专利名称：用于自行车的电子换档系统以及换档方法
技术领域：
本发明涉及自行车和电子换档系统以及操作这种系统的方法。
背景技术：
具有使用电动马达来使前换档器和后换档器换档的现有技术电子换档系统的自行车在行业中是已知的，但是遭受一些缺陷。例如，通常在现有技术系统中采用四个按钮以操作前换档器和后换档器。这些系统具有前换档器升档按钮、前换档器降档按钮、后换档器升档按钮以及后换档器降档按钮。该布置需要每只手来操作两个按钮，通常用右手控制后换档器按钮并且用左手控制前换档器按钮。这种系统的缺点在于对于骑车人而言在他们专注于前方的道路时易于无意地按压错误的按钮。因此需要提供一种具有这样的换档系统的自行车，该换档系统是有效的并且减少或避免了无意识换档和/或错误换档。本发明满足该需要。
发明内容
本发明涉及电子换档系统、机构以及利用该系统的方法，从而允许仅用两个开关来控制前换档器机构和后换档器机构两者。所述开关能设置成使得仅需要每只手来操作一个开关以使自行车换档。这消除了无意地致动错误开关的风险并且简化了换档。对本发明来说，并且除非另外指出，术语“开关”或“开关机构”应被理解为意味着单个装置，例如具有相关联套件的触头的按钮或具有相关联套件的触头的按钮，其致动(断开或闭合)导致优选地在电子电路中的连续或瞬间状态变化，并且不是指包含多个这种装置的壳体等。致动是指导致开关的状态变化并因此导致系统的状态变化从而产生信号的动作。本发明通常包括一对用来控制自行车电子换档系统的车把安装开关。在一个实施方式中，第一开关可构造成沿升档方向使后换档器换档，并且第二开关可构造成沿降档方向使所述后换档器换档。对于所述系统需要不多于两个开关以产生用于以前换档器和后换档器控制自行车的所有必要信号和动作。对本申请来说，降档应被理解为意味着变到一链轮并且产生较小齿轮英寸的动作，或者换言之对于后齿轮换档情形，从第一链轮转换到第二链轮，其中所述第二链轮的直径大于所述第一链轮的直径。当两个开关被同时或并存(持续期间重叠)操作时，前换档器被例如从两个链环系统的当前链环转换到另一个链环。换言之，如果所述开关正常处于断开状态，则如果同时使两个开关处于闭合状态或致动状态，那么使所述前换档器执行换档操作。所述开关能被安装到所述车把的相反两侧，使得一个开关能用左手来操作并且另一个开关能用右手来操作。例如，所述开关能被安装到计时赛自行车的车把两端，安装在平把自行车上的把手内，或者安装在通常用在下弯把公路自行车上的制动支承结构中。本发明能预期其它合适的定位，包括可以将两个开关安装在自行车结构的同一部分或相邻部分上。本发明的另一个优点在于，因为两个开关必须被同时致动，所以大大降低无意地使所述前换档器换档的可能性，如果出乎意料地发生则能导致事故的大的变速。本发明的一个方面提供了用于自行车的电子换档系统，该系统包括第一开关机构和第二开关机构。控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信，并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应。前换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，其中所述控制单元构造成确定所述第一开关机构和所述第二开关机构两者何时被同时致动，并且所述控制单元响应地发送前换档指令信号到所述前换档机构以执行前换档操作。本发明的另一方面提供了一种用于自行车的电子换档系统，该系统包括第一开关机构和第二开关机构。控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信，并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应。后换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应。致动所述第一开关机构发送第一信号到所述控制单元，所述控制单元构造成响应于所述第一信号发送第一指令信号到所述后换档机构以执行升档。致动所述第二开关机构发送第二信号到所述控制单元，所述控制单元构造成响应于所述第二信号发送第二指令信号到所述后换档机构以执行降档。前换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，其中，所述控制单元构造成确定所述第一开关机构和所述第二开关机构两者何时被同时致动，并且所述控制单元响应地发送前换档指令信号到所述前换档机构以执行前换档操作。本发明的再另一个实施方式提供了一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构、第二开关机构、控制单元、前换档机构以及后换档机构，其中所述控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应，所述前换档机构和所述后换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括以下步骤致动所述第一开关机构以用所述后换档机构执行升档；致动所述第二开关机构以用所述后换档机构执行降档；并且同时致动所述第一开关机构和所述第二开关机构两者以使所述前换档机构执行前换档操作。本发明的又一个方面提供了一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构、第二开关机构、控制单元以及前换档机构，其中所述控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应，所述前换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括以下步骤用所述控制单元确定所述第一开关机构和所述第二开关机构两者被同时致动；并且用所述前换档机构执行前换档操作。应理解的是，来自所述开关并且由所述控制单元(多个控制单元)产生的各种信号等能采取各种形式。例如，来自所述开关的信号能单独的、谨慎的或者在某些情况下以某种方式被修改，诸如当两个开关被同时致动时(导致两者同时处于变化状态或在持续时间中重叠)。所述信号可以是电路的状态变化，或者一些其它指示，即，所述开关或电路或电路图已经改变状态从而所述控制单元能检测状态的变化并且确定是否和/或何时能产生一些响应动作。从结合附图的本发明的一个或更多个实施方式的下列描述将更充分理解本发明的这些和其它特征以及优点。
