JP4546722B2 - 電子的にサーボを利用する自転車のギアシフトと関連の方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子的にサーボを利用する自転車のギアシフト、並びに自転車のギアシフトをサーボによりサポートするための方法、更に上記の方法を実施するための手段を持つプログラムおよび電子回路に関するものである。
電子的にサーボを利用する自転車用ギアシフトは、一般に、
自転車の後輪のハブ(スプロケットはピニオンまたは歯付きホイールとも呼ばれ、チェーンガイドはリアディレーラまたは単にギアシフトとも呼ばれる)およびペダルクランクの軸(スプロケットはクラウン、ギアまたは歯付きホイールと呼ばれ、ガイドエレメントはまたフロントディレーラまたは単にディレーラとも呼ばれる)に関連する少なくとも2つのスプロケットを備える各ギアシフトグループに対する軸方向においてガイドエレメントを介してチェーンを第1方向(例えば径の小さいスプロケットから大きい径のスプロケットへ、または“上方ギアシフティング”)または第1方向とは反対の第2方向(例えば径の大きいスプロケットから径の小さいスプロケット、または“下方ギアシフティング”)にチェーンを移動させるモータ付きリアアクチュエータおよびフロントアクチュエータと、
第1方向または第2方向におけるリアまたはフロントアクチュエータ移動要求信号を入力するための手段を備える、例えば自転車の2つのハンドルグリップに設けられるレバーのような手動入力手段と、
該入力手段、リアアクチュエータおよびフロントアクチュエータに接続されて、各ギアシフトグループの第1スプロケットから第2の隣接するスプロケットにチェーンを移動させるための移動要求信号に基づいて、リアアクチュエータまたはフロントアクチュエータを駆動するように正常乗車オペレーティングモードで(走行中に)作動する電子コントロールユニットと、
アクチュエータ(従ってディレーラ)の位置を検出し、またその位置を電子コントロールユニットに示すことにより、アクチュエータが所望の位置に達した時に、それらを停止させるリアトランスデューサおよびフロントトランスデューサとを備える。
電子的にサーボ補助された上記のタイプの自転車ギアシフトは、例えば何れも出願人の持つ米国特許第5,480,356号、5,470,277号、5,865,454号およびヨーロッパ特許出願第1 103 456号ならびにSpencerその他の米国特許第6,047,230号およびEllsaserの独国特許出願第39 38 454A1号に記載されている。
特に欧州特許出願1 103 456号は、位置トランスデューサがディレーラの絶対位置を示す電気信号を発生することの出来る唯一のタイプであるギアシフトを記載している。これらのトランスデューサは(再び)スイッチオンされると、例えば自転車の走行による振動のために僅かに変動することのある、ディレーラの実際位置を考慮するものである。
正常な乗車オペレーティングモード(即ち、ギアシフトは乗り手により手動で行なわれるか、または電子コントロールユニットにより自動または半自動的に行なわれる)でギアシフトが正しく作動するために、リアおよびフロントアクチュエータは、隣り合うスプロケット間でチェーンを移動させて、ギアシフトを実行するために基準位置(各種スプロケットの位置および/または隣り合うスプロケットの間の距離またはピッチに関する情報と共に)として用いられるスタート位置において予めアライメント(位置合わせ)する必要がある。スタートまたは基準位置とは、通常チェーンが最小径のスプロケットに在る位置のことである。
公知の機械的ギアシフトでは、スタート位置でのアライメントは、ギアシフト中にチェーンの移動を行うために用いられるスチールケーブルの位置を修正することの出来る手動調整装置により行なわれる。
電子的にサーボ補助されたギアシフトにおいては、2つの隣り合うスプロケット間でチェーンを移動させるために、電子コントロールユニットは、各種スプロケットの物理的な位置を表すロジック位置(ロジック値)に従ってアクチュエータを駆動する。
これらのタイプのギアシフトでは、スタート位置または基準位置の設定は通常工場内で行なわれ、アクチュエータのコントロール信号が無い場合、デレーラは最小径のスプロケットに位置される。
リアホイールの衝突または取り替えの場合には、新しいリアホイールのサイズは取り替えられたホイールのサイズとは僅かに異なることがあるため、特にリアギアシフトグループのハブとスプロケット、またはピニオンにはそのサイズが合わなくなることがある。
ずれまたは僅かに異なるサイズのために、チェーンとスプロケットは、完全に噛み合わなくなって、その結果騒音が発生し、ギアシフトの誤作動のリスクが高まる。
フロントギアシフトグループにおいても、チェーンおよびスプロケットまたはクラウン間でミスアライメントの生じることがあり、その結果騒音および誤動作のリスクが生じる。
特にリアホイールの取り替えが自転車レース中に行われる場合には、この欠陥は許容され難い。
本発明の目的は、例えば自転車レース中にそのようなミスアライメントを、自転車をスタンドに取り付けることなく、充分な速さで解消することに在る。
第1に、本発明は自転車ギアシフトを電子的にサーボ補助する方法に関しており、この方法は、
a)少なくとも2つのスプロケットを備えるギアシフトに対する軸方向においてギアシフトのチェーンを第1方向またはそれとは反対の第2方向に移動させる、自転車ギアシフトのアクチュエータを駆動するステップと、
b)チェーンとギアシフトグループの所定のスプロケットとの間のアライメント(位置合わせ)完了の情報を受け取るステップと、
c)所定のスプロケットに対するギア比に関連付けされたロジック値の調整変数を、アクチュエータを駆動するステップa)において行なわれる移動に対応する値に設定するステップとを備える方法に関するものである。
調整変数は、ギアシフトグループのすべてのギア比に共通しており、あるいは複数の調整変数を設け、夫々をギア比に関連付けしてもよい。
好ましくは、この方法は、
d)第1方向でのアクチュエータの第1移動要求信号または第2方向でのアクチュエータの第2移動要求信号を受け取るステップとを備え、上記アクチュエータを駆動するステップa)において、チェーンの移動は、ステップd)において受け取られた移動要求信号に従い第1方向または第2方向に行なわれる。
更に好ましくは、この方法は更に移動要求信号を受け取るステップd)およびアクチュエータを駆動するステップa)を、ステップb)でのアライメント完了の情報を受け取るまで反復する。
この方法はまた、
e)ステップa)において行なわれた移動が最大移動値に達していないことをチェックしたうえで、アクチュエータを駆動するステップa)を反復するステップを備える。
最大移動値は、所定のスプロケットがギアシフトグループの最大径または最小径のスプロケットである場合には、ギアシフトグループの隣接する2つのスプロケット間の距離の1/2以下であるのがよく、またはギアシフトグループの2つの隣接するスプロケット間の距離の1/2に等しくしてもよい。
代替的にまたは追加的に、この方法は、
f)少なくとも乗車オペレーティングモードおよび調整オペレーティングモードを備えるグループから選ばれるオペレーティングモード信号を受け取るステップと、
g)ギアシフトグループに対する軸方向においてチェーンを第1方向または第2方向に夫々移動させるために、アクチュエータの第1または第2の移動要求信号を受け取るステップと、
h1)オペレーティングモード信号が調整オペレーティングモードに相当する時、少なくともステップa)−c)を実行するステップと、
h2)オペレーティングモード信号が正常乗車オペレーティングモードに相当する時、ギアシフトグループに対する軸方向においてギアシフトのチェーンを第1方向または第2方向に移動させるために、ギアシフトのアクチュエータを、ギアシフトグループの第1スプロケットに対応する物理的位置とギアシフトグループの第2スプロケットに対応する物理的位置との間で駆動するステップとを備え、この物理的位置は、調整変数により調整されたスプロケットに関連付けされたロジック値により決定される。
ステップh2)は、ギアシフトグループに対する軸方向において、カウンタの値を、共通の調整変数または第2スプロケットに対するギア比に関連付けされた調整変数と、第2スプロケットおよび第1スプロケットに関連付けされたロジック値間の差との代数和に等しい量だけ増減させて決定された量だけチェーンを第1方向または第2方向に移動させるためにアクチュエータを駆動する。
第2スプロケットおよび第1スプロケットに関連付けされたロジック値間の差は、ギアシフトグループの隣接するスプロケットの各対に関連付けされた少なくとも一つの差動量によって示すことが出来る。
好ましい実施形態においては、ステップf)において、オペレーティングモード信号は、設定オペレーティングモードを含むグループから選ばれ、この方法は、またオペレーティングモード信号が設定オペレーティングモードに相当する時に、
h31)ギアシフトグループに対する軸方向においてギアシフトのチェーンを第1または第2方向に移動させるためにアクチュエータを駆動するサブステップと、
h32)チェーンとギアシフトグループの所定のスプロケットとの間のアライメント完了の情報を受け取るサブステップと、
h33)ステップh32)でのアクチュエータの物理的位置と所定のスプロケットに対するギア比に関連付けされたロジック値との間の1対1の対応関係の設定するサブステップと、
h34)1つまたは複数の調整変数をゼロにするサブステップとを実行するステップh3)を備える。
ステップh3)に於ける所定のスプロケットは、ギアシフトグループの最小径のスプロケットであるのがよい。
1対1の対応関係を設定するステップh33)は、カウンタの値を所定のスプロケットに予め関連付けされた上記ロジック値に設定することを含む。
ステップh3)に於ける所定のスプロケットがギアシフトグループの最小径のスプロケットである場合には、1対1の対応関係を設定するステップh33)は、カウンタをゼロにすることを含む。
代わりに、1対1の対応関係を設定するステップh33)は、カウンタのその時の値を所定のスプロケットに予め関連付けされたロジック値として格納手段に格納する。
