TWM477990U - 自行車自動變速系統 - Google Patents

Description

自行車自動變速系統

本創作是有關於一種自行車自動變速系統，特別是有關於一種應用概率密度函數演算法之自行車自動變速系統。

於現今這個緊張忙碌的社會中，各行各業之競爭日益增加，人們的壓力亦日益增加，若不適當地釋放壓力，將損耗掉人們之健康。因此，現今之人們藉由休閒娛樂活動以釋放日常生活中之壓力。其中，騎車兜風亦是一種常見之休閒娛樂活動。此外，現今社會中之油價高漲，愈來愈多之人們紛紛選擇騎乘自行車以替代需耗油之機車或轎車。

然而，一般變速自行車僅提供手動變檔速裝置，且因應不同之地形及速度，會有不同之最佳檔位。但如果騎乘者為初學者或是不熟悉路況之騎乘者，則其不容易手動地將變檔速裝置調整為最佳之檔位，容易造成騎乘上之不便。

有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之目的就是在提供一種自行車自動變速系統，使得自行車可因應不同之地形、騎乘者之狀況及自行車之速度而智慧型地自動變速，藉以節省騎乘者 之體力以及使得騎乘者得到較多之快樂及便利性。

為達上述目的，本創作提供一種自行車自動變速系統，設置於自行車上，本創作之自行車自動變速系統包含：車輪轉速感測器，設置於自行車之輪軸上，此車輪轉速感測器感測自行車之車輪轉速資訊；曲柄軸轉速感測器，設置於自行車之曲柄軸上，此曲柄軸轉速感測器感測曲柄軸之曲柄軸轉速資訊；處理器，電性連接車輪轉速感測器及曲柄軸轉速感測器，以接收車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊，此處理器利用一概率密度函數演算法對車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊進行運算動作，藉以得到自行車之最佳檔位；以及電子變速機構，設置於自行車之後輪上且電性連接處理器，此電子變速機構變更自行車之現行檔位為最佳檔位，以自動變速自行車。

其中，本創作之自行車自動變速系統更可包含扭力感測器，設置於自行車之大齒盤中且電性連接處理器，此扭力感測器感測自行車之曲柄扭力資訊，而處理器更可利用概率密度函數演算法對曲柄扭力資訊進行運算動作以進一步調整自行車之最佳檔位。

其中，電子變速機構可具有伺服馬達，處理器根據所得之最佳檔位以控制伺服馬達之脈波寬度，使得電子變速機構自動變更現行檔位為最佳檔位。

其中，處理器具有相互電性連接之概率密度計算模組及脈衝寬度調變模組，此概率密度計算模組利用概率密度函數演算法對車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊進行運算動作。而脈衝寬度調變模組依據概率密度計算模組所得之最佳檔位，控制伺服馬達 之脈波寬度，藉以使得電子變速機構變更現行檔位為最佳檔位。

其中，本創作之自行車自動變速系統更可包含開關裝置，電性連接處理器、車輪轉速感測器及曲柄軸轉速感測器以開啟或關閉處理器、車輪轉速感測器及曲柄軸轉速感測器。

其中，本創作之自行車自動變速系統更可包含手動換檔裝置，設置於自行車之把手上且連接電子變速機構，用以使得電子變速機構依據手動換檔裝置提供之訊息而變更自行車之現行檔位。

其中，本創作之自行車自動變速系統更可包含傳輸裝置，電性連接處理器、車輪轉速感測器、曲柄軸轉速感測器及電子變速機構，處理器藉由傳輸裝置以接收車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊以及傳送最佳檔位之資訊至電子變速機構。其中，傳輸裝置可為藍芽傳輸裝置。

其中，車輪轉速感測器可為霍爾元件轉速感測器。

其中，曲柄軸轉速感測器可為紅外線轉速感測器。

因此，依本創作之自行車自動變速系統，可具有一或多個下述優點：

(1)藉由車輪轉速感測器及曲柄軸轉速感測器，藉以感測自行車之速度。

(2)藉由處理器利用概率密度函數演算法對車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊進行運算動作，藉以得到自行車之最佳檔位。

