CN205998090U

CN205998090U - 自行车智能变速系统

Info

Publication number: CN205998090U
Application number: CN201620997346.8U
Authority: CN
Inventors: 王冠学; 苗玉; 郑传生; 隋国荣; 高秀敏
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2026-08-30

Abstract

本实用新型提供了一种自行车智能变速系统，包括压力传感器、数模转换电路、控制模块、通信模块、交互模块、执行机构以及自行车变速器。压力传感器安装在自行车的踏板上，用于检测踏板上产生的压力，并根据压力产生对应的电压信息；数模转换电路用于接收压力传感器所产生的电压信息，并将该电压信息转换为数字信息后传递给控制模块；交互模块安装有交互软件以及相应的交互界面，用于与使用者进行交互，获得使用者的指令信息；控制模块通过通信模块与交互模块进行通信连接，并根据指令信息以及数字信息对执行机构进行控制，执行机构与自行车变速器的档位调节钢丝连接，用于在控制模块的控制下对自行车变速器的档位进行调节。

Description

自行车智能变速系统

技术领域

本实用新型涉及一种自行车变速系统，具体涉及一种自行车智能变速系统。

背景技术

自行车，俗称自由车、脚踏车或单车，在19世纪首次引入中国。其后的一百多年中，自行车逐渐成为人们日常必不可少的交通工具，具有无噪声、无污染、重量轻、结构简单、物美价廉、使用和维修方便等特点，既能作为代步和运载货物的工具，又能用于体育运动。自行车还衍生出了一系列体育竞技项目，从1868年至今，国内外举行了很多大型自行车赛事，如世界业余自行车锦标赛、世界职业自行车锦标赛、环法自行车大赛、场地自行车比赛等。

在自行车的使用过程中，速度调节是非常重要的一环。自行车的变速器能够改变自行车链条和不同的前、后大小的齿轮盘的配合，借此来改变车速快慢。自行车链条与不同的齿轮盘配合也导致了使用者出力与轮胎扭力之间的变化，使用者的直观感受是踏板给予的反作用力变大或变小了。这种变速调节导致的踏板压力变化使得自行车在作为腿部锻炼工具使用时，能够根据使用者的需求提供不同的蹬踏阻力。另外，即使是在一般骑行的过程中，不同的使用者对蹬踏阻力的喜好也不尽相同。但是，蹬踏阻力除了与自行车的速度档位相关，还受到路面粗糙程度、上下坡等路况的影响，因此即使将自行车的速度档位固定在某一档位，其蹬踏阻力也是一直在变化的，经常导致使用者感觉不愉快，甚至因蹬踏阻力突然变化而使力不当，造成肌肉损伤。

现有技术中，自行车变速系统的相关专利技术多不胜数，但是大多专利技术为通过改变自行车的机械结构，达到省力、耐用的目的。例如，申请号为201020111519.4的中国实用新型“一种自行车”，提供了一种成本低、加速时既省力又不改变蹬轴幅度的自行车，但该实用新型从机械结构上对自行车进行了更改，使其结构变得复杂、维修困难。

由此可见，现有技术中，对自行车变速系统的改进多通过改变机械结构来实现，这类自行车无法实现智能控制，无法根据个人的喜好，选择自行车的速度快慢或阻力大小。同时，复杂的机械结构、高难度的维修技术使这类自行车难以应用于日常生活。此外，这类自行车都无法根据路况进行实时调节，不能将蹬踏阻力始终维持在适当的范围内。

实用新型内容

为解决上述问题，提供一种能够实现智能控制的自行车变速系统，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种自行车智能变速系统，其特征在于，包括压力传感器、数模转换电路、控制模块、通信模块、交互模块、执行机构以及自行车变速器，其中，压力传感器安装在自行车的踏板上，用于检测踏板上产生的压力，并根据压力产生对应的电压信息，数模转换电路用于接收压力传感器所产生的电压信息，并将该电压信息转换为数字信息后传递给控制模块，交互模块安装有交互软件以及相应的交互界面，用于与使用者进行交互，获得使用者的指令信息，控制模块通过通信模块与交互模块进行通信连接，并根据指令信息以及数字信息对执行机构进行控制，执行机构与自行车变速器的档位调节钢丝连接，用于在控制模块的控制下对自行车变速器的档位进行调节。

本实用新型提供的自行车智能变速系统，还可以具有如下技术特征：其中，压力传感器为应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、压电压力传感器中的任意一种。

本实用新型提供的自行车智能变速系统，还可以具有如下技术特征：其中，数模转换电路为电压输出型数模转换电路、电流输出型数模转换电路、乘算型数模转换电路中的任意一种。

本实用新型提供的自行车智能变速系统，还可以具有如下技术特征：其中，控制模块为单片机。

本实用新型提供的自行车智能变速系统，还可以具有如下技术特征：其中，通信模块为NFC通信模块、蓝牙通信模块、zigbee通信模块中的任意一种。

本实用新型提供的自行车智能变速系统，还可以具有如下技术特征：其中，执行机构为自态角电机、步进电机、压电电动机、舵机中的任意一种。

实用新型作用与效果

根据本实用新型提供的自行车智能变速系统，由于控制模块能够根据指令信息，通过执行机构对自行车变速器进行调节，因此能够实现按照使用者指令的智能调节，满足不同使用者的要求；控制模块还能够根据踏板的压力信息进行反馈调节，因此还能够根据路况进行实时、自动化的调节，使自行车在不同的路况下都能够将蹬踏阻力维持在一定范围内。

附图说明

图1是本实用新型的自行车智能变速系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例来说明本实用新型的具体实施方式。

