自行車變速器的撥鏈器和自行車變速器的電子控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自行車變速器的、優(yōu)選地電子伺服自行車變速器的撥鏈器，并且涉及一種對(duì)自行車變速器進(jìn)行電子控制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自行車中的傳動(dòng)系統(tǒng)包括在與踏板曲柄的軸相關(guān)聯(lián)的齒輪以及與后輪的輪轂相關(guān)聯(lián)的齒輪之間延伸的鏈條。當(dāng)在曲柄踏板的軸和后輪的輪轂至少其中之一處布置有包括超過一個(gè)齒輪的齒輪組件，并且因此傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)有變速器時(shí)，就設(shè)置前撥鏈器和/或后撥鏈器。
[0003]在高性能自行車中，并且特別是在運(yùn)動(dòng)競(jìng)賽中使用的自行車中，對(duì)自行車手非常重要的特征在于能夠執(zhí)行的變速的速度和精確度。特別是出于該原因，所謂的電子變速器，或者更特別地是電子伺服變速器已經(jīng)變得普遍。
[0004]在電子伺服變速器的情況下，每個(gè)撥鏈器都包括:引導(dǎo)元件一一也稱為導(dǎo)鏈器或者導(dǎo)板，或者在后撥鏈器的情況下為搖臂一一其可移動(dòng)，以使鏈條在在多個(gè)齒輪之間位移，以便改變齒數(shù)比；和電子致動(dòng)器，以使導(dǎo)鏈器位移。致動(dòng)器繼而通常包括:馬達(dá)，其通常為電馬達(dá)，且通過聯(lián)動(dòng)系，諸如平行四邊形鉸接聯(lián)接導(dǎo)鏈器;齒條系或者蝸桿系；以及轉(zhuǎn)子或者轉(zhuǎn)子下游，向下至導(dǎo)鏈器本身的任何移動(dòng)部分的位置、速度、加速度和/或旋轉(zhuǎn)方向的傳感器或者換能器。值得注意的是也使用與本文中使用的稍微不同的術(shù)語。
[0005]控制電子裝置自動(dòng)地，例如基于一個(gè)或者更多檢測(cè)變量，諸如行駛速度、踏板曲柄的旋轉(zhuǎn)節(jié)奏、被施加給踏板曲柄的扭矩、行駛地形的坡度、自行車手的心率等等改變齒數(shù)比，和/或基于自行車手通過適當(dāng)?shù)目刂茦?gòu)件，諸如控制桿和/或按鈕手動(dòng)輸入的命令而改變齒數(shù)比。
[0006]用于控制前撥鏈器的裝置或單元以及用于控制后撥鏈器的裝置或單元一或者在更簡(jiǎn)單的變速器的情況下僅兩者中的其中之一被安裝為易于由自行車手操縱，通常安裝在車把上、靠近其手把處，剎車把也設(shè)置在該位置處，以分別控制前和后輪的剎車。允許在兩個(gè)方向上驅(qū)動(dòng)兩個(gè)撥鏈器以及驅(qū)動(dòng)剎車的控制裝置通常被稱為集成控制器。
[0007]—般已知參考命令值表的值驅(qū)動(dòng)自行車變速器的撥鏈器，這些值每個(gè)都與其中發(fā)生鏈條與特定齒輪的接合或者存在該接合的撥鏈器位置相關(guān)聯(lián)。換句話說，控制電子裝置或者控制器使用命令值表，以獲得撥鏈器的變量必須采取的值，以將鏈條定位為接合期望的齒輪。該值能夠?yàn)殛P(guān)于相鄰齒輪的差分值，或者該值能夠?yàn)殛P(guān)于參考值的絕對(duì)值，例如關(guān)于參考齒輪或者關(guān)于沖程結(jié)束條件或者缺乏馬達(dá)激勵(lì)的條件的絕對(duì)值。
[0008]從量級(jí)觀點(diǎn)看，命令值表的致動(dòng)器命令值能夠?yàn)槔缱鳛閾苕溒魃系膮⒖键c(diǎn)的移動(dòng)點(diǎn)行進(jìn)的距離、應(yīng)使馬達(dá)執(zhí)行的步進(jìn)數(shù)或者旋轉(zhuǎn)數(shù)、馬達(dá)的激勵(lì)時(shí)間的長(zhǎng)度、具有與電壓成比例的漂移的馬達(dá)的供電電壓值，或者該命令值還能夠?yàn)榕c馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的傳感器或者換能器發(fā)出的值、存儲(chǔ)在寄存器中并且代表其中一個(gè)上述量的數(shù)值，等等。
