專利名稱：自行車的變速方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自行車的變速方法，具體涉及在減速時實時地進行恰當變速的方法。
對自行車本身也是希望它能自動變速的，而自動變速則是根據電信號由計算機控制，用于自行車變速控制中的電信號則有車身的加速度、速度以及曲軸的轉矩等。
速度的檢測方法已可從眾多的文獻中得知。美國專利4,071,892號公開的速度檢測方法是，通過安裝于自行車輪輻上的相對輪軸與車輪同步停止或轉動的可動側傳感器以及固定于車身上的固定側傳感器，檢測出車輪的周期時間，由此檢測出車速。
根據如上檢測出的速度進行自動變速的方法，也公開于眾多的文獻中，例如有美國專利4,071,892號和日本專利公開特開平8-113182號等。利用電力進行變速時可不限于自動變速，還可根據騎車者的自由意志進行。但是，即使是變速時刻能根據自由意志確定，也還希望今后能對應實時速度自動地進行上升方向的變速和下降方向的變速。
當可以根據自由意志決定變速時，則希望能迅速地作出最適當的變速，例如希望能進行最佳檔位的變速操作。自然，特別希望能在變速機構的驅動系統易于操作的減速時進行這種變速。但這樣的變速方法并不被人們知道。從費用、維修與輕量化等方面考慮，傳感器的個數則應盡可能地少。
本發(fā)明便是在上述技術背景下提出而用于達到下述目的的。
本發(fā)明的第一個目的在于提供能最快進行變速的自行車變速方法。
本發(fā)明的第二個目的在于提供能最快最恰當地進行變速的自行車變速方法。
本發(fā)明的第三個目的在于提供能由較少的位置傳感器，實時地立即作出最快的恰當變速的自行車變速方法。
本發(fā)明的第四個目的在于提供能由較少的位置傳感器最快地變速到最佳檔位的自行車變速方法。
本發(fā)明的第五個目的在于提供能由較少的位置傳感器，根據當時的虛擬速度進行變速的自行變速方法。
本發(fā)明的第六個目的在于提供能由較少的位置傳感器檢測出減速的程度以提高虛擬速度的精度而作出恰當變速的自行車變速方法。
本發(fā)明的第七個目的在于提供能在變速意向確定之后即時進行恰當變速的自行車變速方法。
本發(fā)明的第八個目的在于提供能在減速時實現上述目的，并在目前條件下進行有效變速的自行車變速方法。
為了達到以上種種目的，采取了下述方法。本發(fā)明的自行車的變速方法，是根據車輪過去的周期時間數據即周期時間序列與速度數據即速度函數序列，通過計算推定現下自行車的虛擬時間與虛擬速度。這種推定，是由過去確定的最新的周期時間或速度推斷出的。從過去最新的1個周期時間推定未來的周期時間，同時計算出此周期中的虛擬速度。在從周期時間數據中選出一批周期時間用作過去的最新周期時間時，就可提高所推定的時間與速度的精度。
在曲軸上不存在轉矩時，即減速時，能夠有效地進行變速。為此，存在有虛擬速度小的情形。
從最新周期結束時起經過了該周期2倍以上的時間后，當沒有輸出周期結束的信號時，CPU即可判斷虛擬速度為零而中止變速作業(yè)。
已知的時間序列和實際的速度序列VR的數學形式可以表達為VR＝V(T)，……Tn，TN)，其中的{Tj，……Tn，TN}為周期時間序列。j的值越小，計算出的虛擬速度的精度也越高。
周期時間T可由與車輪轉動同步運動的可動側傳感器和固定于本身上的固定側傳感器來測定。根據過去的周期時間Tn(n為自然數)可如前所述算出未來的周期時間TN(N等于上述n的最大值加上1)。
根據連續(xù)3次以上最新的過去周期時間序列TS(s為n與n-1……)可算出未來的周期時間。在未來周期時間TN內的任意時間便可進行前述的變速。于是，不必等待下一個周期結束就能進行恰當的變速。這樣，不僅是檔位的升降，即使是最適合的檔位的確定也能由虛擬速度求得。
不僅限于在變速意志確定后立即進行變速的情形，還能進行經常性的變速。這時的變速可以在最新的周期結束之后立即進行。不論是自動的或手動的情形，都能進行最快的變速。