图1是本实用新型的自行车智能变速系统结构示意图。

如图1所示，本实用新型的自行车智能变速系统10包括压力传感器1、数模转换电路2、控制模块3、通信模块4、交互模块5、执行机构6以及自行车变速器7。

压力传感器1安装在踏板上，用于检测踏板上产生的压力，该压力传感器1与数模转换电路2通过电路引线连接。数模转换电路2与控制模块3具有单向通信连接，能够单向地将信息传递给控制模块3；控制模块3与通信模块4之间、通信模块4与交互模块5之间均为双向通信连接，使得控制模块3产生的信息能够通过通信模块4传递给交互模块5，或者交互模块5产生的信息能够通过通信模块4传递给控制模块3。

通信模块3与执行机构6之间具有单向通信连接，使得通信模块3能够对执行机构6发出命令，使执行机构6执行相应的动作；执行机构6的出力端直接与自行车变速器7的档位调节钢丝连接，使得执行机构6执行相应的动作时，自行车变速器7进行相应的档位调节。

本实施例中，压力传感器1为振动型压力传感器；数模转换电路2为ADC0832；控制模块3为51系列单片机；通信模块4为蓝牙4.0MT-BLE01；交互模块5为安装有相应APP的智能手机；执行机构6为JX PDI-6221MG 20KG舵机；自行车变速器7为目前市场上的常用自行车变速器，能够通过改变自行车链条和不同的前、后大小的齿轮盘的配合，来调节蹬踏阻力的大小。

此外，在本实施例中，数模转换电路2、控制模块3、通信模块4集成在一个控制盒内，该控制盒安装在自行车上，具体位置可根据实际情况任意选择(例如，自行车的车筐位置)；执行机构6同样安装自行车上，位于自行车变速器7附近(例如，自行车横梁上靠近自行车变速器7的位置)。

以下结合附图说明本实施例的自行车智能变速系统10的工作方式。

在使用前，使用者可先通过交互模块5上的交互界面选择相应的骑行模式(如竞速模式、健身模式、散步模式等)，不同的骑行模式对应于不同的蹬踏阻力；使用者也可直接将蹬踏阻力设定为某一固定值或设定在某一范围内。

交互模块5将上述使用者的选择或设定结果作为指令信息，通过通信模块4传输给控制模块3，控制模块3根据指令信息中蹬踏阻力的值或范围，计算得出蹬踏阻力应当维持的范围(例如，指令信息中的固定值上下浮动10％所形成的范围；或直接采用使用者设定的范围)，该范围即为预设阻力范围，并将指令信息、预设阻力范围等信息存储在该控制模块3的存储单元中。

当使用者开始骑行时，脚踩在踏板上，产生一定压力，该压力的大小反映了蹬踏阻力的大小。此时，压力传感器1根据踏板上的压力产生相应的电压值，并将电压值传输给数模转换电路2；数模转换电路2对电压值进行数模转换，将得到的数字信号传递给控制模块3，控制模块3对该数字信号进行计算处理，得到踏板上的实时压力值，并根据该实时压力值计算出此时的实际蹬踏阻力。然后，控制模块3将相关计算结果通过通信模块4传输给交互模块5，使得交互模块5对实时压力值、实际蹬踏阻力等信息进行输出或显示。

同时，控制模块3判断实际蹬踏阻力是否还在预设阻力范围内，如果不在预设阻力范围内，控制模块3则向执行机构6发出信息，使执行机构6对自行车变速器7进行速度档位调节，将档位调节至蹬踏阻力更大或更小的档位。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的自行车智能变速系统，由于控制模块能够根据指令信息，通过执行机构对自行车变速器进行调节，因此能够实现按照使用者指令的智能调节，满足不同使用者的要求；控制模块还能够根据踏板的压力信息进行反馈调节，因此还能够根据路况进行实时、自动化的调节，使自行车在不同的路况下都能够将蹬踏阻力维持在一定范围内。

此外，本实施例提供的自行车智能变速系统中，压力传感器直接安装在踏板上，执行机构安装在自行车变速器附近，其他部件则集成在控制盒中，因此安装、拆卸、维修都极为方便。

上述实施例仅用于说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的自行车智能变速系统不仅仅限于上述实施方式。例如，本实施例中，交互模块为安装有相应APP的智能手机，但在本实用新型中，该交互模块还可以是安装了控制软件、具有显示屏幕的专用交互盒。

Claims

1.一种自行车智能变速系统，其特征在于，包括压力传感器、数模转换电路、控制模块、通信模块、交互模块、执行机构以及自行车变速器，

其中，所述压力传感器安装在自行车的踏板上，用于检测踏板上产生的压力，并根据所述压力产生对应的电压信息，

所述数模转换电路用于接收所述压力传感器所产生的所述电压信息，并将该电压信息转换为数字信息后传递给所述控制模块，

所述交互模块安装有交互软件以及相应的交互界面，用于与使用者进行交互，获得所述使用者的指令信息，

所述控制模块通过所述通信模块与所述交互模块进行通信连接，并根据所述指令信息以及所述数字信息对所述执行机构进行控制，

所述执行机构与所述自行车变速器的档位调节钢丝连接，用于在所述控制模块的控制下对所述自行车变速器的档位进行调节。

2.根据权利要求1所述的自行车智能变速系统，其特征在于：

其中，所述压力传感器为应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、压电压力传感器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的自行车智能变速系统，其特征在于：

其中，所述数模转换电路为电压输出型数模转换电路、电流输出型数模转换电路、乘算型数模转换电路中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的自行车智能变速系统，其特征在于：

其中，所述控制模块为单片机。

5.根据权利要求1所述的自行车智能变速系统，其特征在于：

其中，所述通信模块为NFC通信模块、蓝牙通信模块、zigbee通信模块中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的自行车智能变速系统，其特征在于：

其中，所述执行机构为自态角电机、步进电机、压电电动机、舵机中的任意一种。