(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力により駆動されるクランク軸の回転を後輪に伝える人力駆動系と電動モータの出力を前記後輪に伝える電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力の増減変化に対応して前記電気駆動系の電動モータの出力を増減させるように制御する電動モータ付き自転車の制御方法であって、前記人力駆動系に加わる踏力を検出し、前記踏力に対する電動モータの出力の比が高車速域で車速の増加に対して漸減するように前記電動モータを制御することを特徴とする電動モータ付き自転車の制御方法。
【請求項２】
人力による踏力が走行中に略０になると、その時の車速に対応するモータ速度となるように電動モータを制御する請求項１の電動モータ付き自転車の制御方法。
【請求項３】
クランク軸の半回転に対して１回変化する踏力の変動周期から車速を検出する請求項１または２の電動モータ付き自転車の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人力による駆動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、電動モータによる駆動力を人力による駆動力（以下踏力という）に対応して制御するようにした電動モータ付き自転車の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
踏力を検出し、この駆動力の大小に対応して電動モータの駆動力を制御するものが公知である（実開昭５６−７６５９０、特開平２−７４４９１号）。すなわち人力の負担が大きい時には電動モータの駆動力も増やして人力の負荷を減らすものである。
【０００３】
ここに従来は踏力ＦＬに対してモータ駆動力ＦＭを一定の比率で設定していた。すなわち両者の比ＦＭ／ＦＬを補助率ηと定義し、この補助率ηを一定にしていた。
【０００４】
【従来の技術の問題点】
しかし低速時と高速時では必要とするモータ駆動力ＦＭも変わるからこの補助率ηを一定にすると、全ての車速域で常に適切な駆動力が得ることができなくなる。
【０００５】
またペダルを踏まず隋性走行あるいは降坂走行している時には踏力が０であり、モータ駆動力も０になる。この状態からペダルを再び踏み始めるとモータはほぼ速度０の状態から車速Ｓに一致する速度に達するまで急速に加速しなければならず、この間に時間遅れが発生する。
【０００６】
この場合には踏力ＦＬだけでなく車速Ｓも検出して両者に基づいてモータを制御する必要があるから、車速Ｓを検出するためのセンサも必要になる。
【０００７】
このためセンサの設置空間を確保する必要があり、装置の小型化の障害となるばかりでなく、防塵、防水等の対策が必要になるために機械的構造が複雑で信頼性が低下するという問題がある。
【０００８】
【発明の目的】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、低速でペダルを強く踏んで走行する時などには十分なモータ駆動による補助力を発生させ、反対に高速時などのモータによる補助をあまり必要としない時にはモータによる補助力を減らして適切な制御をすることができる電動モータ付き自転車の制御方法を提供することを第１の目的とする。また走行中に踏力が０から再びペダルを踏み始める時にモータ速度がその時の車速に対応する速度になるまでの時間遅れが発生するのを防ぐようにした電動モータ付き自転車の制御方法を提供することを第２の目的とする。
【０００９】
【発明の構成】
本発明によれば第１の目的は、人力により駆動されるクランク軸の回転を後輪に伝える人力駆動系と電動モータの出力を前記後輪に伝える電気駆動系とを並列に設け、人力による踏力の増減変化に対応して前記電気駆動系の電動モータの出力を増減させるように制御する電動モータ付き自転車の制御方法であって、前記人力駆動系に加わる踏力を検出し、前記踏力に対する電動モータの出力の比が高車速域で車速の増加に対して漸減するように前記電動モータを制御することを特徴とする電動モータ付き自転車の制御方法により達成される。
【００１０】
第２の目的は、人力による走行中に踏力が略０になると、その時の車速に対応するモータ速度となるように電動モータを制御する請求項１の電動モータ付き自転車の制御方法、により達成される。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の好適な一実施例の側面図、図２はその動力系統図、図３はその動力系の展開図、図４は踏力の検出部を示す側面図、図５はそのＶ−Ｖ線断面図、図６は本発明に係る車速検出手段のブロック図、図７はその各部出力波形図、図８は加速時の動作説明図、図９は定速走行時の動作説明図である。
【００１２】
