CN111717328A

CN111717328A - 自行车电子变速***的换档控制方法

Info

Publication number: CN111717328A
Application number: CN201910222762.9A
Authority: CN
Inventors: 蔡旭根; 林格民
Original assignee: Cheshire Electric Co ltd
Current assignee: Cheshire Electric Co ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2020-09-29

Abstract

一种自行车电子变速***的换档控制方法，包括有以下步骤：控制装置自变速控制器接收一换档信息，并根据换档信息输出一PWM信息给马达装置；马达装置依据PWM信息驱动导链装置，使导链装置引导自行车链条在相应齿盘上的不同接合位置之间移动，且马达装置系依据PWM信息产生对应的一电流信息；电流检测电路用以检测马达装置所产生的电流信息，并且控制装置系根据电流检测电路的检测结果调整所输出之PWM信息的占空比；位置传感器用以感测导链装置的位置，并发送一位置信息给控制装置，控制装置系根据位置信息调整所输出之PWM信息的占空比。

Description

自行车电子变速***的换档控制方法

技术领域

本发明与电子变速***有关；特别是指一种自行车之自行车电子变速***的换档控制方法。

背景技术

近年来，自行车电子变速器的使用已经越来越普及了，相较于机械变速而言，电子变速没有使用像机械变速是采用拉变速线的方式驱动变速，而是使用电子信息进行变速，除了外观上没有变速线结构较为简洁之外，变速换档的效率也较机械变速来的快，此外，变速线随着使用时间的推移，而有变速线延伸、管线污损、阻力上升等问题，或是受骑乘环境而有变速线热胀冷缩致使换档不精确的问题，因此，相比之下，电子变速并没有上述机械变速的问题，而且换档更加精确且快速，势必也是未来变速器发展的趋势。

而当自行车上所装置的电子设备越来越多时，如何使电子变速器更加省电，也是发明人苦心研究的方向之一。

发明内容

有鉴于此，本发明之目的在于提供一种自行车电子变速***的换档控制方法，可使得电子变速器换档时更加省电。

缘以达成上述目的，本发明提供一种自行车电子变速***的换档控制方法，该电子变速***包括有一变速控制器、一控制装置、一马达装置、一导链装置、一电流检测电路以及一位置传感器，其包括有以下步骤：该控制装置自该变速控制器接收一换档信息，并根据该换档信息输出一PWM信息给该马达装置；该马达装置依据该PWM信息驱动该导链装置，使该导链装置引导自行车链条在相应齿盘上的不同接合位置之间移动，且该马达装置系依据该PWM信息产生对应的一电流信息；该电流检测电路用以检测该马达装置所产生的电流信息，并且该控制装置系根据该电流检测电路的检测结果调整所输出之该PWM信息的占空比；该位置传感器用以感测该导链装置的位置，并发送一位置信息给该控制装置，该控制装置系根据该位置信息调整所输出之该PWM信息的占空比。

本发明之效果在于，控制装置利用PWM信息在换档行程中控制马达装置的输入电压大小以调整马达运转速度，而可有效降低马达装置瞬间启动的大电流，提升马达装置运转效能，以达到省电的目的。

附图说明

图1为一实施例之自行车电子变速***的示意图。

图2为自行车电子变速***的方块图。

图3为本发明之自行车电子变速***的换档控制方法的流程图。

图4为本发明之自行车电子变速***的换档控制方法的流程图。

图5为应用本发明之换档控制方法与习知技术在控制导链装置从第一档位位置变换至第二档位位置的过程中，马达装置电流时序图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举一实施例并配合附图详细说明如后。请参图1至图2所示，为一实施例之自行车电子变速***的示意图，于本实施例中，所述的电子变速***系以自行车的后变速器为例，该电子变速***包括有一安装座1，该安装座1可安装于一自行车的车架2上，该车架2上设置有多个齿盘3，且该电子变速***1包括有一变速控制器10、一控制装置20、一马达装置30、一导链装置40、一电流检测电路50以及一位置传感器60。

