ebike patent
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-
8/15/2019 ebike patent
1/24
United S t a t e s Patent [ 1 9 ]
B e l l i o e t
a l .
I | | l | | l l l l l l l l i l l l l l l l l l l l l | | | | | I l l l l l l l l l | | | | | | | | l | l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l
USOO5356348A
[ 1 1 ]
P a t e n t
Number:
[ 4 5 ] Date o f
P a t e n t :
5 , 3 5 6 , 3 4 8
O c t . 1 8 ,
1 9 9 4
[ 5 4 ] ELECTRON IC TRANSMISSION CONTROL
SYSTEM FOR A BICYCLE
ORTHE LIKE
S t e p h e n
B e l l i o ,
W e s t
R o x b u r y ;
G e r a l d
P .
E i d e l m a n ,
J a m a i c a P l a i n ,
b o t h o f M a s s .
E . B . T . , I n c . , B r o o k l i n e , M a s s .
[ 7 5 ]
I n v e n t o r s :
[ 7 3 ]
A s s i g n e e :
[ 2 1 ]
A p p l . N o . : 9 4 6 , 3 7 9
[ 2 2 ] F i l e d : N o v .
6 ,
1 9 9 2
R e l a t e d
US.
A p p l i c a t i o n D a t a
[ 6 3 ] C o n t i n u a t i o n - i m p a r t o f S e r .
N o .
5 2 0 , 6 2 7 , May , 1 9 9 0 ,
P a t . N o . 5 , 0 5 9 , 1 5 8 .
[ 5 1 ]
1 1 1 1 .
C 1 . 5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F16H 61/00
[ 5 2 ] U.S.
c 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
474/70; 474/80;
4 7 4 / 1 0 3 ;
4 7 4 / 1 1 0 ; 4 7 4 / 1 1 6 ; 4 7 4 / 7 1 ; 2 8 0 / 2 3 8 ;
2 8 0 / 2 6 1 ; 3 6 4 / 4 2 4 . 1
[ 5 8 ] F i e l d o f Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 4 / 7 0 , 7 1 , s o , 8 1 ,
4 7 4 / 1 0 1 , 1 0 3 , 1 1 0 ; 2 8 0 / 2 6 1 ,
2 3 6 ; 3 6 4 / 4 2 6 . 0 4 ;
1 8 0 / 2 0 6 ;
4 7 5 / 2 9 7 , 2 9 9
[ 5 6 ] R e f e r e n c e s C i t e d
U . S .
PATENT
DOCUMENTS
3 , 9 1 9 , 8 9 1
11/1975 Stuhlmuller e t
a 1 .
. . . . . . . . . . . . . . .
. 474/70
4 , 4 9 0 , 1 2 7
12/1984
Matsumoto e t a 1 . 474/71
4,605,240 8/1986
Clem
t
a 1 .
. . . . . . . .
474/70
5 , 0 5 9 , 1 5 8 1 0 / 1 9 9 1
B e l l i o
e t
a 1 . 4 7 4 / 7 0
5,213,548 5/1993 Colbert
e t
a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
474/71
OTHER PUBLICATIONS
H a r u m i T a k e d a
B i c y c l e w i t h C o m p u t e r i z e d A u t o m a t i c
G e a r C h a n g e M e c h a n i s m , Roman S y s t e m C o n t r o l ,
v o l .
3 1 , N o .
2 ,
p p . 1 3 6 - 1 4 0 1 9 8 7 .
Z i m m e r , C . , E a s y R i d e r , D i s c o v e r
M a g a z i n e ,
A u g .
1990,
p .
3 0 .
P r i m a r y
Examiner-Roger J . S c h o e p p e l
7
A t t o r n e y ,
A g e n t , o r Firm—Wolf,
Green?eld &
a c k s
[ 5 7 ]
ABSTRACT
An
e l e c t r o - m e c h a n i c a l
s y s t e m f o r
s h i f t i n g g e a r s o n a
m u l t i - g e ar b i c y c l e o r o t h e r h u m a n - p o w e r e d v e h i c l e
i n c l u d e s a
c l o s e d
l o o p d e r a i l l e u r
p o s i t i o n
c o n t r o l
s y s t e m
u s i n g
c i r c u i t r y f o r m e a s u r i n g d e r a i l l e u r p o s i t i o n . S h i f t
i n g
g e a r s i s a c c o m p l i s h e d
a u t o m a t i c a l l y
b a s e d
on
r i d e r
c a d e n c e o r m a n u a l l y
u s i n g
s i g n a l s
s u p p l i e d
b y h a n d
o p e r a t e d
s w i t c h e s .
The
s y s t e m c a l c u l a t e s g e a r
r a t i o s
b a s e d
on
b i c y c l e s p e e d a n d c a d e n c e a n d t h e n s o r t s t h e
g e a r r a t i o s i n
o r d e r
f r o m l o w e s t t o h i g h e s t . D u r i n g
a u t o m a t i c
o p e r a t i o n ,
t h e
s y s t e m c a l c u l a t e s a cadence
f r o m b i c y c l e
s p e e d a n d
g e a r
r a t i o ,
d e t e r m i n e s i f t h e
c a l c u l a t e d cadence s
w i t h i n
p r e d e t e r m i n e d
l i m i t s
s e t by
t h e
r i d e r , a n d
i t
c h a n g e s t h e g e a r
r a t i o
i f t h e c a l c u l a t e d
c a d e n c e i s n o t w i t h i n
t h e
p r e d e t e r m i n e d
l i m i t s .
The
s y s t e m h a s
a d d i t i o n a l modes
o f
o p e r a t i o n which i n c l u d e
c a l i b r a t i o n modes f o r c a l i b r a t i n g t h e p o s i t i o n s o f
t h e
f r o n t a n d r e a r d e r a i l l e u r s f o r e a c h g e a r , a s well a s a
s e m i - a u t o m a t i c
m o d e
n w h ic h t h e
s y s t e m c a l c u l a t e s
t h e
c a d e n c e f r o m t h e
b i c y c l e
s p e e d
a n d
g e a r r a t i o , a n d
s i g n a l s
t h e r i d e r t o u p s h i f t
o r
d o w n s h i f t i f t h e c a d e n c e
i s
o u t s i d e
o f t h e
p r e d e t e r m i n e d
l i m i t s
s e l e c t e d b y t h e
r i d e r .
The e l e c t r o n i c
b i c y c l e t r a n s m i s s i o n c o n t r o l
s y s
tem o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
i s r e t r o ? t t a b l e t o
a wide
r a n g e
o f c o n v e n t i o n al m u l t i - g e a r b i c y c l e s .
1 9 C l a i m s , 1 3 D r a w i n g S h e e t s
3 / 0
-
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US. P a t e n t O c t . 1 8 , 1 9 9 4 S h e e t 1 o f
1 3 5,356,348
E h
N R
m m
E A
w k .
S “
k
\U N R N
-
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US. P a t e n t O c t . 1 8 , 1 9 9 4
S h e e t
2
o f
1 3
5,356,348
( “ U
5 9 4
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US. P a t e n t O c t . 1 8 , 1 9 9 4 S h e e t
3
o f 1 3
5,356,348
-
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US P a t e n t O c t .
1 8 ,
1 9 9 4
S h e e t 4
o f
1 3 5,356,348
( / Q
m
WW
55.4 ) 6 4 1 1 7 5 4 / ?
\\O
M A / [ M l
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E W - A 0 7 0
4)
m/mr/a
MM 50'
Z
. / / / ,
-
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US.
P a t e n t O c t .
1 8 , 1 9 9 4 S h e e t 5 0 f 1 3 5,356,348
FIG . 4
-
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US. P a t e n t O c t . 1 8 , 1 9 9 4
S h e e t 6
o f
1 3 5,356,348
-
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US.
P a t e n t
O c t . 1 8 , 1 9 9 4
S h e e t
7 o f 1 3
5,356,348
/ / 0
I 2 0
FI G . 7
-
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US. P a t e n t 0a. 1 8 ,
1 9 9 4
S h e e t 9
o f 1 3
5,356,348
A 5 0
M
m
/? f/54
MUM/WA
6 3 4 0 5 7 6 ?
f / a z
y
[/54
5 0 / 0
WWW/r
mm
FIG. 9
-
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US. P a t e n t O c t . 1 8 ,
1 9 9 4 S h e e t
1 1
0 f
1 3 5,356,348
-
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13/24
US.
P a t e n t
O c t .
1 8 , 1 9 9 4 S h e e t 1 2
o f 1 3 5,356,348
3 / 4
FI G. 12
-
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14/24
US
P a t e n t O c t .
1 8 ,
1 9 9 4 S h e e t
1 3
o f 1 3 5,356,348
\ N
A
/
J
l//
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h
. “5 2 ;
L I I I T N
[
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V r j l
u
-
\
~
7
%
§
-
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5 , 3 5 6 , 3 4 8
1
ELECTRONIC TRANSMISSION
CONTROL
SYSTEM
FOR
A
BICYCLE
OR THE
LIKE
CROSS REFERENCE
TO RELATED
APPLICATIONS
The
p r e s e n t a p p l i c a t i o n
i s a
c o n t i n u a t i o n - i n - p a r t
o f
o u r
p r i o r a p p l i c a t i o n ,
S e r . N o .
0 7 / 5 2 0 , 6 2 7 , ? l e d May
,
1 9 9 0 , US. P a t .
N o .
5 , 0 5 9 , 1 5 8 t h e s p e c i ? c a t i o n
o f which
i s h e r e b y i n c o r p o r a t e d b y r e f e r e n c e .
BACKGROUND OFTHE
INVENTION
1 . F i e l d
o f
t h e
I n v e n t i o n
The
p r e s e n t
i n v e n t i o n r e l a t e s
g e n e r a l l y
t o
t h e
? e l d o f
b i c y c l e s - a n d
b i c y c l e
c o n t r o l
s y s t e m s
u s e d
f o r
c o n t r o l
l i n g t h e
t r a n s m i s s i o n
o f
r o t a t i o n a l
t o r q u e
g e n e r a t e d by
a
r i d e r
t o
t h e
d r i v i n g
wheel
o r w h e e l s .
More p a r t i c u l a r l y ,
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s
t o
a
r e t r o ? t t a b l e ,
e l e c
t r o n i c ,
f u l l y a u t o m a t i c g e a r s h i f t i n g
c o n t r o l
s y s t e m
f o r
m u l t i - g e a r
b i c y c l e s .
2 . D i s c u s s i o n o f t h e P r i o r
Art
B i c y c l i n g
i s
most e f ? c i e n t w h e n t h e r i d e r
m a i n t a i n s
a
c o n s t a n t nu m b er
o f
c r a n k
r e v o l u t i o n s
p e r
m i n u t e
i n
s p i t e
o f c h a n g i n g b i c y c l e s p e e d
o r
c h a n g i n g t e r r a i n o v e r
w h ic h
t h e
b i c y c l e
i s t r a v e l i n g . As u s e d h e r e i n ,
a
t e r m
“cadence” means
t h e nu m b er o f
crank
r e v o l u t i o n s p e r
minute o r
any
o t h e r
c y c l i c
measurement of t h e r i d e r ’ s
a c t i v i t y .
A i d e r g e n e r a l l y d e s i r e s t o m a i n t a i n a c a d e n c e
t h a t
s
a p p r o p r i a t e f o r h i s
o r
h e r l e v e l
o f p h y s i c a l a b i l i t y .
