TWI605976B - 自行車自動換檔方法及系統 - Google Patents

Description

自行車自動換檔方法及系統

本揭露是有關於一種自行車控制方法及系統，且特別是有關於一種自行車自動換檔方法及系統。

在運動風氣日益興盛的今日，慢跑、游泳及自行車都是相當熱門的運動。當使用者騎乘自行車時，通常會根據自身的速度或體能來進行換檔操作，例如在平地切換到高速檔以快速騎乘，或是在上坡時切換到低速檔以節省體力爬坡。因此在自行車的握把上通常都設置有前輪及後輪的變速器以提供使用者進行換檔操作。

然而，使用者換檔時通常是依賴自身經驗撥動前輪或後輪的變速器以切換檔位，但在切換的過程中使用者並不知道前後齒輪之間齒數的比例關係，也不知道下一檔位（前後齒輪之齒數比的大小順序）的實際位置。結果使用者往往需要來回切換多次，才能切換到符合其目前騎乘需求的檔位。

本發明提供一種自行車自動換檔方法及系統，可計算出前後齒輪的各種組合的齒數比，並據以建立齒數比與檔位的關係表，而可根據使用者的騎乘狀態自動切換至合適的檔位。

本發明的自行車自動換檔方法，適於由計算裝置控制配置於自行車之前撥鍊器的前伺服馬達推動前撥鍊器，並控制配置於自行車之後撥鍊器的後伺服馬達推動後撥鍊器，以切換自行車的檔位。此方法係控制前伺服馬達將前撥鍊器推動至自行車的大齒盤的多個齒輪中的第一齒輪，並控制後伺服馬達將後撥鍊器由後齒盤的多個飛輪中的第一飛輪依序推動至最末飛輪，以利用轉速感測器測量第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比。之後，控制後伺服馬達將後撥鍊器推動至自行車的後齒盤的第一飛輪，並控制前伺服馬達將前撥鍊器由大齒盤的第一齒輪依序推動至最末齒輪，以利用轉速感測器測量第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比。然後，利用所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比與第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比，建立自行車的多個檔位與齒數比的關係表。最後則偵測自行車使用者的騎乘狀態，並根據所述關係表控制前伺服馬達與後伺服馬達推動前撥鍊器與後撥鍊器，以切換至適於該騎乘狀態下的檔位。

在本發明的一實施例中，在上述控制前伺服馬達將前撥鍊器推動至自行車的大齒盤的第一齒輪的步驟之前，所述方法更轉動自行車的曲柄以帶動大齒盤與後齒盤轉動，並控制前伺服馬達將前撥鍊器由端點位置推動至另一端點位置，而利用配置於前撥鍊器周圍的震動感測器偵測前撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據此震動幅度中的多個峰值決定大齒盤中各個齒輪相對於前撥鍊器的位置，而用於控制前伺服馬達將前撥鍊器推動至各個齒輪。

在本發明的一實施例中，在上述控制後伺服馬達將後撥鍊器由後齒盤的第一飛輪依序推動至最末飛輪的步驟之前，所述方法更轉動自行車的曲柄以帶動大齒盤與後齒盤轉動，並控制後伺服馬達將後撥鍊器由一端點位置推動至另一端點位置，而利用配置於後撥鍊器周圍的震動感測器偵測後撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據此震動幅度中的多個峰值決定後齒盤中各個飛輪相對於後撥鍊器的位置，而用於控制後伺服馬達將後撥鍊器推動至各個飛輪。

在本發明的一實施例中，上述利用轉速感測器測量第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比的步驟包括轉動自行車的曲柄以帶動大齒盤與後齒盤轉動，並利用配置於靠近大齒盤的輻條上的前轉速感測器偵測前撥鍊器位於第一齒輪時大齒盤的第一轉速，並利用配置於靠近後齒盤的輻條上的後轉速感測器偵測後撥鍊器位於第一飛輪時後齒盤的第二轉速，從而計算第二轉速與第一轉速的比值以作為第一齒輪與第一飛輪之間的齒數比，最後則控制後伺服馬達將後撥鍊器推動至所述第一飛輪的下一飛輪，並重複上述步驟，以計算第一齒輪與各個飛輪之間的齒數比。

在本發明的一實施例中，上述利用所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比與第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比，建立自行車的多個檔位與齒數比的關係表的步驟包括建立飛輪與齒輪之間的對應關係的關係表，並在此關係表中填入所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比與第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比，從而根據所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比與第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比，利用連比公式計算其他各個齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的該齒數比，最後則將關係表中的齒數比排序，而由小至大決定各個齒數比對應的檔位並記錄於關係表。

在本發明的一實施例中，上述將關係表中的齒數比排序，而由小至大決定各個齒數比對應的檔位並記錄於關係表的步驟包括將齒數比相同或齒數比的差值小於預設值的齒輪與飛輪的組合設定為相同的檔位。

在本發明的一實施例中，上述根據關係表控制前伺服馬達與後伺服馬達推動前撥鍊器與後撥鍊器，以切換至適於騎乘狀態下的檔位的步驟包括在所要切換的檔位對應兩種以上的齒輪與飛輪的組合時，根據目前檔位對應的齒輪與飛輪，選擇所需切換之齒輪與飛輪的數目最少的組合進行切換。

