自行车传动系统

摘要

本发明提供了一种控制脚踏车(10)操作的方法，所述脚踏车(10)具有安装有后轮毂的机电传动装置，该机电传动装置中链传动式后链轮(80)，输入电机(120)以及轮毂(100)各自与三支路式行星齿轮组(140)的各个支路耦合。曲柄臂(50)的周期中允许骑车人的输入扭矩发生自然改变，产生基本上恒定的电流存在于所述输入电机(120)中，使骑车人施加的扭矩变化导致所述后链轮(80)和所述轮毂(100)之间传动比的变化，从而为所述脚踏车(10)提供了一种自动无级变速的传动。

权利要求

1.一种操作脚踏车的方法，其特征在于，该脚踏车具有机电传动装置，该机电传动装置包括输入电机、输出电机以及输入行星齿轮组；其中，该输入行星齿轮组的第一组件经耦合由该脚踏车的曲柄臂驱动，该输入行星齿轮组的第二组件与该输入电机的转子和定子中的一个耦合，该转子和定子中的另一个相对于该脚踏车固定，该输入行星齿轮组的第三组件经耦合来驱动该脚踏车的车轮；当用作电动机时，该输出电机设置为至少辅助驱动该脚踏车的该车轮或另一车轮；该方法包括以下步骤：a）操作用作发电机的该输入电机，以至少部分地为用作电动机的该输出电机提供电力；

b）确定该曲柄臂的角位置；

c）控制该输入电机的电流，使输入电机的电流不超过与所确定的曲柄臂的角位置对应的最大电流也不低于与之对应的最小电流。

2.一种操作脚踏车的方法，其特征在于，该脚踏车具有机电传动装置，该机电传动装置包括输入电机、输出电机以及输入行星齿轮组；其中，该输入行星齿轮组的第一组件经耦合由该脚踏车的曲柄臂驱动，该输入行星齿轮组的第二组件与该输入电机的转子和定子中的一个耦合，该转子和定子中的另一个相对于该脚踏车固定，该输入行星齿轮组的第三组件经耦合来驱动该脚踏车的车轮；该输出电机设置为由该脚踏车的该车轮或另一车轮驱动，并用作发电机；该方法包括以下步骤：a）操作用作发电机的该输出电机，以至少部分地为用作电动机的该输入电机提供电力，从而至少辅助驱动与该第三组件耦合的车轮；

b）确定该曲柄臂的角位置；

c）控制该输入电机的电流，使输入电机的电流不超过与所确定的曲柄臂的角位置对应的最大电流也不低于与之对应的最小电流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述装置包括输出行星齿轮组，该输出行星齿轮组的第一组件相对于所述脚踏车固定，该输出行星齿轮组的第二组件与所述输出电机的所述转子耦合，所述定子相对于该脚踏车固定，该输出行星齿轮组的第三组件经耦合来驱动该脚踏车的所述车轮或另一车轮。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述最大电流和所述最小电流相同。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，存在多个与所确定的曲柄臂的角位置对应的所述最大电流和与之对应的所述最小电流；并且，其中步骤（c）包括以下步骤：从多个电流中确定该最大和最小电流，并控制所述输入电机的电流使其不超过与所确定的曲柄臂的角位置对应的确定的该最大电流和/或不低于与之对应的确定的该最小电流。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定包括：从用户接收指示选定的最大和/或最小电流的输入，并利用该输入来设置确定的所述最大电流和/或所述最小电流。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定进一步包括：确定所述曲柄臂的节奏，并利用该节奏来设置确定的所述最大电流和/或所述最小电流。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下的步骤：查看指示骑车人的扭矩输出如何随着所述节奏变化的记录，从该记录中获取与确定的该节奏相对应的扭矩的指示，以及适当的所述最大和最小电流的指示。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述最大和最小电流在所述曲柄臂的不同角位置是不同的，从而至少部分地考虑骑车人对所述曲柄臂施加的扭矩在一个周期中的自然变化，该方法包括根据该曲柄臂的角位置相应改变该最大和最小电流的步骤。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将所述输入和输出电机中的一个所产生的所有电能几乎全部提供给该输入和输出电机中的另一个，以操作该另一个电机用作电动机。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：从用户接收辅助输入，该辅助输入指示储存电能应提供给所述输出电机以补充提供给该输出电机并由该输入电机产生的电能；该方法还包括：响应于该辅助输入的接收相应地提供所储存的电能。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括：无论所述电能是否由所述输入电机产生，都将所储存的电能提供给所述输出电机。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法包括：可控制地将电功率提供给所述输出电机，以使该功率在所述曲柄臂的一个周期中变化，从而至少减少该曲柄臂的一个周期中对该脚踏车的从动轮或每个从动轮的功率输出的变化倾向，该功率输出的变化由骑车人在该曲柄臂的该周期中的功率输入的变化引起。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：通过在所述曲柄臂的连续周期中释放储存的电能来给所述输出电机提供功率；和/或，通过在该曲柄臂周期的一部分暂时储存产生的电能，并利用所储存的电能在该周期的另一部分为该输出电机提供功率。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：确定所述脚踏车和/或所述曲柄臂基本上静止，并为响应于此，使所述输入电机基本上短路。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：保持所述输入电机基本上短路，直至输入电的实际电流达到所述最大电流。

17.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：操作用作发电机的所述电机中的一台或两台以使所述脚踏车减速，该步骤包括：低效率地操作该电机中的一台或两台，以消耗产生的电能使其变为热能，从而使该脚踏车减速。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：操作用作发电机的所述电机中的一台或两台以使所述脚踏车减速，该步骤包括：通过使该电机的电流和/或电压转相，以消耗产生的电能使其变为热能，从而使该脚踏车减速。

19.一种脚踏车，其特征在于，该脚踏车设置为用来实现根据权利要求1或2所述的方法。

说明书

自行车传动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种操作具有机电传动装置的脚踏车的方法。

背景技术

[0002] 存在着各种形式的脚踏车。一种传统形式的脚踏车只由骑车人向其踏板施加力来驱动，这种脚踏车有时被称为“滑步车(push bike)”。另一种较新形式的脚踏车是使用电力辅助骑车人骑脚踏车的电动辅助脚踏车(Electrically-Assisted Pedal Cycle，EAPC)。传统的脚踏车和EAPC都具有两个，三个或者四个车轮，有时甚至更多。在本文件中，术语“脚踏车”包括传统的脚踏车和EAPC。

[0003] 如上所述，在EAPC中，使用电力辅助骑车人骑脚踏车。相应地，EAPC包括用于储存电能的装置，例如电池，以及设置用于驱动或至少辅助驱动脚踏车的电机。电池通常可以通过将它们插入电源例如市电电源的插座进行充电，或者以再生制动的方式通过回收脚踏车运动产生的能量进行充电。该技术领域的技术人员熟悉再生制动的原则。因此，骑车人踩踏EAPC所需的全部作用力比传统脚踏车低。

