TWI676573B

TWI676573B - 自行車的無線通訊方法及其系統

Info

Publication number: TWI676573B
Application number: TW107103799A
Authority: TW
Inventors: 林寶文; Pao-Wen Lin; 莊恂諭; Hsun-Yu Chuang
Original assignee: 彥豪金屬工業股份有限公司; Tektro Technology Corporation
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-11-11
Also published as: CN110126971A; TW201934416A; US20190241236A1; US10793225B2; CN110126971B

Abstract

一種自行車的無線通訊方法，適用於電子變速系統，所述的方法包括：主要控制器建立第一通訊連線至中繼裝置，從屬控制器建立第二通訊連線至中繼裝置，主要控制器透過第一通訊連線發送控制訊號至中繼裝置，以及中繼裝置透過第二通訊連線發送控制訊號至從屬控制器，其中，從屬控制器依據控制訊號控制馬達驅動裝置進行變速動作。

Description

自行車的無線通訊方法及其系統

本發明係關於一種無線通訊方法，特別是關於應用於自行車電子變速系統中的無線通訊方法。

電子變速系統是自行車套件發展史上的一個里程碑。傳統機械變速系統採用手動拉引變速線更換齒輪比，長期使用下來將衍生變速線拉伸，線管破損等問題。電子變速系統係透過電子訊號控制伺服馬達調整變速齒輪，在變速時具有穩定的作動。另外，裝設於自行車把手的變速控制按鈕的鍵程固定，按鈕位置並不會因為路程振動而偏移，因而電子變速系統的換檔精準且快速。電子變速器更具有減少鍊條磨損，簡單的後期維護，以及變速性能不會隨著時間推移發生改變等優勢。

在自行車的電子變速系統中，採用無線通訊的方式連接左、右變速把手與前、後變速器已經是目前流行的趨勢。然而，現今電子變速系統組件常見的配對連線方式，係分別按壓變速把手與變速器上的配對按鈕，在兩者之間的配對連線建立之後便可進行變速操作。從另一角度觀之，這種簡單的配對連線方式，對於操作者而言並無任何限制；也就是說，自行車車主以外的其他人士亦能竊取整套電子變速系統組件，輕易地啟用配對連線並使用。對於要價不菲的電子變速系統而言，缺乏提供給特定使用者獨佔的防盜機制實為自行車電子變速器系統研發的一個嚴重問題。

有鑑於此，本發明提出一種自行車的無線通訊方法，以及應用前述方法的自行車的無線通訊系統，藉由可信任的中繼裝置專屬負責電子變速系統的無線訊號傳遞工作，以避免其他人輕易地使用電子變速系統。

依據本發明一實施例的自行車的無線通訊方法，適用於電子變速系統，所述的方法包括：主要控制器建立第一通訊連線至中繼裝置；從屬控制器建立第二通訊連線至中繼裝置；主要控制器透過第一通訊連線發送控制訊號至中繼裝置；以及中繼裝置透過第二通訊連線發送控制訊號至從屬控制器；其中，從屬控制器依據控制訊號控制馬達驅動裝置進行變速動作。

依據本發明一實施例的自行車的無線通訊系統，包括：主要控制器、從屬控制器以及中繼裝置。主要控制器具有觸發單元及第一通訊單元，觸發單元電性連接第一通訊單元，觸發單元用以依據一觸發狀況產生一控制訊號，第一通訊單元用以發送控制訊號。從屬控制器，具有驅動單元及第二通訊單元，驅動單元電性連接第二通訊單元，驅動單元用以根據控制訊號驅動受控裝置，第二通訊單元用以接收控制訊號。中繼裝置與主要控制器之間具有第一通訊連線且與從屬控制器之間具有第二通訊連線，中繼裝置係用以發送一廣播訊號以與主要控制器及從屬控制器分別建立第一通訊連線及第二通訊連線，且中繼裝置用以透過第一通訊連線接收控制訊號，並透過第二通訊連線發送控制訊號。

