CN107867369A - 自行车自动换档方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自行车自动换档方法及系统。此方法是控制前伺服马达将前拨链器推动至大齿盘的第一齿轮，并控制后伺服马达将后拨链器由后齿盘的第一飞轮依序推动至最末飞轮，以测量第一齿轮与各个飞轮之间的齿数比。之后，控制后伺服马达将后拨链器推动至后齿盘的第一飞轮，并控制前伺服马达将前拨链器由大齿盘的第一齿轮依序推动至最末齿轮，以测量第一飞轮与各个齿轮之间的齿数比。然后，利用所测量的齿数比建立其与自行车档位的关系表。最后则检测使用者的骑乘状态，根据关系表控制前后伺服马达推动前后拨链器，以切换至适于该骑乘状态下的档位。本方案可计算出前后齿轮的各种组合的齿数比，而可根据使用者的骑乘状态自动切换至合适的档位。

Description

自行车自动换档方法及系统

技术领域

本发明是有关于一种自行车控制方法及系统，且特别是有关于一种自行车自动换档方法及系统。

背景技术

在运动风气日益兴盛的今日，慢跑、游泳及自行车都是相当热门的运动。当使用者骑乘自行车时，通常会根据自身的速度或体能来进行换档操作，例如在平地切换到高速档以快速骑乘，或是在上坡时切换到低速档以节省体力爬坡。因此在自行车的握把上通常都设置有前轮及后轮的变速器以提供使用者进行换档操作。

然而，使用者换档时通常是依赖自身经验拨动前轮或后轮的变速器以切换档位，但在切换的过程中使用者并不知道前后齿轮之间齿数的比例关系，也不知道下一档位(前后齿轮的齿数比的大小顺序)的实际位置。结果使用者往往需要来回切换多次，才能切换到符合其目前骑乘需求的档位。

发明内容

本发明提供一种自行车自动换档方法及系统，可计算出前后齿轮的各种组合的齿数比，并据以建立齿数比与档位的关系表，而可根据使用者的骑乘状态自动切换至合适的档位。

本发明的自行车自动换档方法，适于由计算装置控制配置于自行车的前拨链器的前伺服马达推动前拨链器，并控制配置于自行车的后拨链器的后伺服马达推动后拨链器，以切换自行车的档位。此方法控制前伺服马达将前拨链器推动至自行车的大齿盘的多个齿轮中的第一齿轮，并控制后伺服马达将后拨链器由后齿盘的多个飞轮中的第一飞轮依序推动至最末飞轮，以利用转速传感器测量第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比。之后，控制后伺服马达将后拨链器推动至自行车的后齿盘的第一飞轮，并控制前伺服马达将前拨链器由大齿盘的第一齿轮依序推动至最末齿轮，以利用转速传感器测量第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比。然后，利用所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比与第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比，建立自行车的多个档位与齿数比的关系表。最后则检测自行车使用者的骑乘状态，并根据所述关系表控制前伺服马达与后伺服马达推动前拨链器与后拨链器，以切换至适于该骑乘状态下的档位。

在本发明的一实施例中，在上述控制前伺服马达将前拨链器推动至自行车的大齿盘的第一齿轮的步骤之前，所述方法还转动自行车的曲柄以带动大齿盘与后齿盘转动，并控制前伺服马达将前拨链器由端点位置推动至另一端点位置，而利用配置于前拨链器周围的振动传感器检测前拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据此振动幅度中的多个峰值决定大齿盘中各个齿轮相对于前拨链器的位置，而用于控制前伺服马达将前拨链器推动至各个齿轮。

在本发明的一实施例中，在上述控制后伺服马达将后拨链器由后齿盘的第一飞轮依序推动至最末飞轮的步骤之前，所述方法还转动自行车的曲柄以带动大齿盘与后齿盘转动，并控制后伺服马达将后拨链器由一端点位置推动至另一端点位置，而利用配置于后拨链器周围的振动传感器检测后拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据此振动幅度中的多个峰值决定后齿盘中各个飞轮相对于后拨链器的位置，而用于控制后伺服马达将后拨链器推动至各个飞轮。

在本发明的一实施例中，上述利用转速传感器测量第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比的步骤包括转动自行车的曲柄以带动大齿盘与后齿盘转动，并利用配置于靠近大齿盘的辐条上的前转速传感器检测前拨链器位于第一齿轮时大齿盘的第一转速，并利用配置于靠近后齿盘的辐条上的后转速传感器检测后拨链器位于第一飞轮时后齿盘的第二转速，从而计算第二转速与第一转速的比值以作为第一齿轮与第一飞轮之间的齿数比，最后则控制后伺服马达将后拨链器推动至所述第一飞轮的下一飞轮，并重复上述步骤，以计算第一齿轮与各个飞轮之间的齿数比。

在本发明的一实施例中，上述利用所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比与第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比，建立自行车的多个档位与齿数比的关系表的步骤包括建立飞轮与齿轮之间的对应关系的关系表，并在此关系表中填入所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比与第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比，从而根据所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比与第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比，利用连比公式计算其他各个齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的该齿数比，最后则将关系表中的齿数比排序，而由小至大决定各个齿数比对应的档位并记录于关系表。

