具有辅助推进装置的自行车的制作方法

专利名称：具有辅助推进装置的自行车的制作方法
在许多实施例中具有辅助马达的自行车是已知的。其中辅助马达为电动机的实施例也是已知的。从WO01/30643 A1中已知的是电力辅助自行车，所述电力辅助自行车利用与骑车者的踏蹬力相关的信息控制自行车的辅助推进。然而，这样的自行车存在如下缺点，所述缺点包括这样的事实，即，电池组会有损于自行车的外观。
为了消除这个以及其他缺点，本发明提供了一种自行车，包括-车架，-以可转动的方式通过轮轴安装于车架上的一个或多个轮子，-用于完全或部分地借助于人力通过传输装置驱动轮子的驱动装置，-其特征在于，电源和/或驱动装置的辅助推进形成部分以尽可能从外部不可视的方式被安装在自行车中或自行车上。
这具有如下优点，尤其是，对于希望防止第三者即刻知晓这是具有辅助马达的自行车的挑剔消费者来说该自行车变得更为有吸引力。
在一个优选实施例中，所述自行车包括用于测量骑车者肌肉驱动力的测量装置。为了遵守确定的法律条例，在至少还未由骑车者的肌力驱动的情况下自行车不具有辅助推进应该是重要的。为此所述测量装置可产生与肌力所施加的驱动力相关的信号，并且可在其基础上增加确定量的辅助推进。
在另一个优选实施例中，所述自行车包括用于储存电能的至少一个电池组，所述电池组最好被安装在自行车的车架中。车架中的这样一种布置具有如下优点，即，可很好地保护电池组不受外部影响，从而它不会受损。在电池组故障/爆炸或短路的情况中，不会对骑车者造成危险。另一个优点在于，不能对电池组执行任何操作或导致电池组损坏。另外，车架的外观与没有电池组的自行车车架相似。另一个优点在于电池组不能轻易地被盗。
在一个实施例中，电池组包括由例如用塑料制成的薄套筒状主体密封的多个独立元件。尽管可以简单稳定的方式将多个合成一体的电池布置在车架管中，例如由于它们是以易于布置的方式结合在一起的，但是将大量独立元件布置于车架管中是困难的。薄塑料主体的另一个优点是，它只占据很小空间并且可适用于有限尺寸的车架管中。
在另一个优选实施例中，在车架中安装有用于为电池组充电和放电的控制装置。这具有如下优点，即，可保持非常良好的电池维护。过度充电、过快充电和放电、或者其中可出现的高温导致电池组易损坏。通过留意这些参数并且储存该数据的重要要素，所述控制装置可大大地增加电池组的使用寿命。通过为电池组安装这些控制装置，可保证在适当的电池组中总是可得到正确数据，因此在控制装置没有有关于电池组的记录速度情况下不执行放电周期。这使得消费者可从供应商那里获得更好和更清楚的固定保证。
在另一个实施例中，控制装置和电池组以及用于封闭主管的封闭元件一起被安装在车架中。如果自行车装有诸如可与交流电源相连接的变压器等电源装置的话，其尺寸和重量可对自行车造成不利影响。因此要求提供这样的变压器装置，所述变压器装置提供为电池组充电的能量并可与用于控制电池组充电和放电的控制装置相分离。这具有如下辅助优点，即，取决于可能要求的情况，可选择较轻但相对缓慢充电的变压器或较重但相对快速充电的变压器。然后用于控制电池组充电和放电的控制装置依据所使用的变压器类型控制充电。例如当必须在户外充电时轻充电器可更容易携带。
所述辅助推进最好包括安装在后轮轴的毂中的电毂马达，用于产生后轮的至少部分驱动。后轮的毂中的布置具有有助于辅助推进的较难以觉察的优点。在毂中布置马达的另一个优点是，由于马达在后轮上的直接传输，几乎没有传输损失。
电毂马达最好装有具有两个或多个齿轮的变速装置，所述变速装置最好包括一个或多个行星齿轮系统。这具有以下优点，例如在低速或陡坡的情况下，需要较低的踏蹬力和/或辅助推进力或扭矩。所述变速装置最好具体表现为一个或多个行星齿轮系统。文中的变速装置可改变马达和经由链条传输到毂的肌力。这里，还可在毂和链条之间布置变速齿轮传动机构，从而可使用多个链轮调节期望的传动比。
自行车最好还包括用于从马达切换到发电机的切换装置。如果电池组有故障或完全耗尽的话，通过马达的所述发电机作用，自行车的照明(lighting)可继续发挥作用。另一个优点在于为此不需要独立发电机。该发电机功能主要用作照明功能。为了使得所述马达起到用于照明的发电机的作用，以简单的电路形式就可实现。所述照明发电机作用的优点在于，在使用该功能但是没有马达操作时，它对于骑在所述自行车上的骑车者产生了微不足道的额外载荷。在所述载荷的规模方面可与传统自行车发电机的载荷相匹敌。在该实施例中进一步消除了由于传统发电机所导致的阻力和自行车轮胎磨损的缺点。
在另一个优选实施例中，轮轴包括用于马达的导线直通的槽。在装配状态下最好使得该槽位于轮轴的下侧上。所述槽具有如下优点，即，用于电力的导线实际上是不可视的。另外，当自行车跌倒或遭遇可能的破坏行为时所述布线被良好保护。所述结构是非常坚固的。
依照一个实施例，所述自行车还包括用于电力部分(诸如照明)的电力供应的脉冲宽度调制装置。如果电池组产生所述电力子系统所需的不同电压的话，这是非常有利的。例如，在使用自行车照明时，可非常有利于为6伏照明灯泡供电。在期望的照明输出例如为3瓦时，6伏照明灯泡具有期望粗度的灯丝。在该粗度下灯丝较强。如果例如在24伏下使用相同瓦数的照明灯泡的话，灯丝将较细以致于用在自行车上时易损坏。由于自行车使用期间的碰撞将导致灯丝的使用寿命较短。本申请中的脉冲宽度调制具有以下优点，即，在微不足道的能量损失的情况下，从例如12-24伏的电源电压中可产生出例如6伏的电压。其另一个优点在于，可使用标准照明灯泡，因此尤其具有后勤和商业优势。