I n c o n v e n t i o n a l m u l t i - g e a r b i c y c l e s , s u c h a s t h o s e
o f
a “ t e n - s p e e d ”
t y p e ,
t h e
r i d e r
m a n u a l l y c h a n g e s g e a r s a s
a
f u n c t i o n o f
b i c y c l e s p e e d a n d d i f ? c u l t y
o f
t e r r a i n
i n
o r d e r
t o
m a i n t a i n a c o m f o r t a b l e / t a r g e t c a d e n c e . To
a c c o m p l i s h t h i s , h o w e v e r , a
r i d e r m u s t
c o n t i n u o u s l y
a s c e r t a i n
w h a t
h i s o r
h e r
c u r r e n t cadence i s
and
t h e n
s h i f t g e a r s a s a p p r o p r i a t e i n o r d e r t o m a i n t a i n t h e p r e
f e r r e d
c a d e n c e . T h i s can b e
a
very s u b j e c t i v e p r o c e s s
w h i c h , a s a
c o n s e q u e n c e ,
i s i n e f f i c i e n t
and
i m p r e c i s e .
The
r i d e r h a s t o c o n s c i o u s l y
k e e p
t r a c k o f
h i s
o r h e r
c a d e n c e a n d s h i f t a p p r o p r i a t e l y , which m a y b e d i s t r a c t
i n g
a n d may a d v e r s e l y a f f e c t r i d e r s a f e t y . F o r
e x a m p l e ,
m a n y
c y c l i s t s
d o not even know w h i c h way t o move
t h e s h i f t
l e v e r s on
a m u l t i - g e a r b i c y c l e i n o r d e r
t o
i n
c r e a s e or decrease t h e i r cadence,
While so m e
r i d e r s ? n d
i t
i s d i f ? c u l t
t o m a i n t a i n
t h e i r
b a l a n c e
w h i l e
t r y i n g
t o
s h i f t g e a r s
b e c a u s e
o f t h e r e q u i r e m e n t o f
s t e e r i n g
w i t h
o n e
hand w h i l e moving
t h e
s h i f t l e v e r ( s ) w i t h
t h e
o t h e r
h a n d .
I n
a d d i t i o n ,
on
m u l t i - g e a r
b i c y c l e s ,
t h e
r i d e r
must
make a s m a l l a d j u s t m e n t t o t h e p o s i t i o n o f
t h e
f r o n t
d e r a i l l e u r
whenever
t h e
r e a r d e r a i l l e u r
p o s i t i o n
i s
c h a n g e d
i n o r d e r
t o c o m p e n s a t e
f o r t h e v a r y i n g
c h a i n
a n g l e
between
t h e r e a r s p r o c k e t s a n d t h e f r o n t c h a i n
r i n g s a s d i f f e r e n t g e a r s a r e s e l e c t e d .
S e v e r a l p r i o r a r t s y s t e m s
have b e e n
u s e d w hi c h a t
t e m p t
t o
a u t o m a t e
t h e
t a s k o f s h i f t i n g t h e g e a r s . O ne
e x a m p l e
o f - p r i o r a r t a u t o m a t i c
g e a r
s h i f t i n g s y s t e m s
i s
t h e “BIKE-O-MATIC” t r a n s m i s s i o n m a n u f a c t u r e d by
B i k e - O - M a t i c , L t d . , o f E a g l e v i l l e , P e n n a .
I n
t h e
“BIKE-O-MATIC” s y s t e m ,
t e n s i o n p l a c e d
on
t h e c h a i n
due t o t h e
r i d e r ’ s
p e d a l e f f o r t
i s
u s e d
t o
c o n t r o l s h i f t i n g .
High c h a i n t e n s i o n c a u s e s t h e d e r a i l l e u r t o s h i f t t h e
g e a r s
i n t o
a
lower
g e a r while
lower
c h a i n
t e n s i o n
c a u s e s
t h e d e r a i l l e u r
t o
s h i f t t h e
g e a r s i n t o a h i g h e r
g e a r . S h i f t
i n g i n t o
a
lower g e a r e f f e c ti v e l y i n c r e a s e s t h e
r i d e r ’ s
c a d e n c e ,
w h i l e s h i f t i n g
i n t o a h i g h e r g e a r e f f e c t i v e l y
d e c r e a s e s t h e
r i d e r ’ s
c a d e n c e . One p r o b l e m w i t h t h e
“BIKE-O-MATIC”
r a n s m i s s i o n i s t h a t i t i s a mechani
c a l s y s t e m
t h a t
r e l i e s on c h a i n t e n s i o n . During t h e t r a n
5
1 0
2 0
3 5
40
4 5
6 0
6 5
2
s i t i o n
from one g e a r
t o
a n o t h e r , t h e r e i s a r e l a t i v e l y
s l o w
a c t u a t i o n o f
t h e d e r a i l l e u r . T h i s s l o w
a c t u a t i o n
r e s u l t s
i n
e x c e s s i v e
f r i c t i o n
c a u s e d
b y
r u b b i n g
b e t w e e n
t h e c h a i n , d e r a i l l e u r ,
a n d s p r o c k e t s w h i c h d e c r e a s e s
t h e
r i d e r ’ s e f f i c i e n c y , I n a d d i t i o n , w h e n a
s h i f t
o c c u r s , t h e
mechanism d o e s n o t p o s i t i o n t h e d e r a i l l e u r
i n l i n e
w i t h
s p r o c k e t s a s
i n
t h e c a s e o f m a n u a l s h i f t i n g . The s y s t e m
moves t h e
d e r a i l l e u r c o n t i n u o u s l y r a t h e r t h a n
d i s c r e e t l y
a s
a f u n c t i o n o f c h a i n
t e n s i o n .
C o n s e q u e n t l y , t h e p o s i
t i o n
a t
w h ic h t h e d e r a i l l e u r s t o p s f o r
a
g i v e n a m o u nt o f
c h a i n
t e n s i o n
m a y n o t i n
f a c t
l i n e
up
with
a
p a r t i c u l a r
s p r o c k e t o n t h e
b i c y c l e .
F u r t h e r m o r e , s i n c e t h e “BIKE-O-MATIC” s y s t e m
r e l i e s on
c h a i n t e n s i o n ,
i t
d o e s n ’ t
h e l p t h e r i d e r
t o main
t a i n h i s
o r
h e r p r e f e r r e d
c a d e n c e . For
e x a m p l e , on
b i c y
c l e s w i t h m u l t i p l e f r o n t c h a i n r i n g s o f
d i f f e r e n t
s i z e s ,
m u c h g r e a t e r p e d a l f o r c e
would b e
r e q u i r e d t o m a i n t a i n
t h e
same c h a i n
t e n s i o n
w h e n
t h e
r i d e r i s u s i n g a l a r g e r
c h a i n r i n g a s compared
t o
a
s m a l l e r
c h a i n r i n g . T h i s i s
b e c a u s e
t h e
m o m e n t
a r m
o f
t h e
l a r g e r
c h a i n r i n g
i s
g r e a t e r .
Using
c h a i n
t e n s i o n t o
c o n t r o l g e a r
s h i f t i n g c a n
c a u s e
s h i f t i n g a t i n o p p o r t u n e t i m e s ,
s o t h e r e
c o u l d
i n
f a c t b e t i m e s w h e n t h e s y s t e m w i l l
s h i f t
g e a r s w h e n t h e
r i d e r
does
n o t d e s i r e t o do s o .
Another e x a m p l e o f p r i o r a r t a u t o m a t i c b i c y c l e t r a n s
m i s s i o n s
i s t h e Browning
E l e c t r o n i c
A c u s h i f t T r a n s m i s
s i o n , m a n u f a c t u r e d b y
S u n T o u r .
The B r o w n i n g T r a n s
m i s s i o n e l e c t r i c a l l y s h i f t s
t h e
c h a i n u s i n g
h i n g e d
c h a i n
r i n g s e c t i o n s .
One i m i t a t i o n
o f t h e
B r o w n i n g T r a n s m i s
s i o n
i s t h a t
i t i s d e s i g n e d f o r u s e
o n l y
on t h e f r o n t c h a i n
r i n g s
o f
a b i c y c l e . I n a d d i t i o n ,
t h e
B r o w n i n g T r a n s m i s
s i o n does
not
use a d e r a i l l e u r ,
but
r a t h e r u s e s a s p e c i a l
s e t o f c h a i n r i n g s a n d e l e c t r i c a l c o n t r o l s . C o n s e q u e n t l y ,
i t
i s
d i f ? c u l t t o
r e t r o ? t
t h i s
s y s t e m o n t o
m u l t i - g e a r b i c y
c l e s which
u s e
c o n v e n t i o n a l d e r a i l l e u r s and
c h a i n r i n g s .
T h e r e f o r e , a n o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s t o
p r o v i d e a c o n t r o l s y s t e m
f o r
a
human-powered v e h i c l e ,
such a s a
b i c y c l e t h a t c o n t r o l s gear
s h i f t i n g
s o a s t o
m a i n t a i n a cadence w i t h i n u s e r - s e l e c t e d l i m i t s .
Another o b j e c t
o f
t h e i n v e n t i o n i s
t o p r o v i d e a
con
t r o l system f o r a
b i c y c l e t h a t
m a i n t a i n s a
cadence
w i t h i n
u s e r - s e l e c t e d l i m i t s over a wide r a n g e o f b i c y c l e
s p e e d s
a n d
b i c y c l e g e a r
r a t i o s .
Another o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
i s
t o
p r o v i d e
a c o n t r o l s y s t e m f o r a b i c y c l e t h a t
c o n t r o l s
g e a r s h i f t i n g
automatically s o a s t o maintain a c a d e n c e within user
s e l e c t e d l i m i t s t h e r e b y
e n h a n c i n g
r i d e r e f ? c i e n c y
a n d
s a f e t y .
A u r t h e r o b j e c t of t h e i n v e n t i o n i s t o
p r o v i d e a
con
t r o l s y s t e m f o r a b i c y c l e
t h a t
c o n t r o l s
g e a r
s h i f t i n g
a u t o m a t i c a l l y
and
t h a t
i s
r e t r o ? t t a b l e
t o a
w ide
r a n g e
o f
c o n v e n t i o n a l m u l t i - g e a r
b i c y c l e s w hi c h
u s e
conven
t i o n a l
g e a r
s h i f t i n g
s y s t e m s .
SUMMARY
OF
THE
INVENTION
The
f o r e g o i n g
a n d o t h e r
o b j e c t s ,
f e a t u r e s ,
a n d a d v a n
t a g e s
o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
a r e
a c h i e v e d
i n
a
r e t r o ? t
t a b l e
e l e c t r o n i c c o n t r o l s y s t e m f o r a human-powered
v e h i c l e
such a s a b i c y c l e .
