(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクペダル（３５）による踏力をアシストする電動モータ（２８）が車体（Ｂ）に搭載される電動補助自転車において、
車体（Ｂ）を人が押し歩くときに操作する押し歩きスイッチ（１１０）と、路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段（１１２）と、車体（Ｂ）の積載荷重を検出する荷重検出手段（１１１1 ，１１１2 ）と、前記押し歩きスイッチ（１１０）の操作時に前記傾斜角検出手段（１１２）および前記荷重検出手段（１１１1 ，１１１2 ）の両方の検出値に基づいて電動モータ（２８）によるアシスト動力を制御するコントローラ（４２）とを備えることを特徴とする電動補助自転車。
【請求項２】
前記荷重検出手段（１１１1 ，１１１2 ）がフロントバスケット（４４）およびリヤキャリア（３４）にそれぞれ設けられることを特徴とする、請求項１記載の電動補助自転車。
【請求項３】
前記コントローラ（４２）は、車速が設定値以上であるときに電動モータ（２８）による動力アシストを停止することを特徴とする、請求項１または２記載の電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクペダルによる踏力をアシストする電動モータが車体に搭載される電動補助自転車に関し、特に、車体を人が押して歩くときの電動モータの制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車体を押して歩くときに、電動モータが発揮するアシスト動力を歩行速度よりやや遅い押し歩き速度となるように制御するようにしたものが、特開平４−３５８９８８号公報で既に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のものでは、車速が一定値以上の押し歩き時に電動モータによるアシスト動力が得られる構成となっている。このため、上り坂の傾斜が大きい場合や、積載荷重が大きくて車体が重たい場合等では、人による押し力が比較的大きくなるまで、車速が前記一定値に達しないことがあり、力のない人では押し歩きのアシスト動力が得られるまでに時間がかかってしまう。また段差を乗り越えるようなときには、車速が前記一定値に達しないのでアシスト動力が得られない。さらに人によっては、ゆっくりと走る程度に車体を押したい場合があるが、上記従来のもののように、アシスト動力を歩行速度よりやや遅い押し歩き速度となるように制御するものでは、アシスト動力が得られないことになる。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、車体の押し歩き時にどのような人がどのように押しても、速やかにかつ押し力に応じたアシスト動力が得られるようにした電動補助自転車を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、クランクペダルによる踏力をアシストする電動モータが車体に搭載される電動補助自転車において、車体を人が押し歩くときに操作する押し歩きスイッチと、路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、車体の積載荷重を検出する荷重検出手段と、前記押し歩きスイッチの操作時に前記傾斜角検出手段および前記荷重検出手段の両方の検出値に基づいて電動モータによるアシスト動力を制御するコントローラとを備えることを特徴とする。
【０００６】
このような請求項１の発明の構成によれば、押し歩きスイッチを操作した押し歩き時には、路面の傾斜角および積載荷重に応じて電動モータによるアシスト動力が制御されるので、上り坂の傾斜が大きい場合や、積載荷重が大きくて車体が重たい場合等に力のない人が車体を押しても、必要なアシスト動力を速やかに得ることが可能であり、どのように車体を押していてもアシスト動力を得ることができる。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記荷重検出手段がフロントバスケットおよびリヤキャリアにそれぞれ設けられることを特徴とする。
【０００８】
