電子自行車自動變速器及實現方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自行車自動變速器及其實現方法。該電子自行車自動變速器包括采集器1和控制盒2兩部分；采集器1包括成微傳感器模塊3、第一信號采集與處理模塊4和指示燈模塊5，第一信號采集與處理模塊4通過微傳感器模塊3采集信號，并對信號進行處理，根據處理結果控制指示燈模塊5工作，并將處理后信號傳輸給控制盒2；本發(fā)明通過時速與踏頻的臨界判斷，控制伺服電機實現了自動變速，使得騎行過程更加舒適便捷，省心省力。而時速與踏頻的雙重條件判斷保證了自動變速器的靈敏度和可靠性，更減小了對部分騎行者準確判斷的難度，有著很好的體驗性以及廣闊的市場空間和發(fā)展前景。
【專利說明】電子自行車自動變速器及實現方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械電子領域，涉及一種自行車自動變速器及其實現方法，尤其涉及自行車行進狀態(tài)與變速檔位的關系以及自動控制方法。

【背景技術】
[0002]隨著生活水平的不斷提高，人們對健康生活的要求不斷提升，加之機動車輛過多，道路條件一般，自行車這樣的健康出行工具則逐漸成為大多數人的選擇，而變速車在其中占有相當的比重。變速存在意義在于人騎行過程中通過人為調節(jié)使騎行速度、踩踏力度及頻率、變速器齒輪傳動比處于最為恰當的配合中，相比非變速車給人更好的騎行體驗，節(jié)省騎行者體力。
[0003]目前市場上已經推出了多款手動變速器裝置，同時形成了一些其他相關專利。絕大多數變速器主要是增加飛輪的齒輪數、增加手動變速器以及車把手處安裝變速器撥盤實現。具體過程為:人通過撥動把手處撥盤，拉緊或放松變速器拉線，拉線拉動或放松變速器撥動鏈條與不同的飛輪盤嚙合以實現變速過程。但手動變速器避免不了復雜路況連續(xù)變速的麻煩，以及一些不熟悉方法原理的騎行群體錯誤變速存在的安全隱患。并且人為掌握變速時機并不能使得騎行速度、踩踏力度及頻率、變速器齒輪傳動比時刻處于最為恰當的配
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【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現有手動變速器存在的不足，本發(fā)明提出了一種新的自行車自動變速器及其實現方法。該自動變速器采用霍爾傳感器采集車在行進過程中的速度以及人為踩踏頻率，并利用先進的信息技術對該信號進行處理和傳輸，最后通過控制電機完成自動變速。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:電子自行車自動變速器包括采集器I和控制盒2兩部分；采集器I包括成微傳感器模塊3、第一信號采集與處理模塊4和指示燈模塊5，第一信號采集與處理模塊4通過微傳感器模塊3采集信號，并對信號進行處理，根據處理結果控制指示燈模塊5工作，并將處理后信號傳輸給控制盒2 ；
[0006]其中微傳感器模塊3由兩塊微型霍爾傳感器及其輔助電路構成；第一信號米集與處理模塊4由嵌入式系統(tǒng)及其輔助電路構成；指示燈模塊5由指示燈及其輔助電路構成；
[0007]控制盒2由電池模塊6、第二信號米集與處理模塊7和電機模塊8三部分構成,第二信號采集與處理模塊7接收第一信號采集與處理模塊4傳輸來的數據并對其進行處理，根據處理結果控制電機模塊8工作，電池模塊6為微傳感器模塊3、第一信號采集與處理模塊4、第一指示燈模塊5、第二信號采集與處理模塊7和電機模塊8供電。
[0008]其中電池模塊6由電池或電池組及其輔助電路構成；第二信號采集與處理模塊7由嵌入式系統(tǒng)及其輔助電路構成；電機模塊8由伺服電機及其輔助電路構成。
[0009]本發(fā)明提出的電子自行車自動變速器的實現方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1:實時采集自行車當前行進速度S、當前踏頻F、模式選擇信號M。
[0011]步驟2:對S、F進行處理判斷，決定是否發(fā)出變速信號，其處理判斷依據是:預先將自行車行進速度范圍Smin?Smax劃分成m區(qū)間，m為整數，區(qū)間端點為S0，S1，S2…Sm，其中SO = Smin, Sm = Smax ;區(qū)間(S0, SI), (SI, S2)…(Sm_l, Sm)分別為不同的速度判斷閾值組。模式選擇信號M包括M0，M1，M2，分別對應不同的騎行模式。設定踏頻F+，F-分別為加減檔的判斷臨界值。Mi (i = O, I, 2)分別對應著不同的踏頻臨界值和速度判斷閾值組(S閾值il、Fi+、F1-)，(S閾值i2、Fi+、Fi_)…(S閾值im、Fi+、Fi_)其中S各閾值組、F各閾值組以及M可以根據不同道路條件和不同騎行者進行調整；當M給定時，讀取相對應的閾值(S閾值ij、Fi+、Fi_) (j = 1，2，3吣111)并與S、F進行比較，在以下三種情況下發(fā)出并執(zhí)行加檔變速信號:
[0012]情況一:M = MO, S>S 閾值 Oj 且 F>F0+
[0013]情況二:M = Ml, S>S 閾值 Ij 且 F>F1+
[0014]情況三:M= M2, S>S 閾值 2j 且 F>F2+
[0015]在以下三種情況下發(fā)出并執(zhí)行減檔變速信號:
[0016]情況一:M = MO, S〈S 閾值 Oj 且 F〈F0-
[0017]情況二:M = Ml, S〈S 閾值 Ij 且 F〈F1_
[0018]情況三:M= M3, S〈S 隨且 F〈F3-
[0019]步驟3:重復步驟1-2，實時監(jiān)測車速以及踏頻并進行變速。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:通過時速與踏頻的臨界判斷，控制伺服電機實現了自動變速，使得騎行過程更加舒適便捷，省心省力。而時速與踏頻的雙重條件判斷保證了自動變速器的靈敏度和可靠性，更減小了對部分騎行者準確判斷的難度，有著很好的體驗性以及廣闊的市場空間和發(fā)展前景。
[0021]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的電子自行車自動變速器示意圖
[0023]圖2是本發(fā)明的電子自行車自動變速器實現方法流程圖；
[0024]圖中:1.采集器，2.控制盒，3.微傳感器模塊，4.第一信號采集與處理模塊，5.指示燈模塊，6.電池模塊，7.第二信號采集與處理模塊，8.電機模塊。

【具體實施方式】
[0025]參閱圖1，電子自行車自動變速器由采集器I和控制盒2兩部分構成。采集器I內部集成微傳感器模塊3、第一信號采集與處理模塊4和指示燈模塊5。其中微傳感器模塊3由兩塊開關型霍爾傳感器及其輔助電路構成；第一信號采集與處理模塊4由濾波電路及其輔助電路構成，其功能主要將霍爾傳感器產生的正弦波信號轉換為單片機所能識別的方波信號；指示燈模塊5由LED指示燈、光導纖維及其輔助電路構成?？刂坪?由電池模塊6、第二信號米集與處理模塊7、和電機模塊8三部分構成。其中電池模塊6由鋰電池及其輔助電路構成；第二信號采集與處理模塊7由嵌入式微控制器(MCU)及其輔助電路構成，其系統(tǒng)程序與采集器I內第一信號采集與處理模塊4對應，根據對二次信號的接收與處理判斷變速條件，并對電機進行控制。
[0026]本實施例的電子自行車自動變速器的具體操作步驟如下:
[0027](I)打開控制盒2和采集器I電源；
[0028](2)選擇騎行模式；
[0029](3)開始騎行。車輪以及腳踏轉動使得霍爾傳感器開始工作，將信號實時傳回控制盒2中的嵌入式微控制器(MCU)及其輔助電路進行計算得到當前時速以及踏頻；
[0030](4)騎行者正常騎行(加速/減速)。嵌入式微控制器(MCU)實時監(jiān)測時速以及踏頻并與騎行者選擇模式下的對應閾值組進行比較，達到條件時向電機模塊8發(fā)出信號控制伺服電機轉動拉緊/放松變速器引線；
[0031](5)變速器引線拉緊/放松，帶動鏈條移動，從而與不同的齒輪進行嚙合。
[0032](6)減速停車。微傳感器模塊3檢測不到信號從而停止信號輸出，嵌入式微控制器(MCU)以及電機模塊8也隨即停止工作。再次啟動，回到步驟(2);否則結束騎行，關閉采集器I和控制盒2電源。
[0033]參閱圖2，本實施例的電子自行車自動變速器的實現方法，包括以下步驟:
[0034]步驟1:實時采集自行車當前行進的速度S、當前踩踏頻率P和模式選擇信號M。
[0035]步驟2:對S、F、M進行處理判斷，決定是否發(fā)出變速信號。其處理判斷依據是:預先設定模式選擇信號M，包括MO，Ml，M2分別對應三種騎行模式:運動、正常、休閑模式。將自行車騎行時行進速度范圍Okm/h?40km/h根據檔位數目(5檔變速)劃分成5區(qū)間，區(qū)間端點為 SO = Okm/h, SI = 8km/h, S2 = 16km/h, S3 = 24km/h,S4 = 32km/h,S5 = 40km/h。而區(qū)間(Okm/h，8km/h)，(8km/h，16km/h)，(16km/h,24km/h), (24km/h,32km/h), (32km/h,40km/h)分別為不同的速度判斷閾值組。