CN106414152A - 具有可控发电机的电动车辆 - Google Patents

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杰斯珀·阿兰·汉森
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Abstract

本发明涉及一种驱动***，其中由电动机替换了典型的链条动力传动***，并且其中该电动机由发电机提供动力，并且其中该发电机通过传动机构来连接至动态自然动力源，该动态自然动力源例如是，但不局限于，生物驱动源，类似于由人类操作自行车踏板。这可以是直接关联的，或者可以在两者之间存在能量存储器件。本发明引入这样一种车辆，其中发电机能够将可控反转矩(或一般而言的反力)增加至传动机构的运行，并且其中在发电机中的能量产生与反转矩相关。

Description

具有可控发电机的电动车辆
本发明涉及一种驱动***，其中由电动机替换了典型的链条动力传动***，并且其中该电动机由发电机提供动力，并且其中该发电机通过传动机构来连接至动态自然动力源，该动态自然动力源例如是，但不局限于，生物驱动源，类似于由人类操作自行车踏板。这可以是直接关联的，或者可以在两者之间存在能量存储器件。本发明引入这样一种车辆，其中发电机能够将可控反转矩(或一般而言的反力)增加至传动机构的运行，并且其中在发电机中的能量产生与反转矩相关。
背景
众所周知的是，人类踩踏板的最优踏板角速度是在60rpm至90rpm的区域中。在踏板中施加的力是高度自然动态的，并且不能被预测，在最低踩踏力与最高踩踏力之间的动态范围可以在1000倍的范围中。
当人类源例如在自行车的踏板上施加转矩时，所得到的能量是受施加力的目的支配，人体生理学和***的构造将能量传递给***。首先是被施加以形成踏板回转的能量或转矩，并且这是以缓慢的速度来改变的，例如当使用者希望以更快或更慢的步调驾驶、并因此在踏板上置以更多或更少的力时。
其次是作为人体解剖学不能够在踏板的整个圆周产生相等转矩的结果的每次踏板回转的低频双波形。最后是与发电机构造相关的高频。本发明描述了控制踏板中的反力的方式，从而适应高品质用户体验并且更有效地收获人体能量，而仍给予驾驶者与驾驶传统链条传动自行车相同的感觉。
众所周知的是，在自行车中引入电动机，尤其是其中它们全部或部分地相互作用以辅助使用者通过常规嵌齿轮及链条***提供动力。这是非常能量有效的传递能量的方式，但是具有的缺点是，需要维护所有的机械零件，齿轮传动是机械的，具有这种情况的所有缺点，例如，许多嵌齿轮等，并且进一步的，许多零件需要呈直线对齐的构造限制。
因此引入了用其他驱动方法代替链条的***，例如在美国申请号2011/266082中披露的“由人类发电驱动的异步有线传动电动踏板车辆(Asynchronous wired-transmission electric pedalling vehicle driven by human generating power)”。在此，该申请披露了具有一种由人类发电驱动的异步有线传动电动踏板车辆，该车辆由人脚驱动并且具有运动效果，并且其特征为，使用人力驱动发电机，并且将由发电机产生的动力用于驱动电机，从而驱动负载。该***进一步披露了被安装在发电机和电机之间的充电/放电装置，其中：充电/放电装置是由可再充电电池、或电容器、或超级电容器构成的。
