(57)【要約】  本発明の実施形態に係る電動補助システム（５１）は、ペダル（５５）に加えられた乗員の人力により回転するクランク軸（５７）と、乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータ（５３）と、電動モータ（５３）に発生させる補助力の大きさを制御する制御装置（７０）と、電動補助車両（１）の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサ（３８）とを備える。制御装置（７０）は、乗員がペダル（５５）を漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、電動モータ（５３）に発生させる補助力の大きさを変更する。
2018123162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルを備えた電動補助車両用の電動補助システムであって、
前記ペダルに加えられた乗員の人力により回転するクランク軸と、
前記乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、
前記電動モータに発生させる補助力の大きさを制御する制御装置と、
前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
を備え、
前記制御装置は、前記乗員がペダルを漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更する、電動補助システム。
【請求項２】
前記クランク軸に発生するトルクに応じた信号を出力するトルクセンサをさらに備え、
前記ペダルに加えられた前記乗員の人力により前記クランク軸に発生するトルクは、前記クランク軸の回転に応じて変化し、
前記制御装置は、前記トルクの変化に連動した前記加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項３】
前記ペダルに加えられた前記乗員の人力により前記クランク軸に発生するトルクの大きさは、前記クランク軸の回転に応じて増減し、
前記制御装置は、前記増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における前記加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力を変更する、請求項２に記載の電動補助システム。
【請求項４】
前記ペダルに加えられた前記乗員の人力により前記クランク軸に発生するトルクの大きさは、前記クランク軸の回転に応じて増減し、
前記制御装置は、前記増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における前記加速度の最大値と最小値との差を求め、
前記加速度の最大値と最小値との差に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更する、請求項２または３に記載の電動補助システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における前記加速度の変化が大きいほど、前記電動モータに発生させる補助力を大きくする、請求項３または４に記載の電動補助システム。
【請求項６】
前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサをさらに備え、
前記制御装置は、前記クランク軸が半回転する間の前記加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記クランク軸が半回転する間の前記加速度の最大値と最小値との差を求め、
前記加速度の最大値と最小値との差に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更する、請求項６に記載の電動補助システム。
【請求項８】
前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサは、前記クランク軸に発生するトルクを検出するトルクセンサであり、
前記制御装置は、前記トルクの変化に基づいて前記クランク軸の回転を検出する、請求項６または７に記載の電動補助システム。
【請求項９】
前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサは、回転センサである、請求項６または７に記載の電動補助システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記加速度の最大値と最小値との差が第１所定値以上の場合は、前記電動モータに発生させる補助力を大きくする、請求項４または７に記載の電動補助システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記加速度の最大値と最小値との差が第２所定値未満の場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくする、請求項４、７および１０のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記加速度の最大値と最小値との差を複数の範囲に分けたテーブルを予め記憶しており、
前記制御装置は、前記複数の範囲のうちの、前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて、前記電動モータに発生させる補助力を変更する、請求項４、７、１０および１１のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項１３】
前記複数の範囲は、第１の範囲と、前記第１の範囲よりも大きい前記差の値の範囲である第２の範囲とを含み、
前記制御装置は、前記差が前記第２の範囲内の場合は、前記第１の範囲内の場合よりも前記電動モータに発生させる補助力を大きくする、請求項１２に記載の電動補助システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、
前記乗員の人力と前記補助力との関係が互いに異なる複数のアシストモードと、
前記加速度の最大値と最小値との差を複数の範囲に分けたテーブルと、
を予め記憶しており、
前記制御装置は、前記複数の範囲のうちの、前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて、前記アシストモードを変更する、請求項４、７、１０から１３のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項１５】
前記複数の範囲は、第１の範囲と、前記第１の範囲よりも大きい前記差の値の範囲である第２の範囲とを含み、
前記複数のアシストモードは、第１のアシストモードと、前記乗員の人力に対する前記補助力が前記第１のアシストモードよりも大きくなる第２のアシストモードとを含み、
前記制御装置は、
前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が前記第１の範囲内にある場合は、前記第１のアシストモードに応じて前記電動モータに補助力を発生させ、
前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が前記第２の範囲内にある場合は、前記第２のアシストモードに応じて前記電動モータに補助力を発生させる、請求項１４に記載の電動補助システム。
【請求項１６】
前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、
前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、
前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ
前記加速度の最大値と最小値との差が所定の値未満である、
という条件が満たされているか否かを判定し、
前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくする、請求項４または７に記載の電動補助システム。
【請求項１７】
前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、
前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、
前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ
前記加速度が所定の加速度以上である、
という条件が満たされているか否かを判定し、
前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくする、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項１８】
前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、
前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ前記加速度が第１所定値以上となった後に前記第１所定値よりも小さい第２所定値未満になる、
という条件が満たされているか否かを判定し、
前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくする、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項１９】
前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、
前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ前記加速度が所定の加速度以上であることを満たす時間が所定時間以上経過した、
という条件が満たされているか否かを判定し、
前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくする、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項２０】
前記電動補助車両は、前記乗員の人力と前記補助力との関係が互いに異なる複数のアシストモードを設定可能であり、
前記制御装置は、前記条件が満たされていると判定した場合は、現在設定されている前記アシストモードに基づいて演算される補助力よりも小さい補助力を発生するように前記電動モータを制御する、請求項１６から１９のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれかに記載の電動補助システムを備えた電動補助車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動補助車両に用いられる電動補助システム、および当該電動補助システムを備えた電動補助車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗員がペダルを漕ぐ力を電動モータにより補助する電動補助自転車が知られている。電動補助自転車では、乗員がペダルに加えた人力に応じた補助力を電動モータに発生させ、人力と補助力とを足し合わせた駆動力を駆動輪に伝達する。電動モータによって人力を補助することにより、乗員がペダルを漕ぐ力を軽減させることができる（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２２６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
路面の傾斜および向かい風等、電動補助自転車が走行環境から受ける負荷が大きいときは、乗員はより大きい補助力を得たいと思う場合がある。補助力の大きさを変えるためには、マニュアル操作でアシストモードを変更する必要があり、乗員は煩わしいと感じる場合がある。【０００５】
本発明は、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させる電動補助システムおよび当該電動補助システムを備えた電動補助車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る電動補助システムは、ペダルを備えた電動補助車両用の電動補助システムであって、前記ペダルに加えられた乗員の人力により回転するクランク軸と、前記乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを制御する制御装置と、前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサとを備え、前記制御装置は、前記乗員がペダルを漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更する。【０００７】
乗員が足でペダルを漕ぐという自転車の構造上、乗員がペダルを漕いでいるときのクランク軸の回転角に応じて、ペダルに加わる乗員の人力の大きさは変化する。そのため、乗員がペダルを漕いでいるときのクランク軸の回転角に応じて、電動補助自転車の進行方向の加速度は変化する。乗員がペダルを漕ぐ動作に連動して変化する加速度に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【０００８】
ある実施形態において、前記クランク軸に発生するトルクに応じた信号を出力するトルクセンサをさらに備え、前記ペダルに加えられた前記乗員の人力により前記クランク軸に発生するトルクは、前記クランク軸の回転に応じて変化し、前記制御装置は、前記トルクの変化に連動した前記加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更してもよい。【０００９】
乗員がペダルを漕いでいるときのクランク軸の回転角に応じて、ペダルに加わる乗員の人力の大きさは変化する。ペダルに加わる乗員の人力の変化は、クランク軸に発生するトルクの変化として現れる。クランク軸に発生するトルクの変化に応じて、電動補助自転車の進行方向の加速度は変化する。このトルクの変化に連動して変化する加速度に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００１０】
ある実施形態において、前記ペダルに加えられた前記乗員の人力により前記クランク軸に発生するトルクの大きさは、前記クランク軸の回転に応じて増減し、前記制御装置は、前記増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における前記加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力を変更してもよい。【００１１】
走行時の負荷が大きい場合、ペダルに加わる人力によりクランク軸に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化は大きくなる。一方、走行時の負荷が小さい場合、ペダルに加わる人力によりクランク軸に発生するトルクが小さくなるタイミングにおいて、加速度はあまり減少しない。このため、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化は小さくなる。トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化に応じて、電動モータに発生させる補助力を変更することで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００１２】
ある実施形態において、前記ペダルに加えられた前記乗員の人力により前記クランク軸に発生するトルクの大きさは、前記クランク軸の回転に応じて増減し、前記制御装置は、前記増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における前記加速度の最大値と最小値との差を求め、前記加速度の最大値と最小値との差に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更してもよい。【００１３】
トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００１４】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における前記加速度の変化が大きいほど、前記電動モータに発生させる補助力を大きくしてもよい。【００１５】
走行時の負荷が大きい場合、ペダルに加わる人力によりクランク軸に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、クランク軸が半回転する間の加速度の変化は大きくなる。クランク軸が半回転する間の加速度の変化が大きい場合は、電動モータに発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００１６】
ある実施形態において、前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサをさらに備え、前記制御装置は、前記クランク軸が半回転する間の前記加速度の変化に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更してもよい。【００１７】
乗員が足でペダルを漕ぐとき、クランク軸が半回転する間に、ペダルに加わる乗員の人力の大きさは変化する。このペダルに加わる人力の大きさが変化することに応じて、電動補助自転車の進行方向の加速度は変化する。このクランク軸が半回転する間の加速度の変化に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００１８】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記クランク軸が半回転する間の加速度の最大値と最小値との差を求め、前記加速度の最大値と最小値との差に応じて、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを変更してもよい。【００１９】
クランク軸が半回転する間の加速度の最大値と最小値との差に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００２０】
ある実施形態において、前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサは、前記クランク軸に発生するトルクを検出するトルクセンサであり、前記制御装置は、前記トルクの変化に基づいて前記クランク軸の回転を検出してもよい。【００２１】
ペダルに加えられた乗員の人力によりクランク軸にはトルクが発生する。クランク軸に発生するトルクの大きさは、クランク軸の回転角に応じて変化する。このことから、トルクの大きさの変化からクランク軸の回転を検出することができる。トルクセンサを用いてクランク軸の回転を検出し、クランク軸が半回転する間の加速度の変化に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００２２】
ある実施形態において、前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサは、回転センサであってもよい。【００２３】
回転センサを用いてクランク軸の回転を検出し、クランク軸が半回転する間の加速度の変化に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００２４】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記加速度の最大値と最小値との差が第１所定値以上の場合は、前記電動モータに発生させる補助力を大きくしてもよい。【００２５】
走行時の負荷が大きい場合、ペダルに加わる人力によりクランク軸に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、加速度の最大値と最小値の差は大きくなる。加速度の最大値と最小値の差が大きい場合は、電動モータに発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００２６】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記加速度の最大値と最小値との差が第２所定値未満の場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくしてもよい。【００２７】
