(57)【要約】【課題】自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減する。【解決手段】駆動力制御装置９において、３軸加速度センサ３２によって車体フレーム３の振動を検出し、検出された車体フレーム３の振動波形を波形解析部３３において解析し、解析して得た車体フレーム３の振動波形と逆位相の波形を波形生成部３４によって生成し、波形生成部３４において生成した逆位相の波形を、補助的な駆動力を発生させる電動モータ３１において発生させる。車体フレーム３に発生する振動の逆位相を有する波形を発生させ、車体フレームで干渉させて相殺することにより、乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。【選択図】図２
2008162374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力駆動に併せて補助的な電力駆動を発生させて前進方向へ走行する電動アシスト自転車のための駆動力制御装置において、
前記補助的な駆動力を発生させる電動モータと、
車体フレームの振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段により検出された前記車体フレームの振動波形を解析する波形解析手段と、
前記解析して得られた前記車体フレームの振動の波形と逆位相の波形を生成する波形生成手段と、
生成した前記波形を発生させるように前記電動モータの駆動を制御する駆動制御手段と
を備える電動アシスト自転車用駆動力制御装置。
【請求項２】
前記電動モータのトルクを検出するモータトルク検出手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記モータトルク検出手段によって検出されたトルクが０のとき、生成した前記波形を発生させるように前記電動モータを前記前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させることを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置。
【請求項３】
前記補助的な駆動力を発生させる電動モータと、車体フレームの振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された前記車体フレームの振動波形を解析する波形解析手段と、前記解析して得られた前記車体フレームの振動の波形と逆位相の波形を生成する波形生成手段と、生成した前記波形を発生させるように前記電動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを有する駆動力制御装置
を備える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、人力駆動と併せて補助的に電力駆動によって前進方向へ走行する電動アシスト自転車、及び該電動アシスト自転車における後輪を回転させる電動アシスト自転車用駆動力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車は、走行に伴い路面の凹凸等の影響をうけて、本体フレームに振動が発生するが、この振動を吸収するための構造が、タイヤ、サドル等に設けられたサスペンション程度であることが一般的である。また、近年普及しつつある、走行中に電動モータを駆動することによって走行中に人力駆動と併せて補助的に電動モータを駆動する、いわゆる電動アシスト自転車においても例外でない。電動アシスト自転車は、アシスト機能により、乗り手にかかる負荷が通常の自転車よりも低減されるにもかかわらず、振動吸収性能は高くないため、走行時に乗り手が振動に対して違和感を覚えることは否めない。
【０００３】
例えば、内燃機関とともに電動機或いは発電機を搭載した、いわゆるハイブリッド自動車の分野では、電動機から逆位相のトルクを出力することにより、エンジンのトルク振動を相殺する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３８０１１４６号公報
【特許文献２】特開２００６−６７６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述した一般的な自転車及び電動アシスト自転車では、タイヤ、サドル等に設けられたサスペンション程度では振動吸収能力が低く、自動車、自動二輪車等にみられるようにサスペンション構造を充実させるなどして振動に対処することは、コスト増の要因となるため、一部の高性能自転車のみにしか適用できないというのが現状である。