(3)藉由處理器利用概率密度函數演算法進行運算動 作，藉以使得所得之最佳檔位較為精準。

(4)藉由電子變速機構利用處理器所得之最佳檔位以自動調整現行檔位為此最佳檔位，藉以達到自動變速自行車之功能。

100‧‧‧自行車自動變速系統

110‧‧‧車輪轉速感測器

120‧‧‧曲柄軸轉速感測器

130‧‧‧處理器

131‧‧‧概率密度計算模組

132‧‧‧脈衝寬度調變模組

140‧‧‧電子變速機構

141‧‧‧伺服馬達

150‧‧‧扭力感測器

160‧‧‧開關裝置

170‧‧‧手動換檔裝置

180‧‧‧傳輸裝置

200‧‧‧自行車

210‧‧‧輪軸

220‧‧‧曲柄軸

230‧‧‧後車輪

240‧‧‧大齒盤

250‧‧‧把手

300‧‧‧手持裝置

901-907‧‧‧步驟

第1圖係為本創作之自行車自動變速系統之結構示意圖。

第2圖係為本創作之自行車自動變速系統之系統方塊圖。

第3圖係為本創作之自行車自動變速系統之運作流程圖。

請參閱第1圖至第2圖，第1圖係為本創作之自行車自動變速系統之結構示意圖，第2圖係為本創作之自行車自動變速系統之系統方塊圖。如第1圖至第2圖所示，本創作之自行車自動變速系統100係設置於自行車200上，本創作之自行車自動變速系統100包含車輪轉速感測器110、曲柄軸轉速感測器120、處理器130以及電子變速機構140。

其中，車輪轉速感測器110設置於自行車200之輪軸210上，且車輪轉速感測器110感測自行車200之車輪轉速資訊。舉例而言，車輪轉速感測器110可例如為霍爾元件轉速感測器，且設置於自行車200之前車輪或後車輪230之輪軸上，藉以使得霍爾元件轉速感測器可感測前車輪或後車輪230之轉動圈數，並進 而可計算出前車輪或後車輪230之轉動速度以作為自行車200之車輪轉速資訊。而曲柄軸轉速感測器120係設置於自行車200之曲柄軸220上，且曲柄軸轉速感測器120感測曲柄軸220之曲柄軸轉速資訊。舉例而言，曲柄軸轉速感測器120可例如為紅外線轉速感測器，藉以感測曲柄軸220之轉動速度以作為曲柄軸轉速資訊。

因此，本創作之自行車自動變速系統100可藉由車輪轉速感測器110及曲柄軸轉速感測器120，藉以感測自行車200之速度。

此外，本創作之自行車自動變速系統100之車輪轉速感測器110及曲柄軸轉速感測器120亦可電性連接手持裝置300，藉以使得手持裝置300可即時顯示車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊。

另外，處理器130電性連接車輪轉速感測器110及曲柄軸轉速感測器120，使得當車輪轉速感測器110感測到自行車200之車輪轉速資訊及/或當曲柄軸轉速感測器120感測到曲柄軸220之曲柄軸轉速資訊後，處理器130可接收到此自行車200目前之車輪轉速資訊及/或曲柄軸轉速資訊。舉例而言，處理器130可設置於自行車200上，且處理器130、車輪轉速感測器110及曲柄軸轉速感測器120均電性連接傳輸裝置180，以使得車輪轉速感測器110及/或曲柄軸轉速感測器120可透過傳輸裝置180將車輪轉速資訊及/或曲柄軸轉速資訊，傳輸至處理器130以使得處理器130可接收車輪轉速資訊及/或曲柄軸轉速資訊。其中，傳輸裝置180可例如為藍牙傳輸裝置，且可設置於自行車200上。除此之外，處理器130亦可透過傳輸裝置180命令車輪轉速感測器110 及曲柄軸轉速感測器120感測車輪轉速資訊及/或曲柄軸轉速資訊，並傳送回感測到之車輪轉速資訊及/或曲柄軸轉速資訊。

續言之，當處理器130接收到車輪轉速資訊及/或曲柄軸轉速資訊後，可利用概率密度函數演算法對接收到之車輪轉速資訊及/或曲柄軸轉速資訊進行運算動作，藉以可得到自行車200之最佳檔位。舉例而言，以處理器130接收到車輪轉速資訊為例，由機率定義： 以及車輪轉速資訊中之車輪之轉動速度介於最大轉動速度與最小轉動速度之間可知，車輪之轉動速度之機率為 其中，x為車輪轉速資訊中之車輪之轉動速度，a為車輪之最小轉動速度，b為車輪之最大轉動速度，p(x)為“轉動速度為x之機率”。

