自行車電子系統(tǒng)和相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自行車電子系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及包括電子變速裝置的系統(tǒng)，以及用于致動(dòng)自行車電子變速裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自行車中的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)包括在與踏板曲柄的軸和與后輪的輪轂有關(guān)的齒輪之間延伸的鏈條。當(dāng)在踏板曲柄的軸和后輪的輪轂的至少一個(gè)處存在一個(gè)以上的齒輪，因此，運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)具有變速裝置(gearshift)時(shí)，提供前變速器和/或后變速器，在電伺服助力的情況下在此簡(jiǎn)稱為電子變速裝置，每一變速器包括鏈條引導(dǎo)元件，也稱為支架(cage)，可移動(dòng)來(lái)在齒輪中移動(dòng)鏈條，以便改變齒輪比，以及機(jī)電致動(dòng)器來(lái)移動(dòng)鏈條引導(dǎo)元件。致動(dòng)器通常依次包括通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)，諸如四聯(lián)桿、齒條或蝸桿螺旋系統(tǒng)，與鏈條引導(dǎo)元件耦接的電機(jī)，通常是電動(dòng)機(jī)，以及轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子的下游的任何移動(dòng)部的位置、速度和/或加速器的傳感器，直到鏈條引導(dǎo)元件本身。值得注意的是也可以使用與用在本上下文中稍微不同的術(shù)語(yǔ)。
[0003]與后輪的輪轂有關(guān)的齒輪也稱為飛輪，而與自行車的踏板曲柄的軸有關(guān)的齒輪也稱為冕狀齒輪或齒輪。
[0004]控制電子設(shè)備例如基于一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)變量，諸如行進(jìn)速度、踏板曲柄的旋轉(zhuǎn)踏頻、施加到踏板曲柄的轉(zhuǎn)矩、行進(jìn)地帶的斜率、騎車人的心率等等，自動(dòng)地改變變速比，和/或基于通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂茦?gòu)件，例如控制桿和/或按鈕，由騎車人手動(dòng)輸入的命令，改變變速比。
[0005]在第一類型的變速裝置中，安裝前變速器的控制設(shè)備和后變速器的控制設(shè)備-或在更簡(jiǎn)單的變速裝置的情況下，兩個(gè)中的僅一個(gè)使得易于由騎車人操縱，通常在車把上，接近用于分別控制前后輪的剎車的剎車桿所處的手柄。允許在兩個(gè)方向中驅(qū)動(dòng)兩個(gè)變速器的控制設(shè)備和剎車通稱為集成控制器。按照慣例，前變速器的控制設(shè)備和前輪的剎車桿位于左手柄附近，并且后變速器的控制設(shè)備和后輪的剎車桿位于右手柄附近。
[0006]在第二類型的變速裝置中，將控制設(shè)備再次安裝成易于由騎車人操縱以允許輸入換檔請(qǐng)求手動(dòng)命令-這可以是減小比率或增加比率-以及電子系統(tǒng)控制前變速器和/或后變速器的驅(qū)動(dòng)來(lái)致動(dòng)所請(qǐng)求的換檔。
[0007]上述部件和可能的其他部件位于自行車上，并且存在用于它們之間的通信的裝置。
[0008]U.S.6，047，230公開(kāi)了一種自行車變速系統(tǒng)，包括顯示器、輸入手動(dòng)命令的界面、輪速的傳感器、踏頻傳感器、換檔器位置傳感器、轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)構(gòu)件(鏈條)的張力的傳感器、測(cè)斜儀、騎車人的作用力的傳感器、心率監(jiān)測(cè)器、驅(qū)動(dòng)速率傳感器、控制器和換檔器致動(dòng)器?？刂破骰跈z測(cè)量，生成控制信號(hào)。換檔器致動(dòng)器耦接到換檔器并且響應(yīng)于相對(duì)于多個(gè)齒輪，定位轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)元件的控制信號(hào)移動(dòng)它。
[0009]系統(tǒng)提供自行車的特性和騎車人的特性的設(shè)置模式，以及各種操作模式，其中，有關(guān)換檔的決定有選擇地基于恒定踏頻、恒定蹬踏力、恒定加速度、恒定心率、完全手動(dòng)模式，其中手動(dòng)控制主導(dǎo)的半自動(dòng)模式，以及基于人工智能，特別是基于作為上述檢測(cè)量的決定參數(shù)的模糊邏輯的模式。如果輪速太低，或如果鏈條的張力太高，則系統(tǒng)還阻止換檔。