図１において、符号１０はメインフレームであり、ヘッドパイプ１２から斜下後方へのびて後輪１４の車軸に至る。このメインフレーム１０にほぼ直交するようにシートチューブ１６が固着され、このシートチューブ１６の上端にはサドル１８を支持するシートポスト２０が固定されている。
【００１３】
シートチューブ１６の下部には下に開いた筒部１６ａが形成され、この中に直流電動モータ２２が収容される。シートチューブ１６の下端には動力ユニット２４が固定されている。この動力ユニット２４はボトムブラケットケース（以下ＢＢケースという）２６と、このＢＢケース２６から後方へのびるリヤステー２８とを備え、このリヤステー２８の後端には後輪１４が固定されている。なお右側のリヤステー２８（図３）には駆動軸３０が挿通される。
【００１４】
次に動力ユニット２４を説明する。図１、３においてＢＢケース２６にはクランク軸３２が貫挿され、その両端にクランク３４が固定されている。クランク３４にはクランクペダル３６、３６が取付けられている。
【００１５】
後輪１４の車軸３８の左端は、左のリヤステー２８に固着したエンドプレート２８ａに固定され、この車軸３８の右端は右のリヤステー２８に固定された傘歯車ケース４０に固定されている。車軸３８にはハブ４２が回転自在に保持され、このハブ４２には駆動軸３０の回転が傘歯車機構４４を介して伝えられる。
【００１６】
前記電動モータ２２はＢＢケース２６に上から図３に示すように嵌合されて固定され、そのモータ軸２２ａはクランク軸３２に直交しかつ車体幅方向中央付近に位置する。ＢＢケース２６は、シートチューブ１６の筒部１６ａ内にこのモータ２２を下から挿入するようにして筒部１６ａに嵌合され、４本のボルト４６（図３参照）によって結合される。
【００１７】
このモータ２２の回転は図３に示すように、一方向クラッチ４８、遊星歯車式減速機５０、小傘歯車５２、大傘歯車５４を介して、クランク軸３２に回転自在に保持された筒型の合力軸５６に伝えられる。この合力軸５６の回転はさらに傘歯車機構５８によって前記駆動軸３０に伝えられる。
【００１８】
後輪１４からモータ２２へ向う回転はハブ４２に内装した一方向クラッチ４３により遮断される。なお前記遊星歯車式減速機５０は公知のものであり、モータ２２により回転されるサンギヤとＢＢケース２６に固定されたリングギヤとの間にあってこれらに噛合する遊星ギヤの公転を小傘歯車５２に伝えるものである。
【００１９】
一方ペダル３６から人力により入力される回転は、クランク軸３２、一方向クラッチ６０、遊星歯車式増速機６２を介して大傘歯車５４に伝えられる。このためクランク軸３２から入力された回転はこの大傘歯車５４から合力軸５６、傘歯車機構５８を介して駆動軸３０に伝えられる。このクランク軸３２の回転はモータ２２の停止中にはクラッチ４８の作用によりモータ２２に伝わらない。またクランク軸３２の停止中あるいは逆転中にはクラッチ６０の作用によりモータ２２の回転はクランク軸３２に伝わらない。ここに駆動軸３０はモータ軸２２ａを含む車体前後方向の平面Ａの右側に位置する（図３参照）。
【００２０】
遊星歯車式増速機６２は図３、５に示すように、大傘歯車５４に固定されたリングギヤ６２ａと、踏力検出レバー６４に固定されたサンギヤ６２ｂと、これらの間に介在する遊星ギヤ６２ｃとを備える。クランク軸３２はこの遊星ギヤ６２ｃを一方向クラッチ６０を介して公転させる。
【００２１】
なお踏力検出レバー６４は、ペダル３６による人力駆動時の駆動力をサンギヤ６２ｂに加わる反力により検出する踏力検出手段６５の一部を構成するものである。この踏力検出手段６５は前記平面Ａの左側に位置する。
【００２２】
すなわちこの踏力検出手段６５のレバー６４は、図４、５に示すように２つの突起６４ａ、６４ｂを持ち、一方の突起６４ａはストッパ６６に当接して図４で時計方向への回転、換言すればペダル３６の踏力が加わる方向と逆方向の回転を規制する。突起６４ｂには他の第２のレバー６８が当接し、レバー６４の反時計方向の回転によってこの第２のレバー６８が時計方向に回転する。
【００２３】
この第２のレバー６８には復帰ばね７０により復帰習性が付与され、これによりレバー６４は図４で時計方向への復帰習性が付与される。そしてこの第２のレバー６８の回転量は踏力センサとしてのポテンショメータ７２に伝えられる。この結果ペダル３６の踏力に比例してレバー６４が図４で反時計方向に回動し、第２のレバー６８が時計方向に回動するから、この踏力がポテンショメータ７２の回転量から求められる。
【００２４】
図１で８０は鉛電池などの充電可能な電池、８２はコントローラであり、これらは前記メインフレーム１０のヘッドパイプ１２とシートチューブ１６との間に収容されている。
【００２５】
次に車速検出手段８４を説明する。この車速検出手段８４は図６に示す構成を持つ。すなわち踏力検出手段７２で検出した踏力ＦＬを基準値Ｆ０と比較器８６で比較し、この比較結果から矩形波発生回路８８は図７に示す矩形波ａを出力する。この矩形波ａの立上りに基づいてモノマルチ９０はパルスｂを出力する。
【００２６】
