专利名称：自行车用变速控制装置的制作方法
专利说明自行车用变速控制装置 本发明涉及变速控制装置，特别是对具有多个变速级能利用驱动机构进行换高档与换低档的自行车用变速装置进行变速控制所用的自行车用变速控制装置。安装着具有多个变速级的变速装置的自行车是人们所知的。变速装置有外装变速机构与内装变速机构。外装变速机构具有例如安装在后轮上的具有多个链轮的小传动轮与将链条改挂在链轮中之一上的拨链器；内装变速机构具有内装在后轮上的内装变速轮毂。此等变速装置通过变速缆绳与安装在车把等上面的变速杆连接。对于安装有这种变速装置的自行车来说，通过对变速杆的手动操作，能根据行驶状态选择最佳的变速级。
但是，变速杆多配置于车把的制动杆附近，在减速时，有必要同时进行制动杆的操作与变速杆的操作，变速操作难以进行。因此，开发出根据自行车的行驶状态(例如车速与曲柄转速)自动进行变速级的变换的变速控制装置。直到现在，自行车的车速是利用舌簧接点开关检测安装在自行车车轮上的磁铁每1转1个脉冲，根据其检测脉冲的间隔与车轮直径求出。然后，关于变速控制装置，要根据自行车的变速级，设定换高档速度界限值与换低档速度界限值2个速度界限值。在此，换高档界限值是设定成稍高于比其一级高速侧的变速级的换低档界限值的值。然后，所检测的速度超过换高档速度界限值时，进行换高档，换高档后，比换低档速度界限值下降时，进行换低档控制。象这样，对于1个变速级，在换高档与换低档时，根据不同的速度界限值进行变速时机的控制，借此能防止变速频繁发生的振颤现象。
对于前述现有的构成来说，在以车轮每1转1次程度较少的频度检测车速的情况下，在换高档与换低档不同的速度下进行变速时机的控制，因而容易防止振颤。但是，譬如在车轮上沿着回转方向设置多个磁铁。使车轮每1转的车速检测频度增加时，无用的变速有可能被频繁地进行。具体地讲，譬如在上坡时，曲柄转速存在不均匀时，在极短时间内车速变动到换高档界限值附近，与骑车人的意愿相反地进行换高档，紧随其后往往进行换低档。象这样的连续的变速动作发生时，为了维持其速度，要频繁地变化必要的踏板踏力，使骑车人的脚踏不灵活，有可能使自行车的行驶不稳定。本发明的课题在于提供一种自行车用变速控制装置，即使频繁地检测车速等行驶状态，也能抑制与骑车人的意愿相反的换高档。
方案1的自行车用变速控制装置，是对具有多个变速级能利用驱动机构进行换高档与换低档的自行车用变速装置进行变速控制所用的装置，具备行驶状态检测机构、界限值设定机构与第1控制机构。行驶状态检测机构是检测自行车的行驶状态所用的机构。界限值设定机构是设定与多个变速级相适应的行驶状态的换高档界限值与换低档界限值的机构。第1控制机构是控制驱动机构的机构，在行驶状态的检测结果超过与当时的变速级相适应的换高档界限值后，在到达第1规定时间经过时，至少判断一次行驶状态的检测结果是否未超过换高档界限值，在行驶状态超过换高档界限值的情况下，向高速侧的变速级进行变速地控制驱动机构。
关于该变速控制装置，将来自行驶状态检测机构的检测结果与每一变速级的换高档界限值和换低档界限值进行比较。并且，行驶状态的检测结果超过与当时的变速级相适应的换高档界限值时，在到达第1规定时间经过时，至少判断一次行驶状态的检测结果是否超过换高档界限值，在判断出行驶状态超过换高档界限值时，向高速侧的变速级进行变速地控制驱动机构。在此，所检测出的行驶状态超过换高档界限值时，不是立即进行换高档，而是在第1规定时间经过之内，判断为一次也不超过换高档界限值时，不进行换高档地维持其变速级。并且，只是当行驶状态在第1规定时间之内超过换高档界限值时，向高速侧的变速级进行换高档地控制驱动机构。因此，即使频繁地检测行驶状态，也难以频繁地进行变为沉重方向的变速动作，能抑制与骑车人的意愿相反的换高档。