綜上所述，依據本發明一實施例的自行車的無線通訊方法及其系統，藉由主要控制器和從屬控制器分別建立通訊連線至中繼裝置，然後由中繼裝置負責變速訊號的傳遞。因此當中繼裝置遠離自行車時，主要控制器和從屬控制器原本建立的通訊連線隨之斷開，使得變速訊號無法再於控制器之間被傳遞，因此可避免未攜帶中繼裝置的使用者任意操作自行車的電子變速系統，增加了自行車的安全性。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

1、12、14‧‧‧主要控制器

3、32、34‧‧‧從屬控制器

5‧‧‧中繼裝置

52‧‧‧第一中繼裝置

54‧‧‧第二中繼裝置

C1‧‧‧第一通訊連線

C2‧‧‧第二通訊連線

C3‧‧‧第三通訊連線

C4‧‧‧第四通訊連線

C5‧‧‧第五通訊連線

C6‧‧‧第六通訊連線

P1‧‧‧第一位置

P2‧‧‧第二位置

P3‧‧‧第三位置

P4‧‧‧第四位置

1A‧‧‧觸發單元

3A‧‧‧驅動單元

1C‧‧‧第一通訊單元

3C‧‧‧第三驅動單元

圖1係依據本發明第一實施例所繪示的自行車的無線通訊系統示意圖。

圖2係依據本發明第一實施例所繪示的自行車的無線通訊方法的通訊連線示意圖。

圖3係自行車的無線通訊系統的裝設位置示意圖。

圖4係依據本發明第二實施例所繪示的自行車的無線通訊方法的通訊連線示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考圖1。依據本發明第一實施例的自行車的無線通訊系統包括：主要控制器1、從屬控制器3以及中繼裝置5。主要控制器1具有觸發單元1A及第一通訊單元1C。觸發單元1A電性連接該第一通訊單元1C，觸發單元1A例如係按鈕、開關或計時器，甚至包括複數個用以觸發不同事件的按鈕。觸發單元1A依據一觸發狀況(例如：開關被切換、按鈕被按下或是計時器達到一預設時間)而產生控制訊號，第一通訊單元1C以無線通訊方式發送觸發單元產生的控制訊號。

關於從屬控制器3，其係具有驅動單元3A及第二通訊單元3C。驅動單元3A電性連接該第二通訊單元3C。第二通訊單元3C以無線通訊方式接收控制訊號，並將所接收的控制訊號發送至驅動單元3A，驅動單元3A例如係馬達驅動器，根據控制訊號驅動一受控裝置。

中繼裝置5與主要控制器1之間具有第一通訊連線C1，與從屬控制器3之間具有第二通訊連線C2。詳言之，中繼裝置5係用以發送廣播訊號，以與主要控制器1及從屬控制器3分別建立第一通訊連線C1及第二通訊連線C2，且中繼裝置5用以透過第一通訊連線C1接收控制訊號，以及透過第二通訊連線C2發送控制訊號。

請參考圖2，其係依據本發明第一實施例所繪示的自行車無線通訊方法的通訊連線示意圖。所述的自行車無線通訊方法係適用於如圖1的自行車無線通訊系統。在此實施例中，所述的無線通訊系統的主要控制器1相當於左變速把手或右變速把手，而從屬控制器3則相當於前變速器或後變速器，其相對於車架的裝設位置將於後文詳述。

在本發明揭露的無線通訊方法的第一實施例中，係先使主要控制器1與中繼裝置5建立第一通訊連線C1，且使從屬控制器3與中繼裝置5建立第二通訊連線C2。通訊連線C1、C2的建立順序並無先後次序的限制。建立通訊連線C1、C2的方式基本相同，以下係以建立第一通訊連線C1舉例說明。使用者觸發中繼裝置5以發送廣播訊號，觸發方式例如按壓中繼裝置5上的按鈕或開關等觸發單元；主要控制器1接收到此廣播訊號後，確認此廣播訊號中是否包含一可信任資訊(例如：中繼裝置5的裝置識別碼)；如果是，則主要控制器1回傳一交握(Handshake)訊號或確認(Acknowledgement)訊號至中繼裝置5，由此建立第一通訊連線C1；如果中繼裝置5發送的廣播訊號中不包含前述的可信任資訊，則主要控制器1維持原有狀態，不執行任何通訊動作。前述的廣播訊號發起方與接收方亦可相反，也就是由使用者觸發主要控制器1以發送廣播訊號，中繼裝置5收到廣播訊號後檢查其中是否包含可信任資訊以建立第一通訊連線C1。

