JP4054739B2

JP4054739B2 - 自転車用変速制御装置

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Publication number: JP4054739B2
Application number: JP2003330912A
Authority: JP
Inventors: 隆一朗高本; 公二宇野; 和浩藤井
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: DE602004020162D1; TW200512128A; US7290779B2; EP1518785B1; CN1315690C; JP2005096537A; EP1518785A3; US20050075774A1; CN1600633A; EP1518785A2

Description

本発明は、変速制御装置、特に、複数の変速段を有し駆動部によりシフトアップ及びシフトダウンが可能な自転車用変速装置を変速制御するための自転車用変速制御装置に関する。

複数の変速段を有する変速装置を装着した自転車が知られている。変速装置には外装変速機構と内装変速機構とがある。外装変速機構は、たとえば後輪に装着された複数のスプロケットを有する小ギアと、スプロケットのいずれかにチェーンを掛け替えるディレーラとを有し、内装変速機構は、後輪に内装された内装変速ハブを有している。これらの変速装置は、変速ケーブルを介してハンドル等に取り付けられた変速レバーに接続されている。この種の変速装置が装着された自転車では、変速レバーの手動操作により、走行状態に応じて最適な変速段を選択できる。

変速レバーはハンドルのブレーキレバーの近くに配置されていることが多く、減速時にはブレーキレバーの操作と変速レバーの操作とを同時に行う必要が生じ変速操作を行いにくい。そこで、変速段の切換を自転車の走行状態（たとえば車速やクランク回転数）に応じて自動的に行う変速制御装置が開発されている。従来、自転車の車速は、自転車の車輪に装着された磁石をリードスイッチより１回転当たり１つのパルスを検出し、その検出パルスの間隔と車輪の直径により求められている。そして、変速制御装置では、自転車の変速段に応じてシフトアップ速度しきい値及びシフトダウン速度しきい値の２つの速度しきい値を設定している。ここで、シフトアップしきい値は、それより一つ高速側の変速段のシフトダウンしきい値より少し高い値に設定されている。そして、検出された速度がシフトアップ速度しきい値を超えるとシフトアップし、シフトアップ後にシフトダウン速度しきい値より下がるとシフトダウンする制御が行われている。このように、１つの変速段に対してシフトアップとシフトダウンとで異なる速度しきい値により変速タイミングの制御を行うことにより、変速が頻繁に生じるチャタリング現象を防止できる。

車速を車輪１回転当たり１回程度と比較的少ない頻度で検出している場合には、シフトアップとシフトダウンとで異なる速度で変速タイミングの制御を行っているのでチャタリングを防止しやすい。しかし、たとえば磁石を回転方向に複数個車輪に設けたりして車輪１回転当たりの車速の検出頻度を増やすと、無駄な変速が頻繁に行われるおそれがある。具体的には、たとえば坂道を上る際にクランク回転数にむらがあるとき、ごく短時間のうちに車速がシフトアップしきい値の近傍で変動し、ライダーの意に反してシフトアップし、その直後にシフトダウンが行われることがある。このような連続的なシフト動作が起こると、その速度を維持するために必要なペダル踏力が頻繁に変化してライダーのペダリングをギクシャクさせて、自転車の走行を不安定にするおそれがある。

そこで、複数の検出結果のうち、一度でもシフトアップしきい値を超えていない場合、シフトアップを行わないようにした技術が開発されている（特開平文献１参照）。従来の変速制御装置は、走行状態の検出結果が現在の変速段に応じたシフトアップしきい値を超えた後、所定時間経過までに走行状態の検出結果がシフトアップしきい値を超えているか否かを判断し、走行状態がシフトアップしきい値を超えている場合、高速側の変速段に変速するように変速制御している。従来の変速制御装置では、検出された走行状態がシフトアップしきい値を超えたとき、ただちにシフトアップするのではなく、所定時間経過の間に一度でもシフトアップしきい値を超えていないと判断するとシフトアップせずにその変速段を維持する。そして、走行状態が所定時間の間でシフトアップしきい値を超えているときだけ、高速側の変速段にシフトアップするように駆動部を制御する。したがって、走行状態を頻繁に検出しても重くなる方向の変速動作が頻繁に行われにくくなりライダーの意に反したシフトアップを抑えることができる。
特開２００３−１２０７９９号公報