走行時の負荷が小さい場合、ペダルに加わる人力によりクランク軸に発生するトルクが小さくなるタイミングにおいて、加速度はあまり減少しない。このため、加速度の最大値と最小値の差は小さくなる。加速度の最大値と最小値の差が小さい場合は、電動モータに発生させる補助力を小さくすることで、小さい負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００２８】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記加速度の最大値と最小値との差を複数の範囲に分けたテーブルを予め記憶しており、前記制御装置は、前記複数の範囲のうちの、前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて、前記電動モータに発生させる補助力を変更してもよい。【００２９】
加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００３０】
ある実施形態において、前記複数の範囲は、第１の範囲と、前記第１の範囲よりも大きい前記差の値の範囲である第２の範囲とを含み、前記制御装置は、前記差が前記第２の範囲内の場合は、前記第１の範囲内の場合よりも前記電動モータに発生させる補助力を大きくしてもよい。【００３１】
走行時の負荷が大きい場合、ペダルに加わる人力によりクランク軸に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、加速度の最大値と最小値の差は大きくなる。加速度の最大値と最小値の差が大きい場合は、電動モータに発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００３２】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記乗員の人力と前記補助力との関係が互いに異なる複数のアシストモードと、前記加速度の最大値と最小値との差を複数の範囲に分けたテーブルとを予め記憶しており、前記制御装置は、前記複数の範囲のうちの、前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて、前記アシストモードを変更してもよい。【００３３】
加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じてアシストモードを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００３４】
ある実施形態において、前記複数の範囲は、第１の範囲と、前記第１の範囲よりも大きい前記差の値の範囲である第２の範囲とを含み、前記複数のアシストモードは、第１のアシストモードと、前記乗員の人力に対する前記補助力が前記第１のアシストモードよりも大きくなる第２のアシストモードとを含み、前記制御装置は、前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が前記第１の範囲内にある場合は、前記第１のアシストモードに応じて前記電動モータに補助力を発生させ、前記加速度センサを用いて求めた前記加速度の最大値と最小値との差が前記第２の範囲内にある場合は、前記第２のアシストモードに応じて前記電動モータに補助力を発生させてもよい。【００３５】
加速度の最大値と最小値の差が大きい場合は、乗員の人力に対する補助力が大きくなるアシストモードで電動モータを制御することで、負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。【００３６】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサとをさらに備え、前記制御装置は、前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ、前記加速度の最大値と最小値との差が所定の値未満である、という条件が満たされているか否かを判定し、前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくしてもよい。【００３７】
電動補助自転車において、乗員がペダルを漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合、電動モータから合成機構に伝達される回転の速度が大きくなり、ペダルを漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。電動モータが高速で回転し且つ乗員がペダルに加える踏力が小さい状態では、加速度の最大値と最小値との差は小さくなる。クランク軸の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度の最大値と最小値との差が所定の値未満という条件を満たす場合は補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダルを漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、ペダルを漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。【００３８】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサとをさらに備え、前記制御装置は、前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ、前記加速度が所定の加速度以上である、という条件が満たされているか否かを判定し、前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくしてもよい。【００３９】
電動補助自転車において、乗員がペダルを漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態でペダルを漕いでいるときには、電動モータから合成機構に伝達される回転の速度が大きくなる。電動モータが高速で回転している状態で乗員がペダルを漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダルを漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。クランク軸の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度が所定の加速度以上という条件を満たす場合は、予め補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダルを漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、乗員がペダルを漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。【００４０】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサとをさらに備え、前記制御装置は、前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ前記加速度が第１所定値以上となった後に前記第１所定値よりも小さい第２所定値未満になる、という条件が満たされているか否かを判定し、前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくしてもよい。【００４１】
電動補助自転車において、乗員がペダルを漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態でペダルを漕いでいるときには、電動モータから合成機構に伝達される回転の速度が大きくなる。電動モータが高速で回転している状態で乗員がペダルを漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダルを漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。乗員がペダルを漕ぐ速さを増加させる割合を小さくしていくと、それに伴って車両の進行方向の加速度も小さくなっていく。すなわち、上昇した加速度が小さくなっていっていることは、その後にペダルを漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎる現象が発生し得ることを意味する。クランク軸の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度が第１所定値以上となった後に第２所定値未満になるという条件を満たす場合は補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダルを漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、乗員がペダルを漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。【００４２】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、前記クランク軸の回転の検出に用いるセンサと、前記電動補助車両の走行速度の検出に用いるセンサとをさらに備え、前記制御装置は、前記クランク軸の回転数が所定の回転数以上であり、前記電動補助車両の走行速度が所定の速度以上であり、且つ、前記加速度が所定の加速度以上であることを満たす時間が所定時間以上経過した、という条件が満たされているか否かを判定し、前記条件が満たされていると判定した場合は、前記電動モータに発生させる補助力を小さくしてもよい。【００４３】
電動補助自転車において、乗員がペダルを漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態でペダルを漕いでいるときには、電動モータから合成機構に伝達される回転の速度が大きくなる。電動モータが高速で回転している状態で乗員がペダルを漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダルを漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。クランク軸の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度が所定の加速度以上であることを満たす時間が所定時間以上経過した場合は、補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダルを漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、乗員がペダルを漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。【００４４】
ある実施形態において、前記電動補助車両は、前記乗員の人力と前記補助力との関係が互いに異なる複数のアシストモードを設定可能であり、前記制御装置は、前記条件が満たされていると判定した場合は、現在設定されている前記アシストモードに基づいて演算される補助力よりも小さい補助力を発生するように前記電動モータを制御してもよい。【００４５】
上記の条件が満たされていると判定した場合は、電動モータに発生させる補助力を通常の制御時よりも小さくする。これにより、ペダルを漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。【００４６】
本発明の実施形態に係る電動補助車両は、前記電動補助システムを備える。本発明の実施形態に係る電動補助システムを備える電動補助車両は、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明による例示的な実施形態によれば、乗員がペダルを漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、電動モータに発生させる補助力の大きさを変更する。乗員が足でペダルを漕ぐという自転車の構造上、乗員がペダルを漕いでいるときのクランク軸の回転角に応じて、ペダルに加わる乗員の人力の大きさは変化する。そのため、乗員がペダルを漕いでいるときのクランク軸の回転角に応じて、電動補助自転車の進行方向の加速度は変化する。乗員がペダルを漕ぐ動作に連動して変化する加速度に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る電動補助自転車を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る電動補助自転車のハードウェアブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る電動補助自転車の機械的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る操作盤の外観図である。
【図４】（ａ）から（ｅ）は、本発明の実施形態に係るクランク軸の回転角、クランク軸に発生するトルク、車両の進行方向の加速度の関係を示す図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態に係る加速度差に応じて補助力の大きさを変更する動作を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る加速度差に応じてアシストモードを変更する処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係る加速度差の大きさと選択されるアシストモードとの関係を示す図である。
【図８】（ａ）から（ｇ）は、本発明の実施形態に係るトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度差に応じて、補助力の大きさを変更する動作を説明する図である。
【図９】（ａ）から（ｈ）は、本発明の実施形態に係るトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度差に応じて、補助力の大きさを変更する動作の別の例を説明する図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る加速度差に応じてアシスト比率を変更する処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態に係る加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係の別の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る複数のアシストモードごとの加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る複数のアシストモードごとの加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係の別の例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る加速度の最小値を考慮した加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る加速度の最小値を考慮した加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係の別の例を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に係るトルクの大きさを考慮した加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に係るトルクの大きさを考慮した加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係の別の例を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る加速度の最小値およびトルクの大きさを考慮した加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る加速度の最小値およびトルクの大きさを考慮した加速度差の大きさと選択されるアシスト比率との関係の別の例を示す図である。
【図２１】（ａ）から（ｅ）は、本発明の実施形態に係るペダルを漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合における電動モータの制御を説明する図である。
【図２２】（ａ）から（ｅ）は、本発明の実施形態に係るペダルを漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合における加速度差に応じた電動モータの制御を説明する図である。
【図２３】本発明の実施形態に係るペダルを漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合における加速度差に応じた電動モータの制御を示すフローチャートである。
【図２４】（ａ）から（ｇ）は、本発明の実施形態に係るペダルを漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい場合における電動モータの制御を説明する図である。
【図２５】本発明の実施形態に係るペダルを漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい場合における電動モータの制御を示すフローチャートである。
【図２６】本発明の実施形態に係るペダルを漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい場合における電動モータの制御の変形例を示すフローチャートである。
【図２７】本発明の実施形態に係るペダルを漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい場合における電動モータの制御のさらなる変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による電動補助システムおよび電動補助車両の実施形態を説明する。実施形態の説明においては、同様の構成要素には同様の参照符号を付し、重複する場合にはその説明を省略する。本発明の実施形態における前後、左右、上下とは、電動補助車両のサドル（シート）に乗員がハンドルに向かって着座した状態を基準とした前後、左右、上下を意味する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
図１は、本実施形態に係る電動補助自転車１を示す側面図である。電動補助自転車１は後に詳述する駆動ユニット５１を有している。電動補助自転車１は本発明の実施形態に係る電動補助車両の一例である。駆動ユニット５１は、本発明の実施形態に係る電動補助システムの一例である。
【００５１】
電動補助自転車１は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンチューブ５、ブラケット６、チェーンステイ７、シートチューブ１６、シートステイ１９を含む。ヘッドパイプ１２は車体フレーム１１の前端に配置される。ハンドルステム１３は、ヘッドパイプ１２に回転可能に挿入される。ハンドル１４は、ハンドルステム１３の上端部に固定される。ハンドルステム１３の下端部にはフロントフォーク１５が固定される。フロントフォーク１５の下端部には、操舵輪である前輪２５が回転可能に支持される。フロントフォーク１５には、前輪２５を制動するブレーキ８が設けられる。ヘッドパイプ１２の前方の位置には前かご２１が設けられる。フロントフォーク１５にはヘッドランプ２２が設けられる。
【００５２】
ダウンチューブ５は、ヘッドパイプ１２から後方斜め下方に向かって延びている。シートチューブ１６は、ダウンチューブ５の後端部から上方に向かって延びている。チェーンステイ７は、シートチューブ１６の下端部から後方に向かって延びている。ブラケット６は、ダウンチューブ５の後端部、シートチューブ１６の下端部、チェーンステイ７の前端部を接続する。
【００５３】
