自行车用变速系统及包含该系统的助力自行车用变速方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自行车用变速系统，通过在助力自行车的中置系统中集成无级变速机构，由控制器根据传感器信息判断当前骑行状态，自动调节人力和电机对自行车后轮的减速比，使得驱动电机工作在额定工作点附近，扩大了中置系统高效率运行区域以及输出扭矩范围，提高了续航里程，且为助力自行车系统节约了成本。中置系统会自动根据车速、人脚踩踏频、脚踩力及踩踏方向来判断整车运行状态，自动调节当前助力比，操作更加简便人性化，无需人员手动来调节变速档位。

Variable speed system for bicycle and variable speed method for power assisted bicycle with the same

The invention discloses a transmission system of a bicycle, the mid system assisted bicycle integrated stepless speed change mechanism, by the controller to determine the current running state according to the sensor information, automatic control and deceleration of human motor bicycle rear wheel drive electric machine, the work in the vicinity of the rated working point, expanding the central system of high efficiency operation area and the output torque range, improve mileage, and bicycle system cost savings. The system will automatically set according to the speed, pedal frequency, foot force and direction to judge the running state of the vehicle tread, automatically adjust the current power ratio, operation more convenient user-friendly, without manual adjustment to speed gear.

【技术实现步骤摘要】
自行车用变速系统及包含该系统的助力自行车用变速方法
本专利技术属于助力自行车变速机构设计领域，具体涉及一种自行车用变速系统及包含该系统的助力自行车用变速方法。
技术介绍
助力自行车，又称助力式电动自行车，是一种介于自行车与电动车之间的骑行工具，通过电力辅助人力提供给自行车行进中所需要的动能，它是人们追求高效、便捷、健康、环保的生活方式的产物。中置系统是助力自行车的核心部件，集力矩检测、控制器模块、电机驱动于一体，控制整车的正常行驶，目前，助力自行车在国外市场，如德国、日本等较发达国家比较流行。在我国，电动自行车仍占有主要市场，且绝大多数电动自行车采用轮毂式驱动，与采用力矩检测的中置系统相比，具有明显的劣势。轮毂式驱动将电机置于车体前轮或后轮，造成整车重心靠前或靠后，不符合人们的骑行方式。而且行车速度完全依赖转把控制，在逆风、爬坡等重负载情况下驱动能力受到很大限制和影响。同时这种轮毂式的机械结构还使得安装和检修的难度增大，无形中也增大了使用过程中的安全隐患。加之与传统的自行车骑行方式不同且行车速度过快，因此在交通安全方面也存在一定的危险性，很有可能会造成新的交通问题的增多。力矩中置系统的使用，将会克服传统电动自行车的缺陷，具有出色的骑行效果，必将成为电动车发展的一种趋势。然而，市场上已有的用于助力自行车的中置系统绝大多数采用单速机构，不能够根据路况进行调节齿轮箱的变速比，即只具有单一的减速比，通过齿轮传动，将人力和电机力结合起来，人踩踏的力越大，控制系统驱动电机的力也越大，这样的中置系统，高效率区间窄，例如通常电机工作在额定工作点车速20km/h，电机效率能够达到80％，在爬坡的时候车速5km/h时候，电机效率只有30％甚至更小，且最大输出扭矩在电机设计的时候已经确定，不能够根据路况而实时调整。