[0004] EAPC通常可以被列入两组中的一组。第一组是不管骑车人是否踩踏，脚踏车都能随时按要求提供电力辅助。该组中的脚踏车有时被称为“电动自行车”，可被视为基本相当于电动助力车，虽然电动助力车踩踏起来更容易。第二组中的脚踏车只在骑车人踩踏时才提供电力辅助。有时被称为“助力自行车”。

[0005] 在多数欧洲国家，助力自行车被有效地至少归类为传统自行车，因此在无需驾驶执照或保险即可骑乘。至少在英国，电动自行车也按照这种方式划分。因此拥有EAPC基本就可以操作EAPC。

[0006] 近年来，在机电传动装置以及EAPC中使用的相关能量储存和回收装置方面取得了科技进步。这些进步已使人们创造出更有效，更容易地被骑车人操作的EAPC。

[0007] 基于上文给出的所有原因，EAPC越来越受欢迎，尤其是在某些欧洲国家。

[0008] WO-A1-2006/035215描述了一种适用的用于驱动EAPC的机电传动装置，其内容整体并入本文中。例如，先前的文件参照图2描述了一种能够安装来替换自行车后轮的传统轮毂的装置。替换轮毂包含第一和第二电动发电机以及第一和第二行星齿轮组。该装置使得电动发电机以及行星齿轮组运行以便提供一种将(a)骑车人的输入和驱动轮的输出之间的可变传动比与(b)电力辅助相结合的紧凑型传动装置。

[0009] 尽管存在各种用于EAPC的传动装置，包括WO-A1-2006/035215中所述的传动装置，但是骑车人如何骑车的不可预测性使这种装置的控制和操作存在问题。在这方面，骑车人与发动机有很大不同。

[0010] 本发明的至少某些实施例的目的在于提供一种操作与WO-A1-2006/035215中所述的装置相似的用于脚踏车的机电传动装置的方法。

发明内容

[0011] 根据本发明的一个方面，提供了一种操作脚踏车的方法，脚踏车具有包括输入电机、输出电机以及输入行星齿轮组的机电传动装置；其中，所述输入行星齿轮组的第一组件经耦合由脚踏车的曲柄臂驱动，所述输入行星齿轮组的第二组件与输入电机的转子和定子中的一个耦合，所述转子和定子中的另一个相对于脚踏车固定，所述输入行星齿轮组的第三组件经耦合来驱动脚踏车的车轮；当用作电动机时，所述输出电机设置为至少辅助驱动脚踏车的该车轮或另一车轮；该方法包括以下步骤：

[0012] a)操作用作发电机的所述输入电机，以至少部分地为用作电动机的所述输出电机提供电力；

[0013] b)确定所述曲柄臂角位置；

[0014] c)控制输入电机的电流，使输入电机的电流不超过与所确定的曲柄臂的角位置对应的最大电流也不低于与之对应的最小电流。

[0015] 通过这样控制输入电机的电流，也可控制与电流成正比的电机上的扭矩。由于输入电机通过第二行星齿轮组与曲柄臂耦合，控制输入电机的扭矩同样可控制曲柄臂的扭矩(两者成正比)，曲柄臂的扭矩即是骑车人施加的扭矩。因此，控制输入电机的电流来确定骑车人施加的扭矩。

[0016] 用这种方式控制电流导致装置自动“换挡”。例如，如果骑车人用较大的力踩压踏板，则他或她施加的扭矩就会超过对应于确定的曲柄位置的输入电机的最大电流的扭矩，电机“退挡(give way)”且同样加速。这改变了输入行星齿轮组的传动比，在效果上变成了低速挡。因此，当骑车人施加的扭矩超过一定限度时，该装置会自动降低挡位变成低速挡。因此，该装置会在需要的情况下，例如爬坡或快速加速时自动降低挡位。

[0017] 同样地，如果骑车人用较小的力踩压踏板，并因此其施加的扭矩小于对应于输入电机的最小电流的扭矩，那么电机减速并阻止骑车人操作起动曲柄臂。输入电机的这种减速再一次改变了第二行星齿轮组的传动比，在效果上上变成了高速挡。因此，当骑车人施加的扭矩低于一定限度时，该装置会自动升高挡位变成高速挡。因此，该装置会在需要的情况下，例如下坡或从加速过程缓和并渐变为稳定速度时自动升高挡位。

[0018] 这样，本发明实施例可用于传统脚踏车以及EAPC，以便提供一种用于自动换挡的装置。

[0019] 技术人员应当理解的是，电机的电流控制可利用现有电气组件实现。因此，该方法的实施例可用于通过简单且经济的方式自动控制传统脚踏车和/或EAPC的传动比。还应注意到，这样使用行星齿轮组可提供无级变速的传动，而不是脚踏车通常具有的阶式换挡，后者在重负载下通常换挡不理想。

[0020] 该方法可包括：操作控制设备，以操作用作发电机的输入电机和/或操作用作电动机的输出电机和/或控制输入电机的电流。控制设备可包括一个或多个电动机控制器和/或一个或多个发电机控制器。

[0021] 装置可包括输出行星齿轮组，其第一组件相对于脚踏车固定，其第二组件与所述输出电机的转子耦合，所述定子相对于脚踏车固定，其第三组件经耦合来驱动脚踏车的该车轮或另一车轮。

[0022] 可以耦合输入行星齿轮组的第三组件以驱动脚踏车的一个车轮，并且设置输出电机由该同一车轮驱动。输入行星齿轮组的第三组件和输出电机分别耦合并设置，以使所述第三组件驱动脚踏车的车轮和输出电机被驱动的车轮不同。

[0023] 在一个实施例中，输入行星齿轮组的第一组件可以是行星齿轮架，输入行星齿轮组的第二组件可以是太阳轮，输入行星齿轮组的第三组件可以是内齿环。同样地，在一个实施例中，输出行星齿轮组的第一组件可以是行星齿轮架，输出行星齿轮组第二组件可以是太阳轮，输出行星齿轮组第三组件可以是内齿环。

[0024] 最大电流和最小电流可以是不同值，也可以是相同值。当最大电流和最小电流为不同值时，形成一个带，在该带中骑车人施加的扭矩在装置不“换挡”的情况下可以改变，即改变传动比。这样，所述装置至少在一定程度上模仿传统变速车的行为，因此受到习惯于这种传统脚踏车的骑车人的欢迎。当最大电流和最小电流为相同值时，提供了一种当骑车人施加的扭矩不同于从输入电机提取的电流所对应的扭矩时改变传动比的装置。该装置可用于使骑车人利用接近或符合最佳骑车效率的扭矩骑车。

[0025] 可能存在多个与所确定的曲柄臂的角位置对应的最大和/或最小电流。步骤(c)可包括以下步骤：根据多个电流确定最大和/或最小电流，然后控制输入电机的电流，以使输入电机的电流不超过与所确定的曲柄臂的角位置对应的确定的最大电流和/或不低于与之对应的确定的最小电流。所述确定可包括：接收指示选定的最大和/或最小电流的输入，并利用该输入来设置确定的最大电流和/或最小电流。所述确定可包括或可进一步包括：确定所述曲柄臂的节奏(cadence)并利用该节奏来设置确定的最大电流和/或最小电流。例如，该方法可包括以下的步骤：查看指示骑车人的扭矩输出如何随着节奏变化的记录，根据此记录获取与确定的节奏相对应的扭矩的指示，以及获取适当的最大和最小电流的指示。

