TWI674990B - 用於踏板車輛之動力系統 - Google Patents

用於踏板車輛之動力系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI674990B
TWI674990B TW104129051A TW104129051A TWI674990B TW I674990 B TWI674990 B TW I674990B TW 104129051 A TW104129051 A TW 104129051A TW 104129051 A TW104129051 A TW 104129051A TW I674990 B TWI674990 B TW I674990B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
motor
power system
planetary gear
torque
current
Prior art date
Application number
TW104129051A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201615481A (zh
Inventor
亞瑟 德列佛
Original Assignee
比利時商Ｅ2驅動器公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 比利時商Ｅ2驅動器公司 filed Critical 比利時商Ｅ2驅動器公司
Publication of TW201615481A publication Critical patent/TW201615481A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI674990B publication Critical patent/TWI674990B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62J—CYCLE SADDLES OR SEATS; AUXILIARY DEVICES OR ACCESSORIES SPECIALLY ADAPTED TO CYCLES AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. ARTICLE CARRIERS OR CYCLE PROTECTORS
    • B62J45/00—Electrical equipment arrangements specially adapted for use as accessories on cycles, not otherwise provided for
    • B62J45/40—Sensor arrangements; Mounting thereof
    • B62J45/41—Sensor arrangements; Mounting thereof characterised by the type of sensor
    • B62J45/415—Inclination sensors
    • B62J45/4152—Inclination sensors for sensing longitudinal inclination of the cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts

Abstract

本發明提供一種用於一踏板車輛之動力系統，其包含一第一馬達及一第二馬達以及具有一行星齒輪托架、一環形齒輪及一太陽齒輪之一行星齒輪裝置，該第一馬達連接至該行星齒輪裝置，該動力系統亦包含該環形齒輪連接至以建立至該行星齒輪裝置之一第一輸入端的一曲柄軸，該第二馬達齒輪嚙合至該曲柄軸，一控制單元經設計以根據一角位設定點調節該第一馬達，並根據一電流或扭矩設定點調節該第二馬達。

