JP6499028B2 - 変速装置を制御する自転車の変速制御装置、および、変速機を備える自転車の変速制御システム - Google Patents

Description

本発明は、自転車の変速装置、変速装置を制御する自転車の変速制御装置、および、変速機を備える自転車の変速制御システムに関する。

従来より、坂道と平道とで異なる変速機の制御を行う自転車の変速制御装置が知られている。このため、特許文献１の自転車の変速制御装置は、クランクに加えられる人力駆動力と自転車の車速とに基づいて路面の傾斜角度を推定している。

特開２００１−２８０４６４号公報

クランクに加えられる人力駆動力および自転車の車速は、路面の傾斜角度以外の要因でも変化する。このため、上記自転車の変速制御装置によれば、路面の傾斜角度が実際の路面の傾斜角度から乖離するおそれがある。

本発明の目的は、路面の傾斜角度の検出精度を向上させることができる自転車の変速装置、変速装置を制御する自転車の変速制御装置、および、変速機を備える自転車の変速制御システムを提供することである。

〔１〕本発明の一形態に従う自転車の変速装置は、自転車の変速比を変更する変速機と、前記変速機に設けられ、前記変速機の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサと、を備える。

〔２〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記変速機は、ディレーラであり、前記ディレーラは、前記自転車のフレームに取り付けられるベース部材、前記ベース部材に対して移動可能な可動部材、および、前記ベース部材と前記可動部材とを連結する連結部材を備える。

〔３〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記傾斜センサは、前記ベース部材に設けられる。
〔４〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記傾斜センサのサンプリング周波数は、２０ヘルツ以下である。

〔５〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記傾斜センサのサンプリング周波数は、１０ヘルツ以下である。
〔６〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記傾斜センサのサンプリング周波数は、前記変速機が動作するときの前記変速機の振動周波数と異なる。

〔７〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記傾斜センサのサンプリング周波数は、前記変速機が動作するときの前記変速機の振動周波数よりも小さい。
〔８〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記傾斜センサは、ジャイロセンサおよび加速度センサの少なくとも一方を含んで構成される。

〔９〕前記自転車の変速装置の一形態によれば、前記変速機は、前記変速機を動作させて前記変速比を変更するアクチュエータをさらに備える。
〔１０〕本発明の一形態に従う自転車の変速制御装置は、前記自転車の変速装置に用いられる自転車の変速制御装置であって、前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部を備える。

〔１１〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記制御部は、前記傾斜センサ、および、前記自転車の車速を反映した信号を出力する車速センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する。

〔１２〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記傾斜センサの出力は、加速度の情報を含み、前記制御部は、前記加速度が第１の所定値よりも大きい第１状態と、前記加速度が第１の所定値以下の第２状態とにおいて、前記傾斜センサに基づく前記アクチュエータの制御を異ならせる。

〔１３〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記制御部は、前記第１状態において、前記傾斜センサの出力に基づく前記変速比の変更を行わない。
〔１４〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記制御部は、前記傾斜センサの出力に基づいて前記自転車の傾斜角度を演算する。

〔１５〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記制御部は、前記傾斜センサ、および、前記車速センサの出力に基づいて前記自転車の傾斜角度を演算する。
〔１６〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記制御部は、前記変速機の変速段に応じて前記傾斜角度を補正する。

〔１７〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記制御部は、前記変速機の変速段ごとの補正値を記憶する記憶部を備え、前記補正値に基づいて前記傾斜角度を補正する。

〔１８〕前記自転車の変速制御装置の一形態によれば、前記制御部は、前記変速機に設けられる。
〔１９〕本発明の一形態に従う自転車の変速制御システムは、変速機、および、前記変速機を動作させて自転車の変速比を変更するアクチュエータを備える変速装置と、前記自転車に設けられ、前記自転車の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサと、前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、前記傾斜センサのサンプリング周波数は、２０ヘルツ以下である。

〔２０〕本発明の一形態に従う自転車の変速制御システムは、変速機、および、前記変速機を動作させて自転車の変速比を変更するアクチュエータを備える変速装置と、前記自転車に設けられ、前記自転車の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサと、前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、前記傾斜センサの出力は、加速度の情報を含み、前記制御部は、前記加速度が第１の所定値よりも大きい第１状態と、前記加速度が第１の所定値以下の第２状態とにおいて、前記傾斜センサに基づく前記アクチュエータの制御を異ならせる。

〔２１〕前記自転車の変速制御システムの一形態によれば、前記制御部は、前記第１状態において、前記傾斜センサの出力に基づく前記変速比の変更を行わない。

本発明の自転車の変速装置、変速装置を制御する自転車の変速制御装置、および、変速機を備える自転車の変速制御システムは、路面の傾斜角度の検出精度を向上させることができる。

実施形態の自転車の側面図。 図１の自転車に搭載される変速制御システムの正面図。 図１の変速制御システムのブロック図。 図３の制御部により実行される傾斜角度の演算処理のフローチャート。 図３の制御部により実行される加速度を用いた設定処理のフローチャート。 図３の制御部により実行される変速処理のフローチャート。 実施形態の変形例の変速制御システムのブロック図。 実施形態の変形例の変速制御システムのブロック図。 実施形態の変形例の制御部により実行される変速処理のフローチャート。 実施形態の変形例の変速制御システムのブロック図。