所述自行车最好包括用于测量装置、储存装置、控制装置、数据输入装置和/或数据输出装置中的两个或多个之间的数据传输的数据总线。数据总线具有显著优势。所有的部件都可直接与所有其他部件相联。所述部件例如包括，测量装置、第一和第二控制装置和数据输入装置或数据输出装置以及储存装置。这能够将多个控制数据和其他数据经由一条信号线传输到不同的部件。在下文中将描述的例如可被安装在把手上的该操作端子也可与数据总线相连接以便于系统的操作。对于该实施例来说在电力系统扩展新的部件也变得非常简单。电力系统的所有部件都可通过一个插头接入以便于维护。任选地，甚至可以无线的方式形成数据总线系统或其一部分。
所述自行车还包括用于读出和输入数据的至少一个操作终端。该操作终端最好由把手上的小盒构成，所述小盒包括连接装置并且如果自行车未使用时可容易地将其拆下。该单元与数据总线相连接，因此来自于自行车的所有数据系统的信息大体上都可被读出。所述操作终端诸如可容易地将其拆下以使得电力系统不再发挥作用或例如将其设置在制动位置等优点。操作终端还可装有专用代码，因此在自行车被盗的情况下自行车是不能用的。在自行车的使用寿命期限内还可用更先进或改良的单元更换操作终端。如果需要，与数据总线之间的连接可使用无线方式。其优点在于，操作终端可形成为腕式的，所述腕式操作终端可由自行车的骑手随身携带，并且如果由于自行车与所述单元之间距离过大而导致断开无线连接时，所述腕式操作终端可使得自行车不能使用。操作终端可与心率计相连接，或者具有集成心率计的功能性，从而可使得自行车的辅助推进与骑手的心率相联系。例如可为骑手调节最大容许心率为150，如果心率有超过该数值的危险的话，将提供更大的辅助动力。
另一个优势在于，通过数据总线，整个自行车可受例如安装在把手上的操作终端的控制。
另一个优选实施例提供了一种自行车，其中，电池组包括两个或多个部分，所述部分例如还适用于6或12伏的电压，所述部分以并联并且串联两种方式相互连接，因此可并联地进行充电同时可以串联连接的方式进行辅助推进的电源供应。这具有如下优点，例如，使用适用于标准电压的充电器可为不同的电池组配置充电。不同的电池组配例如还可由不同类型的马达驱动。
本发明所涉及的自行车最好还包括用于将车架管折叠成两部分的管枢转装置，所述管枢转装置包括-第一管部分中的两个第一挂钩装置，用于钩在第二管部分中的与第一挂钩装置协作的两个第二挂钩装置中，-可解除的固定装置，用于强行把弹簧装置与第一和第二挂钩装置合成一体，并且-其中在闭合的状态中，挂钩装置与可解除的固定装置以从外部看不到的方式被布置在管中。
所述管枢转装置最好包括至少一个铰链，所述铰链包括用于使得管枢转装置转动的铰链销。在另一个优选实施例中，所述管枢转装置包括用于推动分开第一和第二挂钩装置的弹簧装置。所述管枢转装置的优点在于，可非常简单地将自行车折叠起来。使用该管枢转装置，由于刚好可将一个轮子折叠在另一个轮子上，因此可将具有非常大轮子的自行车非常紧密地进一步折叠。
本发明所涉及的另一个优选实施例包括这样的电池组，所述电池组具有两个或多个具有相同电压的部分。电池组的所述实施例能够使用适用于为具有所述电压的电池组充电的一个变压器单元在例如为12伏的相同电压下为多个部分充电。因此所述充电器可适用于例如具有12、24、36或48伏电池组的自行车。其优点在于，使用具有不同电压电池组的不同类型的自行车只需极少种类有差异的充电器。
本发明所涉及的另一个实施例提供了与自行车的数据总线相连接的电脑，用于从本发明所涉及的自行车的数据总线中传输数据或将数据传输到本发明所涉及的自行车的数据总线中。所述电脑使得可进入所述自行车的电力系统的所有独立部件并从中获取数据。还可改编所述部分的程序。
本发明的另一个实施例提供了用于使用辅助马达推进自行车的一种方法，所述方法包括以下步骤-测量骑手的踏蹬力，-为了从马达中供应一定量的推进力而控制马达，所述推进力是骑手的踏蹬力的百分比。
该方法最好还包括根据诸如骑手的身体状态和/或天气条件等外界因素控制从马达中供应的电力的步骤。如上所述的，其一个优点在于，骑手的心率不能升高到预定值以上，或者在于，如果自行车到达上坡处或例如在逆风的情况下马达供应更多的辅助推进。
在另一个优选实施例中自行车还装有轮轴安装装置，包括-固定地安装在车架上的第一部分；以及-可被安装在第一部分上以便于相对于自行车从前面到后面位移的第二部分。
这里的第一部分最好具有至少一个用于接收第二部分的直边，并且第二部分最好具有至少一个用于接收第一部分的直边。所述轮轴安装装置的另一个优点在于，不需要独立的紧链器来拉紧链条。在第二部分的下侧上提供一条狭缝用作放置后轮轴的狭缝实现了后轮的非常简单的装配和拆卸。如果后轮较重(例如通过使用后毂中的马达)的话这是尤为有利的。
本发明所涉及的自行车最好还包括用于在骑行过程中调节鞍座高度的装置。所述装置具有如下优点，即，在停止状态下可将鞍座处于较低位置，而在骑行期间可将其调至理想的安放位置。这可在机械化或人工的方式下执行。
下面将参照附图进一步描述本发明的其他优点、特征和细节，在附图中-

图1是本发明所涉及的一个实施例的局部剖开透视图；-图2是图1所涉及的实施例的一个方面的局部剖开透视图；-图3是图1所涉及的实施例的另一个方面的剖开透视图；-图4是图1的实施例的另一个方面的透视图；-图5是图1所涉及的实施例的另一个方面的透视-图6是图1所涉及的实施例的另一个方面的透视图；-图7是图1的另一个优选实施例的透视图；-图8示出了图1实施例的电力系统的结构图；-图9示出了图8电力系统的一部分的框图；-图10示出了图8电力系统的另一部分的框图。
本发明所涉及的一个实施例(图1)是包含车架2的自行车1。车架2包括主管或车架下舌3、车座管8、链拉条18、叉式柱13和曲轮轴管16。
由例如20个1.2伏电池构成的电池组4被放置于主管3中。主管3用作电池组的外壳，从而电池组可与外部环境隔绝。两排电池的包装由薄套筒状封套(未示出)密封。所述封套使得电池组与所述管隔离并使得将所述电池放置于管中的操作非常简单。将所述电池组放置于所述车架管中的具体优点在于，不再需要放置所述电池组的空间。电池组完全不受外部环境的影响。
