CN1412077A - 自行车的自动变速控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自行车自动变速控制装置及其方法，它能向骑行者预先报告变速的情况。本发明的自行车自动变速控制装置，是一种根据自行车的行驶状态，能在每一次变速时机中，驱动变速机构的装置，它具有曲柄转速传感器(12)、变速电动机(29)、LED显示部分(44)。曲柄转速传感器(12)是用于检测自行车行驶状态的装置。变速电动机(29)是根据曲柄转速传感器(12)的检测结果，驱动变速机构用的装置。LED显示部分(44)是当自行车的行驶状态接近变速时机的时候，在该次变速时机之前预先报告要进行变速的报告装置。

Description

自行车的自动变速控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及自行车的自动变速控制装置及其方法。

背景技术

以往，作为自行车变速装置，为了减轻骑行者的操作变速的工作，能轻快地骑行，能根据自行车的行驶状态进行适当变速的自动变速装置是公知的变速装置。这种自动变速装置具有，例如，为驱动变速机构用的电动机，能检测自行车的速度等行驶状态的传感器，以及根据上述检测结果使电动机旋转的控制部分。

这种自动变速装置还装有蜂鸣器之类的发声装置，它能在发送驱动电动机的信号时发出声音。为此，骑行者在进行实际变速操作的过程中能知道正在进行变速操作。

可是，上述装置只能在骑行者进行变速操作的瞬间才知道在进行变速操作。而且，即使在变速操作完成之前那一刻把报告的声音发出来，但因为此后马上就进行变速操作，也很难说是预先报知了要进行变速操作。

实际上，骑行者在自动变速状态下骑行的过程中，有时希望知道何时将进行变速操作，或者当前是否要进行变速操作。对此，如果在没有预想到的时候突然进行变速，就会使得骑行者有不舒服的感觉。

发明内容

本发明的任务就是要提供一种自行车自动变速控制装置及其方法，让骑行者预先知道要进行变速的情况。

方案1中的自行车自动变速控制装置，是根据自行车行驶状态，在每一次要进行变速的时机驱动变速机构用的装置，它具有行驶状态检测装置，变速机构驱动装置，以及报告装置。行驶状态检测装置是为检测自行车的行驶状态用的装置。变速机构驱动装置是根据行驶状态检测装置所检测的结果，驱动变速机构用的装置。报告装置是在自行车的行驶状态接近变速的时机时，在此次变速时机之前较早的时候，预先报告要进行变速的装置。

在这种自动变速控制装置中，由于报告装置在比此次变速时机之前较早的时候预先报告了要进行变速，所以骑行者能预先知道要进行变速。

在方案2的自行车自动变速控制装置中，具有方案1所述的装置，其中的报告装置是以报告自行车的行驶状态的方式来报告要进行变速的。

在这种自动变速控制装置中，由于骑行者从了解自行车的行驶状态中预先知道了要进行变速，所以骑行者就能知道变速发生的时间。

在方案3的自行车自动变速控制装置中，具有方案2所述的装置，其中的报告装置经常报告自行车的行驶状态。

在这种自动变速控制装置中，骑行者能通过了解自行车的行驶状态，经常预先知道要进行变速。

在方案4的自行车自动变速控制装置中，具有上述方案1～3中任何一项发明所述的装置，它的行驶状态检测装置通过检测自行车的曲柄旋转速度来检测自行车的行驶状态。

在这种自动变速控制装置中，由于一直在检测曲柄的旋转速度，所以骑行者能在保持感到舒适的行驶状态下进行变速。

在方案5的自行车自动变速控制装置中，具有上述方案1～3中任何一项发明所述的装置，它的行驶状态检测装置通过检测自行车的速度来检测自行车的行驶状态。

在方案6的自行车自动变速控制装置中，具有上述方案1～5中任何一项发明所述的装置，它的报告装置具有在视觉上报知在进行变速的显示部分。

在这种自动变速控制装置中，骑行者能通过察看显示部分，预先知道要进行变速。即，骑行者可以只在自己想要确认的时候，察看显示部分，预先了解变速进行的情况，而当自己不想要知道的时候，则不通知他变速的情况。

