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技術 自転車用変速制御装置及びそれに用いられる手動変速制御装置

出願人 株式会社シマノ
発明者 竹田和弘
出願日 2001年9月21日 (17年9ヶ月経過) 出願番号 2001-287990
公開日 2003年4月3日 (16年3ヶ月経過) 公開番号 2003-097680
状態 特許登録済
技術分野 車両の乗手推進、伝動装置 伝動装置(歯車、巻掛け、摩擦)の制御
主要キーワード ダブルループ ブレーキレバ 手動操作用 走行スピード 軽快車 シフトダウンボタン 外装変速装置 内装変速ハブ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

自動変速モードのみを有する従来の自動変速装置において、大幅な変更をすることなく簡単に手動変速モードを追加できるようにする。

解決手段

この装置は、走行条件に応じて複数の変速段のそれぞれに対応する車速信号を出力するとともに車速信号に応じて自動的に変速制御を行う自転車用変速制御装置に装着され、外部からのマニュアル指示により変速制御を行うための装置である。そして、シフトアップタン35a及びシフトダウンボタン35bを有する操作部35と、擬似車速信号発生部36とを備えている。操作部35は外部から変速指示操作を行うためのものである。擬似車速信号発生部36は、変速指示部に入力された変速指示に従って、対応する車速信号と同じ形態の擬似車速信号を発生するものである。

概要

背景

自転車変速装置としては、後輪ハブに内蔵された内装変速装置と、チェーンと複数のスプロケットとの噛み合い関係を切り換えるためのディレーラを有する外装変速装置とがある。いずれの変速装置も、自転車のフレームに装着された変速操作部から変速ケーブルを介して操作され、変速制御が行われる。

最近、変速ケーブルを電動モータにより動作させて自動変速を行える自動変速ユニットが開発されている。このような自動変速ユニットは、たとえば高速走行時には増速比が大きい高速段を選択し、低速走行時には増速比が小さく軽くこげる低速段を選択する。このような動作を実現するために、自動変速ユニットは、変速ケーブルを動作させるための電動モータと、電動モータを変速制御するたとえばマイクロコンピュータ(以下、マイコンと記す)を含む制御部と、自転車の車速を検出する車速検出部とを有している。そして、車速は自転車の車輪に設けられた磁石フレーム側センサにより検出することにより検出され、この検出結果に応じて変速段を切り換えるための制御信号が制御部より出力される。

概要

自動変速モードのみを有する従来の自動変速装置において、大幅な変更をすることなく簡単に手動変速モードを追加できるようにする。

この装置は、走行条件に応じて複数の変速段のそれぞれに対応する車速信号を出力するとともに車速信号に応じて自動的に変速制御を行う自転車用変速制御装置に装着され、外部からのマニュアル指示により変速制御を行うための装置である。そして、シフトアップタン35a及びシフトダウンボタン35bを有する操作部35と、擬似車速信号発生部36とを備えている。操作部35は外部から変速指示操作を行うためのものである。擬似車速信号発生部36は、変速指示部に入力された変速指示に従って、対応する車速信号と同じ形態の擬似車速信号を発生するものである。

目的

本発明の課題は、簡単な構成で自動変速制御及び手動変速制御が行えるようにすることにある。本発明の別の課題は、自動変速モードのみを有する従来の自動変速装置において、大幅な変更をすることなく簡単に手動変速モードを追加することができるようにすることにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

走行条件に応じて複数の変速段のそれぞれに対応する選択信号を出力するとともに前記選択信号に応じて自動的に変速制御を行う自転車用変速制御装置に装着され、外部からのマニュアル指示により変速制御を行うための手動変速制御装置であって、外部から変速指示操作を行うための変速指示部と、前記変速指示部に入力された変速指示に従って、対応する前記選択信号と同じ形態の擬似選択信号を発生する擬似選択信号発生部と、を備えた自転車用変速制御装置に用いられる手動変速制御装置。

請求項2

前記擬似選択信号発生部に接続可能であり、前記選択信号及び擬似選択信号が入力されるとともに前記擬似選択信号を常に優先して出力する選択回路をさらに備えた、請求項1に記載の自転車用変速制御装置に用いられる手動変速制御装置。

