(57)【要約】      （修正有）【課題】使い勝手を損なうことなく、モータ補助が可能な走行距離を長くする電動アシスト自転車の技術を提供する。【解決手段】人力により駆動される人力駆動系と電動駆動系としての電動駆動部を並列に設け、人力駆動系の人力トルクＴｃに応じてモータへの出力を制御し、所定のアシスト比率でモータによる走行補助を行う快走運転と、快走運転より小さいアシスト比率でモータによる走行補助を行う省エネ運転とを切り替える省エネオートモードでの制御が可能な制御手段を備え、制御手段は、人力駆動系の負荷が第1の所定負荷以下の場合Ｓ５に省エネ運転で制御を行い、第１の所定負荷を超えた場合に省エネ運転から快走運転へ切り替える。【効果】省エネオートモードで走行中に坂道等の電動駆動系で比較的大きな補助が必要な場所を走行した場合でも、快適に走行できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力により駆動される人力駆動系と電動駆動系を並列に設け、人力駆動系の負荷に応じて電動駆動系の出力を制御する電動アシスト自転車において、所定のアシスト比率でモータによる走行補助を行う快走運転と、快走運転より小さいアシスト比率でモータによる走行補助を行う省エネ運転とを切り替える省エネオートモードでの制御が可能な制御手段を備え、前記制御手段は、前記人力駆動系の負荷が第1の所定負荷以下の場合に前記省エネ運転で制御を行い、前記第１の所定負荷を超えた場合に前記省エネ運転から快走運転へ切り替えることを特徴とする電動アシスト自転車。
【請求項２】
人力により駆動される人力駆動系と電動駆動系を並列に設け、人力駆動系の負荷に応じて電動駆動系の出力を制御する電動アシスト自転車において、所定のアシスト比率でモータによる走行補助を行う快走運転と、快走運転より小さいアシスト比率でモータによる走行補助を行う省エネ運転とを切り替える省エネオートモードでの制御が可能な制御手段を備え、前記制御手段は、第２の所定負荷以下になった際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えられることを特徴とする電動アシスト自転車。
【請求項３】
前記制御手段は、前記負荷が第２の所定負荷以下である状態が所定時間継続した際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えることを特徴とする請求項２に記載の電動アシスト自転車。
【請求項４】
前記第２の所定負荷を第１の所定負荷より小さくしたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電動アシスト自転車。
【請求項５】
前記制御手段は、前記快走運転から省エネ運転へ切り替えた際に、前記電動駆動系のアシスト比率を、前記快走運転でのアシスト比率から徐々に減少させて前記省エネ運転でのアシスト比率へ切り替えることを特徴とする請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項７のいずれかに記載の電動アシスト自転車。
【請求項６】
前記電動駆動系のアシスト比率を常時ほぼ同じとする快走モードを設け、該快走モードと前記省エネオートモードとを手動で切り替える手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電動アシスト自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力駆動系を電動駆動系で補助する電動アシスト自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動アシスト自転車として、ペダルを踏む人の踏力により駆動される人力駆動系と、バッテリを電源とするモータにより駆動される電動駆動系とを並列に設け、踏力による人力トルクとモータトルクを検出し、踏力による人力トルクとモータトルクとのアシスト比率が１対１になる快走モードと、このアシスト比率を小さくした（例えば人力トルク１に対してモータトルクを０．４とする）省エネオートモードとを手動スイッチで切り替えるものが知られている。
【０００３】
このアシスト自転車は、坂道等モータにより比較的大きな補助が必要な場合に手動スイッチで快走モードに切り替えることで、人力トルクを軽減して快適に走行でき、平地等モータによる補助が比較的小さくても走行できる場合に手動スイッチで省エネオートモードに切り替えることで、電動駆動系で補助して走行可能な距離を伸ばすことができる。
