一种手自一体的自行车自动内变速器、自行车的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型属于自行车技术领域，具体涉及手自一体的自行车自动内变速器、自行车。
【背景技术】
[0002]自行车内变速器是以行星齿轮机构作为传动主体，同时封闭装配在自行车的后车轮轴的花鼓内，能够克服外变速器存在的缺陷，提供自行车较佳的传动性能，其在自行车的生产应用中越来越普及。
[0003]本申请人于2013年11月19日申报的专利号为201320733795.8的中国实用新型专利，公开了一种自行车内变速器，提供了一种新型的自行车内变速器，通过一个操纵组件驱动若干个轴向的执行组件实现内变速器内部行星轮系的传动比变化，实现自行车整体的档位变换，现有的自行车变速控制都是采用人工手动操作，通过拉线拉动实现控制，操作舒适性不高，并且很多情况下，对于自行车骑行技术不熟练的人，通常在低速骑行变档过程中手忙脚乱，容易发生紧急安全事故。同时，采用这种活动拉线的方式进入内变速器，导致内变速器的外壳密封存在缺陷。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型解决如下技术问题:针对专利号为201320733795.8的自行车内变速器采用手动控制变速的缺陷，提出一种手自一体的自行车自动内变速器、自行车，有效提升自行车骑行过程中的舒适性和安全性，并且进一步优化内变速器的结构。
[0005]本实用新型采用如下技术方案实现:一种手自一体的自行车自动内变速器，包括若干个沿车轮轴轴向移动的换挡控制杆，所述换挡控制杆的一端与控制电机连接，另一端分别与内变速器中的行星齿轮传动机构的离合器连接，实现行星齿轮传动机构的传动比变换，所述控制电机通过输出通信模块与设置在车把手上的控制器连接；所述控制器包括一个控制模块、一个模式开关和若干个信号采集单元，所述模式开关与控制模块输入端电连接，控制若干个信号采集单元的信号通过输入通信模块传递至所述控制模块输入端，所述控制模块输出端通过所述输出通信模块连接至所述控制电机，控制内变速器的换挡控制杆实现换挡。
[0006]进一步的，所述信号采集单元包括手动换挡开关、检测车速的速度传感器以及检测蹬踏力矩的力矩传感器；其中，所述手动换挡开关设置在控制器外壳体上，所述速度传感器设置在车轮上，所述力矩传感器设置在自行车曲柄或五通位置。
[0007]进一步的，所述信号采集单元还包括用于检测曲柄转动位置的曲柄位置传感器，所述曲柄位置传感器设置在所述车架的竖管上，采用接近开关采集曲柄的转动位置。
[0008]进一步的，所述输入通信模块和输出通信模块采用有线电信号模块连接，即电线连接；或者采用无线通信模块连接，通过分别设置信号发射器和信号接收器实现无线信号的通信连接。
[0009]进一步的，所述控制模块为DSP、ARM、PLC或单片机中的一种，所述控制器上设有用于显示档位的显示屏与控制模块的输出端电连接，控制器的电源采用可充电电池，其上设有电源充电接口、外接电源接口。
[0010]在本实用新型中，所述控制电机的电源采用移动式充电电源或车载式发电电源。
[0011]作为本实用新型的优选方案，所述控制电机为固设在内变速器壳体内的若干个转动电机，所述转动电机与换挡控制杆—对应；所述转动电机通过螺杆传动机构与换挡控制杆连接，所述螺杆传动机构的螺杆与转动电机的动力输出端固连，所述换挡控制杆上固定设有螺母与所述螺杆螺纹连接。
[0012]作为本实用新型的另一种优选方案，所述控制电机为固设在内变速器壳体内的若干个转动电机，所述转动电机与换挡控制杆一一对应；所述转动电机通过螺杆传动机构与换挡控制杆连接，所述螺杆传动机构的螺杆与转动电机的动力输出端固连，所述换挡控制杆上设有一个轴向的限位槽，所述限位槽内嵌装一个螺母与所述螺杆螺接，所述换挡控制杆的端部设置压缩的弹簧推动换挡控制杆轴向移动。
[0013]作为本实用新型的另一种优选方案，所述控制电机为直线电机，其输出轴端与换挡控制杆直接连接，通过定位垫片固定。
[0014]在上述方案中，所述自动内变速器还包括换挡控制杆档位位置反馈单元，包括平行固设在换挡控制杆一端的定位板，所述定位板沿轴向设有与对应换挡控制杆轴向档位位置对应的控制杆位置传感器，所述控制杆位置传感器采用接近开关检测所述螺母或换挡控制杆上的定位块的位置，并通过通信输入模块连接至所述控制器的控制模块。
[0015]本实用新型还公开了一种采用上述手自一体的自动内变速器的自行车，其配置有上述的自动内变速器。
[0016]本实用新型采用上述技术方案的自动内变速器，自行车可实现手自一体控制模式，同时可自由在自动模式和手动模式之间切换，实现了根据速度的变化自动控制换挡，也可切换成手动模式，通过手动开关控制电机换挡，操作简单，并且可采用有线和无线两种通信模块，可保证内变速器壳体外观的密封性，无需在设置机械式的拉线控制元件，将电机固定封闭在内变速器壳体内，优化了变速器结构，具有较高的舒适性和安全性。
