专利名称：控制自行车传动装置的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自行车，特别是涉及用于控制自行车传动装置的方法和装置。
背景技术：
一般的自行车传动装置可以包括多个与脚蹬曲柄一起转动的前链轮，多个与后车轮一起转动的后链轮，和与前链轮和后链轮接合的车链。可将前拨链器安装在车架上以便使车链在多个前链轮之间转换，并可将后拨链器安装在车架上以便使车链在多个后链轮之间转换。手动操作的转换器或杆可以控制前和后拨链器。更加新颖的系统使用小型电动马达控制自行车传动装置。可以用上述的转换器或杆手动控制该马达，或按照自行车的速度和/或节奏自动控制。
当将车链从第一链轮转换到第二链轮时，已知的是后拨链器所需相对第二链轮抓获第二链轮上的车链的位置根据拨链器的设计、车链的设计、链轮的设计，和甚至怎样快速移动拨链器而改变。某些拨链器传动装置在拨链器与第二链轮对齐之前车链抓获第二链轮中转换“过早”，而其他拨链器在车链抓获第二链轮之前必须将拨链器移动超过第二链轮中转换“过迟”。在任一种情况下，在车链抓获第二链轮之后拨链器通常都与第二链轮对齐。精确地移动拨链器以便满足这些要求对于设计马达-控制的传动装置是一挑战。
发明内容
本发明涉及用于控制自行车传动装置操作的方法和装置，特别是拨链器传动装置。在本发明的实施例中，一种用于将电动控制的自行车拨链器从第一链轮移动到第二链轮的装置包括接受指示拨链器位置信号的拨链器位置输入；存储第二链轮的第一参考拨链器位置的存储器；和提供多个信号使拨链器从第一链轮移动到第二链轮的运动控制电路。多个信号包括在拨链器开始移动离开第一链轮时产生的第一信号和在拨链器紧挨着第二链轮时产生的第二信号。如果需要，第一信号可以包括驱动信号，并且第二信号可以包括减速信号。
在更加特殊的实施例中，多个信号还可以包括使拨链器定位在第一参考拨链器位置的第三信号，其中第一参考拨链器位置可以是与第二链轮对齐的位置。存储器可以存储第二参考拨链器位置和第三参考拨链器位置，其中运动控制电路当拨链器在第二和第三参考拨链器位置时分别产生第二和第三信号。在某些实施例中，第二参考拨链器位置可以对应于拨链器与第二链轮对齐的位置，而在另一些实施例中，第二参考拨链器位置可以对应于拨链器与第二链轮有间距的位置。通常，但不是必需，第三参考位置与第二链轮有间距，或者在第一和第二链轮之间或者在第一和第二链轮的范围之外。存储器可以是易失性或非易失性存储器，并且参考拨链器位置可以预先确定的或实时计算。
图1是包括按照本发明的控制自行车传动装置的装置特定实施例的自行车的侧视图；图2是后拨链器组件的更详细的图；图3是用于控制拨链器位置的马达组件的分解图；图4是按照本发明控制自行车传动装置的装置特定实施例的方框图；图5说明由按照本发明装置的第一实施例对不同的拨链器位置产生的信号；图6说明由按照本发明装置的第二实施例对不同的拨链器位置产生的信号；以及图7说明由按照本发明装置的第三实施例对不同的拨链器位置产生的信号。
具体实施例方式
图1是自行车10的侧视图，该自行车包括按照本发明用于控制自行车传动装置的装置12(图4)的特定实施例。自行车10有车架14、可转动地支承在车架14头管22中的前叉18、由前叉18可转动地支承的前车轮26，将前叉18(因而前车轮26)转动到所需方向的车把30和可转动地支承在车架14后部的后车轮34。每个支承脚蹬42的一对曲柄壁38安装到轴46上，该轴可转动地支承在车架14的下部。多个前链轮50安装到右侧曲柄臂38使之与右侧曲柄臂38一起转动，多个后链轮54安装到后车轮34使之与后车轮34一起转动。车链58与前链轮50和后链轮54接合。前拨链器62紧挨着多个前链轮50安装到车架14，以便在多个前链轮50之间移动车链58，并且后拨链器66紧挨着多个后链轮54安装到车架14，以便在多个后链轮54之间移动车链58。前制动单元79安装到前叉18以便制动前车轮26，并且后制动单元74安装到车架14的后部以便制动后车轮34。前制动单元70连接到Bowden型控制缆索78，该缆索连接到安装在车把30右侧的制动杆组件82。类似地，后制动单元74连接到Bowden型控制缆索88，该缆索连接到安装在车把30左侧的制动杆组件(未表示)。
如图2所示，链轮组件54包括多个同轴和可转动地围绕轴(未表示)安装的链轮54(A-G)。在这个实施例中，拨链器66是按照美国专利6,162,140号的教导构成的。特别是，拨链器66包括有轴开孔(未表示)的底部件96，从而通过将轴穿过轴开孔并用螺母100拧紧在轴上可以把拨链器66安装到车架14。如图2和3所示，马达单元壳体104有壳体部分104A和104B以及马达单元盖108，通过将螺钉112和116插入穿过马达单元盖108中各自的开孔120和124，穿过壳体部分104B中各自的开孔128和132，穿过壳体部分104A中各自的开孔136和140最后进入到底部件96中的螺纹孔(未示出)中，使马达单元壳体104附连到底部件96。
