JP5583193B2 - 自転車用変速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自転車用変速制御装置、特に、自転車に備えられた変速機を制御するための自転車用変速制御装置に関する。

自転車の多くは、所望のギア位置に変速するための変速機を制御することができる変速制御装置を有している。例えば特許文献１に示された変速制御装置は、自転車が停止すると、変速機を所定のギア位置に変速するようにモータを制御する。また、特許文献２に示された変速制御装置は、走行距離を算出するとともに走行速度を算出し、これらをＲＡＭに記憶する。その後、走行路の傾斜角を測定し、傾斜角があった場合には、傾斜角に対応したギア位置をテーブルから読み出して表示し、そのギア位置にシフトするようにしている。

特許第２６１７０５９号公報 特許第３４１３８８６号公報

特許文献２に示された変速制御装置では、道路状況に応じて適切な変速を行うことができる。しかし、道路状況のみではなく、走行状態によっても適切なギア位置を選択する必要がある。

本発明の課題は、自転車用変速制御装置において、道路状況及び走行状態に応じて、適切なギア位置を選択することができるようにすることにある。

本発明に係る自転車用変速制御装置は、傾斜センサと制御部とを備えている。制御部は、自転車が、静止状態へと停止しつつあること及び静止状態から移動を開始しつつあることのうちの少なくとも１つに対応する状態にあると判断されている間、傾斜センサによって検出された傾斜に基づいて所定のギア位置に変速機をシフトするためのシフト信号を出力する。

以上のような本発明では、自転車用変速制御装置において、道路状況及び走行状態に応じて、適切なギア位置を選択することができる。特に、停止状態から円滑に自転車を発進させることができる。

本発明の一実施形態による自転車用変速制御装置を備えた自転車の側面図。 自転車用変速制御装置の典型的な部品を図示する概略図。 変速制御装置によって一定の基準に基づいて制御される変速機のシフト動作の一例を示す表。 変速制御装置によって実行される動作の一例を図示するフローチャート。

図１に、本発明の一実施形態による自転車用変速制御装置１２を備えた自転車１０を示している。自転車１０は、モータアシストのない通常の自転車またはモータアシスト付きの自転車である。図２に示すように、自転車用変速制御装置１２は、傾斜センサ１４及び制御部１６を有する。傾斜センサ１４は、水平面に対する傾斜または勾配を検出する。このように、傾斜センサ１４は、自転車１０の傾斜または勾配を検出することができ、自転車１０が進行中の地形１８の傾斜を表すことができる。傾斜センサ１４は、加速度計を含む傾斜センサまたは当技術分野で周知のような任意の他のタイプのセンサを用いることができる。

制御部１６は、自転車用変速制御装置１２を制御するプログラムを備えたマイクロコンピュータを含むことが好ましい。制御部１６は、入力インターフェース回路、出力インターフェース回路、ならびにＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような記憶デバイスなどの他の部品も含むことができる。ＲＡＭ及びＲＯＭは、制御部１６によって実行される処理結果及び制御プログラムを記憶する。制御部１６は、自転車用変速制御装置１２の部品に動作可能に結合され、必要に応じて従来と同様の構成で自転車１０の部品に動作可能に結合される。制御部１６の正確な構造及びアルゴリズムは、本明細書で説明される実施形態の機能を実行するハードウェア及びソフトウェアから成る任意の組み合わせとすることができる。

さらに以下で説明するように、制御部１６は、ディレーラ（変速機）または他の適切なタイプのギアシフト装置などのアクチュエータ２０にシフト信号を出力して、シフト信号に従って所定のギア位置に自転車用変速機２２をシフトするように構成される。自転車１０が、静止状態へと停止しつつあること、または静止状態から移動を開始しつつあることに対応する状態にあると判断されている間、傾斜センサ１４によって検出された傾斜に基づいて、シフト信号が制御部１６によって供給される。

自転車用変速機２２は、無段変速機、内装ハブ変速機などの任意の適切なタイプの変速機とすることができる。自転車用変速制御装置１２は、自転車１０の速度を検出する速度センサ２４をさらに含む。

