推力。在所述辅助模式下，所述辅助驱动系机械地连接至所述推进单元，使得当所述马达通电时所述辅助驱动系驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
在一个实施例中，所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转。所述推进单元具有第二齿轮。在所述辅助模式下，所述联接器将所述第一齿轮连接至所述第二齿轮。在所述人工模式下，所述联接器将所述曲柄轴连接至所述第二齿轮。
在一个实施例中，在所述辅助模式下，所述联接器从所述曲柄轴断开并且接合所述第一齿轮，从而在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩。在所述人工模式下，所述联接器从所述第一齿轮断开并且接合所述曲柄轴，从而在所述联接器与所述曲柄轴之间传递扭矩。
在一个实施例中，所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转。所述第一齿轮包括第一扭矩传递装置。所述曲柄轴具有第二扭矩传递装置。所述推进单元具有第二齿轮，所述第二齿轮具有第三扭矩传递装置。所述联接器包括第四扭矩传递装置和第五扭矩传递装置。所述第四扭矩传递装置接合所述第二齿轮的所述第三扭矩传递装置，从而在所述人工模式和所述辅助模式下围绕所述曲柄轴轴线沿两个角方向在所述联接器与所述第二齿轮之间传递扭矩。所述第五扭矩传递装置接合所述第一齿轮的所述第一扭矩传递装置，从而当所述联接装置处于所述辅助模式时围绕所述曲柄轴轴线在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩，使得所述辅助驱动系能够驱动所述推进单元。所述第五扭矩传递装置接合所述曲柄轴的所述第二扭矩传递装置，从而当所述联接装置处于所述人工模式时围绕所述曲柄轴轴线沿两个方向在所述联接器与所述曲柄轴之间传递扭矩，使得所述人工驱动系能够驱动所述推进单元。
在一个实施例中，当所述联接器沿着所述曲柄轴轴线在轴向上滑动以在所述人工模式与所述辅助模式之间转换时，所述第一扭矩传递装置和所述第四扭矩传递装置保持接合。
在一个实施例中，单向离合器介于所述第二齿轮与所述曲柄轴之间。在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转以驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力时，所述单向离合器在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩。在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，所述单向离合器防止所述曲柄轴与所述第二齿轮之间的扭矩传递。
在一个实施例中，当所述联接装置处于所述辅助模式时，例如，当所述马达比正在蹬踏的用户更快地操作时，所述单向离合器允许所述辅助驱动系比所述曲柄轴快。
在一个实施例中，所述联接器为围绕所述曲柄轴延伸的卡圈。
在一个实施例中，所述联接装置包括机电联接致动器，所述机电联接致动器沿着所述曲柄轴轴线驱动所述联接器，以使所述联接装置在所述人工模式与所述辅助模式之间转换。
在一个实施例中，所述机电联接致动器包括电磁开关以及介于所述电磁开关与所述联接器之间的枢转杠杆。所述枢转杠杆由所述电磁开关驱动，从而在对应于所述辅助模式的第一方位与对应于所述人工模式的第二方位之间枢转。
在一个实施例中，所述枢转杠杆包括枢转地接合所述联接器的C形分叉端。
在一个实施例中，当所述联接装置处于所述辅助模式和所述人工模式时，所述联接器与所述曲柄轴接合以围绕所述曲柄轴轴线与所述曲柄轴一起旋转。
在一个实施例中，所述推进单元具有围绕所述曲柄轴轴线旋转的第一齿轮。所述联接器选择性地与所述第一齿轮接合和断开。在所述人工模式下，所述联接器接合所述第一齿轮并且将所述曲柄轴连接至所述第一齿轮，使得当所述曲柄轴沿所述第一角方向和所述第二角方向旋转时所述第一齿轮与所述曲柄轴一起旋转。在所述辅助模式下，所述联接器从所述第一齿轮断开，使得所述曲柄轴沿所述第一角方向或者所述第二角方向的旋转不经由所述联接器向所述第一齿轮传递扭矩。
在一个实施例中，单向离合器介于所述第一齿轮与所述曲柄轴之间。所述曲柄轴沿所述第一角方向的旋转经由所述单向离合器驱动所述第一齿轮，并且所述曲柄轴沿所述第二角方向的旋转不经由所述单向离合器驱动所述第一齿轮。
在一个实施例中，所述联接装置包括机电的联接致动器，所述机电的联接致动器沿着所述曲柄轴轴线在第一位置与第二位置之间驱动所述联接器，从而在人工模式与辅助模式之间转换。所述第一位置对应于所述联接装置处于所述人工模式，而所述第二位置对应于所述联接装置处于所述辅助模式。
在一个实施例中，所述联接装置包括使所述联接器朝向所述第一位置偏置的偏置构件。所述联接致动器为电磁铁。在通电时，所述电磁铁使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线从所述第一位置向所述第二位置平移。
在一个实施例中，单向离合器机械地介于所述马达与所述第一齿轮之间。当所述联接装置处于所述人工模式并且所述曲柄轴沿第二角方向旋转时，所述单向离合器防止沿与当所述联接装置处于所述辅助模式时驱动马达的方向相反的方向驱动马达，并且所述马达通电以驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
在一个实施例中，所述联接器具有沿着所述曲柄轴轴线在轴向上面向所述第一齿轮的第一轴向端面。所述第一齿轮具有沿着所述曲柄轴轴线在轴向上面向所述联接器的第二轴向端面。多个卡爪，也称作键，形成在第一端面和第二端面之一中。多个卡爪接纳槽(也称作键接纳槽)形成在所述第一端面和所述第二端面中的另一个中，所述多个卡爪接纳槽的尺寸为沿轴向接纳并且沿角向接合卡爪，从而当所述联接装置处于所述人工模式时在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩。
在实施例中，提供一种船舶。所述船舶包括船体，以及安装至所述船体的根据上述实施例的任何组合的踏板驱动系统。
提供一种操作如上所述的踏板驱动系统的方法。
在一个实施例中，提供一种操作船舶的踏板驱动系统的方法。所述方法包括通过使所述联接装置的联接器沿着由人工驱动系的曲柄轴限定的曲柄轴轴线滑动，来在人工模式与辅助模式之间转换。在所述人工模式下，所述联接器将所述曲柄轴机械地联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿第一角方向的旋转来驱动所述推进单元的推动器沿第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿与所述第一角方向相反的第二角方向的旋转来驱动所述推进单元沿与所述第一推进方向相反的第二推进方向输出推力。在所述辅助模式下，所述联接装置将所述曲柄轴联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第一角方向的旋转来驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第二角方向的旋转不驱动所述推进单元沿所述第二推进方向输出推力。在所述辅助模式下，所述辅助驱动系机械地连接至所述推进单元，使得当所述辅助驱动系的马达通电时所述辅助驱动系驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
