JP2005132122A - 自転車用変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自転車用変速制御装置において、電圧の低下により駆動体が動作不能状態になっても乗り手が不快感を感じないようにする。
【解決手段】 自転車用変速制御ユニット１２は、複数の変速段を有し電源から供給される電力で動作する変速モータ４５により駆動される内装変速ハブを変速動作させるための装置であって、電圧検出回路２７と、変速制御部２５とを有している。電圧検出部は、電源から供給される電圧を検出するものである。変速制御部は、検出された電源電圧が所定電圧以下のとき、第１変速信号を生成し、現在の変速段から特定の変速段に向かうように変速モータ４５を制御するものである。
【選択図】 図６

Description

本発明は、変速制御装置、特に、電源から供給される電力で動作して複数の変速段を有する自転車用変速装置を変速制御するための自転車用変速制御装置に関する。

複数の変速段を有する変速装置を装着した自転車が従来知られている。自転車用変速装置には外装変速機構と内装変速機構とがある。外装変速機構は、たとえば後輪に装着された複数のスプロケットを有する小ギアと、スプロケットのいずれかにチェーンを掛け替えるディレーラとを有し、内装変速機構は、後輪に内装された内装変速ハブを有している。これらの変速装置は、変速ケーブルを介してハンドル等に取り付けられた変速レバーに接続されている。この種の変速装置が装着された自転車では、変速レバーの手動操作により、走行状態に応じて最適な変速段を選択できる。

しかし、変速レバーはハンドルのブレーキレバーの近くに配置されていることが多く、減速時にはブレーキレバーの操作と変速レバーの操作とを同時に行う必要が生じ変速操作を行いにくい。そこで、モータやソレノイドなどの電動の駆動体を制御して変速機構を動作させる電動変速システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。従来の変速システムは、駆動体により駆動される変速機構と駆動体を制御する変速制御機構とを有している。駆動体は直接又は変速ケーブルを介して間接的に変速機構を駆動する。駆動体は、電源から供給される電力で動作するとともに、変速制御機構も同じ電源から供給される電力で動作する。変速制御装置は、自転車の走行状態（たとえば車速やクランク回転数）に応じて変速段の切換を自動的に行う自動変速と、変速操作部での操作に応じて変速段の切換を行う手動変速との二種のモードで駆動体を制御する。したがって、自動変速の場合は、たとえば車速に応じて駆動体を介して変速機構が変速動作し、手動変速の場合は、変速操作部での操作により変速機構が変速動作する。
特開平２００３−０１１８７９号

前記従来の変速制御装置では、頻繁な変速動作等により電源の電圧が低下して駆動体が動作できない事態になったとき、変速できなくなり、乗り手は不快感を感じることがある。たとえば、低い変速段、つまりクランクの回転に対してギア比が小さい変速段で変速できなくなったとき、通常の速度を維持しようとするとクランクを高速回転させなければならない。また、ギア比が大きい高い変速段で変速できなくなったとき、通常の速度を維持しようするとペダルを強く踏まなければならない。

本発明は、自転車用変速制御装置において、電圧の低下により駆動体が動作不能状態になっても乗り手が不快感を感じないようにすることにある。

発明１に係る自転車用変速制御装置は、複数の変速段を有し電源から供給される電力で動作する駆動体により駆動される自転車用変速装置を変速動作させるための自転車用変速制御装置であって、電源電圧検出部と、制御部とを有している。電源電圧検出部は、電源から供給される電圧を検出するものである。制御部は、検出された電源電圧が所定電圧以下のとき、第１変速信号を生成し、現在の変速段から特定の変速段に向かうように駆動体を制御するものである。

この変速制御装置では、変速制御装置に供給される電圧が所定電圧以下に低下すると、制御部は第１変速信号を生成して現在の変速段から特定の変速段に向かうように駆動体を制御する。これにより、電源が低下すると常に特定の変速段に変速制御される。ここでは、所定電圧をたとえば駆動体が動作可能な最低限の電圧に設定し、特定の変速段をたとえば複数の変速段のうち変速装置を有さない自転車のギア比に近い変速段に設定することにより、所定電圧以下になると特定の変速段に変速されるように駆動体を介して変速装置が変速制御されるので、それ以後電圧がさらに低下して変速システムが動作不能状態に陥っても乗り手が不快感を感じにくくなる。

発明２に係る自転車用変速制御装置は、発明１に記載の装置において、所定電圧は、駆動体が動作可能な最低電圧より２％から２０％高い電圧である。この場合には、変速制御中に電圧が低下しても特定の変速段への変速制御を確実に行えるようになる。

