專利名稱：實現(xiàn)電子伺服助力自行車變速器多級變速的方法及變速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在電子伺服自行車變速器中實現(xiàn)多級變速的方法，以及一個程序、電路和具有用于實現(xiàn)此方法的裝置的變速器。
背景技術：
自行車變速器通常包括鏈條和一個有齒輪，此有齒輪用于把運動從踏板曲柄軸傳送到自行車主動輪和用于選擇有齒輪的裝置，通過其與鏈條嚙合來改變運動的傳動比。
更特別地，后變速器組通常與自行車后車輪的輪轂在一起，包括至少兩個齒狀輪子(也被稱作是鏈輪)，一個用于鏈條的導向單元(也被稱作后變速器或單級變速)，和一個為鏈條在變速器組的軸向移動導向單元的控制機構(gòu)，所以，鏈條與預定的鏈輪嚙合，響應一般通過與自行車把手相連的控制桿發(fā)出的手動命令。從具有較小直徑的鏈輪到具有較大直徑的鏈輪的移動指示為“向上變速”，反之，從具有較大直徑的鏈輪到具有較小直徑的鏈輪的移動指示為“向下變速”。
同樣，前變速器組與自行車踏板曲柄軸結(jié)合，包括至少兩個有齒輪，也被稱作是齒冠或齒輪，一個用于鏈條的導向單元，也被認為是前變速器或變速器，和一個為鏈條移動導向單元的執(zhí)行器。
前變速器組(或原則上后變速器組)能夠通過單個鏈輪來代替。
在機械變速器中，控制機構(gòu)包括一個可滑動的鋼絲，在手動驅(qū)動控制桿和鏈條導向單元之間的護套(“Bowden cable”)中延伸。控制桿在第一方向上的驅(qū)動通過鋼絲，在鏈條的導向單元上施加一個牽引力，反之，控制桿在第二相反方向上的執(zhí)行，通過鋼絲在鏈條的導向單元上施加一個推力，或者保持鋼絲和鏈條的導向單元自由，通過一個回轉(zhuǎn)彈簧來使其拔出。鋼絲移動的尺寸是固定的，所以鏈條導向單元的行程與變速器組兩相鄰鏈輪之間的距離或間距相等。
在電子伺服變速器中，鏈條導向單元的控制機構(gòu)包括一個帶有電動機的執(zhí)行器和一個控制桿系統(tǒng)和一個提供的電子控制單元，適合于驅(qū)動執(zhí)行器以產(chǎn)生變速。電子控制單元可以以一種手動操作運動模式工作，在這種情況下，使用者通過適當界面的手動輸入裝置來給電子控制單元輸入傳送比，在全自動操作運動模式下，電子控制單元自身基于運動環(huán)境的評價邏輯來確定傳送比，或在半全自動操作運動模式下，介于兩者之間。
電子控制單元對執(zhí)行器的控制基于邏輯位置(“邏輯值”)，表明不同鏈輪的物理位置，并存儲在適當?shù)拇鎯ρb置中。
在后和/或前變速器組中，還有一個傳感器，用于探測執(zhí)行器的位置(鏈條導向單元)，并顯示給電子控制單元。
前述類型的電子伺服助力自行車變速器曾在以往的專利中描述，例如，在美國專利5,480,356、5,470,277和5,865,454中，歐洲專利申請EP 1 103 456，都屬于申請人；Spencer等人在美國專利6,047,230中，Ellsβer在德國專利申請DE 39 38 454 A1中也提過。
特別地，EP 1 103 456描述這樣一種變速器，其位置傳感器為絕對類型，可以提供指示變速器絕對位置的電信號，因此，在被接通(斷開)之后，前述傳感器考慮例如由于通過自行車運動導致的震動而有微小的位移的變速器的實際位置。
在運動過程中，它有時需要或希望通過騎車人來通過多級變速來變速，換言之，為移動鏈條從與之嚙合的鏈輪(后或前變速器組的)或當前鏈輪到與之不直接相鄰的鏈輪，具有更大的直徑(多級向上變速器)或具有更小的直徑(多級向下變速器)。
為達到此目的，采用機械控制變速器，其中單級執(zhí)行的控制桿，或許多執(zhí)行迅速跟隨，相應于鋼絲的位移施加到鏈條的導向單元，此位移為兩相鄰鏈輪齒距的兩倍或三倍。由于實際的因素，不可能得到比兩倍或三倍兩相鄰鏈輪齒距更大的位移，也就是，多級變速被限制在兩倍或三倍變速。
同樣，適用于電子控制變速器的解決方案帶有電子控制單元，以完成多級變速，基于邏輯位置在單個步驟內(nèi)驅(qū)動執(zhí)行器，邏輯位置為目標鏈輪的物理位置。
這兩個解決方案都有缺點，那就是鏈條關于目標鏈輪的平面以大角度排列，且關于中間鏈輪傾斜。在這種情況下，鏈條可能會放松牽引和/或在中間鏈輪被絆住，這將導致騎車人可能失去他/她的平衡并摔倒。而且變速器可能受到機械損傷。這個問題在向上多級變速中尤為顯著。
申請人意識到前述的問題可以在電子伺服變速器中得到解決，在兩相鄰鏈輪之間，通過多級變速來請求多個獨立變速器，通過此方法，在鏈條的延伸平面和鏈輪平面之間形成的角度將真正減小。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明涉及一種用于電子伺服助動電子伺服助力自行車變速器的方法，步驟如下a)執(zhí)行多級變速，關于一個具有至少三個鏈輪的變速器組，以在變速方向?qū)㈡湕l從當前鏈輪移動到未直接與當前鏈輪相鄰目標鏈輪；其中，執(zhí)行多級變速的步驟a)包括以下步驟b)執(zhí)行單級變速，以在變速方向上將鏈條到移動直接與當前鏈輪相鄰的鏈輪；c)重復步驟b)直到前述直接相鄰鏈輪為目標鏈輪(權利要求1)。
換言之，電子控制單元關心例如在多個單級變速中通過手動輸入裝置的延長執(zhí)行來產(chǎn)生的多級變速請求的轉(zhuǎn)換。在變速器的全自動或半自動操作中，電子控制單元以相同方法處理由自身確定的多級變速。
在具體實施例中，電子控制單元將傳送單級變速驅(qū)動信號到后或前執(zhí)行器，每次傳送一個，典型地通過功能面板——用于本發(fā)明，被認為是分布式電子控制單元的一部分。