T h e
system can operate i n a
m a n u a l , s e m i - a u t o m at i c , o r f u l l y a u t o m a t i c
m o d e ,
a n d
can be
i n s t a l l e d
on
any
c o n v e n t i o n a l
b i c y c l e f r a m e . A l l
b i c y c l e s
i n c l u d e means f o r
t r a n s m i t t i n g
r o t a t i o n a l
t o r q u e g e n e r a t e d b y
a
r i d e r t o a t l e a s t one w h e e l . T h e
means
f o r t r a n s m i t t i n g power i n c l u d e s ,
f o r
e x a m p l e , t h e
f r o n t c h a i n r i n g s , t h e
c h a i n
i t s e l f ,
a n d t h e r e a r
s p r o c k e t s
on
t h e
b i c y c l e . T h e
i n v e n t i o n
i n c l u d e s a
m e a ns
f o r ad
j u s t i n g
t h e
t r a n s m i t t i n g
means i n o r d e r t o c h a n g e g e a r
-
8/15/2019 ebike patent
16/24
5 , 3 5 6 , 3 4 8
3
r a t i o s on t h e b i c y c l e . I n o n e e m b o d i m e n t , t h e a d j u s t i n g
m e a ns i n c l u d e s a c t u a t o r s and s h i f t
arms
w h i c h
cooper
a t e t o d e ? e c t t h e b i c y c l e ’ s s h i f t c a b l e s from
t h e i r
normal
r e s t
p o s i t i o n
t o e f f e c t g e a r c h a n g i n g . The i n v e n t i o n
f u r t h e r i n c l u d e s a d a t a p r o c e s s o r , w h i c h
m a y
be a m i
c r o p r o c e s s o r
o r t h e l i k e . I n t h e manual m o d e
o f
opera
t i o n ,
t h e d a t a p r o c e s s o r h a s p r e v i o u s l y s t o r e d t h e
c o r ‘
r e c t p o s i t i o n s f o r t h e s h i f t arms f o r each g e a r on t h e
b i c y c l e . The r i d e r
u s e s
h a n d l e b a r s w i t c h e s t o i n s t r u c t
t h e d a t a p r o c e s s o r
t o perform
a g e a r
s h i f t .
I n r e s p o n s e
t o
s i g n a l s from t h e d a t a p r o c e s s o r , t h e
a c t u a t o r s
and
s h i f t
arms m o v e
t h e f r o n t a n d r e a r d e r a i l l e u r
s h i f t
c a b l e s
a s r e q u i r e d
t o
s h i f t
g e a r s . P o s i t i o n
s e n s o r s
d e t e c t
t h e
p o s i t i o n o f t h e s h i f t - a r m s a n d p r o v i d e a f e e d b a c k s i g n a l
t o t h e d a t a p r o c e s s o r
i n d i c a t i n g
t h e c u r r e n t
p o s i t i o n
o f
t h e d e r a i l l e u r s . The i n v e n t i o n t h u s p r o v i d e s c l o s e d
l o o p
c o n t r o l
o f
t h e p o s i t i o n s
o f t h e f r o n t and
r e a r
d e r a i l l e u r s .
I n
t h e
f u l l y a u t o m a t i c mode o f
o p e r a t i o n, t h e d a t a
p r o c e s s o r
c a l c u l a t e s
a
cadence from t h e
b i c y c l e ’ s
cur
r e n t s p e e d a n d g e a r r a t i o . The s y s t e m c o n t i n u o u s l y
compares t h e
c a l c u l a t e d cadence w i t h
a
s e t o f
p r e d e t e r
mined
c a d e n c e l i m i t s
s e l e c t e d
by
t h e r i d e r a n d d e t e r
mines whether o r n o t t h e c a l c u l a t e d
cadence
s t o o
h i g h
o r
t o o
l o w .
I f t h e
c a l c u l a t e d cadence
s t o o l o w , a nd
t h e
r i d e r
i s
p e d a l i n g , t h e
s y s t e m
a d j u s t s t h e t r a n s m i t t i n g
means,
u s i n g
t h e a c t u a t o r s
and
s h i f t arms
t o
m o v e
t h e
f r o n t a n d r e a r d e r a i l l e u r s
u s i n g c l o s e d
l o o p
c o n t r o l o f
t h e
d e r a i l l e u r p o s i t i o n s t o d o w n s h i f t t o
t h e n e x t
lower
g e a r . D o w n s h i f t i n g i n c r e a s e s t h e
g e a r
r a t i o , w h i c h
i n
c r e a s e s t h e r i d e r ’ s c a d e n c e . I f ,
on
t h e o t h e r h a n d , t h e
s y s t e m d e t e r m i n e s
t h a t t h e
c a l c u l a t e d c a d e n c e i s t o o
h i g h ,
a n d
t h e r i d e r i s
p e d a l i n g ,
t h e s y s t e m w i l l u p s h i f t t o
t h e n e x t h i g h e r g e a r , u s i n g t h e a c t u a t o r s and s h i f t arms
t o mov e
t h e
d e r a i l l e u r s u s i n g
c l o s e d
l o o p c o n t r o l v i a
t h e
b i c y c l e ’ s
s h i f t
c a b l e s .
U p s h i f t i n g d e c r e a s e s
t h e g e a r
r a t i o , which d e c r e a s e s
t h e
r i d e r ’ s
c a d e n c e .
The
s y s t e m
h a s a d d i t i o n a l
modes
o f o p e r a t i o n which
i n c l u d e c a l i b r a t i o n modes f o r c a l i b r a t i n g t h e p o s i t i o n s
o f t h e f r o n t
and r e a r d e r a i l l e u r s
f o r
e a c h g e a r , i n c l u d i n g
m u l t i p l e p o s i t i o n s
p e r
c h a i n r i n g f o r t h e f r o n t d e r a i l l e u r ,
i n o r d e r t o c o m p e n s a t e f o r t h e v a r y i n g c h a i n a n g l e
between
t h e
f r o n t c h a i n r i n g s
and
t h e r e a r
s p r o c k e t s a s
d i f f e r e n t
g e a r s a r e
s e l e c t e d .
A e m i - a u t o m a t i c m o d e o f
o p e r a t i o n
i s a l s o p r o v i d e d , i n
w h i c h t h e
s y s t e m c a l c u
l a t e s
t h e
t h e o r e t i c a l c a d e n c e
from
t h e
c u r r e n t b i c y c l e
s p e e d a n d g e a r
r a t i o ,
a n d s i g n a l s
t h e
r i d e r
t o
u p s h i f t o r
d o w n s h i f t i f t h e c a l c u l a t ed c a d e n c e s o u t s i d e
t h e
p r e d e
t e r m i n e d l i m i t s s e l e c t e d
by
t h e r i d e r .
The f o r e g o i n g
a n d
o t h e r o b j e c t s , f e a t u r e s ,
a n d a d v a n
t a g e s o f
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n
w i l l be more
r e a d i l y un
d e r s t o o d a n d
a p p a r e n t
f r o m t h e
f o l l o w i n g
d e t a i l e d d e
s c r i p t i o n
o f
t h e i n v e n t i o n , w hich s h o u l d be r e a d i n con
j u n c t i o n
w i t h
t h e
a c c o m p a n y i n g
d r a w i n g s ,
a n d f r o m
t h e c l a i m s
w hi c h a r e appended a t
t h e
end o f t h e
d e t a i l e d
d e s c r i p t i o n .
BRIEF
DESCRIPTION
OFTHEDRAWINGS
I n
t h e d r a w i n g s ,
FIG. 1
i s
a s i d e
v i e w
of a b i c y c l e with a
? r s t
embodi
ment o f t h e e l e c t r o n i c t r a n s m i s s i o n c o n t r o l
s y s t e m
o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
i n s t a l l e d
t h e r e o n ;
FIG.
1A
s
a
p a r t i a l
end view
t a k e n
i n
t h e
d i r e c t i o n
o f
l i n e
1A—-—1A
i n
FIG. 1 i l l u s t r a t i n g t h e motion o f t h e r e a r
d e r a i l l e u r d u r i n g g e a r c h a n g i n g o p e r a t i o n s .
FIG.
2
i s
a
s i d e v i e w o f t h e b i c y c l e and t r a n s m i s s i o n
c o n t r o l
s y s t e m
o f FIG.
1
i n
g r e a t e r d e t a i l ;
FIG. 3 i s a
p e r s p e c t i v e view o f t h e b i c y c l e
a n d e l e c
t r o n i c t r a n s m i s s i o n
c o n t r o l
s y s t e m o f FIG. 1 ;
1 5
2 5
30
3 5
40
4 5
5 5
6 0
4
FIG.
4
s
a
p e r s p e c t i v e view
o f
t h e b i c y c l e a n d e l e c
t r o n i c t r a ns m i s s i o n c o n t r o l
s y s t e m o f
FIG.
3 i n
g r e a t e r
d e t a i l ;
FIG.
5
i s
a
c r o s s - s e c t i o n a l view
t a k e n
a l o n g
t h e
l i n e
2—2
n FIGS. 1
and 2
showing t h e s h i f t arms and g e a r
p o s i t i o n s e n s o r s
u s e d
i n t h e b i c y c l e t r a n s m i s s i o n c o n t r o l
s y s t e m
o f
FIG.
1 ;
FIG. 6
i s
a p l a n
view o f t h e c o n t r o l module u s e d
i n
t h e b i c y c l e t r a n s m i s s i o n c o n tr o l
s y s t e m
o f F I G . 1 ;
F I G .
7 i s a f l o w c h a r t i l l u s t r a t i n g
t h e
p r o c e s s i n g s t e p s
c a r r i e d o u t by t h e
e l e c t r o n i c
b i c y c l e t r a n sm i s s i o n con
t r o l s y s t e m
o f FIG.
1 i n t h e f r o n t d e r a i l l e u r
c a l i b r a t i o n
m o d e ;
F I G .
8 i s a
? o w c h a r t
i l l u s t r a t i n g
t h e
p r o c e s s i n g
s t e p s
c a r r i e d
o u t by
t h e
e l e c t r o n i c b i c y c l e
t r a n s m i s s i o n
con
t r o l s y s t e m
o f FIG. 1
i n
t h e r e a r
d e r a i l l e u r c a l i b r a t i o n
m o d e ;
F I G . 9 i s a f l o w c h a r t i l l u s t r a t i n g t h e
p r o c e s s i n g
s t e p s
c a r r i e d
o u t
by t h e e l e c t r o n i c b i c y c l e
t r a n s m i s s i o n
con
t r o l
s y s t e m o f F I G .
1 i n
t h e s e m i - a u t o m a t i c m o d e ;
FIG. 1 0 i s a
? o w
c h a r t
i l l u s t r a t i n g
t h e
p r o c e s s i n g
s t e p s
c a r r i e d
o u t
by t h e e l e c t r o n i c b i c y c l e t r a n s m i s si o n
c o n t r o l s y s t e m
o f
F I G .
1 i n
t h e
f u l l y
a u t o m a t i c m o d e ;
FIG. 1 1
i s a s i d e
v i e w
of a b i c y c l e w ith an a l t e r n a t e
e mbodime n t
o f
t h e
e l e c t r o n i c
t r a n s m i s s i o n c o n t r o l s y s
tem i l l u s t r a t e d i n
FIGS.
1 - 1 0 i n s t a l l e d t h e r e o n ;
FIG.
1 2
i s a
p e r s p e c t i v e
v i e w - o f
t h e b i c y c l e
a n d
e l e c
t r o n i c
t r a n s m i s s i o n
c o n t r o l
s y s t e m o f F I G .
1 1 ; a n d
FIG. 1 3
i s a
c r o s s
s e c t i o n a l
view
t a k e n
a l o n g t h e
l i n e
13—13 i n FIGS. 1 1
and
1 2
o f t h e l i n e a r a c t u a t o r u s e d
i n
t h e a l t e r n a t e embodiment o f t h e i n v e n t i o n i l l u s t r a t e d
i n
FIGS. 1 1 and
1 2 .
DETAILED DESCRIPTION OFTHE
PREFERRED
EMBODIMENTS
For p u r p o s e s o f i l l u s t r a t i o n
o n l y , and
n o t t o
l i m i t
g e n e r a l i t y ,
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n w i l l n o w b e
e x p l a i n e d
w i t h r e f e r e n c e t o i t s u s e
on
a “ t e n - s p e e d ”
t y p e o f b i c y
c l e .
