本發(fā)明屬于助力自行車變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種自行車用變速系統(tǒng)及包含該系統(tǒng)的助力自行車用變速方法。

背景技術(shù)：

助力自行車，又稱助力式電動(dòng)自行車，是一種介于自行車與電動(dòng)車之間的騎行工具，通過電力輔助人力提供給自行車行進(jìn)中所需要的動(dòng)能，它是人們追求高效、便捷、健康、環(huán)保的生活方式的產(chǎn)物。中置系統(tǒng)是助力自行車的核心部件，集力矩檢測、控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)于一體，控制整車的正常行駛，目前，助力自行車在國外市場，如德國、日本等較發(fā)達(dá)國家比較流行。在我國，電動(dòng)自行車仍占有主要市場，且絕大多數(shù)電動(dòng)自行車采用輪轂式驅(qū)動(dòng)，與采用力矩檢測的中置系統(tǒng)相比，具有明顯的劣勢。輪轂式驅(qū)動(dòng)將電機(jī)置于車體前輪或后輪，造成整車重心靠前或靠后，不符合人們的騎行方式。而且行車速度完全依賴轉(zhuǎn)把控制，在逆風(fēng)、爬坡等重負(fù)載情況下驅(qū)動(dòng)能力受到很大限制和影響。同時(shí)這種輪轂式的機(jī)械結(jié)構(gòu)還使得安裝和檢修的難度增大，無形中也增大了使用過程中的安全隱患。加之與傳統(tǒng)的自行車騎行方式不同且行車速度過快，因此在交通安全方面也存在一定的危險(xiǎn)性，很有可能會(huì)造成新的交通問題的增多。

力矩中置系統(tǒng)的使用，將會(huì)克服傳統(tǒng)電動(dòng)自行車的缺陷，具有出色的騎行效果，必將成為電動(dòng)車發(fā)展的一種趨勢。

然而，市場上已有的用于助力自行車的中置系統(tǒng)絕大多數(shù)采用單速機(jī)構(gòu)，不能夠根據(jù)路況進(jìn)行調(diào)節(jié)齒輪箱的變速比，即只具有單一的減速比，通過齒輪傳動(dòng)，將人力和電機(jī)力結(jié)合起來，人踩踏的力越大，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的力也越大，這樣的中置系統(tǒng)，高效率區(qū)間窄，例如通常電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)車速20km/h，電機(jī)效率能夠達(dá)到80％，在爬坡的時(shí)候車速5km/h時(shí)候，電機(jī)效率只有30％甚至更小，且最大輸出扭矩在電機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候已經(jīng)確定，不能夠根據(jù)路況而實(shí)時(shí)調(diào)整。這樣不僅續(xù)航里程短、影響電池壽命，而且對于人的騎行感也較差。目前市場上通用的解決方法是，采用電機(jī)系統(tǒng)和自行車外置變速器相結(jié)合的辦法，進(jìn)行擴(kuò)展電機(jī)的運(yùn)行區(qū)域。然而目前市場上采用的外置變速系統(tǒng)不論是花鼓式內(nèi)置變速器還是外置式飛輪系統(tǒng)均價(jià)格昂貴，安裝、調(diào)試復(fù)雜，且需要通過騎行者自己根據(jù)不同的路況進(jìn)行調(diào)節(jié)，然而普通騎行者基本上很少會(huì)調(diào)節(jié)變速系統(tǒng)，通常一個(gè)檔位一直騎行，難以實(shí)現(xiàn)變速的目的。

目前也有一些公司利用齒輪傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了兩段變速系統(tǒng)，但是兩段變速系統(tǒng)屬于有級(jí)調(diào)速，在變速時(shí)候騎行者能夠明顯感覺到變速時(shí)帶來的頓挫感。而且因?yàn)槌叽缈臻g問題，一般變速段數(shù)做不到很多級(jí)，變速范圍窄。