前記従来の構成では、所定時間内の全ての検出結果がシフトアップしきい値を超えないとシフトアップしないので、頻繁なシフトアップを抑えることができる。しかし、たとえば、駐輪場の出入り口で歩道のスロープを下りるときや坂道で立ちこぎにより加速したときや平坦路での急加速を行ったとき、所定時間内の全ての検出結果がシフトアップしきい値を越えると、不意にシフトアップ処理がなされることがある。このようなときにシフトアップ処理がなされると、ペダルをこぐのに要する力が急に重くなりライダーに不快感を与えるおそれがある。

本発明の課題は、自転車の車速又はクランク回転数に応じて変速制御する自転車用変速制御装置において、自転車が急加速したときの不意のシフトアップを抑えることにある。

発明１に係る自転車用変速制御装置は、複数の変速段を有し検出される自転車の車速又はクランク回転数に応じて駆動部によりシフトアップ及びシフトダウンが可能な自転車用変速装置を変速制御するための装置であって、しきい値設定部と、判断部と、取消部と、第１制御部とを備えている。しきい値設定部は、複数の変速段に応じた自転車の車速又はクランク回転数のシフトアップしきい値及びシフトダウンしきい値が設定される。判断部は、自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が現在の変速段に応じたシフトアップしきい値を超えた後、それに続く複数の自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が前記シフトアップしきい値を超えているか否かを判断する。取消部は、判断部による判断途中に連続して検出された２つの検出結果のうち後の検出結果が先の検出結果より所定値以上シフトアップ側に変化しているとき、それまでの判断を取り消す。第１制御部は、判断部により連続する検出結果が全てシフトアップしきい値を超えていると判断されたとき、高速側の変速段に変速するように駆動部を制御する。

この変速装置では、自転車の車速又はクランク回転数の検出結果と変速段毎のシフトアップしきい値とを比較する。そして、自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が現在の変速段に応じたシフトアップしきい値を超えると、所定回数又は所定時間の自転車の車速又はクランク回転数の検出結果がシフトアップしきい値を超えているか否かを判断し、連続する全ての自転車の車速又はクランク回転数の検出結果がシフトアップしきい値を超えていると判断したとき、高速側の変速段に変速するように駆動部を制御する。ただし、連続する検出結果の判断途中に検出された２つの検出結果のうち後の検出結果が先の検出結果より所定値以上シフトアップ側に変化しているとき、それまでの判断が取り消される。この結果、判断部は自転車の車速又はクランク回転数の検出結果の判断をやり直す。ここでは、検出された自転車の車速又はクランク回転数がシフトアップしきい値を超えたとき、ただちにシフトアップするのではなく、たとえば所定時間又は所定回数の連続する検出結果のひとつでもシフトアップしきい値を超えていないと判断するとシフトアップせずにその変速段を維持するとともに、判断途中で後の検出結果が先の検出結果より所定値以上シフトアップ側に変化しているとき、つまり急激に加速したときには、それまでの判断が取り消され、判断をやり直す。そして、急激に加速せずに自転車の車速又はクランク回転数の連続する検出結果が全てシフトアップしきい値を超えているときだけ、高速側の変速段にシフトアップするように駆動部を制御する。したがって、自転車が急加速したときの不意のシフトアップを抑えることができる。

発明２に係る自転車用変速制御装置は、発明１に記載の装置において、判断部は、所定回数連続してシフトアップしきい値を超えているか否かを判断する。この場合には、検出回数でシフトアップするタイミングを決めているので、速度に応じて変速タイミングを変えることができる。

発明３に係る自転車用変速制御装置は、発明１に記載の装置において、判断部は、所定時間連続してシフトアップしきい値を超えているか否かを判断する。この場合には、検出時間でシフトアップするタイミングを決めているので、時間に応じて見掛けのしきい値を変えることができる。

発明４に係る自転車用変速制御装置は、発明１から３のいずれかに記載の装置において、自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が現在の変速段に応じたシフトダウンしきい値になったとき、ただちに低速側の変速段に変速するように駆動部を制御する第２制御部をさらに備える。この場合には、自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が現在の変速段のシフトダウンしきい値になったとき、ただちに低速側の変速段に変速するように駆動部を制御する。このため、大きな踏力を要する変速段から小さな踏力ですむ変速段へ速やかに変速されることになるので、ライダーへの負担が減少する。特に、自転車の車速又はクランク回転数を頻繁に検出できる場合にはシフトダウンのレスポンスが向上し、ライダーの負担がより減少する。

