CN115009412B - 一种电子变速器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子变速器系统，包括操作端和执行端，所述操作端包括操作按钮和操作控制器，所述执行端包括变速控制器和变速执行器，所述操作按钮与所述操作控制器电连接，所述变速控制器与所述变速执行器电连接，所述操作控制器与所述变速控制器通信连接，所述变速控制器用于根据所述操作按钮输入的操作指令生成微调控制信号或者换档控制信号；所述变速控制器用于接收所述微调控制信号以及换档控制信号，并基于预设的微调策略或换档策略控制所述变速执行器动作，以使所述变速执行器进行自行车的变速动作，所述变速执行器动作时将电机位置信号和电机工作电流传输给所述变速控制器。本发明解决了目前机械拉线变速不精准、操作复杂、费力的问题。

Description

一种电子变速器系统

技术领域

本发明涉及骑行设备技术领域，具体涉及一种电子变速器系统。

背景技术

随着自行车技术的发展，出现了变速自行车，可以调节档位，以适应不同的骑行环境，让骑行者的身体在各种不同的环境下维持稳定的输出，给休闲、健身和竞赛带来了极大的方便。目前的变速自行车都是多级变速，有不同的变速级别，在骑行过程中可以随意调节。

现有的变速方式都是采用机械拉线变速，机械拉线变速存在变速不精准、操作复杂、费力的缺点，不方便使用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种电子变速器系统，解决现有技术中机械拉线变速不精准、操作复杂、费力的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

一种电子变速器系统，包括操作端和执行端，所述操作端包括操作按钮和操作控制器，所述执行端包括变速控制器和变速执行器，所述操作按钮与所述操作控制器电连接，所述变速控制器与所述变速执行器电连接，所述操作控制器与所述变速控制器通信连接，其中，

所述变速控制器用于根据所述操作按钮输入的操作指令生成微调控制信号或者换档控制信号；

所述变速控制器用于接收所述微调控制信号以及换档控制信号，并基于预设的微调策略或换档策略控制所述变速执行器动作，以使所述变速执行器进行自行车的变速动作，所述变速执行器动作时将电机位置信号和电机工作电流传输给所述变速控制器。

优选的，所述的电子变速器系统中，所述微调策略为：

基于微调控制信号中的微调量和微调方向，控制所述变速执行器的动作。

优选的，所述的电子变速器系统中，所述换档策略为：

比较当前档位与所述换档控制信号中的目标档位，如果当前档位大于目标档位，则执行降档流程，如果当前档位小于目标档位则执行升档流程，如果当前档位等于目标档位，则控制所述变速执行器不动作。

优选的，所述的电子变速器系统中，所述降档流程为：

查询当前档位下一档的位移量，并根据所述当前档位下一档的位移量控制所述变速执行器动作后，判断电机电流是否大于空载电流，如果是，则持续判断电机电流是否小于空载电流，如果小于，则将当前档位减一后继续判断当前档位是否等于目标档位，如果是，则完成降档操作。

优选的，所述的电子变速器系统中，所述升档流程为：

获取目标档位的位移量，根据所述目标档位的位移量控制所述变速执行器动作后，判断电机电流是否大于空载电流，如果是，则持续判断电机电流是否小于空载电流，如果小于，则完成升档操作。

优选的，所述的电子变速器系统中，所述变速控制器还用于在所述自行车出现异常时，基于预设的异常处理策略进行自行车的异常处理。

优选的，所述的电子变速器中，所述异常处理策略包括：

当执行降档流程时，判断电机电流是否大于极限电流，如果是，则执行升档流程，将当前档位升一；

当所述电子变速器断电后重新上电时，读取变速控制器存储的断电前的档位信息；

当所述变速执行器在变速过程中断电后重新上电时，读取变速器中存储的开始调档标志位，根据所述开始调档标志位重新进行变速动作。

优选的，所述的电子变速器系统中，所述开始调档标志位为0或1，0表示断电前保存了档位位移量信息，1表示断电前没有保存档位位移量信息。

优选的，所述的电子变速器系统中，所述变速控制器还用于对所述自行车进行零位校准，所述零位校准的过程为：

控制所述变速执行器动作，以使所述变速执行器驱动所述电机向小齿数方向移动，当电机堵转时，完成零位校准。

优选的，所述的电子变速器系统还包括踏频传感器，所述变速控制器还用于根据当前档位以及踏频传感器检测的踏频，计算出当前的车速和车轮转速。

与现有技术相比，本发明提供的电子变速器系统，取代了传统机械拉线变速，采用电机驱动拉线变速，变速更加精准可靠，较常规机械变速方法，本发明的电子变速控制方法使变速更加精准、响应速度更快、操作更加方便省力；此外，还可以进行每个档位的微调，给用户提供了便利。