因此，鑒于以上問題，有必要提出一種新型的助力自行車變速系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的目的，根據(jù)需要改變曲軸輸出功率和電動(dòng)機(jī)輸出的減速比合力，操作簡便，且保證電機(jī)系統(tǒng)一直工作在額定工作點(diǎn)附近，提高電機(jī)系統(tǒng)的效率，降低成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種自行車用變速系統(tǒng)及包含該系統(tǒng)的助力自行車用變速方法，通過在助力自行車的中置系統(tǒng)中集成無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，方便根據(jù)用戶騎行狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，保證電機(jī)系統(tǒng)一直工作在額定工作點(diǎn)附近，提高電機(jī)系統(tǒng)的效率，降低成本。

根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種自行車用變速系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、位于所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出端的變速機(jī)構(gòu)，所述變速機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)速輸出至自行車牙盤；

所述變速機(jī)構(gòu)為無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，所述無級(jí)變速機(jī)構(gòu)包括至少一組變速組件，每組變速組件包括一主動(dòng)錐輪組、一從動(dòng)錐輪組、繞接于所述主動(dòng)錐輪組與所述從動(dòng)錐輪組上的傳動(dòng)帶以及調(diào)速組件，所述主動(dòng)錐輪組與所述從動(dòng)錐輪組均包括相對設(shè)置的兩個(gè)錐輪，所述調(diào)速組件作用于主動(dòng)錐輪組和/或所述從動(dòng)錐輪組上以調(diào)節(jié)相對設(shè)置的兩錐輪之間的間距；

所述變速系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述無級(jí)變速機(jī)構(gòu)輸入端的輸入鏈輪組與輸出端的輸出鏈輪組；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括人力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述人力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括腳踏與曲軸，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過輸入鏈輪組傳遞扭矩至所述無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，調(diào)速組件驅(qū)動(dòng)錐輪運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，最后通過輸出鏈輪組傳遞扭矩至牙盤。

優(yōu)選的：所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器以及檢測用戶騎行自行車狀態(tài)的檢測器，所述檢測器與所述控制器電連接，所述控制器根據(jù)檢測器反饋信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以提供助力。

優(yōu)選的：所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端連接所述無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的主動(dòng)錐輪組，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與所述主動(dòng)錐輪組間還設(shè)置有一減速器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)傳遞扭矩至所述無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，調(diào)速組件驅(qū)動(dòng)錐輪運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，最后通過輸出鏈輪組傳遞扭矩至牙盤。

優(yōu)選的：所述調(diào)速組件作用于所述主動(dòng)錐輪組上，所述主動(dòng)錐輪組與從動(dòng)錐輪組均包括固定于同一轉(zhuǎn)軸上一定錐輪與一動(dòng)錐輪，所述調(diào)速組件驅(qū)動(dòng)主動(dòng)錐輪組上的動(dòng)錐輪沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)，傳動(dòng)帶隨兩個(gè)錐輪間的間距變化沿垂直轉(zhuǎn)軸的方向移動(dòng)，調(diào)節(jié)錐輪組的相對半徑，所述從動(dòng)錐輪組的動(dòng)錐輪通過一彈性件的伸縮驅(qū)動(dòng)沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)；或所述調(diào)速組件驅(qū)動(dòng)從動(dòng)錐輪組上的動(dòng)錐輪沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)，所述主動(dòng)錐輪組的動(dòng)錐輪通過一彈性件的伸縮驅(qū)動(dòng)沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)。

優(yōu)選的：所述調(diào)速組件包括調(diào)速電機(jī)、傳動(dòng)組件以及推塊，所述推塊固定套設(shè)于所述動(dòng)錐輪上，推動(dòng)動(dòng)錐輪沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)。

優(yōu)選的：所述傳動(dòng)組件包括一減速齒輪組與一渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，渦輪上伸出一推桿，所述推桿隨渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)，所述推桿前端與所述推塊接觸。

