(57)【要約】【課題】補助動力装置による動力駆動系を含む補助動力付人力走行車において、直進安定性を向上させる。【解決手段】電動アシスト自転車では、傾斜した車体を直立させるためにジャイロモーメントを発生させる制御（ジャイロ制御）がなされ（Ｓ１）、操縦者のペダルを漕ぐ動作を補助すべくモータを駆動させるアシスト制御がなされ（Ｓ２）、そして、その他の制御がなされ（Ｓ３）、Ｓ１に処理が戻される。ジャイロ制御では、電動アシスト自転車の走行速度が上昇するに従って、ジャイロモーメントを発生させるフライホイールの回転角速度は低下する。なお、フライホイールは、電動アシスト自転車の進行方向に対して左側に角速度ベクトルを発生するように、回転される。また、ジャイロ制御処理では、電動アシスト自転車の走行速度が所定値以上の場合には、フライホイールの回転が停止される。【選択図】        図１１
2004343871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力による人力駆動系と補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車であって、
当該補助動力付人力走行車が進行方向に対して垂直な方向について傾斜したときに、当該補助動力付人力走行車に、当該進行方向に対して垂直な方向に直立させる方向の力を与える直立手段をさらに含む、補助動力付人力走行車。
【請求項２】
前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される操舵手段と、
前記操舵手段により方向を変更される前輪と、
前記前輪よりも、前記人力駆動系に対して駆動力が与えられた際の前記補助動力付人力走行車の進行方向について後方に設置された後輪とをさらに含み、
前記直立手段は、前記後輪の回転面と平行な面に回転面を有するフライホイールと、前記フライホイールを前記補助動力付人力走行車の進行方向に対して左側に角速度ベクトルが発生するように回転させるためのフライホイール用モータとを備える、請求項１に記載の補助動力付人力走行車。
【請求項３】
前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、
前記補助動力付人力走行車の走行速度が所定の速度以上となった場合には、前記直立手段に、当該補助動力付人力走行車に対して直立させる方向の力を与えることを停止させる、直立制御手段とをさらに含む、請求項１または請求項２に記載の補助動力付人力走行車。
【請求項４】
前記前輪および前記後輪を支持するフレームをさらに含み、前記直立手段は、前記フレームに取付けられ、かつ、当該直立手段が当該フレームから取外されたときよりも当該補助動力付人力走行車の重心が高い位置となるように当該フレームに取付けられている、請求項２または請求項３に記載の補助動力付人力走行車。
【請求項５】
前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、
前記補助動力付人力走行車の走行速度が一定の速度以上となった場合に、前記前輪および後輪の回転を抑制する回転抑制手段とをさらに含む、請求項２〜請求項４のいずれかに記載の補助動力付人力走行車。
【請求項６】
前記人力駆動系は、前記前輪および前記後輪を回転させるために人力を与えられるペダルを備え、
前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、
前記ペダルに与えられる人力のトルクを検知するトルクセンサと、
前記前輪を回転させるために駆動する車輪用モータと、
前記補助動力付人力走行車の走行速度が特定の速度以下の場合に、トルクセンサの検知するトルクに応じて、前記車輪用モータを駆動させる走行制御手段とをさらに含む、請求項２〜請求項５のいずれかに記載の補助動力付人力走行車。
【請求項７】
前記ペダルの近傍に設置され、水平面を有するボトムプレートをさらに含み、
前記水平面は、当該補助動力付人力走行車の進行方向に交わる方向において２５０ミリメートル以上の寸法を有する部分を備える、請求項６に記載の補助動力付人力走行車。
【請求項８】
前記補助動力装置は、前記ボトムプレートの下方に取付けられ、
前記補助動力装置を下方をカバーする保護プレートをさらに含む、請求項７に記載の補助動力付人力走行車。
【請求項９】
前記ボトムプレートに接続され、水平面に交わる方向に伸びることにより前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される第１の状態と、前記第１の状態から前記ボトムプレートとの接続点を中心に回動されることにより折り畳まれる第２の状態とを取ることができる操舵手段をさらに含む、請求項８に記載の補助動力付人力走行車。
【請求項１０】
人力による人力駆動系と補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車であって、
前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される操舵手段と、
前記操舵手段に対して、前記補助動力付人力走行車の進行方向を一定の方向にするように力を加える、補助手段とをさらに含む、補助動力付人力走行車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力によって駆動される走行車に関し、特に、人力による人力駆動系に加えて補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一般に、特許文献１に記載されるもののように、キックボードおよびキックスケート等の小車輪を備え路面を蹴って滑走を楽しむスケータ形状の乗り物があり、また、電動自転車のように、このような人力で走行する乗り物にさらに駆動装置を設けたものもあった。
【０００３】
電動自転車のように、人力で走行する乗り物に、補助的に駆動装置を取付けられたものは、人力のみの走行では不可能であった駆動力での走行が可能となるため、操縦者に大きな満足感を与えていた。
【０００４】