在本发明的一实施例中，上述将关系表中的齿数比排序，而由小至大决定各个齿数比对应的档位并记录于关系表的步骤包括将齿数比相同或齿数比的差值小于预设值的齿轮与飞轮的组合设定为相同的档位。

在本发明的一实施例中，上述根据关系表控制前伺服马达与后伺服马达推动前拨链器与后拨链器，以切换至适于骑乘状态下的档位的步骤包括在所要切换的档位对应两种以上的齿轮与飞轮的组合时，根据目前档位对应的齿轮与飞轮，选择所需切换的齿轮与飞轮的数目最少的组合进行切换。

在本发明的一实施例中，上述的转速传感器包括控制器以及磁簧开关、红外线开关或激光开关，其中此控制器包括根据磁簧开关、红外线开关该激光开关输出的触发信号的时间间隔计算各个飞轮与各个齿轮之间的齿数比。

在本发明的一实施例中，上述检测自行车的使用者的骑乘状态的步骤包括利用生理信息传感器检测使用者的生理信息，据以判定使用者的骑乘状态。

在本发明的一实施例中，上述检测自行车的使用者的骑乘状态的步骤包括利用该转速传感器检测该使用者踩踏该自行车的踏板的速率或利用配置于该踏板上的压力传感器检测该使用者踩踏该踏板的力量，据以判定使用者的骑乘状态。

本发明的一种自行车自动换档系统，适于切换自行车的档位。此系统包括前伺服马达、后伺服马达、前转速传感器、后转速传感器、至少一个传感器及计算装置。其中，前伺服马达配置于自行车的前拨链器，推动前拨链器；后伺服马达配置于自行车的后拨链器，推动后拨链器；前转速传感器配置于靠近大齿盘的辐条上，检测大齿盘的第一转速；后转速传感器配置于靠近该后齿盘的辐条上，检测该后齿盘的第二转速；所述传感器是用以检测自行车使用者的骑乘状态；计算装置连接前述的前伺服马达、后伺服马达、前转速传感器及后转速传感器，其中计算装置会控制前伺服马达将前拨链器推动至自行车的大齿盘的多个齿轮中的第一齿轮，并控制后伺服马达将后拨链器由后齿盘的多个飞轮中的第一飞轮依序推动至最末飞轮，以利用前转速传感器与后转速传感器所检测的第一转速与第二转速，测量第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比。之后，计算装置会控制后伺服马达将后拨链器推动至自行车的后齿盘的第一飞轮，并控制前伺服马达将前拨链器由大齿盘的第一齿轮依序推动至最末齿轮，以利用转速传感器所检测的第一转速与第二转速，测量第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比。然后，计算装置会利用所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比与第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比，建立自行车的多个档位与齿数比的关系表。最后，计算装置会根据所述传感器所检测的骑乘状态，根据关系表控制前伺服马达与后伺服马达推动前拨链器与后拨链器，以切换至适于骑乘状态下的档位。

在本发明的一实施例中，上述的计算装置还在自行车的曲柄转动而带动大齿盘与后齿盘转动时，控制前伺服马达将前拨链器由一端点位置推动至另一端点位置，并利用配置于前拨链器周围的振动传感器检测前拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据振动幅度中的多个峰值决定大齿盘中各个齿轮相对于前拨链器的位置，而用于控制前伺服马达将前拨链器推动至各个齿轮。

在本发明的一实施例中，上述的计算装置还在自行车的曲柄转动而带动大齿盘与后齿盘转动时，控制后伺服马达将后拨链器由一端点位置推动至另一端点位置，并利用配置于后拨链器周围的振动传感器检测后拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据振动幅度中的多个峰值决定后齿盘中各个飞轮相对于后拨链器的位置，而用于控制后伺服马达将后拨链器推动至各个飞轮。

在本发明的一实施例中，上述的计算装置包括在自行车的曲柄转动而带动大齿盘与后齿盘转动时，利用前转速传感器检测前拨链器位于第一齿轮时大齿盘的第一转速，并利用后转速传感器检测后拨链器位于第一飞轮时后齿盘的第二转速，计算第二转速与第一转速的比值以作为第一齿轮与第一飞轮之间的齿数比，以及控制后伺服马达将后拨链器推动至第一飞轮的下一飞轮，并重复上述步骤，以计算第一齿轮与各个飞轮之间的齿数比。

在本发明的一实施例中，上述的计算装置包括建立飞轮与齿轮之间的对应关系的关系表，并将所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比与第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比填入，而根据所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比与第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比，利用连比公式计算其他各个齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比，最后则将关系表中的齿数比排序，而由小至大决定各个齿数比对应的档位并记录于关系表。

在本发明的一实施例中，上述的计算装置包括将齿数比相同或齿数比的差值小于预设值的齿轮与飞轮的组合设定为相同的档位。

在本发明的一实施例中，若计算装置所要切换的档位对应两种以上的齿轮与飞轮的该组合，计算装置包括根据目前档位对应的齿轮与飞轮，选择所需切换的齿轮与飞轮的数目最少的组合进行切换。

