CN1506266A - 电子伺服助力式自行车变速机构及其相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子伺服助力式自行车变速机构的电子伺服助力方法，包括以下步骤：a)驱动(207，211)自行车变速机构执行器沿至少含有两个链齿轮的变速齿轮组的轴线方向在第一方向或者与第一方向相反的第二方向移动链条；b)接受在链条和变速齿轮组预定的链齿轮之间成功校准(205，305)的信息；c)设置步骤b)中链齿轮和与传动比相关的逻辑量一一对应的关系(传动比与预定的链齿轮相关)。本发明还涉及一种适合实现该方法的自行车变速机构，以及具有实现该方法的装置的程序和电路。

Description

电子伺服助力式自行车变速机构及其相关方法

技术领域

本发明涉及一种电子伺服助力式自行车变速机构和用于自行车变速机构的伺服助力方法，以及实现该方法的程序和电路。

背景技术

电子伺服助力自行车变速机构一般包括：

一个后执行机构和前执行机构，各自带有一个电动机，使链条向第一方向或第二方向、沿关于各自变速齿轮组的轴线方向通过一个导向器移动，所述变速齿轮组包括至少两个与自行车后轮轮毂结合的链齿轮(这组链齿轮也称作“小齿轮”或“锯齿状的轮子”，其链条导向器也称作“后变速器”或简单地称作“变速机构”)或分别与自行车脚踏板的曲柄中心轴相结合的链齿轮(这组链齿轮也称作“冕状齿轮”或“齿轮”或“锯齿状的轮子”，其链条导向器也称作“前变速器”或简单地称作“变速器”)，所述第一方向为例如从一个直径较小的链齿轮到一个直径较大的链齿轮，或称作为“升挡”；所述第二方向与第一方向相反，例如从一个直径较大的链齿轮到另一个直径较小的链齿轮上，或称作为“降挡”，

手动输入装置，包括分别向第一方向或第二方向输入一个后执行机构或前执行机构移动请求信号的装置，如与自行车左右两个把手相结合的控制杆，

一个与输入装置、后执行机构和前执行机构相连接的电子控制单元，在正常行驶工作模式下，它根据移动请求信号来分别驱动后执行机构或前执行机构，以便使链条从各自的变速齿轮组中的第一链齿轮上移动到第二链齿轮上，

一个后传感器和一个前传感器，用来检测执行机构的位置(从而检测变速器的位置)并将检测到的信号传输给电子控制单元，从而在执行机构到达预期位置时便停止动作。

上述类型的电子伺服助力自行车变速机构曾在以往的专利中描述过，如美国专利US5,480,356，US5,470,277，US5 865,454和欧洲专利申请EP1103456；另外Spencer及其它发明人在美国专利申请US6,047,230中、以及Ellsβer在德国专利申请DE3938454A1中也提及过。

特别地，在专利EP1103456中所述的变速机构中，位置传感器属于绝对位置传感器，其所提供的电信号为变速器的绝对位置信号，从而在变速器打开(再次后，这种传感器考虑了由于例如行驶过程中自行车的振动而被轻微移动的变速器的实际位置。

为了在正常行驶工作模式中变速机构的正确运作(即其中的变速机构由骑车人手动控制或由电子控制单元全自动或半自动控制)，后执行机构和前执行机构必须预先校准在初始位置上，该初始位置作为链条在相邻两个链齿轮上移动从而实现变速的参考基准(与不同链齿轮所处位置的信息和/或两相邻链齿轮的距离或齿距的信息一同组成参考基准)。该初始位置或参考位置通常是指链条在直径最小的链齿轮上时的那个位置。