発明３に係る自転車用変速制御装置は、発明１又は２に記載の装置において、電源は、自転車の車輪に連動して回転する交流発電機から出力される電力を蓄える蓄電素子であり、電源電圧検出部は、蓄電素子に蓄えられた電力の電圧を検出する。この場合には、交流発電機から蓄電素子に電力が出力されるので、自転車の走行中に電力を蓄電素子に蓄えることができ、長時間の駐輪や頻繁な変速動作等により蓄電素子の電圧が低下して特定の変速段に変速しても走行すれば変速装置を動作させることができる。

発明４に係る自転車用変速制御装置は、発明３に記載の装置において、蓄電素子は、繰り返して充放電可能な大容量コンデンサであり、電源電圧検出部は、大容量コンデンサに蓄えられた電力の電圧を検出する。この場合には、蓄電素子として大容量で短時間に充電できるとともに、充放電による劣化が少ない大容量コンデンサを使用するので、充電時間を短縮できるとともに、寿命を高めることができる。

発明５に係る自転車用変速制御装置は、発明１又は２に記載の装置において、電源は、交換可能な一次電池及び二次電池を含む電池であり、電源電圧検出部は、電池の電圧を検出する。この場合には、電源を交換可能であるので、電池の電圧が低下して特定の変速段に変速しても電池を交換すれば駆動体を動作させることができる。

発明６に係る自転車用変速制御装置は、複数の変速段を有し駆動体により駆動される自転車用変速装置を変速動作させるための装置であって、停車時間検出部と、制御部とを備えている。停車時間検出部は、自転車の停車時間を検出するものである。制御部は、検出された停車時間が所定時間以上のとき、第１変速信号を生成し、現在の変速段から特定の変速段に向かうように駆動体を制御するものである。

この変速制御装置では、自転車が所定時間以上停車すると、制御部は第１変速信号を生成して現在の変速段から特定の変速段に向かうように駆動体を制御する。これにより、所定時間以上停車すると常に特定の変速段に変速制御される。ここでは、所定時間をたとえば走行中の信号待ちのような一時停車よりは長い時間に設定し、特定の変速段をたとえば複数の変速段のうち変速装置を有さない自転車のギア比に近い変速段に設定することにより、長期の駐輪などで電圧が低下するおそれがある場合に特定の変速段に変速されるように変速制御されるので、それ以後電圧がさらに低下して変速システムが動作不能状態に陥っても乗り手が不快感を感じにくくなる。しかも、電圧を検出する必要がなく一般的に制御に用いられるマイクロコンピュータに具備されている計時機能を用いて所定時間を判断できるので制御装置の構成が簡素になる。

発明７に係る自転車用変速制御装置は、発明６に記載の装置において、所定時間は、５分以上の時間である。この場合には、走行時に信号待ちなどで一時停車する場合の無駄な変速動作を抑えることができる。

発明８に係る自転車用変速制御装置は、発明１から７のいずれかに記載の装置において、制御部は、検出される走行状態に応じて第２変速信号を生成し、生成された第２変速信号に応じて駆動体を制御する。この場合には、走行状態に応じて自動的に変速制御することができる。

発明９に係る自転車用変速制御装置は、発明８に記載の装置において、検出される走行状態は、自転車の車速である。この場合には、自転車の車速に応じて自動変速させることができるので、車速に応じて自動的に変速することができる。

発明１０に係る自転車用変速制御装置は、発明８に記載の装置において、検出される走行状態は、自転車のクランクの回転を検出するクランク回転数である。この場合には、クランク回転数を一定に保つように変速制御できるので、乗り手は一定範囲のクランク回転数で効率よくペダルをこぐことができる。

発明１１に係る自転車用変速制御装置は、発明１から１０のいずれかに記載の装置において、制御部は、変速操作を行うための変速操作部からの操作信号により第３変速信号を生成し、生成された第３変速信号に応じて駆動体を制御する。この場合には、変速操作をする乗り手の意志に応じた変速制御を行える。

発明１２に係る自転車用変速制御装置は、発明１から１１のいずれかに記載の装置において、特定の変速段は、クランク回転数と後輪回転数との変速比が１．２から１．５の範囲となるような変速段である。この場合には、電源電圧が所定電圧以下又は所定の停車時間を経過すると通常の変速装置を有さない自転車の変速比に変速されるので乗り手に不快感をより与えにくくなる。