[0026] 输入可以从可由骑车人操作的输入设备接收。

[0027] 可能存在多对可选的与所确定的曲柄臂的角位置对应的最大和最小电流。其中一可选对中的最大值大于另一可选对中的最大值，一对中的最小值也大于另一对中的最小值。因此，产生了多个不同的带。最大和最小电流相同时，可能存在多个不同的单独可选的电流。

[0028] 用这种方式选择最大和/或最小电流使骑车人能够选择扭矩等级，所述装置按照该等级改变传动比以便符合骑车人的个人爱好。进一步地，通过在骑车时选择不同的最大值和/或最小值，无需改变骑车人施加给曲柄臂的扭矩，骑车人也能促使装置改变传动比。

[0029] 最大和最小电流在不同的曲柄臂的角位置可能不同。这就意味着要考虑一个周期中骑车人施加给曲柄臂的扭矩的自然变化。最大和最小电流可随曲柄臂的角位置正弦式地改变。该方法可包括随曲柄臂的角位置改变最大和最小电流的步骤。

[0030] 该方法可包括：将所述输入电机产生的所有电能提供给输出电机，以便操作用作电动机的输出电机。

[0031] 这样，配备有机电装置的传统脚踏车可设置有用于自动换挡的装置。

[0032] 所述方法可包括：将电能储存装置储存的电能提供给输出电机以便操作用作电动机的输出电机。该方法可包括：通过这种方式提供储存电能以补充由输入电机产生并提供给输出电机的电能。该方法可包括：接收辅助输入，该辅助输入指示储存电能应提供给输出电机以补充提供给输出电机并由输入电机产生的电能；所述方法还包括：响应于辅助输入的接收而相应地提供储存电能。该方法可包括：操作控制设备以通过这种方式提供储存电能。这样，储存电能可用于辅助骑车人驱动脚踏车。

[0033] 辅助输入可从可由骑车人操作的辅助输入设备接收。

[0034] 辅助输入可指示要提供给骑车人的多个可选辅助等级中的一个。辅助输入可指示系数，根据该系数，通过释放储存的电能给输出电机提供电力来增强骑车人的功率输入。该方法可包括：为响应于接收的辅助输入，释放储存的电能从而至少部分地由此操作输出电机。

[0035] 该方法可包括：只提供储存电能给输出电机以补充产生的电能，但基本上不提供电力能给输出电机，以便输入电机没有产生电能时，输出电机不用作电动机操作。这样，脚踏车用作助力自行车来运行。

[0036] 该方法可向输出电机提供储存的电能，不管输入电机是否产生电能。该方法可响应于接收辅助输入或响应于接收其他输入来进行这项操作。这样，脚踏车可用作电动自行车来运行。另一输入可以是油门输入，可变地指示需要提供给电机的电功率。

[0037] 该方法可包括：可控制地将电功率提供给输出电机，以便功率在曲柄臂的周期中改变。这种变化使得至少降低曲柄臂的周期中该从动轮或每个从动轮的功率输出的变化，这种变化由骑车人在曲柄臂运转该周期中功率输入的变化产生。这样，提供给输出电机的电功率在曲柄臂的周期中发生改变以便至少部分地弥补骑车人对所述装置的自然正弦式有变化的输入，并使得脚踏车在曲柄臂的周期中更顺利地运转。这样做，可通过在曲柄臂连续周期中释放储存的电能来给输出电机提供功率；和/或，通过暂时储存曲柄臂周期的一部分中产生的电能，并利用所储存的电能在周期的另一部分中给输出电机提供功率。周期的一部分可以是骑车人的功率输入相对较高的部分，周期的另一部分可以是骑车人的功率输入相对较低的部分。可用这种方式给输出电机提供功率，以便在一个完整的周期中基本上没有存储电能匮乏的现象，这样，该方法可“消除”功率输入的波动。可相应设置控制设备。

[0038] 该方法可包括：确定曲柄臂基本上静止，并为响应于此，使输入电机基本上短路的步骤。通过曲柄臂静止时使输入电机短路，可基本上锁定输入电机，以便通过行星齿轮组将骑车人的功率输入机械地传输到从动轮，从而允许骑车人敏捷地摆脱静止状态。该方法可包括：保持输入电机基本上短路的情形直至输入电的实际电流达到最大电流。短路可维持少于半个周期；可维持少于四分之一周期；可维持在大约10至20度的曲柄臂旋转；可维持在大约15度的曲柄臂旋转。

[0039] 该方法可包括：操作用作发电机的输入电机和/或输出电机以便使脚踏车减速。通过这种方式产生的电功率可用于给电能储存装置充电。该方法可包括：低效率地操作电机中的一台或两台，例如，通过使电机的电流和/或电压转相以使消耗产生的电能使其变为热能，从而使脚踏车减速。该方法可包括：响应于来自骑车人可操作的制动输入装置的信号，通过这种方式来操作用作发电机的输入电机和/或输出电机。制动输入装置可以是制动杆。该方法可包括：响应于曲柄臂的感应反向运动通过这种方式操作操作输入电机和/或输出电机；可选地，当脚踏车在水平地面且曲柄臂相对于垂直方向60度和120度之间时的曲柄臂的反向运动。

[0040] 脚踏车可以是，例如，只能由骑车人向其踏板施加力来驱动的传统脚踏车，这种脚踏车有时被称为“滑步车(push bike)”。脚踏车可以是，例如EAPC，诸如助力自行车或电动自行车。脚踏车可以有一个、两个、三个、四个或更多个车轮。脚踏车可以是自行车(包括单人和双人自行车)、三轮车或能想到的任意形式的可至少部分地通过骑车人踩踏来驱动的自行车。

[0041] 根据本发明的第二方面，提供了一种操作脚踏车的方法，脚踏车具有包括输入电机、输出电机以及输入行星齿轮组的机电传动装置；其中，所述输入行星齿轮组的第一组件经耦合由脚踏车的曲柄臂驱动，所述输入行星齿轮组的第二组件与输入电机的转子和定子中的一个耦合，所述转子和定子中的另一个相对于所述脚踏车固定，所述输入行星齿轮组的第三组件经耦合来驱动脚踏车的车轮；所述输出电机设置为被脚踏车的该车轮或另一车轮驱动，并用作发电机；该方法包括以下步骤：

