Automated bicycle transmission

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は自動的に制御される自転車の変速器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自転車に設けられている変速器は車軸に取り付けられた直径の異なる複数のスプロケットの１つを運転者が選択し、それに対しチェーンを係合させる。 即ち、運転者が走行状態に応じて最適なスプロケットを選択する必要があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明の一般的な目的は自転車の走行状態に最適な特性と変速比の選択を与える、自転車の自動及び半自動変速器の完全なかつ機能的装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的の観点からこの発明による自転車のためのモータ付き変速器を開発してきた。 その変速器は、車輪にその軸方向に並んで連結された異なる直径の複数の同軸スプロケットのうち、予め選択したスプロケットに動力伝達チェーンを係合させるために動くスプロケット切り換え機構を予め選択した位置に動かすアクチュエータと、移動制御信号を前記アクチュエータに送りかつ自転車の速度を検出するセンサと自転車の長さ方向の傾斜を検出するセンサを含む複数のセンサに接続された電子制御装置とを含む。 この電子制御装置はセンサにより検出された値をチェーンにより現在係合しているスプロケットに対応する予め設定された値と比較させるイネーブル手段を有し、もしその検出値が所定レンジ外であった場合はその検出値を含む設定値レンジに対応する異なるスプロケットにチェーンを係合させるよう制御信号をアクチュエータに与える。

【０００５】更に、ペダルの動きを検出し、ペダルが踏まれているときにアクチュエータの動作を可能にする信号を前記電子装置に与えるもう１つのセンサと、運転者がペダルを踏む圧力の値を検出するセンサを設けてもよい。 この発明の新しい原理と、従来技術と比べた利点をより明確に説明するため、以下に図を参照してその原理を適用した実施例を説明する。

【０００６】

【実施例】従来の自転車１０に以下の説明で当業者に容易に理解されるような、従って詳細に示してないプログラムが組み込まれたマイクロプロセサで構成された電子制御装置１１が設けられている。 電力は周知のソーラパネル（太陽電池板）やダイナモ（発電器）によって充電される蓄電池（図示せず）により供給される。

【０００７】この装置１１には自転車の運転状態を表すいろいろなパラメータを検出する複数のセンサが接続されている。 例えば、自転車の速度及び簡単な分岐回路を通したオプションの加速度を検出するタコメータセンサ１２、自転車が走行している道路の傾斜を検出する傾斜センサ１３、ペダルの動きを検出する運動センサ１４、
及びペダルが踏まれているときのペダルに与えられる圧力を検出するセンサ１５が設けられる。 これら各種センサはそれ自体周知でありその説明及び図示を省略する。
ペダルに与えられる圧力のセンサは例えば伸び検出センサであり、ペダルの連結ロッドに取り付けられ、そのロッドによって伝達される圧力に比例した曲げを検出する。 この場合、センサ１５と制御装置１１との間の接続は例えば短距離無線送信器またはそれと同等なもの及びセンサ１５により検出され送信された値を受信する受信機１６により実現することによりセンサ１５と装置１１
との物理的接続の必要がなく、ペダルを自由に回転させることができる。 制御装置１１または直接的にはセンサ１５は検出した圧力の瞬時値を時間で積分する。 圧力はペダルの軌跡に沿った位置と共に変化し、積分の結果短時間にペダルに加えられた平均圧力が得られる。 制御装置１１は電気機械変速アクチュエータ１７に制御信号を与え、スプロケット切り換え機構１８に対しチェーン１
９を異なる直径の複数の同軸スプロケット２０の１つにシフトさせる。

【０００８】アクチュエータ１７はスプロケット切り換え機構１８を軸方向に並んだ複数のスプロケットに対するそれぞれの位置にシフトするための従来のどのようなものでもよい。 特に、この出願人による別の出願に示されている電気機械変速器を使用すると有利である。 その電気機械変速器はウォームと弾性ジョイントを通して、
スプロケット切り換え機構１８を支持する平行四辺形を動かす電気モータを有し、それによってスプロケット切り換え機構１８が、軸方向に並んだ複数のスプロケットの両端のものとチェーンとの係合位置の間を移動させられる。