在本發明的一實施例中，上述的轉速感測器包括控制器以及磁簧開關、紅外線開關或雷射開關，其中此控制器包括根據磁簧開關、紅外線開關該雷射開關輸出的觸發訊號的時間間隔計算各個飛輪與各個齒輪之間的齒數比。

在本發明的一實施例中，上述偵測自行車之使用者的騎乘狀態的步驟包括利用生理資訊感測器偵測使用者的生理資訊，據以判定使用者的騎乘狀態。

在本發明的一實施例中，上述偵測自行車之使用者的騎乘狀態的步驟包括利用該轉速感測器偵測該使用者踩踏該自行車的踏板的速率或利用配置於該踏板上的壓力感測器偵測該使用者踩踏該踏板的力量，據以判定使用者的騎乘狀態。

本發明的一種自行車自動換檔系統，適於切換自行車的檔位。此系統包括前伺服馬達、後伺服馬達、前轉速感測器、後轉速感測器、至少一個感測器及計算裝置。其中，前伺服馬達係配置於自行車之前撥鍊器，推動前撥鍊器；後伺服馬達係配置於自行車之後撥鍊器，推動後撥鍊器；前轉速感測器配置於靠近大齒盤的輻條上，偵測大齒盤的第一轉速；後轉速感測器配置於靠近該後齒盤的輻條上，偵測該後齒盤的第二轉速；所述感測器是用以偵測自行車使用者的騎乘狀態；計算裝置係連接前述的前伺服馬達、後伺服馬達、前轉速感測器及後轉速感測器，其中計算裝置會控制前伺服馬達將前撥鍊器推動至自行車的大齒盤的多個齒輪中的第一齒輪，並控制後伺服馬達將後撥鍊器由後齒盤的多個飛輪中的第一飛輪依序推動至最末飛輪，以利用前轉速感測器與後轉速感測器所偵測的第一轉速與第二轉速，測量第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比。之後，計算裝置會控制後伺服馬達將後撥鍊器推動至自行車的後齒盤的第一飛輪，並控制前伺服馬達將前撥鍊器由大齒盤的第一齒輪依序推動至最末齒輪，以利用轉速感測器所偵測的第一轉速與第二轉速，測量第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比。然後，計算裝置會利用所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比與第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比，建立自行車的多個檔位與齒數比的關係表。最後，計算裝置會根據所述感測器所偵測的騎乘狀態，根據關係表控制前伺服馬達與後伺服馬達推動前撥鍊器與後撥鍊器，以切換至適於騎乘狀態下的檔位。

在本發明的一實施例中，上述的計算裝置更在自行車的曲柄轉動而帶動大齒盤與後齒盤轉動時，控制前伺服馬達將前撥鍊器由一端點位置推動至另一端點位置，並利用配置於前撥鍊器周圍的震動感測器偵測前撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據震動幅度中的多個峰值決定大齒盤中各個齒輪相對於前撥鍊器的位置，而用於控制前伺服馬達將前撥鍊器推動至各個齒輪。

在本發明的一實施例中，上述的計算裝置更在自行車的曲柄轉動而帶動大齒盤與後齒盤轉動時，控制後伺服馬達將後撥鍊器由一端點位置推動至另一端點位置，並利用配置於後撥鍊器周圍的震動感測器偵測後撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據震動幅度中的多個峰值決定後齒盤中各個飛輪相對於後撥鍊器的位置，而用於控制後伺服馬達將後撥鍊器推動至各個飛輪。

在本發明的一實施例中，上述的計算裝置包括在自行車的曲柄轉動而帶動大齒盤與後齒盤轉動時，利用前轉速感測器偵測前撥鍊器位於第一齒輪時大齒盤的第一轉速，並利用後轉速感測器偵測後撥鍊器位於第一飛輪時後齒盤的第二轉速，計算第二轉速與第一轉速的比值以作為第一齒輪與第一飛輪之間的齒數比，以及控制後伺服馬達將後撥鍊器推動至第一飛輪的下一飛輪，並重複上述步驟，以計算第一齒輪與各個飛輪之間的齒數比。

在本發明的一實施例中，上述的計算裝置包括建立飛輪與齒輪之間的對應關係的關係表，並將所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比與第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比填入，而根據所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比與第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比，利用連比公式計算其他各個齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比，最後則將關係表中的齒數比排序，而由小至大決定各個齒數比對應的檔位並記錄於關係表。

在本發明的一實施例中，上述的計算裝置包括將齒數比相同或齒數比的差值小於預設值的齒輪與飛輪的組合設定為相同的檔位。

在本發明的一實施例中，若計算裝置所要切換的檔位對應兩種以上的齒輪與飛輪的該組合，計算裝置包括根據目前檔位對應的齒輪與飛輪，選擇所需切換之齒輪與飛輪的數目最少的組合進行切換。

在本發明的一實施例中，上述的前轉速感測器與後轉速感測器分別包括控制器以及磁簧開關、紅外線開關或雷射開關，其中控制器包括根據磁簧開關、紅外線開關或雷射開關輸出的觸發訊號的時間間隔計算第一轉速與第二轉速。

