Follow ur Heart随心所动

吕湘连　刘诗宇　郝琦　杨帆

摘 要：当前，户外骑行已成为人们追求健康生活的一种潮流。然而，目前市面上非常普遍的变速自行车均是以手拨盘变速的形式存在。手动变速器在拥有很好稳定性的同时，也带来了一定的不便，而且其操作具有一定的门槛，在一定程度上局限了使用人群。因此我们希望通过“Follow ur Heart随心所动”这款创新作品带来变速自行车的一次革命。

关键词：自动变速；骑行；变速器；自行车

1 作品详细介绍

Follow ur Heart随心所动是一款能够实现自动变速功能的自行车变速器，它利用微传感器监测当前车速以及骑行者的脚踏频率信息，通过内置的微处理器进行信号分析，根据一定的策略控制变速器进行变档，实现自动变速功能。另外，它具有三种骑行模式，使不同骑行者可根据路况及自身体力状况进行模式选择。并且，它兼容了手动变档功能，使用户具有更好的骑行体验。

这款作品改变了传统自行车的变速模式，增强了骑行的体验性和舒适度，给骑行者带来了方便与乐趣。它可实现自动变速、模式选择以及手自动档位切换功能。模式选择及手自动状态切换是通过车把上装置的四个按键实现，并且当前的车速、档位、模式等信息在车架上装置的LED显示屏实时显示。下面介绍三个主要功能。

1.1 自动变速功能

该作品的核心功能是实现了自动变速，用户无需拨动传统的手拨盘即能实现变速。该变速器实时监测当前的速度和踏频，并根据不同需求进行自动变速，使骑行过程中链条与齿轮始终处于最合适的配合之中，减小了骑行者的体力消耗，同时增加了骑行乐趣。

1.2 模式选择功能

考虑到不同骑行者运动能力和体力情况的差异，我们设定了三种骑行模式：运动、普通、休闲模式，以供用户选择。三种模式对应着不同的变速策略以及变档触发条件，用户可根据不同的路况和自身的体力状况进行选择，以应对不同的骑行状况。

1.3 手自动状态切换功能

该作品可进行自动变速与手动变速状态的切换，在手动变速状态下，变速器不再根据速度与踏频信息进行自动变档，用户可利用车把手上装置的升档、减档两个按键进行变档操作。手自动切换功能使得该作品兼容了传统变速器的手动变档操作，在一定程度上保障了骑行过程的安全，而且也使用户在保留习惯操作的同时增加了骑行的体验性和乐趣。作品实物如图1～3所示。

图1 作品外观

图2 LED显示屏 图3 实物测试

2 工作原理

本作品由信息采集处理模块、外部控制及显示模块、单片机、机械部分、供电模块组成。单片机控制系统组成图如图4所示

2.1 信息采集模块

（1）开关型霍尔元器件：与磁铁配相合，磁铁每经过元器件磁性接收面即产生一个脉冲信号。

（2）LM393、3144 霍尔传感器芯片：将霍尔元器件输出端产生的脉冲信号转化为方波信号，并计数测量出自行车行驶速度和骑行者脚踏频率。

图4 单片机控制系统组成图

2.2 外部控制及显示模块

（1）复位及自锁按键：三个复位按键分别对应模式选择、升档、减档操作，一个自锁按键控制手自动状态切换，自锁按键的两个状态分别对应着手动和自动状态。

（2）开关按键：控制供电电源的开关。

（3）LED液晶屏：显示当前状态、模式、档位及实时速度。

2.3 单片机

控制盒内装置有一块52单片机，用于对霍尔传感器产生的信号进行计数测速，根据内部设定好的变速策略进行变速条件的实时监测，并控制伺服电机工作。

2.4 机械部分

（1）车架及骑行架：车架为该款自动变速器提供工作载体，并且利用骑行架进行实际骑行过程的模拟。

（2）支架：由铝材制成，用于伺服电机的安装固定作用。

（3）伺服电机：固定在支架上，用于拉动变速器拉杆实现自动变速。

（4）变速器：传统变速器简单改装而成。

2.5 供电模块

采用7.4 V锂电池接UBEC伺服电机供电，电池接到稳压模块可输出5 V直流电给单片机、传感器及液晶屏供电。

3 作品创新点

（1）改变了传统变速自行车手动的变速方式，突破性地实现了自动变速功能，使用户使用起来更加方便易于上手，扩大了变速车的目标人群范围。

（2）自动变速的核心理念是在行车过程中使链条与齿轮始终维持在最适的配合之中，在一定程度上保证了行车安全。而且自动变速也有助于骑行者节省体力，给骑行者带来了更好的体验以及非凡的乐趣。

（3）该作品并未对变速器做较大改变，而是改装了原有的变速器拉杆，这样使得成本大大降低，对于现有变速自行车的改装也较为简易，用户可随时安装拆卸。

（4）模块化的设计使得该变速器能与各种自行车相匹配，既可对现有车进行改装，也可在自行车出厂时就进行配置，大大增加了其应用范围。

4 市场前景

当前变速自行车市场非常火爆，然而自动变速车却一直并未出现，这款作品的出现势必会广泛引起人们的关注及兴趣，同时也弥补了自行车市场的一大空白。

该款作品的适用人群广泛，既可作用于骑行爱好者，对他们来说，该作品改变了他们的骑行模式，不仅节省了精力和体力，也有了全新的骑行体验；也可用于老人、小孩等不熟练变速操作的人群，该作品降低了变速车的使用门槛，使更多原来不会购买变速车的人成为自动变速车的用户；另外，对于年轻人来说，渴望尝试新鲜事物是年轻人的特点，这款作品势必能极大地引起他们的兴趣，也能让他们爱上骑行这项运动。

图5 比赛现场团队风采照

未来科技发展的趋势将是人工智能、物联网技术等方向，其核心理念就是让事物变得智能化，而我们这款作品的理念就是让自行车变速过程智能化，这款代表着未来的概念型自动变速自行车将会开拓全新的市场，迎来全新的世界。