主动拨链器系统和方法与流程

1.本公开总体涉及用于操作包括拨链器的驱动系统的系统和方法，更具体地，涉及用于换挡、张力控制和后退驱动的拨链器的主动控制。


背景技术：

2.自行车提供了经济的运输方法并且被广泛使用。它们通过人工踩踏、电动动力或两者结合而被推进。自行车以各种车轮配置进行构造。通常，在自行车的一个或多个后轮处的挡位比通过挡位换挡机构的操作而改变。一种这样的机构是拨链器，其在后轮处的不同尺寸的链轮之间引导驱动链条以改变传动比。为了换挡，拨链器通常响应于控制输入而沿平行于后轮的轴的方向移动。此外，拨链器的一部分通常在链条路线的方向上以预张力自由枢转，以保持链条张力并使得能够在不同尺寸的链轮之间移动。
3.拨链器可用的有限控制级别限制了提供附加功能的能力。例如，拨链器响应性通常限于在链轮之间移动链条。常规拨链器与再生制动和后退驱动不兼容。另外，当在崎岖道路或不平表面上操作自行车时，典型拨链器的自由枢转特性可能会使链条不期望地松弛。
4.因此，期望提供用于主动控制拨链器的系统和方法，以保持链条张力并提供更广泛的功能。此外，结合附图以及前述技术领域和介绍，根据随后的详细描述和所附权利要求，本发明的其他期望特征和特性将变得显而易见。


技术实现要素：

5.提供了用于主动控制拨链器的系统和方法。在各个实施例中，拨链器系统包括：盒，其包括多个链轮；驱动单元，其驱动盒；以及链条，其将驱动单元与盒连接。拨链器构造成将链条引导到组装在盒中的链轮上。拨链器包括可在枢轴组件处旋转以保持链条上的张力的摆臂。锁选择性地锁定摆臂使之不旋转。
6.在另外实施例中，盒构造成当锁处于锁定位置时通过链条驱动驱动单元。
7.在另外实施例中，自行车包括框架，并且拨链器与框架联接。枢轴组件包括固定至框架的不可旋转主体和固定至摆臂的可旋转主体。锁包括设置在不可旋转主体和可旋转主体之间的锁执行器。
8.在另外实施例中，锁执行器包括离合器。
9.在另外实施例中，锁执行器包括在不可旋转主体上的第一齿，其可选择性地与在可旋转主体上的第二齿接合。
10.在另外实施例中，控制器构造成：确定是否满足换挡条件，其中换挡条件包括用于启动多个链轮之间的换挡的要求；当满足换挡条件时解锁锁；以及当换挡完成时锁定锁。
11.在另外实施例中，控制器构造成：解锁锁，以在多个链轮之间执行换挡；当换挡完成时锁定锁；以及处理踏板扭矩模型，以将换挡的正时与换挡窗口相匹配，其中链条上的扭矩低于阈值。
12.在另外实施例中，控制器构造成：解锁锁，以在多个链轮之间执行换挡；当换挡完
成时锁定锁；以及处理模型，以将换挡的正时与理想换挡点相匹配，其中链条位于相对于盒的选择点处。
13.在另外实施例中，自行车包括框架，并且拨链器与框架联接。枢轴组件包括固定至框架的不可旋转主体和固定至摆臂的可旋转主体。锁包括设置在不可旋转主体和可旋转主体之间的锁执行器。致动器构造成接合和脱离锁执行器。控制器构造成：确定是否满足换挡条件，其中换挡条件包括用于启动多个链轮之间的换挡的要求；当满足换挡条件时，通过致动器来脱离锁执行器而解锁锁；以及当换挡完成时，通过致动器来接合锁执行器而锁定锁。
14.在各个实施例中，一种操作自行车的拨链器的方法包括将包括多个链轮的盒与构造成驱动盒的驱动单元连接。通过拨链器围绕盒引导链条。通过拨链器的摆臂保持链条上的张力。控制器解锁在拨链器的枢轴组件处的锁，以在挡位换挡期间控制链条上的张力。当挡位换挡完成时，控制器锁定锁。
15.在另外实施例中，当锁被锁定时，盒通过产生动力的链条驱动驱动单元以对电池充电。
16.在另外实施例中，在解锁锁之前，控制器确定是否满足换挡条件，其中换挡条件包括用于启动多个链轮之间的换挡的要求。
17.在另外实施例中，当锁被解锁时，拨链器在多个链轮之间对链条换挡。处理踏板扭矩模型，以将挡位换挡的正时与换挡窗口相匹配，其中链条上的扭矩低于阈值。
18.在另外实施例中，处理换挡同步模型，以将挡位换挡的正时与理想换挡点相匹配，其中链条位于相对于盒的选择点处。
19.在另外实施例中，处理器在解锁锁之前确定是否满足换挡条件，其中换挡条件包括用于启动挡位换挡的要求。
20.在另外实施例中，确定是否满足换挡条件包括：确定制动信号是否有效；确定自行车的轮速是否低于第一阈值，其中轮速太低而不能启动挡位换挡；以及确定扭矩是否高于第二阈值，其中扭矩太高而不能启动挡位换挡。