【０００４】
しかしながら、運転者が走行路の状況に応じてその都度スイッチを切り替える必要があるため、面倒であり使い勝手が悪いものであった。
【０００５】
また、アシスト比率が走行速度に関係なく一定のため、低速で走行している場合にはモータによる補助が不足して快適に走行できず、高速で走行している場合にはモータによる補助が過剰となり、電力の消費が大きくなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３０９２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、使い勝手を損なうことなく、快適に、且つ、モータ補助が可能な走行距離を長くすることができる電動アシスト自転車を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の手段は、人力により駆動される人力駆動系と電動駆動系を並列に設け、人力駆動系の負荷に応じて電動駆動系の出力を制御する電動アシスト自転車において、所定のアシスト比率でモータによる走行補助を行う快走運転と、快走運転より小さいアシスト比率でモータによる走行補助を行う省エネ運転とを切り替える省エネオートモードでの制御が可能な制御手段を備え、前記制御手段は、前記人力駆動系の負荷が第1の所定負荷以下の場合に前記省エネ運転で制御を行い、前記第１の所定負荷を超えた場合に前記省エネ運転から快走運転へ切り替えることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するための第２の手段は、人力により駆動される人力駆動系と電動駆動系を並列に設け、人力駆動系の負荷に応じて電動駆動系の出力を制御する電動アシスト自転車において、所定のアシスト比率でモータによる走行補助を行う快走運転と、快走運転より小さいアシスト比率でモータによる走行補助を行う省エネ運転とを切り替える省エネオートモードでの制御が可能な制御手段を備え、前記制御手段は、第２の所定負荷以下になった際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えられることを特徴とする。
【００１０】
前記制御手段は、前記負荷が第２の所定負荷以下である状態が所定時間継続した際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えるものである。
【００１１】
また、前記第２の所定負荷を第１の所定負荷より小さくしたものである。
【００１２】
また、前記制御手段は、前記快走運転から省エネ運転へ切り替えた際に、前記電動駆動系のアシスト比率を、前記快走運転でのアシスト比率から徐々に減少させて前記省エネ運転でのアシスト比率へ切り替えるものである。
【００１３】
また、前記電動駆動系のアシスト比率を常時ほぼ同じとする快走モードを設け、該快走モードと前記省エネオートモードとを手動で切り替える手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１によれば、電動駆動系のアシスト比率を変えることで、省エネ運転と快走運転を自動的に切り替えることができ、電動駆動系の補助が大きい快走運転により快適に走行できると共に、電動駆動系の補助が比較的少なくてもいい場合には省エネ運転を行い、電力の消費を抑えて電動駆動系で補助して走行可能な距離を伸ばすことができる。また、人力駆動系の負荷が第１の所定負荷より大きくなった場合に省エネ運転から快走運転に自動的に切り替えられるので、省エネオートモードで走行中に坂道等の電動駆動系で比較的大きな補助が必要な場所を走行した場合でも、快適に走行できる。
【００１５】
本発明の請求項２によれば、電動駆動系のアシスト比率を変えることで、省エネ運転と快走運転を自動的に切り替えることができ、電動駆動系の補助が大きい快走運転により快適に走行できると共に、電動駆動系の補助が比較的少なくてもいい場合には省エネ運転を行い、電力の消費を抑えて電動駆動系で補助して走行可能な距離を伸ばすことができる。また、省エネオートモードで走行中に、人力駆動系の負荷が第２の所定負荷より小さくなると、自動的に快走運転から省エネ運転に切り替わるので、無駄な電力の消費を抑えて電動駆動系で補助して走行可能な距離を伸ばすことができる。