本発明によれば、所定電圧をたとえば変速システムが動作可能な最低限の電圧に設定し、特定の変速段をたとえば複数の変速段のうち変速装置を有さない自転車のギア比に近い変速段に設定することにより、所定電圧以下になると特定の変速段に変速されるように変速制御されるので、それ以後電圧がさらに低下して変速システムが動作不能状態に陥っても乗り手が不快感を感じにくくなる。

別の発明によれば、所定時間をたとえば走行中の信号待ちのような一時停車よりは長い時間に設定し、特定の変速段をたとえば複数の変速段のうち変速装置を有さない自転車のギア比に近い変速段に設定することにより、長期の駐輪などで電圧が低下するおそれがある場合に特定の変速段に変速されるように変速制御されるので、それ以後電圧がさらに低下して変速システムが動作不能状態に陥っても乗り手が不快感を感じにくくなる。しかも、電圧を検出する必要がなく一般的に制御に用いられるマイクロコンピュータに具備されている計時機能を用いて所定時間を判断できるので制御装置の構成が簡素になる。

〔構成〕
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は軽快車であり、ダブルループ形のフレーム体２とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、駆動部５と、ブレーキ付きのダイナモハブ８が装着された前輪６と、内装変速ハブ１０が装着された後輪７と、内装変速ハブ１０を手元で操作するための変速操作部２０と、変速操作部２０の操作に応じて内装変速ハブ１０を変速制御する変速制御ユニット１２とを備えている。

フレーム１のフレーム体２は、パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１１や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。

ハンドル部４は、フロントフォーク３の上部に固定されたハンドルステム１４と、ハンドルステム１４に固定されたハンドルバー１５とを有している。ハンドルバー１５の両端にはブレーキレバー１６とグリップ１７とが装着されている。右側のブレーキレバー１６には変速操作部２０が一体で形成されている。

駆動部５は、フレーム体２の下部（ハンガー部）に設けられたギアクランク３７と、ギアクランク３７に掛け渡されたチェーン３８と、内装変速ハブ１０とを有している。内装変速ハブ１０は、たとえば４つの変速段を有する４段変速のものであり、変速制御ユニット１２に設けられたモータユニット２９（図６）により４つの変速位置を取り得る。

フロントフォーク３の先端に固定された前輪６のダイナモハブ８は、ローラ形の前ブレーキを装着可能なハブであり、内部に前輪６の回転により発電する交流発電機１９（図６）を有している。

変速操作部２０は、図２に示すように、下部に左右に並べて配置された２つの操作ボタン２１，２２と、操作ボタン２１，２２の上方に配置された操作ダイヤル２３と、操作ダイヤル２３の左方に配置された液晶表示部２４とを有している。

操作ボタン２１，２２は、三角形状の押しボタンである。左側の操作ボタン２１はシフトアップの手動変速を行うためのボタンであり、右側の操作ボタン２２はシフトダウンの手動変速を行うためのボタンである。操作ダイヤル２３は、モードＡ１及びモードＡ２の２つの自動変速モードと手動モードとを切り換えるためのダイヤルであり、３つの停止位置Ｍ，Ａ１及びＡ２を有している。ここでモードＡ１及びモードＡ２の２つの自動変速モードは、交流発電機１９からからの車速信号により内装変速ハブ１０を自動変速するモードであり、手動変速モードは、操作ボタン２１，２２の操作により内装変速ハブ１０を変速するモードである。

なお、２つの自動変速モードでは、シフトアップ（低速側から高速側への変速）及びシフトダウン（高速側から低速側への変速）とにおいて、変速タイミング、具体的には変速時のしきい値を変えて自動変速するものである。このときのしきい値の一例を図７に示す。ここでは、モードＡ１がモードＡ２に比べてシフトアップ及びシフトダウンの変速タイミングが遅くなるように設定されている。すなわち、モードＡ１は、モードＡ２より高速側で変速する。なお、通常は、モードＡ２で変速するのが好ましい。

液晶表示部２４には、現在の走行速度も表示されるとともに、変速時には操作された変速段が表示される。

変速制御ユニット１２は、図３に示すように、ダイナモハブ８内の交流発電機１９に電気配線４０を介して電気的に接続されている。また、変速制御ユニット１２は、変速操作部２０にも電気配線４１を介して電気的に接続されている。さらに変速制御ユニット１２は、変速ケーブル４２を介して内装変速ハブ１０に機械的に連結されている。変速制御ユニット１２は、図４及び図５に示すように、フロントフォーク３の途中のランプスティ３ａに装着されたランプケース１３と、ランプケース１３に収納されたモータユニット２９及び回路ユニット３０とを有している。

