TWM623734U - 自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置 - Google Patents

Abstract

本創作係提供一種自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其包含：一傳動元件，其傳動設置有一調整部件，該調整部件係用以傳動接設於一變速元件，藉以調整該變速元件之檔位；一感應裝置，其係對應感測該傳動元件之轉動位置；一驅動單元，其係對應設置並傳動於該傳動元件；一姿態感測單元，係用以感測該車輛之姿態，並對應產生一狀態量值；一處理單元，其係訊號連結於該驅動單元、姿態感測單元、感測單元及一變檔控制裝置；藉之，該變檔控制裝置係對應收受該狀態量值，並據以對應產生一變檔指令傳輸予該處理單元，令該處理單元界定對應於該變檔指令之所述檔位及旋轉位置，並於該感測單元對應感測該傳動元件轉動至界定之旋轉位置時，該處理單元即令該驅動單元停止運作，藉以令變速元件之檔位可被準確的切換並定位，亦可隨時偵測車輛姿態之變換，提供該變檔控制裝置之車輛狀態訊號，亦或是主動介入或限制換檔時機之控制策略，使其依據實際路況及騎乘狀態，給予較佳之換檔操縱者。

Description

自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置

本創作係提供一種自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，尤指一種藉由感測單元之設置，以感測傳動元件對於變速元件進行變檔之實際位置，藉以於感測傳動元件轉動至界定之旋轉位置，即停止傳動元件之傳動，藉以達致精確變換檔位之功效者，並可隨時偵測車輛姿態之變換，使其依據實際路況及騎乘狀態，給予較佳換檔時機之控制策略者。

按，現今社會對環保議題日漸重視，故世界各國分推行節能減碳之政策，藉以鼓勵產學界可研發替代能源，故令綠色能源科技主要研發的目標之一；而其一者，現行交通工具多係以石油作為動力，而石油燃料所造成的空氣汙染係當前世界各國所欲積極改善的問題，也因此造就騎乘自行車之風氣，為增強自行車的機動性、便利性及實用性而發展出電動自行車及電動車，其相關產業因而分別針對增進電動自行車及電動車性能之標的，且研發使其達到節能減碳及防止空氣汙染之主要目標；此外，現今之電動輔助自行車盛行，相對其他短程代步工具而言，其簡單及便利且無須經過駕駛考試之眾多優點被受喜愛。

而就自行車或電動自行車而言，多數者，皆具有變速功能，藉以適用於各式使用者或地形，而其變速換檔所採用之變速器，通常係包含外變速器及內變速器，而因外變速器具有體積大、易因外露而受環境因素而損壞之缺失，故有相關業者研發內變速器，使其設置於後輪之輪軸處，並與後輪同軸，且相關零件皆係封閉於其內部，故其零組件不易受外力損壞，且換檔時之流暢度亦遠較習用之變速器高，故為現今多數消費者所青睞。

惟此，對於內變速器之變速而言，多數者係藉由自行車之變速手把或轉盤，藉以透過鋼線拉動變速環，藉以達致調整內變速器檔位之目的；然而，透過鋼線拉動變速環之機制，時常有因其長期操作之下，致使變速手把或轉盤及鋼線之配置位置位移，而有變速不完全或不正確之情事，且並無檔位校正及正確回報之機制，故導致實際變換之檔位有錯亂之問題，而若係應用於電動自行車，由於其通常具有依據踩踏之踏力或產生之扭力而予以換檔之機制，而若檔位未經確認或錯誤換檔，其將影響使用者於騎乘時之舒適性，更甚者，將影響騎乘時之安全性，以及有致內變速器損壞之疑慮。

再者，多數電動輔助自行車皆為手動換檔或通過速度及踏頻給予簡易換檔控制操縱，其檔位變換時會因齒比變化影響並改變騎乘者的踏頻及踏力，對此，無法獲取實際路況及騎乘狀態，難以正確提供較佳控制策略，故導致遭遇路況坡度或過彎傾角之變換時，給予不當之換檔控制，使其踏力突然過重難以騎行或過輕瞬間踩空之問題屢見不鮮，其將影響使用者於騎乘時之舒適性，更甚者，將影響騎乘時之安全性。