発明５に係る自転車用変速制御装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、検出されるのは車速である。この場合には、車速を検出して変速制御しているので、車速に応じた変速制御を行える。

発明６に係る自転車用変速制御装置は、発明５に記載の装置において、車速は、自転車の車輪が１回転する間に複数回検出される。この場合には、車輪の一回転あたり複数の車速信号が得られ、精度のよい変速制御を行える。また、複数の車速信号が得られても無駄な変速制御が行われにくくなる。

発明７に係る自転車用変速制御装置は、発明６に記載の装置において、車速は、車輪に連動して回転する交流発電機からの出力により検出される。この場合には、別に車輪の回転を検出するためのセンサや検出子を設けることなく車速の検出が可能になる。

発明８に係る自転車用変速制御装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、検出されるのはクランクの回転数である。この場合には、クランク回転数を一定に保つように変速制御できるので、ライダーは一定幅のクランク回転数で効率よくペダルをこぐことができる。

発明９に係る自転車用変速制御装置は、発明１から８のいずれかに記載の装置において、駆動部は、自転車用変速装置に設けられ電力により作動する電動部品であり、第１及び第２制御部は、駆動部を電気的に制御する。この場合には、駆動部がモータやソレノイドなどの電力により作動する電動部品であるので、電気的に簡単に制御できる。

本発明によれば、検出された自転車の車速又はクランク回転数がシフトアップしきい値を超えたとき、ただちにシフトアップするのではなく、所定時間又は所定回数の検出結果のひとつでもシフトアップしきい値を超えていないと判断するとシフトアップせずにその変速段を維持するとともに、判断途中で後の検出結果が先の検出結果より所定値以上シフトアップ側に変化しているとき、つまり急激に加速したときには、それまでの判断が取り消され、判断をやり直す。そして、急激に加速せずに自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が所定回数又は所定時間シフトアップしきい値を超えているときだけ、高速側の変速段にシフトアップするように駆動部を制御する。したがって、自転車が急加速したときの不意のシフトアップを抑えることができる。

〔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とフロントフォーク３とを有するフレーム１と、ハンドル部４と、駆動機構５と、発電ハブ１２が装着された前輪６と、４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、内装変速ハブ１０を手元で操作するための変速操作部９とを備えている。

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。

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。右側のブレーキレバー１６には変速操作部９が装着されている。

変速操作部９は、図２に示すように、右側（前輪用）のブレーキレバー１６に一体で形成された操作パネル２０と、操作パネル２０の下部に左右に並べて配置された２つの操作ボタン２１，２２と、操作ボタン２１，２２の上方に配置された操作ダイヤル２３と、操作ダイヤル２３の左方に配置された液晶表示部２４とを有している。操作パネル２０の内部には変速操作を制御するための変速制御部２５（図３）が収納されている。

操作ボタン２１，２２は、三角形状の押しボタンである。左側の操作ボタン２１は低速段から高速段への変速を行うためのボタンであり、右側の操作ボタン２２は高速段から低速段への変速を行うためのボタンである。操作ダイヤル２３は、３つの変速モードとパーキング（Ｐ）モードとを切り換えるためのダイヤルであり、４つの停止位置Ｐ，Ａ１，Ａ２，Ｍを有している。ここで変速モードは、自動変速１（Ａ１）モードと自動変速２（Ａ２）モードと手動変速（Ｍ）モードとであり、自動変速１及び２モードは、発電ハブ１２からの車速信号により内装変速ハブ１０を自動変速するモードであり、自動変速１（Ａ１）モードは、主として平地で自動変速を行うときに使用される変速モードであり、自動変速２（Ａ２）モードは、主として坂道で自動変速を行うときに使用される変速モードである。このため、自動変速２（Ａ２）モードは、自動変速１（Ａ１）モードに比べてシフトアップの変速タイミングが早く、シフトダウンの変速タイミングが遅く設定されている。手動変速モードは、操作ボタン２１，２２の操作により内装変速ハブ１０を変速するモードである。パーキングモードは、内装変速ハブ１０をロックして後輪７の回転を規制するモードである。液晶表示部２４には、現在の走行速度も表示されるとともに、変速時に操作された変速段が表示される。