モータユニット２９は、変速モータ（駆動体の一例）４５と、変速モータ４５により３つの変速位置に移動するケーブル動作部４６と、ケーブル動作部４６の変速位置を検出する動作位置センサ４７（図６）とを有している。このケーブル動作部４６に変速ケーブル４２の一端が連結されている。

回路ユニット３０は、図６に示すように、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏインターフェースからなるマイクロコンピュータを含む変速制御部（制御部の一例）２５を備えている。なお、図中太線はたとえば１Ａで６Ｖ程度の電流線を、実線は５ｍＡで３．５Ｖ程度の電流線をそれぞれ示し、破線は信号線を示している。

変速制御部２５は、変速操作部２０の操作に応じて内装変速ハブ１０を速度に応じて自動変速制御するとともに、変速操作部２０に設けられた液晶表示部２４の表示制御を行う。また、ランプケース１３に一体で装着されたランプ１８を周囲の状況が所定の明るさ以下になると点灯し、所定の明るさを超えると消灯するランプ制御を行う。変速制御部２５には、変速操作部２０に設けられた操作ダイヤル２３及び操作ボタン２１，２２を含む操作スイッチ２６と、液晶表示部２４と、ランプ１８を制御するための照度センサとしての光センサ３６と、交流発電機１９からの出力により速度信号を生成するためのダイナモ波形成形回路３４とが接続されている。また、電圧検出回路（電圧検出部の一例）２７とモータドライバ２８とモータユニット２９の動作位置センサ４７と他の入出力部とが接続されている。変速制御部２５には蓄電素子３２から変圧回路３１を介してたとえば６Ｖから３．５Ｖ程度に降下した電力が供給される。

変圧回路３１は、動力用の電源を制御用の電源に変圧するための回路である。変圧回路３１には、蓄電素子３２で蓄えられた電力が供給される。変圧回路３１は、変速制御部２５、モータドライバ２８、充電制御回路３３及びオートライト回路３５に接続され、それらに蓄電素子３２で蓄えられた制御用の電力を供給する。

蓄電素子３２は、たとえば大容量コンデンサからなり、交流発電機１９から出力され、充電制御回路３３で整流されたたとえば６ボルト程度の直流電力を蓄える。蓄電素子３２で蓄えられた電力は変圧回路３１を介して変速制御部２５、電圧検出回路２７、充電制御回路３３及びオートライト回路３５に供給される。なお、蓄電素子３２をコンデンサに代えてニッケル・カドニウム電池やリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池で構成してもよい。

電圧検出回路２７は、蓄電素子３２とモータドライバ２８との間に配置され、蓄電素子３２から変速モータ４５に供給される電力の電圧を検出する。これは、電圧が所定電圧Ｖｓ以下になると、変速制御部２５で所定の変速制御を行うためである。この所定電圧Ｖｓは、変速モータ４５が動作不能になる動作不能電圧Ｖｉに応じて設定される。たとえば、変速モータ４５の動作可能な最低電圧Ｖｉが４Ｖ程度のときには、所定電圧Ｖｓは、安全を見て４．５Ｖ程度に設定される。なお、所定電圧Ｖｓは最低電圧Ｖｉの２％から２０％程度高い電圧の好ましい。

モータドライバ２８は、変速モータ４５を位置決め制御する。モータドライバ２８は、変圧回路３１から供給された５ｍＡの電流で動作し、蓄電素子３２から供給された１Ａの電流を位置決め用に制御して変速モータ４５に供給する。

充電制御回路３３はたとえば半波整流回路で構成され、交流発電機１９から出力された交流電流をたとえば１Ａの直流電流に整流する。

ダイナモ波形成形回路３４は、交流発電機１９から出力された交流電流から速度信号を生成する。すなわちサインカーブの交流信号をたとえば半周期分抽出し、それをシュミット回路等の適宜の波形成形回路を通し、速度に応じたパルス信号を生成する。

オートライト回路３５は、光センサ３６からの検出出力より変速制御部２５から出力されるオンオフ信号により動作し、交流発電機１９から出力された１Ａの電流をランプ１８に供給・遮断する。これにより照度が所定以下になるとランプ１８が自動的に点灯し、所定の照度を超えると消灯する。