本發(fā)明具有如下效果根據本發(fā)明的自行車的變速方法，可以由較少的可動側的傳感器來實時地即刻進行最恰當的變速。
附面簡單說明如下

圖1是正視圖，示出本發(fā)明的變速方法的實施形式I。
圖2是電路圖。
圖3是以圖解形式示出的周期時間函數序列與速度函數序列。
附圖中各標號的意義如下5為可動側傳感器，6為固定側傳感器；Tn為周期時間；TN最新周期時間，TS虛擬時間；VR為虛擬速度。
下面說明本發(fā)明的自行車變速的方法的實施形式。圖1是示出采用本發(fā)明的自行車變速方法的實施形式1的正視圖。自行車由車架1、支承車架1的前輪2與后輪3、車把架4等組成。前輪2或后輪3的輪輻2A上安裝著可動側傳感器5。
可動側傳感器5由鐵心與磁鐵等組成。固定傳感器6固定于車架1上?？蓜觽葌鞲衅?所設位置，使其在與車輪成整體地轉動一圈的過程中，能最接近固定側傳感器5。因此，固定側傳感器6可在可動側傳感器5轉過一周時輸出一次電脈沖。
車架1上設有外裝式變速機構7。變速機構7由后輪軸變速機構7A與曲軸側變速機構7B構成。變速機構7是眾所周知包括撥鏈器的通用機構。
車架1上安裝著用于驅動后輪軸側變速機構7A的變速驅動機構8A以及用來驅動曲軸側變速機構7B的變速驅動機構8B。變速驅動機構8A與變速驅動機構8B上分別沒有帶伺服機構并作直線性往復運動的往復運動體。往復驅動的動力源為電動馬達或氣缸。
在車把架4的適當部位上設有變速指令用開關9，此適當部位有例如剎車桿11。變速指令用開關9至少要包括指示檔位上升的上升方向開關13和指示檔位下降的下降方向開關14。這類開關例如換檔開關，這種開關常態(tài)下回復到中立位置，兩側部分朝相反方向運動，通過一方的動作輸出檔位上升信號，而通過另一方的動作輸出檔位下降信號。
圖2示出用于驅動變速機構8A與8B的電路，此電路上設有微機，微機設有CPU21、ROM22、RAM23、時鐘電路24與信號處理電路25。
上升方向開關13輸出的檔位上升信號26和下降方向開關14輸出的檔位下降信號27，都通過信號處理回路25輸入CPU21。包括伺服信號的驅動信號28則傳送到CPU21和變速驅動機構7A、7B之間。從固定側傳感器6輸出的周期信號脈沖29輸入CPU21。
利用上述電路，可以計算由下式表示的速度VnVn＝S/Tn (1)n為從時間變量為零時開始計數的周期時間信號脈沖29的輸出次數。Tn表示從時間變量為零時開始計數的可動側傳感器5的轉數達到n時此傳感器5的周期時間。S是作為具有長度量綱的參數的常數，即車輪的有效外徑乘以圓周率π的結果。于是速度Vn是第幾個周期的平均速度。
以VN表示所確定的最終周期的即過去最新周期的速度。即N等于n+1。以下TS表示緊接最新周期之后的現下的周期時間即虛擬周期時間。S為N+1。以t表示此周期內的任意時間，即時間t為以最終周期時間TN結束時刻為零時所經過的時間，以VR表示時刻為t時的虛擬速度。R是比N大但小于N+1的一個非整數。本發(fā)明的變速控制限于在自行車不處于上坡位置且曲軸中不存在轉矩的減速過程中進行。于是虛擬速度VR小于平均速度VN。虛擬速度VR一般以下式表示。
VR＝-kt+Vj是 (2)k為減速常數，表示減速的程度。此減速常數雖可以根據自行車各部分的摩擦系數、輪胎與地面間的摩擦系數等推導出，但在此外是作為實際測定求得的近似常數并預先存于ROM22中。Vj為速度常數，它是與周期時間時間Tn一一對應的預先給定的常數。這一常數是根據自行車的類型及其實際運轉的情形確定的，且預存于ROM22中。取決于時間t的值，前述虛擬速度有時會為負值。當時間t為TN的2倍時，以零代入虛擬速度VR中。式(2)可以更近似地表示為VR＝K·(S/Tn)＝KN·VN (3)KN為無量綱常數。減速常數KN(TN)是周期時間TN的函數，可對應于周期的值預先給出。這樣給出的減速常數KN預先輸入于ROM22中。減速常數也可由以周期時間TN的倒數為變量的KN(1/TN)表示。