However, one
s k i l l e d i n
t h e
a r t
w i l l r e c o g n i z e t h a t
t h e p r e s e n t i n v e n ti o n i s a p p l i c a b l e t o and can be r e t r o ? t
t e d
on
a w i d e v a r i e t y
of
m u l t i - g e a r
b i c y c l e s
a s
w e l l a s a
v a r i e t y o f h u m a n - p o w e r e d
v e h i c l e s .
I n
t h e
? g u r e s , l i k e
e l e m e n t s have
b e e n
g i v e n
t h e same r e f e r e n c e
c h a r a c
t e r s .
R e f e r e n c e
i s n o w
m a d e
t o FIGS. 1 - 6 ,
w h ic h
? g u r e s
i l l u s t r a t e t h e e l e c t r o n i c b i c y c l e t r a n s m i s s i o n c o n t r o l
s y s t e m o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
i n s t a l l e d
o r
r e t r o f i t t e d
o n t o
a
c o n v e n t i o n a l
t e n - s p e e d b i c y c l e
2 0 .
A t y p i c a l
b i c y c l e 2 0 i n c l u d e s a
f r a m e
3 0 0
h a v i n g
a h e a d t u b e 3 0 2 ,
a d o w n
t u b e
1 8 , a
s e a t
t u b e 4 0 ,
s e a t s t a y s 304 and
c h a i n
s t a y s 3 0 6 .
A
e a t 308
i s a t t a c h e d
t o t h e
d i s t a l
end
o f
s e a t
t u b e
4 0 . A a n d l e b a r
8 0
i s mounted o n t o head
t u b e
3 0 2 .
A r o n t wheel 3 1 0
i s
r o t a t a b l y mounted t o f r o n t f o r k s
3 1 2 , w h i c h
a r e
i n t u r n connected
t o
h a n d l e b a r 80
t h r o u g h h e a d t u b e 3 0 2 . A e a r wheel 3 1 4 i s r o t a t a b l y
mounted
t o
s e a t s t a y s 3 0 4 a n d c h a i n s t a y s 3 0 6 . The b i c y
c l e
2 0 a d d i t i o n a l l y
i n c l u d e s
r e a r s p r o c k e t s
3 1 6 ,
r e a r
d e r a i l l e u r 3 1 8 , f r o n t c h a i n r i n g s 3 2 0 , f r o n t d e r a i l l e u r 3 2 1 ,
c r a n k s and p e d a l s 3 2 2 , a n d
a
c h a i n 3 2 4 f o r t r a n s m i t t i n g
t o r q u e g e n er a t e d b y t h e r i d e r f r o m t h e
f r o n t
c h a i n r i n g s
320 t o t h e r e a r s p r o c k e t s 3 1 6 . For l a r i t y , t h e s e conven
t i o n a l
c o m p o n e n t s h a v e b e e n
o m i t t e d
f r o m
FIGS.
2 - 6 ,
b u t one s k i l l e d i n t h e a r t
w i l l
r e a l i z e
t h a t
t h e y
a r e
o b v i
o u s l y a
p a r t o f t h e b i c y c l e 2 0 .
The c o n t r o l s y s t e m o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n which s
r e t r o ? t t e d onto b i c y c l e 20 i n c l u d e s s h i f t a r ms 10
a n d
12
w h i c h a r e
used
t o move
h e
r e a r a n d f r o n t d e r a i l l e u r s ,
r e s p e c t i v e l y . S h i f t arms
1 0
and 1 2 p i v o t a b o u t s h i f t a r m
-
8/15/2019 ebike patent
17/24
5 , 3 5 6 , 3 4 8
5
p o s i t i o n
s e n s o r s
1 4
and
1 6
t h a t a r e
i n t u r n clamped t o
t h e d o w n t u b e
1 8 o f t h e b i c y c l e 2 0 . A c t u a t o r s 2 2 , 24 a r e
c o n n e c t e d
r e s p e c t i v e l y t o s h i f t arms 1 0
and
1 2
f o r
c h a n g i n g t h e p o s i t i o n o f s h i f t arms 1 0 and 1 2 t o e f f e c t u
a t e
t h e
g e a r c h a n g i n g
o p e r a t i o n .
The
p r e s e n t i n v e n t i o n a d d i t i o n a l l y i n c l u d e s a c a d e n c e
s e n s o r
2 6 ,
which
s e n s e s t h e
r i d e r ’ s
a c t u a l c a d e n c e .
Ca
dence
s e n s o r
26 m a y be one of a v a r i e t y of
c o m m e r
c i a l l y
a v a i l a b l e t y p e s , s u c h
a s
a m a g n e t i c ,
o p t i c a l ,
o r
mechanical t y p e s e n s o r . A p r e f e r r e d s e n s o r i s
one
which
e m p l o y s
a
m a g n e t i c
r e e d
s w i t c h . T h i s t y p e o f
s e n s o r u s e s
a
magnet mo u nted t o
one of t h e
b i c y c l e
c r a n k s a n d a s w i t c h i n g e l e m e n t mounted t o
t h e b i c y c l e
f r a m e . D u r i n g
e a c h
r e v o l u t i o n o f t h e c r a n k ,
t h e
magnet
p a s s e s b y t h e s w i t c h i n g e l e m e n t
c a u s i n g
a d i g i t a l p u l s e
t o
be
g e n e r a t e d .
The i n v e n t i o n
a l s o i n c l u d e s a wheel
s e n s o r 2 8 w h ic h i s u s e d t o s e n s e t h e
s p e e d
o f r o t a t i o n
( r e v o l u t i o n s p e r m i n u t e o r RPM) o f t h e d r i v i n g w h e e l
3 0 ( a n d t h e r e f o r e t h e
s p e e d )
o f
t h e
b i c y c l e . Wheel
s e n
s o r
2 8
m a y
be one
o f a
v a r i e t y
of commerci ally
a v a i l a b l e
t y p e s ,
such a s a m a g n e t i c , o p t i c a l , o r mechanical
t y p e
s e n s o r .
A referred sensor s
o n e
w h i c h
employs a mag
n e t i c reed switch a n d
o p e r a t e s
i n
t h e s a m e m a n n e r a s
t h e
cadence
s e n s o r .
Data
s u p p l i e d
by
w h e e l
s e n s o r 2 8 ,
c a d e n c e
s e n s o r
2 6 ,
and
g e a r
p o s i t i o n s e n s o r s
1 4 , 1 6
a r e
s u p p l i e d
t o a
d a t a
p r o c e s s i n g
u n i t 3 2
w h i c h p e r f o r m s
c o m p u t a t i o n s t o
d e t e r m i n e c a d e n c e , a l e r t s t h e
r i d e r
w h e n a g e a r
s h i f t i s
a p p r o p r i a t e ,
a n d p e r f o r m s v a r i o u s o t h e r c o n t r o l f u n c
t i o n s
t o
b e
d i s c u s s e d
i n
g r e a t e r
d e t a i l
h e r e i n a f t e r . Data
p r o c e s s i n g u n i t
3 2
a d d i t i o n a l l y r e c e i v e s i n p u t s
f r o m
h a n d l e b a r
s w i t c h e s 34
and 36 w hi c h t h e r i d e r
u s e s
dur
i n g
c a l i b r a t i o n
a n d t o i n s t r u c t t h e s y s t e m t o p e r f o r m a
g e a r
u p s h i f t
o r
a
g e a r d o w n s h i f t .
Handlebar
s w i t c h e s
34
and 3 6 a r e c o n v e n t i o n a l m a g n e t i c ,
o p t i c a l ,
o r mechani
c a l t y p e d e v i c e s . A r e f e r r e d s w i t c h i s a
m e c h a n i c a l
m o m e n t a r y - a c t i o n s w i t c h .
Data p r o c e s s i n g
u n i t
3 2
r e
c e i v e s
d a t a
from cadence s e n s o r
2 6 ,
wheel s e n s o r
2 8 ,
and h a n d l e b a r s w i t c h e s
3 4 ,
3 6 o v e r c o n n e c t i o n s
2 7 , 2 9 ,
3 5 ,
and 3 7
r e s p e c t i v e l y . These c o n n e c t i o n s
m a y
b e con
v e n t i o n a l
w i r e s ,
o p t i c a l
? b e r s , w i r e l e s s t r a n s m i t / e c e i v e
means,
o r
o t h e r m e a n s , depending
on
t h e t y p e o f s w i t c h
o r s e n s o r
u s e d . D a ta p r o c e s s i n g u n i t 32 a d d i t i o n a l l y
s e n d s
c o n t r o l s i g n a l s
t o
a c t u a t o r s 2 2 , 24
over
connec
t i o n s 2 1 ,
2 3 ,
which
c o n n e c t i o n s m a y
b e
c o n v e n t i o n a l
w i r e s ,
o p t i c a l
? b e r s ,
w i r e l e s s t r a n s m i t / r e c e i v e m e a n s ,
or other
a p p r o p r i a t e means.
The
r e t r o ? t t a b i l i t y
o f
t h e
? r s t
embodiment
o f
p r e s e n t
i n v e n t i o n
i s
enhanced b e c a u s e t h e e n t i r e
a c t u a t i o n and
g e a r p o s i t i o n s e n s i n g
m e c h a n i s m
i n c l u d i n g a c t u a to r s
2 2 ,
2 4 ,
s h i f t
a r m s
1 0 , 1 2 ,
a n d p o s i t i o n s e n s o r s
1 4 , 1 6 i s
c l a m p e d t o t h e
b i c y c l e
f r a m e a t o n l y
two p o i n t s . The
ends o f a c t u a t o r s 2 2 , 24 a r e
s e c u r e d
t o t h e
b i c y c l e s e a t
t u b e
4 0
by
c l a m p
4 2
a t
p i v o t p o i n t
4 4 . P o s i t i o n s e n s o r s
1 4 , 1 6 a r e clamped t o
t h e
d o w n t u b e 1 8
u s i n g b r a c k e t s
9 2 , 9 4 ,
a s
i l l u s t r a t e d
i n FIG. , which m a y b e clamped t o
t h e
dow n
t u b e 1 8 by u s i n g b o l t s which p a s s
t h r o u g h
h o l e s d r i l l e d i n b o s s e s 96 and n u t s t o
h o l d
t h e
b o l t s
i n
p l a c e .
Cadence s e n s o r 2 6 , wheel s e n s o r 2 8 , d a t a
p r o c e s s
i n g u n i t 3 2 , a n d h a n d l e b a r s w i t c h e s 3 4 ,
3 6
may b e e a s i l y
a t t a c h e d
t o t h e
b i c y c l e
2 0
u s i n g
c o n v e n t i o n a l
c l a m p i n g
means
t h e r e b y
p r o v i d i n g
f o r
r a p i d i n s t a l l a t i o n o f t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n o n t o
a
c o n v e n t i o n a l
b i c y c l e f r a m e .
On e
s k i l l e d
i n
t h e
a r t w i l l
a p p r e c i a t e
t h a t
t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n m a y be
r e t r o ? t t e d o n t o a
b i c y c l e
frame with
o u t d i s m a n t l i n g
o r
r e m o v i n g
a n y m a j o r
c o m p o n e n t s
o f
t h e
b i c y c l e .
5
2 0
2 5
4 5
5 0
5 5
6
A d d i t i o n a l l y , a s shown p a r t i c u l a r l y i n
FIGS. 3
a n d 4 ,
a c t u a t o r s 22 and 2 4
a r e
mounted s u b s t a n t i a l l y
p a r a l l e l
t o
s e a t
t u b e
4 0 and
n
c l o s e
p r o x i m i t y
t o e a c h
o t h e r a n d
t h e
s e a t t u b e i n o r d e r
t o
e l i m i n a t e any i n t e r f e r e n c e w i t h t h e
r i d e r ’ s l e g s d u r i n g
p e d a l i n g
a c t i o n .
