(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
クランク軸の回転に関するパラメータを検出する回転パラメータ検出部と、
前記人力駆動力および前記回転に関するパラメータが所定の範囲に入るように補助動力を発生する駆動ユニットおよび自転車の変速比を変更する電動変速ユニットの少なくともいずれか一方を制御する制御部と、
を備える自転車用制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電動変速ユニットを優先して制御する第１モードと、
前記駆動ユニットを優先して制御する第２モードと、を有する、請求項１に記載の自転車用制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電動変速ユニットを制御した後、前記駆動ユニットを制御する、請求項１に記載の自転車用制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記回転に関するパラメータが前記所定の範囲よりも小さい場合に、変速比が小さくなるように前記電動変速ユニットを制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記回転に関するパラメータが所定の範囲よりも大きい場合に、変速比が大きくなるように前記電動変速ユニットを制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記人力駆動力が前記所定の範囲よりも大きい場合、前記補助駆動力を増加させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記人力駆動力が前記所定の範囲よりも小さい場合、前記補助駆動力を減少させる、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記駆動ユニットおよび前記電動変速ユニットの両方を制御しても、前記人力駆動力および前記回転に関するパラメータが所定の範囲に入らない場合には、現在の変速比および補助動力を維持するように前記駆動ユニットおよび前記電動変速ユニットの両方を制御する、請求項１から７のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記人力駆動力が前記所定の範囲よりも大きく、かつ前記回転に関するパラメータが前記所定の範囲内となる第１範囲にあるとき、前記補助駆動力を増加させる、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記人力駆動力が前記第１範囲よりも大きく、かつ前記回転に関するパラメータが前記所定の範囲の中間の回転に関するパラメータよりも小さい第２範囲にあるとき、変速比が小さくなるように前記電動変速ユニットを制御する、請求項９に記載の自転車用制御装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記人力駆動力が前記第２範囲よりも大きく、かつ前記回転に関するパラメータが前記所定の範囲の中間の回転に関するパラメータよりも低い第３範囲にあるとき、変速比が小さくなるように前記電動変速ユニットを制御し、かつ前記補助駆動力を増加させる、請求項１０に記載の自転車用制御装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記人力駆動力が前記所定の範囲よりも小さく、かつ前記回転に関するパラメータが前記所定の範囲の中間の回転に関するパラメータよりも大きい第４範囲にあるとき、変速比が大きくなるように前記電動変速ユニットを制御し、かつ前記補助駆動力を増加させる、請求項９から１１のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記人力駆動力が前記第４範囲よりも小さく、かつ前記回転に関するパラメータが前記所定の範囲の中間の回転に関するパラメータよりも大きい第５範囲にあるとき、変速比が小さくなるように前記電動変速ユニットを制御する、請求項１２に記載の自転車用制御装置。
【請求項１４】
前記人力駆動力検出部は、クランク軸まわりのトルクを前記人力駆動力として検出する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項１５】
前記回転パラメータ検出部は、クランク軸の回転速度を前記回転に関するパラメータとして検出する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項１６】
前記トルクに関する前記所定の範囲は、１０Ｎｍ以上５０Ｎｍ以下であり、好ましくは、２０Ｎｍ以上３０Ｎｍ以下である、請求項１４に記載の自転車用制御装置。
【請求項１７】
前記回転速度に関する前記所定の範囲は、３０ｒｐｍ以上９０ｒｐｍ以下であり、好ましくは４５ｒｐｍ以上７０ｒｐｍ以下である、請求項１５に記載の自転車用制御装置。
【請求項１８】
前記所定の範囲は、設定または変更可能である、請求項１から１５のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
【請求項１９】
操作部をさらに備え、
前記制御部は、走行中に前記操作部が操作されると、前記人力駆動力検出部が検出した人力駆動力および前記回転パラメータ検出部が検出した前記回転に関するパラメータの少なくともいずれかに基づいて前記所定の範囲を設定または変更する、請求項１に記載の自転車用制御装置。
【請求項２０】
前記人力駆動力検出部は、走行中に前記人力駆動力を所定の時間間隔で検出し、
前記制御部は、前記人力駆動力検出部によって検出した複数の人力駆動力、またはその複数の人力駆動力の平均値に応じて前記所定の範囲を設定または変更する、請求項１９に記載の自転車用制御装置。
【請求項２１】
前記回転パラメータ検出部は、走行中に前記回転に関するパラメータを所定の時間間隔で検出し、
前記制御部は、前記回転パラメータ検出部によって検出した複数の回転に関するパラメータ、またはその複数の回転に関するパラメータの平均値に応じて前記所定の範囲を設定または変更する、請求項１９または２０に記載の自転車用制御装置。
【請求項２２】
前記人力駆動力検出部によって検出した複数の人力駆動力は、前記操作部が操作された直前に前記人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力を少なくとも含む、請求項２０に記載の自転車用制御装置。
【請求項２３】
前記回転パラメータ検出部によって検出した複数の回転に関するパラメータは、前記操作部が操作された直前に前記回転パラメータ検出部によって検出した回転に関するパラメータを少なくとも含む、請求項２１に記載の自転車用制御装置。
【請求項２４】
前記制御部は、前記複数の人力駆動力の前記平均値が前記所定の範囲の中心に位置するように前記所定の範囲を設定する、請求項２０に記載の自転車用制御装置。
【請求項２５】
前記制御部は、前記複数の回転に関するパラメータの前記平均値が前記所定の範囲の中心に位置するように前記所定の範囲を設定する、請求項２１に記載の自転車用制御装置。
【請求項２６】
前記制御部は、走行中に前記操作部が操作された時に、前記人力駆動力検出部が検出した人力駆動力および前記回転パラメータ検出部が検出した前記回転に関するパラメータの少なくともいずれかに基づいて前記所定の範囲を設定する、請求項１９に記載の自転車用制御装置。
【請求項２７】
前記人力駆動力検出部によって検出した複数の人力駆動力は、前記操作部が操作された直後に前記人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力を少なくとも含む、請求項２０に記載の自転車用制御装置。
【請求項２８】
前記回転パラメータ検出部によって検出した複数の回転に関するパラメータは、前記操作部が操作された直後に前記回転パラメータ検出部によって検出した回転に関するパラメータを少なくとも含む、請求項２１に記載の自転車用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、特に、補助動力を発生する駆動ユニットと電動変速ユニットとを制御する自転車用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
補助動力を発生する駆動ユニットと、電動変速ユニットとを制御する自転車が従来知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１では、クランク回転速度が０から上昇して自転車が発進すると、人力駆動力を検出し、検出した駆動力が所定以上になると、駆動ユニットが動作してアシスト力を付与する。このとき、ユニット効率が高くなる所定の範囲のクランク回転速度までは、クランク回転速度に応じてアシスト比を最大値まで上昇させ、所定の範囲のクランク回転速度を超えると、クランク回転速度に応じてアシスト比を最大値から徐々に減少させる。したがって、クランク回転速度が所定の範囲にあるときには、アシスト比は最大値で一定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８０３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の自転車用制御装置では、クランク回転速度が所定の範囲にあるときは、人力駆動力に関係なくアシスト比が一定になるので、クランク回転速度を安定させて走行する場合には、道路の状態に応じて利用者の人力駆動力の変化が激しくなりやすい。
【０００５】
本発明の課題は、補助動力を発生する駆動ユニットと電動変速ユニットとを制御する自転車用制御装置において、クランク軸の回転に関するパラメータおよび人力駆動力を変動しにくくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る自転車用制御装置は、人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、回転パラメータ検出部と、制御部と、を備える。回転パラメータ検出部は、クランク軸の回転に関するパラメータ（以下、クランク軸の回転に関するパラメータを回転パラメータと記す）を検出する。制御部は、人力駆動力および回転パラメータが所定の範囲に入るように補助駆動力を発生する駆動ユニットおよび電動変速ユニットの少なくともいずれか一方を制御する。
【０００７】
この自転車用制御装置では、人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力と、回転パラメータ検出部によって検出された回転パラメータと、が所定の範囲に入るように駆動ユニットおよび電動変速ユニットの少なくともいずれか一方が制御される。たとえば、回転パラメータは所定の範囲に入っているが、人力駆動力が所定の範囲よりも大きい場合、補助駆動力（補助比率）を上げればよい。逆に人力駆動力が所定の範囲よりも小さい場合は、駆動ユニットを制御して、補助駆動力（補助比率）を下げればよい。一方、人力駆動力は所定の範囲に入っているが、回転パラメータが所定の範囲よりも大きい場合、シフトアップ変速制御を行い、必要に応じて補助駆動力制御を行う。同様に回転パラメータが所定の範囲よりも小さい場合は、シフトダウン変速制御を行い、必要に応じて補助駆動力制御を行う。ここでは、駆動ユニットと電動変速ユニットとの少なくともいずれか一方を制御して、回転パラメータおよび人力駆動力が所定の範囲に入るようにするので、回転パラメータおよび人力駆動力が変動しにくくなる。