在主管3的上侧或侧部上安装有充电器连接部分11。用于为电池组充电的电源可与该充电器连接部分11相连接。在主管3的下侧上安装有关闭盖15，在其中布置有电池组控制装置。参照图2将进一步描述这些部分。
为了为电池组充电或向自行车的其他电力部件供应电力而提供了变压器26，所述变压器26可通过插头12为连接器单元供应电力。
车座管8还装有用于鞍座9的高度调节的鞍座调节装置50。将参照图5进一步描述该部分。
自行车还装有其中安装有电动机的后毂5，将结合图3进一步描述该毂。
自行车还装有踏板28和曲轮轴29。由骑手施加于其上的力通过传输装置6被传输到后毂5。
用于将数据传输电缆24连接于外部电脑27的连接器14被安装在链拉条上，所述数据同步传输电缆24可用于从自行车的不同部件中读出数据，为此目的装有数据总线。例如当电池组服务时可确定其状态。该状态可包括例如与已执行的充电和放电周期的数量有关的数据、电池组温度超过或低于预定温度的次数等等。
把手7还装有以可拆卸的方式布置于把手上的操作终端17。将参照图4进一步描述该操作终端。
电力电线系统(未示出)相互连接该自行车的电力部件。来自于电池组的电力通过所述电线被供应到所有的电力部件，所述电池组由下文中将进一步描述的动力管理单元(PMU)控制。还提供了用于部件之间的数据传输的数据总线电缆。通过所有电力部件与之相连接的所谓的数据总线结构发生该数据传输。数据总线电缆具体表现为数据总线结构。
通过封闭体15在下侧封闭车架的主管3。所述封闭体的一部分可与电池组的塑料外壳整体形成。该封闭体具有多种功能。第一项功能是封闭主管3的下侧，另一项功能是容纳能量管理管理单元或动力管理单元(PMU)23。该PMU23提供电池组的充电和放电。
电池组的容纳具有多个优点。所述优点包括电池组被良好地保护在主管中并且不会被破坏。因此电池组的故障、爆炸或短路不会对骑车者造成危险。由于电池组被稳固地放置在管中并且骑手接触不到，对于骑手来说接触电池组或关于电池组执行危险的作业导致高危险性。因此将电池组放置于管中是非常安全的。另一个优点是电池组是看不到的。将电池组放置在下部主管中可给予电池组较低重心，从而有助于使得自行车的重心较低。在该实施例中电池组与PMU相连接。这意味着与电池组有关以及与电池组的测量有关的数据被储存在PMU中。如果更换电池组的话，必须也更换充电电路。可为PMU重新设置或改编程序以便于与新电池组结合使用。将电池组放置于主管中的另一个优点在于，它不能轻易地被盗。在由于充电或放电而导致电池组变热的情况下，车架还用作冷却主体。依照本发明，电池组也可像被布置在主管中一样被布置在车座管中。电池组最好还由薄塑料套筒密封以使得独立元件合成一体。
在该实施例中电池组具体表现为两串10个电池，具有6000-9500mAH(最好为8000mAH)的容量。这里使用的是D-尺寸、NiMH电池。所述电池可用恒定充电电流充电，其品牌、型号和温度是规定最大充电电流的先决条件。电池组管理系统(BMS)是PMU的一部分。为了能够达到电池组的最大使用寿命，BMS管理电池组的放电过程、管理其充电过程、确定把手上的操作终端上的电池组指示器的显示，以及从稍后的评价中收集数据，诸如充(放)电循环的数量和总电力供应。如果电池组的电压和温度升高得太高的话，BMS终止充电程序。为每串10个电池测量所述数据。因此，其中每串10个电池连接成电池组。在充电程序期间测量电池组电池各个串的电压、电流和温度。PMU处理器根据标准-dV/dt、dT/dT、最小/最大电池温度、BMS数据和/或来自于定时器的数据确定是否应切断充电电流。因此可由PMU处理器在任何瞬间停止充电程序。充电器是外部恒定电源，这对于为NiMH电池组充电是重要的。
除了为电池组充电之外，PMU具有以下功能-监控每串10个电池的电池组的电压。
-监控电池组的温度，其中测量每串的温度。
-通过库伦测量法确定电池组的充电状态。
-开动自行车的照明，其中通过可变脉冲宽度调制(PWM)为标准自行车灯提供6伏电压。
-准备把手上的操作终端上的数据显示，诸如以百分比显示电池组容量。
PMU电路与特定电池组相连接。为此这些电子包括用于充电程序的特定部件。如果电池组改变的话，充电程序也改变。因此为了避免出现危险情况，同步地更换电路和电池组是有效的。任选地，这里也可为新电池组修正电路。在PMU中布置有用于储存与电池组有关的数据的EEPROM。需要储存在该EEPROM中的数据例如为-充电周期的数量，-供应的安时(Ah)总数，-例如自第一次实际使用开始的使用天数，
-例如km/天的使用平均值，-所行驶的总公里数，-平均速度，-平均踏蹬扭矩，-km/充电周期的平均数，-最大充(放)电电流，-再次发生充电之前的平均放电。
在帮助确定哪一种变量影响电池组的寿命或在确定自行车的骑手在关于电池组的许可权利方面是否给予适当的重视方面，所述数据例如是重要的。
通过使用电池组指示器，自行车的骑手可以可视的方式获知电池组的电流充电状态。用于所述指示的数据被收集、处理并储存在PMU的处理器中。所述数据将经由下面描述的数据总线被传输到把手上的操作终端中。正确的指示要求-电池组的输入和输出电流的连续测量(所谓的库仑测量)-对于电池组的内部自放电的校正，-电池组“满”电压(dV/dt)与其内部计算和校正的比较，-电池组“空”电压测量与内部测量和重新计算容量的比较。所述测量尤其提供了与电池组的老化、充电周期数量的记录以及测量电池温度相关的信息。
电池组不是总被完全放电。必须由BMS防止完全放电。PMU例如将在10％剩余电荷时拒绝向马达供应电流。在每次充电周期中电池组都不会被充电至100％。因此可显著增强电池组的使用寿命。