用上述专利中公开的方式将每个连接部件150和154的一端可转动地连接到底部件96和马达单元104。连接部件150和154的另一端通过各自的枢轴160和164可枢转地连接到可动部件158。这样，马达单元壳体104、连接部件150和154和可动部件158组成“四杆”型的连杆机构，从而使可动部件158相对底部件96和马达单元壳体104移动。车链导向件190有导向滑轮194和张紧滑轮198，导向件190是以已知的方式通过枢轴199可枢转地安装到可动部件158，以便在多个链轮54(A-G)之间转换车链54。
如图3所示，马达单元壳体104包括壳体部分104A和104B以及在壳体部分104A和壳体部分104B之间的垫片200。安装支架254设置在马达单元壳体104内，该支架座置在第一壳体部分104A中形成的槽258以及第二壳体部分104B中形成的槽260内。有驱动轴263的马达262通过螺钉264和268刚性地固定在安装支架254。马达262由经过通信路径272A接受的信号来控制，该路径构成连接到马达控制单元12(图1)的整个通信路径272的一部分，控制单元依次通过安装托架280连接到车架22。马达控制单元276还通过通信路径284与安装在车把30上的控制中282通信。
蜗轮290通过固定螺钉294固定到驱动轴263，以便通过齿轮减速单元300和扇齿轮334驱动转轴296。齿轮减速单元300包括与蜗轮290接合的大直径齿轮304。大直径齿轮304通过枢轴308可枢转地安装到第一壳体部分104A，枢轴308座置在壳体部分104A中形成的凹槽310中。小直径齿轮314同轴固定到大直径齿轮304并与另一个大直径齿轮318接合。大直径齿轮318通过枢轴322可枢转地安装到第一壳体部分104A，转轴322座置在第一壳体部分104A中形成的凹槽326中。小直径齿轮330同轴固定到转轴322并与前齿轮334接合，扇齿轮334不可转动地固定到转轴296。枢轴296有穿过第一壳体部分104A中开孔336的轴段296A和穿过第二壳体部分104B中开孔338的轴段296B。围绕枢轴段296A和296B分别设置O形密封圈340和344，以便防止污染物通过开孔336和338进入到马达单元壳体104内。连接部件154跨接在扇齿轮334并固定到轴段296A和296B，从而使连接部件154以及可动部件158响应马达262的转动而移动。
在操作中，马达262逆时针通过齿轮减速单元300转动枢轴296，造成车链导向件190从大直径链轮28(A-G)到小直径链轮28(A-G)转换车链54，并且马达262顺时针通过齿轮减速单元300转动枢轴296，造成车链导向件190从小直径链轮28(A-G)到大直径链轮28(A-G)转换车链54。在枢轴296的轴段296A上装设电位计370，以便确定枢轴296以及连接部件154、可动部件158和车链导向件190的转动位置。所以电位计370提供指示拨链器66位置的信号。
图4是在装置12中使用的电路元件特定实施例的方框图。如上所述，马达控制单元276经过通信路径284与指挥中282通信。指挥中 282一般包括经过通信路径284A与马达控制单元276中处理器404通信的显示单元400，通过通信路径284B与处理器404通信的开关单元408。显示单元400通常给骑车者显示信息，如骑车的速度、节奏、车链54与哪个链轮接合等。开关单元408包括一个或多个转换器或其他装置以便将指令送入到处理器404。通信路径284A和284B一起组成通信路径284。
马达控制单元276还包括作为前拨链器62的运动控制电路的马达驱动器412，作为后拨链器66的运动控制电路的马达驱动器413和存储器414。马达驱动器412经过通信路径420A与同前拨链器62相关的马达416通信，并通过通信路径424与处理器404通信。处理器404经过通信路径420B与同前拨链器62相关的检测位置的电位计428通信。通信路径420A和420B一起组成通信路径420的一部分。类似地，马达驱动器413经过通信路径272A与同后拨链器66相关的上述马达262通信，并经过通信路径430与处理器404通信。处理器404经过通信路径272B与上述的电位计370通信。通信路径272A和272B一起组成通信路径272的一部分。处理器404经过通信路径440从常规的轮毂发电机436接受操作的电力。
存储器414经过通信路径432与处理器404通信，并用来存储处理器404的程序以及其他用于控制前拨链器62和后拨链器66操作的信息(在下面讨论)。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，很容易认识到存储器414可以是静态的或动态的、易失性或非易失性的、在装置操作期间加载的各个寄存器、或任何软件或硬件、临时或永久的存储技术。换句话说，存储在存储器414中的数值可以是预定的或实时计算的(在这种情况下存储器414可以包括编程的寄存器)。根据这些考虑，电位计370也可认为是存储器414的一部分。