変速制御部２５は、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備えている。変速制御部２５には、図３に示すように、発電ハブ１２と、内装変速ハブ１０の動作位置を検出する、たとえばポテンショメータからなる動作位置センサ２６と、操作ダイヤル２３と、操作ボタン２１，２２とが接続されている。また、変速制御部２５には、バッテリーからなる電源２７と、モータドライバ２８と、液晶表示部２４と、記憶部３０と、他の入出力部とが接続されている。変速制御部２５は、車速が現在の変速段に応じたシフトアップしきい値を超えた後、それに続く車速の検出結果がシフトアップしきい値を超えているか否かを判断する判断部２５ａと、判断部２５ａによる判断途中に連続して検出された２つの検出結果のうち後の検出結果が先の検出結果より所定値以上シフトアップ側に変化しているとき、それまでの判断を取り消す取消部２５ｂと、判断部２５ａにより連続する検出結果が全てシフトアップしきい値を超えていると判断されたとき、高速側の変速段に変速するように内装変速ハブ１０を制御する第１制御部２５ｃと、検出結果が現在の変速段に応じたシフトダウンしきい値を超えたとき、ただちに低速側の変速段に変速するように内装変速ハブ１０を制御する第２制御部２５ｄとを有している。

発電ハブ１２は、たとえば２８極の交流発電機であり、車速に応じた交流信号を発生する。この発電ハブ１２からの交流信号により、変速制御部２５は車速Ｓを検出する。このため、車速Ｓは、前輪６の１回転で１４回検出することができ、磁石とリードスイッチとを用いた車速検出方法より細かく車速を検出できる。したがって、変速制御をよりリアルタイムに実行できる。

モータドライバ２８には内装変速ハブ１０を駆動する変速モータ２９（駆動部の一例）が接続されている。記憶部３０は、たとえばＥＥＰＲＯＭ等の書換え可能な不揮発メモリで構成され、そこにはパーキングモードで使用する暗証や速度検出に使用するタイヤ径等の各種のデータが記憶されている。また、記憶部３０は、自動変速１（Ａ１）モード及び自動変速２（Ａ２）モード時の速度と各変速段との関係、つまり各変速段毎のシフトアップしきい値及びシフトダウンしきい値（図４参照）が設定されたしきい値設定部３０ａを有している。なお、この実施形態では、各しきい値は予め記憶されているが、ライダーにより設定されたしきい値を変更可能としてもよい。

変速制御部２５は、各モードに応じてモータ２９を制御するとともに、液晶表示部２４を表示制御する。具体的には、変速制御部２５は、車速が現在の変速段に応じたシフトアップしきい値を超えた後、それに続く車速の検出結果がシフトアップしきい値を超えているか否かを判断する判断部２５ａと、判断部２５ａによる判断途中に連続して検出された２つの検出結果のうち後の検出結果が先の検出結果より所定値以上シフトアップ側に変化しているとき、それまでの判断を取り消す取消部２５ｂと、判断部２５ａにより連続する検出結果が全てシフトアップしきい値を超えていると判断されたとき、高速側の変速段に変速するように駆動部としてのモータ２９を制御する第１制御部２５ｃと、検出結果が現在の変速段に応じたシフトダウンしきい値を超えたとき、ただちに低速側の変速段に変速するようにモータ２９を制御する第２制御部２５ｄとを有している。

図４に自動変速１（Ａ１）及び自動変速２（Ａ２）モード時のそれぞれの速度しきい値の一例をそれぞれ示す。

図４において、自動変速１（Ａ１）モードにおいては、シフトアップしきい値は、たとえば１３ｋｍ／ｈ（１−２速），１６ｋｍ／ｈ（２−３速），１９ｋｍ／ｈ（３−４速）である。シフトダウンしきい値は、たとえば１２ｋｍ／ｈ（２−１速），１４ｋｍ／ｈ（３−２速），１７ｋｍ／ｈ（４−３速）である。自動変速２（Ａ２）モードにおいては、シフトアップしきい値は、たとえば１１ｋｍ／ｈ（１−２速），１４ｋｍ／ｈ（２−３速），１７ｋｍ／ｈ（３−４速）である。シフトダウンしきい値は、たとえば１０ｋｍ／ｈ（２−１速），１２ｋｍ／ｈ（３−２速），１５ｋｍ／ｈ（４−３速）である。

