CN108298015B - 一种自行车电子变速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及运动器材技术领域，具体涉及一种自行车电子变速系统。本发明能够降低骑手换档时的体力的消耗，还能自动控制变速线伸缩，提高换档速度。本发明采用的技术方案为包括变速器后拨、控制模块，其中，所述变速器后拨和变速器前拨分别通过信号线与所述控制模块连接。

Description

一种自行车电子变速系统
技术领域
本发明涉及运动器材技术领域，具体涉及一种自行车电子变速系统。
背景技术
自行车运动是对器材要求十分高的一种运动类型，自行车变速器在自行车运动大类中应用极其广泛。例如公路车竞赛，铁人三项车竞赛，自行车计时赛，山地车竞赛，山地速降赛，这些竞赛用车都必须安装相应的自行车变速器。目前自行车变速器分类方法很多，根据用途可分为山地赛用、公路赛用以及通勤用；根据驱动控制方式可分为机械控制式和电子控制式。
机械控制式变速器是利用机械手变配合机械变速器，机械手变一般是内置棘轮机构联动变速线，以驱动机械变速器。棘轮机构的单个档位行程对应变速器单个档位行程。一般驱动盘片从小到大是通过手压、拨升档杆使棘轮机构升档拉紧变速线，实现变速器升档，降档则是通过手释放棘轮一个档位，在变速器回弹弹簧作用下实现降档。机械式变速器需要人用手拨动换档拨杆进行换档，拨杆往往需要较大的力量才能拨动，车手在骑行时会增大体力消耗，并且换档过程比较缓慢。而且机械手变中的棘轮装置控制不精准，与后拨档位行程易发生错位。变速时偶尔会出现错档跳档等问题，棘轮装置还易出现机械故障，导致变速失灵。长达一两米的变速线对温度和震动敏感，外界的温度变化都会改变变速线的长度，导致变速不准确或者出现故障。
电子控制式变速器是由控制器控制小型电机，驱动变速器升降挡，骑行人员只需要通过手边上的升降挡按钮给控制器发出信号即可，虽然电子控制式变速器具有变速迅速、换档准确的优点，但是由于其生产成本高昂及日常维护困难，限制了其大规模应用的可能性。
发明内容
有鉴于此，提供一种自行车电子变速系统，其可降低变速器在换档时对人的体力消耗。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种自行车电子变速系统，其特征在于：包括变速器后拨和变速器前拨、左控制器、控制模块、供电单元和右控制器；
所述的控制模块分别与变速器后拨、变速器前拨、左控制器、供电单元和右控制器连接；
所述的左控制器与右控制器分别连接控制模块，供电单元与控制模块相连，并给整个系统供电；控制模块与变速器后拨中的步进电机相连，并与变速器前拨中的减速器直连步进电机相连；
所述的变速器后拨包括后拨固定端、后腿转销、后腿外板、后腿内板、三角形机构上板和四边形机构下板，所述的三角形机构上板的顶点与后腿转销的第四销轴活动连接，相对顶点的边与后拨固定端的第一销轴活动连接，所述的四边形机构下板的两个短边分别与后拨固定端的第二销轴和后腿转销的第四销轴连接，所述的三角形机构上板、四边形机构下板和后拨固定端的第一、第二销轴、后腿转销的的第三销轴和第四销轴组成第一空间四边形机构；第一销轴与第四销轴之间设置有后拨控制单元，所述的后腿转销上连接有导向轮，后腿外板和后腿内板的上端分别设置于导向轮的两侧，后腿外板和后腿内板的下端的中间设置有张力轮，且后腿外板、后腿内板和张力轮通过轴连接；
所述的后拨控制单元的结构包括底座，所述的底座上端设置有步进电机，步进电机上连接有霍尔传感器和丝杠，丝杠的另一端连接有支撑体，所述的底座的右侧设置有丝杠导轨，丝杠导轨与丝杠平行设置，所述的丝杠上设置有可移动的滑块，滑块上有孔穿于丝杠导轨上，滑块上还连接有导杆；底座后补有转轴孔a，滑块上连接有导杆，导杆前部有转轴孔b；