さらに請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明の構成に加えて、前記コントローラは、車速が設定値以上であるときに電動モータによる動力アシストを停止することを特徴とし、このような構成によれば、押し歩き時に必要以上に車速が増大することが防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した参考例および本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１ないし図１１は第１参考例を示すものであり、図１は電動補助自転車の側面図、図２はパワーユニットの模式構造図、図３はコントローラの構成を示す図、図４は押し力検出手段の構成を示すための図１の４部拡大断面図、図５はペダル操作判断手段および乗車走行時モータ駆動制御手段での処理を示すフローチャート、図６は押し歩き時モータ駆動制御手段での処理を示すフローチャート、図７はバッテリ偏差電圧対応の係数を示す図、図８は押し力検出値変化量対応の係数を示す図、図９は押し力に応じたデューティ比を示す図、図１０は車速、アシストトルク、デューティ比および走行抵抗の関係を示す図、図１１は押し力に応じた目標車速を示す図である。
【００１１】
先ず図１において、この電動補助自転車の車体Ｂは、側面視で略Ｕ字状をなして前輪ＷF および後輪ＷR 間に配置される前部フレーム２１と、後輪ＷR を支持する後部フレーム２２とを備える。前部フレーム２１は、前輪ＷF を懸架するフロントフォーク２３を操向可能に支持するヘッドパイプ２１ａと、該ヘッドパイプ２１ａから後方側下向きに傾斜して延びるメインフレーム部２１ｂと、下方に向けて膨らむようにして前記メインフレーム部２１ｂの後端に連なる彎曲部２１ｃと、該彎曲部２１ｃから上方に向って延びるシートフレーム部２１ｄとが一体に連設されて成り、フロントフォーク２３の上端にバーハンドル２４が設けられる。
【００１２】
また前部フレーム２１におけるシートフレーム部２１ｄには、上端にシート２５を備えるシートポスト２６が、シート２５の上下位置を調整可能として装着されており、前部フレーム２１の下部には、電動モータ２８を有するパワーユニット２９が支持される。
【００１３】
後部フレーム２２は、パワーユニット２９の後部上方で前部フレーム２１における彎曲部２１ｃの上端部から後下がりに延びるとともにパワーユニット２９の後方では略水平に延出される左、右一対のリヤフォーク３０…と、前部フレーム２１におけるシートフレーム部２１ｄの上端部および両リヤフォーク３０…間に設けられる左、右一対のステー３１…とを備え、両リヤフォーク３０…間に後輪ＷR が軸支される。またシート２５の後方側にはリヤキャリア３４が配置されており、該リヤキャリア３４は、前記ステー３１…の上端から後方に延びる支持部材３２…と、前記ステー３１…の下端から上方に延びる支持部材３３…とで固定的に支持される。
【００１４】
両端にクランクペダル３５，３５をそれぞれ有するクランク軸３６がパワーユニット２９のケーシング３７で回転自在に支承され、該クランク軸３６から動力を伝達可能であるとともに前記電動モータ２８からのアシスト力をも作用させ得る駆動スプロケット３８と、後輪ＷR の車軸に設けられた被動スプロケット３９とに、チェーンケース４１で覆われるようにして無端状のチェーン４０が巻掛けられる。
【００１５】
電動モータ２８の作動は、パワーユニット２９の前方側で前部フレーム２１の下部に固定的に支持されたコントローラ４２で制御される。
【００１６】
ヘッドパイプ２１ａにはブラケット４３を介してフロントバスケット４４が取付けられる。しかも該フロントバスケット４４の背面部に配置されるバッテリ収納ケース４５も前記ブラケット４３に取付けられており、電動モータ２８に電力を供給するためのバッテリ４６がバッテリ収納ケース４５に挿脱可能に収納される。
【００１７】
ところで、前部フレーム２１の大部分はカバー４７で覆われており、該カバー４７の上部に、バッテリ４６からコントローラ４２および電動モータ２８に電力を供給するためのメインスイッチ４８が配設される。しかもカバー４７は、前部フレーム２１を上方側から覆う上部カバー４７ａと、前部フレーム２１を下方側から覆う下部カバー４７ｂとが相互に結合されて成るものであり、上部カバー４７ａの上部に、メインスイッチ４８を臨ませる開口部（図示せず）が設けられている。
【００１８】
図２において、クランク軸３６の右端部はケーシング３７で回転自在に支持されている回転筒体５０の内周に回転自在に支承されており、クランク軸３６の左端部はケーシング３７に回転自在に支承される。前記回転筒体５０には、チェーン４０が巻掛けられる駆動スプロケット３８が結合される。