在附图中图1示出了结合本发明的实施方式的具有下弯式车把的自行车；图2示出了根据本发明的实施方式的换档单元；图3和图4示出了适于用在平车把上的发明，像能用在山地车上一样；图5示出了前换档器和后换档器以及前链轮和后链轮的示意图；图6A示出了根据本发明的实施方式的换档控制单元的一个实施方式；图6B示出了换档控制单元的另选实施方式；图7示出了根据本发明的一方面的后换档机构；图8示出了根据本发明的一方面的前换档机构；图9示出了例示根据本发明的一方面的用于控制单元的过程控制方法的流程图；图10示出了例示根据本发明的一方面的用于后降档方法的过程控制方法的流程图；图11示出了例示根据本发明的一方面的用于后升档方法的过程控制方法的流程图；图12示出了例示根据本发明的一方面的用于前换档方法的过程控制方法的流程图；图13示出了例示采用计时器的根据本发明的用于控制单元的过程控制方法的另一实施方式的流程图；图14示出了例示后换档器状态存储程序的流程图；图15示出了前换档器和后换档器以及前链轮和后链轮的另一示意图，其中前链轮包括3个链环；图16示出了例示前换档方法的实施方式的流程图；以及图17示出了例示前换档方法的实施方式的又一个流程图。
具体实施例方式这里将参照附图描述本发明的优选实施方式。应理解的是，附图和本文陈述的说明仅为了说明而提供并且不会如由所附的权利要求以及任何等同物和它们所有的等同物所限定的那样限制本发明。参看图1，本发明被示出适于具有下弯式车把22的自行车20，像用于公路自行车或越野式自行车等。应理解的是，本发明能预期系统部件的任何合适安装布置，用于系统部件的控制装置优选地位于车把上或如所述的车把相关联结构上，或者他们能由使用者接近的任何地方。根据本发明的实施方式，换档系统24可以包括安装到车把22的一对换档单元26。控制单元28也示出为安装到车把22。前换档器或前换档机构30可以定位在与前链轮34相邻的座管32上，从而实现对前链轮或相关联的结构的换档。后换档器或后换档机构36安装到自行车的框架构件38，诸如如已知的支架或后车叉钩爪或相关联的结构，位于以实现到后链轮40的换档的位置。在控制单元28与换档单元26、前换档器30和后换档器36之间设置通信线路42。在一些实施方式中该系统还可以应用到仅使用前换档器或仅使用后换档器的自行车。控制单元28示出为安装到车把22，但是能定位在自行车20上的任何地方或者在替代方案中分布在各种部件之间，其中对通信线路42进行布线以容纳必要的信号和功率路径。除了定位在自行车上之外还可以将控制单元28定位在例如使用者的手腕上或例如运动衫口袋中。通信线路42能包括电线或是无线的，或是电线或无线的组合。在图2中更详细地示出其中一个换档单元26。应理解的是，自行车将优选地设置有一对换档单元，或者如所期望的总数，并如期望进行定位。例如，计时赛自行车可以设置有位于制动杆壳体上的换档单元，并且另一对改进的换档单元可以适于计时赛把延伸部。换档单元26可以包括安装到车把22的制动器支座44以及枢转地安装到该制动器支座的制动杆46。开关机构48安装到换档单元26，并且优选地位于制动器支座44中或制动器支座44上，并且可以枢转地支承换档杆50。在没有操作开关机构48的情况下，杆50可允许响应于制动杆46的致动而向内旋转。开关机构48优选地包括常开的接触开关(未示出)，该接触开关构造成使得开关闭合或者当换档杆50沿着向内方向朝向自行车20的中心面或中心线(未示出)移动时被致动。另选地,能在制动器支座44上或换档单元22的一些其它位置上采用换档按钮52以致动开关机构48。本发明不限于开关机构48的所述布置或构造；能由定位在例如制动器支座44、制动杆46或车把22上的按钮52，或者由枢转地连接到例如制动器支座44、制动杆46或车把22的换档杆产生信号。可以采用其它致动机构产生对控制单元28的信号。开关机构48也能构造成通过例如朝向自行车20的中心面向内按压制动杆46来操作。在替代方案中，虽然本发明预期操作开关以通过闭合开关(例如闭合电路)来产生信号，但是本发明也能通过致动、操作或导致开关断开(例如导致开路或改变机构的状态并且因此改变相关联电路的状态)来操作。此外，开关例如能是光学开关或其它类型的开关。开关的功能是一般以允许使用者/操作者改变开关的状态，并因此潜在地改变系统的状态，并且产生信号，控制单元使用该信号以检测并解释使用者的动作，并且产生适当的响应或启动适当的下一步骤或多个步骤。回到图1，驱动单元70包括链72 ;前链轮总成34，该前链轮总成与具有踏板76的曲柄74同轴安装；电气控制的前换档器或前换档机构30 ;与后轮78同轴安装的后链轮总成40 ;以及电气控制的后换档器或后换档机构36。本发明在图3中被示出在具有平式把56的山地自行车、舒适自行车或城市自行车54上。应理解的是，系统24将类似于适于特定类型自行车及其部件的上述系统。在图4中示出山地自行车车把56的俯视图。左换档单元58和右换档单元60安装到车把56。每个换档单元58、60都包含按钮52，该按钮52操作安装到相应的换档单元或位于相应的换档单元内的开关(未示出)。开关单元58、60 ;控制单元28 ;前换档器62以及后换档器64由通信线路68连接。通信线路68能是有线的(如本示例中)或无线的，或有线和无线的组合。按钮52能构造成使得右按钮52b由右手致动，并且左按钮52a由左手致动。每个按钮52A、52B的开关都能构造成是常开或常闭的。开关在该示例中优选地构造成是常开的，并且当被作用时将即刻闭合。应理解的是，这里给出的示例是为了公开本发明的实施方式，而没有引入使其范围变窄的限制的意图。