所述的变速器前拨包括前拨导板、电机减速机、前拨固定端、四边形机构内板和四边形机构外板；所述的前拨导板的顶部和内侧分别设置有铰接轴，所述四边形机构外板的一边与前拨固定端的销轴活动连接，相对边与前拨导板的顶部铰接轴铰接，四边形机构内板的一边与前拨固定端的销轴连接另一边与前拨导板的内侧铰接轴铰接；前拨固定端、四边形机构外板、四边形机构内板和前拨导板形成第二空间四边形机构；所述电机减速机的输出轴与四边形机构内板上侧铰接轴固接；
所述电机减速机包括机壳，电机端轴和电机端齿轮；所述机壳内设置有减速器直连步进电机，减速器直连步进电机上连接有第二霍尔传感器，并通过电机端轴输出到电机端齿轮上；电机端齿轮与输出齿轮形成齿轮副，通过输出轴输出。
所述的后腿转销与后腿外板和后腿内板铰接。
所述的供电单元为铅蓄电池、锂离子电池、镍氢电池或者与自行车连接的发电机。
所述的左控制器和右控制器分别设置有升档按钮和降档按钮。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明变速器后拨结构更加简单，8铰点平行四边形机构改为7铰点平行四边形机构，能够实现同样的平面转动，后拨轴向尺寸减小，通过性高，不易与障碍物发生碰撞。高速过弯时压弯更安全；
2、本发明利用丝杠驱动，不需要弹簧，驱动精准，没有弹簧这种弹性元件，避免振动引起不正常变档，丝杠具有自锁性能，确定档位后工作稳定，不会因外力因素造成变档不准确；
3、本发明前后拨具有联动控制，可以自动识别设定的干涉档位配比，自动调整。不仅操作简单，而且任何齿比下，链条不会与前拨发生干涉；
4、本发明采用普通单片机控制，成本低，并且支持客户定制；
5、本发明通用零件多，维护简便，升级简便。
附图说明
图1是本发明一种自行车电子变速系统的结构示意图；
图2是本发明变速器后拨的结构示意图；
图3是本发明后拨控制单元的结构示意图；
图4是本发明变速器前拨的正视图；
图5是本发明变速器前拨的左视图；
图6是本发明变速器前拨的右视图；
图7是本发明电机减速机的结构示意图；
图8是本发明自行车电子变速系统的传动示意图；
图9是本发明自行车电子变速系统的后拨变速示意图；
图10是本发明自行车电子变速系统的前拨变速如图；
图11是本发明后拨固定端结构示意图和后腿转销结构示意图；
图12是本发明前拨固定端的结构示意图；
图13是本发明后拨设定流程示意图；
图14是本发明前后拨设定流程示意图；
图中，1.变速器后拨，2.变速器前拨，3.左控制器，4.控制模块，5.供电单元，6.右控制器，7.飞轮，8.链条，9.牙盘；
1-0.后拨变速器后腿，1-1.后拨转点，1-2.后拨控制单元，1-3.四边形机构上板，1-4.后腿转销，1-5.后腿外板，1-6.后腿内板、1-7.张力轮，1-8.导向轮，1-9.四边形机构下板，1-10.后拨固定端；
1-2-1.步进电机，1-2-2.滑块，1-2-3.支撑体，1-2-4.底座，1-2-5.霍尔传感器，1-2-6.丝杠导轨，1-2-7.丝杠，1-2-8.导杆，1-2-9.转轴孔a，1-2-10.转轴孔b；
1-4-1第三销轴，1-4-2第四销轴；
1-10-1第三销轴，1-10-2第四销轴；
2-1.前拨导板，2-2.电机减速机，2-3.前拨固定端，2-4.四边形机构内板，2-5.四边形机构外板；
2-2-1.机壳，2-2-2.第二霍尔传感器，2-2-3.电机端齿轮，2-2-4.电机端轴，2-2-5.输出齿轮，2-2-6.输出轴，2-2-7.减速器直连步进电机；
9-1.牙盘小盘，9-2.牙盘大盘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供一种自行车电子变速系统(参见图1)，包括变速器后拨1和变速器前拨2、左控制器3、控制模块4、供电单元5和右控制器6；
所述的控制模块4分别与变速器后拨1、变速器前拨2、左控制器3、供电单元5和右控制器6连接；
所述的供电单元5为铅蓄电池、锂离子电池、镍氢电池或者与自行车连接的发电机。