另一个文件美国专利号7156780披露了一种用于车辆的通过肌肉力量操作的电力驱动***，并且包括脚踏板和与脚踏板机械连接的机械发电机。该驱动***还包括电力传动系和具有发电机的控制程序的电控制***，该驱动***能够产生反力矩或负载力矩(GM)。驱动***还包括用于发电机的起动控制***，在脚踏板处借助于该起动控制***产生静止踏板阻力(TW)和高起动力矩(MA)。当使用在固定训练设备上时，该驱动***包括具有双向转换器的电机操作控制***，发电机还能够借助于其作为电机运行。该***进一步包括电存储装置和超级电容器。
第三个文件美国专利申请号2012/0202649披露了一种无链条电动自行车设计，该无链条电动自行车设计允许骑乘者/使用者踩踏踏板发电机来产生电力传动能源，该电力传动能源为电池充电或者部分地为轮毂电机提供动力、使电池向被包含在这些车轮之一内的轮毂电机放电、允许使用者使用围绕车把定向的控制来设定踏板发电机的所希望的阻力等级、允许使用者使用围绕车把定向的速度控制装置来激活轮毂电机、并且允许使用者通过连接标准110V/220V交流电源来为电池充电。无链条自行车是一种自行车，其中来自骑乘者的输入动力没有被后车轮通过将踏板连接至后车轮的齿轮和链条***转变成输出功率。
本发明涉及一种驱动***，该驱动***用于由发电机和可能的其他能量单元(电池、超级电容器、发电机等)提供动力的电动机驱动的车辆，其中发电机被连接至自然动力源，例如是，但不局限于，生物驱动源，如由人类操作的自行车踏板。自然动力源在此背景下应被理解为任何环境类源，例如风、水流、日光等，或生物源，例如人类/动物驱动的，类似于人类通过连接至自行车的踏板为发电机馈送能量。在更具体的实施例中，本发明涉及与在这三个文件中披露的那些自行车类似的一种自行车，然而，其中反力控制被设计成根据使用者的愿望和/或需要来匹配传统链条嵌齿轮***的驾驶者体验，从而更好地管理驾驶，并且其中避免了机械零件、齿轮传动和构造限制的许多上述缺点。
发明概述
概括地讲，本发明涉及一种装置，该装置以与该装置外部的多个条件相关的动态装置速度运行，并且其中该装置至少部分地由动态源提供动力，该动态源使发电机以发电机速度来运行，其中在该发电机中产生的能量总体上取决于反力并且在更具体的实施例中取决于反转矩，并且其中该发电机是通过取决于发电机角速度和装置速度的输入基准来控制的。
在更具体的实施例中，本发明涉及一种由动态改变的自然源提供动力的车辆，其中在本发明的优选实施例中，这是从自然源通过传动机构(例如一组踏板)传递给发电机的，并且该车辆是自行车。
该发电机优选地通过控制器来优选地连接至电动机，和/或(可能通过控制器)连接至***的进一步的能量源的每一者。由此实现的是，该车辆可以(通过控制器)由发电机提供动力，而不需要进一步的能量源，但是还可以用于对这些能量源充电。
本发明的主要目的是控制踏板速度(或在下文中仅被称为踏板速度)以配合人体，从而对于来自踏板的所经受的改变的反力而言来满足驾驶者需求。踏板速度和发电机角速度(或仅被称为发电机速度)是直接关联的，在于由车辆的驾驶者引起的踏板旋转任选地通过一些机械齿轮传动来产生发电机速度。因此本发明的一个目的是将踏板速度调节成基本上维持在恒定等级下，这是通过改变踏板中的反力来解决的，这例如是当踏板速度降低时减小反转矩，从而易于踩踏，但同样减少所产生的能量，并且相应地，当踏板速度增加时，反转矩增加，从而在发电机中提取更多能量。
因此该目的是补偿影响所收获的动力的改变条件，并且这是通过控制器来解决的，该控制器调整发电机的反力并由此调节在所施加的转矩与所得到的踏板速度之间的关系。
本发明的主要目的是引入一种车辆，该车辆包括通过电动机单独旋转的车轮，用于电动机的能量至少部分地是通过传动机构为发电机提供动力的动态自然动力源，其中该发电机能够将反力添加到传动机构的运行中，并且其中在发电机中的能量产生与反力有关，并且其中该反力是可控的。
