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TW202220895A - 用於行動機械之傳動組件 - Google Patents

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TW202220895A
TW202220895A TW110144226A TW110144226A TW202220895A TW 202220895 A TW202220895 A TW 202220895A TW 110144226 A TW110144226 A TW 110144226A TW 110144226 A TW110144226 A TW 110144226A TW 202220895 A TW202220895 A TW 202220895A
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Taiwan
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gear
shifting device
gear shifting
electric motor
pinion
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TW110144226A
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強納森 卡約
尚 巴蒂斯特 西格沃特
昆汀 多雷特
克里斯多夫 勞倫斯
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法商法雷奧離合器公司
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Priority claimed from FR2012295A external-priority patent/FR3116800A1/fr
Priority claimed from FR2012319A external-priority patent/FR3116798A1/fr
Priority claimed from FR2012232A external-priority patent/FR3116793B1/fr
Priority claimed from FR2012338A external-priority patent/FR3116799A1/fr
Priority claimed from FR2105137A external-priority patent/FR3117432A1/fr
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Abstract

本發明涉及一種用於一行動機械之傳動組件(700)， 該組件包括一電動馬達(400)及一齒輪變位裝置(100)，該齒輪變位裝置(100)具有在稱為第1號齒輪之一第一齒輪與一最高齒輪之間的複數個(k個)齒輪比， 該電動馬達(400)連接至該齒輪變位裝置(100)之至少一個輸出小齒輪(30，F i)。

Description

用於行動機械之傳動組件
本發明之領域係稱為「軟」機械之領域，且更特定言之係組合電力推進及肌肉力量之行動機械(例如電動輔助自行車)之領域。
本發明特別涉及電動輔助城市自行車及山地自行車、旅行自行車及貨運自行車。
生態交通模式(諸如自行車)在某些國家長期以來一直受到青睞且不斷發展以滿足休閒或體育活動以及商業生活及貨物及人員運輸之需要。需要提高此等類型之行動機械之效能及可靠性且促進其等生產及維護，無論其等是否電動輔助。
騎車時，動力由騎行者供應且經由一曲柄系統傳動至車輪，曲柄系統通常經由一鏈條繞驅動後輪之一曲軸齒盤之一軸線轉動。
用於自行車之齒輪箱在先前技術中係已知。特定言之，出版物FR2975367 A1揭示一種用於自行車之齒輪變位裝置，其具有一齒輪箱及用於選擇齒輪之一滑梭。齒輪箱之裝置及齒輪配置於一共同殼體中。殼體之各部分之接面處設有密封件。需要促進一行動機械之一齒輪箱之齒輪周圍之空氣循環，特別係曲軸齒盤驅動機械。亦需要避免自行車之齒輪箱中之齒輪潤滑油在所有使用位置或靜止位置洩漏。
隨著用於運輸貨物或人員之輕型曲柄驅動車輛領域多樣化，亦需要易於製造之可靠自動及電動齒輪箱。
申請案DE102009029655 A1描述一種用於控制一自行車之輔助電驅動之方法。提供一控制單元來控制輔助電驅動，使得由使用者施加之功率分量及由電動輔助驅動施加之功率分量連續產生一標準驅動力。
申請案EP2480446 A1揭示一種用於具有一輔助電驅動之一自行車之方法，其旨在當曲軸齒盤之旋轉方向朝後時回收及積累能量。
需要促進及改良電動輔助自行車之控制。
在電動輔助自行車之使用期間，特別係在煞車模式下，亦需要促進能量之回收。
先前技術之機械，特別係已知電動輔助自行車，發現之一問題係負載下之齒輪變位。此情況特別發生在騎行者開始爬坡且因為用力變得太大或踩踏頻率太低而感到需要換下時。齒輪箱可因通過其之高扭矩而無法改變齒輪。
需要改良用於曲軸齒盤驅動之行動機械之一齒輪箱中之齒輪變位。