应用精确的BMS以便于可使用上述方法。应用监控机构以保护电池组免受BMS的不正确指示。如果必须在例如15％剩余容量时停止电池组的放电，并且BMS指示出多于15％的剩余电荷可利用而实际上电池已几乎耗尽的话，那么电池电压的指示(例如低于0.9伏/电池)将指示出BMS执行了不正确的测量并且PMU可校正。
毂5主要包括三项功能(图3)。这三项功能是马达驱动功能和行星齿轮系统以及马达管理单元(MMU)形式的控制单元55的传输功能。还提供了用于测量自行车的骑手所产生的踏蹬扭矩的扭矩测量装置52。这些扭矩测量装置52具体表现为布置在轮轴51水平表面的下侧或侧面上的小应变线规。踏蹬扭矩使得轮轴轻微变形，从而应变线规52同样也轻微变形。从该变形中产生出的信号被供应到信号放大器53，所述信号放大器53被布置在马达管理单元55的印刷电路板54上，所述印刷电路板54被布置于马达管理单元的外壳56内部。
在毂中还布置有适用于24伏的无电刷三相马达。该马达由磁体65和线圈66构成。线圈线圈66被安装在固定地邻近于轮轴51的数据总线57上。磁体65被布置在转子64中，所述转子64在其一侧上与链轮58相连接，而在其另一侧上与行星齿轮系统的卫星轮63相连接。
与转子64相连接的卫星轮63构成了行星齿轮系统的外环。行星齿轮系统的内环由太阳齿轮61构成。在外环与内环之间布置有通过轴承59安装于毂壁60中的六个行星齿轮62。
可接通和切断行星齿轮系统，从而可利用两种驱动状态。使用阻滞球71进行行星齿轮系统的接通和切断。可通过滑动总线72放松所述阻滞球或将其推入到太阳齿轮的槽中，滑动总线72可被设置在两个位置中。通过弹簧和球73借助于两个槽布置所述滑动总线72。螺线管74供应使得滑动总线72位移所需的能量。
为了使得轮子能够滑行，所述毂装有具有游丝79的飞轮棘轮，所述游丝79是已知部件。数据总线75将太阳齿轮与毂的壁60相连接。
马达必须装有能量和例如来自于PMU的数据。为此必须供给两条用于电力供应的电线以及构成数据总线结构一部分的用于数据供应的电线。这三条电线组合成其直径例如约为8.2mm的圆形电缆，以便于将这三条电线压入到毂的内部。为了实现电线的可靠的、经久的穿能馈电，在轮轴的下侧时布置有槽81(在安装状态下)，用作这三条电线的通路。这里这三条电线不是以约8.2mm的圆形电缆的形式布置于槽中的，而是作为可相互邻近地布置于槽中的三条电力电线布置的。这三条电线被引导出毂和车架之间的轮轴(后叉)。与现有实施例相比较，其中电线在轮轴的端部处离开轮轴，这具有如下优点，即，更不易出现电线断裂或电线损坏。事实上从轮轴的端部突出的电线被人为地或由于例如自行车在轮轴顶部处跌倒而致损坏是较为常见的。
为了使得电线在在轮轴中具有充足的空间，后者具有较大直径，例如为15mm。因此相对于毂安装轮轴并且其中馈通由电缆的轴承具有约为15mm的内径。也可采用略大或略小的尺寸。电线插入到马达中的该实施例具有如下优点，例如，电线实际上是看不到的，在自行车跌倒或遭受破坏行为时受到良好保护，和/或结构坚固，从而电线经久耐用，具有较长使用寿命。
下面将参照图10进一步解释马达的操作。
图4示出了具有显示屏90和两个控制按钮85和86的操作终端17。在显示屏上可显示三个数字，例如，显示速度或行驶距离。这可由字母数字部分97产生。还可选择三种电力模式91、92、93，以及断开(OFF)位置98。电池组剩余电荷条96指示出电池组的剩余电荷。使用照明指示部分95可切换照明并且给出关于照明是否接通的指示。部分94也可由于指示电池组是被充电还是被放电。
令人惊讶地，测试已显示出上述实施例所涉及的自行车具有比利用电力(辅助)驱动的传统自行车更好的性能。还已发现，与没有以这种方式存在电力管理系统并且使用传统装置执行踏蹬力和马达驱动的测量的自行车相比，具有可比性电池组电荷的自行车可获得更大的作用半径。
本发明所涉及的自行车的另一个优点在于，当在没有辅助推进下使用时，不需要显著大于没有辅助马达的传统自行车的踏蹬力。这在电池组未充分充电的不可靠情况下尤为有利。
在另一个实施例(图5)中，自行车最好装有由座撑18支撑的车座管8。鞍座柱101被布置在车座管8中。该鞍座柱101被可移动地布置以便于由齿轮102驱动并且还由马达103驱动。使用按钮104、105，可人工地使得鞍座上下移动。该实施例的一个目的在于，可电力地上下调节鞍座。该电力调节单元最好装有数据总线连接以使得总控制也可根据自行车的其他变量自动地调节鞍座。例如当安装和拆卸时骑手希望使用较低的鞍座位置，而当处于高速时骑手希望使用较高的鞍座位置。
该装置可依据速度上下调节鞍座。还可根据骑手所产生的踏蹬力控制鞍座的高度。在该图中示出了通过齿轮的电力鞍座调节驱动。还可通过水平调节螺丝进行自行车的高度调节，其中例如水平环106被驱动。此外还提供了通过永久向上推动鞍座的弹簧和人工操作的阻滞/解除阻滞机构的人工鞍座高度调节。
另一个优选实施例(图6)提供了用于使得车架管可折叠的铰链。车架管110被横向地或在一个角度下分成为两部分。连接板118、120与这两个部分中的每个相连接。这些板装有挂钩113、115，如果以互成直线的方式使用这两个管部分的话，所述挂钩113、115被布置在以钩钩住边缘114、116上。铰链117在铰链销周围装有压缩弹簧119，所述压缩弹簧119使得两个车架管相对彼此平移。这里所述管移动了这样的距离，即，使得挂钩装置可在以钩钩住的边缘上移动以便于折叠所述管，并且铰链部分还装有可使用销112转动的固定螺栓111。还可将螺栓111用作例如卡口接头机构。
该实施例所涉及的铰链还装有包括支持轮108的轮子支撑109。该支持轮的优点在于，在折叠之后具有该铰链的自行车可被搁置在支持轮上。这具有以下优点，即，折叠的自行车易于运输并且例如可以稳定的方式放置。