以此方式，由踏板作用在驾驶者上的踏板反力主要是由发电机的负载电流来确定的。通过将踏板速度(对应于发电机速度)与目标速度基准R进行对比，则获得了误差信号ε。通过高增益补偿器将这个误差信号放大，从而使该误差信号增加一个因数(例如成百、成千或甚至更多的量级)，从而形成补偿信号。该补偿信号用于控制发电机的负载、和因此的反力，其中该增益确保了快速响应，即使在踏板速度中的小的改变也变成大的补偿信号，并且由此成为反力的快速改变以满足所希望的角速度。这样形成了能够通过控制由发电机施加给踏板的反转矩以高度的精度调节踏板速度的闭环***，而无视施加到踏板上的力，从而实施反力、或反转矩的闭合反馈控制以调节踏板速度，该车辆进一步包括发电机控制器，由所述控制器形成的调节是基于取决于一个或多个用户输入(例如齿轮传动比)的第一输入信号U1。
因为驾驶者自然不能贯穿踏板的整个圆周向踏板施加均匀的力，在一个实施例中，第一输入信号进一步取决于踏板位置并且根据取决于踏板位置的预定曲线来调整。以此方式，在反力中可以抵消在某些踏板位置处的驾驶者力的缺乏。这个曲线可以包括，在驾驶者自然地将为踏板递送较小的力的位置处减小反力。
在具体的电动齿轮传动实施例中，对反力的调节是基于将车辆速度与发电机速度之比保持恒定因数。通过车辆速度和/或踏板位置对目标角速度基准的这种调整给予了来自传统机械驱动的特性，例如多齿轮传动和/或非圆形链条作用。
本发明的益处包括，不需要昂贵的机械转矩测量。通过使用闭环技术，抵消了所有的主要公差，例如发电机阻抗和转矩测量。踏板速度的总控制和因此所有可能的使用者体验实现方式被确保具有车辆驾驶者的驾驶体验的益处。
本发明的另一个目的是提供与健康有关的功能性，这使得车辆能够保护人体解剖学不受作用在腿上的过量的力，其中这是通过引入使用者设定的所产生的反力方面的限制来完成的。
结果是一种操作模式，其中这些踏板如果经受了高于所允许的施加力则将瞬间释放反力，因此增加踏板速度。
附图
图1使用本发明的控制器的车辆
图2根据本发明的一个实施例的控制***的简图
图3根据本发明的第二实施例的控制***的简图
图4根据本发明的第三实施例的控制***的简图
发明详细说明
本发明涉及一种车辆，该车辆由自然产生的动力、尤其是通过将踩踏动力转变为电能或功率(电压)而形成的人类产生的动力来驱动，该电能或功率再次直接或间接地馈送到附接到车辆车轮上的电动机，并且其中该电动机然后使车轮旋转，因此形成车辆移动。
图1展示了通过在自行车的实施例中的车辆1例证的本发明的基本设置，其中通过将电能传递馈送给电动机4来替代动力从踏板2到车轮3的常用链条传动。踏板2连接至发电机6，因此使踩踏能量变成电能。
在所展示的实施例中，发电机6连接至控制区段15，并且其中控制区段15进一步控制电池7并且任选地可以连接至记录踏板2位置和/或踩踏速度的传感器。
当通过踩踏驱动普通的链条驱动车辆1(例如自行车)时，则车辆1的驾驶者体验来自踏板的(其中这例如取决于路径的倾斜度)还有来自链条传动自身的反力。
在单纯由电动机驱动的无链条车辆中，反力通过不同的方法来产生，例如贯穿这个说明书描述的发电机的电子负载、或发电机负载电流，并且小程度的涉及发电机的惯性和其中的涡流损耗。
由使用者在踩踏时经受的反力(也被称为反转矩(T反))是由发电机负载电流形成的，其中这可以例如通过发电机控制器中的功率级施加给发电机的电阻负载(例如欧姆负载)形成的。这然后还限定了通过发电机提取的能量，电阻负载越高，发电机所产生的能量、或功率越高，并且因此传递给电池或电机的能量越多。可以通过小于1ms的量级非常精确和快速地控制这个负载。
所产生的能量E发电机与反转矩T反、和踩踏速度V踏板相关，或呈数学关系：
E发电机＝T反x V踏板