在机械控制变速机构的在先技术中，初始位置的校准是由一个手动调整装置通过调整钢索的位置来完成的，这个钢索在变速中是用来使链条在相邻两链齿轮中来回移动的。

在电子伺服助力变速机构中，由电子控制单元根据代表不同链齿轮物理位置的逻辑位置(逻辑值)来驱动执行机构，从而实现链条在相邻两链齿轮上的位置变换。

在这些类型的变速机构中同样出现了设定初始或参考位置的问题。参考位置的设定通常都是在工厂中没有执行机构控制信号的情况下，通过使变速器挂在直径最小的链齿轮上完成的。

发明内容

在其中的第一方面，本发明涉及了一种电子伺服助力式自行车变速机构的电子伺服助力方法，该方法包括以下步骤：

a)驱动自行车变速机构的执行机构沿相应于变速齿轮组的轴向，在第一方向或者与第一方向相反的第二方向上，移动变速机构的链条，其中变速齿轮组包括至少两个链齿轮，

b)接收链条和变速齿轮组的预定链齿轮之间的成功对准信息，和

c)在执行机构在步骤b)中的物理位置和与相对于预定链齿轮的传动比相关的一个逻辑量之间设置一一对应的关系。

有利的，可将预定链齿轮设为变速齿轮组中直径最小的那个链齿轮。

设定一一对应关系的步骤c)可以包括将计数器的值设定为与预定链齿轮预相关的逻辑值。

当预定链齿轮是齿轮变速机构中直径最小的链齿轮时，设定)一一对应关系的步骤c可有利地包括将计数器置零。

作为另一种选择，设定一一对应关系的步骤c)可以包括将计数器的当前值作为与预定链齿轮预相关的逻辑值储存到存储器中。

有利地，对每一个链齿轮和相应的逻辑值重复步骤a)-c)。

这种方法进一步可以包括以下的步骤：

d)提供一个用户界面，

e)通过用户界面接收执行机构沿第一方向的第一移动请求信号或执行机构沿第二方向的第二移动请求信号，

其中在驱动执行机构的步骤a)中，可以根据步骤e)中所接收的移动请求信号实现传动链条向第一方向或者向第二方向的移动。

接收成功校准信息的步骤b)可以通过用户界面来完成。

或者，这种方法也可以包括以下步骤：

f)提供检测链条与预定链齿轮之间相对位置的检测装置，并提供成功校准的信息。

检测传动链条与预定链齿轮之间相对位置的检测装置，进一步可以提供执行机构向第一方向的第一移动请求信号或向第二方向的第二移动请求信号，

其中在驱动执行机构的步骤a)中，可以根据移动请求信号实现传动链条向第一方向或者向第二方向的移动。

步骤a)优选地在自行车静止的时候进行，也可能使齿轮变速机构中的链条处于运动状态中。

在一个实施例中，这种方法包括以下的步骤：

g)接收从一组模式中选定的一个工作模式信号，这组模式至少包括一个正常行驶工作模式和一个设置工作模式，

h)至少分别接收执行机构的第一或第二移动请求信号，以便分别沿第一方向或第二方向在相对于变速齿轮组的轴线方向移动传动链条，

i1)当工作模式信号为设置工作模式时，应至少进行步骤a)到步骤c)，

i2)当工作模式信号与正常行驶工作模式相符合时，执行如下步骤：驱动变速机构的执行机构，沿相应于变速齿轮组的轴向，分别在第一方向和第二方向上移动变速机构的链条，链条的移动是在变速齿轮组的第一链齿轮的相应物理位置和变速齿轮组的第二链齿轮的相应物理位置之间进行的，而物理位置是由与链齿轮相关的逻辑量决定的。

特别地，步骤i2)包括驱动执行机构沿相应于变速齿轮组的轴向在第一方向或第二方向上移动链条，移动的量由计数器的值分别加上或减去与第一链齿轮和第二链齿轮组成的链齿轮对预相关的差分量决定。步与变速齿轮组中每对相邻的链齿轮预相关的差分量可以是一样的。

有利地，这种方法进一步包括在接受成功的校准信息的步骤b)之后完成的以下步骤：

j)驱动变速机构的执行机构，沿相应于变速齿轮组的轴向(在第一方向或第二方向上移动变速机构的链条，使链条从当前的位置接着移动到变速齿轮组每一个邻近链齿轮，

k)驱动执行机构，沿相应于变速齿轮组的轴向在第一方向或第二方向上移动链条。

l)接受在链条和变速齿轮组的预定链齿轮之间成功校准的第二信息。

而且，该方法可在步骤k)和步骤l)之间有利地包括如下步骤：

j1)驱动变速机构的执行机构，沿相应于变速齿轮组的轴向分别在第二方向或第一方向上移动变速机构的链条，使链条接着移动到变速齿轮组每一个邻近链齿轮直到预定的链齿轮。

优选的，在步骤a)和/或步骤k)中，驱动执行机构以一个相对低的速度移动链条，在步骤i2)，j)和/或者j1)，  驱动执行机构以一个相对高的速度移动链条。

或者，或另外，在步骤a)和/或步骤k)，驱动执行机构的步进电机通过一步或者相对少的几步使链条移动，在步骤i2)，j)和/或者j1)，驱动执行机构的电机通过移动相对多的步数使链条。

在本发明的第二方面，本发明涉及一种电子伺服助力式自行车变速机构的程序，包括适宜在计算机中运行该程序来完成上述方法各步骤的程序代码装置。

该程序优选地在至少一个微控制器中实施。

或者，该程序可以储存在计算机的存储器中或在只读存储器中实施。

在本发明的第三方面，本发明涉及一个适宜实施上述方法的各步骤的电路。

在本发明的第四方面，本发明涉及一个自行车变速机构，包括：

-一个后执行机构和前执行机构，各自带有一个电机，沿第一方向或与第一方向相反的第二方向，沿各自变速齿轮组的轴线方向、通过一个导向器移动链条，所述每组变速齿轮组各自至少包括两个分别与自行车后轮轮毂结合的链齿轮和与自行车脚踏板的曲柄中心轴相结合的链齿轮，

-手动输入装置，包括输入一个后执行机构或前执行机构分别向第一方向或第二方向的移动请求信号的装置，

-一个连接到输入装置、后执行机构和前执行机构的电子控制单元，在正常行驶工作模式下，可操作该电子控制单元，以便根据移动请求信号驱动后或前执行机构将链条从各自变速齿轮组的第一链齿轮移动到第二相邻的链齿轮上，

所述自行车变速机构的特征在于：

手动输入装置包括从所述的正常行驶工作模式和设置工作模式之间选择工作模式的装置，

-在正常行驶工作模式时，电子控制单元在第一链齿轮所对应的逻辑值和第二链齿轮所对应的逻辑值之间分别驱动后执行机构或前执行机构，

-在设置工作模式下，可操作电子控制单元，以便根据相应的移动请求信号分别驱动后执行机构或前执行机构向第一方向或第二方向移动传动链条；同时该电子控制单元也具有输入传动链条和预定链齿轮之间的成功校准信息的装置，相应地，也提供了响应用于输入成功校准信息的装置而设定后执行机构或前执行机构的物理位置与预定链齿轮的逻辑值之间一一对应关系的设定装置。

在一个实施例中，一一对应关系的设定装置包括将后计数器或前计数器的值设置设定为与预定链齿轮预相关的逻辑值。

有利的是将变速齿轮组中直径最小的那个链齿轮设定为预定链齿轮，则一一对应关系的设定装置包括将后计数器或前计数器置零的装置。

或者，一一对应关系的设定装置包括将后计数器或前计数器的当前值作为与预定链齿轮预相关的逻辑值储存到存储器中的装置。

有利地，变速齿轮组分别包括检测后执行机构和前执行机构物理位置的后传感器和前传感器，并将检测信号提供给电子控制单元。

在正常行驶工作模式下，在一个实施例中，电子控制单元分别驱动后执行机构或前执行机构将传动链条从第一个链齿轮移动到第二个链齿轮上，其中反馈由物理位置检测装置检测到的物理位置控制。