【０００８】
制御部は、電動変速ユニットを優先して制御する第１モードと、駆動ユニットを優先して制御する第２モードと、を有してもよい。この場合には、電動変速ユニットを優先して制御することによって人力駆動力と回転パラメータとを同時に変更でき、電力消費を抑えることができる。駆動ユニットを優先して制御することによって、回転パラメータを変化させることなく人力駆動力が大きく変化することを抑制することができる。
【０００９】
制御部は、電動変速ユニットを制御した後、駆動ユニットを制御してもよい。この場合には、電動変速ユニットを制御することによって、人力駆動力と回転パラメータとを同時に変更させることができる。このため、人力駆動力および回転パラメータが所定の範囲からあまり離れていない場合など、状況によっては、電動変速ユニットを制御するだけで、人力駆動力および回転パラメータを所定の範囲に入れることができる。これによって、制御を効率化することができる。
【００１０】
制御部は、回転パラメータが所定の範囲よりも小さい場合に、変速比が小さくなるように電動変速ユニットを制御してもよい。この場合には、変速比が小さくなるシフトダウン変速を行うことによって、人力駆動力が減少して回転パラメータを大きくすることができ、回転パラメータを所定の範囲に入れやすい。
【００１１】
制御部は、回転パラメータが所定の範囲よりも大きい場合に、変速比が大きくなるように電動変速ユニットを制御してもよい。この場合には、変速比が大きくなるシフトアップ変速を行うことによって、人力駆動力が増加して回転パラメータを小さくすることができ、回転パラメータを所定の範囲に入れやすい。
【００１２】
制御部は、人力駆動力が所定の範囲よりも大きい場合、補助駆動力を増加させてもよい。この場合には、補助駆動力を増加させることによって、回転パラメータを変更させることなく人力駆動力を小さくすることができ、人力駆動力が所定の範囲に入りやすい。
【００１３】
制御部は、人力駆動力が所定の範囲よりも小さい場合、補助駆動力を減少させてもよい。この場合には、補助駆動力を減少させることによって、回転パラメータを変更させることなく人力駆動力を増加することができ、人力駆動力が所定の範囲に入りやすい。
【００１４】
制御部は、駆動ユニットおよび電動変速ユニットの両方を制御しても、人力駆動力および回転パラメータが所定の範囲に入らない場合には、現在の変速比および補助動力を維持するように駆動ユニットおよび電動変速ユニットの両方を制御してもよい。
【００１５】
制御部は、人力駆動力が所定の範囲よりも大きく、かつ回転パラメータが所定の範囲内となる第１範囲にあるとき、補助駆動力を増加させてもよい。この場合には、補助駆動力を増加させても回転パラメータが第１範囲から変動しにくいので、駆動ユニットを制御するだけで、人力駆動力を所定の範囲に入れることができる。
【００１６】
制御部は、人力駆動力が第１範囲よりも大きく、かつ回転パラメータが所定の範囲の中間の回転パラメータよりも小さい第２範囲にあるとき、変速比が小さくなるように電動変速ユニットを制御してもよい。この場合には、変速比が小さくなるシフトダウン変速をすることによって、第２範囲にある回転パラメータが大きくなり、人力駆動力は減少する。しかし、第２範囲は、所定の範囲の中間の回転パラメータよりも小さい範囲であるので、第２範囲にある回転パラメータが大きくなっても、所定の範囲からは外れにくい。ここでは、電動変速ユニットを変速制御するだけで、回転パラメータおよび人力駆動力を所定の範囲に入れることができる。
【００１７】
制御部は、人力駆動力が第２範囲よりも大きく、かつ回転パラメータが所定の範囲の中間の回転パラメータよりも低い第３範囲にあるとき、変速比が小さくなるように電動変速ユニットを制御し、かつ補助駆動力を増加させてもよい。この場合には、第２範囲よりも人力駆動力が大きい第３範囲に人力駆動力があり、回転パラメータが所定の範囲の中間の回転パラメータよりも小さい範囲にあるので、電動変速ユニットを変速制御するだけでは、回転パラメータが所定の範囲を超える可能性が高い。そこで、駆動ユニットを制御して、回転パラメータを変化させることなく補助駆動力を増加させることによって、回転螺メータおよび人力駆動力を所定の範囲に入れることができる。
【００１８】
制御部は、人力駆動力が所定の範囲よりも小さく、かつ回転パラメータが所定の範囲の中間の回転パラメータよりも大きい第４範囲にあるとき、変速比が大きくなるように電動変速ユニットを制御し、かつ補助駆動力を増加させてもよい。この場合には、変速比が大きくなるシフトアップ変速をすることによって、第４範囲にある回転パラメータが小さくなり、人力駆動力は増加する。第４範囲は、所定の範囲の中間の回転パラメータよりも大きい範囲であるので、第４範囲にある回転パラメータが小さくなっても、回転パラメータは、所定の範囲からは外れにくいが、第４範囲の人力駆動力は所定の範囲の人力駆動力と近い範囲であるため、人力駆動力は所定の範囲を超えるおそれがある。ここでは、電動変速ユニットをシフトアップ変速制御するとともに人力駆動力を増加させる制御を行うことで、回転パラメータおよび人力駆動力を所定の範囲に入れることができる。
【００１９】
制御部は、人力駆動力が第４範囲よりも小さく、かつ回転パラメータが所定の範囲の中間の回転パラメータよりも大きい第５範囲にあるとき、変速比が小さくなるように電動変速ユニットを制御してもよい。この場合には、変速比が大きくなるシフトアップ変速をすることによって、第４範囲にある回転パラメータが小さくなり、人力駆動力は増加する。第５範囲は、所定の範囲の中間の回転パラメータよりも大きい範囲であるので、第５範囲にある回転パラメータが小さくなっても、回転パラメータは、所定の範囲からは外れにくい。また、第５範囲は、第４範囲よりも人力駆動力が小さい範囲であるため、シフトアップ変速によって人力駆動力が増加しても、所定の範囲からは外れにくい。ここでは、電動変速ユニットをシフトアップ変速制御するだけで、回転パラメータおよび人力駆動力を所定の範囲に入れることができる。
【００２０】
人力駆動力検出部は、クランク軸まわりのトルクを人力駆動力として検出してもよい。この場合には、人力駆動力を容易に検出できる。
【００２１】
回転パラメータ検出部は、クランク軸の回転速度を回転パラメータとして検出してもよい。この場合には、回転パラメータを容易に検出できる。
【００２２】
トルクに関する所定の範囲は、１０Ｎｍ以上５０Ｎｍ以下であり、好ましくは、２０Ｎｍ以上３０Ｎｍ以下である。この場合には、一般的な使用者の好ましいトルクとなるように所定の範囲が設定される。
【００２３】
回転速度に関する所定の範囲は、３０ｒｐｍ以上９０ｒｐｍ以下であり、好ましくは４５ｒｐｍ以上７０ｒｐｍ以下であってもよい。この場合には、一般的な使用者の好ましい回転パラメータとなるように所定の範囲が設定される。
【００２４】
所定の範囲は、設定または変更可能であってもよい。この場合には、使用者の好みおよび体力などに合わせて所定の範囲を設定または変更できる。
【００２５】
自転車用制御装置は、操作部をさらに備えてもよい。制御部は、走行中に操作部が操作されると、人力駆動力検出部が検出した人力駆動力および回転パラメータ検出部が検出した回転に関するパラメータの少なくともいずれかに基づいて所定の範囲を設定または変更してもよい。この場合には、操作部を操作することによって、所定の範囲を使用者の好みおよび体力などに合わせて設定または変更できる。
【００２６】
人力駆動力検出部は、走行中に人力駆動力を所定の時間間隔で検出してもよい。制御部は、人力駆動力検出部によって検出した複数の人力駆動力、またはその複数の人力駆動力の平均値に応じて所定の範囲を設定または変更してもよい。この場合には、直近の使用者の人力駆動力によって所定の範囲を設定または変更できるので、使用者の状態（体調、疲労度など）または走行路の状態（たとえば、走行路の傾斜度合い、走行路の路面状態（たとえば、ターマックまたはグラベル））に合わせて所定の範囲を設定または変更できる。
【００２７】
回転パラメータ検出部は、走行中に回転に関するパラメータを所定の時間間隔で検出してもよい。制御部は、回転パラメータ検出部によって検出した複数の回転に関するパラメータ、またはその複数の回転に関するパラメータの平均値に応じて所定の範囲を設定または変更してもよい。この場合には、回転パラメータ、たとえば、ケイデンスに応じて所定の範囲を設定または変更できるので、使用者の状態（体調、疲労度など）および走行路の状態（たとえば、走行路の傾斜度合い、走行路の路面状態（たとえば、ターマックまたはグラベル））などに合わせて所定の範囲を設定または変更できる。
【００２８】
人力駆動力検出部によって検出した複数の人力駆動力は、操作部が操作された直前に人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力を少なくとも含んでもよい。この場合には、使用者が操作する直前の人力駆動力に応じて所定の範囲を設定または変更できるので、所定の範囲を設定または変更を迅速に行える。
【００２９】
回転パラメータ検出部によって検出した複数の回転に関するパラメータは、操作部が操作された直前に回転パラメータ検出部によって検出した回転に関するパラメータを少なくとも含んでもよい。
【００３０】
制御部は、複数の人力駆動力の平均値が所定の範囲の中心に位置するように所定の範囲を設定してもよい。この場合には、所定の範囲が使用者に適したものになる。
【００３１】
制御部は、複数の回転に関するパラメータの平均値が所定の範囲の中心に位置するように所定の範囲を設定してもよい。この場合には、所定の範囲が使用者に適したものになる。
【００３２】
制御部は、走行中に操作部が操作された時に、人力駆動力検出部が検出した人力駆動力および回転パラメータ検出部が検出した回転に関するパラメータの少なくともいずれかに基づいて所定の範囲を設定してもよい。
【００３３】
人力駆動力検出部によって検出した複数の人力駆動力は、操作部が操作された直後に人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力を少なくとも含んでもよい。
【００３４】
回転パラメータ検出部によって検出した複数の回転に関するパラメータは、操作部が操作された直後に回転パラメータ検出部によって検出した回転に関するパラメータを少なくとも含んでもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、クランク軸の回転に関するパラメータおよび人力駆動力が変動しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る制御装置を組み込んだ電動補助自転車の一部を表す側面図。
【図２】駆動ユニットの図１に示す切断面線II−IIから見た断面図。
【図３】駆動ユニットを含む制御装置の構成を示すブロック図。
【図４】人力駆動力およびクランク回転速度を所定の範囲に収束させる動作を示すグラフ。
【図５】第１の実施形態による人力駆動力およびクランク回転速度を所定の範囲に収束させる制御動作を示すフローチャート。
【図６】第１の実施形態の変形例１の図５に相当するフローチャート。
【図７】第１の実施形態の変形例２の制御動作を示すフローチャート。
【図８】第１の実施形態の変形例３の制御動作を示すフローチャート。