【００１６】
本発明の請求項３によれば、省エネオートモード走行中に、周期的に変動する人力駆動系の負荷が一時的に第２の所定負荷を下回っても快走運転が維持されるので、短時間の間に快走運転と省エネ運転が繰り返し切り替えられるのを防止でき、快適な走行を行うことができる。
【００１７】
本発明の請求項４によれば、人力駆動系の負荷の最大値が第１の所定負荷付近でばらついた際に、省エネ運転と快走運転とが短時間の内に繰り返し切り替えられるのを防止でき、快適に走行できる。
【００１８】
本発明の請求項５によれば、快走運転から省エネ運転へ切り替わる際に、電動駆動系による補助を徐々に小さくできるので、乗り心地を損なうことなく快適に走行できる。
【００１９】
本発明の請求項６によれば、使用者の好みに応じてモードを切り替えて走行できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態を示す電動アシスト自転車の側面図である。
【図２】同電動アシスト自転車の制御装置の回路図である。
【図３】同電動アシスト自転車の省エネオートモードでのフローチャートである。
【図４】同電動アシスト自転車の省エネオートモード時の人力トルクとモータトルクとの関係を示す一例である。
【図５】同電動アシスト自転車の省エネ運転時の走行速度が遅い場合の人力トルクとモータトルクの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１乃至図５に本発明の実施の形態の電動アシスト自転車を示し、以下、これらの図に基づき説明する。
【００２２】
図１は後輪駆動タイプの電気アシスト自転車の全体図である。
【００２３】
電気自転車本体１のフレーム２には前輪３、後輪４、ハンドル５及びサドル６が取付けてあり、前輪３はハンドル５によって操舵されるようになっている。
【００２４】
７は人力駆動系としての人力駆動部で、ペダル８及びチェーン９を備えており、使用者がペダル８を踏むことで、チェーン９を介して後輪４を回転させる。この例ではチェーン９を人力の伝達部材としたが、これに限らずチェーン９の代わりにベルト、回転軸等によるものでも構わない。
【００２５】
後輪４の回転軸の部分には電動駆動系としての電動駆動部１０が設けられている。この電動駆動部１０には後述するモータ１９が内蔵されており、電動駆動が必要なときにモータ１９を駆動して人力駆動部７と共に後輪４を回転させる。
【００２６】
前輪３の操舵をするハンドル５の左右両端にはブレーキレバ１１がそれぞれ取付けており、前輪３及び後輪４のブレーキ装置１２、１３とワイヤ１４、１５によってそれぞれ連結されている。このワイヤ１４、１５の途中には図示しないブレーキスイッチが設けてあり、ブレーキレバ１１を操作したときにモータ１９への通電が停止する機構になっている。
【００２７】
ハンドル５の前方にはかご１６が設けられており、このかご１６の下にモータ１９の電源となるバッテリ部１７が着脱自在に取付けている。このバッテリ部１７の電源電圧は略２４ボルトである。尚、バッテリ部１７はフレーム２の他の場所に設けてもよい。
【００２８】
次に、電動駆動部１０の制御装置１８の構成を図２に基づいて説明する。
【００２９】
制御装置１８は制御回路３０とモータ１９と電源としてのバッテリ部１７で構成されており、バッテリ部１７は降圧回路２０を介してマイコン２１に給電すると共にモータ駆動回路２２にも給電する。
【００３０】
２３は電動駆動部１０内に内蔵された人力トルクセンサで、人力駆動部７の負荷としての踏力による人力トルクＴｃを検出し、マイコン２１に出力する。
【００３１】
２４はモータ１９のトルクＴｍを検出するモータトルクセンサで、検出されたモータトルクＴｍがマイコン２１に出力される。
【００３２】
前記マイコン２１は人力トルクセンサ２３からの出力とモータトルクセンサ２４からの出力に基づいてモータ駆動回路２２を制御する。モータ駆動回路２２はパルス変調（ＰＷＭ）によりモータ１９へ供給する駆動電流を制御する。
【００３３】
モータ１９はＤＣブラシレスモータを使用しており、ホールＩＣ２５によりモータ１９の回転位置が逐次マイコン２１に出力され、その信号を基に通電が切り替えられて駆動するようになっている。
【００３４】
