CN107757251A - 自行车花鼓组件和自行车控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种自行车花鼓组件，包括具有制动表面的花鼓壳。倒轮式制动蹄容纳在花鼓壳中并与制动表面配合以产生制动力。马达容纳在花鼓壳中，并构造成被控制以至少改变或保持齿轮比。

Description

自行车花鼓组件和自行车控制系统
技术领域
本公开涉及自行车花鼓组件和自行车控制系统。
背景技术
自行车工业正在不断改进和发展自行车的各种部件。例如，通过引用并入本文的公开号为55-46907的日本公开专利公开了一种设置有倒轮式制动器的自行车内部传动装置。内部传动装置沿轴向方向可移动。内部传动装置包括驱动凸轮和布置在花鼓壳中的从动凸轮。当启动和停用倒轮式制动器时，驱动凸轮沿轴向方向移动以与从动凸轮接合和/或与从动凸轮脱离。
公开号为10-203466的日本公开专利公开了一种踏板辅助自行车，其设置有前传动装置，前传动装置包括联接到曲柄轴的差动齿轮和联接到差动齿轮并由控制器控制以产生马达动力辅助力的电动马达。
发明内容
本公开的目的是提供具有新颖结构和功能的新的自行车部件和系统。
因此，本公开的一个方面是提供一种自行车花鼓组件，其包括：包括制动表面的花鼓壳；容纳在花鼓壳中以与制动表面配合以产生制动力的倒轮式制动蹄；以及容纳在所述花鼓壳中并构造成被控制以用于至少改变或保持齿轮比的马达。
在根据第一方面的自行车花鼓组件的第二方面中，马达沿花鼓壳的轴向方向远离倒轮式制动蹄布置。
在根据第一或第二方面的自行车花鼓组件的第三方面，马达与花鼓壳的中心轴线同心地布置。
在根据第一至第三方面中任一方面的自行车花鼓组件的第四方面中，马达直接或间接地联接到控制器，如果通过蹬踏推进所述自行车，马达根据来自所述控制器的齿轮比请求信号以受控制的马达转速旋转，以通过步进方式或无级方式改变所述齿轮比或保持所选定的传动比，并且如果所述自行车停止，则所述马达根据来自所述控制器的旋转停止信号而停止。
根据第一至第四方面中任一方面的自行车花鼓组件的第五方面还包括将马达与电池或发电机电连接的电源导体。
根据第一至第五方面中任一方面的自行车花鼓组件的第六方面还包括至少部分地覆盖有所述花鼓壳的花鼓轴；直接或间接地联接到驱动构件并且沿第一方向和与第一方向相反的第二方向可旋转的花鼓驱动器，其中当踏板沿向前行进方向旋转时，花鼓驱动器沿第一方向旋转，并且其中当踏板沿与向前行进方向相反的方向旋转时，花鼓驱动器沿第二方向旋转；以及传动装置，其布置在所述花鼓壳内部，以将花鼓驱动器沿第一方向的旋转以选定的齿轮比传递到花鼓壳；其中，所述倒轮式制动蹄构造为通过由所述花鼓驱动器沿第二方向的旋转引起的所述传动装置的旋转运动而被按压抵靠所述制动表面，以产生摩擦制动力，并且其中所述传动装置包括所述马达。
在根据第六方面的自行车花鼓组件的第七方面中，传动装置包括直接或间接地联接到花鼓驱动器、倒轮式制动蹄和马达中的每一个的周转转子机构。
在根据第七方面的自行车花鼓组件的第八方面中，马达和倒轮式制动蹄沿花鼓轴的轴向方向布置在周转转子机构的相反的侧处。
根据第七或第八方面的自行车花鼓组件的第九方面，还包括联接到周转转子机构上的第一位置的第一单向离合器。当花鼓驱动器沿第一方向旋转时，第一单向离合器停止将花鼓驱动器沿第一方向的旋转传递到倒轮式制动蹄，使得倒轮式制动蹄不产生摩擦制动力。当花鼓驱动器沿第二方向旋转时，第一单向离合器允许将花鼓驱动器沿第二方向的旋转经由周转转子机构传递到倒轮式制动蹄，使得倒轮式制动蹄产生摩擦制动力。
在根据第七和第九方面中任一方面的自行车花鼓组件的第十方面中，所述周转转子机构包括与所述花鼓轴同轴布置的太阳转子、联接到所述太阳转子的多个行星转子、可旋转地支撑多个行星转子的承载件，以及联接到多个行星转子的环形转子。马达包括联接到太阳转子的旋转轴。
在根据第十方面的自行车花鼓组件的第十一方面中，马达的旋转轴联接到太阳转子以与太阳转子一体地旋转。
在根据第十一方面的自行车花鼓组件的第十二方面中，环形转子联接到花鼓驱动器以与花鼓驱动器一体地旋转。
在根据第十一或第十二方面的自行车花鼓组件的第十三方面中，当花鼓驱动器沿第二方向旋转时，马达被控制以产生电磁制动力并向太阳转子施加电磁制动力或以允许旋转轴的自由旋转。
在根据第九方面的自行车花鼓组件的第十四方面中，周转转子机构包括与花鼓轴同轴布置的太阳转子、联接到太阳转子的多个行星转子、可旋转地支撑多个行星转子的承载件，以及联接到所述多个行星转子的环形转子。马达包括联接到太阳转子的旋转轴。第一单向离合器联接到环形转子和承载件，以将花鼓驱动器沿第二方向的旋转经由第一单向离合器和承载件传递到倒轮式制动蹄，并且不将花鼓驱动器沿第一方向的旋转传递到承载件。
根据第十四方面的自行车花鼓组件的第十五方面还包括联接到周转转子机构上的第二位置的第二单向离合器。第二位置沿花鼓轴的轴向方向不同于第一位置。第二单向离合器构造成将花鼓驱动器沿第一方向的旋转经由第二单向离合器和承载件传递到花鼓壳，并且不将花鼓驱动器沿第二方向的旋转传递到花鼓壳。
在根据第十五方面的自行车花鼓组件的第十六方面中，承载件包括分别可旋转地支撑多个行星转子的多个行星轴。多个行星转子布置在周转转子机构的第一位置和第二位置之间。
根据第十五方面的自行车花鼓组件的第十七方面还包括第三单向离合器，其布置在周转转子机构上的沿花鼓轴的轴向方向不同于第一位置和第二位置的第三位置处，以将环形转子的旋转传递到承载件并且不将承载件的旋转传递到环形转子。第三单向离合器联接到环形转子和承载件，以在马达未旋转时使环形转子和承载件以与花鼓驱动器的旋转速度相同的旋转速度一体地旋转。
在根据第十至第十三方面中任一方面的自行车花鼓组件的第十八方面中，所述承载件包括沿轴向方向与所述马达相反布置并可旋转地支撑制动滚柱的凸轮表面。凸轮表面成形为使得当花鼓驱动器沿第二方向旋转时，制动滚柱将倒轮式制动蹄沿径向向外方向朝向制动表面按压。
根据第七方面的自行车花鼓组件的第十九方面还包括联接到所述花鼓壳和所述周转转子机构的环形转子的第一单向离合器，以及联接到周转转子机构的所述环形转子和承载件的第二单向离合器。第一单向离合器和第二单向离合器被布置成使得花鼓驱动器沿第一方向的旋转以相继的方式经由承载件、第二单向离合器、环形转子和第一单向离合器传递到花鼓壳，并且花鼓驱动器沿第二方向的旋转经由承载件被传递到倒轮式制动蹄，而不涉及环形转子和第一单向离合器和第二单向离合器。
在根据第十九方面的自行车花鼓组件的第二十方面中，第一单向离合器联接到环形转子的第一径向位置，并且第二单向离合器联接到环形转子的第二径向位置，所述第二径向位置与所述第一径向位置不同。
本发明的第二十一方面是一种自行车控制系统，包括以下部件：第一马达；花鼓组件，其包括经由至少驱动构件联接到曲柄轴的花鼓驱动器；以及第二马达，第二马达布置在所述花鼓组件中，以产生用于至少改变或保持齿轮比的转矩。
根据第二十一方面的自行车控制系统的第二十二方面，还包括至少一个旋转传感器，其布置成检测曲柄轴和花鼓驱动器中的一个或两者的旋转并输出传感器信号。
根据第二十二方面的自行车控制系统的第二十三方面还包括控制器，控制器连接到第一马达、第二马达和至少一个旋转传感器，以根据从至少一个旋转传感器提供的传感器信号来控制第一马达和第二马达。
根据第二十三方面的自行车控制系统的第二十四方面还包括电连接到第一马达、第二马达和控制器的电池和/或发电机。
在根据第二十二至第二十四方面中任一方面的自行车控制系统的第二十五方面中，所述至少一个旋转传感器包括检测曲柄轴的旋转速度的踏频传感器。
在根据第二十五方面的自行车控制系统的第二十六方面中，控制器根据从踏频传感器提供的传感器信号产生用于控制第一马达的第一控制信号。
在根据第二十五或第二十六方面的自行车控制系统的第二十七方面中，控制器根据从踏频传感器提供的传感器信号产生用于控制第二马达的第二控制信号。
在根据第二十二至第二十五方面中任一方面的自行车控制系统的第二十八方面中，所述至少一个旋转传感器包括花鼓旋转传感器，其检测花鼓驱动器的旋转速度。