21.在另外实施例中，确定是否满足换挡条件包括确定再生制动是否有效。当再生制动有效时，马达扭矩降低。
22.在另外实施例中，当驱动单元产生高于阈值的扭矩时，挡位换挡被延迟。
23.在另外实施例中，当盒被定位在换挡点之前时，挡位换挡被延迟，其中换挡点是盒上的便于换挡的位置。
24.在各个其他实施例中，拨链器系统包括具有多个链轮的盒。驱动单元构造成驱动盒。链条将驱动单元与盒连接。拨链器构造成围绕盒引导链条，并且包括可在枢轴组件处旋转以保持链条上的张力的摆臂。锁构造成选择性地锁定摆臂使之不旋转。自行车包括框架，并且拨链器与框架联接。锁包括设置在框架和摆臂之间的锁执行器。致动器接合和脱离锁执行器。控制器构造成：确定是否满足换挡条件，其中换挡条件包括用于启动多个链轮之间的换挡的要求；当满足换挡条件时，通过致动器来脱离锁执行器而解锁锁；以及当换挡完成时，通过致动器来接合锁执行器而锁定锁。
附图说明
25.在下文中，将结合以下附图描述示例性实施例，其中相同的标号表示相同的元件，
并且其中：
26.图1示出了根据各个实施例的具有拨链器系统的自行车；
27.图2是根据各个实施例的从拨链器系统的一部分的前透视图获得的示意图；
28.图3是根据各个实施例的从拨链器系统的一部分的侧透视图获得的示意图；
29.图4是根据各个实施例的图1的拨链器系统的离合器式锁定系统的局部截面图示；
30.图5是根据各个实施例的图1的拨链器系统的径向型锁定系统的局部图示，其盖被移除；
31.图6是根据各个实施例的图1的拨链器系统的轴向型锁定系统的局部图示；
32.图7是根据各个实施例的示出主动拨链器控制系统的数据流程图；
33.图8a-8b是根据各个实施例的用于控制主动拨链器系统的方法的流程图；
34.图9a-9b是根据各个实施例的用于确定在控制主动拨链器系统中是否满足换挡条件的方法的流程图；以及
35.图10是根据各个实施例的图1的自行车的传动系的示意图。
具体实施方式
36.以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本申请或其用途。此外，无意受在先前技术领域、介绍、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论约束。如本文所用，术语模块是指任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器设备，单独地或以任何组合地，包括但不限于：专用集成电路、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供上述功能的其他合适部件。
37.在此可以根据功能和/或逻辑块部件以及各种处理步骤来描述本公开的实施例。应当理解，可以通过构造成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现这样的块部件。例如，本公开的实施例可以采用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或者其他控制设备的控制下执行各种功能。另外，本领域技术人员将理解，可以结合任何数量的系统来实践本公开的实施例，并且本文中描述的系统仅仅是本公开的示例性实施例。
38.为了简洁起见，与信号处理、数据传输、信令、控制和系统的其他功能方面(以及系统的各个操作部件)有关的常规技术在这里可以不进行详细描述。此外，本文包含的各个附图中所示的连接线旨在表示各个元件之间的示例功能关系和/或物理联接。应当注意，在本公开的实施例中可以存在许多替代或附加的功能关系或物理连接。
39.如本文所公开，提供了改进，使得能够在电动自行车中以及在管理踏板扭矩和传动系同步中进行再生制动，以在任何类型的自行车中使换挡更平稳并且延长耐久性。拨链器通常包括锁，以使得能够从后轮后退驱动至推进系统以进行再生电池充电。拨链器的换挡控制的时间应与拨链器的解锁、与踏板位置相关的低扭矩窗口以及与后盒的理想换挡点同步。
40.图1示出了根据示例性实施例的自行车10。在各个实施例中，自行车10可以是人工动力自行车、具有动力辅助的人工动力自行车或各种车轮构造的发动机/马达动力自行车。自行车10构造成正常地沿向前方向21操作。反向方向23指向为与向前方向21相反。自行车
10构造成具有主动拨链器57，增加了对链条松弛的控制水平并且使得附加功能得以实现，如以下详细说明。例如，在多个实施例中，自行车10还配置有再生制动和/或反向驱动操作。