ステップh3)は、各スプロケットおよび対応するロジック値ごとに反復するのがよい。
ステップa)および/またはステップh3)は、好ましくは自転車を静止させた状態で、ギアシフトのチェーンを動かしながら行なわれる。
この方法は、更に、
i)ユーザインターフェースを提供するステップを備え、ステップd)および/またはステップg)において、アクチュエータの第1または第2移動要求信号はそのユーザインターフェースを介して受け取られる。
したがって、ステップb)および/またはステップh32)において、アライメント完了の情報は、ユーザインターフェースを介して受け取られる。
代替的にまたは追加的に、この方法は、
j)チェーンと所定のスプロケットとの間の相対位置を検出し、ステップb)および/またはステップh32)でのアライメント完了の情報を提供する手段を提供するステップを備える。
また、チェーンと所定のスプロケットとの間の相対位置を検出する手段は、ステップd)および/またはステップg)においてアクチュエータの第1または第2移動要求信号を提供するのに適合している。
これは、アクチュエータ上にギアシフトグループに向かって垂下するエレメントをアクチュエータに付随させ、および/または平行光源および平行光線センサをアクチュエータおよび所定のスプロケットのそれぞれに、またはその逆の形で付随させることにより果たされる。更に代替として、光線三角測量を用いることが出来る。
アライメント完了の情報を受け取るステップb)および/またはステップh32)の後に、
k)ギアシフトグループに対する軸方向においてギアシフトのチェーンを第1方向または第2方向にギアシフトグループのその時のスプロケットから隣接するスプロケットに順次移動させるために、ギアシフトのアクチュエータを駆動するステップと、
l)ギアシフトグループに対する軸方向においてチェーンを第1方向または第2方向に移動させるためにアクチュエータを駆動するステップと、
m)チェーンとギアシフトグループの所定のスプロケットとの間のアライメント完了の第2の情報を受け取るステップとを実行することもできる。
更にこの方法は、ステップk)とステップl)との間で、
k1)ギアシフトグループに対する軸方向において、ギアシフトのチェーンを第1方向または第2方向にギアシフトグループの所定のスプロケットから所定のスプロケットに順次移動させるためにギアシフトのアクチュエータを駆動するステップを備えることができる。
好ましくは、ステップa)およびステップh31)および/またはl)において、アクチュエータはチェーンを比較的低速で移動させるように駆動され、ステップh2)、k)および/またはk1)において、アクチュエータはチェーンを比較的高速で移動させるように駆動される。
代替的にまたは追加的に、ステップa)およびステップh31)において、アクチュエータのステッパモータは1ステップまたは比較的少ないステップ数の移動により移動させるように駆動され、ステップh2)、k)および/またはk1)において、アクチュエータのモータはチェーンを比較的多くのステップ数の移動により移動させるように駆動される。
第2に、本発明は、自転車ギアシフトを電子的にサーボ補助するプログラムに関しており、このプログラムは、コンピュータで実行される場合、上記方法のステップを実施するのに適したプログラムコード手段を備える。
プログラムは、好ましくは少なくとも1つのマイクロコントローラにおいて実行される。
代わりに、プログラムはコンピュータメモリに格納されるかまたは読み込み専用のメモリにおいて実行される。
第3に、本発明は上記方法のステップを実施するのに適した電子回路に関するものである。
第4に、本発明は、
リアホイールのハブおよび自転車のペダルクランクの軸にそれぞれ関連する少なくとも2つのスプロケットを備えるギアシフトグループに対する軸方向においてチェーンをガイドエレメントを通して第1方向または反対の第2方向に移動させるモータ付きリアアクチュエータおよびフロントアクチュエータと、
第1方向または第2方向においてリアアクチュエータまたはフロントアクチュエータの移動要求信号を入力する手段を備える手動入力手段と、
該入力手段、リアアクチュエータおよびフロントアクチュエータに接続され、各ギアシフトグループの第1スプロケットから第2の隣接するスプロケットへチェーンを移動させるための移動要求信号に基づいて、リアまたはフロントアクチュエータを正常に乗車オペレーティングモードで駆動するように作動する電子コントロールユニットとを備えたギアシフトにおいて、
手動入力手段は、少なくとも正常乗車オペレーティングモードと調整オペレーティングモードとの間でオペレーティングモードを選択する手段を含み、
電子コントロールユニットは、正常乗車オペレーティングモードにおいて、調整変数の値により修正された第1スプロケットに関連付けされたロジック値と第2スプロケットに関連付けされたロジック値との間でリアまたはフロントアクチュエータを駆動し、
また、この電子コントロールユニットは、調整オペレーティングモードにおいてチェーンを第1または第2方向に移動させるための要求信号に基づいて、リアまたはフロントアクチュエータを駆動し、また調整変数の値を増減させるよう作動し、さらに、この電子コントロールユニットは、チェーンとギアシフトグループの所定のスプロケットとの間のアライメント完了の情報を入力して、調整オペレーティングモードから正常乗車オペレーティングモードに切り替える手段を持つことを特徴とする自転車のギアシフトに関するものである。
調整変数は、ギアシフトグループのすべてのギア比に共通であり、或いは夫々がギア比に関連付けされた複数の調整変数を設けてもよい。
好ましい実施形態では、電子コントロールユニットは、リアカウンタおよびフロントカウンタと、リアおよびフロントアクチュエータの駆動中にカウンタを更新する手段、およびリアおよびフロントカウンタの値をロジック値と比較する手段を備える。
オペレーティングモード選択手段により選択されるオペレーティングモードは、さらに設定オペレーティングモードを備えており、電子コントロールユニットは、その設定オペレーティングモードにおいて、チェーンを第1または第2方向に移動させるための移動要求信号に基づいてリアまたはフロントアクチュエータを駆動する。また、この電子コントロールユニットは、チェーンとギアシフトグループの所定のスプロケットとの間のアライメント完了の情報を入力する手段、および、該手段に応答して、リアまたはフロントアクチュエータの物理的位置と所定のスプロケットに関連付けされたロジック値との間の1対1の対応関係を設定する手段を持つ。
1対1の対応関係を設定する手段は、リアまたはフロントカウンタの値を所定のスプロケットに予め付随したロジック値に設定する手段を備える。
所定のスプロケットが最小径のスプロケットである場合には、1対1の対応関係を設定する手段は、特にリアまたはフロントカウンタをゼロにする手段を備える。
代替的に、1対1の対応関係を設定する手段は、リアまたはフロントカウンタのその時の値を所定のスプロケットに予め関連付けされたロジック値として格納手段に格納する手段を備える。
1つの実施形態においては、ギアシフトは、隣接するスプロケットの各対に予め関連付けされた差動量を格納する手段を備えており、正常乗車オペレーティングモードでは、第2スプロケットに関連付けされたロジック値は、第1および第2スプロケットにより形成される対に予め関連付けされた差動量を第1スプロケットに関連付けされたロジック値に加算または該ロジック値から減算することにより求められる。
ギアシフトグループの隣接するスプロケットの各対に予め関連付けされた差動量は、互いに等しくてもよい。
本発明によるギアシフトは、各リアおよびフロントアクチュエータの物理的位置を検出し、その位置を電子コントロールユニットに送る手段であるリアトランスジューサおよびフロントトランスジューサを備える。
正常乗車オペレーティングモードでは、電子コントロールユニットは、リアまたはフロントアクチュエータを駆動して、物理的位置を検出する手段により検出された物理的位置によりフィードバックコントロールすることで、チェーンを第1スプロケットと第2スプロケットとの間で移動させる。
物理的位置を検出する手段は、リアまたはフロントアクチュエータと所定のスプロケットとの間の相対位置を検出し、調整オペレーティングモードおよび/または設定オペレーティングモードにおいてアライメント完了の情報を生成する手段を更に備える。
相対位置を検出する手段は、第1方向におけるアクチュエータの第1移動要求信号または第2方向におけるアクチュエータの第2移動要求信号を、調整オペレーティングモードおよび/または設定オペレーティングモードにおいて発生させるのに適合している。
相対位置を検出する手段は、例えば、アクチュエータおよび所定のスプロケットに平行光源および平行光線センサにそれぞれ、またはその逆の形でそれらを備える。代わりに、光線三角測量を用いてもよい。
好ましくは、リアおよびフロントアクチュエータのモータはステッパモータであり、1ステップまたは整数倍のステップ数の移動によるリアまたはフロントアクチュエータの移動は、リアまたはフロントカウンタの一単位ずつの増減に相当する。
代わりに、フロントおよびリアアクチュエータのモータは、直流モータ、ブラシレスモータ、非同期モータおよび油圧モータから成るグループから選ぶことが出来る。
情報出力手段を設け、手動入力手段を用いて電子コントロールユニットとの間でユーザインターフェースを形成するのがよい。
ギアシフトは、好ましくは電子コントロールユニットとリアおよびフロントアクチュエータとの間に、またフロントおよびリアトランデューサが設けられている場合には、電子コントロールユニットとフロントおよびリアトランスデューサとの間に設けられる。
好ましくは、電子コントロールユニットはC−MOSテクノロジの少なくとも1つのマイクロコントローラを備える。
好ましくは、さらに電子コントロールユニットは分散されており、ディスプレイユニットおよび/または手動入力手段をコントロールするユニットおよび/またはパワーボードに設けられた複数のマイクロコントローラを備える。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。