【００１９】
クランクペダル３５，３５によってクランク軸３６に入力される踏力は、動力伝達手段５１を介して駆動スプロケット３８に伝達される。またケーシング３７には、電動モータ２８が取付けられており、この電動モータ２８の出力は、クランクペダル３５，３５による踏力をアシストすべく減速ギヤ列５２を介して駆動スプロケット３８に伝達される。
【００２０】
動力伝達手段５１は、クランク軸３６に連結されるトーションバー５３と、回転筒体５０およびトーションバー５３間に設けられる第１一方向クラッチ５４とで構成される。
【００２１】
クランク軸３６には、その軸線に沿って延びるスリット５５が設けられており、該スリット５５に装着されたトーションバー５３の一端に設けられた腕部５３ａがクランク軸３６に相対回転不能に結合される。またトーションバー５３の他端に設けられた腕部５３ｂが、スリット５５の左右内壁面との間に隙間を形成してスリット５５に遊嵌されており、トーションバー５３は、腕部５３ｂが前記隙間分だけ遊動する範囲で捩れ変形することができる。
【００２２】
第１一方向クラッチ５４は、前記トーションバー５３の他端の腕部５３ｂと、回転筒体５０の間に設けられるものであり、クランクペダル３５，３５を踏んでクランク軸３６を正転させると、クランク軸３６のトルクがトーションバー５３、第１一方向クラッチ５４および回転筒体５０を介して駆動スプロケット３８に伝達されるが、クランクペダル３５，３５を踏んでクランク軸３６を逆転させたときには、第１一方向クラッチ５４がスリップしてクランク軸３６の逆転が許容される。
【００２３】
クランクペダル３５，３５からクランク軸３６に入力されるトルクはトルク検出手段５６で検出されるものであり、該トルク検出手段５６は、入力トルクに応じたトーションバー５３の捩れをクランク軸３６の軸方向に沿う変位に変換するトルク−変位変換機構５７と、前記変位に応じた電気信号を出力するストロークセンサ５８とを備え、トルク−変位変換機構５７は、相対回転不能かつ軸方向相対移動可能としてクランク軸３６の外周に支持されたスライダ５９を備え、該スライダ５９に設けられた凸状のカム面５９ａを、第１一方向クラッチ５４におけるクラッチ内輪に設けられている凹状のカム面６０に係合させることにより構成される。
【００２４】
またクランク軸３６の回転数を検出するためにクランク軸３６の外周には歯部６１が設けられており、この歯部６１に対向してクランク軸回転センサ６２がケーシング３７内に固定的に配設される。而して該クランク軸回転センサ６２は、歯部６１を光学的もしくは磁気的に検出して検出パルスを出力するように構成される。
【００２５】
電動モータ２８の動力を駆動スプロケット３８に伝達するための減速ギヤ列５２は、電動モータ２８のモータ軸６３に固着された駆動ギヤ６４と、ケーシング３７で回転自在に支持されている第１アイドル軸６５の一端に固着されて前記駆動ギヤ６４に噛合される第１中間ギヤ６６と、第１アイドル軸６５に一体に設けられる第２中間ギヤ６７と、第２中間ギヤ６７に噛合される第３中間ギヤ６８と、第３中間ギヤ６８と同軸に配置されてケーシング３７に回転自在に支承される第２アイドル軸６９と、第３中間ギヤ６８および第２アイドル軸６９間に設けられる第２一方向クラッチ７０と、第２アイドル軸６９に一体に設けられる第４中間ギヤ７１と、駆動スプロケット３８が結合されている回転筒体５０に一体に設けられるとともに第４中間ギヤ７１に噛合される被動ギヤ７２とを備える。
【００２６】
電動モータ２８は、そのモータ軸６３をクランク軸３６と平行にしてケーシング３７に取付けられるものであり、第１および第２アイドル軸６５，６９は、クランク軸３６およびモータ軸６３と平行な軸線を有してケーシング３７に回転自在に支承される。
【００２７】
このような減速ギヤ列５２では、電動モータ２８の作動に伴なうトルクが減速されて駆動スプロケット３８に伝達されるが、電動モータ２８の作動が停止したときには、第２一方向クラッチ７０の働きにより第２アイドル軸６９の空転が許容され、クランクペダル３５，３５の踏力による駆動スプロケット３８の回転が妨げられることはない。
【００２８】
図３において、電動モータ２８の作動はコントローラ４２で制御されるものであり、該コントローラ４２は、クランク軸回転センサ６２、トルク検出手段５６および押し力検出手段７４1 の検出値に基づいて電動モータ２８の作動を制御する。