【図９】第１の実施形態の変形例４の制御動作を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第２の実施形態による区分けされた範囲を示す図。
【図１１】人力駆動力およびクランク回転速度を所定の範囲に収束させる第２の実施形態の制御動作を示すフローチャート。
【図１２】本発明の第３の実施形態の駆動ユニットを含む制御装置の構成を示すブロック図。
【図１３】第３の実施形態の図４に相当する図。
【図１４】第３の実施形態の所定範囲の設定または変更処理の制御動作を示すフローチャート。
【図１５】第３の実施形態の変形例１の所定範囲の設定または変更処理の制御動作を示すフローチャート。
【図１６】第３の実施形態の変形例２の所定範囲の設定または変更処理の制御動作を示すフローチャート。
【図１７】本発明の第４の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図。
【図１８】第４の実施形態の人力駆動力およびクランク回転速度を所定の範囲に収束させる動作を示すグラフ。
【図１９】第４の実施形態の制御動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
＜第１の実施形態＞
図１において、本発明の第１の実施形態に係る制御装置１を組み込んだ電動補助自転車は、ペダル１００に作用する踏力を、クランクアーム１０１ａ（または、クランクアーム１０１ｂ）→クランク軸１０２→駆動ユニット２→フロントスプロケット１０３→チェーン１０４→リアスプロケット１０５という経路を経て、後車輪の車軸１０６まわりに設けられる内装変速機１０７ａに伝達する。踏力は、人力駆動力の一例である。電動変速ユニット１０７は、たとえば、変速モータ１０７ｂと、変速モータ１０７ｂによって変速動作する内装変速機１０７ａと、を有する。また、電動変速ユニット１０７は、内装変速機１０７ａの変速位置（変速段）を検出可能な段数センサ１０７ｃ（図３参照）を有する。
【００３８】
電動補助自転車は、モータ２０（図２参照）の出力を補助動力として人力駆動力に合成し、走行をアシストする。本実施形態は、センサ５０でユーザの踏力を検出し、その検出値が設定値を超えたところで、モータ２０を起動して踏力に応じたトルクを補助動力として発生させる。センサ５０は、人力駆動力検出部の一例である。アシスト用のモータ２０を含む駆動ユニット２は、一般にフレームのシートチューブの下端部とフレームのダウンチューブの後端部との連結部付近に配置され、図示しないボルトによってフレームに固定される。モータ駆動用のバッテリは、リアキャリア、ダウンチューブまたはシートチューブに沿って配置される。
【００３９】
図２に示すように、駆動ユニット２は、モータ（電動機）２０と、第１接続部３０と、第２接続部６０と、駆動力伝達部４０と、センサ５０とを含んで構成される。駆動ユニット２では、クランク軸１０２がケーシング１１の貫通孔１１ａに内挿される。クランク軸１０２の軸方向の両端部は、ケーシング１１からそれぞれ突出する。クランク軸１０２のフロントスプロケット１０３とは反対側の端部は、第１軸受１２を介してケーシング１１に回転自在に支持される。クランク軸１０２のフロントスプロケット１０３側の端部は、第２軸受１３は、フロントスプロケット１０３および第３軸受１４を介してケーシング１１に回転自在に支持される。第２軸受１３は、フロントスプロケット１０３に支持され、フロントスプロケット１０３は、第３軸受１４に回転自在に支持される。クランク軸１０２の軸方向の両端部には、クランクアーム１０１ａ，１０１ｂ（図１参照）が着脱可能かつ一体的に回転可能に取り付けられる。２つのクランクアーム１０１ａ，１０１ｂのうちの一方のクランクアームは、クランク軸１０２に着脱不能に構成されてもいてもよい。第１〜第３軸受１２，１３，１４は、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００４０】
＜アシスト用モータの構成＞
モータ２０は、その回転軸２０ｃがクランク軸１０２と平行になるように配置される。モータ２０の回転軸２０ｃは、回転軸２０ｃ方向に間隔を隔てて配置される第４軸受２４ａおよび第５軸受２４ｂにより回転自在に支持される。回転軸２０ｃはモータ２０のロータ２０ａに固定される。モータ２０のステータ２０ｂは、ロータ２０ａの外周に設けられ、ケーシング１１に固定される。第４軸受２４ａ、第５軸受２４ｂは、それぞれ、ケーシング１１に設けられる取付部２２ａ、２２ｂに支持される。第４軸受２４ａ、第５軸受２４ｂは、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００４１】
＜第１接続部の構成＞
モータ２０の出力は、第１歯車３１→第２歯車３２→第１ワンウェイクラッチ３３→回転軸３４→第３歯車３６を介して、駆動力伝達部４０に伝達される。第１接続部３０は、第１歯車３１、第２歯車３２、第１ワンウェイクラッチ３３、回転軸３４および第３歯車３６を含んで構成される。回転軸３４の回転軸線と、クランク軸１０２およびモータ２０の回転軸２０ｃの回転軸線とは、それぞれ平行に配置される。回転軸３４の回転軸線は、クランク軸１０２およびモータ２０の回転軸２０ｃの回転軸線を含む平面から離反した位置に設けられる。これによってクランク軸１０２とモータ２０の回転軸２０ｃとをできるだけ近接して配置することができ、駆動ユニット２を小型に形成することができる。
【００４２】
第１歯車３１は、回転軸２０ｃと一体回転可能に連結される。これによって、第１歯車３１は、回転軸２０ｃと一体となって回転する。
【００４３】
第２歯車３２は、第１歯車３１と噛み合っている。第２歯車３２は、第１ワンウェイクラッチ３３を介して、回転軸３４回りに一方向に回転自在に支持される。第１ワンウェイクラッチ３３は、たとえば爪とラチェットとを備えるワンウェイクラッチ、またはローラクラッチによって実現される。第１ワンウェイクラッチ３３は、第２歯車３２の回転は回転軸３４に伝達するが、回転軸３４の回転は第２歯車３２に伝達しないように設けられる。
【００４４】
回転軸３４は、回転軸３４方向に間隔を隔てて配置される第６軸受３５ａおよび第７軸受３５ｂにより回転自在に支持される。第６軸受３５ａおよび第７軸受３５ｂは、ケーシング１１に支持される。第６軸受３５ａおよび第７軸受３５ｂは、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００４５】
第３歯車３６は、回転軸３４と固着する。これによって、第３歯車３６は、回転軸３４と一体となって回転する。第３歯車３６は、回転軸３４と一体に形成されていてもよい。第３歯車３６は、後述する駆動力伝達部４０と噛み合っている。
【００４６】
ここで、第２歯車３２の歯数は、第１歯車３１の歯数より多く、駆動力伝達部４０の歯数は、第３歯車３６の歯数より多い。さらに、第２歯車３２の歯数は、第３歯車３６の歯数よりも多い。第１歯車３１と第２歯車３２が噛み合い、第３歯車３６と駆動力伝達部４０と噛み合うことにより、２段減速を実現する。このように、第１接続部３０は減速機構を有する。
【００４７】
＜第２接続部の構成＞
ユーザの踏力は、ペダル１００→クランクアーム１０１ａ（またはクランクアーム１０１ｂ）→クランク軸１０２→第２ワンウェイクラッチ６０ａを介して、駆動力伝達部４０に伝達される。第２接続部６０は、第２ワンウェイクラッチ６０ａとワンウェイクラッチ取付部６０ｂを含んで構成される。ワンウェイクラッチ取付部６０ｂは、クランク軸１０２と一体回転可能に連結される。これによって、ワンウェイクラッチ取付部６０ｂは、クランク軸１０２と一体となって回転する。第２ワンウェイクラッチ６０ａは、ワンウェイクラッチ取付部６０ｂの外周部に設けられる。第２ワンウェイクラッチ６０ａは、たとえば爪とラチェットとを備えるワンウェイクラッチ、またはローラクラッチによって実現される。第２ワンウェイクラッチ６０ａは、クランク軸１０２の回転は連結部４２に伝達するが、連結部４２の回転はクランク軸１０２に伝達しないように設けられる。
【００４８】
＜駆動力伝達部の構成＞
駆動力伝達部４０は、モータ２０の出力およびクランク軸１０２の回転力を合成した回転力をフロントスプロケット１０３に伝達する。駆動力伝達部４０は、スプロケット接続部４１、連結部４２、および、センサ配置部４３を備える。好ましくは、駆動力伝達部４０は、クランク軸１０２を挿通する挿通孔４４をさらに備えるとよい。ここでは、駆動力伝達部４０は、筒状に形成される。駆動力伝達部４０は、スプロケット接続部４１およびセンサ配置部４３を有する第１筒部４０ａと、連結部４２を形成する第２筒部４０ｂと、第１筒部４０ａおよび第２筒部４０ｂを接続する接続部４０ｃとを含む。第１筒部４０ａ、第２筒部４０ｂおよび接続部４０ｃは、一体に形成される。
【００４９】
スプロケット接続部４１は、フロントスプロケット１０３を連結可能である。スプロケット接続部４１は、たとえば、セレーションまたはスプラインによって、スプロケット１０３を駆動力伝達部４０に一体回転可能に連結する。フロントスプロケット１０３は、スプロケット接続部４１に圧入されてもよい。駆動力伝達部４０のスプロケット接続部４１側の端部は、フロントスプロケット１０３および第３軸受１４を介してケーシング１１に回転可能に支持される。フロントスプロケット１０３は、スプロケット接続部４１に接続される基部１０３ａと、スプロケット本体１０３ｂとを備える。基部１０３ａは、筒状に形成され、内周部にスプロケット接続部４１が接続される。また基部１０３ａの内周部に第２軸受１３が支持され、外周部が第３軸受１４に支持される。基部１０３ａは、ケーシング１１から貫通孔１１ａを介して外側に突出する。
【００５０】
スプロケット本体１０３ｂは、基部１０３ａのケーシングから外部に突出する端部から、径方向に延び外周部に歯が形成される。本実施形態では、基部１０３ａと、スプロケット本体１０３ｂとは一体に形成されるが、別体で構成されてもよい。本実施形態では、スプロケット本体１０３ｂの外周部は、基部１０３ａに結合される基端部に対して、ケーシング１１側にオフセットして設けられる。
【００５１】
連結部４２は、第１接続部３０と第２接続部６０を連結する。つまり、連結部４２は、第３歯車３６と噛み合う歯車を有し、第２ワンウェイクラッチ６０ａに接続する。後述するセンサ５０が駆動力伝達部４０に生じるねじれを検出しやすいように、連結部４２は、好ましくは、クランク軸１０２方向に、スプロケット接続部４１と離隔して設けられるとよい。
【００５２】
連結部４２を形成する第２筒部４０ｂは、第１筒部４０ａよりも外径が大きな筒状に形成される。接続部４０ｃは、第１筒部４０ａのスプロケット接続部４１とは反対側の端部から径方向外側に延びて、径方向の外周部が第２筒部４０ｂに接続される。第２筒部４０ｂは、接続部４０ｃからスプロケット接続部４１とは反対側に延びる。
【００５３】
連結部４２の外周部に第３歯車３６が接続され、内周部に第２ワンウェイクラッチ６０ａが接続される。第３歯車３６と第２ワンウェイクラッチ６０ａとは、クランク軸１０２に垂直な方向で、少なくとも一部が重なるように設けられる。
【００５４】
第１筒部４０ａのスプロケット接続部４１とは反対側の端部は、第８軸受１５を介してクランク軸１０２に回転可能に支持される。第８軸受１５は、接続部４０ｃとクランク軸１０２との間に配置される。第８軸受１５は、たとえばラジアルベアリングによって実現される。
【００５５】