また、電動アシスト自転車は、基本的な構成のみであっても重量軽減が要求されるなかで、振動吸収のための構造を充実させることは、多大な重量増大を招くことにもつながり、電動アシスト自転車の取り扱い性を高めることが困難になるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した従来の実情に鑑みて提案されたものであり、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することが可能な電動アシスト自転車用駆動力制御装置及び電動アシスト自転車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、人力駆動に併せて補助的な電力駆動を発生させて前進方向へ走行する電動アシスト自転車のための駆動力制御装置において、補助的な駆動力を発生させる電動モータと、車体フレームの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段により検出された車体フレームの振動波形を解析する波形解析手段と、解析して得られた車体フレームの振動の波形と逆位相の波形を生成する波形生成手段と、生成した波形を発生させるように電動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、振動検出手段によって車体フレームの振動を検出し、検出された車体フレームの振動波形を波形解析手段によって解析し、解析して得た車体フレームの振動波形と逆位相の波形を波形生成手段によって生成し、波形生成手段において生成した逆位相の波形を、補助的な駆動力を発生させる電動モータにおいて発生させる。
【０００８】
したがって、本発明の請求項１に記載の発明によれば、車体フレームに発生する振動の逆位相を有する波形を電動モータにより発生させて、車体フレームで干渉させて相殺することにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、電動モータのトルクを検出するモータトルク検出手段を備え、駆動制御手段は、モータトルク検出手段によって検出されたトルクが０のとき、生成した波形を発生させるように電動モータを前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、モータトルク検出手段によって検出される電動モータのトルクが０のとき、車体フレームに発生する振動の逆位相を有する波形を電動モータにより発生させて、車体フレームで干渉させて相殺することにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。
【００１１】
また、上述した目的を達成するために、本発明の請求項３に記載の電動アシスト自転車は、補助的な駆動力を発生させる電動モータと、車体フレームの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段により検出された車体フレームの振動を解析する振動解析手段と、解析して得られた車体フレームの振動の波形と逆位相の波形を生成する波形生成手段と、生成した波形を発生させるように電動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを有する制御装置を備える。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の電動アシスト自転車は、制御装置により、車体フレームの振動が検出され、検出された車体フレームの振動波形が解析され、解析によって得た車体フレームの振動波形と逆位相の波形が生成され、生成された逆位相の波形を電動モータで発生させる。
【００１３】
したがって、本発明の請求項３に記載の発明によれば、車体フレームに発生する振動の逆位相を有する波形を電動モータにより発生させて、車体フレームで干渉させて相殺することにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態として示す電動アシスト自転車とその制御装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１に、電動アシスト自転車の側面外観を示す。図中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指している。
【００１６】
本発明の実施形態として示す電動アシスト自転車１は、図１に示すように、人力駆動と併せて補助的に電力駆動によって前進方向へ走行する自転車であって、車体フレーム３をベースとして備えている。また、車体フレーム３の前部には、前輪５が回転自在に設けらており、車体フレーム３の後部には、後輪７が回転自在に設けられている。そして、車体フレーム３のハンガー部３ａには、後輪７を補助的に回転させるための駆動力制御装置９が設けられている。
【００１７】
駆動力制御装置９には、ペダルクランク軸がベアリングを介して回転自在に設けられている。なお、ペダルクランク軸の両端部は、ペダル１１がクランク１５を介して偏心してそれぞれ取り付けられている。ペダルクランク軸には、円形の駆動プレート１７が図示しない一方向クラッチ（ワンウェイクラッチともいう）を介して同心状に設けられている。一方向クラッチとは、ペダルクランク軸が一方向（図１において時計回り方向、自転車がＦ方向へ進行するときの回転方向）へ回転するときにのみ、ペダルクランク軸と駆動プレート１７とを連結するものである。また、駆動プレート１７の外縁部には、後輪７側に回転力を伝達するエンドレス状のベルト（動力伝達部材）１９を巻回可能な巻回部が形成されている。ベルト１９は、後輪７に同心状に設けられた後輪プーリ２１にも巻回されている。また、駆動力制御装置９に電力を供給するためのバッテリー２３が設けられている。バッテリー２３は、車体フレーム３に対して着脱可能であり、充電して使用することができる。