在方案7的自行车自动变速控制装置中，具有方案6所述的装置，其显示部分由多个显示灯部分组成。

在这种自动变速控制装置中，适当地点亮或熄灭这些显示灯部分，就能预先报告变速的进行情况。骑行者借助于显示灯部分的点亮和熄灭的变化，能直觉地预先了解变速的进行情况。

在方案8的自行车自动变速控制装置中，具有方案7所述的装置，其报告装置通过使多个显示灯部分分阶段或者连续地点亮和熄灭，报告变速进行的情况。

在这种自动变速控制装置中，骑行者根据点亮灯或熄灭灯量的变化，能更直觉地预先得知变速的进行。

在方案9的自行车自动变速控制装置中，具有方案8所述的装置，其报告装置在换高档的时候，把上述显示灯部分的灯全部点亮，在换低档的时候，把上述显示灯部分的灯全部熄灭，以此来通知变速的情况。

在这种自动变速控制装置中，骑行者能通过这些显示灯部分的等是全部点亮还是全部熄灭，直觉地了解变速的方向。

在方案10的自行车自动变速控制装置中，具有方案6～9中任何一项所述的装置，其报告装置在显示部分上显示当前的行驶状态。

在这种自动变速控制装置中，由于显示部分上显示了行驶状态，所以骑行者能经常检查自行车的行驶状态。

在方案11的自行车自动变速控制装置中，具有方案6～10中任何一项所述的装置，它还具有能借助于变速机构驱动装置来变更变速的时机的变速时机变更装置。

在这种自动变速控制装置中，骑行者能借助于变速时机变更装置来变更变速的时机。

此时，由于骑行者能借助于显示部分预先知道了变速进行的情况，所以能够了解到所设定的变速时机与从实际行驶状态本身所希望的变速时机的差别，然后，就能借助于变速时机变更装置适当地变更变速时机。此外，骑行者还能借助于显示部分，确认变速时机的变更已经结束。

方案12的自行车自动变速控制方法，是根据自行车的行驶状态，在每次变速时机中，驱动变速机构用的方法，它包括下列各步骤：

检测自行车的行驶状态的行驶状态检测步骤；

根据行驶状态检测步骤的检测结果，在变速时机内使变速机构进行变速的变速机构驱动步骤；

在自行车的行驶状态接近变速时机的过程中，在该变速时机来到之前预先报告进行变速的报告步骤。

在这种自动变速控制方法中，由于在在报告步骤中，在变速时机来到之前预先报告了进行变速，所以骑行者能够预先知道进行了变速的情况。

在方案13的自行车自动变速控制方法中，具有方案12所述的方法，在其报告步骤中，是通过视觉来报告变速进行的情况的。

在这种自动变速控制装置中，骑行者能够通过视觉预先了解进行变速的情况。即，骑行者只在本身希望确认时，才能预先了解变速进行的情况，在本身不希望的时候，不让他了解进行变速的情况。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式所采用的自行车的侧视图；

图2是图1中自行车把手部分的立体图；

图3是控制系统构成的框图；

图4表示液晶显示部分的一个例子；

图5是用来说明档数、曲柄的转速、以及与液晶显示器(LED)的对应关系的示意图；

图6表示在二档行驶时的一种状态下的LED的显示灯状态；

图7表示在二档行驶时的一种状态下的LED的显示灯状态；

图8表示在二档时换高档的瞬间，LED的显示灯状态；

图9表示在二档时换低档的瞬间，LED的显示灯状态；

图10是说明控制部分的工作过程用的流程图。

具体实施方式

(1)整体构成

图1中，本发明的一种实施方式所采用的自行车是一种轻便车，它由下列各部分构成：具有双梁框架2和前叉3的车架1；把手部分4；驱动部分5；前轮6；装有三档变速的内装变速轮毂(变速机构)10的后轮7；前后制动装置8(图中只表示了前制动装置)，以及为手动操作内装变速轮毂10用的变速操作部分9。

在车架1上安装了包括车座11和把手部分4的各个部件。此外，在框架2上装有为检测曲柄18的转速用的转速传感器12。这种转速传感器(行驶状态检测装置)12是用磁力舌簧接点开关构成的，通过安装在曲柄18上的磁铁13产生脉冲。