在踏板的完整旋转过程中，由驾驶者递送的可能转矩发生变化，当踏板处于竖直位置中时，则驾驶者将能够对踏板递送显著比在水平位置中更少的力，其中踏板的位置是相对于驾驶者来看的。这导致在踏板的完整旋转过程中的不均匀的能量递送，或者在***没有对此进行补偿的情况下对于使用者的不均匀体验。
一种特殊的情况是在车辆1的起动过程中，其中踩踏速度非常低。在此，可能必须跨发电机施加负电压以便产生足够的反力。在这种特殊情况下，能量被花费在控制踏板位置和/或速度方面。
进一步的因素是由在一整圈踩踏上平均来看的驾驶者递送的能量，以及在这种改变时控制器的反作用。
电池因此涉及至少两个控制，一个与发电机中的反力有关，并且第二个与添加到电机上的驾驶辅助能量有关。第三个控制可以是通过吸收制动能量。
在替代实施例中，车辆将不包括电池，被递送给电机的所有能量则将来自发电机，或者可能有替代的额外的动力源，例如燃料电池或太阳能电池。
可以基于不同的输入对控制采用多种不同的策略。
图2展示了根据本发明的车辆1的控制***，该图示出了发电机6，该发电机形成了踩踏***2的一部分并且被连接至发电机控制器20。发电机控制器包括将发电机6产生的能量转化并且将其馈送至电池7和/或电机4的高效的交流至直流功率转换级。发电机电流与发电机转矩或反转矩T反紧密相关，如在以上关于图1已经描述过的。发电机控制器进一步包括电流模式控制器，该电流模式控制器使得能够通过发电机转矩命令信号U1对反力进行直接控制。
以相同的方式，电机控制器22将直流能量转变成交流信号以用于控制电机。电机控制器还包括用于通过施加转矩命令信号U2来控制电机转矩的器件。
施加给电机4的功率是由发电机6和/或电池7提供的。电机经受外部阻力，对于所展示的实例，该外部阻力可以包括车辆上坡驾驶、顶风驾驶等、或小程度地涉及***自身内的阻力损耗。这些因素中的许多是高度动态的。
电机控制器22控制电机转矩T电机，以及在来自发电机6的供应功率之外的由电池7供应的功率比。电机控制器22控制并获知电机的实际角速度(电机速度)，这是与车辆速度直接相关的。
发电机6至少部分地产生用于电机4的功率，其中这个功率取决于发电机速度和反转矩T反。反转矩越高，踏板的每次回转提取的功率越多，同样如上所述。因此，获知反转矩和所产生的电压，就可以计算发电机速度，对应于回环于该调节电路作为***输出的踏板角速度，箱30是代表找出发电机速度的踏板速度检测块，其中本发明不局限于任何特定的方法。
本发明的基础是将控制引入在基本上不可预知的动态反条件下以装置速度运行的装置(在表面上以对应于电机速度的车辆速度驾驶的车辆、或更确切地自行车)，其中该装置至少部分地由基本上不可预知的动态源提供动力，该动态源使发电机以发电机速度(例如自然源，类似于人类驱动自行车的发电机)运行并且任选地由更加可预知的动力源(例如电容器和/或电池)来部分地提供动力。本发明的本质不必是使装置维持在某个给定的或预定的速度(车辆速度或电机速度)下、也不必是使发电机维持在某个预定速度下，而是以任选通过某个齿轮传动比将其关系维持恒定的目的进行调节。
根据本发明的在调节中的本质是如在图2中可见的两个环路调节，其中第一环路C1基于输出Y和基准R与发电机控制器20相关，并且第二环路C2涉及产生基准R。
在第一控制环路C1中，第一***输入U1是用于发电机控制器20的控制基准，该控制基准具有标准内部调节并且调整被施加给发电机6的反转矩T反，如果踏板角速度30变得比第一***输入U1更高则将其升高，并且反之亦然。
