变速自行车的自动变速装置及其自行车、变速方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及自行车领域，尤其设及一种变速自行车的自动变速装置及其自行车， 还设及运种变速自行车实现自动变速的方法。
【背景技术】
[0002] 目前市面上带自动变速的自行车，其自动变速器只能与内变速的后花鼓配合，原 因是内变后花鼓能在任何情况下(转动或者静止)都可W变速。其工作原理为自行车在静止 壮态下，自动变速器会有一个默认的启动档位，当开始骑行之后，自动变速器会跟据当前的 速度自动换档达到自动变速的目的，当骑行紧急刹车制动时，骑行从高速突然变成静止，此 时因为内变后花鼓可W在静止的情况下变速，自动变速器会自动复位，恢复到默认状态。
[0003] 因为内变速后花鼓性能上的缺点：重量太重和阻尼大，不能应用在山地车上，所W 目前也没有能自动变速的山地车。主要原因是山地车上的变速是由变速飞轮、拔链器、链条 完成变速的。在静止情况下，飞轮不转动，此时变速链条无法跳到相应的齿轮上，链条会和 拔链器形成一定的角度，当运个角度大到一定程度时就会拉环拔链器。因 W上原因山地车 不能在静止的情况下变速，又因为不能在静止情况下变速，当自行车在高速时，自行车的变 速组合一般为链条在牙盘的最大片齿轮在飞轮的最小片，如果此时紧急制动，链条还会停 在运个组合上，当再次启动时，牙盘和飞轮的速比太大，无法正常启动。所W目前的自动变 速器不能应用在山地车上。
[0004] 内变速具有结构紧密、外形美观和无噪音的特点。它改变速比轻巧牢靠。变速级差 一般都在5级W内，国内生产的W3级变速为多。内变速齿轮的摩擦损耗大，在生产上对精度 的要求很严格，工序和部件都比较复杂，造价也较高一些。它用于对输出功能(撥速，撥力） 要求不太严格，用不着随便改变级差的短距离、低速度、骑行时间短的车种较合适。在我国， 它大都装配在中、高档的轻便车上。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种变速自行车的自 动变速装置及其自行车、自动变速的方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种变速自行车的自动变速装 置，包括一个用于和变速自行车拨链器相连接的自动变速器，及与所述自动变速器进行信 号传输的力矩传感器和速度传感器。
[0007] 进一步，所述自动变速器包括变速器外壳、变速线、移动套、螺杆、步进电机、固定 座和控制模组;变速线的一端用于与变速自行车的拔链器连接，另一端穿过变速器外壳的 左端盖固定在移动套上;移动套的内牙镶嵌在螺杆上，螺杆两端通过轴承分别固定在左端 盖及固定座上;控制模组和步进电机电连接，步进电机锁固于固定座上并且其转轴与螺杆 相连，左、右端盖及固定座分别锁固于变速器外壳内。
[000引进一步，所述控制模组的控制板上集成了MCU控制单元，控制模组固定在右端盖 上。
[0009] 进一步，所述自动变速器的MCU控制单元与力矩传感器和速度传感器相互之间采 用无线信号或有线信号传输。
[0010] -种自动变速自行车，包括上述任一所述变速自行车的自动变速装置，所述自动 变速器安装于车架上，所述力矩传感器和速度传感器安装于中轴或后勾爪上，自动变速器 与变速自行车的拔链器连接。
[0011] -种自动变速自行车的自动变速的方法，包括W下步骤：
[0012] a.建立力矩实际测得数值和力矩模拟值的对应关系，力矩实际测得数值变化达到 一单元数值时，力矩模拟值则相应的增加或减少；
[0013] b.设置程序表，建立力矩模拟值、速度和档位之间的对应关系；
[0014] C.自动变速器自动读取力矩传感器所实际测得的力矩数值，分析之后查询所测力 矩数值在程序表中所对应的力矩模拟值的位置；
[0015] d.自动变速器自动读取速度传感器的实测数值，查询所测速度数值在程序表中所 在的位置；
[0016] e.根据程序表定义的程式，判断是否需要进行加档或减档的操作，如需要进行加 档或减档的操作，则自动变速器的控制模组发出指令控制执行机构加档或减档，如不需要 进行加档或减档操作；
[0017] f、返回步骤C。
[001引进一步，还包括W下步骤：
[0019] 自动变速器能实时记录当前所在档位，关掉自动变速器之后也能保存当前的档 位，运样可W保证自动变速器不会跳出程序表所设置的范围。
[0020] 进一步，步骤a内力矩模拟值是自定义的分组，步骤b程序表内的数值，可根据实测 数据和骑行特性、骑行习惯由骑行者自行定义。
[0021] 进一步，步骤C中自动变速器自动读取力矩传感器所实际测得的力矩数值变化未 达到一单元数值时，力矩模拟值则不变。
[0022] 进一步，还设置有一个速度标志位，通过比较连续两次速度采样的结果判断当时 的骑行状态是加速度状态还是上坡状态，如力矩实测数值变大，而速度没有变化，则为上坡 状态;设定力矩模拟值阔值，当力矩模拟值达到设定的力矩模拟值阔值时，如果此时速度变 快，说明是加速度状态，则档位不变，如果速度变慢，说明是上坡状态，则按程序表定义的程 式调整档位。