請求項3

前記変速指示部は1回の操作毎に1段のシフトアップ又はシフトダウンを指示するものであり、前記擬似選択信号発生部は、前記選択信号が入力されるとともに入力された選択信号に基づいて現在選択されている変速段を判断し、前記変速指示部からの指示に従って現在選択されている変速段の1段高速側又は低速側の変速段に対応する擬似選択信号を発生するものである、請求項2に記載の自転車用変速制御装置に用いられる手動変速制御装置。

請求項4

複数の変速段のうちの所定の変速段を自動又は外部からのマニュアル指示により選択可能な自転車用変速制御装置であって、走行条件を検出するとともに検出された走行条件に応じて複数の変速段のうちのいずれかの変速段を選択する選択信号を出力する選択信号出力手段と、前記選択信号を受けて変速制御信号を出力する制御手段と、外部から変速指示操作を行うための変速指示部と、前記変速指示部に入力された変速指示に従って、対応する前記選択信号と同じ形態の擬似選択信号を発生する擬似選択信号発生部と、を備えた自転車用変速制御装置。

請求項5

前記擬似選択信号発生部に接続可能であり、前記選択信号及び擬似選択信号が入力されるとともに前記擬似選択信号を常に優先して出力する選択回路をさらに備えた、請求項4に記載の自転車用変速制御装置。

請求項6

前記変速指示部は1回の操作毎に1段のシフトアップ又はシフトダウンを指示するものであり、前記擬似選択信号発生部は、前記選択信号が入力されるとともに入力された選択信号に基づいて現在選択されている変速段を判断し、前記変速指示部からの指示に従って現在選択されている変速段の1段高速側又は低速側の変速段に対応する擬似選択信号を発生するものである、請求項5に記載の自転車用変速制御装置。

請求項7

前記検出手段は自転車走行速度を検出して前記選択信号としての車速信号を出力するものであり、前記擬似選択信号発生部は前記擬似選択信号として前記車速信号と同じ形態の擬似車速信号を出力するものである、請求項1から6のいずれかに記載の自転車用変速制御装置及びそれに用いられる手動変速制御装置。

技術分野

0001

本発明は、変速制御装置、特に、複数の変速段を有する変速装置が搭載される自転車に装着され、変速装置を自動又は外部からのマニュアル指示により制御可能な自転車用変速制御装置及びそれに用いられる手動変速制御装置に関する。

背景技術

0002

自転車の変速装置としては、後輪ハブに内蔵された内装変速装置と、チェーンと複数のスプロケットとの噛み合い関係を切り換えるためのディレーラを有する外装変速装置とがある。いずれの変速装置も、自転車のフレームに装着された変速操作部から変速ケーブルを介して操作され、変速制御が行われる。

0003

最近、変速ケーブルを電動モータにより動作させて自動変速を行える自動変速ユニットが開発されている。このような自動変速ユニットは、たとえば高速走行時には増速比が大きい高速段を選択し、低速走行時には増速比が小さく軽くこげる低速段を選択する。このような動作を実現するために、自動変速ユニットは、変速ケーブルを動作させるための電動モータと、電動モータを変速制御するたとえばマイクロコンピュータ(以下、マイコンと記す)を含む制御部と、自転車の車速を検出する車速検出部とを有している。そして、車速は自転車の車輪に設けられた磁石フレーム側センサにより検出することにより検出され、この検出結果に応じて変速段を切り換えるための制御信号が制御部より出力される。

発明が解決しようとする課題

0004

従来の自動変速ユニットにおいては、変速制御を自動で行うことができるが、手動でも変速する必要があるために、手動変速のためのマニュアルスイッチ等が設けられる場合がある。そして、自動変速モードでの動作中にマニュアルスイッチが操作されると、自動変速ユニットのマイコンに割り込み信号が入力され、手動変速制御が可能となる。

0005

このような手動変速制御を実現するためには、マイコンに手動変速制御用(割り込み用)のポートを別に設ける必要がある。また、マイコンの制御プログラムも複雑になるという問題がある。さらに、自動変速モードしか用意されていない装置に手動変速モードを追加したい場合があるが、従来のシステムでは、装置のハード構成や制御プログラムを大幅に変更する必要がある。