在根据第二十八方面的自行车控制系统的第二十九方面中，控制器根据从花鼓旋转传感器提供的传感器信号产生用于控制第一马达的第一控制信号。
在根据第二十五到第二十七方面中的任一方面的自行车控制系统的第三十方面中，控制器根据从花鼓旋转传感器提供的传感器信号产生用于控制第二马达的第二控制信号。
在根据第二十二至第三十方面中任一方面的自行车控制系统的第三十一方面中，所述控制器包括经由有线或无线通信链路连接到所述至少一个旋转传感器的接口；存储器，存储器储存用于根据由接口接收的传感器信号来控制第一马达和第二马达的计算机可读指令；以及处理器，处理器构造成访问存储器以执行计算机可读指令并产生用于控制第一马达和第二马达的马达控制信号。
在根据第三十一方面的自行车控制系统的第三十二方面中，第一马达包括产生用于产生马达动力辅助力的转矩的第一辅助马达。控制器构造成向第一辅助马达提供作为马达控制信号的马达动力辅助请求信号。第一辅助马达旋转以将对应于马达动力辅助请求信号的马达动力辅助力添加到驱动构件。
在根据第三十二方面的自行车控制系统的第三十三方面中，控制器构造成向第二马达提供作为马达控制信号的齿轮比请求信号。第二马达以对应于齿轮比请求信号的受控制的马达转速旋转，以通过步进方式或无级方式改变齿轮比或保持所选定的齿轮比。
在根据第二十一和第三十三方面中任一方面的自行车控制系统的第三十四方面中，花鼓组件包括具有制动表面的花鼓壳和容纳在花鼓壳中以与制动表面配合以产生制动力的倒轮式制动蹄。
结合附图，本发明的其它方面和优点将从以下描述中变得显而易见，通过举例的方式说明了本发明的原理。
附图说明
图1是自行车传动系的示意图；
图2是根据第一实施例的自行车花鼓组件的示意性截面图；
图3和图4是图2的自行车花鼓组件的框图；
图5是当自行车推进时图2的自行车花鼓组件的框图；
图6是当自行车制动时图2的自行车花鼓组件的框图；
图7是当自行车滑行时图2的自行车花鼓组件的框图；
图8是根据第一实施例的第一工作示例的自行车花鼓组件的截面图；
图9和图10是图8的自行车花鼓组件的第一单向离合器的截面图；
图11是当自行车推进时图8的自行车花鼓组件的框图；
图12是当自行车制动时图8的自行车花鼓组件的框图；
图13是当自行车滑行时图8的自行车花鼓组件的框图；
图14是根据第一实施例的第二工作示例的自行车花鼓组件的截面图；
图15是当自行车推进时图14的自行车花鼓组件的框图；
图16是当自行车制动时图14的自行车花鼓组件的框图；
图17是当自行车滑行时图14的自行车花鼓组件的框图；
图18是根据第二实施例的自行车控制系统的框图；
图19是包括图18的自行车控制系统的自行车的示意图。
具体实施方式
现在将参照图1至图4描述根据一个实施例的自行车花鼓组件。
现在将参照附图描述各种实施例。对于本领域技术人员来说，根据本公开内容将显而易见的是，提供实施例的以下描述仅用于说明，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明的目的。
在本申请中，以下方向术语“前”、“后”、“向前”、“向后”、“左”、“右”“向上”、“向下”以及任何其他类似的方向术语是指例如基于面向车把骑自行车的骑车者确定的那些方向。因此，用于描述自行车花鼓组件的这些术语应当相对于在水平表面上的直立骑行位置中使用的自行车来解释。
如图1所示，自行车传动系1包括曲柄轴2、一对曲柄臂3、前链轮4、后链轮5和驱动构件6。曲柄臂3联接到曲柄轴2的沿轴向方向的各个端部。踏板7各自包括踏板主体和踏板轴。踏板主体由踏板轴可旋转地支撑。踏板轴联接到曲柄臂3。前链轮4与曲柄轴2一体地可旋转。后链轮5经由诸如链条的驱动构件6连接到前链轮4。后链轮5固定地附接到自行车花鼓组件10。后链轮5可以可选地附接到自行车花鼓组件10和从自行车花鼓组件10拆卸，而不会损坏后链轮5和自行车花鼓组件10。根据本公开，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，链轮4和5可以换成滑轮或齿轮，并且驱动构件6可以换成柔性带或驱动轴。
图2示出了根据第一实施例的自行车花鼓组件10。自行车花鼓组件10包括花鼓轴11、花鼓壳12和花鼓驱动器13。花鼓轴11构造成固定地附接到诸如后下叉的自行车车架F。花鼓轴11包括沿轴向方向在花鼓轴11的任一端处的螺纹外表面。花鼓轴11是实心轴或具有轴向通孔的中空轴。在下面的描述中，轴向方向是指平行于花鼓轴11的中心轴线Ax的图2的水平方向。中心轴线Ax也可以被称为花鼓壳12的中心轴线。在本实施例中，花鼓轴11至少部分地被花鼓壳12覆盖。
后链轮5固定地附接到自行车花鼓组件10的花鼓驱动器13或与自行车花鼓组件10的花鼓驱动器13一体形成。花鼓驱动器13直接或间接地联接到驱动构件6(图1)，并且沿第一方向D1和与第一方向D1相反的第二方向D2可旋转。在本实施例中，花鼓驱动器13经由后链轮5联接到驱动构件6。如图1所示，当踏板7或曲柄轴2沿向前行进方向FD旋转时，花鼓驱动器13沿第一方向D1旋转。当踏板7或曲柄轴2沿与向前行进方向FD相反的方向RD旋转时，花鼓驱动器13沿与第一方向D1相反的第二方向D2旋转。花鼓壳12包括中空圆柱部分12a和一对花鼓凸缘14a。中空圆柱部分12a包括外表面14和内表面15。花鼓凸缘14a设置在外表面14上。每个花鼓凸缘14a包括多个辐条孔14b。花鼓凸缘14a沿轴向方向彼此间隔开。中空圆柱部分12a和花鼓凸缘14a一体地形成为单件式构件。内表面15包括制动表面15a。倒轮式制动蹄16在面向制动表面15a的位置处被容纳在花鼓壳12中。倒轮式制动蹄16构造成与制动表面15a配合以产生摩擦制动力。
第一轴承17联接到花鼓驱动器13的内表面和花鼓轴11的外表面，使得花鼓驱动器13相对于花鼓轴11可旋转。第二轴承18联接到花鼓壳12的内表面15和花鼓驱动器13的外表面，使得花鼓壳12相对于花鼓驱动器13围绕花鼓轴11可旋转。第三轴承19联接到花鼓壳12的内表面15和固定在花鼓轴11的外表面上的定位构件11a，使得花鼓壳12围绕花鼓轴11可旋转。
花鼓壳12容纳传动装置20，其用作倒轮式制动致动装置和换档装置。传动装置20联接到花鼓驱动器13、花鼓壳12和倒轮式制动蹄16。传动装置20构造成根据花鼓驱动器13的旋转方向，将花鼓驱动器13的旋转运动传递到花鼓壳12和倒轮式制动蹄16中的一个。传动装置20具有可变的齿轮比或传动比，并且包括构造成被控制用于改变自行车花鼓组件10的齿轮比和/或维持选定的齿轮比的电动马达21。
如图3所示，用于控制马达21的控制器50布置在花鼓壳12的内部。在一个实施例中，控制器50经由导线连接到马达21。在另一个实施例中，控制器50安装在马达21的外表面上，并经由电触点组件直接连接到马达21。控制器50经由导线或电触点组件为马达21提供马达控制信号。如下面所述，马达控制信号包括齿轮比请求信号MC1、旋转停止信号MC2和待机信号MC3。
如图3所示，马达21由布置在花鼓壳12内部的电源51供电。电源51经由电源导体52直接或间接地向马达21和控制器50供电。电源导体52将马达21与电源51电连接，其中，电源51可以是电池和/或发电机，诸如花鼓发电机。
在图4的示例中，控制器50和电源51布置在花鼓壳12的外部。在这种情况下，电源导体52包括穿过花鼓轴11的轴向通孔从花鼓壳12引出到电源51的导线。电源51可以是可拆卸地安装在自行车车架上的可再充电电池(图19中的252)，例如安装到自行车B的下管、座管或后承载件。控制器50可以与自行车码表300(图19)、操作单元301(诸如安装在车把302上的杆)和电源51的壳体中的一个或多个集成在一起。根据本公开，对自行车领域的技术人员将显而易见的是，马达21、电源51和控制器50之间的电连接不限于图3和图4的那些，并且如果需要和/或期望，可以换成不同的结构。
