JP2024515316A - 自転車のギヤシフトの変速比を切換える方法、コンピュータプログラム、制御器、駆動ユニットおよび自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】自転車の、特に電動自転車の電気制御可能なギヤシフトの変速比を切換える方法であって、以下のステップを含んでいる：踏み軸でのサイクリストの踏み回数を検知するステップ；前記サイクリストの踏み力を検知するステップ；検知した踏み回数が、回数下限閾値よりも小さいか等しい場合に、もしくは回数上限閾値よりも大きいか等しい場合に、および／または、検知した踏み力（Ｋ）が、力下限閾値よりも小さいか等しい場合に、もしくは力上限閾値よりも大きいか等しい場合に、前記検知した踏み回数に依存して、且つ前記検知した踏み力に依存して、ギヤチェンジ作動状態を検出するステップ。この場合、前記ギヤチェンジ作動状態を検出するステップの後に、検出したギヤチェンジ作動状態に依存して、前記ギヤシフトに対する制御信号を発生させるステップを実施する。【選択図】図１

Description

本発明は、自転車の、特に電動自転車のギヤシフトの変速比を切換える方法に関するものである。本発明は、コンピュータによってプログラムを実施する際に、前記コンピュータをして前記方法のステップを実施させる命令を含んでいるコンピュータプログラムにも関する。本発明は、さらに、前記方法のステップを実施するように構成されているプロセッサを備えた制御器、および、駆動モータと前記制御器を備えた電動自転車用駆動ユニットに関する。さらに、本発明は前記制御器または前記駆動ユニットを備えた自転車に関する。

特許文献１は、ドライバーがペダルを踏んでいないときもギヤシフトを切換えることを開示している。そのためにチェーンを移動させる電気駆動装置が使用され、その結果問題のないギヤチェンジが可能である。

特許文献２は、個人の設定後に投入された体力に依存して筋力作動式車両用ギヤシフトのギヤを自動的に入れて切換えるのを可能にする装備品の電子制御を開示している。

特許文献３は、自転車制御装置を開示している。操縦者は、駆動ユニットか電気切換えユニットの少なくともいずれか一方を制御し、その結果クランクトルクとクランク回転速度とは予め決められた範囲内にある。回転パラメータが予め決められた範囲よりも小さければ、操縦者は、ギヤ比が小さいように／小さくなるように電気切換えユニットを制御し、その結果回転パラメータを予め決められた範囲内へもたらすことが容易になる。回転パラメータが予め決められた範囲よりも大きければ、操縦者は、ギヤ比が大きいように／大きくなるように電気切換えユニットを制御することができる。筋力駆動力が予め決められた範囲よりも大きければ、操縦者は補助駆動力を大きくすることができる。

現在、市場で入手可能な自転車用自動切換え装置は、変速比と種々のギヤとを認定したうえで、ドライバーケイデンスを可能な限り所定の目的ケイデンスに接近させるように、作動される。変速比が現在のケイデンスよりも目的ケイデンスにより近いドライバーケイデンスを期待させるような他のギヤがあれば、このギヤに切換えられる。細かく段階づけられたギヤシフトの場合には、より適切なギヤを使用できることが非常に多いため、通常は結果的に多数の切換え過程が生じる。これはドライバーにとって不快に感じられることがある。また、高速ケイデンス変化の場合には、ギヤが飛越しをせずに、すべてのギヤが逐次切換えられる。

さらに、パワーアシストを備えた電動自転車の場合、駆動モータのモータトルクがすでに最大量に達していると、或いは、ドライバートルクとモータトルクとの間に非線形関係があるような作動状態にあると、問題が発生する。このとき、より大きな変速比へ自動切換えを行った後に、サイクリストに対するケイデンスはより小さくまたはより有利になるものの、現在の速度を保持するために必要なドライバートルクが望ましくないほど高くなることがある。というのは、ギヤチェンジによってより高いギヤで大きくなった全トルクは、これによって完全にドライバーによって調達されねばならないからである。電動自転車は、このような事情により、たとえば大きな勾配で、または、高速度の場合に、より高いギヤへの切換え過程にもかかわらず、望まないのに緩速になることがある。

欧州特許第２９８３９７５号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０１１８８２号明細書 独国特許出願公開第１０２０１４０１５６３０号明細書

本発明の課題は、自転車のギヤシフトの半自動切換えまたは自動切換え、或いは、変速比の調整を改善することである。

上記の課題は、本発明によれば、独立請求項１および１３ないし１６に対応して解決される。

本発明は、自転車の電気制御可能なギヤシフトの変速比を切換える方法に関する。本発明による方法は、踏み軸でのサイクリストの踏み回数またはケイデンスの検知を含んでおり、この場合踏み回数とは、たとえば踏み軸の回転数および／または自転車のパワーアシストする駆動モータのロータの回転数を表している。踏み回数の検知は、特に回転数センサを用いて、特に踏み軸に設けた回転数センサを用いて、または、駆動モータ内の少なくとも１つのロータ位置センサを用いて行う。さらに、本方法ではサイクリストの踏み力を検知し、この場合有利な態様では、踏み力を表すドライバートルクを踏み軸で検知する。サイクリストの踏み力は、有利には自転車の踏み軸に設けたトルクセンサを用いて検知する。択一的に、踏み力を、たとえばペダルの少なくとも１つに設けたパワーセンサを用いて検知してよい。続いて、ギヤチェンジ作動状態を検出する。ギヤチェンジ作動状態の検出は、検知した踏み回数に依存して、且つ／または検知した踏み力に依存して行う。ギヤチェンジ作動状態は、検知した踏み回数が回数下限閾値よりも小さいか等しい場合に、または、検知した踏み回数が回数上限閾値よりも大きいか等しい場合に検出する。択一的にまたは追加的に、ギヤチェンジ作動状態は、検知した踏み力が力下限閾値よりも小さいか等しい場合に、または、検知した踏み力が力上限閾値よりも大きいか等しい場合に検出する。換言すれば、ギヤチェンジ作動状態を決定するため、検知した踏み回数および／または検知した踏み力がそれぞれの目標範囲内にあるかどうかを検出またはチェックする。これらのそれぞれの目標範囲は、有利な態様では、回数下限閾値と回数上限閾値、および／または、力下限閾値と力上限閾値によって定義される。再び換言すれば、ギヤチェンジ作動状態の検出は、有利な態様では、サイクリストの検知した踏み回数および／または検知した踏み力とそれぞれに割り当てられている目標範囲との比較を表しており、この場合検知した踏み回数および／または検知した踏み力がそれぞれに割り当てられている目標範囲外にあれば、または、それぞれに割り当てられている目標範囲を離れれば、ギヤチェンジ作動状態を検出する。検知した踏み回数および／または検知した踏み力に対するそれぞれの目標範囲は、有利な態様では、組み合わせてたとえば２次元でビジュアル化することができる（これに関しては、以下で述べる実施形態を参照）。ギヤチェンジ作動状態の検出後、有利には、ギヤシフトに対し切換え命令を決定する。換言すれば、有利な態様では、検知した踏み回数および／または検知した踏み力に対するそれぞれの目標範囲を離れていることを検出したにもかかわらず、特にギヤシフトの変速比はさしあたりすぐには変化させない。有利な態様では、ギヤをチェンジするための切換え命令を決定するうえでの自転車の更なる作動条件をチェックし、および／または、切換え時間が終了するのを待ち、および／または、理想変速比を検出する。続いて、検出したギヤチェンジ作動状態に依存して、且つ有利には決定した切換え命令に依存して、ギヤシフトに対する制御信号を発生させる。オプションのステップでは、発生させた制御信号に依存して、ギヤシフトの変速比の調整を行う。本方法により、特に、自動ギヤシフトの基準範囲または目標範囲からの踏み回数および／または踏み力のずれまたは外れ値が、ギヤシフトに対する制御信号に、または、変速比の切換えにすぐにはつながらないという利点が得られる。その代わり、変速比の調整は特に時間的に遅延し、特に切換え命令を決定している間の走行状況においてギヤチェンジが望ましくないと判定される場合には、変速比の調整は有利な態様では回避される。これによって、ギヤシフトの切換え過程または変速比の変更の無制限の回数が減少するので有利であり、これにより、特にギヤシフトが多数の不連続のギヤまたは変速比を有している場合には、快適な運転気分が得られる。さらに、ドライバーにとっては、代替案としての公知の切換え方法に比べて、通常は不適切なギヤへのギヤチェンジの回数が減るので有利であり、その結果通常はサイクリストにとってより好ましい自転車のハンドリングが得られる。

特に有利な構成では、切換え命令の決定は、ギヤチェンジ作動状態の検出後の切換え時間の経過に依存して行う。この構成では、有利な態様では、切換え命令の決定はギヤチェンジ作動状態を検出するための条件が引き続き満たされている場合にのみ行う。したがって、有利な態様では、検知した踏み回数および／または検知した踏み力の目標範囲からのずれが短時間および／または最小のときには、ギヤシフトに対する制御信号を発生させない。これによって、ギヤシフトの切換え過程または変速比の変更の無制限の回数が効率的に且つ簡単に減少するので有利である。検知した踏み回数および／または検知した踏み力に依存して切換え時間を調整するように構成してよく、たとえば検知した踏み回数の回数下限閾値または回数上限閾値からの隔たりに伴って切換え時間は線形的に減少する。