Description

用於踏板車輛之動力系統
本發明係關於用於踏板車輛(特定言之，腳踏車)之動力系統，該動力系統包含第一及第二馬達及具有一行星齒輪托架、一環形齒輪及一太陽齒輪之一行星齒輪系統，且提供兩功能，亦即，電力輔助及用於改變速度比之電動系統，其中定義在踏板與來自由傳動元件連接車輪之外殼的輸出端之間的速度比。
此動力系統能夠與兩個馬達有助於之蹬車扭矩(蹬車動力)成比例地提供電力輔助。使用第一馬達以便在踏板與輸出鏈環之間提供某一速度比。使用第二馬達以便確保維持由騎腳踏車者所選擇之輔助等級。
自專利申請案WO 2013/160477已知此動力系統。如彼申請案中所描述，第一及第二馬達分別裝備有第一及第二感測器，每一感測器經設計以量測其與之相關聯的馬達之角速度。第一及第二感測器連接至控制單元，經設計以量測正由騎腳踏車者推進之腳踏車的速度的第三感測器亦連接至該控制單元，且動力系統包含經設計以產生指示由第一馬達所供應之扭矩的量測信號的量測元件，控制單元經設計以基於由感測器所量測之速度及預設定之設定點以及指示扭 矩之量測信號產生第一及第二控制信號，該第一控制信號為發送至第一馬達之旋轉速度調節信號，且該第二控制信號為發送至第二馬達之扭矩調節信號。
已知動力系統之一個缺點為第一馬達歸因於速度量測系統及指派給其之調節器的設定點之值的受限的動態回應能力。該第一馬達的回應之此延遲限制可自踏板傳送至系統之輸出鏈環的扭矩量且引起使用者可覺得陌生之打滑感覺。實際上，如已知動力系統之專利申請案中所描述，提供至第一馬達之控制信號為取決於由第二馬達之量測系統所量測的速度的速度設定點。大體上憑藉(任何種類之)位置感測器執行諸如電動馬達之轉子的旋轉組件之速度量測，後處理來自感測器之信號以獲得旋轉速度值。進行此操作之最簡單方式為量測兩個位置之間的時間並藉由該時間劃分此等兩個位置之間的角度。此程序具有使位置在時間上偏移之效果，此情況在量測中帶來時間滯後且威脅添加量測雜訊。因此，濾波此信號以使其較連續有時係較佳的，此情況進一步帶來時間滯後。此量測時間滯後限制由第一馬達速度調節器所提供之益處，此係由於滯後減損其動態範圍。使用高解析度位置感測器(用於第一馬達及第二馬達)係必要的，以便增加第一馬達之控制動態範圍。
為此目的，根據本發明之動力系統的特徵在於第二馬達與曲柄軸嚙合且第一馬達連接至太陽齒輪，行星齒輪托架連接至動力系統之輸出鏈環且環形齒輪連接至踏板。
由於第一及第二馬達分別裝備有第一及第二感 測器，每一感測器經設計以量測其指派給的馬達之角位，該第一及第二感測器連接至亦與第三感測器連接之控制單元，該第三感測器經設計以量測腳踏車由騎腳踏車者推進之速度，因此該動力系統包含分別經設計以產生分別橫跨第一及第二馬達之繞組傳遞的電流量測信號(DC馬達中之扭矩影像)的第一及第二量測元件，且該控制單元經設計以基於由感測器所量測之角位、穿過馬達繞組之電流及其他係數調節兩個馬達。根據為第二馬達之角位及具體針對所要速度比之係數的函數之角位設定點以封閉迴路調節第一馬達。根據為該第一馬達之電流及所要輔助等級(所供應電功率與車輪處之總功率之比)之函數的電流設定點(扭矩影像)以封閉迴路調節第二馬達。
第二馬達輔助騎腳踏車者之蹬車移動，此係由於其與曲柄軸嚙合。經由環形齒輪將由蹬車騎腳踏車者所產生之動力及第二馬達之動力的總和傳輸至行星齒輪裝置之第一輸入端。第一馬達以固定方式附接至行星齒輪裝置之第二輸入端(亦即，太陽齒輪)。通常經由鏈條驅動車輪之輸出鏈環經由行星齒輪托架以固定方式附接至行星齒輪裝置輸出端。因此，輸出鏈環之速度為兩個輸入端(亦即，環形齒輪及太陽齒輪)之速度的線性函數，且其扭矩藉由行星齒輪裝置之扭矩的雙等式直接關聯至兩個輸入端之扭矩。以此方式，兩個馬達在騎腳踏車者蹬車時皆有助於輔助騎腳踏車者。連接來自行星齒輪裝置之三個部分的三個扭矩之此等式及電動馬達相對於此等三個部分之組態的優勢中之一者為有可能藉由扣除兩個馬達中之每一者中的電流量測而識別由騎腳踏車者 傳輸至踏板之扭矩。此情況使得有可能在無需踏板上之額外扭矩感測器的情況下建立具有比例輔助之動力系統。
兩個馬達中之每一者具有作為此動力系統之部分的獨特功能。第一馬達之功能為確保始終維持速度比設定點，無論其由使用者設定或是由控制單元隨腳踏車之行進速度及由騎腳踏車者傳輸至踏板之扭矩變化即時地計算。第二馬達之功能為提供維持用於由使用者所選擇之輔助等級的設定點所必要的額外扭矩。
推進系統亦可根據特殊零輔助狀況(其意謂環路在其工作中並不接收輔助)操作。舉例而言，在系統電池沒電之情況下或當車輛超出某一行進速度之某些合法系統中，此操作模式係有用的。為確保騎腳踏車者可始終受益於全範圍速度比，該第一馬達需要電能。在給定特殊狀況下，該第二馬達可充當產生器以將必需電流提供至第一馬達。在所有情況下，控制兩個馬達之規律保持相同。
參考自專利申請案WO 2013/160477已知之動力系統，已實施新控制方法以幫助增強騎行舒適性及/或效能及/或能量消耗及/或提高安裝原動力之值。
本說明書中隨後亦將描述根據相同原理起作用之其他可能變化形式。
1‧‧‧外殼
2‧‧‧雙大齒輪
2'‧‧‧較小大齒輪
2"‧‧‧較大大齒輪
3‧‧‧行星齒輪裝置
4‧‧‧第二馬達
5‧‧‧定子
6‧‧‧控制單元
7‧‧‧鏈輪
10‧‧‧曲柄
11‧‧‧曲柄軸
12‧‧‧環形齒輪
12'‧‧‧內部齒
12"‧‧‧外部齒
13‧‧‧太陽齒輪
14‧‧‧行星齒輪托架
15‧‧‧輪軸
16‧‧‧行星齒輪
16'‧‧‧較小大齒輪
16"‧‧‧較大大齒輪
18‧‧‧自由輪
19‧‧‧轉子
20‧‧‧第一馬達
23‧‧‧輸出鏈環
24‧‧‧自由輪
25‧‧‧自由輪
26‧‧‧第二自由輪
30‧‧‧較小大齒輪
31‧‧‧較大大齒輪
112‧‧‧環形齒輪
112'‧‧‧內部齒
112"‧‧‧外部齒
114‧‧‧行星齒輪托架
115‧‧‧輸出軸
116‧‧‧簡單行星齒輪
118‧‧‧自由輪
212‧‧‧環形齒輪