41.通常，自行车10包括框架12，框架12可以包括连接至座椅管22的顶部管20。座椅组件25与座椅管22连接。转向管28可以从顶部管20延伸。向下管38可以在座椅管22和转向管28之间延伸。转向管28可操作地连接至前叉34，前叉34通过前轴组件48附接至前轮32。车把30附接到前叉34，并且用于控制前轮32的方向。车把30和前叉34在转向管28处连接至框架12。控制杆36可设置在车把30上或其他位置处，并且构造和布置成与一个或多个受控装置比如制动器39相连。链条撑条40和座椅撑条42从座椅管22向后延伸，并在后轴46上支撑后轮44。
42.自行车10包括推进系统16。在多个实施例中，推进系统16包括曲柄组件14，其包括可与一对踏板组件50、52连接的曲轴18。链条54可操作地连接在推进系统16和后轮44的盒56之间。链条54穿过拨链器57，其响应于控制输入而在后轮44处在盒56的各个链轮之间实现挡位改变。拨链器57包括如下文进一步描述的枢轴组件88。在多个实施例中，推进系统16包括由电机60提供动力的驱动单元58，电机60从电池组62汲取功率并且可以用作马达/发电机。驱动单元58可以向曲柄组件14提供推进辅助。在一些实施例中，驱动单元58可以是用于推进自行车10的唯一动力源。
43.在图1的实施例中，自行车10包括控制器68。通常，控制器68从各种源接受信息，对该信息进行处理，并基于其来提供控制命令，以实现结果比如车辆推进系统16和其他系统的操作，包括主动拨链器控制系统64。在所示的实施例中，控制器68包括处理器70、存储器设备72，并且与存储设备74耦合。控制器68可以从自行车10的传感器系统67接收信号。传感器系统67包括感测自行车10的可观察状态的一个或多个感测装置。在该实施例中，感测装置包括但不限于感测盒56的旋转角度的盒位置传感器69、感测链条54所接合在的盒56的链轮上的挡位位置传感器71、感测踏板50、52的角度位置的踏板位置传感器73、感测踏板50、52施加的扭矩的踏板扭矩传感器75、感测传动系89上的总扭矩的驱动扭矩传感器77、感测踏板踏频的转速传感器79、感测车轮44的角速度的速度传感器81以及感测制动器39的致动的制动传感器83。控制器68还可以从换挡系统85接收换挡命令，其包括来自操作者接口87的换挡命令，操作者接口87可以是人工致动装置比如杆。在一些实施例中，换挡命令可以源于处理器70。处理器70执行控制器68的计算和控制功能，并且可以包括任何类型的处理器或多个处理器、单个集成电路比如微处理器或者协同工作以完成处理单元的功能的任何合适数量的集成电路器件和/或电路板。在操作期间，处理器70执行可被加载到存储设备74中的一个或多个程序76，因此通常在执行锁和换挡控制系统90时控制控制器68的总体操作，并且执行本文所述的过程，比如下面结合图8和9进一步描述的过程300和400。
44.存储器设备72可以是任何类型的合适存储器。例如，存储器设备72可以在例如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和保持活动存储器(kam)中包括易失性和非易失性存储。kam是持久性或非易失性存储器，其可以在处理器70掉电时用于存储各种操作变量。可以使用许多已知的存储器设备中的任何一种来实现存储器设备72，比如prom(可编程只读存储器)、eprom(电prom)、eeprom(电可擦除prom)、闪存或者能够存储由控制器68使用的数据的任何其他电、磁、光或组合存储器设备，其中一些数据表示可执行指令。在某些示例中，存储器设备72与处理器70位于和/或共同位于同一计算机芯片上。
45.在所示实施例中，存储设备74存储上述程序76以及其他信息。例如，存储设备74存储用于自动控制自行车10的系统的数据。存储设备74可以是任何合适类型的存储设备，包括直接访问存储设备，比如硬盘驱动器、闪存系统、软盘驱动器和光盘驱动器。在一示例性实施例中，存储设备74包括源，存储器设备72从该源接收执行本公开的一个或多个过程的一个或多个实施例的程序76，比如下面结合图8和9进一步描述的过程300、400(及其任何子过程)的步骤。在另一示例性实施例中，程序76可以直接存储在存储器设备72中和/或以其他方式由存储器设备72访问。程序76表示由电子控制器68用于处理信息和控制自行车10(包括主动拨链器控制系统64)的可执行指令。指令可以包括一个或多个单独程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。指令在由处理器70执行时支持比如来自传感器系统67的信号的接收和处理，执行逻辑、计算、方法和/或算法，以自动控制自行车10的部件和系统。处理器70可以基于逻辑、计算、方法和/或算法来产生比如用于驱动单元58和/或拨链器57的控制信号。
