CN102963486B - 自行车用控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车用控制装置，控制由电动机进行行驶辅助的自行车，能够实现顺畅的变速动作。自行车用控制装置是控制具有内装变速器（120）和行驶辅助用马达（142）的自行车的装置，设有辅助输出控制部（13）。辅助输出控制部（13）控制行驶辅助用马达（142）的输出，当接收到变速的指示，则使行驶辅助用马达（142）的输出增加。

Description

自行车用控制装置

技术领域

本发明涉及一种自行车用控制装置，该自行车用控制装置控制具有变速器和行驶辅助用电动机的自行车。

背景技术

除了人的踏力，还由马达驱动力进行行驶辅助的电动辅助自行车最近普及起来。该电动辅助自行车上装备有变速器的结构如在专利文献1所公开。该自行车中，由脚踏板提供的人力经由链条传递给设于后轮的车轴上，变速后传递给后轮。另外，该自行车中，马达驱动力也传递给后轮。

专利文献1：日本专利特开平9－58569号公报

在专利文献1中所示的自行车中，内装变速器设于后轮的车轴上。一般地，在这样的变速器中，变速动作时内部齿轮等部件上不受到旋转力矩作用是理想的。变速器的部件传递较大转矩的状态下，会有损变速动作的顺畅性。其他变速器中，在作用过大力的状况下，也会有损变速动作的顺畅性。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种控制由电动机进行行驶辅助的自行车的自行车用控制装置，实现顺畅的变速动作。

发明1所涉及的自行车用控制装置是控制具有变速器和行驶辅助用电动机的自行车的装置。该自行车用控制装置设有输出控制部。该输出控制部控制行驶辅助用电动机的输出，当接收变速的指示时，使行驶辅助用电动机的输出增加。

该自行车用控制装置中，由于在变速的指示后行驶辅助用电动机的输出增加，所以在变速器的变速动作时踩踏脚踏板的力变小。即，本发明的控制装置中，作用在链条上的人的踏力在变速动作时变小，实现顺畅的变速动作。

发明2所涉及的自行车用控制装置，在发明1的控制装置的基础上，输出控制部在变速器的变速动作开始时形成行驶辅助用电动机的输出已增加的状态。

该控制装置中，由于变速动作开始时形成行驶辅助用电动机的输出增加了的状态，所以变速动作进行中时作用于链条上的踏力已经变小，变速动作可靠地变得顺畅。

发明3所涉及的自行车用控制装置，在发明1或2的控制装置的基础上，变速的指示由手动或自动的变速控制部提供给输出控制部。

本发明无论在依据人的操作而对输出控制部提供变速的指示时、还是对应车速等信息而从变速控制部对输出控制部自动提供变速的指示时都能够适用。任何时候，当变速的指示被提供给输出控制部，则行驶辅助用电动机的输出增加，实现顺畅的变速动作。

发明4所涉及的自行车用控制装置，在发明1或2的控制装置的基础上，还设有变速控制部。变速器包含变速用电动机。变速控制部基于变速的指示来使变速用电动机动作。另外，在输出控制部使行驶用电动机的输出增加后，变速控制部使变速用电动机动作。

在该控制装置中，变速器的变速用电动机的动作开始的时机在行驶用电动机的输出增加以后。因此，在变速动作的开始时变为行驶辅助用电动机的输出增加了的状态，变速动作可靠地变得顺畅。

发明5所涉及的自行车用控制装置，在发明1～4任一发明的控制装置的基础上，变速器是内装变速器。

内装变速器是使用了齿轮的变速器，根据其安装位置有称作后轮毂变速器的和称作曲柄轴变速器的。该内装变速器中，一般地传递的转矩小时的变速动作比传递的转矩大时的变速动作顺畅。本发明中，由于变速动作时施加在变速器上的转矩变小，所以实现顺畅的变速动作。

发明6所涉及的自行车用控制装置，在发明1～4任一发明的控制装置的基础上，变速器是外装变速器。

外装变速器是通过由拨链器使链条在链轮之间移动来进行变速的变速器。在曲柄轴的链轮之间挂装了链条的前拨链器以及/或者在后轮的链轮之间挂装了链条的后拨链器由从换挡器（shifter）延伸的闸线（线缆）或电动马达驱动，从而进行变速。在该外装变速器中，即使某种程度的张力施加给链条，对变速动作的不良影响也少，但是当过度的张力施加给链条时变速困难。但是，根据本发明，由于不存在变速动作时在链条上被施加过度的张力的情况发生，所以变速动作变得顺畅。

