独立发明者说他不是要取代齿轮,只是提供一个替代方案。
从不同的角度来看,自19世纪中期以来,自行车变速的方式或许发生了很大的变化,或许没有什么变化。
沿着传动路径,也就是你的脚踩曲柄,曲柄转动一个大齿轮,一条链条把这个大齿轮和后轮上的一个小齿轮连接起来,这一过程经过了很多的改进。变速也有了很多的提升,无论是电子的还是无线的,变速器和内部齿轮箱也是如此。材料和精度也随着时间的推移而不断提高。
但在大多数情况下,你仍然需要手动调整一些东西来移动链条和改变齿轮,这取决于你在骑车时感受到的阻力。即使是最近最奇特的想法,仍然涉及到在不同大小的齿轮之间进行有序的移动。
这就是为什么《自行车的自动变速系统》,一项由Haven Mercer申请并于11月23日公布的美国专利,引起了自行车爱好者的注意。如果它能像它所说的那样工作(如在一个简短的视频演示中所示),并且能够作为一个可靠的产品在大规模生产,那么它可能会让一些自行车变得很有趣。这项专利的作者告诉我,它并不是要完全取代手动变速,而是能够让自行车在上坡和平地上加速时,不需要骑行者做太多的思考。它甚至可能提供一些电动自行车的效率。
它也看起来,乍一看,像是一个清洁和维护的噩梦,但它只是一个原型,所以给它一些时间。 Haven Mercer的自动变速自行车,由发明者演示。注意前后的链轮是如何扩大和缩小的。 用脚变速
Mercer的系统让链轮和后齿轮能够根据扭矩而扩大和缩小。在前面,它通过用八个滑轮轮子来替换一个单一的链轮来实现这一点,当曲柄没有张力时,由弹簧将它们推到最长的延伸。每个滑轮都有一个单向轴承,所以当曲柄施加扭矩(为了加速或爬坡),弹簧压缩,滑轮折叠,整个前部元件变小。
在后轮毂上,六个滑轮轮子被弹簧拉到最小的大小。当施加力时,滑轮向外移动,整个齿轮扩大。骑行者在踏板上施加和移除扭矩时,齿轮(可以这么说)就会调整。
在后部机构下面有两个链条张紧器。当前后部分以不同的速度扩大或缩小时,它们都会收紧松弛的链条,并且引导链条,因为它从前面的链轮以不同的角度进入。Mercer的专利提出了一些自动变速自行车可能有的设置,包括传统的前变速器笼,一个小的导向齿轮代替前笼,以及其他的配置。
后部机构下方有两个链条张紧器。当前后链条以不同的速度膨胀或收缩时,它们都会拾起松弛的链条,并在链条从前链环进入时以不同的角度引导链条。Mercer的专利提出了自动变速自行车的几种不同设置,包括传统的前变速器保持架、代替前保持架的小型导向链轮以及其他配置。
本文译自 Ars Technica,由 BALI 编辑发布。

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比如禧玛诺的变速花鼓,是行星齿轮
比如pinion中置变速箱,是类似摩托那种序列式变速箱
还有以齿盘替代塔式飞轮的
甚至还有绳交替牵引的
传统牙盘+塔式飞轮变速的问题很多,比如飞轮挤压后轮右侧的法兰距,造成辐条左右角度不一样,张力也不一样;比如后拨比较脆弱,本身容易摔坏不提,摔车还容易断车架尾钩;链条噪音大还容易弄裤腿油;变速范围和变速齿比连续性不可兼得;作为外置变速元件,需要一定的维护维修技能等等
但是能用到现在还是主流的变速模式,主要还是重量以及成本因素。自动变速这一点在现在电变和中置电机快速普及的时代来说,商业价值是不太大的,毕竟对于重量不太敏感的自行车来说,序列式/行星齿轮的变速方式更合适,可以集成到一个零件总成,从而大大提升可靠性可维护性,自动换挡和扭矩控制就靠电子的方式就行了,想怎么调节就怎么调节,而不用拘泥于机械结构本身(这个专利基本上就是扭矩控制的CVT)
虽然电子元件也有故障的可能性,但机械部分没有本贴这么复杂,总的坏的概率不会太大。
今天又找到一种内二速的,好像没有电子元件。名字叫“2023新型永久牌自动变速内二速公路自行车”,有兴趣可以围观一下
1.如此复杂的机械结构必然会增加故障率,并且增加重量,对于通勤或者竞技来说都是不能接受的
2.本文这种变速结构在输入力矩增大时减小前部齿轮直径来减小齿比,从而允许骑行人增大踏频(转速),这意味着让车手输出总功率较为稳定,对于陡爬坡或突然的冲刺,车手需要突然增大踏频及输出功率的环节,自动变速不能判断你的使用环境,它会强制变速使你的功率趋于稳定,或者让你的输出功率稳定上升。而手动变速可以迅速地调节到需要的齿比(挡位),让你按照想要的节奏进行功率输出(比如大功率冲刺)。
3.现有的机械变速结构明显更简单可靠,相对来说不易遭到外力损害(比如禧玛诺影子后拨技术),制造也更为容易
4.禧玛诺、sram等公司早已推出过一些自动变速系统,比如自动变速花鼓,从体积、重量和可靠性方面比该结构优秀很多(基本原理大同小异,集成度很高),但是市场反响仍然一般
5.文中该结构通过扭矩控制的方式改变齿比,它是一个独立的结构,如果我想骑慢一点或快一点,我只能改变自己的踏频,或者踏频不变,降低车速(因为腿输出的扭矩被固定了),改变踏频很影响骑行舒适感,而不变踏频导致车速的改变可能无法应对复杂的交通状况,这就导致骑行舒适和安全的矛盾。毕竟骑自行车是真的自己在用力,不是开自动挡车那样踩油门就行了,何况自动挡汽车时实际上是行车计算机在帮你控制发动机和变速箱。总的说就是如果想真正适应自行车的使用场景,该结构仍然需要额外的控制系统,也与其自动的设计初衷相悖。
其实我感觉自己的上述表达还是不够严谨全面,奈何工科生语文能力退化严重,自己也不是专业人员,错误较多还请蛋友包涵