配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法与流程

本发明是与自行车的无段变速技术有关，特别是指一种配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法。

背景技术：

公知的行星齿轮组，主要由太阳齿轮、内齿圈以及行星齿轮支架组所组合而成，而由这三者中选择输入件、输出件以及固定件，以确定其运作及驱动方式。然而，若是将行星齿轮系统中用来做为固定件的组件也改成为输入件时，就可以由控制两个输入件的速度差来达到无段变速的效果。若是前述架构应用在自行车上时，就可以用来做为无段变速的变速机构了。

WO 2011/069722 A1号专利公开了行星齿轮组应用于自行车上做为无段变速的技术。在该案中，其内齿圈与太阳齿轮都是输入件而行星齿轮支架组做为输出件。这样的架构，虽然可以由控制内齿圈与太阳齿轮之间的速差来达到无段变速的效果，然而，该案的机械驱动力(mechanical driving power)乃是基于踩踏力量来对应产生，这样的方式在机械驱动力量大于骑乘者的踩踏力量时，骑乘者的踩踏动作会遭遇到驱动力量的反推，进而造成骑乘者的踩踏动作被反向牵引或是有踩不动的状况，骑乘者会因此而感觉到不适。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法，其可在使用行星齿轮组来达到无段变速的功效下，依据车速来改变变速比，因此不会有机械驱动力大于踩踏力量的问题，进而解决了公知技术中机械驱动力量可能大于踩踏力量而造成踩踏动作被反向牵引或踩不动的问题。

为实现上述目的，本发明提供的配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法，包含有下列步骤：

A)准备：使一自行车的踏力源由一第一单向器连接于一行星齿轮组的内齿圈或太阳齿轮二者其中之一；使一马达连接于该行星齿轮组的太阳齿轮或内齿圈二者其中的另一来驱转；使该自行车的负载连接于该行星齿轮组的行星齿轮支架组；定义变速比H为行星齿轮支架组转速Wc/太阳齿轮转速Ws的比值，以及定义变速比E为行星齿轮支架组转速Wc/内齿圈转速Wr的比值；使一微电脑电性连接于该马达以控制其转速，该微电脑具有一第一计算式有关于由车速V计算出该当变速比Hs或Es，以及具有一第二计算式有关于由前述的该当变速比Hs或Es计算出该马达所驱转的组件的该当转速值W；于该自行车上设置一车速传感器电性连接于该微电脑；

B)该微电脑由该车速传感器感测该自行车的目前车速，依该第一计算式计算而得到一该当变速比Hs或Es；

C)该微电脑由前述步骤B)计算所得的该当变速比Hs或Es，依该第二计算式计算而得到该马达所驱转组件的一该当转速值W；

D)该微电脑由前述步骤C)计算所得的该马达所驱转组件的该当转速值W来控制该马达依对应的转速运作；以及

E)在一预定时间间隔后，回到步骤B)。

由此，可在使用行星齿轮组来达到无段变速的功效下，依据车速来改变变速比，进而不会导致马达的驱动力大于踩踏力量的问题。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例的流程图。

图2是本发明第一较佳实施例的图块示意图。

图3是本发明第一较佳实施例的结构示意图。

图4是本发明第一较佳实施例的电路方块图。

图5是本发明第一较佳实施例的第一计算式的曲线图。

图6是本发明第二较佳实施例的结构示意图。

图7是本发明第三较佳实施例的结构示意图。

图8是本发明第四较佳实施例的结构示意图。

附图中符号说明

11行星齿轮组，12太阳齿轮，14内齿圈，16行星齿轮支架组，21马达，25微电脑，26车速传感器，91踏力源，92第一单向器，94第二单向器，L负载；

12’太阳齿轮，14’内齿圈，21’马达，91’踏力源，92’第一单向器，94’第二单向器，97’前齿盘；

12”太阳齿轮，14”内齿圈，21”马达，91”踏力源，92”第一单向器，94”第二单向器；

12”’太阳齿轮，14”’内齿圈，21”’马达，91”’踏力源，92”’第一单向器，94”’第二单向器，97”’前齿盘。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术特点所在，举以下的较佳实施例并配合附图说明如后，其中：

