(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル踏力により車輪を駆動する人力駆動機構と、上記踏力に対応した大きさの補助駆動力を車輪の付与する補助駆動機構とを備えたパワーアシスト車両の駆動装置において、上記補助駆動力の付与をペダル踏力に対して該補助駆動力の極大時が上記ペダル踏力の極小時に近づくよう遅延させる補助力遅延手段を備え、該補助力遅延手段は、上記ペダル踏力の周期を求める踏力周期演算手段と、上記補助駆動力付与の遅延時間を上記踏力周期に略比例させる遅延時間制御手段とを備えていることを特徴とするパワーアシスト車両の駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、同時刻に付与すべき補助駆動力の値が２以上あるときはその最大値を補助駆動力とする補助駆動力選択手段を備えたことを特徴とするパワーアシスト車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ペダルの踏力とモータの駆動力との合力を後輪に供給するようにしたパワーアシスト車両の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自転車で例えば上り坂や，向かい風のなかを走行する場合、大きなペダル踏力が必要である。このような走行時の負担を軽減するために、ペダル踏力に応じた補助駆動力を付与する補助駆動装置を搭載したパワーアシスト自転車が提案されている（例えば、特開平４−１００７９０号公報参照）。
【０００３】
上記補助駆動装置は、ペダルに作用する踏力に応じた補助駆動力を演算し、該補助駆動力に対応した電流をバッテリから電動モータに供給し、ペダル踏力とモータ駆動力との合力により後輪を回転駆動するように構成されている。このような補助駆動力を付与するにあたっては、従来、図７に示すように、補助駆動力をペダル踏力に略比例した大きさとし、かつペダル踏力の発生と同じタイミングで付与するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来装置のようにペダル踏力と同時に補助駆動力を付与するとペダル踏力の増減に合わせて補助駆動力も増減するので、その合力の山（極大値）と谷（極小値）との差がペダル踏力だけの場合より大きくなり例えば登坂路を走行する場合、上記合力の谷の時点で速度が著しく低下し、安定した走行性が得られないという問題がある。
【０００５】
また上記従来装置のようにペダル踏力と同時に補助駆動力付与する場合、両方の合力のピーク値に対応できる車体強度を確保しなければならず、それだけコスト高になるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、合力の変動を抑制して登坂路等における走行性を向上できるとともに、要求される車体強度を低下してコストを低減できるパワーアシスト車両の駆動装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ペダル踏力により車輪を駆動する人力駆動機構と、上記踏力に対応した大きさの補助駆動力を車輪の付与する補助駆動機構とを備えたパワーアシスト車両の駆動装置において、上記補助駆動力の付与をペダル踏力に対して該補助駆動力の極大時が上記ペダル踏力の極小時に近づくよう遅延させる補助力遅延手段を備え、該補助力遅延手段は、上記ペダル踏力の周期を求める踏力周期演算手段と、上記補助駆動力付与の遅延時間を上記踏力周期に略比例させる遅延時間制御手段とを備えていることを特徴としている。なお、上記極大時，極小時とは補助駆動力，ペダル踏力が極大，極小となるタイミングを意味する。
【０００８】
ここで、図６に示すように、補助駆動力の遅延時間を一定値ｔとした場合、車速、即ちペダル回転速度（踏力ピッチ）が予め想定された範囲で略一定しているときは踏力と補助駆動力とを平均化した一定の合力が得られるものの、走行状態，路面条件等により車速が上記想定値から変動した場合には踏力と補助駆動力との合力に大きな変動が生じるという懸念がある。
【０００９】