ここに基準値Ｆ０は、通常の走行時に出力される踏力ＦＬの振幅内に入るように設定される。従って比較器８６はクランクの半周期内に必ず正負に１回だけ反転する信号を出力することになり、モノマルチ９０が出力するパルスｂは踏力ＦＬが基準値Ｆ０に一致する一致点のうち１つおきの一致点で出力されることになる。
【００２７】
このパルスｂの周期ｔｉはタイマ９２で積算される。この周期ｔｉはクランクの回転速度に反比例する。すなわち周期ｔｉにおける車速ＳｉはＡを比例定数としてＳｉ＝Ａ／ｔｉで求められる。車速演算部９４はこの演算を行う。
【００２８】
以上の演算により、加速時の車速Ｓは図８に示すように踏力変化の半周期遅れで求められる。またこの求めた車速Ｓは踏力変化の半周期前の周期における平均車速になる。定速走行時の車速Ｓは、図９に示すように実際の車速ＳＲが細かく変動しているのに対し演算された車速Ｓは一定になっている。
【００２９】
ポテンショメータ７２で検出した踏力ＦＬおよび車速検出手段８４で検出した車速Ｓはコントローラ８２に入力され、このコントローラ８２はこの踏力ＦＬと車速Ｓに基づいてモータ電流を制御しモータトルクＴＭを発生させる。以下車速Ｓに対応して補助率ηを変化させる実施例について説明する。図１０はこの補助率ηの特性図、図１１はＦＬとＦＭの周期的変動を示す図である。
【００３０】
図３で８２ａはメモリであり、車速Ｓに対して変化する補助率ηを記憶する。この補助率ηは踏力ＦＬに対するモータ駆動力ＦＭの比（ＦＭ／ＦＬ）で定義され、例えば図１０に示すような特性に設定される。図１０の特性は、車速ＳがＳＦ以下の低中速域で一定値η０、ＳＦ＜Ｓ＜ＳＥの高車速域では直線的に漸減し、［η＝η０×（ＳＦ−Ｓ）／（ＳＦ−ＦＥ）］…（１）で求められ、さらにＳＥ＜Ｓの高車速域では０になる。
【００３１】
コントローラ８２では、まず車速Ｓに対する補助率ηをこのメモリ８２ａに記憶した特性を用いて決定する。そしてこの時モータ２２が出力すべき駆動力ＦＭを［ＦＭ＝η・ＦＬ］により求める。
【００３２】
図１１はこの時の合計駆動力Ｆ＝ＦＬ＋ＦＭの変化を示すものであり、（Ａ）は車速ＳがＳＦ以下の低中車速時を、（Ｂ）はＳＦ＜Ｓ＜ＳＥの高車速時を、（Ｃ）はＳＥ＜Ｓの超高車速時を示す。これらの図からも明らかなように、Ｓ＜ＳＦの低中車速域（Ａ）ではη＝η０（一定）であるから、モータ２２による補助力である駆動力ＦＭは、ＦＭ＝η０・ＦＬで求められ、踏力ＦＬの周期的変化に対応して合計駆動力Ｆも変化する。
【００３３】
ＳＦ＜Ｓ＜ＳＥの高車速域（Ｂ）では、ηは前記（１）式により求められ、η０よりも小さくなる。さらにＳＥ＜Ｓの超高車速域（Ｃ）では、ηは０になり合計駆動力Ｆは踏力ＦＬだけになる。
【００３４】
以上の実施例は補助率ηを車速Ｓにより変化させるものであるが、本発明はこれに限られるものではない。例えば前記したように、走行中に踏力ＦＬが０あるいは非常に小さくなった時にはこの車速Ｓに対応したモータ速度となるようにモータ電圧を印加しておき、踏力ＦＬが急増してペダルからの踏力ＦＬが走行駆動力に寄与し始めた時にモータの駆動力ＦＭが即座に車輪に加わるようにしたものなどであってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、人力駆動系に加わる踏力を検出し、踏力に対する電動モータの出力の比を高車速域で車速の増加に対して漸減するようにしたから、低速でペダルを強く踏んで走行する時などでは十分なモータの補助力を発生させ、高速時などではモータによる補助力を減らすことができ、全ての速度域で適切な制御をすることができる。
【００３６】
請求項２の発明は、走行中に踏力が０になってから再びペダルを踏む時にモータはその時の車速に対応するモータ速度に保たれるから、モータの加速の遅れが発生しない。クランク軸の半回転に対して１回変化する踏力の変動周期から車速を検出すれば、車速検出用に別途センサを設ける必要がなくなり、装置の小型化に適する。また電気的に車速Ｓを演算するから防塵・防水などの対策が簡単になり、機械的構造が非常に簡単で信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の側面図
【図２】その動力系統図
【図３】その動力系の展開図
【図４】踏力の検出部を示す側面図
【図５】そのＶ−Ｖ線断面図
【図６】速度検出手段のブロック図
【図７】その各部出力波形図
【図８】加速時の動作説明図
【図９】定速走行時の動作説明図
【図１０】補助率ηの特性図
【図１１】踏力およびモータ駆動力の周期的変動を示す図
【符号の説明】
１４  後輪
２２  電動モータ
７２  踏力検出手段
８２  コントローラ
８４  車速検出手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003558221.tif 000011
【図１１】
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