變速自行車的自動變速裝置及其自行車、變速方法
【技術領域】
[0001 ]本發明設及自行車領域，尤其設及一種變速自行車的自動變速裝置及其自行車， 還設及運種變速自行車實現自動變速的方法。
【背景技術】
[0002] 目前市面上帶自動變速的自行車，其自動變速器只能與內變速的后花鼓配合，原 因是內變后花鼓能在任何情況下(轉動或者靜止)都可W變速。其工作原理為自行車在靜止 壯態下，自動變速器會有一個默認的啟動檔位，當開始騎行之后，自動變速器會跟據當前的 速度自動換檔達到自動變速的目的，當騎行緊急剎車制動時，騎行從高速突然變成靜止，此 時因為內變后花鼓可W在靜止的情況下變速，自動變速器會自動復位，恢復到默認狀態。
[0003] 因為內變速后花鼓性能上的缺點：重量太重和阻尼大，不能應用在山地車上，所W 目前也沒有能自動變速的山地車。主要原因是山地車上的變速是由變速飛輪、拔鏈器、鏈條 完成變速的。在靜止情況下，飛輪不轉動，此時變速鏈條無法跳到相應的齒輪上，鏈條會和 拔鏈器形成一定的角度，當運個角度大到一定程度時就會拉環拔鏈器。因 W上原因山地車 不能在靜止的情況下變速，又因為不能在靜止情況下變速，當自行車在高速時，自行車的變 速組合一般為鏈條在牙盤的最大片齒輪在飛輪的最小片，如果此時緊急制動，鏈條還會停 在運個組合上，當再次啟動時，牙盤和飛輪的速比太大，無法正常啟動。所W目前的自動變 速器不能應用在山地車上。
[0004] 內變速具有結構緊密、外形美觀和無噪音的特點。它改變速比輕巧牢靠。變速級差 一般都在5級W內，國內生產的W3級變速為多。內變速齒輪的摩擦損耗大，在生產上對精度 的要求很嚴格，工序和部件都比較復雜，造價也較高一些。它用于對輸出功能(撥速，撥力） 要求不太嚴格，用不著隨便改變級差的短距離、低速度、騎行時間短的車種較合適。在我國， 它大都裝配在中、高檔的輕便車上。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足，提供一種變速自行車的自 動變速裝置及其自行車、自動變速的方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種變速自行車的自動變速裝 置，包括一個用于和變速自行車撥鏈器相連接的自動變速器，及與所述自動變速器進行信 號傳輸的力矩傳感器和速度傳感器。
[0007] 進一步，所述自動變速器包括變速器外殼、變速線、移動套、螺桿、步進電機、固定 座和控制模組;變速線的一端用于與變速自行車的拔鏈器連接，另一端穿過變速器外殼的 左端蓋固定在移動套上;移動套的內牙鑲嵌在螺桿上，螺桿兩端通過軸承分別固定在左端 蓋及固定座上;控制模組和步進電機電連接，步進電機鎖固于固定座上并且其轉軸與螺桿 相連，左、右端蓋及固定座分別鎖固于變速器外殼內。
[000引進一步，所述控制模組的控制板上集成了MCU控制單元，控制模組固定在右端蓋 上。
[0009] 進一步，所述自動變速器的MCU控制單元與力矩傳感器和速度傳感器相互之間采 用無線信號或有線信號傳輸。
[0010] -種自動變速自行車，包括上述任一所述變速自行車的自動變速裝置，所述自動 變速器安裝于車架上，所述力矩傳感器和速度傳感器安裝于中軸或后勾爪上，自動變速器 與變速自行車的拔鏈器連接。
[0011] -種自動變速自行車的自動變速的方法，包括W下步驟：
[0012] a.建立力矩實際測得數值和力矩模擬值的對應關系，力矩實際測得數值變化達到 一單元數值時，力矩模擬值則相應的增加或減少；
[0013] b.設置程序表，建立力矩模擬值、速度和檔位之間的對應關系；
[0014] C.自動變速器自動讀取力矩傳感器所實際測得的力矩數值，分析之后查詢所測力 矩數值在程序表中所對應的力矩模擬值的位置；
[0015] d.自動變速器自動讀取速度傳感器的實測數值，查詢所測速度數值在程序表中所 在的位置；
[0016] e.根據程序表定義的程式，判斷是否需要進行加檔或減檔的操作，如需要進行加 檔或減檔的操作，則自動變速器的控制模組發出指令控制執行機構加檔或減檔，如不需要 進行加檔或減檔操作；
[0017] f、返回步驟C。
[001引進一步，還包括W下步驟：
[0019] 自動變速器能實時記錄當前所在檔位，關掉自動變速器之后也能保存當前的檔 位，運樣可W保證自動變速器不會跳出程序表所設置的范圍。
[0020] 進一步，步驟a內力矩模擬值是自定義的分組，步驟b程序表內的數值，可根據實測 數據和騎行特性、騎行習慣由騎行者自行定義。
[0021] 進一步，步驟C中自動變速器自動讀取力矩傳感器所實際測得的力矩數值變化未 達到一單元數值時，力矩模擬值則不變。
[0022] 進一步，還設置有一個速度標志位，通過比較連續兩次速度采樣的結果判斷當時 的騎行狀態是加速度狀態還是上坡狀態，如力矩實測數值變大，而速度沒有變化，則為上坡 狀態;設定力矩模擬值闊值，當力矩模擬值達到設定的力矩模擬值闊值時，如果此時速度變 快，說明是加速度狀態，則檔位不變，如果速度變慢，說明是上坡狀態，則按程序表定義的程 式調整檔位。