[0009]特別地，致動(dòng)器的馬達(dá)能夠被驅(qū)動(dòng)若干步進(jìn)或者被驅(qū)動(dòng)一段激勵(lì)時(shí)間，或者以適合每個(gè)升檔或者降檔的電壓來驅(qū)動(dòng)，然后自動(dòng)停止，同時(shí)傳感器用以向控制電子裝置提供反饋信號(hào)，以便在還未到達(dá)有意位置的情況下，即在上述撥鏈器的變量還未采取表值的情況下，電子控制裝置可能再次注意到致動(dòng)器馬達(dá)的致動(dòng)。這可能是例如由于下列事實(shí)，即撥鏈器提供的、在一定程度上取決于自行車手如何踩踏板的抵抗扭矩太高，超過馬達(dá)能夠通過聯(lián)動(dòng)系傳遞的最大扭矩。
[0010]所述命令值表的值為在工廠中設(shè)定的額定值，其考慮(前或者后)撥鏈器中的齒輪數(shù)以及相應(yīng)的厚度和節(jié)距。通常，這些特定值規(guī)定:在缺乏致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，即在命令值為零時(shí)，鏈條接合具有最小直徑的齒輪，但從上述示例中能夠看出，該條件并不是必要的。
[0011]雖然通過電子伺服變速器，已經(jīng)可能提高變速的精確性和速度，但是仍需要改進(jìn)這些性能，以便能夠幫助自行車手在競(jìng)賽時(shí)實(shí)現(xiàn)越來越好的結(jié)果，并且保護(hù)機(jī)械構(gòu)件。
[0012]越有意在高水平自行車競(jìng)賽中使用變速器，這種需求的重要性顯然就越高。
[0013]為了獲得對(duì)已知自行車變速器的高精確度控制，執(zhí)行對(duì)自行車的初始調(diào)節(jié)，以便取決于車架的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)以及與踏板曲柄的軸相關(guān)聯(lián)的前齒輪(皇冠齒)以及與后輪相關(guān)聯(lián)的后齒輪(鏈輪)的齒輪的組件而最優(yōu)化鏈條的張力。
[0014]可以修改命令值表，以便它們精確地對(duì)應(yīng)于特定變速器的機(jī)電組件，特別是對(duì)應(yīng)于齒輪的節(jié)距，和/或?qū)?yīng)于作為固定參考以及作為移動(dòng)參考的馬達(dá)的或者聯(lián)動(dòng)系的元件的相互位置，以及也可能對(duì)應(yīng)于馬達(dá)的致動(dòng)電壓的發(fā)展，對(duì)應(yīng)于馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)加速度和/或旋轉(zhuǎn)方向等等。
[0015]此外，初始調(diào)節(jié)通常作用在用于傳動(dòng)的至少一個(gè)彈簧上，可設(shè)置對(duì)該彈簧的預(yù)加負(fù)荷，以便保持傳動(dòng)鏈在不同行進(jìn)構(gòu)造中的正確張力。
[0016]在特別是用于公路自行車的一些變速器中，存在兩個(gè)反作用的鏈條張緊彈簧，以確定導(dǎo)鏈器在接合傳動(dòng)鏈時(shí)的構(gòu)造。這允許系統(tǒng)的更大的多功能性，使系統(tǒng)具有高彈性。另一方面，其它變速器能夠提供僅一個(gè)鏈條張緊彈簧。
[0017]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，鏈條張緊彈簧的初始預(yù)加負(fù)荷設(shè)置被執(zhí)行為使得導(dǎo)鏈器徑向地盡可能靠近齒輪。
[0018]實(shí)際上，導(dǎo)鏈器和齒輪之間的短距離確定了控制的更大靈敏性，因?yàn)樵谶@些條件下，平行于齒輪的軸線的導(dǎo)鏈器位移分量對(duì)應(yīng)于在鏈條上施加的、足以觸發(fā)從一個(gè)齒輪位移至另一個(gè)齒輪的斜度。