上記電動アシスト自転車１はアシスト比率が１対１の快走モードでの制御と、以下に説明する図３のフローチャートに基づく省エネオートモードでの制御とが図示しないモード切替スイッチにて切り替えられる。
【００３５】
ここで、前記省エネオートモードはモータ１９の出力増加時の応答速度を遅くしてモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに遅れて追従する省エネ運転と、モータ出力の増加時の応答速度も速くしてモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに速く追従する快走運転から構成されている。
【００３６】
次に、図３のフローチャートに基づいて省エネオートモードの動作を説明する。
【００３７】
ステップＳ１において、応答速度を変化させる係数としての応答速度調整値ａに省エネ運転時の初期値ａ１（ここではａ１＝０．２）を代入する。ステップＳ２において人力トルクセンサ２３により人力トルクＴｃを検出し、ステップＳ３においてモータトルクセンサ２４によりモータトルクＴｍを検出する。
【００３８】
ステップＳ４において人力トルクＴｃが第１の所定トルクＴ１より大きいかどうかを判断し、大きい場合にはステップＳ５において応答速度調整値ａに快走運転時の最大値ａ２（ここではａ２＝１．０）を代入してステップＳ６に移行し、Ｔ１以下の場合には応答速度調整値ａはそのままの状態でステップＳ６に移行する。
【００３９】
ステップＳ６において人力トルクＴｃが第２の所定トルクＴ２より小さいかどうかが判断され、Ｔ２より小さい場合にはステップＳ７でマイコン２１のタイマーのカウントが開始され、Ｔ２以上であればタイマーを初期化して後述するステップＳ１２に移行する。
【００４０】
ステップＳ９においてタイマーの時間が所定時間ｔ１経過したかどうか、即ち、人力トルクＴｃが第２の所定トルクＴ２より小さい状態が所定時間ｔ１続いたかどうかが判断され、所定時間ｔ１経過している場合にはステップＳ１０に移行し、経過していない場合にはステップＳ１２に移行する。
【００４１】
ステップＳ１０において応答速度調整値ａが初期値ａ１以下かどうかが判断され、初期値ａ１より大きい場合には、ステップＳ１１において新たな応答速度調整値ａに現在の応答速度調整値ａから所定値ａ３（ここでは０．１）を引いた値が代入される。
【００４２】
また、初期値ａ１以下の場合には、応答速度調整値ａの値は変更されずにステップＳ１２に移行する。これにより、応答速度調整値ａが初期値ａ１より小さくならないようにしている。
【００４３】
ステップＳ１２においてモータトルクＴｍが人力トルクＴｃより小さいかどうか、即ち、モータ１９の出力が増加中かどうかが判断される。小さい場合、ステップＳ１３に示す式でパルス変調制御における新たなデューティが決定され、応答速度調整値ａに応じた応答速度でモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに追従するようにモータへの出力が増加され、ステップＳ２に戻る。ここで、Ｋは定数である。
【００４４】
この際、詳述すれば、応答速度調整値ａが大きいほど新たなデューティが速く大きくなって応答速度が速くなり、モータトルクＴｍが人力トルクＴｃに速く追従し、小さいほど新たなデューティがゆっくり増加して応答速度が遅くなり、モータトルクＴｍが人力トルクＴｃに遅れて追従する。
【００４５】
モータトルクＴｍが人力トルクＴｃ以上の場合には、ステップＳ１４に示す式によりパルス変調制御における新たなデューティが決定され、速い応答速度で人力トルクＴｃに速く追従するように制御されてステップＳ２に戻る。
【００４６】
図４は省エネオートモードで走行中の人力トルクＴｃとモータトルクＴｍとの関係の一例を示すものである。
【００４７】
ＯＡ間は人力トルクＴｃの最大値Ｘ１が第１の所定トルクＴ１以下で走行されている。この間、応答速度調整値ａは初期値ａ１に設定され（ステップＳ１）、省エネ運転が行われる。この運転中、モータ１９の出力増加時の応答速度が遅く、人力トルクＴｃに対して遅れてモータトルクＴｍが上昇し、モータトルクＴｍが人力トルクＴｃより大きくなった（図中のＹ）後は、モータトルクＴｍはステップＳ１４に示す式により応答速度が速くなり、人力トルクＴｃに速く追従して減少する。この結果モータトルクＴｍの最大値Ｙが小さくなり、見かけ上のアシスト比率が減少する。これにより、モータ１９による消費電力を抑えて、モータ１９で補助して走行可能な距離を長くすることができる。