【００１８】
次に、駆動力制御装置９の構成の一例について、図２を用いて説明する。駆動力制御装置９は、主として、補助的な駆動力を発生させるための電動モータ３１と、車体フレーム３の振動を検出する振動検出手段としての３軸加速度センサ３２と、モータトルクを検出するモータトルク検出センサ３７と、モータ回転数検出センサ３８とを備えており、各種センサによる検知結果に基づいて該電動モータ３１の駆動を制御するコントローラ３０によって制御されている。
【００１９】
電動モータ３１は、乗り手がペダル１１を踏み込む人力駆動に併せて補助的な電力駆動を発生させる装置である。
【００２０】
３軸加速度センサ３２は、横方向（左右方向）の加速度及び前後方向の加速度を検出するセンサであり、車体フレーム３の振動を検出する振動検出手段として用いられている。この３軸加速度センサ３２は、車体フレーム３の適宜位置に設けられている。
【００２１】
コントローラ３０には、上述した３軸加速度センサ３２と、モータトルク検出センサ３７、モータ回転数検出センサ３８とが電気的に接続されている。また、コントローラ３０は、電動モータ３１の制御を行うためのモータ制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（図示省略）と、このＲＯＭに記憶されたモータ制御プログラム等を読み取ってモータの制御を実行するＣＰＵ（図示省略）と、このＣＰＵの作業領域を提供するＲＡＭ（図示省略）とを備えている。また、コントローラ３０は、波形解析部３３としての機能、波形生成部３４としての機能、モータトルク指令値演算部３５としての機能、モータ制御部３６としての機能を有している。各機能の詳細は、次のようになる。
【００２２】
波形解析部３３は、振動検出手段としての３軸加速度センサ３２により検出された車体フレーム３の振動波形を解析し、解析結果を波形生成部３４に供給する。
【００２３】
波形生成部３４は、波形解析部３３から供給される車体フレーム３の振動波形と逆位相の波形を生成し、生成した逆位相の波形を発生させるための信号をモータトルク指令値演算部３５に供給する。
【００２４】
モータトルク指令値演算部３５は、波形生成部３４によって生成された、車体フレーム３の振動波形と逆位相の波形を発生させるための信号に基づいて、電動モータ３１のトルクを指定するモータトルク指令値ＴＰを算出する。
【００２５】
モータ制御部３６は、モータトルク指令値演算部３７によって算出されたモータトルク指令値ＴＰに基づいて電動モータ３１を制御している。より具体的には、モータ制御部３６は、電動モータ３１に供給される電流値を制御している。
【００２６】
また、コントローラ３０には、モータトルク検出センサ３７と、モータ回転数検出センサとが接続されている。より具体的な制御として、モータトルク指令値演算部３５は、モータトルク検出センサ３７によって検出されたモータトルクが０のとき、波形生成部３４によって生成された、車体フレーム３の振動波形とは逆位相の波形を、電動モータ３１を前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させて発生させるような信号と、このときの逆方向のトルクを指定するモータトルク指令値ＴＰを算出する。
【００２７】
続いて、コントローラ３０におけるＣＰＵによる一連の制振動作について図３を参照して説明する。なお、コントローラ３０におけるＣＰＵによる一連のモータ制御処理は、所定の周期（例えば４ｍｓｅｃ）毎に実行されるものとする。
【００２８】
まず、コントローラ３０におけるＣＰＵは、各種の検出センサの入力信号検知処理を実行する（ステップＳ１）。具体的には、車体フレームの振動を３軸加速度センサ３２によって検出し、モータの回転数をモータ回転数検出センサ３８によって検出し、モータトルク検出センサ３７によってモータトルクを検出する。モータの回転数からは、当該電動アシスト自転車の車体速度を求めることができ、モータトルクからは、乗り手のペダル１１に対する踏み負荷を求めることができる。
【００２９】
次に、コントローラ３０におけるＣＰＵは、モータトルクが０か否か判別する（ステップＳ２）。モータトルクが０でなければ（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ１の工程から繰り返す。モータトルクが０であれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３において、コントローラ３０は、３軸加速度センサ３２からの検出結果に基づいて、車体フレーム３の振動が所定の閾値以上であるか否か判別する。すなわち、３軸加速度センサ３２における検出信号が所定の閾値を超えていれば、制振動作を行う必要がないものとして、ステップＳ１の工程から繰り返す。一方、３軸加速度センサ３２における検出信号が閾値を超えていなければ、制振動作を行う。したがって、本実施形態では、コントローラ３０におけるＣＰＵは、所定の閾値を超える振幅を有する突発的な振動に対しては制振動作を行わず、継続する振動に対して制振動作を実行するようになっている。なお、本実施形態では、ステップＳ２では、モータトルクが０であるか否かを判別しているが、モータトルクの閾値は、０でなくてもよい。すなわち、完全な無負荷時以外で制振動作を行うような設定になっていてもよい。