制御部１６は、当技術分野で理解される有線または無線接続を経由して、傾斜センサ１４、シフト動作用アクチュエータ２０、速度センサ２４及び自転車１０の任意の他の部品と通信することができる。例えばアップ・シフト・スイッチ及びダウン・シフト・スイッチを含むシフト動作装置２５も、有線または無線接続を経由して、制御部１６に信号を供給して、当技術分野で理解される自転車用変速機２２のアップシフト動作及びダウンシフト動作を制御することができる。さらに、変速制御装置１２は、自転車用変速制御装置１２及び各部品に電力を供給するバッテリ２６を含んでいてもよいし、また別に設けられたバッテリに接続するようにしてもよい。

速度センサ２４は、自転車用車輪２８のうちの１つの１分当たりの回転数を検出するタイプの速度センサとすることができる。例えば、速度センサ２４は、自転車用車輪２８のスポーク３２のうちの１つに取り付けられた磁石３０が、所定の期間内に速度センサ２４を通過する回数を検出するように構成することができる。このように、速度センサ２４または制御部１６は、自転車用車輪２８の１分当たりの回転数を計算して、自転車１０の速度を決定することができる。本実施形態では、１つの磁石３０が、スポーク３２のうちの１つに取り付けられる。しかしながら、１つ又は複数の磁石３０が、複数のスポーク３２、またはすべてのスポーク３２のそれぞれに取り付けられてもよい。このような構成において、磁石３０は、以上のように自転車用車輪２８の回転方向に間隔を置いて配置される。さらに、速度センサ２４及び磁石３０の配置を用いる代わりに、当業者には理解することができるように、例えば自転車用ハブにおいて設置することができるダイナモ（発電機）からの交流信号によって、自転車１０の速度が検出されてもよい。いずれにしても、これらの速度検出装置によって、自転車１０の速度及び自転車１０の移動開始が検出される。

図３は、変速制御装置１２によって制御される変速機のシフト動作の一例を示す表３４である。また、図４は、次に説明するように、変速制御装置１２によって実行される動作の一例を図示するフローチャートである。

ステップＳ１００においてプロセスが開始された後、制御部１６は、ステップＳ１０２において、自転車の速度を示す速度センサ２４からの速度信号を受信する。ステップＳ１０４において、検出された速度が所定の速度Ｖを下回らないと制御部１６が判断した場合、ステップＳ１０４からステップＳ１０２に戻る。一方、ステップＳ１０４において、検出された速度が所定の速度Ｖを下回ると制御部１６が判断すると、ステップＳ１０４からステップＳ１０６に移行する。この実施形態では、速度Ｖは２．０ｋｍ／ｈまたはその前後とすることができる。

ステップＳ１０６において、制御部１６は、傾斜センサ１４から、自転車１０の傾斜を表す傾斜信号を受信する。ステップＳ１０８において、制御部１６は、検出された傾斜が、表３４中の第１領域Ｒ１内にあるかどうかを判断する（例えば検出された傾斜が所定の第１傾斜量よりも大きいまたは等しい）。検出された傾斜が、第１領域Ｒ１内にある場合、ステップＳ１０８からステップＳ１１０へ移行する。制御部１６は、ステップＳ１１０において、自転車用変速機２２の第１ギア比を示すシフト信号をアクチュエータ２０に供給して、自転車用変速機２２を所定のギア位置（表３４のギア位置１）にシフトするようにアクチュエータ２０を制御する。

この実施形態では、自転車１０の速度変化が、自転車１０が移動中でありかつ２．０ｋｍ／ｈを下回るまで減速していると判断されると、制御部１６は、傾斜センサ１４によって検出された傾斜に基づいて所定のギア位置に自転車用変速機２２をシフトするシフト信号を供給する。当然のことながら、自転車１０が、任意の適切な速度（例えば１．５ｋｍ／ｈ、１．０ｋｍ／ｈまたは０．５ｋｍ／ｈ）を下回るまで減速している、または自転車が停止していると、変速制御装置１２は、制御部１６が自転車用変速機２２をシフトするシフト信号を供給するように構成することができる。したがって、自転車１０が停止すると、自転車用変速機２２は、停止した状態から自転車１０を移動開始するのに適切なギア位置に設定されている。