物理位置检测装置可以进一步包括分别检测后执行机构或前执行机构与预定链齿轮之间的相对位置的检测装置，也包括产生成功校准信息的装置。

有利地，相对位置检测装置也适合于产生一个令执行机构向第一方向移动传动链条的移动请求信号，或另一个令执行机构向第二方向移动传动链条的移动请求信号。

相对位置的检测装置可以例如包含一个安装在执行机构上的平行光源和一个安装在预定链齿轮上的平行光传感器，反之亦然。利用光的三角测量也是一种可供选择的方法。

在一个实施例中，变速齿轮组包括存储与每对邻近链齿轮预相关的差分量的装置，其中在正常行驶工作模式下，与第二链齿轮相关的逻辑值是通过从与第一链齿轮对应的逻辑值中加上或相应地减去与第一和第二链齿轮预相关的差分量来决定。

变速齿轮组中每对相邻链齿轮所预相关的差分量可以是一样的。

优选地，后执行机构和前执行机构的电机是步进电机，且后或者前执行机构移动一步或整数倍步都是与后或者前计数器增加或者减少一个单位相对应的。

或者，后执行机构或前执行机构的电动机可以从直流电机、无刷电机、异步电机和液压电机中选用一种。

有利的，还设置有输出信息的装置，该装置通过手工输入装置和电子控制单元一起限定用户界面。

该变速机构包括一个配电板，位于电子控制单元和前后执行机构之间，该配电板上设置有前后传感器。

优选的，电子控制单元包括至少一个C-MOS技术制造的微控制器。

而且，优选的，电子控制单元是分布的并在显示单元和/或控制手动输入装置和/或配电板上包括了许多微控制器。

附图说明

本发明更进一步的特征和优点可以参考附图从一些优选实施例的详细说明中清楚地看出。在这些附图中：

图1示意地示出一个带有根据本发明的电子伺服助力变速机构的自行车的透视图，

图2示出根据本发明的电子伺服助力变速机构的框图，

图3到图5示意地示出根据本发明的变速机构中存储器的几种不同的实施例，

图6示出根据本发明的变速机构模式选择的一个流程图示例，及

图7和图8共同示出根据本发明的变速机构的设定工作模式的一个流程图。

具体实施方式

参照图1，自行车1，特别是赛车，包括一个由管状元件按已知方法加工成的车架2，该车架2限定后轮4的支撑结构3和前轮6的前叉5。车把70是管状结构，并可操作地与前叉5相连接。

在车架2较低的部位，支撑着传统类型的脚踏板或脚踏板单元7的轴，以便通过根据本发明的电子伺服助力变速机构来驱动后轮4，该变速机构由参考数字8总体指出。

变速机构8实质上由后变速齿轮组9和前变速齿轮组10所组成。后变速齿轮组9包括多个不同直径的、与后轮4共轴(轴线A)的链齿轮或小齿轮11(在所描述的实例中共有10个，但当然也可以是9个、11个或者是其他任何数目)。前变速齿轮组10包括多个不同直径的、与踏板曲柄7的轴共轴(轴线B)的链齿轮或冕状齿轮或齿轮12(在所描述的实例中共有2个，但当然也可以是3个或者是其他任何数目)。

后变速齿轮组9中的链齿轮11和前变速齿轮组10中的链齿轮12由一个环状的传动链条13有选择地啮合，从而通过电子伺服助力变速机构8提供不同的可获得的变速比。

不同的速比可以由以下的方式得到：移动后变速齿轮组9的链条导向器或后变速器(或简单地称作变速机构)14，以及/或移动前变速齿轮组10的链条导向器或前变速器(或简单地称作变速器)15。

后变速器14和前变速器15分别由执行机构16和17(如图2所示)所控制，典型的执行机构包含一个平行四边形铰接结构和一个使该结构变形的带有减速器的电动机。

后变速器的位置传感器或后传感器18和前变速器的位置传感器或前传感器19(如图2所示)与执行机构16和17相连接。

执行机构16和17分别对应的变速器14和15、以及分别对应的位置传感器18和19，它们的详细结构说明在本发明中都没有涉及到，因为本发明只展现它们特定结构之外的内容。它们的详细结构说明可以参考本发明在前面所提到的专利申请和专利。

特别地，传感器18，19优选在专利EP1103456A2中所描述的类型，它们更适合发出电信号来指示变速器14，15的绝对位置。

装备有电池的电子配电板30，将电力提供给执行机构16，17的电动机，传感器18，19，微处理器电子控制单元40，且优选显示单元60。电池优选可再充电类型的，并且变速器15就其本身而言应该包含一个能为电池充电的发电装置。

在本说明书和所附权利要求中，电子控制单元40下面需要一个逻辑单元，它由许多物理单元所组成，特别是由一个或多个分布式微处理器组成，这些分布式微处理器容纳在显示单元60和/或电子配电板30和/或指令单元中。

电子配电板30可以安置在车把70的某个管子中，或车架2的某个管子中，也可以安放在水杯的支架(附图中没有画出)中，或者在显示单元60中，显示单元60优选安置在车把70的中央。

各种组件中的信息传递是通过电缆线进行的，电缆最适宜安放在车架2的管子中，也可以采用无线通讯方式，例如蓝牙协议(BluetoothProtocol)。

在行驶期间，电子控制单元40根据升挡或降挡的请求信号通过执行机构16，17来控制后变速器14和前变速器15的动作，请求信号由手动命令装置输入或由电子控制单元40本身半自动或全自动发出。手动命令装置可例如包括手柄43，44，它们与车把70把手上的刹车手柄41相连接，分别用来给后变速齿轮组9提供升挡或降挡的信号，和手柄45，46(如图2)与车把70的另一个把手上的刹车手柄相连接，分别用来给前变速齿轮组10提供升挡或降挡的信号(为了清楚起见，手柄45，46并没有在图1中画出)。