把手部分4固定在前叉3上部，它具有把手立柱14，和固定在把手立柱14上的把手横杆15。在把手横杆15的两端装有构成制动装置8的制动杆16和把手套17。在右侧的制动杆16上装有变速操作部件9。

驱动部分5具有设置在框架2下部(悬架部分)的链轮曲柄18，绕在链轮曲柄18上的链条19，以及内装变速轮毂10。

如图2所示，变速操作部分9具有下列各种部件：与右侧(前轮用的)制动杆16做成一体的操作面板20；在操作面板20的下部，左右并排布置的两个操作按钮21、22；布置在操作按钮21、22上方的操作控制盘23；以及布置在操作控制盘23左侧的液晶显示部分24。操作面板20的内部装有控制变速操作用的变速控制部分(自动变速机构控制装置)25(图3)。

操作按钮21、22是三角形的按压按钮，而且是以手动变速模式进行变速操作的按钮。具体的说，左侧的操作按钮21是用于换高档的按钮，右侧的操作按钮22是用于换低档的按钮。此外，操作按钮21、22也可以是以自动变速模式，为改变曲柄转速中的变速点用的按钮。具体的说，左侧的操作按钮21是用于提高变速点的按钮，右侧的操作按钮22是用于降低变速点的按钮。

操作控制盘23是为切换三种变速模式和停车(P)模式用的控制盘，它有四个停止位置：P、A1、A2、M。此处的三种变速模式为：自动变速模式1(A1)，自动变速模式2(A2)和手动变速模式(M)。

如图4所示，液晶显示部分24用数字表示车速和变速的档数。此外，在液晶显示部分24的下方还布置了由左右方向连续排列的多个(10个)LED44a～44j所组成的LED显示部分44(报告装置、显示部)。LED显示部分44的构造和工作过程将在下文中描述。

自动变速模式1和2是借助于曲柄转速传感器12所发出的信号，使内装的变速轮毂10自动变速的模式，自动变速模式1主要是为在平地上进行自动变速时使用的变速模式，自动变速模式2主要是为在坡道上进行自动变速时使用的变速模式。因此，自动变速模式2与自动变速模式1相比，所设定的换高档的变速时机早，而换低档的变速时机晚。

手动变速模式是借助于对操作按钮21、22进行操作，使内装变速轮毂10进行变速的模式。停车模式则是锁定内装变速轮毂10，限制后轮7不让它转动的模式。

变速控制部分25具有由CPU、RAM、ROM、I/O接口所组成的微机。如图3所示，变速控制部分25与下列各部分连接：曲柄转速传感器12；检测内装变速轮毂10的工作位置(例如，由电位计确定的工作位置)的传感器26；操作控制盘23；以及操作按钮21、22。此外，变速控制部分25还与下列各部分连接：由电池构成的电源27；电动机驱动装置28；液晶显示部分24；存储部分30；以及其他输入和输出部分。变速电动机29与电动机驱动装置28连接，它是一种为直接驱动内装变速轮毂10进行变速动作用的装置。存储部分30由，例如，EEPROM之类的可重写的，不易丢失的存储器所构成。变速控制部分25在按照各种模式控制电动机29的同时，还通过液晶显示部分24和LED44显示其控制。

变速控制部分25在自动变速模式时，控制内装变速轮毂10，将曲柄的转速(ケイデンス)保持在普通人骑自行车(巡航)时最舒服的数值60～70rpm上。因此，从速度为零出发到第二档，以及从第二档到第三档的换高档时的阈值设定为稍微超过舒服范围的75rpm。此外，从三档到二档，以及从二档到一档的换低档阈值，则可以用一档的传动比，分别求出在换高档的阈值75rpm时的行驶速度下的三档和二档的传动比时的曲柄转速，将比它低的曲柄转速(最好低3rmp)分别设定为其阈值。这种把比本来是理想的换低档阈值55rpm更低的值，设定为换低档的阈值的理由是，因为曲柄的转速比用换高档时的传动比所设定的值大大降低了，如果将换低档的阈值设定为55rpm，就必定会产生换高档后的下一个瞬间，就必须换低档这样的矛盾。根据以上的理由，换高档的阈值的设定可以比较自由，而换低档的阈值则必须与换高档的阈值相适应，适当地设定。