在一个方法中，所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转。所述推进单元具有第二齿轮。所述方法包括通过将所述第一齿轮联接至所述第二齿轮而转换至所述辅助模式，通过使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线滑动而使用所述联接器将所述第一齿轮联接至所述第二齿轮。所述方法还包括通过将所述曲柄轴联接至所述第二齿轮而转换至所述人工模式，通过使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线滑动而使用所述联接器将所述曲柄轴联接至所述第二齿轮。
在一个方法中，转换至所述辅助模式包括：使所述联接器从所述曲柄轴断开，并且使所述联接器接合所述第一齿轮从而在所述第一齿轮与所述第二齿轮之间传递扭矩。并且，转换至所述人工模式包括：使所述联接器从所述第一齿轮断开，并且使所述联接器接合所述曲柄轴从而在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩。
在一个方法中，所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转。所述第一齿轮包括第一扭矩传递装置。所述曲柄轴具有第二扭矩传递装置。所述推进单元具有第二齿轮，所述第二齿轮具有第三扭矩传递装置。所述联接器包括第四扭矩传递装置以及第五扭矩传递装置。所述方法包括：在所述人工模式和所述辅助模式下使所述第三扭矩传递装置与所述第四扭矩传递装置接合，从而在所述人工模式和所述辅助模式下围绕所述曲柄轴轴线沿两个角方向在所述联接器与所述第二齿轮之间传递扭矩。所述方法包括通过如下方式转换至所述辅助模式：使所述第五扭矩传递装置与所述第一齿轮的所述第一扭矩传递装置接合，从而围绕所述曲柄轴轴线在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩，使得所述辅助驱动系能够驱动所述推进单元。所述方法包括通过如下方式转换至所述人工模式：使所述第五扭矩传递装置与所述曲柄轴的所述第二扭矩传递装置接合，从而围绕所述曲柄轴轴线沿两个方向在所述联接器与所述曲柄轴之间传递扭矩，使得所述人工驱动系能够驱动所述推进单元以沿所述第一推进方向和所述第二推进方向产生推力。
在一个方法中，所述方法包括：通过使所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转，使用所述第二齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器而在所述联接装置处于所述辅助模式的同时通过在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩来驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。所述方法包括：当所述曲柄轴在所述联接装置处于所述辅助模式的同时沿所述第二角方向旋转时，使用所述单向离合器来防止所述曲柄轴与所述第二齿轮之间的扭矩传递。
一个方法包括：使用机电联接致动器驱动所述联接器从而使所述联接装置在所述人工模式与所述辅助模式之间转换。
在一个方法中，所述方法包括：使所述联接器接合所述曲柄轴，从而在所述辅助模式和所述人工模式下围绕所述曲柄轴轴线与所述曲柄轴一起旋转。
一个方法包括：使围绕所述曲柄轴轴线旋转的所述推进单元的第一齿轮与联接器接合来将所述曲柄轴连接至所述第一齿轮，使得当所述曲柄轴沿所述第一角方向和所述第二角方向旋转时所述第一齿轮与所述曲柄轴一起旋转，从而转换至所述人工模式。所述方法还包括：使所述联接器从所述第一齿轮断开，使得所述曲柄轴沿所述第一角方向或者所述第二角方向的旋转不经由所述联接器向所述第一齿轮传递扭矩，从而转换至所述辅助模式。
在一个方法中，所述方法包括：通过使所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转而经由介于所述第一齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器来驱动所述第一齿轮。所述方法包括：当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，经由所述单向离合器来防止所述第一齿轮的驱动。
一个方法包括：使用机电联接致动器沿着所述曲柄轴轴线在第一位置与第二位置之间驱动所述联接器从而在所述人工模式与所述辅助模式之间转换。所述第一位置对应于所述联接装置处于所述人工模式，而所述第二位置对应于所述联接装置处于所述辅助模式。
一个方法包括：使用所述联接装置的偏置构件朝向所述第一位置偏置所述联接器，所述联接致动器为电磁铁。所述方法包括：在所述联接致动器通电时使用所述联接致动器使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线从所述第一位置向所述第二位置平移。所述联接致动器可选地可以为电磁铁。
在一个方法中，当所述联接装置处于所述人工模式时并且当所述曲柄轴沿所述第二角方向或者以减小的速率旋转时，所述方法包括：使用机械地介于所述马达与所述第一齿轮之间的单向离合器来防止沿与当所述联接装置处于所述辅助模式时驱动马达的方向相反的方向驱动马达，并且所述马达通电以驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
此外，所述单向离合器允许操作者减小蹬踏速率并且没有通过马达驱动。在此，控制器经由转速传感器感测蹬踏速率的减小。控制器随后减小输出的辅助动力以匹配新的蹬踏速率。通过该构造和控制方式有益的是不需要扭矩传感器。控制器仅仅观察操作者的蹬踏速度。
在一个方法中，所述联接器具有沿轴向面向所述第一齿轮的第一轴向端面。所述第一齿轮具有沿轴向面向所述联接器的第二轴向端面。多个卡爪形成在第一端面和第二端面之一中。多个卡爪接纳槽形成在所述第一端面和所述第二端面中的另一个中，所述多个卡爪接纳槽的尺寸为沿轴向接纳并且沿角向接合卡爪，从而当所述联接装置处于所述人工模式时在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩。
当结合附图时，本发明的其他方案、目的以及优点将从接下来的描述中变得更加明白易懂。
附图说明
并入并且形成本说明书的一部分的附图图示出本发明的若干方案，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1为包括根据本申请的踏板驱动系统的船舶的简化图示；
图2为用于与船舶一起使用的踏板驱动系统；
图3为踏板驱动系统的部分图示；
图4和图5为图示为辅助模式的踏板驱动系统的部分图示；
图6为处于辅助模式的踏板驱动系统的截面图示；
图7为处于人工模式的踏板驱动系统的截面图示；
图8和图9以分解表示法图示出踏板驱动系统的各种扭矩传递装置；
图10和图11为处于人工模式的踏板驱动系统的放大图示；
图12为图示出处于人工模式的联接器致动装置的踏板驱动系统的图示；
图13为图示出处于辅助模式的联接器致动装置的踏板驱动系统的图示；
图14和图15图示出处于人工模式的另外的踏板驱动系统；
图16为处于人工模式的踏板驱动系统的截面图示；
图17图示出处于辅助模式的踏板驱动系统；
图18为处于辅助模式的踏板驱动系统的截面图示；
图19图示出踏板驱动系统的扭矩传递装置；以及
图20图示出处于人工模式的踏板驱动系统；
图21为根据本申请的踏板驱动系统的一部分的另外的实施例的立体图示；
图22为移除外壳体的状态下的图21的踏板驱动系统的部分立体图示；
图23为处于辅助模式的图21的踏板驱动系统的截面图示；
图24为图21的踏板驱动系统的联接器装置的一部分的分解图示；以及
图25为处于人工模式的图21的踏板驱动系统的截面图示。
虽然将结合某个优选实施例来描述本发明，但并不存在将本发明限于这些实施例的意图。相反地，意图在于覆盖包括在如所附的权利要求书所限定的本发明的主旨和范围内的替代例、变型例以及等同替代方式。