在一個實施例中(權利要求2)，單級變速驅(qū)動信號的傳送僅發(fā)生在接收成功變速信號之后，典型地通過后或前傳感器，例如，通過相同功能面板。同時，鏈條位置的控制系統(tǒng)通過功能面板形成，后或前執(zhí)行器和后或前傳感器，接收單級變速請求，并執(zhí)行，發(fā)出一個成功變速信號，并準備接收下一個單級變速請求。
在此實施例中，單級變速一個緊接一個地完成。然而，申請人意識到鏈條的快速連續(xù)位置控制，在某些環(huán)境中可能仍然會導致對變速器的機械傷害和對騎車人的阻撓或危害。
為避免上述情況，本發(fā)明的方法提供更多的優(yōu)選實施例，用于在每個單級變速之間產(chǎn)生延遲(權利要求3)。此延遲允許鏈條保持與每個中間鏈輪的有效嚙合，足以在其新延伸面中固定，從而進一步減小對鏈條和鏈輪齒的機械應力，并避免中間鏈輪阻塞的危險。
此延遲可以從接收確認信號開始計算，如果提供，或者從開始執(zhí)行單級變速步驟的開始進行計算。在第一種情況下，延遲更適宜為在150毫秒到350毫秒范圍內(nèi)的值(權利要求4)。在第二種情況下，將具有更高的值，以便于考慮預測執(zhí)行單級變速的時間。
如果延遲從執(zhí)行單級變速步驟的開始進行計算，則其值的設置可基于在成功執(zhí)行單級變速的預測瞬間到實現(xiàn)瞬間的差值(權利要求5)。
對每個前和后變速器組，延遲可以是一個單個的或單獨提供或不提供(權利要求6)。
另外，可選擇地或分別地，用于向上多級變速的延遲和/或用于向下多級變速的延遲，對兩個變速器組可以是單個的或單獨提供或不提供(權利要求7)。
在一個更復雜的方案中，對每個中間鏈輪，延遲可以被單獨提供或不提供，且該延遲也獨立于在向上變速或向下變速期間中間鏈輪是否到達(權利要求8)。
在前述不同的實施例中，預定延遲的數(shù)值在工廠中預定為各自的默認值。更適宜地，使用者可以修改預定延遲的數(shù)值(權利要求9)。在這種情況下，適用于預見返回到默認值的可能性(相應的公稱或平均值)，適合存儲在只讀存儲裝置中。
而且，在前述不同的實施例中，延遲的預定可以作為鏈條在中間鏈輪上預定位移的一個函數(shù)(權利要求10)。
此位移可基于一個角位置或角速度傳感器來獲得(權利要求11)。
此傳感器可能是或包括一個傳感器，通過至少一個中間鏈輪的鏈條嚙合放松區(qū)域穿越參考位置(權利要求12)。美國專利應用2001/0048211 A1，申請人描述一種適用于本發(fā)明的傳感器，在那里被用于確定鏈條的運動方向及其角度位置，不在鏈輪相應放松區(qū)域的角位移之前，控制變速器啟動。
預定位移也可以基于鏈條或自行車的速度來獲得(權利要求13)。
在一個優(yōu)選實施例中，預定的角位移等于中間鏈輪的嚙合放松區(qū)域之間的角距離，或整個多級(權利要求14)。
特別地，如果在鏈輪上m個放松區(qū)域以一定角距離ALFA均勻分布，期望的位移優(yōu)選等于n×ALFA，且延遲通過下兩式的關系中得到D＝R×n×ALFA/v或D＝n×ALFA/w，其中，R為中間鏈輪的半徑，v和w為鏈條在中間鏈輪上的線速度和角速度，n為一個大于或等于1的整數(shù)。
在本發(fā)明方法的具體實施例中，本發(fā)明的電子伺服變速器必須能夠同時控制多級變速和單級變速，也就是，在當前鏈輪和目標鏈輪之間直接相鄰。
在第一個實施例中，電子控制單元能夠確定一個先驗結(jié)果，變速器的請求是多級變速還是單級變速。
在這種情況下，本發(fā)明的方法包括的步驟為等待接收變速請求，確定變速請求是單級變速還是多級變速，如果是單級變速請求，執(zhí)行單級變速，如果為多級變速請求，執(zhí)行前述的多級變速(權利要求15)。
在全自動或半自動操作中，電子控制單元自身確定對傳送比，從而產(chǎn)生一個內(nèi)部變速請求。在手動操作中，確定變速請求是單級變速還是多級變速，例如，可基于通過使用者界面接收的信號的持續(xù)時間，(權利要求16)，例如基于通過使用者界面接收的連續(xù)信號數(shù)的按鈕或控制桿執(zhí)行的持續(xù)時間(權利要求17)，例如，按鈕或控制桿的連續(xù)執(zhí)行次數(shù)?？蛇x擇地，可提供更為復雜的使用者界面，適用于傳送各種信號(權利要求18)，例如用于不同要求信號的不同按鈕或數(shù)字鍵，具有圖形界面的顯示器或觸摸屏，以便于為電子控制單元直接指示變速器期望的目標鏈輪。
在其他實施例中，電子控制單元不能確定一個先驗結(jié)果，變速請求是多級變速還是單級變速。
在這種情況下，本發(fā)明的方法提供的步驟為等待變速請求，執(zhí)行前述步驟b)，確定變速請求是單級變速還是多級變速，如果為多級變速請求，執(zhí)行前述步驟c)，反之，如果是單級變速請求，返回到等待變速請求(權利要求19)。
在全自動或半自動操作中，電子控制單元第一次產(chǎn)生一個內(nèi)部變速請求，然后立即確定單級變速合適，還是多級變速合適。在手動操作中，例如，當變速的類型確定基于信號的持續(xù)時間或基于連續(xù)信號數(shù)時，此實施例有優(yōu)勢；實際上，在這種情況下可以立即執(zhí)行第一個單級變速，在任何請求下，無需等待確定是否為多級變速請求的時間。
相同的實施例包括步驟等待接收變速請求的開始，執(zhí)行步驟b)，同時監(jiān)測接收變速請求的結(jié)束，如果變速請求的結(jié)束在開始執(zhí)行前述步驟c)之前接收，返回到等待接收變速請求開始的步驟，否則，執(zhí)行前述步驟c)，其中重復執(zhí)行前述步驟b)直到接收變速請求的結(jié)束，指示直接相鄰鏈輪為目標鏈輪(權利要求20)。