212'‧‧‧內部齒
214‧‧‧行星齒輪托架
214"‧‧‧外部齒
215‧‧‧中空主軸
218‧‧‧自由輪
M1‧‧‧第一馬達
M2‧‧‧第二馬達
CθM1‧‧‧調節器/角位調節器
CIM1‧‧‧電流調節器
CIM2‧‧‧電流調節器
現將借助於圖式描述本發明，圖式展示根據本發明之動力系統的較佳實施例。在圖式中：圖1為根據本發明之動力系統的較佳實施例之示意性橫截面說明； 圖2展示包括於動力系統中之兩個電動馬達的調節示意圖；圖3為控制提供至騎腳踏車者之輔助的方法之圖形表示；圖4為用於防止傳動打滑之方法的圖形表示；圖5為可用於控制陡峭梯度上之操作模式之方法的整合鎖定自由輪之兩個可能組態之示意性橫截面說明；圖6為根據本發明之動力系統的第一變化形式之示意性橫截面說明；圖7為根據本發明之動力系統的第二變化形式之示意性橫截面說明。
在圖式中，相同參考編號已指派給相同或類似元件。將針對將動力系統應用於腳踏車來描述本發明。然而，本發明並不限於腳踏車且可應用於具有踏板之任何車輛。
圖1表示根據本發明之動力系統的一實施例。系統之所有組件擬合於外殼內部，外殼又固定至腳踏車框架。曲柄軸11穿過外殼並安裝於外殼內部之軸承上。如在任何踏板上，兩個曲柄10附接至曲柄軸11之任一側。曲柄軸11附接至為行星齒輪裝置3之部分的環形齒輪12。
行星齒輪裝置3由三個獨立部分組成，亦即，太陽齒輪13、行星齒輪托架14及環形齒輪12。行星齒輪托架14支撐數個行星齒輪16。太陽齒輪、行星齒輪及環形齒輪為較佳齒輪，但亦可呈藉由接觸傳輸相切力之滾筒齒輪形式。太陽齒輪較佳以固定方式安裝於第一馬達20之轉子19上。環形齒輪12固定至曲柄軸11。行星齒輪托架14固定於輪軸 15上，對於此較佳實施例，輪軸係中空的且其自身連接至輸出鏈環23。輸出鏈環23經由(例如)鏈條或皮帶驅動腳踏車之後車輪。行星齒輪托架系列14亦包含行星齒輪16之集合，其用以連接環形齒輪12之內部齒12'與太陽齒輪13之齒。在此較佳實施例中，每一行星齒輪16為包含與環形齒輪12之內部齒12'嚙合的較小大齒輪16'及與太陽齒輪13之齒嚙合的較大大齒輪16"的一雙齒輪。行星齒輪16之較小大齒輪16'及較大大齒輪16"相對於彼此固定不動地附接。此等雙行星齒輪可增大第一電動馬達與輸出端之間的減速比，且增大第一馬達之平均旋轉速度，因此增加其可傳輸之扭矩。
第一馬達20包含定子5及轉子19。定子安裝於動力系統外殼上。第一馬達連接至為行星齒輪裝置3之部分的太陽齒輪13。該第一馬達之功能為藉由增大其自身速度而倍增輸出鏈環23之速度。實際上，行星齒輪托架14之速度為太陽齒輪與環形齒輪之速度的經加權總和。第一馬達藉由相對於踏板之速度改變其速度來改變動力系統之傳動速度比(可見於朝向系統之輸出鏈環23的曲柄軸11之傳動比)。
第二馬達4經由環形齒輪12之外部齒12"輔助曲柄軸11之旋轉，使得正確應用所要輔助等級(所供應電功率與車輪之總功率之比)。動力較佳地借助於雙大齒輪2在第二馬達4與環形齒輪12之間傳輸，雙大齒輪由嚙合於環形齒輪12之外部齒12"中的較小大齒輪2'，及嚙合於以固定方式安裝於第二馬達4之轉子軸上的鏈輪7中的較大大齒輪2"組成。較小大齒輪2'及較大大齒輪2"以固定方式附接至彼此。在大多數狀況下，第二馬達4具有輔助功能，但在一些狀況 下，根據本發明，其亦可制動踏板並恢復電能以將其傳回至電池及/或第一馬達20。此為(例如)當騎腳踏車者決定選擇無輔助模式時或當電池沒電且騎腳踏車者仍希望利用系統變速箱時的狀況。實際上，若吾人希望確保正確速度比，則將動力供應至第一馬達20係必需的。
在較佳實施例中，控制單元6以預期用於此目的之空間容納於同一外殼1中。呈電子板形式之控制單元6供應兩個電動馬達且連接至各種系統感測器。
在正常操作下，騎腳踏車者及第二馬達4驅動行星齒輪裝置之環形齒輪12。第一馬達20驅動行星齒輪裝置之太陽齒輪13。環形齒輪12及太陽齒輪13依次驅動行星齒輪16，從而使行星齒輪托架14旋轉，其中行星齒輪托架連接至動力系統之輸出鏈環23。輸出鏈環之旋轉速度取決於太陽齒輪13之旋轉速度及環形齒輪12之旋轉速度。
提供動力系統之傳動比以機械方式固定至最小比率的操作模式。藉由在系統之兩個旋轉元件之間安裝自由輪來獲得此最低機械傳動比。在本發明之較佳實施例中，自由輪18安裝於曲柄軸11與行星齒輪托架14之間，效果為行星齒輪托架14無法比曲柄軸11慢得多地旋轉。此操作模式用於三個狀況。第一狀況為電氣及/或電子系統之崩潰，且使騎腳踏車者能夠在無需輔助的情況下以最小速度比返回家中。第二狀況為騎腳踏車者決定選擇無輔助操作模式且希望以最小速度比蹬車的狀況。在此狀況下，切斷來自兩個馬達之供應以減少能量消耗。另一方法為陡峭梯度上之操作模式，在本說明書中將稍後解釋該模式。
圖2展示包括於根據本發明之動力系統中的兩個電動馬達之調節示意圖。
在正常操作模式下(排除圖5中所描述之陡峭梯度操作模式)，根據角位設定點θrefM1以封閉迴路調節第一馬達M1，θrefM1取決於第二馬達M2上所量測之角位θmesM2及為所要傳動比之函數的變數A。實際上，若因數A變化，則動力系統之速度比亦發生改變。應注意，第二馬達之角位θmesM2直接相關於曲柄軸之角位，此係因為此等兩個元件藉由機械非打滑傳動連接。將第一馬達之角位設定點θrefM1相比於同一馬達之角位量測θmesM1，並將該兩者之間的差(稱為第一馬達之角位誤差θerrM1)鍵入調節器CθM1中。此為動力系統速度改變系統之操作基礎。應注意，第一及第二馬達之位置感測器可屬於任何種類，但較佳為遞增感測器。關於調節方案之最重要要點實際上為第一馬達之角位與第二馬達之角位之間的相對分離。調節器CθM1可屬於任何種類，但必須至少含有等效於乘以比例增益的第一馬達之角位誤差θerrM1的比例項。因此，來自調節器CθM1之輸出將隨著該第一馬達相對於該第二馬達之位置延遲而增加。重要地，應注意，相對位置(遞增類型)而非絕對位置係重要的，因此無需位置參考。來自調節器CθM1之輸出可直接為第一馬達控制或較佳地為電流設定點IrefM1，且其可被輸入於如圖2中所展示之電流調節器CIM1中。在來自角位調節器CθM1之輸出與第一馬達控制之間插入電流調節器CIM1允許較大自由度地控制電流。特定言之，有可能在將其引入至電流調節器CIM1中之前限制第一馬達之參考電流IrefM1。因此， 此為較佳解決方案。電流調節器CIM1在其輸入端處接收電流誤差IerrM1，其等於第一馬達之電流設定點IrefM1與電流量測ImesM1之間的差。來自此第二調節器之輸出直接操作於第一馬達之控制上，該輸出較佳為應用於馬達之供應電壓的工作循環DCM1(供應電壓切斷)。