在本發明的一實施例中，上述的感測器包括生理資訊感測器，其是用以偵測使用者的生理資訊，而提供計算裝置據以判定使用者的騎乘狀態。

在本發明的一實施例中，上述的感測器包括壓力感測器，其係配置於自行車的踏板上，用以偵測使用者踩踏踏板的力量，而提供計算裝置據以判定使用者的騎乘狀態。

基於上述，本發明的自行車自動換檔方法及系統藉由在自行車的前後撥鍊器上配置伺服馬達，由計算裝置控制以推動前後撥鍊器並測量前後齒輪的齒數比，從而換算為自行車的檔位。據此，計算裝置可隨時根據使用者當前的騎乘狀態，自動控制前後撥鍊器切換至合適的檔位。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明係設計可附掛在自行車前後撥鍊器上的伺服馬達，其可藉由計算裝置的控制，推動前後撥鍊器在自行車的大齒盤及後齒盤上移動，以切換不同的齒輪。在推動撥鍊器的同時，本發明更利用配置在大齒盤及後齒盤周圍的轉速感測器測量其轉速，並據以算出大齒盤的各個齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比。而根據齒數比的排序，本發明可歸納出自行車的檔位，從而在使用者騎乘自行車時，自動切換至最適於當前騎乘狀態的檔位。藉此，本發明的自動換檔系統可協助使用者依當前的騎乘狀態自動切換合適檔位，從而滿足使用者的騎乘需求。

圖1是依照本發明一實施例所繪示之自行車自動換檔系統的示意圖。請參照圖1，本實施例的自行車自動換檔系統20係配置在腳踏車裝置10上，其包括配置在前撥鍊器12上的前伺服馬達21、配置在後撥鍊器14上的後伺服馬達22、配置於靠近大齒盤11的輻條上的前轉速感測器23、配置於靠近後齒盤13的輻條上的後轉速感測器24，以及配置於手把17上的計算裝置25。此外，自行車自動換檔系統20還可包括配置於手把18上的感測器26。其中，前伺服馬達21係用以推動前撥鍊器12在大齒盤11的多個齒輪之間移動；後伺服馬達22係用以推動後撥鍊器14在後齒盤13的多個飛輪之間移動；前轉速感測器23係用以偵測大齒盤11的轉速；後轉速感測器24係用以偵測後齒盤13的轉速；感測器26例如是心率感測器，其可用以偵測騎乘自行車10之使用者的心率。當使用者踩踏踏板16時，其踩踏力會帶動曲柄15及大齒盤11轉動，而大齒盤11會經由拉動鍊條17，而帶動後齒盤13轉動，從而驅動自行車10前進。

上述的前轉速感測器23及後轉速感測器24例如包括控制器以及磁簧開關、紅外線開關或雷射開關。其中，控制器可根據磁簧開關、紅外線開關或雷射開關輸出的觸發訊號的時間間隔，計算出大齒盤11及後齒盤13的轉速，並據以計算出各個飛輪與各個齒輪之間的齒數比。

計算裝置25例如是手機、平板電腦或其他具有運算能力的計算裝置，其可安裝在手把17上的固定架上，而可透過有線或無線的方式，接收前轉速感測器23與後轉速感測器24所偵測的轉速及感測器26的偵測值。此外，計算裝置25亦可透過有線或無線的方式，控制前伺服馬達21推動前撥鍊器12以及控制後伺服馬達22推動後撥鍊器14，以達到切換檔位的效果。計算裝置25例如還具備顯示器，其例如可顯示目前的檔位、前撥鍊器12所在的齒輪、後撥鍊器14所在的飛輪及/或所偵測到的使用者的騎乘狀態等資訊，而可提供使用者檢視。計算裝置25亦可在顯示器上顯示操作介面，提供使用者以手動的方式設定前撥鍊器12、後撥鍊器14的位置、設定檔位或進行其他操作，在此不設限。

需說明的是，本實施例的感測器26的配置僅為舉例說明，在其他實施例中，感測器26還包括可用以偵測使用者體溫、血壓、血糖、血氧、體脂、水分、乳酸、心電圖（ECG/EKG）等生理資訊的生理資訊感測器，其可配置於自行車10車體上的其他部位或是使用者身上的合適部位，而用以偵測使用者的生理資訊。此外，在其他實施例中，感測器26也可以是配置於自行車10的踏板16上的壓力感測器，其可偵測使用者踩踏踏板16的力量。或者，感測器26也可以是前轉速感測器23，而用以偵測使用者踩踏自行車10的踏板16的速率。簡言之，本實施例的自行車自動換檔系統20可搭配任何種類及任何數量的感測器，而不限定於心率感測器。

圖2是依照本發明一實施例所繪示之後伺服馬達與後撥鍊器的配置示意圖。請參照圖2，後撥鍊器14例如是目前市面上各種品牌的撥鍊器，其可帶動自行車10的鍊條在後齒盤13上來回移動，以切換不同的飛輪。後伺服馬達22則是本發明根據後撥鍊器14的結構所設計，其可裝配並固定於後撥鍊器14上，而可透過轉動撥桿221，推動後撥鍊器14朝內或朝外移動。後伺服馬達22中例如還可配置支援藍芽、紅外線、無線保真（Wireless Fidelity，WiFi）或近距離無線通訊（Near Field Communication，NFC）等無線傳輸技術的通訊裝置（未繪示），其可透過無線的方式與計算裝置25通訊，而可接收計算裝置25的控制訊號，以控制後伺服馬達22推動後撥鍊器14。在其他實施例中，後伺服馬達22亦可透過有線的方式與計算裝置25連結，在此不設限。