0006

本発明の課題は、簡単な構成で自動変速制御及び手動変速制御が行えるようにすることにある。本発明の別の課題は、自動変速モードのみを有する従来の自動変速装置において、大幅な変更をすることなく簡単に手動変速モードを追加することができるようにすることにある。

課題を解決するための手段

0007

発明1に係る手動変速制御装置は、走行条件に応じて複数の変速段のそれぞれに対応する選択信号を出力するとともに選択信号に応じて自動的に変速制御を行う自転車用変速制御装置に装着され、外部からのマニュアル指示により変速制御を行うための装置であって、変速指示部と、擬似選択信号発生部とを備えている。変速指示部は外部から変速指示操作を行うためのものである。擬似選択信号発生部は、変速指示部に入力された変速指示に従って、対応する選択信号と同じ形態の擬似選択信号を発生するものである。

0008

この装置では、手動で外部から変速の指示が操作されると、この指示入力に従って、対応する選択信号と同じ形態の擬似選択信号が発生される。例えば、低速段、中速段、高速段の3段に切換可能な自転車の場合、中速段への切り換えが直接指示された場合、あるいは低速段での走行中に1段シフトアップの切り換えが指示された場合、擬似選択信号発生部からは、自動変速の際に用いられる中速段切換用の選択信号と全く同じ形態の擬似選択信号が発生される。したがって、この擬似選択信号を受けた自動変速装置の制御部は、擬似選択信号に従って中速段への切換制御信号を出力する。

0009

ここでは、手動変速の際に、自動変速に用いられる選択信号と同じ形態の擬似選択信号を用いているので、自動変速装置側の制御部としては、自動変速の際の制御と全く同様の制御処理によって変速制御を行うことができる。このため、簡単なハード構成や制御プログラムによって自動変速制御及び手動変速制御を行うことができる。

0010

発明2に係る手動変速制御装置は、発明1の装置において、擬似選択信号発生部に接続可能であり、選択信号及び擬似選択信号が入力されるとともに擬似選択信号を常に優先して出力する選択回路をさらに備えている。この装置では、自動変速装置において用いられている選択信号と手動変速のための擬似選択信号とが選択回路に入力される。選択回路では、擬似選択信号を常に優先して出力する。

0011

ここでは、自動変速制御のための選択信号が手動変速制御装置の選択回路に入力され、選択回路の出力が自動変速システムの制御部に入力されることにより、自動変速制御が実行される。一方、手動変速を行うために外部から変速指示がなされると、擬似選択信号が選択回路に入力されるが、選択回路では擬似選択信号が優先して出力される。したがって、常に手動変速のための操作の方が優先される。そして、従来の自動変速のみが可能な装置の選択信号の入力ポートに選択回路の出力信号を接続することによって、自動変速及び手動変速が可能となり、自動変速のみが可能な従来の装置をほとんど変更することなく、手動変速制御が可能となる。

0012

発明3に係る手動変速制御装置は、発明2の装置において、変速指示部は1回の操作毎に1段のシフトアップ又はシフトダウンを指示するものである。また、擬似選択信号発生部は、選択信号が入力されるとともに入力された選択信号に基づいて現在選択されている変速段を判断し、変速指示部からの指示に従って現在選択されている変速段の1段高速側又は低速側の変速段に対応する擬似選択信号を発生するものである。

0013

この装置では、変速指示部には、例えばシフトアップ及びダウン用のそれぞれの指示ボタン等が設けられている。また、擬似選択信号発生部は、入力された選択信号から、現在選択されている変速段を認識している。そして、シフトアップ又はダウン用のボタン等が押された場合は、その操作に従って現在の変速段から1段シフトアップ又はダウンされた変速段を選択すべき擬似選択信号が擬似選択信号発生部から発生される。

