專利名稱：具有最佳換檔時機的自動變速自行車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是與自動變速自行車有關，特別是指一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車。
背景技術：
自動變速自行車，其變速的時機大多是依據(jù)車速及踩踏速度來做為判斷依據(jù)，目前并沒有針對使用者的踩踏角度來判斷變速時機的技術。由 于騎乘者在踩踏時，若是在重踩時剛好進行換檔，則會造成變速器正在變化齒輪比而發(fā)生咬合不順的問題，進而影響到使用者騎乘的舒適感。因此，若能選擇騎乘者在輕踩的時機來進行換檔，則可使變速更為順暢，提高騎乘舒適性。不過，自行車的換檔必須在正踩的情形下，因此，若是欲依據(jù)騎乘者踩踏的狀態(tài)來判斷變速時機點時，必須連同踩踏方向一起考慮，亦即，必須判斷踩踏方向。中國臺灣WO 2009036623號專利揭露了一種電動助力車的助力控制裝置，其是以霍爾感應器來感測，以判斷自行車是否為前進狀態(tài)，其圖2及圖3即分別顯示了霍爾感應器感測到正轉及反轉時的波形，由此可見，霍爾感應器可由其所感測的波形來判斷正轉或反轉。中國臺灣CN 101412427號專利則揭露了一種用于電動自行車電動機驅動器的反向踏板檢測電路，其利用了霍爾傳感器在踏板正轉及反轉時信號的占空比不同，防止馬達助力被誤觸發(fā)。此案也揭露了利用霍爾傳感器來判斷正轉或反轉的技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其可判斷變速的最佳時機，并控制變速器在該時機點進行變速。為了達成前述目的，依據(jù)本發(fā)明所提供的一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車，包含有一自行車主體，具有一曲柄軸、設于該曲柄軸上的二曲柄、設于各該曲柄上的一踏板、以及一變速器；一電源模塊，設于該自行車主體；一微電腦，電性連接于該電源模塊；一換檔控制驅動器，電性連接于該微電腦，受該微電腦的控制以驅動該變速器進行變速；以及一踏板位置感測模塊，設于該自行車主體且對應于至少一該曲柄，并且電性連接于該微電腦，該微電腦即通過該踏板位置感測模塊來得知該至少一曲柄旋擺的角度位置以及踩踏方向為正踩或反踩；其中，在騎乘者踩踏所述踏板的過程中，該微電腦是至少以下列條件之一判斷最佳換檔時機(I)感測該至少一曲柄在正踩過程中每次位于一預定位置的角度位置及對應的時間點，并以該微電腦根據(jù)前述角度位置及時間點計算出下次通過踩踏死點的預測時間點，而做為最佳換檔時機；或(2)感測該至少一曲柄在正踩過程中每次位于踩踏死點的時間點，并于該踩踏死點的時間點范圍內(nèi)做為最佳換檔時機；或(3)感測該至少一曲柄在正踩過程中的踩踏轉速值，當該踩踏轉速值小于一預設轉速值時，忽略該踩踏死點的時間點而判斷為最佳換檔時機；或(4)感測該至少一曲柄是否為反踩，若是即判斷為最佳換檔時機。由此，可判斷變速的最佳時機，并控制變速器在該時機點進行變速，讓變速過程更為順暢，進而讓騎乘者更為舒適。


為了詳細說明本發(fā) 明的技術特點所在，以下結合較佳實施例并配合

如后，其中圖I是本發(fā)明第一較佳實施例的結構示意圖。圖2是本發(fā)明第一較佳實施例的裝設示意圖。圖3是本發(fā)明第一較佳實施例的局部結構示意圖，顯示踏板位置感測模塊的結構。圖4是本發(fā)明第一較佳實施例的示意圖，顯示曲柄旋擺一周所經(jīng)過的八個點的角度位置。圖5是本發(fā)明第一較佳實施例的傳感器波形示意圖。圖6是本發(fā)明第一較佳實施例的波形示意圖，顯示取正半周的狀態(tài)。圖7是本發(fā)明第一較佳實施例的波形示意圖，顯示取負半周的狀態(tài)。圖8是本發(fā)明第一較佳實施例的波形示意圖，顯示高電位時間與低電位時間的關系O圖9是本發(fā)明第一較佳實施例的波形示意圖，顯示第一踩踏死點與第二踩踏死點的時間點。圖10是本發(fā)明第一較佳實施例的波形示意圖，顯示霍爾元件感測正踩的信號形態(tài)。圖11是本發(fā)明第一較佳實施例的波形示意圖，顯示霍爾元件感測反踩的信號形態(tài)。圖12A是本發(fā)明第一較佳實施例的角度位置示意圖，顯示在上坡路面時，曲柄旋擺的角度位置及踩踏死點。圖12B是本發(fā)明第一較佳實施例的角度位置示意圖，顯示在下坡路面時，曲柄旋擺的角度位置及踩踏死點。圖13A是本發(fā)明第二較佳實施例的局部結構示意圖，顯示踏板位置感測模塊的磁塊設置狀態(tài)。圖13B是本發(fā)明第二較佳實施例的局部結構示意圖，顯示踏板位置感測模塊及其所產(chǎn)生的波形。圖14是本發(fā)明第三較佳實施例的裝設示意圖。圖15是本發(fā)明第三較佳實施例的示意圖，顯示二傳感器所在的角度位置。