なお、特許文献２には、電気モータにより駆動輪を回転させて走行する電動二輪車にジャイロモーメントを発生する手段を備えさせる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−５８７７８公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−６８０６３公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した電動自転車のように、基本的に人力で走行し補助的に駆動装置を取付けられた走行車を操縦する者は、当該走行車が自分の発揮する人力よりも大きな力で駆動され走行するため、操縦に不安を感じることがあると考えられる。そこで、このような走行車には、直進安定性を向上させるため、操縦についても補助するための手段が必要と考えられる。
【０００８】
なお、上記したように、特許文献２には、ジャイロモーメントを発生する手段が備えられているが、走行車に対するジャイロ軸の回転方向が明らかにされていないため、場合によっては、発生したジャイロモーメントが直進安定性に寄与しない、もしくは、直進安定性について逆効果となる場合があると考えられる。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、補助動力装置による動力駆動系を含む補助動力付人力走行車において直進安定性を向上させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従った補助動力付人力走行車は、人力による人力駆動系と補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車であって、当該補助動力付人力走行車が進行方向に対して垂直な方向について傾斜したときに、当該補助動力付人力走行車に、当該進行方向に対して垂直な方向に直立させる方向の力を与える直立手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明のある局面に従うと、操縦者の操縦技術が未熟であっても、補助動力付人力走行車を進行方向に対して直立させることができる。
【００１２】
これにより、補助動力付人力走行車が走行時に倒れることを回避できるため、補助動力付人力走行車において直進安定性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される操舵手段と、前記操舵手段により方向を変更される前輪と、前記前輪よりも、前記人力駆動系に対して駆動力が与えられた際の前記補助動力付人力走行車の進行方向について後方に設置された後輪とをさらに含み、前記直立手段は、前記後輪の回転面と平行な面に回転面を有するフライホイールと、前記フライホイールを前記補助動力付人力走行車の進行方向に対して左側に角速度ベクトルが発生するように回転させるためのフライホイール用モータとを備えることが好ましい。
【００１４】
これにより、フライホイールの回転を、そこで生じる角速度ベクトルが補助動力付人力走行車の直立に効果的に寄与できるものとすることができる。
【００１５】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、前記補助動力付人力走行車の走行速度が所定の速度以上となった場合には、前記直立手段に、当該補助動力付人力走行車に対して直立させる方向の力を与えることを停止させる、直立制御手段とをさらに含むことが好ましい。
【００１６】
これにより、補助動力付人力走行車の走行速度がある程度上昇した場合に、「直立手段によって与えられる力により不必要に直進安定性が高まり、操縦者が旋回を希望する場合に必要とされる操作入力が大きくなるため、却って、操縦性が低下する」という事態を回避できる。
【００１７】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記前輪および前記後輪を支持するフレームをさらに含み、前記直立手段は、前記フレームに取付けられ、かつ、当該直立手段が当該フレームから取外されたときよりも当該補助動力付人力走行車の重心が高い位置となるように当該フレームに取付けられていることが好ましい。
【００１８】
これにより、接地点周りの慣性モーメントは大きくなり、このため、車体傾斜に関する固有振動数は低下し、より低い周波数の外力が傾斜した車体に与えられることになる。したがって、操縦者の動さが緩慢であっても車体角度の制御が可能となる。
【００１９】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、前記補助動力付人力走行車の走行速度が一定の速度以上となった場合に、前記前輪および後輪の回転を抑制する回転抑制手段とをさらに含むことが好ましい。
【００２０】
これにより、補助動力付人力走行車の走行速度が上昇しすぎる危険な事態を確実に回避できる。
【００２１】
また、本発明の補助動力付人力走行車では、前記人力駆動系は、前記前輪および前記後輪を回転させるために人力を与えられるペダルを備え、前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、前記ペダルに与えられる人力のトルクを検知するトルクセンサと、前記前輪を回転させるために駆動する車輪用モータと、前記補助動力付人力走行車の走行速度が特定の速度以下の場合に、トルクセンサの検知するトルクに応じて、前記車輪用モータを駆動させる走行制御手段とをさらに含むことが好ましい。
【００２２】
これにより、補助動力付人力走行車が、与えられた人力に応じた駆動力に基づいて走行するため、補助動力を与えられても、操縦者に不安感を与えることなく、走行することができる。
【００２３】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記ペダルの近傍に設置され、水平面を有するボトムプレートをさらに含み、前記水平面は、当該補助動力付人力走行車の進行方向に交わる方向において２５０ミリメートル以上の寸法を有する部分を備えることが好ましい。
【００２４】
これにより、操縦者は、ペダルに動力を加えていないときには、ペダル近傍に設置されたボトムプレートに両足を揃えて乗ることができる。
【００２５】
また、本発明の補助動力付人力走行車では、前記補助動力装置は、前記ボトムプレートの下方に取付けられ、前記補助動力装置を下方をカバーする保護プレートをさらに含むことが好ましい。