为了控制踏板速度，形成了负反馈环路，该负反馈环路包括踏板速度检测块30、基准信号R、差分算子41和补偿器21。Y是与任选地被重新安排的所检测(测量或计算)的车辆速度相关的反馈信号，当将电机速度与基准输入R进行对比时，给出误差信号ε。然后将误差信号通过足够的增益来馈送给补偿器单元21，该增益使得环路能够通过参照基准输入R通过控制施加给发电机6的反转矩T反来调节踏板速度。这个环路被称为“踏蹬频率环路”。
在这个块中作为对补偿器21的输入的误差ε被给予了足够的增益来获得对***的精确控制，输出是第一***输入U1。通过将呈传递功能的任何数量的极点和零点安排成其方式使得获得稳定的闭路，可以在连续时间或离散时间域中实现补偿器。可以实现呈单极点/零点***的形式的简单实现方式，也被称为PI或PID控制器。
引入第二控制环路C2来产生基准信号R。这个环路使得能够通过将自行车速度与踏板速度的控制相关联来模拟链条自行车的传统运行。该环路包含自行车速度检测器33、由在下文中被称为“齿轮比”的控制输入31因数进行的乘法40。速度检测器30的输出乘以齿轮比31信号并且馈送至踏蹬频率环路C1的基准输入R。这样通过因数将踏板速度与车辆速度(或重新安排为电机速度)关联起来，“齿轮比”31指从踏板至车辆的相对动力传动可以根据用于链条自行车的普通机械齿轮传动来改变，然而与机械齿轮不同的是不存在齿轮级。可以通过常见的方式由使用者设定齿轮等级(等级1、等级2)来直接控制齿轮比31，其中齿轮比31可以是该齿轮等级、或者可以成比例、或用于算法、或自动控制，如在稍后描述的。
用于电机控制的第二控制信号U2是由第一控制信号U1乘以以下被称为“转矩比”的控制信号34来形成的。目的是为自行车驾驶者对施加力到踏板的感觉与所得到的与传统链条自行车接近的电机转矩给出紧密配合，但是没有动力转换的损耗以及尤其是在发电机和电机中的电阻损耗。因为发电机和电机被控制在当前的区域中，电阻损耗不在方程中并且可以获得小于5％的转矩比误差。
对于自行车的实例，U1是对应于驾驶者踩踏有多困难、或者更一般地说对应于自然源作用在发电机上有多困难、或具有多少转矩的因数。然后参照实际车辆速度以由齿轮传动比31设定的比例来调整发电机中的反转矩T反。然而当车辆被电机驱动时，将相同的信号发送给电机作为对电机控制器的控制信号，该电机控制器通过给电机馈送对应于实际踏板速度的齿轮关系的功率、或转矩(或更广义来讲对应于由自然源递送至发电机的实际功率)来作出反应。
电机控制器于是通过从电池汲取额外所需的功率来确保将所需要的功率(电压)供应至电机。
在链条驱动自行车中的经验是将所有功率从踏板通过链条直接传递至车轮，对于这种车辆而言这是明显的事情，这还有助于维持平衡。然而，对于无链条车辆，其中电机4基于此来驱动车轮2是不那么明显的。
在仅具有一个齿轮传动的传统自行车中，传统的机械齿轮传动可以具有例如约0.43的比率(嵌齿轮转矩除以踏板转矩)。在根据本发明的一个实施例中，齿轮比被校准成使得电机转矩与发电机踏板(发电机)转矩之比被设定成1/0.43，或更广义来讲为齿传动比的倒数。
这是由于将另一个因数乘以控制内的信号‘转矩比’34，该转矩比是因数乘以第一***输入U1形成作为对电机控制器22的控制输入的第二***输入U2。这个因数被设定成使得电机转矩与踏板转矩的总比率将是0.43、或更一般的讲在任何预定总转矩比下，当任选使用者设置‘辅助等级’为1的‘中性’设置是按比例的以便通过这个因数形成转矩比。
这例如可以是以与用于齿轮的相同方式，这些把手之一具有1、2等‘辅助等级’设置，其中‘1’是‘中性’设置，因数2则是双倍转矩比等。‘辅助等级’于是与多倍的‘转矩比’34是成比例的，从而形成第二***输入U2。由于第二***输入不影响用于发电机控制器20的信号U1、而仅影响电机控制器22，因此改变了电机速度和因此的车辆速度，与由踏板2产生的动力相关联地看出，这是与根据使用者所希望的辅助的踏板速度相关来看的对车辆的额外辅助功率。然后，因为电机4将需要比由发电机6供应的更多的功率，电机控制器22将自动从电池7中汲取这个功率。