此實施例有顯著優(yōu)點，由于它允許在開始可以不已知目標鏈輪。電子控制單元或使用者，分別在全自動或半自動和手動操作中，當達到一個滿意傳送比時，確定一個經(jīng)驗結(jié)果。在手動操作中，提供開始請求和結(jié)束請求分別是，按鈕或控制桿的執(zhí)行和釋放，兩個不同按鈕或控制桿的執(zhí)行，第一個執(zhí)行和隨之第二的按鈕或控制桿的執(zhí)行。
在前述的不同實施例中，由于前述的技術原因，變速請求可被暫停，直到從最近前一個變速執(zhí)行開始經(jīng)過預定最小時間(權利要求22)。
在第二方面，本發(fā)明涉及一種用于電子伺服助力自行車變速器的程序，包括程序代碼，當程序在處理器上執(zhí)行時，適合在前述方法的步驟中執(zhí)行(權利要求23)。
程序優(yōu)選的實施在至少一個微控制器中。
可選擇地，程序可以存儲到處理器的存儲器或?qū)嵤橹蛔x存儲器。
第三方面，本發(fā)明涉及一種電子電路，適合在前述方法的步驟中執(zhí)行(權利要求24)。
第四方面，本發(fā)明涉及一種電子伺服助力自行車變速器，包括-一個用于從踏板曲柄軸傳送運動到自行車的主動輪的鏈條和鏈輪系統(tǒng)，前述運動系統(tǒng)包括--至少一個包括至少三個鏈輪的變速器組，與在踏板曲柄軸和主動輪軸中選定的軸同軸，前述至少一個變速器組包括用于移動鏈條與變速器組的預定鏈輪嚙合的導向單元和導向單元的執(zhí)行器。
-電子控制單元，適用于驅(qū)動至少一個變速器組的執(zhí)行器，該變速器組包括用于執(zhí)行前述方法的裝置(權利要求25)。
在自行車變速器中，前述至少一個變速器組包括一個傳感器，用于感知關于變速器組的鏈輪的導向單元的位置，適合提供前述確認信號(權利要求26)。
電子控制單元包括存儲裝置，適用于存儲這個或每個預定的延遲(權利要求27)。
存儲裝置優(yōu)選的封裝在可從自行車中移去的外殼中，優(yōu)選的在一個可以拆卸的顯示單元中(權利要求28)。
自行車變速器包括介于使用者和電子控制單元之間的界面裝置，用于傳送前述變速請求，變速請求開始和/或變速請求結(jié)束的信號到電子控制單元，和/或設置這個或每個前述延遲的數(shù)值(權利要求29)。


本發(fā)明其他的特征和優(yōu)點將在下面優(yōu)選實施例的詳細說明中凸現(xiàn)出來，給出相關的附圖。在附圖中圖1表示裝備有根據(jù)本發(fā)明的電子伺服變速器自行車的示意圖，圖2表示根據(jù)本發(fā)明的電子伺服變速器的框圖，圖3和4表示根據(jù)現(xiàn)有技術的多級變速中的運動傳送系統(tǒng)位置的示意圖；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的多級變速中的運動傳送系統(tǒng)位置的示意圖；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的多級變速執(zhí)行的框圖；圖7到10表示根據(jù)本發(fā)明不同實施例的多級變速執(zhí)行的示意圖；圖11表示根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的多級變速延遲設置方法的框圖；和圖12到14表示根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的單級和多級變速操作的框圖。
具體實施例方式
關于圖1，自行車1，特別是賽車，包括通過已知方法形成的車架2，通過管狀元件定義一個支撐結(jié)構(gòu)3，用于后車輪4和前叉5，用于前車輪6。具有管狀結(jié)構(gòu)的把手70與前叉5有效連接。
車架2，在其較低部分，對傳統(tǒng)類型，支承踏板曲柄軸或踏板單元7，根據(jù)本發(fā)明通過電子伺服變速器驅(qū)動后輪4，一般顯示附圖標記8。
變速器8通過后變速器組9和前變速器組10組成。后變速器組9包括多個鏈輪或鏈輪11(典型數(shù)目為9，10，11或其他)，其具有不同直徑，并與后輪4同軸(軸A)。前變速器組10包括多個鏈輪或齒冠或齒輪12(圖示為3個，它也可以為2個或其他數(shù)目)，其具有不同直徑，并與踏板曲柄7的軸同軸(軸B)。
盡管在傳送比的數(shù)目方面沒有優(yōu)勢，前變速器組(原則上后變速器組亦然)可由單個鏈輪替換，在這種情況下，本發(fā)明可以分別在后(或前)變速器組中被執(zhí)行。同樣，當兩個變速器組之一(通常為前變速器組)僅包括兩個鏈輪的情況下，本發(fā)明可以在包括多于兩個鏈輪的變速器組(通常為后變速器組)中被執(zhí)行。
后變速器組9的鏈輪11和前變速器組10的鏈輪12，可以通過閉合傳送鏈條13選擇性地嚙合，以形成鏈條和鏈輪系統(tǒng)，用于從踏板曲柄7的軸傳送運動到后輪4，其為自行車1的主動輪。
不同的傳動比可以通過后鏈條導向單元或后變速器組9的變速器14(或更簡單的變速器)和/或前鏈條導向單元或前變速器組10的變速器15(或更簡單的變速器)獲得。
后變速器14和前變速器15通過各自的執(zhí)行器16，17控制(只在圖2中顯示)，通常包括鉸接平行四邊形和包括減壓器的電動機，用于使鉸接平行四邊形變形。
與執(zhí)行器16，17關聯(lián)的優(yōu)選是后變速器的位移傳感器(直接或通過監(jiān)測后執(zhí)行器位置)或后傳感器18(只在圖2中顯示)和前變速器的位移傳感器(直接或通過監(jiān)測前執(zhí)行器位置)或前傳感器19。
因為本發(fā)明重點描述其特殊結(jié)構(gòu)，變速器14，15的結(jié)構(gòu)，各自的執(zhí)行器16，17，各自位置傳感器18，19在此并沒有詳細說明。為了更詳細，例如，將描述本發(fā)明的應用和前面引用的發(fā)明作為參考。
