专利名称：用于将自行车变速换档的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自行车控制设备，更特别地，涉及一种用于将自行车变速器换档的方法和装置。
背景技术：
电控自行车通常包括与前踏板装置相关联的前变速器，与后轮相关联的后变速器，每个变速器的电动机，用于控制每个电动机的控制部件，以及变速控制设备例如向控制部件提供电变速指令信号的控制杆或转换器。控制部件基于从变速控制设备接收的电信号来操作每个变速器的电动机。在已知的电控自行车中，对从变速控制设备接收的每个变速指令，变速器只增加或减少一个速度级或齿轮，并且前或后变速器对每个变速指令至少操作一次。如果骑车人想要一次改变多个速度级，这基本上会延迟变速操作，产生相当大的机械噪声和磨损部件。
发明内容
本发明涉及一种用于将自行车变速器换档的方法和装置，其中前和/或后变速器，至少对于一些变速指令，可以比已知的电动自行车操作的较少。在本发明的一种实施方案中，使用的具有第一和第二自行车变速器的控制机构包括变速器位置通信路径，其用于传送指示第一和第二变速器操作位置的信息；变速器指令通信路径，其用于传送控制第一和第二变速器操作的信息；变速指令通信路径，其用于接收变速指令以选择自行车的速度级；以及与变速指令通信路径，变速器位置通信路径和变速器指令通信路径有效地耦连的变速器控制部件，其用于接收变速指令和指示第一和第二变速器操作位置的信息，并且产生用于控制第一和第二变速器操作的信息。当变速器控制部件接收至少一个变速指令，请求经过N个速度级以到达目的速度级，其中N是大于1的整数时，变速器控制部件产生信息，使第一和第二变速器共同移动总共M次以到达目的速度级，其中M是小于N的整数。本发明也仔细考虑用于操作这些变速器的方法。
使用本发明的变速器操作的自行车可以包括多个前链轮；用于在多个前链轮中移动链条的前变速器；多个后链轮；用于在多个后链轮中移动链条的后变速器；用于分别移动前和后变速器的前和后变速器电动机；以及前和后变速器位置传感器，其用于分别提供指示前和后变速器的前和后链轮位置的信号。前和后变速器的链轮位置设置自行车的速度级。这种自行车使用的控制部件包括，变速器位置通信路径，其与前和后变速器位置传感器有效地耦连，用于传送指示前和后链轮位置的信号；变速器指令通信路径，其与前和后变速器电动机有效地耦连，用于传送控制前和后变速器电动机操作的信息；变速指令通信路径，用于接收变速指令以设置所希望的速度级；以及与变速指令通信路径，变速器位置通信路径和变速器指令通信路径有效地耦连的变速器控制部件，用于接收变速指令和指示前和后链轮位置的信号，并且产生用于控制前和后变速器电动机操作的信息。当变速器控制部件接收至少一个变速指令，请求经过N个速度级以到达目的速度级的变速，其中N是大于1的整数时，变速器控制部件产生信息，使第一和第二变速器相结合移动总共M个链轮位置以到达目的速度级，其中M是小于N的整数。如果希望，可以选择链轮，使得前变速器从第一前链轮移到第二前链轮的齿轮比变化大约等于后变速器从第一后链轮移到第二后链轮的齿轮比变化的两倍。这种配置增加用较少变速器转换多级变速的机会数。
图1是自行车的侧视图，该自行车包括根据本发明的用于将自行车变速器换档的装置的具体实施方案；图2是根据本发明的用于将自行车变速器换档的装置其具体实施方案的方框图；图3A是说明由图2中显示的控制部件接收的可能电变速指令信号的时序图；图3B是说明由图2中显示的控制部件接收的另一可能电变速指令信号的时序图；图3C是说明由图2中显示的控制部件接收的另一可能电变速指令信号的时序图；图3D是说明由图2中显示的控制部件接收的可能复合电变速指令信号的时序图；图3E是说明由图2中显示的控制部件接收的另一可能的复合电变速指令信号的时序图。
具体实施例方式