在本发明的一实施例中，上述的前转速传感器与后转速传感器分别包括控制器以及磁簧开关、红外线开关或激光开关，其中控制器包括根据磁簧开关、红外线开关或激光开关输出的触发信号的时间间隔计算第一转速与第二转速。

在本发明的一实施例中，上述的传感器包括生理信息传感器，其是用以检测使用者的生理信息，而提供计算装置据以判定使用者的骑乘状态。

在本发明的一实施例中，上述的传感器包括压力传感器，其配置于自行车的踏板上，用以检测使用者踩踏踏板的力量，而提供计算装置据以判定使用者的骑乘状态。

基于上述，本发明的自行车自动换档方法及系统通过在自行车的前后拨链器上配置伺服马达，由计算装置控制以推动前后拨链器并测量前后齿轮的齿数比，从而换算为自行车的档位。据此，计算装置可随时根据使用者当前的骑乘状态，自动控制前后拨链器切换至合适的档位。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例所示出的自行车自动换档系统的示意图。

图2是依照本发明一实施例所示出的后伺服马达与后拨链器的配置示意图。

图3是依照本发明的一实施例所示出的自行车自动换档方法的流程图。

图4是依照本发明的一实施例所示出的计算齿数比的方法流程图。

附图标号说明：

10：脚踏车装置；

11：大齿盘；

12：前拨链器；

13：后齿盘；

14：后拨链器；

15：曲柄；

16：踏板；

17：链条；

20：自行车自动换档系统；

21：前伺服马达；

22：后伺服马达；

221：转动拨杆；

23：前转速传感器；

24：后转速传感器；

25：计算装置；

26：传感器；

S302～S308：本发明一实施例的自行车自动换档方法的步骤；

S402～S412：本发明一实施例的计算齿数比方法的步骤。

具体实施方式

本发明设计可附挂在自行车前后拨链器上的伺服马达，其可通过计算装置的控制，推动前后拨链器在自行车的大齿盘及后齿盘上移动，以切换不同的齿轮。在推动拨链器的同时，本发明还利用配置在大齿盘及后齿盘周围的转速传感器测量其转速，并据以算出大齿盘的各个齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比。而根据齿数比的排序，本发明可归纳出自行车的档位，从而在使用者骑乘自行车时，自动切换至最适于当前骑乘状态的档位。借此，本发明的自动换档系统可协助使用者依当前的骑乘状态自动切换合适档位，从而满足使用者的骑乘需求。

图1是依照本发明一实施例所示出的自行车自动换档系统的示意图。请参照图1，本实施例的自行车自动换档系统20配置在脚踏车装置10上，其包括配置在前拨链器12上的前伺服马达21、配置在后拨链器14上的后伺服马达22、配置于靠近大齿盘11的辐条上的前转速传感器23、配置于靠近后齿盘13的辐条上的后转速传感器24，以及配置于手把17上的计算装置25。此外，自行车自动换档系统20还可包括配置于手把18上的传感器26。其中，前伺服马达21用以推动前拨链器12在大齿盘11的多个齿轮之间移动；后伺服马达22用以推动后拨链器14在后齿盘13的多个飞轮之间移动；前转速传感器23用以检测大齿盘11的转速；后转速传感器24用以检测后齿盘13的转速；传感器26例如是心率传感器，其可用以检测骑乘自行车10的使用者的心率。当使用者踩踏踏板16时，其踩踏力会带动曲柄15及大齿盘11转动，而大齿盘11会通过拉动链条17，而带动后齿盘13转动，从而驱动自行车10前进。

上述的前转速传感器23及后转速传感器24例如包括控制器以及磁簧开关、红外线开关或激光开关。其中，控制器可根据磁簧开关、红外线开关或激光开关输出的触发信号的时间间隔，计算出大齿盘11及后齿盘13的转速，并据以计算出各个飞轮与各个齿轮之间的齿数比。

计算装置25例如是手机、平板电脑或其他具有运算能力的计算装置，其可安装在手把17上的固定架上，而可通过有线或无线的方式，接收前转速传感器23与后转速传感器24所检测的转速及传感器26的检测值。此外，计算装置25也可通过有线或无线的方式，控制前伺服马达21推动前拨链器12以及控制后伺服马达22推动后拨链器14，以达到切换档位的效果。计算装置25例如还具备显示器，其例如可显示目前的档位、前拨链器12所在的齿轮、后拨链器14所在的飞轮和/或所检测到的使用者的骑乘状态等信息，而可提供使用者检视。计算装置25也可在显示器上显示操作界面，提供使用者以手动的方式设定前拨链器12、后拨链器14的位置、设定档位或进行其他操作，在此不设限。