所述的左控制器3和右控制器6分别设置有升档按钮和降档按钮。
所述的左控制器3与右控制器6分别连接控制模块4，供电单元5与控制模块4相连，并给整个系统供电；控制模块4与变速器后拨1中的步进电机1-2-1相连，并与变速器前拨2中的减速器直连步进电机2-2-7相连；
参见图2：所述的变速器后拨1包括后拨固定端1‐10、后腿转销1‐4、后腿外板1‐5、后腿内板1‐6、三角形机构上板1‐3和四边形机构下板1‐9，所述的三角形机构上板1‐3的顶点与后腿转销1‐4的第四销轴1‐4‐2活动连接，相对顶点的边与后拨固定端1‐10的第一销轴1‐10‐1活动连接，所述的四边形机构下板1‐9的两个短边分别与后拨固定端1‐10的第二销轴1‐10‐2和后腿转销1‐4的第四销轴1‐4‐2连接，所述的三角形机构上板1‐3、四边形机构下板1‐9和后拨固定端的第一、第二销轴、后腿转销1‐4的的第三销轴1‐4‐1和第四销轴1‐4‐2组成第一空间四边形机构；第一销轴1‐10‐1与第四销轴1‐4‐2之间设置有后拨控制单元1‐2，所述的后腿转销1‐4上连接有导向轮1‐8，后腿外板1‐5和后腿内板1‐6的上端分别设置于导向轮1‐8的两侧，后腿转销1‐4与后腿外板1‐5和后腿内板1‐6铰接，后腿外板1‐5和后腿内板1‐6的下端的中间设置有张力轮1‐7，且后腿外板1‐5、后腿内板1‐6和张力轮1‐7通过轴连接，后拨转点1‐1和后拨固定端1‐10之间内装有扭力弹簧，扭力弹簧的两端分别与所述后拨转点1‐1和后拨固定端1‐10固接。
参见图3：所述的后拨控制单元1‐2的结构包括底座1‐2‐4，所述的底座1‐2‐4上至少固设有一个支撑体1‐2‐3，支撑体1‐2‐3上设置有丝杠1‐2‐7和导杆1‐2‐8，所述丝杠1‐2‐7和导杆1‐2‐8与底座1‐2‐4平行设置，所述的丝杠1‐2‐7上设置有可移动的滑块1‐2‐2，滑块1‐2‐2的两侧有孔贯穿连接有丝杠导轨1‐2‐6，所述丝杠导轨1‐2‐6的端部连接在支撑体1‐2‐3上，所述的丝杠1‐2‐7的一端与步进电机1‐2‐1连接，另一端与支撑体1‐2‐3连接，步进电机1‐2‐1上连接有第一霍尔传感器1‐2‐5，底座1‐2‐4后补有转轴孔a1‐2‐9，滑块1‐2‐2上连接有导杆1‐2‐8，导杆前部有转轴孔b1‐2‐10；
参见图4‐6：所述的变速器前拨2包括前拨导板2‐1、电机减速机2‐2、前拨固定端2‐3、四边形机构内板2‐4和四边形机构外板2‐5；所述的前拨导板2‐1的顶部和内侧分别设置有铰接轴，所述四边形机构外板2‐5的一边与前拨固定端2‐3的销轴活动连接，相对边与前拨导板2‐1的顶部铰接轴铰接，四边形机构内板2‐4的一边与前拨固定端2‐3的销轴连接另一边与前拨导板2‐1的内侧铰接轴铰接；前拨固定端2‐3、四边形机构外板2‐5、四边形机构内板2‐4和前拨导板2‐1形成第二空间四边形机构；所述电机减速机2‐2的输出轴2‐2‐6与四边形机构内板2‐4上侧铰接轴固接；
参见图7：所述电机减速机2‐2包括机壳2‐2‐1，电机端轴2‐2‐4和电机端齿轮2‐2‐3；所述机壳2‐2‐1内设置有减速器直连步进电机2‐2‐7，减速器直连步进电机2‐2‐7上连接有第二霍尔传感器2‐2‐2，并通过电机端轴2‐2‐4输出到电机端齿轮2‐2‐3上；电机端齿轮2‐2‐3与输出齿轮2‐2‐5形成齿轮副，通过输出轴2‐2‐6输出。
本发明在使用时(参见图1、图8-图14)，将后拨转点1-1、前拨固定端2-3分别与车架连接，左控制器3、控制模块4、供电单元5和右控制器6设置于车头，将张力轮1-7、导向轮1-8、自行车飞轮7和自行车牙盘9通过链条8连接，链条穿过所述的前拨导板2-1。
本发明专利分为设定工况与使用工况。
设定工况：
前拨运动形式，按动前拨升挡按钮，前拨驱动直连减速步进电机正转，带动齿轮箱驱动四边形机构，使前拨导板整体向车外运动。松开前拨升挡按钮，运动停止。降档反之。
