JP2019031281A - 自動変速機及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変速機を自動制御するシステム及び方法を提供すること。【解決手段】システムは、変速機の速度比と車両速度とを関連付ける１つ又は複数のマップ２０８を含む。１つのそのようなマップ２０８は、エンコーダ位置と車両速度とを関連付ける。特定の用途に関しては、自動自転車変速機シフトシステムが意図される。例示的な自動自転車は、制御ユニット２０４、シフトアクチュエータ２１２、種々のセンサ２０２、２１０、及びユーザインタフェースを含む。制御ユニットは、論理モジュール２０９及びアクチュエータコントローラと協働して、乗り手のケイデンスを制御するように構成されている。一実施の形態において、制御ユニットのメモリ又は制御ユニットと通信するメモリは、変速機速度比と自転車の速度とを関連付ける１つ又は複数の一定ケイデンスマップを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、包括的には機械式変速機に関し、より詳細には、自動変速機及び該変速機を制御する方法に関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２００７年１２月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／０１６，３０５号（参照によってその全体が本明細書に援用される）の利益を主張する。

様々な機械に自動変速機が見られる。しかし、特定の分野では、依然として変速機の手動操作が広く行き渡っている。例えば、自転車工業においては、たいていの自転車は変速機を手動操作するように構成されており、これは通常、レバー、ケーブル、及びリンク機構を手動で作動して、チェーンを一方のリアスプロケットから別のスプロケットへ移動させることを伴う。しかし、自転車の変速機の自動制御を容易にするシステム及び対応する方法が現在も必要であることが明らかである。

本明細書において開示される本発明の実施の形態は、特に、変速機を自動制御するシステム及び方法を提供することによってこの必要性に対処し、当該システム及び方法はいくつかの場合、自転車のような人力車両に特に好適である。

本明細書において記載されるシステム及び方法はいくつかの特徴を有するが、該特徴はいずれも単独では全体の望ましい特性に関与するものではない。後述する特許請求の範囲によって明示される範囲を限定することなく、本発明の特定の実施の形態のより優れた特徴をこれより簡潔に説明する。この説明を検討した後、特に「発明を実施するための好ましい形態」と題する項を読んだ後に、該システム及び方法の特徴が関連する従来のシステム及び方法に勝るいくつかの利点をいかに提供するかが理解されるであろう。

一態様では、本発明は、自転車のボール遊星（ball-planetary）変速機を自動制御する方法に対処する。この方法は、目標とするユーザのぺダル漕ぎ（pedaling）速度と関連する入力を受け取ること、自転車の速度を求めること、並びに目標とするユーザのぺダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度に少なくとも一部基づいて目標変速比を求めることを伴う。この方法はまた、変速機の変速比を、目標変速比と実質的に等しくなるように調整することを含み得る。一実施の形態では、この方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップをさらに含む。別の実施の形態では、変速比を調整することは、求めたエンコーダ位置へ移動するようにアクチュエータに命令することを含む。さらに別の実施の形態では、シフトロッドを調整することは、シフトロッドを、変速機の長手方向軸を中心に回転させるステップを含む。

別の態様では、本発明は、自転車のボール遊星変速機を自動制御する方法に関する。この方法は、目標とするユーザのぺダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取ること、自転車の速度を求めること、並びに目標とするユーザのぺダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度に基づいて自転車の速度比を調整することであって、ユーザのペダル漕ぎ速度を目標とするユーザのペダル漕ぎ速度の帯域（band）内に維持する、調整することを含む。いくつかの実施の形態では、この帯域は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度±１０ｒｐｍ（回転毎
分）である。他の実施の形態では、この帯域は、±２ｒｐｍ〜約±５ｒｐｍの範囲内にある目標とするユーザのペダル漕ぎ速度である。一実施の形態では、自転車の速度比を調整することは、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップを含む。いくつかの実施の形態では、自転車の速度比を調整することは、求めたエンコーダ位置へ移動するようにアクチュエータに命令するステップを含む。他の実施の形態では、自転車の速度比を調整することは、変速機のシフトロッドを調整するステップを含む。さらに他の実施の形態では、シフトロッドを調整することは、シフトロッドを、変速機の長手方向軸を中心に回転させるステップを含む。

本発明のさらに別の態様は、自転車のボール遊星変速機を自動制御する方法に関する。この方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を提供すること、自転車の速度を求めること、及び自転車の速度と関連する目標のエンコーダ位置を特定することを伴う。この方法は、サーボを作動することであって、目標のエンコーダ位置を達成する、サーボを作動することをさらに含むことができる。一実施の形態では、サーボを作動することは、変速機のシフトロッドを調整するステップを含む。いくつかの実施の形態では、目標のエンコーダ位置を特定することは、データ構造を生成することを含む。他の実施の形態では、データ構造を生成することは、エンコーダ位置を記録するステップを含む。一実施の形態では、データ構造を生成することは、入力速度を記録するステップ及び出力速度を記録するステップを含む。いくつかの実施の形態では、この方法は、入力速度及び出力速度に少なくとも一部基づいて速度比を求めるステップを含む。他の実施の形態では、この方法は、速度比を記録するステップを含む。