[0042] a)操作用作发电机的输出电机，以至少部分地为用作电动机的输入电机提供电力，从而至少辅助驱动与所述第三组件耦合的车轮；

[0043] b)确定曲柄臂的角位置；

[0044] c)控制输入电机的电流，使所述输入电机的电流不超过与所确定的曲柄臂的角位置对应的最大电流也不低于与之对应的最小电流。

[0045] 在第二方面的至少某些实施例中，机电装置可以与第一方面的至少某些实施例的机电装置相同，但是输入电机在第二方面的这些实施例中用作电动机，并由用作发电机的输出电机提供功率。与第一方面的相似之处是，在第二方面的至少某些实施例中，输入电机的电流以相同的方式控制(尽管电机用作电动机)，使得装置以相同的方式自动换挡。根据下述某些示例性实施例的描述可以理解，机电传动装置可以在下述“节点(node point)”的一边根据第二方面自动操作，并在“节点”的另一边根据第一方面操作。例如，通过基本上保持输入电机中相同的电流，当骑车人给脚踏车加速时，可根据第一方面开始操作，经过节点，然后根据第二方面操作，基本上不改变电流。

[0046] 第一方面的可选特征同样可以是第二方面的可选特征。

[0047] 根据本发明的第三方面，提供了一种脚踏车，该脚踏车设置为用来实现上述的方法。

[0048] 根据本发明的第三方面，提供了一种处理设备，该处理设备编程为并可运行用来实现上述的方法。

[0049] 根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序具有利用处理设备可执行的编码部分，以使该设备实现上述的方法。

[0050] 根据本发明的第五方面，提供了一种记录载体，该记录载体上或该记录载体中具有可执行的计算机可读指令的记录，以使处理设备实现上述的方法。

[0051] 所述记录载体可包括储存设备。所述储存设备可包括固态储存设备，例如非易失性存储器。储存设备可包括ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、EPROM(Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM)、EEPROM(Electrically EPROM，电EPROM)和闪存中的一个或多个。储存设备可包括光盘和/或磁盘。记录载体可包括电信号、无线电信号和/或电磁信号。

附图说明

[0052] 现仅通过实例的方式并参照附图对本发明的具体实施例进行描述，其中：

[0053] 图1示出了体现本发明的脚踏车；

[0054] 图2为容纳有机电传动装置的某些组件的脚踏车轮毂的截面图，截面沿径向截取；

[0055] 图3为用于控制传动装置操作的控制设备的示意图；

[0056] 图4为操作脚踏车的方法的一个实施例的步骤的流程图，步骤中包括“启动”例程和“动态”例程的步骤；

[0057] 图4a为示出了骑车人施加给脚踏车曲柄臂的扭矩随节奏变化的曲线实例；

[0058] 图5为本方法替代实施例的修改的动态例程步骤的流程图；

[0059] 图6为可能构成本方法实施例一部分的辅助例程步骤的流程图；

[0060] 图7为本方法实施例的制动例程步骤的流程图；

[0061] 图8为体现本发明的替代脚踏车的曲柄箱的组合截面图和示意图，截面沿径向截取；

[0062] 图9为体现本发明的另一替代脚踏车的前轮毂和后轮毂的截面图，截面同样是沿径向的；以及

[0063] 图10为体现本发明的四轮脚踏车的某些组件布局的示意图。

具体实施方式

[0064] 【结构布置】

[0065] 图1示出了自行车10形式的电动辅助脚踏车。自行车10与传统自行车的相似之处在于，前部具有转向轮20，后部具有驱动轮30。自行车10还具有曲柄臂50上驱动前齿形轮牙60的踏板40的传统配置，该前齿形轮牙60通过链条70连接至后链轮80，后链轮与后轮30同轴安装。然而，自行车10与传统自行车的区别在于后链轮80不固定安装到后轮30的轮毂100来直接驱动后轮，而是后链轮80驱动容纳在轮毂100内的机电传动装置的某些组件。

[0066] 图2详细示出了轮毂100和其内容物。包括：采用第一径向通量电动发电机110形式的第一电机，采用第二径向通量电动发电机120形式的第二电机，第一行星齿轮组130以及第二行星齿轮组140。为了便于参照，第二电动发电机120和第二行星齿轮组140被称为“输入电动发电机”120和“输入行星齿轮组”140(因为这两种装置更直接地与后链轮80耦合)；从而第一电动发电机110和第一行星齿轮组130被称为“输出电动发电机”110和“输出行星齿轮组”130。

[0067] 首先描述输入行星齿轮组和输入电动发电机的配置。输入链轮80固定安装在轴环上，该轴环构成输入行星齿轮组140的行星齿轮架142。行星齿轮架142安装在轴承143上，行星齿轮架142绕固定在自行车10的车架上的后轮轮轴150旋转。行星齿轮144可旋转地安装在行星齿轮架142上并与太阳轮146啮合。太阳轮146固定耦合在输入电动发电机120的转子122上以绕转子122旋转并绕轮轴150可旋转地安装。输入电动发电机的定子124固定安装在轮轴150上。同样与行星齿轮144啮合的内齿环148固定在轮毂100的内壁上。从图2可以看出，行星齿轮144是阶式齿轮，行星齿轮144上与内齿环148啮合的部分的直径小于行星齿轮144上与太阳轮146啮合的部分的直径。

[0068] 现在描述输出行星齿轮组130和输出电动发电机110的配置。输出行星齿轮组130的行星齿轮架132固定安装在轮轴150上。行星齿轮134可旋转地安装在行星齿轮架
132上并与太阳轮136啮合。太阳轮136固定耦合在输出电动发电机110的转子112上以绕转子112旋转并绕轮轴150可旋转地安装。输出电动发电机110的定子114固定安装在轮轴150上。同样与行星齿轮134啮合的内齿环138固定在轮毂100的内壁上。输出行星齿轮组130的行星齿轮134也是阶式齿轮，其中行星齿轮134与内齿环138啮合的部分的直径小于其与太阳轮136啮合的部分的直径。

[0069] 轮毂100在一端通过轴承102可旋转地安装在轮轴150上，在另一端通过轴承104可旋转地安装在作为轴环的输入行星齿轮组140的行星齿轮架142上。轮毂100以传统方式支撑轮辐，该轮辐再支撑轮缘，使轮毂能够将扭矩传输给轮缘以驱动自行车10。

[0070] 因此，该配置与WO2006/035215参照其公布文本的图2中所述的配置非常相似。事实上，本发明的替代实施例中，设想其公布文本中公开的每种配置可提供参照图1在本文中描述的自行车10的机电传动装置。

[0071] 尽管，在本实施例中，行星齿轮组130、140都具有啮合的齿形齿轮，但是设想非啮合只接触的行星齿轮组可由其他实施例中的行星齿轮组代替。

[0072] 返回本实施例并参照图3，自行车10还包括控制设备200，该控制设备200连接并设置以响应于输入设备的输入而控制输入和输出电动发电机110、120。控制设备200以电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)205、电池管理单元207以及两个电动发电机控制器的形式存在：其中一个被称为“输入控制器”210，用于控制输入电动发电机130，其中的另一个被称为“输出控制器”220，用于控制输出电动发电机110。ECU 205包括可编程并操作以实现体现本发明的方法步骤的微处理器。下面参照图3和图5描述该方法。ECU205与输入控制器210、输出控制器220以及电池管理单元207连接，以控制这三个单元的操作。