后拨运动形式，按动后拨升挡按钮，后拨的步进电机正转，带动丝杠运动，丝杠与丝杠滑块之间发生位移，使丝杠整体伸长，后拨后腿向车外侧运动。松开后拨升挡按钮，运动停止。降档反之。
设定工况具有一定的操作顺序，距离流程如下：
1，后拨设定：
第一步，按动后拨升档按钮，使链条移动到最小飞轮处，且运动流畅、不发生异响；此时记录改点位置为后拨最小飞轮档位。由于后拨运动与后拨驱动丝杠的运动位置一一对应，故霍尔传感器记录的丝杠位置即后拨位置即档位位置。
第二步，按动后拨降档按钮，是链条移动到最小飞轮相邻的飞轮上，且运动流畅、不发生异响；此时记录改点位置为后拨2档飞轮档位。以此类推，直至最后一个档位。后拨设定完成。
2，前拨及联动设定：
第一步，后拨调动链条至最大盘，前拨通过前拨降档按钮调制最小盘，并使前拨导板的车内侧板尽量靠近链条，且运转正常，不发生异响；
第二步，后拨依次升档，直至链条与前拨导板发生干涉，记录该后拨档位为前拨调制档位触发档位，记录该后拨档位上一档位为前拨调制档位反向触发档位，按动前拨升档按钮，使前拨导板车内侧尽量靠近链条，且运转正常，不发生异响，此时的前拨档位为前拨调制档位1；即前盘为小盘时，后拨运动到当前档位，为了避免链条与前拨导板发生干涉，前拨在不换挡的前提下，运动了一个小的位移，避免干涉。反向亦然。
第三步，重复第二步，视情况而定是否还需要设定调整档位。直至后拨使链条运动到后飞轮最小盘。
第四步，按动前拨升档按钮，直至链条从前小盘换向大盘，并保证运动流畅、不发生异响，并且前拨导板外侧靠近链条且不发生干涉。
第五步，后拨依次降档，直至链条与前拨导板发生干涉，记录该后拨档位为前拨调制档位触发档位，记录该后拨档位上一档位为前拨调制档位反向触发档位，按动前拨降档按钮，使前拨导板车外侧尽量靠近链条，且运转正常，不发生异响，此时的前拨档位为前拨调制档位2；即前盘为大盘时，后拨运动到当前档位，为了避免链条与前拨导板发生干涉，前拨在不换挡的前提下，运动了一个小的位移，避免干涉。反向亦然。
第六步，重复第五步，视情况而定是否还需要设定调整档位。直至后拨使链条运动到后飞轮最大盘。设定完成。
设定完成后，前后拨即可正常使用。搭配不同的牙盘，前拨设定步骤可能会重复次数增多或减少。但是操作方法不变，工作原理不变。
使用工况：
前拨升档：使用人员按动一次前拨升档按钮并松开，触发前拨驱动直连减速点击运动，前拨运动到设定位置，自动停止。链条发生相应档位变化。
前拨降档：使用人员按动一次前拨降档按钮并松开，触发前拨驱动直连减速点击运动，前拨运动到设定位置，自动停止。链条发生相应档位变化。
后拨升档：使用人员按动一次后拨升档按钮并松开，触发后拨驱动直连减速点击运动，后拨运动到设定位置，自动停止。同时前拨判断所升档档位是否为前拨调制档位触发档位，若为前拨调整档位触发档位，前拨也随动做出设定调制，以避免链条发生干涉。若非前拨调整档位触发档位，前拨不工作。此时链条发生相应档位变化。
后拨降档：使用人员按动一次后拨降档按钮并松开，触发后拨驱动直连减速点击运动，后拨运动到设定位置，自动停止。同时前拨判断所降档档位是否为前拨调制档位触发档位，若为前拨调整档位触发档位，前拨也随动做出设定调制，以避免链条发生干涉。若非前拨调整档位触发档位，前拨不工作。此时链条发生相应档位变化。
前拨升档与后拨升档为提高传动齿比，前拨降档和后拨降档为降低传动齿比。以起到变速的作用。
本发明结构与现有结构的区别：
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自行车电子变速系统，包括变速器后拨（1）和变速器前拨（2）、左控制器（3）、控制模块（4）、供电单元（5）和右控制器（6）；
所述的控制模块（4）分别与变速器后拨（1）、变速器前拨（2）、左控制器（3）、供电单元（5）和右控制器（6）连接；