有利な構成では、切換え命令を、検知した踏み回数に依存して、且つ／または検知した踏み力に依存して決定または検出する。これにより、低いもしくは高い踏み回数のときに、および／または高い踏み力のときに、すぐに切換え信号を発生させることができ、または、変速比を調整することができるので有利である。有利な態様では、検知した踏み回数の時間的変化もしくは数学的導関数に依存して、且つ／または検知した踏み力の時間的変化もしくは数学的導関数に依存して切換え命令を決定する。追加的にまたは択一的に、この構成では、有利な態様によれば、踏み回数の変化に対する閾値よりも上の正の導関数のときに、および／または、検知した踏み力が踏み力の変化に対する閾値よりも上の正の導関数のときに、切換え信号を発生させ、または、変速比を調整する。ただし、この構成では、回数上限閾値を越えたときに、ギヤチェンジ作動状態の検出後の切換え時間内で検出した踏み回数の変化が負である場合、または、回数下限閾値を下回ったときに、ギヤチェンジ作動状態の検出後の切換え時間内で検出した踏み回数の変化が正である場合、切換え命令を検出しないのが有利である。この構成では、切換え命令の決定の際に現在の走行状況または作動状態が考慮され、その結果走行状況に同調した、サイクリストにとって快適なギヤシフトの半自動または自動の切換えが得られる。

本発明の更なる構成では、自転車の速度を検知する。速度の検知は、たとえば自転車に設けた速度センサを用いて行い、たとえば自転車の走行輪の１つに設けたリードセンサまたは回転数センサを用いて行う。択一的にまたは追加的に、自転車の加速度を検知し、たとえば加速度センサを用いて検知し、および／または、加速度を自転車の検知した速度に依存して検出する。択一的にまたは追加的に、自転車の走行ルートの勾配または自転車の横軸線のまわりでのピッチ角を検知し、たとえば慣性測定ユニットを用いて検知する。続いて、切換え命令を、自転車の検知した速度、検知もしくは検出した加速度、および／または、検知した勾配に依存して決定または検出し、この場合切換え命令は、特に、検知した速度の、検知もしくは検出した加速度の、および／または、検知した勾配の少なくとも１つの時間的変化に依存して決定する。これにより、たとえば踏み回数が回数上限閾値を越えている場合、同時に走行ルートの勾配の時間的変化が正でないときだけ、または、正にならないときだけ、ギヤシフトに対する制御信号を発生させるという利点が得られ、その結果たとえば走行ルートの勾配がより増していっている走行の際に、より高いギヤへの望ましくない切換えはすぐに実施しない。さらに、この構成では、走行ルートの勾配で、自転車が速度を増しながら、または、一定の速度で下り方向へ惰行走行する場合、変速比の調整が阻止されるので有利である。換言すれば、この構成では、踏み回数が回数下限閾値を下回っているか、回数上限閾値を上回っているにもかかわらず、および／または、踏み力が力上限閾値を上回っているにもかかわらず、ほとんどの走行状況で、ギヤシフトに対する制御信号が生成されないので有利である。というのは、これらの走行状況においては、より小さな変速比への切換えは望ましくないと判定されるからである。

さらに、好ましくは、ギヤチェンジ作動状態の検出後、検知した踏み回数に依存して、且つ／または検知した踏み力に依存して、且つ／または自転車の検知した速度に依存して、且つ／または自転車の検知もしくは検出した加速度に依存して、且つ／または走行ルートの検知した勾配に依存して、理想変速比を検出する。その際、ギヤシフトは、現在の変速比と理想変速比との間にギヤシフトの少なくとも１つの飛越し変速比を有している。この構成では、追加的に、現在の変速比の検知または検出を実施するように構成してよい。続いて、ギヤシフトに対する制御信号を、追加的に、検出した理想変速比に依存して発生させ、これによって、ギヤシフトの変速比を調整する際、ギヤシフトの少なくとも１つの変速比の飛越しを行う。この実施形態は、走行ルートの勾配が正または負である場合、非常に異なる他の変速比に切換える必要がある場合に特に有利であり、この場合複数の変速比を連続して切換えるのは望ましくない。というのは、どのギヤチェンジもドライバートルクの跳躍的変化を、および、電動自転車の場合にはモータトルクの跳躍的変化も、結果として生じさせるからである。加えて、通常は、たとえばディレイラーギヤのチェーンを他の変速比に移す際に、自転車の後輪に対する力の流れの短い、望ましくない中断も生じる。

好ましくは、ギヤチェンジ作動状態の検出後に、サイクリストのために、半自動切換えまたは予測される自動切換えに対する音響的、視覚的、および／または触覚的情報を表示することが企図される。これによって、サイクリストは本方法に関して情報を受け、そしてたとえば間近に走行ルートの勾配があるとか、間近に下り坂があるとかの走行状況によって必要と思われれば、更なる入力によって予想される自動動作を断ち切ることができる。本方法のこの構成により、サイクリストにとって快適な運転気分と、コントロール可能な、または、簡単に調整可能な、バランスの取れた方法とが得られる。

本方法の更なる構成では、決定した切換え命令の後に、サイクリストの検知した踏み回数が操作回数閾値よりも小さい場合に、および／または、決定した切換え命令の後に、サイクリストの検知した踏み力が操作力閾値よりも小さい場合に、初めてギヤシフトに対する制御信号を発生させる。換言すれば、追加的にサイクリストの確認に依存して、ギヤシフトに対し制御信号を発生させ、この場合サイクリストは、特に踏み力中断および／または踏み回数中断によってギヤチェンジを確認する。換言すれば、この実施形態では、サイクリストは踏み回数および／または踏み力の調整によって制御命令を確認する。特に、ギヤシフトに対する制御信号の発生は、サイクリストの検知した踏み回数がゼロかゼロに近い場合に初めて行う。択一的にまたは追加的に、入力手段によりサイクリストの確認を検知し、この場合入力手段は、切換えの確認のため、有利にはハンドルグリップの近くに配置されている。この実施形態では、切換え命令の決定後、サイクリストに、半自動切換えのための音響的、視覚的、および／または触覚的切換え情報を有利にはＨＭＩにより表示し、この場合切換え情報は、特に変速比を調整するための確認またはギヤチェンジの確認に対する要求を表している。半自動切換えのためのこの実施形態により、ギヤシフトに対する制御信号の快適な半自動的な発生が生じる。

更なる実施形態では、変速比の調整の前に、将来の変速比、たとえば理想変速比に対し期待される将来のドライバートルクおよび／または期待される踏み回数の決定を行う。期待される将来のドライバートルクおよび／または期待される踏み回数の決定は、サイクリストの検知した現在の踏み力および／または検知した現在の踏み回数に依存して、且つ電動自転車の駆動モータの現在のモータ出力に依存して、且つ現在の変速比と、予測されるまたは将来の変速比とに依存して行う。予測される変速比は、検知した踏み回数に依存して、且つ／または検知した踏み力に依存して、並びに、踏み回数および／もしくは踏み力に対するそれぞれの目標範囲に依存して、または回数閾値および／もしくは力閾値に依存して検出してよい。続いて、この更なる実施形態では、追加的に、期待されるドライバートルクおよび／または期待される踏み回数に依存して切換え命令を決定し、特に切換え命令は、期待されるドライバートルクが力下限閾値と力上限閾値との間にある場合にだけ、および／または、期待される踏み回数が回数下限閾値と回数上限閾値との間にある場合にだけ決定する。この構成により、電動自転車の駆動装置の現在のモータトルクと将来のモータトルクとが考慮されるので有利であり、これによって、たとえば駆動モータのモータトルクが飽和状態にあるような電動自転車の走行状況において、快適な切換え動作が得られる。

本方法において、特に有利な他の構成では、検知した踏み力および／または検知した踏み回数に依存して、駆動モータの現在のモータトルクに依存して、そして現在の変速比および予測される変速比に依存して、変速比の変更があった場合に対する電動自転車の駆動モータの予測される将来のモータトルクおよび／または予測される将来のモータ出力の決定を実施する。予測される変速比は、検知した踏み回数に依存して、且つ／または検知した踏み力に依存して、並びに、踏み回数および／もしくは踏み力に対するそれぞれの目標範囲に依存して、または回数閾値および／もしくは力閾値に依存して検出してよい。続いて、追加的に、決定した将来のモータトルクおよび／または予測される将来のモータ出力に依存して切換え命令の決定を行う。この構成では、踏み回数の調整と踏み力の調整を行ったにもかかわらずドライバーの仕事率が同じである際の将来の変速比において、電動自転車の駆動モータの予測される将来のモータ出力がかなり減少したことが検出される場合に、特に切換え命令の決定と変速比の変更が抑制または回避される。