図1によれば、自転車1、特にレーシング用自転車は、リアホイール4のサポート構造体3およびフロントホイール6のフォーク5を形成するチューブ状の部材を用いて公知の方法で形成されたフレーム2を含む。チューブ状の構造を持つハンドル70は、フォーク5に連結されている。
フレーム2は、その下部において符号8で示されている本発明による電子的にサーボ補助されたギアシフトによりリアホイール4を駆動するための従来タイプのペダル、またはペダルユニット7の軸を支持している。
ギアシフト8は、実質的にリアギアシフトグループ9およびフロントギアシフトグループ10から成っている。リアギアシフトグループ9は、互いに異なる直径を有し、リアホイール4と同軸(軸A)の複数のスプロケットまたはピニオン11(図示された例では10枚であるが9枚、11枚またはその他の任意の数も可能)を含む(軸A)。フロントギアシフトグループ10は、互いに異なる直径を有し、ペダルクランク7の軸と同軸(軸B)の複数のスプロケットまたはクラウンまたはギア12(図の例では2枚であるが、3枚またはその他の数も可能である)を含む。
リアギアシフトグループ9のスプロケット11およびフロントギアグループ10のスプロケット12は、電子的にサーボ補助されたギアシフト8により様々なギア比を実現するためにループ状のトランスミッションチェーン13により選択的に係合可能である。
各種のギア比は、リアギアシフトグループ9のチェーンガイドもしくはリアディレーラ(または単にギアシフト)14および/またはフロントギアシフトグループ10のチェーンガイドもしくはフロントディレーラ(または単にディレーラ)15を動かすことにより得ることが出来る。
リアディレーラ14およびフロントディレーラ15は、通常連結式の平行四辺形(リンク)機構およびその平行四辺形機構を変形するための減速器付き電動モータを備える対応するアクチュエータ16、17(図2)によりコントロールされる。
リアディレーラまたはリアトランスデューサ18の位置センサおよびフロントディレーラまたはフロントトランスデューサ19の位置センサ(図2)は、アクチュエータ16、17に関連している。
アクチュエータ16、17および位置センサまたはトランスデューサ18、19に対応するディレーラ14、15の構造の詳細は、ここには図示されていない。何故ならば本発明は、それらの構造には無関係であるからである。詳細は、例えば上記の特許出願および特許文献を参照されたい。
特にトランスデューサ18、19は、好ましくは、ディレーラ14、15の絶対位置を示す電気信号を発生するのに適した、EP 1 103 456 A2に記載のタイプである。
バッテリを備えた電子パワーボード30は、アクチュエータ16、17のモータ、トランスデューサ18、19、マイクロプロセッサ電子コントロールユニット40および好ましくはディスプレイユニット60に電力を供給する。バッテリは、好ましくは充電可能なタイプであり、リアディレーラ14は、バッテリを充電するダイナモエレクトリックユニットを公知の方法で含むことが出来る。
本明細書の記述および添付の請求項においては、電子コントロールユニット40のロジックユニットとは、多くの物理的ユニット、特に、ディスプレイユニット60および/または電子パワーボード30および/または指令ユニットにおいて設けられた1つ以上の分散したマイクロプロセッサにより形成することの出来るものである。
電子パワーボード30は、ハンドル70のチューブのうちの1つ、フレーム2のチューブのうちの1つの、例えば飲料ボトル用支持体(図示せず)が設けられた箇所、または好ましくはハンドル70の中央に位置するディスプレイユニット60に収められている。
各種のコンポネント間の情報伝達は、フレーム2のチューブ内に収められた電気ケーブルを通して行われるか、または例えばBluetoothプロトコールによるワイヤレスモードで行なわれる。
走行中、リアおよびフロントディレーラ14、15は、アクチュエータ16、17を介して、手動指令デバイスにより発生する上方もしくは下方ギアシフト要求信号に基づき電子コントロールユニット40によりコントロールされるか、または電子コントロールユニット40自体により半自動的もしくは自動的にコントロールされる。手動指令デバイスは、例えばハンドル70のグリップ上のブレーキレバー41に付随し、リアギアシフトグループ9の上方および下方ギアシフト信号のそれぞれ関連するレバー43、44、およびハンドル70の他方のグリップ上のブレーキレバーに付随し、フロントギアシフトグループ10の上方または下方ギアシフト信号に関連するレバー45、46(図2)を含むことが出来る(レバー45、46は簡易化のために図1には示されていない)。
レバー43、44(45、46)の代替として、2つの手動で操作されるボタン、またはスイングレバーで操作出来る2つのボタンを備えることが出来る。
電子コントロールユニット40は2つのトランスデューサ18、19に関連しており、所望のギア比が得られた時、即ちギアシフト指令(上方または下方ギアシフティング)が手動指令デバイス43、44、45、46により、または電子コントロールユニット40により発生し、スプロケット11または隣接する(より大径または小径の)スプロケット12にディレーラ14、15が達した時にアクチュエータ16、17のモータを停止させる。
代替の実施形態においては、アクチュエータ16、17のモータは、上方または下方ギアシフティングに対して適切なステップ数ずつ駆動され、自動的に停止するステッパモータであるのに対し、トランスデューサ18,19は、電子コントロールユニット40にフィードバック信号を送るために用いられて、その電子コントロールユニット40は、ディレーラが隣接するスプロケット11または12に対応する物理的な位置に達しなかった場合にアクチュエータ16、17のモータを再び作動させることが出来る。これは、例えば自転車に乗る者が如何にペダリングするかによって或る程度決まる、ディレーラ14、15により与えられる抵抗トルクが、ステッパモータにより与えられる最大トルクよりも大きかった事実に起因する。
さらに詳しくは、本発明によれば電子コントロールユニット40は、リアカウンタ47およびフロントカウンタ48を含む。カウンタ47、48は、例えば夫々がレジスタまたはメモリセルに格納された変数からなる。
電子コントロールユニット40は、ギアシフト8の正常乗車オペレーティングモードではアクチュエータ16、17を駆動し、またそれらの位置を追跡し、ステッパモータの1ステップの移動毎に一単位ずつおよび/またはトランスデューサ18,19の読取値に基づいて、カウンタ47、48の値を増減させる。
電子コントロールユニット40はまたリア格納手段49およびフロント格納手段50を備え、ギアシフト8の調整オペレーティングモードに関する記述からは離れるが、これらの手段に基づいて、電子コントロールユニット40は、ディレーラ14、15がその時々に応じて望まれるスプロケット11、12に位置するように、カウンタ47、48が取り込むロジック値を(図3−5に基づいて後述される方法で)決定する。
言い換えればチェーン13が第1スプロケット11(12)に位置し、カウンタ47(48)が第1ロジック値を持つ場合、乗り手が手動で上方ギアシフト要求指令43(45)を作動させる時(またはこのような要求が電子コントロールユニット40自体により発生せられる時)、電子コントールユニット40は、カウンタ47(48)がより大径の隣接するスプロケット11(12)に関連付けされた(格納手段49(50)から直接読み取られたか、または格納手段49(50)から読み取られた情報から得た)ロジック値に達するまでチェーンを軸A(B)に沿って第1方向に移動させる。チェーン13は、この時、より大径の隣接するスプロケット11(12)に位置する。乗り手が手動で下方ギアシフティング要求指令44(46)を作動させる時(またはこのような要求が電子コントロールユニット40自体により発生せられる時)、電子コントロールユニット40は、カウンタ47(48)がより小径の隣接するスプロケット11(12)に関連付けされた(格納手段49(50)から直接読み取れたか、または格納手段49(50)から読み取られた情報から得た)ロジック値に達するまでアクチュエータ16(17)を駆動して、チェーンを軸A(B)に沿って第2方向に移動させる。チェーン13は、この時、より小径の隣接するスプロケット11(12)に位置する。
アクチュエータ16、17がステッパモータを備える場合は、回転の第1または第2方向でのステッパモータの1ステップまたは整数倍のステップ数毎の移動は、カウンタ47、48の一単位ずつの増減に相当する。
1つの実施形態(図3)において、リアおよびフロント格納手段49および50は、ギアシフトグループ9、10の各スプロケット11、12に関連付けされたロジック値を直接格納するのに適している。従って、10枚のスプロケットまたはピニオン11を含むリアギアシフトグループ9を例とする場合には、リア格納手段49は、最小径のホイールに関連付けされたロジック値R1、第2スプロケットに関連付けされたロジック値R2、第3スプロケットに関連付けされたロジック値R3から最大径を持つスプロケットに関連付けされたロジック値R10まで格納するのに適している。2つのスプロケットまたはクラウン12を含むフロントギアシフトグループ10を例とする場合には、フロント格納手段50は、最小径のホイールに関連付けされたロジック値F1および最大径のスプロケットに関連付けされたロジック値F2を格納するのに適している。
このような実施形態においては、電子コントロールユニット40は、カウンタ47、48が持つロジック値を決定するので、メモリ49、50から直接関連付けされたロジック値を読み取り、その時々に応じて望まれるスプロケット11、12にディレーラ14、15を位置させる。
代替の実施形態(図4)において、リア格納手段49は、互いに隣接するスプロケット11の各対に関連付けされた差動量を格納するのに適している。従って、10枚のスプロケットまたはピニオン11を備えるリアギアシフトグループ9を例とする場合においては、リア格納手段49は、最小径を持つスプロケット11とそれに隣接する(僅かにより大きな径の)第2スプロケット11とから成る対に関連付けされた差動量△R1−2、第2および第3スプロケットから成る対に関連付けされた差動量△R2−3から最大径のスプロケット11の対に関連付けされた差動量△R9−10までを格納するのに適している。2つのスプロケットまたはクラウン12を含むフロントギアシフトグループ10を例とする場合には、フロント格納手段50は単一の差動量△F1−2を格納するのに適している。