駆動機構５は、フレーム体２の下部（ハンガー部）に設けられたギアクランク１８と、ギアクランク１８に掛け渡されたチェーン１９と、内装変速ハブ１０とを有している。内装変速ハブ１０は、４つの変速段とロック位置とを有する４段変速ハブであり、変速モータ２９により４つの変速位置とロック位置との合計５つの位置に切り換えられる。このロック位置で、内装変速ハブ１０の回転が規制される。

〔変速動作〕
変速及びロック操作は、変速操作部９の操作ダイヤル２３によるモード選択及び操作ボタン２１，２２による変速操作により変速モータ２９を動作させることにより行われる。

図５〜図７は、変速制御部２５の制御動作を示すフローチャートである。

電源が投入されると、ステップＳ１で初期設定を行う。ここでは、速度算出用の周長データが、たとえば２６インチ径にセットされ、変速段が２速（Ｖ２）にセットされ、さらに各種の計数値（たとえば後述する判断回数値ｎ）やフラグがリセットされる。

ステップＳ２では、操作ダイヤル２３がパーキング（Ｐ）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ３では、操作ダイヤル２３が自動変速１（Ａ１）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ４では、操作ダイヤル２３が自動変速２（Ａ２）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ５では、操作ダイヤル２３が手動変速（Ｍ）モードにセットされたか否かを判断する。ステップＳ６では、タイヤ径入力等の他の処理が選択されたか否かを判断する。

操作ダイヤル２３がＰ位置に回されパーキング（Ｐ）モードにセットされた場合には、ステップＳ２からステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、パーキング（Ｐ）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＡ１位置に回され自動変速１モードがセットされた場合には、ステップＳ３からステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、図６に示す自動変速１（Ａ１）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＡ２位置に回され自動変速２モードがセットされた場合には、ステップＳ４からステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、自動変速１処理と同様な自動変速２（Ａ２）処理を実行する。操作ダイヤル２３がＭ位置に回され手動変速モードがセットされた場合には、ステップＳ５からステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、図７に示す手動変速（Ｍ）処理を実行する。他の処理が選択された場合にはステップＳ６からステップＳ１１に移行し、選択された処理を実行する。

ステップＳ７のパーキング（Ｐ）処理では、内装変速ハブ１０のロック状態を解除するための暗証を登録する暗証登録処理やロック状態を解除するための暗証入力及び照合を行う暗証入力処理などの処理を操作ボタン２１，２２の操作に応じて実行する。

ステップＳ８の自動変速１処理では、車速Ｓに応じた変速段に動作位置ＶＰをセットする。そして、それから外れている場合には、１段ずつ近づく方向に変速する。ここでは、図６のステップＳ２１で、動作位置センサ２６の動作位置ＶＰを取り込む。ステップＳ２２では、発電ハブ１２からの速度信号により自転車の現在の車速Ｓを取り込む。ステップＳ２３では、取り込んだ現在の車速Ｓが図４に示したような動作位置センサ２６の動作位置ＶＰに応じたシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えているか否かを判断する。ステップＳ２４では、シフトアップフラグＦＵをリセット（オフ）する。ここで、シフトアップフラグＦＵは、車速Ｓが変速段に応じたシフトアップしきい値を超えたときセットされるフラグである。ステップＳ２５では、検出された車速Ｓがシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を連続して超えたことが判断された回数を示す判断回数値ｎを０にする。すなわち、検出された車速Ｓが変速段（動作位置ＶＰ）に応じたシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えていないときには、シフトアップフラグＦＵ及び判断回数値ｎがリセットされる。ステップＳ２６では、取り込んだ現在の車速Ｓが動作位置センサ２６の動作位置ＶＰに応じたシフトダウンしきい値Ｄ（ＶＰ）よりさがっているか否かを判断する。