[0073] 向控制设备200提供输入的输入设备包括用户输入设备250以及曲柄速度位置传感器260。在该实施例中，用户输入设备250包括用户可操作功率输入装置以及用户可操作制动输入装置(图中都未示出)。功率输入装置设置为由用户操作，一般用来指示骑车人希望用来骑脚踏车的功率，即运行速率。制动输入装置设置为由用户操作，以指示自行车10应减慢的速率。

[0074] 在该实施例中，设想功率输入装置是一个用户可操作选择器，该用户可操作选择器在多个不同位置的每个之间切换。选择器开关的实例是传统自行车的换挡机构常用的可扭握持变速器和指拨变速器。设想制动输入装置与传统制动杆相似。然而，在本实施例中，设想使用电气形式的选择器开关和制动杆使得每个都能够产生指示用户选定位置的电信号。曲柄速度位置传感器260是设置为检测曲柄臂50的速度和角位置并输出指示该速度和角位置的电信号的传统装置。每个输入设备连接并设置以向ECU 205提供各自的电信号。

[0075] 控制设备200的另一输出与仪表盘270连接。

[0076] 电池管理单元207与作为电能储存设备的可充电电池208形式连接。

[0077] 再次参照图1，ECU 205，输入控制器210，输出控制器220以及电池管理单元容纳在安装于自行车10车架上的控制外壳90内。电池208容纳在同样安装于车架上的电池外壳92内。

[0078] 【操作】

[0079] 下面对自行车10的操作进行描述。该描述采取描述通过由ECU 205实现的方法的步骤的形式，其中，ECU 205执行指令，该指令包含在对它进行编程的计算机程序中。

[0080] 参照图4，该方法从步骤300开始，在步骤300中，检测自行车的速度。这通过ECU205检测输出电动发电机110的速度来完成。输出电动发电机110的速度与自行车10的速度成正比。ECU 205通过从电动机换向传感器接收指示速度的信号来检测输出电动发电机
110的速度(尽管在其他实施例中，也可以测量电压或电压峰值的频率)。

[0081] 在步骤310中，ECU 205再根据步骤310中检测的速度确定自行车10是否静止。如果不是(即如果自行车10在运动)，则该方法执行“动态”例程320，从步骤321开始。如果自行车静止，该方法执行“启动”例程330，从步骤331开始。下面将对启动例程330进行描述。然而，首先对动态例程320进行描述。

[0082] 【动态例程】

[0083] 动态例程320从步骤321开始，其中ECU 205检测来自曲柄位置速度传感器260的输出并根据输出确定骑车人骑车的曲柄速度。

[0084] 然后动态例程320进入步骤322。在这个步骤中，ECU 205检测来自功率输入装置的信号，该信号一般指示骑车人希望用来骑脚踏车的功率。如上所述，功率输入装置可由骑车人操作以从多种设置中选择一种，每种设置一般各自对应于骑车人希望用来骑脚踏车的一种功率。

[0085] 在步骤323中，ECU 205检测来自曲柄位置速度传感器260的输出并根据该输出确定曲柄臂50的当前位置。

[0086] 然后该方法进入步骤324，其中ECU 205确定要从用作发电机的输入电动发电机120提取的电流。应理解的是，通过用这种方式控制输入电动发电机120的电流，也控制了与电流成正比的该装置上的扭矩。当输入电动发电机120通过输入行星齿轮组140与曲柄臂50耦合时，通过控制输入电动发电机120的扭矩也可控制曲柄臂50的扭矩(两个扭矩成正比)，曲柄臂50的扭矩是骑车人通过踏板40施加给曲柄臂50的扭矩。因此，通过控制输入电动发电机120的电流来确定骑车人必须施加给踏板40的力。在步骤324中，ECU 205控制从输入电动发电机120提取的电流，以使踏板40产生对骑车人的反作用力，这种力使骑车人能够借助功率输入装置以骑车人指示的其想要用来骑脚踏车的功率来骑车。这样，ECU 205利用先前确定的曲柄速度(在步骤321中确定的)以及先前确定的曲柄位置(在步骤323中确定的)根据曲柄速度和曲柄位置确定电流。下面将更详细地阐述。

[0087] 首先，描述电流随着曲柄速度的变化。针对功率输入装置的每种用户可选择设置，ECU 205获取各自的曲线或更精确地获取基本上指示该曲线的查找表形式的信息，该曲线或信息示出骑车人通常施加给自行车的曲柄臂50的扭矩如何随曲柄速度(或有时也被称为“节奏(cadence)”)变化。图4a示出了这种曲线的实例。从图4a可以看出，随着节奏增加，扭矩有减小的趋势(因此可以理解这样的曲线也指示出骑车人的功率输出如何随节奏变化)。一般来说，各个曲线的形状彼此相同，但是曲线应该沿y轴分开，即如果是以扭矩轴显示的，则沿扭矩轴分开。因此，每条曲线表示骑车人在整个节奏范围内以不同功率骑车。如果事先检测到功率输入装置提供的输入，则ECU 205查找与该输入所指示的功率输入装置的用户可选择设置相对应的曲线(或者查找表)。由此，ECU 205可确定骑车人骑脚踏车的扭矩。正如所提及的，曲柄臂50的扭矩直接与输入电动发电机120的扭矩成正比，输入电动发电机120的扭矩直接与输入电动发电机120的电流成正比。因此，ECU 205利用简单的转换系数来获得应当产生并存在于输入电动发电机120中的“名义”电流，以给出从查找表获得的与用户选定功率水平的检测曲柄速度相对应的扭矩。

[0088] 现在，描述一下电流随曲柄位置的变化。骑车人踩压踏板40所用的力会随着曲柄周期发生自然变化(例如，在曲柄周期的上止点和下止点，骑车人向踏板40施加的力几乎没有用)。因此，ECU 205修改“名义”电流，以得出要从输入电动发电机120提取的会影响上述自然变化的实际电流。在连续曲柄周期内，针对相同的曲柄角度，该实际电流是固定的。因此，在每个周期内的相同曲柄角度处的踏板40上产生相同的反作用力。然而，该电流相对于每个不同的曲柄角度随曲柄角度正弦式地变化。电流有多种变化的方式。在本实施例中，ECU205将一种算法应用到名义电流，以确定随曲柄角度变化且要从输入电动发电机120提取的实际电流。

[0089] 以上完成步骤324。

[0090] 在步骤325中，ECU 205控制输入控制器220，以便输入电动发电机120被操作使得在输入电动发电机120中存在步骤324中确定的电流。在至少以较低的自行车速度，该步骤325对应于操作用作发电机的输入电动发电机120。步骤325结束了动态例程320。

[0091] 用这种方式控制电流导致自行车10自动改变曲柄臂50和后轮之间的传动比。例如，如果骑车人用较大的力踩压踏板40，那么骑车人就要施加的扭矩就要超过对应于确定曲柄位置而从输入电动发电机120提取的电流的扭矩，电动发电机由于“变位”而加速。这改变了输入行星齿轮组140的传动比，变成了较低的传动比。因此，当骑车人施加的扭矩超过一定限度时，该装置会自动变成较低的传动比。因此，该装置会在需要的情况下，例如爬坡或快速加速时自动降低传动比。