[0019]然而，使導(dǎo)鏈器更接近齒輪具有由最大直徑的齒輪所決定的限制。實(shí)際上，使導(dǎo)鏈器太靠近最大直徑的齒輪是諸如下列缺點(diǎn)的原因，諸如使用該齒輪的齒數(shù)比和另一尺數(shù)比之間的不平順換擋感，以及在鏈條接合最大直徑的齒輪同時(shí)向后踩踏板時(shí)的情況下，鏈條和導(dǎo)鏈器之間的刮擦。在這些情況下，傳動(dòng)系統(tǒng)也可能存在令人厭煩的噪音。
[0020]為了提高變速的精確性，申請(qǐng)人最近已經(jīng)在公布為US2014/0243129的專利申請(qǐng)中提出了根據(jù)導(dǎo)鏈器在齒輪組件的軸向方向上的主位移而調(diào)節(jié)鏈條張力彈簧的預(yù)加負(fù)荷，并且特別是使其為導(dǎo)鏈器的主位移的機(jī)械結(jié)果。以這種方式，導(dǎo)鏈器與齒輪組件的軸線的徑向距離取決于在哪個(gè)齒輪上接合鏈條而變化;特別地，隨著鏈條接合的齒輪的直徑增大，與軸的距離將不斷增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021 ]本發(fā)明的基本問題在于在自行車變速器的撥鏈器中進(jìn)一步提高變速的精確性和速度。
[0022]一方面，本發(fā)明涉及一種自行車變速器的撥鏈器，包括:
[0023]-支撐單元，其被構(gòu)造成被安裝在自行車的車架上，在變速器的同軸的齒輪的組件處，
[0024]-移動(dòng)單元，其包括導(dǎo)鏈器，
[0025]-主致動(dòng)裝置，其被構(gòu)造成使移動(dòng)單元相對(duì)于支撐單元移動(dòng)，以便在導(dǎo)鏈器上施加主位移，該主位移至少具有相對(duì)于齒輪組件的軸線的軸向分量，
[0026]其特征在于，撥鏈器還包括:
[0027]-副致動(dòng)裝置，其被構(gòu)造成使移動(dòng)單元相對(duì)于支撐單元移動(dòng)，以便在導(dǎo)鏈器上施加副位移，該副位移至少具有相對(duì)于齒輪組件的軸線的徑向分量，其中副致動(dòng)裝置能夠獨(dú)立于主致動(dòng)裝置地移動(dòng)該移動(dòng)單元。
[0028]由于獨(dú)立于主位移的副位移，可能確保移動(dòng)單兀并且特別是導(dǎo)鏈器相對(duì)于齒輪組件始終處于理想位置。通常，在變速期間，導(dǎo)鏈器將處于相對(duì)徑向地接近齒輪的位置，并且在正常行駛期間，導(dǎo)鏈器將處于相對(duì)徑向遠(yuǎn)離的位置。此外，徑向距離(接近位置和遠(yuǎn)離位置兩者中)能夠根據(jù)鏈條接合在其上的齒輪的直徑適當(dāng)?shù)剡x擇，因而能夠始終為最適合即將到來的情況的徑向距離。更一般地，可能在正常行駛和/或變速期間改變徑向距離。
[0029]以這種方式，可能不必提高主致動(dòng)裝置的馬達(dá)速度地加快換擋，因?yàn)槟軌蛟谧兯倨陂g保持鏈條盡可能地靠近齒輪。
[0030]通常，主致動(dòng)裝置施加的主位移也具有相對(duì)于齒輪組件的軸線的徑向分量和/或周向分量。
[0031 ]副致動(dòng)裝置施加的副位移具有可能的周向分量，但不具有軸向分量。
[0032]優(yōu)選地，該撥鏈器為后撥鏈器。
[0033]優(yōu)選地:
[0034]-支撐單元包括支撐主體和用以將支撐主體安裝在車架上的第一固定單元；
[0035]-移動(dòng)單元包括移動(dòng)主體和用以將導(dǎo)鏈器安裝在移動(dòng)主體上的第二固定單元；
[0036]-鏈條張緊彈簧被設(shè)置在第一固定單元和第二固定單元至少其中之一中，鏈條張緊彈簧確定導(dǎo)鏈器在接合自行車傳動(dòng)鏈時(shí)的構(gòu)造；
[0037]-副致動(dòng)裝置包括聯(lián)動(dòng)系，該聯(lián)動(dòng)系用于調(diào)節(jié)鏈條張緊彈簧的預(yù)加負(fù)荷，以便確定包括導(dǎo)鏈器的副位移的導(dǎo)鏈器的構(gòu)造的變化。