转矩比信号34可以被使用者直接设定为辅助等级、或自动设定，如稍后解释的。
这两个因数乘以控制信号(齿轮传动比31和转矩比34)可以如以上例证地是简单的使用者设定，其中使用者选择多个可能的设定之一。可替代地，它们中的一者或两者可以基于考虑多种因素的多个高等算法，例如外部参数(类似于环境条件、雨的状态、风、温度、湿度、上坡或下坡等)，该***于是任选地包括增加这些信息的所需要的传感器或通信装置。
算法可以与齿轮传动比31和转矩比34之间的关系相关，该齿轮传动比和该转矩比任选地基于调整相关齿轮等级和/或有助于等级的外部或驾驶者参数，从而对一个或另一个进行更多调节。
算法可以推翻使用者对齿轮传动比31和/或转矩比34的设定，或者它们可以考虑仅暂时地对其进行调整或永久地对其进行调整直到重置。
算法还可以涉及相对暂时或永久地(直到再次改变)动态地及时设定齿轮传动比31和/或转矩比34，从而将车辆1调节至给定速度、踏蹬频率等。
发电机控制器20和电机控制器22在物理上可以不是两个不同的控制器，而是一种控制器与车辆相关的两种控制功能。
一种调节是基于已知车辆1的驾驶者的踏蹬频率，这是使用者踩踏有多快的踏板角速度，并因此直接涉及使用者将如何体验驾驶车辆1向前。这里可以例如是通过将传感器附接到踏板2上来测量的，还可以是已知直接相关的发电机角速度来计算的，踏板2可以直接连接至发电机6或间接通过一些机械或电动齿轮传动。发电机6的实际角速度30(或在下文中仅被称为发电机速度)例如是通过来自发电机6的输出交流电压直接测量、例如通过零交叉测量、通过峰值测量、通过使用电机处的一个或多个霍尔元件等。当使用多个霍尔元件时，可以通过添加更多的霍尔元件来增加测量的精度。为了使类似于电磁噪音等的因素最小化，可以在引入并连接至发电机的分开的虚拟线圈处进行(零交叉或峰值)测量。
踏板角速度和发电机角速度30(或发电机/踏板角速度)是直接关联的，一者可以由另一者直接计算得到，因此在以下实施例中，即使称为发电机速度30(或仅发电机速度30)，则这也可以被测量的踏板速度30替代。
通过控制流自/流向电池7的能量，发电机控制器20可以改变发电机的负载电流，并且由此获得用于控制踏板速度从峰值转矩水平直至高于150Nm的0rpm至120rpm所必要的反力。
在低踏板速度下，发电机控制器可能需要能够施加发电机负电压，以便克服发电机内的电阻损耗。当所产生的电动力(电压)由于发电机中的串联电阻而小于压降时，将出现这种模式。
发电机可以具有所有可能的类型，即：单相交流、单相直流、1相感应发电机、3相感应等。
如在图3中可见，当踏板经过一个点时，踏板角位置32可以通过附接到估算的至少一个传感器来测量，由此可以计算踩踏的实际频率并且因此可以在任何时间以基本上良好的精度来估算踏板位置。可以添加更多的传感器以增加精度，正如替代方法，从而测量或估算正如也可以被实施的踏板位置。
图3基本上展示了与图2相同的***，但是具有额外的调节因数，该调节因数用于模拟椭圆形的链条，其中考虑了驾驶者取决于踏板位置32将力递送给踏板，因此使因数与取决于踏板位置的基准R相乘43，从而对抗使用者递送力的能力。这贯穿踏板的完全旋转使驾驶者在踏板2中的感觉均匀化，从而给出更平滑的骑乘。
这是根据踏板位置对所希望的踏蹬频率进行的踏板曲线修改。这种模式将模拟使用非圆形链环的效果。从机械链条传动已知，一些人认为这种效果增加了人类的动力性能。
还可以通过多种不同的方式来测量或估算车辆1的速度33，例如，众所周知的例如使用附接到车轮上的磁性元件的自行车码表(cycle computer)、或使用GPS、或在电机中使用霍尔元件。