具體實施例方式如圖I至圖3所示，本發(fā)明第一較佳實施例所提供的一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車10,主要由一自行車主體11、一電源模塊21、一微電腦31、一換檔控制驅動器41、一踏板位置感測模塊51所組成，其中該自行車主體11，具有一曲柄軸111、設于該曲柄軸111上的二曲柄12、設于各該曲柄12上的一踏板14、以及一變速器16。該電源模塊21，設于該自行車主體11，本實施例中該電源模塊21是以電池為例。該微電腦31，電性連接于該電源模塊21。該換檔控制驅動器41，電性連接于該微電腦31，受該微電腦31的控制以驅動該變速器16進行變速。該踏板位置感測模塊51，設于該自行車主體11且對應于一該曲柄12，并且電性連 接于該微電腦31，該微電腦31即藉由該踏板位置感測模塊51來得知該曲柄12旋擺的角度位置以及踩踏方向為正踩或反踩。于本第一實施例中，該踏板位置感測模塊51具有一傳感器52，而以該傳感器52對應于該曲柄12位于踩踏死點的角度位置，且該傳感器52是為一五通管傳感器(Bottom Bracket Sensor,BB sensor),通過該傳感器52本身感應時所產(chǎn)生的信號形態(tài)來判斷該一曲柄12是正踩或反踩。于本實施例中，該傳感器52是由多個磁塊521環(huán)繞設置于該曲柄軸111，以及一霍爾元件522設置于該自行車主體11的五通管(圖中未示)內(nèi)所組成。所述磁塊521是彼此等間隔而呈C形排列于該曲柄軸111，而留出缺少至少一該磁塊521的一空缺523，該空缺523于本實施例中是對應于一該曲柄12的柄身。其中，在騎乘者踩踏所述踏板14的過程中，該微電腦31是以下列條件之一判斷最佳換檔時機(I)感測該至少一曲柄在正踩過程中每次位于一預定位置的角度位置及對應的時間點，并以該微電腦根據(jù)前述角度位置及時間點計算出下次通過踩踏死點的預測時間點，而做為最佳換檔時機；或(2)感測該至少一曲柄在正踩過程中每次位于踩踏死點的時間點，并于該踩踏死點的時間點范圍內(nèi)做為最佳換檔時機；或(3)感測該至少一曲柄在正踩過程中的踩踏轉速值，當該踩踏轉速值小于一預設轉速值時，忽略該踩踏死點的時間點而判斷為最佳換檔時機；或(4)感測該至少一曲柄是否為反踩，若是即判斷為最佳換檔時機。前述的條件(I)中，是以該曲柄12的角度位置及所對應的時間點進行運算，進而推算出正踩過程中的踩踏速度，并以該微電腦31計算出下次通過踩踏死點的預測時間點，如圖4配合圖2所示，在每次一該曲柄12經(jīng)過點I (45度)或點5(225度)的角度位置時，即通過其時間點來推算出下次該曲柄12會經(jīng)過點4(180度)或點8(0度)的時間點，由此而預測出該曲柄12在正踩過程中每次位于踩踏死點的時間點，各該預測時間點即做為最佳換檔時機。前述圖4所示的例子中，該曲柄12所經(jīng)過的預定位置的角度位置即以點I或點5為例,而點4或點8即為踩踏死點的角度位置。前述的踩踏死點是為踩踏力矩最小時該曲柄12的角度位置，于本實施例中是為相對于水平面的O度及180度的角度位置。前述的條件(3)中，該預測轉速值為車速與齒輪比的虛擬踩踏轉數(shù)值與一增值的差值，其中，該增值至少為10轉/每分(rpm)。圖5是顯示該傳感器52為五通管傳感器(使用相同圖號52)來偵測曲柄12旋轉的波形圖，其中，取該曲柄12旋轉一周(即360度)所偵測到的波形。之后，取該曲柄12旋轉正半周的波形如圖6所示，以及取該曲柄12旋轉負半周的波形如圖7所示。由圖8所示可知，在高電位時間Th以及低電位時間IY的比值可分類為7 4及7 15兩種，在Th小于 Υ時即代表偵測到第一個踩踏死點Pl (即O度角度位置)。再參閱圖9，通過前述的第一踩踏死點再偵測到三次的正緣觸發(fā)后，即可認定是第二個踩踏死點P2(即180度角度位置)。之后，再重復前述Th小于IY的判斷即可再度找到第一踩踏死點，如此一直不斷循環(huán)重復。而前述的五通管傳感器52在反踩時其所感測到的波形，其電壓準位恒為低電位，因此可以判斷是否為正踩或反踩。若反踩時則依上述的條件(4)而判斷為最佳換檔時機，亦即，在反踩狀況下的任何時間點均是最佳換檔時機。