具体实施方式
现在转到附图，其图示出根据本文的教导而构成的船舶20和相关的踏板驱动系统22的示例性实施例。如将在下文中更加详细地说明的，踏板驱动系统22能够以人工模式或者辅助模式操作。人工模式允许未被辅助的人工蹬踏向船舶20提供推力。
在辅助模式下，踏板驱动系统22还经由具有电动马达的辅助驱动系按需提供不同级别的踏板辅助，以补充由用户在踏板驱动系统22的踏板处提供的人工蹬踏力。
在实施例中，在人工模式下，当不提供任何踏板辅助力时，踏板驱动系统22的辅助驱动系与系统的其余部分分离,以将超过不包括任何类型的辅助功能的传统的踏板驱动系统所需的另外的人工踏板力的量最小化。
如上所述，踏板驱动系统22按需提供不同级别的踏板辅助力。在操作中，用户使用下文描述的用户界面打开系统。用户能够使用该界面选择辅助的级别。一旦用户开始向前蹬踏，则辅助驱动系接合，并且开始提供踏板辅助力，以最终减小对于给定的推力的量所需的人工踏板力的量，而没有改变蹬踏速度。其实，踏板驱动系统22利用一个以上的超越离合器来允许蹬踏快于所提供的蹬踏速度。
系统可以构造为监视并且基于由用户提供的人工踏板力来改变所提供的踏板辅助力的量。例如，如果用户的蹬踏速度以给定的辅助级别下降至预设蹬踏速度以下，则系统能够自动地减小所提供的踏板辅助力的量以匹配新的蹬踏速度。
系统还可以构造为自动地与辅助驱动系断开，以便如果用户完全停止蹬踏则停止提供踏板辅助力。在这样的例子中，在没有向后驱动踏板驱动系统22的整个辅助驱动系的状态下，用户随后能够自由地向后蹬踏，例如以减慢船舶20的向前运动。如果用户随后重新开始向前蹬踏，则系统也可以通过自动地检测踏板的向前运动而自动地再次开始提供踏板辅助力，并且随后重新接合辅助驱动系。在下文中描述踏板驱动系统22的这些以及其他功能。
现在特别参照图1，船舶20可以采用任何类型的皮划艇的形式或者采用其他类似的船舶(例如，独木舟)。在示例性实施例中，船舶20能够在其船体26中包括开口24以允许踏板驱动系统22的一部分在船体26的底部下方延伸，并且向船舶提供由人工踏板力和/或由用户和/或踏板驱动系统22提供的踏板辅助力转换的推力。
其实，用户(未示出)可以就坐在座椅28中并且像在下文中提到的那样操作踏板驱动系统22以及任何转向控制装置。
而且，船体26可以包括一个以上的密封的或者开口的顶部存储隔间34。
船舶20能够包括船舵系统30以及使船舶20转向的相关的人工或者自动的控制装置。所图示的船舶20的具体形状和尺寸纯粹是示例性的并且在本文中不以任何方式限制本发明。而且，踏板驱动系统22相对于船体26的位置、尺寸以及形状纯粹是示例性的。例如，踏板驱动系统22的延伸到水中的部分在一些实施例中能够位于船舵系统30所处的位置，取代对于船舵系统30的需要。
想到的是踏板驱动系统22可以合并到可能期望包括用户踏板功能的任何船舶中。
踏板驱动系统22也可以安装至船体26，使得其能够大致沿方向36、38移动，从而选择性地收藏和展开踏板驱动系统22。为了将踏板驱动系统22放置在收藏位置，踏板驱动系统22可以沿方向36旋转，使得其如所示出地大致收藏在开口24内并且不向下延伸穿过开口24。为了在展开位置放置踏板驱动系统22，其可以沿方向38旋转，从而将其大致以图示出的构造放置。而且，踏板驱动系统22可以沿方向36旋转，从而将其从船体36完全地移除。照此，可以采用适当的密封以及其他结构，以便当存在或者不存在踏板驱动系统22时，减少或者消除水进入到船体26的内部，而适当地密封开口24。然而，这样的密封并不是对所有船舶都是必需的。
现在转至图2，从船舶20移除了踏板驱动系统22。踏板驱动系统22包括一对踏板40、42，用户在所述一对踏板40、42处能够提供人工踏板力输入。每个踏板分别包括相关的曲柄40a、42a，所述曲柄40a、42a安装至限定沿纵向延伸穿过轴44的曲柄轴轴线45的能够旋转的曲柄轴44。
曲柄轴44围绕曲柄轴轴线45沿第一角方向47的旋转沿第一推进方向49经由推动器48产生了推力，而曲柄轴44沿与第一角方向47相反的第二角方向51的旋转沿与第一推进方向49相反的第二推进方向53经由推动器48产生了推力。
踏板驱动系统22还可以包括用于经由电动马达提供踏板辅助力的辅助驱动系52。电源60与辅助驱动系52的电动马达66相关联并且向其提供电力。电源60也可以向控制器62提供电力，部分地基于由用户界面64提供的输入而利用控制器62来监视和控制踏板驱动系统22的操作。电源60可以为用于船舶应用的任何电源，并且对于非限制性的示例，可以为船用电池。
控制器62可以为容纳在壳体50内或者容纳在船舶20上的其他地方内的独立运行的控制器，并且包括全部所需的硬件、固件以及用于实现本文所述的功能所需的软件。替代地，控制器62可以集成到其他装置中。例如，控制器62可以集成到多功能装置中，例如探鱼仪、移动装置或者能够接收输入并且发送输出的用户容易获得的任何其他装置。前述的术语“集成”不仅包括将控制器62的物理结构结合到这样的装置中，而且包括将控制器62完全体现为在这样的装置上运行的软件程序。确实，许多多功能显示器以及移动装置完全能够接收输入并且发送输出，并且照此，完全能够利用这样的装置的现有硬件而用作控制器62。
控制器62可以使用有线或者无线连接而与踏板驱动系统22通信。在无线连接的情况下，踏板驱动系统22还能够包括与这样的位于远处的控制器62通信并且响应来自控制器62的指令所需的其自己本地的硬件、软件以及固件。除了控制踏板驱动系统22的辅助功能的操作以外，控制器62还可以控制系统的其他方面，诸如电池寿命以及功耗。
而且，控制器62能够接收与踏板驱动系统22的操作有关的输入，以便控制由此提供的辅助功能。例如，扭矩传感器可以安装至曲柄40a、42a中的一个或者两个，并且与控制器62通信。替代地，扭矩传感器可以安装至踏板驱动系统22的能够感测扭矩负荷的任何结构。除了扭矩传感器以外或者替代扭矩传感器，速度传感器例如可以用于监视其每分钟转数。该速度传感器也可以与控制器62通信。扭矩传感器和速度传感器可以经由有线或者无线连接与控制器62通信，并且允许控制器62检测踏板40、42的速度和方向。
传感器由图3中的传感器装置63表示。然而，可以在其他位置设置其他传感器。
然而，前述传感器可以只是用于监视踏板驱动系统22的操作的许多示例中的若干示例。所需要的是能够操作以探测踏板驱动系统22的一个以上的操作参数(例如，蹬踏速度和/或方向)的传感器装置。控制器62利用这样的传感器装置来查询踏板状态变化(即，蹬踏速度或者蹬踏方向的变化)，从而选择性地转变辅助和人工模式，反之亦然。
用户界面64可以直接与控制器62相关联。作为一个示例，其中控制器62集成到多功能显示器或者移动装置中，所述多功能显示器或者移动装置使用其现有的接口容量而将用户界面64设置在其上。作为另一个示例，其中控制器62为容纳在壳体50内或者位于船舶20中的其他位置的独立运行单元，控制器62可以在其上包括其自己的用户界面64。替代地，用户界面64可以为单独的部件，诸如有线控制或者无线远程控制的装置。作为另一个替代例，用户界面64可以作为单独的界面直接出现在踏板驱动系统22上并且与控制器62通信。用户界面64可以利用任何当代的界面特征件，例如，触屏控制(例如，参见图21中的触屏用户界面464)、机械控制装置、运动控制装置等。
图3至图5为在外壳体被移除的状态下的踏板驱动系统22的简化图示，从而示出辅助驱动系52和人工驱动系55的一部分以及它们如何与推进单元70相互作用。
辅助驱动系52包括介于电动马达66与大齿轮72之间的多个齿轮。马达66与大齿轮72之间的齿轮通常用于逐步降低马达66的输出速度。在其他实施例中，辅助驱动系52可以在马达66与大齿轮72之间包括或多或少的齿轮。在一些实施例中，大齿轮72可以直接由马达66驱动。