シートチューブ１６にはシートポスト１７が挿入され、シートポスト１７の上端部には乗員が座るサドル２７が設けられる。チェーンステイ７の後方部は、駆動輪である後輪２６を回転可能に支持する。チェーンステイ７の後方部には、後輪２６を制動するブレーキ９が設けられる。また、チェーンステイ７の後方部には、駐輪時に車両を立てたまま保持するスタンド２９が設けられる。シートステイ１９は、シートチューブ１６の上部から後方斜め下方に向かって延びている。シートステイ１９の下端部は、チェーンステイ７の後方部に接続される。シートステイ１９は、サドル２７の後方に設けられた荷台２４を支持するとともに、後輪２６の上部を覆うフェンダー１８を支持する。フェンダー１８の後方部にはテールランプ２３が設けられる。
【００５４】
車体フレーム１１の車両中央部付近に配置されたブラケット６には駆動ユニット５１が設けられる。駆動ユニット５１は、電動モータ５３、クランク軸５７、制御装置７０を含む。ブラケット６には、電動モータ５３等に電力を供給するバッテリ５６が搭載される。バッテリ５６はシートチューブ１６に支持されてもよい。
【００５５】
クランク軸５７は駆動ユニット５１に左右方向に貫通して支持されている。クランク軸５７の両端部にはクランクアーム５４が設けられる。クランクアーム５４の先端には、ペダル５５が回転可能に設けられる。
【００５６】
制御装置７０は、電動補助自転車１の動作を制御する。典型的には、制御装置７０はデジタル信号処理を行うことが可能なマイクロコントローラ、信号処理プロセッサ等の半導体集積回路を有する。乗員がペダル５５を足で踏んで回転させたときに発生するクランク軸５７の回転出力は、チェーン２８を介して、後輪２６に伝達される。制御装置７０は、クランク軸５７の回転出力に応じた駆動補助出力を発生するように電動モータ５３を制御する。電動モータ５３が発生した補助力は、チェーン２８を介して、後輪２６に伝達される。なお、チェーン２８の代わりにベルト、シャフト等が用いられてもよい。
【００５７】
次に、制御装置７０の具体的な構成、制御装置７０の動作に利用される信号を生成するセンサ群を詳細に説明する。
【００５８】
図２Ａは、主として制御装置７０の構成を示す電動補助自転車１のハードウェアブロック図である。図２Ａには、制御装置７０およびその周辺環境が示されている。周辺環境として、例えば制御装置７０に信号を出力する各種センサ、および、制御装置７０による動作の結果を受けて駆動される電動モータ５３が示されている。
【００５９】
まず、制御装置７０の周辺環境から説明する。
【００６０】
上述のように、制御装置７０は駆動ユニット５１に包含される。図２Ａには、同様に駆動ユニット５１に含まれる加速度センサ３８、トルクセンサ４１、クランク回転センサ４２および電動モータ５３が示されている。制御装置７０は、演算回路７１と平均化回路７８とモータ駆動回路７９とを有する。演算回路７１は、加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐに応じたアシスト比率で電動モータ５３を回転させるための演算と、制御信号の出力とを行う。
【００６１】
加速度センサ３８は、電動補助自転車１の車両本体の加速度を検出する。加速度センサ３８は、例えばピエゾ抵抗型、静電容量型または熱検知型の３軸加速度センサである。３軸加速度センサは、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の各方向の加速度を１つで測定することが可能である。
【００６２】
なお、本明細書では、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）は絶対座標系ではなく、相対座標である。より具体的には、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の方向はそれぞれ、加速度センサ３８が搭載された電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向である。なお、電動補助自転車１の前方向はその進行方向に一致し、上下方向は路面に垂直な方向に一致する。よって、平坦路を走行中の電動補助自転車１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と、傾斜路を走行中の電動補助自転車１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とは一致しないことがある。
【００６３】
なお、加速度センサ３８が、電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向の加速度値を測定できるようにするためには種々の方法が考えられる。例えば、加速度センサ３８のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が、それぞれ車両の前後方向、左右方向、および、上下方向に一致するよう、加速度センサ３８を駆動ユニット５１に取り付ければよい。このような加速度センサ３８の取り付け方は、加速度センサ３８を水平面に載置することを意味する。
【００６４】
加速度センサ３８は不図示の電子回路基板上に載置される。電子回路基板には、バッテリ５６からの電力を電動補助自転車１の各電子部品に送電するための電源部、演算回路７１、モータ駆動回路７９等の種々のＩＣチップを含む制御部も配置される。
【００６５】
このような電子回路基板は、サイズの制約等により、駆動ユニット５１内に垂直に立てた状態で配置される場合がある。その場合、加速度センサ３８は水平面に載置された状態ではなくなる。そこで、加速度センサ３８には、駆動ユニット５１への加速度センサ３８の取り付け角度相当分のずれを差し引いて信号を出力させる必要がある。換言すると、検出方向補正を行う必要がある。検出方向補正の具体的な処理の内容は公知であるため、本明細書での詳細な説明は省略する。加速度センサ３８の出力値を予め補正しておくことにより、加速度センサ３８のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の出力値を、電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向の加速度値として測定することができる。
【００６６】
なお、加速度センサ３８は、電動補助自転車１の重心に近い位置に設置されることがより好ましい。図１から理解されるように、駆動ユニット５１はペダル５５の近傍に配置されているため、加速度センサ３８は電動補助自転車１の重心の近傍に配置されていると言える。
【００６７】
電子回路基板の設置方向に関する制約を受けないようにするために、加速度センサ３８を電子回路基板とは別体にすることも考えられる。両者を別体にすることで、加速度センサ３８が設置される位置をより精度よく電動補助自転車１の静止時の重心に近付けることができる。
【００６８】
なお、３軸加速度センサは加速度センサ３８の一例である。加速度センサ３８として、Ｘ軸の加速度ＧｘおよびＺ軸方向の加速度Ｇｚを測定可能な２軸加速度センサを採用してもよい。加速度センサ３８として、Ｘ軸の加速度Ｇｘを測定可能な１軸加速度センサを採用してもよい。加速度センサ３８は、車両の進行方向に沿ったＸ軸の加速度Ｇｘを少なくとも測定可能であればよい。なお、複数の加速度センサを用いて、それぞれが異なる軸方向の加速度を検出してもよい。図２Ａに示す例では、加速度センサ３８は、駆動ユニット５１内に配置されているが、配置位置はそれに限定されず、電動補助自転車１の任意の位置に配置されてもよい。
【００６９】
トルクセンサ４１は、乗員がペダル５５に加えた人力（踏力）を、クランク軸５７に発生するトルクとして検出する。トルクセンサ４１は、例えば磁歪式トルクセンサである。トルクセンサ４１は、検出したトルクの大きさに応じた振幅の電圧信号を出力する。トルクセンサ４１は、電圧信号をトルクに換算するトルク演算回路（図示せず）を有していてもよい。トルク演算回路は、例えば出力されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。検出されたトルクの大きさは、デジタル電圧信号の値の大きさとして出力される。上述のとおり、トルクセンサ４１は、アナログ信号を出力してもよいし、デジタル信号を出力してもよい。
【００７０】
クランク回転センサ４２は、クランク軸５７の回転角を検出する。例えばクランク回転センサ４２は、クランク軸５７の回転を所定の角度毎に検出し、矩形波信号または正弦波信号を出力する。出力された信号を用いてクランク軸５７の回転角および回転速度が算出され得る。例えば、クランク軸５７の周りに磁極（Ｎ極、Ｓ極）を有する磁性体を複数個配置する。位置が固定されたホールセンサで、クランク軸５７の回転に伴う磁界の極性の変化を電圧信号に変換する。演算回路７１は、ホールセンサからの出力信号を用いて、磁界の極性の変化をカウントし、クランク軸５７の回転角および回転速度を算出する。クランク回転センサ４２は、得られた信号からクランク軸５７の回転角および回転速度を算出する演算回路を有していてもよい。
【００７１】
モータ駆動回路７９は、例えばインバータである。モータ駆動回路７９は、演算回路７１からのモータ電流指令値に応じた振幅、周波数、流れる向き等を有する電流を、バッテリ５６から電動モータ５３に供給する。当該電流を供給された電動モータ５３は回転し、決定された大きさの補助力を発生させる。電流センサ４７は、電動モータ５３を流れる電流の値を検出し、制御装置７０に出力する。制御装置７０は、電流センサ４７の出力信号を用いてフィードバック制御を行う。
【００７２】
図２Ａに例示する電動モータ５３は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を有する三相モータである。電動モータ５３は、例えばブラシレスＤＣモータである。
【００７３】
図２Ａに示す例では、電流センサ４７は、三相のそれぞれを流れる電流を検出しているが、二相を流れる電流のみを検出してもよい。三相通電制御において各相を流れる電流の値の合計は、理論上ゼロになる。この関係を用いて、２つの電流値から残りの１つの電流値を演算により求めることができる。これにより、三相のそれぞれを流れる電流の値を取得することができる。
【００７４】
電動モータ５３の回転は、モータ回転センサ４６によって検出される。モータ回転センサ４６は例えばホールセンサであり、電動モータ５３の回転するロータ（図示せず）が生み出す磁界を検出して磁界の強さや極性に応じた電圧信号を出力する。電動モータ５３がブラシレスＤＣモータの場合、ロータには複数の永久磁石が配置されている。モータ回転センサ４６は、ロータの回転に伴う磁界の極性の変化を電圧信号に変換する。演算回路７１は、モータ回転センサ４６からの出力信号を用いて、磁界の極性の変化をカウントし、ロータの回転角および回転速度を算出する。
【００７５】
電動モータ５３が発生した補助力は動力伝達機構３１を介して後輪２６に伝達される。動力伝達機構３１は、図２Ｂを用いて後述するチェーン２８、従動スプロケット３２、駆動軸３３、変速機構３６、一方向クラッチ３７等の総称である。動力伝達機構３１には、駆動ユニット５１が備える減速機４５、一方向クラッチ４４、合成機構５８、駆動スプロケット５９が含まれるとしてもよい。以上の構成により、電動補助自転車１の乗員の人力を補助することができる。
【００７６】
演算回路７１は、加速度センサ３８、トルクセンサ４１およびクランク回転センサ４２からそれぞれ出力される検出信号、および、操作盤６０から出力される操作信号を受け取って、補助力の大きさを決定する。演算回路７１は、決定した大きさの補助力を発生させるためのモータ電流指令値を、モータ駆動回路７９に送信する。その結果、電動モータ５３が回転し、電動モータ５３の駆動力が後輪２６に伝達される。これにより、電動モータ５３の駆動力が乗員の人力に加重される。
【００７７】
なお、各種のセンサから出力される検出信号がアナログ信号である場合には、検出信号が制御装置７０に入力される前に、一般にはアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられ得る。Ａ／Ｄ変換回路は、各センサ内に設けられていてもよいし、駆動ユニット５１内の、各センサと制御装置７０との間の信号経路上に設けられてもよい。または、Ａ／Ｄ変換回路は制御装置７０内に設けられていてもよい。
【００７８】
電動モータ５３が発生させる補助力の大きさは、現在選択されているアシストモードによって変動し得る。アシストモードは、乗員が操作盤６０を操作して選択され得る。
【００７９】
操作盤６０は、電動補助自転車１のハンドル１４（図１）に取り付けられて、例えば有線ケーブルによって制御装置７０と接続される。操作盤６０は、乗員が行った操作を示す操作信号を制御装置７０に送信し、また、制御装置７０から乗員に提示するための各種情報を受信する。
【００８０】
次に、電動補助自転車１の動力伝達経路を説明する。図２Ｂは、電動補助自転車１の機械的構成の一例を示すブロック図である。
【００８１】
乗員がペダル５５を踏み込んでクランク軸５７を回転させると、そのクランク軸５７の回転は、一方向クラッチ４３を介して合成機構５８に伝達される。電動モータ５３の回転は、減速機４５、一方向クラッチ４４を介して合成機構５８に伝達される。
【００８２】
合成機構５８は、例えば筒状部材を有し、その筒状部材の内部にクランク軸５７が配置される。合成機構５８には、駆動スプロケット５９が取り付けられている。合成機構５８は、クランク軸５７および駆動スプロケット５９と同じ回転軸を中心にして回転する。
【００８３】
一方向クラッチ４３は、クランク軸５７の順回転を合成機構５８に伝達し、クランク軸５７の逆回転は合成機構５８に伝達させない。一方向クラッチ４４は、電動モータ５３が発生した、合成機構５８を順回転させる方向の回転を合成機構５８に伝達し、合成機構５８を逆回転させる方向の回転は合成機構５８に伝達させない。また、電動モータ５３が停止している状態で、乗員がペダル５５を漕いで合成機構５８が回転した場合、一方向クラッチ４４は、その回転を電動モータ５３に伝達しない。乗員がペダル５５に加えた踏力と電動モータ５３が発生した補助力は、合成機構５８に伝達されて合成される。合成機構５８で合成された合力は、駆動スプロケット５９を介してチェーン２８へ伝達される。
【００８４】
チェーン２８の回転は、従動スプロケット３２を介して駆動軸３３に伝達される。駆動軸３３の回転は、変速機構３６および一方向クラッチ３７を介して後輪２６に伝達される。
【００８５】
変速機構３６は、乗員による変速操作器６７の操作に応じて変速比を変更する機構である。変速操作器６７は例えばハンドル１４（図１）に取り付けられる。一方向クラッチ３７は、駆動軸３３の回転速度が後輪２６の回転速度よりも速い場合に、駆動軸３３の回転を後輪２６に伝達する。駆動軸３３の回転速度が後輪２６の回転速度よりも遅い場合には、一方向クラッチ３７は駆動軸３３の回転を後輪２６に伝達しない。
【００８６】
このような動力伝達経路により、乗員がペダル５５に加えた踏力および電動モータ５３が発生する補助力は、後輪２６に伝達される。
【００８７】
なお、乗員の踏力と電動モータ５３が発生した補助力とを合成する機構は、上記のようなクランク軸５７と同じ回転軸を中心にして回転する合成機構５８に限定されない。踏力と補助力とはチェーン２８において合成されてもよい。
【００８８】
図３は、例示的な操作盤６０の外観図である。操作盤６０は、例えばハンドル１４の左グリップの近傍に取り付けられる。
【００８９】
操作盤６０は、表示パネル６１と、アシストモード操作スイッチ６２と、電源スイッチ６５とを備える。
【００９０】
表示パネル６１は例えば液晶パネルである。表示パネル６１には、制御装置７０から提供された、電動補助自転車１の速度、バッテリ５６の残容量、アシスト比率を変動させる範囲に関する情報、アシストモードおよびその他の走行情報を含む情報が表示される。
【００９１】
表示パネル６１は、速度表示エリア６１ａ、バッテリ残容量表示エリア６１ｂ、アシスト比率変動範囲表示エリア６１ｃおよびアシストモード表示エリア６１ｄを有する。表示パネル６１は、それらの情報等を乗員に報知する報知装置として機能し、この例では情報を表示するが、音声を出力して乗員に報知してもよい。
【００９２】
速度表示エリア６１ａには、電動補助自転車１の車速が数字で表示される。本実施形態の場合、電動補助自転車１の車速は、前輪２５に設けられたスピードセンサ３５を用いて検出される。
【００９３】
バッテリ残容量表示エリア６１ｂには、バッテリ５６から制御装置７０に出力される電池残容量の情報に基づいて、バッテリ５６の残容量がセグメントによって表示される。これにより、乗員はバッテリ５６の残容量を直感的に把握することができる。
【００９４】
アシスト比率変動範囲表示エリア６１ｃには、制御装置７０が設定したアシスト比率を変動させる範囲がセグメントによって表示される。また、その変動範囲において現在実行中のアシスト比率をさらに表示してもよい。
【００９５】
アシストモード表示エリア６１ｄには、乗員がアシストモード操作スイッチ６２を操作して選択したアシストモードが表示される。アシストモードは、例えば“強”、“標準”、“オートエコ”である。乗員がアシストモード操作スイッチ６２を操作してアシストモードオフを選択した場合は、アシストモード表示エリア６１ｄには“アシストなし”と表示される。
【００９６】
アシストモード操作スイッチ６２は、上述した複数のアシストモード（アシストモードオフを含む。）のうちの一つを乗員が選択するためのスイッチである。複数のアシストモードのうちの一つが選択されたとき、操作盤６０の内部に設けられたマイコン（図示せず）は、選択されたアシストモードを特定する操作信号を制御装置７０に送信する。
【００９７】
電源スイッチ６５は、電動補助自転車１の電源のオン／オフを切り替えるスイッチである。乗員は電源スイッチ６５を押して、電動補助自転車１の電源のオン／オフを切り替える。
【００９８】
操作盤６０は、乗員に必要な情報を音により発信するスピーカ６３と光により発信するランプ６４とをさらに備える。例えば、制御装置７０は、乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。このとき、音声の出力および／または光の点滅等により、補助力の大きさを変更したことを乗員に報知する。これにより、乗員は例えば大きな補助力が発生していることを認識することができる。また、例えばハンドル１４および／またはサドル２７に振動を発生させることにより、補助力の大きさを変更したことを乗員に報知してもよい。
【００９９】
また、補助力を大きくしているときは、電動補助自転車１の周囲の人々に聞こえる音量の音をスピーカ６３に発生させたり、ヘッドランプ２２およびテールランプ２３を点灯または点滅させたりしてもよい。これにより、電動補助自転車１の周囲の人々は、電動補助自転車１が通常の補助力よりも大きな補助力を発生させていることを認識することができる。
【０１００】
電動モータ５３の補助力は、クランク回転出力に対して、“強”、“標準”、“オートエコ”の順に小さくなる。
【０１０１】
アシストモードが“標準”の場合、電動モータ５３は、例えば電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に補助力を発生させる。アシストモードが“強”の場合、電動モータ５３は、“標準”の場合と同様、例えば電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に補助力を発生させる。電動モータ５３は、アシストモードが“強”の場合には、同じクランク回転出力に対して"標準"の場合よりも大きな補助力を発生させる。アシストモードが“オートエコ”の場合、平坦路や下り坂の走行などでペダル踏力が小さいときは、電動モータ５３は“標準”の場合よりも補助力を小さくしたり補助力の発生を停止したりして、電力消費量を抑える。アシストモードが“アシストなし”の場合、電動モータ５３は、補助力を発生しない。
【０１０２】
このように、上述のアシストモードに応じて、クランク回転出力に対する補助力が変わる。この例では、アシストモードを４段階に切り替えている。しかしながら、アシストモードの切替えは３段階以下であってもよいし、５段階以上であってもよい。
【０１０３】
次に、乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動して変化する加速度に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する動作を説明する。
【０１０４】