图5说明当后拨链器66从第一链轮(如链轮54A)移动到第二链轮(如链轮54B)时装置12产生的信号。在这个实施例中，后链轮54、车链58和后拨链器66构造成以便能早些转换。特别是，在车链导向位置450和车链58可能抓获链轮54B的车链导向位置454之间有一个范围，其中有车链58通常抓获链轮54B的理想车链导向位置458。车链导向位置450和458两者都位于链轮54A和54B之间并都与链轮54A和54B有间隔。一般来说，在从链轮54A开始移动车链导向件190离开时产生信号ON。当电位计370提供的信号指示车链导向件190已紧挨链轮54B时产生信号OFF和/或ON+OFF。在这个实施例中，信号ON是连续信号，其功能是作为驱动信号。信号OFF是当车链导向件190在参考拨链器位置462时产生的连续信号，其功能是作为减速信号。在这个实施例中，参考拨链器位置462位于链轮54A和54B之间，并与链轮54B有间隔。信号ON+OFF是当车链导向件190在参考拨链器位置466时产生的间断信号。在这个实施例中，参考拨链器位置466与理想的车链导向位置458一致，应用它来细调车链导向件190的位置以便到达参考拨链器位置470，在这个实施例中，参考拨链器位置470与链轮54B对齐。在这个实施例中信号的时间是这样，在车链导向件190到达由位置450和454给定的范围之前将开始减速。当车链导向件190到达理想的车链导向位置458时，假设车链58已经成功地与链轮54B接合，并使车链导向件190步进到链轮54B之下的位置。如果在参考拨链器位置466，车链58事实上还没有抓获链轮54B，那么步进将允许车链58与链轮54B接合。
如上所述，存储器414可以是一般的大容量存储装置或甚至是在执行控制程序时临时装载的寄存器。所以，参考拨链器位置可以是预定的或实时计算的。例如，存储器14可以存储参考拨链器位置470，而处理器404可以实时从参考拨链器位置470计算参考拨链器位置462。参考拨链器位置466也可以预定或实时计算，或者它甚至可以是在车链导向件190响应OFF信号停止时由电位计370指示的位置。参考拨链器位置也可以通过按照前面变换结果的学习功能来确定。当拨链器是在对应的参考拨链器位置可以立即产生各种信号，或经过一定滞后之后产生。例如，在拨链器到达参考位置466之后，可以将信号ON+OFF延迟曲柄臂38转动2.5转的时间。
图6说明在本发明第二实施例中当后拨链66从第一链轮(如链轮54A)移动到第二链轮(如链轮54B)时由装置12产生的信号。在这个实施例中，后链轮54、车链58和后拨链器66构造成以便延迟变换操作。特别是，在车链导向位置480和车链58可能抓获链轮54B的车链导向位置484之间有一个范围，其中有车链58通常抓获链轮54B的理想车链导向位置488。车链导向位置484和488两者都位于链轮54A和54B之间的范围之外并都与链轮54A和54B有间隔。与第一实施例一样，在从链轮54A开始移动车链导向件190离开时产生信号ON，并当车链导向件190紧挨链轮54B时产生信号OFF和/或ON+OFF。与第一实施例一样，信号ON信号是连续信号，其功能是作为驱动信号，并且信号OFF是连续信号，其功能是作为减速信号。在这个实施例中，当车链导向件190在与链轮54B对齐的参考拨链器位置490产生信号OFF。当车链导向件190在参考拨链器位置492时产生间断的信号ON+OFF，在这个实施例中，位置492与理想的车链导向位置488一致，应用它来反转车链导向件190的方向以及细调车链导向件190的位置以便到达参考拨链器位置494，在这个实施例中，参考拨链器位置494与链轮54B对齐。在这个实施例中信号的时间是这样，当车链导向件190通过链轮54B时将开始减速。当车链导向件190到达理想车链导向位置488时，还是假设车链58已经成功地与链轮54B接合，并且在适当的时间内车链导向件190步进到链轮54B之下的位置。
图7说明本发明第三实施例中当后拨链器66从第一链轮(如链轮54A)移动到第二链轮(如链轮54B)时由装置12产生的信号。在这个实施例中，后链轮54、车链58和后拨链器66还是构造成以便延迟变换操作。与第二实施例一样，在车链导向位置480和车链58可能抓获链轮54B的车链导向位置484之间有一个范围，其中有车链58通常抓链链轮54B的理想车链导向位置488。车链导向位置484和488两者都位于链轮54A和54B之间的范围之外并都与链轮54A和54B有间隔。与其他实施例一样，在从链轮54A开始移动车链导向件190离开时产生信号ON，并当车链导向件190紧挨链轮54B时产生信号OFF和/或ON+OFF。与其他实施例一样，信号ON是连续信号，其功能是作为驱动信号，并且信号OFF是连续信号，其功能是作为减速信号。在这个实施例中，当车链导向件190在位于链轮54A和54B之间并与链轮54B有间隔的参考拨链器位置500时产生信号OFF。与第二实施例一样，当车链导向件190在与理想车链导向位置488一致的参考拨链器位置492时产生间断的信号ON+OFF，并应用它细调车链导向件190的位置以便到达与链轮54B对齐的参考拨链器位置494。在这个实施例中信号的时间是这样，在车链导向件190到达链轮54B之前将开始减速，并在车链导向件190通过链轮54B之后开始细调定位。当车链导向件190到达理想车链导向位置488时，还是假设车链58已经成功地与链轮54B接合，并且车链导向件190在合适的时间内步进到在车链54B下的位置。