如果闭合铰链的话，通过拉紧螺栓111将使得弹簧压缩，并且挂钩装置将被牢固地压在与之相对应的边缘上。如果角度较小的话，例如为38°，那么车架管的截面就变得较大，因此挂钩装置彼此远离，这具有如下优点，即，由于挂钩的更大距离，可接受的连接保持得较低，并且减少密封体的载荷。
如果管具有更大直径的话该优势就更为突出。因此图6中的管是非常适用的。所述管具有以下优点，即，存在由于布置铰链中心的部件的更大内部空间，这可通过任选的小角度而进一步改进。该铰链方向的另一个优点是漂亮的外观，这是由于只有拉紧销112是可视的因此几乎看不到铰链中心的存在。整体内部铰链中心的另一个优点在于，不具有例如可能钩住衣物或可能弄伤骑手的任何尖锐外部。由于在闭合位置中铰链的转动点不受力，并且用于以折叠状态将车架合成一体，因此闭合的车架不能活动。由于较低的挂钩装置被整体安置在分开管的拉伸区域中，因此有效断面系数至少低于管自身的有效断面系数。通过不布置铰链销，该实施例也可用于可分自行车或可分车架。
图7示出了包括折叠车架171的折叠自行车170。该折叠车架可关于铰链181折叠，所述铰链181与图6的铰链相似。车架171包括车座管186、车架下舌或主管172、座撑173、链拉条174以及叉式柱175。主管或车架下舌172可在铰链181处枢转，因此车架是可折叠的。转向销187通过铰链183可枢转。自行车还装有前轮179和后轮180以及鞍座178。在车座管186的上侧上，靠近曲轴176处，自行车装有支持轮108固定于其上的固定支架109。在折叠状态中，该支持轮108用作支撑自行车的第三点，其中前轮179和后轮180用作支撑的第一和第二点。自行车还装有由于从曲轴向后轮180传输踏蹬力的链条185。为了能够控制铰链装置181，固定销112可装有某种手柄。
通过拧出铰链的固定螺栓而开始自行车的折叠。连接板118可相对于连接板118位移，从而放松挂钩装置113和115。在图6B中可看到其中间位置。图6C示出了完全闭合位置中的连接板118、120的布置A。在通过折叠销112使得铰链完全打开之后，可将管折叠成两部分。因此可将前轮折叠在后轮上。如图中所示的，前轮和后轮的各自的轮轴187、188直接相互邻近。然后可将自行车放置于图7中所示的位置中，从而除搁置在前轮和后轮上以外自行车还将搁置在支持轮108上。
图8的实施例非常适合于构成具有大轮子的自行车或电力推进自行车，尽管所述自行车的大轮子仍被装配于较小的矩形车架中。可设想轮子尺寸为22英寸、24英寸或26英寸，其中24英寸是优选的。当折叠所述自行车时，所述大轮子被装配在735mm×610mm矩形车架中。所述可折叠自行车的优点在于，较大的轮子具有较低滚动阻力，并且与例如16英寸轮子的可比性折叠自行车相比骑行起来更为舒适。而且轮子越大，就越有弹性，这有利于舒适性。另一个优点在于，与小轮子相比，大轮子需要更小的传动比。具有大轮子的折叠自行车的另一个优点在于，它具有标准自行车的外观，因此增加了所述自行车在市场上的认可度。
另一个优选实施例(图8)提供了用于后轮的简单安装并且使得不需要紧链器的可移动后衬垫122。在座撑和链拉条之间安置有其中钻有两个孔的水平连接部分121。使用两个螺栓124将独立的衬垫122紧固于固定连接部分121。由于独立衬垫的固定孔126是细长的，因此可以可位移的方式固定这些独立衬垫。使用调整螺栓125，可沿从前面到后面的方向布置后衬垫122，如沿自行车的行驶方向可看到的。在衬垫的下侧上布置有具有两个平行直边的开口123。这些开口123由于自行车的后轮轴51的布置。由于这些开口朝向下侧开口，因此例如通过抬起自行车可简单地移除所述轮子。如果这是具有很重后轮的自行车的话是尤为有利的(在自行车的后毂中装有马达的情况下，从而后轮较重)。
框图(图9)示出了用于例如图1的自行车的电力系统。位于该系统中心处的是动力管理单元(PMU)121。该动力管理单元包括如上所述的电池组管理系统。PMU121与电池组122相连接以便于为其充电和从其中获取电流。可看到的是，两串电池组可被独立地充电或放电。在每个电池组串中还布置有温度传感器133。马达管理单元123也与PMU相连接。前灯127和后灯128还通过电源线与PMU相连接。可被布置于把手上的操作端子126同样与PMU相连接。被布置在自行车上车架主管顶部处的连接器单元11中的电源连接器124与PMU相连接并用于将变压器单元125连接于PMU。例如来自于普通交流电源131的能量用于为电池组充电。外部电脑130也可与自行车的电力系统相连接。为此例如使用电脑的RS232连接。转换单元129提供将自行车的单线数据总线连接转换为RS232电脑输入。可使用来自于自行车的电池组的电力供应为转换器129供电。
电脑130可从存在于自行车的例如MMU、PMU或BMS中的所有存储器中读出数据。电脑还可用于改编这些模块的程序代码。因此可在一个程序中改变例如电动机的辅助推进与骑手的踏蹬力量之间的百分比。使用电脑可进一步执行电力系统上的任意校准。还可由电脑监控自行车的数据总线上的数据流通量。
图10更详细地示出了PMU121的操作。位于其中心处的是控制单元140。控制单元140接收来自于电池组144的有关于温度T和电压V的测量。控制单元140从电流测量单元145中接收与充电电流有关的数据。为了安全的目的提供了保险丝31，所述保险丝31被布置在电池组的主电流线中。所述保险丝位于电线中。电池组与保险丝之间的部分被谨慎绝缘。可选择地，保险丝后面的绝缘可较弱。另外，布置有用于检测电池组充电的模块154。由控制单元140驱动的继电器153用于启动和完成充电。控制单元140将数据140传递到操作终端。通过信号147由控制单元驱动的另一个继电器146在马达管理单元上接通。实测电压148被指示和馈送到控制单元140。控制单元140还通过脉冲宽度调制供应6伏的电源149以用于自行车的照明。该电源装有用于保护其的安全装置155。为了上述目的，PMU121装有连接器142、150、151、152。