发明7所涉及的自行车用控制装置，在发明1～6任一发明的控制装置的基础上，行驶辅助用电动机设于作为车轮之一的前轮或后轮上。

在此，在变速的指示后行驶辅助用电动机的输出增加，由此在前轮或后轮上作用增加了的行驶辅助力。由此，从脚踏板以及曲柄传递给链条的人的踏力相对变小，该状态下进行变速器的变速动作。因此，得以实现顺畅的变速动作。

发明效果：根据本发明，在变速的指示后行驶辅助用电动机的输出增加，，变速器的变速动作时踩踏脚踏板的踏力变小，所以得以实现顺畅的变速动作。

附图说明

图1是采用本发明的一实施方式的自行车用控制装置的自行车的侧面图。

图2是表示装设在手把上的变速操作单元的图示。

图3是自行车用控制装置的框图。

图4是变速控制的流程图。

图5是其他实施方式的变速控制的流程图。

附图标记说明：12微型计算机；13辅助输出控制部；14变速控制部；95踏力传感器；101自行车；106前轮；107后轮；110链条；116曲柄；116a曲柄轴；120内装变速器；121内装变速轮毂；122变速用马达；140辅助马达单元；142行驶辅助用马达。

具体实施方式

<整体结构>

采用本发明的一实施方式的自行车用控制装置的自行车101示于图1。自行车101主要设有：车架102、手把104、显示装置118、前轮106、后轮107、链条110、曲柄116、内装变速器120、后载物架130、充电池134、辅助马达单元140、构成自行车用控制装置的微型计算机12、和未图示的前制动装置和后制动装置。

<车架>

车架102具有车架体111和前叉112。前叉112以绕相对于车架体111的前部倾斜的轴自由摆动的方式装设在该车架体111的前部。在车架102上安装包含车座113以及手把104在内的各部分。

<曲柄>

曲柄116设有水平延伸的曲柄轴116a和设于其轴向的两端的相位相差180度的左右的曲柄臂116b。曲柄轴116a旋转自如地支承在车架体111的悬架部122上。在曲柄臂116b的前端装设脚踏板119。链条110架设在固定于曲柄轴116a上的前链轮和设于后述的内装变速器120的内装变速轮毂121上的后链轮上。

<内装变速器>

如图3所示，内装变速器120具有内装变速轮毂121、变速用马达122和马达驱动器123。由链条110驱动的内装变速轮毂121配置在后轮107的中心部。内装变速轮毂121是8级变速的轮毂。内装变速轮毂121设有包含行星齿轮机构的变速机构。在内装变速轮毂121上连结用于电动驱动变速机构的变速用马达122。马达驱动器123从后述的变速控制部14接收信号，驱动变速用马达122。另外，在内装变速轮毂121上连结后制动装置。

<装设在手把上的变速操作单元以及显示装置>

手把104具有固定在前叉112的上部的手把桩114和固定在手把桩114上的手把杠115。在手把杠115的两端分别装设制动杆和手柄115a。

如图2所示，在手把104的手柄115a的附近装设变速操作单元90。变速操作单元90是集合了第一变速操作按钮91、第二变速操作按钮92以及变速拨盘93于一体的单元。第一以及第二变速操作按钮91、92以及操作拨盘93如图2所示位于人手能够一边握着手柄115a一边进行操作的位置。第一以及第二变速操作按钮91、92是按压按钮。左侧的第一变速操作按钮91是用于进行从低速级向高速级变速的按钮。右侧的第二变速操作按钮92是用于进行从高速级向低速级变速的按钮。操作拨盘93是用于切换两个变速模式和停车（P）模式的拨盘，具有三个停止位置P、A、M。在此、两个变速模式是自动变速（A）模式和手动变速（M）模式。自动变速模式是基于来自后述的速度传感器143的车速信号将内装变速器120的内装变速轮毂121进行自动变速的模式。另外，手动变速模式是通过第一以及第二变速操作按钮91、92的操作来将内装变速轮毂121变速到所希望的变速级的模式。停车模式是锁定内装变速轮毂121而限制后轮107的旋转的模式。

在手把杠115的中央部跨越手把桩114而固定显示装置118。显示装置118具有液晶显示画面，显示变速模式、自行车的速度、变速级数、行驶距离以及充电池134的残量等。

<后载物架>

在车架体111的后部安装有后载物架130。在后载物架130上装设包含微型计算机12的后载物架单元133。后载物架单元133能够拆装地搭载充电池134。充电池134构成变速用马达122、后述的行驶辅助用马达142、微型计算机12等的电源。充电池134是例如利用镍氢电池以及锂离子电池等的蓄电池。在充电池134上一体安装有尾灯139。

