[发明专利]自行车的热助力设备

说明书

发明领域

几年来，市场上，电动机助力的自行车数量不断增加。这些自行车实 际上设计成，骑车人与其助力设备配合，电动机不能单独推进自行车，如 同现有技术中的实施例那样。骑车人用力蹬踏可略微延长续驶里程，而助 力设备使使用者具有处于极其良好的状态的感觉。

这些车辆在其效率方面很不相同，它们的不同之处在于其发动机、其 动力学原理、助力设备的操纵、蓄电池和安装有助力设备的自行车。

这类车辆的发动机几乎具有约200瓦的额定功率，即相当于骑车人偶 尔最大限度地使用的力量。相反，它们的不同之处在于其转速、其力矩曲 线、其效率曲线、其冷却、其噪音、其重量及其价格。

但是，就所涉及的而言，它们相当接近，都具有助力设备进行这种工 作所必要的性能。它们单独起动，提供低转速和止动用的大力矩，往往低 速转动(某些甚至是直接作用)，相当静音，振动不大，且具有相当好的 效率，只要使之转速不太低。

所有这些性能会使热力发动机大受影响。

助力发动机的动力学原理是这些自行车之间的关键不同点。

在许多这些助力设备上，发动机具有单一的齿轮传动比，这表明它仅 能以单一的速度(往往是25公里/小时)输送其额定功率。这种布置的后 果在于，助力功率随速度而降低，从而在上坡时由于显著的迎面风而受影 响。这个问题由于效率降低(续驶里程减少)和发动机快速加热而突出， 因此，即使骑车人的动力学原理提供多种传动比，这些自行车也不适合起 伏不平的地形。

在另一种更为先进的助力设备上，发动机有利于骑车人变换速比，因 此，骑车人和发动机可在自行车的整个速比变化范围，继续其良好的配合。

助力设备的操纵也极其重要。为了符合某些法规，如果骑车人不蹬踏， 则发动机不应工作，这也是助力设备的定义。其实，某些自行车并不遵循 这个规则，但是，低装机功率很少限制不蹬踏使用自行车的情况。

人们力图希望，基于对踩蹬机构施加的力矩的测量的具有发动机比例 响应特性的助力设备是最适当的系统。较灵敏的方法示出，骑车人对其踩 蹬机构施加的力矩成正弦曲线，除特定的布置以外，发动机的响应特性也 在踏板运行一周上成正弦曲线。这种情况使这些自行车丧失助力设备可提 供的极大优越性。实际上，如果在平地上自行车的惯性使这些力矩变化不 太敏感，则在上坡时不一样。自行车在踩蹬机构的每个死点(point mort) 放慢速度，然后进行加速。因此，蹬踏的平均速度上坡时减小，在坡道上 与蹬踏相等的力量比在平地上更令人不舒服。这种力矩变化也非常不利于 附着力，这是在这方面能力非常有限的越野自行车上特别敏感的问题。

大致上，助力设备的良好操纵使踏板盘上具有不变的力矩。这具 有不变的力矩底限，易于进入踩蹬机构的死点，这在上坡或开始蹬踏时大 大“缓和”猛蹬踏。作用力完全超过增加的力量，因为可使骑车人在坡道 上获得的蹬踏效率接近在平地的蹬踏效率。

尽管近来在这个领域和基本研究方面有进展，一直希望蓄电量大于 200瓦小时/千克，但是，蓄电池仍是这些车辆的极大弱点。现实中，要求 离此差距很大，因为蓄能取决于大量参数：温度，要求的功率，蓄电池的 寿命，已经进行的充电次数，蓄电时间，以及充电方式。现实中，较好的 蓄电池在两年的使用中提供平均约100瓦小时/千克。

如果与液体燃料进行类比，即使考虑到电动机和热力发动机之间的效 率差别，那么，一千克蓄电池至多相当于一个50立方厘米的能量储存器， 其应至少在4小时期间注满液滴，每次全负荷时减小，不使用时漏泄，一 般3年之后衰减，其燃料的发热量及其电平降低，且其用不可循环使用的 非常贵重的金属制成。

这种类比似乎过于夸张，但提出这些自行车必须克服的挑战。

应当指出，一千克锂离子蓄电池约值200欧元(2007年)，其在使用 寿命期间至多贮存500×100瓦小时，即50千瓦小时，即约5欧元的能量。 因此，贮存价格是贮存能量价格的40倍。

当使用者必须更换蓄电池时(一般在两三个季度后)，这种情况必然 发生，调查研究表明，自行车的使用寿命往往由此结束。