一例では、本発明は、ボール遊星自転車変速機を自動シフトするシステムに関する。このシステムは、自転車の速度を検出するように構成されている速度センサと、速度センサから入力を受け取るように構成されているプロセッサと、所望の一定の入力ペダル漕ぎ速度を示すケイデンス（cadence）データをプロセッサに提供するように構成されているデ
ータ入力インタフェースとを含む。このシステムは、プロセッサと通信するメモリをさらに有することができ、該メモリは、自転車の速度と速度比とを関連付ける１つ又は複数のマップを格納している。一実施の形態では、このシステムは、プロセッサと通信する論理モジュールを含み、該論理モジュールは、プロセッサと協働して、自転車の速度及び所望の一定の入力ペダル漕ぎ速度に基づいて上記マップから目標の速度比を求めるように構成されている。いくつかの実施の形態では、このシステムは、プロセッサと通信するアクチュエータを有し、該アクチュエータは、変速機の速度比を、求めた目標とする速度比と実質的に等しくなるように調整するように構成されている。一実施の形態では、制御ユニットは、プロセッサ、特定用途向け集積回路又はプログラマブルロジックアレイの少なくとも１つを含む。アクチュエータは、変速機のシフトロッドに動作可能に連結され、シフトロッドは、変速機の速度比を調整するように構成されている。データ入力インタフェースは、ディスプレイ及び少なくとも１つのボタンを含むことができる。このシステムは、アクチュエータの位置を示すように構成されている位置センサを含むことができる。データ構造は、速度比データ構造及び自転車の速度データ構造を含むことができる。このシステムは、電力をアクチュエータに供給するように構成されている電源を有することができる。一実施の形態では、電源はダイナモである。いくつかの実施の形態では、アクチュエータは、変速機のシフトロッドに動作可能に連結される。

本発明の別の態様は、ボール遊星変速機を有する自転車及びボール遊星変速機を自動シフトするシステムに対処する。一実施の形態では、このシステムは、自転車の速度を検出するように構成されている速度センサを有する。このシステムは、速度センサから入力を受け取るように構成されているプロセッサを有する。いくつかの実施の形態では、このシステムは、プロセッサにケイデンスデータを提供するように構成されているデータ入力インタフェースを含む。ケイデンスデータは、所望の一定の入力ペダル漕ぎ速度を示す。こ
のシステムは、プロセッサと通信するメモリを含むことができる。一実施の形態では、メモリは、自転車の速度と速度比とを関連付ける１つ又は複数のマップを格納している。このシステムは、プロセッサと通信する論理モジュールを含む。論理モジュールは、プロセッサと協働して、自転車の速度及び所望の一定の入力ペダル漕ぎ速度に基づいてマップから目標の速度比を求めるように構成されている。このシステムは、プロセッサと通信するアクチュエータも含むことができる。アクチュエータは、変速機の変速比を、求めた目標の速度比と実質的に等しくなるように調整するように構成されている。一実施の形態では、データ入力インタフェースは、ディスプレイ及び少なくとも１つのボタンを含む。いくつかの実施の形態では、データ入力インタフェースは、自転車のハンドルバーに取り付けられる。自転車は、アクチュエータの位置を示すように構成されている位置センサを含むことができる。いくつかの実施の形態では、データ構造は、速度比データ構造及び自転車速度データ構造を有する。他の実施の形態では、ボール遊星変速機は、アクチュエータに動作可能に連結されるシフトロッドを含む。

本発明のさらに別の態様は、シフトロッドを有するボール遊星変速機を有する自動シフト自転車システムに関する。一実施の形態では、このシステムは、シフトロッドに動作可能に連結されるアクチュエータを有する。このシステムは、アクチュエータと通信するプロセッサを含む。このシステムはまた、プロセッサと通信するメモリを含む。いくつかの実施の形態では、メモリは、アクチュエータの位置と変速比とを関連付ける少なくとも１つのテーブルを有する。プロセッサは、変速機の目標の速度比を求めるように構成されている。このシステムは、プロセッサと通信する、変速機の速度を検出するように構成されている速度センサを含むことができる。アクチュエータは、目標変速比に少なくとも一部基づいて、変速比を調整するようになっている。一実施の形態では、アクチュエータは、変速比を調整するためにシフトロッドを回転させるように構成されている。このシステムは、プロセッサと通信するユーザインタフェースを含むことができる。ユーザインタフェースは、操作者から、所望の動作条件を示すコマンドを受け取るように構成されている。一実施の形態では、ユーザインタフェースは少なくとも１つのボタンを含む。いくつかの実施の形態では、ユーザインタフェースはディスプレイを含むことができる。他の実施の形態では、所望の動作条件は所望のケイデンスレベルである。このシステムは、プロセッサと通信するエンコーダも含むことができる。エンコーダは、シフトロッドの位置を示すように構成されている。一実施の形態では、テーブルは、シフトロッドの位置と変速比とを関連付けるデータを含む。他の実施の形態では、テーブルは、シフトロッドの位置とケイデンスレベルとを関連付けるデータを含む。