如上所述，由于自动变速操作是以曲柄的转速为基准来进行的，与以速度为基准的情况相比，能设定更加适合人的感觉的变速点。

(2)LED显示部分的构成

LED显示部分44是显示自行车曲柄转速用的显示部分，这是一种为预先通知骑行者正在进行变速用的装置。

在本实施例中，并排的LED显示部分44共有10个，能够阶段而连续地使其点亮和熄灭。具体的说，点亮从左端向右端进行，而熄灭则从右端向左端进行。在以下的说明中，LED显示部分44中从左向右各个显示灯的编号为：第一LED44a、第二LED44b、第三LED44c、第四LED44d、第五LED44e、第六LED44f、第七LED44g、第八LED44h、第九LED44i、第十LED44j。此外，各LED44a～44j完全都是一样的颜色，例如，红色。

图5是自行车在二档行驶时，用来说明曲柄的转速、LED、档数，变速点之间的关系的示意图。概略地说，当LED显示部分44点亮的灯数少时，曲柄的转速就低，意味着接近换低档的范围，而当LED显示部分44点亮的灯数多时，曲柄的转速就高，意味着接近换高档的范围。因此，在LED显示部分44的灯全部熄灭时，表示要向一档进行换低档；在LED显示部分44的灯全部点亮时，则表示要向三档进行换高档。

如图6所示，LED显示部分44具有与曲柄的转速相对应的关系，特别是，在各LED44a～44j中，在二档行驶时曲柄转速的换高档阈值与换低档阈值的间隔，用等分的值将其分开。即，在第一LED44a上分配换高档的阈值，在第十LED44j上分配换低档的阈值。在本实施例中，具体的数值为：换高档的阈值为75rpm，换低档的阈值为45rpm，在两者之间的30rpm分成10等分(每一个LED为3rpm)。结果，当转速上升到75rpm时，所有的LED44a～44j都点亮，如果转速高出这个值，就意味着要换高档了，当转速下降到45rpm时，所有的LED44a～44j都熄灭，如果转速低于这个值，就意味着要换低档了。

接着，说明改变变速点的工作过程。图6表示转速为60rpm时，LED显示部分44的点亮状态。此时，第五LED44e以前的灯都点亮，骑行者就可以知道，如果后面5个LED都点亮的话，就要进行换高档。此外，例如，如果骑行者想更快一些换高档，他就要把操作按钮22按压一次或一次以上。于是，与按压的次数相对应，变速点降低了。例如，按压的次数是一次，换高档的转速就从75rpm改变为72rpm。还有，随着换高档转速的改变，每一档的LED模式(LED显示部分44分配给各LED的曲柄转速的设定)也改变了。具体的说，如图7所示，分配给第十LED44j的新的换高档的阈值为72rpm，而分配给第一LED44a的新的换低档阈值为42rpm。此外，在按钮操作之后，即使转速为60rpm，点亮的灯也要到第六LED44f。即，在LED显示部分44上当前的位置上，换高档将向更早发生的方向移动，当后面四个LED点亮时，骑行者就能知道已经要换高档了。相反，如果骑行者想稍微晚一些换高档的话，则按压操作按钮21，就能获得相反的结果。

如上所述，由于骑行者在行驶过程中能知道行驶的状态和变速的时机，可自行改变变速点，因而能获得舒适的行驶状态。此外，还能在行驶的过程中立即确认变速点已经改变了。

此外，在从一档到二档的换高档的瞬间，只左侧的三个灯LED44a～LED44c点亮(图8)，在从三档到二档的换低档的瞬间，只有右侧的LED44h～LED44j三个灯熄灭(图9)。在此瞬间或者在换档之后一定时间内，保持这一状态，使得骑行者能在变速之后立即知道已经变速了。不过，在这种灯点的状态下，LED显示部分44不反映曲柄的转速。