【０００９】アクチュエータ１７の位置の帰還を行うため、アクチュエータ１７は線２１を通して位置信号を制御装置１１に送る。 例えば、そのような信号はスプロケット切り換え機構の両端位置または中間位置を検出するストップによって発生することができる。 制御装置１１
には制御パネル２２も接続されている。 制御パネル２２
は例えば自転車のハンドルに取り付けられており、制御装置１１と共に共通の容器に収容してもよい。 制御パネル２２は例えば液晶のような表示装置２３を有し、例えば自転車の速度、道路の傾斜、運転者が与えている圧力、現在使用しているギヤ比、装置に電源を供給するバッテリの充電状態など、センサによって検出されたパラメータや制御装置１１が計算したパラメータを表示する。 この表示は英数字（アルファニューメリック）２４
及び／又はアナログ２５であり、制御パネル２２上の適当なキー３１により操作することができる。

【００１０】制御パネル２２はまた制御装置１１をＯＮ
状態とし、以下で説明するように自動又は半自動を選択するセレクタスイッチ２６を有している。 更に２つのキー２７、２８が設けられ、それぞれ半自動変速を低又は高変速比に設定する。 キー２７、２８はハンドルのグリップ近くに設けてもよく、その場合運転者はグリップを離さずに例えば親指で操作することができる。 更に音響指示器２９を設け、緊急な自動切り換え操作を運転者に知らせるようにしてもよい。

【００１１】使用時には制御装置１１はセレクタスイッチ２６により選択される基本的に２つの異なるモードで動作する。 第１の動作モードでは、制御装置１１の全制御の下に切り換えが順次全自動で行われる。 これを実施するため、制御装置１１はセンサ１２、１３、１４、１
５から検出された各種データを受け、それらを使って最適な変速比を計算する。 次にアクチュエータ１７に対しチェーン１９を対応するスプロケット２０に移動させる。 最適変速比の計算は例えば制御装置１１により現在使用されているスプロケット２０に対し予め設定されている許容値レンジの表を各種センサ１２、１３、１５により実際に検出された値と比較することにより行われる。 もし各種センサにより検出された値の１つが許容値のレンジ外であった場合は、制御装置１１はアクチュエータ１７に対し、検出値とレンジ間のずれの極性符号に応じて低い方又は高い方のスプロケット２０に移動させる。 例えば、使用しているスプロケット２０が検出された速度より速い速度レンジに適合している場合は、チェーン１９をより大きい直径のスプロケット２０に移すようアクチュエータ１７に命令を与える。 制御装置１１は新しく選択されたスプロケット２０に対し同様の動作を繰り返して更にチェーン１９を別のスプロケット２０に移動させるべきかを判定する。

【００１２】同様に、もし使用しているスプロケット２
０に対するレンジからずれているパラメータが道路の傾斜かまたは運転者がペダルに与えている圧力の場合は、
制御装置１１は常に与えられたギヤ比に対する許容傾斜または圧力を傾斜センサ１３で検出した傾斜値またはセンサ１５で検出した圧力値と比較しながら、傾斜または圧力が増加するにつれ直径の大きいスプロケット２０に順次シフトさせる。

【００１３】それぞれのスプロケット２０に対する許容値を有するテーブルはメモリ素子３０に記憶されている。 このメモリ素子３０は例えば交換でき、自転車に取り付けられる各種のタイプのスプロケットに対し最適なものが用意されている。 従って運転者は複数のスプロケット２０を別の組のスプロケットに交換する場合は、それに合ったメモリ素子と取り替えることにより自動変速装置を正しく動作させることができる。