[0092] 同样地，如果骑车人用较小的力踩压踏板40，并因此施加的扭矩小于对应于要从输入电动发电机120提取的确定电流的扭矩，那么电动发电机120减速并阻碍骑车人操作曲柄臂50的运动。输入电动发电机120的减速再一次改变了第二行星齿轮组的传动比，变为较高的传动比。因此，当骑车人施加的扭矩低于一定限度时，该装置会自动变成较高的传动比。因此，该装置会在需要的情况下，例如下坡或从加速过程缓和并渐变为稳定速度时自动升高传动比。

[0093] 通过为骑车人提供几种功率输入装置的用户可选择设置，其中每种设置各自对应于一个扭矩-节奏曲线，从而骑车人能大致选择他希望用来骑车的功率。此外，骑车人在骑车过程中可以改变功率使得他骑车更困难或更容易。

[0094] 在动态例程320之后，返回步骤300之前，该方法执行辅助例程340。下面参照图6对辅助例程340进行进一步描述。但是，首先将对上述提及的启动例程330进行描述。

[0095] 【启动例程】

[0096] 现在对上文所述的启动例程330进行描述。如果ECU 205在步骤310中确定自行车10是静止的，则该方法就执行启动例程330并进入步骤331。

[0097] 在步骤331中，ECU 205用与动态例程320的步骤322中相同的方式检测来自功率输入装置的信号。

[0098] 在步骤332中，ECU 205用与动态例程320的步骤323中相同的方式检测并确定电流曲柄角度。

[0099] 在步骤332中，ECU 205用与动态例程320的步骤324中相同的方式根据来自功率输入装置的信号、电流曲柄角度，并根据节奏趋近于零(上文所述的扭矩-节奏曲线包括节奏趋近于为零时骑车人施加的扭矩)确定应从输入电动发电机120提取电流。

[0100] 然后启动例程330进入步骤334，其中ECU 205控制输入控制器210使第一电动发电机110几乎短路(通常很难使第一电动发电机110完全短路，因为通常需要一些电流在第一电动发电机110和输入控制器210之间流动)。

[0101] 这种有效短路迅速在输入电动发电机120中建立反作用扭矩，防止其旋转(扭矩的建立发生在曲柄角度大约5至10度之间)。这种反作用通过输入行星齿轮组140传输到曲柄臂50和踏板40，从而使骑车人对抗于该反作用进行推动以启动脚踏车。这种有效短路会锁住输入电动发电机120，使得输入电动发电机120的转子122在骑车人向踏板40施力时不能转动并将扭矩经由曲柄臂50、链条、后链轮80、行星齿轮架142以及行星齿轮144传输至与转子122耦合的太阳轮146。因此，骑车人施加的扭矩被传输至与轮毂100耦合的内齿环148。这引起轮毂以及与轮毂相连的车轮旋转，从而从静止状态驱动自行车向前方运动。

[0102] 在步骤335中，ECU 205检测输入电动发电机120中的实际电流。

[0103] 步骤336将检测的实际电流与步骤333中确定的电流进行比较，只要实际电流小于确定的电流，就使启动例程返回步骤331，重复执行。当实际电流达到确定的电流时，步骤336使ECU 205退出启动例程330并启动上述动态例程320。

[0104] 【最大节奏控制的替代】

[0105] 在第一替代实施例中，自行车与上文中参照图1-4描述的自行车10相同，但除下列修改之外。

[0106] 首先，修改用户输入设备250。输入设备250具有用户可操作扭矩输入装置和用户可操作最大节奏输入装置(图中都未示出或都示出)而不具有用户可操作功率输入装置。扭矩输入装置设置为由骑车人操作以便指示他或她希望经由曲柄臂50传输的扭矩，即，指示他或她希望用来骑脚踏车的力。最大节奏输入装置设置为由骑车人操作以便结合扭矩输入装置来指示骑车人希望用来骑脚踏车的最大功率。此外，设想输入装置可以是在多个不同位置的每个之间切换的用户可操作选择器开关。

[0107] 该实施例的操作与参照图4所述的操作大体相同。但是，参照图4所述的动态例程320由稍有修改的动态例程320’代替。下面参照图5对修改的动态例程320’进行描述。

[0108] 在步骤321’中，ECU 205如前面步骤321中所述的那样检测并确定曲柄速度。

[0109] 在修改的动态例程320’中，步骤322’是新的一步。在该步骤中，ECU 205检测扭矩输入装置提供的输入。由此代替检测功率输入装置提供的输入的步骤。

[0110] 在步骤323’中，ECU 205如前面步骤323中所述的那样检测并确定曲柄角度。

[0111] 在修改的动态例程320’中，步骤326是新的一步。在该步骤中，ECU 205检测最大节奏输入装置提供的输入。

[0112] 在步骤324’中，ECU 205确定要产生并存在于电动发电机120中的电流。该步骤与前述步骤324相似，区别在于没有可查找的扭矩-节奏曲线(或者查找表)。相反，ECU205只根据从扭矩输入装置接收的输入来确定“名义”电流，然后根据曲柄角度修改前述电流，得到在每个曲柄位置要产生并存在于输入电动发电机120中的电流。然而，在步骤324’中，ECU 205也将实际曲柄速度(即实际节奏)与从最大节奏输入装置接收的输入作比较。
如果实际节奏超过以从最大节奏输入装置接收的输入来表示的节奏，则ECU 205控制输入控制器210以一个预定系数(或在其他实施例中，以一个预定量)来减小输入电动发电机
120的电流。正如现在所理解的，这样减小了输入电动发电机120的扭矩以及传输给骑车人的扭矩反作用，从而导致骑车人以较低功率输出骑车。也就是说，第一替代实施例中描述的修改的装置允许骑车人设置优选骑车扭矩和优选最大骑车功率。应理解这种修改的装置如前述一样也自动改变传动比。

[0113] 在该替代实施例中，设想对启动例程330的步骤333进行相应改变，以考虑到不存在扭矩-节奏的查找表的情况。

[0114] 【电力辅助】

[0115] 在参照图1-4所述的第一实施例以及参照图5所述的第一替代实施例中，自行车10都设置来为骑车人提供电力辅助。下面将对此进行描述。

[0116] 首先，用户输入设备250进一步包括用户可操作辅助输入装置以及用户可操作制动输入装置(图中未示出)。辅助输入装置设置为由骑车人操作以便指示系数，根据该系数用电池的功率补充骑车人通过踩踏提供给传动装置的功率。此外，设想该辅助输入装置是在多个不同位置的每个之间切换的用户可操作选择器。

[0117] 在第一实施例以及第一替代实施例中的操作方法包括“辅助”模式，为简洁起见在图4和图5中省略，但显示在图6中的340处。该辅助模式340包括在该方法中，在动态模式320(或320’)之后，且该方法返回步骤300之前。