第二馬達M2必須經扭矩控制。在具有或不具有電刷之DC馬達中，扭矩與電流成正比。因此，根據電流設定點直接以封閉迴路調節第二馬達M2。此電流設定點至少取決於第一馬達上量測之電流及由動力系統之使用者所選擇的輔助等級。電流調節器CIM2在其輸入端處接收電流誤差IerrM2，其等於第二馬達之電流設定點IrefM2與電流量測ImesM2之間的差。來自此調節器之輸出直接操作於第二馬達之控制上，該輸出較佳為應用於馬達之供應電壓的工作循環DCM2(供應電壓切斷)。較佳地將安全限制應用於第二馬達之電流設定點以確保若騎腳踏車者已停止將扭矩應用於踏板，則其無法強制騎腳踏車者進行蹬車活動。控制單元始終限制該第二馬達之電流設定點以確保就其自身而言其無法克服由第一馬達施加於行星齒輪裝置之太陽齒輪上的扭矩。因此，第二馬達將永不能夠單獨藉由其力來轉動踏板。出於蹬車時安全及舒適之原因，此限制係有用的。
圖3為根據本發明的用於使輔助平穩之第一方法的圖形表示。此第一方法由藉由將時間偏移應用於來自第二馬達之推力而使由兩個電動馬達所供應之經組合扭矩平穩組成。圖3中之圖式說明隨踏板角度而變的由使用者提供之扭矩、來自第一馬達之扭矩及來自第二馬達之扭矩。使用者經 由曲柄傳輸其施加至曲柄軸之力，此在曲柄軸中誘發交變扭矩。當兩個曲柄中之一者幾乎水平時，由使用者提供之扭矩處於其最大值。調節第一馬達來以某一速度操作，該速度與踏板之速度成比例。當使用者在兩個曲柄中之一者上施加推力時，踏板加速且在第一馬達之角位中誘發延遲。第一馬達藉由增加其扭矩校正此延遲。因此，由騎腳踏車者所供應之扭矩及由第一馬達所供應之扭矩相對於彼此同相。由踏板所應用之扭矩傳輸至行星齒輪裝置之環形齒輪。行星齒輪裝置之扭矩等式指示環形齒輪之扭矩與連接至太陽齒輪的第一馬達之扭矩成正比。此意謂施加於環形齒輪上之扭矩愈大，第一馬達將必須供應以維持其角位設定點之扭矩愈大。若控制器決定增大環形齒輪上之扭矩同時藉由引入第二馬達在踏板上進行推動，則此將進一步增大第一馬達必須施加之扭矩。此將因此增大振盪扭矩之振幅，對於機械傳動及來自第一馬達之輸出而言，此係不利的。此外，其需要對第一馬達定尺寸，使得其供應大量扭矩。
建議以對抗此問題之方法為相移供應至第二馬達之設定點扭矩以便填充來自第一馬達之扭矩低點，藉此使供應至車輪之總扭矩平穩。先前已提到，供應至調節器之電流設定點(與扭矩成比例)取決於第一馬達之所量測電流。為了實施此所建議之平穩方法，隨踏板之角位而變地延遲或濾波至第一馬達之所量測電流信號係有幫助的。此使調節穩定，改良效率，減少傳動的約束並使馬達之所要求大小較小。
圖4說明適用於特定針對此類型之動力系統的特定現象的用於防止傳動打滑之方法。人們能夠歷時較短週期 且當蹬車速度較低時提供高扭矩值。倘若施加至踏板之扭矩直接在相對方向上傳輸至第一馬達(符合行星齒輪裝置扭矩之規律)，因此馬達必須極快速地產生大量扭矩，且因此消耗大量電流以便維持其位置設定點。為限制能量消耗並保護馬達繞組以及齒輪，限制由該第一馬達所輸送之最大扭矩係可取的。此限制之缺點為當其在其最大扭矩(電流限制)下飽和時該第一馬達將不再能夠按需要維持其所控制位置設定點，此將產生騎腳踏車者將感覺其速度比在附加踏板推力之短暫週期期間下降的不自然蹬車感覺。騎腳踏車者將具有可傳輸至腳踏車之後輪的扭矩將在踏板之層面處受限於高於推力臨限值的感覺。此感覺並非理想的。由本發明所建議之方法在於以「再生」模式使用該第二馬達以在騎腳踏車者於踏板上施加過度推力時制動騎腳踏車者之移動。實際電動輔助等級將在此過度推力期間降低，但該第一馬達將能夠維持其角位設定點且因此亦維持速度比設定點。圖4說明由使用者所提供之扭矩突然且快速增大，並到達高等級的情形。所應用方法減小用於第二馬達之設定點電流(以及扭矩)，且甚至歷時極短時間強加負電流(負扭矩)，以允許第一馬達在不提供過度扭矩之情況下最有效地返回至其角位設定點。在第二馬達正制動踏板之時間期間，電流返回至電子板之供應匯流排，在此處，其將對電池充電抑或供應第一馬達之一些或所有動力需求。圖4中用陰影表示此再生區。
圖5為陡峭梯度上之該操作模式的圖解表示。此操作模式由有意地使系統以最小可能速度比操作並以不同於正常操作之方式控制兩個系統馬達以便自系統獲得最大輔助 及/或使系統起作用以便在陡峭梯度上傳遞最佳效率組成。動力系統之最小比率僅僅為藉由經由插入自由輪來鎖定旋轉部分而使該第一馬達之速度限於底端處的機械比率。此模式之問題在於合併行星齒輪裝置之所有三個部分的扭矩之等式(雙等式)不再保持為真，此係因為自由輪引入至鏈條中。因此，不再可能準確地量測由使用者所供應之扭矩，且必須實施其他方法以為騎腳踏車者提供適當且安全之輔助。較佳實施例包括定位於曲柄軸與系統輸出端之間的自由輪，因此防止輸出鏈環比曲柄軸慢得多地轉動。亦有可能將自由輪配置於外殼與該第一馬達之轉子之間，此略微地變更此模式中之功能。最小速度比仍僅僅為機械的，且在用於陡峭梯度之此操作模式中並不存在根據角位設定點之第一馬達調節。在兩個狀況下，鎖定由自由輪之動作引起，但該自由輪取決於兩個組態不同地置放。