46.在图2和3中，示意性地示出了拨链器57的机械方面。盒56设置成随后轮44旋转并且接合链条54。通常，拨链器57包括在挡位改变运动80中沿平行于后轮44的旋转轴线55的方向移动的部分。拨链器57还包括沿旋转方向82移动的部分，以吸收松弛并向链条54施加张力，并且随着链条54在盒56的链轮之间移动而进行调节。更具体地，拨链器57包括换挡连杆86，它在其板78处连接到框架12，并且将骑行轮悬挂在轮组件84中，用于在挡位改变运动80中平行于后轴46移动，以在盒56的链轮之间换挡。当在挡位改变运动80中移动时，换挡连杆86推动链条54在保持平行于各个链轮的同时沿盒56上下移动。轮组件84包括导轮90、惰轮92以及在链条54上产生张力的摆臂94。弹簧(未示出)可以与摆臂94接合以施加张力。当链条54在换挡期间在链轮之间移动时，导轮90将链条54保持成直线。惰轮92通过各种挡位选择张紧链条54。摆臂94将链条保持在导轮90和惰轮92之间成直线。通常，摆臂94和轮组件84在枢轴组件88处围绕换挡连杆86旋转。
47.枢轴组件88的实施例在所参照的图3-5中示出。枢轴组件88通常包括锁100，锁100是防止摆臂94沿旋转方向82摆动的机构并且可以配置在各个实施例中。锁定摆臂94意味着摆臂94/轮组件84不能进行张力调节，因此不支持在盒56的不同尺寸链轮之间的挡位改变。然而，由于张力保持恒定，因此后轮44可以用于驱动盒56并穿过其中来驱动链条54，利用动能传递到推进系统16。例如，链条54可用于提供再生制动，其中推进系统16使自行车10减速并通过电机10发电以对电池组62充电。另外，自行车10沿反向方向23的操作使得能够通过拨链器57驱动。在许多实施例中，盒56不包括飞轮特征，或者可以包括飞轮的超驰，比如离合器(未示出)，以使后轮44能够驱动推进系统16。
48.在图4的实施例中，锁100包括构造为固定至框架12的环形元件的不可旋转主体102，并且包括固定至摆臂94并构造为设置在不可旋转主体102内部的圆柱体的可旋转主体104。张紧弹簧107设置成旋转地偏压可旋转主体104，从而在链条54上施加张力，并且离合器106设置为锁执行器107，以相对于不可旋转主体102交替地锁定和解锁摆臂94。离合器106可以多种方式被致动，并且在当前实施例中包括电致动器108。当致动器108断电时，离合器106闭合并且锁定可旋转主体104使之相对于不可旋转主体102和框架12不旋转。当致动器108通电时，离合器106打开，可旋转主体104从不可旋转主体102解锁，以在张紧弹簧107的偏压下自由旋转。
49.如图5所示，锁100的另一实施例包括构造为杆并且设置在枢轴114上的不可旋转主体112。当不可旋转主体112枢转时，它不随摆臂94旋转，而是通过枢轴114固定到框架12。锁100还包括构造为带齿轮的可旋转主体116，该带齿轮被固定以通过螺栓118与摆臂94一起旋转。不可旋转主体112包括与作为锁执行器119的可旋转主体116的齿126啮合的齿120，以锁定摆臂94防止其旋转。弹簧122将齿120、126偏压成接合，使得可旋转主体116通常被锁定而不能旋转。致动器124与不可旋转主体112联接，并且当被通电时使不可旋转主体112枢转以压缩弹簧122并且将齿120从可旋转主体116的齿126释放。然后，可旋转主体116自由旋转。
50.图6示出了锁100的另一实施例，锁100包括构造为环形带齿壁133的不可旋转主体132。壁133设置在固定到框架12(图3)上的换挡连杆86上。结果，不可旋转主体132不随摆臂94旋转，而是固定到框架12。锁100还包括可旋转主体136，其构造有被固定成随摆臂94旋转的带齿轮135。不可旋转主体132包括齿140，齿140与作为锁定摆臂94防止其旋转的锁执行器143的可旋转主体136的齿142啮合。弹簧146将齿142偏压成与齿140接合，从而可旋转主体136通常被锁定以防止旋转。致动器144比如螺线管与可旋转主体136联接，并且在通电时，拉动可旋转主体136以压缩弹簧122并从齿140释放齿142。然后，可旋转主体136自由旋转，摆臂94也是如此。