作为手柄43，44(45，46)的替换装置，可以安装上两个手动控制按钮，或者两个由摇杆控制的按钮。

电子控制单元40也被连接到传感器18，19上，当到达预期的齿轮速比时可以控制执行机构16，17的电动机停止动作。也就是通过手动命令装置43，44，45，46或者电子控制单元40发出换挡命令(升挡或降挡)使变速器14或15达到了与之邻近(直径大一些或小一些)的链齿轮11或12的时刻。

在另一个可供选择的实施例中，执行机构16，17的电动机为步进电机，它能在每次升挡或降挡的过程中被适当步数所驱动然后自动停止，其中传感器18，19用来为电子控制单元40提供反馈信号，这样便可以在没有到达邻近链齿轮11或12的相应物理位置时再次为执行机构16，17的电动机提供动力。这样做的原因，举例来说，是由于变速器14，15所提供的阻力矩太高，高于步进电机所能传递的最大扭矩值，阻力矩很大程度上取决于骑车人蹬踏板的方式。

特别指出，根据本发明，电子控制单元40包含一个后计数器47和一个前计数器48。计数器47，48中的每个可以例如从内存单元的寄存器或变量存储装置中读取。

电子控制单元40在变速机构8的正常行驶工作模式下，驱动执行机构16，17并跟踪它们的位置来增加或减少计数器47，48的值。例如其单位数值可以以步进电机的每步步长和/或基于对传感器18，19的读取来确定。

电子控制单元40同样包含后存储装置49和前存储装置50，电子控制单元40基于这两个存储器决定(其方式将在后面参考图3-5描述)一个逻辑值，此逻辑值必需为计数器47，48所采用，以便使变速器14，15每次都能挂在所需要的链齿轮11，12上。

换句话说，如果链条13在第一链齿轮11(12)上并且计数器47(48)有了第一逻辑值，则当骑车人发出手动升挡请求指令43(45)(或者当这样的命令由电子控制单元40自身产生)时，电子控制单元40便驱动执行机构16(17)沿着A(B)轴在第一方向移动链条，直到计数器47(48)达到与较大直径的邻近的链齿轮11(12)相关联的逻辑值(直接读取存储装置49(50)或者由存储装置49(50)读取到的信息推导出)为止。因此链条13挂在较大直径的邻近的链齿轮11(12)上。当骑车人发出手动降挡请求指令44(46)(或者当这样的命令由电子控制单元40自身产生)时，电子控制单元40便驱动执行机构16(17)沿着A(B)轴在第二方向移动链条，直到计数器47(48)达到与较小直径的邻近的链齿轮11(12)相关联的逻辑值(直接读取存储装置49(50)或者由存储装置49(50)读取到的信息推导出)为止。因此链条13挂在较小直径的邻近的链齿轮11(12)上。

在执行机构16，17包含有步进电机的情况中，可有利地使步进电机沿第一旋转方向和第二旋转方向移动单步或整数倍步长对应计数器47，48的单一增加或者减少值。

在一个实施例中(如图3)，后和前存储装置49和50适合直接存储与各自变速齿轮组9，10的每一个链齿轮11，12相关联的逻辑值。因此，举例来说，后变速齿轮组9包含十个链齿轮或小齿轮11，后存储装置便可以存储最小直径的轮子所对应的逻辑值R1，第二个链齿轮所对应的逻辑值R2，第三个链齿轮所对应的逻辑值R3等等，直到与直径最大的链齿轮相对应的逻辑值R10；前变速齿轮组10包含两个链齿轮或冕状齿轮12，前存储装置便可以存储最小直径的轮子所对应的逻辑值F1和直径最大的链齿轮所对应的逻辑值F2。

在这样一个实施例中，电子控制单元40决定计数器47，48所必需采用的逻辑值，这样便可以在每次从存储装置49，50中直接读取相关的逻辑值时都能使变速器14，15挂在所需要的链齿轮11，12上。

在另一种实施例中(如图4)，后存储装置49可以存储与每一对邻近的链齿轮11相关联的差分量。因此，举例来说，后变速齿轮组9包含十个链齿轮和小齿轮11，则后存储装置49可以存储一个差分量ΔR1-2，它是与由直径最小的链齿轮和与它直接向邻的链齿轮11(直径比它稍大一点)所组成的一对链齿轮11组相关联的，差分量ΔR2-3是与由第二个和第三个链齿轮组成的一对链齿轮组相关联的，以此类推，差分量ΔR9-10是与直径最大的一对链齿轮11组相关联的；前变速齿轮组10包含两个链齿轮或冕状齿轮12，前存储装置50可以存储一个单一差分量ΔF1-2。

在这样一个实施例中，电子控制单元40决定计数器47，48所必需采用的逻辑值，这样变速器14，15便可以时刻处在所需要的链齿轮11，12上，其方式是通过从计数器的当前值中增加(或者减少)存储在存储装置49，50中的与由当前链齿轮11，12和与之直接相邻的直径大一点(或者小一点)链齿轮所组成的一对链齿轮组相应的差分量来实现的。

当变速齿轮组9，10所包含的链齿轮11，12等间距摆放时，后存储装置49和前存储装置50(如图5)可以只存储一个单一的差分量ΔR和ΔF。如果后变速齿轮组9的相邻近链齿轮11的间距与前变速齿轮组10的相邻近的链齿轮12的间距相等时，便可以只用一个单一的存储装置，例如只用前存储装置49。

根据在本发明，电子伺服助力变速机构，尤其是它的电子控制单元40也很适合于除了正常行驶工作模式外的其它工作模式，包括电子控制单元微处理器的编程模式，诊断模式，用来选择变速机构的手动、自动或者半自动控制的“选择工作模式”，如专利US5,865,454中所描述的，以及设置模式。编程、诊断和选择工作模式没有进行细节上的描述是因为它们不在本发明的范围。