在以上的说明中虽然只说明了在二档行驶时的LED显示部分44的工作过程，但在一档和三档行驶时，工作过程也相同。

(3)自动变速的工作过程

变速操作是借助于变速操作部分9的操作控制盘23的模式选择，和操作按钮21、22的变速操作，使变速电动机29运转，驱动内装变速轮毂10来完成的。

下面，以曲柄转速的检测及其显示为中心，说明变速控制部分25的工作过程。

在图10所示的变速处理过程中，在步骤S1中进行初期设定。接着，在步骤S2中根据从工作位置传感器26发来的信号，检测内装变速轮毂10的变速档。在步骤S3中，读出储存在存储部分30中的LED模式，并进行设定。

在步骤S4中，根据从转速传感器12发来的信号，检测曲柄的转速。在步骤S5中，根据转速开动LED显示部分44。在步骤S6中，判断所检测到的曲柄转速是否达到各档的换高档的阈值。在达到的情况下，就转移到步骤S7，驱动电动机29，进行换高档的变速工作。在步骤S8中，判断所检测到的曲柄转速是否达到各档的换低档的阈值。在达到的情况下，就转换到步骤S9，驱动电动机29，进行换低档的变速工作。在步骤S10中，骑行者判断是否改变变速时机。如果要改变，就转移到步骤S11，根据改变的内容改变变速点。此外，还要改变这一档的LED模式的内容。以上这些改变，都重新写入存储部分30中。

然后，返回步骤S2，重复以上的工作过程。

(发明的效果)

LED显示部分44显示下列各种信息。

①自行车的行驶状态，具体的说，是以变速点为基准的曲柄转速。

②当前曲柄的转速与变速点之间的距离，即变速的时机(何时进行变速操作？)。

骑行者根据上述①中显示的自行车行驶状态，能切实理解上述②中显示的信息，同时还能确实地了解包括LED显示部分44在内的报告系统正在正常地工作。

由于了解上述②中的变速操作在何时进行，骑行者可以通过观察LED显示部分44，在自行车的行驶状态接近变速时机时，在该变速时机之前预先了解到要进行变速这一情况。

由于LED显示部分44在平常行驶时经常在工作，所以骑行者能经常获得上述信息。

由于LED显示部分44是通过视觉把上述信息通报给骑行者的，所以骑行者可以只在自己想要了解上述信息时才去了解上述信息。结果，就没有在自己不想了解的情况下，经常受到变速的信息的烦恼。

LED显示部分44是由多个显示灯LED44a～44j所组成的，由于变速是通过的这些显示灯适当的点亮和熄灭预先通报的，所以骑行者能根据显示灯点亮和熄灭的变化直觉地预先了解到变速的进行情况。特别是，由于多个LED44a～44j是分阶段或者连续地点亮和熄灭的，所以骑行者能借助于点亮和熄灭的显示灯量的变化，更加直觉地预先了解到变速进行的情况。

(5)其他实施方式

(a)LED分段的数量并不限于以上的实施方式。不过，由于在上述实施方式中分段的数量必须是多个，而且能分阶段且连续地点亮和熄灭，所以数量至少是3个。通常是3～12个，最好是5～9个。

在上述实施方式中各档共同使用这些LED，但也可以为各档单独设置一组LED。

还有，在上述实施方式中，各个LED都是同一种颜色，但也可以采用发出各种不同颜色的LED。例如，在上述实施方式中的左侧三个LED使用红色，而其余的LED都使用黄色。此外，也可以左侧的三个LED和右侧的三个LED使用红色，中间的四个LED使用黄色。

还有，在LED显示部分44中，对于曲柄转速从换低档阈值到换高档阈值的数值的分隔，既可以等分，也可以不等分。此时，例如，可以在靠近变速点的阶段对曲柄的转速的变化进行细分。