方案2的自行车用变速控制装置，是在方案1所述的装置上，还具备控制驱动机构的第2控制机构，是在行驶状态的检测结果成为与当时的变速级相适应的换低档界限值时，立即变速到低速侧的变速级地控制驱动机构。在这种情况下，行驶状态的检测结果成为当时的变速级的换低档界限值时，立即变速到低速侧的变速级地控制驱动机构。因此，由于成为由需要大的踏力的变速级迅速向以小的踏力即可完成的变速级进行变速，对于骑车人的负担减小。特别是在能频繁检测行驶状态的情况下，换低档的响应提高，骑车人的负担更加减小。
方案3的自行车用变速控制装置，是在方案1或2所述的装置上，第1控制机构在比第1规定时间短的第2规定时间经过时判断行驶状态的检测结果是否超过换高档界限值。在这种情况下，在第2规定时间经过后只判断一次是否超过换低档界限值，能使变速控制简化，能谋求降低成本。
方案4的自行车用变速控制装置，是在方案1～3中之任一所述的装置上，行驶状态检测机构具有车速检测机构，作为行驶状态，检测自行车的车速。在这种情况下，由于检测车速以进行变速控制，能进行与车速相适应的变速控制。
方案5的自行车用变速控制装置，是在方案4所述的装置上，车速检测机构是通过与自行车的车轮连动地进行回转的交流发电机所发出的脉冲检测车速。在这种情况下，没有另外设置检测车轮回转所用的传感器与检测子即能检测车速。而且，能获得与发电机的极数相适应的车速信号，因而车轮的每一转能获得多个车速信号，能进行精度良好的变速控制。另外，即使能获得多个车速信号，也难以进行无用的变速控制。
方案6的自行车用变速控制装置，是在方案1～3中之任一所述的装置上，行驶状态检测机构具有曲柄回转检测机构，作为行驶状态，检测前述自行车的曲柄的回转。在这种情况下，能变速控制以保持曲柄转速成为一定，因而骑车人能以一定幅度的曲柄转速效率良好地蹬脚踏板。
方案7的自行车用变速控制装置，是在方案1～6中之任一所述的装置上，驱动机构设置在自行车用变速装置上，是利用电力进行动作的电动零件；第1与第2控制机构是对驱动机构进行电控。在这种情况下，驱动机构是电动机与电磁阀等利用电力进行动作的电动零件，因而能简单地电控。
图1是采用本发明的一实施形态的自行车的侧视图。
图2是其车把部分的立体图。
图3是表示控制系统的构成的方框图。
图4是表示界限值的一例的图。
图5是变速控制处理的主程序的程序方框图。
图6是自动变速1处理的程序方框图。
图7是手动变速处理的程序方框图。
图8是表示变速动作时的车速与变速级的关系的曲线图。
图9是另一实施形态的与图1相当的图。
图10是另一实施形态的与图4相当的图。
图11是另一实施形态的与图6相当的程序方框图。[构成]在图1中，是采用本发明的一实施形态的自行车是轻便车，具备具有双框形架体2与前叉3的车架1，车把部4，驱动部5，装有发电轮毂12的前轮6，装有4级变速的内装变速轮毂10的后轮7，前后的制动装置8(只图示前用)，在手边操作内装变速轮毂10所用的变速操作部9。
在车架1上安装有包括鞍座11与车把部4的各部。
车把部4具有固定在前叉3的上部的把立14与固定在把立14上的把横15。在把横15的两端装有构成制动装置8的制动杆16与把手17。在右侧的制动杆16上装有变速操作部9。
变速操作部9如图2所示，具有与右侧(前轮用)制动杆16一体形成的操作盘20，在操作盘20的下部左右并排配置的2个操作按钮21、22，配置在操作按钮21、22上方的操作标示盘23，配置在操作标示盘23左方的液晶显示部24。在操作盘20的内部收存有控制变速操作所用的变速控制部25(图3)。