A c t u a t o r s 2 2 ,
2 4
m a y b e
any
e l e c t r o - m e c h a n i c a l d e v i c e t h a t p r o d u c e s
t h e
motion
i n
s h i f t
arms
1 0
and
1 2
which i s
r e q u i r e d
t o
e f f e c t
r a p i d
a n d
p r e c i s e
g e a r
c h a n g e s .
I n a ? r s t embodiment, a c t u a t o r s
2 2 , 24
each i n c l u d e a
motor w hi c h
m a y b e , f o r
e x a m p l e , a
DC
e a r m o t o r ,
and a b a t t e r y
p a c k
which
s u p p l i e s
t h e n e c e s s a r y power
f o r
t h e
m o t o r s . A c t u a t o r s
2 2 ,
2 4 a l s o
i n c l u d e r o t a t a b l e
t u b u l a r
p o r t i o n s
4 6 , 4 8 w h i c h p o r t i o n s
r o t a t e
c l o c k w i s e
o r
counterclockwise
a s
d r i v e n
by t h e
motors housed
i n s i d e a c t u a t o r s
2 2 , 2 4 .
Two
h r e a d e d s h a f t s 5 0 , 52 e x
t e n d i n t o t h e t u b u l a r r o t a t a b l e p o r t i o n s 4 6 , 4 8 which
p o r t i o n s have
i n t e r i o r
t h r e a d s t h a t e n g a g e t h e t h r e a d e d
s h a f t s 5 0 , 5 2 . Threaded s h a f t s 5 0 , 5 2 a r e c o n n e c t e d t o
b r a c k e t s
5 4 ,
5 6 and b r a c k e t s
5 4 ,
5 6 a r e c o n n e c t e d t o
s h i f t arms
1 0 , 1 2
a t p i v o t p o i n t
5 8 , 6 0 . S h i f t arms 1 0 and
1 2
a r e con?gured t o p r o v i d e s t r e n g t h
w h i l e a t
t h e same
t i m e
e l i m i n a t i n g any
i n t e r f e r e n c e
w i t h t h e c o n v e n t i o n a l
o p e r a t i o n o f t h e c r a n k s
a n d
c h a i n r i n g s o f t h e
b i c y c l e . I n
a ? r s t embodiment, s h i f t
arms
1 0
and
1 2 a r e b e l l c r a n k s
f o r m e d
o f
t r i a n g u l a r l y
s h a p e d
p l a n a r
p i e c e s o f
a
m a t e
r i a l such a s a l u m i n u m or s t e e l .
S h i f t c o n t r o l c a b l e s 6 2 , 6 4 which c o n t r o l
t h e
p o s i t i o n
of t h e f r o n t and r e a r
d e r a i l l e u r s
( i n
t h e
c a s e
of manual
s h i f t i n g by s h i f t l e v e r s 3 5 8 mounted on
t h e b i c y c l e
d o w n t u b e o r
h a n d l e b a r s , ) p a s s between
s h i f t
arms
1 0
1 2 and
b r a c k e t s
92 and
94 a s
sho wn i n FIGS. 2 and 5
a r e
i n
c o n t a c t w i t h a c t u a t i o n p o i n t s 6 6 , 6 8 .
P o s i t i o n
s e n s o r s 1 4 , 1 6 ,
a s
p a r t i c u l a r l y i l l u s t r a t e d i n
FIG.
5 ,
a r e c o n t a i n e d
w i t h i n b r a c k e t s
9 2 , 9 4 .
S h i f t
c a
b l e s
6 2 ,
6 4
p a s s o v e r
b e v e l e d
c a b l e g u i d e s
9 8 ,
1 0 0 ,
r e
s p e c t i v e l y .
B e v e l e d
c a b l e g u i d e s 9 8 ,
1 0 0 , p o s i t i o n
s e n
s o r s 1 4 ,
1 6 , and
h i f t a r m b r a c k e t s 1 0 ,
1 2
a r e a l l c o a x i a l l y
d i s p o s e d a b o u t
p i v o t
p o i n t s 1 0 2 , 1 0 4 , r e s p e c t i v e l y .
B e v
e l e d
c a b l e
g u i d e s
9 8 , 1 0 0
a r e a t t a c h e d
t o b r a c k e t s 9 2 and
9 4 .
Arms A14
nd
A16
r e
a t t a c h e d
t o s h i f t arms
1 0 ,
1 2
and p o s i t i o n s e n s o r s 1 4 ,
1 6
s o t h a t r o t a t i o n
o f
t h e s h i f t
arms 1 0 ,
1 2 c a u s e s p o s i t i o n
s e n s o r s 1 4 , 1 6 , t o r e g i s t e r t h e
p o s i t i o n o f
t h e s h i f t arms 1 0 and 1 2 which
i n t u r n r e g i s
t e r s
t h e p o s i t i o n o f t h e r e a r and f r o n t d e r a i l l e u r s o f t h e
b i c y c l e . The
p o s i t i o n
s e n s o r s
1 4 , 1 6
m a y b e one o f a
v a r i e t y
o f
c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e o p t i c a l o r
m e c h a n i c a l
s e n s o r s
such a s e n c o d e r s .
I n a
? r s t e m bo d i m e n t of
t h e
i n v e n t i o n ,
t h e p o s i t i o n
s e n s o r s a r e p o t e n t i o m e t e r s
a n d
s h i f t
arms 1 0 ,
12
a r e connected t o t h e
wiping
a r m o f t h e
p o t e n t i o m e t e r s by a r m s A14 a n d A 1 6 . V a r y i n g r e s i s
t a n c e
of t h e p o t e n t i o m e t e r s a s
t h e
s h i f t arms 1 0 , 1 2 a r e
m o v e d
i s used t o
s e n s e r e a r
and
f r o n t
d e r a i l l e u r
p o s i
t i o n s .
The p o s i t i o n o f h i f t a r m s 1 0 , 1 2 ( a n d t h e r e s u l t i n g
p o s i t i o n o f t h e r e a r and f r o n t d e r a i l l e u r s ) a s
s e n s e d by
p o s i t i o n
s e n s o r s
1 4 ,
1 6
i s
t r a n s m i t t e d t o
d a t a p r o c e s s i n g
u n i t
32 over
c o n n e c t i o n s 1 4 B , 16B
f o r u s e i n
c o n t r o l l i n g
b i c y c l e g e a r
s h i f t i n g .
P o s i t i o n
s e n s o r s 1 4 ,
1 6
a r e
u s e d
t o
p r o v i d e c l o s e d
l o o p
c o n t r o l
o f
t h e f r o n t and r e a r
d e r a i l
l e u r p o s i t i o n s .
D u r i n g
o p e r a t i o n
o f t h e
e l e c t r o n i c
t r a n s m i s s i o n c o n
t r o l s y s t e m ,
t h e a c t u a t o r s 2 2 , 2 4 , u n d e r
c o n t r o l
o f
d a t a
p r o c e s s i n g
u n i t
3 2 ,
r o t a t e t h e t u b u l a r p o r t i o n s
4 6 ,
4 8
a s
t h e chuck
o f
a n e l e c t r i c
d r i l l i s r o t a t e d ,
f o r e x a m p l e . As
shown i n FIG. , t h i s r o t a t i o n
c a u s e s t h r e a d e d s h a f t s
5 0 ,
52 t o b e mo v e d
a l o n g
t h e d i r e c t i o n s i n d i c a t e d by a r r o w s
53A and 5 3 B . The
motion
o f t h e t h r e a d e d
s h a f t s
5 0 , 5 2
c a u s e s s h i f t arms
1 0 ,
1 2
t o
m o v e a c t u a t i o n p o i n t s
6 6 ,
6 8
i n
an a r e
along l i n e
7 2 . S h i f t c a b l e s 6 2 , 64 a r e t h e r e f o r e
-
8/15/2019 ebike patent
18/24
5 , 3 5 6 , 3 4 8
7
mo v e d between t h e i r r e s t p o s i t i o n s p a r a l l e l t o do w n
t u b e 1 8 a n d t h e p o s i t i o n i n d i c a t e d by d o t t e d l i n e s 7 4 , 7 6 .
S h i f t
c a b l e s
6 2 ,
6 4 a r e
h e l d
a g a i n s t a c t u a t i o n p o i n t s 6 6 ,
6 8 by r e t u r n s p r i n g t e ns i o n
i n
t h e f r o n t and r e a r d e r a i l
l e u r s .
R e f e r r i n g t o F I G . 1 A , t h e r e i s
shown
p a r t i a l e n d
view
t a k e n
i n
t h e d i r e c t i o n
o f
l i n e 1—1
i n
FIG.
1 . The
r e a r
s p r o c k e t s i n c l u d e s p r o c k e t s
316A-316E. R e a r d e
r a i l l e u r
3 1 8
i n c l u d e s p i v o t
j o i n t s
3 6 0 , 3 6 2 , a n d
3 3 4 . A
r e t u r n s p r i n g 3 5 0 p r o v i d e s s p r i n g t e n s i o n t h a t c o n
s t a n t l y u r g e s d e r a i l l e u r 3 1 8 t o a p o s i t i o n w h er e t h e
d e r a i l l e u r
g e a r s
352 and 354
a r e
i n l i n e w ith r e a r
s p r o c k e t
3 1 6 E . R e a r d e r a i l l e u r 3 1 8
i s
e f f e c t i v e l y
b i a s e d
t o w a r d s s e l e c t i n g g e a r 3 1 6 E .
W h e n
t u b u l a r p o r t i o n 4 6
i s
r o t a t e d s o
t h a t t h r e a d e d
s h a f t
54
s mo ved
a l o n g
t h e
d i r e c t i o n o f
arrow
5 3 B , s h i f t
a r m
1 0 moves
a c t u a t i o n p o i n t 66 i n
an
a r c a l o n g
l i n e 7 2
t o w a r d s
p o s i t i o n
7 4
o f
h i f t c a b l e 6 2 . S i n c e s h i f t
c a b l e
6 2
i s
anchored
a t one end by t h e manual
s h i f t
l e v e r s 3 5 8
on
t h e b i c y c l e , t h e movement
o f a c t u a t i o n p o i n t 6 6 p u l l s
s h i f t
c a b l e 62 i n
a
d i r e c t i o n i n d i c a t e d
by
arrow
6 2 A .
The o t h e r
e n d
o f t h e s h i f t c a b l e
6 2 p a s s e s
t h r o u g h s h i f t
c a b l e
h o u s i n g 3 5 6 and s a n c h o r e d
t o t h e r e a r d e r a i l l e u r
a t
p o i n t
3 5 8 .
T h e r e f o r e ,
a s
s h i f t c a b l e 6 2
i s
p u l l e d by
a c t u a t i o n p o i n t
6 6 i n
t h e
d i r e c t i o n o f
arrow
6 2 A , r e a r
d e r a i l l e u r 3 1 8 i s mo ved a l o n g a
d i r e c t i o n i n d i c a t e d
by
a r ro w 318A t o
s e l e c t one
of t h e r e a r
s p r o c k e t s
316A-316D. T h i s p r o c e s s
can
c o n t i n u e
u n t i l a c t u a t i o n
p o i n t 6 6 h a s mo ved s h i f t c a b l e 6 2 t o t h e
p o s i t i o n
i n d i
c a t e d
by
d a s h e d l i n e 7 4
a s
p a r t i c u l a r l y i l l u s t r a t e d i n
FIG.