組態A為如描述於圖1中之較佳組態。自由輪24置放於曲柄軸與行星齒輪托架之間，因此防止輸出鏈環比曲柄軸慢得多地轉動。當自由輪24移動至鎖定位置時，曲柄軸與輸出鏈環之間存在1：1比率。行星齒輪裝置速度等式亦指示連接至第一馬達之太陽齒輪亦以相同速度旋轉。在某些條件下，啟動陡峭梯度模式。在此操作模式中，根據設定點電流控制兩個電動馬達。第二馬達之設定點電流將接近於其最大電流。第一馬達之設定點電流將使得自由輪24將保持於鎖定位置中，直至由騎腳踏車者所供應之扭矩下降為低於接近於零扭矩之某一正臨限值為止。兩個馬達因此將動力供應至動力系統之輸出鏈環。在此模式中及在此組態A中，不可能 推斷由騎腳踏車者所供應之扭矩，但另一方面，有可能知道由使用者所供應之扭矩是否大於接近於零扭矩之某一低正臨限值。此組態具有由使用者及第二馬達所貢獻之強勁扭矩直接穿過自由輪24而不推動行星齒輪裝置之齒輪的進一步優勢。圖5中已有意地突出顯示經由其傳輸來自踏板及第二馬達之扭矩的組件。若在陡峭梯度操作模式作用中時道路之梯度變得較不陡峭，則系統將偵測此情況且將立即返回至系統允許整個齒輪範圍之正常操作模式。若騎腳踏車者決定停止蹬車，則其供應之扭矩將下降為低於臨限值，在該臨限值下，現在直接由電流控制之第一馬達將比曲柄軸快地加速旋轉。此時，為自然地回應於藉由使兩個馬達之控制降速直至其停止為止而由使用者所供應之扭矩降低，控制將自陡峭梯度操作模式切換至正常操作模式。
組態B略微不同地起作用，且與其他優勢及缺點相關聯。自由輪25鎖定在最小速度比上的傳動，且在此狀況下，其位於外殼與該第一馬達之轉子之間，從而防止此馬達在與其正常操作之方向相對的方向上旋轉。此意謂在此陡峭梯度操作模式及此組態中，第一馬達將停止且將不被供電、借助於自由輪25鎖定，此實現馬達之較好整體效率但較少總輔助。在此狀況下，踏板與輸出鏈環之間的傳動比將低於1：1(輸出鏈環將因此比踏板慢得多地旋轉)，藉此增大速度改變之範圍，但此時間防止關於由使用者所供應之扭矩的任何資訊。此解決方案之一個缺點為經由行星齒輪裝置之齒輪傳輸由第二馬達及騎腳踏車者所供應之扭矩。行星齒輪裝置之齒輪必須因此經定尺寸，使得其能夠維持諸如在陡峭梯度情形 中遇到之較高負載。圖5中已用粗線有意地標記由第二馬達及使用者所供應之扭矩的路徑。在某些條件下，啟動陡峭梯度模式。在此組態中，僅第二馬達輔助騎腳踏車者之蹬車。根據接近於其最大電流之電流設定點控制第二馬達。若在陡峭梯度操作模式作用中時道路之梯度變得較不陡峭，則系統將偵測此情況且將立即返回至正常操作模式，或系統將使整個齒輪範圍可用。為了滿足用於在此陡峭梯度操作模式中停止之條件，第二自由輪26安置於曲柄軸與行星齒輪裝置之環形齒輪之間。當踏板在行進方向上旋轉時自由輪26處於鎖定位置中，且曲柄軸直接驅動環形齒輪。即使第二馬達仍旋轉行星齒輪裝置之環形齒輪，騎腳踏車者可在任何時間頭腦完全清醒地停止蹬車。若騎腳踏車者決定停止蹬車，則經由額外感測器(來自其之量測用於估計踏板之旋轉速度)將資訊發送至控制單元，控制單元將停止將電力供應至第二馬達。
對於上文所描述之兩個組態，動力系統將較佳地裝備有發射道路梯度信號之傾角儀。此梯度信號與諸如腳踏車之速度的其他實體量測組合可用於當啟動陡峭梯度操作模式時建立估計由騎腳踏車者所供應之扭矩的模型。當道路梯度下降為低於某一臨限值時，此梯度資訊將使自陡峭梯度操作模式切換至正常操作模式有可能。
圖6說明根據本發明的動力系統之受關注第一替代性實施例，其中曲柄軸在動力系統與行星齒輪裝置之環形齒輪之間實現減速。曲柄軸11以固定方式附接至與較小大齒輪30嚙合之較大大齒輪31。較小大齒輪30以固定方式附接至行星齒輪裝置3之環形齒輪112。行星齒輪托架114以固定 方式安裝於輸出軸115上。自由輪118插入於輸出軸115(連接至行星齒輪托架)與環形齒輪112之間。自由輪118經定位以便防止輸出軸115比環形齒輪112慢得多地旋轉。圖6中展示簡單行星齒輪116，但亦有可能使用如圖1中所展示之雙行星齒輪。此等簡單行星齒輪與環形齒輪112之內部齒112'及太陽齒輪13嚙合。環形齒輪112之外部齒112"與雙大齒輪2嚙合。此實施例係受關注的，此係因為行星齒輪裝置之所有組件以較高速度旋轉且因此處於較小負載下。此亦實現減小行星齒輪裝置之內部減速並使用簡單行星齒輪而非具有雙齒之行星齒輪。由於行星齒輪托架比圖1之較佳實施例快得多地旋轉，因此亦可減小輸出鏈環之大小。
圖7說明根據本發明的動力系統之第二替代性實施例，其中曲柄軸11連接至行星齒輪裝置之行星齒輪托架214且行星齒輪裝置3之環形齒輪212經由中空主軸215連接至動力系統之輸出鏈環23。環形齒輪212僅具有內部齒212'。由第二馬達4所供應之扭矩經由雙大齒輪2傳輸至行星齒輪托架214之外部齒214"。自由輪218以此方式安置於曲柄軸與輸出中空主軸215之間以便防止輸出鏈環23比曲柄軸11慢得多地旋轉。根據此實施例之操作相當類似於圖1之實施例，除了太陽齒輪必須在與曲柄軸相對之方向上旋轉以便正確操作並傳遞扭矩之外。
關於圖7，本發明者因此建議一種用於踏板車輛(特定言之，腳踏車)之動力系統，該動力系統包含第一馬達20及第二馬達4及由行星齒輪托架214、環形齒輪212及太陽齒輪13組成之行星齒輪裝置3，該第一馬達20連接至行星 齒輪裝置3，該動力系統亦包含行星齒輪托架214連接至以建立至行星齒輪裝置3之第一輸入的曲柄軸11，該動力系統之特性在於第二馬達4以機械方式耦接(較佳地，齒輪嚙合)至曲柄軸11，且第一馬達20連接至太陽齒輪13，環形齒輪212連接至動力系統之輸出鏈環23，該第一馬達20及第二馬達4各自裝備有經設計以量測其經指派給的馬達上之轉子的角位的一或多個第一或一或多個第二感測器，該等第一及第二感測器連接至控制單元6，該動力系統包含經設計以產生指示由第一馬達20所供應之扭矩及由第二馬達4所供應之扭矩的電流量測信號之量測元件，該控制單元6經設計以根據角位設定點調節第一馬達20並根據電流或扭矩設定點調節第二馬達4。
可組合使用請求項4至15中所揭示之所有較佳實施例。