【００４８】
ＡＢ間は周期的に変化する人力トルクＴｃの最大値Ｘ２が第１の所定トルクＴ１以上である区間で、人力トルクＴｃが第１の所定トルクＴ１を越える図中のＡにおいて、応答速度調整値ａに最大値ａ２の値が代入されて（ステップＳ５）快走運転に切り替わる。快走運転に切り替わると、速い応答速度でモータ１９の出力上昇時でもモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに速く追従するようになり、アシスト比率が大きく（ほぼ１対１）になる。
【００４９】
これにより、省エネオートモードで走行中に坂道等の大きな補助が必要な箇所にさしかかっても、自動的にモータ１９によるアシスト比率が大きくなり、人力トルクＴｃを軽減して快適に走行できる。
【００５０】
また、この区間において、周期的に変化する人力トルクＴｃが第２の所定トルクＴ２よりも小さくなってタイマーのカウントが開始（ステップＳ７）されても所定時間ｔ１時間以内に第２の所定トルク以上Ｔ２になってタイマーがクリア（ステップＳ８）される。これにより、快走運転で走行中に、人力トルクＴｃが周期的な変化により一時的に第２の所定トルクＴ２以下になった際に省エネ運転に切り替わるのを防止でき、快適運転と省エネ運転が短時間で繰り返されることなく、快適に走行できる。
【００５１】
快走運転から省エネ運転へ切り替える基準となる第２の所定トルクＴ２を、省エネ運転から快走運転へ切り替える第１の所定トルクＴ１より小さい値に設定したことで、人力トルクＴ１の最大値が第１の所定トルクＴ１付近でばらついた際に、省エネ運転と快走運転とが短時間の内に繰り返し切り替えられるのを防止でき、快適に走行できる。
【００５２】
ＢＤ間は人力トルクＴｃの最大値Ｘ３が再び第２の所定トルクＴ２より小さくなった区間で、人力トルクが第２の所定トルクＴ２以下となったＢから所定時間ｔ１この状態が維持された点（図中のＣ）で省エネ運転へ再び切り替えられる。そして、応答速度調整値ａは快走運転時の最大値ａ２から省エネ運転時の初期値ａ１まで徐々に小さくされ（ステップＳ１１）、省エネ運転時の初期値ａ１に達した後は初期値ａ１となる。
【００５３】
このように、快走運転から省エネ運転への切り替えの際に応答速度を、快走運転時の応答速度から省エネ運転時の応答速度へすぐに切り替えるのではなく、徐々に小さくして切り替えるようにしたので、モータトルクＴｍが急に減少して乗り心地が損なわれるのを防止できる。
【００５４】
また、省エネ運転において走行速度が図４のＯＡ間より遅い（人力トルクＴｃの周期が長い）場合には図５に示すように人力トルクＴｃの最大値Ｘが同一であってもモータトルクＴｍの最大値は大きく（Ｙ２＞Ｙ１）なり、見かけ上のアシスト比率が大きくなる。
【００５５】
これにより、同一トルクでも速度の遅い場合に見かけ上のアシスト比率を大きくして快適に走行でき、低速の場合に比べてモータ１９による補助を必要としない高速の場合にアシスト比率を小さくして消費電力を小さくできる。
【００５６】
尚、上記実施の形態では、人力トルクＴｃを検出し、この人力トルクＴｃに応じてモータトルクＴｍを制御したが、ペダルを踏む踏力を検出し、この踏力に応じてモータトルクＴｍを制御してもよい。また、人力トルクＴｃや踏力等の人力による負荷を検出する代わりに、人力駆動部７による仕事率（人力トルクとペダルの回転数の積等）を検出し、この仕事率に基づいてモータトルクＴｍを制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
７            人力駆動系
１０            電動駆動部（電動駆動系）
２１            マイコン（制御手段）
Ｔｃ            人力トルク（人力による負荷）
Ｔｍ            モータトルク（電動駆動系の出力）
Ｔ１            第１の所定のトルク（第１の所定負荷）
Ｔ２            第２の所定のトルク（第２の所定負荷）
ｔ１            所定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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