自行车花鼓组件10可以可选地在以下功能状态之一中操作：推进；制动；和滑行。当骑车者向前(图1的向前行进方向FD)蹬踏以使花鼓驱动器13沿第一方向D1旋转以加速自行车时发生推进。当骑车者向后(图1的方向RD)蹬踏时发生制动，然后骑车者更用力或更轻柔地推动踏板7，以分别实现更多或更少的制动。当骑车者保持踏板7静止时或者在没有驱动力从前链轮4经由驱动构件6、后链轮5和花鼓驱动器13传递到花鼓壳12时发生滑行。
参见图5至图7，下文将描述图2的自行车花鼓组件10的操作。在图5至图7中，“HS”是花鼓壳12的缩写，“HD”是花鼓驱动器13的缩写，“BS”是倒轮式制动蹄16的缩写，“M”是马达21的缩写。
如图5所示，当骑车者向前蹬踏以推进自行车时，花鼓驱动器13沿第一方向D1旋转。传动装置20将花鼓驱动器13沿第一方向D1的旋转运动传递到花鼓壳12。传动装置20不将花鼓驱动器13沿第一方向D1的旋转运动传递到倒轮式制动蹄16。控制器50通过提供齿轮比请求信号MC1来控制马达21以产生转矩。马达21根据齿轮比请求信号MC1产生转矩，以改变自行车花鼓组件10的齿轮比或维持选定的齿轮比。
如图6所示，当骑车者向后蹬踏以停止自行车时，花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转。传动装置20不将花鼓驱动器13沿第二方向D2的旋转运动传递到花鼓壳12。而是，传动装置20将花鼓驱动器13沿第二方向D2的旋转运动传递到倒轮式制动蹄16。这使得倒轮式制动蹄16在径向方向上朝向花鼓壳12的制动表面15a移动，从而产生摩擦制动力。
当花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转时，控制器50控制马达21不产生转矩。例如，马达21仅根据来自控制器50的旋转停止信号MC2停止产生转矩。优选地，马达21根据旋转停止信号MC2产生电磁制动力，以强制停止和固定马达21。
如图7所示，当自行车滑行时，传动装置20使花鼓壳12和倒轮式制动蹄16二者与花鼓驱动器13脱离接合。因此，花鼓壳12通过惯性而在滑行过程中继续加速和/或减速。
优选地，控制器50为马达21提供待机信号MC3，使得当自行车滑行时，马达21以相对低的马达转速旋转。这缩短了在进入推进状态时马达21的响应时间。然而，根据本公开，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，马达21可以被控制为不产生转矩或如上所述的强制停止转动。
如上所述，第一实施例的自行车花鼓组件10包括具有制动表面15a的花鼓壳12、容纳在花鼓壳12中以与制动表面15a配合以产生制动力的倒轮式制动蹄16、以及容纳在花鼓壳12中并构造成被控制用于至少改变或维持齿轮比的马达21。因此，自行车花鼓组件10在例如花鼓壳12的单个单元中同时具有倒轮式制动功能和电动换档功能。
下面描述了第一实施例的自行车花鼓组件10的一些工作示例。与上述解释的元件具有基本相同功能的元件将在这里用相同的附图标记编号，并且将不再详细描述。
图8示出了根据第一实施例的第一工作示例的自行车花鼓组件10a。
马达21包括具有磁芯的旋转轴21a、电磁线圈21b和马达壳体21c。旋转轴21a是管状的。马达壳体21c固定在花鼓轴11上。
传动装置20包括直接或间接地联接到旋转轴21a、花鼓驱动器13和倒轮式制动蹄16中的每一个的周转转子机构30。周转转子机构30是所有转子为齿轮的行星齿轮机构。然而，根据本公开内容，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，周转转子机构30可以换成行星摩擦机构，其中所有转子都是与相应的无齿转子各自摩擦接触的无齿转子。
周转转子机构30包括太阳转子31、多个行星转子32、承载件33和环形转子34。太阳转子31与花鼓轴11同轴布置。多个行星转子32联接到太阳转子31。承载件33可旋转地支撑多个行星转子32。环形转子34联接到多个行星转子32。
太阳转子31、承载件33和环形转子34各自具有与花鼓轴11同轴的旋转轴线。每个行星转子32具有与花鼓轴11平行但不与花鼓轴11同轴的旋转轴线。
从下面的描述将会显而易见的是，图8的自行车花鼓组件10a的环形转子34和承载件33分别用作旋转输入构件和旋转输出构件。
太阳转子31联接到马达21的旋转轴21a上。太阳转子31是环状的。太阳转子31固定地附接到旋转轴21a或与旋转轴21a一体形成。太阳转子31由马达21旋转。因此，马达21的旋转轴21a联接到太阳转子31以与太阳转子31一体地旋转。
每个行星转子32是包括较小直径部分32a和较大直径部分32b的阶梯转子，较小直径部分32a和较大直径部分32b的中间具有径向阶梯。较小直径部分32a与太阳转子31啮合。较大直径部分32b与环形转子34啮合。
承载件33包括环形部分33a、圆柱形中间部分33b和倒轮式制动安装部分33c。环形部分33a、圆柱形中间部分33b和倒轮式制动安装部分33c一体地形成为单件式构件。在其他实施例中，环形部分33a、圆柱形中间部分33b和倒轮式制动安装部分33c可以是组装在一起以使承载件33形成单件式构件的独立构件。承载件33包括用于在轴向方向上在环形部分33a和圆柱形中间部分33b之间容纳行星转子32的一个或多个开口。环形部分33a和圆柱形中间部分33b可以被称为周转转子机构30的第一位置和第二位置。
承载件33包括分别可旋转地支撑多个行星转子32的多个行星轴33d。由行星轴33d支撑的行星转子32设置在承载件33的环形部分33a与圆柱形中间部分33b之间的一个或多个开口中。行星转子32布置在环形部分33a与圆柱形中间部分33b之间。环形部分33a在轴向方向上与花鼓驱动器13分开以形成用于容纳马达21的环形空间。承载件33的环形部分33a包括沿径向方向与太阳转子31和/或马达21的旋转轴21a间隔开的内表面以及中心孔。环形部分33a可以是具有中心孔的多角形管或环形管。
圆柱形中间部分33b沿轴向方向布置在环形部分33a和倒轮式制动安装部分33c之间。在第一工作示例中，圆柱形中间部分33b的直径比倒轮式制动安装部分33c的直径大。
环形部分33a、圆柱形中间部分33b和倒轮式制动安装部分33c一体地围绕花鼓轴11可旋转。因此，承载件33围绕花鼓轴11旋转，同时行星转子32围绕各自的行星轴33d旋转。
在第一工作示例中，承载件33包括行星轴33d。然而，行星轴33d可以是行星转子32的一部分。在这种情况下，承载件33的环形部分33a和圆柱形中间部分33b可旋转地接收每个行星轴33d的轴向端部。
环形转子34联接到花鼓驱动器13以与花鼓驱动器13一体地旋转。在本实施例中，环形转子34是包括轴向第一端部34a、轴向第二端部34b以及在轴向第一端部34a和轴向第二端部34b之间延伸的轴向中间部分34c的中空圆筒。花鼓驱动器13固定地连接到环形转子34的轴向第一端部34a或与环形转子34的轴向第一端部34a一体地形成。环形转子34与花鼓驱动器13一体地沿第一方向D1和第二方向D2旋转。
自行车花鼓组件10a包括联接到周转转子机构30上的第一位置的第一单向离合器35。当花鼓驱动器13沿第一方向D1旋转时，第一单向离合器35停止将花鼓驱动器13沿第一方向D1的旋转传递到倒轮式制动蹄16，使得倒轮式制动蹄16不产生摩擦制动力。当花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转时，第一单向离合器35允许经由周转转子机构30将花鼓驱动器13沿第二方向D2的旋转传递到倒轮式制动蹄16，使得倒轮式制动蹄16产生摩擦制动力。在本实施例中，第一单向离合器35联接到承载件33，例如在承载件33的环形部分33a处，以及联接到环形转子34，例如在环形转子34的轴向中间部分34c处，以经由第一单向离合器35和承载件33将花鼓驱动器13沿第二方向D2的旋转传递到倒轮式制动蹄16，并且不将花鼓驱动器13沿第一方向D1的旋转传递到承载件33。例如，第一单向离合器35构造成在花鼓驱动器13(环形转子34)沿第一方向D1旋转时使环形转子34与承载件33的环形部分33a脱离接合，并且在花鼓驱动器13(环形转子34)沿第二方向D2旋转时使环形转子34与承载件33的环形部分33a接合。
