电动自行车模块化动力传动系统 |
|||||||
申请号 | CN201510547485.0 | 申请日 | 2015-08-31 | 公开(公告)号 | CN105416192A | 公开(公告)日 | 2016-03-23 |
申请人 | 福特全球技术公司; | 发明人 | 苏蒂托·艾希; 戴维·梅尔彻; 扎卡里·大卫·纳尔逊; 克里斯多夫·佩普林; 贾梅尔·西格雷夫; | ||||
摘要 | 一种车辆的驱动单元,包括驱动单元轴。该驱动单元轴沿着轴线延伸以将该驱动单元连接到该车辆。该驱动单元进一步包括一个或多个 车轮 总成。车轮总成中的每一个具有 轮毂 ,其由沿着轴线的轴可移除地 支撑 。至少一个车轮总成包括围绕轮毂旋转的车轮以及连接到车轮以围绕轮毂旋转车轮的 马 达。 | ||||||
权利要求 | 1.一种车辆的驱动单元,所述驱动单元包含: |
||||||
说明书全文 | 电动自行车模块化动力传动系统背景技术[0001] 动力传动系统对于当今的电动车辆的费用仍是主要的贡献者。与传统的内燃发动机动力传动系统相比,与电动动力传动系统相关联的蓄电池和马达显著地增加了成本。同样,当提到效率时,电动动力传动系统典型地具有许多取舍。优化电动车辆用于以公路速度提高效率导致低速行驶的较低效率。优化用于低速的车辆在公路上没有好的表现。同样地,仍然存在对于可以适合于它们的运行条件的电动动力传动系统的需求。 [0002] 此外,多式联运系统可以包括用于行程的第一部分的车辆以及用于行程的第二部分行电力辅助自行车。举例来说,用户可以在车辆中运输电力辅助自行车以便用车辆完成行程的第一部分之后,电力辅助自行车可以从车辆上移除并用来进行行程的第二部分。然而,在车辆中运输电力辅助自行车可能造成在车辆中的包装限制,特别是在相对小的车辆的情况下。同样地,仍然存在对于降低与多式联运系统相关联的包装限制的机遇。附图说明 [0004] 图2为包括具有多个车轮总成的驱动单元的车辆的透视图; [0005] 图3为电动车辆的驱动单元的分解视图; [0006] 图4为用于车轮总成中的一个的驱动系统的框图; [0007] 图5为包括用于连接到车轮总成的自行车轴的自行车的透视图; [0008] 图6为车轮总成中的一个的第一侧部的透视图; [0009] 图7为图6的车轮总成的第二侧部的透视图; 具体实施方式[0012] 参考附图,其中相同的附图标记在多个附图中指代相同的部件,总体示出多式联运系统10。多式联运系统10包括用于连接车辆11、自行车100、以及多个车轮总成50的驱动单元20。该驱动单元20具有沿着轴线A1延伸的驱动单元轴30以及自行车100具有自行车轴110。多个车轮总成50的每个包括轮毂70,该轮毂70由沿着轴线A1的驱动单元轴30可移除地支撑。多个车轮总成50中的一个车轮总成500包括围绕轮毂70可旋转的车轮52以及围绕轮毂70驱动车轮52的马达64。这一个车轮总成50的轮毂70限定适于安装在驱动单元轴30上以及可选择地安装在自行车轴110上的开口78。 [0013] 多式联运系统10允许在车辆11和自行车100之间共享一个车轮总成500。因为其不需要具有自行车100的专用车轮总成500,所以其具有降低了多式联运系统10的成本的益处。作为替代,当车辆11正运输自行车100时,这一个车轮总成500可以在车辆11上使用。当到达目的地时,这一个车轮总成500可以从车辆11上移除并安装在自行车100上。由于这一个车轮总成500将在这个行程阶段期间安装在车辆11上,所以其具有在运输过程中自行车100将占用车辆11中的较小空间的益处。 [0014] 参考图1,当车辆11正在运输自行车100时,多式联运系统10的多个车轮总成50可以安装在车辆11的驱动单元20上。如图1和5所示,一旦抵达目的地,这一个车轮总成500可以从驱动单元20上移除,并安装在自行车轴110上。这允许在车辆11和自行车100之间共享车轮总成500。 [0016] 自行车100可以为任何适当的类型。作为对自行车100的选择,多式联运系统10可以包括三轮车、小型摩托车、助动车、独轮车、全地形车辆等。