参照图6，大齿轮72能够旋转地安装以围绕曲柄轴轴线45旋转。在该实施例中，一对轴承73设置在大齿轮72与曲柄轴44之间。在该实施例中，大齿轮72因此能够旋转地安装至曲柄轴44。
在该实施例中，人工驱动系55主要由曲柄轴44、曲柄40a、42a以及踏板40、42提供。
在图3至图5中，推进单元70由锥齿轮装置74和包括配合齿轮77的驱动轴75表示。锥齿轮装置74包括安装至毂78的锥齿轮76。锥齿轮76和毂78彼此固定使得两个部件之一的旋转传递至另一部件，而与围绕轴线45的旋转方向无关。
在其他实施例中，锥齿轮装置74由单个部件提供，而不是由彼此固定的多个部件提供。
踏板驱动系统22包括联接装置80，所述联接装置80包括沿着曲柄轴轴线45在轴向上滑动(图6中由箭头84和86示出)从而在辅助模式(图3至图6)与人工模式(图7)之间转换的联接器82。
参照图2、图3以及图7，在人工模式下，联接装置80将曲柄轴44机械地联接至推进单元70。通过该连接，曲柄轴44围绕曲柄轴轴线45沿第一角方向47的旋转来驱动推进单元沿第一推进方向49(如图2中的直箭头以及图3中的驱动轴75的角向运动所示)输出推力。
曲柄轴44围绕曲柄轴轴线44沿与第一角方向47相反的第二角方向51的旋转来驱动推进单元70沿与第一推进方向49相反的第二推进方向53(如图2中的直箭头以及图3中的驱动轴75的角向运动所示)输出推力。
参照图2、图3、图5以及图6，在辅助模式下，联接装置80将辅助驱动系52机械地联接至推进单元70。当马达66通电时，辅助驱动系52驱动推进单元70沿第一推进方向49输出推力。
在优选实施例中，该联接由联接器82将大齿轮72旋转地联接至锥齿轮装置74来执行。
在优选实施例中，在辅助模式下，联接装置80将曲柄轴44能够操作地联接至推进单元70，使得由用户进行的曲柄轴44围绕曲柄轴轴线45沿第一角方向47的旋转来驱动推进单元70沿第一推进方向49输出推力。然而，由用户进行的曲柄轴44围绕曲柄轴轴线45沿第二角方向51的旋转不驱动推进单元70沿第二推进方向53输出推力。换言之，曲柄轴44和踏板相对于辅助驱动系52能够自由转动，或者转速被辅助驱动系超越。
参照图6、图8以及图9，联接器82和大齿轮72具有由大齿轮扭矩传递装置88提供的扭矩传递接口，所述大齿轮扭矩传递装置88由围绕曲柄轴轴线45角向地延伸的多个倾斜表面89提供并且接合第一联接器扭矩传递装置90，所述第一联接器扭矩传递装置90由围绕曲柄轴轴线45角向地延伸的对应的多个倾斜表面91提供。
当马达66能够操作地围绕轴线45驱动大齿轮72时，倾斜表面89、91角向地彼此接合。联接器82可以沿着曲柄轴轴线45在轴向上被偏置以维持联接器82与大齿轮72在轴向和角向上接合，使得由马达66产生的扭矩在二者之间传递。
当在联接器与大齿轮面之间存在转速差时，倾斜表面的方位允许倾斜表面89、91相对于彼此角向地滑动。在相对角向旋转的某种程度范围内，两个配合元件能够沿轴向接合。在开始轴向移动之前或者排除轴向移动之前，非倾斜元件需要对齐。一旦出现合适的角向对齐，倾斜表面柔和地接合，然而方形卡爪(square dogs)将快速地结合，这可能是嘈杂的和/或导致对部件的不期望的磨损或者损坏。然而，倾斜表面能够只沿一个角方向驱动。
该偏置可以由诸如弹簧的弹性偏置构件提供，或者由诸如用于使联接器82在辅助模式与人工模式之间转换的枢转杠杆100的杠杆提供。
除了旋转地联接至大齿轮72，联接器82还在另外的扭矩传递接口处与锥齿轮装置74旋转地接合，所述另外的扭矩传递接口由接合花键装置98的形式的第二联接器扭矩传递装置的花键装置96的形式的锥齿轮扭矩传递装置提供。
因此，联接器82与大齿轮72的扭矩传递装置88以及锥齿轮装置74的花键装置96的接合，经由马达66由大齿轮72产生的扭矩传递至锥齿轮装置76，并且最后传递至驱动轴75以驱动推动器48。
该扭矩传递接口构造为使得联接器82能够相对于锥齿轮装置74沿着曲柄轴轴线45在轴向上滑动，同时花键装置96、98保持彼此角向地接合。
更具体地，联接器82能够在对应于辅助模式的图6所示的位置与对应于人工模式的图7所示的位置之间滑动，从而转换踏板驱动系统22的操作模式。
当在辅助模式下时，用户依然能够使用踏板来沿向前的方向为船舶提供动力，例如，沿第一推进方向49(图1)产生推力。然而，如果用户试图沿相反的方向蹬踏，则该运动不传递至推进单元70或者辅助驱动系52。
该能力由介于锥齿轮装置74与曲柄轴44之间的单向离合器102提供。更具体地，单向离合器102构造为只沿围绕曲柄轴轴线45的第一角方向47将扭矩从曲柄轴44传递至锥齿轮装置74。然而，如果用户尝试向后蹬踏并且沿第二角方向51传递扭矩，则单向离合器102将不会使扭矩从曲柄轴44传递至锥齿轮装置74。
键或者其他装置能够角向地将单向离合器102连接至曲柄轴44和锥齿轮装置74。
在人工模式下，曲柄轴44通过联接装置80的联接器82角向地联接至锥齿轮装置74。然而，联接器82与大齿轮72分开。照此，来自马达66的任何输出没有传递至曲柄轴44或者推进单元70。
更具体地，花键装置96、98保持接合，从而将联接器82角向地联接至锥齿轮装置74。
另外的扭矩传递接口由曲柄轴花键装置104(参见图8)形式的曲柄轴扭矩传递装置以及由联接器82提供的第二花键装置106提供。
显著地，联接器82通常为围绕曲柄轴44延伸的卡圈的形式。在该实施例中，联接器82的花键装置98和106二者均形成在形成联接器82的卡圈的内周上。
花键装置98、106的内径不同。具体地，花键装置98的内径大于花键装置106的内径。通过该实施例，当处于辅助模式(例如参见图6)时，花键装置98不接合曲柄轴花键装置104。
由花键装置104和106提供的扭矩传递接口将曲柄轴联接至锥齿轮装置74，以围绕曲柄轴轴线45沿第一角方向和第二角方向角向旋转。这允许用户沿向前方向和向后方向蹬踏，同时沿两个方向将扭矩传递至推进单元70。因此，当通过人工驱动系55(例如，踏板40、42)处于人工模式时，用户能够向前和向后推动船舶。
图10和图11图示出在联接器82从大齿轮72断开的情况下处于人工模式的踏板驱动系统22。
图12和图13图示出驱动联接器82以在辅助模式与人工模式之间转换的联接致动器110。图12图示出处于人工模式的联接器82，而图13图示出处于辅助模式的联接器82。
为了使联接器82在两个位置之间转换，该实施例的联接致动器110包括围绕轴线116驱动枢转杠杆100的电磁开关112的形式的机电联接致动器。
更具体地，枢转杠杆100包括联接至电磁开关112的一端以及接合联接器82的相反的分叉端。分叉端接纳在形成于联接器82的外周中的环形沟槽中。因此，分叉端能够向侧壁118或者120施加轴向力，从而在轴向上使联接器82沿着曲柄轴轴线45平移，以根据需要接合或者断开扭矩传递装置88、90。
注意到的是，电磁开关112能够联接至上述的控制器62和电源60。当用户在模式之间进行转换时，控制器62能够适当地使电磁开关112通电或者断电。通常，当默认模式为人工模式时，电磁开关将在转换至辅助模式时通电。这通常还使辅助驱动系52的马达66通电。
可以采用其他机电联接致动器。例如，可以设置驱动联接器82的直线的直线致动器。而且，可以设置机电致动。
参照图14至图20，图示出另外的踏板驱动系统222的能够在辅助模式与人工模式之间转换的部分。更具体地，图示出踏板驱动系统222的辅助驱动系252、人工驱动系255、推进单元270以及联接装置280。然而，通常设置其他部件，仅举几个例子，诸如踏板、驱动轴、推动器、控制器、电源、用户界面、保护外壳。踏板驱动系统222能够在辅助模式与人工模式之间转换。
踏板驱动系统222能够与图1和图2中的踏板驱动系统22交换。因为对于理解本发明并不需要，因此没有包括包含该装置的更新的图像。对图1和图2中的推进方向的参照将用于说明该实施例。