シフト動作を実行するために、アクチュエータ２０は、ステップＳ１１２において自転車用変速機２２をシフトし始めることになる。自転車用変速機２２が所望のギア位置１にあるかどうかが、ステップＳ１１４において判断される。自転車用変速機２２が所望のギア位置にない場合、アクチュエータ２０は、ステップＳ１１２において自転車用変速機２２をシフトし続ける。一方、ステップＳ１１４において、いったん自転車用変速機２２が所望のギア位置１にあると判断されると、アクチュエータ２０は、制御部１６にシフト動作完了信号を送信する。したがって制御部１６は、ステップＳ１１６においてアクチュエータ２０に停止シフト動作信号を供給して、アクチュエータ２０が自転車用変速機２２をシフトすることを停止させる。

処理が終了した場合（ステップＳ１１８）は、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。一般に、制御部１６がオンされるかそれとも別のやり方で起動されると、制御部１６は、ステップＳ１１０において開始する処理を連続的に実行する。

一方、検出された傾斜が、ステップＳ１０８において傾斜の第１領域Ｒ１内にないと判断された場合は、ステップＳ１０８からステップＳ１２０に移行する。ステップＳ１２０では、制御部１６は、検出された傾斜が表３４の傾斜の第２領域Ｒ２内にあるかどうかを判断する。第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１よりも緩い傾斜である（例えば、傾斜センサ１４によって検出された第２傾斜量は、所定の第１傾斜量よりも小さい）。

検出された傾斜が第２領域Ｒ２内にあると判断された場合は、ステップＳ１２０からステップＳ１２２に移行し、制御部１６は、同ステップにおいてアクチュエータ２０にシフト信号を供給する。このシフト信号は、第１ギア比よりも高い、自転車用変速機２２の第２ギア比を指示する信号であり、所定のギア位置（表３４のギア位置２）に自転車用変速機２２をシフトするようにアクチュエータ２０を制御する。ステップＳ１２４では、シフト信号を受けて、自転車用変速機２２をシフトし始めるようにアクチュエータ２０を制御する。

次にステップＳ１２６では、自転車用変速機２２が所望のギア位置２にあるかどうかが判断される。自転車用変速機２２が所望のギア位置にない場合、アクチュエータ２０は、ステップＳ１２４において自転車用変速機２２をシフトし続ける。ステップＳ１２６において自転車用変速機２２が所望のギア位置２にあると判断された場合は、アクチュエータ２０は、制御部１６にシフト動作完了信号を送信する。これにより、制御部１６は、ステップＳ１２８においてアクチュエータ２０に停止シフト動作信号を供給し、アクチュエータ２０が自転車用変速機２２をシフトすることを停止させる。処理が終了した場合（ステップＳ１１８）は、ステップＳ１００からの処理が繰り返し実行される。

ステップＳ１２０において、検出された傾斜が第２領域Ｒ２内にないと判断された場合は、ステップＳ１２０からステップＳ１３０に移行する。ステップＳ１３０において、制御部１６は、検出された傾斜が表３４の第３領域Ｒ３内にあるかどうかを判断する。第３領域Ｒ３は第２領域Ｒ２よりも緩い傾斜である（例えば、傾斜センサ１４によって検出された傾斜が、所定の第１傾斜量よりも低い所定の第２傾斜量よりもさらに小さい）。

ステップＳ１３０において、検出された傾斜が第３領域Ｒ３内にあると判断された場合は、ステップＳ１３０からステップＳ１３２に移行し、制御部１６は、同ステップにおいてアクチュエータ２０にシフト信号を供給する。このシフト信号は、第２ギア比よりも高い、自転車用変速機２２の第３ギア比を指示する信号であり、所定のギア位置（表３４のギア位置３）に自転車用変速機２２をシフトするようにアクチュエータ２０を制御する。シフト信号は、所定のギア位置（表３４のギア位置３）に自転車用変速機２２をシフトし始めるようにアクチュエータ２０を制御する。アクチュエータ２０は、ステップＳ１３４において自転車用変速機２２をシフトし始めることになる。