択一的な構成では、サイクリストの検知した踏み回数および／もしくは検知した踏み力に依存して、且つ／または自転車の横方向における自転車の検知した横方向加速度および／もしくは自転車の検知した側方傾斜に依存して、サイクリストの立ち漕ぎを認定する。続いて、立ち漕ぎの認定に依存して切換え命令の決定を行い、この場合立ち漕ぎが認定されれば、特に切換え時間の経過後には切換え命令は決定しない。この択一的な構成では、立ち漕ぎでの切換えは通常望ましいものではないため、サイクリストの立ち漕ぎが検出された場合にはギヤシフトの切換えまたは変速比の変更が回避されるので好ましい。

有利な択一的構成では、切換えモードを設定するためのサイクリストの入力の検知を実施する。換言すれば、有利な態様では、サイクリストは切換えモードまたは切換え動作を入力によって設定する。サイクリストの入力の検知は、たとえば自転車のハンドルまたはＨＭＩに設けた入力手段を用いて行う。続いて、この構成では、サイクリストの検知した入力に依存して、回数下限閾値および／または回数上限閾値の調整を実施する。択一的にまたは追加的に、サイクリストの検知した入力に依存して、力下限閾値および／または力上限閾値を調整する。換言すれば、有利な態様では、検知した入力に依存して踏み回数および／または踏み力に対するそれぞれの目標範囲を調整する。択一的にまたは追加的に、切換え命令の決定を、追加的にサイクリストの検知した入力に依存して実施するように構成してよく、この場合サイクリストの検知した入力に依存して、自転車の速度に対し、自転車の加速度に対し、サイクリストの踏み力に対し、走行ルートの勾配に対し、および／またはそれらの時間的変化に対し、切換え時間および／またはそれぞれの閾値を調整する。択一的にまたは追加的に、理想変速比を、追加的にサイクリストの検知した入力に依存して検出する。この有利な構成により、サイクリストにとって場合によっては多くの走行状況において望ましい直接的もしくは間接的切換え動作、および／または、ギヤもしくは変速比の飛越しに関する切換え動作の設定が得られる。この構成の特に有利な実施形態では、電動自転車の場合に、アシスト比率を設定するためのサイクリストの入力により、追加的に切換えモードまたは切換え動作を設定するための入力が行われ、この場合特に各アシスト比率に１つの切換えモードが割り当てられている。換言すれば、切換えモードを設定するための入力はアシスト比率を設定するための入力に連動していてよい。たとえば、アシスト比率“Ｅｃｏ”および／または“Ｓｐｏｒｔ”には、回数下限閾値および回数上限閾値とアシスト比率“Ｔｕｒｂｏ”との間の小さな差により直接的な切換え動作が割り当てられ、或いは、回数下限閾値と回数上限閾値との間のより大きな差により間接的な切換え動作が割り当てられる。

本発明は、コンピュータによってプログラムを実施する際に、前記コンピュータをして請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法のステップを実施させる命令を含んでいる、コンピュータプログラムにも関する。コンピュータプログラムは、好ましくはクラウドから、または、サーバー装置から、無線または有線のデータ接続によりロードすることができる。このようなコンピュータプログラムは、たとえば自転車のギヤシフトの追装備または交換の場合に、自転車の、特に電動自転車のギヤシフトを制御するためのたとえばＵｐｄａｔｅｓ－ｏｖｅｒ－ｔｈｅ－ａｉｒを可能にさせる。

本発明は制御器にも関し、この場合制御器は、サイクリストの踏み回数を表す第１の信号を提供するための少なくとも１つの第１の信号入力部を含んでいる。制御器は、サイクリストの踏み力を表す第２の信号を提供するための第２の信号入力部をも含んでいる。制御器は、自転車の電気制御可能なギヤシフトのための制御信号を出力するための信号出力部をも有している。さらに、制御器は演算ユニット、特にプロセッサを有し、この場合演算ユニットは、本発明による方法のステップを実施するように構成されている。換言すれば、制御器は、本発明による方法を実施するために設置されている。したがって、この制御器を用いると、方法に対して述べた、サイクリストまたは自転車にとっての利点が得られる。

本発明は、さらに、駆動モータを備えた電動自転車用駆動ユニットに関し、この場合駆動ユニットは、少なくとも１つの回転数センサを含んでいる。回転数センサは、自転車の踏み軸におけるサイクリストの踏み回数を検知するために設置されている。さらに、駆動ユニットは踏み力センサを含み、この場合踏み力センサは、自転車の踏み軸におけるサイクリストの踏み力を検知するために設置されている。駆動ユニットは、本発明による制御器をも含んでいる。オプションで、駆動ユニットは電気制御可能なギヤシフトを含んでいてよい。択一的に、駆動ユニットは、制御器を用いて、自転車の電気制御可能なギヤシフトを、信号出力部で発生させた制御信号により制御するために設置されている。

本発明は、さらに自転車、特に電動自転車に関する。本発明による自転車は、電気制御可能なギヤシフトと、本発明による制御器または本発明による駆動ユニットとを含んでいる。

更なる利点は、図に関する実施形態の以下の説明から明らかである。

電気制御可能なギヤシフトを備えた自転車の図である。 ギヤシフトを制御するための自転車の制御器の図である。 方法の流れをブロック図として示した図である。 択一的な方法の流れをブロック図として示した図である。 踏み力および踏み回数に対する目標範囲のグラフである。

図１には、電気制御可能なギヤシフト１１０を備えた自転車１００の概要が図示されている。自転車１００は、サイクリストの踏み力Ｆを受容するために踏み軸１０１に設けたペダル１０２を有している。自転車１００は縦軸線１９０を有し、作動中に典型的には縦軸線の方向にある走行方向でもって移動し、この場合自転車は、ペダルに対する踏み回数Ｋを持つサイクリストの踏み力Ｆによって、または、踏み軸１０１におけるドライバートルクによって駆動される。踏み軸１０１と後輪１０４の後車軸１０４との間の、または、踏み軸１０１と後輪１０３との間の変速比がｉ＝２の場合、たとえば自転車１００の後輪１０３は作動中に踏み軸１０１でのサイクリストの踏み回数Ｋに比べて２倍の回転数で回転する。自転車１００は、さらに、オプションで表示装置１３０もしくはＨＭＩおよび／または入力手段１４０を含んでおり、この場合表示装置１３０と入力手段１４０とは有利には自転車１００のハンドル１０５に配置されている。自転車１００の電気制御可能なギヤシフト１１０は、この実施形態ではディレイラーギヤであり、踏み軸１０１に設けた電気制御可能なフロントディレイラー１１１およびチェーンホイール１１２と、後輪１０３の後車軸１０４に設けたスプロケットクラスタ１１４またはギヤクラスタとを含み、この場合チェーンホイールとスプロケットクラスタ１１４とはチェーン１１５を用いて互いに結合されている。択一的に、他の種類の電気制御可能なギヤシフトを自転車１００に配置してよく、たとえば後輪１０３の後車軸１０４に電気制御可能なハブギヤを配置してよく、ハブギヤはたとえば多段遊星歯車装置を含んでいる。自転車のディレイラーギヤおよびハブギヤは、ほとんどの場合不連続な変速比ｉを有し、この場合ギヤの段または変速比ｉは、ギヤシフトのタイプおよび製造業者に依存している。たとえば、踏み軸１０１またはクランク軸に５３／３９チェーンホイールコンビネーションを持ち、且つ後車軸１０４に１１個ないし２１個の歯を有するギヤクラスタを持つディレイラーギヤおよびシフトギヤ１１０の変速比は、１．８６ないし４．８２の不連続段である。３段または８段のハブギヤは、通常上述のディレイラーギヤと同様の変速比を有している。たとえば自転車１００の後車軸１０４に配置されている代替の無段ギヤシフト１１０の変速比の切換え可能範囲は、典型的には遊星歯車装置を備えたディレイラーギヤおよびハブギヤに匹敵する。したがって、自転車１００のギヤシフト１１０の変速比は、通常はほぼ１．５と５の間にある。有利な態様では、ドライバートルクＦＭもモータトルクＭもギヤシフト１１０の手前で組み合わされ、ギヤシフト１１０により変速比ｉによって変速されて、自転車１００の後輪１０３の後車軸１０４へ伝達される。ギヤシフト１１０は、すべての構造形態または種類において電気制御可能に実施されていてよい。

自転車１００の速度ｖは、一般に、ギヤシフト１１０の導入されている変速比ｉと、踏み回数Ｋと、駆動輪または後輪１０３の車輪外周Ｕとの積として検出することができる（等式（１）を参照）。これは、自転車１００がサイクリストによってアクティブにモータアシストなしで駆動される限りおいて適用されるものであり、すなわちアイドリングまたはブレーキングがない場合に適用される。たとえば、踏み回数がＫ＝８０ｒｐｍで且つ車輪外周がＵ＝ほぼ２．１ｍ（２８“インチタイヤ）で変速比がｉ＝２のときにサイクリストがペダルを踏むことによって、速度ｖ＝ほぼ２０ｋｍ／ｈが達成される。