需说明的是，本实施例的传感器26的配置仅为举例说明，在其他实施例中，传感器26还包括可用以检测使用者体温、血压、血糖、血氧、体脂、水分、乳酸、心电图(ECG/EKG)等生理信息的生理信息传感器，其可配置于自行车10车体上的其他部位或是使用者身上的合适部位，而用以检测使用者的生理信息。此外，在其他实施例中，传感器26也可以是配置于自行车10的踏板16上的压力传感器，其可检测使用者踩踏踏板16的力量。或者，传感器26也可以是前转速传感器23，而用以检测使用者踩踏自行车10的踏板16的速率。简言之，本实施例的自行车自动换档系统20可搭配任何种类及任何数量的传感器，而不限定于心率传感器。

图2是依照本发明一实施例所示出的后伺服马达与后拨链器的配置示意图。请参照图2，后拨链器14例如是目前市面上各种品牌的拨链器，其可带动自行车10的链条在后齿盘13上来回移动，以切换不同的飞轮。后伺服马达22则是本发明根据后拨链器14的结构所设计，其可装配并固定于后拨链器14上，而可通过转动拨杆221，推动后拨链器14朝内或朝外移动。后伺服马达22中例如还可配置支持蓝牙、红外线、无线传真(Wireless Fidelity，WiFi)或近距离无线通信(Near Field Communication，NFC)等无线传输技术的通信装置(未示出)，其可通过无线的方式与计算装置25通信，而可接收计算装置25的控制信号，以控制后伺服马达22推动后拨链器14。在其他实施例中，后伺服马达22也可通过有线的方式与计算装置25连接，在此不设限。

图3是依照本发明的一实施例所示出的自行车自动换档方法的流程图。请同时参照图1及图3，本实施例的方法适用于上述的自行车自动换档系统20。以下即搭配图1中自行车自动换档系统20的各项元件，说明本实施例方法的详细流程。

首先，由计算装置25控制前伺服马达21将前拨链器12推动至自行车10的大齿盘11的多个齿轮中的第一齿轮，并控制后伺服马达22将后拨链器14由后齿盘13的多个飞轮中的第一飞轮依序推动至最末飞轮，以利用配置于靠近大齿盘11的辐条上的转速传感器23与靠近后齿盘13的辐条上的转速传感器24测量第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比(步骤S302)。

详言之，图4是依照本发明的一实施例所示出的计算齿数比的方法流程图。请参照图4，本实施例的方法说明上述步骤S302的详细流程。

首先，由使用者转动自行车10的曲柄15以带动大齿盘11与后齿盘13转动(步骤S402)。此时，计算装置25可利用配置于靠近大齿盘11的辐条上的转速传感器23检测前拨链器12位于第一齿轮时大齿盘11的第一转速，并利用配置于靠近后齿盘13的辐条上的转速传感器24检测后拨链器14位于第一飞轮时后齿盘13的第二转速(步骤S404)。然后，计算装置25会计算此第二转速与第一转速的比值以作为第一齿轮与第一飞轮之间的齿数比(步骤S406)。

本实施例通过将前拨链器12固定于大齿盘11的第一齿轮，并循序推动后拨链器14在后齿盘13的多个飞轮之间切换，而可测量出第一齿轮与后齿盘13的每一个飞轮之间的齿数比。其中，前拨链器12可固定在大齿盘11的最大齿轮或最小齿轮所在的位置上，本实施例并不限定。同样地，后拨链器14也可先移动到后齿盘13的最大飞轮的位置上再依序切换至最小飞轮，或者可先移动到后齿盘13的最小飞轮的位置上再依序切换至最大飞轮，本实施例也不予以限定。

需说明的是，在进行上述的控制步骤之前，计算装置25需要先行确定大齿盘11中的各个齿轮的位置以及后齿盘13中的各个飞轮的位置，使得其在后续控制前伺服马达21推动前拨链器12或控制后伺服马达22推动后拨链器14时，可以准确地推动到所要切换到的齿轮或飞轮的位置。在一实施例中，计算装置25可以在其显示器中显示操作界面，以供使用者以手动的方式控制前伺服马达21推动前拨链器12或控制后伺服马达22推动后拨链器14，并自行判断大齿盘11中的各个齿轮的位置以及后齿盘13中的各个飞轮的位置以设定于计算装置25。而在另一实施例中，计算装置25可利用传感器检测振动的方式，确认各个齿轮与飞轮的位置，全程可采自动的方式进行，而无需使用者手动操作。

详细地说，对于大齿盘11中的各个齿轮，自行车10可通过使用者施力或电动马达施力，转动曲柄15以带动大齿盘11与后齿盘13转动。此时，计算装置25可控制前伺服马达21推动前拨链器12由一个端点位置移动至另一个端点位置(例如由最外侧移动至最内侧)，并利用配置于前拨链器12周围的振动传感器(未示出)检测前拨链器12在移动过程中的振动幅度，以根据振动幅度中的多个峰值决定大齿盘11中各个齿轮相对于前拨链器12的位置，而用于控制前伺服马达21将前拨链器12推动至各个齿轮。详细而言，每当前拨链器12拨动链条17至一个齿轮上时，链条17在移动至该齿轮的过程中会产生一定程度的振动，且当链条17滑入该齿轮时，振动幅度最大。据此，计算装置25即可针对前拨链器12移动过程中所检测到的振动幅度的峰值来决定齿轮的位置。

