专利名称：自行车的变速方法
技术领域：
本发明涉及自行车的变速方法，具体涉及在减速时实时地进行恰当变速的方法。
对自行车本身也是希望它能自动变速的，而自动变速则是根据电信号由计算机控制，用于自行车变速控制中的电信号则有车身的加速度、速度以及曲轴的转矩等。
速度的检测方法已可从众多的文献中得知。美国专利4,071,892号公开的速度检测方法是，通过安装于自行车轮辐上的相对轮轴与车轮同步停止或转动的可动侧传感器以及固定于车身上的固定侧传感器，检测出车轮的周期时间，由此检测出车速。
根据如上检测出的速度进行自动变速的方法，也公开于众多的文献中，例如有美国专利4,071,892号和日本专利公开特开平8-113182号等。利用电力进行变速时可不限于自动变速，还可根据骑车者的自由意志进行。但是，即使是变速时刻能根据自由意志确定，也还希望今后能对应实时速度自动地进行上升方向的变速和下降方向的变速。
当可以根据自由意志决定变速时，则希望能迅速地作出最适当的变速，例如希望能进行最佳档位的变速操作。自然，特别希望能在变速机构的驱动系统易于操作的减速时进行这种变速。但这样的变速方法并不被人们知道。从费用、维修与轻量化等方面考虑，传感器的个数则应尽可能地少。
本发明便是在上述技术背景下提出而用于达到下述目的的。
本发明的第一个目的在于提供能最快进行变速的自行车变速方法。
本发明的第二个目的在于提供能最快最恰当地进行变速的自行车变速方法。
本发明的第三个目的在于提供能由较少的位置传感器，实时地立即作出最快的恰当变速的自行车变速方法。
本发明的第四个目的在于提供能由较少的位置传感器最快地变速到最佳档位的自行车变速方法。
本发明的第五个目的在于提供能由较少的位置传感器，根据当时的虚拟速度进行变速的自行变速方法。
本发明的第六个目的在于提供能由较少的位置传感器检测出减速的程度以提高虚拟速度的精度而作出恰当变速的自行车变速方法。
本发明的第七个目的在于提供能在变速意向确定之后即时进行恰当变速的自行车变速方法。
本发明的第八个目的在于提供能在减速时实现上述目的，并在目前条件下进行有效变速的自行车变速方法。
为了达到以上种种目的，采取了下述方法。本发明的自行车的变速方法，是根据车轮过去的周期时间数据即周期时间序列与速度数据即速度函数序列，通过计算推定现下自行车的虚拟时间与虚拟速度。这种推定，是由过去确定的最新的周期时间或速度推断出的。从过去最新的1个周期时间推定未来的周期时间，同时计算出此周期中的虚拟速度。在从周期时间数据中选出一批周期时间用作过去的最新周期时间时，就可提高所推定的时间与速度的精度。
在曲轴上不存在转矩时，即减速时，能够有效地进行变速。为此，存在有虚拟速度小的情形。
从最新周期结束时起经过了该周期2倍以上的时间后，当没有输出周期结束的信号时，CPU即可判断虚拟速度为零而中止变速作业。
已知的时间序列和实际的速度序列VR的数学形式可以表达为VR＝V(T)，……Tn，TN)，其中的{Tj，……Tn，TN}为周期时间序列。j的值越小，计算出的虚拟速度的精度也越高。
周期时间T可由与车轮转动同步运动的可动侧传感器和固定于本身上的固定侧传感器来测定。根据过去的周期时间Tn(n为自然数)可如前所述算出未来的周期时间TN(N等于上述n的最大值加上1)。
根据连续3次以上最新的过去周期时间序列TS(s为n与n-1……)可算出未来的周期时间。在未来周期时间TN内的任意时间便可进行前述的变速。于是，不必等待下一个周期结束就能进行恰当的变速。这样，不仅是档位的升降，即使是最适合的档位的确定也能由虚拟速度求得。
不仅限于在变速意志确定后立即进行变速的情形，还能进行经常性的变速。这时的变速可以在最新的周期结束之后立即进行。不论是自动的或手动的情形，都能进行最快的变速。