為了至少部分滿足此等需要，根據一第一態樣，本發明之目的係一種用於一行動機械之傳動組件，該組件包括一電動馬達，特別係經組態以供應用於推進該機械之部分能量及一齒輪變位裝置，其具有在稱為第1號齒輪之一第一齒輪比與一最高齒輪之間的複數個齒輪比，該電動馬達連接至對應於該齒輪變位裝置之該等齒輪比之一者之一輸出小齒輪。
該行動機械可為一電動輔助行動機械。當該行動機械之瞬時速度小於一臨限值時，該電動馬達特別供應部分推進功率。在本申請案之上下文中，術語「自行車」、「行動機械」及「機械」可互換使用。
根據一個實施例，該機械包括至少一個輪；其可包括兩個、三個或四個輪或更多。
在本發明之上下文中，術語「騎行者」、「使用者」及「騎行者」係等效的。
該機械可在有或沒有電動輔助之情況下使用。
在一變體中，該行動機械不包括電動輔助裝置。
連接至該電動馬達之該齒輪變位裝置之該輸出小齒輪對應於該齒輪變位裝置之該等齒輪比之一者。根據本發明之不同實施例，該電動馬達連接至該等輸出小齒輪之一者或另一者，而此選擇沒有限制。
有利地，根據本發明之該傳動組件單獨或組合地具有以下特徵之一者或另一者： -其包括一減速齒輪，該電動馬達經由該減速齒輪連接至該齒輪變位裝置之該輸出小齒輪，特別係經由該減速齒輪之複數個小齒輪。該複數個小齒輪可包括五個小齒輪，特別係與該電動馬達同軸之一第一小齒輪；一第二小齒輪，作為該減速齒輪輸入小齒輪，與該第一小齒輪接合； 一第三小齒輪，作為該減速齒輪輸出小齒輪且旋轉地固定至該第二小齒輪；該第三小齒輪與一第四小齒輪接合；一第五小齒輪，其經組態以便與該齒輪變位裝置之該輸出小齒輪接合，該第五小齒輪旋轉地固定至該第四小齒輪。 -其包括至少一個自由輪。其可包括鏈接至該電動馬達之一自由輪，及/或鏈接至該曲軸齒盤之一自由輪。 在一特定實例中，其包括鏈接至該電動馬達之一自由輪，該自由輪之該軸線特別地與該電動馬達之該軸線分離。鏈接至該電動馬達之該自由輪(例如)位於該第四小齒輪中。當該第一及第二初級倍增小齒輪之速度大於或等於對應於該行動機械之一臨限速度之一臨限值時，超過該臨限值該電動馬達不供電，此實施例特別有利。由於該自由輪，該第一及第二初級倍增小齒輪不再連接至該電動馬達，且該使用者亦不必提供額外動力來抵消該減速齒輪及該電動馬達之慣性。 -該傳動組件包括一控制單元，該控制單元經組態以便控制該電動馬達及該齒輪變位裝置之至少一者。 根據各種例示性實施例，該控制單元經組態以亦控制一煞車系統、一照明系統、一位置及/或導航系統、一人機介面系統之至少一者，其中此列表並非限制性。 -該傳動組件容納於一殼體中，特別係位於該曲軸齒盤之高度處。 -該齒輪變位裝置具有2個與12個之間的齒輪比，或甚至5個與9個之間的齒輪比。 -當接合最高齒輪時，該齒輪變位裝置之該輸出速度比該齒輪變位裝置之該輸入速度大3倍與6倍之間，特別係4.5倍。 -該齒輪變位裝置之兩個連續齒輪比之間的減速比跳躍在10%與50%之間，特別係在15%與40%之間，特別係在20%與40%之間。 -該齒輪變位裝置亦具有一空檔，其當接合時不允許一曲軸齒盤之一移動推進該行動機械。 -該齒輪變位裝置特別包括 -一系列輸入小齒輪，其等經組態以便繞一選擇軸件自由轉動， -一系列輸出小齒輪，其等旋轉固定至一中空軸件，該中空軸件特別地經組態以便包圍該行動機械之該曲軸齒盤之一軸線， -一齒輪變位致動器，其經組態以便接合一選定齒輪比。
該等齒輪之各者在該齒輪變位裝置之該輸出速度與該輸入速度之間具有一特定比率。
該齒輪變位致動器亦有利地包括用於接合一齒輪比之電構件，特別係一齒輪馬達。該傳動組件之該控制單元經組態 (例如)以便控制該齒輪變位致動器之該齒輪馬達。
該齒輪變位致動器亦包括用於接合一齒輪之機械構件，例如如申請案FR2975367 A1中所描述之在選擇軸件200中可平移移動之一梭子。
根據另一態樣，本發明之目的係一種能夠容納用於一行動機械之一齒輪變位裝置之殼體，該殼體包括用於容納該齒輪變位裝置之至少該等齒輪之一第一外殼，該殼體包括該第一外殼之通向空氣之一通風口。
根據此態樣，本發明在該行動機械之所有使用位置或靜止時保持該齒輪變位裝置之該等齒輪之一通風。在該殼體之所有定向上避免漏油。
該殼體之最常見定向係： -水平定向對應於在一平坦道路上之使用， -當該行動機械由該前輪或後輪懸掛儲存時，兩種可行垂直定向， -倒置，例如當該騎行者將該自行車放在一車頂上運輸時，或將該自行車倒置用於維修或保養目的時， -根據地面坡度橫置，例如當該行動機械放在腳踏板上時。
有利地，根據本發明之該殼體單獨或組合地具有以下特徵之一者或另一者： -該通風口位於與該第一外殼分離之該殼體之一空腔中， -對於該殼體之所有定向，對應於該齒輪變位裝置之齒輪潤滑油容積之該第一外殼內之容積位於通風口下方， -該殼體包括位於該空腔與該第一外殼之間的至少一個通道，該通道特別允許空氣循環。該通道與該通風口分離。有利地，該殼體包括一上通道及一下通道。 -其包括至少一個第二外殼用於特別容納一電動馬達、一減速齒輪、一齒輪變位致動器及/或用於該行動機械之一控制單元。 -該空腔與該第二或多個外殼分離。該空腔有利地位於中央。其位於該第一外殼與該(等)第二外殼之間的該殼體中。
該空腔經放置成使得該第一外殼中之天然油位不在殼體之任何定向上達達通向該空腔之該通道。因此油不充滿該空腔。允許空氣在該第一外殼與該空腔之間循環之一或多個通道有時可允許油在特定定向上通過。儘管如此，若油暫時保持捕獲於該空腔中，則一旦該通道處於允許空腔藉由重力排出之一位置，油將立即返回至該第一外殼。