尽管上面描述了本发明的各个实施例，但是可以进行进一步的改型而不会背离本发明的宗旨和范围。例如，按照需要可以改变各种部件的尺寸、形状、位置或取向。表示的直接连接或互相连接的各部件可以有设置在它们中间的中间结构。虽然在描述的各实施例中运动控制电路产生单个信号，也可以使用多个平行和/或顺序的信号去控制拨链器。可以调节各信号的时间以便适合应用，各信号可以是连续的、间断的、阶跃、或某些其他的构形。
一个元件的功能可以由两个元件来执行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以被另一个实施例采用。本发明的教导可以应用到前拨链器和其他类型的传动装置。不需要同时在一个特定的实施例中实现所有的优点。每一个与先有技术不同的独特部件，单独或与其他部件组合，都应该认为是申请人进一步发明的不同描述，包括由这样的部件所实施的结构和/或功能的原理。所以，本发明的范畴不应该局限于公开的特殊结构或显然开始注意力集中的特定结构或部件。
权利要求
1.一种用于将电控的自行车拨链器从第一链轮移动到第二链轮的装置包括一接受指示拨链器位置信号的拨链器位置输入；一存储第二链轮的第一参考拨链器位置的存储器；一提供多个信号使拨链器从第一链轮移动到第二链轮的运动控制电路，其中多个信号包括在拔链器开始移动离开第一链轮时产生的第一信号；以及与拨链器紧挨着第二链轮时产生的第二信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第二信号包括间断信号。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号，并且其中该第二信号包括间断信号。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中该第二信号包括减速信号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中当该拨链器在该第一参考拨链器位置时产生该第二信号。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该第二信号包括间断信号。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号，并且其中该第二信号包括间断信号。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该第一参考拨链器位置对应于该拨链器与该第二链轮对齐的位置。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该多个信号还包括当该拨链器在该第一参考拨链器位置时的第三信号。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中该第二信号包括减速信号。
20.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该第一参考拨链器位置对应于该拨链器与该第二链轮对齐的位置。
21.如权利要求15所述的位置，其特征在于，该存储器存储第二参考拨链器位置，并且其中当该拨链器在该第二参考拨链器位置时该运动控制电路产生该第二信号。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，该第一参考拨链器位置对应于该拨链器与该第二链轮对齐的位置。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，该第二参考拨链器位置对应于该拨链器与该第二链轮对齐的位置。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
27.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
28.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
29.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号，并且其中该第三信号包括间断信号。
30.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中该第二信号包括减速信号。
31.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该存储器存储第三参考拨链器位置，其中当该拨链器在该第三参考拨链器位置时产生该第三信号。
32.如权利要求31所述的位置，其特征在于，该第三参考拨链器位置对应于在该第一链轮和该第二链轮之间的范围之外的位置。
33.如权利要求32所述的装置，其特征在于，该第三参考拨链器位置对应于紧挨该第二链轮的位置。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
36.如权利要求35所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
37.如权利要求33所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连接信号。