図１を参照して、自転車の変速制御システムを搭載する自転車の構成を説明する。
自転車１０は、前輪１２、後輪１４、車体１６、駆動機構１８、操作装置２０、および、変速制御システム５０を備えている。

車体１６は、フレーム２４、フレーム２４に接続されるハンドルバー２６、フレーム２４に接続されるシートポスト２８、および、フレーム２４に接続されるフロントフォーク３０を備えている。

フレーム２４は、駆動機構１８のクランク軸４４を支持するボトムブラケット３２を備えている。フレーム２４は、ボトムブラケット３２から前方に延びるダウンチューブ２４Ａ、ボトムブラケット３２から後方に延びるチェーンステー２４Ｂ、および、ボトムブラケット３２から上方に延びるシートチューブ２４Ｃを備えている。また、フレーム２４は、チェーンステー２４Ｂの後端とシートチューブ２４Ｃの上端とを接続するシートステー２４Ｄ、および、シートチューブ２４Ｃの上端から前方に延びるトップチューブ２４Ｅ、および、ダウンチューブ２４Ａの前端とトップチューブ２４Ｅの前端とを接続するヘッドチューブ２４Ｆを備えている。チェーンステー２４Ｂの後端には、ディレーラハンガー２４Ｇが設けられている。

ハンドルバー２６は、ステム２６Ａを介してフロントフォーク３０に着脱可能に接続される。シートポスト２８は、シートチューブ２４Ｃに着脱可能に接続される。フロントフォーク３０は、ヘッドチューブ２４Ｆに支持されて、前輪１２の車軸１２Ａに接続される。

駆動機構１８は、クランクアセンブリ３４、左右のペダル３６、ペダル軸３８、リアスプロケット４０、および、チェーン４２を含む。
クランクアセンブリ３４は、ボトムブラケット３２に回転可能に支持されるクランク軸４４、左右のクランクアーム４６、および、クランク軸４４と接続されるフロントスプロケット４８を備えている。左右のクランクアーム４６は、クランク軸４４に取り付けられている。左右のペダル３６は、ペダル軸３８まわりに回転可能にクランクアーム４６に取り付けられている。

フロントスプロケット４８は、クランク軸４４またはクランクアーム４６に連結されている。フロントスプロケット４８は、クランク軸４４と同軸に設けられる。フロントスプロケット４８は、クランク軸４４と相対回転しないように連結される。

リアスプロケット４０は、後輪１４の車軸１４Ａまわりに回転可能に、後輪１４に取り付けられている。リアスプロケット４０は、ワンウェイクラッチを介して後輪１４に連結される。チェーン４２は、フロントスプロケット４８とリアスプロケット４０とに巻き掛けられている。ペダル３６に加えられる人力駆動力によりクランク軸４４が回転するとき、フロントスプロケット４８、チェーン４２、および、リアスプロケット４０によって、後輪１４が回転する。

操作装置２０は、ハンドルバー２６に取り付けられている。操作装置２０は、変速制御システム５０の制御部５４（図３参照）と図示しないケーブルにより電気的に接続されている。操作者により操作装置２０が操作されるとき、操作装置２０はシフトアップ信号またはシフトダウン信号を制御部５４（図３参照）に送信する。なお、シフトアップは変速比γが大きくなる方向への変速であり、シフトダウンは変速比γが小さくなる方向への変速である。なお、操作装置２０と制御部５４（図３参照）とを無線通信により通信可能に接続することもできる。

変速制御システム５０は、変速装置５２、制御部５４（図３参照）、および、車速検出装置５６を備えている。なお、制御部５４（図３参照）は、変速装置５２に用いられる自転車１０の変速制御装置を構成する。

図３に示されるように、変速装置５２は、自転車１０の変速比γを変更する変速機５８、変速機５８に設けられ、変速機５８の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサ６０を備えている。

図２に示されるように、変速機５８は、ディレーラである。変速機５８は、異なる変速比γを実現可能な複数のリアスプロケット４０の間でチェーンを移動させる。変速機５８の変速段は、各リアスプロケット４０に対応する。変速機５８は、後輪１４の車軸１４Ａ付近においてフレーム２４のディレーラハンガー２４Ｇに取り付けられる。変速機５８は、自転車１０のフレーム２４に取り付けられるベース部材６２、ベース部材６２に対して移動可能な可動部材６４、ベース部材６２と可動部材６４とを連結する連結部材６６、および、アクチュエータ６８を備える。アクチュエータ６８は、例えば電動モータである。アクチュエータ６８、制御部５４、および、傾斜センサ６０は、図示しないバッテリと電気的に接続されて、バッテリから電力が供給される。バッテリは、変速機５８に設けられてもよく、例えばフレーム２４などの変速機５８の外部に設けられてもよい。

ベース部材６２は、ブラケット６２Ａおよびボルト等を介してフレーム２４に取り付け可能である。ブラケット６２Ａは、ディレーラハンガー２４Ｇに固定される。連結部材６６は、可動部材６４をベース部材６２に対して移動可能にベース部材６２と可動部材６４とを接続する。可動部材６４は、チェーンガイド６５を支持する。チェーンガイド６５は、一対のプーリ６４Ａを備えている。一対のプーリ６４Ａにはチェーン４２が巻き掛けられる。