有鑑於此，本創作人特地針對內變速器換檔之機構，並整合姿態感測單元，加以研究及改良，期以一較佳創作改善上述問題，並在經過長期研發及不斷測試後，始有本創作之問世。

爰是，本創作之目的係為解決前述問題，為達致上述目的，吾等創作人提供一種自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其包含：一傳動元件，其係呈環狀設置，並於內緣處設置有一調整部件，該調整部件係用以傳動接設於一變速元件，藉以調整該變速元件之檔位；一感測單元，其係對應感測該傳動元件對應於該變速元件檔位之轉動位置；該感測單元為霍爾感測器，其包含複數感測元件及一感應裝置，且所述感測元件係對應設置於該傳動元件，並且係對應於該變速元件之檔位及該傳動元件之可動方向而間隔陣列設置；一姿態感測單元，其係用以感測一車輛之姿態，並對應產生一狀態量值；一驅動單元，其係對應設置並傳動於該傳動元件；以及一處理單元，其係訊號連結於該驅動單元、該感應裝置、姿態感測單元及一變檔控制裝置；該變檔控制裝置係對應收受該狀態量值，並據以對應產生一變檔指令傳輸予該處理單元，令該處理單元界定對應於該變檔指令之所述檔位及旋轉位置，且控制該驅動單元驅動該傳動元件轉動而調整該變速元件之檔位，並於該感測單元對應感測該傳動元件轉動至界定之旋轉位置時，該處理單元即令該驅動單元停止運作者。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該傳動元件與該驅動單元間，更設有至少一減速裝置。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，更包含一殼體，其內部設有該傳動元件及該驅動單元，且該殼體係固設於一自行車者。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該變速元件為內變速器，且該變速元件設有對應於該調整部件之傳動部件，該傳動部件係可對應調整該變速元件之檔位者。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該姿態感測單元為電子水平儀、加速度計或陀螺儀者。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該姿態感測單元可為一維、二維或三維感測模組。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該姿態感測單元更設有一溫度感測元件，該溫度感測元件係用以偵測該車輛之環境溫度以產生一溫度值，且該姿態感測單元係依據該溫度值對應補償該狀態量值者。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該變檔控制裝置為有線或無線傳輸之電子式換檔裝置。

據上所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該處理單元更耦接一通訊單元，且該通訊單元係遠端訊號連結於該變檔控制裝置，該姿態感測單元係藉由該通訊單元傳輸該狀態量值予該變檔控制裝置，且該變檔控制裝置藉由遠端訊號將該變檔指令傳輸至該通訊單元，藉以傳遞至該處理單元，並於該處理單元令該驅動單元停止運作時，回傳一檔位指令予該變檔控制裝置者。

是由上述說明及設置，顯見本創作主要具有下列數項優點及功效，茲逐一詳述如下：

1.本創作係透過感測單元之設置，藉以感測該傳動元件對應於該變速元件檔位之轉動位置，藉以於變檔控制裝置傳輸變檔指令時，該處理單元即界定對應於該變檔指令之旋轉位置，且控制該驅動單元驅動該傳動元件轉動而調整該變速元件之檔位，藉以於該感測單元對應感測該傳動元件轉動至界定之旋轉位置時，該處理單元即令該驅動單元停止運作，藉可令傳動元件確切調正變速元件之檔位時，令驅動單元隨即停止運作，藉可精確調整變速元件之檔位，使不致檔位調整不當或過度調整而影響者用者之騎乘或導致變速元件損壞者。

2.本創作透過姿態感測單元整合於自行車電子換檔裝置之設置，以偵測自行車行駛偏滾及俯仰之姿態，在一實施例中係可配置於車輛後輪軸之位置，使其不易受車架幾何及避震裝置影響訊號判讀之精確性，使其得以偵測車輛姿態並及時控制或限制其檔位調整，並可透過處理單元、通訊單元及殼體實現集成裝置之設置。

本創作係一種自行車電子換檔裝置，其實施手段、特點及其功效，茲舉數種較佳可行實施例並配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入瞭解並認同本創作。

首先，請參閱第1圖至第5圖所示，本創作係一種自行車電子換檔裝置，其包含：

一傳動元件1，其傳動設置有一調整部件11，該調整部件11係用以傳動接設於一變速元件2，藉以調整該變速元件2之檔位；

一感測單元3，其係對應感測該傳動元件1對應於該變速元件2檔位之轉動位置；

在一具體之實施例中，該感測單元3係包含複數感測元件31及一感應裝置32，且所述感測元件31係對應設置於該傳動元件1，並且係對應於該變速元件2之檔位及該傳動元件1之可動方向而間隔陣列設置，而就感測單元3而言，其係可為接觸式感測器或非接觸式感測器，而該非接觸式感測器係霍爾感測器或光學感測器，且該感應裝置32係耦接於一處理單元4，藉以令傳動元件1傳動使變換變速元件2之檔位時，將使感應裝置32可對應感應到其一感測元件31；