現在の車速Ｓが図４に示した現在の変速段に応じたシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えた場合にはステップＳ２３からステップＳ２７に移行する。たとえば、変速段が２速のとき（ＶＰ＝２）、車速Ｓが１６ｋｍ／ｈより速くなるとこの判断が「Ｙｅｓ」となる。ステップＳ２７では、シフトアップフラグＦＵがオンしているか否か、つまり、これより前のタイミングで車速Ｓがシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えているか否かを判断する。シフトアップフラグＦＵがオンしていない場合、ステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８では、シフトアップフラグＦＵをオンする。ステップＳ２９では、判断回数値ｎを１にする。ステップＳ３０では、このときの車速Ｓを次に検出される車速と比較するために、検出された車速Ｓを１回目の車速値Ｓ（ｎ）にセットし、ステップＳ２６に移行する。

シフトアップフラグＦＵがすでにオンしている場合、つまり、２回以上連続で車速Ｓがシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えている場合には、ステップＳ２７からステップＳ３１に移行する。ステップ３１では、判断回数値ｎを１だけ増加させる。ステップＳ３２では、ステップＳ３０と同様に、検出された車速Ｓをｎ回目の車速値Ｓ（ｎ）にセットする。ステップＳ３３では、今回検出された車速Ｓを示す車速値Ｓ（ｎ）と前回検出された車速Ｓを示す車速値Ｓ（ｎ−１）との差が所定の速度差ＳＡ以上か否かを判断する。つまり、連続した２回の検出結果により急激な加速がなされたか否かを判断する。この所定の速度差ＳＡは、たとえば、時速０．３ｋｍ〜０．８ｋｍの範囲、より好ましくは、時速０．４ｋｍ〜０．６ｋｍの範囲が望ましい。また、この速度差ＳＡをライダーの好みにより変更可能にしてもよい。速度差（Ｓ（ｎ）−Ｓ（ｎ−１））が所定の速度差ＳＡ以上、つまり急加速したと判断すると、それまでの判断を取り消すために、ステップＳ２４に移行してシフトアップフラグＦＵをオフするとともに、ステップＳ２５で判断回数値を０にリセットする。これにより、シフトアップの判断が一からやり直されることになる。速度差が所定の速度差ＳＡ以下であると判断すると、ステップＳ３３からステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４では、判断回数ｎが所定回数Ｎ（たとえば、１０）であるか否かを判断する。この所定の回数Ｎは、シフトアップのタイミングを決定するための変数である。所定回数Ｎに達していない場合は、ステップＳ２６に移行する。判断回数ｎが所定回数Ｎに達するとステップＳ３５に移行し、変速段が４速か否かを判断する。４速のときはそれ以上シフトアップできないので、やはり何も処理せずにステップＳ２６に移行する。ただし、４速のときのシフトアップしきい値は、２５５と通常では考えられない速度であるので通常はこのルーチンは通らない。４速未満のときには、ステップＳ３６に移行し、変速段を１段シフトアップするために動作位置ＶＰを１つ上げてステップＳ２４に移行する。これにより、変速モータ２９が動作して内装変速ハブ１０が１段シフトアップする。また、シフトアップフラグＦＵ及び判断回数ｎがリセットされる。

現在の車速Ｓが、図４に示した現在の変速段に応じたシフトダウンしきい値Ｄ（ＶＰ）より下がっている場合にはステップＳ２６からステップＳ３７に移行する。たとえば、変速段が２速のとき（ＶＰ＝２）、車速Ｓが１２ｋｍ／ｈより遅くなるとこの判断が「Ｙｅｓ」となる。ステップＳ３７では、変速段が１速か否かを判断する。１速のときは何も処理せずにメインルーチンに移行する。２速以上のときには、ステップＳ３８に移行し、変速段を１段シフトダウンするために動作位置ＶＰを１つ下げてメインルーチンに移行する。これにより、変速モータ２９が動作して内装変速ハブ１０が１段シフトダウンする。