このように構成された変速制御ユニット１２では、変速操作部２０で選択された自動変速モード又は手動変速モードで内装変速ハブ１０が変速制御される。自動変速モードの場合、図７に示すようなシフトアップしきい値及びシフトダウンしきい値により制御される。たとえば自動変速モードＡ１のときには、車速が１３ｋｍ／ｈになると、１速から２速にシフトアップされる。１６ｋｍ／ｈになると３速にシフトアップされ、さらに１９ｋｍ／ｈになると４速にシフトアップされる。一方、その後車速が１７ｋｍ／ｈに下がると３速にシフトダウンされ、さらに１４ｋｍ／ｈを下がると２速に、１２ｋｍ／ｈを下がると１速にそれぞれシフトダウンされる。ここでは、変速時のチャタリングを防止するためにシフトアップの変速タイミングとシフトダウンの変速タイミングとをシフトダウン側を低くしている、このような変速時に、交流発電機１９からの交流信号により車速を検出しているので、車速を車輪１回転当たり細かく得ることができ、従来のものより実際の車速の変化にリアルタイムに追随して変速がなされる。

変速制御部２５は、蓄電素子３２から変圧回路３１を介して供給された電力で動作する。液晶表示部２４やモータドライバ２８やオートライト回路３５や充電制御回路３３が制御される。そして、交流発電機１９からの電力が蓄電素子３２に充電される。また、ダイナモ波形成形回路３４から車速信号が変速制御部２５に与えられる。

ここでは、蓄電素子３２を設けて交流発電機１９からの電力を蓄え、その電力により変速制御部２５を含む各部を動作させているので、電池の交換や充電作業が不要になる。また、電池残量の管理や予備の電池を持ち歩く必要がなくなり、電源に関わる煩わしい作業を行うことなく自動変速を行えるようになる。

しかも、交流発電機１９から出力された交流信号に基づき車速を検出し、その検出された車速により変速制御している。交流発電機は一般に複数の磁極を有しているので、交流発電機からはこの磁極数と車速とに関連する周波数からなる交流信号が出力される。このため、通常自転車で用いられるような、たとえば車輪に付けた磁石を検出する速度センサから得られる速度信号に比べて１回転当たり多くのパルス信号を交流信号から得ることができる。したがって車速を１回転の間に細かく検出することができ、リアルタイムで高精度の変速制御を行える。また、交流発電機１９からの交流信号に基づき制御しているので、従来のように車輪の近くに変速制御ユニット１２を配置する必要がなくなり、変速制御ユニット１２の装着位置が制限されない。

次に変速制御部２５による具体的な変速制御の一例を図８〜図１０に示す制御フローチャートに従って説明する。

蓄電素子３２から動作電圧以上の電力が投入されると、ステップＳ１で初期設定を行う。ここでは、速度算出用の周長データが、たとえば２６インチ径にセットされ、変速段が２速（ＶＰ＝２）にセットされ、さらに各種のフラグやタイマがリセットされる。

ステップＳ２では、電圧検出回路２７で検出された電圧Ｖを取り込む。ステップＳ３では、取り込んで電圧Ｖが所定電圧Ｖｓ以下か否かを判断する。ステップＳ４では、操作ダイヤル２３が自動変速１（Ａ１）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ５では、操作ダイヤル２３が自動変速２（Ａ２）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ６では、操作ダイヤル２３が手動変速（Ｍ）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ７では、タイヤ径入力等の他の処理が選択されたか否かを判断する。

電圧Ｖが所定電圧Ｖｓ以下と判断するとステップＳ３からステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、動作位置センサ２６の動作位置により現在の変速段ＶＰを取り込む。ステップＳ９では、現在の変速段ＶＰが２速（ＶＰ＝２）か否かを判断する。現在の変速段ＶＰが２速の場合には何も処理せずにステップＳ４に移行する。現在の変速段ＶＰが２速ではない場合には、ステップＳ９からステップＳ１０に移行し、２速に変速するような第１変速信号を出力すべく変速段ＶＰの値を「２」にセットする。これにより、何れの変速段にあっても２速になるように変速モータ４５が動作して内装変速ハブ１０が変速動作する。

操作ダイヤル２３がＡ１位置に回され自動変速１モードがセットされた場合には、ステップＳ４からステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、図９に示す自動変速１（Ａ１）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＡ２位置に回され自動変速２モードがセットされた場合には、ステップＳ５からステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、自動変速１処理と同様な自動変速２（Ａ２）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＭ位置に回され手動変速モードがセットされた場合には、ステップＳ６からステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、図１０に示す手動変速（Ｍ）処理を実行する。他の処理が選択された場合にはステップＳ７からステップＳ１４に移行し、選択された処理を実行する。