特別地，傳感器18，19優(yōu)選為專利EP 1 103 456 A2中所描述的類型，適合提供電子信號指示變速器14，15的絕對位置。
根據(jù)本發(fā)明的電子伺服變速器包括一個微處理器電子控制單元40，適合驅(qū)動執(zhí)行器16，17，特別地，根據(jù)本發(fā)明的方法來進一步描述，如果提供，接收傳感器18，19的輸出信號，并控制使用者界面。
在目前的描述和附帶的權利要求書中，邏輯單元意味著電子控制單元40，然而，其可以通過多個物理單元形成，特別是在顯示單元60和/或電子功能面板30和/或控制單元中包括一個或多個分布式微處理器。
從邏輯角度來看，電子控制單元40除了微處理器之外，還包括存儲裝置，其包括一個或多個用于存儲電子變速器管理程序代碼的裝置，用于臨時存儲用于執(zhí)行程序本身的輔助變量(寄存器)，對暫時，非暫時或永久儲存的一個或多個延遲數(shù)值也一樣，在下面的描述中將更詳細。
存儲裝置可以是以下一個或多個類型，只讀，一次可寫，或讀/寫，隨機存取或順序存取存儲器，可以通過不同技術制造，例如光存儲器，電磁存儲器等等。
存儲裝置可包含在顯示單元60和/或電子功能面板30和/或控制單元和/或為單獨裝置。
在一個優(yōu)選實施例中，顯示單元60可以從自行車1中移去，包括至少部分電子控制單元的存儲裝置，在這種情況下，通過使用者來設定電子伺服變速器8的各種參數(shù)值，特別地，一個或多個延遲的數(shù)值優(yōu)選儲存在位于顯示單元60中的存儲裝置中。此實施例首先在賽車中有優(yōu)勢，其中，數(shù)值的設定通過使用者反射的實際知識來提供，它可以保護顯示單元，其相對很貴。
當顯示單元60與自行車1再嚙合時，存儲的變量值復制到電子控制單元40的臨時存儲器中。
電子功能面板30，裝備有電池，為執(zhí)行器16，17的電動機，微處理器電子控制單元40，如果提供，還有傳感器18，19和顯示單元60，提供電能。
電池優(yōu)選為可充電的，后變速器14，以已知的方式，包括一個發(fā)電單元(未顯示)來為電池充電。
電子功能面板30位于例如把手70的一個管子中，車架2的一個管子中，例如在一個瓶狀的支撐中(為顯示)，或在顯示單元60中，其優(yōu)選位于把手70的中心。
不同零件之間信息的傳送通過電纜來完成，方便地位于車架2的管子內(nèi)部，或通過無線方式，例如通過藍牙協(xié)議。
電子伺服變速器8和特別地電子控制單元40能在手動操作運動模式下工作，每個變速器組9，10期望的傳送比，換言之與鏈條13嚙合的鏈輪11或12，使用者通過適當界面的手動輸入裝置來施加到電子控制單元上，下面將詳細描述；在全自動操作運動模式下，電子控制單元40自身基于運動狀態(tài)的評價邏輯來確定傳送比(例如通過速度傳感器，傾斜器，壓力傳感器或測騎車人心跳的傳感器等)；或在半全自動操作運動模式下，介于兩者之間，同樣還有其他工作模式如編程模式，診斷模式等。
與運動模式無關，在當前鏈輪11，12(在變速請求瞬間，鏈條13通過鏈輪11，12嚙合)和目標鏈輪之間的變速請求通過電子控制單元40來管理。
根據(jù)本發(fā)明，當目標鏈輪與當前鏈輪11，12(在變速請求瞬間，鏈條13通過鏈輪11，12嚙合)直接相鄰時，變速請求為單級變速請求，當目標鏈輪不與當前鏈輪11，12直接相鄰時，變速請求為多級變速請求，在單級變速請求的情況下，電子控制單元40，與運動模式無關，關心驅(qū)動執(zhí)行器16，17以移動導向單元，使得鏈條14，15在與目標鏈輪11，12嚙合的位置帶動鏈條13。
執(zhí)行器16，17進行控制，一方面，關于描述不同鏈輪11，12的物理位置的邏輯位置(“邏輯值”)，并在適當?shù)拇鎯ρb置49，50中存儲，另一方面，關于描述執(zhí)行器16，17位置的邏輯值。
描述執(zhí)行器16，17位置的邏輯值可由計數(shù)器47，48(包括一個寄存器或在電子控制單元40存儲單元中的可變存儲器)提供，通過電子控制單元更新，同時它還驅(qū)動執(zhí)行器16，17，例如，當為步進電機時，通過一個用于執(zhí)行器16，17電動機上的每一步增加或減少一個單位?？蛇x擇地，表示執(zhí)行器16，17位置的邏輯值可以由傳感器18，19提供。作為另一個選擇，描述執(zhí)行器16，17位置的邏輯值可以通過計數(shù)器47，48提供，通過電子控制單元，傳感器18，19的輸出被用作一個確認或反饋信號。
對每個變速器組9，10，所有鏈輪11，12的邏輯位置都可以存儲在存儲裝置49，50中，兩相鄰鏈輪11，12之間的齒距的一個或多個差值也可以被存儲，與鏈輪11，12的位置一起作為參考。
在多級變速請求的情況下，在傳統(tǒng)電子控制變速器中，電子控制單元將基于描述目標鏈輪物理位置的邏輯位置，在單級步驟中驅(qū)動執(zhí)行器16，17。
圖3表示運動傳送系統(tǒng)主要單元的透示圖，換言之，由附圖標記11a到11i來表示的后變速器組的鏈輪，后導向單元或變速器14，前變速器組的鏈輪(只是最外的具有最大直徑的鏈輪可見)，前導向單元或變速器15，和鏈條13。
更具體地，變速器14和鏈條13在多級變速時刻的位置，顯示了從鏈輪11c到鏈輪11f(也就是，在此例中，一個三倍向上變速器)，并根據(jù)現(xiàn)有技術執(zhí)行。
圖4為自行車1的后視圖。只能看到后變速器組9的鏈輪11a到11i，后導向單元或變速器14和鏈條13。更具體地，變速器14和鏈條的原始位置(向右)和結(jié)束位置(向左)，根據(jù)現(xiàn)有技術執(zhí)行的，在多級變速時刻鏈條的中間位置從鏈輪11c到鏈輪11f被顯示出來。