Claims (16)

  1. 一種用於一踏板車輛之動力系統，該動力系統包含一第一馬達(20)及一第二馬達(4)以及具有一行星齒輪托架(14、114)、一環形齒輪(12、112)及一太陽齒輪(13)之一行星齒輪裝置(3)，該第一馬達(20)連接至該行星齒輪裝置(3)，該動力系統亦包含該環形齒輪(12、112)連接至以建立至該行星齒輪裝置(3)之一第一輸入的一曲柄軸(11)，該動力系統之特性在於，該第二馬達(4)以機械方式耦接至該曲柄軸(11)且該第一馬達(20)連接至該太陽齒輪(13)，該行星齒輪托架(14、114)連接至該動力系統之一輸出鏈環(23)，該第一馬達(20)及第二馬達(4)各自裝備有經設計以量測其指派給的該馬達上之轉子的角位之一或多個第一或一或多個第二感測器，該等第一及第二感測器連接至一控制單元(6)，該動力系統包含經設計以產生指示由該第一馬達(20)所供應之扭矩及由該第二馬達(4)所供應之扭矩的電流量測信號之量測元件，該控制單元(6)經設計以根據一角位設定點調節該第一馬達(20)並根據一電流或扭矩設定點調節該第二馬達(4)。
  2. 如請求項1之動力系統，其特性在於，該第二馬達(4)與該曲柄軸(11)嚙合。
  3. 如請求項1或2中任一者之動力系統，其特性在於，針對該第一馬達(20)之調節器所定義的該角位設定點為至少該第二馬達(4)之該角位量測及為速度比設定點之一函數的一係數之一函數。
  4. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，定義該第二馬達(4)之調節器的該電流設定點至少為該第一馬達(20)中所量測之電流及輔助等級設定點的一函數。
  5. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，以此方式限制該第二馬達(4)之該電流設定點，使得對於一騎腳踏車者並不將扭矩施加至踏板之事件，不能單獨藉由其力旋轉該踏板。
  6. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，其裝備有供應一騎腳踏車者正騎行於其上之一道路的梯度之量測的一傾角儀。
  7. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，按一時間延遲應用該第二馬達(4)之該電流設定點，使得該第二馬達(4)之輔助峰值與用於該第一馬達(20)之扭矩低點同相。
  8. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，當該第一馬達(20)不再能夠維持其角位設定點時，遠至負電流值地降低應用於該第二馬達(4)之該電流設定點。
  9. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，該動力系統併有置放於以固定方式附接至該行星齒輪裝置(3)之該環形齒輪(12、112)的一元件與該行星齒輪裝置(3)之該行星齒輪托架(14、114)之間的一自由輪(18、118、24)，從而防止該行星齒輪托架(14、114)比該環形齒輪(12、112)慢得多地旋轉。
  10. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，該動力系統併有安置於該第一馬達(20)之該轉子(19)與該動力系統之外殼(1)之間的一自由輪(25)，從而防止該行星齒輪 裝置(3)之該太陽齒輪(13)在與其正常旋轉方向相對之方向上旋轉。
  11. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，在該曲柄軸(11)與該行星齒輪裝置(3)之該環形齒輪(112)之間實現一齒輪減速。
  12. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，該行星齒輪裝置(3)之該等元件經由齒輪以機械方式耦接。
  13. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，該行星齒輪裝置(3)之該等元件經由滾筒以機械方式耦接，藉由摩擦傳輸滾筒之相切力。
  14. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，該第一馬達(20)及該第二馬達(4)為無電刷類型之電動馬達。
  15. 如請求項1或2之動力系統，其特性在於，該控制單元(6)、該第一馬達(20)及該行星齒輪裝置(3)容納於同一外殼中。
  16. 一種腳踏車，其裝備有如請求項1-15中任一項之一動力系統。
TW104129051A 2014-09-02 2015-09-02 用於踏板車輛之動力系統 TWI674990B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2014/0661A BE1022240B1 (fr) 2014-09-02 2014-09-02 Groupe motopropulseur pour un vehicule a pedales
BE2014/0661 2014-09-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201615481A TW201615481A (zh) 2016-05-01
TWI674990B true TWI674990B (zh) 2019-10-21