優(yōu)選的：所述調(diào)速組件包括一離心球，所述動(dòng)錐輪后側(cè)固定有一擋蓋，所述擋蓋呈錐柱型結(jié)構(gòu)，并與所述動(dòng)錐輪相背設(shè)置，所述擋蓋與所述動(dòng)錐輪后側(cè)間形成一離心球移動(dòng)腔，所述移動(dòng)腔空間尺寸自兩側(cè)向中間逐漸增加；車速增加時(shí)，離心球靠向兩側(cè)設(shè)置，減小助力比，車速減小時(shí)，離心球靠向中間設(shè)置，增大助力比。

優(yōu)選的：所述檢測器包括用以檢測用戶騎行速度的車速傳感器，用以檢測用戶踩踏扭矩的扭矩傳感器，用以檢測用戶踩踏頻率的踏頻傳感器，以及用以檢測用戶踩踏方向的踏向傳感器中的一個(gè)或多個(gè)組合。

優(yōu)選的：所述檢測器還包括一位置檢測傳感器，所述位置檢測傳感器包括磁環(huán)與霍爾傳感器，所述磁環(huán)與所述霍爾傳感器均設(shè)置于所述渦輪上判斷渦輪位置，繼而計(jì)算出推塊位置并反饋給控制器。

一種助力自行車用變速方法，采用所述的自行車用變速系統(tǒng)，該變速系統(tǒng)為設(shè)置于自行車腳踏部位的一中置系統(tǒng)，自行車在不同運(yùn)行階段助力比不同，具體方式如下：

起步階段

判斷方式：首先判斷起步狀態(tài)，設(shè)定一起步閾值，車速從0km/h逐步上升至該起步閾值；

起步階段克服慣性需要的助力相比平路大，所以調(diào)速組件會(huì)在前次停車的時(shí)候，自動(dòng)將無級(jí)變速機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)到最大助力比，下次用戶再次騎行會(huì)輕松，此時(shí)中置系統(tǒng)根據(jù)人力的輸入再按照設(shè)定比例輸出動(dòng)力，車速在小于起步閾值時(shí)，中置系統(tǒng)的最大助力輸出小于其額定助力輸出，車輛緩慢啟動(dòng)；

平路加速階段

判斷方式：人力、踏頻的速度以及車速均在增加；

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)變速，逐漸減小助力比，從當(dāng)前狀態(tài)逐漸減小至最小助力比狀態(tài)；

平路減速

判斷方式：人力減小，腳踏頻變慢，車速逐漸下降；

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)變速，逐漸增加助力比，由當(dāng)前狀態(tài)逐漸增加至停車時(shí)的最大助力比。

上坡階段

判斷方式：人力增加至設(shè)定閾值以上，但車速增加緩慢或停止增加甚至減??；

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)變速，逐漸增大助力比，根據(jù)車速調(diào)節(jié)，如果車速在不斷下降，助力比需要不斷增大至最大助力比；

下坡階段

判斷方式：人力減小，車速增快；

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)逐漸由當(dāng)前狀態(tài)減小助力比，直至最小助力比。

停車階段

判斷方式：人力逐漸減小或停止踩踏或反向踩踏時(shí)，此時(shí)車速逐漸減小直至停止；

停車過程中，無級(jí)變速機(jī)構(gòu)自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前的車速逐漸增大助力比，由當(dāng)前狀態(tài)逐漸增大至最大助力比，為下次騎行做準(zhǔn)備。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開的自行車用變速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：

通過在助力自行車的中置系統(tǒng)中集成無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，由控制器根據(jù)傳感器信息判斷當(dāng)前騎行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)人力和電機(jī)對自行車后輪的減速比，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)附近，擴(kuò)大了中置系統(tǒng)高效率運(yùn)行區(qū)域以及輸出扭矩范圍，提高了續(xù)航里程，且為助力自行車系統(tǒng)節(jié)約了成本。