そこで、本発明は、補助力遅延手段が、ペダル踏力の周期を検出する踏力周期検出手段と、補助駆動力付与遅延時間を上記踏力周期に略比例させる遅延時間制御手段とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、同時刻に付与すべき補助駆動力の値が２以上あるときはその最大値を補助駆動力とする補助駆動力選択手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
【作用】
請求項１の発明による駆動装置によれば、補助動力極大時が踏力極小時に近づくように、補助駆動力の付与を遅らせるようにしたので、踏力の谷間を補助駆動力で補うことにより平均化した一定の合力を供給できる。これにより合力の変動が抑制され、登坂路等を走行する場合の合力の谷による速度低下が小さくなり、安定した走行性が得られる。
【００１３】
またペダル踏力と補助駆動力とを平均化した一定の合力を供給するので、従来の踏力と同時に補助力を加えるようにした場合に比べて合力の極大値を抑制でき、必要な車体強度を低下でき、コストを低減できる。
【００１４】
上記補助駆動力遅延時間をペダル踏力の周期に略比例させたので、ペダル踏力の周期に変動が生じた場合にも補助駆動力の山を踏力の谷に一致させることができ、平均化された一定の合力を供給でき、走行性を向上できる。
【００１５】
請求項２の発明では、同時刻における補助駆動力の値が２以上あるときにはその最大値を用いるようにしたので、補助駆動力が重複した場合の混乱を防止でき、スムーズな走行性が得られる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図に基づいて説明する。
図１ないし図５は本発明の一実施例によるパワーアシスト自転車の駆動装置を説明するための図であり、図１はパワーアシスト自転車の側面図、図２は本実施例装置のブロック構成図、図３，図４は本実施例装置の動作を説明するための特性図、図５は本実施例装置の動作を示すフローチャート図である。
【００１７】
図１において、１は本実施例装置が採用されたパワーアシスト自転車であり、これの車体フレーム２は、前輪３が回転自在に支持されたフロントフォーク４を操向自在に支持するヘッドパイプ２ａと、該ヘッドパイプ２ａから後方に斜め下方に延びるダウンチューブ２ｂと、該ダウンチューブ２ｂの下部に中ラグ５を介して連結されたシートチューブ２ｃと、上記ダウンチューブ２ｂの下端にハンガーラグ６を介して連結された左右一対のチェーンステー２ｄと、上記シートチューブ２ｃの上部とチェーンステー２ｄの後端部とを連結する左右一対のシートステー２ｅとから構成されている。上記チェーンステー２ｄとシートステー２ｅとは後輪ブラケット２ｆを介して一体に連結されており、該後輪ブラケット２ｆには後輪８が回転自在に支持されている。
【００１８】
上記フロントフォーク４の上端には操向ハンドル７が装着されており、また上記シートチューブ２ｃの上端にはサドル７５が装着されたシートピラーチューブ７７が上下動可能に挿入されている。このシートピラーチューブ７７はシートチューブ２ｃの上端部に配設されたシートピン７８を締め付けることにより固定されている。
【００１９】
上記ダウンチューブ２ｂの下端部にはクランク軸１３が回転自在に支持されており、該クランク軸１３の両端にはクランク１６を介してペダル１７が装着されている。該クランク軸１３には図示しないチェーンスプロケットが連結されており、該スプロケットはチェーン２０を介して上記後輪８のフリーホイール（図示せず）に連結されている。これによりペダル１７を介してクランク軸１３に入力された踏力で後輪８を回転駆動する人力駆動機構が構成されている。なお、２０ａはチェーンカバーである。
【００２０】
上記車体フレーム２には補助駆動機構９が配設されている。この補助駆動機構９は、回転駆動力を後輪８に供給する電動モータ１２と、該モータ１２に電源を供給する２つのバッテリ１１，１１と、上記電動モータ１２の駆動力を制御するコントローラ２１とを備えており、上記電動モータ１２の駆動力と人力による踏力とをパワーユニット１４により合力し、該ユニット１４を介して後輪８に伝達するように構成されている。このパワーユニット１４には、電動モータ１２の回転力を減速する遊星ローラ式減速機，及びペダル踏力を検出する踏力検出装置が収納されている。
【００２１】