自行车花鼓组件10包括第二单向离合器36，第二单向离合器36联接到不同于承载件33的环形部分33a的圆柱形中间部分33b。第二单向离合器36构造成经由第二单向离合器36和承载件33将花鼓驱动器13沿第一方向D1的旋转运动传递到花鼓壳12，并且不将花鼓驱动器13沿第二方向D2的旋转运动传递到花鼓壳12。例如，当花鼓驱动器13(环形转子34)和承载件33沿第一方向D1以相同的速度旋转时，第二单向离合器36将承载件33的圆柱形中间部分33b与花鼓壳12接合。当花鼓驱动器13(环形转子34)和承载件33沿第二方向D2旋转时或者当花鼓壳12沿第一方向D1的旋转比承载件33快时，第二单向离合器36使承载件33的圆柱形中间部分33b与花鼓壳12脱离。第二单向离合器36具有一般的滚柱离合器机构或一般的棘爪式离合器机构。
第三单向离合器37例如在沿花鼓轴11的轴向方向与第一单向离合器35和第二单向离合器36分离或不同的承载件33的第三位置处联接到周转转子机构30。第三单向离合器37构造成将环形转子34的旋转运动传递到承载件33。第三单向离合器37构造成当承载件33沿第二方向D2旋转时或者当承载件33沿第一方向D1旋转得比环形转子34快的时候不将承载件33的旋转运动传递到环形转子34。第三单向离合器37联接到环形转子34和承载件33，以在马达21不旋转时，使环形转子34和承载件33以与花鼓驱动器13的旋转速度相等的旋转速度一体地旋转。简而言之，第三单向离合器37的主要功能是使承载件33相对于花鼓驱动器13以1:1的齿轮比旋转。优选提供第三单向离合器37，因为它消除了为了使承载件33的角速度与花鼓驱动器13沿第一方向D1的角速度相等而致动和/或驱动马达21的需要。这简化并减少了用于控制马达21的计算机程序，降低了控制器50的计算负荷，并且通过马达21和/或控制器50降低了电源51的功耗。第三单向离合器37具有一般的滚柱离合器机构或一般的棘爪式离合器机构。
图9和图10示出了第一单向离合器35的示例。第一单向离合器35包括凸轮表面350、滚柱351、环形可动滚柱架352、第一偏置构件353和第二偏置构件354。
凸轮表面350包括以一定角度间隔形成在承载件33的环形部分33a的外表面上的凹部。或者，凸轮表面350可以形成在固定地附接到环形部分33a的外表面的内圈中或者形成在固定地附接到环形转子34的内表面的外圈中。
滚柱351分别布置在凸轮表面350上。滚柱架352沿第一方向D1和第二方向D2可移动，并可旋转地支撑相应的凸轮表面350内的滚柱351。
第一偏置构件353弹性地连接滚柱架352和承载件33的环形部分33a。第一偏置构件353可以是螺旋弹簧。
第二偏置构件354布置在滚柱架352和诸如马达21的马达壳体21c的不可移动部件之间。第二偏置构件354包括近端354a和包括弯曲部分354c的滑动接触部分354b。近端354a被滚柱架352宽松地接收。滑动接触部分354b与不可移动部件弹性地接触。第二偏置构件354是所谓的滑动弹簧。
如图9所示，当环形转子34沿第一方向D1旋转时，第二偏置构件354的近端354a与滚柱架352接合，以沿第二方向D2偏置滚柱架352和滚柱351。同时，第一偏置构件353沿第二方向D2偏置滚柱架352。因此，滚柱351被接收在凸轮表面350的凹部中并不与环形转子34接合。因此，沿第一方向D1旋转的环形转子34不会使承载件33的环形部分33a旋转。
如图10所示，当环形转子34沿第二方向D2旋转时，第二偏置构件354的近端354a与滚柱架352接合，并使滚柱架352和滚柱351抵抗第一偏置构件353沿第二方向D2的偏置力沿第一方向D1移动。滚柱351在凸轮表面350上沿第一方向D1和径向向外方向移动，并且与环形转子34接合。因此，沿第二方向D2旋转的环形转子34使承载件33的环形部分33a沿第二方向D2旋转。
根据本公开，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，单向离合器35可以是其他弹簧加载的滚柱式或斜撑式。单向离合器36和37类似地具有需要和/或期望的任何合适的结构。
如图8所示，承载件33包括沿轴向方向与马达21相反布置的凸轮表面41。凸轮表面41可旋转地支撑制动滚柱42。在本实施例中，制动滚柱架40固定地布置在承载件33的倒轮式制动安装部分33c上。制动滚柱架40包括可旋转地支撑制动滚柱42的凸轮表面41。凸轮表面41成形为使得当花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转时，制动滚柱42沿径向向外方向将倒轮式制动蹄16朝向制动表面15a按压。凸轮表面41包括诸如向外突出区域的制动致动区域和诸如凹部的非致动区域。制动致动区域形成为在承载件33的圆周方向上与非致动区域相邻。制动致动区域布置为沿径向方向比非致动区域更靠近制动表面15a。制动致动区域可以包括倾斜表面或弯曲表面。制动滚柱42和制动滚柱架40可以是如图9和图10所示的弹簧加载的滚柱式单向离合器，然而，可以根据需要和/或期望使用其它合适的结构和布置。
参照图11至13，下面描述图8的自行车花鼓组件10a的操作。
在图11至13中，“HS”是花鼓壳12的缩写，“HD”是花鼓驱动器13的缩写，“BS”是倒轮式制动蹄16的缩写，“M”是马达21的缩写，“SG”是太阳转子31的缩写，“PG”是行星转子32的缩写，“C”是承载件33的缩写，“RG”是环形转子34的缩写，“CS”是凸轮表面41的缩写，“CON”是控制器50的缩写，“OWC”是单向离合器35-37的缩写。
如图11所示，当骑车者向前蹬踏以推进自行车时，花鼓驱动器13沿第一方向D1旋转。沿第一方向D1旋转的花鼓驱动器13使环形转子34沿第一方向D1旋转。如果承载件33在第一方向D1上的旋转速度高于环形转子34在第一方向D1上的旋转速度，则环形转子34经由行星转子32使承载件33沿第一方向D1旋转。如果花鼓壳12沿第一方向D1的旋转速度不高于承载件33沿第一方向D1的旋转速度，则沿第一方向D1旋转的承载件33经由第二单向离合器36使花鼓壳12沿第一方向旋转。在这种情况下，制动滚柱42被保持在凸轮表面41的非致动区域上并且与倒轮式制动蹄16径向分离。因此，制动滚柱42不产生摩擦制动力。
当自行车推进时，控制器50通过提供齿轮比请求信号MC1来控制马达21，齿轮比请求信号MC1构造成沿受控制的旋转方向以受控制的马达转速驱动马达21。马达21产生转矩，并沿受控制的旋转方向以受控制的马达转速使太阳转子31旋转。
承载件33的旋转速度根据太阳转子31的旋转方向和旋转速度而增加和减小。因此，自行车花鼓组件10的齿轮比根据马达21的旋转方向和马达转速而变化。例如，当控制器50将马达21的马达转速保持在一定速度时，自行车花鼓组件10的齿轮比不变。当控制器50以步进方式改变马达21的马达转速时，自行车花鼓组件10的齿轮比以步进方式改变。当控制器50以无级方式改变马达21的马达转速时，自行车花鼓组件10的齿轮比以无级方式改变。
如图12所示，当骑车者向后蹬踏以将自行车减速或停止时，花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转。沿第二方向D2旋转的花鼓驱动器13使环形转子34沿第二方向D2旋转。环形转子34经由第一单向离合器35使承载件33沿第二方向D2旋转。在这种情况下，制动滚柱42在凸轮表面41上从非致动区域滚动到制动致动区域并且按压倒轮式制动蹄16抵靠制动表面15a，从而产生摩擦制动力。
由于第二单向离合器36，承载件33沿第二方向D2的旋转不会使花鼓壳12沿第二方向D2旋转。因此，花鼓壳12通过摩擦制动力而很快停止。此外，控制器50用旋转停止信号MC2控制马达21。如前所述，马达21根据旋转停止信号MC2停止产生转矩或者强制停止旋转。因此，当花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转时，马达21被控制以产生电磁制动力并向太阳转子31施加电磁制动力。当花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转时，马达21可以被控制以允许旋转轴21a自由旋转。