[0038]如上所述，鏈條張緊彈簧(或者多個(gè)彈簧)負(fù)責(zé)確定了導(dǎo)鏈器的構(gòu)造且最終地鏈條的構(gòu)造的動(dòng)態(tài)平衡，該構(gòu)造也包括導(dǎo)鏈器相對(duì)于齒輪組件的軸線的徑向距離。因而，通過改變這種彈簧(或者如果存在超過一個(gè)，則為這些彈簧中的至少一個(gè))的預(yù)加負(fù)荷，引起導(dǎo)鏈器相對(duì)于齒輪組件的軸線的位置的期望變化。
[0039]優(yōu)選地，撥鏈器為平行四邊形鉸接式，具有一個(gè)固定邊和與該固定邊相對(duì)的一個(gè)移動(dòng)邊，并且移動(dòng)邊通過兩個(gè)相同長(zhǎng)度的連接桿與固定邊連接，其中固定邊由支撐主體形成，并且移動(dòng)邊由移動(dòng)主體形成。然而，本發(fā)明也適用于具有不同構(gòu)造的撥鏈器。
[0040]在優(yōu)選實(shí)施例中:
[0041]-第一固定單元包括:
[0042]—固定地安裝在車架上的樞軸，支撐主體和鏈條張緊彈簧可旋轉(zhuǎn)地安裝在樞軸上，
[0043]一可旋轉(zhuǎn)地安裝在樞軸上的第一環(huán)，該第一環(huán)設(shè)有用以支承在車架上的齒以及與鏈條張緊彈簧的第一端接合的底座；
[0044]并且此外:
[0045]-用于調(diào)節(jié)鏈條張緊彈簧的預(yù)加負(fù)荷的聯(lián)動(dòng)系包括:
[0046]一可旋轉(zhuǎn)地安裝在支撐主體中且在樞軸上的第二環(huán)，其設(shè)有與鏈條張緊彈簧的第二端接合的底座，
[0047]一在第二環(huán)上形成的齒扇，
[0048]一接合齒扇的蝸桿。
[0049]因此，在該實(shí)施例中，受用于調(diào)節(jié)預(yù)加負(fù)荷的聯(lián)動(dòng)系作用的鏈條張緊彈簧被布置在第一固定單元，并且因而被布置在支撐單元中。在這種條件下，在撥鏈器中用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所必要的另外組件基本都被布置在支撐單元中，即布置在直接安裝在自行車的車架上的單元中，并且受到受限的移動(dòng)和變形；因此，以這種方式，存在雙重優(yōu)點(diǎn)，即基本不增大撥鏈器的體積，并且在自行車使用期間，副致動(dòng)裝置處于防止可能沖擊的相對(duì)受保護(hù)位置中。
[0050]在可替選實(shí)施例中:
[0051]-第二固定單元包括:
[0052]-安裝在移動(dòng)主體中的樞軸，導(dǎo)鏈器和鏈條張緊彈簧可旋轉(zhuǎn)地安裝在樞軸上，
[0053]—在導(dǎo)鏈器中形成的且與彈簧的第一端接合的底座；
[0054]并且其中:
[0055]-用于調(diào)節(jié)鏈條張緊彈簧的預(yù)加負(fù)荷的聯(lián)動(dòng)系包括:
[0056]—可旋轉(zhuǎn)地安裝在移動(dòng)主體中的環(huán)，并且該環(huán)設(shè)有與鏈條張緊彈簧的第二端接合的底座，
[0057]一在環(huán)上形成的齒扇，
[0058]一接合齒扇的蝸桿。
[0059]因此，在該實(shí)施例中，受用于調(diào)節(jié)預(yù)加負(fù)荷的聯(lián)動(dòng)系作用的鏈條張緊彈簧被布置在第二固定單元中，并且因而被布置在移動(dòng)單元中。在這種條件下，在撥鏈器中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所必要的另外組件基本都被布置在移動(dòng)單元中，即被布置在安裝成相對(duì)于自行車的車架處于顯著突出位置的單元中；因此，以這種方式，更易于獲得對(duì)其接觸，以調(diào)節(jié)、校準(zhǔn)、維護(hù)、清潔等。
[0060]在優(yōu)選實(shí)施例中，主致動(dòng)裝置包括第一電馬達(dá)，并且副致動(dòng)裝置包括第二電馬達(dá)。
[0061]使用能夠?qū)Φ谝缓偷诙聞?dòng)裝置獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的單獨(dú)馬達(dá)允許選擇最適合特定使用條件的馬達(dá)時(shí)的最大自由度。特別地，可能保持主致動(dòng)裝置的傳統(tǒng)構(gòu)造，包括馬達(dá)。也使得易于