設定踏頻F+，F-分別為加減檔的判斷臨界值，并且在M值不同時(MO，Ml, M2)分別對應著不同的踏頻臨界值和速度閾值組:M = MO(運動模式):(8km/h、100r/min、80r/min), (16km/h、100r/min、80r/min), (24km/h、100r/min、80r/min),(32km/h、100r/min>80r/min)，(40km/h、100r/min>80r/min) ；M = Ml (正常模式):(8km/h、90r/min、70r/min), (16km/h、90r/min、70r/min), (24km/h、90r/min、70r/min), (32km/h、90r/min>70r/min)， (40km/h>90r/min>70r/min) ;M = M3 (休閑模式):(8km/h、80r/min、60r/min), (16km/h、80r/min、60r/min), (24km/h、80r/min、60r/min), (32km/h、80r/min、60r/min), (30km/h、80r/min、60r/min);其中S各閾值組、F各閾值組可以根據不同道路條件和不同騎行者進行調整；當M給定時，讀取相對應的閾值(S閾值ij、Fi+、F1-) (j = 1，2，…，5)并與S、F進行比較。當S>S閾值ij且F>Fi+的時候發(fā)出升檔信號；當S〈S閾值ij且F〈F1-的時候發(fā)出減檔信號。
[0036]步驟3:重復步驟1-2，連續(xù)檢測自行車行駛速度及踏頻信號，并根據不同運行模式判斷閾值狀態(tài)并實現自動變速。
【權利要求】
1.電子自行車自動變速器，其特征在于，包括采集器I和控制盒2兩部分；采集器I包括成微傳感器模塊3、第一信號采集與處理模塊4和指示燈模塊5，第一信號采集與處理模塊4通過微傳感器模塊3采集信號，并對信號進行處理，根據處理結果控制指示燈模塊5工作，并將處理后信號傳輸給控制盒2 ； 所述微傳感器模塊3由兩塊微型霍爾傳感器及其輔助電路構成；第一信號采集與處理模塊4由嵌入式系統(tǒng)及其輔助電路構成；指示燈模塊5由指示燈及其輔助電路構成； 所述控制盒2由電池模塊6、第二信號采集與處理模塊7和電機模塊8三部分構成，第二信號采集與處理模塊7接收第一信號采集與處理模塊4傳輸來的數據并對其進行處理，根據處理結果控制電機模塊8工作，電池模塊6為微傳感器模塊3、第一信號采集與處理模塊4、第一指示燈模塊5、第二信號采集與處理模塊7和電機模塊8供電。 所述電池模塊6由電池或電池組及其輔助電路構成；第二信號采集與處理模塊7由嵌入式系統(tǒng)及其輔助電路構成；電機模塊8由伺服電機及其輔助電路構成。
2.如權利要求1所述的電子自行車自動變速器的實現方法，包括以下步驟: 步驟1:實時采集自行車當前行進速度S、當前踏頻F、模式選擇信號M。 步驟2:對S、F進行處理判斷，決定是否發(fā)出變速信號，其處理判斷依據是:預先將自行車行進速度范圍Smin?Smax劃分成m區(qū)間，m為整數，區(qū)間端點為SO，SI，S2…Sm，其中SO=Smin, Sm = Smax ;區(qū)間(S0, SI), (SI, S2)…(Sm_l, Sm)分別為不同的速度判斷閾值組。模式選擇信號M包括M0，M1，M2，分別對應不同的騎行模式。設定踏頻F+，F-分別為加減檔的判斷臨界值。Mi (i = O, 1,2)分別對應著不同的踏頻臨界值和速度判斷閾值組(S閾值il、Fi+、F1-)，(S閾值i2、Fi+、Fi_)…(S閾值im、Fi+、Fi_)其中S各閾值組、F各閾值組以及M可以根據不同道路條件和不同騎行者進行調整；當M給定時，讀取相對應的閾值(S閾值ij、Fi+、Fi_) (j = 1，2，3吣111)并與S、F進行比較，在以下三種情況下發(fā)出并執(zhí)行加檔變速信號: 情況一:M = MO, S>S 閾值 Oj 且 F>F0+ 情況二:M = Ml, S>S 閾值 Ij 且 F>F1+ 情況三:M = M2, S>S閾值2 j且F>F2+ 在以下三種情況下發(fā)出并執(zhí)行減檔變速信號: 情況一:M = MO, S〈S 閾值 Oj 且 F〈F0- 情況二:M = Ml, S〈S 閾值 Ij 且 F〈F1- 情況三:M = M3, S〈S_3j 且 F〈F3- 步驟3:重復步驟1-2，實時監(jiān)測車速以及踏頻并進行變速。
【文檔編號】B62M6/45GK104192255SQ201410490977
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權日:2014年9月23日
【發(fā)明者】呂湘連, 郝琦, 劉詩宇, 楊帆, 馬聰, 何洋 申請人:西北工業(yè)大學