操作更加簡便人性化，無需人員手動(dòng)來調(diào)節(jié)變速檔位，中置系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)車速、人腳踩踏頻、腳踩力及踩踏方向來判斷整車運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)當(dāng)前助力比。

且該系統(tǒng)反應(yīng)迅速，可以全路況任何時(shí)候自動(dòng)調(diào)節(jié)，在騎行者停止騎行時(shí)候，自動(dòng)將助力比調(diào)到最大，為下一次騎行做好準(zhǔn)備。

通過采用無級(jí)變速機(jī)構(gòu)調(diào)整中置系統(tǒng)減速比，這樣能夠使得電機(jī)輸出范圍變大，輸出轉(zhuǎn)速及輸出扭矩均得到明顯的提升。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中助力自行車結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中助力自行車變速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4、5為調(diào)速組件兩種實(shí)施方式圖。

圖6為人力輸出傳遞路徑圖。

圖7為電機(jī)輸出傳遞路徑圖。

圖中的數(shù)字或字母所代表的相應(yīng)部件的名稱：

1、曲柄軸 2、輸入鏈輪組 3、無級(jí)變速機(jī)構(gòu) 4、輸出鏈輪組 5、牙盤 6、驅(qū)動(dòng)電機(jī) 7、控制器 8、減速器 9、扭矩傳感器

31、主動(dòng)錐輪組 32、從動(dòng)錐輪組 33、傳動(dòng)帶 34、調(diào)速組件 35、彈性件 341、調(diào)速電機(jī) 342、減速齒輪組 343、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 344、推桿345、推塊 346、離心球 347、擋蓋 348、磁環(huán) 349、霍爾傳感器 350、移動(dòng)腔

具體實(shí)施方式

正如背景技術(shù)部分所述，目前市場上通過采用電機(jī)系統(tǒng)和自行車外置變速器相結(jié)合的辦法，進(jìn)行擴(kuò)展電機(jī)的運(yùn)行區(qū)域。然而目前市場上采用的外置變速系統(tǒng)價(jià)格昂貴，安裝、調(diào)試復(fù)雜，且需要通過騎行者自己根據(jù)不同的路況進(jìn)行調(diào)節(jié)，然而普通騎行者基本上很少會(huì)調(diào)節(jié)變速系統(tǒng)，通常一個(gè)檔位一直騎行，難以實(shí)現(xiàn)變速的目的。

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種自行車用變速系統(tǒng)及包含該系統(tǒng)的助力自行車用變速方法，通過在助力自行車的中置系統(tǒng)中集成無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，方便根據(jù)用戶騎行狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，保證電機(jī)系統(tǒng)一直工作在額定工作點(diǎn)附近，提高電機(jī)系統(tǒng)的效率，降低成本。

下面將通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

請一并參見圖2、圖3，如圖所示，一種自行車用變速系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、位于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出端的變速機(jī)構(gòu)，變速機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)速輸出至自行車牙盤。其中該變速機(jī)構(gòu)為無級(jí)變速機(jī)構(gòu)3，無級(jí)變速機(jī)構(gòu)包括至少一組變速組件，每組變速組件包括一主動(dòng)錐輪組31、一從動(dòng)錐輪組32、繞接于主動(dòng)錐輪組與從動(dòng)錐輪組上的傳動(dòng)帶33以及調(diào)速組件34，主動(dòng)錐輪組31與從動(dòng)錐輪組32均包括相對設(shè)置的兩個(gè)錐輪，分別為定錐輪A與動(dòng)錐輪B，調(diào)速組件作用于任一或兩個(gè)錐輪組上以調(diào)節(jié)相對設(shè)置的兩錐輪之間的間距。

優(yōu)選的，本實(shí)施方式中采用一組變速組件，除采用一組變速組件外，還可采用多組變速組件，后一組變速組件的主動(dòng)錐輪組與前一組變速組件的從動(dòng)錐輪組連接固定，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。每組變速組件中的兩組錐輪組均可通過調(diào)速組件調(diào)節(jié)，或者其中任一錐輪組通過調(diào)速組件調(diào)節(jié)，具體實(shí)現(xiàn)方式根據(jù)需要設(shè)定，在此不做限制。