[0010]關(guān)于心率，系統(tǒng)提供當(dāng)心率低于第一閾值時(shí)，控制器增加變速比，以及當(dāng)心率大于第二閾值時(shí)，控制器降低變速比，其中，優(yōu)選地第一閾值比能存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的目標(biāo)心率小預(yù)定量，以及第二閾值比目標(biāo)心率大預(yù)定量。在不提供任何詳情的情況下，該文獻(xiàn)還提到，系統(tǒng)隨時(shí)間調(diào)整目標(biāo)心率來(lái)解釋熱身和冷卻間隔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的基礎(chǔ)的問(wèn)題是提供在訓(xùn)練方面特別有效的至少一個(gè)操作模式的一種自行車電子系統(tǒng)和致動(dòng)自行車電子變速裝置的方法。
[0012]特別地，本發(fā)明的目的在于為了優(yōu)化騎車人的表現(xiàn)(performance)，提供用于允許基于由多個(gè)傳感器獲得的反饋，執(zhí)行變速比的改變的一種自行車電子系統(tǒng)和致動(dòng)自行車電子變速裝置的方法。
[0013]優(yōu)選地，本發(fā)明的目的還在于通過(guò)鏈接到所需體育運(yùn)動(dòng)的類型的各種換檔配置，允許自行車的尤其高效和有效使用。
[0014]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種致動(dòng)自行車電子變速裝置的方法，包括步驟:
[0015](a)接收指示使用所述自行車的騎車人的心率的信號(hào)，
[0016](b)接收指示由騎車人傳遞的功率的信號(hào)，
[0017](c)根據(jù)指示功率的信號(hào)的值和指示心率的信號(hào)的值，計(jì)算表現(xiàn)指標(biāo)，
[0018](d)獲得用于表現(xiàn)指標(biāo)的參考值，
[0019](e)將所計(jì)算的表現(xiàn)指標(biāo)與表現(xiàn)指標(biāo)的參考值進(jìn)行比較，
[0020](f)根據(jù)比較步驟的結(jié)果，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)。
[0021 ] 在自行車變速裝置的電子控制器中，執(zhí)行所述步驟。
[0022]優(yōu)選地，步驟(c)包括將表現(xiàn)指標(biāo)計(jì)算為指示功率的信號(hào)的值與指示心率的信號(hào)的值之間的比率。
[0023]為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，在下文中，將僅參考計(jì)算為指示上述變量之間的比率的表現(xiàn)指標(biāo)，但必定不是在限定意義上加以解釋，并且能使用更復(fù)雜或在任一情況下，不同的計(jì)算表達(dá)式。
[0024]優(yōu)選地，步驟(e)包括檢查所計(jì)算的表現(xiàn)指標(biāo)是否低于有關(guān)表現(xiàn)指標(biāo)的參考值的參考區(qū)域的下限，并且:
[0025]-在肯定情形下，步驟⑴包括發(fā)出增加變速裝置的變速比的信號(hào)；
[0026]-在否定情形下，步驟⑴包括發(fā)出減小變速裝置的變速比的信號(hào)。
[0027]優(yōu)選地，該方法包括步驟:
[0028](g)檢查指示心率的信號(hào)的值是否高于指示騎車人的無(wú)氧閾值的閾值，以及其中
[0029]僅當(dāng)步驟(g)的檢查具有否定結(jié)果時(shí)，才執(zhí)行發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟
(f)，而如果步驟(g)的檢查具有肯定結(jié)果，該方法包括步驟:
[0030](h)激活警報(bào)模式。
[0031]優(yōu)選地，檢查指示心率的信號(hào)的值是否高于指示騎車人的無(wú)氧閾值的閾值的步驟
(g)進(jìn)一步包括檢查在預(yù)定最小時(shí)間段內(nèi)，是否其仍然高于該閾值。
[0032]優(yōu)選地，激活警報(bào)模式的步驟(h)包括發(fā)出減小變速裝置的變速比的信號(hào)。
[0033]優(yōu)選地，激活警報(bào)模式的步驟(h)包括在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)，保持變速裝置的新變速比。
[0034]優(yōu)選地，以可從至少兩個(gè)不同值選擇的采樣頻率，執(zhí)行步驟(a)至(f)。
[0035]優(yōu)選地，該方法包括步驟:
[0036](i)基于指示使用自行車的騎車人的心率的信號(hào)和/或基于指示由騎車人傳遞的功率的信號(hào)，選擇采樣頻率。
[0037]優(yōu)選地，自行車變速裝置包括后變速器和前變速器，其中，該方法進(jìn)一步包括步驟:
[0038](j)有選擇地啟用或禁用前變速器的運(yùn)動(dòng)，以及
[0039](k)在步驟(j)中啟用前變速器的運(yùn)動(dòng)的情況下，通過(guò)后變速器的運(yùn)動(dòng)和/或前變速器的運(yùn)動(dòng)，以及在步驟(j)禁用前變速器的運(yùn)動(dòng)的情況下，僅通過(guò)后變速器的運(yùn)動(dòng)，致動(dòng)控制信號(hào)。
[0040]優(yōu)選地，在缺省模式中，禁用前變速器的運(yùn)動(dòng)。
[0041]優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括向騎車人指示何時(shí)啟用前變速器和/或指示前變速器的換檔正在進(jìn)行中的步驟。
[0042]優(yōu)選地，該方法包括步驟:
[0043](1)從用戶界面接收換檔請(qǐng)求信號(hào)，
[0044](m)在半自動(dòng)模式中，步驟(f)包括根據(jù)比較步驟(e)的結(jié)果和/或基于在步驟(1)接收的換檔請(qǐng)求信號(hào)，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)。
[0045]優(yōu)選地，在缺省模式中，優(yōu)先考慮比較步驟(e)的結(jié)果，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)。
[0046]優(yōu)選地，該方法包括檢查在步驟(a)中是否正確地接收指示心率的信號(hào)和指示所傳遞的功率的信號(hào)的步驟，以及
[0047]-在肯定情形下，阻止從用戶界面發(fā)送換檔請(qǐng)求信號(hào)，
[0048]-在否定情形下，切換到基于或優(yōu)先考慮從用戶界面接收的換檔請(qǐng)求信號(hào)，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的模式。
[0049]優(yōu)選地，檢查在步驟(a)中是否正確地接收指示心率的信號(hào)和指示所傳遞的功率的信號(hào)的步驟包括檢查是否利用預(yù)定最小周期性接收到它們和/或是否利用預(yù)定最小周期性更新它們。
[0050]優(yōu)選地，步驟(d)包括:
[0051](dl)利用階段式增長(zhǎng)(stepped progress1n)，生成用于表現(xiàn)指標(biāo)的參考值。
[0052]更優(yōu)選地，步驟(dl)包括:
[0053](d2)利用循環(huán)重復(fù)的階段式增長(zhǎng)，生成用于表現(xiàn)指標(biāo)的參考值。
[0054]優(yōu)選地，該方法包括步驟:
[0055](η)從在輕換檔模式、中換檔模式、強(qiáng)換檔模式中選擇的至少兩種換檔模式選擇，以及其中，
[0056]-如果預(yù)定換檔模式是輕換檔模式，則發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟(f)包括發(fā)出用于將變速比改變成那些可用的變速比中的最接近的變速比-分別緊接較大的變速比或緊接較小的變速比-的請(qǐng)求信號(hào)；
[0057]-如果預(yù)定換檔模式是中換檔模式，則發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟(f)包括發(fā)出用于將變速比改變成那些可用的變速比中的第二最接近的變速比-分別第二較大的變速比或第二較小的變速比-的請(qǐng)求信號(hào)；
[0058]-如果預(yù)定換檔模式是強(qiáng)換檔模式，則發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟(f)包括發(fā)出用于將變速比改變成那些可用的變速比中的第三最接近的變速比-分別第三較大的變速比或第三較小的變速比-的請(qǐng)求信號(hào)。
[0059]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種致動(dòng)自行車電子變速裝置的方法，包括步驟:
[0060](a)接收包括自行車變速裝置和使用自行車的騎車人的系統(tǒng)的至少一個(gè)的檢測(cè)變量，
[0061](b)獲得用于所述至少一個(gè)檢測(cè)變量的至少一個(gè)參考值，
[0062](c)將所述至少一個(gè)檢測(cè)變量與所述至少一個(gè)參考值比較，以及
[0063](d)基于比較步驟(c)的結(jié)果，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)，
[0064]其中，該方法進(jìn)一步包括步驟:
[0065](e)作為步驟(a)的至少一部分和/或作為步驟(a)的附加步驟，接收指示使用自行車的騎車人的心率的信號(hào)，
[0066](f)檢查指示心率的信號(hào)的值是否高于指示騎車人的無(wú)氧閾值的閾值，以及其中，
[0067]僅當(dāng)步驟(f)的檢查具有否定結(jié)果時(shí)，執(zhí)行發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟⑷，而如果步驟(f)的檢查具有肯定結(jié)果，該方法包括步驟:
[0068](g)激活警報(bào)模式。
[0069]優(yōu)選地，步驟(a)包括步驟(e)。
[0070]替代或附加地，步驟(a)包括接收指示由騎車人傳遞的功率的信號(hào)的步驟。
[0071]替代或附加地，步驟(a)包括:
[0072]-步驟(e)，和/或
[0073]-接收指示由騎車人傳遞的功率的信號(hào)的步驟，和/或
[0074]-接收有關(guān)上述所應(yīng)用的表現(xiàn)指標(biāo)的步驟。
[0075]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種致動(dòng)自行車變速裝置的方法，包括步驟:
[0076](a)接收包括自行車變速裝置和使用自行車的騎車人的系統(tǒng)的至少一個(gè)檢測(cè)變量，
[0077](b)基于所述至少一個(gè)檢測(cè)變量，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)。