該通風口位於遠離任何可行少量油儲備之該空腔之一區域中。此防止油之吸入。
根據另一態樣，本發明涉及一種用於一行動機械之防盜方法，該機械包括經組態以便提供該機械之全部或部分推進力之一電動馬達，及一齒輪變位裝置，其具有在稱為第1號齒輪之一第一齒輪比於一最高齒輪之間的複數個齒輪比，該等齒輪之各者具有一比率，該齒輪變位裝置亦具有一空檔，其當接合時不允許該曲軸齒盤之一移動來推進該行動機械，且包括經組態以便接合選自該空檔之一齒輪及第1號齒輪與最高齒輪之間的該等不同齒輪比。
根據另一態樣，本發明亦涉及一種用於一行動機械之控制單元， 該機械包括經組態以便確保該機械之全部或部分推進力之一電動馬達，及一齒輪變位裝置，其具有在稱為第1號齒輪之一第一齒輪比與一最高齒輪之間的複數個齒輪比， 該控制單元經組態以便控制該電動馬達及該齒輪變位裝置之至少一者。
較佳地，該控制單元經組態以控制該電動馬達及該齒輪變位裝置。
該控制單元經組態以接收來自該行動機械之一使用者之一指令。該指令特別係一反向行進指令。其之速度可為漸進的。在另一實例中，該指令係一再生煞車指令。根據其他例示性實施例，該指令係啟動「行人」輔助模式，或鎖定或解鎖以分別啟動或停用防盜功能之一指令。
在特定實施例中，該控制單元經配置以控制以下之至少一者： -一煞車系統 -一照明系統 -一定位系統 -一人機介面系統，該人機介面系統經配置以通知使用者及/或考慮該使用者之請求。特別係該人機介面系統經組態以便將對應於一齒輪變位指令之如上文所描述之一信號傳動至控該制單元。根據實施例，該人機介面能夠給出自該控制單元接收之該使用者資訊。
有利地，該控制單元可包括或連接至用於判定該曲軸齒盤之位置之至少一個裝置。用於判定該曲軸齒盤之位置之該裝置(例如)係用於由一感測器量測該位置之一系統。
在一變體中，控制單元包括用於判定該曲軸齒盤之該位置且藉由計算估計該曲軸齒盤之該位置之此一裝置。
該控制單元可包括或連接至至少一個感測器，該感測器選自用於該行動機械之瞬時速度之一感測器、加一速度計、一斜坡感測器、一踩踏速率感測器、一騎行者扭矩感測器、用於量測該行動機械之姿態之一感測器。
在本申請案中，術語「踏板速率」、「踏板頻率」及「踏板速度」可互換使用。
在本申請案之上下文中，例如與一電動輔助自行車相關之術語「曲軸齒盤」必須在一廣義上理解，用於描述由該行動機械之一使用者供應之扭矩輸入之任何構件。
該控制單元特別經組態以便實施如本申請案中所描述之一方法。
根據另一態樣，本發明亦涉及一種用於一行動機械之一防盜系統，其包括 -一齒輪變位裝置，其具有 a.複數個(k個)齒輪比，其在稱為第1號齒輪之一第一齒輪比與一最高齒輪之間，該等齒輪之各者具有一特定減速比，當該對應齒輪接合時，其位於經組態以便連接至該行動機械之一曲軸齒盤之一輸入軸件與該齒輪變位裝置之一輸出軸件之間， b.一空檔，其當接合時不允許一曲軸齒盤之一移動來推進該行動機械， -一控制單元，其經組態以控制該齒輪變位裝置。
根據本發明之該防盜系統可包括或連接至一控制元件，例如設置於該使用者介面上之一按鈕或鍵。
根據又一態樣，本發明亦涉及一行動機械，其包括如上文所描述之一齒輪變位裝置及/或一傳動組件，及/或如上文所描述之一控制單元及/或一殼體。
該行動機械包括(例如)選自以下之至少一個感測器： -一感測器，其用於判定該曲軸齒盤之該位置， -一感測器，其用於該曲軸齒盤之該轉速， -一感測器，其用於該行動機械之該速度， -一加速度計，其用於量測該行動機械之一加速度， -一斜坡感測器，其用於量測該行進區域之一坡度， -一扭矩感測器，其用於量測由該使用者產生之一扭矩。
該控制單元(例如)經組態以便接收來自該使用者之指令及/或來自一感測器及/或該位置/導航系統之資料。來自該使用者之一指令特別係一反向行進指令。其之速度可為漸進的。在另一實例中，該指令係一再生煞車指令。
根據另一態樣，本發明係關於一種行動機械，其具有容納於如上文所描述之一殼體中之一齒輪變位裝置。
該機械可包括一電池或另一可充電裝置用於為該電動馬達及/或該齒輪變位裝置之該致動器供電。
該機械特別包括一電池或熟習此項技術者已知之用於提供供應該電動馬達、一照明系統、一曲軸齒盤、一位置及/或導航系統及一人機介面系統所需之能量之另一可充電構件。
根據另一態樣，本發明亦涉及一種用於控制一行動機械之方法，該機械包括經組態以便提供該機械之全部或部分推進力之一電動馬達，及一齒輪變位裝置，其具有在稱為第1號齒輪之一第一齒輪比與一最高齒輪之間的複數個齒輪比，該等齒輪之各者具有一齒輪比，該齒輪變位裝置包括經組態以便接合具有一比率之一選定齒輪之一齒輪變位致動器，該方法允許特別地控制該電動馬達及該齒輪變位裝置之至少一者。
該行動機械可為一電動輔助行動機械，當該行動機械之瞬時速度小於一臨限值時，該電動馬達特別為其供應部分推進功率。
根據此態樣，本發明因此允許控制一行動機械、特別係一電動自行車之該齒輪變位裝置。該齒輪變位裝置之該齒輪改變平穩發生且無需由該使用者啟動。
更準確而言，根據本發明之該電動輔助馬達之控制促進此相同齒輪變位裝置之該等齒輪變化。
根據本發明之此控制方法允許在該曲軸齒盤中整合一電動輔助馬達及一自動及自適應齒輪變位裝置。因此，由於本發明，該自行車適應騎行者而非相反。通過本發明，齒輪變化係自動的且根據本發明之方法瞬時調整騎行者在行進時及第一次踩下踏板時所需之電動輔助位準。在自動模式下，該控制單元判定輔助位準及最佳齒輪比。該使用者始終保持選擇切換至手動模式且特別係選擇一特定齒輪比。有利地，該電動馬達特別地配置於該扭矩傳動系中之該齒輪變位裝置之上游，例如連接至該齒輪變位裝置之該輸出軸件。