これらの改良及び他の改良は、以下の詳細な説明を読み且つ添付の図面を見れば当業者には明らかになるであろう。

本明細書において記載される本発明の実施形態を採用する変速機制御システムのブロック図である。 本明細書において記載される本発明の実施形態を組み込むさらに別の変速機制御システムのブロック図である。 本明細書において記載される本発明の実施形態による自動自転車変速機シフトシステムのブロック図である。 本明細書において記載される変速機の制御方法及びシステムの本発明の実施形態と共に使用することができるデータ構造を生成するのに使用することができる方法のプロセスフローチャートである。 本明細書において記載される変速機の制御方法及びシステムの本発明の実施形態と共に使用することができる例示的なデータ構造である。 本明細書において記載される変速機の制御方法及びシステムの本発明の実施形態と共に使用することができるさらに別の例示的なデータ構造である。 本明細書において記載される本発明の実施形態による自動変速機制御方法のプロセスフローチャートである。

ここで、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面を通して、同様の参照符号は同様の要素を指す。本明細書において記載される本発明のシステム及び方法は概して、米国特許第６，２４１，６３６号明細書、同第６，４１９，６０８号明細書、同第６，６８９，０１２号明細書、及び同第７，０１１，６００号明細書に開示されている変速機及びバリエータと共に使用することができる。同様に、本明細書において開示される本発明のシステム及び方法は、米国特許出願第１１／２４３，４８４号明細書、同第１１／５４３，３１１号明細書、同第６０／８８７，７６７号明細書、同第６０／８９５，７１３号明細書及び同第６０／９１４，６３３号明細書に記載される変速機、コントローラ、ユーザインタフェース及び車両又は技術利用に関する。これらの特許及び特許出願各々の全開示は、参照により本明細書に援用される。

ここで、図１を参照して、速度入力を一定に維持する変速機制御システム１００を説明する。一実施形態では、システム１００は、変速機コントローラ１０８に連結された変速機１０６に連結される入力シャフト１０２及び出力シャフト１０４を含む。入力シャフト１０２は入力速度ｗ_ｉを有し、出力シャフト１０６は出力速度ｗ_Ｏを有する。変速機速度比（ＳＲ）は、出力速度ｗ_Ｏを入力速度ｗ_ｉで除算したもの（すなわちｗ_ｉ＝ｗ_Ｏ／ＳＲ）として定義される。ある実施形態では、制御システム１００の動作中、出力速度ｗ_Ｏが変化すると、変速機コントローラ１０８がＳＲを調整して、入力速度ｗ_ｉを実質的に一定の値、すなわち入力速度ｗ_ｉの所定の帯域内に保つ。したがって、一つの実施形態では、動作中に所望の一定の入力速度ｗ_ｉ及び検出された出力速度ｗ_Ｏが与えられると、コントローラ１０８は、検出された出力速度ｗ_Ｏと関連する所定のＳＲで動作するように変速機１０４を調整する。

変速機１０６は、従来のレンジボックス（range box）、ギヤボックス、遊星ギヤベー
スの変速機、トラクションベースの変速機（例えばトロイダル変速機、ボール遊星変速機、又は任意の他の連続可変変速機若しくは無段変速機）或いはそれらの任意の組み合わせであり得る。変速機コントローラ１０８は、様々な集積回路、コンピュータプロセッサ、論理モジュール、入出力インタフェース、データ構造、デジタルメモリ、電源、アクチュエータ、センサ、エンコーダ、サーボ機構等を含み得る。好ましくは、一実施形態では、変速機コントローラ１０８は、車両の出力速度ｗ_Ｏと、変速機１０６のＳＲと関連するデータとを関連付けるデータ構造を含む。

ここで図２に移ると、自動変速機制御システム２００は、デジタルプロセッサ２０４に連結される速度センサ２０２を含む。デジタルメモリ２０６がデジタルプロセッサ２０４と通信して配置される。デジタルメモリ２０６には、ＳＲと関連付けられる出力速度ｗ_Ｏの１つ又は複数のマトリックス又はテーブル又はマップ（以下「テーブル２０８」）が格納されている。いくつかの例では、論理モジュール２０９がデジタルプロセス２０４と通信して配置され、論理モジュール２０９には、感知した出力速度ｗ_Ｏ及び所望の一定の入力速度ｗ_ｉと関連するデータ入力に基づいてＳＲを求める等、入力を処理して出力を提供する際に、デジタルプロセッサ２０４と協働する好適なプログラミング及び／又はアルゴリズムが提供される。一実施形態では、システム２００は、所望の一定の入力速度目標ｗ_ｃと関連するデータ入力をデジタルプロセッサ２０４に提供するために、当該デジタルプロセッサ２０４に連結される入力デバイス２１０を含む。システム２００のいくつかの実施形態では、アクチュエータ２１２（又は比調整器機構）がデジタルプロセッサ２０４に連結されることによって、デジタルプロセッサ２０４は、アクチュエータ２１２を制御し
て、一例では連続可変変速機（ＣＶＴ）であり得る変速機１０７のＳＲを調整することができる。

