CN105314061A - 自行车电子系统和相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车电子系统和相关方法。公开了致动自行车电子变速装置的方法，包括步骤：(a)接收指示使用自行车的骑车人的心率的信号(detected_heart_rate)，(b)接收指示由骑车人传递的功率的信号(detected_power)，(c)根据指示功率的信号(detected_power)的值和指示心率的信号(detected_heart_rate)的值，计算表现指标(detected_performance_index)，(d)获得用于表现指标的参考值(performance_index_setpoint)，(e)将所计算的表现指标(detected_performance_index)与表现指标的参考值(performance_index_setpoint)进行比较(354,356),(f)根据比较步骤(e)的结果，发出(362,366)变速装置(10)的控制信号(control_signal,increase_ratio,decrease_ratio)。

Description

自行车电子系统和相关方法

技术领域

本发明涉及自行车电子系统，更具体地说，涉及包括电子变速装置的系统，以及用于致动自行车电子变速装置的方法。

背景技术

自行车中的运动传动系统包括在与踏板曲柄的轴和与后轮的轮毂有关的齿轮之间延伸的链条。当在踏板曲柄的轴和后轮的轮毂的至少一个处存在一个以上的齿轮，因此，运动传动系统具有变速装置(gearshift)时，提供前变速器和/或后变速器，在电伺服助力的情况下在此简称为电子变速装置，每一变速器包括链条引导元件，也称为支架(cage)，可移动来在齿轮中移动链条，以便改变齿轮比，以及机电致动器来移动链条引导元件。致动器通常依次包括通过连杆机构，诸如四联杆、齿条或蜗杆螺旋系统，与链条引导元件耦接的电机，通常是电动机，以及转子或转子的下游的任何移动部的位置、速度和/或加速器的传感器，直到链条引导元件本身。值得注意的是也可以使用与用在本上下文中稍微不同的术语。

与后轮的轮毂有关的齿轮也称为飞轮，而与自行车的踏板曲柄的轴有关的齿轮也称为冕状齿轮或齿轮。

控制电子设备例如基于一个或多个检测变量，诸如行进速度、踏板曲柄的旋转踏频、施加到踏板曲柄的转矩、行进地带的斜率、骑车人的心率等等，自动地改变变速比，和/或基于通过适当的控制构件，例如控制杆和/或按钮，由骑车人手动输入的命令，改变变速比。

在第一类型的变速装置中，安装前变速器的控制设备和后变速器的控制设备-或在更简单的变速装置的情况下，两个中的仅一个使得易于由骑车人操纵，通常在车把上，接近用于分别控制前后轮的刹车的刹车杆所处的手柄。允许在两个方向中驱动两个变速器的控制设备和刹车通称为集成控制器。按照惯例，前变速器的控制设备和前轮的刹车杆位于左手柄附近，并且后变速器的控制设备和后轮的刹车杆位于右手柄附近。

在第二类型的变速装置中，将控制设备再次安装成易于由骑车人操纵以允许输入换档请求手动命令-这可以是减小比率或增加比率-以及电子系统控制前变速器和/或后变速器的驱动来致动所请求的换档。

上述部件和可能的其他部件位于自行车上，并且存在用于它们之间的通信的装置。

U.S.6,047,230公开了一种自行车变速系统，包括显示器、输入手动命令的界面、轮速的传感器、踏频传感器、换档器位置传感器、转矩传动构件(链条)的张力的传感器、测斜仪、骑车人的作用力的传感器、心率监测器、驱动速率传感器、控制器和换档器致动器。控制器基于检测量，生成控制信号。换档器致动器耦接到换档器并且响应于相对于多个齿轮，定位转矩传动元件的控制信号移动它。

系统提供自行车的特性和骑车人的特性的设置模式，以及各种操作模式，其中，有关换档的决定有选择地基于恒定踏频、恒定蹬踏力、恒定加速度、恒定心率、完全手动模式，其中手动控制主导的半自动模式，以及基于人工智能，特别是基于作为上述检测量的决定参数的模糊逻辑的模式。如果轮速太低，或如果链条的张力太高，则系统还阻止换档。

关于心率，系统提供当心率低于第一阈值时，控制器增加变速比，以及当心率大于第二阈值时，控制器降低变速比，其中，优选地第一阈值比能存储在系统中的目标心率小预定量，以及第二阈值比目标心率大预定量。在不提供任何详情的情况下，该文献还提到，系统随时间调整目标心率来解释热身和冷却间隔。

发明内容

本发明的基础的问题是提供在训练方面特别有效的至少一个操作模式的一种自行车电子系统和致动自行车电子变速装置的方法。

特别地，本发明的目的在于为了优化骑车人的表现(performance)，提供用于允许基于由多个传感器获得的反馈，执行变速比的改变的一种自行车电子系统和致动自行车电子变速装置的方法。

优选地，本发明的目的还在于通过链接到所需体育运动的类型的各种换档配置，允许自行车的尤其高效和有效使用。

在一个方面中，本发明涉及一种致动自行车电子变速装置的方法，包括步骤：

(a)接收指示使用所述自行车的骑车人的心率的信号，

(b)接收指示由骑车人传递的功率的信号，

(c)根据指示功率的信号的值和指示心率的信号的值，计算表现指标，

(d)获得用于表现指标的参考值，

(e)将所计算的表现指标与表现指标的参考值进行比较,

(f)根据比较步骤的结果，发出变速装置的控制信号。

在自行车变速装置的电子控制器中，执行所述步骤。

优选地，步骤(c)包括将表现指标计算为指示功率的信号的值与指示心率的信号的值之间的比率。

为了简化说明，在下文中，将仅参考计算为指示上述变量之间的比率的表现指标，但必定不是在限定意义上加以解释，并且能使用更复杂或在任一情况下，不同的计算表达式。

优选地，步骤(e)包括检查所计算的表现指标是否低于有关表现指标的参考值的参考区域的下限，并且：

‐在肯定情形下，步骤(f)包括发出增加变速装置的变速比的信号；

‐在否定情形下，步骤(f)包括发出减小变速装置的变速比的信号。

优选地，该方法包括步骤：

(g)检查指示心率的信号的值是否高于指示骑车人的无氧阈值的阈值，以及其中

仅当步骤(g)的检查具有否定结果时，才执行发出变速装置的控制信号的步骤(f)，而如果步骤(g)的检查具有肯定结果，该方法包括步骤：

(h)激活警报模式。

优选地，检查指示心率的信号的值是否高于指示骑车人的无氧阈值的阈值的步骤(g)进一步包括检查在预定最小时间段内，是否其仍然高于该阈值。

优选地，激活警报模式的步骤(h)包括发出减小变速装置的变速比的信号。

优选地，激活警报模式的步骤(h)包括在预定时间段内，保持变速装置的新变速比。

优选地，以可从至少两个不同值选择的采样频率，执行步骤(a)至(f)。

优选地，该方法包括步骤：

(i)基于指示使用自行车的骑车人的心率的信号和/或基于指示由骑车人传递的功率的信号，选择采样频率。

优选地，自行车变速装置包括后变速器和前变速器，其中，该方法进一步包括步骤：

(j)有选择地启用或禁用前变速器的运动，以及

(k)在步骤(j)中启用前变速器的运动的情况下，通过后变速器的运动和/或前变速器的运动，以及在步骤(j)禁用前变速器的运动的情况下，仅通过后变速器的运动，致动控制信号。

优选地，在缺省模式中，禁用前变速器的运动。

优选地，该方法进一步包括向骑车人指示何时启用前变速器和/或指示前变速器的换档正在进行中的步骤。

优选地，该方法包括步骤：

(l)从用户界面接收换档请求信号，

(m)在半自动模式中，步骤(f)包括根据比较步骤(e)的结果和/或基于在步骤(l)接收的换档请求信号，发出变速装置的控制信号。

优选地，在缺省模式中，优先考虑比较步骤(e)的结果，发出变速装置的控制信号。

优选地，该方法包括检查在步骤(a)中是否正确地接收指示心率的信号和指示所传递的功率的信号的步骤，以及

‐在肯定情形下，阻止从用户界面发送换档请求信号，

‐在否定情形下，切换到基于或优先考虑从用户界面接收的换档请求信号，发出变速装置的控制信号的模式。

优选地，检查在步骤(a)中是否正确地接收指示心率的信号和指示所传递的功率的信号的步骤包括检查是否利用预定最小周期性接收到它们和/或是否利用预定最小周期性更新它们。

优选地，步骤(d)包括：

(d1)利用阶段式增长(steppedprogression)，生成用于表现指标的参考值。

更优选地，步骤(d1)包括：

(d2)利用循环重复的阶段式增长，生成用于表现指标的参考值。

优选地，该方法包括步骤：

(n)从在轻换档模式、中换档模式、强换档模式中选择的至少两种换档模式选择，以及其中，

‐如果预定换档模式是轻换档模式，则发出变速装置的控制信号的步骤(f)包括发出用于将变速比改变成那些可用的变速比中的最接近的变速比-分别紧接较大的变速比或紧接较小的变速比-的请求信号；

‐如果预定换档模式是中换档模式，则发出变速装置的控制信号的步骤(f)包括发出用于将变速比改变成那些可用的变速比中的第二最接近的变速比-分别第二较大的变速比或第二较小的变速比-的请求信号；