次にステップＳ１３６では、自転車用変速機２２が所望のギア位置３にあるかどうかが判断される。自転車用変速機２２が所望のギア位置にない場合、アクチュエータ２０は、ステップＳ１３４において自転車用変速機２２をシフトし続ける。ステップＳ１３６において、自転車用変速機２２が所望のギア位置３にあると判断されると、アクチュエータ２０は、制御部１６にシフト動作完了信号を送信する。これにより、制御部１６は、ステップＳ１３８においてアクチュエータ２０に停止シフト信号を供給して、アクチュエータ２０が自転車用変速機２２をシフトすることを停止させる。処理が終了した場合（ステップＳ１１８）は、ステップＳ１００からの処理が繰り返し実行される。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）以上の処理は、傾斜の３つの領域及び対応する３つのギア位置を含むが、この処理は、傾斜の任意の適切な領域数及び対応するギア位置（例えば、ギア位置５、７、８、９または１１）用に実行することができる。

（ｂ）前記実施形態では、傾斜センサ１４または制御部１６は、自転車１０の正の傾斜及び負の傾斜を検出する。すなわち、自転車１０のフロント側がリア側よりも高い場合、傾斜センサ１４または制御部１６は、自転車１０の正の傾斜を検出する。一方、自転車１０のリア側がフロント側よりも高い場合は、傾斜センサ１４または制御部１６は、自転車１０の負の傾斜を検出する。しかしながら、傾斜センサ１４または制御部１６は、所定の位置に関して、自転車１０の正の傾斜だけまたは負の傾斜だけを検出するように構成してもよい。

（ｃ）前記実施形態では、自転車１０が下り坂（すなわち、負の傾斜）上にあると、自転車用変速機２２のギア比は、自転車１０が上り坂（すなわち、正の傾斜）または水平にあるときに設定されるギア比よりも大きくなるように設定される。同様に、自転車１０が水平にあるときに設定される自転車用変速機２２のギア比は、自転車１０が上り坂上にあるときに設定されるギア比よりも大きくなるようにすることができる。

（ｄ）ステップＳ１０４の間、制御部１６は、自転車１０が静止状態から移動し始める時点を検出するように構成されてもよい。例えば、制御部１６が、所定期間の間、速度センサ２４から速度を示す速度信号を受信していない後で、制御部１６が速度センサ２４から速度信号を受信すると、制御部１６は、自転車１０が静止状態から移動し始めていると判断することができる。

（ｅ）前記実施形態では、自転車用変速機２２は自転車１０のリアハブ上に配置されている。しかし、自転車用変速機２２は、自転車１０のクランク部上、自転車１０のボトムブラケット部上、または当業者に理解できるような自転車１０の任意の他の部分上に配置されてもよい。

（ｆ）前記実施形態では、バッテリ２６は自転車用変速制御装置１２に電力を供給する。しかしながら、バッテリ２６の代わりに、ハブダイナモまたはブロックダイナモなどのダイナモが、自転車用変速制御装置１２に電力を供給してもよい。当然のことながら、ダイナモは、例えば、蓄電池（例えば、キャパシタ）及び整流器を含む回路に結合されて、当技術分野で理解されるように自転車用変速制御装置１２に電力を供給することができる。

（ｇ）前記実施形態では、シフト動作デバイス２５は、制御部１６に電気的に結合される。上述したように、シフト動作デバイス２５は、アップ・シフト・スイッチ及びダウン・シフト・スイッチを含むように構成することができる。アップ・シフト・スイッチが動作すると、制御部１６によってアップシフト動作信号が受信される。ダウン・シフト・スイッチが動作すると、制御部１６によってダウンシフト動作信号が受信される。したがって、制御部１６は、アップシフト及びダウンシフト動作信号に基づいて自転車用変速機２２をアップシフトまたはダウンシフトするように、アクチュエータ２０を制御する。

（ｈ）制御部１６は、検出された自転車１０の速度が上述した所定の速度を下回ると、アップシフト及びダウンシフト動作信号に基づいてアクチュエータ２０を制御することをやめるように構成することができる。他方、制御部１６が、図４に示される工程を実行する前にアップシフト動作信号またはダウンシフト動作信号を受信した場合、制御部１６は、適切なギア比に自転車用変速機２２をシフトするように、アップシフトまたはダウンシフト動作信号に基づいてアクチュエータ２０を制御することができる。それゆえに、制御部１６がアップシフトまたはダウンシフト動作信号に基づいてアクチュエータ２０を制御中に、制御部１６は、上述した及び図４のフローチャートに示されるような動作の実行を、所定期間の間やめることができ、アクチュエータ２０が適切なギア比に自転車用変速機２２をシフトすることが可能となる。