辅助驱动系252包括马达266和介于马达与推进单元270之间的多个齿轮。马达与推进单元270之间的齿轮的数量能够多于或者少于所图示出的数量。
该实施例中的人工驱动系255主要为踏板和曲柄(未示出)以及围绕曲柄轴轴线245旋转的曲柄轴244。
推进单元270由若干齿轮表示，但将理解的是，可以可选地由推进单元提供诸如驱动轴、推动器以及另外的齿轮的其他部件。
图14至图16以及图20图示出处于人工模式的踏板驱动系统222。在该模式下，用户能够驱动推进单元从而通过围绕曲柄轴轴线245沿相反的第一角方向和第二角方向蹬踏曲柄轴244来产生沿第一和第二推进方向49、51的推进。
为了将曲柄轴244的旋转运动传递至推进单元，联接装置280将曲柄轴244连接至齿轮274，所述齿轮274为组合的大齿轮以及推进单元270的锥齿轮形成部。齿轮274包括大齿轮区域276和锥齿轮区域278，所述大齿轮区域276与锥齿轮区域278联接以围绕曲柄轴轴线245沿两个角方向一起旋转。对于人工模式，只需要锥齿轮区域278。
当由推进单元270产生推力时，齿轮274围绕曲柄轴轴线245旋转。
可以由单个的部件形成两个区域，或者可以由诸如通过销、黏合剂、螺钉、螺栓或者其他紧固机构联接在一起的分开的部件形成两个区域。
第一扭矩传递接口设置在联接器282与锥齿轮区域276之间。第一扭矩传递接口由齿轮274的轴向端面288形式的第一扭矩传递装置和联接器82的轴向端面290形式的配合的第二扭矩传递装置提供。联接器的轴向端面290包括沿轴向延伸的突起291形式的键(也称作卡爪(dogs))，所述突起291沿轴向接纳在形成于齿轮274的轴向端面288中的键槽289(也称作卡爪槽(dog slots))中。突起和槽291/289也可以采取下文所述的角向接合卡爪的形式。因此，键可以为相互接合的卡爪的形式。
除了沿轴向延伸以外，突起291还相对于曲柄轴轴线245沿径向延伸，使得当接合时，与槽289的接合在突起291与槽289之间传递扭矩。
注意到的是，齿轮274的轴向端面288由接口板提供，所述接口板为与大齿轮区域274和锥齿轮区域276分开并且附接至所述大齿轮区域274和锥齿轮区域276以与其一起旋转的单独的部件。此外，接口板可以由齿轮区域274、276形成，在其他实施例中作为单件。然而，通过使这三个部件为分开件，齿轮274的制造更便宜且更容易。此外，螺钉、销、黏合剂等可以用于将接口板固定至其他部件。
第二扭矩传递接口设置在联接器282与曲柄轴244之间。在图示出的实施例中，该扭矩传递接口由键296提供，所述键296将联接器282可旋转地联接至曲柄轴244以围绕曲柄轴轴线245沿两个角方向旋转。
键297接合形成在联接器282的内周表面中的狭槽(针对将插入有键297的狭槽参见图19)。第二扭矩传递接口构造为允许联接器282沿着曲柄轴244平行于曲柄轴轴线245在轴向上滑动，例如，由图14至图18以及图20中的相反的方向的箭头所图示的。
在其他实施例中，扭矩传递接口可以与上述配合的花键装置类似。
照此，当第一和第二扭矩传递装置(例如，端表面288和290)接合并且用户将力围绕曲柄轴轴线245沿任一角方向输入到踏板中时，该力和运动经由联接器282传递至推进单元270的齿轮274。
单向离合器303设置为使辅助驱动系255从组件的其他部分断开并且防止辅助驱动系255在用户正在蹬踏的同时提供不需要的阻力，诸如通过要求用户反向驱动辅助驱动系255的齿轮和马达266。
图示出的盘簧311形式的偏置构件将联接器282朝向齿轮274偏置。照此，人工模式为默认模式。
联接装置280包括联接致动器312以将联接器282从图14至图16所示的位置移动至图17和图18所示的位置，从而使踏板驱动系统222从人工模式转换至辅助模式。
在该实施例中，联接致动器312为电磁铁的形式，当通电时所述电磁铁通过如箭头315所示沿着曲柄轴轴线245滑动联接器282而使联接器282与齿轮274分离。尤其是，当电磁铁断电时，如箭头313所示，通过盘簧311将联接器282反向驱动至与齿轮274接合。
考虑其他联接致动器312。例如，可以采用直线致动器或者联接致动器110来在联接器282的接合位置(人工模式)与断开位置(辅助模式)之间适当地转换联接器282。
在联接器282处于图17至图18所示的位置的情况下，曲柄轴244围绕轴线245的旋转不经由联接器282传递至齿轮274。替代地，针对使用踏板来通过推进单元270产生推力的用户，在齿轮274与曲柄轴244之间设置有单向离合器302。
单向离合器302只围绕轴线245沿第一角方向将曲柄轴244的旋转运动传递至齿轮274。照此，在辅助模式下，用户只能够使用踏板来沿第一推进方向49产生推力，从而沿向前方向推动船舶。在用户比马达266驱动齿轮274的速度慢地蹬踏的情况下，单向离合器302还将允许马达266比曲柄轴244快。
在辅助模式下，如果用户使曲柄轴旋转，则联接器282将与曲柄轴244一起旋转，然而，没有扭矩经由联接器282传递至推进单元270和齿轮274，只经由单向离合器302传递至推进单元270和齿轮274。
因此，应当显而易见的是，联接器282能够选择性地与齿轮274接合以进入人工模式，并且能够选择性地从齿轮274断开以进入辅助模式。
联接致动器312和马达266能够操作性地联接至控制器62和电源60，使得当用户激活辅助模式时它们操作性地同时或者顺序地通电。注意到的是，如果用户诸如通过停止蹬踏或者反向蹬踏而明显地减小了用户蹬踏的转速，则上文中讨论的扭矩传感器和速度传感器能够用于自动地禁用辅助模式。
图21为另外的踏板驱动系统422的简化的部分图示。为了简洁，已经移除了驱动轴、推动器以及踏板，但将诸如现有设计图示出的那样包括驱动轴、推动器以及踏板。该踏板驱动系统422能够再次选择性地在辅助模式与人工模式之间转换。
参照图22至图25，图示出踏板驱动系统422的一部分。踏板驱动系统包括辅助驱动系452、人工驱动系455、推进单元(未示出)以及联接装置480。
辅助驱动系452包括马达466以及介于马达466与推进单元之间的多个齿轮。马达466与推进单元之间的齿轮的数量能够比所图示出的多或者少。
该实施例中的人工驱动系455主要为踏板和曲柄(未示出)以及围绕曲柄轴轴线445旋转的曲柄轴444。
推进单元470由锥齿轮表示，但将理解的是，可以由推进单元可选地提供诸如驱动轴、推动器以及额外的齿轮的其他部件。
图22图示出处于辅助模式的踏板驱动系统422。在该模式下，用户能够驱动推进单元，从而通过围绕曲柄轴轴线445蹬踏曲柄轴444来只沿第一推进方向49产生推力。另外地，辅助驱动系452为有效的，使得马达466操作性地联接至推进单元470以辅助驱动推进单元，从而沿第一推进方向49产生推力。在该模式下，如之前所讨论的，辅助驱动系452防止反向蹬踏或者马达466的反向驱动。
在该构造中，联接装置480，并且尤其是联接器482已经从齿轮474断开。该实施例中的齿轮474类似于齿轮274并且由多个部件形成。更具体地，齿轮474包括联接在一起从而围绕曲柄轴轴线445沿两个角方向一起旋转的大齿轮部476和锥齿轮部478。锥齿轮部478可以认为是推进单元470的一部分。
为了将大齿轮部476和锥齿轮部478联接，齿轮474包括毂475。大齿轮部476和锥齿轮部478操作性地联接至毂475使得部件全部一起旋转。然而，在其他实施例中，齿轮474可以形成为由单件材料提供大齿轮部476和锥齿轮部478二者的单个部件。
在辅助模式下，用户可以通过蹬踏而沿第一角方向驱动曲柄轴444。在辅助模式下，介于齿轮474与曲柄轴444之间的单向离合器502防止辅助驱动系452的反向驱动。
在一些实施例中，该单向离合器可以允许辅助驱动系452比曲柄轴44快，使得如果用户期望暂停蹬踏，则马达466将继续驱动踏板驱动系统422的推进单元以及船舶。
