TW201313547A - 自行車用控制裝置 - Google Patents

Abstract

[課題]關於以電動機進行行駛輔助的自行車，能達成順暢的變速動作。[解決手段]自行車用控制裝置，是將具有內建變速機(120)與行駛輔助用馬達(142)之自行車進行控制的裝置，具備有輔助輸出控制部(13)。輸出控制部(13)，控制行駛輔助用馬達(142)的輸出，當接受變速指示時，增加行駛輔助用馬達(142)的輸出。

Description

自行車用控制裝置

本發明是關於將具有變速機與行駛輔助用電動機之自行車進行控制的自行車用控制裝置。

除了人的踩踏力之外，以馬達驅動力進行行駛輔助的電動輔助自行車，最近非常普及。在專利文獻1揭示有在該電動輔助自行車裝備有變速機的構造。在該自行車，藉由踏板所施加的人力，經由鏈條傳達到在後輪的車軸設置的變速機，在變速之後，傳達到後輪。而在該自行車，馬達驅動力也傳達到後輪。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平9-58569號公報

在專利文獻1顯示的自行車，在後輪的車軸設置有內建變速機。一般來說，這種變速機，當變速動作時，希望旋轉轉矩不作用於內部的齒輪等的零件。在變速機的零件有高轉矩傳達的情況，往往讓變速動作的順暢度減少。即使在其他的變速機，在有過多的力量作用的狀況下，會有 損變速動作的順暢性。

本發明的課題，關於以電動機進行行駛輔助的自行車，能達成順暢的變速動作。

第1發明的自行車用控制裝置，是將具有變速機與行駛輔助用電動機之自行車進行控制的裝置，具備有輸出控制部。輸出控制部，用來控制行駛輔助用電動機的輸出，當接受變速指示時，增加行駛輔助用電動機的輸出。

在該自行車用控制裝置，由於在接受變速指示之後則增加行駛輔助用電動機的輸出，所以在變速機的變速動作時，踩踏踏板的力量變小。也就是說，在本發明的控制裝置，作用於鏈條的人的踩踏力在變速動作時變小，能達成順暢的變速動作。

第2發明的自行車用控制裝置，在第1發明的控制裝置其中，輸出控制部，當變速機的變速動作開始時，成為讓行駛輔助用電動機的輸出增加的狀態。

在該控制裝置，由於當變速動作開始時，成為讓行駛輔助用電動機的輸出增加的狀態，所以當進行變速動作時，作用於鏈條的踩踏力已經變小，讓變速動作確實順暢。

第3發明的自行車用控制裝置，在第1或2發明的控制裝置其中，變速指示，是藉由手動或自動的變速控制部而給予到輸出控制部。

本發明，不管是當隨著人的操作而將變速指示給予到輸出控制部時，或是當因應於車速等的資訊而自動將變速指示從變速控制部給予到輸出控制部時，都能適用。在任何情況，當將變速指示給予到輸出控制部時，則行駛輔助用電動機的輸出增加，能達成順暢的變速動作。

第4發明的自行車用控制裝置，在第1或2發明的控制裝置其中，進一步具備有變速控制部。變速機，包含有變速用電動機。變速控制部，根據變速指示，來使變速用電動機動作。而變速控制部，在輸出控制部使行駛用電動機的輸出增加之後，使變速用電動機動作。

在該控制裝置，變速機的變速用電動機的動作開始的時機，為行駛用電動機的輸出增加之後。於是，當變速動作開始時，成為行駛輔助用電動機的輸出增加的狀態，讓變速動作確實順暢。

第5發明的自行車用控制裝置，在第1~4發明的其中任一項的控制裝置其中，變速機為內建變速機。

內建變速機，是使用齒輪的變速機，藉由其安裝位置則有稱為後輪輪轂變速機、或稱為曲柄軸變速機的構造。在該內建變速機，一般來說傳達的轉矩較小者其變速動作較順暢，而在本發明由於變速動作時施加於變速機的轉矩較小，所以能達成順暢的變速動作。