图1是自行车10的侧视图，该自行车包括根据本发明的用于将自行车变速器换档的装置的具体实施方案。自行车10可以是任一类型的自行车，在本实施方案中，自行车10包括典型的框架18，包括顶管22，前端管24，从前端管24向下延伸的车架下舌26，支承车座32并从顶管22向下延伸的座管30，处于车架下舌26和座管30接合处的底托架(没有显示)，从顶管22向后并向下延伸的一对座撑34，和从底托架向后延伸的一对链拉条38。车42可旋转地支承在端管24中，并且前轮46可旋转地被支承到车叉42的下端。车把50以众所周知的方式控制车叉42和前轮46的转方。具有多个同轴安装的后(自由飞轮)链轮56的后轮54可旋转地被支承在座撑34和链拉条38的接合处，并且支撑多个前(链轮)链轮62的踏板装置58可旋转地支承在底托架中。典型地，两个或三个前链轮62与踏板装置58同轴整体地旋转。链条66啮合多个前链轮62中的一个和多个后链轮56中的一个。前变速器70将链条66从一个前链轮62移动到另一个，并且后变速器74将链条66从一个后链轮56移动到另一个。这些操作是众所周知的。
在本实施方案中，前变速器70通过拉和放与安装在电动机装置84中的前变速器电动机82(图2)连结在一起的传统Bowden型控制索78来控制，而后变速器74通过拉和放与安装在电动机装置84中的后变速器电动机88连结在一起的传统Bowden型控制索86来控制。当然，在某些实施方案中，单一的电动机可以通过离合器或别的方式连结到不同的索牵引结构来执行相同的功能，并且这也可以认为是不同的电动机。前变速器位置传感器87和后变速器位置传感器88可分别用于传感前和后传感器70和74的操作位置。这些传感器提供信息，其依次确定哪个前链轮62和后链轮56由链条66啮合。这些位置传感器可以包括，例如，已知的用于传感前变速器电动机82和后变速器电动机88输出轴位置的电位计，但是有许多能够执行这些功能的其它已知结构。速度传感器91安装在车叉42上，用于从安装在前轮46上的磁铁89接收信号来以众所周知的方式传感自行车速度，并且步调传感器92安装在踏板装置58上，用于从安装在链拉条38中一个上的磁铁93接收信号来以众所周知的方式传感踏板步调。
变速器控制部件90通过变速器指令通信路径94与电动机装置84有效地耦连，并通过变速器位置通信路径96与位置传感器87和88有效地耦连，用于根据来自位置传感器87和88的信息来产生控制电动机装置84操作的变速器指令(TC)信号。手动操作的变速指令部件98，包括加速转换器98A和减速转换器98B，通过变速指令通信路径102与变速器控制部件90有效地耦连，用于将电变速指令传送到变速器控制单元90(在下面更详细地描述)。而且，自动的变速指令部件103通过变速指令通信路径102与变速器控制单元90有效地耦连，通过变速器位置通信路径96与位置传感器87和88有效地耦连，通过速度通信路径105与速度传感器91有效地耦连，并且通过步调通信路径106与步调传感器92有效地耦连，用于根据从位置传感器87和88，速度传感器91和/或步调传感器92接收的信号将电变速指令传送到变速器控制部件。这些变速指令可以包括下面对变速指令部件98描述的变速指令，或者它们可以包括数字信息。自动的变速指令部件103包括用于存储轮周，步调表，速度表和/或加速度表的参数存储器107，其用于基于步调，速度和/或加速度根据已知的程序设计技术来产生变速指令。参数存储器107可以是硬件表格存储器，软件表格存储器，或提供相同信息的某种其它结构。其它的输入设备110可以通过通信路径112与自动变速指令部件103有效地耦连，用于传送其它信息，例如从心率传感器，斜率传感器，踏板或其它转矩传感器等。因此，可以配置参数存储器107和自动变速指令部件103的程序设计，以根据任何组合的这些其它输入来产生变速指令。当然，在一些实施方案中，只有手动操作的变速指令部件98可以提供，而在其它的实施方案中，只有自动的变速指令部件103可以提供。在本实施方案中，通信路径94，96，102，105和106具有电线的形式，但是在其它实施方案中，这些通信路径可以包括光纤设备，无线通信路径，或某种其它机制。