然而，在通常的装置中，如果用户停止蹬踏，则辅助驱动系将感测蹬踏每分钟转数的这种减少并且自动地减小辅助驱动系的输出以匹配操作者的蹬踏/节奏的速率。通过停止蹬踏，辅助驱动系将简单地停止。
在该装置中，其中系统感测蹬踏的减小的速率并且自动地减少辅助驱动系的输出，一旦达到期望的速度用户可以将其脚从踏板移开并且辅助驱动系将以当前的速率继续，直到预设的动力级别。该控制能够适用于本文所描述的全部驱动系。
在辅助模式下，该实施例的联接致动器510包括沿箭头517所示的方向围绕轴线516驱动枢转杠杆500的电磁开关512的形式的机电联接致动器。该动作压缩盘簧511以驱动联接器482脱离与齿轮474的接合(如箭头515所示)。
通过这样做，联接器482不再将曲柄轴444旋转地连接至齿轮474。照此，由来自用户的围绕旋转轴线445沿任一角方向的输入产生的曲柄轴444的旋转运动不经由联接器482传递至齿轮474，只通过单向离合器502传递。
枢转杠杆500与上文讨论的枢转杠杆100类似，并且包括分叉端，所述分叉端接纳在联接器482的外周中的环形沟槽中。相反的端部联接至电磁开关512。当电磁开关512通电时，其电枢后退(由箭头522示出)，引起枢转臂500如箭头517所示地围绕轴线516的旋转，从而沿箭头515所示的方向驱动联接器482。
为了转换至人工模式，从电磁开关512移除动力。这将允许盘簧511将联接器482偏置为与齿轮474接合，例如，如图23中的箭头513所示。在辅助模式下，需要维持电磁开关512的通电以克服盘簧511的力，并且保持联接器482脱离与齿轮474的接合。
图25图示出处于人工模式的联接器482。
联接器482和齿轮474具有将联接器482的旋转运动传递至齿轮474的扭矩传递接口。额外参照图24，扭矩传递接口包括以多个卡爪489的形式示出的齿轮474的齿轮扭矩传递装置488，以及以配合的卡爪491的形式示出的联接器扭矩传递装置490。这两个扭矩传递装置488、490接合以在联接器与齿轮474之间传递扭矩。更具体地，当处于人工模式时，卡爪491沿轴向接纳在形成于齿轮扭矩传递装置488的相邻的卡爪489之间的通道中。卡爪489和491也可以被称作键。
联接器482包括位于联接器482与曲柄轴444之间的第二扭矩传递接口。该扭矩传递接口在人工模式和辅助模式下保持接合。联接器482包括接合曲柄轴444的花键装置504并且提供第二扭矩传递接口的花键装置506。该装置与针对前面的实施例所描述的类似，将曲柄轴444和联接器482角向地联接，同时允许由联接致动器510在人工模式与辅助模式之间沿着曲柄轴轴线445(如箭头513、515所示)在轴向上驱动联接器482。
在联接器482处于图25所示的位置的状态下，联接器482将曲柄轴444旋转地联接至齿轮474，使得曲柄轴沿任一角方向47或51的旋转运动传递至齿轮474，从而驱动推进单元沿任一推进方向输出推力。
单向离合器(在该实施例中未示出)设置在马达466与齿轮474之间，从而防止向后驱动马达466(向后驱动马达466在蹬踏的同时造成不必要的阻力)。
考虑其他联接致动器。例如，直线致动器或者可以并入诸如上文描述的电磁铁。
该第三踏板驱动组件422与踏板驱动组件22和踏板驱动组件222类似和/或为踏板驱动组件22和踏板驱动组件222的组合。更具体地，踏板驱动组件422的联接装置480使用与联接装置280和联接器282类似的联接器482。然而，不是使用电磁铁来驱动联接器482，踏板驱动组件422具有类似于踏板驱动组件22的联接致动器110的联接致动器510。
踏板驱动组件22和222的任何类似的结构因此同样能够适用于踏板驱动组件422。
本文引用的所有参考文献，包括公开出版物、专利申请以及专利均通过参考以如下程度合并到本文中：就像每个参考文献被单独且具体地指示以在本文中以其全部内容通过参考而合并并且提出那样的程度。
术语“个”(不定冠词“a”或“an”)和“所述”以及类似名词在描述本发明的情况下(尤其是在随后的权利要求书的情况下)的使用被解释为覆盖单个和多个，除非在本文中另有说明或通过上下文清楚地否定。术语“包括”(comprising或including)、“具有”以及“包含”被解释为开放性术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有注解。在本文中对数值范围的陈述仅意在用作单独参考落入所述范围内的每个单独的数值的速记法，除非本文另有说明，并且每个单独的数值被合并到本说明书中，就像其在本文中被单独陈述那样。在本文中描述的全部方法能够以任何合适的顺序执行，除非在本文中另有说明或通过上下文清楚地否定。在本文中提供的任何以及全部示例，或者示例性的语言(例如，“诸如”)的使用仅仅意在更好地阐明本发明并且并非造成对本发明的范围的限制，除非另有要求。说明书中没有语言应当被解释为将任何未要求的元素表明为本发明的实践所必要的。
在本文中描述了本发明的优选实施例，包括了发明人已知的用于实施本发明的最好的方式。在阅读前面的描述时这些优选实施例的变型对本领域技术人员而言变得明白易懂。发明人期望有技术的技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人意在不同于本文具体描述地实践本发明。因此，如所适用的法律所允许的，本发明包括所附的权利要求书中列举的主题的全部变型例和等同替代方式。而且，本发明包含在全部可能的变型中的上述元素的任何结合，除非在本文中另有说明或通过上下文清楚地否定。

Claims (34)

1.一种用于船舶的踏板驱动系统，包括：
人工驱动系，其包括一对踏板，所述一对踏板机械地附接至曲柄轴以使所述曲柄轴围绕曲柄轴轴线旋转；
辅助驱动系，其具有马达；
推进单元，其具有推动器；
联接装置，其具有人工模式和辅助模式，所述联接装置包括联接器，所述联接器沿着所述曲柄轴轴线能够滑动从而使所述联接装置在所述人工模式与所述辅助模式之间转换，其中：
在所述人工模式下，所述联接器将所述曲柄轴机械地联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿第一角方向的旋转来驱动所述推进单元沿第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿与所述第一角方向相反的第二角方向的旋转来驱动所述推进单元沿与所述第一推进方向相反的第二推进方向输出推力；
在所述辅助模式下，所述联接装置将所述曲柄轴联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第一角方向的旋转来驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第二角方向的旋转不驱动所述推进单元沿所述第二推进方向输出推力；
在所述辅助模式下，所述辅助驱动系机械地连接至所述推进单元，使得当所述马达通电时所述辅助驱动系驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
2.根据权利要求1所述的踏板驱动系统，其中：
所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转；
所述推进单元具有第二齿轮；
在所述辅助模式下，所述联接器将所述第一齿轮连接至所述第二齿轮；并且
在所述人工模式下，所述联接器将所述曲柄轴连接至所述第二齿轮。
3.根据权利要求2所述的踏板驱动系统，其中：
在所述辅助模式下，所述联接器从所述曲柄轴断开并且接合所述第一齿轮，从而在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩；并且
在所述人工模式下，所述联接器从所述第一齿轮断开并且接合所述曲柄轴，从而在所述联接器与所述曲柄轴之间传递扭矩。
4.根据权利要求1所述的踏板驱动系统，其中：
