自行车自动变速器设计

自行车自动变速器设计

赵春锋a

, 周人杰b

, 郭玮b

(上海工程技术大学a. 工程实训中心; b. 城市轨道交通学院, 上海201620)

摘要: 针对普通自行车手动变速器使用繁琐、保养困难的缺陷,设计了基于单片机的自行车自动

变速装置, 自动检测自行车时速,并依据使用者的舒适度对自行车设置自动变速. 该装置根据单

片机采集的自行车发电前花鼓产生的交流电频率来判断车速, 与自行车当前的换挡设置进行比

较,进而控制安装在车架上的直线步进电机, 推动自行车后轮内置式变速器的变速杆达到变速目

的.自行车自动变速装置实现了轻松骑行,无需手动换挡,可以适应不同用户的变速设置要求. 关键词: 自行车; 自动变速器; 单片机

中图分类号: U 484 文献标志码: A

Design of Automatic Transmission for Bicycle

ZHAO Chun feng a

, ZHOU Ren jieb

, GU O Wei

b

( a. Engineering T rain ing Center; b. College of U rban Railway Transp ortat ion, S hanghai

U nivers ity of Engin eering Science, Sh angh ai 201620, Ch ina)

Abstract: Aiming at shortcomings o f the cumbersome operat ion and dif ficult maintenance for the hand

operat ing t ransmissio n o f common bicy cles, an automat ic t ransmission based on single chip micro computer ( SCM) w as desig ned, w hich can detect the bicy cle speed and shift speeds automat ically

acco rding to the comfo rt lev el o f users. The device can determine the bicycle speed in accordance w ith the

SCM collect ing alternat ing current fr equency produced by the f ront hub g ener ator, compare w ith current

shift set ting of the bicy cle and contr ol the linear stepping motor to push the g earlever of the rear

derailleur of the bicycle for chang ing the bicycle speed. T he automatic bicycle t ransmission can achiev e

requirements o f easy r iding , no manual shif t and shif t set t ing of different users.

Key words : bicycle; automat ic t ransmission; SCM( Sing le Chip Micr ocomputer) 自行车是一种环保健康的出行代步工具,传统

的自行车采用了固定齿比的传动系统, 在上坡和起

步时相对费力. 自行车手动变速器的出现, 虽然解

决了这个问题, 但是, 由于需要频繁地使用转动拨

杆,使得普通变速车的故障率变高, 很大程度上阻

碍了人们使用变速功能的热情. 基于此, 本文设计

了一款结构简单, 能降低机构故障率, 并且能根据

自行车时速自动进行变速的变速器[ 1- 5]

.

1 变速器自动控制系统

1. 1 变速器自动控制原理

整套自行车自动变速器的系统布置如图1( a)

所示[ 6]

.前轮的发电花鼓会随着前轮转速的变化而第1 期赵春锋,等: 自行车自动变速器设计

改变其发出电流,并对电源充电.单片机通过信号转

换接收电流周期改变的信号, 根据信号的强弱判定

是否需要进行变速.如果信号周期数值达到了单片

机中预定的值,单片机会发出命令,使安装在自行车

尾部的直线步进电机作出动作,推动自行车后变速

器的变速杆,从而达到自行车变速的目的

.

图1( b)为自行车后变速机构装配布置图. 直线

步进电机安放于自行车后叉上,当单片机发送出变

速的指令后,直线步进电机即开始运作,通过挡板推

动自行车变速后花鼓的变速杆,使自行车变速.

图1 自行车自动变速器布置图

Fig. 1 Layout of automatic transmission of bicycle

1. 2 自动控制系统组成

自行车自动变速控制系统如图2 所示.自行车

自动变速器内的单片机检测控制系统采用51 单片

机作为控制核心. 光耦作为整形电路的核心, 51

单片机控制直线步进电机作出相应动作来操纵变

速器的变速,让用户能轻松骑行. 其工作原理是前

轮的发电花鼓产生的正弦波交流电通过整形电路

转化为方波信号,方波信号的周期随着发电前花鼓

的转速变化呈线性变化, 单片机计算方波信号的周

期.当周期达到单片机程序预设的值后, 单片机发

出直线步进电机的命令, 经过步进电机驱动器的处