BMS控制电池组的充电和放电。下面将描述具体情况下由BMS执行的步骤。
在电池组的第一次充电期间，BMS检测充电器是否连接。对于dV/dt或dT/dt的确定值(所述数值是根据电池组的具体规格预定的)来说，BMS打开开关以便于终止电池组的充电。如果达到了设定的dV/dt、dT/dt和/或电池组的最大温度时将终止正常的充电程序。在充电之后，BMS的电荷仪表将被设定为100％。
当自行车未被使用时，电池组可通过自放电或通过连接于电池组的耗电单元(诸如BMS本身或把手上所连接的操作终端)而放电。BMS从预定自放电信息、电池组的测得温度以及有关于耗电单元的信息中计算电池组的电荷。如果电池组的充电状态落到70％以下时，BMS再次将继电器切换为充电器以便于再充电。BMS将使用Ah-计数器保持充电程序的轨迹。当电荷量达到最大电池组电荷的95％时将停止电池组的充电。这意味着尽管自行车的骑手将在操作终端上看到100％的电荷，但是从不会将电池组充电至完全100％。为了增加其使用寿命电池组不会完全被充电至100％。
在自行车被使用的情况下，BMS将测量电池组的温度。根据该测量BMS计算那个时刻电池组的最大放电电流并且将结果传递到MMU。在骑行过程中电池组将被放电。使用Ah-计数器，BMS测量任何时刻电池组中电荷的电流量。如果电池组电荷掉落到最大值的10％以下时，BMS将向MMU传递有关于最大电流必须受限的信息。在低于5％的电荷下，BMS将向MMU传递有关于马达必须被切断的信息，并且从电池组向马达中供应的电力将通过打开继电器开关而实际上被停止。在电池组被充电的情况中，BMS将检测充电器已连接。如果电池组电荷低于最大值的70％的话，将为电池充电，在充电期间通过Ah-计数器确定电池组的电荷。当电池组的电荷大于95％时BMS将停止充电。
在其中自行车在已达到上述指定限定值时被使用的情况下，BMS将为MNU产生必须切断马达的信号。如果BMS已测量出电池组电荷在5％以上(而事实上已低于5％)的话，可出现这样的情况两排电池之间的电压差太大(不平衡)；电池组的温度太高或太低；或电池组故障。在BMS确定电荷计不再正确的时候，或者在两串电池组不平衡的时候，BMS将使电池组均衡。如果环境温度导致电池组的温度太高或太低的话，只要这种状态持续着，BMS将不允许使用电池组。如果BMS确定电池组故障的话，将通过操作终端上显示的错误信息将这种情况传递给骑手。在这情况下辅助推进不再操作。
为了实现电池串之间的适当平衡或再校准电荷计，也可出现必须使得电池组均衡的情况。开始均等化的三个标准是(1)在没有均等化的情况下电池组已被充电20次、(2)在系统的正常操作期间BMS已测量出两串电池组之间的太大的电压差、(3)在正常操作期间已达到了最小电压值。用于使得电池组均等化的方法是在电压或温度已达到(预定值)dV/dt、dT/dt之前不执行足够长时间的正常充电周期。如果电池组(过冷或)过热的话，在实现充足电之前将停止充电，并且在温度达到可接收值时将再次开始充电。如果电池组过冷的话，将不开始充电。在均等循环之后BMS的电荷计将设为100％。电池组的额定容量用于确定充电状态。然而在使用一段时期之后在电池组的“老化”的影响下，实际容量将低于额定容量。必须再校准BMS的容量以防止由于该较小实际容量而导致电池组过多地放电。如下所述执行所述再校准。在已达到最小电压后，BMS保留所执行的均等化循环的数量。BMS从中推断当(接连着)发生了三次均等化循环时实际电池组容量已降低了。然后BMS将减小5％的预定容量。当BMS已将电池组的实际容量减小至低于原始额定容量的70％时可更换电池组。这将通过操作终端的显示屏中的错误信息指示出来。
连接器170(图11)与连接器150(图10)相连接。该连接器由三条电线构成，一条+24伏、一条0伏接地线以及一条用于数据总线的电线。所述数据总线电线与直接连接于控制单元160的通信模块161相连接。用于测量自行车的骑手的肌驱动力的测量装置162也连接于控制单元160。根据来自于通信装置161和测量装置162的数据，控制装置确定必须由马达供应多少电力。为此控制装置160还从无电刷三相马达166的三个霍尔传感器中接收数据。还提供了连接于控制装置160的电流测量装置167和桥驱动装置163。桥驱动装置163驱动包含六个MOS-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管的所谓的H-桥。每个FET(场效应晶体管)都是N-FET(场效应晶体管)并且可被独立驱动以使得可实现最佳骑行舒适性。H-桥164与无电刷三相马达166相连接。
如果自行车与位于自行车修理厂商或经销商处的电脑相连接的话，后者将使用一种方法在自行车上执行维护。为此他使用具有多种可能性的软件程序(图12)。在步骤198中在电脑程序的主显示屏198中显示了经销商可选择的三种选项。选项1-“已准备骑行和运输”指点经销商步骤171，其中在显示屏上显示出自行车必须被连接于电脑，并且它将执行该步骤。在将自行车连接于电脑之后，172中的程序将要求输入例如自行车车主的邮政编码和住宅号码。然后在步骤173显示屏显示出诸如“邮政编码和住宅号码”、“销售日期”以及“电池组的总消耗容量”等数据。该数据可由软件校对或从安装于自行车中的电子仪器中读出。在数据“累积电池组使用”的情况中，计算机将通过数据总线寻求与PMU的接触，所述PMU将该数据供应到电脑。在以下步骤174中输入“车主的姓名”，之后可打印保证书并在步骤175中选择性地传真。之后在步骤176发出已成功执行所述程序的信息，并且经销商返回到主菜单。