第6發明的自行車用控制裝置，在第1~4發明的其中任一項的控制裝置其中，變速機為外建變速機。

外建變速機，是藉由撥鏈器使鏈條在鏈輪之間移動來 進行變速的變速機。藉由將在曲柄軸的鏈輪之間繞掛鏈條的前撥鏈器、及/或在後輪的鏈輪之間繞掛鏈條的後撥鏈器，以從換檔器延伸的鋼索(纜線)或電動馬達使其動作，來進行變速。在該外建變速機，即使有某程度的張力施加於鏈條，對變速動作也很少產生不好的影響，而如果有過度的張力施加於鏈條則很難變速。可是藉由本發明，當變速動作時不會有過度的張力施加於鏈條，所以變速動作很順暢。

第7發明的自行車用控制裝置，在第1~6發明的其中任一項的控制裝置其中，行駛輔助用電動機，設置在車輪的其中一個也就是前輪或後輪。

這裡在變速指示之後，雖然行駛輔助電動機的輸出增加，而藉此讓增加的行駛輔助力作用在前輪或後輪。藉此，從踏板或曲柄傳達到鏈條的人的踩踏力會相對地變小，在該狀態進行順暢的變速機的變速動作。於是能達成順暢的變速動作。

藉由本發明，在變速指示後，行駛輔助用電動機的輸出增加，當變速機的變速動作時，踩踏踏板的力量變小，所以能達成順暢的變速動作。

<全體構造>

第1圖顯示採用本發明的一種實施方式的自行車用控制裝置之自行車101。自行車101，主要具備有：框架102、車把104、顯示裝置118、前輪106、後輪107、鏈條110、曲柄116、內建變速機120、後載架130、充電池134、輔助馬達單元140、構成自行車用控制裝置的微電腦12、以及未圖示的前煞車裝置及後煞車裝置。

<框架>

框架102，具有框架體111與前叉112。前叉112，繞著傾斜的軸可自由擺動地安裝於框架體111的前部。在框架102，安裝有包含鞍座113及車把104的各部位。

<曲柄>

曲柄116，具備有：水平延伸的曲柄軸116a、以及在其軸方向的兩端設置的180度相位相異的左右的曲柄臂116b。曲柄軸116a，可自由旋轉地被支承於框架體111的懸架部122。在曲柄臂116b的前端，安裝有踏板119。鏈條110，繞掛於：固定於曲柄軸116a的前鏈輪、與在後述的內建變速機120的內建變速輪轂121設置的後鏈輪。

<內建變速機>

內建變速機120，如第3圖所示，具備有：內建變速輪轂121、變速用馬達122、以及馬達驅動器123。藉由鏈條110所驅動的內建變速輪轂121，配置在後輪107的中 心部。內建變速輪轂121，是八段變速的輪轂。內建變速輪轂121具備有：包含行星齒輪機構的變速機構。在內建變速輪轂121，連結著用來將變速機構電動驅動的變速用馬達122。馬達驅動器123，從後述的變速控制部14接受訊號，將變速用馬達122驅動。而在內建變速輪轂121，連結著後煞車裝置。

<安裝於車把的變速操作單元及顯示裝置>

車把104，具有：在前叉112的上部固定的車把豎管114、以及固定於車把豎管114的車把桿115。在車把桿115的兩端，分別安裝著煞車柄及握把115a。

如第2圖所示，在車把104的握把115a附近，安裝有變速操作單元90。變速操作單元90，是將第一變速操作按鈕91、第二變速操作按鈕92、及操作轉盤93整合為一的單元。第一及第二變速操作按鈕91、92及操作轉盤93，如第2圖所示，是在一邊握住握把115a而一邊能用人的手操作的位置。第一及第二變速操作按鈕91、92，是按壓式按鈕。左側的第一變速操作按鈕91，是用來進行從低速檔朝高速檔的變速的按鈕。右側的第二變速操作按鈕92，是用來進行從高速檔朝低速檔的變速的按鈕。操作轉盤93，是用來將兩種變速模式與停車(P)模式進行切換的轉盤，具有三種停止位置P、A、M。這裡所謂的兩種變速模式，是自動變速(A)模式與手動變速(M)模式。自動變速模式，是根據來自後述的車速感應器143的車速 訊號，而將內建變速機120的內建變速輪轂121進行自動變速的模式。而手動變速模式，是藉由第一及第二變速操作按鈕91、92的操作，將內建變速輪轂121變速到所需要的變速檔位的模式。停車模式，是將內建變速輪轂121鎖定來限制後輪107的旋轉的模式。