なお、ステップＳ９の自動変速２（Ａ２）処理は、自動変速１（Ａ１）処理としきい値が異なるだけで処理内容は同じであるので説明を省略する。

ステップＳ１０の手動変速処理では、操作ボタン２１，２２の操作により１段ずつ変速する。図７のステップＳ４１で、動作位置センサ２６の動作位置ＶＰを取り込む。ステップＳ４２では、操作ボタン２１が操作されたか否かを判断する。ステップＳ４３では、操作ボタン２２が操作されたか否かを判断する。操作ボタン２１が操作されるとステップＳ４２からステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では、現在の動作位置ＶＰにより４速か否かを判断する。現在の変速段が４速ではない場合にはステップＳ４５に移行し、動作位置ＶＰを１つだけ高速段側に移行して１段シフトアップする。現在の変速段が４速の場合にはこの処理をスキップする。

操作ボタン２２が操作されるとステップＳ４３からステップＳ４６に移行する。ステップＳ４６では、現在の動作位置ＶＰにより１速か否かを判断する。現在の変速段が１速ではない場合にはステップＳ４７に移行し、動作位置ＶＰを１つだけ低速段側に移行して１段シフトダウンする。現在の変速段が１速の場合にはこの処理をスキップする。

図８Ａ及び図８Ｂに、自動変速処理において従来例と本実施例とにおける変速動作を比較したグラフを示す。図８Ａ及び図８Ｂでは縦軸に速度を、横軸に時間をそれぞれとっている。自動変速１処理では、図８Ａに示すように、たとえば変速段が１速のときにシフトアップしきい値Ｕ（１）（たとえば１３ｋｍ／ｈ）を超えると、それから所定回数Ｎ（たとえば１０）シフトアップしきい値Ｕ（１）を超えているか否かをステップＳ３４で判断する。図８Ａの場合には、時間ｔ１，ｔ３，ｔ５のタイミングでステップＳ２３で車速Ｓがシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えたことが判断され、計数が開始される。しかし、時間ｔ２では、車速Ｓがシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）以下となるため、ステップＳ２３での判断が「Ｎｏ」となり、シフトアップは行われなくなる。また、時間ｔ４では、今回検出された車速Ｓを示す車速値Ｓ（ｎ）と前回検出された車速Ｓを示す車速値Ｓ（ｎ−１）との差が所定の速度差ＳＡ以上になるため、ステップＳ３３での判断が「Ｙｅｓ」になり、それまでの判断が取り消される。そして、時間ｔ６のタイミングでＮ回連続して車速Ｓがそれから所定時シフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を超えたことが判断され、ステップＳ３４での判断が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ３５で１速から２速へのシフトアップが実行される。

一方、従来の場合には、図８Ｂに示すように、シフトアップしきい値Ｕ（１）を所定回数連続して超えると、２速へシフトアップしする。したがって、時間ｔ２では、本発明と同様にシフトアップが取り消されるが、時間ｔ３からの判断で時間ｔ４の車速は無視され、時間ｔ８でシフトアップされてしまう。したがって、急激な加速によりシフトアップが実行されてしまうことがある。

このように、本発明による変速制御では、シフトアップ時に所定回数Ｎの判断中に所定以上加速したときに判断を取り消しているので、急加速したときにライダーの意に反したシフトアップを防止できる。このため、スムーズな変速動作を実現でき、変速動作の不快感が少なくなる
また、シフトダウンのときには、シフトダウンしきい値（ＶＰ）より検出された車速Ｓが低いとき、ただちに低速側の変速段に変速するように変速モータ２９を制御する。このため、軽くなる変速方向への変速動作は、現在の変速段に応じたシフトダウンしきい値より下がるとただちに行われるので、ライダーへの負担が減少する。特に、発電ハブ２９により自転車の車速を頻繁に検出できる場合にはシフトダウンのレスポンスが向上し、ライダーの負担がより減少する。

〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では変速装置として内装変速ハブを例に説明したが、変速装置としては複数のスプロケットとディレーラとからなる外装変速機構の制御にも本発明を適用できる。

（ｂ）前記実施形態では変速モータで駆動される変速装置を例に説明したが、ソレノイドや電気・油圧・空圧シリンダ等の他のアクチュエータで駆動される変速装置の制御にも本発明を適用できる。