转到图5 (并且还参照图1)，前链轮总成34可以包括两个同轴安装的链环、齿轮或链轮F1-F2，并且后链轮总成40可以包括十个齿轮、嵌齿或链轮R1-R10。前链轮Fl上的齿数优选地小于链轮F2上的齿数。后链轮Rl-RlO上的齿数通常从后链轮Rl到链轮RlO逐渐减少。前换档器30从第一操作位置移到第二操作位置以在链轮Fl和F2之间移动链72，并且后换档器36在十个操作位置之间移动以使链切换到后链轮Rl-RlO中的一个。优选地，前档位传感器112用来感测前换档器30的操作位置，并且后档位传感器114用来感测后换档器36的操作位置。档位传感器112、114可以包括旋转编码器、电位计或能够感测换档器机构中的位置的其它装置。优选地，电池84 (图1)或一个以上的电池或一些其它电源向前换档器30和后换档器36以及系统内的其它电器部件供电。控制单元28包括微处理器，该微处理器被编程以接收来自换档系统的信号并且响应地产生信号以实现换档。这种控制单元28的一个示例在图6A中概略地示出，这将在图1和图2所示的示例的情况下描述，并且控制单元28包括控制器，该控制器包括换档控制器100、开关解释器102以及用于存储程序(计算机可执行编码)和操作变量的存储器141。硬件存储程序并且基于存储器中的指令以及由各种电子元件(诸如位置传感器和开关)产生的信号执行计算机操作，该硬件包括微控制器或可编程逻辑装置(PLD)或能够执行本文所述功能的类似元件。开关解释器102监控右换档单元27A和左换档单元27B中的开关并且响应于来自每个单元27A、27B的开关机构48的请求或输入信号发送合适的指令到换档控制器100。前换档器30和后换档器36分别包括马达104、106，该马达可以包括齿轮减速装置(未示出)；用于驱动马达的马达驱动器108、110 ;以及感测相应的换档器的操作位置的位置传感器112、114。换档控制器100于是响应于从换档解释器102以及位置传感器112、114收到的信号产生指令信号以将适当的换档器30、36移到所要求的操作位置或齿轮。在一个说明性示例中，本发明的操作如下。当按压右开关27A时，后换档器36执行升档，当按压左开关27B时，后换档器36执行降档。当右开关27A和左开关27B被同时按压时，前换档器30在两个前链轮34之间，即，从两个前链轮中的一个到另一个被变换或转换。另选地，图6A中的换档控制器100能用前换档控制器140和后换档控制器142代替，所述前换档控制器140包括定位在前换档器130中或与该前换档器130相关联的微处理器，所述后换档控制器142包括定位在后换档器136中或与该后换档器136相关联的微处理器，如图6B所示。在该实施方式中，开关解释器单元102当被请求时将把换档信号发送给前换档控制器140和后换档控制器142两者。图6B所示的控制系统能另外具有与图6A所示的相同的元件。如图7所示,后换档器36优选地包括基座构件144,该基座构件144安装到收纳换档马达和齿轮机构106的自行车架38 ;枢转地连接到基座构件的连杆机构146 ;以及可动构件148，该可动构件148枢转地安装到连杆机构，以使得可动构件根据收纳在基座构件内的马达的操作而相对于基座构件横向地移动。可动构件148枢转地支承链引导件150，使得可动构件的横向运动在后链轮40 (Rl-RlO)之中切换链72。如图8所示，前换档器30优选地包括基座构件152，该基座构件152安装到自行车的收纳前换档马达104的座管框架构件32 ;联接到换档马达的输出齿轮154 ;连杆机构156，该连杆机构156枢转地连接到基座构件并且联接到输出齿轮；以及枢转地安装到连杆机构的可动链引导构件158。因此，可动链引导构件158根据与基座构件152相关联的马达104的操作而相对于该基座构件横向移动，以使得可动链引导构件158的横向运动在前链轮34 (F1-F2)中切换链72。图9是例如用于图6A或图6B的控制单元28或128的过程控制200的第一实施方式的流程图。应理解的是，在下文中提及右开关和左开关的地方，对右和左的引用是为了说明目的。右和左也能被认为是例如第一开关和第二开关，因此应理解的是，位置参考为了清楚而被使用。在替代方案中，左开关和右开关(第一开关和第二开关)的功能和/或位置能以物理的方式或电子的方式颠倒。在步骤SI中，控制单元检查以察看右开关27A是否闭合。如果确定开关27A闭合，那么在步骤S3中控制单元28或128检查左开关27B是否闭合。如果为是，那么过程移到 步骤S5并且前换档器30被换档。如果在步骤S3中左开关27B断开，那么过程移到步骤S4以检查右开关27A是否仍闭合。如果右开关27A断开，那么过程移到步骤S6并且后换档器36被升档。一旦在步骤SI中检测到右开关闭合的情况，控制单元28或128就通过步骤S3和S4形成回路直到右开关27A被释放或左开关27B被按压。因此，后换档器升档仅在按压并释放右开关27A之后发生。如果步骤SI的结果为否，那么过程移到步骤S2并且控制单元28或128检查左开关27B是否闭合。该过程类似于上述过程，但除了当左开关27B断开(被释放)而没有按压右开关27A时，过程移到步骤S7并且后换档器36被降档。图10是后降档程序300的流程图。在步骤S8中控制单元28或128的处理器检查以察看后换档器36是否处于位置I (即，与后链轮40中的最大链轮对准，该位置也可以被称为第一位置或第一端位置)。如果结果为是，那么在没有执行降档的情况下退出程序，因为不可能进一步降档。如果S8的结果为否，那么过程移到步骤S9并且使后换档器36降档。图11是后升档程序400的流程图。在步骤SlO中处理器检查以察看后换档器36是否处于位置10 (S卩，与后链轮40中的最小链轮对准，该位置也称为最后位置或第二端位置)。如果结果为是，那么在没有执行升档的情况下退出程序，因为不可能进一步升档。如果SlO的结果为否，那么过程移到步骤Sll并且使后换档器36升档。图12是前换档程序500的流程图。在步骤S12中，控制单元28或128的处理器检查以察看前换档器30是否处于位置2 (即，与两个链环中的较大链环对准)。如果结果为是，那么过程移到步骤S14并且前换档器30降档。如果步骤S12的结果为否，那么前换档器被升档。