‐如果预定换档模式是强换档模式，则发出变速装置的控制信号的步骤(f)包括发出用于将变速比改变成那些可用的变速比中的第三最接近的变速比-分别第三较大的变速比或第三较小的变速比-的请求信号。

在一个方面中，本发明涉及一种致动自行车电子变速装置的方法，包括步骤：

(a)接收包括自行车变速装置和使用自行车的骑车人的系统的至少一个的检测变量，

(b)获得用于所述至少一个检测变量的至少一个参考值，

(c)将所述至少一个检测变量与所述至少一个参考值比较，以及

(d)基于比较步骤(c)的结果，发出变速装置的控制信号，

其中，该方法进一步包括步骤：

(e)作为步骤(a)的至少一部分和/或作为步骤(a)的附加步骤，接收指示使用自行车的骑车人的心率的信号，

(f)检查指示心率的信号的值是否高于指示骑车人的无氧阈值的阈值，以及其中，

仅当步骤(f)的检查具有否定结果时，执行发出变速装置的控制信号的步骤(d)，而如果步骤(f)的检查具有肯定结果，该方法包括步骤：

(g)激活警报模式。

优选地，步骤(a)包括步骤(e)。

替代或附加地，步骤(a)包括接收指示由骑车人传递的功率的信号的步骤。

替代或附加地，步骤(a)包括：

‐步骤(e)，和/或

‐接收指示由骑车人传递的功率的信号的步骤，和/或

‐接收有关上述所应用的表现指标的步骤。

在一个方面中，本发明涉及一种致动自行车变速装置的方法，包括步骤：

(a)接收包括自行车变速装置和使用自行车的骑车人的系统的至少一个检测变量，

(b)基于所述至少一个检测变量，发出变速装置的控制信号。

以采样频率执行所述步骤(a)和(b)，其中，该方法进一步包括步骤：

(c)从至少两个不同值选择采样频率。

在一个方面中，本发明涉及一种致动具有后变速器和前变速器的自行车变速装置的方法，包括步骤：

(a)接收包括自行车变速装置和使用自行车的骑车人的系统的至少一个检测变量，

(b)基于所述至少一个检测变量，发出变速装置的控制信号，

(c)通过后变速器的运动和/或前变速器的运动，致动控制信号，

其中，所述方法进一步包括：

(d)有选择地启用或禁用前变速器的运动。

在一个方面中，本发明涉及一种致动自行车变速装置的方法，包括步骤：

(a)接收包括自行车变速装置和使用自行车的骑车人的系统的至少一个检测变量，

(b)评估所述至少一个检测变量，

(c)接收用户界面的换档请求信号，

(d)在半自动模式中，基于换档请求信号和/或基于评估至少一个检测变量的步骤(b)的结果，发出变速装置的控制信号。

其中，在缺省模式中，优先考虑评估至少一个检测变量的步骤(b)的结果，发出变速装置的控制信号。

优选地，该方法包括检查在步骤(a)中是否正确地接收所述至少一个检测变量的步骤，以及

‐在肯定情形下，阻止从所述用户界面发送所述换档请求信号，

‐在否定情形下，切换到基于或优先考虑从用户界面接收的换档请求信号，发出变速装置的控制信号的模式。

优选地，检查是否正确地接收所述至少一个检测变量的步骤包括检查是否利用预定最小周期性接收到检测变量和/或是否利用预定最小周期性更新它。

在一个方面中，本发明涉及一种致动自行车变速装置的方法，包括步骤：

(a)接收指示由骑车人传递的功率的信号，

(b)接收用于功率信号的参考值，

(c)将指示功率的信号与参考值比较，

(d)根据比较步骤(c)的结果，发出变速装置的控制信号，

其中，该方法进一步包括步骤：

(e)利用阶段式增长，生成所述参考值的值。

优选地，步骤(e)包括利用周期性重复的阶段式增长，生成所述参考值的值。

更优选地，步骤(e)包括利用阶段式增长，生成所述参考值的值，每一阶段具有恒定参考值，以及每一阶段具有预定持续时间。

在一个方面中，本发明涉及一种致动自行车变速装置的方法，包括步骤：

(a)接收包括自行车变速装置和使用自行车的骑车人的系统的至少一个检测变量，

(b)基于所述至少一个检测变量，发出变速装置的控制信号，

其中，该方法进一步包括步骤：

(c)从在轻换档模式、中换档模式、强换档模式中选择的至少两种换档模式选择，以及其中，

‐如果预定换档模式是轻换档模式，则发出变速装置的控制信号的步骤(b)包括发出用于将变速比改变成那些可用的变速比中的最接近的变速比-分别紧接较大的变速比或紧接较小的变速比-的请求信号；

‐如果预定换档模式是中换档模式，则发出变速装置的控制信号的步骤(b)包括发出用于将变速比改变成那些可用的变速比中的第二最接近的变速比-分别第二较大的变速比或第二较小的变速比-的请求信号；

‐如果预定换档模式是强换档模式，则发出变速装置的控制信号的步骤(b)包括发出用于将变速比改变成那些可用的变速比中的第三最接近的变速比-分别第三较大的变速比或第三较小的变速比-的请求信号。

上述概述的第一方法的第二方面经由有利的应用，加上必要的变更也可用在上述概述的其他方法中。

在一个方面中，本发明涉及自行车电子系统，包括电子变速装置、控制器、心率监测器和功率传感器，其中，控制器包括适合于执行上述概述的一个或多个方法的步骤的模块。

附图说明

参考附图，本发明的另外的特征和优点从其一些优选实施例的下述详细描述，将变得更清楚。需要时，参考单个结构所示和所述的不同特征组合在一起。在下述描述中，为了示例附图，使用相同或类似的参考数字来指示具有相同功能或类似功能的结构或功能元件。在图中：

图1是根据本发明的实施例的自行车电子系统的框图，

图2图示地表示根据本发明的变速装置的各种控制模式，

图3图示地表示根据本发明的变速装置的自动控制，

图4是示例根据本发明的自行车电子系统的主部件中，交换介入致动本发明的变速装置的方法中的主参数、数量和/或变量的值的功能框图，

图5示意性地表示根据本发明的各种训练模式，

图6是根据本发明的与特定训练模式有关的功率相对于时间的图，

图7是与本发明的致动方法有关的流程图，

图8图示地表示根据本发明提供的各种采样时间，

图9-12是根据本发明的与各种训练模式有关的流程图，

图13图示地表示根据本发明提供的各种换档模式，

图14是在如图14A和图14B的两页上所做的根据本发明的与换档有关的流程图，

图15是根据本发明的与热身模式有关的流程图，以及

图16是根据本发明的与冷却模式有关的流程图。

具体实施模式

参考图1，自行车电子系统1包括下述各种机械、机电和电子部件的一个或多个。应强调并非所示和所述的所有部件均必定出现在系统1中，一些是可选的，或提供为彼此的替代方案，如对本领域的技术人员将是显而易见的。部件容纳在一个或多个壳体中，每一壳体或多或少地稳定地固定到自行车和/或由骑车人佩戴。

系统1包括变速装置10。变速装置10包括后变速器12和/或前变速器14。为描述这些本身已知的机电部件，参考前言部分。

系统1通常包括控制器16。控制器16包括至少一个处理器-通常是微处理器或微控制器-适合于通过提供适当地过程和/或硬件、软件和/或固件模块，实现在此所述的方法的一个或多个步骤。

因此，在本说明书和所附权利要求中，在术语控制器16下，将意指逻辑单元，由多个物理单元，特别是由能包含在一个或多个壳体中的一个或多个分布式处理器以及系统1的一个或多个其他部件形成。

控制器16具有内部存储器17，用于易失和/或非易失地存储程序指令、参数、变量和常数。附加或可替代地，控制器能与外部存储器(未示出)通信。

在其余描述中，将主要参考在系统1中，特别是由控制器16实现的模块、功能、算法和/或过程，但应理解到这种描述还用作电子变速装置的致动方法的相应步骤的描述，反之亦然。

根据下文中所述的本发明的系统1或者致动方法，使用多个参数和变量，其值优选地存储在存储器17中。在下述描述的过程期间，每次提及这些参数和变量中的一个。

为了监测预定时间段，也称为定时时段的经过，控制器16管理能是专用设备或软件/固件/硬件功能的一个或多个定时器。能以任一已知模式实现定时器，例如，通过链接到控制器16的时钟的变量，并且能是增量(秒表)或倒计时型。这以本领域的技术人员本身非常公知的模式发生，同样地，在此不再详细地描述。在下文中，措辞“触发器”和派生形式将用来在增量定时器的情况下，指示归零操作，或在倒计时定时器的情况下，复位最大值的操作，以及定时器的措辞“耗尽”及派生形式将用来在增量定时器的情况下，指示已经达到最大值，或在倒计时定时器的情况下，指示已经达到0。在下文中，为了简洁，将直接参考由定时器监测的时间段的触发/耗尽。

系统1包括电源18。电源18通常包括至少一个可充电电池。附加或可替代地，电源18能包括由自行车轮的旋转的机械功产生以直流形式的电能的直流发电机。实际上，在系统1中有多个不同类型的电源，例如，用于移动一个或多个变速器的电源和适合于电子部件的至少一个电源。