[0023] 本發明與現有技術相比的有益效果是：
[0024] 1)克服了自動變速器只能用在內變速后花鼓的缺點，能夠應用在山地車上，開拓 了自動變速器的市場前景；
[0025] 2)本發明采用外置自動變速器，在騎行過程中自動變速是根據自行車的車速變化 的快慢自動完成，不需要手操縱，從根本上取代了手操作變速；
[0026] 3)自動變速器的電機采用直流電機，通過控制模組，控制模組上集成了MCU控制單 元，可W精確的控制電機轉動的步數和通電的時間，從而可W做到精確的變速效果；
[0027] 4)自動變速器的控制模組與力矩傳感器和速度傳感器相互之間采用無線信號傳 輸，節省空間，減少安裝工作量，并且避免地了因線路斷路而導致的故障，降低了故障率及 維修成本。
[0028] 5)本發明通過傳感器實時讀取騎行者的踏力和速度做為自動變速的基礎，可W保 證騎行者不管是在上坡還是在平路腳上的踏力都是恒定的，腳上用的力都是一樣的，不一 樣的只有速度，增加了騎行的舒適度。
[0029] 6)本發明的變速組合經程式設定，符合山地車的變速規范，可W避免部份騎行者 不懂變速規范強行非法變速而損壞變速裝置，增加了山地自行車的壽命
[0030] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發明的自動變速自行車整體結構示意圖；
[0032] 圖2為本發明的自動變速器裝設于自動變速自行車的后下叉的結構示意圖；
[0033] 圖3為本發明的自動變速器的結構示意圖；
[0034] 圖4為本發明的自動變速器的局部剖示圖；
[0035] 圖5為本發明的自動變速器的分解結構示意圖；
[0036] 圖6為本發明的外置自動變速器的工作方法流程示意圖。
[0037] 其中：1、前變速指拔;2、前變速線套;3、后變速線套;4、剎把;5、后變速指拔;6、前 剎車器;7、輪胎;8、福條;9、前花鼓；11、自動變速器；12、腳踏；13、前變牙盤；141、中軸；142、 力矩傳感器；143、速度傳感器；15、鏈條；16、自動變速器前變速線；17、自動變速器后變速 線；18、前拔鏈器；19、后花鼓;20、后拔鏈器;21、后變飛輪;23、后剎車器；111、變速線；112、 左端蓋；113、軸承；114、移動套；115、螺桿；116、外殼；117、軸承；118、固定座；119、電機； 1110、控制板;1111、電源線，1112、右端蓋。
【具體實施方式】
[0038] 為了更充分理解本發明的技術內容，下面結合具體實施例對本發明的技術方案進 一步介紹和說明。
[0039] 如圖1至圖2所示，一種變速自行車的自動變速裝置，其包括：自動變速器11，該自 動變速器11裝設于該自行車的后下叉、后上叉、下管或上管等任何可W安裝的位置；W及一 個信息連接該自動變速器11的力矩傳感器142和速度傳感器143，力矩傳感器142和速度傳 感器143可W安裝在中軸、后勾爪或者任何可W安裝的地方。一臺山地自行車可W安裝一個 或者兩個自動變速，牙盤只有一片齒輪的只安裝一個自動變速器，牙盤齒輪有2片或者2片 W上的安裝兩個自動變速器11。自動變速器11的左端蓋2和右端蓋12上有一個安裝孔，可直 接用螺絲固定在車架的相應位置上，變速線111安裝在后拔鏈器20(前拔鏈器18)上。
[0040] 如圖3至圖5所示，具體的，所述變速線111的一端直接固定在變速自行車的前拔鏈 器18和后拔鏈器20上，另一端穿過左端蓋112固定在移動套114上;移動套114的內牙鑲嵌在 螺桿115上，螺桿115兩端通過軸承分別固定在左端蓋112及固定座118上;步進電機119鎖固 于固定座118上并且電機119的轉軸與螺桿115相連，左端蓋112及右端蓋1112及固定座118 分別鎖固于變速器外116殼上。
[0041] 具體的，控制模組和步進電機119電連接，控制模組的控制板1110上集成了MCU控 制單元，控制模組固定在右端蓋1112上。
[0042] 具體的，自動變速器的控制板1110上的MCU控制單元與力矩傳感器142和速度傳感 器143相互之間采用無線信號或有線信號傳輸。
[0043] 具體的，該步進電機119與控制板1110連接。
[0044] -種自動變速自行車，包括上述任一所述變速自行車的自動變速裝置，自動變速 器11安裝于車架上，力矩傳感器142和速度傳感器143安裝于中軸141上，自動變速器與變速 自行車的拔鏈器連接。
[0045] 自動變速器的變速原理:控制模組1110上集成了 MCU控制單元內部可寫入程式，程 式可跟據所接收的力矩信號或速度信號計算出需要變速的步數，然后控制電機119的正反 轉來帶動螺桿115的正反轉，螺桿115的正反轉帶動移動套114的左右移動