所述变速控制器10可设置于自行车的车把上，例如设置于邻近自行车的握把处，用以供使用者操作以发出一换档信息，以变更自行车之变速器***的档位，例如于一实施例中，所述变速控制器10可包含有两个按键，其中一该按键供用户点击以触发变速控制器10发出升档的换档信息，另一该按键供用户点击以触发变速控制器10发出降档的换档信息，该变速控制器10所发出的信息可通过有线传输或无线传输的方式发送给控制装置20。例如变速控制器10可配备有蓝牙无线传输模块，可通过蓝牙无线传输方式将换档信息传输给控制装置20。

该控制装置20用以接收换档信息并根据该换档信息发出PWM(脉冲宽度调变，Pulse Width Modulation)信息给该马达装置30，以驱动马达装置30带动导链装置40移动。于本实施例中，所述的控制装置20系安装于该安装座1中，该控制装置20可包含有一微控制器以及一PWM信息产生器，该微控制器与该PWM信息产生器连接，并可根据换档信息控制该PWM信息产生器输出对应的PWM信息，并将PWM信息输出给该马达装置30。另外，于一实施例中，所述的控制装置20亦可以是一整合有PWM信息产生器功能的微控制器，而不以上述说明为限。

该马达装置30受控于该控制装置20，用以根据所接收之PWM信息驱动该导链装置40移动，且该马达装置30将根据该PWM信息产生对应的一电流信息。于一实施例中，所述马达装置30系装设于该安装座1中，且包括有一驱动电路与一马达，该驱动电路系接收该控制装置20所输出的PWM信息，并根据该PWM信息驱动该马达作动，该马达连接导链装置40，并可驱动该导链装置40引导自行车链条在相应齿盘3上的不同接合位置之间移动。

于本实施例中，该导链装置40包括有一连杆机构42、一张力臂44以及一链轮46，该连杆机构42连接于该马达装置30与张力臂44之间，该链轮46枢设于张力臂44上，且与自行车链条连接。该连杆机构42受该马达装置30的驱动，以带动该张力臂44在相应齿盘3上的不同接合位置之间移动，以变换电子变速***的档位。

该电流检测电路50与该控制装置20、该马达装置30电性连接，用以检测该马达装置30所产生的电流信息，并且该控制装置20系根据该电流检测电路50的检测结果调整所输出之PWM信息的占空比(工作周期，Duty Cycle)。于本实施例中，所述电流检测电路50系与控制装置20、马达装置30一并设置于安装座1中，另外，于一实施例中，所述电流检测电路也可以是一并与控制装置整合在一起，而不以设置于马达装置30上为限。

该位置传感器60用以感测该导链装置40的位置，并发送一位置信息给该控制装置20，该控制装置20系根据该位置信息调整所输出之PWM信息的占空比。其中，所述的位置传感器60可以包含有但不限于磁性编码器，例如：霍尔传感器(Hall Sensor)、各向异性磁电阻(Anisotropic Magnetoresistance，AMR)组件或巨磁电阻(Giant Magnetoresistance,GMR)组件等，用以感测磁场变化并据以产生相应的模拟或数字信息，例如可以输出如0V～3.3V(5V)模拟电压或者0～4096数字信息等的磁性编码器信息，作为自行车电子变速***之齿盘3绝对位置的定位依据，其中，所述的磁性编码器可以设置在但不限于连杆机构或张力臂上，而磁力源可设置在但不限于磁盘3上，当连杆机构或张力臂等导链装置40移动时，将与该磁力源产生相对的位置变化，而磁性编码器将可感知磁场变化而可推算出导链装置40的位置，如此一来，当控制装置20接收到升档或降档等的换档信息时，便可依据磁性编码信息，驱动马达装置30带动导链装置40，以将链条引导至正确的齿盘位置，并可依据磁性编码器所反馈的信息判断导链装置40是否引导链条至正确位置或是需做其他补偿控制。另外，于其他应用上，所述位置传感器并不以此磁性编码器为限，亦可采用其他装置货方式取得齿盘3和/或导链装置40的位置。