于是可以通过多种不同的方式使用任何单个或多个输入，在下文中将对其中一些进行描述。本发明的***可以使得预定使用这些实施例之一，或者例如使用者可以在不同实施例中的一些或全部之间进行选择。
图2和图3进一步示出了控制区段15，该控制区段包括补偿器21，在此处在给定的简单或高级算法下对比、添加和修改这些信号。
图4展示了本发明的另一个实施例，展示了两个进一步的方面，一个方面是使用者的设定等级43例如但不限于设定齿轮传动等级和辅助等级，如所展示的，根据例如踏板速度30和车辆速度33的修改通过一些算法形成输入齿轮比31和转矩比34(但将还应用例如车辆1外部的替代或附加参数。
该图进一步展示了另一个实施例，该实施例不限于本图的实施例，而将还应用于图2和图3的实施例，其中将车辆速度比例信号被添加至踏蹬频率偏置值42。
如上所述，根据本发明的对车辆1的控制可以利用多种非常不同的策略和算法，从而在控制区段15中产生控制误差。车辆1可以是通过它们中的任一者或多者来预先制造的，或者它们可以是对于驾驶者的使用者任选选项。在一些算法下，还可以自动在其之间进行转换。
***可以引入不同控制策略中的一种或多种，并且可以包括在不同策略之间的改变。当达到了一定速度等级时，例如可以存在在车辆起动过程中改变至另一个的一个选择控制策略。在制动时，还可以改变至不同的控制策略。
在另一个实施例中，车辆1进一步包括电容器，其中可以在电池、电容器和电动机的任一者之间传递功率或能量。
因此电能可以直接从发电机传递至电动机、或从电池和/或电容器或以任意组合并且具有从其传递的能量的任何相对分数。
在发电机中形成的电能可以存储在电池和/或电容器中，正如存储在电容器中的能量可以传递用于存储在电池中，和/或反之亦然。
还可以将对电池和电容器进行充电的其他器件引入到***中，例如制动能量。当车辆制动时，许多动能由于车辆的速度和运动而被变换成热量，而例如将电动机用作为发电机，可以替代地将能量存储为电池和/或电容器中的能量，这些连接并因此将能量从电动机传递至电池和电容器。可以通过向后踩踏来激活制动，其中踏板在向后的方向上在齿轮中被机械妨碍，并且通过取决于踏板上的力的负载来使轮内电机反向。制动还可以通过手动制动或组合和/或包括***，其中制动的第一部分是通过发动机负载同样如上所述将能量传递至存储器件来完成的，并且其中制动随后是以任何已知的方式纯机械的。引入这种标准机械制动将还在电气零件以某种方式损坏的情况下引入安全机构。获得能量的其他器件还可以例如与太阳电池相关。最后，该***可以包括出于实际的原因可以在非常不同的电压等级下工作的其他不同的动力源，例如，电池、超级电容器、太阳能电池、或甚至燃料电池，它们分别在所在的电压等级下最有效地工作。
本发明关键的是，车辆不取决于具有类似于电容器和电池的功率存储器件，而是可以通过发电机对其提供动力来直接运行。类似于电容器和电池的存储器件也可以是借助于车辆外部来可移除和可再充电的，但是其中车辆无论如何可以使用。
本发明在一个实施例中可以引入器件，由此车辆的使用者可以能够设定(改变)何时使用哪种能量源(并且使用多少)的规则。
该***还可以包括反转发电机和电动机的可能性，则意味着发电机运行作为电动机和/或电动机运行作为发电机。

Claims (15)

1.一种装置(1)，该装置以与该装置(1)外部的多个条件相关的动态装置速度运行，其中该装置(1)至少部分地由一个动态源提供动力，该动态源使一个发电机(6)以发电机速度来运行，其中在该发电机(6)中产生的能量取决于反转矩(T反)，并且其中该发电机(6)是通过取决于发电机角速度和装置速度的输入基准(R)来控制的。