ステップＳ１１の自動変速１処理では、車速Ｓに応じた変速段に１段ずつ変速する。そして、それから外れている場合には、１段ずつ近づく方向に変速する。ここでは、図９のステップＳ２１で、動作位置センサ２６の動作位置により現在の変速段ＶＰを取り込む。ステップＳ２２では、ダイナモハブ１２からの速度信号により自転車の現在の車速Ｓを取り込む。ステップＳ２３では、取り込んだ現在の車速Ｓが図７に示したような現在の変速段ＶＰに応じたシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えているか否かを判断する。ステップＳ２４では、取り込んだ現在の車速Ｓが動作位置センサ２６の動作位置ＶＰに応じたシフトダウンしきい値Ｄ（ＶＰ）よりさがっているか否かを判断する。

現在の車速Ｓが図７に示した現在の変速段に応じたシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えた場合にはステップＳ２３からステップＳ２５に移行する。たとえば、変速段が２速のとき（ＶＰ＝２）、車速Ｓが１６ｋｍ／ｈより速くなるとこの判断が「Ｙｅｓ」となる。ステップＳ２５では、変速段が４速か否かを判断する。４速のときはそれ以上シフトアップできないので、やはり何も処理せずにステップＳ２４に移行する。ただし、４速のときのシフトアップしきい値は、２５５と通常では考えられない速度であるので通常はこのルーチンは通らない。４速未満のときには、ステップＳ２６に移行し、変速段を１段シフトアップすべく第２変速信号を出力してステップＳ２４に移行する。これにより、変速モータ４５が動作して内装変速ハブ１０が１段シフトアップする。

現在の車速Ｓが、図７に示した現在の変速段に応じたシフトダウンしきい値Ｄ（ＶＰ）より下がっている場合にはステップＳ２４からステップＳ２７に移行する。たとえば、変速段が２速のとき（ＶＰ＝２）、車速Ｓが１２ｋｍ／ｈより遅くなるとこの判断が「Ｙｅｓ」となる。ステップＳ２７では、変速段が１速か否かを判断する。１速のときは何も処理せずにメインルーチンに移行する。２速以上のときには、ステップＳ２８に移行し、変速段を１段シフトダウンすべく第２変速信号を出力してメインルーチンに移行する。これにより、変速モータ４５が動作して内装変速ハブ１０が１段シフトダウンする。

なお、ステップＳ１２の自動変速２（Ａ２）処理は、自動変速１（Ａ１）処理としきい値が異なるだけで処理内容は同じであるので説明を省略する。

ステップＳ１３の手動変速処理では、操作ボタン２１，２２の操作により１段ずつ変速する。図１０のステップＳ３１で、動作位置センサ２６の動作位置により現在の変速段ＶＰを取り込む。ステップＳ３２では、操作ボタン２１が操作されたか否かを判断する。ステップＳ３３では、操作ボタン２２が操作されたか否かを判断する。操作ボタン２１が操作されるとステップＳ３２からステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４では、現在の変速段ＶＰにより４速か否かを判断する。現在の変速段が４速ではない場合にはステップＳ３５に移行し、第３変速信号を出力して変速段ＶＰを１段シフトアップする。現在の変速段が４速の場合にはこの処理をスキップする。

操作ボタン２２が操作されるとステップＳ３３からステップＳ３６に移行する。ステップＳ３６では、現在の動作位置ＶＰにより１速か否かを判断する。現在の変速段が１速ではない場合にはステップＳ３７に移行し、第３変速信号を出力して変速段ＶＰを１段シフトダウンする。現在の変速段が１速の場合にはこの処理をスキップする。

ここでは、蓄電素子３２の電圧が所定電圧以下に低下すると、内装変速ハブ１０が何れの変速段にあっても２速に変速される。このため、それ以後電圧がさらに低下し変速モータ４５が動作不能状態に陥っても乗り手が不快感を感じにくくなる。

〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では変速装置として内装変速ハブを例に説明したが、変速装置としては複数のスプロケットとディレーラとからなる外装変速機構の制御にも本発明を適用できる。なお、外装変速装置の場合にはクランクを回転させないと、変速できないため、停止中に電圧が低下した場合には、実際の変速は走行を開始し始めてから行われる。

（ｂ）前記実施形態では変速モータで駆動される変速装置を例に説明したが、ソレノイド等の他の電気駆動体により駆動される変速装置の制御にも本発明を適用できる。

（ｃ）変速モータを含むモータユニットや変速制御部の配置は前記実施形態に限定されず、モータユニットを内装変速ハブ等の変速装置に設けて、変速装置を直接駆動してもよい。また、変速制御部を変速操作部に設けてもよい。