如圖所示，鏈條13在軸A方向上的X方向拔出，相對中間鏈輪11d，11e傾斜以大角度ALFA排列(在鏈條13的延伸平面和鏈輪11的平面之間形成)。如本說明的介紹性部分的陳述，在這種條件下，鏈條13可能放松牽引和/或在中間鏈輪11d，11e被絆住，這將導致騎車人可能失去他/她的平衡并摔倒。而且變速器可能受到機械損傷。
根據(jù)本發(fā)明，相反，多級變速請求被分割成多個兩相鄰鏈輪11，12之間的單級變速。
作為一個例子，為了與圖4有一個直接的比較，圖5表示與圖4相同的視圖，根據(jù)本發(fā)明對從當前鏈輪11c到目標鏈輪11f(也就是，一個三級向上變速器)的多級變速請求進行管理。顯示了變速器14和鏈條13的導向單元，從右到左，在變速請求之前的位置，其中當前鏈輪為鏈輪11c，在第一單級變速之后的位置，其中當前鏈輪為鏈輪11d，在第二單級變速之后的位置，其中當前鏈輪為鏈輪11e，在最后的位置，其中當前鏈輪為目標鏈輪11f。
可以看出在鏈條13延伸平面和鏈輪11d，11e，11f平面之間的角度BETA相對圖4所示的角度ALFA很小。最為此減小的結(jié)果，前述缺點可在本質(zhì)上被消除。
更一般地，根據(jù)本發(fā)明(如圖6所示框圖)，多級變速100相對具有至少三個鏈輪的變速器組9，10，沿變速方向(X)將鏈條13從當前鏈輪(圖4所示的11c)移動到不與當前鏈輪直接相鄰的目標鏈輪11f，通過以下步驟來完成-執(zhí)行單級變速101，以便在變速方向(X)上移動鏈條13到與當前鏈輪(11c，然后11d，然后11e)直接相鄰的鏈輪(11d，然后11e，然后11f)，-重復一定次數(shù)的102預定步驟(圖示為三次)，直到前述直接相鄰鏈輪(11d，然后11e，然后11f)為目標鏈輪(11f)，在方框103中評價。
每個單級變速101，102通過前速的程序來執(zhí)行，換言之，驅(qū)動執(zhí)行器16，17，移動鏈條14的導向單元，以帶動鏈條13到與鏈輪11，12嚙合的位置，分別與鏈輪11，12直接相鄰，描述執(zhí)行器16，17位置的邏輯位置和邏輯值。
在一個單級變速和另一個之間，電子控制單元40可以等待成功變速的確認，例如，通過傳感器18，19來確認(可選擇方框105)。
圖7不按比例參考圖5所示的例子顯示，時間軸，由電子控制單元(單級變速101，102的執(zhí)行)和與鏈條13嚙合的鏈輪11c，11d，11e，11f驅(qū)動執(zhí)行器14(15)的時間范圍內(nèi)相應的信號201到203。信號201到203的上升沿相應于單級變速步驟的考試，信號204到206的下降沿相應與成功變速的確認。
如本說明的介紹性部分的陳述，申請人意識到鏈條13的快速連續(xù)定位，在鏈輪11d，11e，11f，可能在某些環(huán)境中仍然會導致對變速器的機械傷害和對騎車人的阻撓或危害。
為避免此種情況，在本發(fā)明的方法中，提供在每個單級變速執(zhí)行步驟101，102之間一個延遲D。
延遲D允許鏈條保持與每個中間鏈輪11d，11e，11f的有效嚙合，足以使其在新的延伸平面固定，從而進一步減小在鏈條13和鏈輪11d，11e齒上的機械應力，同時減小中間鏈輪11d，11e上阻塞的危險。
在每個單級變速101，102成功執(zhí)行和隨之單級變速的開始之間的延遲數(shù)值，在100毫秒到350毫秒范圍之間，在120毫秒到250毫秒之間更好，在140毫秒到220毫秒之間最好。
在方框105中，確認信號的等待和延遲D的等待被激活，延遲D從接收確認信號(圖8)和執(zhí)行前一單級變速101，102步驟之始(圖9)開始計數(shù)。在第二種情況下，考慮單級變速101，102驅(qū)動的時間，典型為150到300毫秒，延時將更長，根據(jù)騎車人，變速器及運動條件，如果在上坡，沿平地運動和下坡等。
而且，在第二種情況下，延遲D的數(shù)值根據(jù)在預測成功執(zhí)行單級變速瞬間(以虛線表示的單級變速202的下降沿)和接收成功變速的確認(圖10)之間的差值DELTA-D來設定，換言之，如果確認信號在預測瞬間之前或之后，分別增加或減小。
盡管到目前為止單級延遲D的參考已經(jīng)確定，等待在前變速器組9和后變速器組10的單級向上和向下之間的單級變速，直到達到合適的延遲，可能有不同的可能。
在第一實施例中，提供單級預定延遲D，用來做多級變速的每個單級中間變速。
在第二實施例中，提供用來做每個向上變速的延遲UD和/或用來做每個向下變速的延遲DD。
由于在后和前變速器組9，10的導向單元14，15上鏈條13的拉力不同，在后變速器9的相鄰鏈輪11之間的齒距不同于前變速器10的相鄰鏈輪12之間的齒距，在鏈條13導向單元14，15和鏈輪11，12之間的距離不同，兩個變速器組，前10和后9，可能以獨立的方式提供和不提供，因此應用于后變速器組9和前變速器組10的延遲具有不同值。
在第三實施例中，存儲裝置適合為后變速器組9存儲單級延遲RD，和/或為前變速器10存儲單級延遲FD。
在第四實施例中，存儲裝置適合為后變速器組9存儲向上變速延遲RUD和/或向下變速延遲RDD，和/或為前變速器組10存儲向上變速延遲FUD和/或向下變速延遲FDD。
根據(jù)第五實施例，關于電子伺服助力變速器8的單級變速最優(yōu)化和用于本發(fā)明考慮的中間鏈輪的不同直徑的方法，存儲裝置適合于獨立存儲用于每個后變速器組9的中間鏈輪延遲RiD，和每個前變速器組10的中間鏈輪延遲FiD。