選択された実施の形態だけが本発明を説明するように選ばれているものの、添付の請求項に記載の本発明の範囲から逸脱せずに、本明細書において種々の変更及び修正形態を形成できることが、本開示から当業者には明らかなことになる。例えば、種々の部品のサイズ、形状、配置または向きは、必要または要望に応じて変更することができる。直接に接続されるまたは互いに接触するように示される複数の部品は、介在する構造体をこれらの部品間に配置することができる。１つのエレメントの機能は、２つのエレメントによって実行することができ、逆もまた同様である。一実施の形態の構造及び機能は、別の実施の形態に採用することができる。特定の実施の形態に、すべて効果が同時に存在する必要はない。先行技術から見て独特のあらゆる特徴は、単独でも他の特徴と組み合わせても、当該の特徴によって具体化された構造的及び／または機能的概念を含めて、本出願人によるさらなる発明の別個の説明とみなすべきである。それゆえに、本発明に従ってなされた実施の形態における上述の説明は、添付の請求項及びそれらの均等物に記載の本発明を説明するためだけに提供され、本発明を限定するためではない。

１０ 自転車
１２ 自転車用変速制御装置
１４ 傾斜センサ
１６ 制御部

Claims (8)

1. 自転車に備えられた変速機を制御するための自転車用変速制御装置であって、
   傾斜センサと、
   前記自転車の速度を検出する速度センサと、
   自転車が、静止状態へと停止しつつあること及び静止状態から移動を開始しつつあることのうちの少なくとも１つに対応する状態にあると判断されている間、前記傾斜センサによって検出された傾斜に基づいて所定のギア位置に前記変速機をシフトするためのシフト信号を出力する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、シフトスイッチの操作に応じたシフト動作信号を受信した場合には、前記受信したシフト動作信号に基いて変速機を制御し、前記傾斜センサの検出結果に基づく制御処理の実行を所定期間の間やめる、
   自転車用変速制御装置。
2. 前記制御部は、前記自転車が移動中でありかつ速度が２．０ｋｍ／ｈを下回るまで減速していることを判断したとき、前記傾斜センサによって検出された傾斜に基づいて前記所定のギア位置に前記変速機をシフトするシフト信号を出力する、請求項１に記載の自転車用変速制御装置。
3. 前記制御部からのシフト信号に基づいて前記所定のギア位置に前記変速機をシフトするシフト装置をさらに備えた、請求項１に記載の自転車用変速制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記傾斜センサによって検出された傾斜が第１領域内にあると判断すると、前記変速機の第１ギア比を指示するシフト信号を出力し、
   前記傾斜センサによって検出された傾斜が前記第１領域よりも低い第２領域内にあると判断すると、前記第１ギア比よりも高い第２ギア比を指示するシフト信号を出力する、
   請求項１に記載の自転車用変速制御装置。
5. 前記制御部は、前記傾斜センサによって検出された傾斜が前記第２領域よりも低い第３領域内にあると判断すると、前記第２ギア比よりも高い第３ギア比を指示するシフト信号を出力する、請求項４に記載の自転車用変速制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記傾斜センサによって検出された傾斜が所定の第１傾斜量よりも大きいまたは等しいと判断すると、前記変速機の第１ギア比を指示するシフト信号を出力し、
   前記傾斜センサによって検出された傾斜が前記所定の第１傾斜量よりも低いと判断すると、前記第１ギア比よりも高い第２ギア比を指示するシフト信号を出力する、
   請求項１に記載の自転車用変速制御装置。
7. 前記制御部は、前記傾斜センサによって検出された傾斜が前記所定の第１傾斜量よりも低い所定の第２傾斜量よりも低いと判断すると、前記第２ギア比よりも高い第３ギア比を指示するシフト信号を出力する、請求項６に記載の自転車用変速制御装置。
8. 前記制御部は前記変速機としての内装ハブ変速機を制御する、請求項１に記載の自転車用変速制御装置。

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