アクチュエータ６８は、変速機５８を動作させて変速比γを変更する。具体的には、アクチュエータ６８は、連結部材６６および可動部材６４をベース部材６２に対して移動させる。変速機５８は、アクチュエータ６８の駆動により、複数のリアスプロケット４０の間でチェーン４２を掛け替え、変速比γを変更する。

図３に示されるように、傾斜センサ６０は、センサユニット７０を備えている。傾斜センサ６０は、ベース部材６２（図２参照）に設けられる。傾斜センサ６０は、ベース部材６２（図２参照）の内部に設けられてもよく、ベース部材６２（図２参照）の外面に取り付けられてもよい。

センサユニット７０は、３軸のジャイロセンサ７２および３軸の加速度センサ７４を備えている。すなわち、傾斜センサ６０は、ジャイロセンサ７２および加速度センサ７４を含んで構成される。傾斜センサ６０の出力は、３軸のそれぞれの姿勢角度、および、３軸のそれぞれの加速度の情報を含む。なお、３軸の姿勢角度は、ピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、ヨー角度θＣである。ジャイロセンサ７２の３軸と、加速度センサ７４の３軸とは一致することが好ましい。センサユニット７０は、車体１６（図１参照）の左右方向とピッチ角度θＡの軸の延びる方向とが略一致するように変速機５８に取り付けられることが好ましい。

傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、２０ヘルツ以下であり、好ましくは１０ヘルツ以下である。傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、変速機５８が動作するときの変速機５８の振動周波数と異なることが好ましい。さらに、傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、変速機５８が動作するときの変速機５８の振動周波数よりも小さいことが好ましい。なお、変速機５８が動作するときの変速機５８の振動周波数として、９０〜１１０ヘルツが挙げられる。

図１に示される車速検出装置５６は、前輪１２の回転を検出する。車速検出装置５６は、前輪１２のスポーク１２Ｂに取り付けられる磁石７６、および、フロントフォーク３０に取り付けられる車速センサ７８を備えている。なお、磁石７６は、後輪１４のスポーク１４Ｂに取り付けられてもよい。この場合、車速検出装置５６は、チェーンステー２４Ｂに取付けられる。車速検出装置５６は、ボルトおよびナット、またはバンドなどによって車体１６に固定される。以下の説明では、車速検出装置５６が前輪１２の回転を検出する構成であるが、車速検出装置５６が後輪１４の回転を検出する場合については前輪１２を後輪１４に置き換えただけになるので、その説明を省略する。

車速センサ７８は、ケーブルにより制御部５４（図３参照）と電気的に接続されている。車速センサ７８は、磁石７６との相対位置の変化に応じた値を出力する素子（図示略）を備えている。前記素子は、リードスイッチを構成する磁性体リード、または、ホール素子などによって実現される。車速センサ７８は、素子（図示略）の出力を図３に示す制御部５４に出力する。制御部５４は、素子の出力と、予め記憶されている前輪１２（図１参照）の周長に基づいて単位時間あたりの走行距離（以下、「車速Ｖ」）を演算する。すなわち、車速センサ７８は、自転車１０の車速Ｖを反映した信号を出力する。

変速制御システム５０は、クランク回転検出装置８４をさらに含む。クランク回転検出装置８４は、図１に示すクランクアーム４６、フロントスプロケット４８またはクランク軸４４に取り付けられる磁石（図示略）と、フレーム２４に取り付けられる回転検出センサ８６（図３参照）を備えている。図３に示す回転検出センサ８６は、ケーブルにより制御部５４と電気的に接続されている。回転検出センサ８６は、クランクアーム４６との相対位置の変化に応じた値を出力する素子（図示略）を備えている。前記素子は、リードスイッチを構成する磁性体リード、または、ホール素子などによって実現される。

図３に示される制御部５４は、変速機５８に設けられる。制御部５４は、ベース部材６２（図２参照）に設けられることが好ましい。制御部５４は、ベース部材６２（図２参照）の内部に設けられてもよく、ベース部材６２（図２参照）の外面に取り付けられてもよい。制御部５４は、各種演算を行う演算部８０および記憶部８２を備えている。

制御部５４は、傾斜センサ６０および車速センサ７８の出力に基づいて自転車１０の傾斜角度θを演算する。傾斜角度θは、車体１６（図１参照）の左右方向に延びる軸まわりの回転角である。傾斜角度θは、車体１６が水平な場所に設置されるときに「０度」になるように設定されている。このため、傾斜角度θは、自転車１０の走行路面の勾配と相関する。

図４を参照して、傾斜角度θの演算処理について説明する。
制御部５４は、ステップＳ１１においてジャイロセンサ７２の出力からピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、ヨー角度θＣを演算する。制御部５４は、ステップＳ１２において、加速度センサ７４から車体１６（図１参照）の前後方向についての第１加速度ベクトルを演算する。制御部５４は、ステップＳ１３において、車速センサ７８の出力から第２加速度ベクトルを演算する。