【００２９】
押し力検出手段７４1 は、車体Ｂを人が押し歩くときの押し力を連続的に検出するものであり、図１で示すように、シート２５の下方でシートポスト２６に取付けられる。
【００３０】
図４において、押し力検出手段７４1 は、車体Ｂを人が押し歩くときに左、右いずれか一方の手で押すためのレバー７５と、手で押す方向とは逆方向にレバー７５を付勢するばね７６と、該ばね７６のばね力に抗して前記レバー７５が作動するときのストロークを検出するストロークセンサ７７とを備える。シート２５の下方でシートポスト２６に設けられたブラケット７８には、車体Ｂの前後方向に沿う軸線を有する支持筒７９が固着される。一方、レバー７５の前端には半径方向外方に張出した鍔部７５ａが一体に設けられており、該鍔部７５ａが支持筒７９に摺動可能に嵌合され、レバー７５を後方側に付勢するばね７６が支持筒７９内に収納される。しかも支持筒７９の後端にはレバー７５ａの前端の鍔部７５ａに係合して該レバー７５の後退限を規制する規制鍔部７９ａが設けられており、後退限位置に在るレバー７５の後端がシート２５の後端位置よりも距離Ｌだけ前方位置に在るように設定される。これは、リヤキャリア３４上に搭載された荷物でレバー７５が不所望に押されることがないようにするためである。
【００３１】
ストロークセンサ７７は、支持筒７９に隣接してブラケット７８に取付けられており、このストロークセンサ７７の検出子７７ａには、レバー７５に設けられている押圧部７５ｂが接触せしめられる。而してストロークセンサ７７としては、抵抗体を用いたポテンショや、導電性ゴムが変形するときの抵抗値変化によるもの等が用いられる。
【００３２】
このような押し力検出手段７４1 によれば、レバー７５を押す力に応じた該レバー７５のストロークをストロークセンサ７７で検出して出力することができ、ストロークセンサ７７の検出値がコントローラ４２に入力される。
【００３３】
再び図３において、コントローラ４２は、ペダル操作判断手段８０と、乗車走行時モータ駆動制御手段８１と、リレー駆動手段８２と、押し歩き時モータ駆動制御手段８３と、モータ駆動制限手段８４と、第１切換手段８５と、第２切換手段８６と、リレースイッチ８７ａを備えるリレー８７と、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）８８とを備える。
【００３４】
バッテリ４６のプラス側端子は、メインスイッチ４８およびリレースイッチ８７ａを介して電動モータ２８のプラス側に接続されており、電動モータ２８のマイナス側はＦＥＴ８８を介して接地される。而してメインスイッチ４８およびリレースイッチ８７ａの導通状態で、かつＦＥＴ８８のスイッチング動作が制御されることにより、電動モータ２８の作動が制御されることになる。
【００３５】
第１および第２切換手段８５は、リレー駆動手段８２の出力により切換作動するものであり、第１切換手段８５は、リレー駆動手段８２の出力がローレベルであるときに乗車走行時モータ駆動制御手段８１の出力をリレー８７に導く第１の状態（図３の実線で示す状態）と、リレー駆動手段８２の出力がハイレベルであるときに該リレー駆動手段８２の出力をリレー８７に導く第２の状態（図３の破線で示す状態）とを切換可能であり、また第２切換手段８６は、リレー駆動手段８２の出力がローレベルであるときにモータ駆動制限手段８４の出力をＦＥＴ８８のゲートに導く第１の状態（図３の実線で示す状態）と、リレー駆動手段８２の出力がハイレベルであるときに押し歩き時モータ駆動制御手段８３の出力をＦＥＴ８８のゲートに導く第２の状態（図３の破線で示す状態）とを切換可能である。
【００３６】
リレー駆動手段８２は、押し力検出手段７４1 の検出値をリレー８７を駆動するのに充分な値まで増幅するものであり、シート２５上に人が乗車した状態での走行時あるいは自転車の停止時には、押し力検出手段７４1 で押し力が検出されていないことにより第１および第２切換手段８５，８６は第１の状態となっており、人が車体Ｂを押し歩くことにより押し力検出手段７４1 で押し力が検出されると第１および第２切換手段８５，８６が第２の状態に切換わることになる。
【００３７】
