CN109808825B - 电子变速器的电源控制装置及电源控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源控制装置，适用于自行车的电子变速器，包括：电源、运动状态触发器、控制器以及电源输送器。电源提供电子变速器工作电能。运动状态触发器发送触发信号或静止信号。控制器包括用以收发变速信号的信号收发器，以及累计闲置时间的计时器。当控制器接收静止信号时，控制器启动计时器。当闲置时间累计达到第一预设时间时，控制器发送关机信号。当接收关机信号时，运动状态触发器发送断电信号。电源输送器根据触发信号或断电信号，选择性地提供或停止提供电源的电能至控制器。本发明还公开了一种电子变速器的电源控制方法。

Description

电子变速器的电源控制装置及电源控制方法

技术领域

本发明关于一种电源控制装置及电源控制方法，特别是一种用于供应自行车电子变速器工作电源的电源控制装置及电源控制方法。

背景技术

电子变速系统是自行车套件发展史上的一个里程碑。相较于传统机械变速常见的问题如：变速线拉伸，线管破损等，电子变速系统可控制马达作线性的等速推进，使得切换齿轮时的作动稳定；装设于把手的控制按钮的键程固定，按钮位置更不会因为路程振动而偏移，故具有精确且快速的换档。电子变速器也能减少链条磨损，兼具简单的后期维护，变速性能不会随着时间推移发生改变。

一般而言，自行车电子变速系统所使用的电池分为座管式及模块式。座管式电池埋设于座管内壁或固定于座管外侧，并可同时供应前变速器及后变速器所需的电能。模块式电池通常具有两个，分别整合至脚踏车的前变速器及后变速器，各自供应前、后变速器的电能。由于座管的可容置空间大于前、后变速器的可容置空间，在电池设计时，座管式电池的体积往往大于模块式电池的体积，较大的电池体积代表较高的电池容量。因此，对于采用模块式电池的自行车电子变速系统，在设计时势必得将电池容量限制纳入考量。在电子变速系统中，最为耗电的部分位于把手的主要控制器(Master Control Unit，MCU)与位于马达驱动装置的从属控制器(Slave Control Unit，SCU)。为了节约电池电能的消耗，一个简单的实现方式是使MCU和SCU在不需要通信连线时进入睡眠模式。然而，处于睡眠模式的MCU和SCU仍然微幅且持续地消耗电能，这是为了保留随时唤醒MCU和SCU的功能而作出的设计，但对于容量有限的电池而言，上述的实现方式仍有浪费电能之嫌。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种电子变速器的电源控制装置与此装置的电源控制方法，在感测器触发之后才供电至电子变速器中的控制器，并且根据电子变速器运行时间阶段性地调整SCU或MCU消耗的电能，并于达到预定条件时关机，充分节省电子变速器的电池电能。

依据本发明一实施例所公开的一种电子变速器的电源控制装置，适用于自行车的电子变速器，包括：电源、运动状态触发器、控制器以及电源输送器。电源用以提供电子变速器的工作电能。运动状态触发器电性连接电源，运动状态触发器装设于自行车并用以感测本身的运动状态，运动状态触发器根据本身的运动状态选择性地发送触发信号或发送静止信号，且当运动状态触发器接收关机信号时，运动状态触发器发送断电信号。控制器电性连接运动状态触发器及马达驱动器。控制器包括信号收发器及计时器。信号收发器用以接收或发送用以控制马达驱动器的变速信号，计时器用以累计闲置时间。当控制器接收静止信号时，控制器启动计时器并累计闲置时间，当闲置时间达到第一预设时间时，控制器发送关机信号。当控制器接收触发信号时，控制器重置计时器以重新累计闲置时间。电源输送器电性连接电源、控制器及运动状态触发器。当电源输送器接收触发信号时，电源输送器提供电源的电能至控制器；当电源输送器接收断电信号时，电源输送器停止提供电源的电能至控制器。