制御部５４は、ステップＳ１４において、第１加速度ベクトル、第２加速度ベクトル、および、変速段に基づいて、ピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、ヨー角度θＣを補正し、ピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、ヨー角度θＣに含まれる誤差を低減する。具体的には、制御部５４は、第１加速度ベクトルと第２加速度ベクトルとの差分に基づいてピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、ヨー角度θＣのそれぞれの補正角度を演算する。制御部５４は、補正係数Ｋを補正角度に乗算し、乗算した後の補正角度をピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、ヨー角度θＣに加算する。補正係数Ｋは、第１加速度ベクトルの大きさ（以下、「第１加速度」）に応じて設定される。補正係数Ｋは、第１加速度が大きいほど、小さくなるように設定される。また、変速機５８にシフトアップ信号またはシフトダウン信号が出力されてから所定の期間内の補正係数Ｋは、所定の期間が経過した後の補正係数Ｋよりも小さくなるように設定される。

傾斜センサ６０は、変速機５８の変速段に応じて、フレーム２４に対する姿勢が変化する。このため、記憶部８２には、変速機５８の変速段ごとの補正値ΔθＡ、ΔθＢ、ΔθＣのテーブルが記憶されている。表１は、テーブルの一例を示す。補正値ΔθＡおよび補正値ΔθＢは、１段を基準として、変速段が大きくなるごとに絶対値が大きくなる。制御部５４は、補正値ΔθＡ、ΔθＢ、ΔθＣに基づいてピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、ヨー角度θＣを補正する。すなわち、制御部５４は、変速機５８の変速段に応じて傾斜角度θを補正する。

制御部５４は、ステップＳ１５において、ステップＳ１４において補正されたピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、ヨー角度θＣ、および、変速機５８の傾斜角度の初期値、および変速段に基づいて傾斜角度θを演算する。変速機５８の傾斜角度の初期値は、自転車１０を平地において、変速機５８の変速段を１段に設定したときの傾斜角度である。なお、車体１６（図１参照）の左右方向とピッチ角度θＡの軸の延びる方向とが略一致するように、センサユニット７０が変速機５８に取り付けられているとき、ピッチ角度θＡ、ロール角度θＢ、および、補正値ΔθＡ，ΔθＢ、ΔθＣに基づいて傾斜角度θを演算することができる。また、車体１６（図１参照）の左右方向とピッチ角度θＡの軸の延びる方向とが略一致し、かつ、車体１６（図１参照）の前後方向とロール角度θＢの軸の延びる方向とが略一致するように、センサユニット７０が変速機５８に取り付けられているとき、ピッチ角度θＡおよび補正値ΔθＡ，ΔθＢ、ΔθＣに基づいて傾斜角度θを演算することができる。

図５を参照して、加速度を用いた設定処理について設定する。
制御部５４は、ステップＳ２１において、加速度センサ７４の出力に基づいて演算される第１加速度が第１の所定値よりも大きいか否かを判定する。第１加速度が第１の所定値よりも大きいとき、ステップＳ２２において変速禁止フラグをオンに設定し、本処理を終了する。すなわち、制御部５４は、加速度が第１の所定値よりも大きい第１状態と、加速度が第１の所定値以下の第２状態とにおいて、傾斜センサ６０に基づくアクチュエータ６８の制御を異ならせる。制御部５４は、第１状態において、傾斜センサ６０の出力に基づく変速比γの変更を行わない。

他方、ステップＳ２１において第１加速度が第１の所定値以下のとき、制御部５４は、ステップＳ２３に進み、第１加速度が第２の所定値よりも大きい状態が継続しているか否かを判定する。例えば、第１加速度が第２の所定値よりも大きい状態が所定期間にわたり継続しているとき、または、直近の検出周期において、第１加速度が第２の所定値よりも大きい状態が検出された回数が所定の割合以上のとき、ステップＳ２２において変速禁止フラグをオンに設定し、本処理を終了する。

第１加速度が第２の所定値以下の状態が継続していないとき、制御部５４は、ステップＳ２４において変速禁止フラグをオフに設定する。すなわち、制御部５４は、傾斜センサ６０の出力に基づく変速比γの変更を許可する。次に、制御部５４は、ステップＳ２５において、第１加速度に応じて補正係数Ｋを設定し、本処理を終了する。

制御部５４は、回転検出センサ８６の出力に基づいてクランク軸４４の単位時間当たりの回転数（以下、「クランク回転数Ｎ」）を演算する。クランク回転数Ｎは、自転車１０の走行状態を表すパラメータである。なお、車速センサ７８の出力に基づいて制御部５４がクランク回転数Ｎを演算するようにしてもよい。この場合、制御部５４は、車速Ｖと変速比γとからクランク回転数Ｎを演算することができる。変速機５８に変速段を検出する段数検出センサを設けておき、制御部５４の記憶部８２に変速段に対応する変速比γを記憶しておけば、制御部５４は段数検出センサからの検出結果からクランク回転数Ｎを演算することができる。また制御部５４は、車速センサ７８の出力に基づいてクランク回転数Ｎを演算するとともに、回転検出センサ８６の出力に基づいてクランク回転数Ｎを演算してもよい。特にコースティングのときには、車速が「０」よりも大きいが、回転検出センサ８６が検出したクランク回転数Ｎが「０」になるため、車速Ｖに基づいてクランク回転数Ｎを演算することが好ましい。すなわち、実際の回転検出センサ８６で検出されるクランク回転数Ｎが、車速Ｖに基づいて演算されるクランク回転数Ｎよりも小さいときにだけ、制御部５４は、車速Ｖに基づいて演算されるクランク回転数Ｎを用いてもよい。