【００１４】別の方法として、制御パネル２２上のキー３１によりプログラム可能なメモリ３０を設け、運転者が個人的な好みや取り付けたスプロケットに応じて特定の動作をするよう制御装置１１に指示できるようにしてもよいし、あるいは制御パネル２２のキー３１により運転者が呼び出せる各種のテーブルを設けておいてもよい。

【００１５】ペダルセンサ１４はギヤ比切り換えを実行できる状態にあるときにそれを制御装置１１に伝える。
実際、スプロケット切り換え機構１８を有する変速器において、あるスプロケットから他のスプロケットへのチェーン１９の移動は運転者がペダルを踏んでいるときにのみ可能である。 従来の機械的変速器においては、運転者が変速レバーによりギヤを切り換えるときにペダルを踏む。 しかしながら上述の自動変速器では、制御装置１
１がギヤ比を切り換える必要があると判断したときでも運転者は特にペダルを踏まないことがあってもよい。 センサ１４は制御装置１１にペダルが踏まれてない状態を表す信号を与えて運転者がペダルを踏むことを再開するまでスプロケットの切り換えを待つよう制御する。

【００１６】更に、この構成は前述の電気機械変速器に関する別の特許出願に述べられているように、アクチュエータ１７の動作を弾性的に記憶する機構と一体化しても、または置き換えてもよい。 どの場合も、スプロケット２０の切り換えの緊急性または必要性を音響指示器（例えばブザー）２９により運転者に知らせることができる。 アクチュエータ１７が、各位置がスプロケットに対応する段階位置型でなく、例えば直流モータまたは非常に小さいステップを有するステッピングモータを使用する動作のように、スプロケット２０に対応するそれぞれの位置の間を連続的に移動する型のアクチュエータである場合は、それぞれのスプロケット２０間をチェーンが正確に移動するようにする他の手段を制御装置１１に設けてもよい。 そのような手段はスプロケット切り換え機構１８が選択したスプロケットに対応する位置をわずかに過ぎるまでその切り換え機構をシフトし、次に適当な時間（１秒以下）遅れてスプロケット切り換え機構１
８を正しい位置に戻すよう制御する。

【００１７】上述のように切り換えが半自動である第２
の動作モードが設けられており、このモードではプッシュボタンキー２７、２８の操作により運転者は制御装置１１に対し直接切り換えを要求する。 この場合、制御装置１１はセンサ１２、１３、１５から供給されたパラメータの全てまたは一部を運転者に対する情報として表示器２３に表示する。 例えば速度と傾斜が表示される。 しかしながら、制御装置１１はセンサ１２、１３、１５からのデータをギヤ切り換えに使用しない。 もし必要なら、どのスプロケットと接続するのが好ましいかを運転者に表示器２３及び更に望むならブザー２９で知らせる。 変速器の実際の動作はもし運転者が低い方のギヤ比を望む場合はキー２７を、もし高い方を望む場合はキー２８を押すことによる手動命令にのみ応答して実行される。 制御装置１１はこれらの命令を検出し、それに従ってアクチュエータ１７を動作させ、必要ならペダルが踏まれているかをセンサ１４により確認する。

【００１８】

【発明の効果】上述のようにして自動または半自動ギヤ切り換え装置が装備された自転車を提供するという初期の目的が達成される。 勿論この発明の原理を適用した上述の実施例は単に例としてあげたものであり、特許権利範囲を限定するためのものでない。 例えば、制御パネル上に設けられる制御の構成と数は使用するセンサの数、
位置、種類を変えられるのと同様に必要に応じて変えられる。 例えば、適当な伸びセンサを自転車のフレームに配置し、ペダルからフレームに伝達される圧力を、ペダルが踏まれているときに自転車に実際に生じる圧力を近似するものとして識別抽出することにより前述の圧力センサを実現してもよい。

【００１９】キー２７、２８はギヤ切り換えの手動制御に使用されてないときに表示器に表示すべき情報を選択するかまたは制御装置１１のいろいろな機能を選択及び／またはプログラムするセレクタとして使うこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す図。

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