[0078]以采樣頻率執(zhí)行所述步驟(a)和(b)，其中，該方法進(jìn)一步包括步驟:
[0079](c)從至少兩個(gè)不同值選擇采樣頻率。
[0080]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種致動(dòng)具有后變速器和前變速器的自行車變速裝置的方法，包括步驟:
[0081](a)接收包括自行車變速裝置和使用自行車的騎車人的系統(tǒng)的至少一個(gè)檢測(cè)變量，
[0082](b)基于所述至少一個(gè)檢測(cè)變量，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)，
[0083](c)通過(guò)后變速器的運(yùn)動(dòng)和/或前變速器的運(yùn)動(dòng)，致動(dòng)控制信號(hào)，
[0084]其中，所述方法進(jìn)一步包括:
[0085](d)有選擇地啟用或禁用前變速器的運(yùn)動(dòng)。
[0086]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種致動(dòng)自行車變速裝置的方法，包括步驟:
[0087](a)接收包括自行車變速裝置和使用自行車的騎車人的系統(tǒng)的至少一個(gè)檢測(cè)變量，
[0088](b)評(píng)估所述至少一個(gè)檢測(cè)變量，
[0089](c)接收用戶界面的換檔請(qǐng)求信號(hào)，
[0090](d)在半自動(dòng)模式中，基于換檔請(qǐng)求信號(hào)和/或基于評(píng)估至少一個(gè)檢測(cè)變量的步驟(b)的結(jié)果，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)。
[0091]其中，在缺省模式中，優(yōu)先考慮評(píng)估至少一個(gè)檢測(cè)變量的步驟(b)的結(jié)果，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)。
[0092]優(yōu)選地，該方法包括檢查在步驟(a)中是否正確地接收所述至少一個(gè)檢測(cè)變量的步驟，以及
[0093]-在肯定情形下，阻止從所述用戶界面發(fā)送所述換檔請(qǐng)求信號(hào)，
[0094]-在否定情形下，切換到基于或優(yōu)先考慮從用戶界面接收的換檔請(qǐng)求信號(hào)，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的模式。
[0095]優(yōu)選地，檢查是否正確地接收所述至少一個(gè)檢測(cè)變量的步驟包括檢查是否利用預(yù)定最小周期性接收到檢測(cè)變量和/或是否利用預(yù)定最小周期性更新它。
[0096]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種致動(dòng)自行車變速裝置的方法，包括步驟:
[0097](a)接收指示由騎車人傳遞的功率的信號(hào)，
[0098](b)接收用于功率信號(hào)的參考值，
[0099](c)將指示功率的信號(hào)與參考值比較，
[0100](d)根據(jù)比較步驟(c)的結(jié)果，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)，
[0101 ] 其中，該方法進(jìn)一步包括步驟:
[0102](e)利用階段式增長(zhǎng)，生成所述參考值的值。
[0103]優(yōu)選地，步驟(e)包括利用周期性重復(fù)的階段式增長(zhǎng)，生成所述參考值的值。
[0104]更優(yōu)選地，步驟(e)包括利用階段式增長(zhǎng)，生成所述參考值的值，每一階段具有恒定參考值，以及每一階段具有預(yù)定持續(xù)時(shí)間。
[0105]在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種致動(dòng)自行車變速裝置的方法，包括步驟:
[0106](a)接收包括自行車變速裝置和使用自行車的騎車人的系統(tǒng)的至少一個(gè)檢測(cè)變量，
[0107](b)基于所述至少一個(gè)檢測(cè)變量，發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)，
[0108]其中，該方法進(jìn)一步包括步驟:
[0109](c)從在輕換檔模式、中換檔模式、強(qiáng)換檔模式中選擇的至少兩種換檔模式選擇，以及其中，
[0110]-如果預(yù)定換檔模式是輕換檔模式，則發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟(b)包括發(fā)出用于將變速比改變成那些可用的變速比中的最接近的變速比-分別緊接較大的變速比或緊接較小的變速比-的請(qǐng)求信號(hào)；
[0111]-如果預(yù)定換檔模式是中換檔模式，則發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟(b)包括發(fā)出用于將變速比改變成那些可用的變速比中的第二最接近的變速比-分別第二較大的變速比或第二較小的變速比-的請(qǐng)求信號(hào)；
[0112]-如果預(yù)定換檔模式是強(qiáng)換檔模式，則發(fā)出變速裝置的控制信號(hào)的步驟(b)包括發(fā)出用于將變速比改變成那些可用的變速比