變速系統(tǒng)還包括設(shè)置于無級(jí)變速機(jī)構(gòu)3輸入端的輸入鏈輪組2與輸出端的輸出鏈輪組4；輸入鏈輪組與輸出鏈輪組均包括一驅(qū)動(dòng)鏈輪C與一從動(dòng)鏈輪D。具體的，輸入鏈輪組2中的驅(qū)動(dòng)鏈輪C固定于曲柄軸1上，隨曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)速輸出至從動(dòng)鏈輪D，該從動(dòng)鏈輪D設(shè)置于主動(dòng)錐輪組31所在轉(zhuǎn)軸上，與主動(dòng)錐輪組同步轉(zhuǎn)動(dòng)，形成無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的輸入端。輸出鏈輪組4中的驅(qū)動(dòng)鏈輪C固定于從動(dòng)錐輪組32上，隨從動(dòng)錐輪組轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)速輸出至從動(dòng)鏈輪D，該從動(dòng)鏈輪D設(shè)置于曲柄軸1上且與牙盤5固定實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，形成無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的輸出端。其中驅(qū)動(dòng)鏈輪及從動(dòng)鏈輪輪盤的尺寸大小根據(jù)需要設(shè)定，在此不做限制。

做自行車使用時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括人力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，人力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括腳踏與曲軸(未示出)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過輸入鏈輪組2傳遞扭矩至無級(jí)變速機(jī)構(gòu)3，調(diào)速組件34驅(qū)動(dòng)動(dòng)錐輪運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，最后通過輸出鏈輪組4傳遞扭矩至牙盤5，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的目的。因此，在不打開助力的情況下本設(shè)計(jì)可單獨(dú)做無級(jí)變速自行車使用，可以爬行較大的坡度。

在做助力自行車使用時(shí)，該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、控制器7以及檢測人員騎行自行車狀態(tài)的檢測器(未示出)，檢測器與控制器電連接，控制器根據(jù)檢測器反饋信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以提供助力。

優(yōu)選的，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端連接無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的主動(dòng)錐輪組31，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與主動(dòng)錐輪組間還設(shè)置有一減速器8，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)通過減速器減速后傳遞扭矩至無級(jí)變速機(jī)構(gòu)3，調(diào)速組件驅(qū)動(dòng)錐輪運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，最后通過輸出鏈輪組4傳遞扭矩至牙盤。

優(yōu)選的，調(diào)速組件34作用于主動(dòng)錐輪組31上，主動(dòng)錐輪組與從動(dòng)錐輪組均包括固定于同一轉(zhuǎn)軸上一定錐輪與一動(dòng)錐輪，且調(diào)速組件作用于主動(dòng)錐輪組的動(dòng)錐輪上，調(diào)速組件34驅(qū)動(dòng)主動(dòng)錐輪組31上的動(dòng)錐輪沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)，傳動(dòng)帶33隨兩個(gè)錐輪間的間距變化沿垂直轉(zhuǎn)軸的方向移動(dòng)。從動(dòng)錐輪組的動(dòng)錐輪通過一彈性件35預(yù)緊，通過該彈性件的伸縮驅(qū)動(dòng)動(dòng)錐輪沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)，隨調(diào)速組件的驅(qū)動(dòng)使得傳動(dòng)帶的位置發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)壓縮彈性件或彈性件反向復(fù)位的目的。本實(shí)施方式中，該彈性件優(yōu)選為彈簧。此外調(diào)速組件還可驅(qū)動(dòng)從動(dòng)錐輪組上的動(dòng)錐輪沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)，主動(dòng)錐輪組的動(dòng)錐輪通過一彈性件的伸縮驅(qū)動(dòng)沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)，具體方式不做限制。