从主菜单198中，第二个选项为“中途停车、故障和修理”选项。这里在步骤177中在显示屏上显示出必须将自行车连接于电脑。然后在步骤178中电脑执行测试，包括与PMU、MMU以及操作终端相关的自测试。然后在步骤197中显示出是否已发现故障，并且显示来自于自行车中的诸如“车主的邮政编码和住宅号码”、“公里数”以及“累积电池组使用”等数据。然后在步骤180中显示出合理的行为，诸如“更换操作终端”、“增加操作终端”或“更换电池组”。由于操作终端可装有专用密码，在没有专用密码的情况下自行车的电子仪器将不操作，因此在自行车中储存正确操作电子的正确数据是重要的。如果自行车必须使用多个操作终端的话，可将辅助数据编制到自行车中。在步骤181中现有操作终端现在被布置在自行车上并且指示出将在该自行车上停止使用该操作终端。除步骤181之外，经销商返回到步骤180，之后可选择“增加操作终端”选项。在步骤186中第二控制显示装置与自行车的数据总线相连接并且指示出可增加该操作终端。在步骤186之后经销商返回到步骤180，在步骤180他可选择“更换电池组”选项。如果经销商选择“更换电池组”选项的话，在步骤188中将现有电池组的数据存入到PC中。例如在这里显示出进展指示或信息“请等候”。然后在步骤189中电脑屏幕显示可更换电池组，之后可单击“继续”。为新电池组的数据改编电池组管理系统或与电池组一起更换电池组管理系统。
从主菜单198中打开另一个选项，所述选项为“自行车推进软件和设定”。在步骤182中电脑屏幕显示出必须将自行车连接于电脑。在将自行车连接于电脑之后，经销商可从步骤183中的三个菜单选项中进行选择。在选择第一菜单选项“修改自行车车主数据”之后，可在步骤184中输入与自行车车主有关的新数据。在步骤185中，该数据被储存在自行车中并且选择性地被储存在电脑上的文档中。然后将在电脑屏幕上显示步骤183的选项菜单。菜单中的第二选项为“读出软件版本自行车推进”。在选择了该菜单选项之后在步骤187中在电脑屏幕中显示出自行车推进的软件版本。然后在步骤183中经销商返回到菜单，其中第三选项是“在自行车中存入新软件自行车推进”。在选择了该菜单选项之后，在步骤190中选择新软件版本并将其下载到自行车中。新软件版本例如可顾及到体力与马达推力之间的不同比率，或顾及到诸如以上已描述的心率或风速等不同参数。
如果自行车的数据总线与电脑相连接并且电脑软件被设置于主菜单中的话，可使用另一个选项。这是用于显示自行车数据的选项。在步骤192中可指定自行车的一个部分。如果例如指定部分“消费者卡”的话，在随后的步骤194中示出了与自行车和车主有关的数据。这里还可设想“邮政编码”、“住宅号码”、和“公里数”或“累积电池组使用”。在步骤194中也可返回到192。如果在192中指定操作终端的话，在步骤195中示出了开始使用操作终端的数据。步骤195还允许单击鼠标返回到步骤192。如果在步骤192单击电池组的话，在步骤196中示出了诸如直到那个时刻的“累积电池组使用”等电池组的数据。在选择返回到步骤192之后，在192中例如仍可选择马达，之后在步骤197中在电脑屏幕上显示有关于马达管理系统中的马达类型或软件版本的数据。然后可单击返回到步骤192。最后，在该实施例中，具有从主菜单191中退出程序的选项，之后在步骤193(“真的想退出程序吗”)中，可选择“YES(是)”或“NO，RETURN TO MAIN MENU(否，返回到主菜单)”。
权利要求
1.自行车，包括-车架，-以可转动的方式通过轮轴安装于车架上的一个或多个轮子，-用于完全或部分地借助于人力通过传动装置驱动轮子的驱动装置，-其特征在于，电源和/或驱动装置的辅助推进形成部分以尽可能从外部看不到的方式被安装在自行车中或自行车上。
2.如权利要求1中所述的自行车，其特征在于，电池组被安装在车架的主管中。
3.如权利要求2中所述的自行车，其特征在于，用于为电池组充电的所述第一控制装置被安装在车架中。
4.如权利要求3中所述的自行车，其特征在于，第一控制装置与电池组和用于封闭主管的封闭元件一起被安装在车架中。
5.如权利要求2、3或4中所述的自行车，其特征在于，所述第一控制装置还适合于控制电池组的放电。
6.如前述权利要求中的任意一项所述的自行车，装有用于为电池组充电的外部第一充电装置，所述外部第一充电装置可与电池组和/或控制装置相连接。
7.如权利要求6中所述的自行车，装有第二充电装置，所述第二充电装置具有易于被骑手携带的尺寸和重量。
8.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，其特征在于，辅助推进包括电毂马达。
9.如权利要求8中所述的自行车，其特征在于，电毂马达装有具有两个或多个齿轮的变速装置，所述变速装置最好包括一个或多个行星齿轮系统。
10.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，设有在其中安装有电毂马达的位于轮轴中的槽，所述槽至少从电毂马达延伸到车架以便于从毂马达向车架的内部直通电线。
11.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，装有用于在低于电池组的电压(例如用于照明电压的6伏电压)下向电力部分供应电力的脉冲宽度调制装置。
12.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，装有用于测量骑手肌肉驱动力的测量装置，以及用于依据所测得的骑手体力控制辅助推进力的第二控制装置。
13.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，装有与测量装置、第一控制装置、第二控制装置、数据输入装置和/或数据输出装置相连接的数据总线。