圖3是依照本發明的一實施例所繪示的自行車自動換檔方法的流程圖。請同時參照圖1及圖3，本實施例的方法適用於上述的自行車自動換檔系統20。以下即搭配圖1中自行車自動換檔系統20的各項元件，說明本實施例方法的詳細流程。

首先，由計算裝置25控制前伺服馬達21將前撥鍊器12推動至自行車10的大齒盤11的多個齒輪中的第一齒輪，並控制後伺服馬達22將後撥鍊器14由後齒盤13的多個飛輪中的第一飛輪依序推動至最末飛輪，以利用配置於靠近大齒盤11的輻條上的轉速感測器23與靠近後齒盤13的輻條上的轉速感測器24測量第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比（步驟S302）。

詳言之，圖4是依照本發明的一實施例所繪示的計算齒數比的方法流程圖。請參照圖4，本實施例的方法係說明上述步驟S302的詳細流程。

首先，由使用者轉動自行車10的曲柄15以帶動大齒盤11與後齒盤13轉動（步驟S402）。此時，計算裝置25可利用配置於靠近大齒盤11的輻條上的轉速感測器23偵測前撥鍊器12位於第一齒輪時大齒盤11的第一轉速，並利用配置於靠近後齒盤13的輻條上的轉速感測器24偵測後撥鍊器14位於第一飛輪時後齒盤13的第二轉速（步驟S404）。然後，計算裝置25會計算此第二轉速與第一轉速的比值以作為第一齒輪與第一飛輪之間的齒數比（步驟S406）。

本實施例係藉由將前撥鍊器12固定於大齒盤11的第一齒輪，並循序推動後撥鍊器14在後齒盤13的多個飛輪之間切換，而可測量出第一齒輪與後齒盤13的每一個飛輪之間的齒數比。其中，前撥鍊器12可固定在大齒盤11的最大齒輪或最小齒輪所在的位置上，本實施例並不限定。同樣地，後撥鍊器14亦可先移動到後齒盤13的最大飛輪的位置上再依序切換至最小飛輪，或者可先移動到後齒盤13的最小飛輪的位置上再依序切換至最大飛輪，本實施例亦不予以限定。

需說明的是，在進行上述的控制步驟之前，計算裝置25需要先行確定大齒盤11中的各個齒輪的位置以及後齒盤13中的各個飛輪的位置，使得其在後續控制前伺服馬達21推動前撥鍊器12或控制後伺服馬達22推動後撥鍊器14時，可以準確地推動到所要切換到的齒輪或飛輪的位置。在一實施例中，計算裝置25可以在其顯示器中顯示操作介面，以供使用者以手動的方式控制前伺服馬達21推動前撥鍊器12或控制後伺服馬達22推動後撥鍊器14，並自行判斷大齒盤11中的各個齒輪的位置以及後齒盤13中的各個飛輪的位置以設定於計算裝置25。而在另一實施例中，計算裝置25可利用感測器偵測震動的方式，確認各個齒輪與飛輪的位置，全程可採自動的方式進行，而無需使用者手動操作。

詳細地說，對於大齒盤11中的各個齒輪，自行車10可藉由使用者施力或電動馬達施力，轉動曲柄15以帶動大齒盤11與後齒盤13轉動。此時，計算裝置25可控制前伺服馬達21推動前撥鍊器12由一個端點位置移動至另一個端點位置（例如由最外側移動至最內側），並利用配置於前撥鍊器12周圍的震動感測器（未繪示）偵測前撥鍊器12在移動過程中的震動幅度，以根據震動幅度中的多個峰值決定大齒盤11中各個齒輪相對於前撥鍊器12的位置，而用於控制前伺服馬達21將前撥鍊器12推動至各個齒輪。詳細而言，每當前撥鍊器12撥動鍊條17至一個齒輪上時，鍊條17在移動至該齒輪的過程中會產生一定程度的震動，且當鍊條17滑入該齒輪時，震動幅度最大。據此，計算裝置25即可針對前撥鍊器12移動過程中所偵測到的震動幅度的峰值來決定齒輪的位置。

類似地，對於後齒盤13中的各個飛輪，自行車10亦可藉由使用者施力或電動馬達施力，轉動曲柄15以帶動大齒盤11與後齒盤13轉動。此時，計算裝置25可控制後伺服馬達22推動後撥鍊器14由一個端點位置移動至另一個端點位置（例如由最外側移動至最內側），並利用配置於後撥鍊器14周圍的震動感測器（未繪示）偵測後撥鍊器14在移動過程中的震動幅度，以根據震動幅度中的多個峰值決定後齒盤13中各個飛輪相對於後撥鍊器14的位置，而用於控制後伺服馬達22將後撥鍊器14推動至各個飛輪。

在計算完第一齒輪與第一飛輪之間的齒數比之後，計算裝置25會判斷目前後撥鍊器14是否已被推動至最末飛輪（步驟S408）。若尚未推動至最末飛輪，則計算裝置25會控制後伺服馬達22將後撥鍊器14推動至第一飛輪的下一飛輪（步驟S408），並回到步驟S402，繼續計算第一齒輪與此下一飛輪之間的齒數比。上述步驟會被重複地執行，直到計算裝置25判斷目前後撥鍊器14已被推動至最末飛輪時，才結束測量（步驟S412）。