[0023] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0024] 1)克服了自动变速器只能用在内变速后花鼓的缺点，能够应用在山地车上，开拓 了自动变速器的市场前景；
[0025] 2)本发明采用外置自动变速器，在骑行过程中自动变速是根据自行车的车速变化 的快慢自动完成，不需要手操纵，从根本上取代了手操作变速；
[0026] 3)自动变速器的电机采用直流电机，通过控制模组，控制模组上集成了MCU控制单 元，可W精确的控制电机转动的步数和通电的时间，从而可W做到精确的变速效果；
[0027] 4)自动变速器的控制模组与力矩传感器和速度传感器相互之间采用无线信号传 输，节省空间，减少安装工作量，并且避免地了因线路断路而导致的故障，降低了故障率及 维修成本。
[0028] 5)本发明通过传感器实时读取骑行者的踏力和速度做为自动变速的基础，可W保 证骑行者不管是在上坡还是在平路脚上的踏力都是恒定的，脚上用的力都是一样的，不一 样的只有速度，增加了骑行的舒适度。
[0029] 6)本发明的变速组合经程式设定，符合山地车的变速规范，可W避免部份骑行者 不懂变速规范强行非法变速而损坏变速装置，增加了山地自行车的寿命
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
【附图说明】
[0031 ]图1为本发明的自动变速自行车整体结构示意图；
[0032] 图2为本发明的自动变速器装设于自动变速自行车的后下叉的结构示意图；
[0033] 图3为本发明的自动变速器的结构示意图；
[0034] 图4为本发明的自动变速器的局部剖示图；
[0035] 图5为本发明的自动变速器的分解结构示意图；
[0036] 图6为本发明的外置自动变速器的工作方法流程示意图。
[0037] 其中：1、前变速指拔;2、前变速线套;3、后变速线套;4、刹把;5、后变速指拔;6、前 刹车器;7、轮胎;8、福条;9、前花鼓；11、自动变速器；12、脚踏；13、前变牙盘；141、中轴；142、 力矩传感器；143、速度传感器；15、链条；16、自动变速器前变速线；17、自动变速器后变速 线；18、前拔链器；19、后花鼓;20、后拔链器;21、后变飞轮;23、后刹车器；111、变速线；112、 左端盖；113、轴承；114、移动套；115、螺杆；116、外壳；117、轴承；118、固定座；119、电机； 1110、控制板;1111、电源线，1112、右端盖。
【具体实施方式】
[0038] 为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进 一步介绍和说明。
[0039] 如图1至图2所示，一种变速自行车的自动变速装置，其包括：自动变速器11，该自 动变速器11装设于该自行车的后下叉、后上叉、下管或上管等任何可W安装的位置；W及一 个信息连接该自动变速器11的力矩传感器142和速度传感器143，力矩传感器142和速度传 感器143可W安装在中轴、后勾爪或者任何可W安装的地方。一台山地自行车可W安装一个 或者两个自动变速，牙盘只有一片齿轮的只安装一个自动变速器，牙盘齿轮有2片或者2片 W上的安装两个自动变速器11。自动变速器11的左端盖2和右端盖12上有一个安装孔，可直 接用螺丝固定在车架的相应位置上，变速线111安装在后拔链器20(前拔链器18)上。
[0040] 如图3至图5所示，具体的，所述变速线111的一端直接固定在变速自行车的前拔链 器18和后拔链器20上，另一端穿过左端盖112固定在移动套114上;移动套114的内牙镶嵌在 螺杆115上，螺杆115两端通过轴承分别固定在左端盖112及固定座118上;步进电机119锁固 于固定座118上并且电机119的转轴与螺杆115相连，左端盖112及右端盖1112及固定座118 分别锁固于变速器外116壳上。
[0041] 具体的，控制模组和步进电机119电连接，控制模组的控制板1110上集成了MCU控 制单元，控制模组固定在右端盖1112上。
[0042] 具体的，自动变速器的控制板1110上的MCU控制单元与力矩传感器142和速度传感 器143相互之间采用无线信号或有线信号传输。
[0043] 具体的，该步进电机119与控制板1110连接。
[0044] -种自动变速自行车，包括上述任一所述变速自行车的自动变速装置，自动变速 器11安装于车架上，力矩传感器142和速度传感器143安装于中轴141上，自动变速器与变速 自行车的拔链器连接。
[0045] 自动变速器的变速原理:控制模组1110上集成了 MCU控制单元内部可写入程式，程 式可跟据所接收的力矩信号或速度信号计算出需要变速的步数，然后控制电机119的正反 转来带动螺杆115的正反转，螺杆115的正反转带动移动套114的左右移动