【００３０】
コントローラ３０におけるＣＰＵは、ステップＳ４において、３軸加速度センサ３２により検出された車体フレーム３の振動波形を解析する。続いて、ステップＳ５において、コントローラ３０におけるＣＰＵは、波形解析部３３で解析された車体フレーム３の振動波形と逆位相の波形を生成する。コントローラ３０におけるＣＰＵは、ステップＳ６において、生成した逆位相の波形を発生させるための信号を、モータトルク指令値演算部３５に供給する。コントローラ３０におけるＣＰＵは、続くステップＳ７において、波形生成部３４によって生成された、車体フレーム３の振動波形と逆位相の波形を発生させるための信号に基づいて、電動モータ３１のトルクを指定するモータトルク指令値ＴＰを算出し、モータ制御部３６に供給する。
【００３１】
特に、モータトルク指令値演算部３５は、モータトルク検出センサ３７によって検出されたモータトルクが０のとき、波形生成部３４によって生成された、車体フレーム３の振動波形とは逆位相の波形を、電動モータ３１を前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させて発生させるようなモータトルク指令値ＴＰを算出する。すなわち、本実施形態では、ペダル１１に負荷がかかってない非アシスト時（又は無負荷時という）に、電動モータ３１を逆方向に駆動させて制振動作が行われる。電動モータ３１がモータトルク指令値ＴＰに基づいて駆動されるとき、上述した生成した波形を有する振動を発生させることができる。
【００３２】
図４に、３軸加速度センサ３２により検出された車体フレーム３の振動波形（ｆｉｎ：細実線）と、波形を解析した後、生成された逆位相の波形（ｆｏｕｔ：太実線）の一例を示す。実際には、逆位相の波形を演算するタイムラグが存在するので、予測波形パターンを用意しておき、３軸加速度センサ３２において所定の検出信号パターンが検出されたときに、予め用意された波形を発生させるモータトルク指令値ＴＰをモータ制御部に供給してもよい。また、コントローラ３０が、常に、振動波形のデータをＲＡＭ等に蓄積し、新たな予測波形パターンを算出するようにしてもよい。
【００３３】
以上説明したように、本発明の実施形態として示す駆動力制御装置９では、車体フレーム３の振動を検出し、検出された車体フレーム３の振動波形を波形解析部３３によって解析し、解析して得た車体フレーム３の振動波形と逆位相の波形を波形生成部３４によって生成し、波形生成部３４において生成した逆位相の波形を電動モータ３１に発生させるモータトルク指令値を算出することにより、電動モータにより発生される振動と、車体フレームに発生する振動とを干渉させて相殺することができる。これにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。また、駆動力制御装置９は、電動モータ３１のトルクを検出し、トルク０のとき、電動モータ３１を前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させて車体フレーム３の振動とは逆位相の振動を発生させることにより、特に、乗り手がペダルをこがずに自転車が走行しているときの振動に対する乗り手の違和感を低減することができる。
【００３４】
また、駆動力制御装置９を備える電動アシスト自転車１は、振動吸収のための充実した構造を備えなくともよいので、重量軽減につながり、電動アシスト自転車の取り扱い性を高めることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態として示す電動アシスト自転車を説明する側面図である。
【図２】本発明の実施形態として示す電動アシスト自転車用駆動力制御装置を説明する構成図である。
【図３】前記電動アシスト自転車用駆動力制御装置における駆動制御を説明するフローチャートである。
【図４】前記電動アシスト自転車用駆動力制御装置における駆動制御において生成される逆位相の波形を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      電動アシスト自転車
３      車体フレーム
３ａ    ハンガー部
５      前輪
７      後輪
９      電動アシスト自転車用駆動力制御装置
１１    ペダル
１５    クランク
１７    駆動プレート
１９    ベルト（動力伝達部材）
２１    後輪プーリ
２３    バッテリー
３１    電動モータ
３２    ３軸加速度センサ
３３    波形解析部
３４    波形生成部
３５    モータトルク指令値演算部
３６    モータ制御部
３７    モータトルク検出センサ
３８    モータ回転数検出センサ
【図１】
2008162374.tif 000003
【図２】
2008162374.tif 000004
【図３】
2008162374.tif 000005
【図４】
2008162374.tif 000006