优选地，可充电电池是“智能”型，即，具有专用控制微处理器、电池数据，诸如最佳工作参数、充电/放电循环、剩余电荷等等的存储器。

在电源18包括至少一个可充电电池的情况下，系统1能包括电池充电器20，优选地是“智能”型。

系统1包括用户界面22。用户界面22通常包括如在引言部分中所述的至少一个机电手动控制设备24、26、28，用于产生进入系统1的输入信号，并且特别是换档请求，以及具有指示灯，例如LED，或具有字母数字显示器或具有图形显示器-单色或彩色-的可选显示设备30，以为用户提供系统1的可视信息。通过示例的方式示出通常与后变速器有关的后或右手动控制设备24、通常与前变速器有关的前或左手动控制设备26，以及变速比的手动控制设备28。

优选地，界面22还允许选项的选择和/或值的选择/输入，以例如通过控制设备24、26、28和显示器30，实现适当图形界面，或提供适当键盘或小键盘。

此外，在界面22中，还提供发声设备，例如蜂鸣器31，用于提供能由骑车人听到的反馈。

在仅提供系统1的自动操作模式的情况下，用户界面22能完全不存在-或能仅包括输出设备30、31。

系统1能包括运行时间变化量的下述传感器32的一个或多个，其产生各自的测量或检测信号：

‐心率监测器34，用于检测骑车人的心率，优选地具有还用作用于存储以预定检测频率检测的数据的缓冲存储器，以及仅在请求时或以低于检测频率的采样频率传输到控制器16的其自己的数据存储器35，

‐功率传感器36，测量骑车人所传递的功率，即，施加到踏板的力与踏板曲柄的旋转踏频的乘积；这能例如被设置在下述位置之一：后轮或链条的曲柄组(由踏板曲柄和前齿轮形成的组件)、踏板、轮毂，此外，功率传感器36还具有用作用于存储以预定检测频率检测的数据的缓冲存储器，以及仅在请求时或以低于检测频率的采样频率，传输到控制器16的其自己的数据存储器37，

‐踏频传感器38，测量踏板曲柄的旋转踏频，通常以转数/分钟(rpm)为单位；踏频传感器38还具有用作用于存储以预定检测频率检测的数据的缓冲存储器，以及仅在请求时或以低于检测频率的采样频率，传输到控制器16的其自己的数据存储器39。

特别地，为根据此后所述的本发明的表现指标训练模式的实现方式，系统1至少包括心率监测器34和功率传感器36。

在系统1中，还可以提供其他传感器。

自行车电子系统1还能包括甚至仅临时与系统1有关的自行车计算机40。或者，控制器16、30以及在提供的情况下，蜂鸣器31，以及界面22的可能的按钮能组成自行车计算机40的部件。

除适当地连接到自行车的机械部分外，缺少内部电源的系统1的部件还适当地直接或间接地连接到电源18。

此外，系统1的部件能适当地与控制器16和/或相互通信。通信能是无线、有线或混合的。

有线通信优选地通过串行协议发生。有线通信能通过点对点连接或通过通信总线发生。

无线通信例如根据低能耗通信协议ZigBee,ANT+或BTLE(蓝牙低能)发生。

因此，系统1能包括一个或多个无线到有线和/或有线到无线变换器42。

特别地，心率监测器34优选地是无线型，以便不妨碍骑车人的运动，以及变换器42设置在心率监测器34和控制器16之间。

网络中，特别是无线网络中的系统1的各个部件的连接允许若干功能性。如以示例的方式，在显示设备30上，可以按照时间，显示与电池的剩余自主性有关的信息。

以本身公知的方式，例如，通过具有无线密钥和自组应用，优选地具有无线连接的便携式计算机(PC)，能建立和/或配置系统1的部件之间的通信网络。以本身非常公知的模式，该配置能在系统1的设备的“MAC寻址”的基础上发生。在无线网络的情况下，在建立网络、替换节点或增加节点时，使用识别和相互接受过程，使得在网络内，仅接受形成创建组的部分的地址，忽略其外部的地址，将其识别为干扰。

用于创建网络的过程要求根据用于支持网络的编程(创建组)和后续确认的预定法则，与数值关键变量交换一系列数据包。

如图2和图3所示，根据本发明的系统1的控制器16和致动变速装置的方法能分别实现为下述的至少一个：

‐受控的“生物力学系统”62的自动控制60，由自行车和骑车人组成，特别是由接合在自行车的变速装置10中的变速比和骑车人64的心率和/或由骑车人64传输给自行车的功率构成，以及

‐“生物力学系统”62的半自动控制68；

它们还能有利地实现

‐变速装置10的手动控制66。

在系统1中，存在用于在控制60、66、68中选择控制类型的装置70。图2中的选择装置70仅由菱形图示，如此后所述和在其他图中图示的其他选择装置。

选择装置70，如此后所述和在其他图中所示的其他选择装置，能包括用户的手动选择装置和/或控制器16本身的自动选择装置。

优选地，将当前有效的控制的类型适当地存储在存储器17中。

如图3所示，自动控制60是闭环型。

从下述选择一个或多个受控变量：

‐骑车人的心率，

‐蹬踏功率，

‐优选地由蹬踏功率和心率之间的比率给出的表现指标：

表现指标＝功率/心率(1)

因此，可能检测变量72或所测量的输出是：

‐由心率监测器34发出的detected_heart_rate，

‐由功率传感器36发出的detected_power，

‐由控制器16本身计算的detected_performance_index＝detected_power/detected_heart_rate。

因此，可能基准或预期变量74为：

‐heart_rate_setpoint，

‐power_setpoint，

‐performance_index_setpoint

以及它们通常被指示为设定点74。通过常见含义，在术语“设定点”下，是指自动控制希望达到的生物力学系统62的所需输出。

应当强调链接蹬踏功率和心率的表现指标，特别是由公式(1)给出的，在本领域不是公知的，并且基于这种表现指标的变速装置10的自动控制本身表示创造性方面，甚至与在此所述的其他方面无关。

控制变量是变速装置10的变速比，gear_ratio。通过指示为control_signal的由用于变速装置10的控制器16生成的信号76，控制变速比。

如在下文详细所述，控制器16，特别是其模块78，基于检测变量72的至少一个和相应的基准变量74之间的差，生成信号76control_signal，该差还指示为误差80。

控制器16，特别是其模块78除误差80外，还接收输入，即系统的各种传感器32的输出，特别是功率传感器36和/或心率监测器34和/或踏频传感器38的输出。

图4是示例介入用于致动本发明的变速装置的方法中的主要参数、变量和/或数量的值的系统1的主要部件之中的交换的功能框图。

控制器16能接收输入一个或多个下述量：

(a)来自心率监测器34的量detected_heart_rate，

(b)来自功率传感器36的量detected_power，

(c)来自踏频传感器38的量detected_cadence，

(d)来自用户界面22的信号gearshifting_request，

(e)来自用户界面22的设定点(heart_rate_setpoint和/或power_setpoint和/或performance_index_setpoint)，

(f)所需训练模式和其他选择，

(g)来自变速装置10的当前变速比gear_ratio；控制器16能发出一个或多个下述量：

(h)至用户界面22的适当反馈，

(i)至变速装置10的控制信号control_signal。

关于上述要素(d)，在上述第二类型的变速装置中，信号gearshifting_request能是请求变速比的增加的信号increase_ratio_request或请求变速比减小的信号decrease_ratio_request，或在上述第一类型的变速装置中，请求后变速器12和前变速器14之间的特定变速器的特定方向的移动的信号。为了简化，在下文中，将仅参考适合于上述第二类型的变速装置的请求increase_ratio_request和decrease_ratio_request，鉴于本说明书，在上述第一类型的变速装置的情况中所做的变化在本领域的技术人员的能力内。

关于要素(e)，如上所述，设定点能是各种类型。能使用用户界面22来选择使用三个(或更多)设定点的哪一个。此外，用户界面22能用来直接输入预选设定点的值，即，一个或多个量heart_rate_setpoint,power_setpoint,performance_index_setpoint的值，或相关值能是工厂中，在存储器17中存储的缺省值和/或在系统1的设定模式中，在存储器17中，由用户预先存储的值。

关于要素(g)，应强调在系统1内，存在变速装置10的变速比的许多代表模式，并且本发明不限于任何特定模式。例如，可以数值地指示实际变速比，指示为对后轮的每一旋转，踏板曲柄的转数，也可以指示当前接合链条的齿轮的齿数(对前组齿轮和后组齿轮，有两个单独的指示)；或例如最小到最大的编号中的齿轮数(对前组齿轮和后组齿轮，具有两个单独的指示)。

类似地，由控制器16发送到变速装置10的控制信号(i)能例如根据变速比的表示模式和机电致动器的类型，能是各种表示，并且特定模式不包括在本发明中。。

如所述，为了简化，在本说明书的其余部分中，将参考通用信号increase_ratio和decrease_ratio。例如，信号increase_ratio能等效于传递到与后轮的轮毂有关的齿轮中，具有较小直径和/或较少齿数的齿轮的命令，和/或传递到与踏板曲柄的轴有关的齿轮中，具有最大直径和/或较大齿数的齿轮的命令。此外，这种命令能等效于在某一时间内，或以指定电压致动变速器的电动机的命令，或适合于系统1的机电部分的不同命令。