操作按钮21、22是三角形状的按钮。左侧的操作按钮21是由低速级向高速级进行变速所用的按钮，右侧的操作按钮22是由高速级向低速级进行变速所用的按钮。操作标示盘23是变换3种变速方式与停车方式(P)所用的标示盘，具有4个停止位置P、A1、A2、M。在此，变速方式是自动变速1(A1)方式、自动变速2(A2)方式与手动变速(M)方式，自动变速1与2方式是根据发电轮毂12发出的车速信号使内装变速轮毂10自动变速的方式，自动变速1(A1)方式主要是在平地上进行自动变速时所使用的变速方式；自动变速2(A2)方式主要是在坡道上进行自动变速时所使用的变速方式。因此，自动变速2(A2)方式是设定成比自动变速1(A1)方式换高档的变速时机早，换低档的变速时机迟。手动变速方式是通过操作按钮21、22的操作使内装变速轮毂10进行变速的方式。停车方式是将内装变速轮毂10锁定，限定后轮7的回转的方式。在液晶显示部24上，显示当时的行驶速度的同时，显示变速时所操作的变速级。
变速控制部25具备由CPU、RAM、ROM、I/O接口构成的微型计算机。如图3所示，与变速控制部25连接有发电轮毂12，检测内装变速轮毂10的动作位置的例如由电位计构成的动作位置传感器26，操作标示盘23与操作按钮21、22。与变速控制部25还连接有由电池构成的电源27、电动机驱动器28、液晶显示部24、存储部30及其他的输入输出部。
发电轮毂12例如是28极的交流发电机，发生与车速相适应的交流信号。变速控制部25根据该发电轮毂12发出的交流信号检测车速S。因此，车速S能在前轮6的1转中检测28次，比使用磁铁与舌簧接点开关的车速检测方法能更加细微地检测车速。因此，能更加实时地进行变速控制。
驱动内装变速轮毂10的变速电动机29与电动机驱动器28连接。存储部30例如是以EEPROM等可能改写的非易失存储器构成，其中存储着在停车方式中使用的密码与速度检测时使用的轮胎直径等各种数据。另外，存储着自动变速1(A1)方式与自动变速2(A2)方式时的速度与各变速级的关系(参照图4)。变速控制部25按照各方式控制电动机29，同时显示控制液晶显示部24。
在图4中分别表示自动变速(A1)与自动变速(A2)时的各自的速度界限值的一例。
在图4中，在自动变速1(A1)方式时，换高档界限值例如是13km/h(1-2速)、16km/h(2-3速)、19km/h(3-4速)。换低档界限值例如是12km/h(2-1速)、14km/h(3-2速)、17km/h(4-3速)。在自动变速2(A2)方式时，换高档界限值例如是11km/h(1-2速)、14km/h(2-3速)、17km/h(3-2速)。换低档界限值例如是10km/h(2-1速)、12km/h(3-4速)、15km/h(4-3速)。
驱动部5具有设置在架体2下部(吊架部)的传动曲柄18、挂在传动曲柄18上的链条19与内装变速轮毂10。内装变速轮毂10是具有4个变速级与锁定位置的4级变速轮毂，利用变速电动机29能变换4个变速位置与锁定位置合计5个位置。在该锁定位置能限制内装轮毂10的回转。变速与锁定操作，是通过利用变速操作部9的操作标示盘23进行的方式选择与利用操作按钮21、22进行的变速操作使电动机29动作来完成。
图5～图7是表示变速控制部25的控制动作的程序方框图。
电源-接通，在步骤S1即进行初始设定。在此，速度计算用的周长数据例如置位成直径26英寸，变速级置位成2速(V2)，还将各种标志复位。
在步骤S2，判断操作标示盘23是否置位成停车(P)方式。在步骤S3，判断操作标示盘23是否置位成自动变速1(A1)方式。在步骤S4判断操作标示盘23是否置位成自动变速2(A2)方式。在步骤S5，判断操作标示盘23是否置位成手动变速(M)方式。在步骤S6，判断是否选择了轮胎直径输入等其他的处理。
在将操作标示盘23转到P位置，置位成停车(P)方式的情况下，由步骤S2转移到步7。在步骤S7，进行停车(P)处理。在将操作标示盘转到A1位置，置位成自动变速1方式的情况下，由步骤S3转移到步骤S8。在步骤S8，进行图6所示的自动变速1(A1)处理。在将操作标示盘23转到A2位置，置位成自动变速2方式的情况下，由步骤S4转移到步骤S9。在步骤S9，进行与自动变速1处理同样的自动变速2(A2)处理。在将操作标示盘23转到M位置，置位成手动变速方式的情况下，由步骤S5转移到步骤S10。在步骤S10，进行图7所示的手动变速(M)处理。在选择其他处理的情况下，由步骤S6转移到步骤S11，进行所选择的处理。