因此，每当从步骤S5发出前换档指令，则前换档器将在位置Fl和F2之间切换，方向取决于其最初所处的位置。图13是用于控制单元28或128的过程控制的第二实施方式600的流程图。与图9所示的实施方式相比该实施方式中的不同在于当操作单个开关时，在经过一定时间之后将执行后升档或降档，而不需要释放开关。当单个换档开关(例如27A或27B中的一个)被闭合并保持时，如下进行操作在步骤S20中，开关被读取并且每个开关的状态(断开或闭合)被存储在存储器141中。在步骤S21中，系统28或128检查通过在前读取任意一个开关的状态是否已改变。在该情况下，因为单个开关被按压(闭合)，因此处理器移到步骤S22，接着移到步骤S23，这是因为开关被闭合。因为两个开关都未闭合，因此过程移到步骤S24，变量RS被赋予后换档值(见图14以下称为“储存RS”)。RS变量在程序起始时的初始值是“O”。图14是储存RS程序的流程图700。RS能是与“升档”、“降档”或“O”对应的值。在步骤S35中，控制单元28的处理器检查存储器141以察看在图13的流程图的步骤S20期间右开关27A是否闭合。如果结果为是，那么过程移到步骤S36并且变量RS被赋予与“升档”对应的值。如果S35的结果为否，那么过程移到步骤S37，在步骤S37中，变量RS被赋予与“降档”对应的值。过程接着移到图13的步骤S25，在该步骤S25中，挂起计时器(pendingtimer)被起动。过程移回到步骤S20以读取输入开关，接着移到步骤S21，在该步骤S21结果将为否，因为输入未被改变。过程继续以通过步骤S26、S20以及S21而形成回路，直到挂起计时器期满。过程接着移到步骤S28以检查后换档值是否已经被赋予变量RS。过程移到步骤S29，在该步骤 S29中，RS的值确定后换档器是否将升档或降档。如果RS= “降档”，那么过程移到步骤S7，在该步骤S7中执行后降档，否则过程移到步骤S6并且执行后升档。从步骤S6或步骤S7中的任一个过程移到步骤S30，在该步骤S30中值RS被清除并设定成“0”，并且过程继续回到步骤S20。当在后换档器36由于“挂起计时器期满”的情况而已被换档之后开关被断开(释放)时，操作将如下继续步骤S21检测开关断开变化并且过程继续到步骤S22。步骤S22(开关闭合？)将为否，并且过程继续到步骤S27 (按钮释放？)，在步骤S27中，“是”将过程发送到步骤S28(RS=0 )。因为在步骤S30中在后降档或升档之后RS的值立即设定为“0”，因此响应将为“是”，并且过程继续回到步骤S20并且将不发生附加的后换档。然而，如果在由于“挂起计时器期满”的情况而后换档器36已被换档之后开关不被断开(释放)并且第二开关被闭合(按压)，那么操作将如下继续当处理器执行步骤S21(开关从最后的读取开始变化？)时，结果将为是并且过程移到步骤S22。S22的结果(开关闭合？)将为是并且过程继续到步骤S23 (两个开关都闭合？)，在步骤S23中，“是”的结果将过程发送到步骤S5 (前换档)并且执行前换档。因此，如果第一开关被闭合并且保持经过“挂起计时器”持续时间，那么第二开关闭合，系统首先使后换档器36换档，接着使前换档器30换档。当单个换档开关在挂起计时器期满之前被闭合和断开时，如下进行操作步骤S20中，输入按钮被读取并且存储在存储器141中。在步骤S21中，系统检查开关是否从在前读取起已改变状态。在该情况下，因为开关被按压，处理器将移到步骤S22，接着移到步骤S23。因为两个开关都未闭合，因此过程移到步骤S24，在步骤S24中变量RS被赋予后换档值。过程移到步骤S25，在步骤S25中挂起计时器被起动。过程移回到步骤S20，接着移回到步骤S21，在步骤S21中结果将是否。过程继续以通过步骤S26、S20和S21而形成回路直到开关被断开或释放。改变将由步骤S21检测，在步骤S21中结果将为是，并且过程将继续到步骤S22。步骤S22的结果(开关闭合？)将是否，过程移到步骤S27。步骤S27的结果(开关断开？)将为是，并且过程将移到步骤S28 (RS=O )以检查后换档值是否已被赋予变量RS。过程移到步骤S29，在步骤S29中RS的值确定后换档器是否将升档或降档。如果RS= “降档”，那么过程移到步骤S7，在步骤S7中执行后降档，否则过程移到步骤S6并且执行后升档。过程从任一步骤S6或S7移到步骤S30，在步骤S30中值RS被清除并且设定为“O”并且过程继续回到步骤S20。如果在“挂起计时器”期满之前单个开关被闭合并且第二开关被闭合，那么将如下进行操作在步骤S21中，系统28检查开关27A、27B是否通过在前读取而已被改变，在该情况下，因为开关被按压，因此处理器将移到步骤S22，接着移到步骤S23。因为两个开关这时还未被闭合，因此过程移到步骤S24，在步骤S24中变量RS被赋予后换档值，这取决于开关被闭合。过程接着移到步骤S25，在步骤S25中挂起计时器被起动。过程移回到步骤S20，接着移到步骤S21，在步骤S21中结果将为否。过程继续通过步骤S26、S20和S21而形成回路直到第二开关被闭合。这时步骤S21的结果将为是并且过程将移到步骤S22，在步骤S22中结果将为是并且过程将继续到步骤S23 (两个开关闭合？)。步骤S23的结果将为是并且过程将移到步骤S5 (前换档)并且将执行前换档。过程将继续到步骤S30，在步骤S30中RS设定为“O”并且过程继续回到步骤S20。当开关被释放时，过程将通过步骤S21、S22、S27和S28继续。在步骤S28 (RS=O )中，结果将为是，并且过程将继续回到步骤S20，因此由于开关断开(释放)将不发生后换档。