最后，在(h)处指示的至用户界面22的反馈能是以骑车人可理解的任何形式，包括字母数字字符、图形、声音，并且能涉及设定点74，和/或传感器32的输出和/或系统1，特别是变速装置10的状态和/或骑车人本身的状态。

参考图2，在自动控制模式60中，控制器16评估生物力学系统62的条件，如在下文中详细所述，并且手动控制设备24、26、28不存在，非网络连接，或完全由控制器1忽略由它们输出的命令。

在手动控制模式66中，骑车人在他/她认为适当时，通过一个或多个机电手动控制设备24、26、28，输入他认为适当的换档请求。这样的一个或多个设备24、26、28输出用于变速装置10的信号gearshifting_request-特别是increase_ratio_request或decrease_ratio_request-，致动这样的换档。更具体地，信号gearshifting_request能由可能已经执行一些检查-例如当接收信号increase_ratio_request时，变速装置不总是在最大变速比处-的控制器16接收，输出用于变速装置10的适当信号，这里再次指示为control_signal-特别是increase_ratio或decrease_ratio。传感器32不存在，不是网络连接的，或控制器1完全忽略由它们输出的测量值。

如在半自动控制模式68中，骑车人在他/她认为适当时，通过一个或多个机电手动控制设备24、26、28，输入他认为适当的换档请求。这样的一个或多个设备24、26、28输出信号gearshifting_request–特别是，increase_ratio_request或decrease_ratio_request，并且控制器16能接收它。与此无关并且与之并行，自动控制模式60评估生物力学系统62的条件，如有关自动控制60本身所述，并且当适合发送时建立控制信号control_signal-特别是increase_ratio或decrease_ratio。控制器16管理骑车人的请求和根据优选地能选择具有手动优先82的半自动控制和具有自动优先84的半自动控制的模式，内部地不同地生成的请求之间的冲突，其中，提供装置86，用于在这两个模式之间选择。

优选地，并且不同于从US6,047,230所了解的，缺省模式是具有自动优先84的半自动控制。在具有自动优先84的半自动控制中，控制器16监测心率监测器34和/或功率传感器36的输出；只要上述输出存在并且按预定最小周期更新，心率监测器34和/或功率传感器36正确操作的事实指示，控制器16禁用手动命令。尤其在系统1内的至少部分无线通信的情况下，优选地阻止用户界面22的手动控制设备24、26、28将从骑车人接收的命令传输到系统1的其余部件中。实际上，每一手动控制设备24、26、28包括利用其实现例如启用/禁用标志，并且在禁用的情况下，忽略骑车人的命令的控制器16的处理器部分，而不将它们转发到系统1的其余部件。一旦出现相对于心率监测器34和/或功率传感器36，或没有心率监测器34和/或功率传感器36，和/或没有通信网络的问题，控制器16启用手动控制并且系统进入手动控制模式66。

有利地允许共享网络流量、最小化误差和干扰的风险、保存手动控制设备24,26,28的可能内部电池、使半自动控制68的表现更流畅的措施本身是创造性方面，与在此所述的其他方面无关。

在具有手动优先82的半自动控制中，控制器16另一方面执行由骑车人请求的每一换档(除如上所述，当变速装置已经处于极端位置时)，并且在接收到这种换档请求时，临时禁用自动控制。例如，当他/她看到前方爬坡或下坡时，在该模式中，骑车人能在控制器16之前，决定适合改变变速比。

优选地，当如下参考图8所述，提供传感器32的输出的多个采样时间时，临时禁用是针对最长采样时间。

在具有手动优先82的半自动控制中，作为替代或除在由控制器16生成的换档请求之上的手动换档请求的上述临时优先外，控制器16始终能在后台执行自动控制60，但仅当生物力学系统62的条件对骑车人的安全和/或变速装置10的机械可靠性变为关键时，将自动产生的换档请求传输到变速装置10。实际上，这能例如通过变量detected_heart_rate和/或detected_power和/或detected_performance_index仍然在值的预定范围内的检查，即，它们不超出上限阈值和/或它们不低于下限阈值得以实现。

这种临界条件的控制还能在手动控制66的情况下执行。

当自行车未动时，系统1，特别是其控制器16能处于关闭状态，其中，从电源18断开连接。此外，系统1，特别是其控制器16能具有睡眠状态，它们在低功耗模式中操作，例如，当它们正等待来自用户的命令时。

自动控制60-如上所述，与通过手动控制设备24、26、28输入的手动命令的监测并行地在半自动控制模式68中执行-根据骑车人希望执行的训练类型，提供不同模式。

与预先选择的训练模式无关，控制器16优选地执行参考图15下文所述的初始热身模式或步骤。

替代或除此之外，与预先选择的训练模式无关，在结束时，控制器16优选地执行参考图16下文所述的冷却模式或步骤。

训练模式能包括图5所示并且此后进一步描述的一个或多个模式，其首先对应于上文所述的一个或多个控制变量：心率训练120、功率训练122和表现指标训练124。提供用于选择训练模式的装置126：

控制器16监测传感器32的输出，并且可能采取下述动作：

‐如果已经选择心率训练120，但控制器16未接收心率监测器34的输出-因为该设备不存在或关机或因为存在通信问题-那么控制器16设定手动控制类型66；

‐如果已经选择功率训练122，但控制器16未接收功率传感器36的输出-因为设备不存在或关机或因为存在通信问题-那么控制器16设定手动控制类型66；

‐如果已经选择表现指标训练124，但控制器16未接收到心率监测器34和/或功率传感器36的输出，那么控制器16设定手动控制类型66。

依次，优选地在下述模式中，选择心率训练模式120，其并不一定均可用：

‐基本区128，其中，将相对低预定心率设定为参考变量74，

‐加强区130，其中，将中等预定心率设定为参考变量74，

‐最大区132，其中，将相对高预定心率设定为参考变量74，

‐自定义134，其中，由用户自由选择的心率(可能涉及其落在值的预定范围内的检查)设定为参考变量74。

提供用于在上述训练模式中选择的装置136。

在另一实施例中，这些区模式的每一个与各个预定时间段basic_zone_time,intensive_zone_time,maximal_zone_time有关，并且控制器16执行在这三个区模式中的循环切换，对各个预定时间段，执行每一模式，如由箭头137a、137b、137c所示。

在上述三个区模式中，用于预定心率的适当值范围在从35到300bpm的三个范围中。优选地，每一预定心率是其值存储在存储器17中的变量。优选地，这样的值能由用户修改。

代表上述三个区模式的每一个的持续时间的预定时间段basic_zone_time,intensive_zone_time,maximal_zone_time的适当值优选地范围为从0到200分钟。优选地，每一持续时间是其值存储在存储器17中的变量。优选地，这样的值能由用户修改。

用于可由用户自由选择的心率的适当值范围为从35到300bpm。优选地，这种自由选择的心率是其值存储在存储器17中的变量。优选地，能由用户修改这样的值。

在这样的心率训练模式120的每一个中，参考变量74因此是指示为heart_rate_setpoint的心率，如块138中所示。

功率训练模式122优选地能在下述模式中选择：

‐简单140，其中，恒定预定蹬踏功率设定为参考变量74，

‐具有重复142，其中，作为在下文中进一步描述的根据阶段式增长为可变的蹬踏功率被设定为参考变量74。

提供用于在上述功率训练模式中选择的装置144。

在这些功率训练模式122的每一个中，因此，参考变量74是指示为power_setpoint的蹬踏功率，如在块146中所示。

在表现指标训练模式124中，参考变量74是优选地由公式(1)给出的表现指标，指示为performance_index_setpoint，如在块148中所示。

用于参考表现指标的适当值的范围为从0.5到10watt/bpm。优选地，这种表现指标是其值存储在存储器17中的变量。优选地，这样的值能由用户修改。

然而，应理解到能组合用于选择训练模式126、136、144的装置或模块，使得这种选择不必发生在两个层面上。

如所示，在重复训练模式142中，参考变量74是根据阶段式增长可变的预定蹬踏功率。参考图6，预定蹬踏功率优选地采用四个恒定值，每个分别用于各个预定时间段，并且顺序优选地循环地重复。由此，预定蹬踏功率对时间段recovery_time采用值P_recovery、对时间段threshold_1_time采用值P_threshold_1、对时间段threshold_2_time采用值P_threshold_2、对时间段P_max_time采用值P_max，然后从头开始。

在上述四个常数值P_recovery,P_threshold_1,P_threshold_2,P_max的，用于预定蹬踏功率的适当值的范围在从0到3,000瓦特扩展的四个范围中。优选地，每一恒定预定蹬踏功率值是其值存储在存储器17中的变量。优选地，能由用户修改这样的值。

用于上述时间段recovery_time,threshold_1_time,threshold_2_time,P_max_time的每一个的适当值的范围为从0到200分钟。优选地，上述值的每一个是其值存储在存储器17中的变量。优选地，能由用户修改这样的值。