类似地，对于后齿盘13中的各个飞轮，自行车10也可通过使用者施力或电动马达施力，转动曲柄15以带动大齿盘11与后齿盘13转动。此时，计算装置25可控制后伺服马达22推动后拨链器14由一个端点位置移动至另一个端点位置(例如由最外侧移动至最内侧)，并利用配置于后拨链器14周围的振动传感器(未示出)检测后拨链器14在移动过程中的振动幅度，以根据振动幅度中的多个峰值决定后齿盘13中各个飞轮相对于后拨链器14的位置，而用于控制后伺服马达22将后拨链器14推动至各个飞轮。

在计算完第一齿轮与第一飞轮之间的齿数比之后，计算装置25会判断目前后拨链器14是否已被推动至最末飞轮(步骤S408)。若尚未推动至最末飞轮，则计算装置25会控制后伺服马达22将后拨链器14推动至第一飞轮的下一飞轮(步骤S410)，并回到步骤S402，继续计算第一齿轮与此下一飞轮之间的齿数比。上述步骤会被重复地执行，直到计算装置25判断目前后拨链器14已被推动至最末飞轮时，才结束测量(步骤S412)。

通过上述方法，计算装置25即可计算出大齿盘11的第一齿轮与后齿盘13的各个飞轮之间的齿数比。

回到图3的流程，在步骤S304中，类似于步骤S302的做法，计算装置25将改为控制后伺服马达22将后拨链器14推动至自行车10的后齿盘13的第一飞轮，并控制前伺服马达21将前拨链器12由大齿盘11的第一齿轮依序推动至最末齿轮，以利用配置于靠近大齿盘11的辐条上的前转速传感器23与靠近后齿盘13的辐条上的后转速传感器24测量第一飞轮与大齿盘11的各个齿轮之间的齿数比(步骤S304)。简言之，计算装置25是通过将后拨链器14固定于后齿盘13的第一飞轮，并循序推动前拨链器12在大齿盘11的多个齿轮之间切换，以测量第一飞轮与大齿盘11的每一个齿轮之间的齿数比。而关于齿数比的计算，可参照前面图4的做法，在此不再赘述。

在取得大齿盘11的第一齿轮与后齿盘13的各个飞轮之间的齿数比以及后齿盘13的第一飞轮与大齿盘11的各个齿轮之间的齿数比后，计算装置25即可用以建立自行车的多个档位与齿数比的关系表(步骤S306)。

详言之，计算装置25例如会建立一个记录飞轮与齿轮之间的对应关系的关系表，并在此关系表中填入所测量的第一齿轮与后齿盘的各个飞轮之间的齿数比以及第一飞轮与大齿盘的各个齿轮之间的齿数比。然后，计算装置25会根据此关系表中的齿数比，利用连比公式计算其他齿轮与飞轮之间的齿数比。在取得每一组齿轮与飞轮之间的齿数比之后，计算装置25可将关系表中的齿数比排序，由小至大决定各个齿数比对应的档位并记录于关系表。

举例来说，假设大齿盘具有3个齿轮，且其齿数由大至小依序为44、32、22，后齿盘具有9个飞轮，且其齿数由大至小依序为34、30、26、23、20、17、15、13、11。通过上述的方法，计算装置可计算出大齿盘中最小齿轮(齿数22)与后齿盘中各个飞轮的齿数比，以及取得后齿盘中最大飞轮(齿数34)与大齿盘中各个齿轮的齿数比。而根据这些飞轮与齿轮之间的齿数比，可建立如下表一所示的关系表。

	44	32	22
				34	1.294117	0.941176	0.647058
30			0.733333
				26			0.846153
23			0.956521
				20			1.1
17			1.294117
				15			1.466666
13			1.692307
				11			2

表一

然后，计算装置可根据上述关系表中的齿数比，利用连比公式计算剩余的各个齿轮与各个飞轮之间的齿数比。举例来说，齿轮(齿数32)与飞轮(齿数30)的齿数比r(32,30)可通过下列公式计算而得：

r(32,30)＝r(22,30)/r(22,34)×r(32,34)

＝0.733333/0.647058×0.941176

＝1.066666

以此类推，即可计算出上述关系表中空白部分的齿数比，再将这些齿数比填入表一后，即可得到下表二。

	44	32	22
				34	1.294117(10)	0.941176(4)	0.647058(1)
30	1.466666(13)	1.066666(6)	0.733333(2)
				26	1.692307(16)	1.230769(8)	0.846153(3)
23	1.913043(18)	1.391304(11)	0.956521(5)
				20	2.200000(21)	1.600000(14)	1.100000(7)
17	2.588235(23)	1.882352(17)	1.294117(9)
				15	2.933333(25)	2.133333(20)	1.466666(12)
13	3.384615(26)	2.461538(22)	1.692307(15)
				11	4.000000(27)	2.909090(24)	2.000000(19)