【００２６】
これにより、補助動力装置が路面の段差等により受ける衝撃を効果的に緩和できる。
【００２７】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記ボトムプレートに接続され、水平面に交わる方向に伸びることにより前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される第１の状態と、前記第１の状態から前記ボトムプレートとの接続点を中心に回動されることにより折り畳まれる第２の状態とを取ることができる操舵手段をさらに含むことが好ましい。
【００２８】
これにより、補助動力付人力走行車を走行に用いない場合には、適宜折り畳んで持ち運ぶことができるため、利便性を向上できる。
【００２９】
本発明の他の局面に従った補助動力付人力走行車は、人力による人力駆動系と補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車であって、前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される操舵手段と、前記操舵手段に対して、前記補助動力付人力走行車の進行方向を一定の方向にするように力を加える、補助手段とをさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明の他の局面に従うと、操縦者の操縦技術が未熟であっても、操舵手段に人力による操作を行なわなければ、補助動力付人力走行車が自動的に一定の方向に進行するようになる。
【００３１】
これにより、補助動力付人力走行車の進行方向を、操縦者の操縦技術が未熟であっても、一定の方向とすることができるため、補助動力付人力走行車において直進安定性を向上させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の補助動力付人力走行車の第１の実施の形態である電動アシスト自転車の斜視図である。
【００３４】
電動アシスト自転車１は、操縦者が座るサドル２６、第１フレーム２１、および、第２フレーム２２を含む。第１フレーム２１と第２フレーム２２とは、共通の１つの回転軸を止有し、そして、２つのフレームは、その軸周りに回動自在に取付けられている。第１フレーム２１には、前輪２４が取付けられ、第２フレーム２２には、後輪２５が取付けられている。第１フレーム２１および第２フレーム２２により、前輪および後輪を支持するフレームが構成されている。なお、電動アシスト自転車１の第２フレーム２２には、操縦者により漕がれるペダルが備えられているが、図１では省略されている。当該ペダルは、図示を省略したギヤおよびチェーンに接続されており、当該ペダルが漕がれることにより、その動力が当該ギヤおよびチェーンを介して前輪２４および後輪２５に伝えられ、当該前輪２４および後輪２５が回転する。
【００３５】
操縦者は、第１フレーム２１のハンドル２１Ａを介して前輪２４を回転軸周りに操舵することにより、電動アシスト自転車１の車体の進行方向を制御する。
【００３６】
第２フレーム１２には、ジャイロスタビライザ１０および制御ボックス２３が備えられている。
【００３７】
図２は、ジャイロスタビライザ１０の構成を模式的に示す図である。
ジャイロスタビライザ１０は、フライホイール１１とモータ１２とを含む。フライホイール１１とモータ１２には、それぞれ、ギヤ１１Ａ，１２Ａが備えられている。そして、ギヤ１１Ａとギヤ１２Ａとはベルト１３で接続されている。ベルト１３により、モータ１２の動力がギヤ１１Ａ，１２Ａを介してフライホイール１１に伝達され、フライホイール１１が角速度ωで回転する。フライホイール１１の回転面は、後輪２５の回転面と平行である。なお、モータ１２からフライホイール１１への動力の伝達は、ベルトを用いるものに限定されず、動力を伝達できるものであればいかなるものであってもよい。
【００３８】
次に、図３を用いて、電動アシスト自転車１の進行方向とフライホイール１１の角運動量ベクトルとの関係を説明する。図３（Ａ）は、電動アシスト自転車１の平面図であり、図３（Ｂ）は、電動アシスト自転車１の背面図である。
【００３９】
図３には、矢印３１として、電動アシスト自転車１の進行方向が示され、矢印３２として、フライホイール１１の角運動量ベクトルが示されている。フライホイール１１の角速度ベクトルωの方向は、その回転軸に回転方向に右ねじを回したときに当該右ねじが進む方向とし、ベクトルの大きさは、回転角速度αと定義する。電動アシスト自転車１では、フライホイール１１の角速度ベクトルωの方向は、図３（Ａ）に示すように、電動アシスト自転車１の進行方向に対して左側に向くように発生するものであるとする。そして、フライホイール１１の回転軸周りの慣性モーメントＩと、フライホイール１１の角運動量ベクトルＨとの関係は、次に示す式（１）で表すことができる。
【００４０】
Ｈ＝Ｉ×ω  …（１）
そして、各速度ベクトルωと角運動量ベクトルＨは、その方向が同じである。
【００４１】
次に、電動アシスト自転車１における制御内容について説明するが、その前提条件として、直進状態にある二輪車（電動アシスト自転車１）の、外力が作用して傾斜した場合の運動について説明する。
【００４２】
図４は、電動アシスト自転車１の、右に旋回する際の、車体に働く力を表した斜視図であり、図５は、その背面図である。図４および図５に示した状態は、何らかの外力が作用して電動アシスト自転車１の車体が、進行方向（矢印４１で示す方向）に対して、右に傾いた場合を想定する。
【００４３】
通常二輪車は、プリセッション効果、トレール効果および前輪フレームの重量効果により、車体傾斜方向にハンドルが切り込もうとする性質がある。図４および図５に示した場合には、電動アシスト自転車１が右に旋回しようとしているので、車体傾斜に伴ってハンドル２１Ａは右に切れる。
【００４４】
すると車体の進行方向と前輪２４の間に角度θ１の横滑り角が生じ、この時前輪２４は、路面から進行方向に直角に、矢印４２で示すコーナリングフォースを受け、車体は、右に、角速度ωｙで旋回する。この旋回角速度ベクトルωｙのベクトルは、図５に矢印４６で示されるように、鉛直下方（図４では、紙面の表から裏に向かう方向）である。
【００４５】