能够提供少于4个或大于4个功率阶段。

此外，功率不必根据增加的阶段式增长改变，然后对这种累进重复：可以提供先增加，然后减小的累进，以及其他变形。

应当强调将基于作为重复训练142的具有参考值的循环变化的蹬踏功率的变速比的自动控制的提供被视为本身有创造性的方面，与在此所述的其他方面无关。

图7示例在与预先选择的训练类型无关的层面，与根据本发明，致动变速装置的方法有关的流程图的实施例。

首先，示出在下文进一步描述的在图5的块138、146、148中设定的设定点74的采集的块150和指示为sampling_time的时间段的持续时间的采集的块152。这两个操作或步骤不一定是顺序的并且能在特定训练前的任何时间，或甚至一次性地(unatantum)或偶尔由骑车人执行。在重复训练的情况下，在训练期间，多次执行设定点74的采集的块150，如上所述。

在块154，触发监测时间段sampling_time的经过的定时器。

在块156，检查时间段sampling_time是否已经经过(定时器耗尽)，仍然在该块中直到该时间段经过为止。

在块158，控制器16相对于在块150采集的设定点74，评估生物力学系统62，特别是所检测的变量72的当前条件。

在块160，控制器16基于这种评估，建立是否有必要改变变速装置10的变速比。

在否定情况下，不移动变速装置10并且返回块154来等待进一步的时间段sampling_time。

在肯定情况下，控制器16在块162检查存在警报条件，特别是由心率监测器34检测的心率detected_heart_rate是否高于对应于在此示为anaerobic_threshold的“无氧阈值”的预定心率阈值。“无氧阈值”是用在运动医学中的指标，本身是非常公知的，即使不具有明确定义。为本发明目的，然而，如何计算无氧阈值是不相关的。在块162，因此，检查：

detected_heart_rate>anaerobic_threshold？(2)

用于心率阈值anaerobic_threshold的适当值等于或大于170bpm(每分钟跳动)。优选地，该阈值是其值存储在存储器17中的变量。优选地，能由用户修改该值。

如果块162的检查已经给出否定结果，在块164，控制器输出用于变速装置10的控制信号control_signal。

如果块162的检查已经给出肯定结果，在块166，系统1切换到警报状态。

在警报状态166，控制器16减小变速装置10的变速比来允许降低骑车人的心率，因为需要较少的努力，以及防止骑车人酸中毒，使骑车人进入表现的临界状况。

优选地，变速装置10针对预定时间段，保持在新变速比条件下，如由alarm_timeout所示。

用于预定时间段的适当值alarm_timeout范围为从0到100分钟。优选地，这种预定时间段是其值存储在存储器17中的变量。优选地，这样的值能由用户修改。

以未示出的方式，控制器16能检查由心率监测器34检测的心率detected_heart_rate是否针对示为SA_timeout的预定时间段，高于anaerobic_threshold，并且仅在这种情况下，进入警报状态166，因此，允许短时心率峰值。

在通常未示出，但稍后所述的详图中所示的替代方案中，仅当在块160，控制器16确定必须减小变速比，由此在输出信号76decrease_ratio前，执行警报状态的检查，同时立即输出信号increase_ratio。

应当强调，结合基于一个或多个传感器32的输出，特别是基于蹬踏功率和/或心率的变速比的自动控制，提供基于无氧阈值的警报阈值被认为是本身有创造性的方面，与在此所述的其他方面无关。

如所示，心率监测器34、功率传感器36和/或踏频传感器38优选地具有还用作缓冲存储器的它/它们自己的数据存储器35、37、39，用于存储以预定检测频率检测的数据并且用于仅当请求时或以低于检测频率的采样频率-在块154中获得的采样时间的倒数-传输到控制器16。

优选地，由心率监测器34、功率传感器36和/或踏频传感器38的制造商预设检测频率。

参考图8，优选地，系统1提供示为为sampling_time的时间段，即，在图7的块152、154、156中引用的采样频率可通过选择装置170，从至少两个不同可能性，优选地在四个不同可能性中选择。

优选地提供：

‐相对低的采样频率，与相对长的采样时间段有关；优选地，该采样频率用在基本区训练模式128中；相对高的参数sampling_time的值指示为slow_time172；

‐中等采样频率，与中等采样时间段有关；优选地该采样频率用在加强区训练模式130中；相对中等的参数sampling_time的值指示为medium_time174；

‐相对高的采样频率，与相对短的采样时间段有关；优选地，该采样频率用在最大区训练模式132中；相对低的参数sampling_time的值指示为fast_time176；

‐自动采样频率，与自动可变采样时间段有关，优选地根据由心率监测器34检测的心率，更优选具有逆向可变关系：当检测的心率增加，采样频率增加；参数sampling_time的值指示为automatic_time178。

在自定义训练模式134中，优选地将采样频率选择为自动。

在功率训练模式122中，优选地将采样频率选择为相对高的频率(fast_time176)，

在表现指标训练模式124中，优选地将采样频率选择为自动频率。

用于上述时间段slow_time,medium_time,fast_time的每一个的适当值在从0.2到10秒的三个范围中。优选地，上述值的每一个是其值存储在存储器17中的变量。优选地，这样的值能由用户修改。

用于上述时间段automatic_time的适当值在从0.2至10秒的范围中。优选地，上述值是其值存储在存储器17中的变量。优选地，这样的值能由用户修改。

通过提供1个以上采样频率，因此，或多或少频繁地评估生物力学系统62的参数，在自动控制60中，可以更好地进行设定点74设置，因此，可以更早地达到其值，并且仅允许与这种设定点74更小的偏差。此外，当心率或其他控制变量正缓慢改变时，提供多于一个采样频率例如允许系统1中的网络流量减小，由此优化在系统1内建立的通信网络的通带。

应强调提供一个以上采样频率本身表示有创造性的方面，甚至与在此所述的其他方面无关。

图9示例与心率训练120的循环有关的更详细流程图，与预先选择的子模式基本区128、加强区130、最大区132或自定义134无关。

该循环-如所看到的-以参考图8所述的预先选择的采样频率重复，除进入警报状态的情形外。换句话说，变量sampling_time的值是如参考图8所述设定的值。

在块200，检查采样时间段sampling_time是否已经经过，如先前由当训练开始时触发的定时器耗尽所示。

如果采样时间还未经过，循环在退出块202结束，从块200重新开始。

另一方面，如果采样时间已经经过，在块204、206，检查所检测的心率是否在预定“参考区域”内，例如，宽度2*Delta_Fc，有关设定的参考值heart_rate_setpoint，分别检查条件：

detected_heart_rate<heart_rate_setpoint–Delta_Fc(3)

detected_heart_rate>heart_rate_setpoint+Delta_Fc(4)

“参考区域”能例如是与心率监测器34的分辨率可比较的大小。以这种方式，系统1忽略会导致太频繁的换档的非常小的差异。例如，Delta_Fc能为1bpm。

“参考区域”不一定必须关于设定的参考值heart_rate_setpoint对称，即在公式(3)和(4)中减和加的值不一定必须彼此相等。

在块204、206均具有否定结果的情况下，在块208中重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，并且在块210，该循环结束。

在块204具有肯定结果，因此，所检测的心率小于参考区域的下限，其中公式(3)的检查已经给出肯定结果的情况下，在块212，自动控制60用来通过增加变速比，增加骑车人64的作用力。由此，控制器16输出命令increase_ratio。应注意到此刻，在该步骤中，如在参考图9和后续图10-12所述的输出命令increase_ratio或命令decrease_ratio的类似步骤中，能以各种方式修改变速比，在下文中，参考图13-14进一步描述。

一旦已经输出控制信号或命令increase_ratio，或一旦在变速装置10中致动这一命令，在块208重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，并且在块210，循环结束。

在块206的检查已经给出肯定结果，因此，所检测的心率高于参考区域的上限，其中，公式(4)的检查已经给出肯定结果的情况下，控制器16必须用来通过减小变速比，减小骑车人64的作用力。

优选地，如果启用相对的选项，在前进到输出相关命令decrease_ratio前，在块214，控制器检查所检测的心率是否高于无氧阈值，上述公式(2)。

在否定情况下，在块216，控制器16输出命令decrease_ratio，并且继续关于采样时间段sampling_time，重新触发定时器的块208和来自该过程的退出块210的块210。

在肯定情况下，另一方面，在块218，进入参考图7的块166所述的警报状态。如上所述，当针对预定最小时间段，满足公式(2)时，能激活警报状态，以便容许简短的心率峰值。

总的来说，在心率训练模式中，通过调整变速比，使骑车人的心率为所需心率，并且不允许超出无氧阈值(除非可能的足够短的时间段)。

图10示例有关简单功率训练140的循环的更详细流程图。

该循环-如将看到的-以参考图8所述的预先选择的采样频率重复，除了进入警报状态的情形外。

在块250，检查采样时间段sampling_time是否已经经过，如由先前由训练开始时触发的定时器的耗尽所示。

如果采样时间还未经过，循环在退出块252结束，从块250重新开始。

另一方面，如果采样时间已经经过，在块254、256，检查所检测的功率是否在预定“参考区域”中，例如，宽2*delta_P，有关设定的参考值power_setpoint，分别检查条件：

detected_power<power_setpoint–Delta_P(5)

detected_power>power_setpoint+Delta_P(6)

“参考区域”例如能是可与功率传感器36的分辨率可比较的大小。以这种方式，系统1忽略会导致太频繁换档的非常小的差异。例如，Delta_P能为20瓦特。

“参考区域”不一定必须关于设定的参考值power_setpoint对称，即，在公式(5)和(6)中加减的值不一定必须彼此相等。

在块254、256均具有否定结果的情况下，在块258中，重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，并且在块260，该循环结束。