依据本发明一实施例所公开的一种电子变速器的电源控制方法，适用于上述电子变速器的电源控制装置。所述的电源控制方法包括：运动状态触发器感测到静止状态并发送静止信号；在控制器接收静止信号后，控制器启动计时器以累计闲置时间；在闲置时间达到第一预设时间后，控制器发送关机信号；在运动状态触发器接收关机信号后，运动状态触发器发送断电信号；以及在电源输送器接收断电信号后，电源输送器停止提供电源的电能至控制器。

藉由上述架构，本发明所公开的电源控制装置通过运动状态触发器的触发以供应电子变速器中的控制器的电能，此控制器本身更包含一个关机的程序，所述关机程序包括根据计时器累计的闲置时间，调整信号收发器的扫描频率，并且在感测器确认静止及闲置时间达到预设时间后切断控制器的供应电源，以节省不必要的电池电能损耗。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的电源控制装置的功能方块图。

图2为依据本发明一实施例的电源控制方法的关机流程图。

图3为依据本发明另一实施例的电源控制方法的关机后重启流程图。

其中，附图标记：

10 电源

20 运动状态触发器

30 控制器

32 信号收发器

34 马达驱动器

40 第一电源输送器

42 第二电源输送器

S0-S8、S21、S22 执行步骤

D11-D13、D3 判断步骤

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参考图1。本发明的一实施例中，所公开的电子变速器的电源控制装置包括：电源10、运动状态触发器20、控制器30、第一电源输送器40以及第二电源输送器42。

电源10例如以模块形态或座管形态呈现的锂离子电池。实务上，电源10设置于邻近自行车的前变速器或是后变速器安装的位置。电源10用以供应电子变速器各个组件的电能来源，尤其关于控制器30通过第一电源输送器40调整电源供应的方式为本发明的电源供应装置及电源供应方法的重点所在。

运动状态触发器20例如为重力感测器(G-sensor)或加速度计(Accelerator)，提供本身感测到的速度变化量或位移变化量。当运动状态触发器20安装于自行车时，其反映自行车本体处于移动状态或处于静止状态，对应地发送触发信号或静止信号。实务上，通常将运动状态触发器20设置于前变速器或后变速器的可容置空间。运动状态触发器20电性连接至第二电源输送器42以获得电源10的电能。由于运动状态触发器20需要长时间感测，故第二电源输送器42必须保持启用状态以确保运动状态触发器20的电能供应。另外，在本发明一实施例中，运动状态触发器20并不主动发送触发信号或静止信号，而是当运动状态触发器20接收到一回报信号时，运动状态触发器20才根据当时感测到的运动状态发送触发信号或发送静止信号，当运动状态触发器20未接收到回报信号时，运动状态触发器20不发送触发信号也不发送静止信号。在本发明另一实施例中，当运动状态触发器20感测本身的运动状态后主动发送触发信号或静止信号。

控制器30例如是微处理器(Microprocessor)或系统单晶片(System on Chip)，通过信号收发器32接收来自变速把手以无线或有线通信方式发送过来的变速信号，然后控制器30以例如脉冲宽度调变(Power Width Modulation，PWM)的方式控制马达驱动器34作动以达到驱动马达调整变速齿轮组的效果。在本发明一实施例中，控制器30以例如集成电路总线(Inter-Integrated Circuit Bus)的形式电性连接至运动状态触发器20，以接收运动状态触发器20感测到的触发信号或静止信号。