まず、乗員がペダル５５を漕ぐ動作と加速度との関係を説明する。図４は、乗員がペダル５５を漕いだときのクランク軸５７の回転角、クランク軸５７に発生するトルク、車両の進行方向の加速度の関係を示す図である。図４に示す例では、電動補助自転車１は平坦路を走行しており、図中の左から右へ向かう方向を車両の進行方向ｘとする。
【０１０５】
乗員が足でペダル５５を漕ぐという電動補助自転車１の構造上、ペダル５５の位置、すなわちクランク軸５７の回転角に応じてペダル５５に加わる乗員の人力（踏力）の大きさは増減する。ペダル５５に加わる踏力の増減は、クランク軸５７に発生するトルクの増減として現れる。トルクが増減すると、電動補助自転車１を走行させる駆動力が増減する。このため、トルクの増減に応じて、電動補助自転車１の進行方向ｘの加速度は増減する。
【０１０６】
図４（ａ）は、乗員の右足を乗せる電動補助自転車１の右ペダル５５Ｒがクランク軸５７の真上に位置し、乗員の左足を乗せる電動補助自転車１の左ペダル５５Ｌがクランク軸５７の真下に位置している状態を示している。このときのクランク軸５７の回転角を０度とする。この状態では、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは最小となる。トルクに連動して、車両の進行方向ｘ（車両の前方向）の加速度も最小となる。
【０１０７】
図４（ａ）の状態から乗員が右ペダル５５Ｒを踏み込んで、クランク軸５７の回転角が大きくなるにつれて、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは徐々に大きくなっていく。トルクが徐々に大きくなるにつれて、車両の進行方向ｘの加速度も大きくなっていく。
【０１０８】
図４（ｂ）は、クランク軸５７に対して右ペダル５５Ｒが水平方向前方に位置しており、左ペダル５５Ｌが水平方向後方に位置している状態を示している。このときのクランク軸５７の回転角を９０度とする。この回転角が９０度のとき、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは最大となる。トルクに連動して、車両の進行方向ｘの加速度も最大となる。
【０１０９】
図４（ｂ）の状態からクランク軸５７の回転角がさらに大きくなっていくにつれて、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは徐々に小さくなっていく。トルクが徐々に小さくなるにつれて、車両の進行方向ｘの加速度も小さくなっていく。
【０１１０】
図４（ｃ）は、クランク軸５７に対して右ペダル５５Ｒが真下に位置しており、左ペダル５５Ｌが真上に位置している状態を示している。このときのクランク軸５７の回転角を１８０度とする。この回転角が１８０度のとき、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは最小となる。トルクに連動して、車両の進行方向ｘの加速度も最小となる。
【０１１１】
図４（ｃ）の状態から乗員が左ペダル５５Ｌを踏み込んで、クランク軸５７の回転角がさらに大きくなるにつれて、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは徐々に大きくなっていく。トルクが徐々に大きくなるにつれて、車両の進行方向ｘの加速度も大きくなっていく。
【０１１２】
図４（ｄ）は、クランク軸５７に対して左ペダル５５Ｌが水平方向前方に位置しており、右ペダル５５Ｒが水平方向後方に位置している状態を示している。このときのクランク軸５７の回転角を２７０度とする。この回転角が２７０度のとき、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは最大となる。トルクに連動して、車両の進行方向ｘの加速度も最大となる。
【０１１３】
図４（ｄ）の状態からクランク軸５７の回転角がさらに大きくなっていくにつれて、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは徐々に小さくなっていく。トルクが徐々に小さくなるにつれて、車両の進行方向ｘの加速度も小さくなっていく。
【０１１４】
図４（ｅ）は、クランク軸５７に対して右ペダル５５Ｒが真上に位置しており、左ペダル５５Ｌが真下に位置している状態を示している。すなわち、図４（ｅ）は、図４（ａ）の状態からクランク軸５７が１回転した状態を示している。このときのクランク軸５７の回転角を０度とする。この回転角が０度のとき、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは最小となる。トルクに連動して、車両の進行方向ｘの加速度も最小となる。
【０１１５】
このように、クランク軸５７の回転角に応じて、クランク軸５７に発生するトルクは増減する。増減するトルクには山と谷とが交互に現れる。この増減するトルクに同期して、車両の進行方向ｘの加速度は増減する。トルクの山と谷が現れるタイミングに同期して、増減する加速度には山と谷とが交互に現れる。
【０１１６】
トルクの互いに隣接する山と谷の間における山の頂点は、その区間におけるトルクの最大値である。トルクの谷の底は、その区間におけるトルクの最小値である。本明細書中において、互いに隣接する山と谷の間とは、その山の頂点およびその谷の底の部分も含む。
【０１１７】
加速度の互いに隣接する山と谷における山の頂点は、その区間における加速度の最大値である。加速度の谷の底は、その区間における加速度の最小値である。増減するトルクの互いに隣接する山と谷が現れるタイミングに同期して、加速度の最大値と最小値とが現れる。本実施形態では、増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ）を求め、その加速度の差Ｐ−Ｐに応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。
【０１１８】
図５は、加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐに応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する動作を説明する図である。図５（ａ）は、クランク軸５７に発生するトルクを示している。図５（ｂ）は、加速度センサ３８の出力信号を示している。図５（ｃ）は、電動補助自転車１の進行方向ｘの加速度を示している。
【０１１９】
本実施形態では、加速度センサ３８を用いて、電動補助自転車１の進行方向ｘの加速度を検出する。加速度センサ３８は、重力の影響を常に受けている。このため、電動補助自転車１が傾斜路を走行しているとき、加速度センサ３８が検出する加速度の値は、車両本体の進行方向の加速度の成分に加えて、傾斜路に沿って下る方向への重力の分力に対応する成分も含んでいる。図５（ｂ）に示す加速度センサ３８の出力信号は、車両進行方向の加速度の成分と、重力の成分とが混合された値となっている。図５（ｃ）に示す車両の進行方向ｘの加速度は、加速度センサ３８の出力信号からその重力の成分（加速度の低周波成分）をハイパスフィルタによって除去した波形として描かれている。
【０１２０】
電動補助自転車１が平坦路を一定速度で走行しているとき、乗員はペダル５５を同じ力で漕ぎ続けている。このとき、人力によりクランク軸５７に発生するトルクは、同じ振幅で増減を繰り返す。この増減するトルクに同期して、車両の進行方向ｘの加速度は同じ振幅で増減を繰り返す。
【０１２１】
図５に示す例では、電動補助自転車１が走行する路面が平坦路から傾斜路に変化しても、乗員は平坦路走行時と同じ力でペダル５５を漕ぎ続けている。すなわち、電動補助自転車１が走行する路面が平坦路から傾斜路に変化しても、クランク軸５７に発生するトルクの最大値および最小値は同じである。
【０１２２】
電動補助自転車１が走行する路面が平坦路から傾斜路に変化すると、負荷が大きくなる。本明細書において“負荷”とは、路面の傾斜および向かい風等、電動補助自転車１が走行環境から受ける負荷を言う。走行時の負荷が大きい場合、人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、図５に示すように、走行する路面が平坦路から傾斜路に変化すると、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐは大きくなっている。演算回路７１（図２Ａ）は、加速度の差Ｐ−Ｐが大きくなったことを検出すると、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくする。演算回路７１の動作の詳細は後述する。電動モータ５３に発生させる補助力を大きくすることにより、人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングでの加速度の減少量を抑えることができ、加速度の差Ｐ−Ｐは小さくなる。走行路面が平坦路から傾斜路に変化したときに、乗員が平坦路走行時と同じ力でペダル５５を漕ぎ続けても、車両速度の低下を抑制することができる。走行時の負荷の変化に応じた適切な補助力を発生させることにより、乗員は快適に電動補助自転車１を運転することができる。
【０１２３】
次に、再び図２Ａを参照して制御装置７０の内部構成を説明し、その後、制御装置７０の動作を説明する。
【０１２４】
上述したように、制御装置７０は、演算回路７１と平均化回路７８とモータ駆動回路７９とを有する。本実施形態では、演算回路７１は複数の回路を統合した集積回路であるとして説明する。しかしながら当該構成は一例である。１つまたは複数の回路が実現する処理を、１つの信号処理プロセッサを用いてソフトウェア処理によって実現してもよい。
【０１２５】
平均化回路７８は、加速度センサ３８から出力された各軸方向の検出信号を平滑化するデジタルフィルタ回路である。平均化回路７８は、例えば複数の検出信号の移動平均を計算することにより、検出信号を平滑化することができる。他の平滑化アルゴリズムを用いてもよい。なお、本実施形態では平均化回路７８を設けているが、本願発明においては平均化回路７８を設けることは必須ではない。
【０１２６】
演算回路７１は、上述した加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐに応じたアシスト比率で電動モータ５３を回転させるための演算と、制御信号の出力とを行う。本実施形態では、演算回路７１は複数種類の処理を行うブロックを有している。具体的には、演算回路７１は、山−谷検出ブロック７２と、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３と、モータ電流指令値演算ブロック７４と、モータ電流指令値補正ブロック７５および７６とを有している。各ブロックは演算回路７１内の演算コアとして実装されてもよいし、コンピュータプログラムのサブ・ルーチンまたはライブラリとして実装されてもよい。
【０１２７】
山−谷検出ブロック７２は、トルクセンサ４１が検出したペダルトルクの大きさを示す値を受け取る。山−谷検出ブロック７２は、クランク回転センサ４２の出力信号も受け取り得る。山−谷検出ブロック７２は、トルクセンサ４１の出力信号から、上述した変動するトルクの山と谷の部分を抽出する。トルクの山と谷は、トルクが上昇して下降に転じる部分（つまり極大値）と、トルクが下降して上昇に転じる部分（つまり極小値）とを検出することで抽出することができる。山−谷検出ブロック７２は、抽出したトルクの山と谷を示す情報を加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３へ出力する。
【０１２８】
加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、検出した加速度の大きさを示す値を所定のタイミングごと（例えば０．１秒ごと）に平均化回路７８から受け取る。加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値とを抽出する。このとき、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、トルクの山が現れる時刻と谷が現れる時刻との間の期間における加速度の最大値と最小値とを抽出する。加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、抽出した加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐを演算し、モータ電流指令値補正ブロック７５へ出力する。
【０１２９】
モータ電流指令値演算ブロック７４は、操作盤６０を用いて乗員によって選択されたアシストモードを特定するデータを受け取り、アシストモードを設定する。モータ電流指令値演算ブロック７４は、トルクセンサ４１が検出したペダルトルクの大きさを示す値を受け取る。
【０１３０】
モータ電流指令値演算ブロック７４は、スピードセンサ３５からの速度データをさらに受け取る。変速段センサ４８は、動力伝達機構３１に包含される変速機構３６（図２Ｂ）の変速段を示すデータをモータ電流指令値演算ブロック７４へ出力する。モータ電流指令値演算ブロック７４は、例えば現在の変速段が予め定められた段以下のローギアであるときには、電動モータ５３に流れる電流をより低く設定してもよい。これにより、電動モータ５３による補助力の大きさが抑えられ、車両の加速度が大きくなりすぎることを防ぐことができる。
【０１３１】
なお、モータ電流指令値演算ブロック７４は、電動モータ５３の回転速度と車両本体の走行速度から変速段を演算してもよい。モータ電流指令値演算ブロック７４は、モータ回転センサ４６の出力信号とスピードセンサ３５の出力信号を用いて変速段を演算する。この場合は、変速段センサ４８は省略されてもよい。
【０１３２】
モータ電流指令値演算ブロック７４は、以後の処理のベースとなるモータ電流指令値を演算する。
【０１３３】
一般に、電動モータ５３により発生するトルクは、電動モータ５３を流れる電流に比例する。電動モータ５３に流す電流を決めれば、発生するトルクも一義的に決まる。つまり、モータ電流指令値を決めることは、電動モータ５３に発生させるトルクを決めることになる。
【０１３４】
モータ電流指令値演算ブロック７４は、ペダル踏力により後輪２６の駆動軸に発生するトルクと、電動モータ５３により後輪２６の駆動軸に発生するトルクとの比率が、アシスト比率に合うように、モータ電流指令値を決める。アシスト比率は、ペダル５５に加えられた乗員の人力により発生するクランク回転出力に対する、電動モータ５３により発生する補助出力の比率を言う。なお、アシスト比率は駆動補助比率とも呼ばれ得る。
【０１３５】
モータ電流指令値演算ブロック７４は、例えば、ペダル踏力により後輪２６の駆動軸に発生するトルクと、電動モータ５３により後輪２６の駆動軸に発生するトルクとが同じになるように（アシスト比率は１：１）、モータ電流指令値を求める。例えば、予め定めされた「人力トルクとモータ電流指令値との関係を示すテーブル」を用いて、モータ電流指令値を求めることができる。このとき、モータ電流指令値演算ブロック７４は、電動モータ５３の回転を減速させる減速機の減速比をさらに考慮して電流指令値を演算する。例えば、減速比＝Ｎのときは、ペダル踏力により後輪２６の駆動軸に発生するトルクの１／Ｎのモータトルクが発生するように、モータ電流指令値を演算する。例えば、減速比＝２のときは、ペダル踏力により後輪２６の駆動軸に発生するトルクの１／２のモータトルクが発生するように、モータ電流指令値を演算する。
【０１３６】
次に、モータ電流指令値演算ブロック７４は、ユーザが設定したアシストモードに応じた係数をモータ電流指令値に掛ける。一例として、アシストモードが“強”のときの係数を２、アシストモードが“標準”のときの係数を１、アシストモードが“弱”のときの係数を０．８とし、ユーザが設定したアシストモードに対応する係数をモータ電流指令値に掛ける。
【０１３７】
次に、モータ電流指令値演算ブロック７４は、車速を考慮してモータ電流指令値を補正する。例えば、車速が低速であるときは、モータ電流指令値を大きめに設定する。車速が大きくなれば、モータ電流指令値を減らしていく。このようにモータ電流指令値を設定することで、車両の発進時の補助力が大きくなるので、運転フィーリングが向上する。
【０１３８】
次に、モータ電流指令値演算ブロック７４は、変速段を考慮してモータ電流指令値を補正する。上述したように、例えば現在の変速段が予め定められた段以下のローギアであるときには、モータ電流指令値を低く設定してもよい。変速段に応じてモータ電流指令値を変更することで、運転フィーリングを向上させることができる。
【０１３９】
なお、上記のモータ電流指令値演算ブロック７４の処理の順番は一例であり、上記とは異なる順番で処理が行われてもよい。例えば、変速段を考慮してモータ電流指令値を補正した後に、車速を考慮してモータ電流指令値を補正してもよい。
【０１４０】
モータ電流指令値演算ブロック７４は、モータ電流指令値をモータ電流指令値補正ブロック７５に出力する。上述したように、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、抽出した加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐをモータ電流指令値補正ブロック７５へ出力する。
【０１４１】
モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐに応じてモータ電流指令値を補正する。例えば、加速度差Ｐ−Ｐがある所定値以上のときは、モータ電流指令値を大きくする。また、例えば、加速度差Ｐ−Ｐが別のある所定値未満のときは、モータ電流指令値を小さくする。モータ電流指令値を変更することと、アシスト比率を変更することとは等価である。加速度差Ｐ−Ｐに応じてモータ電流指令値を変更する処理の詳細は後述する。
【０１４２】
モータ電流指令値補正ブロック７５は、処理の過程でアシストモードを変更した場合は、変更後のアシストモードを示すデータを操作盤６０に出力する。操作盤６０は、受け取ったデータが示すアシストモードを乗員に報知する。これにより、乗員はアシストモードが変更されたことを認識することができる。
【０１４３】
モータ電流指令値補正ブロック７５は、モータ電流指令値をモータ電流指令値補正ブロック７６に出力する。
【０１４４】
モータ電流指令値補正ブロック７６は、車速に応じてモータ電流指令値を補正する。日本では、車速が所定の値以上（例えば時速１０ｋｍ以上）になると、アシスト比率の上限を下げるよう制限が加えられる。時速１０ｋｍ以上では、車速に比例してアシスト比率の上限は漸減していき、時速２４ｋｍ／ｈ以上ではアシスト比率は１：０、すなわち補助出力はゼロになる。モータ電流指令値補正ブロック７６は、例えば、予め定められた「車速と漸減率との関係を示すテーブル」等を用いて漸減率を決める。モータ電流指令値に漸減率を掛けることで、電動モータ５３により発生するトルクを漸減させる。漸減率変化は、直線的であってもよいし、曲線的であってもよい。
【０１４５】
また、モータ電流指令値補正ブロック７６は、クランク軸５７の回転速度に応じてモータ電流指令値を補正する。例えば、停車寸前の低速走行時では、いつ補助力の発生を止めるかで運転フィーリングが変化する。例えば、ペダル踏力が実質的にゼロであっても、わずかな補助力を継続的に発生させた方が、運転フィーリングが向上する場合がある。この場合は、クランク軸５７の回転速度を参照することで、乗員の運転意思を確認することができる。クランク軸５７が動いている、すなわち乗員がペダルを漕いでいる間は補助力を発生させ、クランク軸５７が停止すると補助力の発生を停止する。これにより、運転フィーリングを向上させることができる。
【０１４６】
モータ電流指令値補正ブロック７６は、モータ電流指令値をモータ駆動回路７９に出力する。モータ駆動回路７９は、モータ電流指令値に応じた電流を電動モータ５３に供給する。
【０１４７】
以上の処理により、演算回路７１は加速度差Ｐ−Ｐに応じたアシスト比率で電動モータ５３を回転させることができる。
【０１４８】
再び図４を参照して、クランク軸５７が１回転する間に、加速度の最大値および最小値はそれぞれ２回現れる。言い換えると、クランク軸５７が半回転する間に、加速度の最大値および最小値はそれぞれ１回現れる。このクランク軸５７が半回転する間の加速度の最大値および最小値を検出することでも、乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する制御を行うことができる。
【０１４９】