换档解释器102也可以被编程成如果单个开关被保持长持续时间则允许多次后换档。本发明也能适于如下变换三个链环当执行前换档程序时，如果前换档器处于大链环位置，则降档。如果前换档器处于小链环位置，则升档。如果当前链环是中间链环，则换档解释器104能使用测量到的参数来确定是否需要升档或降档，所述参数诸如是速度、加速度、后换档器档位，从功率计测量的转矩，道路倾角以及其它参数。确定当从中间链环变换时是否需要升档或降档的另一方法将使用RS变量，该RS变量设定为首先被按压的开关的方向(升档或降档)。例如，当期望从中间链环升档时，骑车人在左开关之前闭合右开关，从而指示期望升档。转到图15 (并且还参看图1)，前链轮总成234可以包括三个同轴安装的链轮F1-F2-F3，并且后链轮总成40可以包括十个链轮R1-R10。前链轮Fl上的齿数优选地小于链轮F2上的齿数，并且F3的齿数优选地大于链轮F2上的齿数。后链轮Rl-RlO上的齿数通常从后链轮Rl到链轮RlO逐渐减少。前换档器230从第一操作位置移到第二操作位置以在链轮Fl和F2之间移动链72 (图1)并且从第二操作位置移动第三操作位置而改变到链轮F3。后换档器36在例如十个操作位置之间移动以将链切换到后链轮Rl-RlO中的一个。优选地，前档位传感器112用于感测前换档器230的操作位置，并且后档位传感器114用来感测后换档器36的操作位置。档位传感器112、114可以包括旋转编码器、电位计或能够感测换档器机构中的位置的其它装置。优选地，电池84 (图1)、一个以上电池或一些其它电源向前换档器230和后换档器36以及系统内的其它电子元件供电。图16示出了另一个前换档程序800的流程图。在步骤S40中，控制单元28或128的处理器检查以察看前换档器230是否处于位置3 (即，与三个链环中的最大链环对准)。如果结果为是，则过程移到步骤S14并且前换档器230降档到F2。如果步骤S40的结果为否，则控制单元28或128检查以察看前齿轮是否处于位置2(8卩，与三个链环中的中间链环对准)。如果结果为否，过程移到S13并且执行升档。如果在S41结果为是，则过程接着检查以察看后换档器是否与大于R5的后链轮对准。如果结果为否，则在S14执行降档。相反地，如果结果为是，则在S13执行升档。
图16所示的前换档方法使用后换档位置标准以确定如何使前换档机构换档。这是一个标准的示例。其它标准例如可以包括曲柄速度(踏板节奏);自行车轮速；增加自行车速度(加速)或减小自行车速度(减速)；踏板转矩；以及自行车倾角(上倾对下倾)。上述标准中的任一个可以用于众所周知的传感器和处理装置在本发明中确定和实施。图17以900示出处另一前换档程序。在步骤S43中控制单元28或128的处理器检查以察看前换档器230是否处于位置3 (即，与三个链环中的最大链环对准)。如果结果为是，则过程移到步骤S14，并且前换档器230执行降档到F2。如果步骤S43的结果为否，则控制单元28或128检查以察看前齿轮是否处于位置2 (即，与三个链环中的中间链环对准)。如果结果为否，则过程移到步骤S13并且执行升档。如果在S44中的结果为是，则过程接着在S45中检查以察看RS是否等于“升档”(见图14)。如果RS不等于“升档”，则过程移到步骤S14并且前换档器230执行降档(到F1)。如果RS等于“升档”则过程移到S13并且执行升档。虽然已经参考具体实施方式
描述了本发明，但是应理解的是，在所述的发明概念的精神和范围内可以进行各种改变。因此，本发明并不旨在限于所公开的实施方式，而是具有由所附权利要求的语言所允许的全部范围。而且，权利要求不会明显地陈述或必要地暗示所有步骤或一些步骤的顺序，它将涵盖以任何顺序或同时执行的步骤。
权利要求
1.一种用于自行车的电子换档系统，该电子换档系统包括第一开关机构；第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应；以及前换档机构，该前换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，其中，所述控制单元构造成确定所述第一开关机构和所述第二开关机构两者何时被同时致动，并且响应地发送前换档指令信号到所述前换档机构以执行前换档操作。
2.根据权利要求1所述的电子换档系统，该电子换档系统还包括前档位传感器，该前档位传感器用于感测所述前换档机构的当前档位，其中，所述控制单元构造成根据感测到的所述当前档位发送所述前换档指令信号，以沿一方向移动所述前换档机构而执行前换档操作。
3.根据权利要求1所述的电子换档系统，其中，所述前换档机构包括两个档位。
4.根据权利要求1所述的电子换档系统，其中，所述前换档机构包括三个档位。
5.一种用于自行车的电子换档系统，该电子换档系统包括第一开关机构；第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应；后换档机构，该后换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，其中，所述第一开关机构的致动发送第一信号到所述控制单元，所述控制单元构造成响应于所述第一信号发送第一指令信号到所述后换档机构以执行升档，并且其中所述第二开关机构的致动发送第二信号到所述控制单元，所述控制单元构造成响应于所述第二信号发送第二指令信号到所述后换档机构以执行降档；以及前换档机构，该前换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，其中，所述控制单元构造成确定所述第一开关机构和所述第二开关机构两者何时被同时致动，并且响应地发送前换档指令信号到所述前换档机构以执行前换档操作。
6.根据权利要求5所述的电子换档系统，该电子换档系统还包括前档位传感器，该前档位传感器用于感测所述前换档机构的档位，并且其中，所述控制单元构造成根据感测到的所述档位发送所述前换档指令信号以沿一方向移动所述前换档机构。
7.根据权利要求5所述的电子换档系统，其中，所述前换档机构包括两个档位。
8.根据权利要求5所述的电子换档系统，其中，所述前换档机构包括三个档位。
9.一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构；第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信，并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应；前换档机构以及后换档机构，所述前换档机构和所述后换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括以下步骤致动所述第一开关机构以用所述后换档机构执行升档；致动所述第二开关机构以用所述后换档机构执行降档；以及同时致动所述第一开关机构和所述第二开关机构两者以使所述前换档机构执行前换档操作。