2 .
I n
t h i s c a s e , r e a r d e r a i l l e u r 3 1 8 i s
a l i g n e d
w i t h
r e a r s p r o c k e t
316A.
F ro m
t h i s p o s i t i o n ,
a s t h r e a d e d
s h a f t
54
s
mo v e d
i n
a d i r e c t i o n
a l o n g
arrow
53A
by t h e
r o t a t i o n
o f
t u b u l a r p o r t i o n 4 6 , a c t u a t i o n p o i n t 6 6
i s
m o v e d a l o n g a r e 72 s o
t h a t
s h i f t c a b l e 62 mov es a l o n g
a
d i r e c t i o n i n d i c a t e d b y arrow 62B
a s
s h o w n i n
FIG.
2 .
Return s p r i n g 350 t h e r e f o r e
moves r e a r
d e r a i l l e u r
318
along
a
d i r e c t i o n
i n d i c t e d by arrow 318B
a s show n
i n
FIG. 1A
t o
m o v e
t h e
c h a i n 324 from
r e a r
s p r o c k e t
316A t o one of
t h e
other r e a r
s p r o c k e t s
316D-316E.
The e l e c t r o n i c t r a n s m i s s i o n
c o n t r o l
s y s t e m o f t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n s t o r e s t h e
c o r r e c t
p o s i t i o n s f o r t h e
r e a r d e r a i l l e u r a s
progr a m m ed
by t h e r i d e r i n d a t a
p r o
c e s s i n g u n i t
3 2 .
The
s y s t e m o n l y moves
r e a r d e r a i l l e u r
3 1 8
i n d i s c r e e t i n c r e m e n t s e q u a l t o t h e l a t e r a l s p a c i n g
between r e a r s p r o c k e t s 316A-316E. T h e r e f o r e , t h e
c h a i n d o e s n ’ t g e t hung up
between
any o f t h e r e a r
s p r o c k e t s ,
a s c a n happen
w i t h
v a r i o u s p r i o r a r t
s y s t e m s .
One
s k i l l e d
i n t h e
a r t
w i l l a d d i t i o n a l l y
a p p r e c i a t e t h a t
a l t h o u g h
t h e s h i f t i n g o p e r a t i o n s
h a v e b e e n
e x p l a i n e d
with r e s p e c t t o t h e i r
u s e
i n
c o n t r o l l i n g
t h e r e a r d e r a i l
l e u r
o f
a b i c y c l e , a
c o n v e n t i o n a l
f r o n t d e r a i l l e u r
321
a s
i l l u s t r a t e d i n FIG.
1 ,
i s c o n t r o l l e d i n t h e same
m a nner
u s i n g
a c t u a t o r 2 4 ,
r o t a t i o n p o r t i o n
4 8 , t h r e a d e d
s h a f t
5 6 ,
s h i f t arm 1 2 , and a c t u a t i o n p o i n t
6 8 ,
w h ic h a c t on s h i f t
c a b l e 6 4 .
I n
a d d i t i o n ,
t h e
f r o n t d e r a i l l e u r , l i k e
t h e r e a r
d e r a i l l e u r ,
i s
o n l y
moved n d i s c r e e t i n c r e m e n t s e q u a l t o
t h e l a t e r a l s p a c i n g b e t w e e n t h e f r o n t c h a i n r i n g s . C o n s e
q u e n t l y , a s s h i f t arms 1 0 , 12 m o v e
a l o n g
t h e a r c de? ned
1 5
2 0
2 5
3 5
45
50
5 5
by i n e
7 2 , t h e
s h i f t c a b l e s 6 2 , 6 4
c o n t r o l t h e p o s i t i o n o f
6 0
t h e r e a r and
f r o n t
d e r a i l l e u r s , r e s p e c t i v e l y , i n o r d e r t o
s e l e c t
a
p a r t i c u l a r
g e a r
r a t i o .
I n a
p r e f e r r e d
embodiment
o f t h e i n v e n t i o n , w i t h
manual m o d e
s e l e c t e d ,
h a n d l e b a r s w i t c h 34
i s
u s e d t o
i n s t r u c t t h e d a t a p r o c e s s i n g u n i t 3 2 t o u p s h i f t t o t h e
n e x t
h i g h e r
g e a r i n o r d e r
t o
d e c r e a s e
t h e
g e a r r a t i o ( a n d
d e c r e a s e t h e r i d e r ’ s c a d e n c e ) w h i l e h a n d l e b a r s w i t c h 3 6
i s
u s e d t o i n s t r u c t d a t a p r o c e s s i n g u n i t
3 2
t o
d o w n s h i f t
6 5
8
t o
t h e n e x t lower g e a r i n o r d e r
t o
i n c r e a s e t h e g e a r r a t i o
( a n d
i n c r e a s e
t h e r i d e r ’ s c a d e n c e ) .
Each
t i m e
h a n d l e b a r
s w i t c h 3 6
i s a c t i v a t e d
b y t h e r i d e r , t h e s y s t e m w i l l
d o w n s h i f t by
one
g e a r . Ea c h t i m e
h a n d l e
b a r s w i t c h
34
i s
a c t i v a t e d b y t h e r i d e r , t h e
s y s t e m w i l l
u p s h i f t b y o n e
g e a r .
D a t a
p r o c e s s i n g
u n i t
3 2
i s
c l a m p e d
t o
h a n d l e b a r
8 0
u s i n g b r a c k e t 8 4 .
As
shown
i n
F I G . 6 , d a t a p r o c e s s i n g
u n i t 3 2 h a s v a r i o u s c o n t r o l s w i t c h e s w h ic h o p e r a t e
t o
c o n t r o l t h e e l e c t r o n i c b i c y c l e t r a n s m i s s i o n c o n t r o l s y s
t e m . Data p r o c e s s i n g u n i t
3 2
c o n t a i n s a
m i c r o p r o c e s s o r ,
a
memory o r s t o r i n g
s h i f t i n g programs
a s w e l l a s u s e r
e n t e r e d d a t a , and
a n a l o g
t o d i g i t a l c o n v e r t e r s f o r
con
v e r t i n g t h e d a t a f r o m p o s i t i o n
s e n s o r s
1 4 , 1 6
i n t o a
form
t h a t c a n
b e p r o c e s s e d by t h e m i c r o p r o c e s s o r . D a t a p r o
c e s s i n g u n i t 3 2 i s a l s o
c o n n e c t e d - t o
a n d r e c e i v e s d a t a
from c a d e n c e s e n s o r 2 6 , wheel
s e n s o r
2 8 , and h a n d l e b a r
s w i t c h e s 3 4 , 3 6 . Data p r o c e s s i n g
u n i t
3 2
a l s o c o n t a i n s
a
d i s p l a y 8 2 w h i c h may b e ,
f o r e x a m p l e ,
a l i q u i d
c r y s t a l
o r
vacuum ? u o r e s c e n t
t y p e
o f d i s p l a y .
D i s p l a y
8 2
i s
u s e d
t o
p r o v i d e
a v i s u a l i n d i c a t i o n t o t h e r i d e r
o f
v a r i
o u s
p a r a m e t e r s ,
s u c h a s t h e r i d e r ’ s c a d e n c e ,
t h e c u r r e n t
g e a r
r a t i o ,
c u r r e n t b i c y c l e
s p e e d ,
e l a p s e d t i m e ,
e t c .
Mode s w i t c h 8 6 i s u s e d
t o
c y c l e d a t a p r o c e s s i n g u n i t
3 2 t h r o u g h i t s v a r i o u s
o p e r a t i o n a l modes
a s
s e l e c t e d by
t h e r i d e r . I n
a
p r e f e r r e d embodiment o f t h e
i n v e n t i o n ,
t h e
e l e c t r o n i c b i c y c l e t r a n s m i s si o n
c o n t r o l
s y s t e m h a s
f i v e
o p e r a t i o n a l m o d e s : f r o n t
c a l i b r a t i o n ,
r e a r
c a l i b r a
t i o n , m a n u a l , s e m i - a u t o m a t i c
a n d
f u l l y a u t o m a t i c . The
r i d e r
p r e s s e s
mode
s w i t c h
8 6 t o s e q u e n t i a l l y s t e p
t h r o u g h
t h e
?ve
o p e r a t i o n a l modes a n d
s e l e c t t h e p a r
t i c u l a r mode o f o p e r a t i o n t h a t
i s
d e s i r e d .
I n d i c a t o r s
8 8 ,
w h i c h may e , f o r
e x a m p l e ,
l i g h t e m i t t i n g d i o d e s , p r o
v i d e a
v i s u a l i n d i c a t i o n a s t o
w hi c h
o p e r a t i n g
m o d e
h a s
been
s e l e c t e d .
S e t s w i t c h
9 0
i s u s e d
t o e n t e r
v a r i o u s
p a r a m e t e r s i n t o
t h e
m emo r y o f
d a t a p r o c e s s i n g
u n i t 3 2 .
R e f e r e n c e
i s n o w m a d e t o
FIGS.
1 1 - 1 3
w h ic h
? g u r e s
i l l u s t r a t e
an
a l t e r n a t e
mechanical
em bo dim ent o f t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n .
T h i s a l t e r n a t e embodiment s
r e t r o ? t
t a b l e
i n
a d d i t i o n t o
b e i n g a d a p t a b l e
t o
be
i n c l u d e d
i n a
b i c y c l e d u r i n g t h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s .
I n t h e embodiment
o f t h e
i n v e n t i o n
i l l u s t r a t e d i n
FIGS. 1 1 - 1 3 , t h e p i v o t i n g
s h i f t arms
and
a c t u a t o r s
a r e
r e p l a c e d b y l i n e a r a c t u a t o r s w h i c h d i r e c t l y
c o n t r o l t h e
d e r a i l l e u r c a b l e s . A i n e a r a c t u a t o r i s p r o v i d e d
f o r
e a c h
d e r a i l l e u r t h a t
i s
t o be c o n t r o l l e d .
L i n e a r
a c t u a t o r 400
c o n t r o l s
t h e r e a r
d e r a i l l e u r
318
and l i n e a r a c t u a t o r 402
c o n t r o l s t h e
f r o n t
d e r a i l l e u r
3 2 1 .
L i n e a r
a c t u a t o r s
400
and
402
m a y
b e a t t a c h e d
t o
t h e
b i c y c l e
f r a m e
u s i n g
a
s u i t a b l e c o n v e n t i o n a l means, such a s b r a c k e t s and b o l t s
a n d n u t s
i n
t h e
m a n n e r
used
t o a t t a c h
a c t u a t o r s 22
a n d
24 t o t h e
b i c y c l e
f r a m e . L i n e a r
a c t u a t o r s
4 0 0 , 4 0 2 r e
c e i v e c o n t r o l s i g n a l s from d a t a
p r o c e s s i n g
u n i t 3 2
o v e r
c o n n e c t i o n s
2 1 , 2 3 .
L i n e a r
a c t u a t o r s
4 0 0 , 4 0 2
m a y
i n
c l u d e
a
b a t t e r y
p a c k t o s u p p l y t h e
n e c e s s a r y power
f o r
t h e a c t u a t o r m o t o r s .
When
h e
a l t e r n a t e
embodiment s
u s e d ,
s h i f t
l e v e r s 3 5 8 may b e
e l i m i n a t e d
f r o m
t h e b i c y
c l e .