クランク軸５７の半回転は、クランク回転センサ４２の出力信号を用いて検出することができる。また、クランク軸５７の半回転は、トルクセンサ４１の出力信号を用いて検出してもよい。例えば、変動するトルクの山が現れてから谷が現れるまでの区間をクランク軸５７の半回転として検出してもよい。また、変動するトルクの谷が現れてから山が現れるまでの区間をクランク軸５７の半回転として検出してもよい。
【０１５０】
この例では、山−谷検出ブロック７２（図２Ａ）は、トルクセンサ４１の出力信号およびクランク回転センサ４２の出力信号の少なくとも一方を用いて、クランク軸５７の半回転を検出する。山−谷検出ブロック７２は、検出したクランク軸５７の半回転を示す情報を加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３へ出力する。
【０１５１】
加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、検出した加速度の大きさを示す値を平均化回路７８から受け取る。加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、クランク軸５７が半回転する間における加速度の最大値と最小値とを抽出する。加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、抽出した加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐを演算し、モータ電流指令値補正ブロック７５へ出力する。モータ電流指令値補正ブロック７５が加速度差Ｐ−Ｐを用いてモータ電流指令値を補正する動作は、上述と同様である。
【０１５２】
クランク軸５７が半回転する間の加速度差Ｐ−Ｐに応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。本発明の実施形態において、変動するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐを求める処理の代わりに、クランク軸５７が半回転する間における加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐを求める処理を行ってもよい。
【０１５３】
次に、加速度差Ｐ−Ｐに応じてアシスト比率を変更する処理の詳細を説明する。上述したように、アシスト比率を変更することとモータ電流指令値を変更することとは等価である。
【０１５４】
図６は、加速度差Ｐ−Ｐに応じてアシストモードを変更する処理を示すフローチャートである。図７は、加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシストモードとの関係を示す図である。アシストモードが変わるとアシスト比率が変わり、同じ大きさのペダル踏力に対して発生させるモータ５３の補助力の大きさは変化する。この例では、自動アシスト切り替えが有効な動作モードにおいて選択可能なアシストモードは、アシストモード１〜Ｎ（Ｎ：２以上の整数）である。これら複数のアシストモードでは、乗員の踏力と電動モータ５３の補助力との関係が互いに異なる。図７に示す例では、アシストモード１、２、３、・・・、Ｎの順に沿って、乗員の踏力に対して発生させる補助力が大きくなっている。また、この例では、加速度差Ｐ−Ｐの値を複数の範囲Ａ１〜ＡＮ（Ｎ：２以上の整数）に分けている。図７に示す例では、範囲Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、ＡＮの順に沿って、加速度差Ｐ−Ｐの値は大きくなっている。制御装置７０は、このような複数のアシストモードと加速度差Ｐ−Ｐの値との関係を示すテーブルを予め記憶している。このようなテーブルは、例えば制御装置７０が備えるメモリ（図示せず）に記憶されている。
【０１５５】
ここでは、電動補助自転車１は、アシストモード２で平坦路を走行中であり、そのときの加速度差Ｐ−Ｐは範囲Ａ２にあるとする。０＜ｄ１＜ｄ２＜ｄ３とすると、範囲Ａ２は、加速度差Ｐ−Ｐがｄ１以上ｄ２未満となる範囲である。範囲Ａ１は、加速度差Ｐ−Ｐが０以上ｄ１未満となる範囲であり、範囲Ａ３は、加速度差Ｐ−Ｐがｄ２以上ｄ３未満となる範囲である。
【０１５６】
ステップＳ１１において、制御装置７０は、自動アシスト切り替えが有効か否かを判定する。制御装置７０は、自動アシスト切り替えが有効である場合にのみ、次のステップＳ１２に進む。ステップＳ１１においてＮｏのときの処理は、乗員がアシストモードを固定している場合を想定している。このような場合には、その意思に反して電動補助自転車１を動作させる必要はない。自動アシスト切り替えが有効か否かは、ハードウェアボタンによって切り替えられてもよいし、例えばソフトウェア処理によって設定されてもよい。後者の例は、電源スイッチ６５の長押しによってアシスト切り替えが禁止されるロックモードであるか否かを判定すればよい。なお、自動アシスト切り替えが有効か否かの判断に代えて、またはその判断に加重して、加速度差Ｐ−Ｐに応じたアシスト比率の変更を許可するか否かの設定を行えるようにしてもよい。当該設定の切り替えも、ハードウェアボタンまたはソフトウェア処理によって実現することができる。
【０１５７】
ステップＳ１２において、山−谷検出ブロック７２は、トルクセンサ４１の出力信号から、変動するトルクの山と谷の部分を抽出する。
【０１５８】
ステップＳ１３において、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値とを抽出する。加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、抽出した加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐを演算する。
【０１５９】
ここでは、電動補助自転車１は、アシストモード２で平坦路を走行中であり、加速度差Ｐ−Ｐは範囲Ａ２にある。ステップＳ１４において、モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ２以上であるか否かを判定する。加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ２未満であるため、処理はステップＳ１６に移る。ステップＳ１６において、モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ１未満であるか否かを判定する。加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ１以上であるため、処理はステップＳ１１に戻り、同じアシストモード２が維持される。
【０１６０】
アシストモード２で平坦路を走行中に、走行路面が平坦路から上り坂に変化して負荷が大きくなった場合、加速度差Ｐ−Ｐは大きくなる。ステップＳ１４において、モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ２以上であるか否かを判定する。モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ２以上であると判定すると、アシストモードを上げる。この例では、アシストモードをモード２からモード３へ変更する。アシストモードがモード２からモード３へ変わるとアシスト比率が変わり、同じ大きさのペダル踏力に対して発生させるモータ５３の補助力が大きくなる。これにより、乗員の踏力に対して発生させる補助力を大きくすることができる。走行時の負荷が大きい場合、人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、加速度差Ｐ−Ｐは大きくなる。加速度差Ｐ−Ｐが大きい場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０１６１】
一方、アシストモード２で平坦路を走行中に、走行路面が平坦路から下り坂に変化して負荷が小さくなった場合、加速度差Ｐ−Ｐは小さくなる。走行時の負荷が小さい場合、人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングにおいて、加速度はあまり減少しない。このため、加速度差Ｐ−Ｐは小さくなる。ステップＳ１４において、モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ２以上であるか否かを判定する。加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ２未満であり、処理はステップＳ１６に移る。ステップＳ１６において、モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ１未満であるか否かを判定する。モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐは値ｄ１未満であると判定すると、アシストモードを下げる。この例では、アシストモードをモード２からモード１へ変更する。アシストモードがモード２からモード１へ変わるとアシスト比率が変わり、同じ大きさのペダル踏力に対して発生させるモータ５３の補助力が小さくなる。これにより、乗員の踏力に対して発生させる補助力を小さくすることができる。下り坂等の負荷が小さいときは、補助力を小さくすることにより、車両の加速度が大きくなりすぎることを抑制することができる。
【０１６２】
本実施形態では、加速度センサ３８を用いて、電動補助自転車１の進行方向の加速度を検出している。加速度センサ３８は、車両の進行方向に沿ったＸ軸の加速度Ｇｘを検出して出力する。加速度センサ３８は、重力の影響を常に受けている。このため、電動補助自転車１が傾斜路を走行しているとき、加速度センサ３８が検出する加速度Ｇｘの値は、車両本体の進行方向の加速度の成分に加えて、傾斜路に沿って下る方向への重力の分力に対応する成分を含む。加速度Ｇｘの値は、車両進行方向の加速度の成分と、重力の成分とが混合された値となっている。このため、加速度Ｇｘの値だけを見ても、加速度Ｇｘの値の変化は、何によるものであるのかの判断は難しい。
【０１６３】
本発明の実施形態では、この混合された値である加速度Ｇｘから、増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度Ｇｘの最大値と最小値とを抽出する。そして、抽出した最大値と最小値との差をとることにより、重力の成分は相殺され、負荷に応じた値である加速度差Ｐ−Ｐが得られる。この負荷に応じた値である加速度差Ｐ−Ｐに応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。これにより、負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０１６４】
図８は、増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐに応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する動作を説明する図である。
【０１６５】
図８（ａ）から図８（ｇ）のそれぞれの横軸は時刻を示している。図８（ａ）の縦軸は、電動補助自転車１が走行する路面の傾斜角を示している。図８（ａ）の実線は路面の傾斜角の変化を示している。図８（ｂ）の縦軸は、車両進行方向における車両速度を示している。図８（ｂ）の破線は車両速度の変化を示している。図８（ｃ）の縦軸は、加速度センサ３８が出力するｘ軸方向の加速度Ｇｘを示している。図８（ｃ）の一点鎖線は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通過させた後の加速度Ｇｘの値を示している。ローパスフィルタは例えば制御装置７０に含まれ得る。
【０１６６】
図８（ｄ）の縦軸は、クランク軸５７に発生するトルクを示している。図８（ｄ）の実線はクランク軸５７に発生するトルクの変化を示している。図８（ｅ）の縦軸は、加速度センサ３８が出力するｘ軸方向の加速度Ｇｘを示している。図８（ｅ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の加速度Ｇｘの変化を示している。図８（ｆ）の縦軸は、目標とする車両加速度を示している。図８（ｆ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の加速度の変化を示している。図８（ｆ）の実線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行った場合の加速度の変化を示している。図８（ｇ）の縦軸は、目標とする車両進行方向における車両速度を示している。図８（ｇ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の車両速度の変化を示している。図８（ｇ）の実線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行った場合の車両速度の変化を示している。
【０１６７】
図８に示す例では、図中の左から右へ向かう方向へ電動補助自転車１は進行する。状態Ｃ１０では、電動補助自転車１は平坦路で停車している。この状態から、乗員はペダル５５を踏み込んで電動補助自転車１を発進させる。発進時は、乗員はペダル５５を強く踏むため、クランク軸５７に発生するトルクは大きくなる。乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動して、トルクおよび加速度Ｇｘは増減を繰り返す。車両速度を増加させている過程では、慣性の法則により、加速度センサ３８は、車両の進行方向とは反対方向の力を受ける。このため、ローパスフィルタを通過させた後の加速度Ｇｘは増加している。
【０１６８】
乗員は、発進時はペダル５５を強く踏むが、車両速度が増加する過程でペダル５５を漕ぐ力を徐々に小さくしていく。状態Ｃ１１において、所望の車両速度に達すると、その車両速度を維持するように、乗員はペダル５５を同じ力で漕ぎ続ける。
【０１６９】
状態Ｃ１２において、電動補助自転車１が走行する路面は平坦路から傾斜路に変化し、電動補助自転車１は傾斜路を上っていく。上述したように、傾斜路を走行しているとき、加速度センサ３８が検出する加速度Ｇｘの値には、車両本体の進行方向の加速度の成分に加えて、傾斜路に沿って下る方向への重力の分力に対応する成分が加わる。このため、平坦路走行時と比べて、登坂時に検出した加速度Ｇｘの値は、全体的に大きな値となる。登坂時においてローパスフィルタを通過させた後の加速度Ｇｘは大きくなる。
【０１７０】
登坂時に加速度センサ３８が検出した加速度Ｇｘの値は、車両進行方向の加速度の成分と、重力の成分とが混合された値となっている。この混合された値である加速度Ｇｘから、増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度Ｇｘの最大値と最小値とを抽出する。そして、抽出した最大値と最小値との差をとることにより、重力の成分は相殺され、負荷に応じた値である加速度差Ｐ−Ｐが得られる。
【０１７１】
図８に示す例では、走行路面が平坦路から傾斜路に変化しても、乗員は平坦路走行時と同じ力でペダル５５を漕ぎ続けている。すなわち、走行路面が平坦路から傾斜路に変化しても、クランク軸５７に発生するトルクの最大値および最小値は一定である。電動補助自転車１が走行する路面が平坦路から傾斜路に変化すると、負荷が大きくなる。このため、図８（ｅ）に示すように、傾斜路での加速度差Ｐ−Ｐは大きくなる。
【０１７２】
制御装置７０（図２Ａ）は、加速度差Ｐ−Ｐが大きくなったことを検出すると、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくする。
【０１７３】
図８（ｅ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の加速度を示している。図８（ｆ）の破線の波形は、図８（ｅ）に示す波形と同じである。図８（ｇ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の車両速度の低下を示している。
【０１７４】
一方、図８（ｆ）の実線は、目標とする加速度を示している。図８（ｇ）の実線は、目標とする速度を示している。目標とする加速度差Ｐ−Ｐになるように、すなわち加速度差Ｐ−Ｐの値が小さくなるように、電動モータに補助力を発生させる。これにより、乗員が平坦路走行時と同じ力でペダル５５を漕ぎ続けても、車両速度の低下を抑制することができる。走行時の負荷の変化に応じた適切な補助力を発生させることにより、乗員は快適に電動補助自転車１を運転することができる。
【０１７５】
なお、状態Ｃ１０から電動補助自転車１を発進させて加速していく過程においても、加速度差Ｐ−Ｐは大きくなる。このような過程においても、図８（ｆ）に実線で示すように、加速度差Ｐ−Ｐの値が小さくなるように電動モータに補助力を発生させてもよい。これにより、車両を発進させて加速していく過程における乗員がペダル５５を漕ぐ力を軽減させることができる。
【０１７６】
図９は、加速度差Ｐ−Ｐに応じて補助力の大きさを変更する動作の別の例を説明する図である。
【０１７７】
図９（ａ）から図９（ｈ）のそれぞれの横軸は時刻を示している。図９（ａ）の縦軸は、電動補助自転車１が走行する路面の傾斜角を示している。図９（ａ）の実線は路面の傾斜角の変化を示している。図９（ｂ）の縦軸は、車両進行方向における車両速度を示している。図９（ｂ）の破線は車両速度の変化を示している。図９（ｃ）の縦軸は、加速度センサ３８が出力するｘ軸方向の加速度Ｇｘを示している。図９（ｃ）の一点鎖線は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通過させた後の加速度Ｇｘの値を示している。ローパスフィルタは例えば制御装置７０に含まれ得る。
【０１７８】
図９（ｄ）の縦軸は、クランク軸５７に発生するトルクを示している。図９（ｄ）の破線はクランク軸５７に発生するトルクの変化を示している。図９（ｅ）の縦軸は、加速度センサ３８が出力するｘ軸方向の加速度Ｇｘを示している。図９（ｅ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の加速度Ｇｘの変化を示している。図９（ｆ）の縦軸は、目標とする車両加速度を示している。図９（ｆ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の加速度の変化を示している。図９（ｆ）の実線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行った場合の加速度の変化を示している。
【０１７９】
図９（ｇ）の縦軸は、目標とする車両進行方向における車両速度を示している。図９（ｇ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の車両速度の変化を示している。図９（ｇ）の実線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行った場合の車両速度の変化を示している。図９（ｈ）の縦軸は、目標とする踏力を示している。図９（ｈ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の踏力の変化を示している。図９（ｈ）の実線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行った場合の踏力の変化を示している。
【０１８０】
図９に示す例では、図中の左から右へ向かう方向へ電動補助自転車１は進行する。状態Ｃ１０から状態Ｃ１２までは、図８で示した状態と同じである。
【０１８１】
図９に示す例では、走行路面が平坦路から傾斜路に変化した後、乗員はペダル５５を漕ぐ力を大きくし、傾斜路において電動補助自転車１は再び速度を上昇させている。状態Ｃ１３でクランク軸５７に発生するトルクは少し大きくなり、状態Ｃ１４でトルクはさらに大きくなっている。乗員がペダル５５を漕ぐ力を大きくすることで車両速度は上昇しているものの、登坂時は負荷が大きくなるため、図９（ｅ）に示すように加速度差Ｐ−Ｐは大きくなる。
【０１８２】
制御装置７０（図２Ａ）は、加速度差Ｐ−Ｐが大きくなったことを検出すると、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくする。
【０１８３】