センサ配置部４３には、少なくともセンサ５０の一部が設けられる。センサ５０は、磁歪素子５１と、検出コイル５２とを含んで構成される。センサ配置部４３は、スプロケット接続部４１と連結部４２との間に配置される。さらに、好ましくは、センサ配置部４３は、第１筒部４０ａの外周部に設けられるとよい。センサ配置部４３には、たとえば、磁歪センサの一部である磁歪素子５１が設けられる。図２に示されるように、センサ配置部４３に磁歪素子５１が設けられる場合、第１筒部４０ａの外周側には、磁歪素子５１の捩れを検出するための検出コイル５２が設けられる。この場合、磁歪素子５１と検出コイル５２によって、第１筒部４０ａの捻れを検出するセンサ５０（磁歪センサ）を形成する。検出コイル５２は、この検出コイル５２を保持するコイル保持部材（図示せず）に設けられる。コイル保持部材は、ケーシング１１に固定される。第１筒部４０ａの捻れは、第１筒部４０ａに生じるトルクに対応する。
【００５６】
なお、図２に示したセンサトルクの例は、あくまでも一例であり、センサ５０の代わりに歪ゲージ、半導体歪センサがセンサ配置部４３に設けられてもよい。歪ゲージ、半導体歪センサなどをセンサ配置部４３に設ける場合には、たとえばセンサ配置部４３にさらに歪ゲージ、半導体歪センサなどからの信号を無線で送信する送信機を設けて、無線によってその信号またはその信号に基づく情報を外部に出力する。またセンサ５０の代わりに、光を用いてセンサ配置部４３の歪みを検出する光学式センサを設けてもよい。
【００５７】
＜電動電気的な構成＞
図３は、駆動ユニット２を含む電動補助自転車の電動電気的な構成を示すブロック図である。電動補助自転車は、制御装置１、駆動ユニット２、インバータ部６、電動変速ユニット１０７、および変速操作部１０を含んで構成される。制御装置１およびインバータ部６は、駆動ユニット２に含まれていても良い。また制御装置１およびインバータ部６の少なくとも一方は、駆動ユニット２のケーシング１１の内部または外周部に設けられてもよい。
【００５８】
制御装置１は、制御部４と、回転速度センサ８と、センサ５０と、を含む。回転速度センサ８は、回転パラメータ検出部の一例である。制御部４は、踏力および回転速度センサ８の検出結果に応じて、インバータ部６を制御する。また、回転速度センサ８の出力および段数センサ１０７ｃの検出結果に応じて電動変速ユニット１０７を制御する。ここで、前述するセンサ５０は、モータ２０の出力およびクランク軸１０２の回転力を合成した回転力を検出する。制御部４は、たとえば演算処理装置（ＣＰＵ）と、所定のプログラムが記録されたメモリとを含んで構成される。制御部４は、モータ２０を駆動するためにインバータ部６に出力する指令と、この指令に応じてモータ２０が出力するトルクとの相関情報を有する。相関情報は、テーブルのようなもので表されてもよいし、関係式によって表されてもよい。このため制御部４は、モータ２０の出力トルクを把握することができる。したがって制御部４は、センサ５０が検出したモータ２０の出力およびクランク軸１０２の回転力を合成した回転力と、モータ２０の出力トルクとに基づいて、踏力のみを算出することができる。これにより、制御部４は、踏力に応じて、駆動ユニット２を制御することができる。制御部４は、モータ２０に流れる電流を計測してモータ２０の駆動力を推定してもよい。
【００５９】
モータ２０は、たとえば３相ブラシレスＤＣモータによって実現され、インバータ部６によって駆動される。インバータ部６は、制御部４の指令に基づいて、スイッチング制御によって直流を３相交流に変換する。回転速度センサ８は、クランク軸１０２の回転速度を検出する。回転速度センサ８は、図２に示すように、フロントスプロケット１０３と反対側のクランク軸１０２の周囲において、ケーシング１１に配置された磁気センサ８ａと、磁気センサ８ａと対向して配置される磁石８ｂと、を有する。磁気センサ８ａは、たとえば、磁石８ｂの磁束を検出可能なホール素子である。磁石８ｂは、たとえば、周方向にＳ極とＮ極とが交互に複数配置されたリング状のものである。磁石８ｂは、たとえば、フロントスプロケット１０３と反対側に配置されるクランクアーム１０１ｂに設けられる。
【００６０】
電動変速ユニット１０７は、電動アクチュエータおよび変速機を含んで構成される。本実施の形態では、電動変速ユニット１０７は、内装変速機１０７ａと変速モータ１０７ｂとを有するが、外装変速機およびモータ以外の電動アクチュエータ（たとえば、ソレノイド）であってもよい。変速モータ１０７ｂは、制御部４からの指令に応じて変速機を動作させる。
【００６１】
変速操作部１０は、スイッチを含んで構成され、変速の切換指示を制御部４に与える。制御部４は、マニュアル変速モードおよびオートマチック変速モードを有する。マニュアル変速モードでは、制御部４は変速操作部１０からの変速の切換指令に応じて、変速モータ１０７ｂを制御する。オートマチック変速モードでは、制御部４は、回転速度センサ８およびセンサ５０の検出に応じて、電動変速ユニット１０７および駆動ユニットを制御する。とくに、第１の実施形態では、回転速度センサ８の検出値（回転パラメータ）とセンサ５０の検出値（踏力）とに応じて、制御部４は、電動変速ユニット１０７と駆動ユニット２とを協調制御する。
【００６２】
＜制御部の協調制御＞
次に第１の実施形態による制御部４の協調制御について図４および図５に基づいて説明する。
【００６３】
図４は、縦軸に人力駆動力Ｔ（Ｎｍ）をとり、横軸にクランク回転速度Ｒ（ｒｐｍ）をとったグラフである。クランク回転速度Ｒは、クランク軸１０２の回転に関するパラメータの一例である。第１の実施形態では、人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒが図４に太線で示した所定の範囲に入るように、電動変速ユニット１０７と駆動ユニット２とを協調制御する。本実施の形態では、人力駆動力Ｔが下限人力駆動力Ｔ１から上限人力駆動力Ｔ２の範囲で、かつクランク回転速度Ｒが下限回転速度Ｒ１から上限回転速度Ｒ２の範囲である所定の範囲に入るように、電動変速ユニット１０７と駆動ユニット２とを協調制御する。なお、人力駆動力Ｔの範囲は、１０Ｎｍ以上５０Ｎｍ以下であり、好ましくは２０Ｎｍ以上３０Ｎｍ以下である。クランク回転速度Ｒの範囲は、３０ｒｐｍ以上９０ｒｐｍ以下であり、好ましくは、４５ｒｐｍ以上７０ｒｐｍ以下である。図４に示す所定の範囲では、一例として、人力駆動力Ｔの範囲は、２０Ｎｍ以上３０Ｎｍ以下であり、クランク回転速度Ｒの範囲は、４５ｒｐｍ以上７０ｒｐｍ以下である。なお、所定の範囲は、使用者の体力などによって任意に変更可能である。このような範囲で所定の範囲を設定すると、一般的な使用者の好ましい踏力および回転パラメータとなるように所定の範囲が設定される。
【００６４】
次に、図４に示す所定の範囲に人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを収束させるための制御動作について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、図５は、制御動作の一例であり、本発明は、図５に示す制御動作に限定されない。
【００６５】
図５において、ステップＳ１では、制御部４は、回転速度センサ８およびセンサ５０からクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。ステップＳ２では、取り込んだクランク回転速度Ｒが所定の範囲の下限回転速度Ｒ１未満であるか否かを制御部４が判断する。ステップＳ３では、取り込んだクランク回転速度Ｒが所定の範囲の上限回転速度Ｒ２を超えているか否かを制御部４が判断する。ステップＳ４では、取り込んだ人力駆動力Ｔが所定の範囲の下限人力駆動力Ｔ１未満であるか否かを制御部４が判断する。ステップＳ５では、取り込んだ人力駆動力Ｔが所定の範囲の上限人力駆動力Ｔ２を超えているか否かを制御部４が判断する。
【００６６】
図５に示す協調制御では、制御部４は、人力駆動力Ｔよりもクランク回転速度Ｒを優先して制御して人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒが所定の範囲に入るか否かを判断する。すなわち、制御部４は、電動変速ユニット１０７の制御を駆動ユニット２の制御に対して優先して行っている。これは、変速制御では、クランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが同時に変化し、アシスト制御では、クランク回転速度Ｒは変化し難く、主に踏力が変化するからである。したがって、クランク回転速度Ｒが所定の範囲（Ｒ１≦Ｒ≦Ｒ２）に入っていれば、変速制御を行わずにアシスト制御を行うだけで、人力駆動力Ｔが所定の範囲（Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２）に入ることになる。
【００６７】
クランク回転速度Ｒが下限回転速度Ｒ１未満であると制御部４が判断した場合は、ステップＳ２からステップＳ６に処理を進める。ステップＳ６では、シフトダウンが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、段数センサ１０７ｃのデータを取り込んで制御部４が判断する。たとえば、変速段が最も低速段（変速比が最も小さい変速段）であれば、この判断は「Ｎｏ」になる。シフトダウンが可能であれば、ステップＳ６からステップＳ７に移行し、現在の変速段よりも一段階低速側の変速段に向かってシフトダウンする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップＳ１に処理を進める。ステップＳ１では、制御部４が次の制御周期でクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。また、シフトダウンが可能ではない場合は、電動変速ユニット１０７を制御してもクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ４に移行し、現在の変速段を維持してアシスト制御を行う。クランク回転速度Ｒが下限回転速度Ｒ１以上の場合は、ステップＳ２からステップＳ３に処理を進める。
【００６８】
クランク回転速度Ｒが上限回転速度Ｒ２を超えると制御部４が判断した場合は、ステップＳ３からステップＳ８に処理を進める。ステップＳ８では、シフトアップが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、シフトダウンの場合と同様に段数センサ１０７ｃのデータを取り込んで判断する。たとえば、変速段が最も高速段（変速比が最も大きい変速段）であれば、この判断は「Ｎｏ」になる。シフトアップが可能であれば、ステップＳ８からステップＳ９に移行し、現在の変速段よりも一段階高速側の変速段に向かってシフトアップする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップＳ１に処理を進める。ステップＳ１では、制御部４が次の制御周期でクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。また、シフトアップが可能ではない場合は、電動変速ユニット１０７を制御してもクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ４に移行し、現在の変速段を維持してアシスト制御を行う。クランク回転速度Ｒが上限回転速度Ｒ２を以下の場合は、ステップＳ３からステップＳ４に処理を進める。したがって、ステップＳ１からステップＳ９までの処理では、制御部４はクランク回転速度Ｒが所定の範囲内になるまで変速制御を繰り返し、クランク回転速度Ｒが所定の範囲に入ると、ステップＳ４に処理を進める。