このような実施形態において、電子コントロールユニット40は、その時のスプロケット11、12およびより大径の(またはより小径の)スプロケット11、12からなる対に対応する、メモリ49、50に格納された差動量をカウンタのその時の値に加えること(またはその値から差し引くこと)によりディレーラ14、15がその時々に応じて望まれるスプロケット11、12に位置するように、カウンタ47、48が持つロジック値を決定する。
ギアシフトグループ9、10が、一定のピッチで等しく離間しているスプロケット11、12を備える場合は、リア格納手段49およびフロント格納手段50(図5)は、単一の差動量△Rおよび△Fを格納するのに適している。リアギアシフトグループ9の互いに隣接するスプロケット11間のピッチが、フロントギアシフトグループ10の互いに隣接するスプロケット12間のピッチに等しい場合には、単一の格納手段、例えばフロントメモリ49のみを設けてもよい。
本発明によれば、電子的にサーボ補助されたギアシフトおよび特にその電子コントロールユニット40は、正常乗車オペレーティングモードの外に、電子コントロールユニットのマイクロプロセッサのプログラミングモード、例えばUS5,865,454に記載されている、ギアシフトの手動、自動または半自動コントロールの何れかを選択可能な“Choice−of−operation”モード、調整モードおよび、本発明の好ましい実施形態によれば、設定モードをも含む他のオペレーティングモードでのオペレーティングに適している。プログラミング、診断およびChoice−of−operationモードについては、本発明の範囲には含まれていないため詳述しない。
各種のオペレーティングモードは、好ましくはディスプレイユニット60と連動して電子コントロールユニット40とのユーザインターフェースを形成する手動モード選択指令手段により選択される。手動モード選択指令手段は、好ましくはディスプレイユニット60に設けられた2つのボタン61、62を含む。ユーザインターフェースは、他のオペレーティングモードで用いられる、ディスプレイユニット60および/またはハンドル70のグリップに設けられるボタン63のような他のボタンまたはレバーを備えることもできる。
例えば、乗り手がディスプレイユニット60の下部中央に設けられたボタン61を押すと、電子コントロールユニット40は、ディスプレイユニット60において各種のオペレーティングモードをサイクルシーケンスで示し、またモード選択手段は、ディスプレイユニット60にその時表示されているオペレーティングモードを選択するための同じボタン61およびそのオペレーティングモードを選択せず、ディスプレイに次のオペレーティングモードを表示させる、ディスプレイユニット60の右に位置するボタン、例えばボタン62を備えることが出来る。
しかしながら、ギアシフトの調整モードは、他のオペレーティングモードと共に示される代わりに、例えばボタン61を迅速に2回押すことにより、ボタン61を押し続けることにより、または専用ボタン(図示されず)を押すことにより、正常走行モードから直ちに切り替えることが出来る。
代わりに、電子コントロールユニット40は、ディスプレイユニット60上で各種のオペレーティングモードをすべて含むメニューを示すことが可能であり、またモード選択手段は,メニューの中でサイクル的に選択センサをスクロールするためのボタン、またはメニューの中で選択カーソルを2方向にスクロールするための2つのボタンや、選択カーソルがその時表示されているオペレーティングモードを選択するためのボタンを備えることが出来る。
オペレーティングモードを選択するまたは選択しないための複数のボタン、またはカーソルをスクロールするためのボタンは、同一の上方および下方ギアシフティング要求指令43、44および45、46により実施することが出来る。電子コントロールユニット40は、状況に応じてボタンを押すことにより発生した信号を、例えばロジックゲートもしくは論理関数により適切に解釈する。
調整モードを作動させるボタンは、オペレーティングモードを誤って作動させることを防止するために、(ハンドル70のグリップの一つにではなく)ディスプレイユニット60に物理的に設けることが望ましい。
本発明によるギアシフト8のモード選択の例を示すフローチャートが図6に示されている。
ブロック101でオンされた電子コントロールユニット40は、特に手動動作での正常乗車オペレーティングモードをコントロールするためにブロック102に入る。システムは、上記の方法でギアシフティング要求指令43−46からの信号を待ち、コントロールし、オペレーティングモードを変えるか否かの問い合わせをするブロック103に否定的な回答をするモードの状態に在る。問い合わせブロック103においては、手動入力指令のひとつ、特にボタン61を押すことにより発せられるモード選択要求信号がモニタリングされる。
平行して、ブロック116では、例えば上記の方法(ボタン61を押し続ける等)で発生した調整オペレーティングモード要求信号は、電子コントロールユニット40によりモニタリングされる。調整オペレーティングモード要求信号を受け取ると電子コントロールユニットは、図9を参照して詳述される調整オペレーティングモード117をコントロールする。
モード選択要求信号が発せられ、問い合わせブロック103からYESが出力されると、電子コントロールユニット40は、ブロック104でプログラミングモードが希望されているかを問い合わせ、肯定の場合には、ブロック102に戻るか否かを尋ねるブロック106に対して否定的な回答を受け取るまで、正常乗車オペレーティングモードをコントロールするためにブロック105でそのプログラミングモードをコントロールする。ブロック104での回答が否定的である場合には、電子コントロールユニット40はブロック107で診断モードに入ることが望まれるか否かを問い合わせ、回答が肯定的な場合には、継続することを望むか否かを尋ねるブロック109に対して否定的な回答を受け取り、正常乗車オペレーティングモードをコントロールするためにブロック102に戻るまで、その診断モードをブロック108においてコントロールする。ブロック107に対する回答が否定的である場合には、電子コントロールユニット40は、ブロック110において上記のオペレーション選択モードに入ることを望むか否かを問い合わせ、回答が肯定的な場合には、継続することを望むか否かを要求するブロック112に対し否定的な回答を受け取り、特に乗り手により選ばれた手動、半自動、または自動オペレーションにおいて正常乗車オペレーティングモードをコントロールするためにブロック102に戻るまで、ブロック111においてそのオペレーション選択モードをコントロールする。
設定モードに入ることを望むか否かの要求113は、ブロック111内で行われるので、このような設定モードが誤って選ばれることを避けるために2つの確認がユーザから要求される。ブロック113に対して否定的な回答が得られた場合には、ブロック111に戻るのに対し、肯定的な回答の場合には、電子コントロールユニット40は、継続することを望むか否かを尋ねるブロック115に対する否定的な回答を受け取り、ブロック111に戻るまで、図7および8を参照して詳述される設定オペレーティングモード114をコントロールする。
図7および8は共に、設定オペレーティングモード114のフローチャートを図示している。これらの図および後述する説明では、リアディレーラ14は、単に“ギアシフト”と示されているのに対し、フロントディレーラ15は、単に“ディレーラ”と示されている。
最初のブロック200から始まり、ブロック201では、電子コントロールユニット40は、ギアシフト設定モードフラグに従いリアギアシフトグループ9の設定モードに既に設定されているか否かをチェックする。設定されていない場合には、ブロック202においてリアギアシフトグループ9の設定モードを作動させることを望むか否かが問い合わされ、これが否定されると設定モードは、リアギアシフトグループ9に関する限りブロック203で終了する。ブロック203は、フロントギアシフトグループ10について図8に図示されているが、リアギアシフトグループ9については、設定モードに必要な変更を加えれば設定モードのスタートブロック300に合致するので、ここには記載されていない。
ブロック202に対し肯定的な回答が得られた場合には、ギアシフト設定モードフラグが設定され、ブロック203/300、301および302(リアギアシフトグループ9の設定が行われている最中であるため、否定的な回答が与えられる)に従って進み、次に(図6のブロック115を介して)最初のブロック200に戻る。
ブロック201においては、ギアシフト設定モードが既に作動しているか否かがチェックされ、また電子コントロールユニット40は、ブロック205においてギアシフト設定モードを停止させるか否かを問い合わせる。
回答が否定的である場合、電子コントロールユニット40はブロック206で上方ギアシフト要求レバー43が押されたか否かをチェックする。
回答が肯定的であれば、ブロック207で電子コントロールユニット40は、リアアクチュエータ16を駆動するため、アクチュエータ16はより大径のスプロケットの方向にチェーンを移動させる。従って、ブロック208においてチェックされるように上方ギアシフティング要求レバー43が押されている限り、電子コントロール40はこの方法でリアアクチュエータ16を駆動し続ける。リアアクチュエータ16は、リアディレーラ14を僅かな距離だけ移動させるために駆動される。この距離は2つの隣り合うスプロケット11間の距離よりも小さい。好ましくは、より精密な調整を行うために、リアアクチュエータ16は低速で駆動される。特にリアアクチュエータ16がステッパモータを備える場合には、ステッパモータは1回に1ステップずつ動くように駆動されるか、または調整をより迅速に行うことが望まれる場合には、1回に一定のステップ数ずつ動くように駆動される。