除非另有說明，否則該電動馬達經組態以便在對應於該行動機械之向前行進之一方向上轉動。在本發明之特定實施例中，該電動馬達在對應於該行動機械之一反向行進之一相反方向上轉動。
因為該電動馬達位於該齒輪變位裝置之上游，所以可在不通過此相同齒輪變位裝置之情況下產生一馬達扭矩。接著該齒輪變位致動器可在沒有由該電動馬達之任何額外阻擋力之情況下起作用。
該電動馬達之瞬時及大扭矩控制允許該齒輪變位裝置上游之傳動鏈加速，其導致相同裝置之輸入與輸出之間的一張力鬆弛。因此，該齒輪變位致動器受到一減小阻擋力。
有利地，根據本發明之該控制方法單獨或組合地包括以下涉及該齒輪變位裝置之控制或該電動馬達之控制之該等步驟之至少一者或另一者： -增強該電動馬達之扭矩之一步驟，特別係回應於對應於一齒輪變換請求之一信號。該信號(例如)對應於來自該行動機械之一使用者之一齒輪變位指令。在一變體中，該信號由計算最佳比率之一步驟產生，如下文將描述。根據本發明之一方法，可自動觸發增強該電動馬達扭矩之此步驟(亦稱為「增強」步驟)。此自動觸發特別發生在該控制單元判定要執行之該齒輪變化需要提供額外輔助時，電機功率在一特定時間內達到一峰值，以便為騎行者提供補充輔助，而後者不察覺到任何急推。 在一電動輔助機械之情況下，在騎行者產生最小力之時刻瞬時及一馬達扭矩之一大應用允許在該齒輪變位致動器進行改變齒輪之時刻最佳地放鬆該齒輪變位裝置中之約束。而且，一位置感測器或估計器允許界定(經由騎行者扭矩或速度之一量測曲線)作為一時間函數之一瞬時最佳比率。 在此步驟之一變體中，其根據一指令—例如經由一車把控制元件——實施，該使用者希望受益於該電動馬達扭矩之一瞬時增強，例如促進超車或爬山。此一指令特別觸發在一預程式化之持續時間(例如10秒內)增強功率之一步驟。在一變體中，一控制元件之連續保持，例如，使用者介面處之一按鈕或控制桿可判定步驟之有效持續時間，同時保持低於一最大持續時間。 -降低該電動馬達之扭矩之一步驟。在上文所描述之步驟之前，在更大幅度地增加該馬達扭矩之前減小該馬達扭矩可為有利的。 -由該齒輪變位裝置接合一選定齒輪比之一步驟，特別係在選擇該齒輪比之一步驟之前。在此步驟期間，該控制單元基於來自該使用者指示所選擇之齒輪之一指令來控制該齒輪變位致動器。在一較佳變體中，該指令係由該控制單元執行之一計算之結果。 -計算該齒輪變位裝置之該最佳齒輪比之一步驟， -接合一空檔之一步驟，對於該步驟，該齒輪變位裝置之該輸出不連接至該曲軸齒盤。例如，可根據來自該使用者之一指令接合此一空檔。例如，當他決定推動循環時，後者可決定啟動一「行人」輔助模式。此功能在運輸負載之情況下特別有用。 -再生煞車之一步驟。該齒輪變位裝置特別處於該空檔。該車輪之移動使該電動馬達轉動，該電動馬達用作一發電機且在電池部分放電時為電池充電。在一變體中，該再生煞車步驟之後係一機械煞車步驟，其中該控制單元控制該煞車系統。 -在該反向方向上控制該電動馬達之一步驟，即，在對應於該行動機械之反向行進之一方向上。該齒輪變位裝置特別處於空檔。在一特定實施例中，該使用者可在該機械正在反向行進之一側處行走。 -擋住該機械之至少一個輪、前輪或後輪之一步驟。此步驟允許該行動機械之一防盜解決方案，其特別簡單地實施。 -管理一低電量之步驟。例如，當達到該電池容量之極限時，支援根據本發明之方法之該控制單元切換至該齒輪變位裝置之該第二齒輪比。
在一有利實施例中，根據本發明之方法係自適應的。根據此特定實施例，根據本發明之方法不僅以來自該使用者之指令之形式而且藉由分析鏈接至該路線之騎行風格及約束來收集一使用者之需求。
該齒輪變位裝置之該等齒輪變化平穩執行。該使用者可特別地選擇控制該齒輪變位系統之一全自動模式，其不需要隨後啟動。
根據其又一態樣，本發明係關於一種使用如上文所描述之一傳動組件實施之一行動機械之再生煞車方法。
該再生煞車方法特別地包括馬達煞車之一步驟，該步驟之前可為接合空檔之一步驟。馬達煞車意謂該馬達在此步驟中不再驅動該等車輪。該等車輪驅動該電機且允許對該電池或為該電動馬達供電之可充電裝置充電。
有利地，該馬達煞車步驟之後係一機械煞車步驟，在該步驟期間啟動該機械煞車系統。
在該馬達煞車步驟期間，該馬達之速度與該扭矩之方向相反。
根據其又一態樣，本發明係關於使用如上文所描述之一傳動組件實施之一行動機械之一反向行進方法。
該反向行進方法特別包括在該反向方向上控制該電動馬達之一步驟，即在對應於該行動機械之反向行進之一方向上，特別係在接合該空檔之一步驟之前。
根據又一態樣，本發明涉及一種用於一行動機械之防盜方法，該機械包括經組態以便提供該機械之全部或部分推進力之一電動馬達，及一齒輪變位裝置，其具有在稱為第1號齒輪之一第一齒輪比與一最高齒輪之間的複數個齒輪比，該等齒輪之各者具有一比率，該齒輪變位裝置亦具有一空檔，其當接合時不允許該曲柄組之一移動來推進該行動機械，且包括經組態以便接合選自該空檔及第1號齒輪最高齒輪之間的不同齒輪的一齒輪比的一齒輪變位致動器。 具體情況 之實 例
在所描述之實例中，該電動馬達係一48V無刷電動馬達。本發明不限於馬達之此選擇。
在一扭矩為133 Nm (牛頓米)之情況下，以下實例中所使用之電機可將騎行者之力(例如)乘以八倍或九倍。
實例 1 ：坡道起步 - 斜坡感測器實施例