表二

通过上述方法，即可在没有测量并计算出所有齿数比的情况下，以最少的测量数据计算出所有齿轮与飞轮之间的齿数比。而在取得所有齿轮与飞轮之间的齿数比之后，计算装置即可将这些齿数比由小至大进行排序，而以这些齿数比的大小顺序做为自行车的档位，最终获得如上表二所示的自行车档位(标示于括弧内的数字)与齿数比的关系表。其中，自行车的档位包括27档。

需说明的是，上述大齿盘的各个齿轮与后齿盘的各个飞轮的齿数仅是为了方便说明而以假设的方式提供，实际上本发明的方法在测量转速及计算齿数比的过程中，完全不需要知道也不会用到这些齿数。也就是说，通过本发明的方法，使用者只需将本发明的前后伺服马达及转速传感器安装在自行车上并与计算装置连接后，将转动自行车的曲柄一段时间，计算装置即可自动地计算出所有齿轮与飞轮的齿数比并设定好档位，中间过程将不需要使用者在计算装置中设定前后齿盘的齿轮数目或大小(齿数)。

此外，由上表二所示的各个齿轮与各个飞轮之间的齿数比可知，有许多齿轮与飞轮的组合会具有相同的齿数比。也就是说，当自行车切换到这些齿轮与飞轮的组合时，使用者踩踏的施力与感受到的力回馈是相同的。因此，在其他实施例中，计算装置可将其所计算的齿数比相同或齿数比的差值小于预设值的齿轮与飞轮的组合整合为相同的档位，如此可将自行车的档位缩减为彼此不同的档位。

举例来说，计算装置可将上表二中齿数比相同的档位9与10、档位12与13以及档位15与16合并，并将表二中的档位重新排序后，即可获得下表三所示的更新后关系表。其中，自行车的档位已适当地缩减至24档。而若考虑将齿轮比相近的档位也进行合并，则可再进一步缩减至少于24档。

	44	32	22
				34	1.294117(9)	0.941176(4)	0.647058(1)
30	1.466666(11)	1.066666(6)	0.733333(2)
				26	1.692307(13)	1.230769(8)	0.846153(3)
23	1.913043(15)	1.391304(10)	0.956521(5)
				20	2.200000(18)	1.600000(12)	1.100000(7)
17	2.588235(20)	1.882352(14)	1.294117(9)
				15	2.933333(22)	2.133333(17)	1.466666(11)
13	3.384615(23)	2.461538(19)	1.692307(13)
				11	4.000000(24)	2.909090(21)	2.000000(16)

表三

需说明的是，上述的档位与齿数比关系表的建立需要花费时间，故系于使用者于自行车10上新安装自行车自动换档系统20时，或是使用者于计算装置25上选择重置关系表时，计算装置25才会进行此关系表的建立或更新。一旦关系表建立之后，计算装置25会将此关系表的数据存入存储器或其他储存媒体中，以便计算装置25在后续需要切换档位时可以存取使用。

回到图3的流程，在步骤S308中，计算装置25会利用传感器26检测自行车的使用者的骑乘状态(例如利用心率传感器检测使用者的心率)，并根据上述的关系表控制前伺服马达21与后伺服马达22推动前拨链器12与后拨链器14，以切换至适于此骑乘状态下的档位。其中，计算装置25例如会将所检测的骑乘状态与预设上限及预设下限进行比较，若骑乘状态大于预设上限，则根据关系表将档位切换至目前档位的前一个档位(较高档位)；若骑乘状态小于预设下限，则根据关系表将档位切换至目前档位的后一个档位(较低档位)。

举例来说，计算装置25例如会将心率传感器所检测到的心率与使用者心率的历史记录或者使用者设定的上限值进行比较，而当发现所检测到的心率较历史值或设定值为高时，则会从上述的关系表中查询目前档位的前一个档位，而根据关系表中记录的该档位对应的齿数与飞轮，控制伺服马达21与后伺服马达22推动前拨链器12与后拨链器14，以切换至该档位。

需说明的是，在其他实施例中，当计算装置25在切换档位时，若所要切换的档位对应两种以上的齿轮与飞轮的组合，则计算装置25例如会根据目前档位对应的齿轮与飞轮，选择所需切换的齿轮与飞轮的数目最少的组合进行切换。借此，可以用最少的切换齿轮数目切换至所需的档位，从而节省切换齿轮所花费的时间。

举例来说，以表三的档位与齿数比关系表为例，若自行车的目前档位为第8档(对应齿数比r(32,26))，且计算装置根据骑乘状态欲切换至第9档，则由于第9档可对应至齿数比r(22,17)与r(44,34)，且由目前齿数比r(32,26)切换至齿数比r(22,17)与r(44,34)所需切换的齿轮数目分别为4个及3个，计算装置将会选择切换至齿数比r(44,34)所对应的齿轮(齿数44)及飞轮(齿数34)，以节省切换齿轮所花费的时间。

