变速自行车及其变挡机构及装置的制作方法

本发明涉及自行车技术领域，尤其是涉及一种变速自行车及其变挡机构及装置。

背景技术：

自行车变速系统的作用就是通过改变链条和不同的前、后大小的牙盘的配合来改变车速快慢。前牙盘的大小和后牙盘的大小决定了自行车旋动脚蹬时的力度。前牙盘越大，后牙盘越小时，脚蹬时越感到费力。前牙盘越小，后牙盘越大时，脚蹬时越感到轻松。根据不同骑行者的能力，即可通过调整前、后牙盘的大小调整自行车的车速，或是应对不同的路段、路况。

变速器的出现，大大节省了长途骑行的人力消耗，使得人们在骑行过程中，上坡更轻松，平路能尽可能提升速度。最开始出现的自行车变速器，其换挡采用机械方式，通过用户拨动变速指拨，再由变速线带动拨链器，将链条拨动到齿数不同的牙盘上进行换挡。在换挡的过程中，人们需要分心去设定挡位并拨动变速指拨，由于复位弹簧的存在，对女性和儿童来说，拨动比较吃力。对于很多新手，在骑行过程中又很难把握换挡的节奏。

随着技术的发展，出现了将电机集成在拨链器中的电子变速器，这种电子变速器由驱动电机带动执行机构。因此，这种电变仅仅替换了执行机构，并没有带来换挡上更多的便利和辅助。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变速自行车及其变挡机构及装置，以解决现有变速自行车换挡吃力，换挡逻辑难以把控的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种变挡机构，包括mcu(microcontrollerunit，简称mcu)以及连接mcu的车速获取机构、挡位获取机构、前调节机构和后调节机构；

车速获取机构用于获取变速自行车的当前车速；

挡位获取机构用于获取当前挡位的前变速线绞盘位置和后变速线绞盘位置；

mcu根据当前车速，与前变速线绞盘位置及后变速线绞盘位置对应的预设车速的关系判断是否需要变挡；

若是，则通过前调节机构将前变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置，或通过后调节机构将后变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置；

若否，则保持前变速线绞盘位置和后变速线绞盘位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，车速获取机构为设于后轮轴的霍尔传感器，当前车速为后轮转速；

或者；

车速获取机构为设于中轴的霍尔传感器，当前车速为行驶踏频。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，挡位获取机构通过前角度传感器获取当前挡位的前变速线绞盘位置，通过后角度传感器获取当前挡位的后变速线绞盘位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括遥控机构；

遥控机构通过无线通信向mcu发送挡位变换信号；

mcu根据挡位变换信号通过前调节机构将前变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置，或者通过后调节机构将后变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，后调节机构包括后电机驱动电路、后电机和后减速箱；

当当前车速与后变速线绞盘位置不匹配时，mcu向后电机驱动电路发送加挡信号或减挡信号；

后电机驱动电路根据加挡信号或减挡信号驱动后电机正/反向运动；

后电机正/反向转动过程中通过后减速箱将后变速线绞盘位置调节至加挡后的位置或减挡后的位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，前调节机构包括前电机驱动电路、前电机和前减速箱；

当当前车速与前变速线绞盘位置不匹配时，mcu向前电机驱动电路发送加挡信号或减挡信号；

前电机驱动电路根据加挡信号或减挡信号驱动前电机正/反向运动；

前电机正/反向转动过程中通过前减速箱将前变速线绞盘位置调节至加挡后的位置或减挡后的位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，后角度传感器的活动部分通过检测后减速箱的齿轮转动来获取后变速线绞盘的位置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括蓄电池，蓄电池用于为mcu、前调节机构和后调节机构提供工作电压。

第二方面，本发明实施例还提供了一种变挡装置，包括支撑机构以及如第一方面所述的变挡机构；

支撑机构用于支撑变挡机构；

支撑机构还包括与变速自行车车架可拆卸连接的固定结构。

第三方面，本发明实施例还提供了一种变挡装置，包括变速自行车本体，以及第二方面所述的变挡装置；

变挡装置的支撑机构与变速自行车本体的车架可拆卸连接；

前变速线绞盘连接前变速线，后变速线绞盘连接后变速线。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的变挡机构的mcu通过车速获取机构获取自行车的当前车速；通过挡位获取机构获取当前挡位的前变速线绞盘位置和后变速线绞盘位置；mcu根据当前车速，与前变速线绞盘位置及后变速线绞盘位置对应的预设车速的关系判断是否需要变挡；如果需要变挡，则通过前调节机构将前变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置，或通过后调节机构将后变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置；如果不需要变挡，则保持前变速线绞盘位置和后变速线绞盘位置即可。本实施例通过当前车速与当前挡位速度之间的匹配关系，判断变速自行车的当前状态是否需要变挡，如果需要变挡，则进行变挡，实现了变速自行车的自适用变挡，使骑行者始终以比较舒服的踏频骑行，避免了因骑行者经验不足导致的误变速，进而使骑行费时费力。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的变挡机构的示意图；