如图1至图5所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法，主要具有下列步骤：

A)准备：使一自行车的踏力源91由一第一单向器92连接于一行星齿轮组11的太阳齿轮12或内齿圈14二者其中之一；使一马达21连接于该行星齿轮组11的太阳齿轮12或内齿圈14二者其中的另一来驱转；使该自行车的负载L连接于该行星齿轮组11的行星齿轮支架组16；定义变速比H为行星齿轮支架组转速Wc/太阳齿轮转速Ws的比值，以及定义变速比E为行星齿轮支架组转速Wc/内齿圈转速Wr的比值；使一微电脑25电性连接于该马达21以控制其转速，该微电脑25具有一第一计算式有关于由车速V计算出该当变速比Hs或Es，以及具有一第二计算式有关于由前述的该当变速比Hs或Es计算出该马达21所驱转的组件的该当转速值W；于该自行车上设置一车速传感器26电性连接于该微电脑25。

B)该微电脑25是由该车速传感器26感测该自行车的目前车速，依该第一计算式计算而得到一该当变速比Hs或Es。

C)该微电脑25由前述步骤B)计算所得的该当变速比Hs或Es，依该第二计算式计算而得到该马达21所驱转组件的一该当转速值W。

D)该微电脑25由前述步骤C)计算所得的该马达21所驱转组件的该当转速值W来控制该马达21依对应的转速运作。

E)在一预定时间间隔后，回到步骤B)。该预定时间间隔可视自行车实际车况来决定，于本第一实施例中，该预定时间间隔可为0.2～1.0秒之间，而以0.4秒为例。预定时间间隔短于0.2秒时，会有过于密集的状况，对使用者实际操作上的感觉而言，并无多大差异，而在长于1.0秒的状况下，则容易让用户感到系统反应迟钝，对于操作上的感受不佳。

在前述的步骤A)中，第一计算式在本第一实施例中以下式为例：

H或E＝0.00004V³-0.003V²+0.148V+0.947......第一计算式

其中，H或E为变速比，V为车速。

前述的第一计算式，是由目前车速V来计算出目前的该当变速比Hs或Es。而此第一计算式的车速与变速比的对应关系显示于图5。

此外，于本第一实施例中，前述的步骤A)中的该踏力源91为该自行车的后齿盘，而由该第一单向器92连接该内齿圈14，该马达21连接于该太阳齿轮12，该太阳齿轮12即为该马达21所驱转的组件，且该太阳齿轮12更由一第二单向器94设置于该自行车的后轮轮轴。该马达21为设置于后轮的马达，该自行车的负载L即为该后轮轮毂。因此由该第一计算式所计算得到的结果变速比即为行星齿轮支架组转速Wc/太阳齿轮转速Ws的比值，亦即，为该当变速比Hs。而该第二计算式在本第一实施例中以下式为例：

$W=(1+K-\frac{K}{H})\×\left(\frac{V}{\mathrm{\λ}}\right)$..................................第二计算式

其中，W为该太阳齿轮12的该当转速值，K为内齿圈齿数/太阳齿轮齿数的比值，λ为后轮转速转换为车速的比例倍数，H为行星齿轮支架组转速Wc/太阳齿轮转速Ws的比值。

前述的第二计算式，是依据由第一计算式所算出的该当变速比Hs为基础，进一步计算出该马达21所驱转组件(本第一实施例中为该太阳齿轮12)的该当转速值W。

此外，前述的第一单向器92主要可提供当该踏力源91在反向驱动时，不会反向带动该内齿圈14一起反向转动。又，前述的第二单向器94则可提供该马达21在驱转该太阳齿轮12的过程中，不会因为该后轮轮毂(即负载L)而造成该马达21的反转的效果。

此外，本第一实施例中的第一计算式，并不以上述例子为限制，该第一计算式亦可为线性方程式或二次方程式，依实际厂商所设定的需求来选择计算式。

由上述步骤，可不断的依据目前车速的变化来改变变速比H，而且，仅依据目前车速的变化来改变变速比。如此一来，本发明的变速比就不会因为骑乘者的踩踏速度与踩踏力的变化来改变，因此不会有机械驱动力大于踩踏力量的问题，进而解决了公知技术中机械驱动力量可能大于踩踏力量而造成踩踏动作被反向牵引或踩不动的问题。

请再参阅图6，本发明第二较佳实施例所提供的一种配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法，主要概同于前述第一实施例，不同之处在于：

在步骤A)中，该踏力源91’为该自行车的曲柄轴，而由该第一单向器92’连接于该内齿圈14’，该马达21’连接于该太阳齿轮12’，该太阳齿轮12’即为该马达21’所驱转的组件。且该太阳齿轮12’更由一第二单向器94’设置于该自行车的曲柄轴。该马达21’为中置马达，亦即设置于自行车曲柄轴的马达，该自行车的负载L即为该自行车的前齿盘97’。而由该第一计算式所计算得到的结果变速比同样的会是行星齿轮支架组转速Wc/太阳齿轮转速Ws的比值，亦即，为该当变速比Hs。而该第二计算式在本第二实施例中以下式为例：