【００６９】
人力駆動力Ｔが下限人力駆動力Ｔ１未満であると制御部４が判断した場合は、ステップＳ４からステップＳ１０に処理を進める。ステップＳ１０では、アシストダウンが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、現在のモータ２０の出力状態（モータ２０への制御指令値）または現在のアシスト比（人力駆動力に対するモータ２０の出力）を参照して判断する。たとえば、モータ２０の出力が０またはアシスト比が０であれば、モータ２０が動作していないので、ステップＳ１０での判断は「Ｎｏ」になる。アシストダウンとは、人力駆動力に対するモータ２０の出力の割合を下げることである。アシストダウンが可能であれば、ステップＳ１０からステップＳ１１に移行し、現在のモータ２０の出力よりも所定割合低い出力（たとえば１０％低い出力）または現在のアシスト比よりも所定割合低いアシスト比（たとえば１０％低いアシスト比）とする指令を制御部４がインバータ部６に出力するアシストダウン処理をおこない、ステップＳ１に処理を進める。また、アシストダウンが可能ではないと制御部４が判断した場合は、駆動ユニット２を制御しても人力駆動力Ｔを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ１に戻って現在のアシスト比を維持する。人力駆動力Ｔが下限人力駆動力Ｔ１以上の場合は、ステップＳ４からステップＳ５に処理を進める。
【００７０】
人力駆動力Ｔが上限人力駆動力Ｔ２を超えたと制御部４が判断した場合は、ステップＳ５からステップＳ１２に処理を進める。ステップＳ１２では、アシストアップが可能か否かを制御部４が判断する。アシストアップとは、人力駆動力に対するモータ２０の出力の割合を上げることである。この判断は、ステップＳ１０と同様に現在のアシスト比を参照して制御部４が判断する。たとえば、アシスト比が２００パーセントであれば、この判断は「Ｎｏ」になる。アシストアップが可能であれば、ステップＳ１２からステップＳ１３に移行し、現在のモータ２０の出力よりも所定割合高い出力（たとえば１０％高い出力）または現在のアシスト比よりも所定割合高いアシスト比（たとえば１０％高いアシスト比）とする指令を制御部４がインバータ部６に出力するアシストアップ処理をおこない、ステップＳ１に処理を進める。また、アシストアップが可能ではない場合は、駆動ユニット２を制御しても人力駆動力Ｔを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ１に戻って現在のアシスト比を維持する。
【００７１】
次に、図４に四角、三角、丸、二重丸、星のマークで示す状態Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５で現在のクランク回転速度Ｒおよび踏力が検出された場合を例に、上記の制御動作を具体的に説明する。
【００７２】
たとえば、図４に三角印で示す状態Ａ１で自転車が走行していた場合は、ステップＳ２による判断が「Ｙｅｓ」になって、ステップＳ７で変速処理（シフトダウン）するだけで人力駆動力Ｔが所定の範囲に下がったことを示す。また、四角印で示す状態Ａ２で自転車が走行していた場合は、ステップＳ３による判断が「Ｙｅｓ」になって、ステップＳ７でシフトダウンしても人力駆動力Ｔが所定の範囲にまで下がらなかった場合である。この場合には、さらにステップＳ５での判断が「Ｙｅｓ」になって、ステップＳ１２のアシスト処理（アシストアップ）が行われて人力駆動力Ｔが所定の範囲に入る。丸印で示す状態Ａ３で自転車が走行している場合は、クランク回転速度Ｒはすでに所定の範囲に入っているので、ステップＳ２およびステップＳ３の判断がいずれも「Ｎｏ」になる。そして、ステップＳ１３においてアシスト処理（アシストアップ）するだけで人力駆動力Ｔが所定の範囲に入る。
【００７３】
二重丸印の場合は、状態Ａ４から変速処理（シフトアップ）だけでクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが所定の範囲に入った例を示している。また星印の場合は、状態Ａ５から変速処理（シフトアップ）してからアシスト処理（アシストアップ）することよって所定の範囲に入った例を示す。なお、図４には描かれていないが、クランク回転速度Ｒが所定の範囲に入っている場合に人力駆動力Ｔが所定の範囲未満の場合は、丸印と同様にアシスト処理（アシストダウン）だけで、人力駆動力Ｔが所定の範囲に入る。
【００７４】
このように、第１の実施形態では、クランク回転速度（クランク軸の回転に関するパラメータ）Ｒと踏力（人力駆動力）Ｔとを検出し、クランク回転速度Ｒを所定の範囲に入るように変速制御してからアシスト制御によって人力駆動力Ｔが所定の範囲に入るように制御する。これによって、電力消費を抑えることができる。また、変速機およびモータ２０の少なくともいずれかを制御して、クランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが所定の範囲に入るようにするので、ライダーのペダリングパワーの変動を抑制することができる。さらに、状況によっては、電動変速ユニット１０７を制御するだけで、人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができる。これによって、制御を効率化することができる。
【００７５】
＜第１の実施形態の変形例１＞
第１の実施形態では、変速制御（電動変速ユニット１０７の制御）をアシスト制御（駆動ユニット２の制御）に優先して行ったが、図６に示す変形例１では、アシスト制御を変速制御に優先して行う。変形例１では、図６のステップＳ２２およびステップＳ２３において、人力駆動力Ｔが所定の範囲に入っているか否かを制御部４が判断する。また、ステップＳ２７およびステップＳ２９でアシストダウンおよびアシストアップの処理を各別に制御部４が行う。そして、人力駆動力Ｔが所定の範囲に入ると、ステップＳ２４およびステップＳ２５において、クランク回転速度Ｒが所定の範囲に入っているか否かを制御部４が判断し、ステップＳ３１およびステップＳ３３でシフトアップおよびシフトダウンの処理を制御部４が各別に行う。このように、アシスト制御を優先して行うと、特に内装変速機を用いる場合で、踏力が所定の範囲よりも大きい場合に、内装変速機に与えられるトルクを小さくすることができるので、後から変速しやすくなる。その他の制御手順は第１の実施形態の図４の制御手順と同様であるので、図６に示して説明を省略する。
【００７６】
＜第１の実施形態の変形例２＞
第１の実施形態および変形例１では、変速処理では一変速段ずつ、またアシスト処理では所定量（１０パーセント）ずつ変更して人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒが所定の範囲に入るように制御した。変形例２および３では、取り込んだ踏力およびクランク回転速度Ｒと所定の範囲との差分（たとえば、所定の範囲の中央の値）に応じて演算によって変速処理およびアシスト処理を行う。なお、各変速段のシフトアップおよびシフトダウン毎の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの変化は、予めメモリなどの記憶手段に記憶される。また、モータ２０の出力またはアシスト比の変化と、人力駆動力Ｔの変化と、の関係は予めメモリなどの記憶手段に記憶される。なお、図７に示す変形例２では、第１の実施形態と同様に変速処理をアシスト処理に対して優先して処理する。
【００７７】
図７において、ステップＳ４１では、制御部４は、回転速度センサ８およびセンサ５０からクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。ステップＳ４２では、取り込んだクランク回転速度Ｒが所定の範囲の下限回転速度Ｒ１未満であるか否かを制御部４が判断する。ステップＳ４３では、取り込んだクランク回転速度Ｒが所定の範囲の上限回転速度Ｒ２を超えているか否かを制御部４が判断する。ステップＳ４４では、取り込んだ人力駆動力Ｔが所定の範囲の下限人力駆動力Ｔ１未満であるか否かを制御部４が判断する。ステップＳ４５では、取り込んだ人力駆動力Ｔが所定の範囲の上限人力駆動力Ｔ２を超えているか否かを制御部４が判断する。
【００７８】
クランク回転速度Ｒが下限回転速度Ｒ１未満であると制御部４が判断した場合は、ステップＳ４２からステップＳ４６に処理を進める。ステップＳ４６では、シフトダウンが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、第１の実施形態と同様である。シフトダウンが可能であれば、ステップＳ４６からステップＳ４７に処理を進める。ステップＳ４７では、取り込んだクランク回転速度Ｒと、所定の範囲の中央のクランク回転速度（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）との差分に応じてどれだけシフトダウンをおこなったらよいのかを演算によって求める。そして、演算結果によって、低速側の変速段に１または複数回シフトダウンする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップＳ４４に処理を進める。これによって、クランク回転速度Ｒが所定の範囲に入る。また、シフトダウンが可能ではない場合は、電動変速ユニット１０７を制御してもクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ４４に移行し、現在の変速段を維持してアシスト制御を行う。クランク回転速度Ｒが下限回転速度Ｒ１以上の場合は、ステップＳ４２からステップＳ４３に処理を進める。
【００７９】
クランク回転速度Ｒが上限回転速度Ｒ２を超えると制御部４が判断して場合は、ステップＳ４３からステップＳ４８に処理を進める。ステップＳ４８では、シフトアップが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、第１の実施形態と同様である。シフトアップが可能であれば、ステップＳ４８からステップＳ４９に処理を進める。ステップＳ４９では、取り込んだクランク回転速度Ｒと、所定の範囲の中央のクランク回転速度（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）との差分に応じてどれだけシフトアップをおこなったらよいのかを演算によって求める。そして、演算結果によって、高速側の変速段に１または複数回シフトアップする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップＳ４４に処理を進める。これによって、クランク回転速度Ｒが所定の範囲に入る。また、シフトアップが可能ではない場合は、電動変速ユニット１０７を制御してもクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ４４に移行し、現在の変速段を維持してアシスト制御を行う。
【００８０】