考虑装设于自行车的电子变速器的实际应用场景，控制器30并不需要持续维持工作状态，通常只需要在车手即将进行变速前，控制器30才开始工作。故为了累计控制器30在数次工作过程之中未工作的时间(后文称的“闲置时间”)，控制器30中更包括计时器用以累计闲置时间。详言之，控制器未工作的具体场景例如控制器30未通过信号收发器32扫描到变速信号，或是控制器30未控制马达驱动器34作动等等，闲置时间则为上述未工作场景的持续时间的总和。当计时器累计的闲置时间时大于或等于第一预设时间时，控制器30发送关机信号。换句话说，当控制器30判断本身已闲置超过一段时间，则发送一个用于关闭控制器30的关机信号至运动状态触发器20。另外附加说明闲置时间累计的起始方式：在本发明一实施例中，控制器30主动发送回报信号要求运动状态触发器20回应当前的运动状态，若控制器30接收到静止信号，则开始累计闲置时间。在本发明另一实施例中，运动状态触发器20主动发送触发信号或静止信号，则当控制器30第一次接收到静止信号时，开始累计闲置时间。然而，本发明所述的闲置时间累计的起始方式并不以上述两实施例为限。

然而，若是在计时器累计闲置时间的过程中，控制器30接收到来自运动状态触发器20的触发信号，则控制器30停止计时器，并清除目前累计的闲置时间值。简言之，控制器30重置计时器。重置后，控制器30重新启动计时器，也就是在本次触发信号的时间点之后，控制器30重新累计本身的闲置时间。附加说明的是，在本发明一实施例中，控制器30被动接收运动状态触发器20发送的触发信号或静止信号。在本发明另一实施例中，控制器30主动发送一回报信号至运动状态触发器20要求运动状态触发器20即时回报当前感测到的状态。

在本发明另一实施例中，除了可预先设定第一预设时间，使控制器30通过计时器累计的闲置时间值判断是否发送关机信号之外，更包括预先设定第二预设时间，其中第二预设时间小于第一预设时间。当计时器累计的闲置时间值大于或等于第二预设时间，控制器30增加信号收发器32的收发周期。换言之，控制器30在闲置时间超过第二预设时间后，先降低通信连线的工作频率，而后控制器30才根据闲置时间超过第一预设时间时发送关机信号。通过第二预设时间数值的调整，可在控制器30完全断电关机之前先行降低信号收发器32的电能消耗。实务上，更可增设第三预设时间、第四预设时间…等，并且随着闲置时间的累计值先后达到第三预设时间和第四预设时间时，逐渐增加信号收发器32的收发周期，进一步地减缓电源10的消耗速率。

请继续参考图1。运动状态触发器20也接收来自控制器30的关机信号并据以发送断电信号。从一个应用场景来看，当运动状态触发器20感测到自行车正在移动时，代表可能即将有变速信号发出。因此，控制器30必须立即通电启用以便即时反应变速需求。从另一个应用场景来看，当控制器30根据计时器的值判断至今已闲置超过第一预设时间，且闲置过程中并未接收到任何一次触发信号(相当于自行车的静止状态持续了第一预设时间间隔)，此时应该立刻切断控制器30的电能来源以便节省电池电能。

在本发明又一实施例中，运动状态触发器20具有运动状态感测器及电源管理单元。运动状态感测器用以感测本身的运动状态以选择性地发送触发信号或发送静止信号。电源管理单元电性连接运动状态感测器，当电源管理单元接收关机信号时，发送该断电信号。简言之，运动状态触发器20也可以通过模块化的设计方式，将感测功能与电源管理功能分别实现，如此可增进运动状态触发器20实际应用的弹性。

关于控制器30及运动状态触发器20的电能来源的输送部分，如图1所示：第一电源输送器40电性连接至电源10，控制器30及运动状态触发器20。第二电源输送器42电性连接电源10及运动状态触发器20。第一电源输送器40用于提供从电源10导通至控制器30的电流路径。第二电源输送器42用于持续提供电源10的电能至运动状态触发器20。实务上，第一电源输送器40及第二电源输送器42可采用线性稳压器(Linear Dropout regulator，LDO)或金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)实现的模拟开关，本发明不限制第一电源输送器40及第二电源输送器42的硬件元件种类。当第一电源输送器40接收到来自运动状态触发器20的触发信号时，第一电源输送器40提供电源10的电能以启用控制器30；当第一电源输送器40接收到来自运动状态触发器20的断电信号时，第一电源输送器40停止提供电源10的电能以关闭控制器30。