其中，本創作之自行車自動變速系統100所使用之概率密度函數演算法中之機率分布方式可為高斯分布(Gaussian distribution)。其中，高斯機率分布可表示為： 其中c為平均值，σ² 為變異數，σ為標準差。

因此，本創作之自行車自動變速系統100所使用之概率密度函數演算法可為 其中，不同的i代表自行車200之不同檔位，x _i 為對應符號i的檔位所應對應之車輪轉動速度，x為目前處理器130所接收到之車 輪轉動速度，σ² 為變異數，σ為標準差，p (x _i )為基於車輪轉速資訊之對應符號i的檔位所應對應之機率。

所以，當處理器130接收到車輪轉速感測器110所感測到之車輪轉速資訊後，可將車輪轉速資訊中之車輪轉動速度，以及各個檔位所對應到之車輪轉動速度代入例如為計算式(1)之概率密度函數演算法中，藉以計算各個檔位於目前之車輪轉速資訊之情況下所應對應之機率。之後，處理器130可選擇對應之機率為全部之機率中之最大值的檔位，並將此選擇出的檔位指定為目前自行車200之最佳檔位。

此外，處理器130對於曲柄軸轉速資訊的處理可類似於對於車輪轉速資訊的處理。亦即，對於曲柄軸轉速資訊的處理而言，計算式(1)中之x _i 為對應符號i的檔位所應對應之曲柄軸轉動速度，x為目前處理器130所接收到之曲柄軸轉動速度，而p (x _i )則為基於曲柄軸轉速資訊之對應符號i的檔位所應對應之機率。另外，當處理器130同時接收到車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊時，亦可各別利用計算式(1)對車輪轉動速度及曲柄軸轉動速度，計算對應符號i的檔位所應對應之機率，再對於每一檔位，將基於車輪轉動速度所對應之機率及基於曲柄軸轉動速度所對應之機率相加或進行運算處理，藉以得到每一檔位之比較數值。之後，處理器130可選擇具有最大之比較數值之檔位為最佳檔位。

因此，本創作之自行車自動變速系統100可藉由處理器130利用概率密度函數演算法，對車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊進行運算動作，藉以得到自行車200之最佳檔位。除此之外，由於處理器130係利用概率密度函數演算法對接收到之資訊進行運算動作，因此可使得所得之最佳檔位較為精準。

另外，電子變速機構140係設置於自行車200之後車輪230上以變速自行車200。並且，電子變速機構140電性連接處理器130，以使得當處理器130計算出自行車200之最佳檔位後，電子變速機構140可變更自行車200之現行檔位(亦即目前之自行車200之檔位)為最佳檔位，藉以自動變速自行車200。其中，電子變速機構140亦可電性連接傳輸裝置180，以使得處理器130將計算出之最佳檔位轉為一資訊並將此資訊傳輸至電子變速機構140，藉以使得電子變速機構140變更自行車200之現行檔位為接收到之最佳檔位。

除此之外，當處理器130得到自行車200目前之最佳檔位後，亦可控制電子變速機構140變更自行車200之現行檔位為處理器130所計算出之最佳檔位。舉例而言，電子變速機構140可例如具有伺服馬達141，使得處理器130可根據得到之最佳檔位而控制伺服馬達141之脈波寬度，藉以使得電子變速機構140變更自行車200之現行檔位為最佳檔位。其中，處理器130可例如具有相互電性連接之概率密度計算模組131及脈衝寬度調變模組132，此概率密度計算模組131係接收車輪轉速感測器110所傳送之車輪轉速資訊及曲柄軸轉速感測器所傳送之曲柄軸轉速資訊，再利用例如為計算式(1)或基於計算式(1)之概率密度函數演算法，對接收到之車輪轉速資訊及曲柄軸轉速資訊進行運算動作，藉以得到自行車200之最佳檔位。而脈衝寬度調變模組132則可於接收到概率密度計算模組131所得到之最佳檔位之資訊後，根據此最佳檔位之資訊控制伺服馬達141之脈波寬度，藉以使得電子變速機構140變更自行車200之現行檔位為最佳檔位。

因此，本創作之自行車自動變速系統100可藉由電子變 速機構140利用處理器130所得之最佳檔位，自動調整自行車200之現行檔位為最佳檔位，藉以達到自動變速自行車200之功能。