[0017]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。
【附图说明】
[0018]图1为七速内变速器的内部结构示意图(电机、控制杆部分)。
[0019]图2为实施例1中的控制电机与轴控控制杆的连接示意图。
[0020]图3为实施例1中的应用自动内变速器的自行车示意图。
[0021]图4为实施例1中的控制器布置示意图。
[0022]图5为实施例1中的曲柄换挡位置示意图。
[0023]图6为实施例1中的手动换挡开关示意图。
[0024]图7为实施例2中的控制电机与轴控控制杆的连接示意图。
[0025]图8为实施例3中的控制电机与轴控控制杆的连接示意图。
[0026]图9为自行车在自动模式下的控制示意图。
[0027]图10为自行车在运动模式下的控制示意图。
[0028]图11为自行车在手动模式下的控制示意图。
[0029]图12为自动模式下的各档位变档速度示意图。
[0030]图中标号:
[0031]1-花鼓，11-轴控控制杆，Ill-限位槽，112-螺母，113-定位垫片，12-中控控制杆，13-飞轮，14-车轮轴，15-定位板，151-控制杆位置传感器，16-弹簧，
[0032]2-控制电机，21-控制电线，22-螺杆，
[0033]3-速度传感器，
[0034]4-力矩传感器，
[0035]5-曲柄位置传感器，
[0036]6-曲柄，
[0037]7~主动齿盘，
[0038]8-车把手，
[0039]9-控制器，91-控制模块，92-模式开关，93-电源充电接口，94-电池，95-手动换挡开关，96-显不屏。
【具体实施方式】
[0040]实施例1
[0041]参见图1和图2，结合参见专利号“201320733795.8”的自行车内变速器内部结构示意图，在其手动控制的七速内变速器的结构上改进成本实用新型的自动内变速器。
[0042]在原内变速器的操纵凸轮环位置改成两个控制电机2分别与中控控制杆12和轴控控制杆11--对应，中控控制杆12和轴控控制杆11的同一端分别与控制电机2连接，
另一端分别与内变速器中的行星齿轮传动机构的离合器连接，实现行星齿轮传动机构的传动比变换，控制电机2固定密封设置在内变速器壳体内部(即花鼓I和飞轮13围成的壳体内，直线电机应当与车轮轴14 一同固定不动)，控制电机2的控制电线21可从车轮轴14与飞轮13连接处引出，并密封好，控制电线21连接至车把手8上固定的控制器9。如图4所示，控制器9包括一个控制模块91、一个模式开关92和若干个信号采集单元，模式开关92与控制模块91输入端电连接，控制若干个信号采集单元的信号通过输入通信模块传递至控制模块91输入端，控制模块91输出端通过控制电线21连接至控制电机2，控制内变速器的换挡控制杆换挡。在控制器9上设有用于显示档位的显示屏96与控制模块91的输出端电连接，控制器9的电源采用可充电电池94，其上设有电源充电接口 93。控制电机2的电源采用移动式充电电源或车载式发电电源。
[0043]在本实施例中，控制电机2为固设在内变速器壳体内的若干个转动电机，转动电机与换挡控制杆--对应；具体参见图2，以轴控控制杆11为例，转动电机通过螺杆传动机构与轴控控制杆11连接，螺杆传动机构的螺杆22与转动电机的动力输出端固连，轴控控制杆11上固定设有螺母112与螺杆22螺纹连接，控制电机2通过螺杆传动机构将正反转动转化为直线运动推动轴控控制杆11轴向来回移动。自动内变速器内还设有换挡控制杆档位位置反馈单元，包括平行固设在换挡控制杆一端的定位板15，定位板15沿轴向设有与对应换挡控制杆轴向档位位置对应的控制杆位置传感器151，控制杆位置传感器151采用接近开关检测螺母112的位置，并通过通信输入模块连接至控制器的控制模块，在控制电机变档的过程中，如果轴控控制杆的换挡档位到位后，控制杆位置传感器151反馈信号至控制模块，控制模块控制控制电机停止，实现换挡的准确定位。另外内变速器内的中控控制杆12也是采用相同的方案。
[0044]结合参见图3至图5，控制器9的信号采集单元包括手动换挡开关95、检测车速的速度传感器3、检测蹬踏力矩的力矩传感器4以及检测曲柄位置的曲柄位置传感器5，其中，手动换挡开关95设置在控制器外壳体上，速度传感器3设置在自行车的前车轮上，力矩传感器4设置在自行车的五通处，曲柄位置传感器5设置在自行车车架的竖管上，曲柄位置传感器5采用接近开关采集曲柄的转动位置，具体参见图5，在自行车骑行过程中，通过蹬踏，曲柄6带动主动齿盘7转动，在曲柄6位于最顶端或者最底端时，是两只脚交换发力的过渡期，此时曲柄受到的力矩是最小的，因此在此时对内变速器进行换挡，所受的冲击最小。
[0045]手动换挡开关与控制模块输入端之间直接通过有线电信号通信模块连接，即电线连接；速度传感器与控制模块输入端之间以及力矩传感器与控制模块输入端之间通过有线电信号通信模块连接，也可通过无线通信模块连接，其中速度传感器和