且需特別說明的是，當感測單元3為霍爾感測器時，則在一實施例中，感測元件31可為磁鐵或磁性材料，為令感應裝置32可藉由感測元件31而精確判斷所調整之檔位，則相鄰之感測元件31，其磁極性係呈相反之配置。

就傳動元件1對於變速元件2之調整而言，在一實施例中該傳動元件1係呈環狀設置，並於其內緣處設有該調整部件11，在其他實施例中，亦可配置於傳動元件1徑向方向之一側，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定；且可知悉者，該變速元件2係可為內變速器，而內變速器通常配置有具有可調整其檔位之變速環，故該變速元件2之變速環設有對應於該調整部件11之傳動部件21，藉以令傳動元件1可藉由調整部件11傳動於傳動部件21，進而可對應調整該變速元件2之檔位者；

一驅動單元5，其係對應設置並傳動於該傳動元件1；在一具體之實施例中，驅動單元5可為馬達，如：直流馬達或步進馬達，而傳動元件1則為可受對應傳動之圓盤或齒盤，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定；而當驅動單元5可為馬達時，為令可予減速或提高傳動之力，故在另一實施例中，該傳動元件1與該驅動單元5間，如第4圖及第5圖所示，更設有至少一減速裝置6，減速裝置6在一實施例中可為具有不同大小或齒距之齒輪，藉以達致減速之功效，在其他實施例中，亦可為單一、複數或組合齒輪、蝸桿、皮帶輪、摩擦輪或鏈齒輪，為其皆僅係舉例說明，並不以此作為限定。

一姿態感測單元33，其係用以感測一車輛之姿態，並對應產生一狀態量值；本創作所述之車輛，具體而言係指二輪之車輛，諸如：二輪電動車、電助自行車，而車輛之姿態，係包含其因應路段或騎乘姿勢所致與重力方向之傾角，如：車輛前後之俯仰角、左右兩側之偏滾角，或其組合，故可知悉者，狀態量值即係其對應之量測值；是以，該姿態感測單元33在一實施例中，係可為對應感測感測其傾角之電子水平儀、加速度計及陀螺儀之其中任一者，並可為對應之一維、二維或三維之感測模組，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定；而因其感測配置係可能因溫度而產生測量之偏差，故在一較佳之實施例中，該姿態感測單元33更對應設置一溫度感測元件331，該溫度感測元件331係用以偵測該車輛之環境溫度以產生一溫度值，該姿態感測單元33係依據該溫度值藉以消除姿態感測單元33對於狀態量值零位角度偏移之補償。

該處理單元4，其係訊號連結於該驅動單元5、該感測單元3、該姿態感測單元33及一變檔控制裝置7；在一實施例中，處理單元4、感應裝置32及姿態感測單元33係可被配置於一電路板41；而就變檔控制裝置7而言，該變檔控制裝置7為有線或無線傳輸之電子式換檔裝置，其係用以傳輸一變檔指令予該處理單元4，故可知悉者，電子式換檔裝置係可如第6圖所示，在一實施例中係可具有電動變速按鈕，藉以令使用者可依據換檔需求或時機，而自行透過手動按壓電動變速按鈕而傳輸變檔指令，或可藉由結合現有自動偵測電動車提供之速度或扭矩，此外，更能依據車輛姿態之行駛狀況，以由微型處理器自動計算所較適之檔位，進而自動發出變檔指令或限制其換檔；而姿態感測單元33之配置，即係用以供變檔控制裝置7可對應收受該姿態感測單元33所感測車輛姿態之狀態量值，令該變檔控制裝置7可自動計算所較適之檔位，藉可自動進行適切之檔位變換，進而達到騎乘之流暢性及舒適性。