實務上，第一通訊連線C1及第二通訊連線C2係採用相同的通訊標準，例如ANT+、藍牙(Bluetooth)、低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy)、紫蜂(ZigBee)、無線區域網技術或近場通訊(Near-field communication，NFC)等，然而上述並非用以限制本發明可採用的通訊標準，開發方亦可自行定義一無線通訊標準以符合於自行車電子變速系統中低功耗的傳輸需求。實務上，中繼裝置5係可執行前述一項或數項通訊標準的硬體裝置，例如具有支援藍牙通訊協定的智慧型手機。

在建立第一通訊連線C1及第二通訊連線C2之後，主要控制器1透過第一通訊連線C1發送控制訊號至中繼裝置5。在中繼裝置5接收到此控制訊號後，中繼裝置5透過第二通訊連線C2將此控制訊號轉發至從屬控制器3，從屬控制器3根據此控制訊號控制馬達驅動裝置(未繪示)以驅動伺服馬達切換變速齒輪進行控制訊號所指示的變速動作。透過上述等步驟，即本發明第一實施例的通訊方法，使用者可透過中繼裝置5的訊號轉發達成從變速把手下達變速指令，並完成自行車檔位的切換。

在本發明第一實施例中，除了主要控制器1經由中繼裝置5將控制訊號發送至從屬控制器3的這種訊號傳送方式，從屬控制器3亦可透過第二通訊連線C2發送一狀態訊號至中繼裝置5。在中繼裝置5接收到此狀態訊號後，中繼裝置5選擇性地透過第一通訊連線C1將狀態訊號發送至主要控制器1。實務上，狀態訊號係從屬控制器3用於回報馬達驅動裝置的檔位資訊或從屬控制器3本身的電量資訊。中繼裝置5更包括一顯示單元，例如智慧型手機的螢幕，中繼裝置5根據狀態訊號的內容透過顯示單元呈現檔位資訊或電量資訊以供使用者檢視。另一方面，中繼裝置5亦可將接收自從屬控制器3的狀態訊號轉送至主要控制器1予以進一步使用，本發明對此不予限制。依據前述類推，控制訊號除了包括控制從屬控制器3的變速指令之外，亦可包括主要控制器1所記錄的檔位資訊或主要控制器1本身的電量資訊，當中繼裝置5接收到控制訊號後，中繼裝置5根據控制訊號的內容透過顯示單元呈現檔位資訊或電量資訊以供使用者檢視。

在第一通訊連線C1建立之後，主要控制器1偵測此第一通訊連線C1，所述偵測方式例如：定期發送廣播訊號並等待回覆。當主要控制器1偵測到第一通訊連線C1中斷後，主要控制器1隨即進入睡眠模式。基於同樣的方式，在第二通訊連線C2建立之後，從屬控制器3偵測第二通訊連線C2。當第二通訊連線C2中斷時，從屬控制器3進入睡眠模式。基於上述的通訊連線偵測機制以及建立通訊連線C1、C2時的驗證機制，本發明第一實施例所揭露的自行車無線通訊方法具有防盜功效，舉例說明如下：當使用者將中繼裝置5帶離自行車之後，主要控制器1及從屬控制器3分別偵測到第一通訊連線C1及第二通訊連線C2的中斷而各自進入睡眠模式，因此其他使用者並無法操作主要控制器1或從屬控制器3，直到擁有相同的中繼裝置5的使用者再次建立第一通訊連線C1及第二通訊連線C2。由於主要控制器1與從屬控制器3在任何時候並無法直接通訊連線彼此，因此可有效地避免其他未持有中繼裝置5的使用者任意操作自行車的電子變速系統。另一方面，對於主要控制器1及從屬控制器3而言，採用偵測通訊連線C1、C2是否中斷而決定是否進入睡眠模式的方式，亦可達到節省無線通訊電力消耗的功效。