右に傾斜して旋回している電動アシスト自転車１の車体の重心２７には、旋回中心からその半径方向に遠心力（矢印４３で示される力）、鉛直下方に重力（矢印４７で示される力）が加えられる。ここで、重力は、電動アシスト自転車１の車体を接地点周りに倒そうとするモーメントとして働き、遠心力は、接地点周りに車体を起こそうとするモーメントとして働くため、電動アシスト自転車１では、両者のモーメントが釣り合った状態で旋回連動が継続する。
【００４６】
そして、この場合、電動アシスト自転車１の車体を傾斜状態から直立状態に戻す作業は、車速を上げるあるいはハンドルを切り足すことによって、遠心力を大きくすることで、達成される。
【００４７】
以上説明した一般的な二輪車の運動特性を前提として、本実施の形態では、ジャイロスタビライザ１０により、矢印４５（図５では、矢印４４と矢印４６の支点４５から紙面を突き出る方向に伸びる矢印）で示すような、質量回転慣性体の旋回に伴うジャイロモーメントを働かせ、電動アシスト自転車１の車体を傾斜状態から直立状態に戻すよう制御がなされる。
【００４８】
具体的には、角運動量ベクトルＨを有するフライホイール１１が角速度ωｙの旋回運動を受けた場合に発生するジャイロモーメントベクトルＪｔは、次の式（２）で表される。
【００４９】
Ｊｔ＝Ｈ×ωｙ  …（２）
つまり、矢印４５で示されるジャイロモーメントは、角運動量ベクトルＨ（矢印４４）と旋回角速度ベクトルωｙ（矢印４６）の張る平面に垂直に、ベクトルＨからベクトルωｙの方向に右ねじを回したときに右ねじが進む方向に働くことになる。
【００５０】
このように、電動アシスト自転車１において、ジャイロモーメントは、傾斜した車体を直立させる方向で作用するため、傾斜した車体を直立させるために必要とされる車速またはハンドル２１Ａの舵角の操作量を小さくでき、これにより、電動アシスト自転車１において、直進安定性を向上できる。
【００５１】
ここで、本実施の形態の比較として、電動アシスト自転車１の車体に対してフライホイール１１の角運動量が右にある場合について、当該電動アシスト自転車１の進行方向とフライホイール１１の角運動量ベクトルとの関係を説明する図である。図６（Ａ）は、電動アシスト自転車１の平面図であり、図６（Ｂ）は、電動アシスト自転車１の背面図である。
【００５２】
図６では、電動アシスト自転車１の進行方向が矢印６１で示され、フライホイール１１の角運動量ベクトルが矢印６２で示されている。
【００５３】
次に、図６に示したような、電動アシスト自転車１の車体に対してフライホイール１１の角運動量が右にある場合について、電動アシスト自転車１が右に旋回する際に働く力について、図７および図８を参照して説明する。図７は、図６に示したような場合に、右に旋回する際の電動アシスト自転車１の車体に働く力を表した斜視図であり、図８は、その背面図である。
【００５４】
右に傾斜して旋回している電動アシスト自転車１の車体の重心２７には、旋回中心からその半径方向に遠心力（矢印７４で示される力）、鉛直下方に重力（矢印７８で示される力）が加えられる。また、右に傾斜して旋回している電動アシスト自転車１には、矢印７９で示される旋回角速度ベクトルが鉛直下方に生じる。
【００５５】
このような場合、矢印７７（図８では、紙面の表から裏に向かう方向）で示されるジャイロモーメントは、車体を接地点周りに傾斜させるモーメントとして働く。これにより、遠心力に基づく車体直立のためのモーメントと相殺され、車体の直立安定には寄与せず、むしろ、逆効果となる。
【００５６】
つまり、本実施の形態の電動アシスト自転車１では、図４に示したように、当該電動アシスト自転車１の車体に対してフライホイール１１の角運動量が左にある必要がある。
【００５７】
図９は、電動アシスト自転車１の、重心位置を示すための右側面図である。
電動アシスト自転車１の重心２７は、電動アシスト自転車１における、ジャイロスタビライザ１０が搭載される前の、つまり、ジャイロスタビライザ１０以外の部品が組み立てられた状態での、重心である初期車体重心位置２８よりも、上方とされている。これは、以下のような理由による。
【００５８】
一般に、車体重心が鉛直上方にあるほど、接地点周りの慣性モーメントは大きくなり、このため、車体傾斜に関する固有振動数は低下する。これを車体に加わる外力から車体傾斜角への伝達特性として考察すると、固有振動数が低いと言うことは、より低い周波数の外力の方が車体傾斜角へ与える影響が大きいと言える。このことは、操縦者が車体傾斜角を制御する場合、固有振動数が低いほど、操縦者の動さがその分緩慢であっても車体角度の制御が可能となることを意味する。つまり、操縦者の動きが緩慢であっても車体角度の制御が可能であるように、電動アシスト自転車１の重心２７が上記のように設定されている。そして、これにより、二輪車の操縦能力が減退した操縦者、例えば高齢者であっても、電動アシスト自転車１の車体の姿勢変化に追従して姿勢保持制御が可能となり、安定した移動手段として活用できる。
【００５９】
図１０は、制御ブロック図である。電動アシスト自転車１は、モータ１２に電力を供給するバッテリ５０、バッテリ５０による電力の供給を制御する駆動回路５２、電動アシスト自転車１のペダルにかかるトルクを検知するトルクセンサ５４、電動アシスト自転車１の走行速度を検知する速度センサ５５、フライホイール１１の回転速度を検知する速度センサ１１Ｃ、および、駆動回路５２の動作を制御する制御部５１を備えている。また、電動アシスト自転車１は、操縦者によるペダルの漕ぎを補助するべく、前輪２４および後輪２５を進行方向に進むために回転させるモータ５３、および、モータ５３の電流を検知する電流センサ５８をさらに備えている。モータ５３は、バッテリ５０により、電力を供給される。
【００６０】
バッテリ５０、制御部５１、および、駆動回路５２は、制御ボックス２３内に収容されている。トルクセンサ５４は、金属のダイフラムや磁歪素子等の、周知のトルクセンサにより構成される。
【００６１】
ここで、制御部５１の制御動作を、そのメインルーチンのフローチャートである図１１を参照して説明する。
【００６２】
制御部５１は、まずステップＳ１（以下、ステップを省略する）で傾斜した車体を直立させるためにジャイロモーメントを発生させるためのジャイロ制御を実行し、次に、Ｓ２で、操縦者のペダルを漕ぐ動作を補助すべくモータ５３を駆動することにより前輪２４および後輪２５を適宜回転させるアシスト制御を実行し、そして、Ｓ３で、その他の制御処理を実行して、Ｓ１に処理を戻す。