各种工作模式通过手动的模式选择命令装置来进行选择，电子控制单元40优选地与显示单元60共同搭建一个用户界面。手动的模式选择命令装置优选包含两个安放在显示单元60上的按钮61，62。用户界面当然还可包含其它的按钮或手柄，例如按钮63，它在显示单元60和/或车把70的把手上，用于其它操作模式。

举例来说，当骑车人按动安放于显示单元60下部中间的按钮61时，电子控制单元40可以在显示单元60上按循环次序显示各种工作模式，模式选择装置也包含同样的按钮61来选定显示单元60上显示出的当前的工作模式，还有一个按钮，例如显示单元60右面的按钮62，用来在不选择当前模式时显示下一种工作模式。

或者，电子控制单元40可以在显示单元60上显示一个包含所有工作模式的菜单，模式选择装置包含一个在菜单中循环选择的指针按钮，或者两个在菜单中向两个方向循环选择的指针按钮，以及一个按钮根据循环选择指针当前的指示选定工作模式。

用来选定或不选定工作模式的按钮，或者循环指针的按钮，也可以是升挡或降挡请求指令43，44或45，46的表现形式，电子控制单元40可以根据系统设置，如逻辑门或布尔函数，来解释按动按钮时所产生的信号。

图6是示出根据本发明的变速机构8的模式选择的流程图示例。

当切换至101时，电子控制单元40进入框图102来进行正常行驶工作模式尤其是手动模式的控制。系统停留在此模式，在这种模式中，它等待或控制以上面所描述的方式来自变速机构请求指令43-46的信号，并对框图103中询问是否改变工作模式做出否定回答。在询问框图103中由手动命令输入，尤其是按动按钮61时所产生的模式选择请求信号是被监控的。

如果模式选择请求信号被激活，则从询问框图103中输出肯定的回答，电子控制单元40便会进入框图104询问是否希望进入编程模式，如果还是肯定回答，则会控制模式一直停留在框图105的状态，直到从框图106所询问的是否继续中得到否定回答为止，此后会回到框图102进行正常行驶工作模式控制。如果在框图104中得到否定回答，则电子控制单元40便会进入框图107询问是否进入诊断模式，如果还是肯定回答，则会控制模式一直停留在框图108的状态，直到从框图109询问的是否继续中得到否定回答为止，此后会回到框图102进行正常行驶工作模式控制。如果在框图107得到否定回答，电子控制单元40便会进入框图110询问是否进入前述的运行选择模式，尤其是对于骑车人要选择手动、半自动或全自动运行，如果还是肯定回答，则会控制模式一直停留在框图111的状态，直到从框图112询问的是否继续中得到否定回答为止，此后会回到框图102进行正常行驶工作模式控制。

一个是否愿意进入设置模式的请求113可以有利地嵌套在框图111中，这样需要用户双重肯定来避免错误的选择到了设置模式。如果在框图113得到否定回答，便会返回到框图111，然而如果回答是肯定的电子控制单元40便会控制设置工作模式114，这将会在后面图7和图8中详细介绍，此后控制模式一直停留在此状态，直到从框图115询问的是否继续中得到否定回答为止，然后将返回框图111。

图7和8共同示出了设置工作模式114的流程图。在这些图和后面的描述中，后变速器14简单的表示为“变速机构”，而前变速器15则简记为“变速器”。

从初始框图200开始，在框图201中，电子控制单元40查询后变速齿轮组9如果已经处在设置模式，则提交一个变速机构设置模式标记。否则，会在框图202中询问是否希望激活后变速齿轮组9的设置模式，如果作出否定回答，则后变速齿轮组9的设置模式会在框图203中终止。框图203与前变速齿轮组10的设置模式初始框图300相一致，如图8所示，由于它与设置模式与变速齿轮组9在作出必要的修正后基本一致，所以没有进行描述。

如果对框图202做出肯定的回答，则设置变速机构的设置模式标记并且流程沿框图203/300，301和302(此处将作否定回答，因为后变速齿轮组9的设置模式正在运行)进行，然后回到初始框图200(通过图6中的框图115)。

在框图201中检查到变速机构设置模式已经激活，则电子控制单元40会在框图205中询问是否希望退出变速机构设置模式。

在作出否定回答的情况下，电子控制单元40会在框图206检查升挡请求手柄43是否被按下。

在作出肯定回答的情况下，电子控制单元40会在框图207中驱动后执行机构16使它向链齿轮直径较大的方向移动链条，并且只要在框图208中检查到框图升挡请求手柄43还在按下状态，就会沿此方向继续驱动后执行机构16。后执行机构16被驱动使变速器14移动一段很小的距离，在任何情况下都要比两个相邻的链齿轮11之间的距离要小。优选的，为了得到更精确的移位，后执行机构16应当以低速驱动。特别地，在后执行机构16包含步进电机的情况下，它可以每单位时间移动一个步长或者在需要快速移动时每单位时间移动几个步长。

当升挡请求手柄43不再按下，会回到框图205，在那里电子控制单元40会询问是否需要退出变速机构的设置模式。

在电子控制单元40在框图206中检查到升挡请求手柄43 E经不再按下的情况下，它会在框图210中检查降挡请求手柄44是否已经被按下。

在作出肯定回答的情况下，电子控制单元40会在框图211中驱动后执行机构16(使变速器14移动一段很小的距离，在任何情况下都要比两个相邻的链齿轮11之间的距离要小，最好要低速驱动并且在采用步进电机的情况下使单位时间移动一个或多个步长)使它向链齿轮直径较小的方向移动链条，并且只要在框图212中检查到框图降挡请求手柄44还在按下状态，就会沿此方向继续驱动后执行机构16。