制御部５４は、クランク回転数Ｎと上限値ＮＡおよび下限値ＮＢとを比較して、クランク回転数Ｎが所定の範囲内に含まれるように、変速機５８を制御する。上限値ＮＡおよび下限値ＮＢは、傾斜角度θに応じて設定される。すなわち、制御部５４は、傾斜センサ６０、および、車速センサ７８の出力に基づいてアクチュエータ６８を制御する。上限値ＮＡおよび下限値ＮＢは、例えば、傾斜角度θが大きいほど、小さくなるように設定される。この場合、傾斜角度θが大きいほど、すなわち、上り坂において路面の勾配が大きいときにはクランク回転数Ｎが比較的小さい値に維持されるように変速機５８が制御される。他方、傾斜角度θが小さいほど、すなわち、平道または下り坂においてはクランク回転数Ｎが比較的大きい値に維持されるように変速機５８が制御される。

図６を参照して、制御部５４により実行される変速処理について説明する。制御部５４は、傾斜角度θと、クランク回転数Ｎとに基づいて、変速機５８を制御する。すなわち変速装置５２は、自動で変速を行う。

制御部５４は、ステップＳ３１において、変速禁止フラグがオフか否かを判定する。制御部５４は、変速禁止フラグがオフに設定されているとき、ステップＳ３２に進む。他方、制御部５４は、変速禁止フラグがオンに設定されているとき、本処理を終了する。

制御部５４は、ステップＳ３２において、傾斜角度θが所定角度θＸ未満であるか否かを判断する。制御部５４は、傾斜角度θが所定角度θＸ未満のとき、ステップＳ３３に移る。所定角度θＸは、例えば路面の勾配角度が２％〜１０％の範囲に対応する角度に選ばれる。所定角度θＸは、制御部５４が備える記憶部８２に記憶されている。例えば制御部５４にサイクルコンピュータなどの入力装置またはパーソナルコンピュータなどの外部の装置を接続し、これらの装置によって、所定角度θＸを設定または変更してもよい。

制御部５４は、ステップＳ３３において、クランク回転数Ｎが上限値ＮＡ以上か否かを判定する。制御部５４は、クランク回転数Ｎが上限値ＮＡ以上のとき、ステップＳ３４においてシフトアップ信号を出力し、本処理を終了する。

制御部５４は、ステップＳ３３においてクランク回転数Ｎが上限値ＮＡ未満のとき、ステップＳ３５においてクランク回転数Ｎが下限値ＮＢ以下か否かを判定する。制御部５４は、クランク回転数Ｎが下限値ＮＢ以下のとき、ステップＳ３６においてシフトダウン信号を出力し、本処理を終了する。

制御部５４は、ステップＳ３５においてクランク回転数Ｎが下限値ＮＢより大きいとき、すなわち、クランク回転数Ｎが下限値ＮＢから上限値ＮＡまでの範囲内に含まれるとき、シフトアップ信号およびシフトダウン信号のいずれも出力せずに、本処理を終了する。

制御部５４は、ステップＳ３２において、傾斜角度θが所定角度θＸ以上であれば、ステップＳ３７に進む。制御部５４は、ステップＳ３７において、クランク回転数Ｎが上限値ＮＣ以上か否かを判定する。上限値ＮＣは、上限値ＮＡを超える値に選ばれる。上限値ＮＣは、たとえば上限値ＮＡよりも２０ｒｐｍだけ大きい値に選ばれる。制御部５４は、クランク回転数Ｎが上限値ＮＣ以上のとき、ステップＳ３８においてシフトアップ信号を出力し、本処理を終了する。

制御部５４は、ステップＳ３７においてクランク回転数Ｎが上限値ＮＣ未満のとき、ステップＳ３９においてクランク回転数Ｎが下限値ＮＤ以下か否かを判定する。下限値ＮＤは、下限値ＮＢ未満の値に選ばれる。下限値ＮＤは、例えば下限値ＮＢよりも３ｒｐｍだけ小さい値に選ばれる。制御部５４は、クランク回転数Ｎが下限値ＮＤ以下のとき、ステップＳ４０においてシフトダウン信号を出力し、本処理を終了する。

制御部５４は、ステップＳ３９においてクランク回転数Ｎが下限値ＮＤより大きいとき、すなわち、クランク回転数Ｎが下限値ＮＤから上限値ＮＣまでの範囲内に含まれるとき、シフトアップ信号およびシフトダウン信号のいずれも出力せずに、本処理を終了する。

制御部５４は、傾斜角度θと、クランク回転数Ｎとに基づいて、変速機５８を制御することによって、路面の傾斜角度に応じて最適な変速制御を行うことができる。ここでは、制御部５４は、路面の傾斜角度が大きくなると、クランク回転数Ｎが低下したときにシフトダウンしやすくするので、車速Ｖが完全に低下してしまう前に変速比γが小さくなる方向に変速することができ、自転車１０が坂道を上りやすくなる。

制御部５４の作用および効果について説明する。
（１）自転車１０は、自転車１０の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサ６０を備えている。自転車１０が通常走行しているとき、傾斜角度θと路面の傾斜角度とは乖離しにくい。このため、傾斜センサ６０の出力により演算されるピッチ角度θＡは、路面の傾斜角度をよく反映する。このため、路面の傾斜角度を精度よく検出できる。