38.如权利要求33所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
39.如权利要求33所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号，并且其中该第三信号包括间断信号。
40.如权利要求33所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中该第二信号包括减速信号。
41.如权利要求22所述的装置，其特征在于，该第二参考拨链器位置与该拨链器与该第二链轮有间距的位置相对应。
42.如权利要求41所述的装置，其特征在于，该第二参考拨链器位置对应于在该第一链轮和该第二链轮之间的位置。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于，该第二参考拨链器位置对应于紧挨该第二链轮的位置。
44.如权利要求43所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
45.如权利要求44所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
46.如权利要求45所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
47.如权利要求43所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
48.如权利要求43所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
49.如权利要求43所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号，并且其中该第三信号包括间断信号。
50.如权利要求43所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中该第二信号包括减速信号。
51.如权利要求43所述的装置，其特征在于，该存储器存储第三参考拨链器位置，并且其中当该拨链器在该第三参考拨链器位置时产生该第三信号。
52.如权利要求51所述的装置，其特征在于，该第三参考拨链器位置对应于在该第一链轮和该第二链轮之间的位置。
53.如权利要求52所述的装置，其特征在于，该第三参考拨链器位置对应于紧挨该第二链轮的位置。
54.如权利要求53所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
55.如权利要求54所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
56.如权利要求55所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
57.如权利要求53所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
58.如权利要求53所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
59.如权利要求53所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号，并且其中该第三信号包括间断信号。
60.如权利要求53所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中第二信号包括减速信号。
61.如权利要求51所述的装置，其特征在于，该第三参考拨链器位置对应于在该第一链轮和该第二链轮之间的范围之外的位置。
62.如权利要求61所述的装置，其特征在于，该第三参考拨链器位置对应于紧挨该第二链轮的位置。
63.如权利要求62所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号。
64.如权利要求63所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
65.如权利要求64所述的装置，其特征在于，该第三信号包括间断信号。
66.如权利要求62所述的装置，其特征在于，该第二信号包括连续信号。
67.如权利要求62所述的装置，其特征在于，该第二信号包括间断信号。
68.如权利要求62所述的装置，其特征在于，该第一信号包括连续信号，并且其中该第三信号包括间断信号。
69.如权利要求62所述的装置，其特征在于，该第一信号包括驱动信号，并且其中该第二信号包括减速信号。
全文摘要
一种用于将电控的自行车拨链器从第一链轮移动到第二链轮的装置包括接受指示拨链器位置信号的拨链器位置输入；存储第二链轮的第一参考拨链器位置的存储器；和提供多个信号使拨链器从第一链轮移动到第二链轮的运动控制电路。多个信号包括在拨链器开始移动离开第一链轮时产生的第一信号并在拨链器紧挨着第二链轮时产生的第二信号。
文档编号B62M9/00GK1454819SQ0312412
公开日2003年11月12日 申请日期2003年4月29日 优先权日2002年5月2日
发明者福田雅彦 申请人:株式会社岛野