人力駆動力Ｔが下限人力駆動力Ｔ１未満であると制御部４が判断した場合は、ステップＳ４４からステップＳ５０に処理を進める。ステップＳ１０では、アシストダウンが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、第１の実施形態と同様である。アシストダウンが可能であれば、ステップＳ５０からステップＳ５１に移行し、取り込んだ現在の人力駆動力Ｔと所定の範囲の中央の踏力（（Ｔ１＋Ｔ２）／２）との差分に応じてどれだけアシストダウンをおこなったらよいのかを演算によって求める。そして演算結果によって、現在のモータ２０の出力よりも低い出力または現在のアシスト比よりも低いアシスト比とする指令を制御部４がインバータ部６に出力するアシストダウン処理をおこない、ステップＳ４１に処理を進める。また、アシストダウンが可能ではないと制御部４が判断した場合は、駆動ユニット２を制御しても人力駆動力Ｔを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ４１に戻って現在のアシスト比を維持する。人力駆動力Ｔが下限人力駆動力Ｔ１以上の場合は、ステップＳ４４からステップＳ４５に処理を進める。
【００８１】
人力駆動力Ｔが上限人力駆動力Ｔ２を超えたと制御部４が判断した場合は、ステップＳ４５からステップＳ５２に処理を進める。ステップＳ５２では、アシストアップが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、第１の実施形態と同様である。アシストアップが可能であれば、ステップＳ５２からステップＳ５３に移行し、取り込んだ現在の人力駆動力Ｔと所定の範囲の中央の踏力（（Ｔ１＋Ｔ２）／２）との差分に応じてどれだけアシストアップをおこなったらよいのかを演算によって求める。そして演算結果によって、現在のモータ２０の出力よりも高い出力または現在のアシスト比よりも高いアシスト比とする指令を制御部４がインバータ部６に出力するアシストアップ処理をおこない、ステップＳ４１に処理を進める。また、アシストアップが可能ではないと制御部４が判断した場合は、駆動ユニット２を制御しても人力駆動力Ｔを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ４１に戻って現在のアシスト比を維持する。
【００８２】
＜第１の実施形態の変形例３＞
変形例２では、変速制御（電動変速ユニット１０７の制御）をアシスト制御（駆動ユニット２の制御）に優先して行ったが、図８に示す変形例３では、アシスト制御を変速制御に優先して行う。変形例３では、図８のステップＳ６２およびステップＳ６３において、人力駆動力Ｔが所定の範囲に入っているか否かを制御部４が判断する。また、ステップＳ６７およびステップＳ６９で変形例２と同様なアシストダウンおよびアシストアップの処理を各別に制御部４が行う。そして、人力駆動力Ｔが所定の範囲に入ると、ステップＳ６４およびステップＳ６５において、クランク回転速度Ｒが所定の範囲に入っているか否かを制御部４が判断し、所定の範囲に入っていない場合は、変形例２と同様なステップＳ７１およびステップＳ７３で変形例２と同様なシフトダウンおよびシフトアップの処理を制御部４が各別に行う。このように、アシスト制御を優先して行うと、特に内装変速機を用いる場合で、踏力が所定の範囲よりも大きい場合に、内装変速機に与えられるトルクを小さくすることができるので、後から変速しやすくなる。その他の制御手順は変形例２の図７の制御手順と同様であるので、図８に示して説明を省略する。
【００８３】
＜第１の実施形態の変形例４＞
変形例４では、変速制御を優先して行う第１モードとアシスト制御を優先して行う第２モードとを選択できるようにする。この場合、図９に示すように、ステップＳ８５において、たとえば、変速操作部１０のスイッチの長押し操作などによって、第１モードと第２モードとを選択できるようにしてもよい。図９のステップＳ８５では、制御部４は変速操作部１０のスイッチが長押しされるのを待つ。変速操作部１０のスイッチが長押し操作されるとステップＳ８６に移行し、現在の制御モードが第１モードか否かを制御部４が判断する。第１モードの場合は、ステップＳ８６からステップＳ８７に移行し、制御モードを第２モードに制御部４がセットする。これによって、図６または図８に示したアシスト制御優先の協調制御が実行される。また、第１モードではない、すなわち第２モードであると判断されるとステップＳ８６からステップＳ８８に移行し、制御モードを第１モードに制御部４がセットする。これによって、図５または図７に示した変速制御優先の協調制御が実行される。
【００８４】
このように制御モードを選択できるようにすることによって、電動変速ユニット１０７を優先して制御することによって人力駆動力Ｔとクランク回転速度Ｒとを同時に変更でき、電力消費を抑えることができる。駆動ユニット２を優先して制御することによって、クランク回転速度Ｒを変化させることなく人力駆動力Ｔが大きく変化することを抑制することができる。
【００８５】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、図１０に示すように、クランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを所定の範囲を基準にして複数の範囲に分けて制御する。ここでは、便宜的に第１範囲Ｂ１から第５範囲Ｂ５の５つの範囲に分けているが、制御用の範囲の数および範囲はこれに限定されない。
【００８６】
第１範囲Ｂ１は、人力駆動力Ｔが所定の範囲よりも所定量Ｎ１（たとえば、１０Ｎｍ）大きく、かつクランク回転速度Ｒが所定の範囲内となる範囲である。すなわち、第１範囲Ｂ１は、Ｔ２＜Ｔ≦（Ｔ２＋Ｎ１）であり、かつＲ１≦Ｒ≦Ｒ２の範囲である。第２範囲Ｂ２は、人力駆動力Ｔが第１範囲Ｂ１よりも所定量Ｎ２（たとえば、１０Ｎｍ）大きく、かつクランク回転速度Ｒが所定の範囲の中間のクランク回転速度Ｒよりも小さい範囲である。すなわち、第２範囲Ｂ２は、（Ｔ２＋Ｎ１）＜Ｔ≦（Ｔ２＋Ｎ１＋Ｎ２）であり、かつ０≦Ｒ≦（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）の範囲である。第３範囲Ｂ３は、人力駆動力Ｔが第２範囲Ｂ２よりも大きく、かつクランク回転速度Ｒが所定の範囲の中間のクランク回転速度Ｒよりも低い範囲である。すなわち、第３範囲Ｂ３は、Ｔ＞（Ｔ２＋Ｎ１＋Ｎ２）であり、かつＲ＜（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）の範囲である。第４範囲Ｂ４は、人力駆動力Ｔが所定の範囲よりも所定量Ｎ３（たとえば、１０Ｎｍ）小さく、かつクランク回転速度Ｒが所定の範囲の中間のクランク回転速度よりも大きい範囲である。すなわち、第４範囲Ｂ４は（Ｔ１−Ｎ３）≦Ｔ＜Ｔ１であり、かつＲ＞（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）の範囲である。第５範囲Ｂ５は、人力駆動力Ｔが第４範囲Ｂ４よりも小さく、かつクランク回転速度Ｒが所定の範囲の中間のクランク回転速度よりも大きい範囲である。すなわち、第５範囲Ｂ５は、Ｔ＜（Ｔ１−Ｎ３）であり、かつＲ＞（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）の範囲である。
【００８７】
次に、第２の実施形態の制御部４の制御動作について図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００８８】
図１１のステップＳ９１では、制御部４が回転速度センサ８およびセンサ５０からクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。ステップＳ９２では、取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第１範囲Ｂ１に入っているか否かを制御部４が判断する。ステップＳ９３では、取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第２範囲Ｂ２に入っているか否かを制御部４が判断する。ステップＳ９４では、取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第３範囲Ｂ３に入っているか否かを制御部４が判断する。ステップＳ９５では、取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第４範囲Ｂ４に入っているか否かを制御部４が判断する。ステップＳ９６では、取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第５範囲Ｂ５に入っているか否かを制御部４が判断する。
【００８９】
取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第１範囲Ｂ１に入っていると制御部４が判断すると、ステップＳ４２からステップＳ９７に処理を進める。第１範囲Ｂ１は、所定の範囲とクランク回転速度Ｒの範囲が同じで、人力駆動力Ｔが所定の範囲大きい範囲である。このため、アシストアップ制御によって人力駆動力Ｔを小さくすれば、人力駆動力Ｔを所定の範囲に収めることができる可能性が高い。ステップＳ９７では、人力駆動力Ｔを小さくするアシストアップが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、第１の実施形態の図５のステップＳ１２と同じである。アシストアップが可能であると判断すると、ステップＳ９７からステップＳ９８に移行し、制御部４がアシスト比を上げる指令をインバータ部６に出力するアシストアップ処理を行い、ステップＳ９１に処理を進める。
【００９０】
取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第２範囲Ｂ２に入っていると制御部４が判断すると、ステップＳ９３からステップＳ９９に処理を進める。第２範囲Ｂ２は、所定の範囲の中間クランク回転速度（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）よりも低くかつ踏力が第１範囲Ｂ１よりも大きい範囲である。このため、シフトダウン制御によって、人力駆動力Ｔの減少とクランク回転速度Ｒの増加とを同時に行うことで、人力駆動力Ｔを所定の範囲に収めることができる可能性が高い。このため、ステップＳ９９では、シフトダウンが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、第１の実施形態の図５のステップＳ６と同じである。シフトダウンが可能であると制御部４が判断すると、ステップＳ９９からステップＳ１００に移行し、現在の変速段よりも１段低速側の変速段へのシフトダウン処理を行い、ステップＳ９１に処理を進める。
【００９１】