根据本发明，当变速器控制部件90接收至少一个变速指令，请求经过N个速度级以到达目的速度级的变速，其中N是大于1整数时，变速器控制部件90产生TC信号(数字的或模拟的)，使前变速器70和后变速器74共同移动总共M次以到达目的速度级，其中M是小于N的整数。为了实现这一点，变速器控制部件90包括用于存储表格的表格存储器110，表格包含用于控制前变速器70和后变速器74操作的信息。表格存储器110可以是硬件表格存储器，软件表格存储器，或提供相同信息的某种其它结构。表格存储器110的内容依赖于自行车的配置。下面将给出三个实例，并且其它配置对本领域普通技术人员将是容易明白的。
图3A-3E是时序图，表示由变速控制部件98产生的变速指令的不同实施方案和由变速器控制部件90产生的TC信号的时间选择。在每幅图中，变速指令信号是低有效的。图3A说明一种状态，其中变速指令信号由变速控制设备98以时间间隔P产生，P小于预定的时间间隔X。在本实施方案中，这种变速指令信号被假定为伪信号，不执行任何操作。当然，在其它的实施方案中，这种变速指令信号可以执行某种功能。图3B说明一种状态，其中变速指令信号由变速控制设备98以时间间隔Q产生，Q大于时间间隔X。在本实施方案中，这种变速指令信号要求一个速度级的变速，并且据此产生TC信号。图3C说明一种状态，其中变速指令信号由变速控制设备98以时间间隔R产生，R大于预定的时间间隔X并且也大于时间间隔Y，其中，为了测量，时间间隔Y与时间间隔X在相同的时刻开始，但是大于时间间隔X。在本实施方案中，这种变速指令信号要求两个速度级的变速，并且据此产生TC信号。
图3D说明一种状态，其中在两个通道上出现的复合变速指令信号由变速控制设备98产生。在本实例中，在通道A上出现的变速指令信号以时间间隔S产生，S大于时间间隔X。变速指令信号在通道B上先于时间间隔Y的截止产生。在本实施方案中，这种复合变速指令信号要求两个速度级的变速，并且据此产生TC信号。这种复合信号可以由两个独立操作的转换器产生，但是在大多数情况下，由具有电触点的柱塞接连地并累积地接触两个其它电触点来产生这种信号将更方便。这种转换器也可以用来产生图3A-3C中显示的信号，通过压柱塞只足够激活两个其它电触点中的一个。当然，可以设计产生这种信号的许多方法。图3E说明一种状态，其中连续的变速指令信号由变速控制设备98产生。在本实例中，两个连续的变速指令信号以彼此间的时间间隔T产生。这个动作类似于双击计算机鼠标。在本实施方案中，这样的连续变速指令信号请求两个速度级的变速，并且据此产生TC信号。每个加速转换器98A和减速转换器98B可以使用图3A-3E中说明的任何技术以适合于应用。
自动变速指令部件103可以产生图3B-3E中说明的信号，出于对它们描述的相同目的，或者它可以产生数字信息。数字信息对请求经过多于两个速度级的变速将特别有用，虽然也可以配置手动的变速指令部件98来为相同目的提供信号。由自动变速指令部件103产生的表示经过多个速度级变速的信号可以基于步调，速度，加速度，或一些其它标准来产生。
表格1说明具有两个前链轮62和八个后链轮56的自行车，表格2说明用于操作这种配置的前变速器70和后变速器74的变速指令和TC信号。变速器控制部件90被程式化，通过硬连线逻辑，软件或别的方式，在通信路径94上响应指示的变速指令来产生适当的TC信号。
后链轮
前链轮表格1
速度级表格2表格3说明具有三个前链轮62和八个后链轮56的自行车，表格4说明用于操作这种配置的前变速器70和后变速器74的变速指令和TC信号。
后链轮
前链轮表格3
速度级表格4表格5说明当执行禁止范围概念的链轮组合时，用于操作相同配置的前变速器70和后变速器74的变速指令和TC信号。这种禁止的链轮组合典型地包括大前链轮和大后链轮的组合，其导致链条过度拉紧，以及小前链轮和小后链轮的组合，其导致链条过度松弛。