而就訊號之傳輸而言，若為有線傳輸之電子式換檔裝置，則係可具有傳輸線，使透過傳輸線將變檔指令傳輸至處理單元4，而若為無線傳輸之電子式換檔裝置，則具有訊號發射器，且在一實施例中，該處理單元4更耦接一通訊單元411，該通訊單元411亦可被配置於該電路板41，該通訊單元411係遠端訊號連結於該變檔控制裝置7之訊號發射器，且該姿態感測單元33係可藉由該通訊單元411傳輸該狀態量值予該變檔控制裝置7；而該變檔控制裝置7係藉由遠端訊號將該變檔指令傳輸至該通訊單元411，藉以傳遞至該處理單元4，惟其皆僅係舉例說明，並不以此作為限定。

就整體之結構配置而言，本創作係可包含一殼體8，其內部設有該電路板41、傳動元件1及該驅動單元5，藉以達致防護之效果，以避免外界環境影響其運作，而為令驅動單元5可穩定旋轉，故且該殼體8係可拆卸的固設於該車輛9之適處，如：支架或後軸，以防止殼體8受外力或反作用力而旋轉；而由於姿態感測單元33係配置於電路板41，故可知悉者，該姿態感測單元33係以殼體8之位置及傾角為基準，並據以量測該車輛9之姿態，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定。

藉此，變檔控制裝置7傳輸變檔指令予處理單元4，令該處理單元4界定對應於該變檔指令之所述檔位及旋轉位置，並且控制該驅動單元5驅動該傳動元件1轉動而調整該變速元件2之檔位，並於該感測單元3對應感測該傳動元件1轉動至界定之旋轉位置時，亦即，感應裝置32感應到對應檔位及旋轉位置之感測元件31時，即告完成檔位之精確調整，故該處理單元4隨即令該驅動單元5停止運作，以防過度或錯誤調整檔位。

具體舉例而言，若變檔指令為須向上提升二個檔位，如第5圖所示，處理單元4予以令驅動單元5朝一方向運作傳動並令傳動元件1旋轉而調整變速元件2之檔位，而同時計算感應裝置32感應感測元件31之次數，若當次數為二時，則認定已調整二個檔位而達界定之旋轉位置，故隨即令該驅動單元5停止運作，以達致精確調整檔位之目的及功效；反之，若欲降低檔位時，則係令驅動單元5朝另一方向運作傳動，而感測方式相同，故在此不予贅述。

在另一實施例中，為令反覆確認變檔控制裝置7之檔位指令符合實際之檔位，尤其係為電子式換檔裝置，是以，當該處理單元4令該驅動單元5停止運作時，將回傳一檔位指令予該變檔控制裝置7，令該變檔控制裝置7對應校正對應於該檔位指令之檔位，且於變檔控制裝置7具有顯示螢幕時，亦可對應呈現對應於該檔位指令之檔位，藉以更進一步防止變檔控制裝置7發出不正確之變檔指令，藉可確保使用者於騎乘時之流暢性及安全性，並可防止變速元件2因錯誤調整檔位而損壞者。

而就姿態感測單元33之配置及狀態量值之產生而言，姿態感測單元33於本實施例中，係如前述者，設置於該殼件8中並固設於車輛9之後輪軸上一適處，使其隨時偵測車輛姿態之變換，是以，當車輛9於下坡起步時其速度及踩踏阻力較低，如第7圖所示，若僅依據速度或扭矩作為換檔條件，則會有踩踏效率不佳或踩空之狀況，且於下坡行駛時其加速度較大使換檔頻度過高，使騎乘者之踩踏阻力及頻率變換過快，造成騎乘體驗不佳，對此，本創作係透過姿態感測單元33之設置，使可即時偵測該車輛9之俯仰狀況，據以對應產生狀態量時，藉以當於靜止時處於不同坡度路況，可整合電動車上之速度及扭矩等資訊，主動令變檔控制裝置7產生對應之變檔指令，令傳動元件1可如前述者調整變速元件2至合適之較高起步檔位，進行運算處理並於指定條件下傳輸換檔指定予該裝置，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定。

在另一實施例中，當該車輛9因應轉彎而呈現如第8圖所示之偏滾狀況時，該姿態感測單元33亦可即時偵測其姿態，並予產生對應之狀態量值，藉以當於傾角達到特定角度時，可主動令變檔控制裝置7產生對應之變檔指令，以令傳動元件1可限制轉動，避免騎乘過彎時進行不當之檔位變換，影響踩踏阻力或頻率之劇烈變化，確保騎乘時之流暢性及安全性，或藉由通訊單元411傳輸車輛姿態之訊號予變檔控制裝置7，使其整合電動車上之速度及扭矩等資訊，進行運算處理並於指定條件下鎖定換檔指定予該裝置，惟其亦僅係舉例說明，並不以此作為限定。