取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第３範囲Ｂ３に入っていると制御部４が判断すると、ステップＳ９４からステップＳ１０１に処理を進める。第３範囲Ｂ３は、所定の範囲の中間クランク回転速度（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）よりも低くかつ踏力が第２範囲Ｂ２よりも大きい範囲である。このため、シフトダウン制御によって、人力駆動力Ｔの減少とクランク回転速度Ｒの増加とを同時に行うことだけでは、人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを所定の範囲に収めることがむずかしい。したがって、シフトダウン制御とアシストアップ制御との２つの処理を行う。ステップＳ１０１では、シフトダウンおよびアシストアップが可能か否かを判断する。この判断は、第１の実施形態の図５のステップＳ７およびステップＳ１２と同じである。シフトダウンおよびアシストアップが可能であると制御部４が判断すると、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に移行し、現在の変速段を１段低速側の変速段へのシフトダウン処理を行うとともに、アシスト比を上げるアシストアップ処理を行い、ステップＳ９１に処理を進める。
【００９２】
取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第４範囲Ｂ４に入っていると制御部４が判断すると、ステップＳ９５からステップＳ１０３に処理を進める。第４範囲Ｂ４は、所定の範囲の中間クランク回転速度（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）よりも高くかつ踏力が所定の範囲よりも小さい範囲である。このように、人力駆動力Ｔが所定の範囲に近接しているため、シフトアップ制御によって人力駆動力Ｔの増加とクランク回転速度Ｒの減少とを同時に行うと、人力駆動力Ｔが所定の範囲よりも大きくなるおそれがある。このため、制御部４はシフトアップ制御とアシストアップ制御との２つの処理を行う。ステップＳ１０３では、シフトアップおよびアシストアップが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、第１の実施形態の図５のステップＳ８およびステップＳ１２と同じである。シフトアップおよびアシストアップが可能であると判断すると、ステップＳ１０３からステップＳ１０４に移行し、現在の変速段を１段高速側の変速段へのシフトアップ処理を行うとともに、アシスト比を上げるアシストアップ処理を行い、ステップＳ９１に処理を進める。
【００９３】
取り込んだクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが第５範囲Ｂ５に入っていると判断すると、ステップＳ９６からステップＳ１０５に処理を進める。第５範囲Ｂ５は、所定の範囲の中間クランク回転速度（（Ｒ１＋Ｒ２）／２）よりも高くかつ踏力が第４範囲Ｂ４よりも小さい範囲である。このように、人力駆動力Ｔが所定の範囲から少し離れているため、シフトアップ制御によって人力駆動力Ｔの増加とクランク回転速度Ｒの減少とを同時に行うと、人力駆動力Ｔが所定の範囲に収まる可能性が高い。このため、シフトアップ制御だけを行う。ステップＳ１０５では、シフトアップ可能か否かを判断する。この判断は、第１の実施形態の図５のステップＳ８と同じである。シフトアップが可能であると制御部４が判断すると、ステップＳ１０５からステップＳ１０６に移行し、現在の変速段を１段高速側の変速段へのシフトアップ処理を行い、ステップＳ９１に処理を進める。
【００９４】
ここでは、人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを複数の範囲（たとえば第１範囲Ｂ１から第５範囲Ｂ５）に分けて電動変速ユニット１０７および駆動ユニット２の少なくともいずれかを制御している。このため、範囲毎に制御内容が設定でき、制御を簡素化できる。
【００９５】
＜第３の実施形態＞
第３実施形態では、所定の範囲の設定および変更についての処理を行う。
図１２は、第３の実施形態を実施するための駆動ユニット２を含む電動補助自転車の電動電気的な構成を示すブロック図である。図１２では、図３に示した電動補助自転車の構成に、操作スイッチ１６とメモリ１８が追加される。操作スイッチ１６は、所定の範囲を設定または変更するときに使用される操作部である。なお、操作スイッチ１６に代えて、変速操作部１０の変速操作に使用する通常の操作と異なる操作（例えば、長押しまたはダブルクリック）によって所定の範囲の設定または変更の操作を行ってもよい。メモリ１８は、回転速度センサ８の検出値（回転パラメータ）とセンサ５０の検出値（人力駆動力）とを、記憶するために設けられる。例えば、制御部４は、所定時間間隔で検出された検出値を直近のものから順にＭ個（たとえば、Ｍは、５−５０の整数）メモリ１８に記憶させる。その他の構成は、第１の実施形態と同様なため説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態では、図４に示す第１の実施形態の所定の範囲を、回転速度センサ８の検出値（回転パラメータＲ）とセンサ５０の検出値（人力駆動力Ｔ）の少なくともいずれかに応じて設定または変更する。一例としては、図１３に示す、第３の実施形態の場合、操作スイッチ１６の操作後または操作前に、取り込んだ人力駆動力Ｔおよび回転パラメータＲに応じて、所定の範囲の中心値ＡＰを決めて所定の範囲を設定または変更する。
【００９７】
次に、図１３に示す所定の範囲の設定または変更する制御動作について、図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、図１４は、制御動作の一例であり、本発明は、図１４に示す制御動作に限定されない。また、所定の範囲の設定または変更とは、最初に所定の範囲を決めるのが設定であり、決められた所定の範囲を代えるのが変更である。
【００９８】
図１４において、ステップＳ１１１では、制御部４は、操作スイッチ１６が操作されるのを待つ。操作スイッチ１６が操作されると、制御部４はステップＳ１１１からステップＳ１１２に処理を進める。ステップＳ１１２では、制御部４は、センサ５０の人力駆動力Ｔをおよび回転速度センサ８の回転パラメータ（クランク回転速度Ｒ）を取り込み、ステップＳ１１３に処理を進める。ステップＳ１１３では、制御部４は、検出値を取り込む回数を規定する回数ｎを１増加させ、ステップＳ１１４に処理を進める。ステップＳ１１４では、制御部４は、検出値を取り込んだ回数ｎが規定の回数Ｎ（たとえば、Ｎは、５−２０の整数）になったか否かを判断する。規定の回数Ｎになっていないと判断すると、制御部４は、ステップＳ１１５に処理を進める。ステップＳ１１５では、制御部４は、いままで取り込んだ人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを積算し、ステップＳ１１６に処理を進め、所定時間ｔの経過を待つ。所定時間ｔは、たとえば、１秒から１分の間の時間である。所定時間ｔが経過すると、制御部４は、ステップＳ１１２に処理を進め、次のタイミングで人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを取り込む。
【００９９】
取り込んだ回数ｎが規定の回数Ｎになったと判断すると、制御部４は、ステップＳ１１４からステップＳ１１７に処理を進める。ステップＳ１１７では、制御部４は、回数ｎを「０」にリセットし、ステップＳ１１８に処理を進める。ステップＳ１１８では、制御部４は、取り込んだＮ個の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの積算値（ΣＴｎ、ΣＲｎ）を回数Ｎで除算し、人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの平均値（ＡＴ＝ΣＴｎ／Ｎ、ＡＲ＝ΣＲｎ／Ｎ）を算出する。そして、制御部４は、ステップＳ１１９に処理を進め、算出された平均値（ＡＴ，ＡＲ）が所定の範囲の中心値ＡＰ（図１３）となるように設定し、ステップＳ１２０に処理を進める。ステップＳ１２０では、所定の範囲を設定または変更し、所定の範囲の設定または変更処理を終了する。具体的には、検出された人力駆動力Ｔおよび回転パラメータＲの平均値（ＡＴ、ＡＲ）を、所定の範囲の中心値ＡＰとし、中心値ＡＰに所定の範囲の上限値（Ｔ２、Ｒ２）と下限値（Ｔ１、Ｒ１）の半分の値（（Ｔ２−Ｔ１）／２）、（Ｒ２−Ｒ１）／２）を加算および減算して新たな所定の範囲を設定または変更する。これによって、使用者の状態（体調、疲労度など）、および走行路の状態（たとえば、走行路の傾斜度合い、走行路の路面状態（たとえば、ターマックまたはグラベル））などに合わせて所定の範囲を設定または変更できる。
【０１００】
＜第３の実施形態の変形例１＞
第３の実施形態の変形例１では、図１５に示すように、操作スイッチ１６を操作した後の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒによって、所定の範囲の設定または変更を行う。図１５では、図１４に示したステップＳ１１１、ステップＳ１１２、ステップＳ１１９およびステップＳ１２０の処理を、制御部４は順次実行する。なお、ステップＳ１１９では、所定の範囲の中心値ＡＰを平均値ではなく、取り込んだ人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒをそのまま用いる（ＡＰ＝（Ｔ、Ｒ））。
【０１０１】
＜第３実施形態の変形例２＞
第３の実施形態の変形例２では、制御部４は、取り込んだ人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒをメモリ１８に記憶し、操作スイッチ１６が操作されたときに、記憶した人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒによって、所定の範囲を設定または変更する。図１６では、制御部４は直近の取り込んだＭ個の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒをメモリ１８に記憶し、記憶されたＭ個の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの平均値（ＡＴ、ＡＲ）に応じて、所定の範囲を設定または変更する。
【０１０２】
図１６のステップＳ１２１では、制御部４は、直近のＭ個の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒをメモリ１８に記憶し、ステップＳ１２２に処理を進める。ステップＳ１２２では、制御部４は、操作スイッチ１６が操作されるのを待つ。操作スイッチ１６が操作されると、制御部４はステップＳ１２２からステップＳ１２３に処理を進める。ステップＳ１２３では、制御部４は、メモリ１８が記憶したＭ個の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを読み出し、ステップＳ１２３からステップＳ１２４に処理を進める。ステップＳ１２４では、制御部４は、メモリ１８から読み出した人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを積算し、人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの積算値（ΣＴｎ、ΣＲｎ）を個数Ｍで除算して人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの平均値（ＡＴ＝ΣＴｎ／Ｍ、ＡＲ＝ΣＲｎ／Ｍ）を算出する。そして、制御部４は、ステップＳ１２５に処理を進め、算出された平均値（ＡＴ，ＡＲ）が所定の範囲の中心値ＡＰ（図１３）となるように設定し、ステップＳ１２６に処理を進める。ステップＳ１２６では、制御部４は、算出された平均値（ＡＴ，ＡＲ）が所定の範囲の中心値ＡＰ（図１３）となるように、所定の範囲を設定または変更し、所定の範囲の設定または変更処理を終了する。ステップＳ１２６の具体的な処理は、ステップＳ１２０と実質的に同じである。