調(diào)速組件34包括調(diào)速電機(jī)341、傳動(dòng)組件以及推塊345，推塊345固定于動(dòng)錐輪上，推動(dòng)動(dòng)錐輪沿其轉(zhuǎn)軸軸向移動(dòng)。

傳動(dòng)組件包括一減速齒輪組342與一渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)343，渦輪上伸出一推桿344，推桿隨渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)，推桿344前端與推塊345接觸，推塊345固定套設(shè)于動(dòng)錐輪上，隨渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)推桿周向擺動(dòng)，繼而推動(dòng)推塊及動(dòng)錐輪沿轉(zhuǎn)軸移動(dòng)調(diào)節(jié)兩錐輪間的距離。該系統(tǒng)中傳動(dòng)帶為V帶，由于傳動(dòng)帶長度一定，隨著兩錐輪之間間距的變化，兩錐輪組間得相對半徑發(fā)生變化，繼而調(diào)節(jié)減速比。

檢測器包括用以檢測用戶騎行速度的車速傳感器，用以檢測用戶踩踏扭矩的扭矩傳感器，用以檢測用戶踩踏頻率的踏頻傳感器，以及用以檢測用戶踩踏方向的踏向傳感器。檢測器可包括其中的一個(gè)或多個(gè)組合，優(yōu)選上述傳感器均設(shè)置，通過檢測器反饋的信號(hào)判斷車行狀態(tài)。

此外，檢測器還包括一位置檢測傳感器，位置檢測傳感器包括磁環(huán)348與霍爾傳感器349，磁環(huán)與霍爾傳感器均設(shè)置于渦輪上判斷渦輪位置，繼而計(jì)算出推塊位置并反饋給控制器。其中調(diào)速電機(jī)通過線束連接到控制器7，由控制器控制調(diào)速電機(jī)運(yùn)動(dòng)，霍爾傳感器349通過線束連接到控制器7，控制器根據(jù)霍爾信號(hào)計(jì)算出當(dāng)前推塊345的位置，從而選擇合適的減速比，從而實(shí)現(xiàn)低速騎行時(shí)助力比大，輸出扭力大，高速運(yùn)行時(shí)助力比小，輸出轉(zhuǎn)速快，使得電機(jī)一直運(yùn)行在高效率區(qū)域。

本發(fā)明還公開了助力自行車用變速方法，自行車在不同運(yùn)行階段助力比不同，具體助力比根據(jù)需要而定，在此不做限制。本實(shí)施例中優(yōu)選最大助力比為2:1，最小助力比為1:1。以該助力比為例在不同運(yùn)行階段調(diào)節(jié)如下：

起步階段

判斷方式：首先判斷起步狀態(tài)，設(shè)定一起步閾值為6km/h，車速從0km/h逐步上升至該起步閾值；該閾值大小視需要調(diào)節(jié)，不做限定。

起步階段通?？朔T性需要的助力相比平路較大，但是若突然給予較大的電機(jī)輔助力，很有可能使車失控產(chǎn)生危險(xiǎn)，所以控制系統(tǒng)會(huì)在前次停車的時(shí)候，自動(dòng)將無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的助力比調(diào)節(jié)到2:1，這樣下次用戶再次騎行會(huì)輕松，此時(shí)電機(jī)根據(jù)人力的輸入再按照一定比例輸出動(dòng)力，但是在車速小于6km/h的時(shí)候，最大助力只會(huì)輸出70％，防止動(dòng)力過大，造成事故，讓用戶騎行舒適，緩慢啟動(dòng)。此階段的最大輸出效率根據(jù)需要可自行設(shè)定，在此不做限制。

平路加速階段

判斷方式：人力、踏頻的速度以及車速均在增加。

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)變速，逐漸減小助力比，從當(dāng)前狀態(tài)逐漸減小至最小助力比1:1。

平路減速

判斷方式：人力減小，腳踏頻變慢，車速逐漸下降。

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)變速，逐漸增加助力比，由當(dāng)前狀態(tài)逐漸增加至停車時(shí)的最大助力比2:1。