图2为本发明一实施例中所公开的电源控制方法的关机流程图，适用于前述的电源控制装置。请参考步骤S0，控制器重置计时器，也就是在电子变速器开机时，控制器30将计时器的闲置时间值归零，然后以信号收发器32等待变速把手端的变速信号，或是控制器30接收运动状态触发器20发送的触发信号或是静止信号。请参考步骤S1，在一实施例中，控制器30主动发送回报信号以取得触发信号或是静止信号，且控制器30在取得静止信号时开始累计闲置时间。在另一实施例中，运动状态触发器主动发送触发信号或静止信号，因此当控制器30第一次接收到运动状态触发器20发送的静止信号时，便开始累计闲置时间。然后进入步骤S2，计时器开始累计此静止状态的闲置时间。在闲置时间达到第一累计时间时，如步骤D3到步骤S4所示，控制器30发送关机信号并且停止计时。否则如步骤D3到步骤S2所示，计时器持续累计闲置时间。请参考步骤S5，在运动状态触发器20接收到来自控制器30的关机信号，运动状态触发器20发送断电信号至第一电源输送器40。当第一电源输送器40接收到此断电信号，第一电源输送器40停止将电源10的电能供应至控制器30，因此控制器30进入关机状态，不再消耗电池电能，如步骤S7所示。

图3为绘示本发明另一实施例中所公开的电源控制方法的关机后重启流程图，适用于前述的电源控制装置。图3的步骤S0到步骤S1与图2的步骤S0到步骤S1皆相同，此处不再赘述。请直接参考图3的步骤S21，在计时器累计闲置时间的过程中，若运动状态触发器20发送触发信号且控制器30接收到此触发信号，则回到步骤S0，控制器30重置计时器。请继续参考步骤D2，若闲置时间已达到第二预设时间，则控制器30增加信号收发器32的收发周期，如步骤S3所示。增加收发周期可降低信号收发器32消耗的电能。请参考步骤S22，在闲置时间超过第二预设时间之后且在计时器继续累计闲置时间的过程中，若运动状态触发器20发送触发信号且控制器30接收到此触发信号，则回到步骤S0；否则若控制器30未接收到任何一个触发信号，则计时器累计的闲置时间将渐增并达到第一预设时间，然后如步骤S4到步骤S6所示(此处与图2的步骤S4到步骤S6相同)，控制器30发送关机信号，运动状态触发器20接收关机信号并发送断电信号，第一电源输送器40接收断电信号并停止供应控制器30电能。在步骤S6执行之后，控制器30即进入关机状态，不再消耗电能。请参考步骤D13，若运动状态触发器20未感测到移动状态而发送触发信号，则进入步骤S7，控制器30保持关机状态。此处需注意的是，在第一电源输送器40停止供应电源10的电能使得控制器30进入关机状态后，运动状态触发器20仍通过第二电源输送器42取得电源10的电能，因此运动状态触发器20可随时根据感测到的自行车运动状况发送触发信号。请参考步骤D13到步骤S8，若第一电源输送器40接收到运动状态触发器20发送的触发信号，则第一电源输送器40提供电源10的电能至控制器30，控制器具有电能供应后便重启进入开机状态，然后回到步骤S0，控制器30重置计时器进行下一次的闲置时间累计。反之，若第一电源输送器40在控制器30保持关机状态时未接收到任何一次触发信号，则控制器30继续保持关机状态。如步骤S7所示。

综合以上所述，本发明的电子变速器的电源控制装置及电源控制方法，通过控制器中的计时器与运动状态触发器的互相配合，可达成自行定义完全关闭控制器电能或部分关闭控制器电能的条件，节省电子变速器中的电池电能消耗。另一方面，处于关机状态的控制器仍能通过运动状态触发器和第一电源输送器的作动配合，即时感测到自行车的移动并且供应电源至控制器，以便控制器立刻应对之后的变速操作。