51.因此，锁100包括锁执行器107、119、143，其在每种情况下交替地锁定和解锁摆臂94以不旋转或旋转。致动器108、124、144可控制成解锁锁执行器107、119、143，从而允许摆臂94沿旋转方向82移动，并且可控制成锁定锁执行器107、119、143以防止摆臂94沿旋转方向82移动。当解锁时，可以进行挡位改变，拨链器57调节链条54在盒56的链轮之间的运动，同时保持张力。当锁定时，禁止挡位改变，但能够进行再生制动、反向操作和防止链条松弛。
52.参照图7，数据流程图示出了主动拨链器控制系统64的各个实施例，其至少一部分可以嵌入在控制器68内并由处理器70执行。通常，主动拨链器控制系统64从传感器系统67和存储设备74接收输入，并通过处理器70，控制包括换挡系统85和拨链器57的自行车10的各方面。例如，主动拨链器控制系统64控制何时启用挡位换挡并控制解锁拨链器57。一般而言，主动拨链器控制系统64包括换挡条件模块202、拨链器锁和换挡控制模块204、错误管理模块206、传动系同步模块208、踏板位置模块210和数据存储212，其可以包含来自存储设备74的数据。
53.换挡条件模块202处理换挡条件算法(如下所述)，可以从数据存储212访问其以确定是否将启用换挡。换挡条件模块202接收例如来自换挡系统85的挡位换挡请求信号220、例如来自踏板扭矩传感器75的踏板扭矩信号222、例如可以从传动系扭矩传感器77和踏板扭矩传感器75或者从推进系统16得出的马达扭矩信号224、例如来自制动传感器83的制动信号226、例如来自转速传感器79的车轮速度信号228以及例如来自推进系统16的再生主动信号230。换挡条件模块202通过换挡条件算法处理信号，并确定条件是否适于挡位换挡。当满足换挡条件时，换挡条件模块202向拨链器锁和换挡控制模块204发出信号232。如果确定中出现错误，则可以将错误消息205传递至错误管理模块206。
54.拨链器锁和换挡控制模块204处理拨链器锁和换挡控制算法(如下所述)，可以从数据存储212访问其，以确定拨链器57的锁100的解锁是否可以进行以及是否通过拨链器57的操作来启动挡位换挡。拨链器锁和换挡控制模块204接收例如来自锁100的拨链器锁状态
信号234、例如来自挡位位置传感器71的挡位状态信号233以及来自换挡条件模块202的换挡条件满足信号232。拨链器锁和换挡控制模块204可以通过解锁信号236解锁锁100，并且可以传递挡位换挡确认信号238。在一些实施例中，挡位换挡确认信号238通过传动系同步模块208被处理成使挡位换挡与盒56的位置同步，并且通过踏板位置模块被处理成使挡位换挡与踏板50、52的位置正时，以避免高扭矩换挡。在其他实施例中，挡位换挡确认信号238可用于启动换挡。
55.传动系同步模块208访问用于确定换挡正时的例如来自数据存储212的传动系同步模型(如下所述)。踏板位置模块210访问也用于确定换挡正时的例如来自数据存储212的踏板扭矩模型(如下所述)。在来自传动系同步模块208和踏板位置模块210的任何正时修改之后，换挡挡位信号242被传递到拨链器57。如果在解锁锁100或使挡位换挡中出现错误，则可以将错误消息240传递至错误管理模块206用于如下所述使用。错误消息244被发送到数据存储212用于存储和检索。在换挡条件模块202或拨链器锁和换挡控制模块中的任何一个识别出需要维修的错误的情况下，则传递维修信号246。
56.在图8中以流程图形式示出了用于控制拨链器57的过程300。过程300启动302，并且例如由处理器70做出关于是否接收挡位换挡信号220的确定304。当确定304为否定时，过程300返回到启动302。当确定304为肯定时，过程300继续确定306是否满足换挡条件，例如通过换挡条件模块202。换挡条件可以评估各因素，比如扭矩速度和制动状态，如下文进一步所述，并且通常包括用于启动盒56上的多个链轮之间的换挡的要求。当确定306为否定且不满足换挡条件时，过程300前进到确定308负载条件在很短的时间窗口(例如几分之一秒)内是否改变。例如，当骑车人通过踏板50、52施加高扭矩时，负载条件最初可能对于换挡太高，因此即时换挡不是优选的。然而，骑车人可以通过操作者接口87选择挡位改变，并且骑车人随后可以放松踩踏板，降低足以通过换挡条件满足确定306的传动系扭矩。当发生这种条件时，在确定步骤306处重新评估是否满足换挡条件。具体地，当确定308为肯定时，过程300循环返回并且再次进行确定306。