Family

ID=52449867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104129051A TWI674990B (zh) 2014-09-02 2015-09-02 用於踏板車輛之動力系統

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10479447B2 (zh)
EP (1) EP3188957B1 (zh)
JP (1) JP6588968B2 (zh)
CN (1) CN107074320B (zh)
BE (1) BE1022240B1 (zh)
TW (1) TWI674990B (zh)
WO (1) WO2016034574A1 (zh)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105667693B (zh) * 2014-12-05 2018-08-10 株式会社岛野 自行车用控制装置
GB201613155D0 (en) * 2016-07-29 2016-09-14 Nexxt E-Drive Ltd A method of operating a pedal cycle having an electro-mechanical drive arrangement
EP3558805A1 (en) 2016-12-23 2019-10-30 intuEdrive BV Hybrid powertrain for a pedal vehicle and control unit therefor
JP2020514166A (ja) * 2016-12-29 2020-05-21 ハ，テ ファン 多段変速自転車
US10919599B2 (en) 2017-05-23 2021-02-16 Mahle International Gmbh Bicycle having electric drive or auxiliary drive
BE1025518B1 (fr) * 2017-08-30 2019-04-03 E2 Drives Sa Groupe motopropulseur
JP7343266B2 (ja) * 2017-10-27 2023-09-12 株式会社シマノ 人力駆動車両用制御装置
DE102017219398A1 (de) 2017-10-27 2019-05-02 Brose Antriebstechnik GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Berlin Hybridantrieb für ein Elektrofahrrad
CN108357620A (zh) * 2018-02-06 2018-08-03 浙江齐享科技有限公司 一种调节电动助力自行车辅助功率的方法及系统
BE1026017B1 (fr) 2018-02-16 2019-09-16 E2 Drives Sa Groupe motopropulseur
BE1026057B1 (fr) 2018-03-02 2019-09-30 E2 Drives Sa Groupe motopropulseur pour véhicule à pédales
DE102018001795B4 (de) 2018-03-06 2024-02-01 Brose Antriebstechnik GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Berlin Antriebssystem
DE102018209409B4 (de) * 2018-06-13 2022-01-05 Zf Friedrichshafen Ag Antriebsanordnung für ein Fahrrad oder Pedelec
DE102018212584B3 (de) * 2018-07-27 2019-12-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb
JP2021533725A (ja) * 2018-07-31 2021-12-02 プラネット ライダー，エルエルシー ２つの電動機を用いるギヤなし電力変換システム
DE102018217883B4 (de) * 2018-09-25 2020-06-04 Zf Friedrichshafen Ag Antriebsanordnung für ein Fahrrad oder Pedelec
DE102018217093A1 (de) * 2018-10-05 2020-04-09 Zf Friedrichshafen Ag Antriebsanordnung für ein Pedelec
DE102019201811B3 (de) * 2019-02-12 2020-03-19 Brose Antriebstechnik GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Berlin Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad und Elektrofahrrad mit einer Antriebsvorrichtung
US11738826B2 (en) 2019-02-15 2023-08-29 Sram, Llc Bicycle control system
US11518472B2 (en) * 2019-02-15 2022-12-06 Sram, Llc Bicycle control system
FR3094951B1 (fr) 2019-04-15 2021-05-14 Cerou Pierre De système d’entraînement hybride musculaire/électrique
FI20195587A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-29 Revonte Oy Power unit and method
BE1027127B1 (fr) * 2019-08-16 2020-10-19 E2 Drives Sa Système de propulsion pour véhicule à assistance électrique
TWI711805B (zh) * 2019-09-06 2020-12-01 晶翔機電股份有限公司 用於測量轉子的實際轉速的測量裝置及方法
DE202019005932U1 (de) 2019-09-25 2023-06-06 Karlheinz Nicolai Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb
DE102019006708B4 (de) * 2019-09-25 2023-04-13 Karlheinz Nicolai Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb
CN111532369A (zh) * 2020-06-03 2020-08-14 深圳市洋利昂科技有限责任公司 一种驱动与变速一体式中置装置及电助力自行车
DE102020209373A1 (de) 2020-07-24 2022-01-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Steuerung einer Antriebsvorrichtung eines Fahrrads, Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad und Fahrrad
CN112550546B (zh) * 2020-11-23 2022-04-15 江苏科技大学 一种电动车助力运行控制系统及其控制方法
CN115107914B (zh) * 2022-06-07 2023-10-20 天津爱玛车业科技有限公司 电动车的防滑车身稳定系统和方法
WO2024052843A1 (en) * 2022-09-08 2024-03-14 RAICAM DRIVELINE S.r.l. Power–split hybrid driveline for an electric bicycle to allow assistance power to be switched off
DE102022209675B3 (de) 2022-09-15 2024-01-25 Zf Friedrichshafen Ag Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit dieser Antriebseinrichtung
DE102022213149B3 (de) 2022-12-06 2024-02-29 Zf Friedrichshafen Ag Steuerungsverfahren einer Antriebseinrichtung für ein zumindest zeitweise durch Muskelkraft betriebenes Fahrzeug und Steuerungsvorrichtung zur Ausführung des Steuerungsverfahrens