当花鼓驱动器13的旋转方向从第二方向D2改变到第一方向D1时，制动滚柱42在凸轮表面41上从制动致动区域返回到非致动区域，并停止产生摩擦制动力。
如图13所示，当自行车滑行时，花鼓驱动器13和环形转子34不沿第一方向D1旋转。第二单向离合器36允许花鼓壳12通过惯性沿第一方向D1旋转。如前所述，马达21根据待机信号MC3以相对低的马达转速旋转或者停止旋转。
图8的自行车花鼓组件10a具有下述优点。
布置在花鼓壳12内部并且包括马达21的传动装置20以选定的齿轮比将花鼓驱动器13沿第一方向D1的旋转传递到花鼓壳12。并且，倒轮式制动蹄16构造成通过由花鼓驱动器13沿第二方向D2的旋转引起的传动装置20的旋转运动而被按压抵靠制动表面15a，以产生摩擦制动力。自行车花鼓组件10a使用传动装置20的旋转运动来启动倒轮式制动功能。在花鼓壳12中没有设置轴向可移动的部件来启动倒轮式制动功能。例如，承载件33、凸轮表面41和倒轮式制动蹄16都不沿着花鼓轴11的轴向方向移动。类似地，自行车花鼓组件10a使用传动装置20的旋转运动来启动换档功能。在花鼓壳12中没有设置轴向可移动的部件来启动换挡功能。这沿轴向方向收缩了花鼓壳12中的空间。
马达21沿花鼓壳12的轴向方向远离倒轮式制动蹄16布置。例如，马达21和倒轮式制动蹄16沿花鼓轴11的轴向方向布置在周转转子机构30的相反的侧处。这减小了自行车花鼓组件10a的花鼓壳12的内径。
马达21与中心轴线Ax同心地布置。这减小了自行车花鼓组件10a的花鼓壳12的内径。
自行车花鼓组件10a包括联接到周转转子机构30的马达21。马达21可以以步进方式或无级方式改变自行车花鼓组件10a的齿轮比。这容易获得宽齿轮比的自行车花鼓组件10a。
自行车花鼓组件10a包括第三单向离合器37。第三单向离合器37允许承载件33相对于花鼓驱动器13以1:1的齿轮比旋转。因此，摩擦制动力与花鼓驱动器13(曲柄轴2)的旋转角成比例。此外，第三单向离合器37消除了为了使承载件33的角速度与花鼓驱动器13沿第一方向D1的角速度相等而启动和/或驱动马达21的需要。这简化并减少了用于控制马达21的计算机程序，降低了控制器50的计算负荷，并且通过马达21和/或控制器50降低了电源51的功耗。
马达21直接或间接地联接到控制器50。如果自行车B被蹬踏而被推进，马达21根据来自控制器50的齿轮比请求信号MC1以受控制的马达转速旋转，以通过步进方式或无级方式改变齿轮比或维持选定的齿轮比。如果自行车B被停止，马达21根据来自控制器50的旋转停止信号MC2被停止。这可以提高自行车花鼓组件10a的倒轮式制动功能和/或电动换挡功能的可控性。
下面描述根据第一实施例的第二工作示例的自行车花鼓组件10b。
如图14所示，第二工作示例的自行车花鼓组件10b包括代替图8的周转转子机构30的周转转子机构130。周转转子机构130包括与花鼓轴11同轴布置的太阳转子31、联接到太阳转子31的多个行星转子32、可旋转地支撑多个行星转子32的承载件133和联接到多个行星转子32的环形转子134。马达21包括联接到太阳转子31的旋转轴21a。图14的自行车花鼓组件10b的一个区别是周转转子机构130的承载件133用作旋转输入构件，并且周转转子机构130的环形转子134用作旋转输出构件。下面对周转转子机构130的结构进行说明。
类似于图8的承载件33，图14的承载件133包括环形部分33a、圆柱形中间部分33b和倒轮式制动安装部分33c。承载件133还包括将环形部分33a连接到花鼓驱动器13的管状连接部分33e。管状连接部分33e固定地连接到环形部分33a和花鼓驱动器13或与环形部分33a和花鼓驱动器13一体地形成。花鼓驱动器13、管状连接部分33e和环形部分33a可以一体地形成为单件式构件。
环形转子134在轴向方向上与承载件133的管状连接部分33e分离。环形转子134与行星转子32的较大直径部分32b啮合。
周转转子机构130包括第一单向离合器136和第二单向离合器137。第一单向离合器136联接到环形转子134的第一径向位置或外表面。第二单向离合器137联接到环形转子134的第二径向位置或内表面。
第一单向离合器136联接到环形转子134和花鼓壳12。第一单向离合器136构造成当花鼓驱动器13(承载件133)沿第一方向D1旋转并且花鼓壳12沿第一方向D1的旋转速度不高于环形转子134沿第一方向D1的旋转速度时，使得环形转子134与花鼓壳12接合。第一单向离合器136构造成当花鼓驱动器13(承载件133)沿第二方向D2旋转时以及当花鼓驱动器13(承载件133)沿第一方向D1旋转并且花鼓壳12沿第一方向D1的旋转速度高于环形转子134沿第一方向D1的旋转速度时，使得环形转子134和花鼓壳12脱离接合。
第二单向离合器137联接到环形转子134和承载件133(圆柱形中间部分33b)。第二单向离合器137构造成当花鼓驱动器13(承载件133)沿第一方向D1旋转并且环形转子134沿第一方向D1的旋转速度不高于承载件133沿第一方向D1的旋转速度时，使得承载件133与环形转子134接合，并且当花鼓驱动器13(承载件133)沿第二方向D2旋转和当花鼓驱动器13(承载件133)沿第一方向D1旋转并且环形转子134沿第一方向D1的旋转速度高于承载件133沿第一方向D1的旋转速度时，使得承载件133与环形转子134脱离接合。
参照图15至图17，下面描述图14的自行车花鼓组件10b的操作。
如图15所示，当骑车者向前蹬踏以推进自行车时，花鼓驱动器13沿第一方向D1旋转。沿第一方向D1旋转的花鼓驱动器13使承载件133沿第一方向D1旋转。当承载件133沿第一方向D1的旋转速度不高于环形转子134沿第一方向D1的旋转速度时，承载件133经由第二单向离合器137沿第一方向D1旋转环形转子134。当控制器50驱动马达21并且承载件133沿第一方向D1的旋转速度变得高于环形转子134沿第一方向D1的旋转速度时，环形转子134经由行星转子32沿第一方向D1旋转。当花鼓壳12沿第一方向D1的旋转速度不比环形转子134沿第一方向D1的旋转速度慢时，沿第一方向D1旋转的承载件133经由第一单向离合器136使花鼓壳12沿第一方向旋转。简而言之，花鼓驱动器13沿第一方向D1的旋转运动以相继的方式经由包括承载件133、第二单向离合器137、环形转子134和第一单向离合器136的路径以及以相继的方式经由包括承载件133、行星转子32、环形转子134和第一单向离合器136的路径被传递到花鼓壳12。
在这种情况下，制动滚柱42位于凸轮表面41的非致动区域上，并因此不产生摩擦制动力。
如图16所示，当骑车者向后蹬踏以停止自行车时，花鼓驱动器13沿第二方向D2旋转。花鼓驱动器13沿第二方向D2的旋转运动经由承载件133被传递到倒轮式制动蹄16，而不涉及环形转子134和单向离合器136、137。在这种情况下，制动滚柱42移动到凸轮表面41上的制动致动区域，并从而产生摩擦制动力。
如图17所示，当自行车滑行时，单向离合器136和137允许花鼓壳12通过惯性沿第一方向D1旋转。
如图15至图17所示，马达21以与第一工作示例类似的方式由控制器50控制。
第二工作示例的自行车花鼓组件10b具有下面描述的优点。
单向离合器136和137联接到环形转子134的外表面和内表面。这缩短了周转转子机构130的轴向长度。
自行车花鼓组件10b包括单向离合器136和137。图8的第一单向离合器35被省略。这减轻了自行车花鼓组件10b的重量。
下面参照图18至图19描述根据第二实施例的自行车控制系统200。
如图18所示，自行车控制系统200包括第一马达210、花鼓组件220和布置在花鼓组件220中的第二马达221。