上坡階段

判斷方式：人力增加至設(shè)定閾值以上，但車速增加緩慢或停止增加甚至減小；

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)變速，逐漸增大助力比，根據(jù)車速調(diào)節(jié)，如果車速在不斷下降，助力比需要不斷增大至最大助力比2:1。

下坡階段

判斷方式：人力減小，車速增快。

此過程中無級(jí)變速機(jī)構(gòu)逐漸由當(dāng)前狀態(tài)減小助力比，直至最小助力比1:1。

停車階段

判斷方式：人力逐漸減小或停止踩踏或反向踩踏時(shí)，此時(shí)車速逐漸減小直至停止。

停車過程中，無級(jí)變速機(jī)構(gòu)自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前的車速逐漸增大助力比，由當(dāng)前狀態(tài)逐漸增大至最大助力比2:1，為下次騎行做準(zhǔn)備。

通過檢測器實(shí)時(shí)檢測車速、扭矩、踏頻、踏向等多個(gè)信號(hào)，可準(zhǔn)確的判斷自行車所處的運(yùn)行狀態(tài)，控制器可根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)調(diào)節(jié)無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的助力比，以滿足用戶騎行需求。

具體案例

人力在曲軸上輸入9NM，輸入鏈輪組的減速比為1:3，二級(jí)輸入則為3NM。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出力0.5NM，減速器減速比為10；1二級(jí)輸入力則為5NM。

這樣，無級(jí)變速機(jī)構(gòu)輸入則為合力8NM，然而無級(jí)變速機(jī)構(gòu)在調(diào)速電機(jī)作用下根據(jù)速度調(diào)節(jié)減速比可以從1:1到2:1，從而使得無級(jí)變速機(jī)構(gòu)輸出的從動(dòng)輪錐輪組力可以變?yōu)?NM到16NM。

最終段輸出鏈輪組減速比為2：1，從而該系統(tǒng)最終的輸出力在同樣輸入力的情況下，能夠從16NM一直變化到32NM，而該功能的實(shí)現(xiàn)只需要調(diào)節(jié)調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得無級(jí)變速機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)帶工作在不同狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)減速比調(diào)節(jié)。

具體調(diào)節(jié)方式如下：

調(diào)速電機(jī)經(jīng)過減速齒輪組與蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)兩段調(diào)速后實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低，扭矩增大，最終通過渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)來平移推塊，使得傳動(dòng)帶位置移動(dòng)，然而因?yàn)閭鲃?dòng)帶長度固定，所以主動(dòng)錐輪組和從動(dòng)錐輪組的相對半徑發(fā)生變化，即實(shí)現(xiàn)了減速比變化。

具體案例：

調(diào)速馬達(dá)輸入力為200gcm，則經(jīng)過最終減速后輸出力為16kgcm，推桿的臂長為0.5cm，則推力為8㎏cm。

如圖6所示，在做自行車使用時(shí)，左腳和右腳都通過扭矩傳感器，之后通過輸入鏈輪組2傳遞扭矩至無級(jí)變速機(jī)構(gòu)3，調(diào)速組件34驅(qū)動(dòng)動(dòng)錐輪運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，最后通過輸出鏈輪組4傳遞扭矩至牙盤5。其中，無級(jí)變速機(jī)構(gòu)部分由減速比1:1變?yōu)?:1，從而實(shí)現(xiàn)人力變速，即使關(guān)閉電機(jī)助力人騎行也可以上很大的坡。

綜上，通過使用本系統(tǒng)自帶的無級(jí)變速機(jī)構(gòu)改變?nèi)肆β屎碗妱?dòng)機(jī)輸出的減速比合力，可以消除對整車后置變速機(jī)構(gòu)的必要性。

效率：

通過調(diào)速使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)附近，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一直工作在效率比較高的點(diǎn)，這樣降低了能耗，增加了續(xù)航能力。