若該傳感器52為霍爾元件時，則通過正踩或反踩時的波形的占空比不同，因此除了可以判斷曲柄12的角度位置之外，還可以直接判斷是否為正踩或反踩，其感測到的正踩波形如圖10所示，反踩的波 形如圖11所示。接下來說明本第一實施例的操作方式。在騎乘過程中，以前述的條件(I)為例，該微電腦31是通過該踏板位置感測模塊51來偵測出該曲柄12位于某個角度位置的時間點，例如踩踏死點的時間點，而這個踩踏死點依實際踩踏狀況而言，即為相對于水平面的O度角度位置及180度角度位置，如圖4所示的點4及點8。當取得兩個踩踏死點的時間點后，即可推算出目前的踩踏速度(即曲柄12的旋擺速度)，再依據(jù)踩踏速度及踩踏死點的時間點，即可計算出下次該曲柄12通過踩踏死點的預測時間點而做為最佳換檔時機。接下來，若是該微電腦31接到了騎乘者所下達的變速指令，或是該微電腦31判斷應進行變速時，即會因為還沒到達最佳換檔時機而暫不變速，而等到下次該曲柄12通過踩踏死點的時間點(即最佳換檔時機)來臨時，才控制該換檔控制驅動器41驅動該變速器16進行變速。如此一來，變速動作都會發(fā)生在踩踏死點的時間點，此時是踩踏扭力最小的時候，可以有最順暢的變速動作，不會發(fā)生重踩時變速的齒輪咬合不順的狀況，騎乘者會感到更為舒適。而前述的條件(2)、(3)及(4)，均可找出符合條件的最佳換檔時機，而再依上段的換檔方式進行操作，而可以有最順暢的變速動作。值得一提的是，本實施例中該傳感器52是對應于該曲柄12位于踩踏死點的角度位置僅是舉例而已。該傳感器52亦可不對應于該曲柄12位于踩踏死點的位置，而仍同樣的可以感測正踩或反踩動態(tài)，以及利用該傳感器52所在的角度位置與踩踏死點的角度位置差值，配合踩踏速度來計算出最佳換檔時機。亦即，該傳感器52并不以對應于該曲柄12位于踩踏死點的角度位置為限制。前述的狀態(tài)是以平地無坡度的狀態(tài)為例說明。然而，若是在騎乘過程中遭遇到上坡或下坡這種有坡度的路面時，由于踩踏死點的角度位置是為相對于水平面的O度或180度，因此必須進行角度位置的補償。如圖12A所示，當遭遇到上坡坡度為10度的路面時，則踩踏死點的角度位置就必須增加10度，亦即，變成10度及190度的角度位置。如圖12B所示，當遭遇到下坡坡度為10度的路面時，則踩踏死點的角度位置就必須減少10度，而成為350度(負10度)及170度的角度位置。由此可見，本第一實施例達到了可判斷變速的最佳時機，并控制變速器16在該時機點進行變速的功效。請再參閱圖13A至圖13B，本發(fā)明第二較佳實施例所提供的一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車60，主要概同于前揭第一實施例，不同之處在于該踏板位置感測模塊61中的該傳感器62，是由多個磁塊621環(huán)繞設置于該曲柄軸111，以及一霍爾元件622設置于該自行車主體的五通管(圖中未示)內(nèi)所組成。所述磁塊621中是有兩個磁塊621相靠近，以及相對于該曲柄軸111的對側也另有兩個磁塊621相靠近，而相對180度設置，其余磁塊621則彼此間等間隔排列于該曲柄軸111。其中，所述相靠近的磁塊621是對應于一該曲柄12(示于圖2)的柄身。又,本實施例中所述磁塊621是為偶數(shù),且一該磁塊621與其相鄰磁塊621的磁極是相反。由此，當該曲柄軸111旋轉時，該霍爾元件622即會感測到所述磁塊621經(jīng)過時的磁極變化，進而產(chǎn)生而如圖13B外圍所示的信號波形(P)，該信號波形(P)的大徑部位代表信號處于高電位，而小徑部位則代表信號處于低電位。在經(jīng)過相靠近的兩磁塊621時，所感測到的波形變化區(qū)間即較短，而經(jīng)過不相靠近的兩磁塊621時，所感測到的波形變化區(qū)間即較長。因此，通過該信號波形(P)，即可判斷出該曲柄軸111的角度位置，進而可判斷變速 的最佳時機，并控制變速器16 (示于圖2)在該時機點進行變速，而具有與前揭第一實施例相同的功效。本第二實施例的其余結構及所能達成的功效均概同于前揭第一實施例，容不贅述。請再參閱圖14至圖15，本發(fā)明第三較佳實施例所提供的一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車70，主要概同于前揭第一實施例，不同之處在于該踏板位置感測模塊71是具有二傳感器72。該二傳感器72分別對應位于該二曲柄78的預定角度位置，且該二傳感器72位于不同的角度位置，二者的夾角小于180度。此夕卜，該二傳感器72中的一該傳感器72是位于一該曲柄78位于踩踏死點的角度位置，本實施例中是為O度角度位置。于本第三實施例中，該二傳感器72可均為一霍爾兀件、或均為一光遮斷傳感器。