在車把桿115的中央部，跨越車把豎管114而固定有顯示裝置118。顯示裝置118，具有液晶顯示畫面，用來顯示變速模式、自行車的速度、變速檔位、行駛距離、及充電池134的剩餘量等。

<後載架>

在框架體111的後部，安裝有後載架130。在後載架130，安裝有後載架單元133，該後載架單元133包含微電腦12。後載架單元133，可裝卸地搭載有充電池134。充電池134，成為變速用馬達122、後述的行駛輔助用馬達142、微電腦12等的電源，充電池134，是例如使用鎳氫電池及鋰離子電池等的蓄電池。在充電池134，一體地安裝有尾燈139。

<輔助馬達單元>

在前輪106的中心部，安裝有前輪106的驅動輔助用的輔助馬達單元140。在輔助馬達單元140，連結有前煞車裝置。在未將前煞車裝置連結於輔助馬達單元140的情況，只要將煞車裝置設置於前叉112即可。在輔助馬達單 元140的內部，如第3圖所示，設置有：行駛輔助用馬達142、馬達驅動器141、車速感應器143。行駛輔助用馬達142，是例如三相無電刷DC馬達或交流馬達。馬達驅動器141，將從充電池134直流輸出的電流，轉換成適合驅動行駛輔助用馬達142的交流電流。車速感應器143，用來檢測行駛輔助用馬達142的旋轉速度也就是自行車101的速度。

輔助馬達單元140，以行駛輔助用馬達142輔助性地產生：與人的踩踏力因應的轉矩(例如作用於曲柄軸116a的轉矩的預定倍的轉矩)。將該行駛輔助用馬達142的轉矩，傳達到前輪106。作用於曲柄軸116a的轉矩(踩踏踏板119的人的踩踏力)，藉由踩踏力感應器95所檢測出。

踩踏力感應器95，安裝於框架102的懸架部122。踩踏力感應器95，將曲柄軸116a的轉矩，以非接觸方式、或接觸於曲柄軸116a或曲柄臂116b來檢測出。例如踩踏力感應器95，是藉由例如具備有：設置於曲柄軸116a的磁致伸縮元件以及與該磁致伸縮元件相對向配置的檢測線圈之磁致伸縮感應器、設置於曲柄軸116a或曲柄臂116b的應變計、或在用來支承曲柄軸116a的支承部設置的應變計所作成。踩踏力感應器95，不限於該構造，只要是因應於在曲柄軸116a產生的轉矩而讓輸出變化的感應計都可以。踩踏力感應器95，是將與作用於曲柄軸116a的踩踏力因應變化的訊號，作為表示轉矩值的資訊輸送到微電 腦12。

<微電腦>

構成自行車用控制裝置的微電腦12，如上述，配置於後載架單元133的內部，將電連接的電機配件進行控制。微電腦12，包含有：CPU(中央處理單元)、RAM(隨機存取記憶體)、ROM(唯讀記憶體)、I/O介面；具備有幾個功能部。如第3圖所示，微電腦12，作為其功能部，具備有：用來控制行駛輔助用馬達142的輸出的輔助輸出控制部13、以及用來控制內建變速機120的變速用馬達122的變速控制部14。

對微電腦12，輸入來自各種感應器的資訊及人的操作指示。具體來說，在微電腦12電連接著：第一變速操作按鈕91、第二變速操作按鈕92、操作轉盤93、車速感應器143、踩踏力感應器95等。

微電腦12的輔助輸出控制部13，當輔助模式時，將行駛輔助用馬達142控制成產生騎乘者的踩踏力的預定倍的輔助力量。輔助輸出控制部13，以複數的輔助模式控制行駛輔助用馬達142。具體來說，作為輔助模式，輔助輸出控制部13具有三種輔助模式：以踩踏力的最大兩倍的輔助力量進行輔助的強輔助模式、以最大1.5倍的輔助力量輔助的中輔助模式、以及以最大1倍的輔助力量輔助的弱輔助模式。輔助輸出控制部13，也具有不進行輔助的關閉模式。輔助模式的切換，也可藉由設置在車把104的未 圖示的開關進行，或者藉由上述的操作轉盤93進行也可以。