モータ駆動制限手段８４は、ＦＥＴ８８のスイッチング作動を制御すべく乗車走行時モータ駆動制御手段８１から出力されるモータ駆動信号をトルク検出手段５６の検出値に応じて制限するものであり、トルク検出手段５６の検出値が所定値以下であるときは、乗車走行時モータ駆動制御手段８１から出力されるモータ駆動信号にかかわらずＦＥＴ８８を遮断する信号がモータ駆動制限手段８４から出力される。
【００３８】
ペダル操作判断手段８０は、トルク検出手段５６の検出値に基づいてクランクペダル３５の踏込み操作がなされたか否かを判断し、クランクペダル３５の踏込み操作がなされたと判断したときにはアシスト許可指令信号を乗車走行時モータ駆動制御手段８１に与えることになる。また乗車走行時モータ駆動制御手段８１は、ペダル操作判断手段８０からアシスト許可指令信号が入力されたときにクランク軸回転センサ６２およびトルク検出手段５６の検出値、ならびにバッテリ４６の電圧に基づいて電動モータの作動を制御してアシスト動力を得るためのモータ駆動信号を出力するとともに、アシスト動力を得るときにリレースイッチ８７ａを導通せしめるべくリレー８７に与えるリレー駆動信号を出力するものである。さらに押し歩き時モータ駆動制御手段８３は、クランク軸回転センサ６２および押し力検出手段７４1 の検出値に基づき、車体Ｂを押し歩くときにアシスト動力を得るべく電動モータ２８の作動を制御するためのモータ駆動信号を出力するものである。
【００３９】
このようなペダル操作判断手段８０、乗車走行時モータ駆動制御手段８１および押し歩き時モータ駆動制御手段８３は、マイクロコンピュータで構成されるものであり、図５および図６で示すフローチャートに従う処理が実行される。なお、図５および図６において、ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１０はペダル操作判断手段８０での処理であり、ステップＳ１，Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ１１，Ｓ１２は乗車走行時モータ駆動制御手段８１での処理であり、ステップＳ１３〜Ｓ２１は押し歩き時モータ駆動制御手段８３での処理である。
【００４０】
図５において、メインスイッチ４８を導通操作した状態でのステップＳ１では、クランク軸回転センサ６２の検出値に基づいてクランク軸回転速度を演算し、ステップＳ２ではトルク検出手段５６の検出値に基づいて踏力増加量ΔＴを演算する。
【００４１】
ステップＳ３では押し歩き状態であるか否かを判断するものであり、押し力検出手段７４1 で押し力が検出されていないことに基づいて第１および第２切換手段８５，８６が第１の状態に在るとき、すなわち非押し歩き状態であるときには、ステップＳ４において、踏力増加量ΔＴが設定値ΔＴｔｈ以上であるか否かを判断する。而してΔＴ≧ΔＴｔｈであるときには、クランクペダル３５の踏込み操作がなされているとしてステップＳ５においてアシスト許可指令信号がペダル操作判断手段８０から乗車走行時モータ駆動制御手段８１に入力されることになり、次のステップＳ６で、乗車走行時モータ駆動制御手段８１から出力されるリレー駆動信号によりリレー８７が作動してリレースイッチ８７ａが導通する。
【００４２】
ステップＳ７では、バッテリ４６の電圧と、基準電圧との差であるバッテリ偏差電圧ΔＥに対応する係数αを、図７で示すように予め設定されているマップに基づいて発生する。この係数αは、バッテリ４６の電圧変動に伴って電動モータ２８に流れる電流が変化するのを回避するために設定されるものであり、ΔＥ＜０ではΔＥの絶対値が大きくなるのにつれて係数αが１を超えて次第に増大するように、またΔＥ＞０ではΔＥが増大するにつれて係数αが１＞α＞０の範囲で次第に減小するように設定されている。
【００４３】
ステップＳ８では、クランク軸回転センサ６２の検出値ならびにトルク検出手段５６の検出値に基づいて予め設定されているマップもしくは演算式により電動モータ２８の単位時間当たりの通電比率（デューティ比）を求めるとともに、その求めたデューティ比を前記係数αで補正し、補正後のデューティ比に対応してＰＷＭ変調されたモータ駆動信号を乗車走行時モータ駆動制御手段８１から出力することになる。
【００４４】
この乗車走行時モータ駆動制御手段８１からのモータ駆動信号は、モータ駆動制限手段８４に入力されるものであり、トルク検出手段５６の検出値が所定値を超えるときには、乗車走行時モータ駆動制御手段８１からそのまま出力されるモータ駆動信号によりＦＥＴ８８の導通・遮断が制御され、電動モータ２８がデューティ制御されることになる。