請參考圖3，其係自行車無線通訊系統的裝設位置示意圖。在前述關於第一實施例的說明中，僅以一主要控制器1及一從屬控制器3說明本發明的無線通訊方法，然而具有通常知識者應可容易推得：實務上自行車的電子變速系統具有兩個主要控制器1分別位於左變速把手(如圖3的第一位置P1)及右變速把手(如圖3的第二位置P2)，兩個從屬控制器3分別位於前變速器(如圖3的第三位置P3)與後變速器(如圖3的第三位置P4)。中繼裝置5係由騎乘自行車的使用者自行攜帶。另需附加說明的是：實務上，中繼裝置5可更包括一儲存單元用於記錄允許建立連線的控制器的裝置識別碼，以及一計數器，用於記錄當前建立的通訊連線數量；因此當超過中繼裝置5的最大可連線數量時(一般而言，此數值應為4)時，或是當中繼裝置5連線到具有未知裝置識別碼的控制器時，中繼裝置5將自行中斷上述狀況的通訊連線要求。

請參考圖4，其係依據本發明第二實施例所繪示的自行車無線通訊方法的通訊連線示意圖。在第一實施例中，係以騎乘者自行攜帶中繼裝置5；在第二實施例中，係以第一中繼裝置52(相當於第一實施例的中繼裝置5)授權第二中繼裝置54之後，由第二中繼裝置54負責後續的無線訊號傳遞工作，而第二中繼裝置54係裝設於自行車上鄰近於主要控制器的裝設位置。

請一併參考圖3及圖4，圖4係依據本發明第二實施例所繪示的自行車無線通訊方法的通訊連線示意圖。第二實施例所適用的自行車無線通訊系統與第一實施例相同，包括：主要控制器12、從屬控制器52以及第一中繼裝置52。其中，從屬控制器52位於前變速器裝設的第三位置P3。第一中繼裝置52係由騎乘自行車的使用者自行攜帶。主要控制器12係結合第二中繼裝置54，兩者位於左變速把手裝設的第一位置P1，實務上，可將主要控制器12與第二中繼裝置54透過實體線路電性連接以構成一整合控制單元。詳言之，此整合控制單元具有一第一中繼模式及一第二中繼模式。當此整合控制單元屬於第一中繼模式時，主要控制器12係依據第一實施例所敘述的方式透過第一中繼裝置52進行訊號傳輸；當此整合控制單元屬於第二中繼模式時，主要控制器12係依據第二實施例所敘述的方式透過第二中繼裝置54進行訊號傳輸。而第一中繼模式與第二中繼模式的切換例如係透過主要控制器12偵測是否本身是否具有第一通訊連線C1而決定之，或是透過第一中繼裝置52是否發送授權資訊而決定之，本發明並未限制中繼模式的切換方式。

在本發明揭露的無線通訊方法的第二實施例中，首先主要控制器12與第一中繼裝置52建立第一通訊連線C1，從屬控制器32與第一中繼裝置52建立第二通訊連線C2。在第一通訊連線C1及第二通訊連線C2建立之後，第一中繼裝置52傳送授權資訊至第二中繼裝置54，具體方式例如使用者觸發第一中繼裝置52上的觸發單元以發送授權資訊，觸發方式例如按壓第一中繼裝置52上的按鈕或開關等觸發單元。所述的授權資訊例如包括前述的可信任資訊，其作用在於使第二中繼裝置54可以替代第一中繼裝置52與主要控制器12以及從屬控制器32建立通訊連線。

在第二中繼裝置54接收授權資訊之後，第一中繼裝置52中斷第一通訊連線C1及第二通訊連線C2。中斷通訊連線的形式例如是主動中斷，例如使用者關閉第一中繼裝置52的電源；或者是被動中斷，例如使用者將第一中繼裝置52帶離自行車，使得主要控制器12與從屬控制器32各自無法偵測到第一通訊連線C1及第二通訊連線C2，因而各自中斷通訊連線C1、C2。