10.根据权利要求9所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述前换档机构在两个档位之间执行所述前换档操作。
11.根据权利要求9所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述前换档机构在三个档位之间执行所述前换档操作。
12.根据权利要求9所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，如果所述后换档机构未处于第一端位置，那么所述控制单元允许所述致动所述第二开关机构以执行降档步骤。
13.根据权利要求9所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，如果所述后换档机构未处于第二端位置，那么所述控制单元允许所述致动所述第一开关机构以执行升档步骤。
14.一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构；第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构通信，并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应；以及前换档机构，所述前换档机构与所述控制单元通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括以下步骤用所述控制单元确定所述第一开关机构和所述第二开关机构两者被同时致动，并且用所述前换档机构执行前换档操作。
15.根据权利要求14所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述前换档机构在两个档位之间执行所述前换档操作。
16.根据权利要求14所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述前换档机构在三个档位之间执行所述前换档操作。
17.一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构；第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构以操作的方式通信并且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应；以及前换档机构，该前换档机构与所述控制单元以操作的方式通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括用所述控制单元监控所述第一开关机构和所述第二开关机构中的一个开关机构是否被致动；感测所述第一开关机构和所述第二开关机构中的一个开关机构何时被致动；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构中所述一个开关机构被致动，则确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中的另一个开关机构是否被致动；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构确定为被同时致动，则用所述控制单元产生前换档指令信号；以及响应于所述前换档指令信号，用所述前换档机构执行前换档操作。
18.根据权利要求17所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统还包括后换档机构，该后换档机构与所述控制单元以操作的方式通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法还包括如果确定了所述第一开关机构和所述第二开关机构中仅一个开关机构被致动，则确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中哪个开关机构被致动；用所述控制单元产生后换档指令信号，该后换档指令信号表示所述确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中哪个开关机构被致动；以及根据所述后换档指令信号用所述后换档机构执行后升档操作或后降档操作中的一种操作。
19.根据权利要求18所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括如果所述第一开关机构被致动则执行后升档操作。
20.根据权利要求19所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括当所述第一开关机构被致动时确定所述后换档机构是否处于最后位置；并且如果所述后换档机构处于所述最后位置则不产生后换档指令信号，或者如果所述后换档机构未处于所述最后位置则产生后换档指令信号并且用所述后换档机构执行所述后升档操作。
21.根据权利要求18所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括如果所述第二开关机构被致动则执行后降档操作。
22.根据权利要求21所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括当所述第二开关机构被致动时确定所述后换档机构是否处于第一位置；并且如果所述后换档机构处于所述第一位置则不产生后换档指令信号，或者如果所述后换档机构未处于所述第一位置则产生后换档指令信号并且用所述后换档机构执行所述降档操作。