【００６３】
次に、Ｓ１のジャイロ制御処理について、そのサブルーチンのフローチャートである図１２を参照して、詳細に説明する。
【００６４】
ジャイロ制御処理では、まず、制御部５１は、Ｓ１１で、電動アシスト自転車１の走行速度（Ｖ）を読込み、Ｓ１２に処理を進める。
【００６５】
Ｓ１２で、制御部５１は、フライホイール１１についての目標回転速度（ｗ）を算出し、Ｓ１３に処理を進める。なお、ここで行なわれる目標回転速度（ｗ）の算出は、次の式（３）に示す中間変数ｔを用いて行なわれる。式（３）中で、ｍは、電動アシスト自転車１の走行速度（Ｖ）が０のときのフライホイール１１の回転速度であり、ｋは、電動アシスト自転車１の前輪２４，後輪２５のサイズ等に応じて任意に決定される値である。
【００６６】
ｔ＝（ｍ−ｋ×Ｖ）  …（３）
そして、Ｓ１２では、式（３）に従ってｔが算出され、そして、目標回転速度（ｗ）は、ｔが０以上のときはｔとされ、それ以外のときはｗ＝０とされる。
【００６７】
Ｓ１３では、制御部５１は、フライホイール１１の回転速度（ｘ）を読込み、Ｓ１４へ処理を進める。
【００６８】
Ｓ１４では、制御部５１は、Ｓ１２で算出したｗ、Ｓ１３で読込んだｘを用いて、（ｗ−ｘ）が０をより大きいか否かを判断する。そして、０より大きいと判断すればＳ１５でモータ１２に供給する電流値を上げるよう駆動回路５２を制御し、リターンする。一方、０以下であると判断すれば、Ｓ１６で、モータ１２に供給する電流値を下げるよう駆動回路５２を制御し、リターンする。
【００６９】
以上説明したジャイロ制御処理によると、電動アシスト自転車１の走行速度が上昇するに従って、フライホイール１１の回転角速度が低下するよう制御される。そして、電動アシスト自転車１の走行速度がｍ／ｋ以上の場合には、フライホイール１１の回転を停止するよう制御が行なわれる。
【００７０】
電動アシスト自転車１の走行速度が上昇すると、前輪２４および後輪２５が大きな角運動量を持つようになり、これらの角運動量により、フライホイール１１の回転によって傾斜した車体を直立させるのと同様に、車体を直立させることができる。以上説明したジャイロ制御処理により、必要なときのみ、フライホイール１１を回転させることができる。
【００７１】
なお、前輪２４および後輪２５の角運動量のみによって車体を直立させることができる程度に電動アシスト自転車１の走行速度が上昇しているときにフライホイール１１に角運動量を与えると、電動アシスト自転車１において不必要に直進安定性が高まり、操縦者が旋回を希望する場合に必要とされる操作入力が大きくなるため、却って、操縦性が低下する（曲がりにくくなる）ことになる。以上説明したジャイロ制御処理によると、このような操縦性の低下を回避することができる。
【００７２】
次に、アシスト制御処理について、そのフローチャートである図１３を参照して、説明する。
【００７３】
アシスト制御処理では、制御部５１は、まず、Ｓ２１で、速度センサ５５から電動アシスト自転車１の走行速度（Ｖ）を読込み、トルクセンサ５４から電動アシスト自転車１のペダルに入力されるトルク（入力トルク（Ｔｈ））を読込み、そして、電流センサ５８からモータ５３に流れる電流（モータ電流（Ｉｍ））を読込んで、Ｓ２２に処理を進める。
【００７４】
Ｓ２２で、制御部５１は、モータ５３によるアシスト比（ａ）を算出するために、走行速度Ｖを用い、次の式（４）に従って、中間関数ｓを算出し、そして、中間関数ｓの値に応じてアシスト比ａを決定し、Ｓ２３に処理を進める。
【００７５】
ｓ＝１−（Ｖ−１５）／９  …（４）
なお、具体的には、アシスト比ａは、次のように決定される。ｓが１より大きいときには、ａ＝１とされる。ｓが０以上１以下のときには、ａ＝ｓとされる。ｓが０未満のときには、ａ＝０とされる。
【００７６】
Ｓ２３では、制御部５１は、入力トルクＴｈとアシスト比ａの積を算出し、当該積を目標補助トルク（Ｔｍ）として、Ｓ２４に処理を進める。
【００７７】
Ｓ２４では、制御部５１は、モータ５３に流れる電流値と、モータ５３が出力するトルク数との相関に基づいて、目標電流値（Ｉｔ）を算出し、Ｓ２５に処理を進める。なお、目標電流値Ｉｔは、後述する定数ｎと目標補助トルクＴｍとを用い、式（５）に従って算出される。
【００７８】
Ｉｔ＝ｎ×Ｔｍ  …（５）
Ｓ２５では、制御部５１は、「Ｉｔ−Ｉｍ」が正数か否かを判断する。そして、正数であると判断した場合、つまり、目標電流値Ｉｔが、実際にモータ５３に流れる電流値（モータ電流Ｉｍ）よりも大きい場合には、Ｓ２７で、モータ５３に流れる電流値を増やすように駆動回路５２を制御し、リターンする。一方、「Ｉｔ−Ｉｍ」が０以下であると判断した場合、つまり、目標電流値Ｉｔが、実際にモータ５３に流れる電流値（モータ電流Ｉｍ）以下である場合には、Ｓ２６で、モータ５３に流れる電流値を減らすように駆動回路５２を制御し、リターンする。
【００７９】
ここで、図１４を参照して、電動アシスト自転車１における、モータ５３に流れる電流値とモータ５３が出力するトルク数との相関について説明する。電動アシスト自転車１では、図１４に示すように、モータ５３に流れる電流値とモータ５３が出力するトルク数とは比例関係にあり、両者は、具体的には、式（６）に示す関係にある。
【００８０】
（トルク数）＝１／ｎ×（電流値）  …（６）
そして、上記したＳ２４では、式（６）で用いられた定数ｎが使用される。なお、ｎとは、モータ５３の特性によって適宜決定される数である。
【００８１】
図１３を用いて説明したアシスト制御によると、モータ５３への電力の供給が制御されて、モータ５３によって前輪２４および後輪５５を回転させる動力は、電動アシスト自転車１の走行速度に従って、図１５に示すように変化する。図１５に示したグラフにおいて、横軸は、電動アシスト自転車１の走行速度であり、縦軸はＴｍ／Ｔｈである。Ｔｍは、モータ５３による補助動力あって、Ｔｈは、操縦者がペダルを漕ぐことによる車輪への入力トルクである。
【００８２】