再者，本創作之自行車自動變速系統100更可包含扭力感測器150，設置於自行車200之大齒盤240中且電性連接處理器130。其中，扭力感測器150感測自行車200之曲柄扭力資訊並傳送至處理器130，使得處理器130更利用例如計算式(1)之概率密度函數演算法，對接收到之曲柄扭力資訊進行運算動作，藉以計算出基於曲柄扭力資訊之對應於各個檔位之機率。

除此之外，當處理器130利用例如計算式(1)計算出基於車輪轉速資訊之對應於各個檔位之機率(第一機率)、基於曲柄軸轉速資訊之對應於各個檔位之機率(第二機率)以及基於曲柄扭力資訊之對應於各個檔位之機率(第三機率)後，可將對應於各個檔位之第一機率、第二機率及第三機率相加、任取其中之二者相加或任取其中之一者，藉以作為各個檔位之比較數值。之後，處理器130再取出各個檔位之比較數值中之最大值，並將此最大值所對應之檔位作為自行車200之最佳檔位，以使得電子變速機構140可變更自行車200之現行檔位為此得到之最佳檔位，藉以自動變速自行車200。

因此，本創作之自行車自動變速系統100可綜合利用車輪轉速資訊、曲柄軸轉速資訊及曲柄扭力資訊，並搭配概率密度函數演算法，藉以降低因單一資訊異常時所產生之錯誤發生率。

請接續參閱第3圖，第3圖係為本創作之自行車自動變速系統之運作流程圖。如第1圖至第3圖所示，本創作之自行車自動變速系統100係先進行步驟901：判斷是否自動變速。舉例 而言，本創作之自行車自動變速系統100可更包含開關裝置160，且開關裝置160電性連接處理器130、車輪轉速感測器110、曲柄軸轉速感測器120及扭力感測器150，藉以開啟或關閉處理器130、車輪轉速感測器110、曲柄軸轉速感測器120及扭力感測器150。其中，開關裝置160可例如為獨自之裝置，亦或者，可例如為手持裝置300之一應用程式。舉例而言，開關裝置160可傳送開啟訊號或關閉訊號至處理器130、車輪轉速感測器110、曲柄軸轉速感測器120及扭力感測器150，藉以開啟或關閉處理器130、車輪轉速感測器110、曲柄軸轉速感測器120及扭力感測器150，並可使得處理器130根據此開啟訊號或關閉訊號而判斷自行車200是否需要進行自動變速。

若“否”，則進行步驟907：判斷是否手動換檔。舉例而言，當處理器130接收到關閉訊號時，不進行自動變速。並且，本創作之自行車自動變速系統100可更包含手動換檔裝置170，且此手動換檔裝置170設置於自行車200之把手250上且連接電子變速機構140，使得電子變速機構140可根據手動換檔裝置170是否調整或傳送訊號出來，藉以判斷自行車200之騎乘者是否手動換檔。若“是”，則進行步驟906：切換檔位，亦即電子變速機構140變更現行檔位為騎乘者利用手動換檔裝置170所欲調整到之檔位；若“否”，則再進行步驟901。

而若於步驟901中，本創作之自行車自動變速系統100之處理器130判定自行車200之騎乘者欲進行自動變速，則本創作之自行車自動變速系統100先進行步驟902：感測轉速及扭力，亦即，利用車輪轉速感測器110、曲柄軸轉速感測器120及扭力感測器150各別感測車輪轉速資訊、曲柄軸轉速資訊以及曲柄扭 力資訊。之後，再進行步驟903：進行概率密度函數演算，亦即處理器130可利用例如為計算式(1)之概率密度函數演算法而得到自行車200之最佳檔位。其中，若本創作之自行車自動變速系統100電性連接例如為手機之手持裝置300時，亦可於得到最佳檔位或得到車輪轉速資訊、曲柄軸轉速資訊以及曲柄扭力資訊後，進行步驟904：傳輸感測資訊及運算資訊，亦即本創作之自行車自動變速系統100可利用傳輸裝置180將所得到之最佳檔位及/或車輪轉速資訊、曲柄軸轉速資訊以及曲柄扭力資訊，傳輸至手持裝置300，藉以使得騎乘者可即時得知自行車200目前之資訊。而當處理器130得到自行車200之最佳檔位後，可進行步驟905：判斷是否需要切換檔位。舉例而言，處理器130可比對得到之最佳檔位與自行車200之現行檔位是否一樣，若“是”，則判斷自行車200不需要切換檔位；若“否”，則判斷自行車200需要切換檔位。而於步驟905中，若處理器130判斷需要切換檔位，則先進行步驟906以使得電子變速機構140變更自行車200之現行檔位為最佳檔位後，再進行另一次之步驟901；反之，若於步驟905中處理器130判斷不需要切換檔位，則本創作之自行車自動變速系統100可直接再次進行步驟901。