0014

ここでは、ライダーは、現在の変速段を意識することなく、走行スピード及び負荷等に応じてシフトアップ又はダウンの操作をするだけで、適切な変速段に設定できる。発明4に係る自転車用変速制御装置は、複数の変速段のうちの所定の変速段を自動又は外部からのマニュアル指示により選択可能な装置であって、選択信号出力手段と、制御手段と、変速指示部と、擬似選択信号発生部とを備えている。選択信号出力手段は、走行条件を検出するとともに、検出された走行条件に応じて複数の変速段のうちのいずれかの変速段を選択する選択信号を出力する。制御手段は選択信号を受けて変速制御信号を出力する。変速指示部は外部から変速指示操作を行うためのものである。擬似選択信号発生部は、変速指示部に入力された変速指示に従って、対応する選択信号と同じ形態の擬似選択信号を出力する。

0015

この装置では、走行速度等の走行条件が検出され、その走行条件に応じて複数の変速段のうちのいずれかの変速段を選択するための選択信号が選択信号出力手段から出力される。この選択信号は制御手段に入力され、制御手段から変速動作のための変速制御信号が出力される。これにより、所定の変速段が選択される。以上のような自動変速制御を行っている際に、手動で変速操作を行いたい場合がある。この場合は、例えばボタン等の変速指示部によって変速指示がなされる。すると、この変速指示に従って、対応する選択信号と同じ形態の擬似選択信号が擬似選択信号発生部から発生される。

0016

ここでは、自動変速制御を行いながら、手動変速制御を優先して行うことができる。そして、手動変速制御は自動変速制御で用いられる選択信号と同じ形態の擬似選択信号によって行われるので、制御部としては、自動変速用の信号と手動変速用の信号とを区別することなく扱うことができ、制御部のハード構成及び制御プログラムが簡単になる。

0017

発明5に係る自転車用変速制御装置は、発明4の装置において、擬似選択信号発生部に接続可能であり、選択信号及び擬似選択信号が入力されるとともに擬似選択信号を常に優先して出力する選択回路をさらに備えている。この装置では、自動変速装置において用いられている選択信号と手動変速のための擬似選択信号とが選択回路に入力される。選択回路では、擬似選択信号を常に優先して出力する。

0018

ここでは、発明2の装置と同様に、従来の自動変速のみが可能な装置の選択信号の入力ポートに選択回路の出力信号を接続することによって、自動変速及び手動変速が可能となり、自動変速のみが可能な従来の装置を全く変更することなく、手動変速制御が可能となる。発明6に係る自転車用変速制御装置は、発明5の装置において、変速指示部は1回の操作毎に1段のシフトアップ又はシフトダウンを指示するものであり、擬似選択信号発生部は、選択信号が入力されるとともに入力された選択信号に基づいて現在選択されている変速段を判断し、変速指示部からの指示に従って現在選択されている変速段の1段高速側又は低速側の変速段に対応する擬似選択信号を発生するものである。

0019

この装置では、発明3の装置と同様に、ライダーは、現在の変速段を意識することなく、走行スピード及び負荷等に応じてシフトアップ又はダウンの操作をするだけで、適切な変速段に設定できる。発明7に係る自転車用変速制御装置及びそれに用いられる手動変速制御装置は、発明1から6のいずれかの装置において、検出手段は自転車の走行速度を検出して選択信号としての車速信号を出力するものであり、擬似選択信号発生部は擬似選択信号として車速信号と同じ形態の擬似車速信号を出力するするものである。

0020

ここでは、自転車の走行速度が検出され、その走行速度に応じて自動変速制御が行われる。

発明を実施するための最良の形態

0021

[構成]図1において、本発明の一実施形態を採用した自転車は軽快車であり、ダブルループ形のフレーム体2及びフロントフォーク3を有するフレーム1と、ハンドル部4と、駆動部5と、前輪6と、3段変速の内装変速ハブ10が装着された後輪7と、前後のブレーキ装置8(前用のみ図示)とを備えている。また、この自転車は、走行速度に応じて自動変速制御が可能であるとともに、手動変速制御も可能となっている。このために、車速信号(選択信号)に応じて自動変速制御を行うための自動変速ユニット20と、車速信号と同じ形態の擬似車速信号(擬似選択信号)に応じて手動変速制御を行うための手動変速ユニット21とが設けられている。