図１４から理解されるように、電動アシスト自転車１の走行速度が１５ｋｍ／ｈとなるまでは、操縦者がペダルを漕ぐのと同じだけの動力が、モータ５３から前輪２４および後輪２５に与えられる。そして、モータ５３から前輪２４および後輪２５に与えられる動力の、操縦者がペダルを漕ぐことによって前輪２４および後輪２５に与えられる動力に対する比は、電動アシスト自転車１の走行速度が１５ｋｍ／ｈとなってから２４ｋｍ／ｈとなるまで、一定の割合で減少する。そして、電動アシスト自転車１の走行速度が２４ｋｍ／ｈ以上となると、モータ５３へは電力を供給されなくなる。つまり、電動アシスト自転車１の走行速度が２４ｋｍ／ｈ以上となると、モータ５３による、操縦者のペダルを漕ぐことに対してのアシストが停止される。
【００８３】
以上説明した本実施の形態では、操縦者の操作に応じて車輪を駆動して自走する補助動力付人力走行車の一例として、自転車を挙げたが、本発明は、これに限定されず、このような二輪車であれば、どのようなものにも、適用することができる。
【００８４】
［第２の実施の形態］
図１６は、本発明の補助動力付人力走行車の第２の実施の形態である電動アシストキックボードの左側面図である。
【００８５】
図１６を参照して、電動アシストキックボード１０１は、主に、フレーム１０３とステアリングパイプ１０５により、その本体を外枠を構成されている。フレーム１０３は、その前端を、ステアリングパイプ１０５に接続されている。
【００８６】
電動アシストキックボード１０１の前上部には、ハンドル１２８が設けられており、ハンドル１２８は、下方に伸びるステアリングパイプ１０５に接続されている。ステアリングパイプ１０５は、ヘッドパイプ１０４の内部を貫通しており、また、その下端には、前輪１１３が取付けられている。これにより、操縦者がハンドル１２８を操縦することにより、前輪１１３の方向が変更できるようになっている。フレーム１０３の後端には、後輪１１４が取付けられている。また、フレーム１０３の後端であって、後輪１１４の上方には、泥除け板１２９が取付けられている。
【００８７】
フレーム１０３は、関節部１０３Ｐ，１０３Ｑを備えている。図１６に示された状態では、関節部１０３Ｐより後方は水平方向に伸び、関節部１０３Ｐで屈曲して、それよりも前方は、それよりも後方に対して、いくぶんか立ちあがった形状となっている。また、フレーム１０３は、関節部１０３Ｑで、回動可能に、ヘッドパイプ１０４内においてステアリングパイプ１０５に接続されている。
【００８８】
ステアリングパイプ１０５の上部には、ブレーキレバー１１７が備えられている。ブレーキレバー１１７は、ブレーキコード１３２を介してドラムブレーキ１１８に接続されている。操縦者が、ブレーキレバー１１７をハンドル１２８に引き寄せるように握ることにより、ドラムブレーキ１１８により、後輪１１４の回転が抑制され、これにより、電動アシストキックボード１０１が減速する。
【００８９】
図１７は、電動アシストキックボード１０１の平面図である。図１７をさらに参照して、フレーム１０３の内部には、ボトムプレート１２１が設置されている。そして、ボトムプレート１２１の一部を貫通するように、ペダル１０６が設置されている。
【００９０】
図１７には、電動アシストキックボード１０１の直進方向（前方：ハンドル１２８が左右に切られない場合に電動アシストキックボード１０１が進行する方向）が矢印ＲＣで示されている。ボトムプレート１２１の、両矢印ＲＤで示される、矢印ＲＣに垂直な方向の最大寸法は、操縦者が、「ペダル１０６上に足を置いて漕ぐ」という動作を行なわない場合に、ペダル１０６以外のボトムプレート１２１上に両足を揃えて置くことのできるような寸法とされることが好ましい。具体的には、たとえば、２００ミリメートル以上が好ましく、２５０ミリメートル以上であればさらに好ましい。なお、図１７では、両矢印ＲＤを含むボトムプレート１２１の大半の部分は連続した板体とされているが、軽量化等の観点から、孔を形成されていても良い。ただし、孔の大きさは、ボトムプレート１２１上に人の足が載置できるような、強度および領域を考慮されることが好ましい。
【００９１】
ステアリングパイプ１０５の中段部には、ライト１２２が設置されている。また、ステアリングパイプ１０５の下端部であって、当該ステアリングパイプ１０５と前輪１１３との間には、前輪１１３を回転させるためのモータ１２４が取付けられている。
【００９２】
ボトムプレート１２１の、保護プレート１２５と面する側には、制御ボックス１２０が取付けられている。制御ボックス１２０内には、バッテリが収納されており、当該バッテリは、電源ケーブル１２３でライト１２２に接続され、信号ケーブル１１６でモータ１２４に接続されている。ライト１２２は、当該バッテリにより電力を供給され、ハンドル１２８に設置された図示せぬスイッチを操作されることにより、点灯する。また、モータ１２４は、当該バッテリに電力を供給され駆動し、前輪１１３を回転させる。なお、信号ケーブル１１６は、フレーム１０３およびステアリングパイプ１０５の内部を通されている。
【００９３】
ここで、図１８（Ａ），図１８（Ｂ）および図１９をさらに参照して、ペダル１０６に加えられた操縦者の人力によって後輪１１４が回転される機構を説明する。
【００９４】
図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、電動アシストキックボード１０１のペダル１０６近傍の拡大図である。
【００９５】
ペダル１０６とボトムプレート１２１は、バネ１０６Ａ，１０６Ｂで接続されている。また、ペダル１０６の下方であって、ボトムプレート１２１と保護プレート１２５との間には、プーリ１０７が設置されている。プーリ１０７には、軸１０９Ａで、カム１０９が取付けられている。カム１０９とペダル１０６とは、連結棒１３０で接続されている。連結棒１３０は、固定点１３０Ａでペダル１０６と接続され、固定点１３０Ｂでカム１０９と接続されている。
【００９６】
ペダル１０６に、矢印ＲＡで示すように下方に向けた力が加えられると、ペダル１０６は、図１８（Ｂ）に示すように、その上部がボトムプレート１２１に接するように下方へと変位する。この変位に応じて、固定点１３０Ｂは下方に変位した後、カム１０９の軸１０９Ａを中心とした反時計方向の回転に応じて、図１８（Ｂ）に示すように、右方に変位する。これにより、図１８（Ａ）ではほぼ縦方向に伸びていた連結棒１３０が、図１８（Ｂ）ではほぼ横方向に伸びている。
【００９７】