在步骤S7的停车(P)处理中，按照操作按钮21、22的操作实行将解除内装变速轮毂10的锁定状态所用的密码进行登记的密码登记处理与为了解除锁定状态所进行的密码输入以及进行核对的密码输入处理等处理。
在步骤S8的自动变速1处理中，将动作位置VP置位成与车速S相适应的变速级。然后，在离开其变速级的情况下，1级1级地向接近的方向进行变速。在此，在图6的步骤S21，取入动作位置传感器26的动作位置VP。在步骤S22，根据发电轮毂12发出的速度信号取入自行车当时的车速S。在步骤S23，判断取入的当时的车速S是否超过图4所示的与动作位置传感器26的动作位置VP相适应的换高档界限值U(VP)。在步骤S24，判断取入的当时的车速S是否低于与动作位置传感器26的动作位置VP相适应的换低档界限值D(VP)。
在当时的车速S超过图4所示的与当时的变速级相适应的换高档界限值U(VP)的情况下，由步骤S23转移步骤S25。例如变速级为2速时(VP＝2)，车速S比16km/h快速时，该判断为“Yes”。在步骤S25，判断从在步骤S23的判断结果起是否经过规定时间T1。在未经过规定时间T1的情况下，转移到步骤S26，再次读入车速S。在步骤S27，判断再次取入的当时的车速S是否超过当时的变速级的换高档界限值U(VP)。在车速S未超过换高档界限值U(VP)的情况下，不进行任何处理地转移到步骤S24。在车速S超过换高档界限值U(VP)的情况下，回到步骤S25，再次判断从在步骤S23的判断结果起是否经过规定时间T1。
判断为经过了规定时间T1时，由步骤S25转移到步骤S28。在步骤S28，判断变速级是否4速。4速时，超过它的换高档是不可能的，因而仍然是不作任何处理地转移到步骤S24。但是，4速时的换高档界限值255通常是不能考虑的速度，因而通常该程序不通。在不满4速时转移到步骤S29，为将变速级换高档1级，将动作位置VP提高1级后转移到步24。由此，变速电动机29动作，内装变速轮毂10换高档1级。
在当时的车速S低于图4所示的与当时的变速级相适应的换低档界限值D(VP)的情况下，由步骤S24转移到步骤S30。例如变速级为2速时(VP＝2)，车速S比12km/h慢速时，该判断为“Yes”。在步骤S30，判断变速级是否为1速。1速时不作任何处理地转移到主程序。在2速以上时，转移到步骤S31，为将变速级换低档1级而将动作位置VP下调1级后转移到主程序。因此，变速电动机29动作，内装变速轮毂10换低档1级。
再者，在步骤S9的自动变速2(A2)处理与自动变速1(A1)处理只是界限值不同，处理内容是相同的，因而说明从略。
在步骤S10的手动变速处理，通过操作按钮21、22的操作，1级1级地进行变速。在图7的步骤S41，将动作位置传感器26的动作位置VP取入。在步骤S42，判断操作按钮21是否被操作。在步骤S43，判断操作按钮22是否被操作。操作按钮21被操作时，由步骤S42转移到步骤S44。在步骤S44，根据当时的动作位置VP判断是否4速。在当时的变速级不是4速的情况下转移到步骤S45。将动作位置VP向高速级侧只移动1级而换高档1级。在当时的变速级为4速的情况下，跳越该处理。
在操作按钮22被操作时，由步骤S43转移到步骤S46。在步骤S46，根据当时的动作位置VP判断是否1速。在当时的变速级不是1速的情况下，转移到步骤S47，将动作位置向低速级侧只移动1级而换低档1级。在当时的变速级为1速的情况下，跳越该处理。