如图19所示，第一马达210布置成与自行车B的曲柄轴2或中轴相邻。如图19所示，第一马达210容纳在曲柄单元壳212中，曲柄单元壳212附接到自行车车架F并且覆盖曲柄轴2。
第一马达210经由单向离合器连接到曲柄轴2(参见日本专利5442814，其通过引用并入本文)。在这种情况下，第一马达210包括布置为平行于曲柄轴2并从曲柄轴2向上或向下偏移的旋转轴。或者，第一马达210可以布置为与曲柄轴2同轴并直接连接到曲柄轴2。根据本公开，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，根据需要和/或期望，第一马达210可以经由其它类型的齿轮系，诸如行星齿轮系，连接到曲柄轴2。
花鼓组件220的一个示例是图8或图14的自行车花鼓组件10，其包括倒轮式制动蹄16和倒轮式制动安装部分33c。花鼓组件220包括经由至少驱动构件6联接到曲柄轴2的花鼓驱动器13。在另一示例中，花鼓组件220可以不包括图8和图14的倒轮式制动蹄16和倒轮式制动安装部分33c中的至少一个。
第二马达221布置在花鼓组件220中以产生用于至少改变或保持齿轮比的转矩。第二马达221的示例是图8和图14的自行车花鼓组件10的马达21。第二马达221沿自行车B的前后方向与第一马达210分开。
自行车控制系统200包括至少一个旋转传感器230，其检测曲柄轴2和花鼓驱动器13中的一个或两个的旋转并输出传感器信号RS。旋转传感器230的示例包括：踏频传感器231，其检测曲柄轴2的踏频或旋转速度，并输出指示检测到的踏频的第一传感器信号RS1；以及花鼓旋转传感器232，其检测花鼓驱动器13的旋转速度并输出指示检测到的旋转速度的第二传感器信号RS2。踏频传感器231布置在曲柄单元壳212中。花鼓旋转传感器232布置在花鼓壳12中。踏频传感器231和花鼓旋转传感器232可以包括磁传感器元件，磁阻传感器元件或其他传感器元件。
图18的旋转传感器230包括踏频传感器231和花鼓旋转传感器232两者。然而，根据本公开，对于自行车领域的技术人员将显而易见的是，踏频传感器231和花鼓旋转传感器232之一可以被省略。
如图18所示，自行车控制系统200包括连接到第一马达210、第二马达221和旋转传感器230并且根据旋转传感器230提供的传感器信号RS控制第一马达210和第二马达221的系统控制器(“控制器”)240。
自行车控制系统200包括I/O接口241，I/O接口241经由有线通信链路或无线通信链路连接到旋转传感器230。控制器240经由I/O接口241接收旋转传感器230的传感器信号RS。
自行车控制系统200包括存储计算机可读指令(软件或程序)的存储器242。计算机可读指令(软件或程序)构造成根据由I/O接口241接收的传感器信号RS来控制第一马达210和第二马达221。
控制器240包括处理器243。处理器243构造成访问存储器242以执行计算机可读指令并产生用于控制第一马达210和第二马达221的马达控制信号。例如，处理器243(控制器240)产生第一控制信号S1，第一控制信号S1用于根据从踏频传感器231提供的第一传感器信号RS1来控制第一马达210。处理器243(控制器240)产生第二控制信号S2，第二控制信号S2用于根据从踏频传感器231提供的第一传感器信号RS1来控制第二马达221。处理器243(控制器240)可以产生第一控制信号S1，第一控制信号S1用于根据从花鼓旋转传感器232提供的第二传感器信号RS2来控制第一马达210，和/或处理器243(控制器240)可以产生第二控制信号S2，第二控制信号S2用于根据从花鼓旋转传感器232提供的第二传感器信号RS2来控制第二马达221。在一些实施方式中，控制器240可以构造成监测人力驱动力并根据所监测的人力驱动力来控制第一马达210和第二马达221。可以经由布置成检测踏板7和花鼓壳12之间的驱动力传递路径中的转矩的传感器来检测人力驱动力。优选的是，传感器布置成检测踏板7和前链轮4之间的路径中的转矩。如图19所示，控制器240布置在曲柄单元壳212中。然而，根据本公开，对于自行车领域的技术人员将显而易见的是，控制器240可以设置在自行车的其他部件上，诸如车把302。例如，控制器240可以被包括在自行车码表300和/或诸如手柄的操作单元301中。
如图18所示，系统200包括电连接到第一马达210、第二马达221和控制器240的电源250。如图19所示，电源250包括可拆卸地安装在自行车车架F上的可再充电电池252。电源250可以包括布置在前花鼓组件260中的发电机254。除了前花鼓组件260的发电机254之外或替代前花鼓组件260的发电机254，花鼓组件220可以包括另外的发电机。根据本公开，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，电源250可以以任何已知的方式电连接到马达210、221和控制器240。
第一马达210是第一辅助马达或包括第一辅助马达，第一辅助马达产生用于产生马达动力辅助力和/或至少改变或保持齿轮比的转矩。换句话说，第一马达210可以是踏板辅助马达、前内部换档马达或其组合。
在一个示例中，第一马达210是踏板辅助马达，踏板辅助马达产生用于产生马达动力辅助力的转矩。在这种情况下，控制器240可以向第一马达210提供作为第一控制信号S1的马达动力辅助请求信号。第一马达210旋转并且经由前链轮将马达动力辅助力增加到驱动构件6。控制器240可以向第二马达221提供作为第二控制信号S2的齿轮比请求信号。第二马达221以对应于齿轮比请求信号的受控制的马达转速旋转，并以步进方式或无级方式改变齿轮比或保持所选定的齿轮比。
在另一示例中，第一马达210是前内部换档马达，前内部换档马达产生用于改变或保持齿轮比的转矩。第二马达221是后内部换档马达，后内部换档马达产生用于改变或保持齿轮比的转矩。在这种情况下，控制器240向第一马达210和第二马达221提供作为第一控制信号S1和第二控制信号S2的齿轮比请求信号。第一马达210和第二马达221各自以请求的马达转速旋转，并且以步进方式或无级方式改变齿轮比或保持所选定的齿轮比。
自行车控制系统200具有下面描述的优点。
自行车控制系统200包括两个独立的马达210和221。因此，自行车控制系统200可以同步并协同地驱动第一马达210和第二马达221。
自行车控制系统200包括检测曲柄轴2和/或花鼓驱动器13的旋转并输出传感器信号RS的旋转传感器230。因此，自行车控制系统200可以监测曲柄轴2和/或花鼓驱动器13的旋转状态，并根据曲柄轴2和/或花鼓驱动器13的旋转状态驱动第一马达210和第二马达221。
自行车控制系统200包括控制器240。因此，自行车控制系统200可以根据曲柄轴2和/或花鼓驱动器13的当前旋转状态来电控制第一马达210和第二马达221。例如，自行车控制系统200精细地控制第一马达210和第二马达221，以减少换档冲击和动力辅助冲击。
本发明不限于上述实施方式。例如，可以如下所述修改实施例。
在图8和图14的工作示例中，制动滚柱架40是安装在承载件33、133的倒轮式制动安装部分33c上的独立构件。然而，制动滚柱架40和承载件33、133可以一体地形成为单件式构件。在这种情况下，承载件33、133的倒轮式制动安装部分33c的外表面包括凸轮表面41。
根据本公开，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，周转转子机构30不限于行星齿轮机构和行星摩擦机构。可以优选地使用差动行星机构，例如，在驱动构件6是代替链条或柔性带的驱动轴的情况下。
根据本公开，对于自行车领域的技术人员显而易见的是，可以根据需要和/或期望省略第三单向离合器37。
根据本公开，对于自行车领域的技术人员将显而易见的是，马达21不限于与中心轴线Ax同心布置。例如，马达21可以与中心轴线Ax偏心地布置。在这种情况下，马达21可以经由诸如空转轮的至少一个可旋转元件联接到太阳转子31。或者，马达21可以布置成不平行于中心轴线Ax。例如，马达21可以经由锥齿轮联接到太阳转子31。
