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:U484文献标志码:ADesignofAutomaticTransmissionforBicycleZHAOChun2fenga,ZHOURen2激eb,GUOWeib(a.EngineeringTrainingCenter;b.CollegeofUrbanRailwayTransportation,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai201620,China)Abstract:Aimingatshortcomingsofthecumbersomeoperationanddifficultmaintenanceforthehand2operatingtransmissionofcommonbicycles,anautomatictransmissionbasedonsinglechipmicrocomputer(SCM)wasdesigned,whichcandetectthebicyclespeedandshiftspeedsautomaticallyaccordingtothecomfortlevelofusers.ThedevicecandeterminethebicyclespeedinaccordancewiththeSCMcollectingalternatingcurrentfrequencyproducedbythefronthubgenerator,comparewithcurrentshiftsettingofthebicycleandcontrolthelinearsteppingmotortopushthegearleveroftherearderailleurofthebicycleforchangingthebicyclespeed.Theautomaticbicycletransmissioncanachieverequirementsofeasyriding,nomanualshiftandshiftsettingofdifferentusers.Keywords:bicycle;automatictransmission;SCM(SingleChipMicrocomputer)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收稿日期:2011-01-12第1期赵春锋,等:自行车自动变速器设计·155·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.1Layoutofautomatictransmissionofbicycle1.2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理,传输给直线步进电机,使步进电机产生动作,最终达到自动变速的目的.图3踏频信号车速检测器与发电前花鼓车速检测器检测灵敏度比较Fig.3Sensitivitycomparisonoftramplefrequencysignaldetectorwithfronthubgeneratordetector踏频信号车速检测器是在自行车曲柄上安装一个信号发射器,在自行车中轴处装载一个信号接收器,曲柄转动一圈接受一次脉冲信号.这样的器材灵敏度低,当车速低于8km/h时,由于脉冲信号太弱,传感器难以正确反映速度...