上方ギアシフティング要求レバー43がもはや押されていない場合には、電子コントロールユニット40がギアシフト設定モードを停止させるか否かを問い合わせるブロック205に戻る。
電子コントロールユニット40がブロック206において上方ギアシフティング要求レバー43が押されていなかったことをチェックする場合には、電子コントロールユニット40はブロック210において下方ギアシフティング要求レバー44が押されていたか否かをチェックする。
答えが肯定的である場合には、ブロック211で電子コントロールユニット40はリアアクチュエータ16を駆動し(ステッパモータの場合には、好ましくは低速で、1度に1以上のステップ数で2つの隣接するスプロケット11間の距離より小さい僅かな距離だけリアディレーラ14を移動させるために)、従ってリアアクチュエータ16はチェーンをより小径のスプロケットに向かう方向に移動させる。電子コントロールユニット40は、ブロック212においてチェックされるように、下方ギアシフティング要求レバー44が押されている限りリアアクチュエータ16をこの方法で駆動し続ける。
下方ギアシフティング要求レバー44がもはや押されていない場合には、ブロック205に戻り、電子コントロールユニット40がギアシフト設定モードを停止させるか否かを問い合わせる。
ブロック205において電子コントロールユニット40が肯定的な回答を受け取る場合、ブロック214では、電子コントロールユニット40はギアシフト設定モードフラグを取り消し、ブロック215において、トランスデューサ18により決定されたリアアクチュエータ16のその時の物理的位置と、設定モードが実行されたスプロケット11に対するギア比に関連付けされたロジック値との間の1対1の対応関係を設定する。
電子コントロールユニット40が、リアカウンタ47を備える好ましい実施形態において、上述の1対1の対応関係の設定は、リアカウンタ47の値を設定が行われているスプロケットに関連付けされた、格納手段49から読み取られまたは求められたロジック値に設定することにより果たされる。
設定モードが実行されているスプロケット11は、通常最小径のものであるが、設定モードを実行するのにいずれのスプロケットを選択することが出来る。このような場合、電子コントロールユニット40は、ユーザに、例えばブロック204またはブロック215の前で設定モードが行なわれているか、または行なわれていたスプロケット11を定めることを問い合わせる。
従って、図3に図示された格納手段の実施形態においては、カウンタ47の値は設定のために選ばれたスプロケット11に応じて値R1または値R1、R2、・・・またはR10の1つに設定される。
図4に図示された格納手段の実施形態において、カウンタ47は、設定のために選ばれたスプロケット11が最小径を持つものである場合には、ゼロにされる。設定のため選ばれたスプロケットがギアシフトグループのi番目のホイールであれば、カウンタ47の値は、設定のために選ばれたスプロケット11およびより小径のスプロケット11から成る対に関連付けされた差動量△R(i−1)−iにより決定された値に設定され、より小径のスプロケット対に関連付けされたすべての差動量に加えられる。言い換えれば、第2スプロケット11に就いて設定が行なわれる場合には、カウンタ47の値は△R1−2に設定され、設定が第3スプロケット11に就いて行なわれる場合には、カウンタ47の値は△R1−2+R2−3に設定され、以下同様に設定させる。
図5に図示された格納手段の実施形態において、カウンタ47は、設定のため選ばれたスプロケット11が最小径を持つものである場合には、ゼロにされる。設定のために選ばれたスプロケットがギアシフトグループのi番目のホイールである場合には、カウンタ47の値は、差動量△Rにi−1、言い換えれば、リアギアシフトグループ9において設定のために選ばれたスプロケットの位置を示す番号から1を差し引いた値を乗じた値により求められた値に設定される。つまり、設定が第2スプロケット11に就いて行なわれる場合には、カウンタ47の値は△Rに設定され、設定が第3スプロケット11に就いて行なわれる場合には、カウンタ47の値は△R*2に設定され、以下同様に設定される。
代替の実施形態においては、1対1の対応関係の設定は、リアカウンタ47の値に基づき設定が行なわれているスプロケットに関連付けされた、格納手段49のロジック値R1、R2・・・R10、F1、F2(または適切な計算により差動量△Rx、△Fyの値)を修正することにより果たされる。スプロケットに関連付けされたロジック値を修正することがこの方法で許される時には、読み取り専用格納手段に適切に格納されたデフォールトロジック値(ノミナル、または平均値に相当する)に戻る可能性も考慮することが適切である。
設定モード114は、通常工場で自転車をスタンドに取り付けて実行される。
最初の手順は、自転車を静止状態に保ち、専らアクチュエータ16を上下させてから停止させる、言い換えれば最適のアライメントを“視覚”により得たと考えた時に設定オペレーションモードを終えるのである。
視覚によるアライメントは、機械的および電子的な各種の手段により改善することが出来る。例えばリアディレーラ14(および/またはフロントディレーラ15)の小さいアイドルスプロケットの一つにプレートを取り付けることにより、そのアイドルスプロケットが最小径のスプロケット11(12)または設定のために選ばれたスプロケットに接触する時にアライメントが完了する。あるいは、小さい(アイドル)スプロケットにレーザダイオードを取り付け、またスプロケット11(12)にレーザ光受光器を取り付け、またはそれらを逆にして取り付けることも出来る。アライメントをさらに改善するために、例えば、“光線三角測量”を用いることが出来る。
第2の手順は、チェーンをペダルクランクユニット7により作動させ、アライメントを“聴覚”により確認するものである。エキスパートユーザならば音が最も小さい時に最良のアライメントが得られることを理解することが出来る。
明らかに2つの手順を組み合わせ、アライメントを視覚と聴覚の両者を用いて終わらせることが出来る。
(正常乗車オペレーティングモードに移行して)ギアシフト8を完全に上方移動(および/または下方移動)させ、その間に視覚および/または聴覚によるチェックを行なうステップを追加することが可能である。完全に上方または下方に移動させた時、(設定モードに戻り)、設定は“向上”する。このような完全な移動は、オペレータにより手動で、あるいは電子コントロールユニット40により自動的に行なうことが出来る。完全な移動が1回のみ行なわれる場合には、設定は最初の設定が行なわれたスプロケットとは別のスプロケットにおいて“向上”させる必要があるのは当然である。
設定のために選ばれたスプロケット11、12とディレーラ14、15との間の相対位置を測定するセンサ(図示されず)を用いることにより、自動、または半自動設定を行なうことも可能である。このような相対位置センサは、例えばディレーラ14、15およびスプロケット11、12のそれぞれに関連する平行光源と光源検出器を備える。光源検出器が平行光源からの光を検出すると、アライメント完了の情報を電子コントロールユニット40に伝達し、ギアシフト設定モードを停止させるか否かを尋ねるブロック205(305)の肯定的結果と合致する。光線検出器がスプロケット11、12の軸方向に或る種の延長手段を、例えばリニアCCDセンサを持つ場合には、光線検出器は、平行光源からの光を受け取る箇所に応じて、アライメントを行うために必要な移動方向を特定することができ、電子コントロールユニット40に対応する信号を送る。そのような信号は、上方または下方ギアシフト要求レバーが押されたか否かをチェックするブロック206、208、210、212(306、308、310、312)の肯定的結果と合致する。
図9は、本発明による調整オペレーティングモード117の例を示すフローチャートを示している。
最初のブロック400から始まり、ブロック401において電子コントロールユニット40は、リアギアシフトグループ9(図では単に“ギアシフト”と示されている)の調整に進むか、またはフロントギアシフトグループ10(図では単に“デレーラ”と示されている)の調整に進むか否かを問い合わせる。
ユーザがリアギアシフトグループ9の調整(ブロック401の左側の出力)に進むことを確認している場合には、ブロック402では自動コントロールユニット40は上方移動要求信号または下方移動要求信号を受け取るのを待つ。このような信号は、正常乗車オペレーティングモードでの上方または下方ギアシフティング要求に対して用いられるレバー43、44により提供されるのがよい。
乗り手がレバー43を押す場合、自動コントロールユニット40は上方移動要求信号(ブロック402の左側の出力“+”)を受け取る。この時、電子コントロールユニット40は、ブロック403において、最大の上方移動が行なわれたか否かをチェックする。行なわれていなかった場合、システムは、ブロック404において、適切なメモリに格納されたリア調整変数R−OFFSETの値を高め、またブロック405において、2つの隣り合うスプロケット11間の距離より小さい距離でリアデレーラ14の移動を実行するためにリアアクチュエータ16のモータを駆動する。
ブロック403において、肯定的な回答が得られた場合、つまり最大上方移動が行なわれた時には、リア調整変数R−OFFSETを高めるステップ404およびアクチュエータ16を駆動するステップ405は行なわれない。
電子コントロールユニット40は、次にブロック406において、完了した調整モードの停止が望まれているか否かを、例えばディスプレイユニットのボタン61が押されることをモニタリングして、チェックする。停止することが望まれている場合には、調整モードはブロック407において終了する。このような調整モードの停止信号が送られていない場合には、レバー43、44をモニタリングするブロック402に戻る。