速度センサ２０２は、動作中に、デジタルプロセッサ２０４に出力速度ｗ_Ｏを示す。入力デバイス２１０は、デジタルプロセッサ２０４に目標入力速度ｗ_ｃを提供する。デジタルプロセッサ２０４は、論理モジュール２０９及び／又はテーブル２０８と協働して、示された出力速度ｗ_Ｏ及び目標入力速度ｗ_ｃと関連するＳＲを求める。次いで、デジタルプロセッサ２０４は、変速機１０７の動作速度比を、求められたＳＲに調整するようにアクチュエータ２１２に命令する。いくつかの実施形態では、目標入力速度ｗ_ｃは、出力速度ｗ_Ｏの一定範囲にわたって実質的に一定であることができ、結果として乗り手が実質的に一定のケイデンスでペダルを漕ぐ。一実施形態では、入力デバイス２１０は、マップ、又はそのようなマップ、出力速度ｗ_Ｏ値と関連する所定の入力速度ｗ_ｃ値を示す選択を提供する。

ここで図３を参照すると、自動シフト自転車システム３００が、乗り手のケイデンスを、乗り手が選択したケイデンスレベルの狭い帯域内に保つように構成されている。本明細書において使用される場合、「ケイデンス」という用語は、乗り手のペダル漕ぎ速度（自転車のクランクの回転速度に相当する）を指す。一実施形態では、自転車システム３００は、速度センサ３０４と通信する制御ユニット３０２、エンコーダ位置センサ３０６、ユーザインタフェース３０８、電源３１０、及び可逆モータ３１２を含む。いくつかの例では、ギヤ減速機セット３１４が可逆モータ３１２と変速機３１６との間に連結する。自転車ホイール３１８及び入力ドライバ３２０が変速機３１６に動作可能に連結される。いくつかの実施形態では、エンコーダ位置センサ３０６はギヤ減速機セット３１４に連結され、速度センサ３０４は、自転車ホイール３１８又は該自転車ホイール３１８と関連する任意の回転構成要素に動作可能に連結される。入力ドライバ３２０は、リアホイールスプロケット、チェーン、フロントスプロケット、一方向クラッチ、フリーホイール等であり得るか、又はこれらに動作可能に連結される。電源３１０は、制御ユニット３０２、ユーザインタフェース３０８及びモータ３１２のいずれかに連結され得るか、又はこれらのいずれかと一体化される。電源３１０は例えば、電池、ダイナモ又は任意の他の好適な発電装置若しくはエネルギー蓄積装置であり得る。

いくつかの実施形態では、制御ユニット３０２は、メモリ３２４及び論理モジュール３２６と通信するデジタルプロセッサ３２２を含む。制御ユニット３０２は、デジタルプロセッサ３２２と通信するモータコントローラ３２８をさらに含み得る。デジタルプロセッサ３２２、メモリ３２４、論理モジュール３２６及びモータコントローラ３２８は、全て一体化して１つのデバイスにするか、又は共通のハウジングに収容する必要はないことに留意されたい。すなわち、いくつかの実施形態では、デジタルプロセッサ３２２、メモリ３２４、論理モジュール３２６及びモータコントローラ３２８のいずれか１つを、他のいずれかから遠位に配置してもよく、それらの間の通信は有線又は無線であり得る。メモリ３２４は、出力速度ｗ_Ｏの値とＳＲの値とを関連付けるデータを有する１つ以上のテーブル３３０を有するのが好ましい。一実施形態では、図３に示すように、ＳＲの値は、エンコーダ位置と関連する値によって表され、すなわち、エンコーダ位置は、変速機３１６の少なくとも１つのＳＲ状態を表す。本明細書において使用される場合、「エンコーダ位置」という用語は、変速機３１６の構成要素、又は変速機３１６のそのような構成要素に連結される内部構成要素若しくは外部構成要素の位置を表す検出器及び／又はセンサの状態を指す。例えば、１つの場合では、エンコーダ位置は、変速機３１６のシフトロッドに連結されるギヤの角度位置を示し、そのためエンコーダ位置は、シフトロッドの角度位置又は軸方向位置を示す。