【００４５】
ステップＳ４で、ΔＴ＜ΔＴｔｈであると判断したときには、ステップＳ９で所定の遅延時間が経過したか否かを判断する。この遅延時間は、クランクペダル３５をゆっくりと漕いでいる状態でも踏力のピークからボトムまでの間で電動モータ２８による動力アシストが停止しないように設定されるものであり、クランク軸回転速度に応じて変化するように設定されるものであってもよい。而してステップＳ９で遅延時間が経過していないと判断したときには、ステップＳ９からステップＳ５に進み、遅延時間が経過していると判断したときには、電動モータ２８による動力アシストを停止すべく、ステップＳ１０に進むことになる。
【００４６】
ステップＳ１０では、ペダル操作判断手段８０からのアシスト許可指令信号の出力を停止し、ステップＳ１１ではリレー８７の動作を停止するための信号を乗車走行時モータ駆動制御手段８１から出力し、さらにステップＳ１２では、乗車走行時モータ駆動制御手段８１からのモータ駆動信号の出力を停止することになる。
【００４７】
ステップＳ３で、押し歩き状態であると確認したとき、すなわち第１および第２切換手段８５，８６が第２の状態（図３の破線で示す状態）に切換えられたときには、ステップＳ３から図６のステップＳ１３に進むことになる。
【００４８】
図６のステップＳ１３〜Ｓ２１は、押し歩き時モータ駆動制御手段８３で実行される処理であり、ステップＳ１３では、押し力検出手段７４1 の検出値を読込み、ステップＳ１４では、押し力検出手段７４1 の検出値の変化量を演算し、次のステップＳ１５では、前記検出値の変化量に対応した係数βを算出する。而して該係数βは、図８で示すように設定されており、変化量が小さい範囲では係数βが「１」に設定されるものの、マイナス側に変化量が大きくなると係数βはたとえば「０．５」に、プラス側に変化量が大きくなると係数βはたとえば「１．５」に設定されている。
【００４９】
ステップＳ１６では、押し力検出手段７４1 の検出値に基づいて、電動モータ２８を駆動するための駆動信号を生成するものであり、押し力に応じた電動モータ２８のデューティ比が図９で示すように予め定められている。この図９では、押し力の増大に応じてデューティ比が大きくなるように定められているが、押し力が或る値以上ではデューティ比が最大値たとえば３０％一定となるように設定されている。而して車速およびアシストトルクは、図１０で示すように押し力が大きくなるに応じて大となるデューティ比に基づいて定まるものであり、たとえば傾斜角が５度程度の路面を通行する際の最大車速がたとえば４ｋｍ／ｈとなるように前記デューティ比の最大値（３０％）が設定される。
【００５０】
押し力に応じた電動モータ２８のデューティ比を定めた後のステップＳ１７では、バッテリ偏差電圧ΔＥ対応の係数αを、図７で示したマップに基づいて発生し、さらにステップＳ１８では、ステップＳ１６で定めたデューティ比を係数α，βで補正する。
【００５１】
ステップＳ１９では車速が目標車速Ｖ０以上であるか否かを判断する。この場合、車速はクランク軸回転速度に基づいて演算されるものであるが、目標車速Ｖ０は、図１１で示すように、押し力に基づいて予め設定される。而して該目標車速Ｖ０は、押し力の増大に応じて次第に増大するが、押し力が或る値以上となると５ｋｍ／ｈ一定となるように設定されている。
【００５２】
ステップＳ１９で車速＜Ｖ０であると判断したときには、ステップＳ２０においてステップＳ１８で補正したモータ駆動信号を押し歩き時モータ駆動制御手段８３から出力し、車速≧Ｖ０であると判断したときには、ステップＳ２１において押し歩き時モータ駆動制御手段８３からのモータ駆動信号の出力を停止することになる。すなわち押し歩き時における電動モータ２８からのアシスト動力は、目標車速Ｖ０以上となることがないように制御されることになる。
【００５３】
次にこの第１参考例の作用について説明すると、人が車体Ｂを押して押し歩くときには、そのときの押し力を押し力検出手段７４1 で検出し、その押し力検出手段７４1 の検出値に応じて電動モータ２８によるアシスト動力が制御されるので、上り坂の傾斜が大きい場合や、積載荷重が大きくて車体Ｂが重たい場合等に力のない人が車体Ｂを押しても、押し力に応じたアシスト動力を速やかに得ることが可能となる。また段差を乗り越えるときには、押し力が大きくなるのに応じて大きなアシスト動力を得ることができ、さらにゆっくりと走る程度に車体Ｂを押すようにしても、その押し力に応じてアシスト動力が得られることになる。