當第一通訊連線C1及第二通訊連線C2中斷之後，主要控制器12建立第三通訊連線C3至第二中繼裝置54，從屬控制器32建立第四通訊連線C4至第二中繼裝置54。關於第三通訊連線C3的建立方法，例如當前述的整合控制單元接收到授權資訊時，整合控制單元切換為第二中繼模式，並將主要控制器12與第二中繼裝置54之間由實體線路構成的第三通訊連線C3予以啟用。關於第四通訊連線C4的建立方式，例如從屬控制器54先行以廣播方式發送用以代表本身的識別資訊，整合控制單元中的第二中繼裝置54在已接收授權資訊的前提下，當收到識別資訊時，儲存該識別資訊並建立第四通訊連線C4。

在第三通訊連線C3及第四通訊連線C4建立之後，主要控制器12透過第三通訊連線C3發送控制訊號至第二中繼裝置54，第二中繼裝置54透過該第四通訊連線C4發送控制訊號該從屬控制器34。

請一併參考圖3及圖4。實務上，位於右變速把手裝設的第二位置P2的另一主要控制器14可依循前面介紹的第四通訊連線C4的建立方式，建立第五通訊連線C5至第二中繼裝置54。同樣地，位於後變速器裝設的第四位置P4的另一從屬控制器54可依循前面介紹的第四通訊連線C4的建立方式，建立第六通訊連線C6至第二中繼裝置54。另一主要控制器14透過該第五通訊連線C5發送另一控制訊號至第二中繼裝置54；第二中繼裝置54透過該第六通訊連線C6發送另一控制訊號至另一從屬控制器34。

在本發明第二實施例中，除了保有第一實施例所具有的防盜功效之外，透過第一中繼裝置52授權給第二中繼裝置54的設計，可作為使用者未攜帶第一中繼裝置52或第一中繼裝置52電源耗盡時的替代方案，藉此第二實施例相較第一實施例而言，除可供使用者選擇不需隨身攜帶第一中繼裝置52(例如手機)，且更具有延長電子變速系統使用時間的功效。另外附加說明的是：為復原在建立通訊連線的過程中人為因素導致的錯誤連線，主要控制器12、從屬控制器32、另一主要控制器14或另一從屬控制器34上亦可提供刪除已儲存的識別資訊的機制。實務上，例如透過觸發控制器上的觸發單元觸發以啟動刪除識別資訊的程序。

綜合以上所述，本發明一實施例所揭露的自行車的無線通訊系統及其方法，透過可信任的中繼裝置與左右變速把手以及前後變速器分別建立通訊連線，並且以無線通訊方式傳輸變速訊號或是狀態訊號，因此可確保當中繼裝置被攜離自行車後，不具有同一個中繼裝置的使用者無法任意使用自行車的電子變速系統，藉此達到防盜的功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