[0118] 继续参照图6，辅助模式340从步骤341开始，其中ECU 205检测辅助输入装置提供的输入。如上所述，该输入指示系数，根据该系数用电池208的功率补充骑车人通过踩踏提供给传动装置的功率。在该实施例中，该输入可指示三种设置中的每一种：无需从电池208提供电功率来补充骑车人提供的功率(即无需提供电力辅助)，希望从电池208提供与骑车人提供的功率一致的功率(例如提供100％电力辅助)，以及希望从电池208提供骑车人提供功率的2倍的功率，(例如提供200％电力辅助)。在其他实施例中，该输入可以指示希望从电池208提供的几种不同绝对数量的电功率中的每一种。

[0119] 在步骤342中，ECU 205随后结合曲柄速度(通过检测来自曲柄速度位置传感器260的输入而检测得到)以及在步骤324(或324’)中确定的且在步骤325中设置的电流(该电流，如上所述，与输入电动发电机120的扭矩以及骑车人施加的扭矩成正比)来确定骑车人目前提供的功率。

[0120] 该方法然后进入步骤343，其中ECU 205相应地控制电池管理单元207以及输出控制器210。

[0121] 具体地，如果从辅助输入装置接收的输入指示无需提供电力辅助，则ECU205控制电池管理单元207，以便不从电池208提供电功率，并且输出控制器210操作用作电动机的输出电动发电机110，该输出电动发电机110由输入电动发电机120产生的电功率单独提供功率。因此，后轮仅由骑车人提供的功率以机械和机电方式驱动。后轮由骑车人通过输入行星齿轮组140的曲柄臂50、后链轮80、行星齿轮架142、行星齿轮144以及内齿环148以机械方式驱动，以便驱动轮毂100，并通过输入行星齿轮组140的曲柄臂50、后链轮80、行星齿轮架142、行星齿轮144以及太阳轮146以机电方式驱动，以便驱动用作发电机的输入电动发电机120并向用作电动机的输出电动发电机110提供电功率，输出电动发电机110通过输出行星齿轮组130的太阳轮136、行星齿轮134以及内齿环138来驱动轮毂100。

[0122] 但是，如果从辅助输入装置接收的输入指示需要提供电力辅助，则ECU 205控制电池管理单元207，以便将电功率从电池208提供至输出电机110以补充输入电机120产生的并提供给输出电机110的电功率。操作ECU 205以提供由从辅助输入装置接收的输入确定的一定水平的电功率以及由骑车人输入的步骤330中计算的功率。这样，提供了骑车人选择的电力辅助的系数。在其他方面，操作与针对无电力辅助所描述的操作相同。

[0123] 【制动】

[0124] 在上述实施例中，自行车具有制动输入装置，制动输入装置可由骑车人可变地操作以生成信号，用以指示骑车人希望制动自行车的速率。上述每个实施例的方法使得当ECU205接收来自制动输入装置的指示骑车人希望制动自行车的输入时，ECU 205执行如图7中的350所示的制动例程。制动例程350从步骤351开始，其中ECU 205检测来自制动输入装置的输入。在步骤352中，ECU205确定输出电流，当从用作发电机的输出电动发电机110提取时，该输出电流在后轮30上施加制动扭矩，该制动扭矩以来自制动输入装置的输入所指示的制动速率来使自行车减速。在步骤353中，ECU 205控制输出控制器220，以便输出电动发电机110使用前述步骤中从输出电动发电机110提取的电流来充当发电机进行操作。

[0125] 在上述实施例中，ECU 205操作输出控制器220以及电池管理单元207，以便将输出电动发电机110在制动期间产生的功率用于给电池208充电。用这种方式提供再生制动。如果电池208充满，操作该装置以跨过输出电动发电机110连接电阻器(图中未示出)，以便由此产生的功率由电阻器用作热能消耗。在替代实施例中，ECU 205低效率地操作用作发电机的输出电动发电机110和/或输入电动发电机120，例如通过使电流和/或电压转相以便阻碍每个发电机转动，从而制动后轮30。在这样的装置中，能量在绕组和金属结构(有时指“铁”)或这台发电机或发电机110、120中的每台发电机中消耗掉。

[0126] 在上述实施例中，自行车包括其前轮上的传统制动器。

[0127] 【自由滑行例程】

[0128] 为了允许自行车自由滑行，该方法包括“自由滑行”例程。不对该例程进行阐述，但该例程包括在ECU 205检测到曲柄臂50以小于每分钟10个周期的节奏进行旋转以及自行车10处于运动状态的步骤中，然后，响应于此，只要曲柄臂50以小于每分钟10个周期的节奏进行旋转，则停止并使电流存在于输入电动发电机120和输出电动发电机110中。这样，输入电动发电机120能够自由转动，因此扭矩不会经由曲柄臂50被传输回骑车人或经由输入行星齿轮组140被传输回后轮30。同样地，输出电动发电机110以及前轮20也自由转动。因此，自行车10能自由滑行。

[0129] 【滑步车的替代】

[0130] 在第二替代实施例中，自行车10被改装删去电池208以及电池管理单元207。因此，改装后的自行车(图中未示出，但在其他方面与图1所示的10相似)不具有辅助模式340，于是将用作发电机的输入电动发电机120产生的所有功率传输至输出电动发电机110以便操作用作电动机的输出电动发电机110，以辅助驱动自行车。一部分电功率可用于给控制电子器件提供电力，但基本上产生的所有电功率都用来驱动改装后的自行车。这样，传统自行车(有时被称为“滑步车”)在无级传动式装置中可具有自动换挡的比率。应理解的是，由于在该替代实施例中改装后的自行车没有电池208，该实施例中也就没有再生制动来给电池充电。

[0131] 【后踏板制动】

[0132] 在上述任一实施例中，自行车10可改装为另外提供后踏板制动。熟悉脚踏车技术的人员应理解，结合特别改装的后轮毂，而在一些自行车上设置后踏板制动，其中该后轮轮毂的组件在骑车人将反向扭矩施加在后轮链轮上试图利用大致在水平方向上的曲柄反向踩压踏板时制动轮毂。施加给轮毂的制动力通常取决于施加在后轮链轮上的反向扭矩。这里所描述的改装将以机电的方式向本发明实施例提供这样的功能。

[0133] 修改包括“后踏板制动”例程(图中未示出)，包括在上述任意或所有方法中。当臂在与垂直方向的夹角在约60和120度之间即非常接近水平时，一经检测到曲柄臂50的反向运动，ECU 205就使该方法进入该例程。一旦进入该例程，ECU 205就使输入电动发电机120通过从其提取电流而用作发电机，使得通过旋转后轮30经由输入行星齿轮组140驱动输入电动发电机120，从而通过输入电动发电机120阻碍后轮30旋转。因此，向后轮30施加制动扭矩。用这种方式操作用作发电机的输入电动发电机120来将制动扭矩施加给后轮30也使扭矩经由曲柄臂50被传输回骑车人，以对向后踩踏板的动作产生反作用。对骑车人的反作用提供了反馈，该反馈说明自行车10正在被制动。

