一種手自一體的自行車自動內(nèi)變速器、自行車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型屬于自行車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及手自一體的自行車自動內(nèi)變速器、自行車。
【背景技術(shù)】
[0002]自行車內(nèi)變速器是以行星齒輪機(jī)構(gòu)作為傳動主體，同時封閉裝配在自行車的后車輪軸的花鼓內(nèi)，能夠克服外變速器存在的缺陷，提供自行車較佳的傳動性能，其在自行車的生產(chǎn)應(yīng)用中越來越普及。
[0003]本申請人于2013年11月19日申報的專利號為201320733795.8的中國實用新型專利，公開了一種自行車內(nèi)變速器，提供了一種新型的自行車內(nèi)變速器，通過一個操縱組件驅(qū)動若干個軸向的執(zhí)行組件實現(xiàn)內(nèi)變速器內(nèi)部行星輪系的傳動比變化，實現(xiàn)自行車整體的檔位變換，現(xiàn)有的自行車變速控制都是采用人工手動操作，通過拉線拉動實現(xiàn)控制，操作舒適性不高，并且很多情況下，對于自行車騎行技術(shù)不熟練的人，通常在低速騎行變檔過程中手忙腳亂，容易發(fā)生緊急安全事故。同時，采用這種活動拉線的方式進(jìn)入內(nèi)變速器，導(dǎo)致內(nèi)變速器的外殼密封存在缺陷。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型解決如下技術(shù)問題:針對專利號為201320733795.8的自行車內(nèi)變速器采用手動控制變速的缺陷，提出一種手自一體的自行車自動內(nèi)變速器、自行車，有效提升自行車騎行過程中的舒適性和安全性，并且進(jìn)一步優(yōu)化內(nèi)變速器的結(jié)構(gòu)。
[0005]本實用新型采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種手自一體的自行車自動內(nèi)變速器，包括若干個沿車輪軸軸向移動的換擋控制桿，所述換擋控制桿的一端與控制電機(jī)連接，另一端分別與內(nèi)變速器中的行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的離合器連接，實現(xiàn)行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的傳動比變換，所述控制電機(jī)通過輸出通信模塊與設(shè)置在車把手上的控制器連接；所述控制器包括一個控制模塊、一個模式開關(guān)和若干個信號采集單元，所述模式開關(guān)與控制模塊輸入端電連接，控制若干個信號采集單元的信號通過輸入通信模塊傳遞至所述控制模塊輸入端，所述控制模塊輸出端通過所述輸出通信模塊連接至所述控制電機(jī)，控制內(nèi)變速器的換擋控制桿實現(xiàn)換擋。
[0006]進(jìn)一步的，所述信號采集單元包括手動換擋開關(guān)、檢測車速的速度傳感器以及檢測蹬踏力矩的力矩傳感器；其中，所述手動換擋開關(guān)設(shè)置在控制器外殼體上，所述速度傳感器設(shè)置在車輪上，所述力矩傳感器設(shè)置在自行車曲柄或五通位置。
[0007]進(jìn)一步的，所述信號采集單元還包括用于檢測曲柄轉(zhuǎn)動位置的曲柄位置傳感器，所述曲柄位置傳感器設(shè)置在所述車架的豎管上，采用接近開關(guān)采集曲柄的轉(zhuǎn)動位置。
[0008]進(jìn)一步的，所述輸入通信模塊和輸出通信模塊采用有線電信號模塊連接，即電線連接；或者采用無線通信模塊連接，通過分別設(shè)置信號發(fā)射器和信號接收器實現(xiàn)無線信號的通信連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述控制模塊為DSP、ARM、PLC或單片機(jī)中的一種，所述控制器上設(shè)有用于顯示檔位的顯示屏與控制模塊的輸出端電連接，控制器的電源采用可充電電池，其上設(shè)有電源充電接口、外接電源接口。
[0010]在本實用新型中，所述控制電機(jī)的電源采用移動式充電電源或車載式發(fā)電電源。