（２）自転車１０に応じてフレーム２４の形状は異なる。このため、フレーム２４と別体の傾斜センサをフレーム２４に取り付ける構成では、取り付けスペースが確保できない、または、取り付けが困難になる等して、ユーザビリティが低下するおそれがある。

自転車１０によれば、変速機５８に傾斜センサ６０が設けられるため、変速機５８をフレーム２４に取り付けるだけで自転車の傾斜を検出することができるようになり、ユーザビリティが向上する。

（３）傾斜センサ６０は、ベース部材６２に設けられる。ベース部材６２は、可動部材６４および連結部材６６と比較して、変速段ごとのフレーム２４に対する位置が変化しない、または、変化しにくい。このため、傾斜角度θの演算精度が向上する。

（４）傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、２０ヘルツ以下であり、好ましくは１０ヘルツ以下である。すなわち、傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、自転車１０が走行しているときの変速機５８の一般的な振動周波数の範囲と異なる。このため、傾斜センサ６０の出力にノイズが含まれにくく、傾斜角度θの演算精度が向上する。また、傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、自転車１０が走行しているときの変速機５８の一般的な振動周波数の範囲よりも小さい。このため、傾斜センサ６０の出力にさらにノイズが含まれにくい。すなわち、変速制御システム５０は、傾斜センサ６０に作用する外乱の影響を低減することができる。

（５）傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、変速機５８が動作するときの変速機５８の振動周波数と異なる。このため、傾斜センサ６０の出力にノイズが含まれにくく、傾斜角度θの演算精度が向上する。

（６）傾斜センサ６０のサンプリング周波数は、変速機５８が動作するときの変速機５８の振動周波数よりも小さい。このため、傾斜センサ６０の出力にさらにノイズが含まれにくい。

（７）傾斜センサ６０は、ジャイロセンサ７２および加速度センサ７４を含んで構成される。このため、加速度センサ７４を含まない場合と比較して、傾斜角度θの演算精度を向上できる。

（８）制御部５４は、傾斜センサ６０の出力に基づいてアクチュエータ６８を制御する。このため、走行する路面の勾配に応じた変速比γになるように変速機５８を動作させることができる。

（９）制御部５４は、傾斜センサ６０、および、車速センサ７８の出力に基づいてアクチュエータ６８を制御する。このため、走行する路面の勾配に応じたクランク回転数Ｎになるように変速機５８を動作させることができる。

（１０）路面の段差を乗り越えているときのように加速度が大きくなる状況下においては、傾斜センサ６０の出力が大きく変化するおそれがある。制御部５４は、加速度が第１の所定値よりも大きい第１状態において、傾斜センサ６０の出力に基づく変速比γの変更を行わない。このため、段差の乗り越え等に起因して傾斜センサ６０の出力が大きく変化するときには、クランク回転数Ｎが上限値ＮＡ以上または下限値ＮＢ以下となったときにも変速機５８が動作されない。

（１１）制御部５４は、傾斜センサ６０、および、車速センサ７８の出力に基づいて傾斜角度θを演算する。すなわち、車速センサ７８の出力に基づいて加速度センサ７４の誤差を推定できるため、傾斜角度θの演算精度が向上する。

（１２）制御部５４は、変速機５８に設けられる。このため、制御部５４をフレーム２４等に取り付ける場合と比較して、変速制御システム５０を、コンパクトにすることができる。

本変速制御システムが取り得る具体的な形態は、上記実施形態に例示された形態に限定されない。本変速制御システムは、上記実施形態とは異なる各種の形態を取り得る。以下に示される上記実施形態の変形例は、本変速制御システムが取り得る各種の形態の一例である。

・図７に示すように、車速検出装置５６を変速機５８に設けることもできる。この場合、例えば、磁石７６は一対のプーリ６４Ａのいずれか一方に設けられ、車速センサ７８はチェーンガイド６５、または、連結部材６６に設けられる。車速センサ７８は、車速Ｖを反映したプーリ６４Ａの回転速度に応じた信号を出力する。制御部５４は、車速センサ７８の出力、プーリ６４Ａの周長、および、変速比γに基づいて車速Ｖを演算する。なお、プーリ６４Ａをダイナモとして構成し、車速Ｖを反映する信号であるダイナモの回転パルスを制御部５４に出力することもできる。なお、この場合、リアスプロケット４０とチェーン４２との間にワンウェイクラッチを設けず、クランク軸４４とフロントスプロケット４８との間にワンウェイクラッチを設けることにより、自転車１０が走行し、クランク軸４４の回転が停止しているときであっても、プーリ６４Ａを回転させることができる。このため、クランク軸４４の回転が停止しているときであっても、車速検出装置５６により車速Ｖを検出することができる。

・車速検出装置５６をＧＰＳ（Global Positioning System）受信機として構成することもできる。この場合、車速Ｖは、位置情報と移動時間とに基づいて算出される。
・車速検出装置５６を、クランク回転検出装置８４により構成することもできる。この場合、クランク回転数Ｎ、変速比γ、および、後輪１４の周長に基づいて車速Ｖが演算される。

・傾斜センサ６０のサンプリング周波数を、３０ヘルツよりも大きくすることもできる。この場合、傾斜センサ６０のサンプリング周波数と変速機５８の変速動作時の振動周波数とを異ならせることにより、変速機５８の変速動作時に出力にノイズが含まれることを抑制できる。また、傾斜センサ６０のサンプリング周波数と自転車１０の走行時の一般的な変速機５８の振動周波数とを異ならせることにより、出力にノイズが含まれることを抑制できる。