L i n e a r
a c t u a t o r 4 0 0 i s
mounted i n
c l o s e
p r o x i m i t y
t o r e a r
d e r a i l l e u r
318 w h i l e
l i n e a r
a c t u a t o r 402 i s
mounted i n
‘ c l o s e
p r o x i m i t y
t o f r o n t
d e r a i l l e u r
3 2 1 .
T h u s ,
s h i f t
c a b l e s 6 2 and 64 c a n b e c o n s i d e r a b l y s h o r t
e n e d .
R e f e r e n c e i s n o w
m a d e
t o FIG. 1 3 ,
w h ic h
?gure i s a
c r o s s s e c t i o n a l o n g l i n e s 13-13 o f l i n e a r a c t u a t o r 400
w h ic h s u s e d
t o
c o n t r o l t h e p o s i t i o n o f t h e
r e a r
d e r a i l
l e u r .
However,
one s k i l l e d
i n t h e
a r t w i l l a p p r e c i a t e t h a t
t h e d e s c r i p t i o n
a n d
o p e r a t i o n
o f
l i n e a r
a c t u a t o r 4 0 2 i s
t h e s a me a s f o r l i n e a r a c t u a t o r 4 0 0 . Linear a c t u a t o r 400
-
8/15/2019 ebike patent
19/24
5 , 3 5 6 , 3 4 8
9
i n c l u d e s
a
housing
404 w h i c h
c o n t a i n s a DC
e a r
motor
406 w h ic h o p e r a t e s on t h e
same p r i n c i p l e a s t h e g e a r
motor used
i n a c t u a t o r s 2 2 , 2 4 . G e a r
motor
406
d r i v e s a
l e a d screw
408 e i t h e r clockwise
or
counterclockwise
d e p e n d i n g upon
t h e
d e s i r e d
d i r e c t i o n
o f m o t i o n f o r
r e a r
d e r a i l l e u r
3 1 8 .
Linear
a c t u a t o r
400 a l s o i n c l u d e s a c a b l e
g r i p p e r
4 1 0 .
C a b l e
g r i p p e r
4 1 0
m ay
b e
a
t u b u l a r p i e c e
w hich h a s
a t h r e a d e d
p o r t i o n 4 1 2 d i s p o s e d
on t h e i n s i d e
s u r f a c e 4 1 4 .
C a b l e
g r i p p e r 4 1 0
i s
c o n s t r u c t e d and
d i s
p o s e d
w i t h i n h o u s i n g 4 0 4 s o
t h a t
c a b l e g r i p p e r
4 1 0 d o e s
n o t r o t a t e i t s e l f , b u t t r a n s l a t e s a l o n g t h e d i r e c t i o n s
d e
? n e d
b y
d o u b l e - h e a d e d
a r r o w
4 1 6 i . e . , a l o n g t h e l e n g t h
o f
l e a d s c r e w
4 0 8 ) . C a b l e g r i p p e r 4 1 0 c o n t a i n s
a p a s s a g e
418 i n
t h e end w a l l 4 2 0 .
S h i f t
c a b l e
6 2
i s
i n s e r t e d
through p a s s a g e 418 a nd t h e n connected t o
d e r a i l l e u r
3 1 8 . S h i f t c a b l e
62 h a s a
l u g
422 d i s p o s e d
a t t h e end o f
s h i f t
c a b l e
6 2 . Lug 4 2 2 i s s i z e d t o be
l a r g e r
t h a n p a s s a ge
4 1 8 . C o n s e q u e n t l y , w h e n
g e a r
m o t o r 4 0 6 r o t a t e s l e a d
s c r e w 4 0 8 ,
c a b l e g r i p p e r
4 1 0
moves
a l o n g t h e d i r e c t i o n s
d e ? n e d by
double-headed arrow 416 i n
order t o m o v e
s h i f t
c a b l e
6 2
t h e r e b y
a d j u s t i n g t h e p o s i t i o n
o f
d e r a i l l e u r
3 1 8 .
L i n e a r a c t u a t o r
400
a l s o
c o n t a i n s
a
l i n e a r
p o t e n t i o m e
t e r 4 2 4 .
L i n e a r
p o t e n t i o m e t e r
424
h a s a
w i p e r arm
t h a t
i s connected by
means
426
t o
t h e c a b l e
g r i p p e r
4 1 0 .
T h u s , w h e n c a b l e
g r i p p e r
4 1 0 moves
a l o n g t h e
d i r e c
t i o n s de?ned
by
d o u b l e - h e a d e d arrow 4 1 6 , t h e w i p e r
a r m
o f l i n e a r p o t e n t i o m e t e r 424 i s m o v e d a s w e l l
t h e r e b y p r o v i d i n g
a
v a r y i n g
r e s i s t a n c e . T h i s
v a r y i n g
r e s i s t a n c e
p r o v i d e s
a s i g n a l t h a t i s
t r a n s m i t t e d
t o d a t a
p r o c e s s i n g u n i t
3 2
v i a
c o n n e c t i o n
14B i n o r d e r t o p r o
v i d e a
p o s i t i o n i n g s i g n a l t o
b e u s e d f o r
c l o s e d
l o o p
c o n t r o l o f t h e
p o s i t i o n
o f
d e r a i l l e u r
3 1 8 .
The embodiment o f t h e i n v e n t i o n i l l u s t r a t e d i n FIGS.
1 1 - 1 3 p r o v i d e s
s e v e r a l
a d v a n t a g e s .
F i r s t ,
t h e
a l t e r n a t e
embodiment
m a y be
mounted
i n s i d e t h e f r a m e o f
t h e
b i c y c l e t o
a v o i d a n y
p o s s i b l e c o n t a c t
w i t h t h e r i d e r .
F u r t h e r m o r e , t h i s a l t e r n a t e embodiment
o f
t h e
i n v e n
t i o n p r o v i d e s
t h e
? e x i b i l i t y o f
m o u n t i n g a l o n g a n y c o n
v e n i e n t p a r t o f
t h e
b i c y c l e
f r a m e .
I n
t h e
a l t e r n a t e
embodiment
o f t h e i n v e n t i o n , c a b l e
s t r e t c h u n d e r l o a d c a n b e m i n i m i z e d by
k e e p i n g
t h e
c a b l e l e n g t h s
s h o r t e r . The l i n e a r a c t u a t o r s 4 0 0
a n d
4 0 2
c a n be mounted c l o s e t o t h e r e s p e c t i v e d e r a i l l e u r s
w h i c h
t h e y
c o n t r o l ,
t h u s i m p r o v i n g
t h e
r e p e a t a b i l i t y
o f
d e r a i l l e u r
p o s i t i o n i n g a n d
r e d u c i n g p o s i t i o n e r r o r s
d u e
t o s t r e t c h i n g
o f r e l a t i v e l y l o n g s h i f t c a b l e s . A d d i t i o n
a l l y , t h e l i n e a r a c t u a t o r s m a y b e u s e d a s p a r t
o f
t h e s h i f t
c a b l e
h o u s i n g
s u p p o r t .
T h i s
r e d u c e s t h e
r i g i d i t y
r e q u i r e
m e n t s
o f t h e
m o u n t i n g ’
s y s t e m .
O v e r v i e w
o f
S y s t e m
O p e r a t i o n
The e l e c t r o n i c b i c y c l e t r a n s m i s s i o n c o n t r o l s y s t e m
o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
can
b e e a s i l y r e t r o ? t t e d o r i n
s t a l l e d o n t o a
v a r i e t y o f
c o n v e n t i o n a l
m u l t i - g e a r
t y p e
o f
b i c y c l e s .
I n one embodiment o f
t h e
i n v e n t i o n ,
once
t h e
s y s t e m h a s been i n s t a l l e d
on t h e
r i d e r ’ s b i c y c l e ,
t h e
r i d e r
p l a c e s
t h e
s h i f t l e v e r s
t h a t would n o r m a l l y
b e
u s e d
d u r i n g
c o n v e n t i o n a l m a n u a l
s h i f t i n g o f
t h e b i c y c l e
g e a r s a g a i n s t t h e i r r e s p e c t i v e s t o p s s o t h a t
t h e y w i l l n o t
i n t e r f e r e w i t h o p e r a t i o n o f
t h e e l e c t r o n i c t r a n s m i s s i o n
c o n t r o l s y s t e m . I n
t h e a l t e r n a t e
embodiment
o f
t h e
i n v e n t i o n , t h e p o s i t i o n
o f
t h e
s h i f t
l e v e r s
i s
u n i m p o r t a n t
b e c a u s e
t h e
m e c h a n i c a l
c a b l e c o n n e c t i o n
from
t h e s h i f t
l e v e r s t o t h e d e r a i l l e u r s i s e l i m i n a t e d .
The
a l t e r n a t e
embodiment o f
t h e
i n v e n t i o n
i s
r e t r o ? t t a b l e , b u t
l e n d s
i t s e l f
t o i n s t a l l a t i o n d u r i n g t h e m a n u f a c t u r i n g
p r o c e s s
o f
a b i c y c l e a s w e l l . When h e b i c y c l e i s
a s s e m b l e d
a t t h e
f a c t o r y , f o r
e x a m p l e , t h e s h i f t
l e v e r s a n d c o n t r o l c a b l e s
5
3 0
4 0
4 5
5 0
6 5
1 0
c a n
be
o m i t t e d , and t h e
l i n e a r
a c t u a t o r v e r s i o n o f t h e
i n v e n t i o n s u b s t i t u t e d t h e r e f o r .
I n
e i t h e r
e m b o d i m e n t
o f
t h e
i n v e n t i o n ,
t h e
p r o c e s s i n g
s t e p s p e r f o r m e d by t h e
s y s t e m a n d
t h e
u s e
o f t h e
s y s t e m
by t h e r i d e r i s t h e s a m e .
The
r i d e r
p e r f o r m s
a c a l i b r a t i o n
o f t h e t r a n s m i s s i o n c o n t r o l s y s t e m
i n w hich
t h e d a t a
p r o c e s s i n g
u n i t
3 2
s t o r e s
t h e
p o s i t i o n s
o f t h e
s h i f t
a r m s
1 0 , 1 2 a n d t h e
p a r t i c u l a r
g e a r r a t i o a s s o c i a t e d w i t h e a c h
s t o r e d p o s i t i o n . T h e r e a f t er , t h e r i d e r m ay c h o o s e f r o m
m a n u a l ,
s e m i - a u t o m a t i c ,
o r
f u l l y
a u t o m a t i c modes o f
o p e r a t i o n . I n t h e m a n u a l mode o f
o p e r a t i o n ,
s h i f t i n g
w i l l b e
l e f t u p s o l e l y t o t h e d i s c r e t i o n
o f t h e
r i d e r . The
r i d e r c a n c h o o s e a n u p s h i f t
by a c t i v a t i n g t h e
r i g h t
h a n
d l e b a r s w i t c h o r
a
d o w n s h i f t by a c t i v a t i n g
t h e l e f t
han
d l e b a r s w i t c h .
I n
t h e s e m i - a u t o m a t i c mode, t h e s y s t e m
c a l c u l a t e s t h e r i d e r ’ s t h e o r e t i c a l cadence
f o r t h e c u r r e n t
g e a r
r a t i o
a n d b i c y c l e s p e e d
a n d
i n f o r m s t h e r i d e r , by
a u d i b l e
o r
v i s u a l s i g n a l s ,
t h a t
h i s
o r
h e r c a d e n c e i s o u t
s i d e t h e
preprogrammed l i m i t s .