23.根据权利要求17所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括在所述第一开关机构和所述第二开关机构中的所述一个开关机构被致动并且接着不被致动之后产生所述后换档指令信号。
24.根据权利要求17所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括在经过预定量的时间之后产生所述后换档指令信号。
25.根据权利要求18所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括在所述第一开关机构和所述第二开关机构中的所述一个开关机构被致动并且接着不被致动之后产生所述后换档指令信号。
26.根据权利要求18所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括在经过预定量的时间之后产生所述后换档指令信号。
27.根据权利要求17所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元分布在所述电子换档系统的部件之中。
28.根据权利要求17所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元未分布在所述电子换档系统的部件之中。
29.一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构和第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构以操作的方式通信并且对所述第一开关机构和所述第二开关机构作出响应；以及前换档机构和后换档机构，所述前换档机构和所述后换档机构与所述控制单元以操作的方式通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括用所述控制单元确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中是否仅单独一个开关机构被致动；确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中的哪个单独一个开关机构被致动；基于所述第一开关机构和所述第二开关机构中的哪一个开关机构确定为被致动，用所述后换档机构执行后降档操作或后升档操作中的一种操作；以及如果在经过预定量的时间之前所述第一开关机构和所述第二开关机构中的另一个开关机构与所述第一开关机构和所述第二开关机构中的所述一个开关机构同时被致动，则执行前换档操作。
30.根据权利要求29所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括在经过预定量的时间之后执行所述后降档操作或所述后升档操作。
31.根据权利要求30所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括如果在经过所述预定量的时间之后所述第一开关机构和所述第二开关机构的状态未改变，则执行所述后降档操作或所述后升档操作。
32.根据权利要求29所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括如果在经过预定量的时间之前所述第一开关机构和所述第二开关机构中的所述单独一个开关机构被致动并接着不被致动，则在经过所述预定量的时间之前执行所述后降档操作或所述后升档操作。
33.根据权利要求29所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元分布在所述电子换档系统的部件之中。
34.根据权利要求29所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元未分布在所述电子换档系统的部件之中。
35.一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构和第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构以操作的方式通信并且对所述第一开关机构和所述第二开关机构作出响应；以及前换档机构和后换档机构，所述前换档机构和所述后换档机构与所述控制单元以操作的方式通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括用所述控制单元读取所述第一开关机构和所述第二开关机构中的每个开关机构的状态；从所述读取步骤起确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中的任一个开关机构是否已从未致动状态改变；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构两者都已变到致动状态，则执行前换档操作；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构中仅一个开关机构已变到致动状态，则将表示所述第一开关机构和所述第二开关机构的所述状态的后换档值存储在所述控制单元中；用所述控制单元重读所述第一开关机构和所述第二开关机构中的每个开关机构的状态；如果从所述后换档值的所述存储起所述第一开关机构和所述第二开关机构的状态未改变，则在经过预定量的时间之后，基于所述后换档值产生后换档指令；以及基于所述后换档指令执行后换档操作。
36.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括在每个所述读取步骤之后存储所述第一开关机构和所述第二开关机构两者的状态。
37.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述存储包括对升档值、降档值或零换档值中的一个值进行赋值。
38.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括如果在所述执行所述前换档操作之后所述第一开关机构和所述第二开关机构确定为未被致动，则将所述换档值重设为零。