藉由上述方法，計算裝置25即可計算出大齒盤11的第一齒輪與後齒盤13的各個飛輪之間的齒數比。

回到圖3的流程，在步驟S304中，類似於步驟S302的做法，計算裝置25將改為控制後伺服馬達22將後撥鍊器14推動至自行車10的後齒盤13的第一飛輪，並控制前伺服馬達21將前撥鍊器12由大齒盤11的第一齒輪依序推動至最末齒輪，以利用配置於靠近大齒盤11的輻條上的前轉速感測器23與靠近後齒盤13的輻條上的後轉速感測器24測量第一飛輪與大齒盤11的各個齒輪之間的齒數比（步驟S304）。簡言之，計算裝置25是藉由將後撥鍊器14固定於後齒盤13的第一飛輪，並循序推動前撥鍊器12在大齒盤11的多個齒輪之間切換，以測量第一飛輪與大齒盤11的每一個齒輪之間的齒數比。而關於齒數比的計算，可參照前面圖4的做法，在此不再贅述。

在取得大齒盤11的第一齒輪與後齒盤13的各個飛輪之間的齒數比以及後齒盤13的第一飛輪與大齒盤11的各個齒輪之間的齒數比後，計算裝置25即可用以建立自行車的多個檔位與齒數比的關係表（步驟S306）。

詳言之，計算裝置25例如會建立一個記錄飛輪與齒輪之間的對應關係的關係表，並在此關係表中填入所測量的第一齒輪與後齒盤的各個飛輪之間的齒數比以及第一飛輪與大齒盤的各個齒輪之間的齒數比。然後，計算裝置25會根據此關係表中的齒數比，利用連比公式計算其他齒輪與飛輪之間的齒數比。在取得每一組齒輪與飛輪之間的齒數比之後，計算裝置25可將關係表中的齒數比排序，由小至大決定各個齒數比對應的檔位並記錄於關係表。

舉例來說，假設大齒盤具有3個齒輪，且其齒數由大至小依序為44、32、22，後齒盤具有9個飛輪，且其齒數由大至小依序為34、30、26、23、20、17、15、13、11。透過上述的方法，計算裝置可計算出大齒盤中最小齒輪（齒數22）與後齒盤中各個飛輪的齒數比，以及取得後齒盤中最大飛輪（齒數34）與大齒盤中各個齒輪的齒數比。而根據這些飛輪與齒輪之間的齒數比，可建立如下表一所示的關係表。 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 44 </td><td> 32 </td><td> 22 </td></tr><tr><td> 34 </td><td> 1.294117 </td><td> 0.941176 </td><td> 0.647058 </td></tr><tr><td> 30 </td><td> </td><td> </td><td> 0.733333 </td></tr><tr><td> 26 </td><td> </td><td> </td><td> 0.846153 </td></tr><tr><td> 23 </td><td> </td><td> </td><td> 0.956521 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> </td><td> </td><td> 1.1 </td></tr><tr><td> 17 </td><td> </td><td> </td><td> 1.294117 </td></tr><tr><td> 15 </td><td> </td><td> </td><td> 1.466666 </td></tr><tr><td> 13 </td><td> </td><td> </td><td> 1.692307 </td></tr><tr><td> 11 </td><td> </td><td> </td><td> 2 </td></tr></TBODY></TABLE>表一

然後，計算裝置可根據上述關係表中的齒數比，利用連比公式計算剩餘的各個齒輪與各個飛輪之間的齒數比。舉例來說，齒輪（齒數32）與飛輪（齒數30）的齒數比 可藉由下列公式計算而得：

以此類推，即可計算出上述關係表中空白部分的齒數比，再將這些齒數比填入表一後，即可得到下表二。 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 44 </td><td> 32 </td><td> 22 </td></tr><tr><td> 34 </td><td> 1.294117(10) </td><td> 0.941176(4) </td><td> 0.647058(1) </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 1.466666(13) </td><td> 1.066666(6) </td><td> 0.733333(2) </td></tr><tr><td> 26 </td><td> 1.692307(16) </td><td> 1.230769(8) </td><td> 0.846153(3) </td></tr><tr><td> 23 </td><td> 1.913043(18) </td><td> 1.391304(11) </td><td> 0.956521(5) </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 2.200000(21) </td><td> 1.600000(14) </td><td> 1.100000(7) </td></tr><tr><td> 17 </td><td> 2.588235(23) </td><td> 1.882352(17) </td><td> 1.294117(9) </td></tr><tr><td> 15 </td><td> 2.933333(25) </td><td> 2.133333(20) </td><td> 1.466666(12) </td></tr><tr><td> 13 </td><td> 3.384615(26) </td><td> 2.461538(22) </td><td> 1.692307(15) </td></tr><tr><td> 11 </td><td> 4.000000(27) </td><td> 2.909090(24) </td><td> 2.000000(19) </td></tr></TBODY></TABLE>表二

藉由上述方法，即可在沒有測量並計算出所有齒數比的情況下，以最少的測量資料計算出所有齒輪與飛輪之間的齒數比。而在取得所有齒輪與飛輪之間的齒數比之後，計算裝置即可將這些齒數比由小至大進行排序，而以這些齒數比的大小順序做為自行車的檔位，最終獲得如上表二所示的自行車檔位（標示於括弧內的數字）與齒數比的關係表。其中，自行車的檔位包括27檔。