在一變體中，該控制單元包括一加速度計或經組態以自一加速度計或一斜坡感測器接收一信號。該斜坡感測器(例如)整合於該電動馬達之殼體中。該控制單元因此接收關於該行動機械所處或行進之坡度之即時資訊。
在一上坡時，騎行者必須提供一高扭矩以便移動該自行車。在拉開期間，該斜坡感測器向該控制單元提供有關該自行車所在坡度之資訊。
知道該齒輪變位裝置在一齒輪變化期間可承受之最大扭矩，該控制單元指示該齒輪變位裝置之該致動器將該齒輪變位裝置定位於稱為最佳齒輪之一齒輪比上，對應於配對優化使用者扭矩-由騎行者提供之踩踏頻率，甚至在他開始踩踏之前。
實例 2 ： 藉由一 位置及 / 或導航系統在 行進 期間 偵測 及預測坡度
在此實例中，該控制單元包括或連接至一衛星定位感測器，且可選地連接至提供用於特徵化該騎行者之踩踏之一感測器，例如一踩踏頻率感測器。
該衛星位置感測器(例如)位於亦容納該傳動組件之殼體中。替代地，該衛星定位感測器位於該行動機械之框架上。
根據自該位置感測器接收之資訊及對該騎行者之路線之預測，及接下來幾米之高度變化，該控制單元計算該預期踩踏扭矩是否大於該齒輪變位裝置在一齒輪變化期間所承受之扭矩。
該方法特別判定該齒輪變位裝置之該齒輪比，即，對應於騎行者必須提供之扭矩-踩踏頻率之最佳配對之最佳齒輪。
實例 3 ：在離開 一 停車場時運輸 一 負載 ( 坡 度 14%) 。
在此實例中，該行動機械係一負載為150 kg之一載貨自行車。本發明中所使用之該電動馬達允許在一有限時間內提供額外動力以便在極端情況下促進該行動機械之操縱。停車場坡道由於其等極大坡度，構成特別困難之城市環境。本發明促進在向前行進及向後行進中使用載貨自行車。在上坡時，根據本發明之方法自動提供一額外動力，使騎行者能夠毫不費力地爬上14%之一坡度。下坡時，該方法特別啟動該再生煞車功能，以便為該電池充電。
圖1繪示根據本發明之態樣之一者之一行動機械900。此處，機械900係一電動輔助自行車，其具有帶有一旋轉軸線X m之一電動馬達300。該電動馬達經配置以便提供該機械之一些推進力。
當在沒有電動輔助之情況下行進時，動力由騎行者供應且經由繞經由一鏈條驅動後輪之一曲軸齒盤之一軸線Xp轉動之兩個踏板傳動至車輪950。
下文參考圖3指定使用及不使用電動輔助期間之扭矩路徑。
如圖1中所展示，機械900具有一控制單元800及多個感測器80，特別係位於曲軸齒盤處、自行車車架上或一車輪處。控制單元800特別地經組態以便控制電動馬達400及齒輪變位裝置100之至少一者。
此處，機械900亦具有以一電池910之形式之一能量儲存裝置、一照明系統920、具有一軸線Xp之一曲軸齒盤940、一位置及/或導航系統980及具有特別係可為該使用者之請求顯示資訊及/或考慮該使用者之請求之一觸控螢幕之人機介面系統990。人機介面系統990特別地連接至定位系統980且充當一導航介面。本發明不限於一特定人機介面系統，且可包括熟習此項技術者已知之任何系統。
車輪950設置有一煞車系統960，特別係具有碟式煞車965。
機械900具有一傳動組件700，如圖2中所繪示。傳動組件700具有一齒輪變位裝置100及具有一旋轉軸線Xm之一電動馬達400用於提供用於推進機械之一些動力。
如圖1及圖2展示，齒輪變位裝置100容納於圖4中更詳細繪示之一殼體600中。殼體600此處經定位成與曲軸齒盤940齊平，曲軸齒盤之軸線與齒輪變位裝置100之輸出軸線X 3重合。
齒輪變位裝置100在已知為第1號齒輪之一第一齒輪與已知為齒輪k之一最高齒輪之間具有複數個(k個)齒輪比。
如圖3展示，如所繪示之齒輪變位裝置100包括 -一系列輸入小齒輪20，其等經組態以便繞一選擇軸件200自由轉動， -一系列輸出小齒輪30，其等旋轉地固定至一中空軸件230，該中空軸件特別地經組態以便繞行動機械900之曲軸齒盤200p之一軸線， -一齒輪變位致動器，其經組態以便接合一選定齒輪比。
齒輪變位致動器包括用於接合一齒輪比之機械構件，例如此處一梭子155，其可在中空選擇軸件200中平移移動，及用於接合一齒輪比之電動構件，特別係一齒輪馬達用於在對應於空檔之一位置P 0與對應於齒輪1至7之位置P 1至P 7之間移動梭子155。
圖3以實線繪示由使用者供應之扭矩之扭矩路徑Cwu，特別係在沒有電動輔助之情況下。扭矩輸入經由曲軸齒盤940之一軸件200p發生，扭矩透過與一第二初級倍增小齒輪12接合之一第一初級倍增小齒輪11。第一初級倍增小齒輪11旋轉地固定至曲軸齒盤之軸件200p，且第二初級倍增小齒輪12旋轉地固定至一主軸200。在曲軸齒盤之軸件200p與主軸200之間存在一永久減速比。主軸200承載一系列輸入小齒輪20，其等經組態以便與一系列輸出小齒輪30接合。輸入小齒輪20及輸出小齒輪30之數目對應於齒輪變位裝置之齒輪比之數目，此處等於7。在實例中，輸入小齒輪20標記為Fri，自Fr1至Fr7，且輸出小齒輪30標記為Fi，自F1至F7，取決於選定齒輪比i。輸入小齒輪20可自由旋轉且輸出小齒輪30相對於一輸出軸件230固定。因此所有輸出小齒輪30經由輸出軸件230鏈接至鏈條小齒輪955。
在本申請案之上下文中，術語「自由」及「固定」分別意謂「相對於其軸線可自由旋轉」及「相對於其軸線旋轉固定」。
第一初級倍增小齒輪11、第二初級倍增小齒輪12、輸入小齒輪Fr1至Fr7連同輸出小齒輪F1至F7此處形成齒輪變位裝置100之齒輪。
扭矩穿過與對應於選定齒輪比i之輸出小齒輪Fi接合之自由小齒輪Fri。第1號齒輪在圖3之實例中選擇：與輸出小齒輪F 1接合之自由小齒輪Fr 1。第1號齒輪此處對應於一比率1，但此值不限制本發明。