这样不仅续航里程短、影响电池寿命，而且对于人的骑行感也较差。目前市场上通用的解决方法是，采用电机系统和自行车外置变速器相结合的办法，进行扩展电机的运行区域。然而目前市场上采用的外置变速系统不论是花鼓式内置变速器还是外置式飞轮系统均价格昂贵，安装、调试复杂，且需要通过骑行者自己根据不同的路况进行调节，然而普通骑行者基本上很少会调节变速系统，通常一个档位一直骑行，难以实现变速的目的。目前也有一些公司利用齿轮传动方式，实现了两段变速系统，但是两段变速系统属于有级调速，在变速时候骑行者能够明显感觉到变速时带来的顿挫感。而且因为尺寸空间问题，一般变速段数做不到很多级，变速范围窄。因此，鉴于以上问题，有必要提出一种新型的助力自行车变速系统，以实现无级变速的目的，根据需要改变曲轴输出功率和电动机输出的减速比合力，操作简便，且保证电机系统一直工作在额定工作点附近，提高电机系统的效率，降低成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种自行车用变速系统及包含该系统的助力自行车用变速方法，通过在助力自行车的中置系统中集成无级变速机构，方便根据用户骑行状态自动调节助力比，保证电机系统一直工作在额定工作点附近，提高电机系统的效率，降低成本。根据本专利技术的目的提出的一种自行车用变速系统，包括驱动机构、位于所述驱动机构输出端的变速机构，所述变速机构将转速输出至自行车牙盘；所述变速机构为无级变速机构，所述无级变速机构包括至少一组变速组件，每组变速组件包括一主动锥轮组、一从动锥轮组、绕接于所述主动锥轮组与所述从动锥轮组上的传动带以及调速组件，所述主动锥轮组与所述从动锥轮组均包括相对设置的两个锥轮，所述调速组件作用于主动锥轮组和/或所述从动锥轮组上以调节相对设置的两锥轮之间的间距；所述变速系统还包括设置于所述无级变速机构输入端的输入链轮组与输出端的输出链轮组；所述驱动机构包括人力驱动机构，所述人力驱动机构包括脚踏与曲轴，曲轴转动通过输入链轮组传递扭矩至所述无级变速机构，调速组件驱动锥轮运动调节助力比，最后通过输出链轮组传递扭矩至牙盘。优选的：所述驱动机构还包括一电机驱动机构，所述电机驱动机构包括驱动电机、控制器以及检测用户骑行自行车状态的检测器，所述检测器与所述控制器电连接，所述控制器根据检测器反馈信号控制驱动电机运转以提供助力。优选的：所述驱动电机的输出端连接所述无级变速机构的主动锥轮组，所述驱动电机与所述主动锥轮组间还设置有一减速器，驱动电机运转传递扭矩至所述无级变速机构，调速组件驱动锥轮运动调节助力比，最后通过输出链轮组传递扭矩至牙盘。优选的：所述调速组件作用于所述主动锥轮组上，所述主动锥轮组与从动锥轮组均包括固定于同一转轴上一定锥轮与一动锥轮，所述调速组件驱动主动锥轮组上的动锥轮沿其转轴轴向移动，传动带随两个锥轮间的间距变化沿垂直转轴的方向移动，调节锥轮组的相对半径，所述从动锥轮组的动锥轮通过一弹性件的伸缩驱动沿其转轴轴向移动；或所述调速组件驱动从动锥轮组上的动锥轮沿其转轴轴向移动，所述主动锥轮组的动锥轮通过一弹性件的伸缩驱动沿其转轴轴向移动。优选的：所述调速组件包括调速电机、传动组件以及推块，所述推块固定套设于所述动锥轮上，推动动锥轮沿其转轴轴向移动。优选的：所述传动组件包括一减速齿轮组与一涡轮蜗杆机构，涡轮上伸出一推杆，所述推杆随涡轮转动而摆动，所述推杆前端与所述推块接触。优选的：所述调速组件包括一离心球，所述动锥轮后侧固定有一挡盖，所述挡盖呈锥柱型结构，并与所述动锥轮相背设置，所述挡盖与所述动锥轮后侧间形成一离心球移动腔，所述移动腔空间尺寸自两侧向中间逐渐增加；车速增加时，离心球靠向两侧设置，减小助力比，车速减小时，离心球靠向中间设置，增大助力比。优选的：所述检测器包括用以检测用户骑行速度的车速传感器，用以检测用户踩踏扭矩的扭矩传感器，用以检测用户踩踏频率的踏频传感器，以及用以检测用户踩踏方向的踏向传感器中的一个或多个组合。优选的：所述检测器还包括一位置检测传感器，所述位置检测传感器包括磁环与霍尔传感器，所述磁环与所述霍尔传感器均设置于所述涡轮上判断涡轮位置，继而计算出推块位置并反馈给控制器。