簡便：

操作更加簡便人性化，不需要人為調(diào)節(jié)變速檔位，中置系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)車速、人腳踩踏頻，腳踩力，來判斷整車狀態(tài)是處于平路，上坡，下坡或加速、減速等狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)當(dāng)前助力比。

且該系統(tǒng)反應(yīng)迅速，通常情況下，外置變速或內(nèi)變速均需要1S左右的響應(yīng)時(shí)間，而且需要在騎行狀態(tài)才能夠調(diào)節(jié)，停止?fàn)顟B(tài)是不能夠調(diào)節(jié)變速器的。

然而本發(fā)明可以全路況任何時(shí)候自動(dòng)調(diào)節(jié)，在騎行者停止騎行時(shí)候，自動(dòng)將減速比比調(diào)到最大，為下一次騎行做好準(zhǔn)備。

通過無級(jí)變速機(jī)構(gòu)調(diào)整中置系統(tǒng)減速比，這樣能夠使得電機(jī)輸出范圍變大，如在沒有調(diào)速機(jī)構(gòu)情況下中置系統(tǒng)輸出最大轉(zhuǎn)速100RPM，最大扭矩80NM，有了調(diào)速機(jī)構(gòu)后，中置系統(tǒng)輸出最大轉(zhuǎn)速由100RPM上升到120RPM，扭矩80NM上升到100NM。綜上，通過設(shè)置無級(jí)變速機(jī)構(gòu)后，中置系統(tǒng)的輸出性能得到較大的提升，具體數(shù)值根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸變化而變動(dòng)，在此不做限制。

實(shí)施例2

請參見圖5，其余與實(shí)施例1相同，不同之處在于，調(diào)速組件包括一離心球346，動(dòng)錐輪后側(cè)固定有一擋蓋347，擋蓋呈錐柱型結(jié)構(gòu)，并與動(dòng)錐輪相背設(shè)置，擋蓋與動(dòng)錐輪后側(cè)間形成一離心球移動(dòng)腔350，移動(dòng)腔空間尺寸自兩側(cè)向中間逐漸增加；車速增加時(shí)，離心球靠向兩側(cè)設(shè)置，減小助力比，車速減小時(shí)，離心球靠向中間設(shè)置，增大助力比。

除上述實(shí)施方式之外，調(diào)速組件還可為其他形式的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，可采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)、氣缸/液壓缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，通過上述任一機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)動(dòng)錐輪移動(dòng)調(diào)節(jié)助力比，具體實(shí)現(xiàn)方式可根據(jù)使用需要而定，在此不做限制。

補(bǔ)充說明：附圖2、3、5、6、7中的動(dòng)錐輪為在兩種狀態(tài)下的示意圖。

本發(fā)明公開了一種自行車用變速系統(tǒng)，通過在助力自行車的中置系統(tǒng)中集成無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，由控制器根據(jù)傳感器信息判斷當(dāng)前騎行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)人力和電機(jī)對自行車后輪的減速比，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)附近，擴(kuò)大了中置系統(tǒng)高效率運(yùn)行區(qū)域以及輸出扭矩范圍，提高了續(xù)航里程，且為助力自行車系統(tǒng)節(jié)約了成本。

操作更加簡便人性化，無需人員手動(dòng)來調(diào)節(jié)變速檔位，中置系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)車速、人腳踩踏頻、腳踩力及踩踏方向來判斷整車運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)當(dāng)前助力比。

且該系統(tǒng)反應(yīng)迅速，可以全路況任何時(shí)候自動(dòng)調(diào)節(jié)，在騎行者停止騎行時(shí)候，自動(dòng)將助力比調(diào)到最大，為下一次騎行做好準(zhǔn)備。

通過采用無級(jí)變速機(jī)構(gòu)調(diào)整中置系統(tǒng)減速比，這樣能夠使得電機(jī)輸出范圍變大，輸出轉(zhuǎn)速及輸出扭矩均得到明顯的提升。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。