図９（ｅ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の加速度を示している。図９（ｆ）の破線の波形は、図９（ｅ）に示す波形と同じである。図９（ｇ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の車両速度を示している。図９（ｈ）の破線は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わなかった場合の踏力を示している。
【０１８４】
一方、図９（ｆ）の実線は、目標とする加速度を示している。図９（ｇ）の実線は、目標とする速度を示している。図９（ｈ）の実線は、目標とする踏力を示している。
【０１８５】
目標とする加速度差Ｐ−Ｐになるように、すなわち加速度差Ｐ−Ｐの値が小さくなるように、電動モータに補助力を発生させる。負荷が大きい状態下で加速したいという乗員の意思に沿った適切な補助力を発生させることができる。乗員がペダル５５を漕ぐ力を軽減させることにより、乗員は快適に電動補助自転車１を運転することができる。
【０１８６】
次に、加速度差Ｐ−Ｐに応じてアシスト比率を変更する処理の別の例を説明する。
【０１８７】
図１０は、加速度差Ｐ−Ｐに応じてアシスト比率を変更する処理を示すフローチャートである。図１１は、加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。アシスト比率が変わると、同じ大きさのペダル踏力に対して発生させるモータ５３の補助力の大きさは変化する。加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係は、任意の関数で表される。図１１に示す例では、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係は、非線形関数で表される。加速度差Ｐ−Ｐが大きいほどアシスト比率は大きくなっている。このような関数は、例えば制御装置７０が備えるメモリ（図示せず）に記憶されている。
【０１８８】
ステップＳ２１において、制御装置７０は、自動アシスト切り替えが有効か否かを判定する。制御装置７０は、自動アシスト切り替えが有効である場合にのみ、次のステップＳ２２に進む。
【０１８９】
ステップＳ２２において、山−谷検出ブロック７２は、トルクセンサ４１の出力信号から、変動するトルクの山と谷の部分を抽出する。
【０１９０】
ステップＳ２３において、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値とを抽出する。加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３は、抽出した加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐを演算する。
【０１９１】
ステップＳ２４において、モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係を示す関数を用いて、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３が演算した加速度差Ｐ−Ｐに応じたアシスト比率を決定する。
【０１９２】
走行時の負荷が大きい場合、加速度差Ｐ−Ｐは大きくなる。モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐが大きくなるほどアシスト比率を大きくしていく。加速度差Ｐ−Ｐが大きい場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０１９３】
一方、負荷が小さい場合、加速度差Ｐ−Ｐは小さくなる。モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐが小さくなるほどアシスト比率を小さくしていく。下り坂等の加速度差Ｐ−Ｐが小さい場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくすることで、車両の加速度が大きくなりすぎることを抑制することができる。
【０１９４】
加速度差Ｐ−Ｐの値を複数の範囲に分け、算出した加速度差Ｐ−Ｐの値が属する範囲に応じて、アシスト比率を変更してもよい。図１２は、加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係の別の例を示す図である。図１２に示す例では、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係は、階段状の関数によって表される。アシスト比率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、・・・、Ｒｉの順に沿って、乗員の踏力に対して発生させる補助力が大きくなっている。また、加速度差Ｐ−Ｐの値を複数の範囲Ａ１１〜Ａｉ（ｉ：２以上の整数）に分けている。範囲Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、・・・、Ａｉの順に沿って、加速度差Ｐ−Ｐの値は大きくなっている。モータ電流指令値補正ブロック７５は、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３が演算した加速度差Ｐ−Ｐの値が属する範囲に応じて、アシスト比率を決定する。これにより、負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０１９５】
図１３は、複数のアシストモードごとの加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。図１３に示す例では、複数のアシストモードごとに、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係を表す関数が設定される。
【０１９６】
複数のアシストモードの間で、同じ大きさの加速度差Ｐ−Ｐに対して設定されるアシスト比率は互いに異なっている。同一のアシストモードでは、加速度差Ｐ−Ｐが大きいほどアシスト比率は大きくなっている。
【０１９７】
モータ電流指令値補正ブロック７５は、現在設定されているアシストモードの関数を選択する。そして、選択した関数を用いて、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３が演算した加速度差Ｐ−Ｐに応じたアシスト比率を決定する。これにより、負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０１９８】
図１４は、複数のアシストモードごとの加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係の別の例を示す図である。図１４に示す例では、複数のアシストモードごとに、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係を表す階段状の関数が設定される。
【０１９９】
モータ電流指令値補正ブロック７５は、現在設定されているアシストモードの関数を選択する。そして、選択した関数を用いて、加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３が演算した加速度差Ｐ−Ｐに応じたアシスト比率を決定する。これにより、負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２００】
加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係は、検出した加速度の最小値に応じて変化させてもよい。図１５および図１６は、加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。図１５に示す例では、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係は、非線形関数によって表される。図１６に示す例では、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係は、階段状の関数によって表される。
【０２０１】
加速度差Ｐ−Ｐ演算ブロック７３（図２Ａ）は、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値とを抽出する。図１５および図１６に示す例では、モータ電流指令値補正ブロック７５は、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最小値が小さいほど、加速度差Ｐ−Ｐに対するアシスト比率が大きくなるように関数を変化させる。
【０２０２】
加速度の最小値が小さいときは、負荷が大きいことが想定される。そのため、加速度の最小値が小さいほど、より大きい補助力を発生させる。これにより、負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２０３】
加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係は、クランク軸５７に発生するトルクに応じて変化させてもよい。図１７および図１８は、加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。図１７に示す例では、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係は、非線形関数によって表される。図１８に示す例では、加速度差Ｐ−Ｐとアシスト比率との関係は、階段状の関数によって表される。
【０２０４】
図１７および図１８に示す例では、モータ電流指令値補正ブロック７５は、トルクセンサ４１が検出したトルクが大きいほど、加速度差Ｐ−Ｐに対するアシスト比率が大きくなるように関数を変化させる。
【０２０５】
クランク軸５７に発生するトルクが大きいことは、ペダル５５に加わる乗員の踏力が大きいことを意味する。乗員の踏力が大きいということは、乗員はより大きな加速を求めていると想定される。そのため、トルクが大きいほど、より大きい補助力を発生させる。これにより、乗員の意志に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２０６】
加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係は、検出した加速度の最小値と、クランク軸５７に発生するトルクとの両方に応じて変化させてもよい。図１９および図２０は、加速度差Ｐ−Ｐの大きさと選択されるアシスト比率との関係を示す図である。
【０２０７】
図１９および図２０に示す例では、モータ電流指令値補正ブロック７５は、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最小値が小さいほど、且つ、トルクセンサ４１が検出したトルクが大きいほど、加速度差Ｐ−Ｐに対するアシスト比率が大きくなるように関数を変化させる。
【０２０８】
加速度の最小値が小さく、且つトルクが大きいときは、乗員は負荷が大きい環境下で車両を加速させようとしていると想定される。そのため、加速度の最小値が小さくトルクが大きいときは、大きい補助力を発生させる。これにより、乗員の意志に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２０９】
上記の本発明の実施形態では、変動するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐを求めていたが、本発明はそれに限定されない。変動するトルクの互いに隣接する山と谷の間における車両速度の最大値と最小値との差を求め、その求めた差に応じて、補助力の大きさを変更してもよい。
【０２１０】
次に、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合における電動モータ５３の制御を説明する。
【０２１１】
上述したように、本件出願時点の日本では、電動補助自転車１の車両速度が時速１０ｋｍ以上では、車両速度に比例してアシスト比率の上限は漸減していき、時速２４ｋｍ／ｈ以上では補助力はゼロになる制限が設けられている。図２１から図２７を用いて以下に説明する電動モータ５３の制御は、日本のそのような制限が設けられていない電動補助自転車１における制御である。
【０２１２】
電動補助自転車１において、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きいとき、それに応じて電動モータ５３は高速で回転する。電動モータ５３が高速で回転すると、電動モータ５３から合成機構５８（図２Ｂ）に伝達される回転の速度は大きくなる。上述したように、合成機構５８は乗員がペダル５５に加えた踏力と電動モータ５３が発生した補助力とを合成する機構である。合成機構５８で合成された合力は、駆動スプロケット５９を介してチェーン２８へ伝達される。
【０２１３】
乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度が大きいとき、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。例えば、乗員がペダル５５を漕ぐ動作によりクランク軸５７から合成機構５８に伝達される回転の速度よりも、電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度の方が大きくなった場合は、一方向クラッチ４３（図２Ｂ）の働きにより、クランク軸５７の回転は合成機構５８に伝達されずに、クランク軸５７は空回りする。このため、ペダル５５を漕ぐ足には実質的に負荷がかからず、ペダル５５を漕いでいる感覚が乏しくなる場合がある。
【０２１４】
電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度が大きく且つ乗員がペダル５５に加える踏力が小さい状態では、乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動した加速度の変化は小さくなる。すなわち、上述した加速度の最大値と最小値との差Ｐ−Ｐは小さくなる。本実施形態では、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、車両速度が所定の速度以上、且つ加速度差Ｐ−Ｐが所定の値未満という条件を満たす場合は補助力を小さくする制御を行う。電動モータ５３が発生する補助力が小さくなった分だけ、ペダル５５を漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２１５】
まず、上記の加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行わない電動モータ５３の制御を説明する。図２１は、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合における電動モータ５３の制御を説明する図である。図２１を用いて説明する電動モータ５３の制御では、本実施形態に係る加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行っていない。
【０２１６】
図２１（ａ）から図２１（ｅ）のそれぞれの横軸は時刻を示している。図２１（ａ）の縦軸は、ケイデンスを示している。図２１（ａ）の実線はケイデンスの変化を示している。ケイデンスとは、単位時間当たりのクランク軸５７の回転数を意味する。例えば、ケイデンスは、１分間当たりのクランク軸５７の回転数（ｒｐｍ）である。ケイデンスは、乗員がペダル５５を漕ぐ速さに比例する。図２１（ｂ）の縦軸は、トルクセンサ４１が出力するクランク軸５７に発生するトルクを示している。図２１（ｂ）の実線は、クランク軸５７に発生するトルクの変化を示している。図２１（ｃ）の縦軸は、電動モータ５３が発生する補助力を示している。図２１（ｃ）の実線は、補助力の変化を示している。図２１（ｄ）の縦軸は、加速度センサ３８が出力するｘ軸方向の加速度Ｇｘを示している。図２１（ｄ）の実線は、加速度Ｇｘの変化を示している。図２１（ｅ）の縦軸は、車両進行方向における車両速度を示している。図２１（ｅ）の実線は車両速度の変化を示している。図２１に示す例では、図中の左から右へ向かう方向へ電動補助自転車１は進行する。この例では、電動補助自転車１は平坦路を走行するとする。
【０２１７】
状態Ｃ２０では、電動補助自転車１は平坦路で停車している。この状態から、乗員はペダル５５を踏み込んで電動補助自転車１を発進させる。発進時は、乗員はペダル５５を強く踏むため、クランク軸５７に発生するトルクは大きくなる。乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動して、トルクおよび加速度Ｇｘは増減を繰り返す。
【０２１８】
乗員は、発進時はペダル５５を強く踏むが、車両速度が増加する過程でペダル５５を漕ぐ速さを増加させていくとともに、ペダル５５を漕ぐ力を徐々に小さくしていく。状態Ｃ２１において、所望の車両速度（例えば２０ｋｍ／ｈ以上）となると、乗員は上昇したペダル５５を漕ぐ速さを維持しながら運転を続ける。例えば、ケイデンスが１００ｒｐｍ以上となる速さで乗員はペダル５５を漕ぎ続ける。
【０２１９】
このように乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きいとき、それに応じて電動モータ５３は高速で回転し、上述したようにペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎる場合がある。状態Ｃ２２以降では、ペダル５５を漕ぐ足には小さな負荷しかかからず、クランク軸５７に発生するトルクおよび車両の加速度の変動幅は小さくなっている。ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎると、乗員は違和感を覚えることになる。
【０２２０】
次に、本実施形態に係る加速度差Ｐ−Ｐに応じた電動モータ５３の制御を説明する。図２２は、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合における電動モータ５３の制御を説明する図である。図２３は、加速度差Ｐ−Ｐに応じた電動モータ５３の制御を示すフローチャートである。図２２および図２３を用いて説明する電動モータ５３の制御では、加速度差Ｐ−Ｐに応じた制御を行う。
【０２２１】
図２２（ａ）から図２２（ｅ）のそれぞれの横軸は時刻を示している。図２２（ａ）の縦軸は、ケイデンスを示している。図２２（ａ）の実線はケイデンスの変化を示している。図２２（ｂ）の縦軸は、トルクセンサ４１が出力するクランク軸５７に発生するトルクを示している。図２２（ｂ）の実線は、クランク軸５７に発生するトルクの変化を示している。図２２（ｃ）の縦軸は、電動モータ５３が発生する補助力を示している。図２２（ｃ）の実線は、補助力の変化を示している。図２２（ｄ）の縦軸は、加速度センサ３８が出力するｘ軸方向の加速度Ｇｘを示している。図２２（ｄ）の実線は、加速度Ｇｘの変化を示している。図２２（ｅ）の縦軸は、車両進行方向における車両速度を示している。図２２（ｅ）の実線は車両速度の変化を示している。図２２に示す例では、図中の左から右へ向かう方向へ電動補助自転車１は進行する。この例では、電動補助自転車１は平坦路を走行するとする。
【０２２２】
図２３を用いて電動モータ５３の制御を説明する。ステップＳ３１において、演算回路７１は、自動アシスト切り替えが有効か否かを判定する。演算回路７１は、自動アシスト切り替えが有効である場合にのみ、次のステップＳ３２に進む。
【０２２３】
ステップＳ３２において、演算回路７１は、クランク回転センサ４２の出力信号を用いてケイデンスを演算する。演算回路７１は、演算したケイデンスが所定の回転数以上であるか判定する。例えば、演算回路７１は、演算したケイデンスが１００ｒｐｍ以上であるか判定する。ケイデンスが１００ｒｐｍ未満の場合、ステップＳ３１の処理に戻る。
【０２２４】
ケイデンスが１００ｒｐｍ以上である場合、ステップＳ３３において、演算回路７１は、スピードセンサ３５の出力信号を用いて車両速度を演算する。演算回路７１は、演算した車両速度が所定の速度以上であるか判定する。例えば、演算回路７１は、演算した車両速度が２０ｋｍ／ｈ以上であるか判定する。車両速度が２０ｋｍ／ｈ未満の場合、ステップＳ３１の処理に戻る。
【０２２５】