Claims

一種自行車的無線通訊方法，適用於一電子變速系統，所述的方法包括：以一主要控制器建立一第一通訊連線至一中繼裝置；以一從屬控制器建立一第二通訊連線至該中繼裝置；以該主要控制器透過該第一通訊連線發送一控制訊號至該中繼裝置；以及以該中繼裝置透過該第二通訊連線發送該控制訊號至該從屬控制器；其中，該從屬控制器依據該控制訊號控制一馬達驅動裝置進行一變速動作；其中，當該中繼裝置遠離該電子變速系統時，該第一通訊連線及該第二通訊連線即中斷。
如請求項1所述的方法，在建立該第一通訊連線及建立該第二通訊連線之後更包括：以該從屬控制器透過該第二通訊連線發送一狀態訊號至該中繼裝置；以及以該中繼裝置選擇性地透過該第一通訊連線發送該狀態訊號至該主要控制器。
如請求項1所述的方法，其中該中繼裝置更包括一顯示單元，且在該主要控制器透過該第一通訊連線發送該控制訊號至該中繼裝置之後，以該中繼裝置根據該控制訊號呈現一檔位資訊或一電量資訊。
如請求項2所述的方法，其中該中繼裝置更包括一顯示單元，且在該從屬控制器透過該第二通訊連線發送該狀態訊號至該中繼裝置之後，以該中繼裝置根據該狀態訊號呈現一檔位資訊或一電量資訊。
如請求項1所述的方法，在該第一通訊連線建立之後，更包括：以該主要控制器偵測該第一通訊連線，當該第一通訊連線中斷時，該主要控制器進入一睡眠模式。
如請求項1所述的方法，在該第二通訊連線建立之後，更包括：以該從屬控制器偵測該第二通訊連線，當該第二通訊連線中斷時，該從屬控制器進入一睡眠模式。
如請求項1所述的方法，其中該中繼裝置係一智慧型手機。
如請求項1所述的方法，其中該第一通訊連線及該第二通訊連線之通訊標準係ANT+、藍牙、低功耗藍牙、紫蜂、無線區域網技術或近場通訊。
如請求項1所述的方法，其中該中繼裝置為一第一中繼裝置，該主要控制器係結合一第二中繼裝置，該方法更包括：以該第一中繼裝置傳送一授權資訊至該第二中繼裝置且中斷該第一通訊連線及該第二通訊連線；以該第二中繼裝置接收該授權資訊並以廣播方式發送該授權資訊；以該第二中繼裝置根據該授權資訊與該主要控制器建立一第三通訊連線；以該從屬控制器建立一第四通訊連線至該第二中繼裝置；以該主要控制器透過該第三通訊連線發送該控制訊號至該第二中繼裝置；以及以該第二中繼裝置透過該第四通訊連線發送該控制訊號至該從屬控制器。
如請求項9所述的方法，其中於該第一中繼裝置傳送該授權資訊至該第二中繼裝置之後，更包括：以另一主要控制器建立一第五通訊連線至該第二中繼裝置；以另一從屬控制器建立一第六通訊連線至該第二中繼裝置；以該另一主要控制器透過該第五通訊連線發送另一控制訊號至該第二中繼裝置；以及以該第二中繼裝置透過該第六通訊連線發送該另一控制訊號至該另一從屬控制器。
如請求項9所述的方法，其中該第一中繼裝置具有一觸發單元，該觸發單元用以供觸發以產生該授權資訊。
如請求項9所述的方法，其中該第二中繼裝置係裝設於一自行車本體且鄰近於該主要控制器之裝設位置。
如請求項9所述的方法，其中建立該第四通訊連線更包括：以該從屬控制器接收該授權資訊並發送一識別資訊，且該識別資訊係用以代表該從屬控制器；以及以該主要控制器透過該第二中繼裝置接收並儲存該識別資訊．
如請求項13所述的方法，更包括以該從屬控制器刪除所儲存之該識別資訊。
一種自行車的無線通訊系統，包括：一主要控制器，具有一觸發單元及一第一通訊單元，該觸發單元電性連接該第一通訊單元，該觸發單元用以依據一觸發狀況產生一控制訊號，該第一通訊單元用以發送該控制訊號；一從屬控制器，具有一驅動單元及一第二通訊單元，該驅動單元電性連接該第二通訊單元，該驅動單元用以根據該控制訊號驅動一受控裝置，該第二通訊單元用以接收該控制訊號；以及一中繼裝置，與該主要控制器之間具有一第一通訊連線且與該從屬控制器之間具有一第二通訊連線，該中繼裝置係用以發送一廣播訊號以與該主要控制器及該從屬控制器分別建立該第一通訊連線及該第二通訊連線，其中，當該中繼裝置遠離該電子變速系統時，該第一通訊連線及該第二通訊連線即中斷，且該中繼裝置用以透過該第一通訊連線接收該控制訊號，並透過該第二通訊連線發送該控制訊號。
如請求項15所述的自行車的無線通訊系統，其中該中繼裝置更包括一顯示單元用以呈現一顯示資訊。
如請求項16所述的自行車的無線通訊系統，其中該顯示單元更用以根據該控制訊號調整該顯示資訊。