図１８（Ａ）から図１８（Ｂ）に示した、カム１０９の反時計方向の回転は、軸１０９Ａを介してプーリ１０７に伝えられる。
【００９８】
プーリ１０７は、ベルト１１０で、プーリ１０７よりも後方に設置されたプーリ１０８に接続されており、プーリ１０７の回転はベルト１１０を介してプーリ１０８に伝えられる。
【００９９】
図１９は、電動アシストキックボード１０１の、ペダル１０６、プーリ１０７、および、プーリ１０８近傍の拡大図である。プーリ１０８は、軸１０８Ａにより水平方向に並んで設置されているプーリ１３１に接続されており、プーリ１０８の回転はプーリ１３１に伝えられる。プーリ１３１は、ベルト１１１で、後輪１１４に固定されたホイール１１２に接続されており、プーリ１３１の回転は、ベルト１１１を介してホイール１１２に伝えられる。ホイール１１２が回転すると、それと同じように、後輪１１４が回転する。つまり、ペダル１０６が矢印ＲＡのように下方に力を加えられると、連結棒１３０、カム１０９、プーリ１０７，１０８，１３１、ホイール１１２を介して、当該力が後輪１１４に伝えられ、後輪１１４が回転する。
【０１００】
なお、図１８（Ａ），図１８（Ｂ）に示すように、ボトムプレート１２１のバネ１０６Ａに対向する部分には、当該バネ１０６Ａに加えられた力を検知するトルクセンサ１１５が設置されている。また、後輪１１４には、当該後輪１１４の回転速度を検知する速度センサ１１９が設置されている。
【０１０１】
制御ボックス１２０内には、電動アシストキックボード１０１の種々の動作を制御する制御回路が収納されている。トルクセンサ１１５および速度センサ１１９の検知出力、ならびに、ハンドル１２８等に設けられた種々のスイッチに対する操作内容は、当該制御回路に入力される。当該制御回路は、当該検知出力および操作内容に応じて、電動アシストキックボード１０１の種々の動作を制御する。当該制御回路は、トルクセンサ１１５および速度センサ１１９の検知出力に基づいて、たとえば、図１３を参照して説明したアシスト制御と同様の制御をモータ１２４に対して実行する。また、当該制御回路は、後輪１１４の回転速度が予め定められた一定の速度以上となった場合には、図示せぬ機構によりドラムブレーキ１１８に対して力を与え、電動アシストキックボード１０１が減速させる。これにより、電動アシストキックボード１０１の速度は、極力、上記した一定の速度以下に抑えられる。
【０１０２】
図２０は、電動アシストキックボード１０１のペダル１０６近傍の縦断面を模式的に示す図である。保護プレート１２５は、制御ボックス１２０の下方に、当該制御ボックス１２０の下方全面を覆うように、設けられている。このため、当該制御回路等を収容する制御ボックス１２０が、路面に落ちている障害物等により衝撃を受けることを防止することができる。また、他の図では省略されていたが、制御ボックス１２０の左右両側には、保護プレート１３３が設置されている。これにより、制御ボックス１２０に対する、上記した障害物等による衝撃を、確実に防止できる。
【０１０３】
次に、図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）を参照して、前輪１１３近傍の構造を説明する。図２１（Ａ）は、電動アシストキックボード１０１の前輪１１３近傍の正面図であり、図２１（Ｂ）は、その右側面図である。
【０１０４】
前輪１１３は、ステアリングパイプ１０５の下端に、軸１０５Ａによって、回転可能に取付けられている。なお、軸１０５Ａは、モータ１２４にも、接続されている。モータ１２４が駆動することにより発生する回転力は、軸１０５Ａを介して、前輪１１３に伝えられる。
【０１０５】
図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）は、ヘッドパイプ１０４の横断面を模式的に示す図である。まず、図２２（Ａ）を参照して、ヘッドパイプ１０４の内部には、上記したように、ステアリングパイプ１０５が通されている。図２２（Ａ）内の矢印ＲＣは、図１７内の矢印ＲＣと同様に、電動アシストキックボード１０１の直進方向を示している。図２２（Ａ）は、ハンドル１２８が切られていない状態を示している。
【０１０６】
ヘッドパイプ１０４の内部には、当該ヘッドパイプ１０４の内部を水平方向にステアリングパイプ１０５を通って横断するように、ゴム１０４Ａが設置されている。
【０１０７】
図２３に、ヘッドパイプ１０４内にあるステアリングパイプ１０５の斜視図を示す。図２３をさらに参照して、ゴム１０４Ａは、ステアリングパイプ１０５に形成された二つの孔１０５Ｐ，１０５Ｑの中を通って、ステアリングパイプ１０５を横断している。
【０１０８】
図２２（Ｂ）は、ハンドル１２８が進行方向に対して左に切られたときの状態を示す。ハンドル１２８が左に切られたことにより、ステアリングパイプ１０５は、図２２（Ｂ）の反時計方向に回転している。そして、ゴム１０４Ａは、孔１０５Ｐ，１０５Ｑに通されているため、ステアリングパイプ１０５の回転に伴って図２２（Ｂ）に示すようにねじられる。ゴム１０４Ａがねじられることにより、図２２（Ｂ）に示された状態では、矢印ＲＢで示すように、ゴム１０４Ａに対して、時計方向の回転力がかかることになる。これに応じて、ステアリングパイプ１０５にも、時計方向の回転力がかかることになる。
【０１０９】
なお、ハンドル１２８が右に切られた場合には、ステアリングパイプ１０５が時計方向に回転するため、図２２（Ｂ）に示した状態とは逆に、ゴム１０４Ａから、反時計方向の回転力を受ける。
【０１１０】
つまり、電動アシストキックボード１０１では、ゴム１０４Ａからハンドル１２８に対して、ステアリングパイプ１０５を介して、常に、電動アシストキックボード１０１の進行方向が、前方に向かうように、力が加えられることになる。なお、このときに加えられる力の大きさは、操縦者が意図した場合には十分ハンドル１２８を左右に切ることができる大きさであることが好ましく、ゴム１０４Ａのバネ定数を調整することにより調整することができる。
【０１１１】
電動アシストキックボード１０１のフレーム１０３は、上記したように、関節部１０３Ｐ，１０３Ｑを備えている。そして、電動アシストキックボード１０１は、走行に用いられない場合には、関節部１０３Ｐ，１０３Ｑを図１６に示した状態からさらに屈曲させることにより、折り畳むことができる。電動アシストキックボード１０１の折り畳まれた状態を、図２４に示す。