速度级表格5在所有实例中，应当注意到，请求改变两个速度级的一些变速指令只需要一个变速器的一次移动。例如，假定在第一种配置中，链条66处于34-齿的前链轮62和33-齿的后链轮56上，从而产生具有齿轮比1.03的速度级。如果变速控制设备98产生指示两级加速变速指令(两个连续的齿轮比)的信号，那么变速器控制部件90可以产生TC信号将前变速器70移动一级，使得链条66啮合46-齿的前链轮62，从而产生具有齿轮比1.39的速度级。现有技术的电控自行车将后变速器74从33-齿的后链轮56移动到29-齿的后链轮56，然后移动到25-齿的后链轮56，从而产生具有齿轮比1.36的速度级。这种技术需要总共两次移动，而不是这里所讲的一次移动。
根据本发明的方法和装置利用许多前/后链轮的组合产生基本上相同的齿轮比这一事实。TC信号基于前和后链轮的哪种组合需要最少次数的前变速器70和/或后变速器74的移动以达到所希望的齿轮比来产生。通常，通过选择前和后链轮，使得对给定的前和后链轮组合，当从一个前链轮转换到另一个前链轮所导致的齿轮比变化基本上是当从一个后链轮转换到另一个后链轮的齿轮比变化的整数倍，可以达到特别好的效果。在上面公开的实施方案中，当从一个前链轮转换到另一个前链轮所导致的齿轮比变化基本上是当从一个后链轮转换到另一个后链轮的齿轮比变化的两倍。如果接收到不能调节的变速指令信号，例如当链条66当前啮合最大的前链轮62和最小的后链轮56时的加速指令，那么表格存储器110可以指示系统发出声音报警表明非法请求。在这种情况下，前变速器70和后变速器74保持固定。
虽然上面是本发明多种实施方案的描述，但是可以使用进一步的改变而不背离本发明的精神和范畴。例如，各种部件的尺寸，形状，位置或方向可以按期望的改变。一个部件的功能可以由两个来执行，反之亦然。没有必要在特殊实施方案中同时呈现所有优点。独特于现有技术的每一个特征，单独地或与其它特征相结合，也应当认为是申请者进一步发明的单独描述，包括由这些特征体现的结构和/或功能概念。因此，发明的范畴不应由公开的特定结构或者集中在特殊结构或特征的表观开始关注点来限制。
权利要求
1.一种用于控制共同设置自行车速度级的第一自行车变速器和第二自行车变速器的装置，包括变速器位置通信路径，用于传送指示第一变速器和第二变速器操作位置的信息；变速器指令通信路径，用于传送控制第一变速器和第二变速器操作的信息；变速指令通信路径，用于传送变速指令以选择自行车速度级；与变速指令通信路径，与变速器位置通信路径和与变速器指令通信路径有效地耦连的变速器控制部件，用于接收变速指令和指示第一变速器和第二变速器操作位置的信息，并且产生用于控制第一变速器和第二变速器操作的信息；其中，当变速器控制部件接收至少一个变速指令，请求经过N个速度级以到达目的速度级的变速，其中N是大于1的整数时，变速器控制部件产生信息，使第一变速器和第二变速器共同移动总共M次以到达目的速度级，其中M是小于N的整数。
2.根据权利要求1的装置，其中用于控制第一变速器和第二变速器操作的信息包括用于操作前变速器的第一信号和用于操作后变速器的第二信号。
3.根据权利要求1的装置，其中变速器控制部件包括用于存储表格的表格存储器，该表格包含用于控制第一变速器和第二变速器操作的信息。
4.根据权利要求3的装置，其中第一变速器移动到X第一变速器位置，其中第二变速器移动到Y第二变速器位置，其中X和Y都是大于1的整数，并且其中表格存储器包含的信息用于对每个X第一变速器位置和每个Y第二变速器位置控制第一变速器和第二变速器中至少一个的操作。
5.根据权利要求4的装置，其中表格存储器包含信息，用于响应请求经过N个速度级到达目的速度级变速的变速指令，通过相应的第一变速器位置和第二变速器位置中仅一个来移动第一变速器和第二变速器中仅一个以到达目的速度级。
