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好活当赏:Haven Mercer 的纯机械全自动变速概念

在过去的几十年里,自行车传动系统经历了多次性能进化,最终形成了如今非常可靠、易于使用的形态,覆盖了全部价格区间的产品。此外,我们已经看到了正负齿的广泛采用,可以提高链条与盘片的结合力,同时后拨上的导板张力离合也在为链条运行的稳定性提供帮助(当然也有助于保持链条运转中的静音),当然还有1x系统与超宽齿比飞轮,特别是在有了超大爬坡飞之后,可能真的就可以像我老父亲说的那样“骑上房顶“了。

然后,出现了无线化、电子化,以及近期为eMTB引入的自动变速和滑行变速功能。这两年,我们看到了在机动车领域存在多年的变速箱技术出现在自行车领域,具体是变速机构和eBike电机设置在同一个密封的模块中,一个模块即可完成所有驱动工作。

虽然所有这些事情都令人欣喜,但也可以说,它们在某种程度上是循规蹈矩地向上发展。在传动系统方面,我们很少看到完全“离大谱“的东西。因此,在过去的几天里,随着Haven Mercer关于“自行车自动变速器系统”专利的公布,激起了笔者我的无限兴致。

▲这玩意,UCI能让用吗?

在图中我们可以看到一个无级变速系统,也就是说传动比会在最大值和最小值之间自由变化,没有固定的档位,实际上也相当于是无限挡位。而且,这套变速系统不仅是全自动的,而且是完全机械化的。之后,我们从发明者本人那里得到了更多细节。

我们非常高兴地看到,Mercer的无级变速系统并不是纸上谈兵。事实上,他已经制造了一套可以正常工作的、并且可以骑行的原型车。

而且,他把这套系统带到了山地自行车上。实际上他的目标是继续开发这套系统,并且使其足以适应越野骑行,而且他预计如果这套系统能够应对山地自行车的需求,那么它肯定也可以轻松应对公路自行车等其他方面的需求。这个想法十分合理。

这套系统如何工作的?

该系统的核心是牙盘片(目前暂时还没有更好来形容的词)和后飞轮片具有自动膨胀和收缩的能力,以适应不同的扭矩输入。两者都由许多围绕旋转中心分布的导轮组成,每个导轮都支撑在连杆上,连杆的位置由弹簧和在任何给定力矩中施加的扭矩决定。

在牙盘片上,这个结构会默认为将导轮完全伸展,这样当踏板上没有负载时,它们都处于离旋转中心最远的位置。在这种情况下,牙盘片的等效齿数处在范围内的最大值。

在我继续介绍分析之前,必须要强调的是,每个导轮都被安装在单向轴承上。在牙盘片上,导轮可以顺时针旋转,不能逆时针旋转。

因此,当扭矩施加到踏板上并且链条开始被牵引时,牙盘结构中最近的一片导轮与链条结合,成为了等效的扭矩传感机构。施加的扭矩越大,弹簧被压缩的力就越大,随之而来的是,等效牙盘片齿数变小。

实际上,当感应扭矩的导轮支臂连杆被压缩时,所有其他导轮连杆都会被同步压缩。导轮从而能够顺时针旋转,这使得它们能够和链条完成结合,这样,随着相邻导轮之间距离的减小,链条不会简单粗暴地被错位弹出。当扭矩降低然后有效盘片齿数变大时也是如此。

整套机械结构在后飞轮上的原理则完全相反。在后轮上,弹簧和连杆系统被设置为使等效的飞轮齿数偏向尽可能小的尺寸,此时各导轮之间间距最小。

因此,在空载状态下,整套变速系统始终处在齿比最大的挡位。踩在踏板上会迫使飞轮片等效齿数增加,牙盘片等效齿数减小,从而使变速朝着相对容易踩踏的档位变化。随着骑行中动量的增加,车手踩踏的扭矩输入减小,飞轮机构收缩,牙盘机构扩张。这样,整套变速系统就可以根据车手的踩踏需求自动进行变速。

整套系统不需要配置链条张紧器吗?

我突然想到,从理论上讲,可以在不使用任何链条张紧器的情况下运行该系统。不难看出,随着牙盘处链条长度需求的增加,飞轮处的链条长度需求也会随之降低。虽然情况如此,这并不等同于自带了链条张紧功能。

这种无级变速器的发明者Haven Mercer解释说,这套变速实际上不仅仅需要一个链条张紧器,而是两个。这是因为两端膨胀和收缩的速度不同,这可能会在上下链线上造成不必要的链条张力放松。上侧的张紧器还兼作一种导链器,考虑到链条在被送入牙盘片时上下跳动的剧烈程度,确实还是很有必要的。

这种传统自行车变速系统的替代方案适合哪类用户?

正如我所提到的,发明者Haven Mercer打算将这种变速系统开发到足以用于山地自行车、高难度爬坡等用途的地步。但目前的原型车还是存在着种种问题的,主要是弹簧太软,因此在踩踏负载下太容易压缩。正因为如此,他说它目前“有点黏糊”。

当然大家懂的都懂,完美兼容的弹簧刚度肯定不存在,或者至少对于每个车手或每种地形来说都不会相同。所以说,Haven还计划对其进行进一步设计,以便终端用户可以轻松更换弹簧。

另一个问题是单向轴承的耐久性,更不用说在有这么多可动零件的情况下,可能产生的更多的耐久性问题。

如果不上路实测,就很难衡量它在任何工况下的效果究竟如何。然而,我们必须得承认这项发明确实免除了换挡这一步骤,只需要车手进行踩踏,不必考虑当前的挡位或者理想的挡位,整套传动系统可以完美适配扭矩输入。

这确实可以提高安全性,尤其是在交通环境复杂的情况下。而且,特别是对于那些基本不怎么骑车的人,他们对自行车的操控逻辑不是很精通。这样的人在骑行中需要考虑的操作越少,他们就越能腾出精力关注道路情况和周围的其他道路使用者。

责任编辑:Ting

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  • zqsyyyz 2023-12-12 12:46

    之前买过一个autoshift后拨,也是自动机械变速,只能用在旋飞上,根据踏频变速,实际体验其实挺不好,自动变速无法控制,摇车得时候还在变速会影响平衡。而且这么多螺丝,万一有点问题就来异响,到时候有哪个车店愿意帮忙排查的。

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  • kingfar 2023-12-06 16:55

    很是赛博朋克~

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  • 麻辣车手李二狗 2023-12-06 14:16

    看着就很高大上,防身不错

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  • pfan117 2023-12-06 12:14

    周围小花齿轮是能抱死的吗?不能抱死的话岂不是一直空转?

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  • 刘子光 2023-12-06 11:19

    我是一个骑行爱好者,随身携带个牙盘说得过去吧?

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  • 小朙… 2023-12-06 11:07

    肯尼迪直呼内行

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  • 年年骑 2023-12-06 10:48

    不错脑洞大开无级变速赞一个,很适合养生休闲骑

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  • 那只猫 2023-12-05 20:27

    传动效率呢???这个可以说是自行车竞技的关键啊

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  • 赤赤華 2023-12-05 18:45

    其实是没啥意义的发明,连自行车都要搞无级变速,生活还有啥乐趣,直接开汽车算了,都不用学骑车

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  • ADHDmania 2023-12-05 17:54

    机械之美!很有意思的思路~

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