本发明具有如下效果根据本发明的自行车的变速方法，可以由较少的可动侧的传感器来实时地即刻进行最恰当的变速。
附面简单说明如下
图1是正视图，示出本发明的变速方法的实施形式I。
图2是电路图。
图3是以图解形式示出的周期时间函数序列与速度函数序列。
附图中各标号的意义如下5为可动侧传感器，6为固定侧传感器；Tn为周期时间；TN最新周期时间，TS虚拟时间；VR为虚拟速度。
下面说明本发明的自行车变速的方法的实施形式。图1是示出采用本发明的自行车变速方法的实施形式1的正视图。自行车由车架1、支承车架1的前轮2与后轮3、车把架4等组成。前轮2或后轮3的轮辐2A上安装着可动侧传感器5。
可动侧传感器5由铁心与磁铁等组成。固定传感器6固定于车架1上。可动侧传感器5所设位置，使其在与车轮成整体地转动一圈的过程中，能最接近固定侧传感器5。因此，固定侧传感器6可在可动侧传感器5转过一周时输出一次电脉冲。
车架1上设有外装式变速机构7。变速机构7由后轮轴变速机构7A与曲轴侧变速机构7B构成。变速机构7是众所周知包括拨链器的通用机构。
车架1上安装着用于驱动后轮轴侧变速机构7A的变速驱动机构8A以及用来驱动曲轴侧变速机构7B的变速驱动机构8B。变速驱动机构8A与变速驱动机构8B上分别没有带伺服机构并作直线性往复运动的往复运动体。往复驱动的动力源为电动马达或气缸。
在车把架4的适当部位上设有变速指令用开关9，此适当部位有例如刹车杆11。变速指令用开关9至少要包括指示档位上升的上升方向开关13和指示档位下降的下降方向开关14。这类开关例如换档开关，这种开关常态下回复到中立位置，两侧部分朝相反方向运动，通过一方的动作输出档位上升信号，而通过另一方的动作输出档位下降信号。
图2示出用于驱动变速机构8A与8B的电路，此电路上设有微机，微机设有CPU21、ROM22、RAM23、时钟电路24与信号处理电路25。
上升方向开关13输出的档位上升信号26和下降方向开关14输出的档位下降信号27，都通过信号处理回路25输入CPU21。包括伺服信号的驱动信号28则传送到CPU21和变速驱动机构7A、7B之间。从固定侧传感器6输出的周期信号脉冲29输入CPU21。
利用上述电路，可以计算由下式表示的速度VnVn＝S/Tn (1)n为从时间变量为零时开始计数的周期时间信号脉冲29的输出次数。Tn表示从时间变量为零时开始计数的可动侧传感器5的转数达到n时此传感器5的周期时间。S是作为具有长度量纲的参数的常数，即车轮的有效外径乘以圆周率π的结果。于是速度Vn是第几个周期的平均速度。
以VN表示所确定的最终周期的即过去最新周期的速度。即N等于n+1。以下TS表示紧接最新周期之后的现下的周期时间即虚拟周期时间。S为N+1。以t表示此周期内的任意时间，即时间t为以最终周期时间TN结束时刻为零时所经过的时间，以VR表示时刻为t时的虚拟速度。R是比N大但小于N+1的一个非整数。本发明的变速控制限于在自行车不处于上坡位置且曲轴中不存在转矩的减速过程中进行。于是虚拟速度VR小于平均速度VN。虚拟速度VR一般以下式表示。
VR＝-kt+Vj是 (2)k为减速常数，表示减速的程度。此减速常数虽可以根据自行车各部分的摩擦系数、轮胎与地面间的摩擦系数等推导出，但在此外是作为实际测定求得的近似常数并预先存于ROM22中。Vj为速度常数，它是与周期时间时间Tn一一对应的预先给定的常数。这一常数是根据自行车的类型及其实际运转的情形确定的，且预存于ROM22中。取决于时间t的值，前述虚拟速度有时会为负值。当时间t为TN的2倍时，以零代入虚拟速度VR中。式(2)可以更近似地表示为VR＝K·(S/Tn)＝KN·VN (3)KN为无量纲常数。减速常数KN(TN)是周期时间TN的函数，可对应于周期的值预先给出。这样给出的减速常数KN预先输入于ROM22中。减速常数也可由以周期时间TN的倒数为变量的KN(1/TN)表示。