（ｃ）前記実施形態では、車速を用いたが、クランクの回転数を用いてもよい。この場合、図９に示すように、自転車のギアクランク１８に磁石等の検出子１１３を装着し、自転車のフレーム２に検出子１１３の回転を検出するたとえばリードスイッチからなる回転検出器１１２を装着してクランク回転数を検出すればよい。また、図１０に示すように、変速段に応じてクランク回転数の上限及び下限をしきい値として設定すればよい。図１０では各変速段で同じ値を設定しているがそれぞれ異ならせてもよい。そして、図６に示す動作と同様に自動変速モードで、シフトアップしきい値以上のクランク回転数になると所定回数Ｎ連続してそれより上がっているか否かを判断し、一度でも下がっている場合及び現在の検出回転数と先の検出回転数との差が所定以上のとき、判断をシフトアップしないようにすればよい。

（ｄ）前記実施形態では、現在の車速又はクランク回転数がシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を連続して超えている場合に、シフトアップするようにしたが、現在の車速又はクランク回転数がシフトアップしきい値Ｕ（ＶＰ）を所定時間Ｔ１連続して超えている場合に、シフトアップするように構成してもよい。そして、その判断途中に検出された車速又はクランク回転数の差が所定差以上になるとそれまでの判断を取り消すようにしてもよい。具体的には、図６のステップＳ２９で判断回数値ｎを１にする代わりにタイマーＴをスタートさせ、ステップＳ３９でタイマーＴが時間Ｔ１を超えたか否かを判断すればよい。また、初期設定時やステップＳ２５では、タイマーＴをリセットすればよい。

本発明の一実施形態が採用された自転車の側面図。そのハンドル部分の斜視図。制御系の構成を示すブロック図。しきい値の一例を示す図。変速制御処理のメインルーチンのフローチャート。自動変速１処理のフローチャート。手動変速処理のフローチャート。本発明の変速動作時の車速と変速段の関係を示すグラフ。従来例の変速動作時の車速と変速段の関係を示すグラフ。他の実施形態の図１に相当する図。他の実施形態の図４に相当する図。

符号の説明

１０内装変速ハブ
１２発電ハブ
２５変速制御部
２５ａ判断部
２５ｂ取消部
２５ｃ第１制御部
２５ｄ第２制御部
２６動作位置センサ
２９変速モータ
３０記憶部
３０ａしきい値設定部

Claims

複数の変速段を有し検出される自転車の車速又はクランク回転数に応じて駆動部によりシフトアップ及びシフトダウンが可能な自転車用変速装置を変速制御するための自転車用変速制御装置であって、
前記複数の変速段に応じた前記自転車の車速又はクランク回転数のシフトアップしきい値及びシフトダウンしきい値が設定されるしきい値設定部と、
前記自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が現在の変速段に応じた前記シフトアップしきい値を超えた後、それに続く複数の自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が前記シフトアップしきい値を超えているか否かを判断する判断部と、
前記判断部による判断途中に連続して検出された２つの検出結果のうち後の検出結果が先の検出結果より所定値以上シフトアップ側に変化しているとき、それまでの判断を取り消す取消部と、
前記判断部により連続する検出結果が全て前記シフトアップしきい値を超えていると判断されたとき、高速側の変速段に変速するように前記駆動部を制御する第１制御部と、
を備えた自転車用変速制御装置。
前記判断部は、所定回数連続して前記シフトアップしきい値を超えているか否かを判断する、請求項１に記載の自転車用変速制御装置。
前記判断部は、所定時間連続して前記シフトアップしきい値を超えているか否かを判断する、請求項１に記載の自転車用変速制御装置。
前記自転車の車速又はクランク回転数の検出結果が前記現在の変速段に応じたシフトダウンしきい値を超えたとき、ただちに低速側の変速段に変速するように前記駆動部を制御する第２制御部をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の自転車用変速制御装置。
検出されるのは前記車速である、請求項１から４のいずれかに記載の自転車用変速制御装置。
前記車速は、前記自転車の車輪が１回転する間に複数回検出される、請求項５に記載の自転車用変速制御装置。
前記車速は、前記車輪に連動して回転する交流発電機からの出力により検出される、請求項６に記載の自転車用変速制御装置。
検出されるのは前記クランクの回転数である、請求項１から４のいずれかに記載の自転車用変速制御装置。
前記駆動部は、前記自転車用変速装置に設けられ電力により作動する電動部品であり、
前記第１制御部は、前記駆動部を電気的に制御する、請求項１から８のいずれかに記載の自転車用変速制御装置。