たとえば走行ルート上の上り坂でドライバートルクＦＭを減少させるため、サイクリストはギヤシフト１１０のより低い変速比ｉに切換え、この場合同時に踏み回数Ｋは上昇する。切換えの際、典型的には制動しないので、自転車の速度ｖは、変速比を切換える時点またはその前と切換えている最中とでほぼ等しい（ｖ_１＝ｖ_２）。踏み回数Ｋは、切換えによって、変速比ｉに依存してほぼ等式（２）に従って不連続または跳躍的に変化する。

サイクリストの踏みパワーＰは、サイクリストの踏み回数Ｋと、踏みトルクまたはドライバートルクＦＭとの積として記述できる（等式（３）を参照）。

サイクリストのドライバーパワーＰまたは踏みパワーは、変速比のｉ１からｉ２への調整または切換えの時点では、ほぼ不変と推定できる。切換えの時点でドライバーパワーＰが不変であると、等式（４）によれば、ドライバートルクＦＭ２が変速比ｉ１およびｉ２とドライバートルクＦＭ１とに依存していることが推定される。したがって、ドライバートルクＦＭも、ギヤシフト１１０の変速比の切換えにより、等式（４）に従って変速比ｉ１およびｉ２に依存して不連続または跳躍的に変化する。

上述した踏み回数およびドライバートルクのこのような跳躍的変化は望ましいものである。というのは、踏み回数およびドライバートルクをそれぞれの目標値に継続的に調整しながらギヤシフト１１０の切換えが行われるからである。換言すれば、目標踏み回数および目標ドライバートルクの範囲での自転車１００の作動はサイクリストにとって心地よく、快適である。再び換言すると、踏み回数および／またはドライバートルクもしくは踏み力に対するそれぞれの目標範囲外での自転車１００の作動はサイクリストにとって不快であり、その結果サイクリストは、それぞれ目標範囲外にある現在の踏み回数および／または現在のドライバートルクの状態で、ギヤシフト１１０の変速比を変化または調整しようとする。

なお、有利には自転車１００は電動自転車であり、自転車１００を駆動するための電気駆動モータ１２１を備えた駆動ユニット１２０を含んでいる。電気駆動モータ１２１は、有利な態様では、検知した踏み力Ｆまたは検知したドライバートルクＦＭに依存してモータトルクＭを発生させるために設置され、この場合モータトルクＭは、踏み軸１０１にもたらされたドライバートルクＦＭに加えて電動自転車を走行方向に駆動させるために設置されている。駆動モータ１２１を用いて発生させたモータトルクＭは、典型的には、踏み軸１０１において検知した踏み力Ｆまたは検知したドライバートルクＦＭに依存して、且つ通常はドライバーによって調整可能または選択可能なアシスト比率αに依存して、等式（５）に従って発生させる。アシスト比率αは、たとえば１００％と４００％の間で調整することができる。

モータトルクの跳躍を少なくとも減少させるために、ギヤシフト１１０の切換え過程を実施する場合、モータトルクＭを発生させるための駆動モータ１２１の制御が等式（５）とは異なることがあり、特にモータトルクＭと検知したドライバートルクＦＭとの間に非線形的関係が存在することがあり、その結果変速比の調整によってドライバートルクＦＭが跳躍的に変化したときに、モータトルクＭの急激な変化は生じない。

駆動モータ１２１の制御は、通常さらに、駆動モータ１２１によるモータアシストのための最大速度ｖｍａｘに到達する前にブロックすることによって調整され、たとえばモータパワーアシストに対しては最大速度ｖｍａｘ＝２５ｋｍ／ｈが法的に設定されている。ブロックの範囲または最大速度ｖｍａｘの範囲では、発生させるモータトルクＭを、好ましくは追加的に自転車１００の検知した速度ｖおよび最大速度ｖｍａｘに依存して発生または減少させる。

さらに、山道走行の間、自転車の走行ルートの上り坂で、検知したドライバートルクＦＭ以降、モータトルクＭが飽和状態になることがあり、或いは、最大モータトルクＭｍａｘが制限されていることがある。これは、駆動モータ１２１が最大モータトルクＭｍａｘよりも大きなモータトルクＭを供給できないまたは供給すべきでないからであり、すなわち換言すれば、駆動モータ１２１のモータトルクＭの制御またはブロックは最大モータトルクＭｍａｘに依存して行われる。

上述の走行状況において、すなわちギヤシフトを切換える際に、電動自転車の速度ｖが最大速度ｖｍａｘに近いか、等しいか、もしくはより大きければ、および／または、モータトルクＭが最大モータトルクＭｍａｘに等しければ、サイクリストにとって最も適切または最も快適なギヤシフトの変速比に対し結果的に非直感的な作用が生じる。もし、より大きな変速比へ切換えた後に必要とするドライバートルクが、切換え前に最大モータトルクＭｍａｘを発生させたために、および／または、発生させたモータトルクをブロックしたために、過剰に上昇すれば、電動自転車において必要とされるドライバートルクは、たとえば電動自転車の速度ｖの所望の維持または所望の上昇に対し驚くほど大きくなり得る。

サイクリストの踏み回数Ｋは、有利な態様では、踏み軸１０１に設けた回転数センサ２１０を用いて検知する。択一的にまたは追加的に、踏み軸と駆動モータとの間に一定の変速比がある場合には、電動自転車における踏み回数Ｋを、ロータ位置用のセンサ装置を用いて、または、少なくとも１つのロータ位置センサを用いて、または、モータ回転数センサを用いて検知してよい。択一的にまたは追加的に、踏み軸に設けたトルクセンサ２２０を用いて踏み回数Ｋを検知してよく、この場合踏み回数Ｋは、検知したドライバートルクＦＭに依存して検出する。

ペダルに対するサイクリストの踏み力Ｆは、または、踏み軸でのサイクリストのドライバートルクは、たとえば、自転車の複数のペダルのうちの１つに設けた少なくとも１つの力センサまたは踏み軸１０１に設けたトルクセンサ２２０を用いて検知することができる。

自転車１００の速度ｖは、有利な態様では、自転車１００の後輪１０３に設けた速度センサ２３０またはリードセンサを用いて検知する。

図２には、ギヤシフト１１０を制御するための自転車１００の制御器２００が概略的に図示されている。制御器２００は、演算ユニット２０１を有している。演算ユニット２０１、特にプロセッサは、本発明による方法の複数のステップを実施するように構成されている。制御器２００は、さらに、オプションの第１の信号入力部２０２と、第２の信号入力部２０３と、オプションの第３の信号入力部２０４と、オプションの第４の信号入力部２０５と、オプションの第５の信号入力部２０６とを有している。制御器２００は、さらに、自転車１００の電気制御可能なギヤシフト１１０に対し制御信号を出力するための信号出力部２５０を有している。第２の信号入力部２０３は、たとえば、サイクリストの踏み力を表す、踏み軸に設けたトルクセンサ２２０の第２の信号を検知するために設置されている。オプションの第１の信号入力部２０２は、たとえば、サイクリストの踏み回数を表す、踏み軸に設けた回転数センサ２１０の第１の信号を検知するために設置されている。サイクリストの踏み回数を、検知した第２の信号または検知した踏み力または検知したドライバートルクに依存して検出するように構成してよい。オプションの第３の信号入力部２０４は、自転車１００の速度ｖを表す速度センサ２３０の第３の信号を検知するために設置されている。オプションの第４の信号入力部２０５は、切換えモードに対するサイクリストの入力または切換え動作の入力を表す入力手段１４０の第４の信号を検知するために設置されている。オプションの第５の信号入力部２０６は、加速度センサ２４０または慣性測定ユニット２４１の第５の信号を検知するために設置され、この場合第５の信号は、縦方向での自転車の加速度、横方向での自転車の加速度、自転車のピッチ角、および／または、自転車１００の縦軸線１９０を中心とする自転車の側方傾斜または自転車１００の回転を表している。信号出力部２５０は、電気制御可能なギヤシフト１１０を変速比の変更のために制御するよう設けられた制御信号を発生させるために設置されている。オプションで、制御器２００が、モータ制御信号出力部２５１を用いて、自転車１００としての電動自転車の駆動モータ１２１に対するモータ制御信号を発生させるように設置されているように構成してよい。さらに、オプションで、制御器２００が、表示手段信号出力部２５２を用いて、自転車１００の表示装置１３０に対する表示信号を発生させるように設置されているように構成してよい。有利には、制御器はメモリ２９０を含み、メモリ内には、有利にはたとえば最大速度ｖｍａｘまたは最大モータトルクＭｍａｘのようなパラメータおよび他の多数の作動パラメータ並びに閾値が記憶されている。