[0011]作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述控制電機(jī)為固設(shè)在內(nèi)變速器殼體內(nèi)的若干個轉(zhuǎn)動電機(jī)，所述轉(zhuǎn)動電機(jī)與換擋控制桿—對應(yīng)；所述轉(zhuǎn)動電機(jī)通過螺桿傳動機(jī)構(gòu)與換擋控制桿連接，所述螺桿傳動機(jī)構(gòu)的螺桿與轉(zhuǎn)動電機(jī)的動力輸出端固連，所述換擋控制桿上固定設(shè)有螺母與所述螺桿螺紋連接。
[0012]作為本實用新型的另一種優(yōu)選方案，所述控制電機(jī)為固設(shè)在內(nèi)變速器殼體內(nèi)的若干個轉(zhuǎn)動電機(jī)，所述轉(zhuǎn)動電機(jī)與換擋控制桿一一對應(yīng)；所述轉(zhuǎn)動電機(jī)通過螺桿傳動機(jī)構(gòu)與換擋控制桿連接，所述螺桿傳動機(jī)構(gòu)的螺桿與轉(zhuǎn)動電機(jī)的動力輸出端固連，所述換擋控制桿上設(shè)有一個軸向的限位槽，所述限位槽內(nèi)嵌裝一個螺母與所述螺桿螺接，所述換擋控制桿的端部設(shè)置壓縮的彈簧推動換擋控制桿軸向移動。
[0013]作為本實用新型的另一種優(yōu)選方案，所述控制電機(jī)為直線電機(jī)，其輸出軸端與換擋控制桿直接連接，通過定位墊片固定。
[0014]在上述方案中，所述自動內(nèi)變速器還包括換擋控制桿檔位位置反饋單元，包括平行固設(shè)在換擋控制桿一端的定位板，所述定位板沿軸向設(shè)有與對應(yīng)換擋控制桿軸向檔位位置對應(yīng)的控制桿位置傳感器，所述控制桿位置傳感器采用接近開關(guān)檢測所述螺母或換擋控制桿上的定位塊的位置，并通過通信輸入模塊連接至所述控制器的控制模塊。
[0015]本實用新型還公開了一種采用上述手自一體的自動內(nèi)變速器的自行車，其配置有上述的自動內(nèi)變速器。
[0016]本實用新型采用上述技術(shù)方案的自動內(nèi)變速器，自行車可實現(xiàn)手自一體控制模式，同時可自由在自動模式和手動模式之間切換，實現(xiàn)了根據(jù)速度的變化自動控制換擋，也可切換成手動模式，通過手動開關(guān)控制電機(jī)換擋，操作簡單，并且可采用有線和無線兩種通信模塊，可保證內(nèi)變速器殼體外觀的密封性，無需在設(shè)置機(jī)械式的拉線控制元件，將電機(jī)固定封閉在內(nèi)變速器殼體內(nèi)，優(yōu)化了變速器結(jié)構(gòu)，具有較高的舒適性和安全性。
[0017]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0018]圖1為七速內(nèi)變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(電機(jī)、控制桿部分)。
[0019]圖2為實施例1中的控制電機(jī)與軸控控制桿的連接示意圖。
[0020]圖3為實施例1中的應(yīng)用自動內(nèi)變速器的自行車示意圖。
[0021]圖4為實施例1中的控制器布置示意圖。
[0022]圖5為實施例1中的曲柄換擋位置示意圖。
[0023]圖6為實施例1中的手動換擋開關(guān)示意圖。
[0024]圖7為實施例2中的控制電機(jī)與軸控控制桿的連接示意圖。
[0025]圖8為實施例3中的控制電機(jī)與軸控控制桿的連接示意圖。
[0026]圖9為自行車在自動模式下的控制示意圖。
[0027]圖10為自行車在運動模式下的控制示意圖。
[0028]圖11為自行車在手動模式下的控制示意圖。
[0029]圖12為自動模式下的各檔位變檔速度示意圖。
[0030]圖中標(biāo)號:
[0031]1-花鼓，11-軸控控制桿，Ill-限位槽，112-螺母，113-定位墊片，12-中控控制桿，13-飛輪，14-車輪軸，15-定位板，151-控制桿位置傳感器，16-彈簧，
[0032]2-控制電機(jī)，21-控制電線，22-螺桿，
[0033]3-速度傳感器，
[0034]4-力矩傳感器，
[0035]5-曲柄位置傳感器，
[0036]6-曲柄，
[0037]7~主動齒盤，
[0038]8-車把手，
[0039]9-控制器，91-控制模塊，92-模式開關(guān)，93-電源充電接口，94-電池，95-手動換擋開關(guān)，96-顯不屏。
【具體實施方式】
[0040]實施例1