【０１０３】
ここでは、予めメモリ１８に記憶された直近のＭ個の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの平均値で所定の範囲の設定または変更を行えるので、操作スイッチ１６を操作すると迅速に所定の範囲を設定または変更できる。
【０１０４】
なお、変形例２では、平均値ではなく、直近に記憶した人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒによって、制御部４が所定の範囲を設定または変更してもよい。
【０１０５】
＜第４の実施形態＞
図１７に示す第４実施形態では、駆動ユニット２およびインバータ部６は設けられない。人力駆動力を検出するセンサ５０は、たとえば、クランク軸の周囲に設けられる。その他の構成は第１の実施形態と同様である。したがって、制御部４は、電動変速ユニット１０７を制御して、人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒが、図１８に示すように、所定の範囲に入るように制御する。ただし、駆動ユニットが設けられないため、電動変速ユニット１０７をシフトダウンまたはシフトアップすると、クランク回転速度Ｒと人力駆動力Ｔが、同時に変化する。具体的には、シフトダウンすると、クランク回転速度Ｒが速くなり、人力駆動力Ｔは小さくなる。また、シフトアップすると、逆に、クランク回転速度Ｒが遅くなり、人力駆動力Ｔは大きくなる。
【０１０６】
したがって、図１８から明らかなように、現在の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒの組み合わせにおいて、Ａ５およびＡ６のように、クランク回転速度Ｒが所定の範囲から大きく離れると、変速制御しても所定の範囲に入らない場合がある。このような場合には、人力駆動力Ｔを優先し、人力駆動力が所定の範囲に入るように制御してもよい。
【０１０７】
図１９において、ステップＳ１３１では、制御部４は、回転速度センサ８およびセンサ５０からクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。ステップＳ１３２では、取り込んだ人力駆動力Ｔが所定の範囲の下限人力駆動力Ｔ１未満であるか否かを制御部４が判断する。ステップＳ１３３では、取り込んだ人力駆動力Ｔが所定の範囲の上限人力駆動力Ｔ２を超えているか否かを制御部４が判断する。ステップＳ１３４では、取り込んだクランク回転速度Ｒが所定の範囲の下限回転速度Ｒ１未満であるか否かを制御部４が判断する。ステップＳ１３５では、取り込んだクランク回転速度Ｒが所定の範囲の上限回転速度Ｒ２を超えているか否かを制御部４が判断する。
【０１０８】
人力駆動力Ｔが下限人力駆動力Ｔ１未満であると制御部４が判断した場合は、制御部４は、ステップＳ１３２からステップＳ１３６に処理を進める。ステップＳ１３６では、シフトアップが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、段数センサ１０７ｃのデータを取り込んで制御部４が判断する。たとえば、変速段が最も高速段（変速比が最も大きい変速段）であれば、この判断は「Ｎｏ」になる。シフトアップが可能であれば、制御部４は、ステップＳ１３６からステップＳ１３７に処理を進め、現在の変速段よりも一段階高速側の変速段に向かってシフトアップする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップＳ１３１に処理を進める。ステップＳ１３１では、制御部４が次の制御周期でクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。また、シフトアップが可能ではない場合は、電動変速ユニット１０７を制御してもクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ１３１に処理を進め、現在の変速段を維持する。
【０１０９】
人力駆動力Ｔが上限人力駆動力Ｔ２を超えると制御部４が判断した場合は、ステップＳ１３３からステップＳ１３８に処理を進める。ステップＳ１３８では、シフトダウンが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、シフトアップの場合と同様に段数センサ１０７ｃのデータを取り込んで判断する。たとえば、変速段が最も低速段（変速比が最も小さい変速段）であれば、この判断は「Ｎｏ」になる。シフトダウンが可能であれば、制御部４は、ステップＳ１３８からステップＳ１３９に処理を進め、現在の変速段よりも一段階低速側の変速段に向かってシフトダウンする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップ１３１に処理を進める。ステップＳ１３１では、制御部４が次の制御周期でクランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔを取り込む。また、シフトアップが可能ではない場合は、電動変速ユニット１０７を制御してもクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ１３１に処理を進め、現在の変速段を維持する。
【０１１０】
クランク回転速度Ｒが下限回転速度Ｒ１未満であると制御部４が判断した場合は、ステップＳ１３４からステップＳ１４０に処理を進める。ステップＳ１４０では、シフトダウンが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、上記と同じである。シフトダウンが可能であれば、制御部４は、ステップＳ１４０からステップＳ１４１に処理を進め、現在の変速段よりも一段階低速側の変速段に向かってシフトダウンする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップ１３１に処理を進める。また、シフトダウンが可能ではないと制御部４が判断した場合は、ステップＳ１３１に処理を進め、現在の変速段を維持する。
【０１１１】
クランク回転速度Ｒが上限回転速度Ｒ２を超えたと制御部４が判断した場合は、ステップＳ１３５からステップＳ１４２に処理を進める。ステップＳ１４２では、シフトアップが可能か否かを制御部４が判断する。この判断は、上記と同様である。シフトアップが可能であれば、制御部４は、ステップＳ１４２からステップＳ１４３に処理を進め、現在の変速段よりも一段階高速側の変速段に向かってシフトアップする指令を制御部４が電動変速ユニット１０７に出力し、ステップＳ１３１に処理を進める。また、シフトアップが可能ではない場合は、電動変速ユニット１０７を制御してもクランク回転速度Ｒを所定の範囲に入れることができないため、ステップＳ１３１に処理を進め、現在の変速段を維持する。
【０１１２】
このように、第４の実施形態では、クランク回転速度Ｒと人力駆動力Ｔとを検出し、変速制御によって人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒが所定の範囲に入るように制御する。これによって、電力消費を抑えることができる。また、変速機を制御して、クランク回転速度Ｒおよび人力駆動力Ｔが所定の範囲に入るようにするので、ライダーのペダリングパワーの変動を抑制することができる。
【０１１３】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態および変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。
【０１１４】
（ａ）上記実施形態では、クランク軸１０２の回転に関する回転パラメータとして、クランク軸１０２の回転速度であるクランク回転速度Ｒを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、上記の実施形態のように変速機の変速段を検出可能な場合には、自転車の車速と変速段とタイヤの周長とに基づいてか、または車輪の回転数と変速段とに基づいて回転パラメータを設定してもよい。
【０１１５】
（ｂ）上記実施形態では、人力駆動力を、センサ５０が検出したモータ２０の出力とクランク軸１０２の回転力とを合成した回転力とモータ２０の出力とから得た人力駆動力Ｔを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、人力駆動力Ｔをクランク軸１０２のねじれ、チェーン１０４の伸び、フロントスプロケット１０３のひずみ、およびクランクアーム１０１ａ（またはクランクアーム１０１ｂ）のまげ等を直接検出することによって人力駆動力Ｔを得てもよい。
【０１１６】
（ｃ）上記実施形態では、所定の範囲を一般の使用者にとって好ましい範囲に設定したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、運動負荷を高くしたい場合には、所定の範囲の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを高くしてもよい。また運動負荷を低くしたい場合には、所定の範囲の人力駆動力Ｔおよびクランク回転速度Ｒを低くしてもよい。
【０１１７】
（ｄ）上記第４の実施形態では、シフトアップおよびシフトアップしても所定の範囲に入らないときに、人力駆動力Ｔを優先し、人力駆動力が所定の範囲に入るようにしていたが本発明はこれに限定されない。たとえば、クランク回転速度Ｒを優先し、クランク回転速度Ｒが所定の範囲に入るようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１    制御装置
２    駆動ユニット
４    制御部
８    回転速度センサ（回転パラメータ検出部の一例）
２０    モータ
５０    センサ（人力駆動力検出部の一例）
１０２    クランク軸
１０７    電動変速ユニット
Ｔ    人力駆動力
Ｒ    クランク回転速度（クランク軸の回転に関するパラメータの一例）
【図１】
0006005110.tif 000002
【図２】
0006005110.tif 000003
【図３】
0006005110.tif 000004
【図４】
0006005110.tif 000005
【図５】
0006005110.tif 000006
【図６】
0006005110.tif 000007
【図７】
0006005110.tif 000008
【図８】
0006005110.tif 000009
【図９】
0006005110.tif 000010
【図１０】
0006005110.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0006005110.tif 000013
【図１３】
0006005110.tif 000014
【図１４】
0006005110.tif 000015
【図１５】
0006005110.tif 000016
【図１６】
0006005110.tif 000017
【図１７】
0006005110.tif 000018
【図１８】
0006005110.tif 000019
【図１９】
0006005110.tif 000020