在这样的构造中,三轮车、小型摩托车、助动车、独轮车、全地形车辆等可以包括用于承接车轮总成500的自行车轴110。 [0017] 附接到车辆11的驱动单元20的数量和位置也不受限制。举例来说,如图1和2中所示,车辆11可以具有两个驱动单元20,分别在右后角13和左后角15中。然而,在车辆的左前角17和右前角(未示出)中,也可以设置该驱动单元20。仅仅一个驱动单元20可以用于车辆11上。作为另一示例,四个驱动单元20可以用于车辆11的四个角上。也就是说,车辆11的一个或多个车轮可以由驱动单元20替换。 [0018] 自行车100可以包括任何适当数量的自行车轴110。举例来说,自行车100在前轮支撑位置104处可以具有自行车轴110。作为另一示例,自行车100可以具有位于前车轮支撑位置104和后车轮支撑位置106二者处的自行车轴110。 [0019] 仍参考图1,车辆11可以包括千斤顶12。该千斤顶12将车辆11的全部或一部分抬升以允许从驱动单元20移除车轮总成50或向驱动单元20附接车轮总成50。可以使用集成的或外部的千斤顶12。该千斤顶可以为例如通过马达(未示出)的使用而自动驱动的或可以为例如通过驾驶员手动操作的杠杆(未示出)的使用而人工驱动的。 [0020] 如图1-3所示,驱动单元20包括驱动单元轴30、可移除地支撑在驱动单元轴30上的多个车轮总成50以及附接到驱动单元轴30的锁紧盖90。图1-3中所示的示例性驱动单元20包括四个车轮总成50。然而,车轮总成50的数量并非固定的。驱动单元20可以被设计为根据特定车辆11的预先考虑的需要包括更多或更少的车轮总成50。 [0021] 驱动单元轴30具有近端42和远端44。驱动单元轴30包括在近端42用于连接到车辆11的底座部分32以及沿着轴线A1从底座部分32延伸的车轴部分36。该车轴部分36具有连接到底座32的近端46以及远端48。该驱动单元轴30连接到车辆11并在近端 42和远端44之间支撑多个车轮总成50。该锁紧盖90连接到驱动单元轴30的远端44。 [0022] 如图5所示,自行车具有车架102。自行车轴110安装在车架上,并沿着轴线A2延伸以支撑车轮总成500。该车轮总成500包括轮毂70,其形成用于将车轮总成500安装到自行车轴110上的开口78。安装盖190还可以被安装在自行车轴110上。 [0023] 可以准备将车轮总成50的轮毂70在驱动单元轴30上对齐。 [0024] 该驱动单元轴30包括对齐部件38。每个车轮总成500、502、504、506的轮毂70限定与对齐部件38接合的开口78,对齐部件38用于将轮毂70在驱动单元轴30上对齐。 [0025] 如图3中所示,对齐部件38形成于车轴部分36上。该车轴部分36沿着轴线A1从驱动单元轴30的底座部分32延伸。车轴部分36在形状上为半圆柱形,以及对齐部件38在车轴部分36的侧部上形成为一平整表面。车轴部分36的近端46被附接到底座部分32。车轴部分36的远端48包括附接部分40,其用于将锁紧盖90附接到驱动单元轴30。当车轮总成500、502、504、506安装在驱动单元轴30的车轴部分36上时,对齐部件38将车轮总成500、502、504、506对齐。其他的形状可以用于支撑并对齐该车轮总成500、502、504、506的车轴部分36和对齐部件38。 [0026] 除了第一车轮总成500以外,多个车轮总成50的第二车轮总成502可以包括围绕轮毂70可旋转的车轮52以及连接到车轮52的马达64。这一个车轮总成500的马达64和第二车轮总成502的马达64可以为独立可操作的。如下所述,这一个车轮总成500和第二车轮总成502中的每一个可以具有控制系统60。这一个车轮总成500和第二车轮总成502中的每个的控制系统60可以控制各自的这一个车轮总成500和第二车轮总成502中的每个中的马达64。 [0027] 机动化的车轮总成500、502、504、506的数量不受限制。除了这一个车轮总成500,其他车轮总成502、504、506中的一个或全部可以包括围绕轮毂70驱动车轮52的马达64。车轮总成500、502、504、506中的每个的马达64可以为独立可操作的。在如图3所示的示例性的驱动单元20中,车轮总成500、502、504、506中的每个包括驱动系统60并且被机动化。 [0028] 如图4所示,驱动系统60包括电连接器74、174,其用于将车轮总成500、502、504、506电连接到驱动单元轴30并相互连接。该驱动系统60进一步包括围绕轮毂70旋转车轮 52的马达64、与马达64连通的控制单元62、以及与马达64连通的蓄电池66。 [0029] 马达64可以为电动马达。 [0030] 蓄电池66可以为锂电池,其与马达64连通。 [0031] 这一个车轮总成500包括与马达64连通的控制单元62。如图3和4中所示,每个车轮总成500、502、504、506的驱动系统60包括控制单元62。 [0033] 控制单元62可以被编程为从车辆11接收针对车轮总成500、502、504、506的运行的指令和/或从自行车100接收针对车轮总成500的运行的指令。举例来说,控制单元62可以从车辆11接收指令从而以特定的速度驱动马达64,并向车轮总成500、502、504、506的马达64提供相应的输出。 [0034] 控制单元62可以使用通常的通信协议以从车辆10接收指令并从自行车100接收指令。通常的通信协议可以为任何适当的类型,例如,标准协议、为电驱动传动应用特别开发的定制协议、或任何其他适当的协议。作为另一示例,控制单元62可以使用一个适当类型的通信协议以从车辆10接收指令以及另一适当类型的通信协议以从自行车接收指令。 [0035] 一个车轮总成500包括向马达64供应电力的蓄电池66。如图3和4所示以及以上讨论的,车轮总成500、502、504、506中的每个包括带有蓄电池的驱动系统60。 [0036] 这一个车轮总成500可以被编程为当附接到驱动单元轴30上时,从车辆11接收指令以及当被附接到自行车轴110上时,自主地运行。 [0037] 举例来说,控制单元62可以被编程为确定这一个车轮总成500是否被安装到车辆11的驱动单元20上,以及进一步确定这一个车轮总成500是否被安装到自行车轴110上。 控制单元62可以根据来自车辆11的指令存在与否来作出这个决策。根据这个决策,控制单元62可以在从车辆11中采集指令的从属模式,以及向自行车100提供驱动辅助的自主模式之间进行切换。 [0038] 作为另一示例,以及参考附图3和5,控制单元62可以被编程为检测在驱动单元轴30上的电连接器34以及自行车轴110上的电连接器120的构造的区别。 [0039] 驱动单元轴30包括电连接器34以及多个车轮总成50的每个的轮毂70包括连接到驱动单元轴30的电连接器34的电连接器74、174。 [0040] 如图3中所示,底座部分32包括电连接器34。如进一步在图3中所示,电连接器34可以为在围绕车轴部分36的位置处从底座部分32延伸的多个插脚的形式。 [0041] 电连接器34还可以采用许多其他的形式。举例来说,电连接器34可以为具有交替传导及非传导部分的导电条,或多个金属板件,或通常用于汽车工业的其他形式的连接器。电连接器34可以用来在车辆11和车轮总成50之间传送数据。电连接器34还可以用来在车辆11和车轮总成50之间提供电力连接。 [0042] 车轮总成50被配置为通过轮毂70附接到驱动单元轴30。参考图3,轮毂70限定与对齐部件38接合的开口78,对齐部件用于将轮毂70在驱动单元轴30上对齐。以这样的方式,轮毂70在固定的方向上由车轴部分36支撑。轮毂70还包括电连接器74、174。轮毂70上的电连接器74被配置为当车轮总成506被安装到驱动单元20上时,与驱动单元轴30上的电连接器34配合。 [0043] 如图5所示,以相似的方式,自行车轴110具有底座112,用于将自行车轴110连接到自行车车架102。底座112可以具有电连接器120,以及该电连接器120可以为从底座部分112延伸的多个插脚的形式。该自行车轴110还包括具有对齐部件116的车轴部分114。 [0044] 车轮总成500以与上述关于驱动单元轴30相似的方式安装在自行车轴110上。轮毂70限定与对齐部件116接合的开口78,对齐部件116用于轮毂70在自行车轴110上对齐。以这个方式,轮毂70在固定的方向上通过车轴部分114支撑。