综上所述，本发明的自行车自动换档方法与系统在自行车的前后拨链器上配置伺服马达，而通过计算装置的控制，推动前后拨链器切换齿轮，并据以计算出前后齿轮的齿数比，并根据所计算齿数比的大小，由小至大设定为自行车的档位。而根据这些设定的档位，计算装置即可随时根据使用者的骑乘状态，自动控制前后拨链器切换至合适的档位。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种自行车自动换档方法，适于由计算装置控制配置于自行车的前拨链器的前伺服马达推动该前拨链器，并控制配置于该自行车的后拨链器的后伺服马达推动该后拨链器，以切换该自行车的档位，该方法包括下列步骤：

控制该前伺服马达推动该前拨链器至该自行车的大齿盘的多个齿轮中的第一齿轮，并控制该后伺服马达推动该后拨链器由后齿盘的多个飞轮中的第一飞轮依序移动至最末飞轮，以利用转速传感器测量该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的齿数比；

控制该后伺服马达推动该后拨链器至该自行车的该后齿盘的所述飞轮中的该第一飞轮，并控制该前伺服马达推动该前拨链器由该大齿盘的所述齿轮中的该第一齿轮依序移动至该最末齿轮，以利用所述转速传感器测量该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比；

利用所测量的该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比与该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比，建立该自行车的多个档位与所述齿数比的关系表；以及

检测该自行车的使用者的骑乘状态，并根据该关系表控制该前伺服马达与该后伺服马达推动该前拨链器与该后拨链器，以切换至适于该骑乘状态下的该档位。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在控制该前伺服马达推动该前拨链器至该自行车的该大齿盘的该第一齿轮的步骤之前，还包括：

转动该自行车的曲柄以带动该大齿盘与该后齿盘转动；

控制该前伺服马达推动该前拨链器由一端点位置移动至另一端点位置；以及

利用配置于该前拨链器周围的振动传感器检测该前拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据该振动幅度中的多个峰值决定该大齿盘中各所述齿轮相对于该前拨链器的位置，而用于控制该前伺服马达推动该前拨链器至各所述齿轮。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在控制该后伺服马达推动该后拨链器由该后齿盘的该第一飞轮依序移动至该最末飞轮的步骤之前，还包括：

转动该自行车的曲柄以带动该大齿盘与该后齿盘转动；

控制该后伺服马达推动该后拨链器由一端点位置移动至另一端点位置；以及

利用配置于该后拨链器周围的振动传感器检测该后拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据该振动幅度中的多个峰值决定该后齿盘中各所述飞轮相对于该后拨链器的位置，而用于控制该后伺服马达推动该后拨链器至各所述飞轮。

4.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述转速传感器测量该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比的步骤包括：

转动该自行车的曲柄以带动该大齿盘与该后齿盘转动；

利用配置于靠近该大齿盘的辐条上的前转速传感器检测该前拨链器位于该第一齿轮时该大齿盘的第一转速，并利用配置于靠近该后齿盘的辐条上的后转速传感器检测该后拨链器位于该第一飞轮时该后齿盘的第二转速；

计算该第二转速与该第一转速的比值做为该第一齿轮与该第一飞轮之间的该齿数比；以及

控制该后伺服马达推动该后拨链器至该第一飞轮的下一飞轮，并重复上述步骤，以计算该第一齿轮与各所述飞轮之间的该齿数比。

5.根据权利要求1所述的方法，其中利用所测量的该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比与该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比，建立该自行车的多个档位与所述齿数比的该关系表的步骤包括：

建立所述飞轮与所述齿轮之间的对应关系的该关系表；

填入所测量的该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比与该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比于该关系表；

根据所测量的该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比与该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比，利用连比公式计算其他各所述齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比；以及

排序该关系表中的所述齿数比，由小至大决定各所述齿数比对应的该档位并记录于该关系表。

6.根据权利要求5所述的方法，其中排序该关系表中的所述齿数比，由小至大决定各所述齿数比对应的该档位并记录于该关系表的步骤包括：

将该齿数比相同或该齿数比的差值小于预设值的该齿轮与该飞轮的组合设定为相同的该档位。

7.根据权利要求6所述的方法，其中根据该关系表控制该前伺服马达与该后伺服马达推动该前拨链器与该后拨链器，以切换至适于该骑乘状态下的该档位的步骤包括：

若所要切换的该档位对应两种以上的该齿轮与该飞轮的该组合，根据目前的该档位对应的该齿轮与该飞轮，选择所需切换的该齿轮与该飞轮的数目最少的该组合进行切换。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述转速传感器包括控制器以及磁簧开关、红外线开关或激光开关，其中该控制器包括根据该磁簧开关、该红外线开关或该激光开关输出的触发信号的时间间隔计算各所述飞轮与各所述齿轮之间的该齿数比。