同様に、レバー44が押されたことを検出した時、即ち電子コントロールユニット40が下方移動要求信号(ブロック402の左側の出力“−”)を受け取る時には、電子コントロールユニット40はブロック408において最大下方移動が行なわれたか否かをチェックする。否定的な場合、システムはブロック409においてリア調整変数R−OFFSETの値を減少させ、またブロック405においてリアアクチュエータ16のモータを駆動する。ブロック408のチェックの結果が肯定的な場合、即ち最大下方移動が行なわれた場合には、リア調整変数R−OFFSETを減少させるステップ409およびアクチュエータ16を駆動するステップ405は行なわれない。
次に、ブロック406において、調整モードを停止することを望むか否かチェックする。
ユーザが、フロントギアシフトグループ10の調整(ブロック401の右側の出力)に進むことを望む場合には、ブロック402−409と同様なブロック410−416が行なわれる。特にブロック412および416においては、フロント調整変数F−OFFSETの値は更新(増大または減少)されねばならない。
フロントおよびリア調整変数R−OFFSETおよびF−OFFSETは、ゼロに等しいデフォールト値を持ち、設定モードの終わりに、またはユーザの行なう適切な指令によりゼロに等しい値に再び設定される。
上記の調整オペレーティングモードにおいて設定されたフロントおよびリア調整変数R−OFFSETおよびF−OFFSETの値は、正常乗車オペレーティングモードの間電子コントロールユニット40の状態を下記の方法で設定する。
フロントおよびリア調整変数R−OFFSETおよびF−OFFSETがゼロとは異なる場合には、デレーラ14、15がその時に応じて望まれるスプロケット11、12に位置するように、カウンタ47、48が取る(図3の実施形態ではメモリ49、50から直接読み取られ、または上記の方法では図4および5の実施形態の差動量から得られた)ロジック値は、その値にリア調整変数R−OFFSETまたはフロント調整変数F−OFFSETの値を代数的に合計(加算または減算)して修正される。
例えば、リアギアシフトグループ9の第3スプロケット11から第4スプロケット11への上方ギアシフトに関しては、図3の実施形態の場合、電子コントロールユニット40は、リアカウンタ47が値R3+R−OFFSET(R−OFFSETがマイナスの値を持つ場合)に達するまでリアアクチュエータ16のモータを駆動する。図4の実施形態の場合には、電子コントロールユニット40は、リアカウンタ47が値△R1−2+△R2−3+R−OFFSET(R−OFFSETがマイナスの値を持つ場合)に達するまで、また図5の実施形態の場合には、リアカウンタ47が値2*△R+R−OFFSETに達するまでリアアクチュエータ16のモータを駆動する。
調整オペレーティングモードは、その時のギア比が何であれ、言い換えればスプロケット11または12の何れにおいて作動させることが可能であり、また乗り手による調整は、特に自転車を動かしながら行なわれる場合には、主として“耳により”行なわれる。設定オペレーティングモードに関して記載したものと全く類似の方法で、(デレーラに取り付けられたプレートのような)視覚による補助インスツルメントおよび自動調整チェック用のインスツルメントおよび/または(レーザダイオード光線検出器対のような)自動調整インスツルメントを用いることが可能である。
デレーラ14または15とスプロケット11または12との間のわずかなミスアライアメントは補償する必要があるので、ブロック403、408、411、415においてチェックされる最大上方および下方移動値は、2つの隣接するスプロケット11または12のピッチ(軸Aまたは軸Bの方向における距離)の1/2に相当することが好ましい。調整の行なわれているスプロケット11または12が各ギアシフトグループ9、10の最小径または最大径のスプロケットである場合、最大移動は、アクチュエータ16、17のモータおよび/またはデレーラ14、15がスプロケットストップの機械的な端末との衝突により受ける衝撃、またはリアホイール4のスポークへの危険なアプローチを避けるために、好ましくはピッチの1/2以下である。
調整オペレーティングモードでのデレーラ14、15の移動は、好ましくは低速で行われ、またステッパモータの場合には1ステップまたはより好ましくは一定のステップ数の移動により行なわれる。例えば、2つの隣接するスプロケット間の移動(ギアシフティング)がステッパモータの100回のステップ数を必要とする場合には、調整モードではアクチュエータ16、17のステッパモータは一度に5−8ステップ数駆動されるため、チェーンを上記の最大移動(2つの隣接ホイールの間の距離の1/2)ずつ移動させるには、10−6の上方(下方)移動要求信号が必要である。
設定オペレーティングモード114では、アクチュエータ16、17のステッパモータは、他方では一度に1つまたは2つのステップ数の移動によって駆動される。
このようにして設定オペレーティングモード114は、工場内で時々行われ、必要な時間を用い、極めて正確な結果、即ち精密な調整を行う。調整オペレーティングモード117は、充分な時間のない時、特に自転車レース中、または走行中においてすら実行することができ、迅速な調整が可能となる。
設定オペレーティングモードに関して記載されたと同様に、視覚および/または聴覚によるチェックを行ないながら、(正常乗車オペレーティングモードにおいて)ギアシフト8に、完全な上方および/または下方移動を行わせるステップを加えることが可能である。完全に移動した後(調整モードに戻って)、調整は更に“精密”に行われる。このようなステップは、オペレータにより手動で、または電子コントロールユニット40により自動的に行なうことが出来る。
各ギアシフトグループ9、10に対して単一の調整変数を設ける代わりに、各ギアシフトグループ9、10の各スプロケット11、12に対して調整変数(例えばR−OFFSET−1、R−OFFSET−2、・・・R−OFFSET−10;F−OFFSET−1、F−OFFSET−2)を設けることも可能である。
マイクロプロセッサ電子コントロールユニット40には、例えば消費電力の小さいC−MOSテクノロジを利用することが出来る。
専用のハードウエアを用いる代わりに、電子コントロールユニット40の機能性は、小型コンピュータにロードすることの出来るソフトウエアプログラムにより果たすことが出来る。
代替の実施形態においては、調整オペレーティングモード117および設定オペレーティングモード114は、正常乗車オペレーティングモード102および場合によって他のオペレーティングモードにおいてギアシフトを駆動するための電子コントロールボードから分離された電子ボード、または正常乗車オペレーティングモードおよび場合によって他のオペレーティングモードにおいてギアシフトをコントロールするためのコントロールプログラムとは別個のソフトウエアプログラムにより実現することが出来る。このような場合、調整オペレーティングモード117および設定オペレーティングモード114は、既存のサーボを利用したギアシフトに対してアップデートとして用いることが出来る。
本発明による電子的にサーボにより補助されたギアシフトを有する自転車の概略斜視図である。 本発明による電子的にサーボにより補助されたギアシフトを有するブロック図である。 本発明によるギアシフトの格納手段の実施形態の概略図である。 本発明によるギアシフトの格納手段の実施形態の概略図である。 本発明によるギアシフトの格納手段の実施形態の概略図である。 本発明によるギアシフトのモード選択の例を示すフローチャートである。 本発明によるギアシフトの格納手段の各種実施形態の概略図である。 本発明によるギアシフトの格納手段の各種実施形態の概略図である。 本発明によるギアシフトの調整オペレーティングモードの実施形態のフローチャート図である。
符号の説明
8 ギアシフト
9,10 ギアシフトグループ
11,12 スプロケット
13 チェーン
16,17 アクチュエータ

Claims (48)

  1. 自転車ギアシフト(8)を電子的にサーボにより補助する方法であって、
    )少なくとも2つのスプロケット(11、12)を備えるギアシフトグループ(9、10)に対する軸方向(A、B)においてギアシフトのチェーン(13)を第1方向または反対の第2方向に移動させるために、自転車ギアシフト(8)のアクチュエータ(16、17)を駆動(405、413)するステップと、
    )チェーン(13)とギアシフトグループ(9、10)の所定のスプロケット(11、12)との間のアライメント完了(406、414)の情報を受け取るステップと、
    )所定のスプロケット(11、12)に対するギア比における各スプロケットの物理的な位置を表すロジック値の調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)を、アクチュエータ(16、17)を駆動するステップa)において行なわれた移動に相当する値に設定(404、409、412、416)するステップとを備える方法。
  2. 請求項1において、調整変数(R−OFFSET、F−OFFSET)がギアシフトグループ(9、10)のすべてのギアシフトに共通であることを特徴とする方法。
  3. 請求項1において、調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)は、夫々がギア比における複数の調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)の1つであることを特徴とする方法。
  4. 請求項1から3の何れか一項において、
    d)第1方向でのアクチュエータ(16、17)の第1移動要求信号または第2方向でのアクチュエータ(16、17)の第2移動要求信号を受け取る(402、410)ステップであって、アクチュエータ(16、17)を駆動するステップa)において、チェーン(13)の移動はステップd)において受け取られた移動要求信号(402、410)に従って第1または第2方向に実行されるステップを備える方法。
  5. 請求項4において、移動要求信号を受け取る(402、410)ステップd)およびアクチュエータ(16、17)を駆動するステップa)は、ステップb)においてアライメント(406、414)完了の情報を受け取るまで反復されることを特徴とする方法。
  6. 請求項5において、