请一并配合图2至图3所示，当变速控制器10受触发而发出换档信息时，控制装置20系接收该换档信息，并根据该换档信息输出PWM信息给马达装置30；马达装置30将根据PWM信息驱动导链装置40，且依据PWM信息产生对应的电流信息；于后，电流检测电路50和位置传感器60将分别检测马达装置30的运转状态以及导链装置的位置，并分别产生电流检测结果与位置信息回馈给控制装置20，之后，控制装置20便可据此调整所输出之PWM信息的占空比，以适当地调整马达装置30的运转速度，以降低马达装置30瞬间启动的大电流，提高马达装置30运转效能，达到省电的目的。

更进一步地说，于一实施例中，请一并配合图4及图5所示，控制装置20接收到换档信息时，控制装置20系依据位置传感器60检测导链装置40的位置变化得到相应的位置信息变化，例如可以输出线性位置信息，以判断导链装置40是否到达定位。举例而言，假设换档信息是要将导链装置40由一第一档位位置移动至一第二档位位置，其中，第一档位位置所对应的位置信息为0，第二位置信息所对应的位置信息为100，当控制装置20接收到的位置信息非100时，表示导链装置40尚未移动至定位，此时，控制装置20将依据自位置传感器60所得之位置信息，输出相应的PWM信息控给马达装置30，以使马达装置30运转以驱动导链装置40移动，例如于本实施例中，所输出的PWM信息系传输给马达装置30的驱动电路，再由驱动电路根据PWM信息对应驱动马达装置30的马达作动，以驱动导链装置40的连杆机构42带动张力臂44移动。

特别的是，于一实施例中，当该控制装置20根据该位置信息判断出该导链装置40再移动一设定行程便可移动至该第二档位位置时，系降低所输出之该PWM信息的占空比。其中，所述的设定行程可以是占该第一档位位置与该第二档位位置的总行程的5％以上20％以下，例如于本实施例中，是以10％为例，也就是说，在本实施例中，当位置传感器得到的位置信息数值为大于等于90，已进入第二档位位置的位置信息数值(于此例子中，第二档位位置的位置信息数值为100)的90％，亦即，导链装置40将要或者已到达定位的90％的时候，或者剩余10％行程即可到达定位时，控制装置20将降低输出之PWM信息的占空比，以降低供应给马达装置30的电流，以降低马达运转速度。藉此，于导链装置40即将到达第二档位位置之前的设定行程内，提供给马达装置30的PWM信息的占空比将减少，或者设计为逐步地减少，而逐步降低马达装置30的运转速度，达到马达装置30缓停止的效果。

而于马达装置30初步开始启动运转时，电流检测电路50系检测马达装置30的电流信息，若电流信息超出一设定值时，控制装置20将降低PWM信息的占空比，以降低提供马达装置30的电流大小，以降低马达装置30的运转速度；而当电流信息低于设定值时，控制装置20将增加PWM信息的占空比，以提高提供给马达装置30的电流大小，以提升马达装置30的运转速度。其中所述的设定值并不以单点的数值为限，亦可以设定为一数值范围区间，而通过上述的设计，提供给马达装置30运转的驱动电流将逐渐上升，而可逐渐地提升马达装置30的运转速度，而达到马达装置30缓起动的效果。