(b)当使用显示部分用作预先通报要进行变速的手段时，其显示灯可以不是分阶段地且连续地点亮，而是设置换高档的显示灯和换低档的显示灯，将这些灯点亮。

此外，也可以通过让表示档数的数字闪亮，更进一步，通过改变闪亮的速度来通报接近变速操作的情况。

更进一步，也可以利用液晶显示部分，直接显示将进行变速的文字信息，进而将何时将进行变速的文字信息显示出来。

(c)作为预先通报将要进行变速的报告装置，不一定通过视觉，也可以通过听觉告诉骑行者。即，也可以使用蜂鸣器之类的发音装置作为报告的装置。不过，对于变速的预先通报来说，蜂鸣器至少必须在变速操作5秒钟之前发出声音。

上述发音装置可以在接近变速操作时，发出“换高档”之类的声音。此外，上述报告装置也可以在平时就发出声音，而当接近变速操作时，则让声音的节奏、音调和旋律发生变化。

更进一步，也可以同时使用显示部分和发音装置，并在不同的情况下可以转换。

(d)对于自行车的行驶状态，也可以检测车速，而不是检测曲柄的转速。

(e)报告装置也可以是能够开/关的。在这种情况下，当骑行者完全不想知道变速的时机时，可以把LED完全熄灭。此外，在报告装置是利用听觉的情况下，骑行者在不想知道变速的时机时，可以把发音装置关掉。

(f)在以上的实施方式中，以内装变速轮毂为例说明了变速机构，但，作为变速机构而言，在本发明中也可以使用由多个链轮和拨链器所构成的外装变速机构。

(g)在以上的实施方式中，以用变速电动机驱动的变速机构为例进行了说明，但，在本发明中也可以使用由电磁线圈，或者电动的，液压的，气动的气缸等等其他驱动机构驱动的变速机构。

按照本发明，由于报告装置能在变速时机之前预先通报要进行变速，所以骑行者能预先知道要进行变速的情况。

Claims (13)

1.一种自行车自动变速控制装置，是根据自行车的行驶状态，在每一次要进行变速的时机，驱动变速机构用的自行车自动变速控制装置，其特征在于，它包括下列各种部件：

检测上述自行车的行驶状态用的行驶状态检测装置；

根据上述行驶状态检测装置所检测到的结果，驱动变速机构的变速机构驱动装置；以及

在上述自行车的行驶状态接近变速的时机时，在此次变速时机之前，预先报告进行变速的报告装置。

2.如权利要求1所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述报告装置以报告上述自行车的行驶状态的方式，报告进行变速的情况。

3.如权利要求2所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述报告装置经常报告上述自行车的行驶状态。

4.如权利要求1～3中任何一项权利要求所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述行驶状态检测装置检测上述自行车曲柄的转速作为上述自行车的行驶状态。

5.如权利要求1～3中任何一项权利要求所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述行驶状态检测装置检测上述自行车的速度作为上述自行车的行驶状态。

6.如权利要求1～5中任何一项权利要求所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述报告装置具有在视觉上报告进行变速的显示部分。

7.如权利要求6所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述显示部分由多个显示灯部分组成。

8.如权利要求7所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述报告装置通过使多个显示灯部分的分阶段且连续地点亮和熄灭，报告变速进行的情况。

9.如权利要求8所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述报告装置在换高档变速的时候，把上述多个显示灯部分的灯全部点亮，在换低档变速的时候，把上述多个显示灯部分的灯全部熄灭，以此来通知变速的情况。

10.如权利要求6～9中任何一项权利要求所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，上述报告装置在其显示部分中显示当前的行驶状态。

11.如权利要求6～10中任何一项权利要求所述的自行车自动变速控制装置，其特征在于，它还具有能借助于变速机构驱动装置来变更变速的时机的变速时机变更装置。

12.一种自行车自动变速控制方法，是根据自行车的行驶状态，在每一次要进行变速的时机，驱动变速机构用的自行车自动变速控制方法，其特征在于，它包括下列各步骤：

检测上述自行车的行驶状态的行驶状态检测步骤；

根据上述行驶状态检测步骤所检测到的结果，在变速时机使变速机构进行变速的变速机构驱动步骤；以及

在上述自行车的行驶状态接近变速的时机时，在此次变速时机之前，预先报告进行变速的报告步骤。

13.如权利要求12所述的自行车自动变速控制方法，其特征在于，在上述报告步骤中，是通过视觉来报告变速进行的情况的。

Images