    e)ステップa)において実行された移動が最大の移動値に達していないことをチェック(403、408、411、415)したうえでアクチュエータ(16、17)を駆動するステップa)を反復することを特徴とする方法。
  7. 請求項6において、所定のスプロケット(11、12)がギアシフトグループ(9、10)の最大または最小径を持つスプロケット(11、12)である場合には、最大移動値はギアシフトグループ(9、10)の2つの隣接するスプロケット(11、12)間の距離の1/2以下であり、またはギアシフトグループ(9、10)の2つの隣接するスプロケット(11、12)間の距離の1/2に等しいことを特徴とする方法。
  8. 請求項1から7の何れか一項において、
    f)少なくとも正常乗車オペレーティングモード(102)および調整オペレーティングモード(117)を備えるグループから選ばれたオペレーティングモード信号を受け取るステップと、
    g)ギアシフトグループ(9、10)に対する軸方向(A、B)においてチェーン(13)を第1または第2方向に移動させるために、アクチュエータ(16、17)の第1(43、45)または第2(44、46)の移動要求信号を受け取るステップと、
    h1)オペレーティングモード信号が調整オペレーティングモード(117)に合致する場合には、少なくともステップa)−c)を実行するステップと、
    h2)オペレーティングモード信号が正常乗車オペレーティングモード(102)に合致する場合には、ギアシフトグループ(9、10)に対する軸方向(A、B)においてギアシフト(8)のチェーン(13)をギアシフト(8)のアクチュエータ(16、17)をギアシフトグループ(9、10)の第1スプロケット(11、12)に相当する物理的位置とギアシフトグループ(9、10)の第2スプロケット(11、12)に相当する物理的位置との間で第1方向または第2方向に移動させるために、ギアシフト(8)のアクチュエータ(16、17)を駆動するステップであって、前記物理的位置は調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)により調整されたスプロケットの物理的位置を表すロジック値により決定されるステップとを備える方法。
  9. 請求項8において、ステップh2)は、共通の調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)または第2スプロケット(11、12)に対するギア比における調整変数と、第2スプロケット(11、12)および第1スプロケット(11、12)の物理的位置を表すロジック値間の差(Fi+1−Fi、Rj+1−Rj、△Rx、△Fy)との代数和に等しい量ずつカウンタ(47、48)の値を増減することによって求めた量だけ、ギアシフトグループ(9、10)に対する軸方向(A、B)においてチェーン(13)を第1方向または第2方向に、移動させるために、アクチュエータ(16、17)を駆動することを特徴とする方法。
  10. 請求項9において、第2スプロケット(11、12)と第1スプロケット(11、12)の物理的位置を表すロジック値間の差(Fi+1−Fi、Rj+1−Rj、△Rx、△Fy、△F、△R)は、ギアシフトグループ(9、10)の隣接するスプロケット(11、12)の各対少なくとも1つの差動量(△Fx、△Ry、△F、△R)により示されることを特徴とする方法。
  11. 請求項8から10の何れか一項において、上記のステップf)において、オペレーティングモード信号は設定オペレーティングモード(114)を備えるグループから選ばれ、前記オペレーティングモード信号が設定オペレーティングモード(114)に相当する場合に、
    h31)ギアシフトグループ(9、10)に相当する軸方向(A、B)においてギアシフトのチェーン(13)を第1方向または第2方向に移動させるためにアクチュエータ(16、17)を駆動(207、211、307、311)するサブステップと、
    h32)チェーン(13)とギアシフトグループ(9、10)の所定のスプロケット(11、12)との間のアライメント(205、305)完了の情報を受け取るサブステップと、
    h33)ステップh32)でのアクチュエータ(16、17)の物理的位置と、所定のスプロケット(11、12)に対するギア比におけるロジック値との間に1対1の対応関数を設定(215、315)するサブステップと、
    h34)調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)をゼロにするサブステップとを実行するステップh3)を備えることを特徴とする方法。
  12. 請求項11において、ステップh3)の所定のスプロケット(11、12)は、ギアシフトグループ(9、10)の最小径のスプロケットであることを特徴とする方法。
  13. 請求項11または12において、1対1の対応関係を設定(215、315)するステップh33)は、カウンタ(47、48)の値を、所定のスプロケット(11、12)に予め関連付けされた前記ロジック値に設定することを特徴とする方法。
  14. 請求項13において、請求項12に従属する場合の1対1の対応関係を設定(215、315)するステップh33)は、カウンタ(47、48)をゼロにすることを特徴とする方法。
  15. 請求項11または12において、1対1の対応関係を設定(215、315)するステップh33)がカウンタ(47、48)のその時の値を、所定のスプロケット(11、12)に予め関連付けされたロジック値(Fx、Ry)として格納手段(49、50)に格納することを含むことを特徴とする方法。
  16. 請求項15において、ステップh3)は各スプロケット(11、12)および対応するロジック値(Fx、Ry)毎に反復されることを特徴とする方法。
  17. 請求項1から16の何れか一項において、ステップa)および/またはステップh3)は自転車(1)を静止させた状態で行なわれることを特徴とする方法。
  18. 請求項1から17の何れか一項において、ステップa)および/またはステップh3)はギアシフトのチェーン(13)を動かしつつ行なわれることを特徴とする方法。
  19. 請求項4から18のいずれか一項において、
    i)ユーザインターフェース(43−46、60−63)を提供するステップであって、ステップd)および/または上記ステップg)において、アクチュエータ(16、17)の第1または第2移動要求信号(43−46)がそのユーザインターフェース(43−46、60−63)を介して受け取られるステップを更に備える方法。
  20. 請求項19において、ステップb)および/またはステップh32)において、アライメント完了の情報がユーザインターフェース(43−46、60−63)を介して受け取られることを特徴とする方法。
  21. 請求項1から20の何れか一項において、
    j)チェーン(13)と所定のスプロケット(11、12)との間の相対位置を検出し、ステップb)および/またはステップh32)におけるアライメント完了の情報を提供する手段を設けるステップを備えることを特徴とする方法。
  22. 請求項4から20の何れか一項において、j)チェーン(13)と所定のスプロケット(11、12)との間の相対位置を検出し、ステップb)および/またはステップh32)におけるアライメント完了の情報を提供する手段を設けるステップを備え、チェーン(13)と所定のスプロケット(11、12)との相対位置を検出する前記手段は、ステップd)および/またはステップg)におけるアクチュエータ(16、17)の第1または第2移動要求信号を提供するのにも適合していることを特徴とする方法。
  23. 請求項1から22の何れか一項において、アライメント完了の情報を受け取るステップb)およびまたはステップh32)の後に行われる、
    k)ギアシフトグループ(9、10)に対する軸方向(A、B)においてギアシフトのチェーン(13)を第1方向または第2方向にギアシフトグループ(9、10)のその時のスプロケットから順次隣接するスプロケット(11、12)へ移動させるためにギアシフト(8)のアクチュエータ(16、17)を駆動するステップと、
    l)ギアシフトグループ(9、10)に対する軸方向(A、B)においてチェーン(13)を第1方向または第2方向に移動させるためにアクチュエータ(16、17)を駆動するステップと、
    m)チェーン(13)とギアシフトグループ(9、10)の所定のスプロケット(11、12)との間のアライメント完了の第2の情報を受け取るステップとを備えることを特徴とする方法。
  24. 請求項23において、ステップk)およびステップl)の間で行なわれる、
    k1)ギアシフトグループ(9、10)に関する軸方向(A、B)においてギアシフトのチェーン(13)を第2方向または第1方向にギアシフトグループ(9、10)の各隣接するスプロケット(11、12)から順次所定のスプロケット(11、12)まで移動させるためにギアシフト(8)のアクチュエータ(16、17)を駆動するステップとを備えることを特徴とする方法。
  25. 請求項1から24の何れか一項において、ステップa)およびステップh31)および/またはl)において、アクチュエータ(16、17)はチェーン(13)を比較的低速で移動させるように駆動され、ステップh2)、k)および/またはk1)において、アクチュエータ(16、17)はチェーン(13)を比較的高速で移動させるように駆動されることを特徴とする方法。
  26. 請求項1から25の何れか一項において、ステップa)およびステップh31)および/またはl)において、アクチュエータ(16、17)のステッパモータは1ステップまたは比較的少ないステップ数の移動によりチェーン(13)を移動させるように駆動され、またステップh2)、k)および/またはk1)において、アクチュエータ(16、17)のモータは、比較的多くのステップ数の移動によりチェーン(13)を移動させるように駆動されることを特徴とする方法。
  27. 自転車ギアシフトを電子的にサーボにより補助するプログラムであって、少なくとも一つのマイクロコントローラに設けられたコンピュータにより前記プログラムが実行される場合に、請求項1から26の何れか一項に記載の方法のステップを実施するプログラムコード手段を備えるプログラム。