$W=(1+K-\frac{K}{H})\×\left(\frac{V}{\mathrm{B\λ}}\right)$..................................第二计算式

其中，W为该太阳齿轮12’的该当转速值，K为内齿圈齿数/太阳齿轮齿数的比值，λ为后轮转速转换为车速的比例倍数，H为行星齿轮支架组转速Wc/太阳齿轮转速Ws的比值，B为后轮转速/行星齿轮支架组转速的比值。

前述的第二计算式，是依据由第一计算式所算出的该当变速比Hs为基础，进一步计算出该马达21’所驱转组件(本第二实施例中为该太阳齿轮12’)的该当转速值W。

前述的该第二单向器94’，同样可提供该马达21’在驱转该太阳齿轮12’过程中，不会因为该前齿盘97’(即负载L)而造成该马达21’相对于该曲柄轴反转的效果。

由此可知，本第二实施例说明了本发明的技术亦可应用在配置中置马 达的自行车上，并不限定于后置马达(即马达设置于后轮)的实施状态。

本第二实施例的其余步骤及所能达成的功效均类同于前述第一实施例，容不再予赘述。

请再参阅图7，本发明第三较佳实施例所提供的一种配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法，主要概同于前述第一实施例，不同之处在于：

在步骤A)中，该踏力源91”为该自行车的后齿盘，而由该第一单向器92”连接该太阳齿轮12”，该马达21”连接于该内齿圈14”，该内齿圈14”即为该马达21”所驱转的组件。且该内齿圈14”更由一第二单向器94”设置于该自行车的后轮轮轴。而由该第一计算式所计算得到的结果变速比乃是行星齿轮支架组转速Wc/内齿圈转速Wr的比值，亦即，为该当变速比Es。而该第二计算式在本第三实施例中以下式为例：

$W=(1+K-\frac{1}{E})\×\left(\frac{V}{\mathrm{\λ}}\right)/K$..................................第二计算式

其中，W为该内齿圈14”的该当转速值，K为内齿圈齿数/太阳齿轮齿数的比值，λ为后轮转速转换为车速的比例倍数，E为行星齿轮支架组转速Wc/内齿圈转速Wr的比值。

前述的第二计算式，是依据由第一计算式所算出的该当变速比Es为基础，进一步计算出该马达21”所驱转组件(本第三实施例中为该内齿圈14”)的该当转速值W。

由此可知，本第三实施例说明了本发明的技术亦可应用在马达驱动内齿圈的技术上，并不限定于驱动太阳齿轮的实施状态。

本第三实施例的其余步骤及所能达成的功效均类同于前述第一实施例，容不再予赘述。

请再参阅图8，本发明第四较佳实施例所提供的一种配合行星齿轮组的自行车的无段变速控制方法，主要概同于前述第一实施例，不同之处在于：

前述的步骤A)中的该踏力源91”’为该自行车的曲柄轴，而由该第一单向器92”’连接该太阳齿轮12”’，该马达21”’连接于该内齿圈14”’，该内齿圈14”’即为该马达21”’所驱转的组件。且该内齿圈14”’更由一第二单向器94”’设置于该自行车的曲柄轴。且该马达21”’为中置马达，该自行车的负 载L即为该自行车的前齿盘97”’。而由该第一计算式所计算得到的结果变速比乃是行星齿轮支架组转速Wc/内齿圈转速Wr的比值，亦即，为该当变速比Es。而该第二计算式在本第四实施例中以下式为例：

$W=(1+K-\frac{1}{E})\×\left(\frac{V}{\mathrm{B\λ}}\right)/K$..................................第二计算式

其中，W为该内齿圈14的该当转速值，K为内齿圈齿数/太阳齿轮齿数的比值，λ为后轮转速转换为车速的比例倍数，E为行星齿轮支架组转速Wc/内齿圈转速Wr的比值，B为后轮转速/行星齿轮支架组转速的比值。

前述的第二计算式，是依据由第一计算式所算出的该当变速比Es为基础，进一步计算出该马达21”’所驱转组件(本第四实施例中为该内齿圈14”’)的该当转速值W。

由此可知，本第四实施例说明了本发明的技术亦可应用在配置中置马达的自行车上，并不限定于后置马达(即马达设置于后轮)的实施状态，而且，也可应用在马达驱动内齿圈的技术上，并不限定于驱动太阳齿轮的实施状态。

本第四实施例的其余步骤及所能达成的功效均类同于前述第一实施例，容不再予赘述。