需說明的是，上述大齒盤的各個齒輪與後齒盤的各個飛輪的齒數僅是為了方便說明而以假設的方式提供，實際上本發明的方法在測量轉速及計算齒數比的過程中，完全不需要知道也不會用到這些齒數。也就是說，藉由本發明的方法，使用者只需將本發明的前後伺服馬達及轉速感測器安裝在自行車上並與計算裝置連結後，將轉動自行車的曲柄一段時間，計算裝置即可自動地計算出所有齒輪與飛輪的齒數比並設定好檔位，中間過程將不需要使用者在計算裝置中設定前後齒盤的齒輪數目或大小（齒數）。

此外，由上表二所示的各個齒輪與各個飛輪之間的齒數比可知，有許多齒輪與飛輪的組合會具有相同的齒數比。也就是說，當自行車切換到這些齒輪與飛輪的組合時，使用者踩踏的施力與感受到的力回饋是相同的。因此，在其他實施例中，計算裝置可將其所計算的齒數比相同或齒數比的差值小於預設值的齒輪與飛輪的組合整合為相同的檔位，如此可將自行車的檔位縮減為彼此不同的檔位。

舉例來說，計算裝置可將上表二中齒數比相同的檔位9 與10、檔位12與13以及檔位15與16合併，並將表二中的檔位重新排序後，即可獲得下表三所示的更新後關係表。其中，自行車的檔位已適當地縮減至24檔。而若考慮將齒輪比相近的檔位也進行合併，則可再進一步縮減至少於24檔。 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 44 </td><td> 32 </td><td> 22 </td></tr><tr><td> 34 </td><td> 1.294117(9) </td><td> 0.941176(4) </td><td> 0.647058(1) </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 1.466666(11) </td><td> 1.066666(6) </td><td> 0.733333(2) </td></tr><tr><td> 26 </td><td> 1.692307(13) </td><td> 1.230769(8) </td><td> 0.846153(3) </td></tr><tr><td> 23 </td><td> 1.913043(15) </td><td> 1.391304(10) </td><td> 0.956521(5) </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 2.200000(18) </td><td> 1.600000(12) </td><td> 1.100000(7) </td></tr><tr><td> 17 </td><td> 2.588235(20) </td><td> 1.882352(14) </td><td> 1.294117(9) </td></tr><tr><td> 15 </td><td> 2.933333(22) </td><td> 2.133333(17) </td><td> 1.466666(11) </td></tr><tr><td> 13 </td><td> 3.384615(23) </td><td> 2.461538(19) </td><td> 1.692307(13) </td></tr><tr><td> 11 </td><td> 4.000000(24) </td><td> 2.909090(21) </td><td> 2.000000(16) </td></tr></TBODY></TABLE>表三

需說明的是，上述的檔位與齒數比關係表的建立需要花費時間，故係於使用者於自行車10上新安裝自行車自動換檔系統20時，或是使用者於計算裝置25上選擇重置關係表時，計算裝置25才會進行此關係表的建立或更新。一旦關係表建立之後，計算裝置25會將此關係表的資料存入記憶體或其他儲存媒體中，以便計算裝置25在後續需要切換檔位時可以存取使用。

回到圖3的流程，在步驟S308中，計算裝置25會利用感測器26偵測自行車之使用者的騎乘狀態（例如利用心率感測器偵測使用者的心率），並根據上述的關係表控制前伺服馬達21與後伺服馬達22推動前撥鍊器12與後撥鍊器14，以切換至適於此騎乘狀態下的檔位。其中，計算裝置25例如會將所偵測的騎乘狀態與預設上限及預設下限進行比較，若騎乘狀態大於預設上限，則根據關係表將檔位切換至目前檔位的前一個檔位（較高檔位）；若騎乘狀態小於預設下限，則根據關係表將檔位切換至目前檔位的後一個檔位（較低檔位）。

舉例來說，計算裝置25例如會將心率感測器所偵測到的心率與使用者心率的歷史記錄或者使用者設定的上限值進行比較，而當發現所偵測到的心率較歷史值或設定值為高時，則會從上述的關係表中查詢目前檔位的前一個檔位，而根據關係表中記錄的該檔位對應的齒數與飛輪，控制伺服馬達21與後伺服馬達22推動前撥鍊器12與後撥鍊器14，以切換至該檔位。

需說明的是，在其他實施例中，當計算裝置25在切換檔位時，若所要切換的檔位對應兩種以上的齒輪與飛輪的組合，則計算裝置25例如會根據目前檔位對應的齒輪與飛輪，選擇所需切換之齒輪與飛輪的數目最少的組合進行切換。藉此，可以用最少的切換齒輪數目切換至所需的檔位，從而節省切換齒輪所花費的時間。

舉例來說，以表三的檔位與齒數比關係表為例，若自行車的目前檔位為第8檔（對應齒數比 ），且計算裝置根據騎乘狀態欲切換至第9檔，則由於第9檔可對應至齒數比 與 ，且由目前齒數比 切換至齒數比 與 所需切換的齒輪數目分別為4個及3個，計算裝置將會選擇切換至齒數比 所對應的齒輪（齒數44）及飛輪（齒數34），以節省切換齒輪所花費的時間。