当降挡请求手柄44不再按下，会回到框图205，在那里电子控制单元40会询问是否需要退出变速机构的设置模式。

当在框图205中电子控制单元40接收到一个肯定回答时，会在框图214中取消变速机构设置模式标记，并且在框图215中对后执行机构16的当前物理位置和逻辑值作一一对应关系，其物理位置是由传感器18测出，逻辑值是和设置模式所设置的链齿轮11的传动比相关联的。

在电子控制单元40包含后计数器47的优选实施例中，通过以下方式完成一一对应关系：将后计数器47的值设置为逻辑值，其中逻辑值是从存储装置49中读取的或者由其决定的，它是与设置为设置模式的链齿轮相关联的。

由设置模式所设置的链齿轮11一般为直径最小的那一个，但是也可以选择设置为设置模式的链齿轮。在这种情况下，电子控制单元40将需要用户指定链齿轮11设置为设置模式或已经设置为设置模式，例如在框图204和框图215之前。

因此，在图3所示存储装置的实施例中，计数器47的值将根据选定为设置模式的链齿轮11被指定为R1或者R1，R2，…，R10其中之一。

在图4所示存储装置的实施例中，当选择为设置模式的链齿轮11是直径最小的一个时，计数器47将被置零。如果选择为设置模式的链齿轮是变速齿轮组中的第i个轮时，则计数器47的值将被设置为由差分量ΔR(i-1)-i所决定的值加上所有与任意一对直径较小的链齿轮相关联的差分量上，其中差分量ΔR(i-1)-i是与一对链齿轮相关联的，这对链齿轮是由选择为设置模式的链齿轮和与之相邻的直径小一点的链齿轮所组成的。换句话说，在设置模式选择为设置在第二个链齿轮11的情况下，计数器47的值将被设置为ΔR1-2，在设置模式选择为设置在第三个链齿轮11的情况下，计数器47的值将被设置为ΔR1-2+ΔR2-3等等。

在图5所示的存储装置的实施例中，当选择为设置模式的链齿轮11是直径最小的一个时，计数器47将被置零。如果被选择为设置模式的链齿轮是变速齿轮组中的第i个轮时，则计数器47的值将被设置为由差分量ΔR乘以i-1所得到的值，也就是说此值是由在后变速齿轮组9中指示选择为设置模式的的链齿轮位置的值减去一所得到的。换句话说，在设置选择了第二个链齿轮11的情况下，计数器47的值将被设置为ΔR，在设置选择了第三个链齿轮11的情况下，计数器47的值将被设置为ΔR^*2等等。

在另一个实施例中，一一对应关系的设置可通过以下方式实现：根据后计数器47的值，修改存储装置49与选择为设置模式的链齿轮相关联的逻辑值R1，R2，…，R10，F1，F2(或者是通过适当的计算得到的差分量ΔRx，ΔFy)来完成中。应允许通过这种途径来修改与链齿轮相关联的逻辑值：即应该提供一种可能，以便可以将它们恢复为默认的逻辑值(对应于标称值或平均值)，这些默认的逻辑值适当地储存在只读存储装置中。

设置模式114通常在自行车装配生产线的车间中设置好。

第一个步骤是先保持自行车静止，单独的上下移动执行机构16并停止，也就是说当“视觉上”认为已经得到了最佳的校准时，便可结束设置工作模式。

视觉上的校准可以通过机械和电子两种不同的方式改进。举例来说，可以在后变速器14(和/或前变速器15)的一个小的惰链齿轮上安装一个板，这样便可以在它接触到直径最小的或其他情况下预先为设置模式的链齿轮11时得到标定。另一种方式，可以在小链齿轮上安装一个激光器二极管并在链齿轮11(12)上安装一个激光接收器，交换安装也可以。为了更大程度的改善校准，可以采用“光学三角测量”等等。

第二个步骤是通过踏板曲柄单元7启动使链条并在“听觉上”校验校准。其实，一个内行的用户，可以体会到校准得最好时，噪声也最小。

很明显，你可以把这两个过程结合起来，通过视觉和听觉来完成校准。

也可以在依靠视觉和/或听觉做相应检查的同时，增加如下一步：(在正常行驶工作模式下)使变速机构8做完整的上坡行驶(和/或完整的下坡行驶)。在这个完整的行驶过程结束(返回设置模式)时，设置过程被“完善”。这样完整的行驶过程可以由操作者手动完成，或者由电子控制单元40自动完成。当然，如果仅仅完成了一个完整的驾驶过程，则应在不同于完成初始设置的链齿轮的其他链齿轮上进一步“完善”设置过程。

利用安装在变速器14，15和选择为设定模式的链齿轮11，12之间的相对位置传感器(图中没有显示)，可以完成自动或半自动的设置。这些相对位置传感器包括有例如分别与变速器14，15和链齿轮11，12平行光源和光电探测器。当光电探测器检测来自平行光源的光束时，在成功校准时向电子控制单元40发出信息，相应于框图205(305)的肯定的结果，其中在框图205(305)中询问是否希望变速机构设置模式无效。在光电传感器在链齿轮11，12的轴向有一些延长的情况下，就像比如在线性CCD传感器的情况下，它也可以根据接收来自平行光源光的点来识别达到校准所需要的移动方向，向电子控制单元40发出相应的信号。这些信号与框图206，208，210，212(306，308，310，312)的肯定结果相对应，这些框图用于检查升挡或者降挡要求的手柄是否被按下。

在设置工作模式中变速器14，15的移动以低速实现，尤其是在有步进电机的情况下通过某几步动作，或者更好的通过一次只要一步或两步实现。

在生产车间，利用这种方法，设置模式114应该可以经常方便地实现，在必须的时间致力于获得每一个精确的结果，即精密的调整。

微处理器电子控制单元40可以，例如，以C-MOS技术制造，这样拥有低功耗的优势。

作为通过专用硬件实现的一个替换选择，上面描述的电子控制单元40的功能可以由软件程序完成，这个程序可以在一个小计算机上运行。

另一个选择中，设置工作模式114可以通过与电子控制板分离的电子板实现，而这个电子控制板是用来在正常行驶工作模式102和，如果可能的话，在其他工作模式的情况下驱动变速机构的。或者，设置模式114也可以通过与控制程序相分离的软件程序实现，而这个控制程序是用来在正常行驶工作模式102和，如果可能的话，其他工作模式的情况下控制变速机构的。在这些情况下，能够提供设置工作模式114做为现有的伺服助力变速机构的更新。