綜觀上述，本創作所揭露之技術手段不僅為前所未見，且確可達致預期之目的與功效，故兼具新穎性與進步性，誠屬專利法所稱之新型無誤，以其整體結構而言，確已符合專利法之法定要件，爰依法提出新型專利申請。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能以此作為限定本創作之實施範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬於本創作專利涵蓋之範圍內。

1:傳動元件

11:調整部件

2:變速元件

21:傳動部件

3:感測單元

31:感測元件

32:感應裝置

33:姿態感測單元

331:溫度感測元件

4:處理單元

41:電路板

411:通訊單元

5:驅動單元

6:減速裝置

7:變檔控制裝置

8:殼體

9:車輛

第1圖係本創作之架構示意圖。 第2圖係本創作之立體示意圖。 第3圖係本創作之裝設於立體分解示意圖。 第4圖係本創作殼體部分之立體分解示意圖。 第5圖係本創作移除殼體後之側視示意圖。 第6圖係本創作變檔控制裝置之使用狀態示意圖。 第7圖係本創作之感測車輛姿態於俯仰偵測之使用狀態示意圖。 第8圖係本創作之感測車輛姿態於偏滾偵測之使用狀態示意圖。

32:感應裝置

33:姿態感測單元

331:溫度感測元件

4:處理單元

41:電路板

411:通訊單元

5:驅動單元

7:變檔控制裝置

Claims (9)

1. 一種自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其包含： 一傳動元件，其係呈環狀設置，並於內緣處設置有一調整部件，該調整部件係用以傳動接設於一變速元件，藉以調整該變速元件之檔位； 一感測單元，其係對應感測該傳動元件對應於該變速元件檔位之轉動位置；該感測單元為霍爾感測器，其包含複數感測元件及一感應裝置，且所述感測元件係對應設置於該傳動元件，並且係對應於該變速元件之檔位及該傳動元件之可動方向而間隔陣列設置； 一姿態感測單元，其係用以感測一車輛之姿態，並對應產生一狀態量值； 一驅動單元，其係對應設置並傳動於該傳動元件；以及 一處理單元，其係訊號連結於該驅動單元、該感應裝置、姿態感測單元及一變檔控制裝置；該變檔控制裝置係對應收受該狀態量值，並據以對應產生一變檔指令傳輸予該處理單元，令該處理單元界定對應於該變檔指令之所述檔位及旋轉位置，且控制該驅動單元驅動該傳動元件轉動而調整該變速元件之檔位，並於該感測單元對應感測該傳動元件轉動至界定之旋轉位置時，該處理單元即令該驅動單元停止運作者。
2. 如請求項1所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該傳動元件與該驅動單元間，更設有至少一減速裝置。
3. 如請求項1所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，更包含一殼體，其內部設有該傳動元件及該驅動單元，且該殼體係固設於一自行車者。
4. 如請求項1所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該變速元件為內變速器，且該變速元件設有對應於該調整部件之傳動部件，該傳動部件係可對應調整該變速元件之檔位者。
5. 如請求項1至請求項4中任一項所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該姿態感測單元為電子水平儀、加速度計或陀螺儀者。
6. 如請求項1至請求項4中任一項所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該姿態感測單元可為一維、二維或三維感測模組。
7. 如請求項1至請求項4中任一項所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該姿態感測單元更設有一溫度感測元件，該溫度感測元件係用以偵測該車輛之環境溫度以產生一溫度值，且該姿態感測單元係依據該溫度值對應補償該狀態量值者。
8. 如請求項1至請求項4中任一項所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該變檔控制裝置為有線或無線傳輸之電子式換檔裝置。
9. 如請求項8所述之自行車電子換檔及具車輛姿態感測之裝置，其中，該處理單元更耦接一通訊單元，且該通訊單元係遠端訊號連結於該變檔控制裝置，該姿態感測單元係藉由該通訊單元傳輸該狀態量值予該變檔控制裝置，且該變檔控制裝置藉由遠端訊號將該變檔指令傳輸至該通訊單元，藉以傳遞至該處理單元，並於該處理單元令該驅動單元停止運作時，回傳一檔位指令予該變檔控制裝置者。

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