轮毂70上的电连接器74被配置为在自行车轴上与电连接器120配合。 [0045] 以这样的方式,预先在车辆11上使用的车轮总成500可以被附接到自行车100并向自行车100提供驱动辅助。 [0046] 接下来,用于车轮总成500、502、504、506和车辆11的电力地相互连接的示例性连接系统将被示出。 [0047] 再次参考图3,驱动单元轴30具有用于连接车辆11的近端42和远离近端42隔开的远端44。近端42包括电连接器34以及这一个车轮总成506包括连接到驱动单元轴30的电连接器34的电连接器74。 [0048] 进一步如图3、6和7所示,多个车轮总成50的第二车轮总成504包括围绕轮毂70可旋转的车轮52、连接到车轮52的马达64以及连接到这一个车轮总成506的电连接器74、174的电连接器74、174。 [0049] 车轮总成500、502、504、506被配置为支持车轮总成500、502、504、506彼此之间的相互连接性以及与车辆11的相互连接性。如图6和7所示,车轮总成500、502、504、506具有第一侧部51和第二侧部53。举例来说,当安装在驱动单元轴30上时,车轮总成500、502、504、506的第一侧部51可以背对车辆11的方向。如图6所示,车轮总成500、502、504、506的第一侧部51包括电连接器174。电连接器174可以为从轮毂70延伸的多个插脚的形式。 [0050] 当安装在驱动单元轴30上时,车轮总成500、502、504、506的第二侧部53可以面向车辆11。如图7所示,车轮总成500、502、504、506的第二侧部53包括电连接件74。当该车轮总成50支撑在驱动单元轴30上时,该电连接器74可以为被定位为与电连接器174的插脚连接的多种金属板的形式。 [0051] 要注意的是车轮总成500、502、504、506的电连接器74和电连接器174可以为独立的电连接器。作为一种选择,电连接器74和电连接器174可以相互连接,以使电连接器74上的连接点直接连接到电连接器174上的连接点。 [0052] 当车轮总成500、502、504以及506安装在驱动单元轴30上时,驱动单元轴30上的电连接器34,车轮总成500、502、504以及506上的电连接器74、174以菊花链方式连接。举例来说,再次参考图3,当第一车轮总成506安装在具有向内面向车辆的第二侧部53的驱动单元轴30上时,第一车轮总成506的电连接件74将与驱动单元轴30的电连接件34连接。 [0053] 此外,在第一车轮总成506已经被安装后,当第二车轮总成504与向内朝向车辆的第二侧部53安装在一起时,第二车轮总成504的电连接件74将与第一车轮总成的电连接件174连接在一起。相似地,附加的车轮总成502、500可以被安装在驱动单元轴30上,该电连接件74、174与相邻的车轮总成504、502的电连接件74、174连接在一起。以这样的方式,电连接件可以在驱动单元轴30以及车轮总成500、502、504、506中的每一个之间建立,以及车轮总成500、502、504、506中的每一个可以相互电连接。 [0054] 根据以上所述,车轮总成500、502、504、506中的每一个可以独立地从车辆11接收指令。以这种方式,第一车轮总成506的马达64可以独立于第二车轮总成504的马达64操作。 [0055] 此外,一个车轮总成500的蓄电池64可以由车辆11通过驱动单元轴30的电连接件34与这一个车轮总成500的电连接件74之间的连接来充电。当车轮总成500安装在自行车100上时,存储在蓄电池64中的电荷可以用来向车轮总成500提供电力以向自行车100提供驱动辅助。 [0056] 电连接件174和电连接件74为可以用来电连接相邻的车轮驱动模块50的配合的电连接件的仅仅一个示例。许多其他公知类型的电连接件可以被使用以便于在驱动单元20中的车轮总成50之间提供电连接性。 [0057] 举例来说,参考图8和9,驱动单元轴230可以包括外表面232和外表面232处的电连接件234,以及每个车轮总成150的轮毂170可以包括限定承接驱动单元轴230的开口172的内表面。