2.如权利要求1所述的装置，该装置是一个车辆(1)，进一步包括通过一个电动机(4)来单独旋转的一个车轮(3)，该电动机至少部分地由所述发电机(6)通过一个传动机构(2)来提供动力，该传动机构被联接至所述动态源，并且其中一个控制器(20)被配置成用于控制所述反转矩(T反)。
3.根据权利要求2所述的车辆(1)，其中所述发电机(6)的控制电路包括一个第一控制环路(C1)，该第一控制环路用于提供一个误差信号(ε)，该误差信号待用于产生通至该发电机控制器(20)的一个调节输入信号以控制该反转矩(T反)，其中该第一控制环路(C1)是基于输出(Y)和在一个第二控制环路(C2)中产生的基准(R)的一个反馈调节。
4.根据权利要求3所述的车辆(1)，其中该输出(Y)是发电机速度，并且该基准(R)与被重新计算作为角速度的车辆速度(33)、或相应的电机速度相关。
5.根据权利要求4所述的车辆(1)，其中该基准(R)是由被重新计算作为角速度的车辆速度(33)、或相应地电机速度乘以一个齿轮比(31)来形成的。
6.根据权利要求5所述的车辆(1)，其中该基准(R)进一步是通过加上一个踏蹬频率偏置(42)来形成的。
7.根据权利要求5或6所述的车辆(1)，其中一个第一***输入(U1)是由该误差信号(ε)通过一个区段(21)用一个增益将其导出来形成的，该第一***输入(U1)是通至该发电机控制器(20)的输入信号。
8.根据权利要求7所述的车辆(1)，其中该第一***输入(U1)还形成了用于使通至该电机控制器(22)的控制信号调节该电机(4)的和因此的该车辆(1)的速度的基础，当该发电机(6)产生的动力不足以获得根据调节的速度时，该电机控制器(22)控制将功率从电池(7)馈送至该电机(4)。
9.根据权利要求8所述的车辆(1)，其中一个第二***输入(U2)是由该第一***输入(U1)通过将其与一个转矩比(34)相乘来形成的，该第二***输入(U2)是通至该电机控制器(22)的控制输入。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的车辆(1)，其中该齿轮比(31)和/或该转矩比(34)和/或该踏蹬频率偏置(42)是基于由该车辆(1)的使用者手动设定的一个等级。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的车辆(1)，该齿轮比(31)和/或该转矩比(34)和/或该踏蹬频率偏置(42)是基于一种算法，该算法基于该车辆(1)外部的多个参数来自动设定该一个或多个等级。
12.根据以上权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中该基准(R)进一步取决于踏板位置(32)，通过将其与根据取决于踏板位置(32)的预定曲线的一个因数相乘(43)。
13.根据以上权利要求中任一项所述的车辆，其中该控制器能够跨该发电机施加一个负电压，以便产生足够的反力，以便当踏板速度非常低时克服在该发电机内的电阻损耗。
14.根据以上权利要求中任一项所述的车辆，进一步包括在所产生的反力方面的限制，从而当经受根据限制的一个高于允许的力时，则在该处瞬间释放该反力，因此增加该踏板速度。
15.根据以上权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中该车辆(1)是一个电动操作的无链条自行车，并且所述动态源是该自行车的驾驶者在与所述发电器(6)相连的一组踏板(2)上进行踩踏。
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