在一些实施方式中，花鼓组件不包括倒轮式制动。
在一些实施方式中，系统200包括除了踏频传感器231和花鼓旋转传感器232之外或代替踏频传感器231和花鼓旋转传感器232的自行车速度传感器233和转矩传感器234。自行车速度传感器233检测自行车速度并向控制器240提供指示检测到的自行车速度的传感器信号RS3。自行车速度传感器233可以被布置成检测前轮或后轮的旋转速度，作为自行车速度。转矩传感器234检测可以是人力驱动力的转矩，并且向控制器240提供指示检测到的转矩的传感器信号RS4。在这样的示例中，控制器240可以根据检测到的自行车速度和检测到的转矩来自动控制马达210和221。特别地，系统可以以同步的方式控制马达210和221，而不需要骑车者手动输入到诸如换档指挥器的操作单元。
如上所述，控制器240控制第一马达210和第二马达221。在一个可能的实施方式中，控制器240根据从包括人力驱动力、曲柄轴2的旋转速度和自行车速度的组中选择的至少一个来控制第一马达210和第二马达221。控制器240可以根据检测到的人力驱动力并且基于可以由例如自行车B的骑车者选定的马达辅助比来控制第一马达210以产生受控制的输出转矩。例如，控制器240可以基于由第二马达221产生的转矩来计算人力驱动力。特别地，控制器240包括一个计算机程序，该程序监测花鼓壳12和花鼓驱动器13的旋转速度，并且当花鼓壳12沿第一方向D1比花鼓驱动器13旋转得更快时，该程序基于检测第二马达221的转矩来估计人力驱动力。在一些实施方式中，控制器240可以包括用于控制第一马达210和第二马达221的一个或多个模式。一个或多个模式的示例包括第一模式，在第一模式中控制器240单独驱动第一马达210；第二模式，在第二模式中控制器240驱动第一马达210和第二马达221两者；第三模式，在第三模式中控制器240单独驱动第二马达221；以及第四模式，在第四模式中控制器240既不驱动第一马达210也不驱动第二马达221。第一至第四模式可以经由操作单元可选地切换。第一和第二模式各自能够辅助人力驱动力。优选地，在第一模式或第二模式中的控制器240驱动第二马达221，以使沿花鼓壳12第一方向D1比花鼓驱动器13旋转地更快，以便计算第二马达221产生的转矩。
在一些实施方式中，可以省略上述实施例的单向离合器37和137。在这种示例中，控制器240能够计算第二马达221的转矩，而不强制地驱动第二马达221以加速花鼓壳12，使花鼓壳12沿第一方向D1比花鼓驱动器13旋转得快。由于第二马达221的转矩与花鼓驱动器13的转矩成比例，控制器240能够通过检测第二马达221的转矩来计算人力驱动力。即使在第一马达210和人力驱动力协同地产生花鼓驱动器13的转矩的情况下，控制器240能够单独地计算人力驱动力，因为第一马达210的转矩由控制器240控制并且由此被控制器240可识别。
可以用各种方法计算第二马达221的转矩，诸如检测第二马达221中的电流、监测馈送到第二马达221的马达驱动电流或监测在控制器240中使用的用于控制第二马达221的参数。
可以通过检测第一马达210的旋转速度来计算曲柄轴2的旋转速度。在曲柄轴2和第一马达210之间的驱动力传递路径中不布置单向离合器并且第一马达210经由减速齿轮系连接到人力驱动力传递路径的示例中，由于减速齿轮系的减速比被预定义，控制器240能够通过检测第一马达210的旋转速度来计算曲柄轴2的旋转速度。控制器240可以根据第一马达210中的电流和/或布置在第一马达210中的编码器的检测信号来确定或估计第一马达210的旋转速度。
本文所述的用于检测曲柄轴2的人力驱动力和旋转速度的方法并不意味着是限制性的。在一些实施方式中，系统200可以包括检测人力驱动力的转矩传感器234和检测曲柄轴2的旋转速度的踏频传感器231中的至少一个。转矩传感器234是或包括应变计、半导体应变传感器、压力传感器或磁致伸缩传感器。在一个示例中，转矩传感器234例如设置在曲柄轴2和前链轮4之间的驱动力传递路径中，以检测施加到曲柄轴2的转矩。在其他示例中，转矩传感器234被固定地附接在曲柄臂3或踏板7上。踏频传感器231可以包括布置在曲柄单元壳212中的磁性传感器，以检测布置在曲柄轴2上的一个或多个磁体。可以基于自行车速度传感器233的传感器信号RS3来计算自行车速度。
优选地，当曲柄轴2停止旋转时以及当曲柄轴2沿方向RD旋转时，控制器240停止向第一马达210和第二马达221供电。控制器240可以根据从由骑车者手动操作的换档指挥器馈送的请求信号来控制第二马达221。
在一些实施方式中，系统200可以包括一个或多个操作单元，并且控制器240可以根据诸如换档命令器的一个或多个操作单元的输出来控制第二马达221。
在一些实施方式中，控制器240可以包括能够通过检测第一马达210的状态来检测人力驱动力的计算机程序。在这种布置中，单向离合器不是布置用于将第一马达210与曲柄轴2联接。在这样的示例中，系统200不需要独立的人力转矩传感器。
在上述实施例中，如本文所使用的术语“附接”或“使附接”包括通过将元件直接固定到另一元件而将该元件直接附接到另一元件的构造；经由中间构件而将元件间接附接到另一元件的构造；以及一个元件与另一元件成一体，即一个元件基本上是另一元件的一部分的构造。这个概念也适用于类似含义的词语，例如“并接”、“连接”、“联接”、“安装”、“联结”、“固定”及其派生词。
如本文所使用的，术语“包括”及其衍生词旨在是开放式术语，其指定所述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在，但不排除其他未陈述的特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在。这个概念也适用于类似含义的词语，例如术语“具有”、“包括”及其派生词。
术语“构件”、“区段”、“部分”、“部”、“元件”以单数形式使用时，可以具有单个部分或多个部分的双重含义。
本申请中所述的术语“第一”、“第二”等中的序数词仅仅是标识符，但没有任何其他含义，例如特定的顺序等。此外，例如，术语“第一元件”本身并不暗示“第二元件”的存在，术语“第二元件”本身并不暗示“第一元件”的存在。
最后，如本文所使用的诸如“基本上”、“约”和“近似”的程度术语意味着所修饰术语的合理的偏差量，使得最终结果不会显著改变。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明可以以许多其它具体形式实施。例如，可以从实施例(或其一个或多个方面)中描述的部件中省略一些部件。此外，可以适当地组合不同实施例中的部件。本发明的范围和本发明的等同将参照所附权利要求来理解。

Claims (34)

1.一种自行车花鼓组件，包括：
花鼓壳，所述花鼓壳包括制动表面；
倒轮式制动蹄，所述倒轮式制动蹄容纳在所述花鼓壳中以与所述制动表面配合以产生制动力；以及
马达，所述马达容纳在所述花鼓壳中并构造成被控制用于至少改变或保持齿轮比。
2.根据权利要求1所述的自行车花鼓组件，其中所述马达沿所述花鼓壳的轴向方向远离所述倒轮式制动蹄布置。
3.根据权利要求1所述的自行车花鼓组件，其中所述马达与所述花鼓壳的中心轴线同心地布置。
4.根据权利要求1所述的自行车花鼓组件，其中
所述马达直接或间接地联接到控制器，
如果通过蹬踏推进自行车，所述马达根据来自所述控制器的齿轮比请求信号以受控制的马达转速旋转，以通过步进方式或无级方式改变所述齿轮比或者保持选定的齿轮比，并且
如果自行车停止，所述马达根据来自所述控制器的旋转停止信号而停止。
5.根据权利要求1所述的自行车花鼓组件，还包括将所述马达与电池或发电机电连接的电源导体。
6.根据权利要求1所述的自行车花鼓组件，还包括：
花鼓轴，所述花鼓轴至少部分地覆盖有所述花鼓壳；
花鼓驱动器，所述花鼓驱动器直接或间接地联接到驱动构件并且沿第一方向和与第一方向相反的第二方向可旋转，其中当踏板沿向前行进方向旋转时，所述花鼓驱动器沿所述第一方向旋转，并且其中当踏板沿与所述向前行进方向相反的方向旋转时，所述花鼓驱动器沿所述第二方向旋转；和