[0134] 后踏板制动例程进一步包括ECU 205响应于检测到曲柄臂50的进一步反向运动而增加从输入电动发电机120提取的电流。设想提取的电流以及施加的制动扭矩增加到超过曲柄臂运动大约10度的最大值。施加的最大制动扭矩大约限制在后轮30会锁住并滑动的扭矩。

[0135] 在进一步的修改中，设想后踏板制动例程包括ECU 205以与该例程中操作用作发电机的输入电动发电机120相同的方式操作用作发电机的输出电动发电机110，从而将制动扭矩施加到前轮20。在该进一步的修改中，上述制动输入装置会被省去。

[0136] 就像上述再生制动一样，以这种方式操作的输入电动发电机120(以及输出电动发电机110)响应于向后踩踏板而产生的功率，可用于给电池208充电。

[0137] 【运动后踏板制动】

[0138] 在上述任一实施例中，自行车可包括上述后踏板制动的替代形式。在该替代中，一旦检测到曲柄臂50正在反向运动，则ECU 205就使该方法进入“运动后踏板制动”例程。在该例程中，ECU 205使输入电动发电机120通过从其提取的电流而用作发电机。如上所述，倾向于制动后轮30。通过反向踩踏板，骑车人提供帮助旋转用作发电机的输入电动发电机120并帮助制动后轮30的扭矩。因此，自行车被制动并产生电功率，该电功率可用于给电池208充电。应意识到在该例程中，从输入电动发电机120提取的电流的方向与使上文中参照图4描述的产生并存在于动态例程中的电流的方向相反。

[0139] 【防锁制动】

[0140] 在上述任一实施例中，自行车可进一步修改为包括防锁制动系统(Anti-lock Braking System，ABS)。在这种修改中，ECU 205通过传统方式检测输入电动发电机120的速度和/或输出电动发电机110的速度。响应于确定电动发电机110、120中的一台或两台减速至预定速率以上，或电动发电机110、120中的一台或两台突然停止的情况，ECU 205运转以减小从减速过快或突然停止的该电动发电机或每台电动发电机中提取的电流。该方法可包括一旦确定该电动发电机或每台电动发电机110、120不再减速至预定速率以上或不再停止，则ECU205再一次增加相关电流。

[0141] 【牵引控制】

[0142] 类似地，设想在一种或多种实施例中，可操作ECU 205以控制输入电动发电机和/或输出电动发电机的电流，以便对前轮和/或后轮提供牵引控制。

[0143] 【节点】

[0144] 参照上文的“节点(node point)”。在较低的速度下，输入电动发电机120用作发电机，并使用从输入电动发电机120提取的步骤324(或324’)中确定的电流。相应地，输出电动发电机110用作电动机，并至少部分地由输入电动发电机120提供功率。如上所述，由于骑车人以更快的速度骑脚踏车并使自行车以及所述装置加速，以自动改变传动比，所以即使(或是因为)从输入电动发电机120提取的电流保持不变，输入电动发电机120还是会减速。骑车人继续给自行车加速，在操作中的某一点，输入电动发电机120停止，然后开始沿其他方向旋转，其中的电流仍然保持恒定。如果输入电动发电机沿相反方向旋转，但发电机内的电流仍然控制为相同的，则输入电动发电机120用作电动机。相应地，由于输入电动发电机120与输出电动发电机110相连，因此此时输出机120用作电动机。输入电动发电机120改变方向的点为“节点”。这是上述实施例的一种自然现象并由于ECU 205控制第一控制器210以保持输出电动发电机110的电流恒定而自动发生。这使得装置能提供更宽范围的传动比，该传动比属于装置可自动选择的不同“挡位”。在参照图4-7的上述操作方法中，为了使说明简要，主要描述了用作发电机的输入电动发电机120(骑车人以节点以下的速度操作自行车的情况也一样)。然而，现在应理解，上述电流控制方法使节点之上的输入电动发电机120用作电动机，输出电动发电机110用作发电机。

[0145] 【替代组装】

[0146] 参照图3的上述控制设备200以及参照图4-7的上述操作方法可用于操作其他脚踏车中相似，但配置不同的机电装置。

[0147] 例如，控制设备和方法可用于控制第一替代装置例如图8所示的装置400。在该第一替代装置中，将输入电动发电机474以及输出电动发电机476与行星齿轮组一起设置在自行车的曲柄箱中。两个曲柄臂50通过曲柄轴452彼此相连。曲柄轴452耦合至具有行星齿轮472的行星齿轮架471并使其旋转。行星齿轮472与太阳轮473上的一组径向内齿啮合，同一太阳轮473上的一组径向外齿与耦合至输入电动发电机474的转子的小齿轮478啮合。行星齿轮472也与环齿圈(annulus gear)475上的一组径向内齿啮合，环齿圈
475上的一组径向外齿与耦合至输出电动发电机476的转子的另一小齿轮477啮合。环齿圈475经耦合来驱动通常较大的齿形轮牙460，齿形轮牙460与曲柄轴452同心，但在该装置中，齿形轮牙460不与曲柄臂450耦合。齿形轮牙460容纳链条(图中未示出)，该链条用于按照传统方式驱动安装在后轮上的链轮。也就是说，该第一替代装置的机电配置与欧洲专利申请No.09251183.1所显示和描述并参照其附图的配置一样。设想本方法用于控制这种装置。

[0148] 可替代地，控制设备和方法可用于控制第二替代装置例如图9所示的装置500。与参照图2的上述的第一替代装置相似，区别在于输入电动发电机120和输入行星齿轮组140只保持在后轮30的轮毂100中，输出电动发电机110和输出行星齿轮组130安装在前轮20的轮毂中。除此之外，装置500基本上与前述装置相同。

[0149] 图10示出了另一种装置600，其中以基本上与四轮脚踏车相同的方式进行控制，该四轮脚踏车用于具有两对曲柄臂610，曲柄臂610上具有踏板，每对曲柄臂以传统方式各自与较大的齿形轮牙耦合。每个后轮包括参照图2的上述的安装有轮毂的装置中的一个。驱动轴设置在两个装置之间，以便将两个输入行星齿轮组140的行星齿轮架142耦合在一起。两个链轮设置并耦合在驱动轴上，每个链轮都用于各自容纳与较大齿形轮牙的每个耦合的链条并由该链条驱动。如果安装有轮毂的装置例如该每个后轮中的安装有轮毂的装置无需变速，则将其与四轮脚踏车，特别是电动辅助的四轮脚踏车结合是有问题的。

[0150] 【用作健身脚踏车】

[0151] 设想上述任一实施例可设置用作固定式健身脚踏车。针对这种用途，脚踏车可由后轮或固定的车轮支撑并由骑车人踩踏，以使该输入电动发电机或每台输入电动发电机旋转。设想这样的脚踏车包括用户可操作控制器，以确定从该输入电动发电机或每台输入电动发电机提取的电流，以及骑车人骑脚踏车的阻力。设想将骑车人用这种方式使用脚踏车产生的电功率用于给电池充电。