6.根据权利要求4的装置，其中表格存储器包含信息，用于对请求经过单个速度级变速的变速指令和对请求经过N个速度级变速的变速指令，控制第一变速器和第二变速器中至少一个的操作。
7.根据权利要求4的装置，其中表格存储器包含信息，用于响应请求经过N个速度级到达目的速度级变速的变速指令，维持第一变速器和第二变速器固定。
8.根据权利要求1的装置，其中请求经过N个速度级变速的变速指令包括第一指令信号和第二指令信号，其中第一指令信号和第二指令信号同时发生。
9.根据权利要求8的装置，其中第一指令信号先于第二指令信号发生。
10.根据权利要求1的装置，其中请求经过N个速度级变速的变速指令包括第一指令信号和第二指令信号，其中第一指令信号和第二指令信号在指定的时间间隔内出现。
11.根据权利要求10的装置，其中第一指令信号和第二指令信号的发生不是同时的。
12.根据权利要求1的装置，其中请求经过N个速度级变速的变速指令包括以大于指定值的时间间隔发生的指令信号。
13.根据权利要求1的装置，进一步包括与变速指令通信路径有效耦连的手动操作变速控制部件。
14.根据权利要求1的装置，进一步包括与速度通信路径有效地耦连的速度传感器；与速度通信路径和变速指令通信路径有效地耦连的自动变速控制部件，用于基于从速度传感器接收的信息来自动地产生变速指令。
15.根据权利要求14的装置，其中自动变速控制部件基于自行车的速度来产生变速指令。
16.根据权利要求14的装置，其中自动变速控制部件基于自行车的加速度来产生变速指令。
17.根据权利要求1的装置，进一步包括与步调通信路径有效地耦连的步调传感器；与步调通信路径和变速指令通信路径有效地耦连的自动变速控制部件，用于基于从步调传感器接收的信息来自动地产生变速指令。
18.根据权利要求1的装置，进一步包括与变速指令通信路径有效地耦连的手动操作变速控制部件；与速度通信路径有效地耦连的速度传感器；与速度通信路径和变速指令通信路径有效地耦连的自动变速控制部件，用于基于从速度传感器接收的信息来自动地产生变速指令。
19.根据权利要求1的装置，进一步包括与变速指令通信路径有效地耦连的手动操作变速控制部件；与步调通信路径有效地耦连的步调传感器；与步调通信路径和变速指令通信路径有效地耦连的自动变速控制部件，用于基于从步调传感器接收的信息来自动地产生变速指令。
20.自行车变速器包括多个前链轮；前变速器，用于在多个前链轮中移动链条；前变速器电动机，用于移动前变速器；多个后链轮；后变速器，用于在多个后链轮中移动链条；后变速器电动机，用于移动后变速器；前变速器位置传感器，用于提供指示前变速器前链轮位置的信号；后变速器位置传感器，用于提供指示后变速器后链轮位置的信号；其中，前变速器前链轮位置和后变速器后链轮位置设置自行车变速器的速度级；变速器位置通信路径，其与前变速器位置传感器和后变速器位置传感器有效地耦连，用于传送指示前链轮位置和后链轮位置的信号；变速器指令通信路径，其与前变速器电动机和后变速器电动机有效地耦连，用于传送控制前变速器电动机和后变速器电动机操作的信息；变速指令通信路径，用于接收变速指令以设置所希望的速度级；变速器控制部件，其与变速指令通信路径，变速器位置通信路径和变速器指令通信路径有效地耦连，用于接收变速指令和指示前链轮位置和后链轮位置的信号，并且产生用于控制前变速器电动机和后变速器电动机操作的信息；其中，当变速器控制部件接收至少一个变速指令，请求经过N个速度级的变速以到达目的速度级，其中N是大于1的整数时，变速器控制部件产生信息，使前变速器和后变速器共同移动总共M个链轮位置以到达目的速度级，其中M是小于N的整数。
21.根据权利要求20的变速器，其中当前变速器从第一前链轮移动到第二前链轮时齿轮比的变化大约等于当后变速器从第一后链轮移动到第二后链轮时齿轮比的变化的两倍。