所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转，所述第一齿轮包括第一扭矩传递装置；
所述曲柄轴具有第二扭矩传递装置；
所述推进单元具有第二齿轮，所述第二齿轮具有第三扭矩传递装置；
所述联接器包括：
第四扭矩传递装置，其接合所述第二齿轮的所述第三扭矩传递装置，从而在所述人工模式和所述辅助模式下围绕所述曲柄轴轴线沿两个角方向在所述联接器与所述第二齿轮之间传递扭矩；以及
第五扭矩传递装置，其接合所述第一齿轮的所述第一扭矩传递装置，从而当所述联接装置处于所述辅助模式时围绕所述曲柄轴轴线在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩，使得所述辅助驱动系能够驱动所述推进单元，所述第五扭矩传递装置接合所述曲柄轴的所述第二扭矩传递装置，从而当所述联接装置处于所述人工模式时围绕所述曲柄轴轴线沿两个方向在所述联接器与所述曲柄轴之间传递扭矩，使得所述人工驱动系能够驱动所述推进单元。
5.根据权利要求4所述的踏板驱动系统，其中，当所述联接器沿着所述曲柄轴轴线在轴向上滑动以在所述人工模式与所述辅助模式之间转换时，所述第一扭矩传递装置和所述第四扭矩传递装置保持接合。
6.根据权利要求2所述的踏板驱动系统，还包括在所述第二齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器，在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转以驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力时，所述单向离合器在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩，在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，所述单向离合器防止所述曲柄轴与所述第二齿轮之间的扭矩传递。
7.根据权利要求4所述的踏板驱动系统，还包括在所述第二齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器，在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转以驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力时，所述单向离合器在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩，在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，所述单向离合器防止所述曲柄轴与所述第二齿轮之间的扭矩传递。
8.根据权利要求7所述的踏板驱动系统，其中，当所述联接装置处于所述辅助模式时，所述单向离合器允许所述辅助驱动系比所述曲柄轴快。
9.根据权利要求5所述的踏板驱动系统，其中，所述联接器为围绕所述曲柄轴延伸的卡圈。
10.根据权利要求1所述的踏板驱动系统，其中，所述联接装置包括机电联接致动器，所述机电联接致动器驱动所述联接器以使所述联接装置在所述人工模式与所述辅助模式之间转换。
11.根据权利要求10所述的踏板驱动系统，其中，所述机电联接致动器包括：
电磁开关；以及
介于所述电磁开关与所述联接器之间的枢转杠杆，所述枢转杠杆由所述电磁开关驱动，从而在对应于所述辅助模式的第一方位与对应于所述人工模式的第二方位之间枢转。
12.根据权利要求11所述的踏板驱动系统，其中，所述枢转杠杆包括枢转地接合所述联接器的C形分叉端。
13.根据权利要求1所述的踏板驱动系统，其中，当所述联接装置处于所述辅助模式和所述人工模式时，所述联接器与所述曲柄轴接合以围绕所述曲柄轴轴线与所述曲柄轴一起旋转。
14.根据权利要求13所述的踏板驱动系统，其中：
所述推进单元具有围绕所述曲柄轴轴线旋转的第一齿轮；
所述联接器选择性地与所述第一齿轮接合和断开；
在所述人工模式下，所述联接器接合所述第一齿轮并且将所述曲柄轴连接至所述第一齿轮，使得当所述曲柄轴沿所述第一角方向和所述第二角方向旋转时所述第一齿轮与所述曲柄轴一起旋转；
在所述辅助模式下，所述联接器从所述第一齿轮断开，使得所述曲柄轴沿所述第一角方向或者所述第二角方向的旋转不经由所述联接器向所述第一齿轮传递扭矩。
15.根据权利要求14所述的踏板驱动系统，还包括介于所述第一齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器，所述曲柄轴沿所述第一角方向的旋转经由所述单向离合器驱动所述第一齿轮，并且所述曲柄轴沿所述第二角方向的旋转不经由所述单向离合器驱动所述第一齿轮。
16.根据权利要求14所述的踏板驱动系统，其中，所述联接装置包括机电的联接致动器，所述机电的联接致动器沿着所述曲柄轴轴线在第一位置与第二位置之间驱动所述联接器，从而在人工模式与辅助模式之间转换，所述第一位置对应于所述联接装置处于所述人工模式，而所述第二位置对应于所述联接装置处于所述辅助模式。
17.根据权利要求16所述的踏板驱动系统，其中：
所述联接装置包括使所述联接器朝向所述第一位置偏置的偏置构件；
所述联接致动器为电磁铁；
在通电时，所述电磁铁使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线从所述第一位置向所述第二位置平移。
18.根据权利要求14所述的踏板驱动系统，还包括机械地介于所述马达与所述第一齿轮之间的单向离合器；
其中，当所述联接装置处于所述人工模式并且所述曲柄轴沿第二角方向旋转时，所述单向离合器防止沿与当所述联接装置处于所述辅助模式时驱动马达的方向相反的方向驱动马达，并且所述马达通电以辅助驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
19.根据权利要求18所述的踏板驱动系统，其中：
所述联接器具有沿轴向面向所述第一齿轮的第一轴向端面；
所述第一齿轮具有沿轴向面向所述联接器的第二轴向端面；
还包括：
多个卡爪，其形成在第一端面和第二端面之一中；
多个卡爪接纳槽，其形成在所述第一端面和所述第二端面中的另一个中，所述多个卡爪接纳槽的尺寸为沿轴向接纳并且沿角向接合卡爪，从而当所述联接装置处于所述人工模式时在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩。
20.一种船舶，包括：
船体；以及
踏板驱动系统，其为安装至所述船体的根据权利要求1所述的踏板驱动系统。
21.一种操作船舶的踏板驱动系统的方法，所述踏板驱动系统包括人工驱动系、辅助驱动系、推进单元以及联接装置，所述方法包括：
通过使所述联接装置的联接器沿着由所述人工驱动系的曲柄轴限定的曲柄轴轴线滑动，来在人工模式与辅助模式之间转换；
其中：
在所述人工模式下，所述联接器将所述曲柄轴机械地联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿第一角方向的旋转来驱动所述推进单元的推动器沿第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿与所述第一角方向相反的第二角方向的旋转来驱动所述推进单元沿与所述第一推进方向相反的第二推进方向输出推力；
在所述辅助模式下，所述联接装置将所述曲柄轴联接至所述推进单元，使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第一角方向的旋转来驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力，并且使得所述曲柄轴围绕所述曲柄轴轴线沿所述第二角方向的旋转不驱动所述推进单元沿所述第二推进方向输出推力；