上記バッテリ１１は直方体状のバッテリケース１０内に収納されており、該ケース１０の長手方向に直列接続されている。このバッテリケース１０は、シートチューブ２ｃの後方に該チューブ２ｃに沿って配置されており、該バッテリケース１０の下端部は上記シートチューブ２ｃの下端部に位置するダウンチューブ２ｂに固定された有底筒状の支持ボックス７２内に嵌装されている。またバッテリケース１０の上端部は左右シートステー２ｅ，２ｅ間を通って上方に突出し、かつシートチューブ２ｃ，左右のシートステー２ｅ，及び左右一対の補助シートステー７１により支持されており、上方向にのみ着脱可能となっている。上記バッテリケース１０には充電器が接続される充電用プラグ（図示せず）が装着されている。
【００２２】
上記コントローラ２１，電動モータ１２及びパワーユニット１４はそれぞれダウンチューブ２ｂの下方に該チューブ２ｂに沿って配列されており、該パワーユニット１４はブラケット１８，１９を介して中ラグ５，ハンガーラグ６に取り付け固定されており、コントローラ２１，電動モータ１２は図示しないブラケットを介してダウンチューブ２ｂに固定されている。この電動モータ１２，コントローラ２１はカバー部材７９により覆われており、該カバー部材７９はダウンチューブ２ｂに沿って延びる上カバー８０に下カバー８１を着脱可能に装着して２分割構造のものである。
【００２３】
上記コントローラ２１は、図２に示すように、踏力検出センサ４４の踏力検出値及び車速検出センサ４８の車速検出値が入力され、内蔵するマップに基づいて上記踏力に応じた補助駆動力を演算し、該補助駆動力に対応した電流をバッテリ１１から電動モータ１２に供給するように構成されている。この補助駆動力は、乗員のペダル踏力１に対して１未満に設定されており、かつ車速が例えば１５Ｋｍ／ｈを越えた時点から次第に小さくなり、２４Ｋｍ／ｈに達した時点でゼロになるように設定されている。また上記コントローラ２１には、図示しないメインスイッチ，バッテリ電圧低下，及びシステム異常を表示する警告ランプが配設されている。
【００２４】
そして本実施例のコントローラ２１は、本発明の補助力遅延手段として機能する。詳細には、上記踏力検出センサ４４からペダル踏力を読み込み、該踏力が極大値になった時点から次の極大値となった時点までの時間、つまり踏力の周期ｔｎを演算する踏力周期演算手段として、及び上記踏力が極大値となった時点から該踏力に対する補助力が極大値となった時点までの補助駆動力付与の遅延時間を上記周期ｔｎに比例させる遅延時間制御手段として機能する。具体的には予め設定した定数Ｃ（例えばＣ＝０．５）に上記踏力周期ｔｎをかけた時間ｔｎ×Ｃだけ遅れて補助駆動力を付与するように構成されている。
【００２５】
また上記コントローラ２１は、同時刻における補助駆動力の出力値が重複したときは両者の値のうち大きい値を用いる補助駆動力選択手段としても機能する。即ち、図４に示すように、ｔ´時間における補助駆動力の値がａ，及びｂと重複したときには両者を比較し、大きい方の値ａを優先させるようになっている。
【００２６】
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例の補助駆動装置９は、速度が所定値（例えば１５Ｋｍ／ｈ）以下のときは乗員のペダル踏力が大きいほど大きい補助駆動力を付与し、速度が上記所定値を越えると速度が上昇するにつれて補助駆動力を減少させ、速度が最大値（例えば２４Ｋｍ／ｈ）を越えると補助駆動力をゼロにする。そして上記補助駆動力は、対応するペダル踏力の最大時から踏力周期に比例した遅れ時間経過時に最大となるように遅延して供給される。このようにして登坂路，向かい風，発進時等における労力の軽減が図れる。
【００２７】
上記補助駆動装置９の動作を図５のフローチャートに沿って説明する。
コントローラ２１は、始動スイッチオンによりプログラムがスタートすると、補助駆動力付与の遅延時間を求めるための踏力周期を初期値ｔ０に設定し（ステップＳ１，Ｓ２）、ペダル踏力の測定タイミングになると踏力検出センサ４４からのペダル踏力を読み込み、該ペダル踏力が極大値か否かを判定し（ステップＳ３〜Ｓ６）、極大値でない場合には、タイムテーブル内に書き込まれた遅延時間を読み出し、これに応じた補助力及び遅延時刻を求め、データが重複していない場合は上記求められた補助力をタイムテーブルに書き込み、補助出力処理を行う（ステップＳ１０〜Ｓ１４）。そして上記ステップＳ６で極大値に達した時点で前回の極大値検出時刻から今回の極大値検出時刻までの時間、つまり踏力周期ｔｎを確定し、次回の踏力周期ｔｎ＋１を測定開始するとともに、上記確定した踏力周期ｔｎから遅延時間ｔｎ×Ｃを演算する（ステップＳ７〜Ｓ９）。次に上記検出された踏力値から補助力を演算するとともに、遅延時間ｔｎ×Ｃに応じた補助駆動力の付与時刻を演算し、該時刻における補助駆動力が重複しているか否かを判定し（ステップＳ１０〜Ｓ１２）、重複していない場合は補助駆動力をタイムテーブルに書込み、該補助駆動力に応じた電流の出力指示を行なう（ステップＳ１３，Ｓ１４）。またＳ１２において補助出力値が重複している場合は各出力値を比較し、このうちの最大値を選択する（ステップＳ１５）。