綜上所述，本發明的自行車自動換檔方法與系統係在自行車的前後撥鍊器上配置伺服馬達，而藉由計算裝置的控制，推動前後撥鍊器切換齒輪，並據以計算出前後齒輪的齒數比，並根據所計算齒數比的大小，由小至大設定為自行車的檔位。而根據這些設定的檔位，計算裝置即可隨時根據使用者的騎乘狀態，自動控制前後撥鍊器切換至合適的檔位。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧腳踏車裝置
11‧‧‧大齒盤
12‧‧‧前撥鍊器
13‧‧‧後齒盤
14‧‧‧後撥鍊器
15‧‧‧曲柄
16‧‧‧踏板
17‧‧‧鍊條
20‧‧‧自行車自動換檔系統
21‧‧‧前伺服馬達
22‧‧‧後伺服馬達
221‧‧‧轉動撥桿
23‧‧‧前轉速感測器
24‧‧‧後轉速感測器
25‧‧‧計算裝置
26‧‧‧感測器
S302~S308‧‧‧本發明一實施例之自行車自動換檔方法的步驟
S402~S412‧‧‧本發明一實施例之計算齒數比方法的步驟

圖1是依照本發明一實施例所繪示之自行車自動換檔系統的示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示之後伺服馬達與後撥鍊器的配置示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例所繪示的自行車自動換檔方法的流程圖。 圖4是依照本發明的一實施例所繪示的計算齒數比的方法流程圖。

S302~S308‧‧‧本發明一實施例之自行車自動換檔方法的步驟

Claims (20)