図３ａには、方法の流れがブロック図として概略的に図示されている。本方法は、踏み軸でのサイクリストの踏み回数Ｋの検知３１０を含んでいる。本方法は、サイクリストの踏み力Ｆの検知３２０も含んでおり、この場合踏み力Ｆは特にドライバートルクＦＭとしてトルクセンサ２２０により検知される。オプションで、自転車の現在の速度ｖの検知３３０が行われるように構成してよい。択一的にまたは追加的に、オプションで、ステップ３３１で縦方向１９０における自転車の加速度を検知してよい。加速度の検知３３１は、オプションで、検知した速度ｖに依存する縦方向１９０における自転車の加速度の検知として行う。さらに、オプションのステップ３３２で、自転車１００の走行ルートの勾配、または、自転車１００の横軸線のまわりでの自転車１００のピッチ角を、自転車１００に設けた慣性測定ユニット２４１を用いて検出または決定してよい。さらに、オプションのステップ３４０で、切換えモードを設定するためのサイクリストの入力の検知を行ってよい。オプションのステップ３４１で、ステップ３４０で検知したサイクリストの入力に依存して、回数下限閾値および／または回数上限閾値を調整するように構成してよい。さらに、オプションのステップ３４２で、ステップ３４０で検知したサイクリストの入力に依存して、力下限閾値および／または力上限閾値を調整するように構成してよい。続いて、ステップ３５０で、検知した踏み回数Ｋに依存して、且つ検知した踏み力Ｆに依存して、ギヤチェンジ作動状態を検出する。ギヤチェンジ作動状態の検知３５０は、検知した踏み回数Ｋが回数下限閾値よりも小さいかこれに等しければ、または、検知した踏み回数Ｋが回数上限閾値よりも大きいかこれに等しければ、すぐに行う。択一的にまたは追加的に、検知した踏み力Ｆが力下限閾値よりも小さいかこれに等しければ、または、検知した踏み力Ｆが力上限閾値よりも大きいかこれに等しければ、すぐにギヤチェンジ作動状態の検知３５０を行う。ギヤチェンジ作動状態の検知３５０の後、オプションのステップ３６０で、サイクリストに半自動切換えまたは自動予測切換えに対する音響的、視覚的、および／または触覚的情報を表示する。オプションのステップ３６５で、サイクリストの検知した踏み回数および／もしくは検知した踏み力、並びに／または自転車１００の横方向における自転車１００の検知した横方向加速度、および／もしくは自転車の検知した側方傾斜に依存して、サイクリストの立ち漕ぎを認定または検出する。立ち漕ぎは、たとえば、踏み軸で検知した踏み回数もしくは検知した回転数、および／もしくは検知した踏み力が不連続なピークを示している場合、並びに／または、検知した横方向加速度が横方向加速度閾値よりも大きい場合、並びに／または、検知した側方傾斜が所定の立ち漕ぎ時間内で反復されて、自転車の異なる側への立ち漕ぎ傾斜角を越えている場合に認定される。オプションのステップ３７０で、ギヤシフトに対し切換え命令の決定を行う。オプションの切換え命令の決定３７０は、有利な態様では、ギヤチェンジ作動状態の検出後の切換え時間の経過に依存して実施し、すなわち実質的に、特に時間的に遅延して実施し、この場合オプションの切換え命令の決定３７０は、好ましくは、サイクリストの検知した踏み回数および／または検知した踏み力が切換え時間中に再びそれぞれの目標範囲内にあれば、行わない。検知した踏み回数および／または検知した踏み力に依存して切換え時間を調整するように構成されていてよく、たとえば力下限閾値または力上限閾値からの検知した踏み力の間隔が増すにつれて、切換え時間は線形的に低下する。換言すれば、有利な態様では、オプションのステップ３７０では、切換え時間中に、検知した踏み回数Ｋが再び回数下限閾値と回数上限閾値との間にあれば、および／または、検知した踏み力Ｆが力下限閾値と力上限閾値との間にあれば、切換え命令を決定しない。オプションのステップ３７０では、さらに、検知した踏み回数に依存して、且つ／または検知した踏み力に依存して、切換え命令を決定するように構成してよい。その際、有利な態様では、オプションの切換え命令の決定３７０は、検知した踏み回数の時間的変化に依存して、且つ／または検知した踏み力の時間的変化に依存して行う。さらに、オプションのステップ３７０では、自転車の検知した速度、検知もしくは検出した加速度、および／または、走行ルートの検知した勾配もしくは自転車１００のピッチ角に依存して、切換え命令を決定または検出するように構成されていてよく、この場合切換え命令は、特に、検知した速度の少なくとも１つの時間的変化、検知もしくは検出した加速度の少なくとも１つの時間的変化、および／または、検知した勾配の少なくとも１つの時間的変化もしくは自転車１００のピッチ角の少なくとも１つの時間的変化に依存して決定する。オプションのステップ３７０では、たとえば、自転車の速度がそのつどの現在導入されている変速比に対する速度閾値を越える場合のみ、切換え命令を決定するように構成されていてよい。オプションのステップ３７０では、たとえば、縦方向における自転車の加速度が所定の加速度許容差を越えた場合のみ、切換え命令を決定するように構成されていてもよく、この場合加速度許容差は、現在導入されている変速比に依存して選定されていてよく、または、現在導入されている変速比に関連付けされていてよい。換言すれば、ステップ３７０でのこのオプションの実施形態での切換え命令は、自転車１００の加速度の値が加速度許容範囲を越える場合にのみ検出される。換言すれば、ステップ３７０での切換え命令は、オプションで、自転車１００が加速または減速されるのをドライバーがはっきりと感じとれる場合にのみ決定する。さらに、ステップ３７０では、走行ルートの勾配または自転車のピッチ角が勾配閾値を越えれば、切換え命令をすぐに決定し、他の場合には、たとえば切換え時間に依存して、或いは、切換え時間の経過後に、切換え命令を決定するように構成されていてよい。オプションの更なる実施態様では、オプションのステップ３７０で切換え命令を、追加的に、検知したサイクリストの入力に依存して決定するように構成されており、この場合好ましくは、切換え動作または切換えモードに対するサイクリストの入力を検知し、これに依存して切換え時間を調整する。たとえば、検知したサイクリストの入力によってサイクリストが直接的な切換え動作を望んでいれば切換え時間を短縮し、検知したサイクリストの入力によってサイクリストが間接的な切換え動作を望んでいれば切換え時間を延長する。択一的にまたは追加的に、オプションのステップ３７０で、自転車の少なくとも１つの速度閾値もしくは加速度許容差、または走行ルートの勾配閾値、および／またはそれらの時間的変化に対する閾値を、検知したサイクリストの入力に依存して調整してよい。

オプションの有利な更なる構成では、ステップ３７０で、切換え命令を追加的に期待されるドライバートルクおよび／または期待される踏み回数に依存して、且つ現在のモータトルクに依存して決定する。択一的に、切換え命令の決定３７０を、予測される将来のモータトルクに依存して、または、予測される将来のモータ出力に依存して行うように構成してよい。たとえば、予測される将来のモータトルクおよび／または予測される将来のモータ出力がそれぞれの容認値よりもかなり減少すれば、変速比の調整は実施しない。将来の変速比に対し、特に理想変速比に対し予測される将来のドライバートルクおよび／または予測される踏み回数のオプションの決定３６７は、サイクリストの検知した現在の踏み力および／または検知した現在の踏み回数に依存して、且つ現在のモータ出力に依存して、且つ現在の変速比および将来の変速比に依存して行う。現在のモータトルクＭまたはＭ１は、たとえば等式（５）に従ってモータ制御することにより発生させ、したがって既知である。検知した踏み力Ｆまたは検知したドライバートルクＦＭ１に基づいて、且つ電気制御可能なギヤシフト１１０の将来の変速比ｉ２および現在の変速比ｉ１に基づいて、たとえばギヤチェンジ作動状態の検出後に、ギヤを１段シフトアップするためのステップ３５０で、現在のモータトルクＭ１を考慮して、結果として生じるドライバートルクＦＭ２に対する評価を行ってよく、或いは、期待されるドライバートルクＦＭ２を検出してよい（等式（６）を参照）。たとえば、現在の全トルクは、検知した現在のドライバートルクＦＭ，ＦＭ１と、現在のモータトルクＭまたはＭ１との総和である。現在の変速比ｉ１と将来の変速比ｉ２がわかっていれば、ファクタｉ２／ｉ１は既知である。したがって、等式（６）に従って、検出した期待されるドライバートルクＦＭ２がたとえば所定のトルク閾値を越えれば、有利な態様では、ステップ３５０でギヤチェンジ作動状態を検出したにもかかわらず、特に切換え時間が経過しているにもかかわらず、ステップ３７０では切換え命令を決定しない。というのは、期待されるドライバートルクＦＭ２がサイクリストにとって受け入れがたいと判断されるからである。シフトアップの場合、もし現在のモータトルクが最大モータトルクに対応していれば、現在のモータトルクＭまたはＭ１は切換え後一定のままであると仮定することができる。特にこの飽和事例では、シフトアップ後または変速比調整後に期待されるドライバートルクＦＭ２はドライバーにとって不快なほど大きくなり得る。択一的に、等式（５）および（６）に従って、可能なシフトダウンによって、検出された期待されるドライバートルクＦＭ２が、したがって予測される将来のモータトルクＭ２および／または予測される将来のモータ出力ＰＭも、それぞれの容認閾値以下に低下すれば、有利な態様では、ステップ３５０でギヤチェンジ作動状態を検出したにもかかわらず、特に切換え時間が経過しているにもかかわらず、ステップ３７０で切換え命令を決定しない。というのは、予測される将来のモータトルクＭ２および／または予測される将来のモータ出力ＰＭがサイクリストにとって受け入れがたいと判断されるからである。この事例は、特に平坦な走行ルート上で高速度のときにシフトダウンした際に発生することがある。