<辅助马达单元>

在前轮106的中心部装设有前轮106的驱动辅助用的辅助马达单元140。在辅助马达单元140上连结有前制动装置。在辅助马达单元140上不连结前制动装置的情况下，可以在前叉112上设置制动装置。在辅助马达单元140的内部，如图3所示，设有行驶辅助用马达142、马达驱动器141、车速传感器143。行驶辅助用马达142例如是三相无刷DC马达或交流马达。马达驱动器141将从充电池134直流输出的电流转换为适于行驶辅助用马达142的驱动的交流电流。车速传感器143检测行驶辅助用马达142的旋转速度、即自行车101的速度。

辅助马达单元140由行驶辅助用马达142辅助产生对应人的踏力的转矩（例如作用于曲柄轴116a的转矩的规定倍的转矩）。该行驶辅助用马达142的转矩被传递给前轮106。作用于曲柄轴116a的转矩（踩踏脚踏板119的人的踏力）由踏力传感器95检测。

踏力传感器95安装在车架102的悬架部122上。踏力传感器95非接触检测曲柄轴116a的转矩，或者接触曲柄轴116a或曲柄臂116b而检测曲柄轴116a的转矩。踏力传感器95例如由具有设于曲柄轴116a上的磁致应变（磁歪）元件和与该磁致应变元件相对配置的检测线圈的磁致应变传感器、设于曲柄轴116a或曲柄臂116b上的应变规（歪みゲ一ジ）、或设于支承曲柄轴116a的支承部上的应变规实现。踏力传感器95不限于这些结构，只要是对应作用于曲柄轴116a上产生的转矩而输出进行变化的传感器即可。踏力传感器95将对应作用于曲柄轴116a上的踏力而变化的信号作为表示转矩值的信息发送给微型计算机。

<微型计算机>

构成自行车用控制装置的微型计算机12如上所述配置在后载物架单元133的内部，控制被电气连接的电装件。微型计算机12包含：CPU（CentralProcessingUnit，中央处理单元）、RAM（randomaccessmemory：随机存储器）、ROM（Read-OnlyMemory：只读存储器）、I/O（Input/Output：输入/输出）界面，并具有若干个功能部。如图3所示，微型计算机12作为其功能部具有控制行驶辅助用马达142的输出的辅助输出控制部13、控制内装变速器120的变速用马达122的变速控制部14。

在微型计算机12中输入来自各种传感器的信息以及人的操作指示。具体地，在微型计算机12上电气连接第一变速操作按钮91、第二变速操作按钮92、操作拨盘93、车速传感器143、踏力传感器95等。

微型计算机12的辅助输出控制部13当辅助模式时控制行驶辅助用马达142以产生骑乘者踏力的规定倍的辅助力。辅助输出控制部13由多个辅助模式控制行驶辅助用马达142。具体地，作为辅助模式，辅助输出控制部13具有以踏力的最大2倍的辅助力辅助的强辅助模式、以最大1.5倍的辅助力辅助的中辅助模式、以及以最大1倍的辅助力辅助的弱辅助模式三个辅助模式。另外，辅助输出控制部13还具有不进行辅助的切断模式。辅助模式的切换可以由设于手把部104上的未图示的开关进行，另外也可以由前述的操作拨盘93进行。

微型计算机12的变速控制部14从第一以及第二变速操作按钮91、92的操作接收变速的指示，开动变速用马达122来变更内装变速轮毂121的级数，或者接收对应车速自动产生的变速的指示，开动变速用马达122来变更内装变速轮毂121的级数。不过，参照图4如后所述，变速控制部14在变更内装变速轮毂121的级数之前将手动或自动的变速指示向辅助输出控制部13传送。识别到存在手动或自动的变速要求的辅助输出控制部13临时增加行驶辅助用马达142的辅助力。该详细内容在后面论述。

当操作拨盘93位于停止位置M，由人选择了手动变速模式时，变速控制部14在第一变速操作按钮91被按压时进行从低速级向高速级的变速，当第二变速操作按钮92被按压时进行从高速级向低速级的变速。即，变速控制部14当第一以及第二变速操作按钮91、92被按压时识别为存在着变速的指示。