最後，扭矩藉由由一鏈條或皮帶鏈接之輪輞955傳動至車輪950。
類似地，電動輔助之扭矩路徑 Cwa以虛線展示。來自使用者之扭矩與之前相同。然而，此次其與來自電動馬達400之扭矩相組合。
在所繪示之實例中，電動馬達400連接至對應於齒輪變位裝置100之第1號齒輪之輸出小齒輪F1。
電動馬達400經由一減速齒輪300之複數個小齒輪40連接至輸出小齒輪F1。在所描述之實例中之複數個小齒輪40由五個小齒輪形成： -一第一小齒輪41，其與電動馬達400同軸， -一第二小齒輪42，其與第一小齒輪接合，第二小齒輪42係減速齒輪300之一輸入小齒輪， -一第三小齒輪43，其作為減速齒輪300之一輸出小齒輪且旋轉地固定至第二小齒輪42，第三小齒輪43與以下接合 -一第四小齒輪44，及 -一第五小齒輪45，其與第三小齒輪43接合，小齒輪45旋轉地固定至第四小齒輪。
齒輪變位致動器150包括用於接合一齒輪比之機械構件，例如此處一梭子155，其可在中空選擇軸件200中平移，及用於接合一齒輪比之電動構件，特別係用於在對應於不同齒輪比之位置P x之間移動梭子155之一齒輪馬達。
在圖3a中所展示之本發明之變體中，傳動組件700包括軸線Y之一自由輪430，該自由輪連接至電動馬達400。軸線Y此處與電動馬達之軸線Xm分離。連接至電動馬達之自由輪此處位於與軸線Y一致之軸線X之第四小齒輪44中。由於自由輪，當使用者驅動機械900超過電動馬達400不再供電之臨限速度時，第一初級倍增小齒輪11及第二初級倍增小齒輪12不再連接至電動馬達400。因此，使用者無需提供額外動力來對抗減速齒輪300及電動馬達400之慣性。
在本發明之一變體中，可接合齒輪變位裝置100之一空檔或檔0。此組態繪示於圖3b中。梭子155位於對應於空檔之一位置P 0中。沒有一個自由小齒輪Fri與一輸出小齒輪結合，且曲軸齒盤940之移動不允許驅動車輪950。
圖4更詳細地繪示用於圖1之行動機械900之殼體600。
殼體600包括一外殼660，其界定彼此分離之一第一外殼610及若干第二外殼。第一外殼610經組態以容納齒輪變位裝置100之齒輪。第二外殼640、630、615及680經組態以便分別容納電動馬達400、減速齒輪300、齒輪變位致動器150及行動機械之控制單元800。第二外殼較佳地經密封，特別係經組態以便含有控制單元800之外殼。
容納齒輪變位裝置100之外殼660由兩個橫向凸緣667封閉。殼體600經繪示為空的且在圖4、圖5a至圖5d中僅具有一個凸緣667，以便使各種第一及第二外殼更清晰可見。第一外殼610在橫向凸緣667中具有兩個面對孔用於接納行動機械900之曲軸齒盤主軸。
圖5a及圖5d展示對應於一自行車之殼體600之一定向，諸如自圖1之行動機械900，分別由前輪950或由後輪950懸掛。圖5c中殼體600之定向對應於在一平坦道路上行進。圖5b中殼體600之定向對應於藉由其踏板放置在地面上之一自行車，其中此處車輪相對於曲軸齒盤940升高。水平 L對應於填充有潤滑油之容積 Vi之表面用於在行動機械之各個位置中齒輪變位裝置100之齒輪，對應於殼體600之不同定向。在重力下，油接著位於第一外殼610之一下部中之容積 Vi中。油容積 Vi特別係在50 ml與60 ml之間。
如針對殼體之此等定向及對於殼體600之任何其他定向所繪示，容積 Vi位於通風口655下方。容積Vi亦位於上通道651及下通道652下方，因此防止油在第一外殼610與空腔650之間的一流動。
上文所描述之實施例涉及一電動輔助自行車，其中本發明不限於一種類型之行動機械。
圖6示意性地繪示根據本發明之一控制方法P。
在行動機械900以行進模式操作期間，使用者以對應於齒輪變位裝置100之一輸入扭矩Tp之一踩踏速度Sp踩踏。作為所選擇之齒輪比Gi之一函數，具有一比率ri，齒輪變位裝置100之輸出速度S'p等於踏板速度除以比率r i:S'p＝Sp/r i。
電動馬達400以一速度Sm轉動。其與具有一比率Ra之一減速齒輪300相關聯。減速齒輪之輸出速度S'm=Sm/Ra，所供應之扭矩等於馬達扭矩乘以減速齒輪300之比率：T'm=Tm x Ra。
圖7a示意性地繪示在反向行進之實施期間根據本發明之一控制方法P。齒輪變位裝置100特別處於空檔。曲軸齒盤既不連接至電動馬達400，亦不連接至齒輪變位裝置100之輸出。即使當以對應於齒輪變位裝置100之一輸入扭矩Tp之一踩踏速度Sp踩踏時，使用者亦不供應有用扭矩。
有用扭矩接著僅來自電動馬達400。即使使用者 U踩踏板，藉由曲軸齒盤940之移動產生之扭矩亦不會傳動至車輪。電動馬達400在反向方向上轉動，反向驅動車輪。速度及扭矩此處為負。電動馬達400以一速度Sm轉動。其與具有一比率Ra之一減速齒輪300相關聯。減速齒輪之輸出速度S'm=Sm/Ra， 所供應之扭矩等於電機扭矩乘以減速齒輪300之比率：T'm=Tm x Ra。
圖7b以方塊圖繪示根據一使用者反向行進指令之方法之步驟。在一步驟803中，控制單元800首先命令由齒輪變位裝置100接合空檔。控制單元控制齒輪變位裝置之致動器150，使得齒輪變位裝置之自由小齒輪20不接合。