  28. 請求項1から26の何れか一項に記載の方法のステップを実施する電子回路。
  29. リアホイール(4)のハブおよび自転車(1)のペダルクランク(7)の軸のうち少なくとも1つに関連する少なくとも2つのスプロケット(11、12)を備える少なくとも1つのギアシフトグループ(9、10)に対する軸方向(A、B)においてチェーン(13)をガイドエレメント(14、15)を介して第1方向または反対の第2方向に移動させるモータ付きリアアクチュエータ(16)およびフロントアクチュエータ(17)のうち少なくとも1つと、
    前記アクチュエータ(16、17)の第1方向または第2方向の移動を要求する信号を入力する手段(43−44)を備える手動入力手段(43−46、60−63)と、
    入力手段(43−46、60−63)、前記アクチュエータ(16、17)に接続され、正常乗車オペレーティングモード(102)においてチェーン(13)をギアシフトグループ(9、10)の第1スプロケット(11、12)から第2の隣接するスプロケット(11、12)へ移動させるための移動要求信号を受け取って、前記アクチュエータ(16、17)を駆動する電子コントロールユニット(40)とを備えるギアシフト(8)であって、
    手動入力手段(43−46、60−63)が少なくとも前記正常乗車オペレーティングモードと調整オペレーティングモードとの間でオペレーティングモードを選択する手段(60−63)を備え、
    電子コントロールユニット(40)は、正常乗車オペレーティングモードにおいて、調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)の値により修正された第1スプロケット(11、12)および第2スプロケット(11、12)の物理的な位置を表すロジック値の間で前記アクチュエータ(16、17)を駆動し、
    また電子コントロールユニット(40)は、調整オペレーティングモードにおいてチェ
    ーン(13)を第1または第2方向に移動させるための移動要求信号を受け取って、前記アクチュエータ(16、17)を駆動し、また受け取った移動要求信号に基づいて調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)の値を増減させ、さらに電子コントロールユニット(40)は、調整オペレーティングモードから正常乗車オペレーティングモードに切り替えるためにチェーン(13)とギアシフトグループ(9、10)の所定のスプロケット(11、12)との間のアライメント完了の情報を入力する手段(60−63、406、414)を持つことを特徴とする自転車ギアシフト(8)。
  30. 請求項29において、調整変数(R−OFFSET、F−OFFSET)はギアシフトグループ(9、10)のすべてのギア比に共通であることを特徴とするギアシフト。
  31. 請求項29において、調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)は夫々がギア比における複数の調整変数(R−OFFSETx、F−OFFSETy)の1つであることを特徴とするギアシフト(8)。
  32. 請求項29から31のいずれか一項において、電子コントロールユニット(40)は、リアカウンタ(47)およびフロントカウンタ(48)のうち少なくとも1つと、前記アクチュエータ(16、17)の駆動中に前記カウンタを更新する手段と、前記カウンタ(47、48)の値を前記ロジック値と比較する手段とを備えることを特徴とするギアシフト。
  33. 請求項29から32のいずれか一項において、オペレーティングモード選択手段(60−63)により選択されるオペレーティングモードは更に設定オペレーティングモードを備え、電子コントロールユニット(40)は、設定オペレーティングモードにおいて、チェーン(13)を第1または第2方向に移動させるための移動要求信号を受け取って、前記アクチュエータ(16、17)を駆動し、また、電子コントロールユニット(40)はチェーン(13)とギアシフトグループ(9、10)の所定のスプロケット(11、12)との間のアライメント完了の情報を入力する手段(43−46、60−63)と、該手段(43−46、60−63)に応答して、前記アクチュエータ(16、17)の物理的位置と所定のスプロケット(11、12)の物理的位置を表すロジック値との間の1対1の対応関係を設定する手段(215、315)とを有することを特徴とするギアシフト。
  34. 請求項32において、オペレーティングモード選択手段(60−63)により選択されるオペレーティングモードは更に設定オペレーティングモードを備え、電子コントロールユニット(40)は、設定オペレーティングモードにおいて、チェーン(13)を第1または第2方向に移動させるための移動要求信号を受け取って、前記アクチュエータ(16、17)を駆動し、また、電子コントロールユニット(40)はチェーン(13)とギアシフトグループ(9、10)の所定のスプロケット(11、12)との間のアライメント完了の情報を入力する手段(43−46、60−63)と、該手段(43−46、60−63)に応答して、前記アクチュエータ(16、17)の物理的位置と所定のスプロケット(11、12)の物理的位置を表すロジック値との間の1対1の対応関係を設定する手段(215、315)とを有し、
    1対1の対応関係を設定する手段(215、315)は、前記カウンタ(47、48)の値を所定のスプロケット(11、12)における前記ロジック値に設定する手段(215、315)を備えることを特徴とするギアシフト。
  35. 請求項34において、所定のスプロケット(11、12)は最小径のスプロケット(11、12)であり、また1対1の対応関係を設定する手段(215、315)は前記カウンタ(47、48)をゼロにする手段を備えることを特徴とするギアシフト。
  36. 請求項33において、
    1対1の対応関係を設定する手段は、前記カウンタ(47、48)のその時の値を所定のスプロケット(11、12)におけるロジック値として格納手段(49、50)に格納する手段を備えることを特徴とするギアシフト。
  37. 請求項29から36の何れか一項において、隣接するスプロケット(11、12)の各対における差動量(△Rx、△Fy)を格納する手段を備えており、正常乗車オペレーティングモードにおいて、第2スプロケット(11、12)の物理的位置を表すロジック値は、第1および第2スプロケット(11、12)により形成された対における差動量を、第1スプロケット(11、12)の物理的位置を表す前記ロジック値に加算しまたはそのロジック値から減算することにより求められるギアシフト。
  38. 請求項37において、ギアシフトグループ(9、10)の隣接するスプロケット(11、12)の各対における差動量(△R、△F)は互いに等しいことを特徴するギアシフト。
  39. 請求項29から38の何れか一項において、前記アクチュエータ(16、17)の各物理的位置を検出し、またこの位置を電子コントロールユニット(40)に提供する手段(18、19)であるリアトランスジューサ(18)およびフロントトランスジューサ(19)のうち少なくとも1つを備えるギアシフト。
  40. 請求項39において、正常乗車オペレーティングモードにおいて、電子コントロールユニット(40)は物理的位置を検出する手段(18、19)により検出された物理的位置によりフィードバックコントロールされたチェーン(13)を第1スプロケット(11、12)と第2スプロケット(11、12)との間で移動させるために前記アクチュエータ(16、17)を駆動することを特徴とするギアシフト。
  41. 請求項39または40において、物理的位置を検出する手段(18、19)が更に前記アクチュエータ(16、17)と所定のスプロケット(11、12)との間の相対位置を検出し、アライメント完了の情報を調整オペレーティングモードおよび/または設定オペレーティングモードにおいて生成する手段を備えることを特徴とするギアシフト。
  42. 請求項41において、相対位置を検出する前記手段は、調整オペレーティングモードおよび/または設定オペレーティングモードにおいて、第1方向におけるアクチュエータ(16、17)の第1移動要求信号または第2方向におけるアクチュエータ(16、17)の第2移動要求信号を発生させるのにも適合していることを特徴とするギアシフト。
  43. 請求項41または42において、相対位置を検出する前記手段が、前記アクチュエータ(16、17)および所定のスプロケット(11、12)に、またはその逆の形で平行光源および平行光線センサを夫々備えることを特徴とするギアシフト。
  44. 請求項32から43の何れか一項において、前記アクチュエータ(16、17)のモータがステッパモータであり、1ステップまたは整数倍のステップ数毎の前記アクチュエータ(16、17)の移動は、前記カウンタ(47、48)の1単位の増減に相当することを特徴とするギアシフト。
  45. 請求項29から44の何れか一項において、手動入力手段(43−46、60−63)と共に、電子コントロールユニット(40)とのユーザインターフェースを形成する、情報を出力する手段(60)を備えることを特徴とするギアシフト。
  46. 請求項29から45の何れか一項において、電子コントロールユニット(40)と前記アクチュエータ(16、17)との間に設けられたパワーボード(30)を備えることを特徴とするギアシフト。
  47. 請求項29から46の何れか一項において、電子コントロールユニット(40)がC−MOSテクノロジの少なくとも1つのマイクロコントローラを備えることを特徴とするギアシフト。
  48. 請求項29から47の何れか一項において、電子コントロールユニット(40)は分散されており、ディスプレイユニット(60)および/または手動入力手段(43−47、60−63)をコントロールするユニットおよび/またはパワーボード(30)に設けられた複数のマイクロコントローラを備えることを特徴とするギアシフト。
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