0022

フレーム1には、サドル11やハンドル部4を含む各部が取り付けられている。また、フロントフォーク3には車速検出用のリードスイッチを内蔵した車速センサ12が装着されている。この車速センサ12は、前輪6に装着された磁石13を検出することで、図2に示すようなパルス状の車速信号を出力する。ハンドル部4は、フロントフォーク3の上部に固定された、ハンドルステム14とハンドルステム14に固定されたハンドルバー15とを有している。ハンドルバー15の両端にはブレーキ装置8を構成するブレーキレバー16とグリップ17とが装着されている。

0023

[自動変速ユニット]自動変速ユニット20は、チェーンケース25及びチェーンステー26に固定されており、その内部には、図3に示すように、CPU,RAM,ROM,I/Oインターフェイスからなるマイクロコンピュータを含む変速制御部30と、この変速制御部30に接続された電源31、記憶部32、モータドライバ33及び他の入出力部が接続されている。また、モータドライバ33にはモータ34が接続されており、このモータ34により内装変速ハブ10が変速動作させられるようになっている。

0024

変速制御部30は、前述のように、車速信号に応じて変速制御を行うものである。すなわち、図2に示すようなパルス状の車速信号を受けてその周期Tを測定し、以下のようなパターンで変速制御信号(シフトアップ時)を出力する。
0≦T≦t1・・・低速段
t1≦T<t2・・・中速段
t2≦T ・・・高速段
なお、変速時のチャタリングを防止するために、シフトアップ時の周期とシフトダウン時の周期とを異ならせてヒステリシスを設けているが、ここでは詳細は省略する。

0025

[手動変速ユニット]手動変速ユニット21は、図4に示すように、右側のグリップ17の内側に装着されている。この手動変速ユニット21は、外部からの操作を受け付けるための操作部35と、操作部35からの指示に従って対応する擬似車速信号(後述)を出力する擬似車速信号発生部36と、車速センサ12からの車速信号及び擬似車速信号発生部36からの擬似車速信号を受けてこれらを選択的に出力する選択回路37と、選択回路37で選択された信号に応じて選択されるべき変速段を表示する表示部38とを備えている。

0026

操作部35は、シフトアップボタン35aと、シフトダウンボタン35bと、解除ボタン35cとを有している。シフトアップボタン35a及びシフトダウンボタン35bは、これらのボタンを押す毎に、現在選択されている変速段から1段高速側あるいは低速側の変速段に変速制御するためのボタンである。また、解除ボタン35cは手動変速制御を解除して自動変速制御に戻すためのボタンである。

0027

擬似車速信号発生部36は、車速センサ12からの車速信号を受けて、現在の速度段を認識するとともに、シフトアップボタン35a及びシフトダウンボタン35bからの指示に従って、現在の速度段から1段高速側あるいは低速側の変速段に対応する擬似車速信号を出力するものである。この擬似車速信号は図2に示す車速信号と全く同じ信号形態を有している。

0028

また、選択回路37は、通常の走行(自動変速制御を行っている状態)では、車速センサ12からの車速信号をそのまま自動変速ユニット20の変速制御部30に出力し、手動変速操作が行われて擬似車速信号発生部36から擬似車速信号が出力された場合は、常にその擬似車速信号を優先して選択し変速制御部30に出力するものである。

0029

[動作]
<自動変速制御>手動変速操作がなされない場合は、車速センサ12からの信号に応じて自動変速制御が行われる。すなわち、走行中においては、車速センサ12からの車速信号が選択回路37に入力されており、この車速信号はそのまま自動変速ユニット20の変速制御部30に入力される。また、車速信号に応じて、現在の変速段(正確には選択されるべき変速段)が表示部38に表示される。変速制御部30は、車速信号を受け、図2に示すようなパターンに従ってシフトアップ制御を行うための変速制御信号(または、図2に示すパターンと類似するパターンに従ってシフトダウン制御を行うための変速制御信号)をモータドライバ33に出力する。これによりモータ34が駆動され、内装変速ハブ10が変速制御される。

0030

<手動変速制御>走行中にライダーが変速を希望する場合は、ライダーは手動変速ユニット21における操作部35のシフトアップボタン35a又はシフトダウンボタン35bを操作することによって、現状の変速段から1段高速側あるいは低速側へ変速することが可能である。