一旦齒輪變位裝置100處於空檔，則在一步驟807中，控制單元800控制電動馬達400反向推進行動機械900。有用扭矩接著僅來自電動馬達400。即使使用者 U踩踏板，由曲軸齒盤940之移動產生之扭矩亦不傳動至車輪。電動馬達400在反向方向上轉動，反向驅動車輪。在一個實施例中，傳動組件包括連接至感測器之一電位計用於反向行進命令。使用者 U因此可連續地選擇電動馬達400之速度達反向行進中之一最大速度值。在一變體中，根據使用者 U之指示，電機反向行進之速度可假設一或若干離散值。
圖7a對應於實施反向行進期間之圖6。處於空檔位置之齒輪變位裝置100未連接至電動馬達400且使用者不供應有用扭矩。
圖8a示意性地繪示在一再生煞車之實施期間根據本發明之一控制方法P。齒輪變位裝置100特別處於空檔。在馬達煞車之步驟中，扭矩路徑圖係相反之的。車輪950之移動使電動馬達400轉動，電動馬達400用作一發電機且可為電池910充電直至其充滿電。速度及扭矩此處相互相反。再生煞車可特別用於向前行進，即具有一正速度及一負電機扭矩，或用於反向行進，即具有一負速度及一正電機扭矩。
圖8b繪示根據來自使用者 U之一煞車指令之方法之步驟。控制單元800首先在一步驟803中命令齒輪變位裝置100接合空檔。控制單元控制齒輪變位裝置之致動器150使得齒輪變位裝置之自由小齒輪20不接合。
一旦齒輪變位裝置100處於空檔，則在一步驟805中，控制單元800控制電動馬達400用於馬達煞車。
如圖8a中所繪示，處於空檔位置之齒輪變位裝置100未連接至電動馬達400，且在馬達煞車之步驟805期間扭矩路徑圖係相反的。車輪950之移動使電動馬達400轉動，電動馬達400用作一發電機且可為電池910充電直至其充滿電。若電池910充滿電，或在一延長煞車指令期間，馬達煞車之步驟805之後係機械煞車之步驟806，其中控制單元控制煞車系統960。
圖9繪示根據一鎖定指令以便啟動行動機械之防盜功能之方法之步驟。在一步驟803中，控制單元800首先命令齒輪變位裝置100接合空檔。控制單元控制齒輪變位裝置之致動器150，使得齒輪變位裝置之自由小齒輪20不接合。
一旦齒輪變位裝置100處於空檔，控制單元800則執行一步驟809用於阻擋機械之車輪之至少一者。
根據本發明之方法根據圖10中所繪示之規律，將由騎行者供應之力之臨限值 Tp 0 永久地調整至瞬時可用輔助 Tm之位準。
若作為在機械900之使用期間由感測器建立之行進參數之一函數，騎行者處於所繪示之曲線下方之區域中，則由騎行者供應之力之臨限值 Tp 0 經即時調整至可用輔助 Tm之位準，以便放置於曲線上。
給出圖11中所繪示之作為接合齒輪比Gi之一函數之曲柄組940之速度Sp之曲線對應於根據本發明之一方法之三個實施方案。此等實例特別涉及先前所繪示之機械900，其中齒輪變位裝置具有七個齒輪比。對於各齒輪比Gi，方法 P特別係自適應地界定行動機械之一速度範圍 R i ，自 R 1 至 R 7 。
以實線展示之曲線E1對應於具有約60 rpm之一踩踏速度範圍Sp之一第一例示性實施方案，例如在50 rpm與70 rpm之間，其對於升檔係有利的。
以虛線展示之曲線E2對應於具有約70 rpm之一踩踏速度範圍Sp之一第二例示性實施方案，例如在60 rpm與80 rpm之間，其對於降檔係特別有利的。
曲線E3對應於具有約60 rpm之一速度範圍Sp及直接以齒輪比3之一啟動之一第三例示性實施方案。
由於齒輪改變總是在一段時間內發生，因此控制單元分析，若處於一穩定齒輪，則騎行者是否自然地： -在範圍內居中：在該情況下，由騎行者遵循之變位規律係完全適應的， -朝向範圍之上邊緣偏移：在該情況下，該方法建議一較高速度範圍 -朝向範圍之下邊緣偏移：在該情況下，該方法建議一較低速度範圍。
根據本發明之方法特別考慮行進條件。特定言之，在行進區爬坡期間，為了減少肌肉用力，提高踩踏速度。
11:第一初級倍增小齒輪 12:第二初級倍增小齒輪 20:輸入小齒輪 30:輸出小齒輪 41:第一小齒輪 42:第二小齒輪 43:第三小齒輪 44:第四小齒輪 45:第五小齒輪 80:感測器 100:齒輪變位裝置 155:梭子 200:選擇軸件/主軸 200 p:曲軸齒盤 230:中空軸件 300:電動馬達 400:電動馬達 430:自由輪 600:殼體 610:第一外殼 615:第二外殼 630:第二外殼 640:第二外殼 650:空腔 651:上通道 652:下通道 655:通風口 660:外殼 667:橫向凸緣 680:第二外殼 700:傳動組件 800:控制單元 803:步驟 805:步驟 806:步驟 807:步驟 809:步驟 900:行動機械 910:電池 920:照明系統 940:曲軸齒盤 950:車輪 955:輪輞 960:煞車系統 965:碟式煞車 980:位置及/或導航系統 C wa:扭矩路徑 C wu:扭矩路徑 E 1:曲線 E 2:曲線 E 3:曲線 F 1:輸出小齒輪 F 2:輸出小齒輪 F 3:輸出小齒輪 F 4:輸出小齒輪 F 5:輸出小齒輪 F 6:輸出小齒輪 F 7:輸出小齒輪 Fr 1:輸入小齒輪 Fr 2:輸入小齒輪 Fr 7:輸入小齒輪 Gi:齒輪比 L:水平 P 1:位置 P 6:位置 P 7:位置 R 1:速度範圍 R 2:速度範圍 R 3:速度範圍 R 4:速度範圍 R 5:速度範圍 R 6:速度範圍 R 7:速度範圍 S m:速度 S' m:輸出速度 S P:踩踏速度 S' P:輸出速度 T m:馬達扭矩 T' m:扭矩 T P:輸入扭矩 V i:容積 X:軸線 X 3:輸出軸線 X m:旋轉軸線 X p:軸線 Y:軸線