根據(jù)第六實施例，存儲裝置適合于獨立存儲每個變速器組9，10的中間鏈輪11，12的向上變速器延遲RiUD，F(xiàn)iUD和向下變速器延遲RiDD，F(xiàn)iDD。
在前述不同實施例中，這個或每個延遲值在工廠中預定為默認值。優(yōu)選提供電子控制單元40的設定工作模式，使用者可以改變這個或每個延遲值。在說明前述設定工作模式的流程圖的例子之前，需要強調(diào)，在這種情況下，適合于預見返回默認值的可能性(相應公稱或平均值)，適合于存儲在只讀存儲裝置中。而且可能有使用者基于各自不同使用的默認值總數(shù)設定延遲的實施例。
圖11表示編程工作模式流程圖的例子。
從初始方框300開始，在方框301中，電子控制單元40檢查是否期望激活設定模式，在肯定的情況下，選擇延遲，例如(在前述第四實施例中)后變速器組9的向上變速延遲RUD，后變速器組9的向下變速延遲RDD，前變速器組10的向上變速延遲FUD，或前變速器組10的向下變速延遲FDD，或在方框311中期望離開設定模式。
在方框301之后，在方框302中，電子控制單元40檢查是期望增加或減少預選延遲或結(jié)束設定預選延遲。
如果電子控制單元40確定期望增加預定延遲(從方框302的左側(cè)輸出)，在方框303中，電子控制單元40檢查預定延遲是否為最大值(用于預選延遲的一般的或特殊的)，在肯定情況下，返回到方框302，并在一個可選方框304中產(chǎn)生一個警告。
若在方框303中的電子控制單元40確定預定延遲不是最大值，在方框305中以一個時間單位增加預定延遲值，然后返回到方框302。
同樣，如果在方框302中，電子控制單元確定期望減小預定延遲(右側(cè)輸出)，在方框306中，電子控制單元40檢查預選延遲是否為最小值(用于預選延遲的一般的或特殊的)，在肯定情況下，返回方框302，在可選方框307可能對使用者產(chǎn)生一個警告。
若在方框306中，電子控制單元40確定預定延遲不是最小值，在方框308中以一個時間單位減小預定延遲值，然后返回到方框302。
若在方框302中電子控制單元確定希望結(jié)束關于預選延遲的設定(下面的輸出)，執(zhí)行方框309，在此電子控制單元40檢查是否期望保存完成的變化。
在肯定情況下，電子控制單元，在方框310中，包括預選延遲值，并返回方框301，在否定情況下，直接返回方框301。
使用者期望做的任何檢查都是基于用戶者界面完成，例如一個實現(xiàn)顯示單元60的圖形界面，通過一個觸覺敏感顯示或通過如圖2中的按鈕61到63的輔助按鈕，和/或基于相同的手動命令裝置，其傳送向上和向下變速請求命令，根據(jù)上下文，電子控制單元40可以解釋通過前述手動命令裝置產(chǎn)生的信號，例如，通過邏輯門或布爾函數(shù)。
前述手動命令裝置可以例如包括控制桿43，44(圖1和2)，與用于后變速器組9的向上和向下單級變速信號的把手70上的制動杠桿41相連，和控制桿45，46(圖2)，與用于前變速器組10的向上和向下單級變速信號的把手70上的制動杠桿相連。
最為可選擇的控制桿43到46，兩個手動按鈕，或兩個通過提供的擺動桿開動的按鈕。
適合提供單級變速請求的控制桿或按鈕，還可用于提供多級變速請求，其中變速請求的類型的區(qū)分可以通過例如，激活時間，連續(xù)激活數(shù)量，根據(jù)第一激活開始變速請求的產(chǎn)生和第二激活結(jié)束變速請求的產(chǎn)生，等等。
可選擇地，手動命令裝置既可以包括其他適用于多級變速請求的按鈕和控制桿(未顯示)，也包括數(shù)字鍵或?qū)崿F(xiàn)顯示單元60的圖形界面，通過它騎車人可以直接指出目標鏈輪。
根據(jù)執(zhí)行的類型，電子控制單元40能夠確定一個先驗，騎車人給出的變速請求是多級還是單級，而其他的不能。同樣，在自動或半自動操作的正常運動模式下，電子控制單元40可以直接產(chǎn)生內(nèi)部單級變速請求或內(nèi)部多級變速請求，其他的能夠產(chǎn)生一個內(nèi)部普通變速請求，然后確定請求是單級還是多級變速。
當電子控制單元40能夠確定一個先驗結(jié)果，騎車人給出的變速請求是多級還是單級時，根據(jù)本發(fā)明的方法包括(圖12)步驟，在方框400中等待接收變速請求，在方框401中確定變速請求為單級還是多級變速，如果為單級變速請求，在方框402中通過前述方法激活單級變速，如果為多級變速請求，在方框100中通過前述方法激活前述多級變速。
按照規(guī)定，在手動命令正常運動模式下，確定變速請求為單級變速請求還是多級變速請求的步驟401的執(zhí)行，例如，基于通過使用者界面接收信號的持續(xù)時間，例如控制桿43到46之一的壓力持續(xù)時間，基于通過使用者界面接收連續(xù)信號的數(shù)目，例如控制桿43到46之一的連續(xù)受壓的數(shù)目，或基于特別信號指示變速器的期望目標鏈輪，通過圖形界面或數(shù)字鍵傳送。
確定變速請求為單級還是多級通常需要一定時間。它的優(yōu)點是在當前鏈輪和直接相鄰鏈輪之間立即產(chǎn)生第一單級變速，無論那種情況，都需要單級變速。
換言之，參考圖13的框圖，在方框400中接收變速請求，就立即執(zhí)行激活單級變速的方框101(比較圖6)，移動鏈條13到直接與當前鏈輪相鄰的齒車輪，在它執(zhí)行之后或執(zhí)行期間，在方框401中確定請求是多級還是單級變速。在第一種情況下，參考圖6所述將繼續(xù)執(zhí)行，然而在第二中情況下，執(zhí)行將結(jié)束。