微電腦12的變速控制部14，從第一及第二變速操作按鈕91、92的操作接受變速指示，使變速用馬達122作動來變更內建變速輪轂121的檔位；或者接受因應車速自動生成的變速指示，使變速用馬達122作動來變更內建變速輪轂121的檔位。可是參考第4圖如後述，變速控制部14，在將內建變速輪轂121的檔位變更之前，將手動或自動的變速指示，傳達到輔助輸出控制部13。辨識出要求手動或自動變速之輔助輸出控制部13，使行駛輔助用馬達142造成的輔助力量暫時增加。後面針對詳細情形加以敘述。

當操作轉盤93在停止位置M，而人選擇手動變速模式時，變速控制部14，當按壓第一變速操作按鈕91時，進行從低速檔朝高速檔的變速，當按壓第二變速操作按鈕92時，進行從高速檔朝低速檔的變速。也就是說，變速控制部14，當按壓第一及第二變速操作按鈕91、92時，辨識為有變速指示。

當操作轉盤93在停止位置A，人選擇自動變速模式時，變速控制部14，根據來自車速感應器143的車速訊號，當從車速資訊判斷需要變速時，產生變速指示。在如後述的第4圖所示的步驟S5，將變速指示發送到內建變速機120的用來驅動變速用馬達122的馬達驅動器123。變速控制部14，保持有自動變速用的兩種圖表，因應於以 踩踏力感應器95所檢測出的踩踏力值(曲柄軸116a的轉矩)來決定使用任一圖表。具體來說，保持有高轉矩模式及普通模式的各圖表，在各圖表儲存有自動變速模式時的升檔及降檔的車速臨界值。高轉矩模式的車速臨界值，是當踩踏力值為預定值以上時的車速臨界值，普通模式的車速臨界值，是當踩踏力值未到達預定值時的車速臨界值。

接著，參考第4圖，整理上述變速控制部14的變速控制的主要要點來說明。手動變速模式、自動變速模式都是根據第4圖的流程來進行變速控制。

當有要將內建變速輪轂121的檔位變更的變速要求，也就是有變速指示時，從步驟S1移往步驟S2。在步驟S2，根據來自車速感應器143的訊號判斷所算出的車速是否為零。當車速為零時，則從步驟S2移往步驟S5，立刻將動作指令發送到變速用馬達122來執行變速動作。如果車速為零的話，由於轉矩幾乎不作用於內建變速輪轂121的內部零件，所以能順暢地進行變速動作。當在步驟S2判斷車速不是零時，則移往步驟S3。在步驟S3，則無論成為何種輔助模式，輔助輸出控制部13將訊號發送到馬達驅動器141，而使行駛輔助用馬達142造成的輔助力量增加。接著，移往步驟S4，判斷行駛輔助用馬達142所造成的輔助力量是否實際增加。在步驟S4，例如從輔助輸出控制部13將行駛輔助用馬達142的輔助力增加的訊號發送到馬達驅動器141之後，經過預定的些微時間，則能判斷輔助力量實際增加。在步驟S4，藉由發送完畢讓 輔助力增加的訊號，來判斷輔助力實際增加也可以。在步驟S4判斷輔助力增加時，則移往步驟S5，變速控制部14將訊號發送到馬達驅動器123而使變速用馬達122作動，執行內建變速輪轂121的變速動作。在該變速動作開始的時間點，已經成為行駛輔助用馬達142造成的輔助力實際增加的狀態，則讓人踩踏踏板119的踩踏力變小。因此，藉由人的踩踏力作用於內建變速輪轂121的內部零件的轉矩，當變速動作時，相較於變速指示之前較小，而能進行順暢的變速動作。當步驟S5的變速動作完成時，移往步驟S6。在步驟S6，將在步驟S3增加的行駛輔助用馬達142造成的輔助力的增加狀態解除。也就是說，在步驟S6，使在步驟S3暫時性增加的行駛輔助用馬達142造成的輔助力，根據輔助模式而回復通常的大小。在步驟S6，在步驟S5執行變速動作的預定時間後，將行駛輔助用馬達142的輸出降低狀態解除也可以，或者例如在變速機或變速馬達設置有用來檢測現在的變速檔位的感應器，當根據來自該感應器的輸出判斷變速完成時，則將行駛輔助用馬達142的輸出降低狀態解除也可以。