Claims (9)

1.一种电子变速器的电源控制装置，适用于一自行车的一电子变速器，其特征在于，该电源控制装置包括：

一电源，用以提供该电子变速器的工作电能；

一运动状态触发器，电性连接该电源，该运动状态触发器装设于该自行车并用以感测本身的运动状态以选择性地发送一触发信号或发送一静止信号，且当该运动状态触发器接收一关机信号时，该运动状态触发器发送一断电信号；

一控制器，电性连接该运动状态触发器及一马达驱动器，该控制器包括一信号收发器及一计时器，该信号收发器用以接收或发送用以控制该马达驱动器的变速信号，该计时器用以累计一闲置时间；当该控制器接收该静止信号时，该控制器启动该计时器并累计该闲置时间；当该闲置时间达到一第一预设时间时，该控制器发送该关机信号；当该控制器接收该触发信号时，该控制器重置该计时器以重新累计该闲置时间；以及

一电源输送器，电性连接该电源、该控制器及该运动状态触发器，当该电源输送器接收该触发信号时，该电源输送器提供该电源的电能至该控制器；当该电源输送器接收该断电信号时，该电源输送器停止提供该电源的电能至该控制器，

其中，当该计时器累计的该闲置时间达到一第二预设时间时，该控制器增加该信号收发器的一收发周期。

2.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，当该运动状态触发器接收到该控制器发送的一回报信号时，该运动状态触发器感测本身的运动状态并发送该触发信号或发送该静止信号，当该运动状态触发器未接收到该控制器发送的一回报信号时，该运动状态触发器不发送该触发信号也不发送该静止信号。

3.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该运动状态触发器具有一运动状态感测器及一电源管理单元，该运动状态感测器用以感测本身的运动状态以选择性地发送该触发信号或发送该静止信号；该电源管理单元电性连接该运动状态感测器，当该电源管理单元接收该关机信号时，发送该断电信号。

4.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该信号收发器为无线蓝牙收发器。

5.如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该电源输送器为第一电源输送器，且所述的电源控制装置更包括一第二电源输送器，该第二电源输送器电性连接该电源及该运动状态触发器，该第二电源输送器用以提供该电源的电能至该运动状态触发器。

6.一种电子变速器的电源控制方法，适用于权利要求1所述的电子变速器的电源控制装置，其特征在于，该电子变速器的电源控制方法包括：

以该运动状态触发器感测到静止状态并发送该静止信号；

在该控制器接收该静止信号后，以该控制器启动该计时器以累计该闲置时间；

在该闲置时间达到该第一预设时间后，以该控制器发送该关机信号；

在该运动状态触发器接收该关机信号后，以该运动状态触发器发送该断电信号；以及

在该电源输送器接收该断电信号后，以该电源输送器停止提供该电源的电能至该控制器。

7.如权利要求6所述的电子变速器的电源控制方法，其特征在于，更包括在该计时器启动后，当该计时器累计的该闲置时间达到一第二预设时间时，该控制器增加该信号收发器的该收发周期，其中该第二预设时间小于该第一预设时间。

8.如权利要求6所述的电子变速器的电源控制方法，其特征在于，更包括在该闲置时间达到该第一预设时间之前，当该控制器接收该触发信号时，以该控制器重置该计时器并重新累计该闲置时间。

9.如权利要求6所述的电子变速器的电源控制方法，其特征在于，更包括：

在停止提供该电源的电能至该控制器之后，以该运动状态触发器感测到移动状态并发送该触发信号；

在该电源输送器接收该触发信号后，以该电源输送器提供该电源的电能至该控制器；以及

在该电源的电能供应至该控制器之后，该信号收发器发送或接收用以控制该马达驱动器的变速信号。

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