另一個實施例(圖14)包括步驟，等待開始變速請求的接收403，執(zhí)行方框101(比較圖6)，激活單級變速，移動鏈條13到直接與當前鏈輪相鄰的鏈輪，同時方框404所述的平行循環(huán)中監(jiān)視，接收結(jié)束變速請求。如果接收結(jié)束變速請求—通過閃光符號405產(chǎn)生—在開始執(zhí)行步驟102之前(比較圖6)，相應在前述步驟c)中的步驟b)的第一次重復，返回到方框403，等待變速請求開始，通過閃光標記405a所述，其強制從方框101中輸出的右手分支，否則執(zhí)行前述步驟c)，也就是通過方框102，103和可能的105說明的循環(huán)，其中，前述步驟b)重復執(zhí)行，直到接收到結(jié)束變速請求，其指示直接相鄰鏈輪為目標鏈輪。通過閃光標記405b指示，強制從方框103中輸出“是”。
本實施例的一個顯著優(yōu)點是，允許電子控制單元或使用者，在自動或半自動操作和手動操作中，當達到一個滿意傳送比時，確定一個后驗結(jié)果。在手動操作情況下，開始請求和結(jié)束請求的提供，可以分別由按鈕或控制桿(例如控制桿43到46之一)的激活和釋放，由兩個不同按鈕的按壓，由按鈕或控制桿(例如控制桿43到46之一)的第一激活和隨之第二激活。
在前述不同實施例中，根據(jù)前述技術原因，無論時多級還是單級變速請求均可被暫停，直到從上一個變速開始持續(xù)預定最小時間，無論多級還是單級。
換言之，圖6的方框101，圖12的400，圖13的400和圖14的403之前有等待延遲模塊，未顯示。
這個等待延遲和多級變速(方框105)的激活期間的延遲，實際上都可以根據(jù)本發(fā)明在軟件程序的循環(huán)中實施，或通過一個計時器。
計時器當然可以時倒計時或正計時的計時器，也可以實施在由電子控制單元40的微處理器的時鐘信號管理的可變存儲器中，或通過專用設備。
除了能夠具有一個預定值之外，延遲可以被動態(tài)計算，換言之，它可以作為在中間鏈輪上鏈條13的預定期望位移的函數(shù)在確定。
位移可以基于一個或兩個變速器組9，10的角位置或角速度傳感器相對一個角度參考位置來評價。顯然兩個變速器組的角速度通過當前傳送比各自相關，通過在與鏈條13嚙合的鏈輪11，12半徑之間比來給定。因此，在兩個變速器組之一中有單個傳感器即可，作為進一步的選擇，可以使用與自行車1的兩個車輪4，6之一連接的角位置和角速度傳感器。
優(yōu)選的是，傳感器是或包括通過中間鏈輪的至少一個鏈條嚙合放松區(qū)域穿越參考位置的傳感器，例如引用的美國專利所述，公開專利US 2001/0048211 A1。
預定位移還可以基于鏈條或自行車的速度來評價，或通過合適傳感器來檢測。
方便地，預定角位移選擇與在中間鏈輪的鏈條嚙合放松區(qū)域之間的角距離相等，或與前述角位移的整個多級相等。
特別地，如果m放松區(qū)域以一定角間距ALFA平均分布在鏈輪上，期望位移優(yōu)選與n×ALFA相等(n為大于等于1的整數(shù))，延遲從下式得到D＝R×n×ALFA/v或D＝n×ALFA/w，其中R為中間鏈輪的半徑，V和W分別為鏈條在中間鏈輪的線速度和角速度。
微處理器電子控制單元和40能夠例如，由C-MOS技術制造，其具有低能量消耗的優(yōu)點。
作為通過專門硬件實現(xiàn)的選擇，電子控制單元40的前述功能可以通過可裝在小型計算機中軟件程序來實現(xiàn)。
權利要求
1.用于電子伺服助動一個電子伺服助力自行車變速器(8)的方法，包括以下步驟a)執(zhí)行多級變速，關于具有至少三個鏈輪的變速器組，以變速方式將鏈條從當前鏈輪移動到不直接與當前鏈輪相鄰的目標鏈輪；其中執(zhí)行多級變速的步驟a)包括以下步驟b)執(zhí)行單級變速，沿變速方向?qū)㈡湕l移動到與當前鏈輪直接相鄰的鏈輪；c)重復步驟b)，直到所述直接相鄰鏈輪為目標鏈輪。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述步驟c)包括步驟d)等待一個前面執(zhí)行的步驟b)的確認信號。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述步驟c)包括步驟e)等待一個預定的延遲(D；RD，F(xiàn)D；UD，DD；RUD，RDD，F(xiàn)UD，F(xiàn)DD；RiD，F(xiàn)iD；RiUD，RiDD，F(xiàn)iUD，F(xiàn)iDD)。
4.根據(jù)從屬于權利要求2的權利要求3所述的方法，其中所述預定的延遲在100毫秒到350毫秒之間的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)從屬于權利要求2的權利要求3或4所述的方法，還包括步驟如果確認信號分別在預見瞬間之前或之后接收到，則分別增加或減少預定延遲。
6.根據(jù)權利要求3到5其中之一所述的方法，其中，對每個變速器組，所述預定延遲(RD，F(xiàn)D)被單獨提供或不提供。
7.根據(jù)權利要求3到6其中之一所述的方法，其中，對每個變速方向，所述預定延遲(UD，DD；RUD，RDD，F(xiàn)UD，F(xiàn)DD)被單獨提供或不提供。
8.根據(jù)權利要求3到7其中之一所述的方法，其中，對每個直接相鄰的鏈輪，所述預定延遲(RiD，F(xiàn)iD；RiUD，RiDD，F(xiàn)iUD，F(xiàn)iDD)被單獨提供或不提供。
9.根據(jù)權利要求3到8的任一項所述的方法，其中，包括通過使用者界面來設置所述延遲的步驟。