附图说明

图1是本发明提供的电子变速器系统的一较佳实施例的结构框图；

图2是本发明电子变速器系统的一较佳实施例的系统架构图。

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。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供的电子变速器系统，包括操作端1和执行端2，所述操作端1包括操作按钮11和操作控制器12，所述执行端2包括变速控制器21和变速执行器22，所述操作按钮11与所述操作控制器12电连接，所述变速控制器21与所述变速执行器22电连接，所述操作控制器12与所述变速控制器21通信连接。具体实施时，所述操作端1和执行端分别设置有一个通信模块，所述操作控制器12与所述变速控制器21通过通信模块实现通信。所述变速控制器21包括MCU和存储器，所述存储器用于存储数据，所述MCU用于进行变速执行器22的控制，并与所述操作控制器12通信连接。所述变速执行器22包括电机驱动模块、电机位置检测模块和电压电流检测模块，所述电机驱动模块、电机位置检测模块和电压电流检测模块均与所述MCU电连接，所述电机驱动模块用于驱动电机动作，所述电机位置检测模块用于检测电机的位置，所述电压电流检测模块用于检测电机工作时的电压和电流。

在一些实施例中，所述变速控制器12用于根据所述操作按钮11输入的操作指令生成微调控制信号或者换档控制信号。本实施例中，用户可通过所述操作按钮11输入操作指令，以实现自行车的速度微调或者换档，其中，速度微调是指在当前档位下进行速度的微型调整，换档包括升档和降档，升档是指控制电子变速器向小齿数方向变速，使车速增加，降档是指控制电子变速器向大齿数方向变速，使车速减小。

在一些实施例中，所述变速控制器21用于接收所述微调控制信号以及换档控制信号，并基于预设的微调策略或换档策略控制所述变速执行器22动作，以使所述变速执行器22进行自行车的变速动作，所述变速执行器22动作时将电机位置信号和电机工作电流传输给所述变速控制器21，具体通过电机位置检测模块将检测的电机位置信号发送给所述变速控制器21，通过所述电压电流检测模块将检测的电机工作电流发送给所述变速控制器21，所述变速控制器21结合电机位置检测信号和电机工作电流，精准的控制电机的位置，从而实现自行车速度的调整。

本发明实施例提供的电子变速器系统取代了传统机械拉线变速，采用电机驱动拉线变速，变速更加精准可靠，较常规机械变速方法，本发明的电子变速控制方法使变速更加精准、响应速度更快、操作更加方便省力；此外，还可以进行每个档位的微调，给用户提供了便利。

在一些实施例中，所述微调策略为：

基于微调控制信号中的微调量和微调方向，控制所述变速执行器的动作。

本实施例中，用户在微调模式下，可以设置微调量及微调方向，变速控制器12可根据用户设置的微调量及微调方向，控制变速执行器动作，将当前档位微调至合适位置后用户可确认保存当前档位的微调量，变速控制器12中的存储器将会保存此档位微调后的位移量。用户在微调模式下可随时放弃本次调整，退出微调模式，不保存此前的微调量。

在一些实施例中，所述换档策略为：

比较当前档位与所述换档控制信号中的目标档位，如果当前档位大于目标档位，则执行降档流程，如果当前档位小于目标档位则执行升档流程，如果当前档位等于目标档位，则控制所述变速执行器不动作。

本实施例中，当系统工作在调速模式下，用户可通过操作按钮11发送加减档指令，变速控制器21收到指令后执行相应的变档操作，其中，小齿数对应大档位，车速高，大齿轮对应小档位，车速低。变速控制器21在执行变档操作时，首先，目标挡位值与当前挡位值是否相等，目标挡位与当前挡位不相等时，判断目标挡位是否小于当前挡位，若符合则执行降挡流程，若不符合则执行升挡流程。

在一些实施例中，所述降档流程为：

查询当前档位下一档的位移量，并根据所述当前档位下一档的位移量控制所述变速执行器动作后，判断电机电流是否大于空载电流，如果是，则持续判断电机电流是否小于空载电流，如果小于，则将当前档位减1后继续判断当前档位是否等于目标档位，如果是，则完成降档操作。