每个车轮总成150的轮毂170可以包括连接到驱动单元轴230的电连接件 234的内表面172处的电连接件180。 [0058] 如图8和9所示的示例中,车轮总成150包括轮毂170,围绕轮毂170旋转的车轮52,以及围绕轮毂170驱动车轮52的驱动系统60。 [0059] 轮毂170具有用于在车轮总成150和驱动单元轴230之间形成电连接的电连接件180。轮毂170的内表面172形成用于接收驱动单元轴230的车轴部分231的开口178。电连接件180位于轮毂170的内表面172处。 [0060] 举例来说,电连接件180可以为位于轮毂170的内表面172处的多个金属接触点以使当车轮总成150安装在轴120上时,电连接在电连接件126和电连接件180之间形成。 [0061] 也可以使用其他形式的连接件,例如形成在轴120上的金属凸起以及具有用于在轮毂170的内表面172上承接该凸起的凹口的金属板。 [0062] 此外,无线通信可以在车辆11和车轮总成500、502、504、506之间使用,在一个车轮总成500、502、504、506和另一个车轮总成500、502、504、506之间使用,以及在自行车100和车轮总成500之间使用。 [0063] 车轮总成500、502、504、506可以设计为具有不同的性能特征以及还具有不同的轴向宽度。以这样的方式,不同的车轮总成500、502、504、506可以被选择为将驱动单元20的性能优化为具体的运行条件。 [0064] 再次参考图3和4,这一个车轮总成506的马达64可以具有比第二车轮总成504的马达64更高的驱动能力。 [0065] 更普遍地,车轮总成500、502、504、506可以具有不同的驱动能力。该驱动能力将至少部分地取决于马达64的额定功率。 [0066] 举例来说,一个车轮总成500可以包括300瓦特马达,以及第二车轮模块50可以包括引发更高驱动能力的600瓦特马达。 [0067] 举例来说,不同的车轮总成50还可以包括具有不同存储能力的蓄电池66。以这样的方式,驱动单元20可以通过选择车轮驱动总成50的适当的组合来适于不同的要求(公路驱动、本地驱动、牵引小船、扩展的范围等) [0068] 此外,沿着轴线的一个车轮总成506的宽度可以大于沿着轴线的第二车轮总成504的宽度。为了容纳不同尺寸的马达或不同尺寸的蓄电池,不同版本的车轮总成50还可以被设计为具有不同的轴向宽度。举例来说,车轮总成50可以被设计为具有用于较小马达和/或蓄电池的一个轴向宽度,或容纳较大马达64和/或蓄电池66的另一较大轴向宽度。 [0069] 每个驱动单元20和自行车100可以包括锁紧盖90、190。 [0070] 图3的示例性驱动单元20包括锁紧盖90。驱动单元轴30具有近端42以及远端44。车轮总成500、502、504、506支撑在近端42和远端44之间。锁紧盖90被连接到远端 44上的驱动单元轴30。该锁紧盖90具有用于将锁紧盖90附接到驱动单元轴30上的螺柱 92。螺柱92与车轴部分36的远端44的附接部分40接合以便于将锁紧盖90附接到驱动单元轴30上。 [0071] 举例来说,接合部分40和螺柱92可以被穿过以相互之间以螺纹接合。作为一种选择,接合部分40以及螺柱92可以以任何适当的方式相互接合。举例来说,驱动单元轴30可以包括接合部分40,其以快速释放方式承接螺柱92。 [0072] 相似地并参考图5,自行车轴110具有用于连接到自行车100的车架102的近端119,以及远端121。该自行车轴110在远端121处具有接合部分122。 [0073] 车轮总成500支撑在自行车轴110的近端119和远端121之间。锁紧盖190可以被附接到自行车轴110的远端121。如图5中所示,锁紧盖190具有用于将锁紧盖190附接到自行车轴110上的螺柱192。螺柱192与自行车轴110的远端121的接合部分122接合以便将锁紧盖190附接到自行车轴110上。 [0074] 接合部分122和螺柱192可以被穿过以相互之间以螺纹接合。作为一种选择,接合部分122以及螺柱192可以以任何适当的方式相互接合。举例来说,驱动单元轴30可以包括接合部分122,其以快速释放的方式承接螺柱192。 |