・傾斜センサ６０から加速度センサ７４を省略することもできる。この場合、図８に示すように、加速度センサ７４を変速機５８の外部に設けることもできる。
・変速機５８は、フロントディレーラであってもよい。この場合、傾斜センサ６０が、フロントディレーラに設けられる。フロントディレーラは、クランク軸４４付近においてフレーム２４、好ましくは、シートチューブ２４Ｃに取り付けられる。フロントディレーラは、フロントディレーラに設けられるアクチュエータ（図示略）の駆動により、複数のフロントスプロケットの間でチェーン４２を掛け替え、自転車１０の変速比γを変更する。

・変速機５８は、フロントディレーラおよびリアディレーラを含んでいてもよい。この場合、傾斜センサはフロントディレーラおよびリアディレーラのいずれか一方に設けられる。制御部５４は、フロントディレーラおよびリアディレーラを自動で制御する場合は、予め定める変速比γの順番で変速するようにフロントディレーラおよびリアディレーラの少なくとも一方を制御する。

・制御部５４は、フレーム２４、ハンドルバー２６またはステム２６Ａなどの車体１６に設けられてもよい。
・変速機５８を、内装型の変速機５８に変更することもできる。例えば、後輪１４の車軸１４Ａまわりに取り付けられ、ハブシェルに内蔵される変速機を採用できる。この場合、傾斜センサ６０は、ハブシェルの内部に設けることもできるし、ハブシェルの外部に設けることもできる。

・傾斜センサ６０をクランクアセンブリ３４に設けることもできる。具体的には、傾斜センサ６０は、クランク軸４４、クランクアーム４６、または、フロントスプロケット４８に設けられる。この場合、回転検出センサ８６の検出結果を考慮して、制御部５４が傾斜角度θを検出することもできる。

・傾斜センサ６０を操作装置２０に設けることもできる。また、操作装置２０と自転車１０のブレーキを操作する操作装置とが各別に設けられる自転車１０において、傾斜センサ６０を、ブレーキを操作する操作装置に設けることもできる。

・図９に示すように、設定処理において、ステップＳ２３を省略し、第１加速度が第１の所定値よりも大きいときには、ステップＳ２４において変速禁止フラグをオフに設定することもできる。

・図６に示す変速処理からステップＳ３７〜Ｓ４０の処理を省略することもできる。この場合、制御部５４は、傾斜角度θが所定角度θＸ未満のとき、変速処理を終了し、所定周期後に再びステップＳ３１からの処理を実行する。また、ステップＳ３７〜Ｓ４０の処理に代えて、上り坂の走行に適した変速制御を実行することもできる。

・図１０に示されるように、変速装置５２に傾斜角度θの初期値を設定するためのスイッチ８８を設けることもできる。この場合、作業者は、自転車１０を停止させた状態で水平な場所に設置する。作業者は、変速段を基準の段（例えば、１段）に設定したうえで、スイッチ８８を押す。制御部５４は、スイッチ８８が押されたときの傾斜角度θを初期値として記憶部８２に記憶する。制御部５４は、傾斜角度θの演算処理のステップＳ１５において、記憶された初期値に基づいて傾斜角度θを演算する。なお、スイッチ８８に代えて、制御部５４に有線または無線によって接続可能なコンピュータを用いて傾斜角度θの初期値を設定することもできる。

・自転車１０に気圧センサを搭載することもできる。この場合、気圧センサは、変速機５８、クランクアセンブリ３４、操作装置２０、または、ブレーキを操作する操作装置に設けることができる。なお、変速機５８に代えて、気圧センサをフロントディレーラまたは内装型の変速機に設けることもできる。

・自転車１０に温度センサを搭載することもできる。この場合、温度センサは、変速機５８、クランクアセンブリ３４、操作装置２０、または、ブレーキを操作する操作装置に設けることができる。なお、変速機５８に代えて、温度センサをフロントディレーラまたは内装型の変速機に設けることもできる。

・自転車１０に風力センサを搭載することもできる。この場合、風力センサは、変速機５８、クランクアセンブリ３４、操作装置２０、または、ブレーキを操作する操作装置に設けることができる。なお、変速機５８に代えて、風力センサをフロントディレーラまたは内装型の変速機に設けることもできる。

１０ 自転車
５０ 変速制御システム
５２ 変速装置
５８ 変速機
６２ ベース部材
６４ 可動部材
６６ 連結部材
６８ アクチュエータ
６０ 傾斜センサ
７２ ジャイロセンサ
７４ 加速度センサ
５４ 制御部
８２ 記憶部
７８ 車速センサ

Claims (18)