好ましくは、オプションのステップ３７０での切換え命令は、期待されるドライバートルクＦＭ２が力下限閾値と力上限閾値との間にあり、および／または、期待される踏み回数Ｋが回数下限閾値と回数上限閾値との間にある場合だけ決定する。

さらに、オプションの切換え命令の決定３７０は、追加的に、認定した立ち漕ぎに依存して行い、この場合立ち漕ぎを認定すると、特に切換え時間の経過後には切換え命令を決定しない。というのは、立ち漕ぎの際の変速比の調整は、通常サイクリストにとって不快と感じられるからである。

オプションの半自動切換えの事例では、有利な更なる構成において、切換え命令の決定３７０の後、オプションのステップ３７５で半自動切換えに対する音響的、視覚的、および／または触覚的切換え情報の提供を行う。換言すれば、オプションのステップ３７５で、有利な態様では踏み回数の変更により、或いは、たとえば入力手段１４０を用いて入力を変更することにより、半自動切換えを発動させるようサイクリストに要求する。

さらに、オプションのステップ３８０で、検知した踏み回数、検知した踏み力、自転車の検知した速度、自転車の検知もしくは検出した加速度、および／または、走行ルートの検知した勾配に依存して、理想変速比の検出を実施するように構成してよく、この場合ギヤシフトは、現在の変速比と理想変速比との間にギヤシフトの少なくとも１つの飛越し変速比を有する。理想変速比を検出するため、たとえば等式（６）を使用することができ、この場合理想変速比とは、たとえば、検出した期待されるドライバートルクＦＭ２が所定のトルク目標値に最も近いような変速比である。オプションの理想変速比の検出３８０を、追加的にサイクリストの検知した入力に依存して行うように構成してよく、この場合たとえばトルク目標値は、検知した入力に依存して調整される。

続くステップ３９０では、検出したギヤチェンジ作動状態に依存して、且つオプションで、決定した切換え命令に依存して、ギヤシフトに対する制御信号を発生させる。ギヤシフトに対する制御信号の発生３９０は、追加的に、検出した理想変速比に依存して行う。有利な構成では、ステップ３７０で決定した切換え命令の後、サイクリストの検知した踏み回数が操作回数閾値よりも小さければ、特にゼロであれば、および／または、サイクリストの検知した踏み力が操作力閾値よりも小さければ、特にゼロであれば、および／または、入力手段によるサイクリストの切換え入力が検知されれば、そのときに初めてギヤシフトに対する制御信号の発生３９０を行うように構成してよく、これによってその都度快適なオプションの半自動切換えが得られる。オプションのステップ３９５では、発生させた制御信号に依存して、ギヤシフトの変速比の調整３９５を実施する。換言すれば、ステップ３９０を含む方法は、すなわちギヤシフトに対する制御信号の発生３９０を含んだ方法は、たとえば自転車の駆動ユニットのみまたは制御ユニットのみを考慮するのであれば、終了させてよい。

図３ｂには、択一的な、短縮させた方法の流れが、ブロック図として概略的に図示されている。図３ｂの択一的な本方法は、踏み軸でのサイクリストの踏み回数Ｋの検知３１０を含んでいる。本方法は、サイクリストの踏み力Ｆの検知３２０も含んでいる。オプションのステップ３４０で、切換えモードを設定するためのサイクリストの入力の検知を行う。続いて、オプションのステップ３４１で、サイクリストの検知した入力に依存して、回数下限閾値および／または回数上限閾値を調整する。オプションのステップ３４２で、サイクリストの検知した入力に依存して、力下限閾値および／または力上限閾値を調整する。続いてステップ３５０で、検知した踏み回数Ｋに依存して、且つ検知した踏み力Ｆに依存して、検知した踏み回数Ｋが回数下限閾値よりも小さいか等しければ、または、検知した踏み回数Ｋが回数上限閾値よりも大きいか等しければ、ギヤチャンジ作動状態を検出する。択一的にまたは追加的に、検知した踏み力Ｆが力下限閾値よりも小さいか等しければ、または、検知した踏み力Ｆが力上限閾値よりも大きいか等しければ、すぐにギヤチェンジ作動状態の検出３５０を行う。ギヤチェンジ作動状態の検出３５０の後、図３ｂの方法では、すぐに、ギヤシフトに対する制御信号を、検出したギヤチェンジ作動状態に依存して発生させる。したがって、図３ｂの方法が技術水準と異なるのは、サイクリストの入力の検知３４０と、回数下限閾値および／もしくは回数上限閾値の調整３４１、並びに／または力下限閾値および／もしくは力上限閾値の調整３４２とを、それぞれこの検知した入力に依存して行うことである。これによって、半自動または自動のギヤシフトの切換え動作をサイクリストにとってすでに快適に容易に調整できるという利点、或いは、走行状況に応じて間接的な切換え動作または直接的な切換え動作を容易に設定できるという利点が得られる。これは特に、マウンテンバイクへの応用分野で興味深いことである。

図４ａには、変速比を切換えるための目標範囲４５０の２次元グラフが概略的に図示されている。横軸４０２は、ドライバートルクＦＭを表している。横軸４０２には、さらに力下限閾値４３０と力上限閾値４４０とが例示されている。縦軸４０１は、踏み回数Ｋを表している。縦軸４０１には、さらに回数下限閾値４１０と回数上限閾値４２０とが例示されている。力下限閾値４３０と力上限閾値４４０との間、および、回数下限閾値４１０と回数上限閾値４２０との間には、目標範囲４５０が定義されており、或いは、目標範囲４５０がある。検知した踏み回数Ｋと検知した踏み力Ｆまたは検知したドライバートルクＦＭとが、この目標範囲４５０内にあれば、たとえば点Ｐ１で、ギヤチェンジ作動状態を検出しない。検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力がこの目標範囲４５０の境界を離れると、或いは、検知した踏み回数が回数下限閾値４３０を下回ると、もしくは検知した踏み回数が回数上限閾値を上回ると、および／または、検知した踏み力が力下限閾値を下回ると、もしくは検知した踏み力が力上限閾値を上回ると、すぐにたとえば点Ｐ２でギヤチェンジ作動状態を検出する。回数下限閾値および／もしくは回数上限閾値並びに／または力下限閾値および／もしくは力上限閾値は、オプションで、切換えモードに対するサイクリストの入力によって調整され、これによって切換え動作がより直接的にまたはより間接的になる。換言すれば、目標範囲４５０は、サイクリストの入力の検知３４０と方法ステップ３４１および／または３４２とによって調整することができる。踏み回数Ｋおよび踏み力ＦまたはドライバートルクＦＭに対する目標範囲４５０のまわりには、サイクリストにとって一時的に受け入れ可能な作動範囲４６０が破線で図示されている。検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭがこの一時的に受け入れ可能な作動範囲４６０内にあれば、少なくとも短時間、ギヤチェンジ作動状態の調整は必要ない。本方法では、検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭが目標範囲外にあれば、すなわち仮に検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭが一時的に受け入れ可能な作動範囲４６０にあっても、ステップ３５０で、たとえば点Ｐ３でギヤチェンジ作動状態を検出する。有利には、ギヤチェンジ作動状態の検出３５０の後、たとえば点Ｐ３で、すぐにステップ３９０でギヤシフトに対する制御信号を発生させるのではなく、ギヤシフトに対する切換え命令の決定３７０のための切換え時間の経過を待つ。たとえば、検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭが短時間だけ目標範囲４５０の境界を離れ、切換え時間が経過している間に再び目標範囲４５０内に入ることが生じることがある。したがって、ギヤシフトに対する制御信号の発生３９０は、有利な態様では、追加的に、決定した切換え命令に依存して、または、切換え時間の経過に依存して実施する。すなわち、本方法によって、異なる変速比の間で頻繁に切換るという不具合を回避できるので有利である。というのは、特に検知した踏み回数Ｋおよび検知した踏み力Ｆまたは検知したドライバートルクＦＭが一時的に受け入れ可能な作動範囲内にあれば、ギヤシフトの切換えを遅らせるのが有利だからである。