【００２８】
このように本実施例によれば、ペダル踏力を例えば１０ｍｓｅｃ毎に検出し、補助駆動力を該各検出踏力と比例した大きさとするとともに、ペダル踏力の周期ｔｎに定数Ｃをかけた時間だけ補助駆動力を遅らせて付与するようにしたので、踏力の谷間を補助駆動力で補うことにより平均化された変動の少ない合力を後輪に供給することができ、登坂路や向かい風を走行する場合にも安定した走行性が得られる。またペダル踏力の周期が変動した場合は、この変動に応じて補助駆動力の付与タイミングも変更されるので、ペダル踏力の周期が変動しても補助駆動力の付与タイミングがずれたりすることはなく、平均化された合力を供給でき、走行状態，路面条件が変化しても安定した走行性が得られる。
【００２９】
また上記ペダル踏力と補助駆動力との合力を平均化して供給するようにしたので、従来の踏力に補助駆動力を同時に付与した合力を供給する場合に比べて合力の極大値を抑制でき、必要な車体強度を抑制でき、ひいては安価な部品の採用が可能となり、コストを低減できる。
【００３０】
さらに本実施例では、補助駆動力が重複した場合には、このうちの最大値を選択するようにしたので、同時刻に異なる補助駆動力が出力された場合の混乱を防止でき、スムーズな走行性が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るパワーアシスト自転車の駆動装置によれば、補助駆動力の極大時がペダル踏力の極小時に近づくように補助駆動力を踏力発生時に対して遅らせて付与したので、ペダル踏力と補助駆動力とを平均化した変動の少ない合力を供給でき、登坂路等でも安定した走行性が得られる効果があり、また合力の最大値を抑制して車体強度を低減できる効果がある。
【００３４】
本発明では、補助駆動力の付与遅延時間をペダル踏力の周期に略比例させたので、ペダル踏力の周期に変動が生じた場合にも平均化した変動の少ない合力を供給でき、走行性を向上できる。
【００３５】
請求項２の発明では、同時刻における補助駆動力の値が２以上のときにはこのうちの最大値を用いるようにしたので、出力値が重複した場合の混乱を防止してスムーズな走行性が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例によるパワーアシスト自転車の駆動装置を説明するための側面図である。
【図２】  上記実施例装置のブロック構成図である。
【図３】  上記実施例装置のペダル踏力，補助駆動力，その合力の関係を示す特性図である。
【図４】  図３の補助駆動力の重複部分を拡大した特性図である。
【図５】  上記実施例装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図６】  本発明の成立過程を説明するための特性図である。
【図７】  従来のペダル踏力，補助駆動力，その合力の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  パワーアシスト自転車
１２，２０  モータ，チェーン（補助駆動機構）
１３，２０  クランク軸，チェーン（人力駆動機構）
２１  コントローラ（補助力遅延手段，踏力周期演算手段，遅延時間制御手段）
４４  踏力検出センサ
４８  車速検出センサ
【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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【図６】
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【図７】
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