39.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括如果在所述执行所述后换档操作之后所述第一开关机构和所述第二开关机构确定为未被致动，则将所述换档值重设为零。
40.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，该方法包括如果所述重读步骤确定了所述第一开关机构和所述第二开关机构未被致动，则将所述换档值重设为零。
41.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，如果所述第一开关机构和所述第二开关机构中的所述一个开关机构在所述执行所述后换档操作之后仍被致动，则重读所述第一开关机构和所述第二开关机构两者的状态，并且如果所述第一开关机构和所述第二开关机构两者都确定为被致动，则执行前换档操作。
42.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元分布在所述电子换档系统的部件之中。
43.根据权利要求35所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元未分布在所述电子换档系统的部件之中。
44.一种用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构和第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构以操作的方式通信并且对所述第一开关机构和所述第二开关机构作出响应；以及前换档机构和后换档机构，所述前换档机构和所述后换档机构与所述控制单元以操作的方式通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应，所述方法包括用所述控制单元读取并存储所述第一开关机构和所述第二开关机构的状态；从在前的所述读取步骤起确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中的任一个开关机构的状态是否已从未致动状态改变；如果从在前的所述读取步骤起所述第一开关机构和所述第二开关机构两者都已变成致动状态，则执行前换档操作并且将换档值设定为零；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构中仅一个开关机构被致动并且预定量的时间还未期满，则将所述第一开关机构和所述第二开关机构的状态存储为所述换档值，该换档值表示所述第一开关机构和所述第二开关机构中哪个开关机构被致动并且被重读直到出现以下任一情况a)两个开关机构都被致动，在该情况下执行前换档操作；b)由于在前的所述读取步骤而所述第一开关机构和所述第二开关机构中的所述一个开关机构从致动状态变成非致动状态，并且所述预定量的时间未被超过，在该情况下用所述控制单元检查存储的所述换档值并且根据存储的所述换档值执行后换档操作，或者c)所述预定量的时间已超过，在该情况下用所述控制单元检查存储的所述换档值并且根据存储的所述换档值执行后换档操作；以及在完成所述前换档操作或所述后换档操作之后将所述换档值设定为零。
45.根据权利要求44所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元分布在所述电子换档系统的部件之中。
46.根据权利要求44所述的用电子换档系统使自行车换档的方法，其中，所述控制单元未分布在所述电子换档系统的部件之中。
47.一种用电子换档系统使自行车的后换档器换档的方法，其中，所述电子换档系统包括第一开关机构；第二开关机构；控制单元，该控制单元与所述第一开关机构和所述第二开关机构以操作的方式通信且对来自所述第一开关机构和所述第二开关机构的信号作出响应；后换档机构，该后换档机构与所述控制单元以操作的方式通信并且对来自该控制单元的指令信号作出响应；所述方法包括用所述控制单元监控所述第一开关机构和所述第二开关机构中的一个开关机构是否被致动；感测所述第一开关机构和所述第二开关机构中的一个开关机构何时被致动；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构中的所述一个开关机构被致动，则确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中的另一个开关机构是否被致动；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构被同时致动则忽视所述控制单元；如果所述第一开关机构和所述第二开关机构中仅一个开关机构被致动，则确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中的哪个开关机构被致动；用所述控制单元产生后换档指令信号，该后换档指令信号表示所述确定所述第一开关机构和所述第二开关机构中的哪个开关机构被致动；以及根据所述后换档指令信号用所述后换档机构执行后换档操作。
48.根据权利要求47所述的用电子换档系统使自行车的后换档器换档的方法，其中， 所述控制单元分布在所述电子换档系统的部件之中。
49.根据权利要求47所述的用电子换档系统使自行车的后换档器换档的方法，其中， 所述控制单元未分布在所述电子换档系统的部件之中。
全文摘要
本发明提供一种用于自行车的电子换档系统以及换档方法。一种电子换档系统、机构以及利用该系统来操作自行车的方法，所述自行车允许仅用两个开关来控制前换档器机构和后换档器机构。所述开关能布置成使得仅需要每只手来操作一个开关从而使所述自行车换档。
文档编号B62M25/08GK102991640SQ20121033146
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月7日 优先权日2011年9月9日
发明者布赖恩·乔丹 申请人:什拉姆有限责任公司