在块254具有肯定结果，因此，所检测的功率小于参考区域的下限，其中，公式(5)的检查已经给出肯定结果的情况下，在块262，自动控制60用来通过增加变速比，增加骑车人64的作用力并且减小踏频。控制器16由此输出命令increase_ratio。

一旦已经输出控制信号或命令increase_ratio，或一旦已经在变速装置10中致动该命令，在块258，重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，并且在块260，该循环结束。

在块256的检查给出肯定结果，因此，所检测的功率大于参考区域的上限，其中，公式(6)的检测已经给出肯定结果的情况下，控制器16必须用来通过减小变速比，减小骑车人64的作用力并且增加踏频。

优选地，如果启用相对的选项，在前进到输出相关命令decrease_ratio前，控制器在块264检查所检测的心率是否大于无氧阈值，上述公式(2)。

在否定情形下，在块266，控制器16输出命令decrease_ratio并且继续重新触发采样时间段sampling_time的块258，以及来自过程的退出块260的块260。

在肯定情形下，另一方面，在块268，进入上文参考图7的块166所述的警报状态。如所示，当针对预定最小时间段，满足公式(2)时，激活警报状态，以便容许简短的心率峰值。

总的来说，在功率训练模式中，通过调整变速比，使蹬踏功率为所需功率，并且不允许心率超出无氧阈值(除可能的足够短时间段外)。

图11示例有关重复训练循环142的更详细流程图。

该循环不同于参考图10所述的功率训练140之处在于如已经参考图6所述，功率设定点在这种情况下，根据阶段式增长是可变的。

该循环-如将看到的-以如参考图8所述预先选择的采样频率重复，除非进入警报状态的情形外。

在块300，检查采样时间段sampling_time是否已经经过，如由先前当训练开始时触发的定时器的耗尽所示。

如果采样时间还未经过，在退出块302，该循环结束，从块300重新开始。

另一方面，如果采样时间已经经过，在块304，参考有关在训练开始时初始触发的变量Pmax_time的定时器，检查是否处于所需阶段式增长的最大功率阶段中。在肯定的情况下，在块306，将参考值power_setpoint设定在变量P_max的值。

在否定情形下，在块308，参考有关在训练开始时初始触发的变量threshold_2_time的定时器，检查是否处于相对于低于最大功率的阶段的阶段的功率阶段。在肯定情况下，在块310，将参考值power_setpoint设定在变量P_threshold_2的值。

在否定情形下，在块312，参考有关在训练开始时，初始触发的变量threshold_1_time的定时器，检查是否处于相对于低阶段的功率阶段。在肯定情形下，在块314，将参考值power_setpoint设定在变量P_threshold_1的值。

在否定情形下，在块316，即使冗余，因为块304、308、312、316实际上是“情形”指令，参考有关在训练开始时初始触发的变量recovery_time的定时器，检查是否处于相对于最低阶段的功率阶段。在肯定情形下，在块318，将参考值power_setpoint设定在变量P_recovery的值。

以上概述的块304、308、312、316的检查能以不同于所示的顺序发生。

在四种情形的任何一个中，在块320、322，检查所检测的功率是否处于预定“参考区域”，例如，宽度2*delta_P，关于设定参考值power_setpoint，检查(如图10的情形)分别由公式(5)和(6)给出的条件。

“参考区域”例如能是可与功率传感器36的分辨率可比较的大小。以这种方式，系统1忽略会导致太频繁换档的非常小的差异。例如，delta_fc能是20瓦特。

“参考区域”不一定必须关于所设定的参考值power_setpoint对称，即，在公式(5)和(6)中减和加的值不一定必须彼此相等。

在块320、322均具有否定结果的情况下，在块324，重新触发有关当前阶段的时间段recovery_time,threshold_1_time,threshold_2_time,Pmax_time的定时器，在块326，重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，以及在块328，该循环结束。

在块320具有肯定结果，因此，所检测的功率低于参考区域的下限，其中，公式(5)的检查已经给出肯定结果的情况下，在块330，自动控制60用来通过增加变速比，增加骑车人64的作用力，而踏频稍微减小。控制器16由此输出命令increase_ratio。

一旦输出控制信号或命令increase_ratio，或一旦在变速装置10中致动这种命令，在块324，重新触发有关当前阶段的时间段recovery_time,threshold_1_time,threshold_2_time,Pmax_time的定时器。

此外，在块326，重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，并且在块328，该循环结束。

在块322的检查给出肯定结果，因此，所检测的功率高于参考区域的上限，其中，公式(6)的检查已经给出肯定结果的情况下，控制器16必须用来通过减小变速比，减小骑车人64的作用力并且增加踏频。

优选地，如果启用相对的选项，在前进到输出相关命令decrease_ratio前，在块332，控制器检查所检测的心率是否高于无氧阈值，上述公式(2)。

在否定情形下，在块334，控制器16输出命令decrease_ratio并且继续重新触发当前阶段的时间段recovery_time,threshold_1_time,threshold_2_time,Pmax_time的块324，以及继续重新触发采样时间段sampling_time的块326，以及继续从该过程退出的块328。

在肯定情形下，另一方面，在块336，进入上文参考图7的块166所述的警报状态。如所述，当针对预定最小时间段，满足公式(2)时，激活警报状态，以便容许简短的心率峰值。

总的来说，在重复训练模式中，通过调整变速比，使蹬踏功率为根据图6的阶段式增长的每一情形下所需的功率，并且不允许心率超出无氧阈值(除了可能的足够短时间段以外)。

图12示例有关表现指标训练124的循环的更详细流程图。

该循环-如将看到的-以参考图8所述的预先选择的采样频率重复，除了进入警报状态以外。

在块350，检查采样时间段sampling_time是否已经经过，如由当训练开始时，先前触发的定时器的耗尽所示。

如果采样时间还未经过，该循环在退出块352结束，从块350重新开始。

另一方面，当采样时间已经经过时，在块354、356，检查所检测的表现指标是否在预定“参考区域”内，例如，宽度2*k，关于设定参考值performance_index_setpoint，分别检查条件：

detected_performance_index<performance_index_setpoint–k(7)

detected_performance_index>performance_index_setpoint+k(8)

“参考区域”例如能是与心率监测器34和/或功率传感器36的分辨率可比较的大小。以这种方式，系统1忽略会导致太频繁换档的非常小差异。例如，k能是0.05W/bpm。

“参考区域”不一定必须关于设定参考值performance_index_setpoint对称，即，在公式(7)和(8)中减和加的值不一定必须彼此相等。

在块354、356均具有否定结果的情况下，在块358，重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，并且在块360，该循环结束。

在块354具有肯定结果，因此，表现指标低于参考区域的下限，其中，公式(7)的检查已经给出肯定结果的情况下，在块362，自动控制60用来通过增加变速比，增加骑车人64的作用力，同时稍微减小踏频。控制器16由此输出命令increase_ratio。

一旦已经输出控制信号或命令increase_ratio，或一旦在变速装置10中致动这种命令，在块358，重新触发关于采样时间段sampling_time的定时器，并且在块360，该循环结束。

在块356的检查给出肯定结果，因此，所检测的表现指标高于参考区域的上限，其中，公式(8)的检查已经给出肯定结果的情况下，控制器16必须用来通过减小变速比，减小骑车人64的作用力并且增加踏频。

优选地，如果启用相对的选项，在进行到输出相关命令decrease_ratio前，控制器在块364中检查所检测的心率是否高于无氧阈值，上述公式(2)。

在否定情形下，在块366，控制器16输出命令decrease_ratio并且继续重新触发采样时间段sampling_time的块358和继续从过程退出的块360。

在肯定情形下，另一方面，在块368，进入上文参考图7的块166所述的警报状态。如所述，当针对预定最小时间段，满足公式(2)时，能激活警报状态，以便容许简短的心率峰值。

总的来说，在表现指标训练模式中，通过调整变速比，使优选地由蹬踏功率和心率之间的比率给出的创新表现指标为所需值，并且不允许心率超出无氧阈值(除可能的足够短的时间段外)。

如在引言部分中所述，表现指标performance_index可以是不同于公式(1)中所述的比率的骑车人的心率的函数和蹬踏功率的函数。

在另一替代训练模式中，表现指标的参考值performance_index_setpoint能随时间改变。特别地，可以提供类似于重复训练模式中的功率的参考值的阶段式增长的阶段式增长，如在图6中所示。鉴于图11和图12所示并且如上所述，这种训练模式的流程图在本领域的技术人员的能力内。

关于根据块212、262、330、362的命令increase_ratio和根据块216、266、334、366的命令decrease_ratio，优选地提供不同可能性。

当提供前变速器和后变速器时，通常，通过将后变速器移动到具有较小直径/较少齿数的齿轮上和/或通过将前变速器移动到具有较大直径/较多齿数的齿轮上，变速比的增加会发生；通过将后变速器移动到具有较大直径/较多齿数的齿轮上和/或通过将前变速器移动到具有较小直径/较少齿数的齿轮上，变速比的减小会发生。