图2为本发明实施例1提供的变挡机构的另一示意图；

图3为本发明实施例2提供的变挡机构的变挡流程图；

图4为本发明实施例2提供的变挡机构的另一变挡流程图；

图5为本发明实施例3提供的变挡装置的结构示意图。

图6为本发明实施例4提供的变速自行车的结构示意图

图标：11-mcu；12-车速获取机构；121-磁钢；13-挡位获取机构；131-前角度传感器的活动部分；132-后角度传感器的活动部分；141-前调节机构；1411-前电机；1412-前减速箱；142-后调节机构；1421-后电机；1422-后减速箱；15-遥控机构；16-蓄电池；21-前变速线绞盘；22-后变速线绞盘；3-支撑机构；311-前通孔；312-后通孔；321-前导向凸起；3211-前导向孔；322-后导向凸起；3221-后导向孔；4-变挡装置；5-变速自行车本体；511-前变速线；512-前拨链器；521-后变速线；522-后拨链器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前的变速自行车存在换挡吃力，换挡逻辑难以把控的问题，基于此，本发明实施例提供的一种变速自行车及其变挡机构，可以进行自适应变挡。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种变挡机构进行详细介绍。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种变挡机构，包括mcu11以及连接mcu11的车速获取机构12、挡位获取机构13、前调节机构141和后调节机构142；车速获取机构12用于获取变速自行车的当前车速；挡位获取机构13用于获取当前挡位的前变速线绞盘21位置和后变速线绞盘22位置；mcu11根据当前车速，与前变速线绞盘21位置及后变速线绞盘22位置对应的预设车速的关系判断是否需要变挡；若是，则通过前调节机构141将前变速线绞盘21从当前位置调节至目标挡位位置，或通过后调节机构142将后变速线绞盘22从当前位置调节至目标挡位位置；若否，则保持前变速线绞盘21位置和后变速线绞盘22位置。

本实施例通过当前车速与当前挡位预设速度之间的匹配关系，判断变速自行车的当前状态是否需要变挡，如果需要变挡，则进行变挡，实现了变速自行车的自适用变挡，使骑行者始终以比较舒服的踏频骑行，避免了因骑行者经验不足导致的误变速，进而使骑行费时费力。

本实施例中的车速可以是后轮转速或是行驶踏频，为此，mcu可以通过设于后轮转轴上的霍尔传感器获取后轮转速(具体如图6所示)，霍尔传感器的磁钢121设于后轮轴条上；或者通过设于中轴上的霍尔传感器获取行驶踏频，或者在测得的后轮转速后，根据当前挡位踏频与后轮车速的比值获取行驶踏频，或者在测得行驶踏频后，根据当前挡位踏频与后轮车速的比值获取后轮车速。实际使用时，可以根据具体情况进行选择。而且，霍尔传感器为磁性传感器，减少了变挡机构的电源消耗，有利于节能和延长变挡机构单次充电或电源更换后的使用时间。

作为本实施例的优选实施方式，在后轮轴和中轴上同时设置霍尔传感器，分别检测后轮转速和踏频，并在mcu检测到踏频时，启动变挡流程，通过挡位获取机构获取当前挡位，根据后轮转速和当前挡位换算出行驶踏频，并与设于中轴的霍尔传感器检测的实际踏频进行对比，判断是否存在踏空现象，若是则优选向用户发出提示；比较行驶踏频和当前挡位的预设踏频是否需要换挡，若行驶踏频大于预设踏频，则加挡，反之则减挡。

如图2所示，作为本实施例的优选实施方式，还包括遥控机构15；遥控机构15通过无线通信向mcu11发送挡位变换信号；mcu11根据挡位变换信号通过前调节机构141将前变速线绞盘21从当前位置调节至目标挡位位置，或者通过后调节机构142将后变速线绞盘22从当前位置调节至目标挡位位置。

本实施方式通过遥控机构实现了手动轻松变挡，无需费力，可以根据具体路况和骑行需求手动进行变挡。

本实施例的变挡模式优选包括自动模式、手动模式和混合模式。

自动模式时，变速机构根据当前车速与当前挡位的预设车速之间的匹配关系判断变挡与否，并在需要变挡时进行变挡。

手动模式时，骑行者根据路况和自身经验通过遥控机构手动变挡。

混合模式，自动变挡与手动变挡混合使用模式，mcu实时检测遥控信号，同时实时比对当前车速与当前挡位的预设车速是否匹配，既允许变挡机构进行自适用变挡，也允许骑行者手动变挡。

本实施例中的后调节机构包括后电机驱动电路、后电机和后减速箱；在当前车速与后变速线绞盘位置不匹配时，mcu向后电机驱动电路发送加挡信号或减挡信号；后电机驱动电路根据加挡信号或减挡信号驱动后电机正/反向运动；后电机正/反向转动过程中通过后减速箱将后变速线绞盘位置调节至加挡后的位置或减挡后的位置。