要是想做出更詳細的表示，則可以由下式來表明另一表現形式的虛擬速度VR′VR′＝VN-Kn·(Vn-VN)＝VN-Kn·S·(1/Tn-1/TN) (4)Kn為第二減速常數。減速常數Kn是周期時間TN與周期時間Tn的函數，可對應于周期時間TN與周期時間Tn的一組值預先給出。這樣給出的減速常數Kn預先輸入ROM中。與式(3)相比，式(4)可提高虛擬速度的精度，一般可表示為VR＝V(Ts)上式中的Ts形成了周期時間序列{Tj，……Tn，TN}，即VR＝V(Tj，……Tn，TN)(5)整數j是小于n和N的任意非零整數。
上述周期時間序列Ts可以作為任意緊鄰的兩個脈沖29之間的時間Δts的倒數計算。時間Δts則可以通過對時鐘電路24的輸出脈沖進行計數來計算。
工作方式變換由變換開關(圖中未示出)進行。這里所謂工作方式有依據本發(fā)明的自動選檔位的自動檔位選定方式和用開關由手動來選擇檔位的手動檔位選定方式這樣兩種工作方式。在自動檔位選定方式中，可以用手指來掀壓上升方向開關13或下降方向開關14。根據最終脈沖29的輸出，可以由式(5)的具體化式子(2)、(3)與(4)算出任意時刻t時的虛擬速度VR。速度與檔位的關系可以預先給定，進行圖象控制。
圖象的速度對應變速檔位，設定階段性的速度范圍。此范圍由上限速度和下限速度確定。對應階段性速度范圍的檔位可由CPU21判斷，虛擬速度包含在該速度范圍內。實際檔位數與所判斷的檔位數之差的脈沖位置由CPU21作為驅動信號28輸出。接收到驅動信號28的變速驅動機構7運轉而變換檔位。
上述變速可以不依賴上升方向開關13或下降方向開關14的輸出信號，而以自動化的方式進行。在自動化的情形，可緊接脈沖29輸出之后經常性地進行前述計算，進行恒定的變速。此時可在工作方式中附加上恒定變速的工作方式。
權利要求
1.自行車變速方法，它由車輪過去的周期時間數據求出現下的車輪的虛擬周期時間，根據此虛擬周期時間進行變速。
2.自行車變速方法，它由車輪過去的周期時間數據求出現下自行車的虛擬速度，根據此虛擬速度進行變速。
3.自行車變速方法，它由車輪過去的速度數據求出現下的自行車的虛擬速度，根據此虛擬速度進行變速。
4.自行車變速方法，它包括兩個步驟由與車輪轉動同步運動的可動側傳感器和固定于車身上的固定側傳感器求出可動側傳感器的周期時間序列的第一步驟，由過去的上述周期時間序列計算出未來周期的虛擬速度的第二步驟，并根據此虛擬速度進行變速。
5.如權利要求4所述的自行車變速方法，其特征在于所述虛擬速度是根據連續(xù)2次的周期時間序列計算的。
6.如權利要求5所述的自行車變速方法，其特征在于上述變速是根據前述未來周期中任意時期的虛擬速度進行的。
7.自行車變速方法，它通過手動的電開關輸出變速指令信號，并限于此變速信號輸出時根據車輪過去的周期序列來進行變速。
8如權利要求1～7中任一項所述的自行車變速方法，其特征在于所述變速限于在減速時進行。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于進行最快最恰當的變速。它根據由車輪2過去的周期時間Tn或速度Vn通過計算求出的現下自行車的虛擬周期時間Ts或虛擬速度VR于減速時進行變速。也可在變速意志確定后進行變速。過去的周期時間數據是連續(xù)兩次或兩次以上的過去周期時間序列。用于進行上述計算的公式預先輸入CPU中。在變速意志確定后進行的變速可根據手動的電開關的變速指令信號進行。由于求得了虛擬速度,可在變速意志確定后最快地進行恰當的變速。
文檔編號B62M25/08GK1186035SQ9710878
公開日1998年7月1日 申請日期1997年12月20日 優(yōu)先權日1996年12月20日
發(fā)明者木村良樹 申請人:株式會社島野