22.一种用于控制共同设置自行车速度级的第一自行车变速器和第二自行车变速器的方法，包括步骤由一个变速器控制部件接收指示第一变速器和第二变速器操作位置的信息；由该变速器控制部件接收至少一个变速指令，请求经过N个速度级以到达目的速度级的变速，其中N是大于1的整数；由该变速器控制部件产生信息，使第一变速器和第二变速器共同移动总共M次以到达目的速度级，其中M是小于N的整数。
23.根据权利要求22的方法，其中用于控制第一变速器和第二变速器操作的信息包括用于操作前变速器的第一信号和用于操作后变速器的第二信号。
24.根据权利要求22的方法，进一步包括存储表格的步骤，该表格包含用于控制第一变速器和第二变速器操作的信息。
25.根据权利要求24的方法，其中第一变速器移动到X第一变速器位置，其中第二变速器移动到Y第二变速器位置，其中X和Y都是大于1的整数，并且其中存储步骤包括存储以下信息的步骤，该信息用于对每个X第一变速器位置和每个Y第二变速器位置控制第一变速器和第二变速器中至少一个的操作。
26.根据权利要求25的方法，其中存储步骤进一步包括存储以下信息的步骤，该信息用于响应请求经过N个速度级到达目的速度级变速的变速指令，通过相应的第一变速器位置和第二变速器位置中仅一个来移动第一变速器和第二变速器中仅一个以到达目的速度级。
27.根据权利要求25的方法，其中存储步骤进一步包括存储以下信息的步骤，该信息用于对请求经过单个速度级变速的变速指令和对请求经过N个速度级变速的变速指令，控制第一变速器和第二变速器中至少一个的操作。
28.根据权利要求25的方法，其中存储步骤进一步包括存储以下信息的步骤，该信息用于响应请求经过N个速度级到达目的速度级变速的变速指令，维持第一变速器和第二变速器固定。
29.根据权利要求22的方法，其中请求经过N个速度级变速的变速指令包括第一指令信号和第二指令信号，其中第一指令信号和第二指令信号同时发生。
30.根据权利要求29的方法，其中第一指令信号先于第二指令信号发生。
31.根据权利要求22的方法，其中请求经过N个速度级变速的变速指令包括第一指令信号和第二指令信号，其中第一指令信号和第二指令信号在指定的时间间隔内发生。
32.根据权利要求31的方法，其中第一指令信号和第二指令信号的发生不是同时的。
33.根据权利要求22的方法，其中请求经过N个速度级变速的变速指令包括以大于指定值的时间间隔发生的指令信号。
34.根据权利要求22的方法，进一步包括手动产生至少一个变速指令的步骤。
35.根据权利要求22的方法，进一步包括步骤由一个自动变速指令部件接收来自一个速度传感器的信息；基于从速度传感器接收的信息，自动地产生变速指令。
36.根据权利要求35的方法，其中自动地产生变速指令的步骤包括基于自行车的速度产生变速指令的步骤。
37.根据权利要求35的方法，其中自动地产生变速指令的步骤包括基于自行车的加速度产生变速指令的步骤。
38.根据权利要求22的方法，进一步包括步骤由一个自动的变速指令部件接收来自一个步调传感器的信息；基于从步调传感器接收的信息，自动地产生变速指令。
全文摘要
使用的具有第一和第二自行车变速器的一种控制机构包括变速器位置通信路径,其用于传送指示第一和第二变速器操作位置的信息；变速器指令通信路径,其用于传送控制第一和第二变速器操作的信息；变速指令通信路径,其用于接收变速指令以选择自行车的速度级；以及与变速指令通信路径,变速器位置通信路径和变速器指令通信路径有效地耦连的变速器控制部件,其用于接收变速指令和指示第一和第二变速器操作位置的信息,并且产生用于控制第一和第二变速器操作的信息。当变速器控制部件接收至少一个变速指令,请求经过N个速度级以到达目的速度级,其中N是大于1的整数时,变速器控制部件产生信息,使第一和第二变速器共同移动总共M次以到达目的速度级,其中M是小于N的整数。
文档编号F16H61/02GK1422779SQ02151428
公开日2003年6月11日 申请日期2002年11月19日 优先权日2001年11月23日
发明者市田典 申请人:株式会社岛野