57.当确定306导致肯定的结果并且满足换挡条件时，过程300前进至启动310拨链器57的操作，例如通过换挡条件满足信号232。拨链器57被解锁312，比如经由解锁信号236。例如，锁100由拨链器锁和换挡控制模块204操作，解锁枢轴组件88以使摆臂94能够在旋转方向82上摆动以将链条54调节至盒56的不同尺寸的链轮。确定314关于拨链器57是否已成功解锁。例如，枢轴组件88中的位置传感器(未示出)可以指示锁100已经移动到解锁位置。
58.当确定314为肯定时，过程300前进至通过拨链器57的操作的使挡位换挡316，例如响应于换挡挡位信号242的发出。换挡挡位信号242可以由拨链器锁和换挡控制模块204直接发出，或者换挡确认信号238可以发出并且在发出换挡信号242之前进行如下所述的进一步处理。应当理解，在许多实施例中，拨链器57可以具有电致动器(未示出)，其响应于控制器68以使换挡连杆86移动。在其他实施例中，可以通过响应控制器68并且移动以允许换挡的机电止动件(未示出)来禁止换挡连杆86的运动。在另外实施例中，拨链器57可以被机械地致动，并且可以包括在换挡挡位信号242之前保持致动的机构(未示出)。过程300前进至确定318挡位换挡是否已成功。例如，挡位位置传感器71可以用于指示当前挡位。当确定为否定时，过程300前进至换挡退回320到起始挡位，并且再次尝试使挡位换挡316。
59.当确定318是肯定的并且挡位被成功地换挡时，过程300前进至锁定322拨链器57。
例如，锁100返回到其正常锁止状态，例如通过中止致动器108、124、144的动力。确定324关于拨链器57是否被成功锁定。当确定324为否定时，过程300前进至禁用326再生制动。例如，错误管理模块206可以将禁用信号246传递到推进系统16。该过程重试以锁定322拨链器57。当确定324为肯定时，过程300完成328挡位换挡例程且拨链器57被锁定，例如用于使能量能够从后轮44反向流到推进系统16，以进行再生制动。当挡位换挡完成328时，报告该状态以进行记录332。
60.过程300还包括例如通过错误管理模块206的错误处理。当换挡条件满足确定306识别出输入信号错误时，发送报告330以被记录332例如在数据存储212中。另外，当拨链器解锁成功确定314为否定时，当挡位换挡成功确定为否定时，或者当拨链器锁定成功确定324为否定时，报告错误以被记录332。例如通过错误管理模块206的错误消息可以按严重性分类，可以用于诊断，可以用于向骑车人发送消息，并且可以用于禁用功能。通常，过程300在报告故障之后重试以执行功能，其通知错误是简单小故障的结果还是比如由于硬件问题而持续存在。例如，如果第一次尝试失败，则再次全部尝试拨链器解锁、挡位换挡和拨链器锁定功能。过程300前进至确定334所涉及的硬件是否能够响应。例如，硬件可能会损坏，或者可能比如由于阻塞而导致过载或过热。如果硬件不能够响应成功发送的信号，则可能会传递指示需要维修的错误消息，以使骑车人能够感知到。当确定334为肯定时，过程可以继续启动302。当确定334为否定并且所涉及的硬件不能够响应时，过程300例如通过禁用信号246来禁用336挡位换挡，等待维修。另外，从挡位换挡完成328报告的成功挡位换挡可用于清除错误消息，比如需要维修。
61.在另外参考的图9中示出了用于换挡条件满足确定306的过程400的细节。过程400开始402并且重置404输入信号错误，并且继续来自过程300的挡位换挡信号304。确定406关于是否存在制动信号。例如，制动信号226可以存在于来自制动传感器83。当确定406为肯定并且存在制动信号226(意味着制动有效)时，过程400前进至确定408再生制动是否有效。例如，推进系统16可以使用来自后轮44的输入对电池组62充电，以驱动链条54和作为发电机的电机60，如由再生制动信号输入230所示。