【００５４】
また電動モータ２８によるアシスト動力を制御するコントローラ４２は、押し力検出手段７４1 の検出値に応じて電動モータ２８のデューティ比を制御するので、図１０で示したように、走行抵抗に応じて電動モータ２８によるアシストトルクと、車速とが定まることになり、アシストトルクおよび車速を同時に制御できることになる。
【００５５】
しかもコントローラ４２は、押し力検出手段７４1 の検出値に応じた電動モータ２８のアシスト動力を押し力検出手段７４1 の検出値の変化度合に応じて定まる係数βによって増減補正するようにしているので、押し力が変化する過渡状態では、その過渡状態に良好に追従して変化するアシスト動力を得ることが可能となる。
【００５６】
さらに押し歩き時における電動モータ２８からのアシスト動力は、車速が目標車速Ｖ０以上となることがないように制御されており、押し歩き時に必要以上に車速が増大することはない。
【００５７】
ところで、押し歩き時に電動モータ２８からのアシスト動力が目標車速Ｖ０以上の車速となることがないように制御されているときに、車速を検出する手段が故障したとき、すなわち、この参考例ではクランク軸回転センサ６２の検出値に基づいて車速を演算するようにしているのでクランク軸回転センサ６２が故障したときには、車速が目標車速Ｖ０に達したことが検出できず、目標車速Ｖ０を超えるまで電動モータ２８の出力を増加させてしまう可能性がある。しかるに、電動モータ２８のデューティ比が押し力に応じて定まっているので、図１０で示したように、車速の増加に応じてアシストトルクは減小していくものであり、必要以上の車速となるまで電動モータ２８の出力が増大することはない。また押し力検出手段７４1 が押し力を検出しているとき、もしくはトルク検出手段５６がトルクを検出しているときに車速＝０である状態が所定時間以上持続したときに車速を検出する手段が故障していると判断し、押し歩き時の電動モータ２８によるアシストを停止するようにしてもよい。
【００５８】
図１２ないし図１４は本発明の第２参考例を示すものであり、図１２は押し力に応じた電動モータの出力トルクを示す図、図１３は出力トルク、デューティ比および車速の関係を示す図、図１４は車速、アシストトルク、押し力および走行抵抗の関係を示す図である。
【００５９】
第１参考例では、図６で示すステップＳ１６で、押し力に応じて電動モータ２８のデューティ比を定めたが、この第２参考例では、ステップＳ１６において、押し力に応じて電動モータ２８の出力トルクを定める。すなわち押し力に応じた電動モータ２８の出力トルクが図１２で示すように予め定められており、この図１２では、押し力の増大に応じて出力トルクが大きくなるように定められている。而して、出力トルクおよびデューティ比の関係は、図１３で示すように、一定車速では出力トルクの増大に応じてデューティ比が増大するのであるが、車速の増大に応じて小さな出力トルクでデューティ比が大となるものであり、車速が最大速度たとえば４ｋｍ／ｈ以上となるときには、比較的小さな出力トルクでデューティ比が最大値たとえば３０％になることになる。
【００６０】
したがって車速、アシストトルクおよび押し力の関係は、図１４で示すようになり、押し力に応じて電動モータ２８のデューティ比を定めるようにした第１参考例の図１０と図１４とを比べると明確であるように、車速が小さい範囲では図１４の斜線で示すように、デューティ比が３０％に達することはなく、省エネルギーが図られることになる。すなわちゆるやかな坂道等では押し力が小さく、電動モータの出力トルクも小さくなるので、不必要な電力消費が抑えられることになる。
【００６１】
図１５は押し力検出手段の第１変形例を示すものであり、この押し力検出手段７４2 は、たとえばバーハンドル２４の右端側に配設される。而してバーハンドル２４の右端側には、グリップ９０を握った右手で操作可能なブレーキレバー９１を回動可能に支持する支持部材９２が取付けられているが、押し力検出手段７４2 は、バーハンドル２４に対して近接・離反する方向への回動を可能として前記支持部材９２に支持されてバーハンドル２４の後方側に配置されるレバー９３と、該レバー９３をバーハンドル２４から離反する方向すなわち後方側に付勢するばね９４と、レバー９３のバーハンドル２４に近接する方向すなわち前方への回動に応じて検出子７７ａが押し込まれるようにして前記支持部材９２に取付けられるストロークセンサ７７とで構成される。ばね９４は、たとえば捩りばねであり、レバー９３を支持部材９２に回動可能に支持する支軸９５を囲繞してレバー９３および支持部材９２間に設けられる。