<其他實施方式>

以上針對本發明的一種實施方式的自行車用控制裝置來說明，本發明並不限定於上述實施方式，在不脫離發明主旨的範圍可進行各種變更。

(a)在上述實施方式，本發明適用於在後輪107安 裝有內建變速機120的內建變速輪轂121之自行車101。而也可取代該方式將本發明適用於：具有藉由裝在曲柄軸的行星齒輪機構來進行變速的變速機之自行車。

(b)在上述實施方式，本發明適用於在後輪107安裝有內建變速機120的內建變速輪轂121之自行車101。而也可取代該方式將本發明適用於：具備有外建變速機之自行車，該外建變速機具有電動驅動的前撥鏈器或後撥鏈器。在該情況，在有過度張力施加於鏈條的狀態則不進行變速動作，讓變速動作很順暢。外建變速機的情況，如第5圖所示，在步驟S12，根據來自車速感應器143的訊號來判斷所計算出的車速是否為零，當判斷車速為零時則移往步驟S13，當判斷車速不是零時，則步驟S13以後的處理成為待機。

(c)在上述實施方式，將輔助馬達單元140安裝於前輪106。也可取代該方式，如在專利文獻1(日本特開平9-58569號公報)所揭示的自行車，將輔助馬達單元設置在後輪。輔助馬達單元，設置在變速機的輸出側。

(d)在上述實施方式，根據將作用於曲柄軸的轉矩檢測出的踩踏力感應器95的輸出，輔助輸出控制部13，控制行駛輔助用馬達142，而也可取代該踩踏力感應器95，設置用來檢測踏板的踩踏力的感應器，或者設置用來檢測鏈條的張力的感應器。輔助輸出控制部13，根據來自這些感應器的資訊，來控制行駛輔助用馬達142。

(e)在上述實施方式，雖然在步驟S2判斷車速是否 為零，而在步驟S2，也可判斷曲柄是否旋轉。例如將曲柄位置感應器使用為用來檢測曲柄的旋轉的感應器。當以曲柄位置感應器所檢測出的曲柄的位置沒有變化時，在變速控制部判斷曲柄未旋轉。在步驟S2，變速控制部，當從曲柄位置感應器輸出的訊號在預定時間內變化時，判斷曲柄旋轉，則移往步驟S3。在步驟S2，變速控制部，當從曲柄位置感應器輸出的訊號在預定時間內未變化時，則判斷曲柄未旋轉，則移往步驟S5。檢測曲柄的旋轉的感應器，不限於上述構造，藉由磁鐵、簧片開關來達成也可以。在外建變速機，在第5圖的步驟S12，當從曲柄位置感應器輸出的訊號在預定時間內變化時，則判斷曲柄旋轉，而移往步驟S13，當在步驟S12判斷曲柄未旋轉時，則在判斷曲柄旋轉之前，步驟S13以後的處理成為待機。

(f)在上述實施方式，在步驟S2判斷車速是否為零，而在步驟S2，也可在踩踏力感應器判斷是否檢測出踩踏力。在步驟S2，變速控制部，根據從踩踏力感應器輸出的訊號，判斷有施加踩踏力時，則移往步驟S3，判斷未施加踩踏力時，則移往步驟S5。在外建變速機，在第5圖的步驟S12，判斷施加踩踏力時，則移往步驟S13，判斷未施加踩踏力時，則在檢測出踩踏力之前，步驟S13以後的處理成為待機。