一种助力自行车用变速方法，采用所述的自行车用变速系统，该变速系统为设置于自行车脚踏部位的一中置系统，自行车在不同运行阶段助力比不同，具体方式如下：起步阶段判断方式：首先判断起步状态，设定一起步阈值，车速从0km/h逐步上升至该起步阈值；起步阶段克服惯性需要的助力相比平路大，所以调速组件会在前次停车的时候，自动将无级变速机构调节到最大助力比，下次用户再次骑行会轻松，此时中置系统根据人力的输入再按照设定比例输出动力，车速在小于起步阈值时，中置系统的最大助力输出小于其额定助力输出，车辆缓慢启动；平路加速阶段判断方式：人力、踏频的速度以及车速均在增加；此过程中无级变速机构变速，逐渐减小助力比，从当前状态逐渐减小至最小助力比状态；平路减速判断方式：人力减小，脚踏频变慢，车速逐渐下降；此过程中无级变速机构变速，逐渐增加助力比，由当前状态逐渐增加至停车时的最大助力比。上坡阶段判断方式：人力增加至设定阈值以上，但车速增加缓慢或停止增加甚至减小；此过程中无级变速机构变速，逐渐增大助力比，根据车速调节，如果车速在不断下降，助力比需要不断增大至最大助力比；下坡阶段判断方式：人力减小，车速增快；此过程中无级变速机构逐渐由当前状态减小助力比，直至最小助力比。停车阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自行车用变速系统，包括驱动机构、位于所述驱动机构输出端的变速机构，所述变速机构将转速输出至自行车牙盘；其特征在于：所述变速机构为无级变速机构，所述无级变速机构包括至少一组变速组件，每组变速组件包括一主动锥轮组、一从动锥轮组、绕接于所述主动锥轮组与所述从动锥轮组上的传动带以及调速组件，所述主动锥轮组与所述从动锥轮组均包括相对设置的两个锥轮，所述调速组件作用于主动锥轮组和/或所述从动锥轮组上以调节相对设置的两锥轮之间的间距；所述变速系统还包括设置于所述无级变速机构输入端的输入链轮组与输出端的输出链轮组；所述驱动机构包括人力驱动机构，所述人力驱动机构包括脚踏与曲轴，曲轴转动通过输入链轮组传递扭矩至所述无级变速机构，调速组件驱动锥轮运动调节助力比，最后通过输出链轮组传递扭矩至牙盘。

【技术特征摘要】
1.一种自行车用变速系统，包括驱动机构、位于所述驱动机构输出端的变速机构，所述变速机构将转速输出至自行车牙盘；其特征在于：所述变速机构为无级变速机构，所述无级变速机构包括至少一组变速组件，每组变速组件包括一主动锥轮组、一从动锥轮组、绕接于所述主动锥轮组与所述从动锥轮组上的传动带以及调速组件，所述主动锥轮组与所述从动锥轮组均包括相对设置的两个锥轮，所述调速组件作用于主动锥轮组和/或所述从动锥轮组上以调节相对设置的两锥轮之间的间距；所述变速系统还包括设置于所述无级变速机构输入端的输入链轮组与输出端的输出链轮组；所述驱动机构包括人力驱动机构，所述人力驱动机构包括脚踏与曲轴，曲轴转动通过输入链轮组传递扭矩至所述无级变速机构，调速组件驱动锥轮运动调节助力比，最后通过输出链轮组传递扭矩至牙盘。2.如权利要求1所述的自行车用变速系统，其特征在于：所述驱动机构还包括一电机驱动机构，所述电机驱动机构包括驱动电机、控制器以及检测用户骑行自行车状态的检测器，所述检测器与所述控制器电连接，所述控制器根据检测器反馈信号控制驱动电机运转以提供助力。3.如权利要求2所述的自行车用变速系统，其特征在于：所述驱动电机的输出端连接所述无级变速机构的主动锥轮组，所述驱动电机与所述主动锥轮组间还设置有一减速器，驱动电机运转传递扭矩至所述无级变速机构，调速组件驱动锥轮运动调节助力比，最后通过输出链轮组传递扭矩至牙盘。4.如权利要求2所述的自行车用变速系统，其特征在于：所述调速组件作用于所述主动锥轮组上，所述主动锥轮组与从动锥轮组均包括固定于同一转轴上的一定锥轮与一动锥轮，所述调速组件驱动主动锥轮组上的动锥轮沿其转轴轴向移动，传动带随两个锥轮间的间距变化沿垂直转轴的方向移动，调节锥轮组的相对半径，所述从动锥轮组的动锥轮通过一弹性件的伸缩驱动沿其转轴轴向移动；或所述调速组件驱动从动锥轮组上的动锥轮沿其转轴轴向移动，所述主动锥轮组的动锥轮通过一弹性件的伸缩驱动沿其转轴轴向移动。5.如权利要求4所述的自行车用变速系统，其特征在于：所述调速组件包括调速电机、传动组件以及推块，所述推块固定套设于所述动锥轮上，推动动锥轮沿其转轴轴向移动。6.如权利要求5所述的自行车用变速系统，其特征在于：所述传动组件包括一减速齿轮组与一涡轮蜗杆机构，涡轮上伸出一推杆，所述推杆随涡轮转动而摆动，所述推杆前端与所述推块接触。7.如权利要求4所述的自行车...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄福明，蔡华林，黄俊宁，黄俊燚，
申请(专利权)人：苏州万佳电器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32