前调节机构包括前电机驱动电路、前电机和前减速箱；在当前车速与前变速线绞盘位置不匹配时，mcu向前电机驱动电路发送加挡信号或减挡信号；前电机驱动电路根据加挡信号或减挡信号驱动前电机正/反向运动；前电机正/反向转动过程中通过前减速箱将前变速线绞盘位置调节至加挡后的位置或减挡后的位置。

本实施例的前电机驱动电路和后电机驱动电路优选为h桥驱动电路。

作为本实施例的另一种实施方式，本实施例所述的变挡机构还包括蓄电池16，蓄电池16用于为mcu11、前调节机构141和后调节机构142提供工作电压。

蓄电池16的充电接口优选为usb口，方便蓄电池16的充电，另外，蓄电池16相较于干电池更利于环保，而且使用寿命较长。

此外，本实施例的挡位获取机构通过前角度传感器获取当前挡位的前变速线绞盘位置，通过后角度传感器获取当前挡位的后变速线绞盘位置。优选实施方式为：

如图5所示，后角度传感器的活动部分132通过检测后减速箱1422的齿轮转动来获取后变速线绞盘22的位置，后角度传感器的固定部分连接mcu，并将后角度传感器的活动部分132采集的信号处理后发送mcu。

同理，前角度传感器的活动部分131通过检测前减速箱1412的齿轮转动来获取前变速线绞盘21的位置，前角度传感器的固定部分连接mcu，并将前角度传感器的活动部分131采集的信号处理后发送mcu。

本实施例中的前、后角度传感器优选采用磁编码器，以减少变挡机构的电源消耗，有利于节能和延长变挡机构单次充电或电源更换后的使用时间。

实施例2

如图3所示，本实施例提供了一种变挡方法，包括以下步骤：

s102.通过车速获取机构获取变速自行车的当前车速。

s104.通过挡位获取机构用于获取当前挡位的前变速线绞盘位置和后变速线绞盘位置；

s106.mcu根据当前车速与前变速线绞盘位置、后变速线绞盘位置之间的关系判断当前是否需要变挡，若是则执行步骤s108，若否则执行步骤s110；

s108.通过前调节机构将前变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置，或通过后调节机构将后变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置；

s1010.保持前变速线绞盘位置和后变速线绞盘位置。

本实施例通过当前车速与当前挡位速度之间的匹配关系，判断变速自行车的当前状态是否需要变挡，如果需要变挡，则进行变挡，实现了变速自行车的自适用变挡，使骑行者始终以比较舒服的踏频骑行，避免了因骑行者经验不足导致的误变速，进而使骑行费时费力。

如图4所示，作为本实施例的另一种实施方式，步骤s106之前还包括：

s1051.判断是否接收到遥控机构发送的变挡信号，若是则执行s1052，若否则执行s106；

s1052.根据挡位变换信号通过前调节机构将前变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置，或者通过后调节机构将后变速线绞盘从当前位置调节至目标挡位位置。

本发明实施例提供的变挡方法，与上述实施例提供的变挡机构具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，在此不予赘述。

实施例3

如图5所示，一种变挡装置，包括支撑机构3以及实施例1所述的变挡机构；支撑机构3用于支撑变挡机构；支撑机构3还包括与变速自行车车架可拆卸连接的固定结构。

前电机1411连接前减速箱1412，后电机1421连接后减速箱1422，前减速箱1412的两侧分别设有前变速线绞盘21与前角度传感器的活动部分131，后减速箱1422的两侧分别设有后变速线绞盘22与后角度传感器的活动部分132。

本实施例所述的支撑机构3优选为截面是l型的支撑结构，两减速箱相向排列，并固设于支撑机构3的一侧面，支撑机构3的另一侧面开设有前通孔311和后通孔312，前变速线绞盘21的输入端穿过前通孔311连接前减速箱1412的输出端，后变速线绞盘22的输入端穿过后通孔312连接后减速箱1422的输出端。

优选地，支撑机构3的前通孔311与支撑机构3前缘之间，以及后通孔312与支撑机构3后缘之间分别设有前导向凸起321和后导向凸起322，且前导向凸起321、后导向凸起322分别开设有前导向孔3211和后导向孔3221，且前导向孔3211的轴线与前变速线绞盘21上边缘或下边缘平行，后导向孔3221的轴线与后变速线绞盘22转轴的上边缘或下边缘平行。以前变速线为例，前变速线穿过前导向孔3211后连接前变速线绞盘21，通过前导向孔3211对变速线进行导向，既防止了变速线的缠绕与弯折，又提高了该装置的美观度。

实施例4

如图6所示，本实施例提供了一种变速自行车，包括变速自行车本体5，以及如实施例3所述的变挡装置4；变挡装置4的支撑机构与变速自行车本体5的车架可拆卸连接；前变速线绞盘连接前变速线511的一端，前变速线511的另一端连接前拨链器512后变速线绞盘连接后变速线512的一端，后变速线521的另一端连接后拨链器522。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。