１００ 自転車
１０１ 踏み軸
１１０ ギヤシフト
１２１ 駆動モータ
１４０ 入力手段
２００ 制御器
２０１ 演算ユニット
２０２ 制御器の第１の信号入力部
２０３ 制御器の第２の信号入力部
２１０ 回転数センサ
２２０ 踏み力センサ
２５０ 制御器の信号出力部
３１０ 踏み回数の検知
３２０ 踏み力の検知
３３０ 自転車の速度の検知
３３１ 自転車の加速度の検知
３３２ 走行ルートの勾配の検知
３４０ 入力の検知
３４１ 回数下限閾値および／または回数上限閾値の調整
３４２ 力下限閾値および／または力上限閾値の調整
３５０ ギヤチェンジ作動状態の検出
３６０ 音響的、視覚的、および／または触覚的情報の表示
３６５ 立ち漕ぎの認定
３６７ 期待される将来のドライバートルクおよび／または期待される踏み回数の決定
３６８ 予測される将来のモータトルクおよび／または予測される将来のモータ出力の決定
３７０ ギヤシフトに対する切換え命令の決定
３８０ 理想変速比の検出
３９０ ギヤシフトに対する制御信号の発生
４１０ 回数下限閾値
４２０ 回数上限閾値
４３０ 力下限閾値
４４０ 力上限閾値
ａ 自転車の加速度
Ｆ 踏み力
ＦＭ ドライバートルク
ＦＭ２ 期待されるドライバートルク
ｉ１ 現在の変速比
ｉ２ 将来の変速比
Ｋ 踏み回数
Ｋ２ 期待される踏み回数
Ｍ モータトルク
Ｍ１ 現在のモータトルク
Ｍ２ 将来のモータトルク
ＰＭ 将来のモータ出力
ｖ 自転車の速度

図１には、電気制御可能なギヤシフト１１０を備えた自転車１００の概要が図示されている。自転車１００は、サイクリストの踏み力Ｆを受容するために踏み軸１０１に設けたペダル１０２を有している。自転車１００は縦軸線１９０を有し、作動中に典型的には縦軸線の方向にある走行方向でもって移動し、この場合自転車は、ペダルに対する踏み回数Ｋを持つサイクリストの踏み力Ｆによって、または、踏み軸１０１におけるドライバートルクによって駆動される。踏み軸１０１と後輪１０３の後車軸１０４との間の、または、踏み軸１０１と後輪１０３との間の変速比がｉ＝２の場合、たとえば自転車１００の後輪１０３は作動中に踏み軸１０１でのサイクリストの踏み回数Ｋに比べて２倍の回転数で回転する。自転車１００は、さらに、オプションで表示装置１３０もしくはＨＭＩおよび／または入力手段１４０を含んでおり、この場合表示装置１３０と入力手段１４０とは有利には自転車１００のハンドル１０５に配置されている。自転車１００の電気制御可能なギヤシフト１１０は、この実施形態ではディレイラーギヤであり、踏み軸１０１に設けた電気制御可能なフロントディレイラー１１１およびチェーンホイール１１２と、後輪１０３の後車軸１０４に設けたスプロケットクラスタ１１４またはギヤクラスタとを含み、この場合チェーンホイールとスプロケットクラスタ１１４とはチェーン１１５を用いて互いに結合されている。択一的に、他の種類の電気制御可能なギヤシフトを自転車１００に配置してよく、たとえば後輪１０３の後車軸１０４に電気制御可能なハブギヤを配置してよく、ハブギヤはたとえば多段遊星歯車装置を含んでいる。自転車のディレイラーギヤおよびハブギヤは、ほとんどの場合不連続な変速比ｉを有し、この場合ギヤの段または変速比ｉは、ギヤシフトのタイプおよび製造業者に依存している。たとえば、踏み軸１０１またはクランク軸に５３／３９チェーンホイールコンビネーションを持ち、且つ後車軸１０４に１１個ないし２１個の歯を有するギヤクラスタを持つディレイラーギヤおよびシフトギヤ１１０の変速比は、１．８６ないし４．８２の不連続段である。３段または８段のハブギヤは、通常上述のディレイラーギヤと同様の変速比を有している。たとえば自転車１００の後車軸１０４に配置されている代替の無段ギヤシフト１１０の変速比の切換え可能範囲は、典型的には遊星歯車装置を備えたディレイラーギヤおよびハブギヤに匹敵する。したがって、自転車１００のギヤシフト１１０の変速比は、通常はほぼ１．５と５の間にある。有利な態様では、ドライバートルクＦＭもモータトルクＭもギヤシフト１１０の手前で組み合わされ、ギヤシフト１１０により変速比ｉによって変速されて、自転車１００の後輪１０３の後車軸１０４へ伝達される。ギヤシフト１１０は、すべての構造形態または種類において電気制御可能に実施されていてよい。

図４には、変速比を切換えるための目標範囲４５０の２次元グラフが概略的に図示されている。横軸４０２は、ドライバートルクＦＭを表している。横軸４０２には、さらに力下限閾値４３０と力上限閾値４４０とが例示されている。縦軸４０１は、踏み回数Ｋを表している。縦軸４０１には、さらに回数下限閾値４１０と回数上限閾値４２０とが例示されている。力下限閾値４３０と力上限閾値４４０との間、および、回数下限閾値４１０と回数上限閾値４２０との間には、目標範囲４５０が定義されており、或いは、目標範囲４５０がある。検知した踏み回数Ｋと検知した踏み力Ｆまたは検知したドライバートルクＦＭとが、この目標範囲４５０内にあれば、たとえば点Ｐ１で、ギヤチェンジ作動状態を検出しない。検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力がこの目標範囲４５０の境界を離れると、或いは、検知した踏み回数が回数下限閾値４３０を下回ると、もしくは検知した踏み回数が回数上限閾値を上回ると、および／または、検知した踏み力が力下限閾値を下回ると、もしくは検知した踏み力が力上限閾値を上回ると、すぐにたとえば点Ｐ２でギヤチェンジ作動状態を検出する。回数下限閾値および／もしくは回数上限閾値並びに／または力下限閾値および／もしくは力上限閾値は、オプションで、切換えモードに対するサイクリストの入力によって調整され、これによって切換え動作がより直接的にまたはより間接的になる。換言すれば、目標範囲４５０は、サイクリストの入力の検知３４０と方法ステップ３４１および／または３４２とによって調整することができる。踏み回数Ｋおよび踏み力ＦまたはドライバートルクＦＭに対する目標範囲４５０のまわりには、サイクリストにとって一時的に受け入れ可能な作動範囲４６０が破線で図示されている。検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭがこの一時的に受け入れ可能な作動範囲４６０内にあれば、少なくとも短時間、ギヤチェンジ作動状態の調整は必要ない。本方法では、検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭが目標範囲外にあれば、すなわち仮に検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭが一時的に受け入れ可能な作動範囲４６０にあっても、ステップ３５０で、たとえば点Ｐ３でギヤチェンジ作動状態を検出する。有利には、ギヤチェンジ作動状態の検出３５０の後、たとえば点Ｐ３で、すぐにステップ３９０でギヤシフトに対する制御信号を発生させるのではなく、ギヤシフトに対する切換え命令の決定３７０のための切換え時間の経過を待つ。たとえば、検知した踏み回数Ｋおよび／または検知した踏み力ＦもしくはドライバートルクＦＭが短時間だけ目標範囲４５０の境界を離れ、切換え時間が経過している間に再び目標範囲４５０内に入ることが生じることがある。したがって、ギヤシフトに対する制御信号の発生３９０は、有利な態様では、追加的に、決定した切換え命令に依存して、または、切換え時間の経過に依存して実施する。すなわち、本方法によって、異なる変速比の間で頻繁に切換るという不具合を回避できるので有利である。というのは、特に検知した踏み回数Ｋおよび検知した踏み力Ｆまたは検知したドライバートルクＦＭが一時的に受け入れ可能な作動範囲内にあれば、ギヤシフトの切換えを遅らせるのが有利だからである。

Claims (16)