一実施形態では、ユーザインタフェース３０８は、ディスプレイ３３２及び１つ又は複
数の操作ボタンスイッチ３３４を含む。ディスプレイ３３２は、様々なグラフィカルな情報及び／又はアルファベット・数値による情報を提示する任意の好適なスクリーン等であり得る。操作スイッチ３３４は、操作者が例えばデータを入力するか、選択を行うか、又は値を変更することを可能にするように構成されている１つ又は複数のボタン又はマニピュレータを含み得る。いくつかの実施形態では、操作スイッチ３３４は、乗り手が複数の操作モード（例えば自動連続比調整、自動段階比調整、手動等）の中から選択を行うことを可能にする。操作スイッチ３３４は、乗り手が自動モードの間に異なるケイデンスレベルを命令すること、又は手動モードの間にＳＲ調整を要求することを可能にするように構成することができる。

図３をさらに参照すると、ユーザは、自動シフト自転車システム３００の操作中に、ユーザインタフェース３０８を使用して、自転車を通常通りに乗りこなしながら所望のケイデンスレベルを調整することができる。制御ユニット３０２は、ケイデンス入力を受け取って、メモリ３２４に問い合わせをし、且つ論理モジュール３２６と協働して、ケイデンス入力と関連する対応するテーブル３３０を選択する。したがって、ユーザは、自転車の通常の操作中に、所望のケイデンス値を示すことによって所定のケイデンスレベルマップ（すなわちテーブル３３０）の中から選択することができる。速度センサ３０４は、自転車ホイール３１８の速度を検出し、これは、いくつかの例では、自転車ホイール３１８の回転速度を示す速度で回転する他の何らかの回転構成要素（例えば自転車ホイール３１８のスポーク）の回転速度を検出することを伴う。示されたケイデンス値及び検出された自転車ホイール３１８の速度に基づいて、制御ユニット３０２はテーブル３３０から、感知した自転車ホイール３１８の速度と関連するＳＲ又はエンコーダ位置を特定する。制御ユニット３０２は、モータコントローラ３２８と協働して、可逆モータ３１２を作動して変速機３１６を調整し、テーブル３３０から特定されたＳＲと実質的に適合する速度比を得る。制御ユニット３０２は、自転車ホイール３１８の速度の変化に応答してＳＲを調整するため、乗り手のケイデンスは、乗り手の所望のケイデンスレベルの帯域内に留まるように制御される。例えば、いくつかの例では、定常動作の間の乗り手の実際のケイデンスレベルは、所望のケイデンスレベル±１０ｒｐｍ（回転毎分）又は±５ｒｐｍ又は±２ｒｐｍ未満に維持することができる。いくつかの実施形態では、自動シフト自転車システム３００は、複数の自動モードを有するように構成することができる。これらのモードは、任意の所望の方法で或る範囲の出力速度にわたって乗り手のケイデンスを制御するように予め定めることができる。例えば、１つのそのようなモードでは、テーブル３３０は、関連するケイデンス値、出力速度値及び関連するＳＲ値を有することができ、それによって、第１の範囲の出力速度にわたって、ケイデンスが或るケイデンス値又は特定範囲のケイデンス値に制御される一方、第２の範囲の出力速度では、ケイデンスがまた別のケイデンス値又はまた別の特定範囲のケイデンス値に制御される。

ここで図４を参照すると、テーブル３３０と共に使用することができるデータ構造を生成するプロセス４００が記載される。一実施形態では、例示的な変速機３１６は、ボール遊星トラクションＣＶＴタイプの連続可変遊星（ＣＶＰ）変速機である。そのような装置の例としては、ＮｕＶｉｎｃｉ（商標）変速機がある。そのような変速機３１６においては、入力トラクションリングの速度と出力トラクションリングの速度との速度比を、シフトロッドの位置によって少なくとも部分的に求める。したがって、サーボ機構のエンコーダの位置をシフトロッドの位置と関連付けることができ、これは事実上、エンコーダの位置が変速機３１６の速度比と関連付けられることを意味する。プロセス４００は、エンコーダを有するサーボ機構が変速機３１６に連結された後で、状態４０２で開始する。状態４０４において、エンコーダ位置を記録する（また好ましくは、例えばテーブル３３０の一部であるデータ構造に格納される）。状態４０６へ移動すると、変速機３１６の入力速度を記録し、状態４０８において、変速機３１６の出力速度を記録する。状態４１０へ移ると、出力速度ｗ_Ｏを入力速度ｗ_ｉで除算することによってＳＲを計算する。状態４１２
において、ＳＲを記録する（また好ましくは、テーブル３３０の一部であるデータ構造に格納される）。

プロセス４００は次いで判定状態４１４へ移動し、ここで、変速機３１６の範囲の端に達したか否かが判断される。この目的で、エンコーダ位置の範囲は、変速機３１６の速度比の範囲と同一の広がりを有し得ることが想定される。変速機３１６が連続可変変速機である場合、所与の範囲内には無限数の変速機速度比があるが、実際問題としては、エンコーダ位置及び変速機３１６の速度比は両方ともそれぞれが有限のセットである。変速機３１６の範囲の端に達すると、プロセス４００は続いて状態４１６になり、ここでエンコーダは次のエンコーダ位置へ移動される。プロセス４００は次いで状態４０４に戻り、新たなエンコーダ位置を記録する。プロセス４００は次いで、判定状態４１４において変速機３１６の範囲の端に達したと判定状態４１４において判断されるまで繰り返され、変速機３１６の範囲の端に達した場合、プロセス４００は状態４１８において終了する。