當該二傳感器72均為一霍爾元件時，是搭配前述第一實施例中曲柄軸111上設置磁塊的方式，或搭配一磁塊旋轉盤(類同于先前技術中的中國臺灣WO 2009036623號專利的圖8所示的圖號2元件所設置的旋轉盤，因此不再以附圖表示之)設于該曲柄軸，同樣可通過傳感器72本身感應時所產(chǎn)生的信號形態(tài)來判斷該二曲柄78是正踩或反踩，此外也可通過該二傳感器72感測到一該曲柄78分別經(jīng)過時的角度位置及時間點，進而判斷正踩或反踩。當該二傳感器72均為一光遮斷傳感器時，則可通過該二傳感器72感測到一該曲柄78分別經(jīng)過時的角度位置及時間點，進而判斷正踩或反踩。其中，由于該二傳感器72的角度位置夾角小于180度，其中一傳感器72在O度角度位置，另一傳感器72在270度角度位置，因此在判斷曲柄78通過該二傳感器72所經(jīng)過的時間時，即會有兩段時間，這兩段時間之間在一周360度之中即會有較短時間以及較長時間的差異，例如圖15所示，由270度角度位置到
O度角度位置的時間，與O度角度位置到270度角度位置的時間相比，若前者較短即代表正踩，若前者較長則代表反踩。前述的該二傳感器72中的一該傳感器72位于一該曲柄78位于踩踏死點的角度位置，是為舉例而已，該二傳感器72亦可均不在踩踏死點的角度位置，同樣可以達到推算出最佳換檔時機的功效。亦即，并不以該二傳感器72是否位于踩踏死點的角度位置為限。本第三實施例的其余結構及所能達成的功效均概同于前揭第一實施例，容不贅述。由上可知，本發(fā)明可判斷變速的最佳時機，并控制變速器在該時機點進行變速，讓變速過程更為順暢，進而讓騎乘者更為舒適。
權利要求
1.一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車，包含有 一自行車主體，具有一曲柄軸、設于該曲柄軸上的二曲柄、設于各該曲柄上的一踏板、以及一變速器； 一電源模塊，設于該自行車主體； 一微電腦，電性連接于該電源模塊； 一換檔控制驅動器，電性連接于該微電腦，受該微電腦的控制以驅動該變速器進行變速；以及 一踏板位置感測模塊，設于該自行車主體且對應于至少一該曲柄，并且電性連接于該微電腦，該微電腦即通過該踏板位置感測模塊來得知該至少一曲柄旋擺的角度位置以及踩踏方向為正踩或反踩； 其中，在騎乘者踩踏所述踏板的過程中，該微電腦是至少以下列條件之一判斷最佳換檔時機(1)感測該至少一曲柄在正踩過程中每次位于一預定位置的角度位置及對應的時間點，并以該微電腦根據(jù)前述角度位置及時間點計算出下次通過踩踏死點的預測時間點，而做為最佳換檔時機；或(2)感測該至少一曲柄在正踩過程中每次位于踩踏死點的時間點，并于該踩踏死點的時間點范圍內(nèi)做為最佳換檔時機；或(3)感測該至少一曲柄在正踩過程中的踩踏轉速值，當該踩踏轉速值小于一預設轉速值時，忽略該踩踏死點的時間點而判斷為最佳換檔時機；或(4)感測該至少一曲柄是否為反踩，若是即判斷為最佳換檔時機。
2.依據(jù)權利要求I所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踩踏死點為踩踏力矩最小時該曲柄的角度位置。
3.依據(jù)權利要求2所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踩踏死點的角度位置為相對于水平面的O度或180度。
4.依據(jù)權利要求I所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該預測轉數(shù)值為車速與齒輪比的虛擬踩踏轉數(shù)值與一增值的差值。
5.依據(jù)權利要求4所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該增值至少為10轉/每分。
6.依據(jù)權利要求I所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踏板感測模塊具有一傳感器。
7.依據(jù)權利要求6所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踏板感測模塊的傳感器為一五通管傳感器。
8.依據(jù)權利要求7所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該微電腦通過該踏板感測模塊的該傳感器本身感應時所產(chǎn)生的信號形態(tài)來判斷該至少一曲柄是正踩或反踩。