Claims (36)

1.一种电子伺服助力自行车变速机构(8)的电子伺服助力方法，包括以下步骤：

a)驱动(207，211，307，311)自行车变速机构(8)的执行机构(16，17)沿相应于变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)、在第一方向或者与第一方向相反的第二方向上，移动变速机构的链条(13)，其中变速齿轮组(9，10)包括至少两个链齿轮(11，12)，

b)接收关于链条(13)和变速齿轮组(9，10)的预定链齿轮(11，12)之间成功校准(205、305)的信息，和

c)在执行机构(16，17)在步骤b)中的物理位置和与相对于预定链齿轮(11，12)的传动比相关的一个逻辑量之间设置(215，315)一一对应的关系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预定链齿轮(11，12)是变速齿轮组(9，10)中直径最小的。

3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，设置(215，315)一个一一对应关系的步骤c包括把一个计数器(47，48)的值设定为与预定的链齿轮(11，12)相关的逻辑值。

4.当以权利3从属于权利要求2时，如权利要求3所述的方法，其特征在于，设置(215，315)一个一一对应关系的步骤c包括把一个计数器(47，48)的值设定为零。

5.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，设置(215，315)一个一一对应关系的步骤c包括在存储器(49，50)中将计数器(47，48)的当前值存储为与预定的链齿轮(11，12)预相关的逻辑值(Fx，Ry)。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对每一个链齿轮(11，12)和相应的逻辑值(Fx，Ry)重复步骤a)-c)。

7.如前面任一项权利要求所述的方法，进一步包括以下几个步骤：

d)提供一个用户界面(43-46，60-63)，

e)通过用户界面(43-46，60-63)接受执行机构(16，17)在第一方向上的第一移动请求信号(206，208，306，308)，或者在第二方向上的第二移动请求信号(210，212，310，312)，

其中在驱动执行机构(16，17)的步骤a)，链条(13)的移动是根据在步骤e)中接受的移动请求信号(206，208，306，308，210，212，310，312)，在第一或者第二方向上完成的。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，接受成功校准(205，305)信息的步骤b)是通过用户界面(43-46，60-63)完成的。

9.如权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

f)提供检测链条(13)和预定的链齿轮(11，12)之间相对位置的装置，提供成功校准(205，305)的信息。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，检测链条(13)和预定的链齿轮(11，12)之间相对位置的装置还适合于提供执行机构(16，17)在第一方向上的第一移动请求信号(206，208，306，308)，或者执行机构(16，17)在第二方向上的第二移动请求信号(210，212，310，312)。

其中在驱动执行机构(16，17)的步骤a)，链条(13)的移动是根据在移动请求信号(206，208，306，308，210，212，310，312)，在第一或者第二方向上完成的。

11.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤a)在自行车静止的时候完成的。

12.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤a)完成的同时，保持变速机构的链条(13)处于运动之中。

13.如前面任一项权利要求所述的方法，包括如下几个步骤：

g)接受一个工作模式信号，该信号是从一组信号中选择的，这组信号至少包括正常的行驶工作模式(102)和设定工作模式(114)，

h)分别接受执行机构(16，17)的第一(43，45)和第二(44，46)移动请求信号，沿相应于变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)，分别在第一方向和第二方向上移动变速机构(8)的链条(13)。

i1)当工作模式信号与设定工作模式(114)相符合时，至少执行步骤a)-c)，

i2)当工作模式信号与正常行驶工作模式(102)相符合时，执行如下步骤：驱动变速机构(8)的执行机构(16，17)，沿相应于变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)，分别在第一方向和第二方向上移动变速机构(8)的链条(13)，链条的移动是在变速齿轮组(9，10)的第一链齿轮(11，12)的相应物理位置和变速齿轮组(9，10)的第二链齿轮(11，12)的相应物理位置之间进行的，而物理位置是由与链齿轮(11，12)相关的逻辑量决定的。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤i2)包括驱动执行机构(16，17)沿相应于变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)在第一方向或第二方向上移动链条(13)，移动的量由计数器(47，48)的值分别加上或减去与第一链齿轮(11，12)和第二链齿轮(11，12)组成的链齿轮对预相关的差分量(ΔFx，ΔRy)决定。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，与变速齿轮组(9，10)的每一对邻近的链齿轮(11，12)预相关的差分量(ΔFx，ΔRy)彼此相等(ΔF，ΔR)。

16.如前面任一项的权利要求所述的方法，其特征在于，它包括在接受成功的校准信息的步骤b)之后完成的以下步骤：

j)驱动变速机构(8)的执行机构(16，17)，沿相应于变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)在第一方向或第二方向上移动变速机构的链条(13)，使链条从当前的位置接着移动到变速齿轮组(9，10)每一个邻近链齿轮(11，12)，

k)驱动执行机构(16，17)，沿相应于变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)在第一方向或第二方向上移动链条(13)。

1)接受在链条(13)和变速齿轮组(9，10)的预定链齿轮(11，12)之间成功校准的第二信息。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，包括在步骤k)和步骤1)之间完成的如下步骤：

j1)驱动变速机构(8)的执行机构(16，17)，沿相应于变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)分别在第二方向或第一方向上移动变速机构的链条(13)，使链条接着移动到变速齿轮组(9，10)每一个邻近链齿轮(11，12)直到预定的链齿轮(11，12)。

18.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤a)和/或步骤k)中，驱动执行机构(16，17)以一个相对低的速度移动链条(13)，在步骤i2)，j)和/或者j1)，驱动执行机构(16，17)以一个相对高的速度移动链条(13)。