因此，本創作之自行車自動變速系統100可使得自行車200因應不同之地形、騎乘者之狀況及自行車200之速度而智慧型地自動變速，藉以節省騎乘者之體力以及使得騎乘者得到較多之快樂及便利性。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

110‧‧‧車輪轉速感測器

120‧‧‧曲柄軸轉速感測器

130‧‧‧處理器

140‧‧‧電子變速機構

141‧‧‧伺服馬達

150‧‧‧扭力感測器

160‧‧‧開關裝置

170‧‧‧手動換檔裝置

180‧‧‧傳輸裝置

200‧‧‧自行車

210‧‧‧輪軸

220‧‧‧曲柄軸

230‧‧‧後車輪

240‧‧‧大齒盤

250‧‧‧把手

300‧‧‧手持裝置

Claims (10)

1. 一種自行車自動變速系統，設置於一自行車上，該自行車自動變速系統包含：一車輪轉速感測器，設置於該自行車之一輪軸上，該車輪轉速感測器感測該自行車之一車輪轉速資訊；一曲柄軸轉速感測器，設置於該自行車之一曲柄軸上，該曲柄軸轉速感測器感測該曲柄軸之一曲柄軸轉速資訊；一處理器，電性連接該車輪轉速感測器及該曲柄軸轉速感測器，以接收該車輪轉速資訊及該曲柄軸轉速資訊，該處理器利用一概率密度函數演算法對該車輪轉速資訊及該曲柄軸轉速資訊進行一運算動作，藉以得到該自行車之一最佳檔位；以及一電子變速機構，設置於該自行車之一後輪上且電性連接該處理器，該電子變速機構變更該自行車之一現行檔位為該最佳檔位，以自動變速該自行車。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自行車自動變速系統，更包含一扭力感測器設置於該自行車之一大齒盤中且電性連接該處理器，該扭力感測器感測該自行車之一曲柄扭力資訊，該處理器更利用該概率密度函數演算法對該曲柄扭力資訊進行該運算動作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自行車自動變速系統，其中該電子變速機構具有一伺服馬達，該處理器根據該最佳檔位以控制該伺服馬達之一脈波寬度，使得該 電子變速機構變更該現行檔位為該最佳檔位。
4. 如申請專利範圍第3項所述之自行車自動變速系統，其中該處理器具有相互電性連接之一概率密度計算模組及一脈衝寬度調變模組，該概率密度計算模組利用該概率密度函數演算法對該車輪轉速資訊及該曲柄軸轉速資訊進行該運算動作，該脈衝寬度調變模組控制該伺服馬達之該脈波寬度，藉以使得該電子變速機構變更該現行檔位為該最佳檔位。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自行車自動變速系統，更包含一開關裝置電性連接該處理器、該車輪轉速感測器及該曲柄軸轉速感測器，以開啟或關閉該處理器、該車輪轉速感測器及該曲柄軸轉速感測器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自行車自動變速系統，更包含一手動換檔裝置設置於該自行車之一把手上且連接該電子變速機構，該手動換檔裝置用以使得該電子變速機構變更該自行車之該現行檔位。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自行車自動變速系統，更包含一傳輸裝置電性連接該處理器、該車輪轉速感測器、該曲柄軸轉速感測器及該電子變速機構，該處理器藉由該傳輸裝置以接收該車輪轉速資訊及該曲柄軸轉速資訊以及傳送該最佳檔位之一資訊至該電子變速機構。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自行車自動變速系統，其中該傳輸裝置係一藍牙傳輸裝置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自行車自動變速系統，其中該車輪轉速感測器係一霍爾元件轉速感測器。
10. 如申請專利範圍第1項所述之自行車自動變速系統，其中該曲柄軸轉速感測器係一紅外線轉速感測器。