[0041]參見圖1和圖2，結(jié)合參見專利號“201320733795.8”的自行車內(nèi)變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，在其手動控制的七速內(nèi)變速器的結(jié)構(gòu)上改進(jìn)成本實用新型的自動內(nèi)變速器。
[0042]在原內(nèi)變速器的操縱凸輪環(huán)位置改成兩個控制電機(jī)2分別與中控控制桿12和軸控控制桿11--對應(yīng)，中控控制桿12和軸控控制桿11的同一端分別與控制電機(jī)2連接，
另一端分別與內(nèi)變速器中的行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的離合器連接，實現(xiàn)行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的傳動比變換，控制電機(jī)2固定密封設(shè)置在內(nèi)變速器殼體內(nèi)部(即花鼓I和飛輪13圍成的殼體內(nèi)，直線電機(jī)應(yīng)當(dāng)與車輪軸14 一同固定不動)，控制電機(jī)2的控制電線21可從車輪軸14與飛輪13連接處引出，并密封好，控制電線21連接至車把手8上固定的控制器9。如圖4所示，控制器9包括一個控制模塊91、一個模式開關(guān)92和若干個信號采集單元，模式開關(guān)92與控制模塊91輸入端電連接，控制若干個信號采集單元的信號通過輸入通信模塊傳遞至控制模塊91輸入端，控制模塊91輸出端通過控制電線21連接至控制電機(jī)2，控制內(nèi)變速器的換擋控制桿換擋。在控制器9上設(shè)有用于顯示檔位的顯示屏96與控制模塊91的輸出端電連接，控制器9的電源采用可充電電池94，其上設(shè)有電源充電接口 93?？刂齐姍C(jī)2的電源采用移動式充電電源或車載式發(fā)電電源。
[0043]在本實施例中，控制電機(jī)2為固設(shè)在內(nèi)變速器殼體內(nèi)的若干個轉(zhuǎn)動電機(jī)，轉(zhuǎn)動電機(jī)與換擋控制桿--對應(yīng)；具體參見圖2，以軸控控制桿11為例，轉(zhuǎn)動電機(jī)通過螺桿傳動機(jī)構(gòu)與軸控控制桿11連接，螺桿傳動機(jī)構(gòu)的螺桿22與轉(zhuǎn)動電機(jī)的動力輸出端固連，軸控控制桿11上固定設(shè)有螺母112與螺桿22螺紋連接，控制電機(jī)2通過螺桿傳動機(jī)構(gòu)將正反轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為直線運動推動軸控控制桿11軸向來回移動。自動內(nèi)變速器內(nèi)還設(shè)有換擋控制桿檔位位置反饋單元，包括平行固設(shè)在換擋控制桿一端的定位板15，定位板15沿軸向設(shè)有與對應(yīng)換擋控制桿軸向檔位位置對應(yīng)的控制桿位置傳感器151，控制桿位置傳感器151采用接近開關(guān)檢測螺母112的位置，并通過通信輸入模塊連接至控制器的控制模塊，在控制電機(jī)變檔的過程中，如果軸控控制桿的換擋檔位到位后，控制桿位置傳感器151反饋信號至控制模塊，控制模塊控制控制電機(jī)停止，實現(xiàn)換擋的準(zhǔn)確定位。另外內(nèi)變速器內(nèi)的中控控制桿12也是采用相同的方案。
[0044]結(jié)合參見圖3至圖5，控制器9的信號采集單元包括手動換擋開關(guān)95、檢測車速的速度傳感器3、檢測蹬踏力矩的力矩傳感器4以及檢測曲柄位置的曲柄位置傳感器5，其中，手動換擋開關(guān)95設(shè)置在控制器外殼體上，速度傳感器3設(shè)置在自行車的前車輪上，力矩傳感器4設(shè)置在自行車的五通處，曲柄位置傳感器5設(shè)置在自行車車架的豎管上，曲柄位置傳感器5采用接近開關(guān)采集曲柄的轉(zhuǎn)動位置，具體參見圖5，在自行車騎行過程中，通過蹬踏，曲柄6帶動主動齒盤7轉(zhuǎn)動，在曲柄6位于最頂端或者最底端時，是兩只腳交換發(fā)力的過渡期，此時曲柄受到的力矩是最小的，因此在此時對內(nèi)變速器進(jìn)行換擋，所受的沖擊最小。
[0045]手動換擋開關(guān)與控制模塊輸入端之間直接通過有線電信號通信模塊連接，即電線連接；速度傳感器與控制模塊輸入端之間以及力矩傳感器與控制模塊輸入端之間通過有線電信號通信模塊連接，也可通過無線通信模塊連接，其中速度傳感器和