The r i d e r s t i l l
h a s
d i s
c r e t i o n t o choose
w h e t h e r
or n o t t o
s h i f t
t h e g e a r s v i a
t h e h a n d l e b a r s w i t c h e s , a s i n
t h e
manual
m o d e
of opera
t i o n .
I n t h e f u l l y a u t o m a t i c mode o f o p e r a t i o n , t h e
s y s t e m
c o n t i n u o u s l y
c a l c u l a t e s t h e
r i d e r ’ s
t h e o r e t i c a l c a d e n c e
f o r t h e c u r r e n t
g e a r
r a t i o and b i c y c l e s p e e d .
The s y s t e m
then determines w h e t h e r or
not t h i s
c a l c u l a t e d cadence
i s
w i t h i n t h e
l i m i t s
c h o s e n by
t h e
r i d e r . I f t h e c a l c u l a t e d
c a d e n c e i s t o o l o w , t h e s y s t e m
i n f o r m s
t h e r i d e r ,
by
a u d i b l e o r
v i s u a l
s i g n a l , t h e n a u t o m a t i c a l l y s h i f t s g e a r s
t o t h e
n e x t
l o w e r
g e a r
( d e c r e a s i n g t h e
g e a r r a t i o )
i n
o r d e r t o
i n c r e a s e t h e
r i d e r ’ s
c a d e n c e . C o n v e r s e l y , i f t h e
c a l c u l a t e d c a d e n c e i s t o o
h i g h , t h e
s y s t e m i n f o r m s
t h e
r i d e r , b y a u d i b l e o r
v i s u a l
s i g n a l ,
t h e n
a u t o m a t i c a l l y
s h i f t s g e a r s
t o
t h e n e x t h i g h e s t g e a r
( i n c r e a s i n g
t h e g e a r
r a t i o )
i n
o r d e r
t o d e c r e a s e t h e
r i d e r ’ s
c a d e n c e . I n a l l
o p e r a t i n g
m o d e s ,
s h i f t i n g w i l l n o t
o c c u r i f
t h e r i d e r i s
n o t p e d a l i n g . T h i s w i l l p r e v e n t d e r a i l l e u r
d a m a g e .
T h u s ,
f o r a l l
g e a r
r a t i o s a n d b i c y c l e s p e e d s , t h e s y s t e m
m a i n t a i n s t h e
r i d e r ’ s c a d e n c e w i t h i n
p r e s e t
l i m i t s
t h e r e b y
i n c r e a s i n g o v e r a l l r i d e r
e f ? c i e n c y a n d s a f e t y
a n d
r e l i e v i n g t h e r i d e r
o f t h e n e e d t o
m a n u a l l y
s h i f t
g e a r s .
DETAILED DESCRIPTION OFTHE CONTROL
PROGRAM
R e f e r e n c e i s n o w
m a d e t o
FIG. 7 , w hi c h ?gure i l l u s
t r a t e s
t h e p r o c e s s i n g
s t ep s c a r r i e d o u t by
t h e
s y s t e m
d u r i n g t h e f r o n t d e r a i l l e u r c a l i b r a t i o n mode. I n t h i s
mode,
t h e r i d e r
s t o r e s
t h e c o r r e c t p o s i t i o n s
o f
t h e f r o n t
d e r a i l l e u r f o r e a c h g e a r p o s i t i o n i n t h e d a t a p r o c e s s i n g
u n i t ’ s memory. I n s t e p
1 1 0 , t h e s y s t e m
s t a r t s and
p r o
c e e d s t o s t e p
1 1 2 i n
w h i c h a check
s m a d e
t o determine
whether o r n o t
t h e f r o n t d e r a i l l e u r c a l i b r a t i o n m o d e
h a s
been
s e l e c t e d .
I f
t h e
answer
s no
i n s t e p 1 1 2 ,
t h e
s y s t e m
c o n t i n u e s i n
s t e p 1 1 2
u n t i l t h e f r o n t d e r a i l l e u r c a l i b r a
t i o n m o d e s a c t i v a t e d
o r
some
o t h e r
m o d e
of p e r a t i o n
i s
s e l e c t e d by t h e r i d e r . I f , on t h e o t h e r h a n d , t h e answer
i s
y e s i n s t e p 1 1 2 i n d i c a t i n g t h a t t h e r i d e r h a s s e l e c t e d
t h e
f r o n t
d e r a i l l e u r c a l i b r a t i o n mode, t h e s y s t e m
p r o
c e e d s
t o s t e p 1 1 4 .
I n s t e p 1 1 4 , t h e s y s t e m c h e c k s t o d e t e r m i n e whether
or
n o t
t h e
l e f t
h a n d l e b a r s w i t c h
36
h a s
been
a c t i v a t e d .
I f
t h e answer i s no
i n
s t e p
1 1 4 ,
i n d i c a t i n g
t h a t
t h e
l e f t
h a n d l e b a r s w i t c h i s n o t a c t i v a t e d ,
t h e
s y s t e m p r o c e e d s
t o s t e p 1 1 5 . On
h e
o t h e r h a n d , i f t h e answer
i s y e s i n
s t e p 1 1 4 , t h e s y s t e m p r o c e e d s t o s t e p 1 1 4 A .
I n
s t e p
1 1 4 A , t h e s y s t e m a c t i v a t e s
a c t u a t o r
2 4
t o a d j u s t
t h e
p o s i t i o n o f
s h i f t
a r m
1 2
o r
a c t u a t o r 402
t o a d j u s t
t h e
-
8/15/2019 ebike patent
20/24
5 , 3 5 6 , 3 4 8
1 1
p o s i t i o n
o f c a b l e g r i p p e r 4 1 0 which c o n s e q u e n t l y r e
s u l t s i n
a n
a d j u s t m e n t
t o
t h e
p o s i t i o n o f
t h e
f r o n t d e r a i l
l e u r . I n
s t e p 1 1 4 A ,
t u b u l a r p o r t i o n 4 8 o r l e a d s c r e w 4 0 8
r o t a t e s c l o c k w i s e ,
a s l o n g a s t h e
r i d e r
i s a c t i v a t i n g
s w i t c h
3 6 ,
s o t h a t t h e f r o n t d e r a i l l e u r mov es
t o
t h e
l e f t .
From s t e p 1 1 4 A , t h e s y s t e m p r o c e e d s
t o
s t e p 1 1 5 .
I n
s t e p
1 1 5 ,
t h e
s y s t e m c h e c k s
t o
d e t e r m i n e
whether
o r n o t
t h e
r i g h t
h a n d l e b a r s w i t c h
34
h a s
been a c t i v a t e d .
I f
t h e
a n s w e r i s
no
i n s t e p 1 1 5 , i n d i c a t i n g t h a t
t h e r i g h t
h a n d l e b a r s w i t c h
i s
n o t
a c t i v a t e d ,
t h e s y s t e m p r o c e e d s
t o s t e p
1 1 6 . On
t h e
o t h e r h a n d , i f t h e
answer
i s y e s
i n
s t e p
1 1 5 ,
t h e
s y s t em p r o c e e d s t o s t e p 1 1 5 A . I n s t e p
115A, t h e s y s t e m a c t i v a t e s a c t u a t o r 24 t o
a d j u s t
t h e
p o s i t i o n o f
s h i f t a r m 1 2
o r a c t u a t o r 402
t o
a d j u s t
t h e
p o s i t i o n o f
c a b l e
g r i p p e r 4 1 0 . I n
s t e p
1 1 5 A , t u b u l a r
p o r t i o n 48
o r
l e a d screw
408
r o t a t e s
c o u n t e r c l o c k w i s e ,
a s l o n g
a s
t h e r i d e r i s a c t i v a t i n g s w i t c h 3 4 , s o t h a t t h e
f r o n t d e r a i l l e u r
moves
t o
t h e
r i g h t . From s t e p 1 1 5 A , t h e
s y s t e m p r o c e e d s
t o s t e p 1 1 6 .
I n
s t e p 1 1 6 ,
a
check s
m a d e
t o d e t e r m i n e whether t h e
s e t
s w i t c h
h a s
been
a c t i v a t e d .
I f
t h e
answer
s
no
i n
s t e p
1 1 6 , t h e
s y s t e m p r o c e e d s
t o s t e p 1 2 0 .
I f ,
on t h e o t h e r
h a n d , t h e
a n s w e r
i n
s t e p
1 1 6 i s y e s , i n d i c a t i n g t h a t t h e
u s e r
h a s a c t i v a t e d t h e
s e t
s w i t c h , t h e
s y s t e m p r o c e e d s
t o
s t e p
1 1 8 .
I n s t e p
1 1 8 ,
t h e s y s t e m r e a d s t h e p o s i t i o n o f t h e s h i f t
arms
1 2 and 1 0
from p o s i t i o n s e n s o r s
1 6 and 1 4 o r t h e
p o s i t i o n
o f
t h e
c a b l e
g r i p p e r s 4 1 0 f r o m l i n e a r p o s i t i o n
s e n s o r s 4 2 4 ,
t h e c u r r e n t c a d e n c e , a n d t h e c u r r e n t s p e e d ,
and s t o r e s t h i s i n f o r m a t i o n i n t h e
m e m o r y
o f d a t a p r o
c e s s i n g u n i t
3 2 .
From s t e p 1 1 8 ,
t h e s y s t e m p r o c e e d s t o
s t e p 1 2 0 .
I n
s t e p 1 2 0 , t h e s y s t e m c h e c k s w h e t h e r t h e
mode
s w i t c h
h a s
b e e n
a c t i v a t e d . I f t h e answer i s no i n s t e p
1 2 0 , t h e s y s t e m l o o p s b a c k t o s t e p 1 1 4 a n d p r o c e s s i n g
c o n t i n u e s a s a l r e a d y p r e v i o u s l y
d e s c r i b e d . The s y s t e m
r e m a i n s i n t h e f r o n t d e r a i l l e u r c a l i b r a t i o n
mo de
n t i l
t h e
u s e r
s e l e c t s
a n o t h e r
mod e
by p r e s s i n g
t h e
mo de
s w i t c h
8 6 . On t h e
o t h e r
h a n d , i f
t h e
answer i n s t e p 1 2 0
i s
y e s ,
i n d i c a t i n g t h a t a n o t h e r
mode
h a s b e e n s e l e c t e d , t h e
s y s t e m
p r o c e e d s
t o
s t e p
1 2 2
and t o t h e
n e x t
mod e
i n
t h e
s e q u e n c e .
R e f e r e n c e
i s n o w
m a d e
t o FIG. 8 , w h ic h
?gure
l l u s
t r a t e s
t h e p r o c e s s i n g s t e p s c a r r i e d o u t b y t h e s y s t e m
d u r i n g t h e r e a r
d e r a i l l e u r c a l i b r a t i o n
mode. I n
t h i s
mode, t h e
r i d e r s t o r e s t h e
c o r r e c t
p o s i t i o n s o f t h e r e a r
d e r a i l l e u r f o r e a c h g e a r
p o s i t i o n
i n t h e
d a t a p r o c e s s i n g
u n i t ’ s
memory.
I n
s t e p
1 3 0 ,
t h e
s y s t e m
s t a r t s
and
p r o
c e e d s
t o s t e p
1 3 2 i n w h i c h a check s m a d e t o d e t e r m i n e
w h e t h e r
or
n o t
t h e r e a r
d e r a i l l e u r c a l i b r a t i o n
mode
as
been s e l e c t e d .
I f
t h e
answer
s
no
i n
s t e p 1 3 2 ,
t h e
system
c o n t i n u e s i n s t e p 1 3 2 u n t i l t h e r e a r d e r a i l l e u r
c a l i b r a t i o n
m o d e i s
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