したがって、プロセス４００の結果は、エンコーダ位置と、変速機３１６の実験的に求められた速度比とを関連付けるデータ構造である。或るクラスの連続可変変速機の場合、速度比及びエンコーダ位置データは、ＳＲ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｂ×ｐ）によって概ね記述される曲線に一致することができ、式中、Ａ及びＢは個々の機構の特徴を示す定数又はパラメータであり、ｐはエンコーダ位置である。例えば、例示的なＣＶＰの場合、Ａ＝０．４８４４且つＢ＝０．００２６である。データテーブル３３０は、プロセス４００が生成するエンコーダ位置及び速度比データを組み込むことができる。

図５Ａに移ると、例示的なテーブル３３０が示されており、これをここで説明することにする。テーブル３３０は、車両速度と関連するデータを有する車両速度データ構造５０２を含み得る。テーブル３３０は、エンコーダ位置と関連するデータを有するエンコーダ位置データ構造５０４をさらに含み得る。車両速度データ構造５０２及びエンコーダ位置データ構造５０４は、テーブル３３０の列及び行を形成するものとして互いに対応する。目標の一定の入力速度が与えられると、対応するＳＲを求めて要求されたＳＲデータ構造５０６として表にすることができる。しかし、いくつかの場合では、例えばそのようなＳＲが、変速機３１６が提供することができる最小のＳＲよりも低いため、要求されたＳＲは利用可能ではない。そのような場合、要求されたＳＲデータ構造５０６を使用して可能なＳＲデータ構造５０８を生成する。図５に示される例では、変速機３１６から利用可能な最小の可能なＳＲは０．５であり、したがって、要求されたＳＲデータ構造５０６の、０．５未満の全ての値は、可能なＳＲデータ構造５０８に０．５として表される。この場合、対応する最小エンコーダ位置は、テーブル３３０の最小の可能なＳＲ比の値と関連することになる。同様に、いくつかの場合では、要求されたＳＲは変速機３１６の最高の可能なＳＲよりも高く、したがって、変速機３１６の最高の可能なＳＲよりも高い要求されたＳＲデータ構造５０６のエントリーは、変速機３１６の最高ＳＲ（これは図示の例では１．６１５である）によって表される。

もちろん、変速機３１６の速度比の可能な範囲内に入る要求されたＳＲデータ構造５０６内の値は、可能なＳＲデータ構造５０８の同一のエントリーに対応する。テーブル３３０には、それ以外の変速機３１６の可能な範囲を外れる（falling below and above）値
も、可能なＳＲデータ構造５０８の一意のＳＲ値に対応する一意のエンコーダ位置値がエンコーダ位置データ構造５０５内にあることに留意されたい。しかし、（一意の速度ではなく）或る速度範囲が所与のエンコーダ位置に対応する。したがって、車両速度データ構造５０２においてホイール速度が５８ｒｐｍであり６０ｒｐｍ未満である場合、エンコーダ位置の１つのみの値（すなわち２４）及び可能な速度比の１つの値（すなわち０．５２）と対応する。図示のテーブル３３０は、（式ｗ_ｉ＝ｗ_ｏ／ＳＲを使用して）計算したケイデンスと関連するデータを有するケイデンスデータ構造５１０を含む。ケイデンス構造
５１０は、テーブル３３０の一部である必要はないが、ケイデンス構造５１０を図示のテーブル３３０に含めることによって、変速機３１６の可能な範囲の速度比にわたって（ケイデンスデータ構造５１０の一定値５０によって示されるように）ケイデンスを一定に維持することができる方法の実証が容易になる。