（ｄ）前記実施形態では、走行状態として車速を用いたが、クランクの回転数を用いてもよい。この場合、図１１に示すように、自転車のギアクランク３７に磁石等の検出子１１３を装着し、自転車のフレーム１に検出子１１３の回転を検出するたとえばリードスイッチからなる回転検出器１１２を装着してクランク回転数を検出すればよい。また、図１２に示すように、変速段に応じてクランク回転数の上限及び下限をしきい値として設定すればよい。図１２では各変速段で同じ値を設定しているがそれぞれ異ならせてもよい。そして、図９に示す動作と同様に自動変速モードで、シフトアップしきい値以上のクランク回転数になるとシフトアップし、シフトダウンしきい値以下のクランク回転数になるとシフトダウンすればよい。

なお、図１１に示す実施形態では、ランプケースに回路ユニットやモータユニットが配置されておらず、モータユニット１２９は内装変速ハブ１１０に設けられ、内装変速ハブ１１０を直接駆動する。また、変速制御部２５を含む図６に示すような回路ユニット１３０は、変速操作部１２０の内部に設けられている。そして、回路ユニット１３０にダイナモハブ８内の交流発電機１９から電力が電気配線１４１を介して供給され蓄電素子３２に充電されている。また、変速操作部１２０と内装変速ハブ１１０とは変速ケーブルではなく電気配線１４２により接続され、変速制御部２５からモータユニット１２９に変速信号が出力されるとともに、動作位置センサから電気配線１４２により変速操作部１２０内の変速制御部２５に動作位置の信号が出力される。なお、変速制御部を内装変速ハブ１１０に設け、変速操作部と変速制御部とを電気配線により接続してもよい。

（ｅ）前記実施形態では、蓄電素子の電圧が低下すると特定の変速段に変速するようにしたが、特定の変速段は２速に限定されず３速でもよい。また、さらに多数の変速段を有する場合には、特定の変速段は、最も高速側と最も低速側の変速段を除く中間の変速段であればいずれの変速段でもよい。ただし、変速装置を有さない通常の自転車のクランク回転数と後輪回転数との比に近い変速段が好ましく、その比が１．２から１．５の範囲がより好ましい。

（ｆ）前記実施形態では、蓄電素子の電圧が低下すると所定の変速段に変速するようにしたが、電源電圧が低下するおそれがある停車時間に応じて特定の変速段に変速できるように停車時間検出部を設けてもよい。図１３では、ステップＳ４２で現在の車速Ｓを読み込み、ステップＳ４３では、現在の車速Ｓが「０」か否か、つまり停車しているか否かを判断する。停車していないと判断すると、ステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では、停車時間を計測するためのタイマＴをオフする。このタイマＴは、後述するステップＳ５０でオン（スタート）する。これにより、短時間の停車時にタイマＴをオフできる。なお、図１３のステップＳ４５〜ステップＳ４８及びステップＳ５〜ステップＳ５８は、図８のステップＳ４〜ステップＳ７及びステップＳ１１〜ステップＳ１４と同じであるので説明を省略する。

停車していると判断するとステップＳ４３からステップＳ４９に移行する。ステップＳ４９では、停車時間を計測するためのタイマＴがすでにオン（スタート）しているか否かを判断する。タイマＴがオンしていない場合は、ステップＳ５０に移行してタイマＴをオンさせ、ステップＳ４５に移行する。タイマＴがすでオンしている場合には、ステップＳ４９からステップＳ５１に移行し、タイマＴがオンしてから１０分以上経過しているか否か、つまり１０分以上停車しているか否かを判断する。１０分以上停車していない場合には、ステップＳ４５に移行する。１０分以上停車している場合には、ステップＳ５１からステップＳ５２に移行し、タイマＴをオフしてステップＳ５３に移行する。ステップＳ５３では、現在の変速段ＶＰが２速（ＶＰ＝２）か否かを判断する。現在の変速段ＶＰが２速の場合には何も処理せずにステップＳ４５に移行する。現在の変速段ＶＰが２速ではない場合には、ステップＳ５３からステップＳ５４に移行し、２速に変速するような第１変速信号を出力すべく変速段ＶＰの値を「２」にセットする。これにより、何れの変速段にあっても２速になるように変速モータ４５が動作して内装変速ハブ１０が変速動作する。なお、停車時間の測定方法は上記のような実施形態に限定されないとともに、停車時間は１０分に限定されず、信号待ちのような走行時の一旦停車と区別ができる時間であればどのような時間でもよい。ただし、停車時間としては５分以上に設定するのが好ましい。