車両速度が２０ｋｍ／ｈ以上である場合、ステップＳ３４において、演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号を用いて加速度差Ｐ−Ｐを演算する。演算回路７１は、演算した加速度差Ｐ−Ｐが所定の値未満であるか判定する。例えば、演算回路７１は、演算した加速度差Ｐ−Ｐが５０ｍＧ未満であるか判定する。加速度差Ｐ−Ｐが５０ｍＧ以上の場合、ステップＳ３１の処理に戻る。加速度差Ｐ−Ｐが５０ｍＧ未満である場合、演算回路７１は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う（ステップＳ３５）。
【０２２６】
再び図２２を参照して、図２２に示す状態Ｃ２０から状態Ｃ２１までは、図２１で示した状態と同じである。状態Ｃ２０から状態Ｃ２１までは、ステップＳ３２からＳ３４に示す条件の少なくとも１つが満たされず、演算回路７１は、現在設定されているアシストモードに応じた補助力を発生するように電動モータ５３を制御する。
【０２２７】
状態Ｃ２１において、所望の車両速度（例えば２０ｋｍ／ｈ以上）となると、乗員は上昇したペダル５５を漕ぐ速さを維持しながら運転を続ける。例えば、ケイデンスが１００ｒｐｍ以上となる速さで乗員はペダル５５を漕ぎ続ける。このとき、上述したように、車両の加速度の変動幅は小さくなる。すなわち、加速度差Ｐ−Ｐは小さくなる。
【０２２８】
演算回路７１は、ステップＳ３２からＳ３４に示す条件の全てが満たされていると判定した場合、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う（ステップＳ３５）。例えば、演算回路７１は、現在設定されているアシストモードに基づいて演算される補助力よりも小さい補助力を発生するように電動モータ５３を制御する。図２２に示す例では、クランク軸５７に発生するトルクの減少に伴い、現在設定されているアシストモードに応じた補助力は漸減していっているが、車両速度の増加と加速度差Ｐ−Ｐの減少に応じて、そこからさらに補助力を小さくする制御を演算回路７１は行う。例えば、演算回路７１は、現在設定されているアシストモードに応じた補助力の８０％の大きさの補助力を発生するように電動モータ５３を制御する。なお、８０％という値は一例であり、それ以外の値であってもよい。
【０２２９】
このように、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、車両速度が所定の速度以上、且つ加速度差Ｐ−Ｐが所定の値未満という条件を満たす場合は補助力を小さくする制御を行う。電動モータ５３が発生する補助力が小さくなった分だけ、ペダル５５を漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。状態Ｃ２２以降におけるクランク軸５７に発生するトルクおよび車両の加速度の変動幅は、図２１に示す例と比較して図２２に示す例では大きくなっており、これはペダル５５を漕ぐ足に適度な負荷がかかっていることを表している。このように、本実施形態に係る電動モータ５３の制御により、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２３０】
なお、図２３に示すステップＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３４の処理の順番は一例であり、処理の順番は入れ替わってもよいし、それらの処理を並行して行ってもよい。また、上記のケイデンス、車両速度、加速度差Ｐ−Ｐの値は一例であり、それら以外の値であってもよい。
【０２３１】
次に、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合における電動モータ５３の制御の別の例を説明する。
【０２３２】
電動補助自転車１において、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態でペダル５５を漕いでいるときには、電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度が大きくなる。電動モータ５３が高速で回転している状態で乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。本実施形態では、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、車両速度が所定の速度以上、且つ車両の進行方向の加速度が所定の加速度以上という条件を満たす場合は、予め補助力を小さくする。これにより、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２３３】
図２４は、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい場合における電動モータ５３の制御を説明する図である。図２５は、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい場合における電動モータ５３の制御を示すフローチャートである。
【０２３４】
図２４（ａ）から図２４（ｇ）のそれぞれの横軸は時刻を示している。図２４（ａ）の縦軸は、車両進行方向における車両速度を示している。図２４（ａ）の実線は車両速度の変化を示している。図２４（ｂ）の縦軸は、加速度センサ３８が出力するｘ軸方向の加速度Ｇｘを示している。図２４（ｂ）の実線は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通過させた後の加速度Ｇｘの値を示している。ローパスフィルタは例えば制御装置７０に含まれ得る。図２４（ｃ）の縦軸は、ケイデンスを示している。図２４（ｃ）の実線はケイデンスの変化を示している。図２４（ｄ）の縦軸は、トルクセンサ４１が出力するクランク軸５７に発生するトルクを示している。図２４（ｄ）の実線は、クランク軸５７に発生するトルクの変化を示している。図２４（ｅ）の縦軸は、電動モータ５３が発生する補助力を示している。図２４（ｅ）の実線は、補助力の変化を示している。図２４（ｆ）の縦軸は、トルクセンサ４１が出力するクランク軸５７に発生するトルクを示している。図２４（ｆ）の実線は、クランク軸５７に発生するトルクの変化を示している。図２４（ｇ）の縦軸は、電動モータ５３が発生する補助力を示している。図２４（ｇ）の実線は、補助力の変化を示している。図２４に示す例では、図中の左から右へ向かう方向へ電動補助自転車１は進行する。この例では、電動補助自転車１は平坦路を走行するとする。
【０２３５】
図２５を用いて電動モータ５３の制御を説明する。ステップＳ４１において、演算回路７１は、自動アシスト切り替えが有効か否かを判定する。演算回路７１は、自動アシスト切り替えが有効である場合にのみ、次のステップＳ４２に進む。
【０２３６】
ステップＳ４２において、演算回路７１は、クランク回転センサ４２の出力信号を用いてケイデンスを演算する。演算回路７１は、演算したケイデンスが所定の回転数以上であるか判定する。例えば、演算回路７１は、演算したケイデンスが１００ｒｐｍ以上であるか判定する。ケイデンスが１００ｒｐｍ未満の場合、ステップＳ４１の処理に戻る。
【０２３７】
ケイデンスが１００ｒｐｍ以上である場合、ステップＳ４３において、演算回路７１は、スピードセンサ３５の出力信号を用いて車両速度を演算する。演算回路７１は、演算した車両速度が所定の速度以上であるか判定する。例えば、演算回路７１は、演算した車両速度が２０ｋｍ／ｈ以上であるか判定する。車両速度が２０ｋｍ／ｈ未満の場合、ステップＳ４１の処理に戻る。
【０２３８】
車両速度が２０ｋｍ／ｈ以上である場合、ステップＳ４４において、演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号を用いて、車両の進行方向の加速度を演算する。例えば、演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通し、図２４（ｂ）に示すような加速度の値を得る。演算回路７１は、得られた加速度が所定の値以上であるか判定する。例えば、演算回路７１は、加速度が５００ｍＧ以上であるか判定する。加速度が５００ｍＧ未満の場合、ステップＳ４１の処理に戻る。加速度が５０ｍＧ以上である場合、演算回路７１は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う（ステップＳ４５）。
【０２３９】
図２４を参照して、状態Ｃ２０では、電動補助自転車１は平坦路で停車している。この状態から、乗員はペダル５５を踏み込んで電動補助自転車１を発進させる。発進時は、乗員はペダル５５を強く踏むため、クランク軸５７に発生するトルクは大きくなる。乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動して、クランク軸５７に発生するトルクは増減を繰り返す。
【０２４０】
乗員は、車両速度が増加する過程でペダル５５を漕ぐ速さを増加させていくとともに、ペダル５５を漕ぐ力を徐々に小さくしていく。状態Ｃ３１において、車両速度がある程度大きくなると、その車両速度を維持するように、乗員はペダル５５を同じ力で漕ぎ続ける。
【０２４１】
図２４に示す例では、状態Ｃ３２において乗員はペダル５５を漕ぐ力を大きくし、電動補助自転車１は再び速度を上昇させている。乗員は、車両速度が増加する過程でペダル５５を漕ぐ速さを増加させていくとともに、ペダル５５を漕ぐ力を徐々に小さくしていく。状態Ｃ３３において、乗員は、ペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめる。乗員は上昇したペダル５５を漕ぐ速さを維持しながら運転を続ける。
【０２４２】
図２４（ｄ）および図２４（ｅ）は、図２５に示す電動モータ５３の制御を行わない場合においてクランク軸５７に発生するトルクおよび電動モータ５３が発生する補助力を示している。乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態で、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎる場合がある。状態Ｃ３３以降では、ペダル５５を漕ぐ足には小さな負荷しかかからず、クランク軸５７に発生するトルクの変動幅は小さくなっている。ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎると、乗員は違和感を覚えることになる。
【０２４３】
図２４（ｆ）および図２４（ｇ）は、図２５に示す電動モータ５３の制御を行う場合においてクランク軸５７に発生するトルクおよび電動モータ５３が発生する補助力を示している。状態Ｃ３０から状態Ｃ３２までは、ステップＳ４２からＳ４４に示す条件の少なくとも１つが満たされず、演算回路７１は、現在設定されているアシストモードに応じた補助力を発生するように電動モータ５３を制御する。
【０２４４】
状態Ｃ３２において、乗員がペダル５５を漕ぐ力を大きくし、ケイデンス、車両速度および車両の進行方向の加速度は上昇している。演算回路７１は、ステップＳ４２からＳ４４に示す条件の全てが満たされていると判定した場合、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う（ステップＳ４５）。例えば、演算回路７１は、現在設定されているアシストモードに基づいて演算される補助力よりも小さい補助力を発生するように電動モータ５３を制御する。図２４に示す例では、状態Ｃ３２から状態Ｃ３３の間において、車両速度の増加に伴い、現在設定されているアシストモードに応じた補助力は漸減していっているが、そこからさらに補助力を小さくする制御を演算回路７１は行う。
【０２４５】
このように、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、車両速度が所定の速度以上、且つ加速度が所定の加速度以上という条件を満たす場合は補助力を小さくする制御を行う。電動モータ５３が発生する補助力が小さくなった分だけ、ペダル５５を漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。状態Ｃ３３以降におけるクランク軸５７に発生するトルクは、図２４（ｄ）に示す例と比較して図２４（ｆ）に示す例では大きくなっており、これはペダル５５を漕ぐ足に適度な負荷がかかっていることを表している。このように、本実施形態に係る電動モータ５３の制御により、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２４６】
なお、図２５に示すステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４の処理の順番は一例であり、処理の順番は入れ替わってもよいし、それらの処理を並行して行ってもよい。また、上記のケイデンス、車両速度、加速度の値は一例であり、それら以外の値であってもよい。
【０２４７】
次に、図２４および図２５を用いて説明した電動モータ５３の制御の変形例を説明する。図２６は、電動モータ５３の制御の変形例を示すフローチャートである。
【０２４８】
図２６に示すステップＳ４１からＳ４４およびＳ４５の処理は、図２５に示す処理と同じである。図２６に示す制御では、演算回路７１は、ステップＳ４４において加速度が５００ｍＧ以上であると判定すると、ステップＳ４６の処理に進む。ステップＳ４６において、演算回路７１は、５００ｍＧ以上となった加速度が所定値未満に下がったか判定する。例えば、演算回路７１は、５００ｍＧ以上となった加速度が１００ｍＧ未満に下がったか判定する。演算回路７１は、５００ｍＧ以上となった加速度が１００ｍＧ未満にまで下がると、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う（ステップＳ４５）。
【０２４９】
上述したように、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態で、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎ、乗員は違和感を覚えることになる。乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させる割合を小さくしていくと、それに伴って車両の進行方向の加速度も小さくなっていく。すなわち、上昇した加速度が小さくなっていっていることは、その後にペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎる現象が発生し得ることを意味する。演算回路７１は、ステップＳ４１からＳ４４およびＳ４６に示す条件の全てが満たされていると判定した場合、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う。これにより、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２５０】
ステップＳ４１からＳ４４に示す条件の全てが満たされていると判定した場合に、即座に電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行うと、まだまだ加速したいという乗員の意図に反して補助力が低下してしまう場合が起こり得る。図２６に示す例では、演算回路７１は、ステップＳ４１からＳ４４およびＳ４６に示す条件の全てが満たされていると判定した場合に、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う。これにより、加速したいという乗員の意図を反映しつつ、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２５１】
次に、図２４および図２５を用いて説明した電動モータ５３の制御のさらなる変形例を説明する。図２７は、電動モータ５３の制御のさらなる変形例を示すフローチャートである。
【０２５２】
図２７に示すステップＳ４１からＳ４４およびＳ４５の処理は、図２５に示す処理と同じである。図２７に示す制御では、演算回路７１は、ステップＳ４４において加速度が５００ｍＧ以上であると判定すると、ステップＳ４７の処理に進む。ステップＳ４７において、演算回路７１は、ケイデンスが１００ｒｐｍ以上であり、車両速度が２０ｋｍ／ｈ以上であり、且つ加速度が５００ｍＧ以上であることを満たす時間が所定時間以上経過したか判定する。例えば、演算回路７１は、それらの値を満たす時間が２秒以上経過したか判定する。２秒以上経過した後、演算回路７１は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う（ステップＳ４５）。
【０２５３】
上述したように、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく、且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態で、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎ、乗員は違和感を覚える場合がある。一方、ステップＳ４１からＳ４４に示す条件の全てが満たされていると判定した場合に、即座に電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行うと、まだまだ加速したいという乗員の意図に反して補助力が低下してしまう場合が起こり得る。図２７に示す例では、演算回路７１は、ステップＳ４１からＳ４４およびＳ４７に示す条件の全てが満たされていると判定した場合に、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする制御を行う。これにより、加速したいという乗員の意図を反映しつつ、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２５４】
なお、図２６、図２７に示すステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４の処理の順番は一例であり、処理の順番は入れ替わってもよいし、それらの処理を並行して行ってもよい。また、上記のケイデンス、車両速度、加速度、時間の値は一例であり、それら以外の値であってもよい。
【０２５５】
上記の説明では、電動補助自転車として二輪の電動補助自転車を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電動補助自転車は三輪以上の電動補助自転車であってもよい。
【０２５６】
また、上記の説明では、乗員がペダルを踏んで発生させる人力および電動モータが発生させる補助力が伝達される駆動輪は後輪であったが、本発明はこれに限定されない。電動補助自転車の形態に応じて、それら人力および補助力は前輪に伝達されてもよいし、前輪および後輪の両方に伝達されてもよい。
【０２５７】
以上、本発明の例示的な実施形態を説明した。
【０２５８】
上述したように、本発明の実施形態に係る電動補助車両１用の電動補助システム５１は、ペダル５５に加えられた乗員の人力により回転するクランク軸５７と、乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータ５３と、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを制御する制御装置７０と、電動補助車両１の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサ３８とを備える。制御装置７０は、乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。
【０２５９】
乗員が足でペダル５５を漕ぐという自転車の構造上、乗員がペダル５５を漕いでいるときのクランク軸５７の回転角に応じて、ペダル５５に加わる乗員の人力の大きさは変化する。そのため、乗員がペダル５５を漕いでいるときのクランク軸５７の回転角に応じて、電動補助自転車１の進行方向の加速度は変化する。乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動して変化する加速度に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２６０】
ある実施形態において、電動補助システム５１は、クランク軸５７に発生するトルクに応じた信号を出力するトルクセンサ４１をさらに備える。ペダル５５に加えられた乗員の人力によりクランク軸５７に発生するトルクは、クランク軸５７の回転に応じて変化する。制御装置７０は、トルクの変化に連動した加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。