传动装置，所述传动装置布置在所述花鼓壳内部，以将所述花鼓驱动器沿所述第一方向的旋转以选定的齿轮比传递到所述花鼓壳；
其中，所述倒轮式制动蹄构造成通过由所述花鼓驱动器沿所述第二方向的旋转引起的所述传动装置的旋转运动而被按压抵靠所述制动表面以产生摩擦制动力，并且
其中所述传动装置包括所述马达。
7.根据权利要求6所述的自行车花鼓组件，其中所述传动装置包括直接或间接地联接到所述花鼓驱动器、所述倒轮式制动蹄和所述马达中的每一个的周转转子机构。
8.根据权利要求7所述的自行车花鼓组件，其中，所述马达和所述倒轮式制动蹄沿所述花鼓轴的轴向方向布置在所述周转转子机构的相反的侧处。
9.根据权利要求7所述的自行车花鼓组件，还包括联接到所述周转转子机构上的第一位置的第一单向离合器，其中
当所述花鼓驱动器沿所述第一方向旋转时，所述第一单向离合器停止将所述花鼓驱动器沿所述第一方向的旋转传递到所述倒轮式制动蹄，使得所述倒轮式制动蹄不产生摩擦制动力，并且
当所述花鼓驱动器沿所述第二方向旋转时，所述第一单向离合器允许将所述花鼓驱动器沿所述第二方向的旋转经由所述周转转子机构传递到所述倒轮式制动蹄，使得所述倒轮式制动蹄产生摩擦制动力。
10.根据权利要求7所述的自行车花鼓组件，其中所述周转转子机构包括
与所述花鼓轴同轴布置的太阳转子，
联接到太阳转子的多个行星转子，
可旋转地支撑所述多个行星转子的承载件，以及
联接到所述多个行星转子的环形转子，
其中所述马达包括联接到所述太阳转子的旋转轴。
11.根据权利要求10所述的自行车花鼓组件，其中所述马达的旋转轴联接到所述太阳转子以与所述太阳转子一体地旋转。
12.根据权利要求11所述的自行车花鼓组件，其中所述环形转子联接到所述花鼓驱动器以与所述花鼓驱动器一体地旋转。
13.根据权利要求11所述的自行车花鼓组件，其中当所述花鼓驱动器沿所述第二方向旋转时，所述马达被控制以产生电磁制动力并向所述太阳转子施加电磁制动力或允许所述旋转轴的自由旋转。
14.根据权利要求9所述的自行车花鼓组件，其中所述周转转子机构包括
与所述花鼓轴同轴布置的太阳转子，
联接到所述太阳转子的多个行星转子，
可旋转地支撑所述多个行星转子的承载件，以及
联接到所述多个行星转子的环形转子，
其中所述马达包括联接到所述太阳转子的旋转轴，
所述第一单向离合器联接到所述环形转子和所述承载件，以将所述花鼓驱动器沿所述第二方向的旋转经由所述第一单向离合器和所述承载件传递到所述倒轮式制动蹄，并且不将所述花鼓驱动器沿所述第一方向的旋转传递到所述承载件。
15.根据权利要求14所述的自行车花鼓组件，还包括联接到所述周转转子机构上的第二位置的第二单向离合器，所述第二位置沿所述花鼓轴的轴向方向不同于所述第一位置，其中，所述第二单向离合器构造成将花鼓驱动器沿所述第一方向的旋转经由所述第二单向离合器和所述承载件传递到所述花鼓壳，并且不将所述花鼓驱动器沿所述第二方向的旋转传递到所述花鼓壳。
16.根据权利要求15所述的自行车花鼓组件，其中所述承载件包括分别可旋转地支撑所述多个行星转子的多个行星轴，
其中所述多个行星转子布置在所述周转转子机构的所述第一位置和所述第二位置之间。
17.根据权利要求15所述的自行车花鼓组件，还包括第三单向离合器，所述第三单向离合器布置在所述周转转子机构上的沿所述花鼓轴的轴向方向不同于所述第一位置和所述第二位置的第三位置处，以将所述环形转子的旋转传递到所述承载件并且不将所述承载件的旋转传递到所述环形转子，其中所述第三单向离合器联接到所述环形转子和所述承载件，以在所述马达未旋转时使所述环形转子和所述承载件以与花鼓驱动器的旋转速度相同的旋转速度一体地旋转。
18.根据权利要求10所述的自行车花鼓组件，其中，所述承载件包括沿轴向方向与所述马达相反布置并且可旋转地支撑制动滚柱的凸轮表面，其中所述凸轮表面成形为使得当所述花鼓驱动器沿所述第二方向旋转时，所述制动滚柱将所述倒轮式制动蹄沿径向向外方向朝向制动表面按压。
19.根据权利要求7所述的自行车花鼓组件，还包括：
联接到所述花鼓壳和所述周转转子机构的环形转子的第一单向离合器，以及
联接到所述周转转子机构的所述环形转子和承载件的第二单向离合器，
其中所述第一单向离合器和所述第二单向离合器被布置成使得
所述花鼓驱动器沿所述第一方向的旋转以相继的方式经由所述承载件、所述第二单向离合器、所述环形转子和所述第一单向离合器被传递到所述花鼓壳，并且
所述花鼓驱动器沿所述第二方向的旋转经由所述承载件被传递到所述倒轮式制动蹄，而不涉及所述环形转子、所述第一单向离合器和所述第二单向离合器。
20.根据权利要求19所述的自行车花鼓组件，其中所述第一单向离合器联接到所述环形转子的第一径向位置，并且所述第二单向离合器联接到所述环形转子的第二径向位置，所述第二径向位置与所述第一径向位置不同。
21.一种自行车控制系统，包括：
第一马达；
花鼓组件，所述花鼓组件包括经由至少驱动构件联接到曲柄轴的花鼓驱动器；和
第二马达，所述第二马达布置在所述花鼓组件中以产生用于至少改变或保持齿轮比的转矩。
22.根据权利要求21所述的自行车控制系统，还包括至少一个旋转传感器，所述旋转传感器布置成检测所述曲柄轴和所述花鼓驱动器中的一个或两个的旋转并输出传感器信号。
23.根据权利要求22所述的自行车控制系统，还包括控制器，所述控制器连接到所述第一马达、所述第二马达和所述至少一个旋转传感器，以根据从所述至少一个旋转传感器提供的传感器信号来控制所述第一马达和所述第二马达。
24.根据权利要求23所述的自行车控制系统，还包括电连接到所述第一马达、所述第二马达和所述控制器的电池和/或发电机。
25.根据权利要求22所述的自行车控制系统，其中，所述至少一个旋转传感器包括检测所述曲柄轴的旋转速度的踏频传感器。
26.根据权利要求25所述的自行车控制系统，其中，所述控制器根据从踏频传感器提供的传感器信号产生用于控制所述第一马达的第一控制信号。
27.根据权利要求25所述的自行车控制系统，其中，所述控制器根据从踏频传感器提供的传感器信号产生用于控制所述第二马达的第二控制信号。
28.根据权利要求22所述的自行车控制系统，其中所述至少一个旋转传感器包括检测所述花鼓驱动器的旋转速度的花鼓旋转传感器。
29.根据权利要求28所述的自行车控制系统，其中所述控制器根据从所述花鼓旋转传感器提供的传感器信号产生用于控制所述第一马达的第一控制信号。
30.根据权利要求28所述的自行车控制系统，其中所述控制器根据从所述花鼓旋转传感器提供的传感器信号产生用于控制所述第二马达的第二控制信号。
31.根据权利要求22所述的自行车控制系统，其中所述控制器包括
接口，所述接口经由有线或无线通信链路连接到所述至少一个旋转传感器，
存储器，所述存储器储存用于根据由所述接口接收的传感器信号来控制所述第一马达和所述第二马达的计算机可读指令，
处理器，所述处理器构造成访问所述存储器以执行所述计算机可读指令并且产生用于控制所述第一马达和所述第二马达的马达控制信号。
32.根据权利要求31所述的自行车控制系统，其中
所述第一马达包括产生用于产生马达动力辅助力的转矩的第一辅助马达，
所述控制器构造成向所述第一辅助马达提供作为所述马达控制信号的马达动力辅助请求信号，并且
所述第一辅助马达旋转以将对应于所述马达动力辅助请求信号的马达动力辅助力添加到所述驱动构件。
33.根据权利要求32所述的自行车控制系统，其中
所述控制器构造成向所述第二马达提供作为所述马达控制信号的齿轮比请求信号，并且
所述第二马达以对应于所述齿轮比请求信号的受控制的马达转速旋转，以通过步进方式或无级方式改变所述齿轮比或保持所选定的齿轮比。
34.根据权利要求21所述的自行车控制系统，其中所述花鼓组件包括
包括制动表面的花鼓壳，以及
容纳在所述花鼓壳中以与所述制动表面配合以产生制动力的倒轮式制动蹄。
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