当操作拨盘93位于停止位置A，由人选择了自动变速模式时，若变速控制部14根据基于来自车速传感器143的车速信号的车速信息判断变速是必要时，则生成变速的指示。然后，在后述的图4所示的步骤S5中，将变速的指示传送给驱动内装变速器120的变速用马达122的马达驱动器123。变速控制部14保持用于自动变速的两种表格，对应由踏力传感器95检测出的踏力值（曲柄轴116a的转矩）来决定使用某一个表格。具体地、保持有高转矩模式以及通常模式的各表格，在各表格中存储自动变速模式时的加挡和减挡的车速阈值。高转矩模式中的车速阈值是踏力值为规定值以上时的车速阈值，通常模式中的车速阈值是踏力值未达到规定值的情况下的车速阈值。

接着，参照图4，整理上述变速控制部14的变速控制的要点进行说明。无论在手动变速模式中，还是在自动变速模式中，都依据图4的流程进行变速控制。

当存在要变更内装变速轮毂121的级数的变速要求、即变速的指示时，从步骤S1移至步骤S2。在步骤S2中，判断根据来自车速传感器143的信号计算出的车速是否为零。在车速为零的情况下，从步骤S2移至步骤S5，立即对变速用马达122传送动作指令，执行变速动作。由于若车速为零，则内装变速轮毂121的内部部件上几乎不受转矩作用，所以能够顺畅地进行变速动作。在步骤S2中若判断车速不为零时，移至步骤S3。在步骤S3中，无论是变为哪种辅助模式，辅助输出控制部13都对马达驱动器141传送信号，使行驶辅助用马达142的辅助力增加。接着，移至步骤S4，判断行驶辅助用马达142的辅助力实际上是否有增加。在步骤S4中，例如能够根据从辅助输出控制部13对马达驱动器141传送行驶辅助用马达142的辅助力增加的信号后经过了规定的短暂时间，来判断辅助力实际上有增加。另外，在步骤S4中，也可以根据辅助力增加的信号的传送结束，来判断辅助力实际上有增加。当在步骤S4中判断辅助力有增加时，移至步骤S5，变速控制部14对马达驱动器123传送信号，开动变速用马达122，执行内装变速轮毂121的变速动作。在该变速动作的开始时刻，已经变为行驶辅助用马达142的辅助力实际上有增加的状态，转而，踩踏脚踏板119的人的踏力变小了。因此，由人的踏力而作用于内装变速轮毂121的内部部件上的转矩当变速动作时与变速的指示前相比较变小，能够进行顺畅的变速动作。当步骤S5的变速动作完成时，移至步骤S6。在步骤S6中，解除在步骤S3中增加的行驶辅助用马达142的辅助力的增加状态。即，在步骤S6中，使在步骤S3中暂时增加了的行驶辅助用马达142的辅助力返回基于辅助模式的通常的大小。在步骤S6中，可以于步骤S5中执行变速动作后规定时间后，解除行驶辅助用马达142的输出降低状态，另外，也可以例如在变速器或变速马达上预先设置用于检测当前的变速级的传感器，基于该传感器的输出而判断变速已经完成时，解除行驶辅助用马达142的输出降低状态。

<其他实施方式>

以上，说明了本发明的一实施方式的自行车用控制装置，但是本发明不限于上述的实施方式，在不脱离发明的构思的范围内能够进行种种变更。

（a）上述实施方式中，本发明适用于内装变速器120的内装变速轮毂121装设在后轮107上的自行车101。取而代之，本发明也适用于具有通过附设在曲柄轴上的行星齿轮机构进行变速的变速器的自行车。

（b）在上述实施方式中，本发明适用于内装变速器120的内装变速轮毂121装设在后轮107上的自行车101。取而代之，本发明也适用于设有具有被电动驱动的前拨链器或后拨链器的外装变速器的自行车。这种情况下，没有在链条上施加了过度的张力的状态下进行变速动作的情况，变速动作变得顺畅。如图5所示，在外装变速器的情况下采用这样的方案：在步骤S12中，判断基于来自车速传感器143的信号计算出的车速是否为零，当判断车速为零时移至步骤S13，当判断车速不为零时，待机等待步骤S13以后的处理。

（c）上述实施方式中，将辅助马达单元140装设在前轮106上，取而代之，也可以如专利文献1（日本特开平9－58569号公报）公开的自行车所示，在后轮上设置辅助马达单元。辅助马达单元设于变速器的输出侧。

（d）在上述实施方式中，辅助输出控制部13根据检测作用于曲柄轴上的转矩的踏力传感器95的输出来控制行驶辅助用马达142，但是取代该踏力传感器95，也可以设置用于检测脚踏板的踏力的传感器，另外也可以设置检测链条的张力的传感器。辅助输出控制部13根据来自这些传感器的信息来控制行驶辅助用马达142。