本实施例中，在降档流程下，先判断目标挡位是否小于当前挡位，若不符合则退出降挡流程，若符合则查询当前挡位下一档的位移量并执行此位移量，然后判断电机电流是否大于空载电流，若不符合则继续判断，若符合则认为电机开始工作，接着判断电机电流是否小于空载电流，若不符合则继续判断，若符合则认为电机工作结束，将当前挡位自减1并将当前挡位保存到存储器中，继续判断目标挡位是否小于当前挡位。其中，空载电流是电机运行在无负载的情况下的电流。

在一些实施例中，所述升档流程为：

获取目标档位的位移量，根据所述目标档位的位移量控制所述变速执行器动作后，判断电机电流是否大于空载电流，如果是，则持续判断电机电流是否小于空载电流，如果小于，则完成升档操作。

本实施例中，升挡流程下，可跨挡位变速，直接查询目标挡位位移量，并执行此位移量，然后判断电机电流是否大于空载电流，若不符合则继续判断，若符合则认为电机开始工作，接着判断电机电流是否小于空载电流，若不符合则继续判断，若符合则认为电机工作结束，将当前挡位设为与目标挡位相同并保存当前挡位到存储器中，升挡流程结束。

在一些实施例中，所述变速控制器还用于在所述自行车出现异常时，基于预设的异常处理策略进行自行车的异常处理。

本实施例中，自行车的异常至少包括卡链、断电丢失档位、变速过程中意外断电，其中，卡链是电机在工作过程中电机电流大于极限电流时出现的情况，极限电流时电机运行在堵转情况下的电流。

在一些实施例中，所述异常处理策略包括：

当执行降档流程时，判断电机电流是否大于极限电流，如果是，则执行升档流程，将当前档位升一；

当所述电子变速器断电后重新上电时，读取变速控制器存储的断电前的档位信息；

当所述变速执行器在变速过程中断电后重新上电时，读取变速器中存储的开始调档标志位，根据所述开始调档标志位重新进行变速动作。

本实施例中，当链条脱落或者卡入异物，在执行降挡过程中执行器可能存在卡住的情况，从而导致无法变速到位并且阻力显著增大，直观地表现为卡链现象。当发生这种情况时，负载显著增大，电机电流大大增加，若电流超过电机限制电流可能会对电机及减速箱造成不可逆的损坏，需要放弃此次变速动作，返回变速降挡前的上一挡位，并提醒骑行人员此次变速失败，骑行人员排除异常情况后可再次尝试变挡操作。

进一步的，电子变速器运行时需要知道当前的挡位信息，当需要执行变速动作时要根据当前的挡位信息来计算目标挡位位移量，控制器执行此位移量以达到变速目的。当系统断电后，又重新上电运行时，若系统不知道断电前的挡位，则无法正确执行变挡。为了能够在系统切换断电和上电状态后仍能正常执行变挡，在每次变速结束都将当前挡位信息存储到存储器中，并且在每次系统上电时从存储器中读取上次断电前存储的档位信息，并在此基础上执行变挡，从而实现无论系统断电与否，都能一直记录当前的挡位信息。

进一步的，除了系统正常的上电和断电，系统在执行变速的过程中也存在意外断电的情况，由于此时变速未执行到位，挡位位移量信息无法保存到存储器中，仅保存了此次变速前的挡位值，从而会导致下次上电后挡位位移量信息混乱，无法正常变速。因此，需要针对这种情况增加特殊处理，以保证变速可以正常执行。本发明实施例通过设置开始调档标志位，可根据开始调档标志位重新进行变速动作。

在一些实施例中，所述开始调档标志位为0或1，0表示断电前保存了档位位移量信息，1表示断电前没有保存档位位移量信息。

本实施例中，在存储器中设置“开始调挡标志位”，变速开始调整挡位前将存储器中的“开始调挡标志位”置为1；执行变速调挡动作并调挡到位后，将存储器中的“开始调挡标志位”置为0；每次由断电到上电时，检测存储器中的“开始调挡标志位”；若此标志位为0，则认为上次断电前正常保存了挡位位移量信息，按照存储器中存储的挡位位移量信息继续执行变速调挡；若此标志位为1，则上次变速调挡完成前发生意外断电，挡位位移量信息已经不可信，需要重新校准挡位位移量信息：首先执行零位校准流程，零位校准完成后，重新回到断电前记录的挡位对应的其位移量。