图8表示在自动变速处理中对现有例与本实施例的变速动作进行比较所得的曲线图。在图8中，分别以纵轴为速度，横向为时间。对于自动变速1处理来说，如图8(a)所示，例如变速级为1速时，超过换高档界限值U(1)(例如13km/h)时，其后在步骤S27判断在规定时间T1是否超过换高档界限值U(1)。在图8(a)的情况下，在以阴影线表示的范围内，车速S未超过换高档界限值U(1)，因而在图6的步骤S27的判断为“No”，这时由1速向2速的换高档被取消，不进行换高档。
然后，在车速S再次超过换高档界限值U(1)的情况下，其后规定时间T1内再次取入车速S，在其间未超过换高档界限值(U1)时，在步骤S27的判断完成为“Yes”，在经过规定时间T1后，在步骤S29进行由1速向2速的换高档。
另一方面，在现有的情况下，如图8(b)所示，超过换高档界限值U(1)时，向2速换高档，并在成为2速的换低档界限值D(2)(例如12km/h)时，再次换低档到1速。然后，再超过1速的换低档界限值U(1)时，换高档到2速，象这样进行违反骑车人的意愿的频繁的换高档。
象这样，在本发明的变速控制中，在换高档时，在规定时间T1的经过中，判断是否超过换高档界限值U(VP)，以决定是否进行换高档，因而即使频繁地取入车速信号，也能防止违反骑车人意愿的换高档。因此，能实现顺利地变速动作，减少变速动作的不调和感。
另外，即使超过换高档界限值也不立即进行换高档，因而加速度愈变大，实际上，换高档的速度愈变快，换高档界限值与加速度相适应地进行变化。
另外，在换低档时，根据换低档界限值(VP)检测出的车速S低时，立即控制变速电动机29以便变速到低速侧的变速级。因此，向变得轻松的变速方向的变速动作在比适应于当时的变速级的换低档界限值下降时立即进行，因而对于骑车人的负担减小。特别是在能利用发电轮毂29频繁地检测行驶状态的情况下，换低档的响应提高，骑车人的负担更加减小。(a)在前述实施形态中，作为变速装置，在例中说明了内装变速轮毂，但作为变速装置，在以多个链轮与拨链器构成的外装变速机构的控制上也能应用本发明。
(b)在前述实施形态中，在例中说明了由变速电动机驱动的变速装置，但在以电磁阀与电气、油压·空压缸等其他致动器驱动的变速装置的控制上也能应用本发明。
(c)在前述实施形态中，作为行驶状态是使用车速，但也可使用曲柄的转速，在这种情况下，如图9所示，在自行车的传动曲柄18上装有磁铁等检测子113，在自行车的车架2上装有检测检测子113的回转的例如由舌簧接点开关构成的回转检测器112，检测曲柄转速即可。这时，也可将检测子113沿周向隔以间隔地设置多个。另外，如图10所示，根据变速级将曲柄转速的上限与下限作为界限值进行设定即可。在图10中在各变速级设定相同的值，但也可使各自不同。并且，与图6所示的动作同样地，在自动变速方式时，当成为换高档界限值以下的曲柄转速时，在规定时间T1内判断是否比其降低，在上升即使一次的情况下(即轻踏脚踏板的情况下)，取消换高档，在降低的情况下(即踏脚踏板变沉重的情况下)进行换高档，象这样地进行控制即可。
(d)在前述实施例中，在规定时间T1中检测出行驶状态，但在比规定时间T1短的规定时间T2(T2＜T1)后检测出行驶状态，并根据其检测结果决定是否进行换高档也可。在这种情况下，如图11所示，在步骤S51、步骤S52与步骤S21、步骤S22同样地取入变速级VP与车速S，在当时的车速S比图4所示的与当时的变速级相适应的换高档界限值U(VP)上升的情况下，由步骤S53转移到步骤S55。例如，变速级为2速时(VP＝2)，车速S比16km/h变快时，该判断为“Yes”。在步骤S55，等待规定时间T2的经过。一旦经过规定时间T2，转移到步骤S56，再次判断车速S是否超过当时的换高档界限值U(VP)。在车速S比换高档界限值U(VP)下降的情况下，不作任何处理地转移到步骤S54。在车速S超过换高档界限值U(VP)的情况下，转移到步骤S57，判断变速级是否4速。4速时，仍不作任何处理地转移到步骤S54。在不满4速时，转移到步骤S58，等待从在步骤S53的判断后规定时间T1的经过。规定时间T1经过时，转移到步骤S59，为将变速级换高档1级，将动作位置VP升高1级后，转移到步骤S54。由此，变速电动机29动作，内装变速轮毂10换高档1级。