62.当确定408是肯定的并且再生制动有效时，过程400前进至确定410踏板扭矩是否超过阈值并且是否处于太高水平而无法换挡。在做出确定410时，过程400可以经由踏板扭矩信号222接收例如来自踏板扭矩传感器75的踏板扭矩值。当确定410为肯定时，过程400前进至得出不满足426换挡条件且前进至结束428。当确定410为否定时，过程400前进至确定416马达扭矩是否高于阈值并且是否处于太高水平而无法执行换挡。例如，由于粗暴换挡和机械磨损/应力，在高扭矩下换挡可能不是优选的。在进行确定416时，过程400可以使用例如来自马达扭矩信号224的马达扭矩值，或者其可以从来自驱动扭矩传感器77和踏板扭矩传感器75的输入中得出。当确定416为肯定时，过程400前进至减小420马达扭矩并再次处理确定416。当确定416为否定时，过程400前进至确定422车轮速度是否低于阈值并且是否处于太低水平而无法换挡，例如根据来自车轮速度传感器81的车轮速度输入228。当确定422为肯定时，过程400前进至得出426不满足换挡条件并结束428。当确定422为否定时，过程400前进至确定430减速度是否高于阈值并且对于换挡是否处于太高水平。在进行确定430时，过程400可以接收车轮减速度值的指示，例如可以从车轮速度传感器81输入228或者从其他源比如加速度传感器得出。当确定430为肯定时，过程400前进至得出426不满足换挡条
件并结束428。当确定430为否定时，过程400前进至处理434传动系换挡同步模型。在一些实施例中，处理434传动系同步模型可以是可选的，并且过程400可以直接前进至得出436满足换挡条件并结束428。
63.返回到确定408再生制动是否有效，当确定408为否定时，过程400前进至确定438踏板扭矩是否处于过高水平，例如通过使用接收的踏板扭矩输入222。当确定438为否定时，过程400前进至确定422并从此开始，如上所述。当确定438为肯定时，过程400前进至得出426不满足换挡条件并结束428。
64.返回到确定414，关于车轮速度是否处于过低水平，可以从车轮速度信号228得出结果。例如，零速和接近零速可能太低而无法执行换挡。当确定414为否定时，过程400前进至确定440是否将处理可选的踏板扭矩模型。例如，控制器68可被编程为在所有或选择情况下处理踏板扭矩模型。在其他实施例中，可以不使用踏板扭矩模型，并且过程400可以直接前进至确定442关于踏板扭矩是否处于过高水平。可以例如通过使用踏板扭矩输入222来处理确定442。当确定442为肯定时，过程400前进至得出426不满足换挡条件并结束428。当确定442为否定时，过程400前进至确定444总传动系扭矩是否高于阈值并且是否处于太高水平，例如通过使用马达扭矩输入224和踏板扭矩输入222。当确定444为否定时，过程400前进至减小446马达扭矩并重新处理确定444。当确定444为否定时，过程400前进至处理传动系同步模型434，或者可替代地，当不使用传动系同步模型时，直接确定436满足换挡条件并结束428。
65.返回到确定440，当确定为肯定并且使用踏板扭矩模型时，例如在踏板位置模块208中，处理446踏板扭矩模型，如下面进一步描述。过程400前进至处理传动系同步模型434，也如下进一步描述，或者可替代地，当不使用传动系同步模型时，直接前进至确定436满足换挡条件并结束428。在过程400期间出现的任何输入信号错误被存储448，例如在数据存储212中，并且可以在错误管理模块206中使用。
66.处理446诸如通常在踏板位置模块210中的踏板扭矩模型涉及踩踏踏频的评估，并且可以正时在低扭矩换挡窗内发生的换挡，其中链条54上的扭矩低于所选阈值以确保平稳换挡以及系统部件的耐用性。换挡可被延迟一时间延迟，例如几分之一秒，从而允许踏板50、52移动到与换挡窗口重合的角度。优选在换挡窗口内换挡，因为存在低扭矩条件。当在换挡窗口内换挡时，无需减小马达扭矩。如图10中示意性所示，踏板50、52在踩踏期间绕驱动单元58旋转，并且在向下力期间经由踏板50、52在每侧上施加相对高扭矩。当踏板接近并离开12点和6点位置时，出现一对低扭矩窗口450、452。当踏板50、52位于低扭矩换挡窗口450、452的外部时，可以设置换挡延迟454以正时在换挡窗口450、452期间发生换挡。