図５Ｂは、所定の乗り手のケイデンスをもたらす、ＳＲに対する出力速度のマップ又はテーブル３３１のさらに別の例を示す。一実施形態では、テーブル３３１は、出力速度
、すなわち車両の速度と関連するデータを有する車両速度データ構造５０３を含む。テーブル３３１は、エンコーダ位置と関連するデータを有するエンコーダ位置データ構造５０５をさらに含む。車両速度データ構造５０３及びエンコーダ位置データ構造５０５は、テーブル３３１の列及び行を形成するものとして互いに対応する。目標入力速度の所望の所定のマップが与えられると、可能なＳＲデータ構造５０９が生成される。テーブル３３１の一部である必要はないケイデンスデータ構造５１１が、車両速度データ構造５０３と関連する車両速度の範囲にわたってケイデンスを制御する方法を示す。図５Ｂにおいて分かるように、ケイデンスは第１のレベル（すなわち７４．７ｒｐｍ）まで上昇可能であり、ＳＲは、出力速度が０ｒｐｍから１００ｒｐｍへ変化する場合０．６から０．９に調整される。ケイデンスは、５１．１ｒｐｍに低下してから、出力速度が１５３ｒｐｍになる前に再び７４．７ｒｐｍに上昇可能であり、ＳＲは０．９から１．４に調整され、ここでケイデンスは４８．８に低下する。出力速度が２００ｒｐｍに上昇すると、ケイデンスは６４ｒｐｍに上昇し、ＳＲは１．４で一定のままである。これは、ケイデンスが３速度比シフトスキームに対して制御されるように変速機を自動制御する一例である。もちろん、他の自動モード、例えば４速、５速、６速、８速又は９速等に対して同様のマップを提供することができる。加えて、ケイデンス範囲は、例えば所与の車両速度又は車両速度範囲に関して、マッピングを介して、５０ｒｐｍ〜７５ｒｐｍではなく６５ｒｐｍ〜９０ｒｐｍの範囲等でシフトイベントを移動させることによって調整することができる。いくつかの実施形態では、マップは、出力速度とケイデンスとの間に任意の所望の関係（例えば直線、指数関数的、反比例等）を有することができる。

図６に移ると、ここで、乗り手が選択したケイデンスレベルの帯域内にあるように乗り手のケイデンスを制御するように変速機３１６を制御するプロセス６００を説明する。プロセス６００は、例えば自転車自動シフトシステム３００をオンにし、初期化した後の状態６０２で開始する。プロセス６００は続いて状態６０４になり、目標の一定ケイデンスレベルの指示を受け取る。一実施形態では、乗り手はユーザインタフェース３０８を使用して目標の一定ケイデンスレベルを提供する。プロセス６００は次に状態６０６へ移動し、ここで自転車の速度を求める。一実施形態では、速度センサ３０４が自転車ホイール３１８の速度を検出する。しかし、他の実施形態では、自転車の速度は、自転車ホイール３１８に連結されるダイナモ（図示せず）における電圧、抵抗若しくは電流レベルの検出等の自転車の他の特徴若しくは成分を測定及び／又は感知することによって求めることができる。次にプロセス６００は続いて状態６０８になり、ここで、自転車の速度及び目標ケイデンスと関連するエンコーダ位置を求めるか又は特定する。一実施形態では、デジタルプロセッサ３２２がメモリ３２４及び論理モジュール３２６と協働し、テーブル３３０に問い合わせすることによって、自転車の速度及び目標ケイデンスと関連付けられるエンコーダ位置を選択する。プロセス６００の状態６１０において、アクチュエータに、状態６０８の選択されたエンコーダ位置と関連する位置へ移動するように命令する。いくつかの実施形態では、プロセス６００の判定状態６１２において、プロセス６００を終えて状態６１４で終了するべきか、又は状態６０４に折り返して目標ケイデンス入力を受け取るべきか否かが判断される。状態６０４において、プロセス６００は、乗り手が新たなケイデンスレベルを命令したか否かを問い合わせることができ、命令していない場合、プロセス６００は最初に入力されたケイデンスレベルを使用し続ける。一実施形態では、乗り手は最初にケイデンスレベルを設定せず、むしろ、制御ユニット３０２が、例えば７０ｒｐｍ
等のデフォルトのケイデンスレベルを使用するように構成されている。さらに他の実施形態では、（特定のケイデンス値ではなく）ケイデンス対出力速度のマップを、状態６０４においてプロセスに提供することができる。前述したように、そのようなマップは、関連するケイデンス、出力速度及び対応するＳＲの任意の種類のマッピングを含むことができる。プロセス６００の状態６１４において、終わるという判定は、電源オフ状況、モード変更コマンド等に基づくことができる。例えば、乗り手がモードを自動モードから手動モードに変更する場合、プロセス６００は、新たな状況を検出して状態６１４において終了する。

当業者は、自動シフト自転車システム３００を参照して記載したものを含め、本明細書において開示される実施形態と関連して記載される様々な説明のための論理ブロック、モジュール、回路及びアルゴリズムステップを、コンピュータ可読媒体に格納されており、且つプロセッサが実行可能な電子ハードウエア、ソフトウエア、又はこれら両方の組み合わせとして実施することができることを理解する。ハードウエア及びソフトウエアのこの互換性を分かりやすく示すために、様々な説明のための構成要素、ブロック、モジュール、回路及びステップを、それらの機能に関して上記で概説した。そのような機能がハードウエアとして実施されるか又はソフトウエアとして実施されるかは、特定の用途及び全体のシステムに課される設計の制約に応じて決まる。当業者は、記載の機能を、各特定の用途に合わせて様々な方法で実施することができるが、そのような実施に関する決定は、本発明の範囲から逸脱するものとして解釈されるべきではない。例えば、本明細書において開示される実施形態と関連して記載される様々な説明のための論理ブロック、モジュール及び回路は、本明細書において記載される機能を実行するように設計される汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートロジック若しくはディスクリートトランジスタロジック、ディスクリートハードウエアコンポーネント、又はこれらの任意の組み合わせを用いて実施又は実行することができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的には、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えばＤＳＰ及びマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ又は複数のマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成として実施することができる。そのようなモジュールと関連するソフトウエアは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当該技術分野において既知である記憶媒体の任意の他の好適な形態で存在し得る。例示的な記憶媒体は、該記憶媒体に対して情報の読み取り及び書き込みを行うことができるプロセッサに連結される。代替的には、記憶媒体はプロセッサと一体化してもよい。プロセッサ及び記憶媒体はＡＳＩＣに存在し得る。例えば、一実施形態では、制御ユニット３０２はプロセッサ（図示せず）を含む。制御ユニット３０２のプロセッサは、モータコントローラ３２８及びユーザインタフェース３０８の一方又は両方を参照して本明細書において記載される機能を実行するように構成することもできる。