（e）在上述实施方式中，在步骤S2中判断车速是否为零，但是也可以在步骤S2中判断曲柄是否正在旋转。例如，能够将曲柄位置传感器作为检测曲柄的旋转的传感器使用。在由曲柄位置传感器检测出的曲柄的位置不变化的情况下，在变速控制部中判断为曲柄未旋转。在步骤S2中，变速控制部当从曲柄位置传感器输出的信号在规定时间内变化的情况下判断曲柄正在旋转，而移至步骤S3。另外在步骤S2中，变速控制部当从曲柄位置传感器输出的信号在规定时间内不变化的情况下判断曲柄未旋转，而移至步骤S5。检测曲柄的旋转的传感器不限于上述的结构，也可以由磁铁和舌簧开关来实现。在外装变速器中采用这样的方案：图5的步骤S12中，从曲柄位置传感器输出的信号在规定时间内变化的情况下，判断为曲柄正在旋转，而移至步骤S13，当在步骤S12中判断为曲柄未旋转时，直到判断为曲柄正在旋转之前，待机等待步骤S13以后的处理。

（f）在上述实施方式中，在步骤S2中判断车速是否为零，但是在步骤S2中，也可以判断踏力传感器中是否检测出踏力。在步骤S2中，当变速控制部根据从踏力传感器输出的信号而判断被提供着踏力时，移至步骤S3，当判断未被提供踏力时，移至步骤S5。在外装变速器中采用这样的方案：图5的步骤S12中，当判断正在提供踏力时，移至步骤S13，当判断未提供踏力时，直到检测出踏力之前，待机等待步骤S13以后的处理。

（g）在上述各实施方式中，也可以省略步骤S2、S12，当判断步骤S1中存在变速要求时，移至步骤S3或S13。

（h）在上述各实施方式中，根据变速用模式来进行变速，但是本发明不限于此，也可以通过闸线（线缆）将换挡器和变速器机械连接，通过开动换挡器来经由闸线使变速器动作。这种情况下，预先设置用于检测换挡器或闸线的动作的传感器，当换挡器或闸线动作时，传感器输出变速要求。例如，优选上述传感器设于换挡器上，骑乘者操作换挡器的操作部，在闸线实际动作之前，传感器输出变速要求。

（i）在上述实施方式中，当步骤S2以及S12中判断车速不为零时，变速控制部可以进一步判断车速是否为规定的范围（比零大的规定速度以下）。变速控制部当判断车速为规定的范围时，移至步骤S3以及S13，当判断为车速不是规定的范围时，直到车速变为规定的范围之前待机等待步骤S3以及S13以后的处理。这种情况下，能够在高速区域进一步防止辅助力增加。另外在此，变速控制部判断车速是否为规定范围，但是取而代之，或者进一步追加地、也可以判断当辅助力增加后马达的输出相对于踏力的比例是否为规定的范围内。马达的输出相对于踏力的比例是所谓的辅助比。变速控制部当辅助比为规定的范围时移至步骤S3以及步骤S13，在辅助比为规定的范围时而车速不到规定的辅助比的情况下，待机等待步骤S3以及S13以后的处理，或者不增加行驶辅助用马达的输出而执行变速动作。

Claims (4)

1.一种自行车用控制装置，控制具有变速器和行驶辅助用电动机的自行车，

该自行车用控制装置设有输出控制部，该输出控制部控制所述行驶辅助用电动机的输出，所述变速器是内装变速器或外装变速器，其中所述内装变速器是使用了齿轮的变速器，所述外装变速器是通过由拨链器使链条在链轮之间移动来进行变速的变速器，当接收变速的指示时，输出控制部使所述行驶辅助用电动机的输出增加，并在所述变速器的变速动作开始时形成所述行驶辅助用电动机的输出已增加的状态。

2.如权利要求1所述的自行车用控制装置，其中，所述变速的指示由手动或自动的变速控制部提供给所述输出控制部。

3.如权利要求1所述的自行车用控制装置，其中，

所述变速器包含变速用电动机，

该自行车用控制装置还设有变速控制部，该变速控制部基于所述变速的指示来使所述变速用电动机动作，

在所述输出控制部使所述行驶用电动机的输出增加后，所述变速控制部使所述变速用电动机动作。

4.如权利要求1～3任一项所述的自行车用控制装置，其中，

所述行驶辅助用电动机设于作为车轮之一的前轮或后轮上。