1. 一種自行車自動換檔方法，適於由計算裝置控制配置於自行車之前撥鍊器的前伺服馬達推動該前撥鍊器，並控制配置於該自行車之後撥鍊器的後伺服馬達推動該後撥鍊器，以切換該自行車的檔位，該方法包括下列步驟： 控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器至該自行車的大齒盤的多個齒輪中的第一齒輪，並控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器由後齒盤的多個飛輪中的第一飛輪依序移動至最末飛輪，以利用轉速感測器測量該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的齒數比； 控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器至該自行車的該後齒盤的所述飛輪中的該第一飛輪，並控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器由該大齒盤的所述齒輪中的該第一齒輪依序移動至該最末齒輪，以利用所述轉速感測器測量該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比； 利用所測量的該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比與該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比，建立該自行車的多個檔位與所述齒數比的關係表；以及 偵測該自行車之使用者的騎乘狀態，並根據該關係表控制該前伺服馬達與該後伺服馬達推動該前撥鍊器與該後撥鍊器，以切換至適於該騎乘狀態下的該檔位。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器至該自行車的該大齒盤的該第一齒輪的步驟之前，更包括： 轉動該自行車的曲柄以帶動該大齒盤與該後齒盤轉動； 控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器由一端點位置移動至另一端點位置；以及 利用配置於該前撥鍊器周圍的震動感測器偵測該前撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據該震動幅度中的多個峰值決定該大齒盤中各所述齒輪相對於該前撥鍊器的位置，而用於控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器至各所述齒輪。
3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中在控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器由該後齒盤的該第一飛輪依序移動至該最末飛輪的步驟之前，更包括： 轉動該自行車的曲柄以帶動該大齒盤與該後齒盤轉動； 控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器由一端點位置移動至另一端點位置；以及 利用配置於該後撥鍊器周圍的震動感測器偵測該後撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據該震動幅度中的多個峰值決定該後齒盤中各所述飛輪相對於該後撥鍊器的位置，而用於控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器至各所述飛輪。
4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中利用所述轉速感測器測量該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比的步驟包括： 轉動該自行車的曲柄以帶動該大齒盤與該後齒盤轉動； 利用配置於靠近該大齒盤的輻條上的前轉速感測器偵測該前撥鍊器位於該第一齒輪時該大齒盤的第一轉速，並利用配置於靠近該後齒盤的輻條上的後轉速感測器偵測該後撥鍊器位於該第一飛輪時該後齒盤的第二轉速； 計算該第二轉速與該第一轉速的比值做為該第一齒輪與該第一飛輪之間的該齒數比；以及 控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器至該第一飛輪的下一飛輪，並重複上述步驟，以計算該第一齒輪與各所述飛輪之間的該齒數比。
5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中利用所測量的該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比與該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比，建立該自行車的多個檔位與所述齒數比的該關係表的步驟包括： 建立所述飛輪與所述齒輪之間的對應關係的該關係表； 填入所測量的該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比與該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比於該關係表； 根據所測量的該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比與該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比，利用連比公式計算其他各所述齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比；以及 排序該關係表中的所述齒數比，由小至大決定各所述齒數比對應的該檔位並記錄於該關係表。
6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中排序該關係表中的所述齒數比，由小至大決定各所述齒數比對應的該檔位並記錄於該關係表的步驟包括： 將該齒數比相同或該齒數比的差值小於預設值的該齒輪與該飛輪的組合設定為相同的該檔位。
7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中根據該關係表控制該前伺服馬達與該後伺服馬達推動該前撥鍊器與該後撥鍊器，以切換至適於該騎乘狀態下的該檔位的步驟包括： 若所要切換的該檔位對應兩種以上的該齒輪與該飛輪的該組合，根據目前的該檔位對應的該齒輪與該飛輪，選擇所需切換之該齒輪與該飛輪的數目最少的該組合進行切換。
8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述轉速感測器包括控制器以及磁簧開關、紅外線開關或雷射開關，其中該控制器包括根據該磁簧開關、該紅外線開關或該雷射開關輸出的觸發訊號的時間間隔計算各所述飛輪與各所述齒輪之間的該齒數比。
9. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中偵測該自行車之該使用者的該騎乘狀態的步驟包括： 利用生理資訊感測器偵測該使用者的生理資訊，據以判定該使用者的該騎乘狀態。
10. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中偵測該自行車之該使用者的該騎乘狀態的步驟包括： 利用該轉速感測器偵測該使用者踩踏該自行車的踏板的速率或利用配置於該踏板上的壓力感測器偵測該使用者踩踏該踏板的力量，據以判定該使用者的該騎乘狀態。
11. 一種自行車自動換檔系統，適於切換自行車的檔位，包括： 前伺服馬達，配置於該自行車之前撥鍊器，推動該前撥鍊器； 後伺服馬達，配置於該自行車之後撥鍊器，推動該後撥鍊器； 前轉速感測器，配置於靠近該大齒盤的輻條上，偵測該大齒盤的第一轉速； 後轉速感測器，配置於靠近該後齒盤的輻條上，偵測該後齒盤的第二轉速； 至少一感測器，偵測該自行車之使用者的騎乘狀態；以及 計算裝置，連接該前伺服馬達、該後伺服馬達、該前轉速感測器及該後轉速感測器，其中 該計算裝置控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器至該自行車的大齒盤的多個齒輪中的第一齒輪，並控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器由後齒盤的多個飛輪中的第一飛輪依序移動至最末飛輪，以利用該前轉速感測器與該後轉速感測器所偵測的該第一轉速與該第二轉速，測量該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的齒數比； 該計算裝置控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器至該自行車的該後齒盤的所述飛輪中的該第一飛輪，並控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器由該大齒盤的所述齒輪中的該第一齒輪依序移動至該最末齒輪，以利用所述轉速感測器所偵測的該第一轉速與該第二轉速，測量該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比； 該計算裝置利用所測量的該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比與該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比，建立該自行車的多個檔位與所述齒數比的關係表；以及 該計算裝置根據所述感測器所偵測的該騎乘狀態，根據該關係表控制該前伺服馬達與該後伺服馬達推動該前撥鍊器與該後撥鍊器，以切換至適於該騎乘狀態下的該檔位。
12. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中該計算裝置更在該自行車的曲柄轉動而帶動該大齒盤與該後齒盤轉動時，控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器由一端點位置移動至另一端點位置，並利用配置於該前撥鍊器周圍的震動感測器偵測該前撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據該震動幅度中的多個峰值決定該大齒盤中各所述齒輪相對於該前撥鍊器的位置，而用於控制該前伺服馬達推動該前撥鍊器至各所述齒輪。
13. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中該計算裝置更在該自行車的曲柄轉動而帶動該大齒盤與該後齒盤轉動時，控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器由一端點位置移動至另一端點位置，並利用配置於該後撥鍊器周圍的震動感測器偵測該後撥鍊器在移動過程中的震動幅度，以根據該震動幅度中的多個峰值決定該後齒盤中各所述飛輪相對於該後撥鍊器的位置，而用於控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器至各所述飛輪。
14. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中該計算裝置包括在該自行車的曲柄轉動而帶動該大齒盤與該後齒盤轉動時，利用該前轉速感測器偵測該前撥鍊器位於該第一齒輪時該大齒盤的該第一轉速，並利用該後轉速感測器偵測該後撥鍊器位於該第一飛輪時該後齒盤的該第二轉速，計算該第二轉速與該第一轉速的比值做為該第一齒輪與該第一飛輪之間的該齒數比，以及控制該後伺服馬達推動該後撥鍊器至該第一飛輪的下一飛輪，並重複上述步驟，以計算該第一齒輪與各所述飛輪之間的該齒數比。
15. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中該計算裝置包括建立所述飛輪與所述齒輪之間的對應關係的該關係表，以填入所測量的該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比與該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比，而根據所測量的該第一齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比與該第一飛輪與該大齒盤的各所述齒輪之間的該齒數比，利用連比公式計算其他各所述齒輪與該後齒盤的各所述飛輪之間的該齒數比，以及排序該關係表中的所述齒數比，由小至大決定各所述齒數比對應的該檔位並記錄於該關係表。
16. 如申請專利範圍第15項所述的系統，其中該計算裝置包括將該齒數比相同或該齒數比的差值小於預設值的該齒輪與該飛輪的組合設定為相同的該檔位。
17. 如申請專利範圍第16項所述的系統，其中若該計算裝置所要切換的該檔位對應兩種以上的該齒輪與該飛輪的該組合，該計算裝置包括根據目前的該檔位對應的該齒輪與該飛輪，選擇所需切換之該齒輪與該飛輪的數目最少的該組合進行切換。
18. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中該前轉速感測器與該後轉速感測器分別包括控制器以及磁簧開關、紅外線開關或雷射開關，其中該控制器包括根據該磁簧開關、該紅外線開關或該雷射開關輸出的觸發訊號的時間間隔計算該第一轉速與該第二轉速。
19. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中所述感測器包括： 生理資訊感測器，偵測該使用者的生理資訊，並提供該計算裝置據以判定該使用者的該騎乘狀態。
20. 如申請專利範圍第11項所述的系統，其中所述感測器包括： 壓力感測器，配置於該自行車的踏板上，偵測該使用者踩踏該踏板的力量，並提供該計算裝置據以判定該使用者的該騎乘狀態。