在当时的车速S比图4所示的与当时的变速级相适应的换低档界限值D(VP)下降的情况下，与前述实施形态同样地进行步骤S60、步骤S61的处理。
(e)在前述实施形态中，换高档界限值在规定时间T1之内即使1次未超过换高档界限值时，不进行换高档，但也可在最后的检测结果未超过换低档界限值时不进行换高档，也可在其平均值未超过换高档界限值时不进行换高档。
按照本发明，在所检测出的行驶状态超过换高档界限值时，并不是立即进行换高档，而是在第1规定时间经过之内即使一次判断为未超过换高档界限值时，不进行换高档地维持其变速级。并且，只是行驶状态在第1规定时间之内超过换高档界限值时，控制驱动机构，以便换高档到高速侧的变速级。因此，即使频繁地检测行驶状态，向变得沉重方向的变速动作也变得难以频繁地进行，能抑制与骑车人的意愿相反的换高档。
权利要求
1.一种自行车用变速装置，是对具有多个变速级能利用驱动机构进行换高档与换低档的自行车用变速装置进行变速控制所用的自行车用变速控制装置，具备检测前述自行车的行驶状态所用的行驶状态检测机构；设定与前述多个变速级相适应的前述行驶状态的换高档界限值与换低档界限值的界限值设定机构，在前述行驶状态的检测结果超过与当时的变速级相适应的前述换高档界限值后，在到达第1规定时间经过时，至少判断一次行驶状态的检测结果是否超过换高档界限值，在前述行驶状态超过前述换高档界限值的情况下，变速到高速侧的变速级地控制前述驱动机构的第1控制机构。
2.按权利要求1所述的自行车用变速控制装置，其特征在于还具备控制前述驱动机构的第2控制机构，是在前述行驶状态的检测结果超过与前述当时的变速级相适应的换低档界限值时，立即变速到低速侧的变速级地控制前述驱动机构。
3.按权利要求1或2所述的自行车用变速控制装置，其特征在于前述第1控制机构在比前述第1规定时间短的第2规定时间经过时，判断前述行驶状态的检测结果是否超过前述换高档界限值。
4.按权利要求1～3中之任一所述的自行车用变速控制装置，其特征在于前述行驶状态检测机构具有车速检测机构，作为前述行驶状态，检测前述自行车的车速。
5.按权利要求4所述的自行车用变速控制装置，其特征在于前述车速检测机构是通过与前述自行车的车轮连动地回转的交流发电机发出的脉冲检测前述车速。
6.按权利要求1～3中之任一所述的自行车用变速控制装置，其特征在于前述行驶状态检测机构具有曲柄回转检测机构，作为前述行驶状态，检测前述自行车的曲柄的回转。
7.按权利要求1～6中之任一所述的自行车用变速控制装置，其特征在于前述驱动机构设置于前述自行车用变速装置上，是利用电力进行动作的电动部件，前述第1与第2控制机构对前述驱动机构进行电控。
全文摘要
提供一种自行车用变速控制装置，该装置即使频繁地检测车速等行驶状态，也能抑制违反骑车人意愿的换高档。变速控制部是用于对内装变速轮毂进行变速控制，该内装变速轮毂具有多个变速级，能利用变速电动机进行换高档与换低档，在检测出的车速S成为与当时的变速级相适应的换高档界限值U(VP)时，在规定时间T1经过中判断行驶状态的检测结果是否超过换高档界限值U(VP)，当在规定时间T1中行驶状态超过换高档界限值U(VP)时，使变速到高速侧的变速级而控制变速电动机。
文档编号F16H61/28GK1412458SQ0214682
公开日2003年4月23日 申请日期2002年10月14日 优先权日2001年10月15日
发明者藤井和浩 申请人:株式会社岛野