このような実施形態の場合には、長期の駐輪などで電圧が低下するおそれがある場合に特定の変速段に変速されるように変速制御されるので、それ以後電圧がさらに低下して変速システムが動作不能状態に陥っても乗り手が不快感を感じにくくなる。しかも、電圧を検出する必要がなく一般的に制御に用いられるマイクロコンピュータに具備されている計時機能を用いて所定時間を判断できるので制御装置の構成が簡素になる。

（ｇ）前記実施形態では、交流発電機から充電された蓄電素子として大容量コンデンサを例示し、それを駆動体の電源としてが、電源は、大容量コンデンサに限定されず、一次電池や二次電池や他の種類のコンデンサなど自転車に搭載可能な消耗する電源であればどのようなものでもよい。

本発明の一実施形態を採用した自転車の側面図。 変速操作部の斜視図。 内装変速ハブと変速制御ユニットとダイナモハブとの接続関係を示す模式図。 変速制御ユニットの側面断面図。 変速制御ユニットの平面断面図。 変速制御ユニットの構成を示すブロック図。 自動変速モード時の変速タイミングを示すテーブル。 変速制御のメインルーチンのフローチャート。 自動変速処理のフローチャート。 手動変速処理のフローチャート。 他の実施形態の図１に相当する図。 その自動変速モード時の変速タイミングを示すテーブル。 さらに他の実施形態の図８に相当する図。

符号の説明

１ フレーム
８ ダイナモハブ
１０，１１０ 内装変速ハブ
１２ 変速制御ユニット
１９ 交流発電機
２０，１２０ 変速操作部
２３ 操作ダイヤル
２５ 変速制御部
２７ 電圧検出回路
２９，１２９ モータユニット
３０，１３０ 回路ユニット
３２ 蓄電素子
４５ 変速モータ

Claims (12)

1. 複数の変速段を有し電源から供給される電力で動作する駆動体により駆動される自転車用変速装置を変速動作させるための自転車用変速制御装置であって、
   前記電源から供給される電圧を検出する電源電圧検出部と、
   前記検出された電源電圧が所定電圧以下のとき、第１変速信号を生成し、現在の変速段から特定の変速段に向かうように前記駆動体を制御する制御部と、
   を備えた自転車用変速制御装置。
2. 前記所定電圧は、前記駆動体が動作可能な最低電圧より２％から２０％高い電圧である、請求項１に記載の自転車用変速制御装置。
3. 前記電源は、前記自転車の車輪に連動して回転する交流発電機から出力される電力を蓄える蓄電素子であり、
   前記電源電圧検出部は、前記蓄電素子に蓄えられた電力の電圧を検出する、請求項１又は２に記載の自転車用変速制御装置。
4. 前記蓄電素子は、繰り返して充放電可能な大容量コンデンサであり、
   前記電源電圧検出部は、前記大容量コンデンサに蓄えられた電力の電圧を検出する、請求項３に記載の自転車用変速制御装置。
5. 前記電源は、交換可能な一次電池及び二次電池を含む電池であり、
   前記電源電圧検出部は、前記電池の電圧を検出する、請求項１又は２に記載の自転車用変速制御装置。
6. 複数の変速段を有し駆動体により駆動される自転車用変速装置を変速動作させるための自転車用変速制御装置であって、
   自転車の停車時間を検出する停車時間検出部と、
   前記検出された停車時間が所定時間以上のとき、第１変速信号を生成し、現在の変速段から特定の変速段に向かうように前記駆動体を制御する制御部と、
   を備えた自転車用変速制御装置。
7. 前記所定時間は、５分以上の時間である、請求項６に記載の自転車用変速制御装置。
8. 前記制御部は、検出される走行状態に応じて第２変速信号を生成し、前記生成された第２変速信号に応じて前記駆動体を制御する、請求項１から７のいずれかに記載の自転車用変速制御装置。
9. 検出される前記走行状態は、前記自転車の車速である、請求項８に記載の自転車用変速制御装置。
10. 検出される前記走行状態は、前記自転車のクランクの回転を検出するクランク回転数である、請求項８に記載の自転車用変速制御装置。
11. 前記制御部は、変速操作を行うための変速操作部からの操作信号により第３変速信号を生成し、前記生成された第３変速信号に応じて前記駆動体を制御する、請求項１から１０のいずれかに記載の自転車用変速制御装置。
12. 前記特定の変速段は、クランク回転数と後輪回転数との変速比が１．２から１．５の範囲となるような変速段である、請求項１から１１のいずれかに記載の自転車用変速制御装置。

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