9.根据权利要求1所述的方法，其中检测该自行车的该使用者的该骑乘状态的步骤包括：

利用生理信息传感器检测该使用者的生理信息，据以判定该使用者的该骑乘状态。

10.根据权利要求1所述的方法，其中检测该自行车的该使用者的该骑乘状态的步骤包括：

利用该转速传感器检测该使用者踩踏该自行车的踏板的速率或利用配置于该踏板上的压力传感器检测该使用者踩踏该踏板的力量，据以判定该使用者的该骑乘状态。

11.一种自行车自动换档系统，适于切换自行车的档位，包括：

前伺服马达，配置于该自行车的前拨链器，推动该前拨链器；

后伺服马达，配置于该自行车的后拨链器，推动该后拨链器；

前转速传感器，配置于靠近该大齿盘的辐条上，检测该大齿盘的第一转速；

后转速传感器，配置于靠近该后齿盘的辐条上，检测该后齿盘的第二转速；

至少一传感器，检测该自行车的使用者的骑乘状态；以及

计算装置，连接该前伺服马达、该后伺服马达、该前转速传感器及该后转速传感器，其中

该计算装置控制该前伺服马达推动该前拨链器至该自行车的大齿盘的多个齿轮中的第一齿轮，并控制该后伺服马达推动该后拨链器由后齿盘的多个飞轮中的第一飞轮依序移动至最末飞轮，以利用该前转速传感器与该后转速传感器所检测的该第一转速与该第二转速，测量该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的齿数比；

该计算装置控制该后伺服马达推动该后拨链器至该自行车的该后齿盘的所述飞轮中的该第一飞轮，并控制该前伺服马达推动该前拨链器由该大齿盘的所述齿轮中的该第一齿轮依序移动至该最末齿轮，以利用所述转速传感器所检测的该第一转速与该第二转速，测量该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比；

该计算装置利用所测量的该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比与该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比，建立该自行车的多个档位与所述齿数比的关系表；以及

该计算装置根据所述传感器所检测的该骑乘状态，根据该关系表控制该前伺服马达与该后伺服马达推动该前拨链器与该后拨链器，以切换至适于该骑乘状态下的该档位。

12.根据权利要求11所述的系统，其中该计算装置还在该自行车的曲柄转动而带动该大齿盘与该后齿盘转动时，控制该前伺服马达推动该前拨链器由一端点位置移动至另一端点位置，并利用配置于该前拨链器周围的振动传感器检测该前拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据该振动幅度中的多个峰值决定该大齿盘中各所述齿轮相对于该前拨链器的位置，而用于控制该前伺服马达推动该前拨链器至各所述齿轮。

13.根据权利要求11所述的系统，其中该计算装置还在该自行车的曲柄转动而带动该大齿盘与该后齿盘转动时，控制该后伺服马达推动该后拨链器由一端点位置移动至另一端点位置，并利用配置于该后拨链器周围的振动传感器检测该后拨链器在移动过程中的振动幅度，以根据该振动幅度中的多个峰值决定该后齿盘中各所述飞轮相对于该后拨链器的位置，而用于控制该后伺服马达推动该后拨链器至各所述飞轮。

14.根据权利要求11所述的系统，其中该计算装置包括在该自行车的曲柄转动而带动该大齿盘与该后齿盘转动时，利用该前转速传感器检测该前拨链器位于该第一齿轮时该大齿盘的该第一转速，并利用该后转速传感器检测该后拨链器位于该第一飞轮时该后齿盘的该第二转速，计算该第二转速与该第一转速的比值做为该第一齿轮与该第一飞轮之间的该齿数比，以及控制该后伺服马达推动该后拨链器至该第一飞轮的下一飞轮，并重复上述步骤，以计算该第一齿轮与各所述飞轮之间的该齿数比。

15.根据权利要求11所述的系统，其中该计算装置包括建立所述飞轮与所述齿轮之间的对应关系的该关系表，以填入所测量的该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比与该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比，而根据所测量的该第一齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比与该第一飞轮与该大齿盘的各所述齿轮之间的该齿数比，利用连比公式计算其他各所述齿轮与该后齿盘的各所述飞轮之间的该齿数比，以及排序该关系表中的所述齿数比，由小至大决定各所述齿数比对应的该档位并记录于该关系表。

16.根据权利要求15所述的系统，其中该计算装置包括将该齿数比相同或该齿数比的差值小于预设值的该齿轮与该飞轮的组合设定为相同的该档位。

17.根据权利要求16所述的系统，其中若该计算装置所要切换的该档位对应两种以上的该齿轮与该飞轮的该组合，该计算装置包括根据目前的该档位对应的该齿轮与该飞轮，选择所需切换的该齿轮与该飞轮的数目最少的该组合进行切换。

18.根据权利要求11所述的系统，其中该前转速传感器与该后转速传感器分别包括控制器以及磁簧开关、红外线开关或激光开关，其中该控制器包括根据该磁簧开关、该红外线开关或该激光开关输出的触发信号的时间间隔计算该第一转速与该第二转速。

19.根据权利要求11所述的系统，其中所述传感器包括：

生理信息传感器，检测该使用者的生理信息，并提供该计算装置据以判定该使用者的该骑乘状态。

20.根据权利要求11所述的系统，其中所述传感器包括：

压力传感器，配置于该自行车的踏板上，检测该使用者踩踏该踏板的力量，并提供该计算装置据以判定该使用者的该骑乘状态。