在一些实施例中，所述变速控制器还用于对所述自行车进行零位校准，所述零位校准的过程为：

控制所述变速执行器动作，以使所述变速执行器驱动所述电机向小齿数方向移动，当电机堵转时，完成零位校准。

本实施例中，零位校准用于初装时使用，开始执行零位校准流程后，电机将向小齿数方向移动，直至电机堵转，此时认为在最高档位置。

在一些实施例中，所述电子变速器系统还包括踏频传感器，所述变速控制器还用于根据当前档位以及踏频传感器检测的踏频，计算出当前的车速和车轮转速。

本实施例中，由于电子变速器系统的变速挡位已知，从而可以计算牙盘和飞轮的传动比，结合踏频传感器就可以计算轮速，从而计算车速，接下来以公路车单牙盘搭配HG200-7的飞轮组合说明速度计算方法。

牙盘的齿数为T1，飞轮的齿数为T2，T2取决于当前的变速挡位，HG200-7的挡位与齿数关系如下表所示，踏频传感器检测的踏频为N1(单位为rpm)，当前的车轮转速为N2(单位为rpm)，车轮周长为L(单位为m)，由此可以计算车轮转速和车速V(单位为km/h)。

挡位	齿数T2
		1	28
2	24
		3	22
4	20
		5	18
6	16
		7	14

具体地，当牙盘齿数T1取为53，挡位为2挡时，飞轮齿数T2为24，踏频传感器检测的踏频N1为80rpm，车轮轮胎取700x25c，周长L为2.111m，由此可以计算得到车轮转速N2为176.67rpm，车速V为22.38km/h。

综上所述，本发明提供的电子变速器系统，取代了传统机械拉线变速，采用电机驱动拉线变速，变速更加精准可靠，较常规机械变速方法，本发明的电子变速控制方法使变速更加精准、响应速度更快、操作更加方便省力；此外，还可以进行每个档位的微调，给用户提供了便利。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电子变速器系统，其特征在于，包括操作端和执行端，所述操作端包括操作按钮和操作控制器，所述执行端包括变速控制器和变速执行器，所述操作按钮与所述操作控制器电连接，所述变速控制器与所述变速执行器电连接，所述操作控制器与所述变速控制器通信连接，其中，

所述变速控制器用于根据所述操作按钮输入的操作指令生成换档控制信号；

所述变速控制器用于接收所述换档控制信号，并基于预设的换档策略控制所述变速执行器动作，以使所述变速执行器进行自行车的变速动作，所述变速执行器动作时将电机位置信号和电机工作电流传输给所述变速控制器；

所述换档策略为：比较当前档位与所述换档控制信号中的目标档位，如果当前档位大于目标档位，则执行降档流程，如果当前档位小于目标档位则执行升档流程，如果当前档位等于目标档位，则控制所述变速执行器不动作；

所述降档流程为：查询当前档位下一档的位移量，并根据所述当前档位下一档的位移量控制所述变速执行器动作后，判断电机电流是否大于空载电流，如果是，则持续判断电机电流是否小于空载电流，如果小于，则将当前档位减一后继续判断当前档位是否等于目标档位，如果是，则完成降档操作；

所述升档流程为：获取目标档位的位移量，根据所述目标档位的位移量控制所述变速执行器动作后，判断电机电流是否大于空载电流，如果是，则持续判断电机电流是否小于空载电流，如果小于，则完成升档操作。

2.根据权利要求1所述的电子变速器系统，其特征在于，所述变速控制器还用于在所述自行车出现异常时，基于预设的异常处理策略进行自行车的异常处理。

3.根据权利要求2所述的电子变速器系统，其特征在于，所述异常处理策略包括：

当执行降档流程时，判断电机电流是否大于极限电流，如果是，则执行升档流程，将当前档位升一；

当所述电子变速器断电后重新上电时，读取变速控制器存储的断电前的档位信息；

当所述变速执行器在变速过程中断电后重新上电时，读取变速器中存储的开始调档标志位，根据所述开始调档标志位重新进行变速动作。

4.根据权利要求3所述的电子变速器系统，其特征在于，所述开始调档标志位为0或1，0表示断电前保存了档位位移量信息，1表示断电前没有保存档位位移量信息。

5.根据权利要求1所述的电子变速器系统，其特征在于，所述变速控制器还用于对所述自行车进行零位校准，所述零位校准的过程为：

控制所述变速执行器动作，以使所述变速执行器驱动所述电机向小齿数方向移动，当电机堵转时，完成零位校准。

6.根据权利要求1所述的电子变速器系统，其特征在于，还包括踏频传感器，所述变速控制器还用于根据当前档位以及踏频传感器检测的踏频，计算出当前的车速和车轮转速。