所述的左控制器（3）与右控制器（6）分别连接控制模块（4），供电单元（5）与控制模块（4）相连，并给整个系统供电；控制模块（4）与变速器后拨（1）中的步进电机（1-2-1）相连，并与变速器前拨（2）中的减速器直连步进电机（2-2-7）相连；其特征在于：
所述的变速器后拨（1）包括后拨固定端（1-10）、后腿转销（1-4）、后腿外板（1-5）、后腿内板（1-6）、三角形机构上板（1-3）和四边形机构下板（1-9），所述的三角形机构上板（1-3）的顶点与后腿转销（1-4）的第四销轴（1-4-2）活动连接，相对顶点的边与后拨固定端（1-10）的第一销轴（1-10-1）活动连接，所述的四边形机构下板（1-9）的两个短边分别与后拨固定端（1-10）的第二销轴（1-10-2）和后腿转销（1-4）的第四销轴（1-4-2）连接，所述的三角形机构上板（1-3）、四边形机构下板（1-9）和后拨固定端的第一、第二销轴、后腿转销（1-4）的第三销轴（1-4-1）和第四销轴（1-4-2）组成第一空间四边形机构；第一销轴（1-10-1）与第四销轴（1-4-2）之间设置有后拨控制单元（1-2），所述的后腿转销（1-4）上连接有导向轮（1-8），后腿外板（1-5）和后腿内板（1-6）的上端分别设置于导向轮（1-8）的两侧，后腿外板（1-5）和后腿内板（1-6）的下端的中间设置有张力轮（1-7），且后腿外板（1-5）、后腿内板（1-6）和张力轮（1-7）通过轴连接；
所述的后拨控制单元（1-2）的结构包括底座（1-2-4），所述的底座（1-2-4）上端设置有步进电机（1-2-1），步进电机（1-2-1）上连接有霍尔传感器（1-2-5）和丝杠（1-2-7），丝杠（1-2-7）的另一端连接有支撑体（1-2-3），所述的底座（1-2-4）的右侧设置有丝杠导轨（1-2-6），丝杠导轨（1-2-6）与丝杠（1-2-7）平行设置，所述的丝杠（1-2-7）上设置有可移动的滑块（1-2-2），滑块（1-2-2）上有孔穿于丝杠导轨（1-2-6）上，滑块（1-2-2）上还连接有导杆（1-2-8）；底座（1-2-4）后端有转轴孔a（1-2-9），滑块（1-2-2）上连接有导杆（1-2-8），导杆前部有转轴孔b（1-2-10）；
所述的变速器前拨（2）包括前拨导板（2-1）、电机减速机（2-2）、前拨固定端（2-3）、四边形机构内板（2-4）和四边形机构外板（2-5）；所述的前拨导板（2-1）的顶部和内侧分别设置有铰接轴，所述四边形机构外板（2-5）的一边与前拨固定端（2-3）的销轴活动连接，相对边与前拨导板（2-1）的顶部铰接轴铰接，四边形机构内板（2-4）的一边与前拨固定端（2-3）的销轴连接另一边与前拨导板（2-1）的内侧铰接轴铰接；前拨固定端（2-3）、四边形机构外板（2-5）、四边形机构内板（2-4）和前拨导板（2-1）形成第二空间四边形机构；所述电机减速机（2-2）的输出轴（2-2-6）与四边形机构内板（2-4）上侧铰接轴固接；
所述电机减速机（2-2）包括机壳（2-2-1），电机端轴（2-2-4）和电机端齿轮（2-2-3）；所述机壳（2-2-1）内设置有减速器直连步进电机（2-2-7），减速器直连步进电机（2-2-7）上连接有第二霍尔传感器（2-2-2），并通过电机端轴（2-2-4）输出到电机端齿轮（2-2-3）上；电机端齿轮（2-2-3）与输出齿轮（2-2-5）形成齿轮副，通过输出轴（2-2-6）输出。
2.根据权利要求1所述的一种自行车电子变速系统，其特征在于：所述的后腿转销（1-4）与后腿外板（1-5）和后腿内板（1-6）铰接。
3.根据权利要求1或2所述的一种自行车电子变速系统，其特征在于：所述的供电单元（5）为铅蓄电池、锂离子电池、镍氢电池或者与自行车连接的发电机。
4.根据权利要求3所述的一种自行车电子变速系统，其特征在于：所述的左控制器（3）和右控制器（6）分别设置有升档按钮和降档按钮。
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