在系统1中，前变速器14可以或可以不启用，而是根据缺省不启用以便避免使骑车人不平衡。这本身表示创造性方面，与在此所述的其他方面无关。

此外，优选地，在系统1中，显示装置30能包括指示启用前变速器和/或指示前变速器14的换档进行中的警报灯。

为了相同目的，例如通过蜂鸣器31，能发出可听警报信号。

此外，优选地，在系统1中，存在在两个或以上换档模式之间选择的可能性。图13图示选择装置400，其中，

‐轻换档模式402，其中，将变速比改变成那些可用的变速比中最近的变速比-分别是紧接较大的变速比或紧接较小的变速比；

‐中换档模式404，其中，将变速比改变成那些可用的变速比中的第二最近的变速比-分别是第二较大的变速比或第二较小的变速比；

‐强换档模式406，其中，将变速比改变成那些可用的变速比中的第三最近的变速比-分别是第三较大的变速比或第三较小的变速比。

这本身表示创造性方面，与在此所述的其他方面无关。

通过结合选择换档模式和启用/禁用前变速器的两种可能性，获得增加变速比的6种不同可能性和减小变速比的6种不同可能性。

图14示例有关控制信号control_signal的实现方式的流程图与图7的块164相比较的实施例。

在块450，检查control_signal是increase_ratio还是decrease_ratio。

如果control_signal是increase_ratio，在块452，检查换档模式是否设定在轻模式；在否定情形下，在块454，检查换档模式是否设置在中等模式；在否定情形下，在块456，检查-即使冗余，因为块452、454、456实际上是“情形”指令-换档模式是否设定到强模式。

在块452、454、456的一个的检查的肯定结果的情况下，在各自的块458、460、462中，检查是否启用前变速器14-当然，提供该选项的话。

在否定情形下，在各自的块464、466、468，通过在具有较小直径/较少齿数的齿轮的方向中，分别一个齿轮、二个齿轮或三个齿轮地移动，移动后变速器12。参考对于变速比的表的指针的向上i位置的移动，这可以通过标记“后变速器-i”示意性地加以指示，其中i在1和3之间改变。类似的符号用在下述块中，包括参考对于变速比的表的指针的向下i位置的移动的符号“+i”。

在块458、460、462的一个的肯定检查的情形下，在各自的块470、472、474，通过在具有较小直径/较少齿数的齿轮的方向中，按一个齿轮、二个齿轮或三个齿轮分别移动，移动后变速器12，并且同时，通过在具有较大直径/较大齿数的齿轮的方向中，总是按一个齿轮移动，移动前变速器14。

另一方面，如果在块450中，control_signal是decrease_ratio，在块482，检查换档模式是否设定到轻模式；在否定情形下，在块484，检查换档模式是否设定在中等模式；在否定情形下，在块486，检查-即使冗余，因为块482、484、486实际上是“情形”指令-换档模式是否设定到强模式。

在块482、484、486的一个的检查的肯定结果的情况下，在各自的块488、490、492中，检查是否启用前变速器14-当然，如果提供这种选项。

在否定情形下，在各自的块494、496、498中，在具有较大直径/较多齿数的齿轮的方向中，分别按一个齿轮、二个齿轮或三个齿轮移动它，移动后变速器12。

在块488、490、492的肯定检查的情况下，在各自的块500、502、504，在具有较大直径/较多齿数的齿轮的方向中，分别按1个齿轮、2个齿轮或三个齿轮移动它，移动后变速器12，同时，在具有较小直径/较小齿数的齿轮的方向中，总是按一个齿轮移动它，移动前变速器14。

如所述，在块464、466、468、470、472、474、494、496、498、500、502、504的每一个中，例如，可以参考包含可能由与后轮的轮毂有关的特定齿轮和与踏板曲柄的轴有关的特定齿轮的所有组合实现的所有变速比的查找表。

从块464、466、468、470、472、474、494、496、498、500、502、504的每一个，一个转到退出块506。

应理解，根据图14的各种检查的顺序能是任何一种。

本领域的技术人员将理解当后变速器12和/或前变速器14接近或处于极端位置时，减少上述可能性，因此，例如，具有较大直径/较多齿数的齿轮或足够多个这种齿轮是不存在的。

此外，当期望避免与后轮的轮毂有关的特定齿轮和与踏板曲柄的轴有关的特定齿轮的组合时，例如，涉及链条的非常歪斜的位置的那些组合，能有意地减少上述可能性。

图15示例在预先选择的训练模式前，由控制器16执行的、有关热身步骤的更详细流程图。

该循环-如将看到的-以由预定定时时段warm_up_sampling_time的值管理的预先选择的频率重复。

用于该预定定时时段的适当值的范围为从几秒至几分钟。优选地，warm_up_sampling_time是其值存储在存储器17中的变量。优选地，该值能由用户修改。

在块600，检查采样时间段warm_up_sampling_time是否已经经过，如由当热身步骤开始时，先前已经触发的定时器的耗尽所示。

如果采样时间还未经过，在退出块602，该循环结束，从块600重新开始。

另一方面，如果采样时间已经经过，在块604、606，检查所检测的心率是否在预定“参考区域”内，例如，宽度2*Delta_Fc，关于设定参考值training_theart_rate_setpoint，分别检查条件：

detected_heart_rate<training_theart_rate_setpoint–Delta_Fc(9)

detected_heart_rate>training_theart_rate_setpoint+Delta_Fc(10)

用于预定频率阈值training_theart_rate_setpoint的适当值的范围为从90到120(每分钟跳动)。优选地，该阈值是其值存储在存储器17中的变量。优选地，该值能由用户修改。

优选地，预定频率阈值training_theart_rate_setpoint按缺省采用等于对应于“无氧阈值”anaerobic_threshold的心率阈值的预定百分比，更优选等于75％的值。

因此，优选地：

training_theart_rate_setpoint＝anaerobic_threshold*K/100(11)

以及更优选：

training_theart_rate_setpoint＝anaerobic_threshold*75％(12)

“参考区域”例如能是与心率监测器34的分辨率可比较的大小。以这种方式，系统1忽略会导致太频繁换档的非常小的差异。例如，Delta_Fc能是1bpm。

“参考区域”不一定必须关于设定参考值training_theart_rate_setpoint对称，即，在公式(9)和(10)中减和加的值不一定必须彼此相等。

在块604、606均具有否定结果的情况下，在块608，重新触发关于采样时间段warm_up_sampling_time的定时器，并且在块610，该循环结束。

在块604具有肯定结果，因此，所检测的心率低于参考区域的下限，其中，公式(9)的检查已经给出肯定结果的情况下，在块612，自动控制60通过检查下述公式，检查骑车人的心率是否正在增加。

detected_heart_rate>previous_heart_rate+Delta_Fc(13)

其中，将previous_heart_rate适当地初始化为开始热身模式时detected_heart_rate的值。

在否定情形下，其中，心率不增加，在块608，重新触发关于采样时间段warm_up_sampling_time的定时器。并且在块610，该循环结束。

在肯定情形下，其中，心率正增加，控制器16用来通过增加变速比，进一步增加骑车人64的作用力，由此，在块614，输出命令increase_ratio。

此后，在块616，重新触发关于采样时间段warm_up_sampling_time的定时器，在块618，将该变量previous_heart_rate的值更新为当前值detected_heart_rate，并且在块620结束。

在块606的检查给出肯定结果，因此，所检测的心率高于参考区域的上限，其中，公式(10)的检查已经给出肯定结果的情况下，热身步骤能结束。

然而，优选地，如果启用相对的选项，在进行到设定训练模式前，在块622，控制器检查所检测的心率是否高于无氧阈值，上述公式(2)。

在否定情形下，在块624，控制器16设定训练模式(已经预先选择或此时选择)并且继续重新触发将用在训练模式中的、关于采样时间段sampling_time的定时器的块626(图9-12)，并且继续从该过程退出的块628。

另一方面，如果在块622的检查中，证实所检测的心率高于无氧阈值，在块630，进入上文参考图7的块166所述的警报状态。如所述，当针对预定最小时间段，满足公式(2)时，能激活警报状态，以便容许简短的心率峰值。

总的来说，在热身模式中，通过逐步地增加变速比，使骑车人的心率变为训练心率(或稍微高于)，并且不允许超出无氧阈值(除了可能的足够短的时间段外)。

还能存在热身步骤的最大持续时间，例如20分钟。

图16示例在训练模式后，由控制器16执行的、有关冷却步骤的更详细流程图。

该循环-如将看到的，以由预定定时时段cool_down_sampling_time的值管理的预选择频率重复。

用于该预定定时时段的适当值的范围为从几秒至几分钟。优选地，cool_down_sampling_time是其值存储在存储器17中的变量。优选地，这样的值能由用户改变。

在块650，检查采样时间段cool_down_sampling_time是否已经经过，如由当冷却步骤开始时，先前触发的定时器的耗尽指示。

如果采样时间还未经过，在退出块652，该循环结束，从块650重新开始。

另一方面，如果采样时间已经经过，在块654、656，检查所检测的心率是否在预定“参考区域”中，例如，宽度2*Delta_Fc，关于设定的参考值training_theart_rate_setpoint，分别检查条件(9)和(10)。

有关预定心率阈值training_theart_rate_setpoint和相对“参考区域”的上述考虑适用。

在块654、656均具有否定结果的情况下，在块658，重新触发有关采样时间段cool_down_sampling_time的定时器，并且在块660，该循环结束。

在块654具有肯定结果，因此，所检测的心率低于参考区域的下限，其中，公式(9)的检查已经给出肯定结果的情况下，例如通过在块662中，设定适当的冷却步骤结束的标志，冷却步骤结束，在块658，重新触发有关采样时间段cool_down_sampling_time的定时器，并且在块660，该循环结束。