1. 自転車（１００）の、特に電動自転車の電気制御可能なギヤシフト（１１０）の変速比を切換える方法であって、以下のステップを含み、すなわち
   ・踏み軸（１０１）でのサイクリストの踏み回数（Ｋ）を検知するステップ（３１０）と、
   ・前記サイクリストの踏み力（Ｆ）を検知するステップ（３２０）と、
   ・ｉ．前記検知した踏み回数（Ｋ）が、
   ａ．回数下限閾値（４１０）よりも小さいか等しい場合に、もしくは、
   ｂ．回数上限閾値（４２０）よりも大きいか等しい場合に、
   および／または、
   ｉｉ．前記検知した踏み力（Ｋ）が、
   ａ．力下限閾値（４３０）よりも小さいか等しい場合に、もしくは、
   ｂ．力上限閾値（４４０）よりも大きいか等しい場合に、
   前記検知した踏み回数（Ｋ）に依存して、且つ前記検知した踏み力（Ｆ）に依存して、ギヤチェンジ作動状態を検出するステップ（３５０）と、
   を含んでいる前記方法において、
   前記ギヤチェンジ作動状態を検出するステップ（３５０）の後に、
   ・前記検出したギヤチェンジ作動状態に依存して、前記ギヤシフト（１１０）に対する制御信号を発生させるステップ（３９０）、
   を実施することを特徴とする方法。
2. 前記ギヤチェンジ作動状態を検出するステップの後に、以下のステップを実施し、すなわち
   ・前記ギヤシフト（１１０）に対する切換え命令を決定するステップ（３７０）、
   を実施し、
   ・追加的に、前記決定した切換え命令に依存して、前記ギヤシフト（１１０）に対する制御信号を発生させるステップ（３９０）を行う、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記切換え命令を決定するステップ（３７０）を、前記ギヤチェンジ作動状態を検出するステップ（３５０）の後の切換え時間の経過に依存して行う、請求項２に記載の方法。
4. 前記切換え命令を、前記検知した踏み回数（Ｋ）に依存して、且つ／または前記検知した踏み力（Ｆ）に依存して決定し、特に前記検知した踏み回数（Ｋ）の時間的変化に依存して、且つ／または前記検知した踏み力（Ｆ）の時間的変化に依存して決定する、請求項２または３に記載の方法。
5. 以下のステップを実施し、すなわち
   ・前記自転車（１００）の速度（ｖ）を検知するステップ（３３０）、および／または、
   ・前記自転車（１００）の加速度（ａ）を検知するステップ（３３１）、もしくは検知した速度（ｖ）に依存して加速度を検出するステップ、および／または、
   ・前記自転車（１００）の走行ルートの勾配を検知するステップ（３３２）、
   を実施し、
   前記切換え命令を決定するステップ（３７０）を、前記自転車（１００）の前記検知した速度（ｖ）、前記検知もしくは検出した加速度（ａ）、および／または、前記検知した勾配に依存して行う、
   請求項２～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 以下のステップを実施し、すなわち
   ・前記検知した踏み回数（Ｋ）、前記検知した踏み力（Ｆ）、前記自転車（１００）の前記検知した速度（ｖ）、前記自転車（１００）の前記検知もしくは検出した加速度（ａ）、および／または、前記走行ルートの前記検知した勾配に依存して、理想変速比を検出するステップ（３８０）であって、前記ギヤシフト（１１０）が、現在の変速比と前記理想変速比との間に前記ギヤシフトの少なくとも１つの飛越し変速比を有している前記理想変速比を検出するステップ（３８０）、
   を実施し、
   ・前記ギヤシフト（１１０）に対する制御信号を発生させるステップ（３９０）を、追加的に、前記検出した理想変速比に依存して行う、
   請求項２～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ギヤチェンジ作動状態を検出するステップ（３５０）の後に、以下のステップを実施し、すなわち
   ・前記サイクリストのために、予測される自動切換えに対する音響的、視覚的、および／または触覚的情報を表示するステップ（３６０）、
   を実施する、
   請求項２～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記切換え命令を決定するステップ（３７０）の後に、
   ・前記サイクリストの前記検知した踏み回数（Ｋ）が操作回数閾値よりも小さい場合、特にゼロである場合、および／または、
   ・前記サイクリストの前記検知した踏み力（Ｆ）が操作力閾値よりも小さい場合、特にゼロである場合、および／または、
   ・入力手段（１４０）による前記サイクリストの切換え入力を検知した場合、
   に初めて前記ギヤシフトに対する制御信号を発生させるステップ（３９０）を行い、前記サイクリストに対しては、前記切換え命令を決定するステップの後に、特に半自動切換えに対する音響的、視覚的、および／または触覚的切換え情報を表示する、
   請求項２～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記制御信号を発生させるステップ（３９０）の前に、以下のステップを実施し、すなわち
   ・前記サイクリストの前記検知した踏み力（Ｆ）および／または前記検知した踏み回数（Ｋ）に依存して、且つ現在のモータトルク（Ｍ）に依存して、且つ現在の変速比（ｉ１）と将来の変速比（ｉ２）とに依存して、前記将来の変速比（ｉ２）に対し期待されるドライバートルク（ＦＭ２）および／または期待される踏み回数（Ｋ２）を決定するステップ（３６７）と、
   ・追加的に、前記期待されるドライバートルクおよび／または前記期待される踏み回数に依存して、前記切換え命令を決定するステップ（３７０）であって、特に、前記期待されるドライバートルク（ＦＭ２）が前記力下限閾値（４３０）と前記力上限閾値（４４０）との間にある場合にだけ、および／または、前記期待される踏み回数（Ｋ）が前記回数下限閾値（４１０）と前記回数上限閾値（４２０）との間にある場合にだけ、前記切換え命令を決定する前記切換え命令を決定するステップ（３７０）と、
   を実施する、
   請求項２～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 以下のステップを実施し、すなわち
    前記検知した踏み力（Ｆ）および／または前記検知した踏み回数（Ｋ）に依存して、前記現在のモータトルク（Ｍ，Ｍ１）に依存して、そして前記現在の変速比（ｉ１）および予測される将来の変速比（ｉ２）に依存して、予測される将来のモータトルク（Ｍ２）および／または予測される将来のモータ出力（ＰＭ）を決定するステップ（３６８）と、
    ・追加的に、前記決定した将来のモータトルク（Ｍ２）または前記予測される将来のモータ出力（ＰＭ）に依存して、前記切換え命令を決定するステップ（３７０）と、
    を実施する、
    請求項２～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 以下のステップを実施し、すなわち
    ・前記サイクリストの前記検知した踏み回数（Ｋ）および／もしくは前記検知した踏み力（Ｆ）、並びに／または、前記自転車（１００）の横方向における前記自転車（１００）の検知した横方向加速度および／もしくは前記自転車（１００）の検知した側方傾斜に依存して、前記サイクリストの立ち漕ぎを認定するステップ（３６５）と、
    追加的に、前記認定した立ち漕ぎに依存して、前記切換え命令を決定するステップ（３７０）であって、立ち漕ぎを認定した際に、特に前記切換え時間の経過後には切換え命令を決定しない前記切換え命令を決定するステップ（３７０）と、
    を実施する、
    請求項２～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 以下のステップを実施し、すなわち
    ・切換えモードを設定するための前記サイクリストの入力を検知するステップ（３４０）、
    ・前記サイクリストの前記検知した入力に依存して、前記回数下限閾値（４１０）および／もしくは前記回数上限閾値（４２０）を調整するステップ（３４１）、並びに／または、
    ・前記サイクリストの前記検知した入力に依存して、前記力下限閾値（４３０）および／もしくは前記力上限閾値（４４０）を調整するステップ（３４２）、並びに／または、
    ・追加的に、前記サイクリストの前記検知した入力に依存して、前記切換え命令を決定するステップ（３７０）であって、前記サイクリストの前記検知した入力に依存して、前記自転車の前記速度に対し、前記自転車の前記加速度に対し、前記サイクリストの前記踏み力に対し、前記走行ルートの前記勾配に対し、および／もしくはそれらの時間的変化に対し、現在の変速比もしくはそれぞれの閾値に対する前記切換え時間および／もしくはそれぞれの許容範囲を調整する前記切換え命令を決定するステップ（３７０）、並びに／または、
    ・追加的に、前記サイクリストの前記検知した入力に依存して、理想変速比を検出するステップ（３８０）、
    を実施する、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. コンピュータによってプログラムを実施する際に、前記コンピュータをして請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法のステップを実施させる命令を含んでいる、コンピュータプログラム。
14. 制御器（２００）において、前記制御器（２００）が少なくとも以下の構成要素を含み、すなわち
    ・サイクリストの踏み回数を表す第１の信号を提供するためのオプションの第１の信号入力部（２０２）と、
    ・前記サイクリストの踏み力を表す第２の信号を提供するための第２の信号入力部（２０３）と、
    ・自転車（１００）の電気制御可能なギヤシフト（１１０）のための制御信号を出力するための信号出力部（２５０）と、
    ・請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法のステップを実施するように構成されている演算ユニット（２０１）、特にプロセッサと、
    を含んでいる制御器（２００）。
15. 駆動モータ（１２１）を備えた電動自転車用駆動ユニットにおいて、前記駆動ユニットが少なくとも以下の構成要素を含み、すなわち
    ・回転数センサ（２１０）であって、前記回転数センサ（２１０）が、自転車の踏み軸におけるサイクリストの踏み回数（Ｋ）を検知するために設置されている前記回転数センサ（２１０）と、
    ・踏み力センサ（２２０）であって、前記踏み力センサが、自転車の前記踏み軸（１０１）におけるサイクリストの踏み力（Ｆ）を検知するために設置されている前記踏み力センサ（２２０）と、
    ・請求項１４に記載の制御器と、
    ・オプションで、電気制御可能なギアシフト（１１０）と、
    を含んでいる駆動ユニット。
16. 電気制御可能なギヤシフト（１１０）を含み、請求項１３に記載の制御器（２００）または請求項１５に記載の駆動ユニットを備えた自転車（１００）、特に電動自転車。
    

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