將在閱讀以下藉由指示給出之描述且參考附圖之後變得更明白本發明之其他特徵、細節及優點，其中：
[圖1]係根據本發明之態樣之一者之一行動機械之一視圖，
[圖2]繪示圖1之行動機械之傳動組件，
[圖3]繪示本發明之一特定實施例之扭矩路徑之一橫截面，
[圖3a]及[圖3b]繪示圖3中實施例之變體之細節，
[圖4]繪示容納根據本發明之一傳動組件之一殼體，
[圖5a]至[圖5d]示意性地繪示在各種定向上之圖4之殼體；
[圖6]係根據本發明之一態樣之一控制方法之一實施方案之一示意圖，
[圖7a]及[圖7b]繪示本發明之一特定實施例，及
[圖8a]及[圖8b]繪示本發明之另一實施例，
[圖9]以方塊圖繪示根據本發明之一防盜方法中之各個步驟，
[圖10]呈現一曲線，其展示由騎行者提供之臨限力與瞬時可用之輔助位準之間的關係，及
[圖11]圖解地展示本發明之若干例示性實施例。
11:第一初級倍增小齒輪
12:第二初級倍增小齒輪
20:輸入小齒輪
30:輸出小齒輪
41:第一小齒輪
42:第二小齒輪
43:第三小齒輪
44:第四小齒輪
45:第五小齒輪
155:梭子
200:選擇軸件/主軸
200p:曲軸齒盤
230:中空軸件
300:電動馬達
400:電動馬達
700:傳動組件
955:輪輞
Cwa:扭矩路徑
Cwu:扭矩路徑
F1:輸出小齒輪
F2:輸出小齒輪
F3:輸出小齒輪
F4:輸出小齒輪
F5:輸出小齒輪
F6:輸出小齒輪
F7:輸出小齒輪
Fr1:輸入小齒輪
Fr2:輸入小齒輪
Fr7:輸入小齒輪
P1:位置
P6:位置
P7:位置
X:軸線
X3:輸出軸線
Xm:旋轉軸線
Xp:軸線

Claims (15)

  1. 一種用於一行動機械(900)之傳動組件(700)， 該組件包括一電動馬達(400)及一齒輪變位裝置(100)，該齒輪變位裝置(100)具有在稱為第1號齒輪比之第一齒輪比與一最高齒輪比之間的複數個(k個)齒輪比， 該電動馬達(400)連接至該齒輪變位裝置(100)之至少一個輸出小齒輪(30，F i)。
  2. 如請求項1之組件，其包括一減速齒輪(300)，該電動馬達(400)經由該減速齒輪(300)連接至該齒輪變位裝置之該輸出小齒輪(30，F i)。
  3. 如前述請求項中任一項之組件，其包括至少一個自由輪，特別係連接至該電動馬達(400)之一自由輪(430)。
  4. 如請求項1至3中任一項之組件，該自由輪之軸線(Y)與該馬達之軸線(X m)分離。
  5. 如請求項1至3中任一項之組件，該自由輪(430)位於第四小齒輪(44)中。
  6. 如請求項1至3中任一項之組件，該齒輪變位裝置具有2個與12個之間的齒輪比，或甚至5個與9個之間的齒輪比。
  7. 如請求項1至3中任一項之組件，該齒輪變位裝置亦具有一空檔齒輪比，當接合時，該空檔齒輪比不允許一曲軸齒盤(940)之一移動來推進該行動機械(900)。
  8. 如請求項1至3中任一項之組件，其中當接合該最高齒輪比時，該齒輪變位裝置(100)之輸出速度比該齒輪變位裝置(100)之輸入速度大3倍與6倍之間，特別係4.5倍。
  9. 如請求項1至3中任一項之組件，其中該齒輪變位裝置之兩個連續齒輪比之間的減速比跳躍係在10%與50%之間，特別係在15%與40%之間，特別係在20%與40%之間。
  10. 一種用於一行動機械(900)之控制單元(800)， 該機械包括經組態以便確保該機械之至少部分推進力之一電動馬達(400)，及一齒輪變位裝置(100)，其在稱為第1號齒輪之一第一齒輪比與稱為第k號齒輪比之一最高齒輪之間具有複數個(k個)齒輪比， 該控制單元經組態以便控制該電動馬達(400)及該齒輪變位裝置(100)之至少一者。
  11. 一種殼體(600)，其能夠容納用於包括至少一個輪(950)之具有一曲軸齒盤(940)之一行動機械(900)之一齒輪變位裝置(100)， 該齒輪變位裝置(100)包括齒輪(11、12、20、30、Fri、Fi)， 該殼體包括用於容納該齒輪變位裝置(100)之至少該等齒輪(11、12、20、30、Fri、Fi)之一第一外殼(610)， 其特徵在於輸入至該齒輪變位裝置之扭矩經由該曲軸齒盤(940)之一軸件(200p)發生，且該殼體包括用於該齒輪變位裝置之該等齒輪之通向空氣之一通風口(655)。
  12. 一種行動機械(900)，其包括如請求項1至9中任一項之一傳動組件及/或如請求項10之一控制單元及/或如請求項11之一殼體。
  13. 一種控制一行動機械(900)之方法， 該機械包括經組態以便提供該機械之全部或部分推進力之一電動馬達(400)，及一齒輪變位裝置(100)，其在稱為第1號齒輪之一第一齒輪與稱為第k號齒輪之一最高齒輪之間具有複數個(k個)齒輪比，該等k個齒輪之各者具有一齒輪比(R 1、R i、R k)，該齒輪變位裝置包括一齒輪變位致動器(150)，其經組態以便接合具有一比(R sel)之一選定齒輪，該方法允許控制該電動馬達(400)及該齒輪變位裝置(100)之至少一者。
  14. 如請求項13之方法，該電動馬達(400)連接至該齒輪變位裝置(100)之至少一個輸出小齒輪(30，F i)。
  15. 如請求項13或14之方法，其包括增強(820)該電動馬達(400)之扭矩之至少一個步驟，特別係回應於對應於一齒輪變換請求之一信號。
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