(g)在上述各實施方式，省略步驟S2、S12，在步驟S1判斷有變速要求時，則移往步驟S3或S13也可以。

(h)在上述各實施方式，雖然藉由變速用馬達進行 變速，而本發明不限於此，也可以鋼索(纜線)將換檔器與變速機機械性連接，藉由使換檔器作動而經由鋼索使變速機作動。在該情況，設置有用來檢測換檔器或鋼索的動作的感應器，當換檔器或鋼索動作時則感應器輸出變速要求。例如上述感應器設置在換檔器，騎乘者操作換檔器的操作部，在鋼索實際動作前，讓感應器輸出變速要求。

(i)在上述實施方式，在步驟S2及S12判斷車速不是零時，變速控制部進一步判斷車速是否在預定範圍(較零更大的預定速度以下)也可以。變速控制部，當判斷車速為預定範圍時，則移往步驟S3及S13，當判斷車速不在預定範圍時，則車速在成為預定範圍之前，步驟S3及S13以後的處理成為待機。在該情況，在高速區域能防止輔助力進一步增加。變速控制部雖然判斷車速是否在預定範圍，而也可取代該方式，或進一步增加，當增加輔助力時判斷馬達對於踩踏力的輸出的比例是否在預定範圍內。馬達對於踩踏力的輸出的比例，是所謂的輔助比。變速控制部，當判斷輔助比為預定範圍內時，則移往步驟S3及S13，當輔助比為預定範圍而車速並未成為預定的輔助比的情況，則步驟S3及S13以後的處理成為待機，或不增加行駛輔助馬達的輸出，來執行變速動作。

12‧‧‧微電腦

13‧‧‧輔助輸出控制部

14‧‧‧變速控制部

95‧‧‧踩踏力感應器

101‧‧‧自行車

106‧‧‧前輪

107‧‧‧後輪

110‧‧‧鏈條

116‧‧‧曲柄

116a‧‧‧曲柄軸

120‧‧‧內建變速機

121‧‧‧內建變速輪轂

122‧‧‧變速用馬達

140‧‧‧輔助馬達單元

142‧‧‧行駛輔助用馬達

第1圖是採用本發明的一種實施方式的自行車用控制裝置的自行車的側視圖。

第2圖是安裝於車把的變速操作單元的顯示圖。

第3圖是自行車用控制裝置的方塊圖。

第4圖為變速控制的流程圖。

第5圖為其他實施方式的變速控制的流程圖。

12‧‧‧微電腦

13‧‧‧輔助輸出控制部

14‧‧‧變速控制部

90‧‧‧變速操作單元

91‧‧‧第一變速操作按鈕

92‧‧‧第二變速操作按鈕

93‧‧‧操作轉盤

95‧‧‧踩踏力感應器

120‧‧‧內建變速機

121‧‧‧內建變速輪轂

122‧‧‧變速用馬達

123‧‧‧馬達驅動器

140‧‧‧輔助馬達單元

141‧‧‧馬達驅動器

142‧‧‧行駛輔助用馬達

143‧‧‧車速感應器

Claims (7)

1. 一種自行車用控制裝置，是將具有變速機與行駛輔助用電動機之自行車進行控制，該自行車用控制裝置具備有輸出控制部；該輸出控制部，用來控制上述行駛輔助用電動機的輸出，當接受變速指示時，則使上述行駛輔助用電動機的輸出增加。
2. 如申請專利範圍第1項的自行車用控制裝置，其中上述輸出控制部，當上述變速機的變速動作開始時，成為讓上述行駛輔助用電動機的輸出增加的狀態。
3. 如申請專利範圍第1或2項的自行車用控制裝置，其中上述變速指示，是藉由手動或自動的變速控制部而給予到上述輸出控制部。
4. 如申請專利範圍第1或2項的自行車用控制裝置，其中上述變速機，包含有變速用電動機；該自行車用控制裝置進一步具備有變速控制部，該變速控制部，根據上述變速指示，來使上述變速用電動機動作；上述變速控制部，在上述輸出控制部使上述行駛用電動機的輸出增加之後，使上述變速用電動機動作。
5. 如申請專利範圍第1或2項的自行車用控制裝置，其中上述變速機為內建變速機。
6. 如申請專利範圍第1或2項的自行車用控制裝置，其中上述變速機為外建變速機。
7. 如申請專利範圍第1或2項的自行車用控制裝置，其中上述行駛輔助用電動機，設置在車輪的其中一個也就是前輪或後輪。