请配合图5所示，为使用本实施例之自行车电子变速***的换档控制方法与现有技术在驱动导链装置40从第一档位位置移动至第二档位位置时的电流时序图，为便于说明，系于时间横轴划分有三个时间区间T1、T2、T3，于本实施例中，时间区间T1为马达装置30开始接收到控制装置20之PWM信息时的缓起动区间；反观现有技术并非使用PWM信息控制马达装置30，因此在接收到换档信息之后，其马达装置系产生有瞬间启动的突波大电流，容易造成马达装置的转速有突升或突降等不稳定的情况，相较于本实施例而言，现有技术更加耗电且马达装置容易损坏，而本实施例则节约了如图5所示之区域R1的电能(或称电功率)且较为安全。于时间区间T2当中，为马达装置30的电流已经提升至设定值A并保持稳定。于时间区间T3当中，为马达装置30进入缓停止区间，此时，控制装置20将减少或者逐渐减少提供给马达装置30的PWM信息的占空比，直到导链装置40移动至定位(例如第二档位位置)，而当导链装置40移动至定位时，控制装置20系送出停止信息给马达装置30，以使马达装置30停止运转；反观现有技术并非使用PWM信息控制马达装置30，而是直到导链装置移动至定位时，才瞬间停止马达装置的输入电流，同样容易有突波的产生，而容易毁损马达装置，相比之下，本实施例又比现有技术多节约了如图5所示之区域R2的电能。

通过上述设计，本发明的自行车电子变速***的换档控制方法，于电子变速***换档时，可实现对马达装置缓启动与缓停止的省电控制，藉由于将导链装置由第一档位位置移动至第二档位位置的行程间，通过PWM信息来控制输入给马达装置的输入电压大小，来调整马达装置之运转速度的加减速，而可避免习用马达装置瞬间启动的大电流发生，而可提高马达运转效能，从而可达到省电的目的。

以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，另外，于其他应用上，所述的自行车电子变速器的换档控制方法亦可应用于自行车的前变速器，而不仅限于后变速器的实施态样，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为之等效变化，理应包含在本发明之专利范围内。

附图标记说明

[本发明]

1 安装座

2 车架

3 齿盘

10 变速控制器

20 控制装置

30 马达装置

40 导链装置

42 连杆机构 44 张力臂 46 链轮

50 电流检测电路

60 位置传感器

Claims

1.一种自行车电子变速***的换档控制方法，所述电子变速***包括有一变速控制器、一控制装置、一马达装置、一导链装置、一电流检测电路以及一位置传感器，其包括有以下步骤：

A、所述控制装置自所述变速控制器接收一换档信息，并根据所述换档信息输出一PWM信息给所述马达装置；

B、所述马达装置依据所述PWM信息驱动所述导链装置，使所述导链装置引导自行车链条在相应齿盘上的不同接合位置之间移动，且所述马达装置系依据所述PWM信息产生对应的一电流信息；

C、所述电流检测电路用以检测所述马达装置所产生的电流信息，并且所述控制装置系根据所述电流检测电路的检测结果调整所输出之所述PWM信息的占空比；所述位置传感器用以感测所述导链装置的位置，并发送一位置信息给所述控制装置，所述控制装置系根据所述位置信息调整所输出之所述PWM信息的占空比。

2.如权利要求1所述的自行车电子变速***的换档控制方法，其中，当电流检测电路的检测结果为所述电流信息低于一设定值时，所述控制装置提高所述PWM信息的占空比；当电流检测电路的检测结果为所述电流信息高于所述设定值时，所述控制装置降低所述PWM信息的占空比。

3.如权利要求1所述的自行车电子变速***的换档控制方法，其中，于步骤B中，所述导链装置系由一第一档位位置往一第二档位位置移动；于步骤C中，当所述控制装置根据所述位置信息判断出所述导链装置移动至所述第二档位位置之前，系降低所输出之所述PWM信息的占空比。

4.如权利要求1所述的自行车电子变速***的换档控制方法，其中，于步骤B中，所述导链装置系由一第一档位位置往一第二档位位置移动；当所述控制装置根据所述位置信息判断出所述导链装置再移动一设定行程便可移动至所述第二档位位置时，系降低所输出之所述PWM信息的占空比。

5.如权利要求4所述的自行车电子变速***的换档控制方法，其中，所述的设定行程系占所述第一档位位置与所述第二档位位置的总行程的5％以上20％以下。