14.如权利要求13中所述的自行车，装有用于连接外部电脑和/或服务终端的连接器，以便于维修。
15.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，包括用于阻滞/解除阻滞驱动装置和自行车的其他功能的可释放和/或无线操作终端。
16.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，其特征在于，所述电池组包括两个或多个部分，所述部分例如都适用于6或12伏的电压，所述部分以并联和串联两种方式相互连接，因此可并联地进行充电同时可以串联连接的方式进行辅助推进的电源供应。
17.如权利要求8-16中的一项或多项所述的自行车，还包括用于从马达切换为发电机的切换装置。
18.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，还包括通过轮轴中的槽的导线贯穿进给。
19.如权利要求18中所述的自行车，其特征在于，在轮轴的装配状态中所述槽位于轮轴的下侧上并且可穿过电线供给的电线被引导出毂和车架之间的轮轴。
20.如权利要求11中所述的自行车，其特征在于，脉冲宽度调制装置将约24伏的电压转换为约6伏的电压。
21.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，其特征在于，所述电池组包括相同电压的两个或多个部分。
22.具有用于与数据总线相连接的软件的电脑，所述电脑用于从权利要求1-21中所述的自行车的数据总线中传输数据和/或向所述数据总线中传输数据。
23.如权利要求22中所述的电脑，还装有用于更新和修正权利要求1-21中所述的自行车的控制装置和/或测量装置软件的软件。
24.用于使用辅助马达推进自行车的一种方法，所述方法包括以下步骤-测量骑手的踏蹬力，-为了从马达供应一定量的推进力而控制马达，所述推进力的量是骑手的踏蹬力的百分比。
25.如权利要求24中所述的方法，还包括根据诸如骑手的身体状态和/或天气条件等外界因素控制从马达供应的动力的步骤。
26.如权利要求24或25中所述的方法，适用于权利要求1-21中一项或多项所述的装置。
27.用于将管折叠成两部分的管枢转装置，所述管枢转装置包括-第一管部分中的两个第一挂钩装置，用于钩在第二管部分中的与第一挂钩装置协作的两个第二挂钩装置中，-可解除的固定装置，用于强行把弹簧装置与第一和第二挂钩装置合成一体，并且-其中，在闭合的状态中，挂钩装置与可解除的固定装置以从外部看不到的方式被布置在管中。
28.如权利要求27中所述的管枢转装置，包括用于操纵所述固定装置的操作装置。
29.如权利要求27或28中所述的管枢转装置，还包括至少一个铰链，所述铰链包括用于使得管枢转装置转动的铰链销。
30.如权利要求27、28或29中所述的管枢转装置，还包括用于推动分开第一和第二挂钩装置的弹簧装置。
31.如权利要求27-30中所述的管枢转装置，其特征在于，所述弹簧装置为螺旋弹簧，以便于当所述固定装置被放松时推动分开铰链销、弹簧装置和挂钩装置，并且当所述固定装置被固定时固定装置强行将挂钩装置和弹簧合为一体。
32.如权利要求27-31中的一项或多项所述的管枢转装置，还包括用于支撑自行车车架的支持轮。
33.如权利要求1-21中的一项或多项所述的自行车，包括如权利要求27-32中的一项或多项所述的管枢转装置。
34.包括至少两个轮子的折叠自行车和包括如权利要求27-32中的一项或多项所述的管枢转装置的车架。
35.如权利要求34中所述的折叠自行车，还包括用于支撑折叠状态下的自行车的支持轮，所述支持轮被安装在车架上。
36.用于使用权利要求22或23所述的电脑在如权利要求1-21中的一项或多项所述的自行车上执行维修的方法，包括以下步骤从自行车中向电脑中传输数据，分析所述数据并根据分析结果执行维修。
37.如权利要求36中所述的方法，其特征在于，所述维修包括更换电池组。
38.如权利要求36中所述的方法，其特征在于，所述维修包括修改自行车的储存装置中的数据。
39.轮轴安装装置，包括-固定地安装在车架上的第一部分；以及-可被安装在第一部分上以便于相对于自行车从前面到后面位移的第二部分。
40.如权利要求39中所述的轮轴安装装置，其特征在于，所述第一部分具有至少一个用于接收第二部分的平侧，并且第二部分具有至少一个用于接收第一部分的平侧。
41.如权利要求1-21中的一项或多项所述的自行车，包括如权利要求39或40中所述的轮轴安装装置。
42.用于机械地或电力地驱动连接于鞍座的构成部分的驱动装置。
43.如权利要求42中所述的驱动装置，包括-用于阻滞鞍座的阻滞装置，-用于放松鞍座的操作装置，以及用于向上推动鞍座的弹簧。
44.如权利要求42中所述的驱动装置，包括-用于驱动的电动机，-用于切换电动机的操作装置。
45.如权利要求1-21中的一项或多项所述的自行车，包括如权利要求42、43或44中所述的驱动装置。
46.如前述权利要求中的一项或多项所述的自行车，其特征在于，所述电池组包括由薄塑料主体密封的多个元件。
全文摘要
本发明涉及一种自行车，包括车架、以可转动的方式通过轮轴安装于车架上的一个或多个轮子、用于完全或部分地借助于人力通过传输装置驱动轮子的驱动装置，其特征在于，电源和/或驱动装置的辅助推进形成部分以尽可能从外部不可视的方式被安装在自行车中或自行车上。
文档编号B62H5/20GK1575240SQ02820886
公开日2005年2月2日 申请日期2002年9月13日 优先权日2001年9月13日
发明者鲍德韦恩·里普, 文森特·F·J·范伊尔德 申请人:斯巴达公司