1. 自転車の変速比を変更する変速機と、
   前記変速機に設けられ、前記変速機の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサと、
   前記変速機に設けられ、前記変速機を動作させて前記変速比を変更するアクチュエータと、を備える自転車の変速装置に用いられ、
   前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部を備える自転車の変速制御装置であって、
   前記傾斜センサの出力は、加速度の情報を含み、
   前記制御部は、
   前記加速度が第１の所定値よりも大きい第１状態と、前記加速度が前記第１の所定値以下の第２状態とにおいて、前記傾斜センサの出力に基づく前記アクチュエータの制御を異ならせ、
   前記第１状態において、前記傾斜センサの出力に基づく前記変速比の変更を行わない、自転車の変速制御装置。
2. 前記変速機は、ディレーラであり、
   前記ディレーラは、前記自転車のフレームに取り付けられるベース部材、前記ベース部材に対して移動可能な可動部材、および、前記ベース部材と前記可動部材とを連結する連結部材を備える、請求項１に記載の自転車の変速制御装置。
3. 前記傾斜センサは、前記ベース部材に設けられる、請求項２に記載の自転車の変速制御装置。
4. 前記傾斜センサのサンプリング周波数は、２０ヘルツ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車の変速制御装置。
5. 前記傾斜センサのサンプリング周波数は、１０ヘルツ以下である、請求項４に記載の自転車の変速制御装置。
6. 前記傾斜センサのサンプリング周波数は、前記変速機が動作するときの前記変速機の振動周波数と異なる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自転車の変速制御装置。
7. 前記傾斜センサのサンプリング周波数は、前記変速機が動作するときの前記変速機の振動周波数よりも小さい、請求項６に記載の自転車の変速制御装置。
8. 前記傾斜センサは、ジャイロセンサおよび加速度センサの少なくとも一方を含んで構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車の変速制御装置。
9. 前記制御部は、前記傾斜センサ、および、前記自転車の車速を反映した信号を出力する車速センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車の変速制御装置。
10. 前記制御部は、前記傾斜センサの出力に基づいて前記自転車の傾斜角度を演算する、請求項９に記載の自転車の変速制御装置。
11. 前記制御部は、前記傾斜センサ、および、前記車速センサの出力に基づいて前記自転車の傾斜角度を演算する、請求項１０に記載の自転車の変速制御装置。
12. 前記変速機は、ディレーラであり、
    前記ディレーラは、前記自転車のフレームに取り付けられるベース部材、前記ベース部材に対して移動可能な可動部材、および、前記ベース部材と前記可動部材とを連結する連結部材を備え、
    前記制御部は、前記変速機の変速段に応じて前記傾斜角度を補正する、請求項１０または請求項１１に記載の自転車の変速制御装置。
13. 前記制御部は、前記変速機の変速段ごとの補正値を記憶する記憶部を備え、前記補正値に基づいて前記傾斜角度を補正する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の自転車の変速制御装置。
14. 自転車の変速比を変更する変速機と、
    前記変速機に設けられ、前記変速機の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサと、
    前記変速機に設けられ、前記変速機を動作させて前記変速比を変更するアクチュエータと、を備える自転車の変速装置に用いられ、
    前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部を備える自転車の変速制御装置であって、
    前記変速機は、ディレーラであり、
    前記ディレーラは、前記自転車のフレームに取り付けられるベース部材、前記ベース部材に対して移動可能な可動部材、および、前記ベース部材と前記可動部材とを連結する連結部材を備え、
    前記制御部は、
    前記傾斜センサ、および、前記自転車の車速を反映した信号を出力する車速センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御し、
    前記傾斜センサの出力に基づいて前記自転車の傾斜角度を演算し、
    前記変速機の変速段に応じて前記傾斜角度を補正する、自転車の変速制御装置。
15. 自転車の変速比を変更する変速機と、
    前記変速機に設けられ、前記変速機の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサと、
    前記変速機に設けられ、前記変速機を動作させて前記変速比を変更するアクチュエータと、を備える自転車の変速装置に用いられ、
    前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部を備える自転車の変速制御装置であって、
    前記制御部は、
    前記傾斜センサ、および、前記自転車の車速を反映した信号を出力する車速センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御し、
    前記傾斜センサの出力に基づいて前記自転車の傾斜角度を演算し、
    前記変速機の変速段ごとの補正値を記憶する記憶部を備え、前記補正値に基づいて前記傾斜角度を補正する、自転車の変速制御装置。
16. 前記制御部は、前記変速機に設けられる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自転車の変速制御装置。
17. 変速機、および、前記変速機を動作させて自転車の変速比を変更するアクチュエータを備える変速装置と、
    前記自転車に設けられ、前記自転車の姿勢を反映した信号を出力するジャイロセンサ、および、前記自転車の車体の前後方向の加速度の情報を出力する加速度センサを含む傾斜センサと、
    前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記自転車の車体の前後方向の加速度の情報に基づく前記自転車の加速度が第１の所定値よりも大きい第１状態と、前記自転車の加速度が前記第１の所定値以下の第２状態とにおいて、前記自転車の姿勢を反映した信号に基づく前記アクチュエータの制御を異ならせる、自転車の変速制御システム。
18. 変速機、および、前記変速機を動作させて自転車の変速比を変更するアクチュエータを備える変速装置と、
    前記自転車に設けられ、前記自転車の姿勢を反映した信号を出力する傾斜センサと、
    前記傾斜センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、
    前記傾斜センサの出力は、加速度の情報を含み、
    前記制御部は、前記加速度が第１の所定値よりも大きい第１状態と、前記加速度が前記第１の所定値以下の第２状態とにおいて、前記傾斜センサの出力に基づく前記アクチュエータの制御を異ならせ、前記第１状態において、前記傾斜センサの出力に基づく前記変速比の変更を行わない、自転車の変速制御システム。