在所述辅助模式下，所述辅助驱动系机械地连接至所述推进单元，使得当所述辅助驱动系的马达通电时所述辅助驱动系辅助驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
22.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转；
所述推进单元具有第二齿轮；
还包括：
通过将所述第一齿轮联接至所述第二齿轮而转换至所述辅助模式，其中，通过使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线滑动而使用所述联接器将所述第一齿轮联接至所述第二齿轮；
通过将所述曲柄轴联接至所述第二齿轮而转换至所述人工模式，其中，通过使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线滑动而使用所述联接器将所述曲柄轴联接至所述第二齿轮。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
转换至所述辅助模式包括：使所述联接器从所述曲柄轴断开，并且使所述联接器接合所述第一齿轮从而在所述第一齿轮与所述第二齿轮之间传递扭矩；并且
转换至所述人工模式包括：使所述联接器从所述第一齿轮断开，并且使所述联接器接合所述曲柄轴从而在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩。
24.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述辅助驱动系包括第一齿轮，所述第一齿轮安装为用于围绕所述曲柄轴轴线旋转，所述第一齿轮包括第一扭矩传递装置；
所述曲柄轴具有第二扭矩传递装置；
所述推进单元具有第二齿轮，所述第二齿轮具有第三扭矩传递装置；
所述联接器包括：
第四扭矩传递装置；以及
第五扭矩传递装置；
还包括：
在所述人工模式和所述辅助模式下使所述第三扭矩传递装置与所述第四扭矩传递装置接合，从而在所述人工模式和所述辅助模式下围绕所述曲柄轴轴线沿两个角方向在所述联接器与所述第二齿轮之间传递扭矩；
通过如下方式转换至所述辅助模式：
使所述第五扭矩传递装置与所述第一齿轮的所述第一扭矩传递装置接合，从而围绕所述曲柄轴轴线在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩，使得所述辅助驱动系能够驱动所述推进单元；
通过如下方式转换至所述人工模式：
使所述第五扭矩传递装置与所述曲柄轴的所述第二扭矩传递装置接合，从而围绕所述曲柄轴轴线沿两个方向在所述联接器与所述曲柄轴之间传递扭矩，使得所述人工驱动系能够驱动所述推进单元以沿所述第一推进方向和所述第二推进方向产生推力。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括：
在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，通过使所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转，使用所述第二齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器，通过在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩，来驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力；以及
在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，使用所述单向离合器来防止所述曲柄轴与所述第二齿轮之间的扭矩传递。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括：
在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，通过使所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转，使用所述第二齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器，通过在所述曲柄轴与所述第二齿轮之间传递扭矩，来驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力；以及
在所述联接装置处于所述辅助模式的同时，当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，使用所述单向离合器来防止所述曲柄轴与所述第二齿轮之间的扭矩传递。
27.根据权利要求21所述的方法，还包括使用机电联接致动器驱动所述联接器从而使所述联接装置在所述人工模式与所述辅助模式之间转换。
28.根据权利要求21所述的方法，还包括：
使所述联接器接合所述曲柄轴，从而在所述辅助模式和所述人工模式下围绕所述曲柄轴轴线与所述曲柄轴一起旋转。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括：
使围绕所述曲柄轴轴线旋转的所述推进单元的第一齿轮与联接器接合来将所述曲柄轴连接至所述第一齿轮，来转换至所述人工模式，使得当所述曲柄轴沿所述第一角方向和所述第二角方向旋转时所述第一齿轮与所述曲柄轴一起旋转；以及
使所述联接器从所述第一齿轮断开，来转换至所述辅助模式，使得所述曲柄轴沿所述第一角方向或者所述第二角方向的旋转不经由所述联接器向所述第一齿轮传递扭矩。
30.根据权利要求29所述的方法，还包括：
通过使所述曲柄轴沿所述第一角方向旋转而经由介于所述第一齿轮与所述曲柄轴之间的单向离合器来驱动所述第一齿轮；以及
当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，经由所述单向离合器来防止所述第一齿轮的驱动。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括使用机电联接致动器沿着所述曲柄轴轴线在第一位置与第二位置之间驱动所述联接器从而在所述人工模式与所述辅助模式之间转换，所述第一位置对应于所述联接装置处于所述人工模式，而所述第二位置对应于所述联接装置处于所述辅助模式。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括：
使用所述联接装置的偏置构件朝向所述第一位置偏置所述联接器，所述联接致动器为电磁铁；并且
在所述联接致动器通电时使用所述联接致动器使所述联接器沿着所述曲柄轴轴线从所述第一位置向所述第二位置平移，所述联接致动器为电磁铁。
33.根据权利要求29所述的方法，还包括：当所述联接装置处于所述人工模式时并且当所述曲柄轴沿所述第二角方向旋转时，使用机械地介于所述马达与所述第一齿轮之间的单向离合器来防止沿与当所述联接装置处于所述辅助模式时驱动马达的方向相反的方向驱动马达，并且所述马达通电以驱动所述推进单元沿所述第一推进方向输出推力。
34.根据权利要求33所述的方法，其中：
所述联接器具有沿轴向面向所述第一齿轮的第一轴向端面；
所述第一齿轮具有沿轴向面向所述联接器的第二轴向端面；
还包括：
多个卡爪，其形成在第一端面和第二端面之一中；
多个卡爪接纳槽，其形成在所述第一端面和所述第二端面中的另一个中，所述多个卡爪接纳槽的尺寸为沿轴向接纳并且沿角向接合卡爪，从而当所述联接装置处于所述人工模式时在所述联接器与所述第一齿轮之间传递扭矩。
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