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012132927A1 (ja) * 2011-03-29 2012-10-04 Ntn株式会社 自転車用ハブユニット、並びにそれを用いた電動補助自転車及び電動二輪車
WO2014047747A1 (en) * 2012-09-29 2014-04-03 Foster Assets Corporation A pedal driven apparatus having a motor
CN103723234A (zh) * 2012-10-12 2014-04-16 株式会社岛野 自行车的驱动单元
TWM494744U (zh) * 2014-06-27 2015-02-01 Shimano Kk 自行車用組件

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4715246A (en) * 1986-04-04 1987-12-29 Hartmann Dirck T Three speed chainless planetary transmission for pedal-powered vehicles
US4721015A (en) * 1986-09-08 1988-01-26 Hartmann Dirck T Three stage planetary driving wheel for pedal powered vehicles
US4842291A (en) * 1987-07-22 1989-06-27 Hartmann Dirck T Enclosed multiple speed drive for low maintenance chain driven bicycles
KR910000520B1 (ko) * 1988-02-29 1991-01-26 김세웅 자전거의 동력구동장치
JP3818462B2 (ja) * 1996-11-11 2006-09-06 ヤマハ発動機株式会社 電動補助自転車
JPH1179060A (ja) 1997-09-08 1999-03-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電動アシスト自転車の駆動ユニット
CA2259771C (en) * 1998-02-19 2003-04-01 Hitachi, Ltd. Transmission, and vehicle and bicycle using the same
US6296072B1 (en) * 1999-01-20 2001-10-02 Opti-Bike Llc Electric bicycle and methods
ATE312750T1 (de) 2003-07-24 2005-12-15 Campagnolo Srl Verfahren zum schalten eines fahrradgetriebes mit elektrischem hilfsantrieb und schaltvorrichtung
JP2008285069A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Bridgestone Corp 駆動力制御装置及び電動アシスト自転車
GB0902356D0 (en) * 2009-02-12 2009-04-01 Nexxtdrive Ltd Bicycle transmission systems
JP2013217467A (ja) 2012-04-11 2013-10-24 Panasonic Corp 歯車装置
DE102012103355A1 (de) * 2012-04-17 2013-10-17 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Coburg Antriebseinrichtung für ein Elektrorad
BE1020653A4 (fr) * 2012-04-27 2014-02-04 Deleval Arthur Groupe motopropulseur.
KR101489933B1 (ko) * 2013-08-12 2015-02-04 주식회사 하이코어 입력 합성 기어 시스템
TWM453636U (zh) 2012-11-27 2013-05-21 J D Components Co Ltd 電助力自行車之中置動力輸出機構
US8919478B2 (en) * 2013-04-10 2014-12-30 Shimano Inc. Bicycle drive unit
JP6209508B2 (ja) * 2014-12-25 2017-10-04 株式会社シマノ 自転車用ドライブユニット

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012132927A1 (ja) * 2011-03-29 2012-10-04 Ntn株式会社 自転車用ハブユニット、並びにそれを用いた電動補助自転車及び電動二輪車
WO2014047747A1 (en) * 2012-09-29 2014-04-03 Foster Assets Corporation A pedal driven apparatus having a motor
CN103723234A (zh) * 2012-10-12 2014-04-16 株式会社岛野 自行车的驱动单元
TWM494744U (zh) * 2014-06-27 2015-02-01 Shimano Kk 自行車用組件

Also Published As

Publication number Publication date
CN107074320A (zh) 2017-08-18
TW201615481A (zh) 2016-05-01
JP2017525615A (ja) 2017-09-07
JP6588968B2 (ja) 2019-10-09
EP3188957B1 (en) 2018-06-27
CN107074320B (zh) 2019-06-18
WO2016034574A1 (en) 2016-03-10
US20170291660A1 (en) 2017-10-12
BE1022240B1 (fr) 2016-03-04
US10479447B2 (en) 2019-11-19
EP3188957A1 (en) 2017-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI674990B (zh) 用於踏板車輛之動力系統
JP6118398B2 (ja) 動力ユニット
EP2664535B1 (en) Motor drive control device
US11254388B2 (en) Hybrid drive for an electric bicycle
JP5631899B2 (ja) 自転車変速システム
US6320336B1 (en) Bicycle with power assisting function
US20160362021A1 (en) An electric vehicle with controllable generator
US11352097B2 (en) Hybrid powertrain for a pedal vehicle, control unit therefor, pedal vehicle
US11772740B2 (en) Power train for a pedal vehicle
US20150136508A1 (en) Vehicle, particularly a bicycle, comprising an electrical auxiliary drive
US11091225B2 (en) Power train
JP6999316B2 (ja) 自転車用ダイナモ
TWM459174U (zh) 自行車自動無段變速裝置
TWI572519B (zh) A method of control of a bicycle with a planetary gearset