19.如前面任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤a)和/或步骤k)，驱动执行机构(16，17)的步进电机通过一步或者相对少的几步使链条(13)移动，在步骤i2)，j)和/或者j1)，驱动执行机构(16，17)的电机通过相对多的步数使链条(13)移动。

20.用于电子伺服助力自行车变速机构的程序，当程序在配置至少一个微处理器的计算机上运行时，适于完成如前面任一项权利要求所述的方法的步骤的程序代码装置。

21.适合实现如权利要求1到19所述方法的步骤的电子电路。

22.自行车变速机构(8)，包括：

-一个后执行机构(16)和一个后执行机构(17)，它们分别具有电机，通过导向元件(14，15)，沿相应于各自变速齿轮组(9，10)的轴向(A，B)在第一方向和与第一方向相反的第二方向移动链条(13)，其中变速齿轮组(9，10)包括至少两个链齿轮，它们分别与后轮(4)的轮毂和自行车(1)的踏板曲柄(7)轴相连联

-手动输入装置(43-46，60-63)，包括分别输入分别在第一或者第二方向的执行机构或前执行机构(16、17)的移动请求信号，

-连接输入工具(43-46，60-63)和后执行机构(16)与前执行机构(17)的电子控制单元(40)，在正常行驶工作模式(102)下，它可以根据移动请求信号，分别驱动后或者前执行机构(16，17)，使链条(13)从各自变速齿轮组(9，10)的第一链齿轮(11，12)移动到邻近的另一个链齿轮(11，12)，

其特征在于：

-手动输入装置(43-46，60-63)包括一个选择装置，它可以在所述正常行驶工作模式和设定工作模式之间选择工作模式，

-在正常行驶工作模式下，电子控制单元(40)在与第一链齿轮(11，12)相关的逻辑值和与第二链齿轮(11，12)相关的逻辑值之间分别驱动后执行机构或前执行机构(16，17)。和联。

-在设定工作模式下，电子控制单元(40)按照移动请求信号分别驱动后或者前执行机构(16，17)，以便在第一方向或第二方向移动链条(13)，电子控制单元(40)还具有装置(43-46)，用于输入在链条(13)和变速齿轮组(9，10)的预定链齿轮之间成功校准的信息，同样，电子控制单元还有一个响应用于输入成功校准信息的装置(43-46)，它是用来分别在前后执行机构(16，17)以及预定链齿轮(11，12)相关的逻辑量之间设置一一对应关系。

23.如权利要求22所述变速机构(8)，其特征在于：

-设置一一对应关系的装置(215，315)，包括将后或前计数器值(47，48)的值设置为预定的链齿轮(11，12)预相关的逻辑值的装置(215，315)。

24.如权利要求23所述的变速机构，其特征在于预定的链齿轮(11，12)是直径最小的链齿轮(11，12)，设置一一对应关系的装置(215，315)包括把后或前计数器(47，48)置零的装置。

25.如权利要求22所述的变速机构，其特征在于：

-设置一一对应关系的装置包括把后计数器或者前计数器(47，48)的值作为和预定的链齿轮(11，12)相关的逻辑值保存在存储器(49，50)中的装置。

26.如权利要求22到25中任一项所述的变速机构，包括分别检测后执行机构和前执行机构的物理位置的装置(18，19)，并把检测信号提供给电子控制单元(40)，这包括一个前传感器(18)和后传感器(19)。

27.如权利要求26所述的变速机构，其特征在于，在正常行驶工作模式下，电子控制单元(40)通过有用于检测物理位置(18，19)的装置检测到的物理位置控制的反馈分别驱动后或者前执行机构(16，17)，从而在第一链齿轮(11，12)和第二链齿轮(11，12)之间移动链条(13)。

28.如权利要求26或27所述的变速机构，其特征在于，检测物理位置(18，19)的装置进一步包括分别检测后或者前执行机构(16，17)与预定链齿轮(11，12)的相对位置的装置，该装置还用来产生成功校准信息。

29.如权利要求28所述的变速机构，其特征在于，检测相对位置的装置也适合产生执行机构(16，17)在第一方向上的第一移动请求信号或者执行机构(16，17)在第二方向上的第二移动请求信号。

30.如权利要求22到29任一项所述的变速机构，包括存储与每对邻近链齿轮(11，12)预相关的差分量(ΔRx，ΔFy)的装置，其中在正常行驶工作模式下，与第二链齿轮(11，12)相关的逻辑值是通过从与第一链齿轮(11，12)对应的逻辑值中加上或相应地减去与第一和第二链齿轮(11，12)预相关的差分量来决定。

31.如权利要求30所述的变速机构，其特征在于，与变速齿轮组(9，10)的每一对邻近链齿轮(11，12)预相关的差分量(ΔR，ΔF)彼此相等。

32.利要求23到31中任一项所述的变速机构，其特征在于，后执行机构和前执行机构(16，17)的电机是步进电机，且后或者前执行机构(16，17)移动一步或整数倍步都与后或者前计数器(47，48)的单位增加或者相对应。

33.如权利要求22到32所述的变速机构，其特征在于，包括了输出信息的装置(60)，该装置通过手工输入装置(43-46，60-63)和电子控制单元(40)一起限定用户界面。

34.如权利要求22到23中任一项所述的变速机构，其特征在于，包括了一个配电板(30)，位于电子控制单元(40)和前后执行机构之间(16，17)。

35.如权利要求22到34中任一项之一所述的变速机构，其特征在于，电子控制单元(40)包括至少一个C-MOS技术制造的微控制器。

36.如权利要求22到35中任一项所述的变速机构，其特征在于，电子控制单元是分布的并在显示单元(60)和/或控制手动输入装置(43-47，61-63)和/或配电板(30)上包括了许多微控制器。

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