10.根據(jù)權利要求3到9的任一項所述的方法，其中，包括步驟f)設定一個預定延遲，作為在所述直接相鄰鏈輪上的鏈條預定位移的函數(shù)。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，預定位移基于角位移或角速度傳感器來評價。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，角位移傳感器包括一個傳感器，通過直接相鄰鏈輪的至少一個鏈條嚙合放松區(qū)域穿越角度參考位置。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，預定位移基于鏈條或自行車各自的速度來評價。
14.根據(jù)權利要求10或13其中之一所述的方法，其中，預定的角位移等于在直接相鄰鏈輪的鏈條嚙合放松區(qū)域之間的角距離或等于它的整個多級(n)。
15.根據(jù)任一項所述權利要求所述的方法，還包括步驟g)等待接收變速請求，h)確定此變速請求為單級變速請求還是多級變速請求，h1)如果為單級變速請求，則執(zhí)行單級變速的步驟，沿變速方向?qū)㈡湕l從開始鏈輪移動到與開始鏈輪直接相鄰的目標鏈輪，h2)如果為多級變速請求，則執(zhí)行多級變速的步驟a)。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，步驟h)基于通過使用者界面接收的信號的持續(xù)期間執(zhí)行。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，步驟h)基于通過使用者界面接收的連續(xù)信號的數(shù)目來執(zhí)行。
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，步驟h)基于在多個信號中選擇的通過使用者界面接收的一個信號來執(zhí)行。
19.根據(jù)權利要求1到14任一項所述的方法，包括以下步驟i)等待變速請求，j)確定此變速請求為單級變速請求還是多級變速請求，與步驟b)同時執(zhí)行，如果為多級變速請求，執(zhí)行所述步驟c)，如果為單級變速請求，返回執(zhí)行步驟i)。
20.根據(jù)權利要求1到18任一項所述的方法，在執(zhí)行步驟b)之前，還包括步驟k)等待接收變速請求開始和步驟b1)監(jiān)測變速請求結(jié)束的接收，如果變速請求結(jié)束在開始執(zhí)行步驟c)之前被接收，則返回執(zhí)行步驟k)，否則，執(zhí)行所述步驟c)，重復執(zhí)行所述步驟b)，直到變速請求結(jié)束，作為直接相鄰鏈輪為目標鏈輪的狀態(tài)的指示。
21.根據(jù)權利要求15到20其中之一所述的方法，其中所述請求由使用者界面接收。
22.根據(jù)權利要求15到21任一項所述的方法，包括步驟，變速請求被暫停，直到從最近前一個變速執(zhí)行開始經(jīng)過預定最小時間。
23.用于電子伺服助動自行車變速器(8)的程序，包括程序代碼裝置，當程序在處理器上執(zhí)行時適于執(zhí)行所述任一項權利要求所述方法的步驟，實施在至少一個微控制器中。
24.電子電路，適合執(zhí)行權利要求1到22中任何一種方法的步驟。
25.電子伺服助力自行車變速器(8)，包括—一個鏈條(13)和鏈輪(11，12)系統(tǒng)，用于從踏板曲柄(7)的軸(B)傳送運動到自行車(1)的主動輪(4)，所述運動傳送系統(tǒng)包括—一至少一個具有至少三個鏈輪(11，12)的變速器組(9，10)，與從踏板曲柄(B)的軸和主動輪(4)的軸(A)中選擇的軸(X)同軸，所述至少一個變速器組(9，10)包括導向裝置(14，15)，用于移動鏈條(13)與變速器組(9，10)的預定鏈輪(11，12)嚙合，和一個導向裝置(14，15)的執(zhí)行器(16，17)，—一個電子控制單元(40)，用于驅(qū)動至少一個變速器組(9，10)的執(zhí)行器(16，17)，所述變速器組包括執(zhí)行根據(jù)權利要求1到22的任何一種方法的裝置。
26.根據(jù)權利要求25所述的自行車變速器，其中，所述至少一個變速器組(9，10)包括檢測導向單元(11，12)關于變速器組(9，10)鏈輪(11，12)的位置的傳感器(18，19)，用于提供所述確認信號。
27.根據(jù)權利要求25到26其中之一所述的自行車變速器，其中，電子控制單元(40)包括存儲裝置(49，50)，適合存儲這個或每個預定延遲。
28.根據(jù)權利要求27所述的自行車變速器，其中，存儲裝置(49，50)封裝在可從自行車(1)中移去的外殼中，優(yōu)選的在一個可拆卸的顯示單元(60)中。
29.根據(jù)權利要求25到28其中之一所述的自行車變速器，其中，包括在使用者和電子控制單元(40)之間的界面裝置，用于將所述變速請求，變速請求開始和/或變速請求結(jié)束的信號傳送到電子控制單元(40)，和/或設置這個或每個所述延遲的數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在電子伺服助力自行車變速器中執(zhí)行多級變速的方法，其中多級變速請求被分割成多個在兩相鄰鏈輪之間的單級變速。以這樣一種方式，對騎車人的傷害和對變速器的機械損傷都將減小。本發(fā)明還涉及一種程序，一個電路和一個具有用于執(zhí)行方法的裝置的變速器。
文檔編號B62M25/00GK1590211SQ20041005863
公開日2005年3月9日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權日2003年7月24日
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