要是想做出更详细的表示，则可以由下式来表明另一表现形式的虚拟速度VR′VR′＝VN-Kn·(Vn-VN)＝VN-Kn·S·(1/Tn-1/TN) (4)Kn为第二减速常数。减速常数Kn是周期时间TN与周期时间Tn的函数，可对应于周期时间TN与周期时间Tn的一组值预先给出。这样给出的减速常数Kn预先输入ROM中。与式(3)相比，式(4)可提高虚拟速度的精度，一般可表示为VR＝V(Ts)上式中的Ts形成了周期时间序列{Tj，……Tn，TN}，即VR＝V(Tj，……Tn，TN)(5)整数j是小于n和N的任意非零整数。
上述周期时间序列Ts可以作为任意紧邻的两个脉冲29之间的时间Δts的倒数计算。时间Δts则可以通过对时钟电路24的输出脉冲进行计数来计算。
工作方式变换由变换开关(图中未示出)进行。这里所谓工作方式有依据本发明的自动选档位的自动档位选定方式和用开关由手动来选择档位的手动档位选定方式这样两种工作方式。在自动档位选定方式中，可以用手指来掀压上升方向开关13或下降方向开关14。根据最终脉冲29的输出，可以由式(5)的具体化式子(2)、(3)与(4)算出任意时刻t时的虚拟速度VR。速度与档位的关系可以预先给定，进行图象控制。
图象的速度对应变速档位，设定阶段性的速度范围。此范围由上限速度和下限速度确定。对应阶段性速度范围的档位可由CPU21判断，虚拟速度包含在该速度范围内。实际档位数与所判断的档位数之差的脉冲位置由CPU21作为驱动信号28输出。接收到驱动信号28的变速驱动机构7运转而变换档位。
上述变速可以不依赖上升方向开关13或下降方向开关14的输出信号，而以自动化的方式进行。在自动化的情形，可紧接脉冲29输出之后经常性地进行前述计算，进行恒定的变速。此时可在工作方式中附加上恒定变速的工作方式。
权利要求
1.自行车变速方法，它由车轮过去的周期时间数据求出现下的车轮的虚拟周期时间，根据此虚拟周期时间进行变速。
2.自行车变速方法，它由车轮过去的周期时间数据求出现下自行车的虚拟速度，根据此虚拟速度进行变速。
3.自行车变速方法，它由车轮过去的速度数据求出现下的自行车的虚拟速度，根据此虚拟速度进行变速。
4.自行车变速方法，它包括两个步骤由与车轮转动同步运动的可动侧传感器和固定于车身上的固定侧传感器求出可动侧传感器的周期时间序列的第一步骤，由过去的上述周期时间序列计算出未来周期的虚拟速度的第二步骤，并根据此虚拟速度进行变速。
5.如权利要求4所述的自行车变速方法，其特征在于所述虚拟速度是根据连续2次的周期时间序列计算的。
6.如权利要求5所述的自行车变速方法，其特征在于上述变速是根据前述未来周期中任意时期的虚拟速度进行的。
7.自行车变速方法，它通过手动的电开关输出变速指令信号，并限于此变速信号输出时根据车轮过去的周期序列来进行变速。
8如权利要求1～7中任一项所述的自行车变速方法，其特征在于所述变速限于在减速时进行。
全文摘要
本发明的目的在于进行最快最恰当的变速。它根据由车轮2过去的周期时间Tn或速度Vn通过计算求出的现下自行车的虚拟周期时间Ts或虚拟速度VR于减速时进行变速。也可在变速意志确定后进行变速。过去的周期时间数据是连续两次或两次以上的过去周期时间序列。用于进行上述计算的公式预先输入CPU中。在变速意志确定后进行的变速可根据手动的电开关的变速指令信号进行。由于求得了虚拟速度,可在变速意志确定后最快地进行恰当的变速。
文档编号B62M25/08GK1186035SQ9710878
公开日1998年7月1日 申请日期1997年12月20日 优先权日1996年12月20日
发明者木村良树 申请人:株式会社岛野