9.依據(jù)權利要求8所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踏板感測模塊的傳感器是由多個磁塊環(huán)繞設置于該曲柄軸，以及一霍爾元件所組成，所述磁塊是彼此等間隔而呈C形排列于該曲柄軸，而留出缺少至少一該磁塊的一空缺。
10.依據(jù)權利要求9所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該空缺對應于一該曲柄的柄身。
11.依據(jù)權利要求8所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踏板感測模塊的傳感器由多個磁塊環(huán)繞設置于該曲柄軸，以及一霍爾元件所組成，所述磁塊中至少有兩個磁塊相靠近而其余磁塊則彼此間等間隔排列于該曲柄軸。
12.依據(jù)權利要求11所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該二相靠近磁塊對應于一該曲柄的柄身。
13.依據(jù)權利要求11所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中所述磁塊為偶數(shù)，且一該磁塊與其相鄰磁塊的磁極相反。
14.依據(jù)權利要求I所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踏板感測模塊具有二傳感器。
15.依據(jù)權利要求14所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該二傳感器位于不同的角度位置，且分別對應位于該二曲柄的預定角度位置。
16.依據(jù)權利要求15所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該二傳感器所分別對應的角度位置的夾角小于180度。
17.依據(jù)權利要求16所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該二傳感器中的一該傳感器位于一該曲柄位于踩踏死點的角度位置。
18.依據(jù)權利要求14所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該踏板感測模塊的二傳感器均為一霍爾元件、或均為一光遮斷傳感器；該二傳感器均為一霍爾元件時，搭配一磁塊旋轉盤設于該曲柄軸，或搭配環(huán)繞設于該曲柄軸上的多個磁塊。
19.依據(jù)權利要求18所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該二傳感器均為一霍爾元件時，該微電腦通過該踏板感測模塊的該二傳感器本身感應時所產(chǎn)生的信號形態(tài)來判斷該至少一曲柄是正踩或反踩。
20.依據(jù)權利要求14所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中該微電腦通過該踏板感測模塊的該二傳感器感測到該至少一曲柄分別經(jīng)過時的角度位置及時間點，進而判斷該至少一曲柄是正踩或反踩。
21.依據(jù)權利要求I所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中在條件(I)中，該微電腦以該至少一曲柄的角度位置及所對應的時間點，推算出正踩過程中的踩踏速度，并以該踩踏速度進一步推算出該至少一曲柄即將通過下一個該踩踏死點的時間點。
22.依據(jù)權利要求I所述的具有最佳換檔時機的自動變速自行車，其中在條件(I)中，該至少一曲柄在正踩過程中每次所位的一預定位置的角度位置，不同于踩踏死點的角度位置。
全文摘要
一種具有最佳換檔時機的自動變速自行車，包含有一自行車主體，具有一曲柄軸、二曲柄、二踏板、以及一變速器；一電源模塊；一微電腦；一換檔控制驅動器；以及一踏板位置感測模塊，設于該自行車主體且對應于至少一該曲柄，通過該踏板位置感測模塊來得知該至少一曲柄旋擺的角度位置以及踩踏方向為正踩或反踩；其中，在踩踏過程中，該微電腦是找出該至少一曲柄在下次位于踩踏死點的時間點做為最佳換檔時機，或通過踩踏轉速值小于一預設轉速值時做為最佳換檔時機，或在反踩時做為最佳換檔時機。
文檔編號B62M25/08GK102951254SQ20111025041
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權日2011年8月29日
發(fā)明者鄭啟昌 申請人:久鼎金屬實業(yè)股份有限公司