【０１１２】
本実施の形態では、ハンドル１２８およびステアリングパイプ１０５により、操舵手段が構成されている。そして、当該操舵手段（の中の、主にステアリングパイプ１０５）は、図１６に示された状態では、水平面に交わる方向に伸ばされている。また、当該操舵手段（の中の、主にステアリングパイプ１０５）は、図２４に示された状態では、図１６に示された状態からボトムプレート１２１との接続点（関節部１０３Ｑ）および関節部１０３Ｑのそれぞれを中心に回動されることにより、折り畳まれた状態とされている。
【０１１３】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態は、可能な限り、単独でも互いに組合せても、実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補助動力付人力走行車の第１の実施の形態である電動アシスト自転車の斜視図である。
【図２】図１のジャイロスタビライザの構成を模式的に示す図である。
【図３】図１の電動アシスト自転車における、進行方向とフライホイールの角運動量ベクトルとの関係を説明するための図である。
【図４】図１の電動アシスト自転車の、右に旋回する際にその車体に働く力と共に記載された斜視図である。
【図５】図１の電動アシスト自転車の、右に旋回する際にその車体に働く力と共に記載された背面図である。
【図６】本実施の形態の比較として、フライホイールの角運動量が電動アシスト自転車の車体に対して右にある場合の、当該電動アシスト自転車の進行方向とフライホイールの角運動量ベクトルとの関係を説明するための図である。
【図７】図６に示したような場合に、右に旋回する際の電動アシスト自転車をその車体に働く力と共に記載した斜視図である。
【図８】図６に示したような場合に、右に旋回する際の電動アシスト自転車をその車体に働く力と共に記載した背面図である。
【図９】図１の電動アシスト自転車の、重心位置を示すための右側面図である。
【図１０】図１の電動アシスト自転車の制御ブロック図である。
【図１１】図１の電導アシスト自転車の制御部のメインルーチンのフローチャートである。
【図１２】図１１のジャイロ制御処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図１３】図１１のアシスト制御処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図１４】図１の電導アシスト自転車において、モータに流れる電流値と、モータが出力するトルク数との関係を示す図である。
【図１５】図１３のアシスト制御処理による、モータによって前輪および後輪を回転させる動力と電動アシスト自転車の走行速度の関係を示す図である。
【図１６】本発明の補助動力付人力走行車の第２の実施の形態である電動アシストキックボードの左側面図である。
【図１７】図１６の電動アシストキックボードの平面図である。
【図１８】図１６の電動アシストキックボードにおいて、ペダルに加えられた操縦者の人力によって後輪が回転される機構を説明するための図である。
【図１９】図１６の電動アシストキックボードにおいて、ペダルに加えられた操縦者の人力によって後輪が回転される機構を説明するための図である。
【図２０】図１６の電動アシストキックボードのペダル近傍の縦断面を模式的に示す図である。
【図２１】（Ａ）は、図１６の電動アシストキックボードの前輪近傍の正面図であり、（Ｂ）は、その右側面図である。
【図２２】図１６の電動アシストキックボードのヘッドパイプの横断面を模式的に示す図である。
【図２３】図１６の電動アシストキックボードのヘッドパイプ内にあるステアリングパイプの斜視図である。
【図２４】図１６の電動アシストキックボードの、折り畳まれた状態を示す図である。
【符号の説明】
１  電動アシスト自転車、１０  ジャイロスタビライザ、１１  フライホイール、１１Ａ，１２Ａ  ギヤ、１１Ｃ，５４  トルクセンサ、１２，５３  モータ、１３  ベルト、２１  第１フレーム、２２  第２フレーム、２３  制御ボックス、２４  前輪、２５  後輪、２７  重心、５０  バッテリ、５１  制御部、５２  駆動回路、５５  速度センサ、１０１  電動アシストキックボード、１０３フレーム、１０３Ｐ，１０３Ｑ  関節部、１０４  ヘッドパイプ、１０４Ａ  ゴム、１０５  ステアリングパイプ、１０６  ペダル、１０７，１０８，１３１プーリ、１０９  カム、１１０，１１１  ベルト、１１２  ホイール、１１３前輪、１１４  後輪、１１５  トルクセンサ、１１９  速度センサ、１２０  制御ボックス、１２１  ボトムプレート、１２２  ライト、１２４  モータ、１２５  保護プレート、１２８  ハンドル、１３０  連結棒。
【図１】
2004343871.tif 000003
【図２】
2004343871.tif 000004
【図３】
2004343871.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004343871.tif 000009
【図８】
2004343871.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004343871.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004343871.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2004343871.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2004343871.tif 000019
【図１８】
2004343871.tif 000020
【図１９】
2004343871.tif 000021
【図２０】
2004343871.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2004343871.tif 000025
【図２４】
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