上述の説明は、本発明の特定の好ましい実施形態を詳述し、意図される最良の形態を説明するものである。しかし、上記においてどれだけ詳細に説明されていようとも、本発明を多くの方法で行うことができることが理解されるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によってのみ解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 自転車の変速機を自動制御する方法であって、
   目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取るステップと、
   前記自転車の速度を求めるステップと、
   前記目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び前記求めた自転車の速度に少なくとも一部基づいて目標変速比を求めるステップと、
   前記変速機の変速比を、前記目標変速比と実質的に等しくなるように調整するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記変速機の変速比を調整するステップは、前記変速機のシフトロッドを調整するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記変速比を調整するステップは、前記求めたエンコーダ位置へ移動するようにアクチュエータに命令するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記シフトロッドを調整するステップは、当該シフトロッドを、前記変速機の長手方向軸を中心に回転させるステップを含む、請求項２に記載の方法。
6. 自転車の変速機を自動制御する方法であって、
   目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取るステップと、
   前記自転車の速度を求めるステップと、
   前記目標とするユーザのぺダル漕ぎ速度及び前記求めた自転車の速度に基づき、ユーザのペダル漕ぎ速度を前記目標とするユーザのペダル漕ぎ速度の帯域内に維持するために、前記自転車の速度比を調整するステップと、
   を含む、方法。
7. 前記帯域は、前記目標とするユーザのペダル漕ぎ速度±１０ｒｐｍ（回転毎分）である、請求項６に記載の方法。
8. 前記帯域は、±２ｒｐｍ〜約±５ｒｐｍの範囲内にある前記目標とするユーザのペダル漕ぎ速度である、請求項６に記載の方法。
9. 前記自転車の速度比を調整するステップは、前記目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び前記求めた自転車の速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップを含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記自転車の速度比を調整するステップは、求めたエンコーダ位置へ移動するようにアクチュエータに命令するステップを含む、請求項６に記載の方法。
11. 前記自転車の速度比を調整するステップは、前記変速機のシフトロッドを調整するステップを含む、請求項６に記載の方法。
12. 自転車のボール遊星変速機を自動制御する方法であって、
    目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を提供するステップと、
    前記自転車の速度を求めるステップと、
    前記自転車の速度と関連する目標のエンコーダ位置を特定するステップと、
    前記目標のエンコーダ位置を達成するために、サーボを作動するステップと、
    を含む、方法。
13. 前記サーボを作動するステップは、前記変速機のシフトロッドを調整するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記目標のエンコーダ位置を特定するステップは、データ構造を生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記データ構造を生成するステップは、エンコーダ位置を記録するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記データ構造を生成するステップは、入力速度を記録するステップ及び出力速度を記録するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 自転車変速機を自動シフトするシステムであって、
    前記自転車の速度を検出するように構成されている速度センサと、
    前記速度センサから入力を受け取るように構成されている制御ユニットと、
    所望の一定の入力ペダル漕ぎ速度を示すケイデンスデータを、前記制御ユニットに提供するように構成されているデータ入力インタフェースと、
    前記制御ユニットと通信し、前記自転車の速度と速度比とを関連付ける１つ又は複数のデータ構造を格納しているメモリと、を備え、
    前記制御ユニットは、前記自転車の速度及び前記ケイデンスデータに基づいて前記データ構造から目標の速度比を求めるように構成されており、
    前記制御ユニットと通信して、前記変速機の動力伝達ボールを選択的に傾けるように構成されているアクチュエータであって、前記変速機の速度比を、前記求めた目標変速比と実質的に等しくなるように調整するように構成されているアクチュエータ、を備えている、システム。
18. 前記制御ユニットは、プロセッサ、特定用途向け集積回路又はプログラマブルロジックアレイの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記アクチュエータは、前記変速機のシフトロッドに動作可能に連結され、該シフトロッドは、前記変速機の前記速度比を調整するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
20. 前記データ入力インタフェースは、ディスプレイ及び少なくとも１つのボタンを含む、請求項１７に記載のシステム。

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