0031

このような手動変速操作がなされた場合は、シフトアップボタン35a又はシフトダウンボタン35bからの信号が擬似車速信号発生部36に入力される。ここで、擬似車速信号発生部36は、図2に示すような車速センサ12からの信号を受けて、現状の変速段が何段であるかを常に認識している。例えば、現状の変速段が中速段であり、ライダーによってシフトアップボタン35aが押された場合は、擬似車速信号発生部36からは高速段に対応する擬似車速信号が発生される。そして、選択回路37では、車速センサ12からの車速信号と擬似車速信号発生部36からの高速段に対応する擬似車速信号を受け、擬似車速信号を優先して選択して変速制御部30に出力する。

0032

自動変速ユニット20側では、車速センサ12からの信号であるか擬似車速信号であるかを区別することなく、入力された信号に基づいて前述の自動変速の場合と全く同様の変速制御を行う。従って、この場合の例では、現状では中速段で走行しているので、車速の如何にかかわらず、手動操作が優先されて高速段にシフトアップされることになる。そして、このような動作は、シフトダウン操作についても全く同様に行われる。

0033

なお、一旦、手動操作を行うと、擬似車速信号発生部36からは、次の手動操作が実行されない限り、先に発生した擬似車速信号を所定の周期で発生し続けることになる。また、選択回路37では、擬似車速信号を変速制御部30に対して出力し続ける。したがって、先に選択された変速段がそのまま維持される。このような状態から再び自動変速制御に移行したい場合は、ライダーは解除ボタン35cを押せばよい。解除ボタン35cが押されると、擬似車速信号発生部36から擬似車速信号が出力されなくなり、これにより、選択回路37は車速センサ12からの信号をそのまま変速制御部30に出力する。したがって、この操作以降は、次に手動操作用のボタンが押されるまで、自動変速制御が行われる。

0034

<本実施形態の特徴>以上の実施形態では、変速制御部30としては、車速センサ12からの信号と擬似車速信号とを区別することなく、これらの信号に対して全く同様の制御プログラムで制御処理が可能であるので、変速制御部30のプログラムが非常に簡単になる。

0035

また、自動変速制御のみが可能な従来の装置に対して、ハード構成をほとんど変更することなく、自動変速ユニットと車速センサとの間に手動変速ユニットを設けるだけで、自動変速制御に加えて手動変速制御をも行うことができるようになる。
[他の実施形態]
(a)前記実施形態では、選択回路37を介して車速センサ12からの信号あるいは擬似車速信号を選択的に変速制御部30の1つの入力ポートに入力するようにしたが、変速制御部30に対して個別に入力し、変速制御部30においてこれらの信号を選択するようにしてもよい。

0036

この場合は、自動変速制御のみが可能な従来の装置に対して、変速制御部のハード構成やプログラムを変更する必要があるが、手動変速ユニットにおいて選択回路が不要になるという効果がある。
(b)前記実施形態では、操作部35において、シフトアップボタン及びシフトダウンボタンを設けて、手動操作により現状の走行段を1段づつ変速可能としたが、操作部の構成及び信号の形態は前期実施形態に限定されない。

0037

例えば、3段変速の場合、操作部に、低速段用ボタン、中速段用ボタン及び高速段用ボタンを設け、それぞれのボタンを押すことによって、直接的に目的の変速段に制御できるようにしても良い。
(c)前記実施形態では、走行条件を検出するために、車速を検出するようにしたが、例えばクランク軸に作用するトルクを検出して走行条件を検出するようにしても良い。この場合は、擬似車速信号に代わって擬似トルク信号を発生することになる。

発明の効果

0038

本発明に係る装置では、変速制御部が、実際の変速段選択信号と擬似選択信号とを区別することなく処理することができ、変速制御部のプログラムが非常に簡単になる。また、自動変速制御のみが可能な従来の装置に対して、ハード構成をほとんど変更することなく、手動変速制御を追加することができる。

図面の簡単な説明

0039

図1本発明の一実施形態が採用された自転車の側面図。
図2車速信号及び擬似車速信号の一例を示す図。
図3制御系の構成を示すブロック図。
図4前記自転車のハンドル部分の斜視図。

--

0040

12車速センサ
20自動変速ユニット
21手動変速ユニット
30変速制御部
34モータ
35 操作部
36 擬似車速信号発生部
37 選択回路

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