在块656的检查给出肯定结果，因此，所检测的心率高于参考区域的上限，其中，公式(10)的检查已经给出肯定结果的情况下，首先，在块664，控制器检查所检测的心率是否高于无氧阈值，上述公式(2)。

如果在块664的检查中，证实所检测的心率高于无氧阈值，在块666，进入参考图7的块166所述的警报状态。如所述，当针对预定最小时间段，满足公式(2)时，能激活警报状态，以便容许简短的心率峰值。

另一方面，如果在块664的检查中，证实所检测的心率不高于无氧阈值，在块668，自动控制60通过下述公式的检查，检查骑车人的心率是否正在减小：

detected_heart_rate<previous_heart_rate–Delta_Fc(14)

其中，在开始冷却模式时，将previous_heart_rate适当地初始化成detected_heart_rate的值。

在否定情形下，其中，心率不是正在减小，在块670，重新触发有关采样时间段cool_down_sampling_time的定时器，并且在块672，该循环结束。

在肯定情形下，其中，心率正在减小，控制器16用于通过减小变速比，进一步减小骑车人64的作用力，因此，在块674，输出命令decrease_ratio。

此后，在块676，重新触发有关采样时间段cool_down_sampling_time的定时器，在块678，将变量previous_heart_rate的值更新为当前值detected_heart_rate，并且在块680，该循环结束。

总的来说，在冷却模式中，通过逐步地减小变速比，使骑车人的心率低于训练心率，并且不允许超出无氧阈值(除可能的足够短的时间段以外)。

还可以提供冷却步骤的最大持续时间，例如15分钟。

至于有关图15和16的块614和674，已经参考图13和14加以概述。优选地，在热身和冷却模式中，使用轻换档模式402。

在除心率监测器34和功率传感器36外，还存在其他传感器的情况下，可以通过进一步检查，补充本发明的自动控制，以便优化生物力学系统62的表现，更好考虑运动员的生理特性、自行车的机电部分的特性和/或行驶路线的特性。

在存在踏频传感器38的情况下，可以提供仅当链条移动时，才启用换档的致动和/或控制信号increase_ratio或decrease_ratio的输出，以便不损坏变速装置10。特别地，仅当由这种踏频传感器38检测的踏频等于或接近各个设定点，例如，如果在关于值cadence_setpoint的范围内，其范围定义为cadence_setpoint±q，其中，q是以每分钟的旋转表示的常数，例如5转/分钟，才启用致动换档和/或输出控制信号increase_ratio或decrease_ratio。用于踏频设定点的适当值为例如60转/分钟。

此外，在系统1中提供一个或多个传感器32允许随时间采集一系列值以便存储，用于它们的后续处理，例如，对指定骑车人、指定路线、指定路面类型等等，检查变速装置10，特别是其齿轮及可用变速比是否适合。因此，可以识别，尤其是在赛车领域中，允许最佳表现的变速装置10。

还可以使用随时间采集的一系列值来评估机械装置的效率及其随时间的劣化。

控制器16优选地实现由用户设定上述各种参数/变量的值的设定模式，优选地每一个分别在值的预定范围内。此外，优选地对每一参数/变量，在缺少由用户定义的设定值时，将使用的缺省值存储在存储器17的只读区域中。

上文是创造性方面的各种实施例的描述，在不背离本发明的范围的情况下，能做出进一步改进。能改变各个部件的形状和/或大小和/或位置和/或取向和/或各个步骤的顺序。能由两个或以上部件或模块执行一个元件或模块的功能，反之亦然。示为相互直接连接或接触的部件可以具有设置在它们之间的中间结构。示为直接后续的步骤能具有在它们之间执行的中间步骤。在图中所示和/或参考图或实施例所述的详情能用在其他图或实施例中。并非在图中所示或在同一上下文中所述的所有细节均必须存在于同一实施例中。应当将证实相对于现有技术有创新的特征或方面单独或结合其他特征视为本身所述，与明确描述为创新的内容无关。

Claims (15)

1.一种致动自行车电子变速装置(10)的方法，包括步骤：

(a)接收指示使用所述自行车的骑车人(64)的心率的信号(detected_heart_rate)，

(b)接收指示由所述骑车人(64)传递的功率的信号(detected_power)，

(c)根据指示所述功率的信号(detected_power)的值和指示所述心率的信号(detected_heart_rate)的值，计算表现指标(detected_performance_index)，

(d)获得(150)用于所述表现指标的参考值(performance_index_setpoint)，

(e)将所计算的表现指标(detected_performance_index)与所述表现指标的所述参考值(performance_index_setpoint)进行比较(158,354,356),

(f)根据比较步骤(e)的结果，发出(164,362,366)变速装置(10)的控制信号(control_signal,increase_ratio,decrease_ratio)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括将所述表现指标(detected_performance_index)计算为指示所述功率的信号(detected_power)的值与指示所述心率的信号(detected_heart_rate)的值之间的比率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(e)包括检查(354)所计算的表现指标(detected_performance_index)是否低于有关所述表现指标的所述参考值(performance_index_setpoint)的参考区域的下限，并且：

‐在肯定情形下，步骤(f)包括发出(362)增加所述变速装置(10)的变速比的信号(increase_ratio)；

‐在否定情形下，步骤(f)包括发出(366)减小所述变速装置(10)的变速比的信号(decrease_ratio)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括步骤：

(g)检查(162,364)指示所述心率的信号(detected_heart_rate)的值是否高于指示所述骑车人(64)的无氧阈值的阈值(anaerobic_threshold)，以及其中

仅当步骤(g)的检查具有否定结果时，才执行发出变速装置(10)的控制信号的步骤(f)，而如果步骤(g)的检查具有肯定结果，所述方法包括步骤：

(h)激活(166，368)警报模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，激活(166，368)警报模式的步骤(h)包括发出减小所述变速装置的变速比的信号(decrease_ratio)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，以能够从至少两个不同值(slow_time,medium_time,fast_time,automatic_time)选择(170)的采样频率(sampling_time)，执行步骤(a)至(f)。

7.根据权利要求6所述的方法，包括步骤：

(i)基于指示使用所述自行车的所述骑车人(64)的所述心率的信号(detected_heart_rate)和/或基于指示由所述骑车人(64)传递的所述功率的信号(detected_power)，选择所述采样频率。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，自行车变速装置(10)包括后变速器(12)和前变速器(14)，其中，所述方法进一步包括步骤：

(j)有选择地启用或禁用所述前变速器(14)的运动，以及

(k)在步骤(j)中启用所述前变速器(14)的运动的情况下，通过所述后变速器(12)的运动和/或所述前变速器(14)的运动，致动所述控制信号(control_signal,increase_ratio,decrease_ratio)，在步骤(j)中禁用所述前变速器(14)的运动的情况下，仅通过所述后变速器(12)的运动，致动所述控制信号(control_signal,increase_ratio,decrease_ratio)。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括向所述骑车人指示何时启用所述前变速器(14)和/或指示所述前变速器(14)的换档正在进行中的步骤。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括步骤：

(l)从用户界面(22)接收换档请求信号(gearshifting_request)，

(m)在半自动模式(68)中，步骤(f)包括根据比较步骤(e)的结果和/或基于在步骤(l)中接收的所述换档请求信号(gearshifting_request)，发出(164，362，366)所述变速装置(10)的所述控制信号(control_signal,increase_ratio,decrease_ratio)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在缺省模式中，优先考虑比较步骤(e)的结果，发出所述变速装置(10)的所述控制信号(control_signal,increase_ratio,decrease_ratio)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，步骤(d)包括：

(d1)利用阶段式增长，生成用于所述表现指标的所述参考值(performance_index_setpoint)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，步骤(d1)包括：

(d2)利用循环重复的阶段式增长，生成用于所述表现指标的所述参考值(performance_index_setpoint)。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，包括步骤：

(n)从在轻换档模式(402)、中换档模式(404)和强换档模式(406)中选择的至少两种换档模式选择(400)，以及其中，

‐如果所述预定换档模式是轻换档模式(402)，则发出(164，362，366)所述变速装置(10)的控制信号的步骤(f)包括发出(464，470，494，500)用于将所述变速比改变成可用变速比中的最接近的变速比——分别为紧接较大的变速比或紧接较小的变速比——的请求信号；

‐如果所述预定换档模式是中换档模式(404)，则发出(164，362，366)所述变速装置(10)的控制信号的步骤(f)包括发出(466，472，496，502)用于将所述变速比改变成可用变速比中的第二最接近的变速比——分别第二较大的变速比或第二较小的变速比——的请求信号；

‐如果所述预定换档模式是强换档模式(406)，则发出(164，362，366)所述变速装置(10)的控制信号的步骤(f)包括发出(468，474，498，504)用于将所述变速比改变成可用变速比中的第三最接近的变速比——分别第三较大的变速比或第三较小的变速比——的请求信号。

15.一种自行车电子系统(1)，包括电子变速装置(10)、控制器(16)、心率监测器(34)和功率传感器(36)，其中，所述控制器(16)包括适于执行根据权利要求1-14中的任一项所述的方法的步骤的模块。