【０２６１】
乗員がペダル５５を漕いでいるときのクランク軸５７の回転角に応じて、ペダル５５に加わる乗員の人力の大きさは変化する。ペダル５５に加わる乗員の人力の変化は、クランク軸５７に発生するトルクの変化として現れる。クランク軸５７に発生するトルクの変化に応じて、電動補助自転車１の進行方向の加速度は変化する。このトルクの変化に連動して変化する加速度に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２６２】
ある実施形態において、ペダル５５に加えられた乗員の人力によりクランク軸５７に発生するトルクの大きさは、クランク軸５７の回転に応じて増減する。制御装置７０は、増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力を変更する。
【０２６３】
走行時の負荷が大きい場合、ペダル５５に加わる人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化は大きくなる。一方、走行時の負荷が小さい場合、ペダル５５に加わる人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングにおいて、加速度はあまり減少しない。このため、トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化は小さくなる。トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力を変更することで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２６４】
ある実施形態において、ペダル５５に加えられた乗員の人力によりクランク軸５７に発生するトルクの大きさは、クランク軸５７の回転に応じて増減する。制御装置７０は、増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差を求める。制御装置７０は、加速度の最大値と最小値との差に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。
【０２６５】
トルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の最大値と最小値との差に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２６６】
ある実施形態において、制御装置７０は、増減するトルクの互いに隣接する山と谷の間における加速度の変化が大きいほど、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくする。
【０２６７】
走行時の負荷が大きい場合、ペダル５５に加わる人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、クランク軸５７が半回転する間の加速度の変化は大きくなる。クランク軸５７が半回転する間の加速度の変化が大きい場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２６８】
ある実施形態において、電動補助システム５１は、クランク軸５７の回転の検出に用いるセンサ４２をさらに備える。制御装置７０は、クランク軸５７が半回転する間の加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。
【０２６９】
乗員が足でペダル５５を漕ぐとき、クランク軸５７が半回転する間に、ペダル５５に加わる乗員の人力の大きさは変化する。このペダル５５に加わる人力の大きさが変化することに応じて、電動補助自転車１の進行方向の加速度は変化する。このクランク軸５７が半回転する間の加速度の変化に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２７０】
ある実施形態において、制御装置７０は、クランク軸５７が半回転する間の加速度の最大値と最小値との差を求める。制御装置７０は、加速度の最大値と最小値との差に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。
【０２７１】
クランク軸５７が半回転する間の加速度の最大値と最小値との差に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２７２】
ある実施形態において、クランク軸５７の回転の検出に用いるセンサは、クランク軸５７に発生するトルクを検出するトルクセンサ４１であり得る。制御装置７０は、トルクの変化に基づいてクランク軸５７の回転を検出する。
【０２７３】
ペダル５５に加えられた乗員の人力によりクランク軸５７にはトルクが発生する。クランク軸５７に発生するトルクの大きさは、クランク軸５７の回転角に応じて変化する。このことから、トルクの大きさの変化からクランク軸５７の回転を検出することができる。トルクセンサ４１を用いてクランク軸５７の回転を検出し、クランク軸５７が半回転する間の加速度の変化に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２７４】
ある実施形態において、クランク軸５７の回転の検出に用いるセンサは、回転センサ４２であってもよい。
【０２７５】
回転センサ４２を用いてクランク軸５７の回転を検出し、クランク軸５７が半回転する間の加速度の変化に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２７６】
ある実施形態において、制御装置７０は、加速度の最大値と最小値との差が第１所定値以上の場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくする。
【０２７７】
走行時の負荷が大きい場合、ペダル５５に加わる人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、加速度の最大値と最小値の差は大きくなる。加速度の最大値と最小値の差が大きい場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２７８】
ある実施形態において、制御装置７０は、加速度の最大値と最小値との差が第２所定値未満の場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする。
【０２７９】
走行時の負荷が小さい場合、ペダル５５に加わる人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングにおいて、加速度はあまり減少しない。このため、加速度の最大値と最小値の差は小さくなる。加速度の最大値と最小値の差が小さい場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくすることで、小さい負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２８０】
ある実施形態において、制御装置７０は、加速度の最大値と最小値との差を複数の範囲に分けたテーブルを予め記憶している。制御装置７０は、複数の範囲のうちの、加速度センサ３８を用いて求めた加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力を変更する。
【０２８１】
加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて補助力の大きさを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２８２】
ある実施形態において、上記の複数の範囲は、第１の範囲と、第１の範囲よりも大きい差の値の範囲である第２の範囲とを含む。制御装置７０は、差が第２の範囲内の場合は、第１の範囲内の場合よりも電動モータ５３に発生させる補助力を大きくする。
【０２８３】
走行時の負荷が大きい場合、ペダル５５に加わる人力によりクランク軸５７に発生するトルクが小さくなるタイミングでは、加速度は大きく減少する。このため、加速度の最大値と最小値の差は大きくなる。加速度の最大値と最小値の差が大きい場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を大きくすることで、大きな負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２８４】
ある実施形態において、制御装置７０は、乗員の人力と補助力との関係が互いに異なる複数のアシストモードと、加速度の最大値と最小値との差を複数の範囲に分けたテーブルとを予め記憶している。制御装置７０は、複数の範囲のうちの、加速度センサ３８を用いて求めた加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じて、アシストモードを変更する。
【０２８５】
加速度の最大値と最小値との差が属する範囲に応じてアシストモードを変更することで、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２８６】
ある実施形態において、上記の複数の範囲は、第１の範囲と、第１の範囲よりも大きい差の値の範囲である第２の範囲とを含む。複数のアシストモードは、第１のアシストモードと、乗員の人力に対する補助力が第１のアシストモードよりも大きくなる第２のアシストモードとを含む。制御装置７０は、加速度センサ３８を用いて求めた加速度の最大値と最小値との差が第１の範囲内にある場合は、第１のアシストモードに応じて電動モータ５３に補助力を発生させる。制御装置７０は、加速度センサ３８を用いて求めた加速度の最大値と最小値との差が第２の範囲内にある場合は、第２のアシストモードに応じて電動モータ５３に補助力を発生させる。
【０２８７】
加速度の最大値と最小値の差が大きい場合は、乗員の人力に対する補助力が大きくなるアシストモードで電動モータ５３を制御することで、負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２８８】
ある実施形態において、電動補助システム５１は、クランク軸５７の回転の検出に用いるセンサ４２と、電動補助車両１の走行速度の検出に用いるセンサ３５とをさらに備える。制御装置７０は、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上であり、電動補助車両１の走行速度が所定の速度以上であり、且つ、加速度の最大値と最小値との差が所定の値未満である、という条件が満たされているか否かを判定する。制御装置７０は、そのような条件が満たされていると判定した場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする。
【０２８９】
電動補助自転車１において、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく且つ車両速度が大きい場合、電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度が大きくなり、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。電動モータ５３が高速で回転し且つ乗員がペダル５５に加える踏力が小さい状態では、加速度の最大値と最小値との差は小さくなる。クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度の最大値と最小値との差が所定の値未満という条件を満たす場合は補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダル５５を漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２９０】
ある実施形態において、電動補助システム５１は、クランク軸５７の回転の検出に用いるセンサ４２と、電動補助車両１の走行速度の検出に用いるセンサ３５とをさらに備える。制御装置７０は、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上であり、電動補助車両１の走行速度が所定の速度以上であり、且つ、加速度が所定の加速度以上である、という条件が満たされているか否かを判定する。制御装置７０は、そのような条件が満たされていると判定した場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする。
【０２９１】
電動補助自転車１において、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態でペダル５５を漕いでいるときには、電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度が大きくなる。電動モータ５３が高速で回転している状態で乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度が所定の加速度以上という条件を満たす場合は、予め補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダル５５を漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２９２】
ある実施形態において、電動補助システム５１は、クランク軸５７の回転の検出に用いるセンサ４２と、電動補助車両１の走行速度の検出に用いるセンサ３５とをさらに備える。制御装置７０は、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上であり、電動補助車両１の走行速度が所定の速度以上であり、且つ加速度が第１所定値以上となった後に第１所定値よりも小さい第２所定値未満になる、という条件が満たされているか否かを判定する。制御装置７０は、そのような条件が満たされていると判定した場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする。
【０２９３】
電動補助自転車１において、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態でペダル５５を漕いでいるときには、電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度が大きくなる。電動モータ５３が高速で回転している状態で乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させる割合を小さくしていくと、それに伴って車両の進行方向の加速度も小さくなっていく。すなわち、上昇した加速度が小さくなっていっていることは、その後にペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎる現象が発生し得ることを意味する。クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度が第１所定値以上となった後に第２所定値未満になるという条件を満たす場合は補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダル５５を漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２９４】
ある実施形態において、電動補助システム５１は、クランク軸５７の回転の検出に用いるセンサ４２と、電動補助車両１の走行速度の検出に用いるセンサ３５とをさらに備える。制御装置７０は、クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上であり、電動補助車両１の走行速度が所定の速度以上であり、且つ、加速度が所定の加速度以上であることを満たす時間が所定時間以上経過した、という条件が満たされているか否かを判定する。制御装置７０は、そのような条件が満たされていると判定した場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を小さくする。
【０２９５】
電動補助自転車１において、乗員がペダル５５を漕ぐ速さが大きく、車両速度が大きく且つ車両の進行方向の加速度が大きい状態でペダル５５を漕いでいるときには、電動モータ５３から合成機構５８に伝達される回転の速度が大きくなる。電動モータ５３が高速で回転している状態で乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめると、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎて、乗員は違和感を覚える場合がある。クランク軸５７の回転数が所定の回転数以上、走行速度が所定の速度以上、且つ加速度が所定の加速度以上であることを満たす時間が所定時間以上経過した場合は、補助力を小さくする。補助力が小さくなった分だけ、ペダル５５を漕ぐ乗員の足にかかる負荷は大きくなる。これにより、乗員がペダル５５を漕ぐ速さを増加させるのをやめたときに足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２９６】
ある実施形態において、電動補助車両１は、乗員の人力と補助力との関係が互いに異なる複数のアシストモードを設定可能である。制御装置７０は、上記の条件が満たされていると判定した場合は、現在設定されているアシストモードに基づいて演算される補助力よりも小さい補助力を発生するように電動モータ５３を制御する。
【０２９７】
上記の条件が満たされていると判定した場合は、電動モータ５３に発生させる補助力を通常の制御時よりも小さくする。これにより、ペダル５５を漕ぐ足にかかる負荷が小さくなりすぎることを抑制し、乗員の違和感を低減させることができる。
【０２９８】
本発明の実施形態に係る電動補助車両１は、上記の電動補助システム５１を備える。本発明の実施形態に係る電動補助システム５１を備える電動補助車両１は、走行時の負荷に応じた適切な補助力を発生させることができる。
【０２９９】
以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は、本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。また、上述の実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施形態も可能である。本発明は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、改変、置き換え、付加および省略などが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０３００】
本発明は、加速度センサを有し、人力に補助力を加えて駆動される車両に特に有用である。
【符号の説明】
【０３０１】
１：電動補助自転車（電動補助車両）、  ５：ダウンチューブ、  ６：ブラケット、  ７：チェーンステイ、  ８：ブレーキ、  ９：ブレーキ、  １１：車体フレーム、  １２：ヘッドパイプ、  １３：ハンドルステム、  １４：ハンドル、  １５：フロントフォーク、  １６：シートチューブ、  １７：サドルパイプ、  １８：フェンダー、  １９：シートステイ、  ２１：前かご、  ２２：ヘッドランプ、  ２３：テールランプ、  ２４：荷台、  ２５：前輪、  ２６：後輪、  ２７：サドル、  ２８：チェーン、  ２９：スタンド、  ３１：動力伝達機構、  ３５：スピードセンサ、  ３８：加速度センサ、  ４１：トルクセンサ、  ４２：クランク回転センサ、  ４６：モータ回転センサ、  ５１：駆動ユニット（電動補助システム）、  ５３：電動モータ、  ５４：クランクアーム、  ５５：ペダル、  ５６：バッテリ、  ５７：クランク軸、  ６０：操作盤、  ６１：表示パネル、  ６２：アシストモード操作スイッチ、  ６３：スピーカ、  ６４：ランプ、  ６５：電源スイッチ、  ７０：制御装置、  ７８：平均化回路、  ７９：モータ駆動回路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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