67.处理446踏板扭矩模型涉及接收用于以下的输入：例如来自踏板位置传感器73的踏板位置、例如来自踏板扭矩传感器75的踏板扭矩、例如来自转速传感器79的踏板踏频、例如可以从踏板扭矩传感器75和传动系扭矩传感器77得出的马达扭矩、例如可以从数据存储212中检索的换挡扭矩极限、例如来自挡位位置传感器71的当前挡位、例如来自换挡系统85的换挡输入以及例如来自数据存储212的输入信号误差数据。
68.踏板扭矩模型的逻辑包括：当踏板扭矩和马达扭矩之和小于等于传动系89的换挡扭矩极限的阈值时，对挡位进行换挡。当踏板扭矩和马达扭矩之和超过传动系89的换挡扭矩极限阈值时，在换挡之前，计算到达换挡窗口450、452的时间。为了确定扭矩，所使用的踏
板扭矩是在前一踏板行程期间由踏板扭矩传感器记录的最高扭矩。所使用的最高马达扭矩值是在自行车10正在运行的当前时期期间记录的最高扭矩。为了计算到换挡窗口450、452的时间，使用踏板踏频和位置。换挡窗口角度455的最小值是换挡期间链条接合所需的最小角度。最小角度455可以考虑针对该应用的机构延迟。当前换挡窗口角度456是踏板扭矩和马达扭矩之和小于或等于换挡扭矩极限的最大角度。计算换挡窗口450、452包括在180度处定义换挡窗口角度456及其镜像换挡窗口角度458的正负极限。当当前换挡窗口角度456、458小于最小换挡窗口角度455加上任何增加的公差时，马达扭矩减小，使得马达扭矩和踏板扭矩之和小于换挡扭矩极限。当踏板位置在换挡窗口角度加上任何增加的公差之内时，换挡可能会继续。当踏板位置不在换挡窗口角度加上任何增加的公差之内时，实施换挡延迟454，并且一旦延迟454期满，则换挡继续。在一些实施例中，可以存储通用换挡窗口，例如在数据存储212中，并且可被检索以供使用，而不是计算当前换挡窗口角度456、458。当存在信号错误时，换挡功能可以实现“归位”挡位以安全返回或者换挡可以在不考虑扭矩的情况下进行。
69.在图10中还示出了盒56的理想换挡点461-464，其是特定位置，其中由于形成在盒56的链轮齿中的换挡斜面466，使得在盒56的链轮之间的换挡更容易。如由传动系同步模块208处理的传动系换挡同步模型使拨链器57的换挡点与盒56的最佳旋转位置相匹配，从而以低输入扭矩实现平稳的链条接合。理想换挡点461-464的数量和位置取决于单个挡位设计和传动系的换挡模型。用于传动系换挡同步模型的输入包括例如来自盒位置角度传感器69的盒位置、例如来自挡位位置传感器71的当前挡位、例如来自换挡系统85的换挡输入和例如来自数据存储212的输入信号误差数据以及例如可以从数据存储212中检索的换挡窗口数据。
70.当存在换挡信号时，例如通过传动系同步模块208来计算必须经过以到达下一理想换挡点的角度。计算到达理想换挡点461-464所需的角度。直到达到换挡的角度等于理想换挡点位置减去盒的位置。可以使用盒56的当前链轮和曲柄组件14的当前链轮之间的物理关系，可以将必须经过直到到达换挡的角度从盒56平移到曲轴18。当驱动单元58处的平移角度处于换挡窗口450、452内，然后在到盒56处的理想换挡点的任何所需延迟之后，进行挡位换挡。可以减小马达扭矩，以使马达扭矩和踏板扭矩之和小于或等于换挡扭矩极限，并且进行换挡。当计算出的角度指示需要达到理想换挡点的延迟时，确定必须经过以到达换挡点的角度，并且该角度等于理想换挡点减去盒位置。当马达扭矩加上踏板扭矩之和小于或等于换挡扭矩极限时，执行延迟以经过要换挡的角度并启动换挡。否则，减小马达扭矩，使得马达扭矩与踏板扭矩之和小于或等于换挡扭矩极限，并执行延迟以经过要换挡的角度并启动换挡。在一些实施例中，传动系换挡同步可被停用或跳过。在这样的实施例中，挡位改变可能更困难并且链条耐久性可能降低。
71.相应地，拨链器设计和操作使得能够以换挡正时进行再生制动，换挡正时考虑了踏板扭矩和传动系同步，从而使换挡更平稳且耐久性更高。可以针对换挡正时中的偏好性能或耐久性来定制控制。其他好处包括通过采用拨链器的锁保持张力来减少在崎岖道路行驶过程中链条倾斜和链条掉落。尽管在前面的详细描述中已经提出了至少一个示例性实施例，但应当理解，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并且无意以任何方式限制本公开的范围、适用性或构造。相反，前述详细描述将为本领域技术人员
提供用于实施一个或多个示例性实施例的便利路线图。应该理解的是，在不脱离所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。