【００６２】
このような押し力検出手段７４2 によっても、車体Ｂの押し歩き時にたとえば右手でレバー９３を押すことにより押し力を連続的に検出することができる。
【００６３】
図１６は押し力検出手段の第２変形例を示すものであり、この押し力検出手段７４3 は、図１５の押し力検出手段７４2 と同様に、たとえばバーハンドル２４に配設され、押しボタン９６と、ストロークセンサ７７と、ばね９７とで構成される。
【００６４】
前記バーハンドル２４には、車体Ｂの前後方向に延びるとともに後端に開口部９８ａを有する円筒状のハウジング９８が取付けられており、検出子７７ａを後方側に配置したストロークセンサ７７がハウジング９８内の前部に収納される。また押しボタン９６は、ハウジング９８における開口部９８ａの周縁部内面に係合し得る鍔部９６ａを前端に有し、前記検出子７７ａに前端を接触させるべく前記開口部９８ａに挿入されるものであり、ストロークセンサ７７および押しボタン９６間に、押しボタン９６を後方側に付勢するばね９７が縮設される。
【００６５】
このような押し力検出手段７４3 によっても、車体Ｂの押し歩き時に押しボタン９６を押すことにより押し力を連続的に検出することができる。
【００６６】
図１７は、押し力検出手段の第３変形例を示すものであり、該押し力検出手段７４4 は、図１５の押し力検出手段７４2 と同様に、たとえばバーハンドル２４に配設され、押しボタン１００と、該押しボタン１００とともに作動する可動接点１０１と、該可動接点１０１に常時導通する共通固定接点１０２と、可動接点１０１を介して共通固定接点１０２に導通可能な第１および第２個別固定接点１０３，１０４と、ばね１０５とで構成され、車体Ｂの押し歩き時に押し力を段階的たとえば２段階で検出することができるように構成される。
【００６７】
前記バーハンドル２４には、車体Ｂの前後方向に延びるとともに後端に開口部１０６ａを有する円筒状のハウジング１０６が取付けられ、該ハウジング１０６内には、ハウジング１０６の軸線と同軸のガイド孔１０７ａを中心部に有するガイド板１０７が固定される。押しボタン１００は、開口部１０６ａの周縁部内面に係合し得る鍔部１００ａと、ガイド板１０７のガイド孔１０７ａに摺動可能に嵌合される軸部１００ｂを一体に有して、開口部１０６ａからハウジング１０６に挿入されるものであり、ばね１０５は、押しボタン１００の後端をハウジング１０６から後方側に突出させる方向のばね力を発揮してガイド板１０７および押しボタン１００間に設けられる。
【００６８】
可動接点１０１は、押しボタン１００の軸部１００ｂに、該軸部１００ｂの軸線方向に比較的長く延びて固着されるものであり、該可動接点１０１の長手方向に間隔をあけた２箇所には半球状に彎曲して突出した第１および第２接触部１０１ａ，１０１ｂが一体に形成される。
【００６９】
一方、共通固定接点１０２は、可動接点１００の両接触部１０１ａ，１０１ｂのうちガイド板１０７に近い方に配置されている第１接触部１０１ａに常時接触するようにしてハウジング１０６内に固定配置される。また第１個別固定接点１０３は、押しボタン１００が後退限位置にある状態（図１７で示す状態）からばね１０５のばね力に抗して押しボタン１００が押し込まれることによって可動接点１００の第２接触部１０１ｂに接触するようにしてハウジング１０６内に固定配置され、第２個別固定接点１０４は、第２接触部１０１ｂが第１個別固定接点１０３に接触している状態からさらに押しボタン１００を押込むことにより第２接触部１０１ｂに接触するようにしてハウジング１０６内に固定配置される。
【００７０】
このような押し力検出手段７４4 によれば、車体Ｂの押し歩き時に押しボタン１００を押すことにより、可動接点１０１を介して共通接点１０２に第１個別固定接点１０３を導通せしめる第１の段階と、可動接点１０１を介して共通接点１０２に第２個別固定接点１０４を導通せしめる第２の段階との２段階で押し力を段階的に検出することが可能である。
【００７１】
図１８ないし図２５は本発明の実施例を示すものであり、図１８は電動補助自転車の側面図、図１９は傾斜角検出手段の縦断面図、図２０は図１９の２０−２０線断面図、図２１はコントローラの構成を示す図、図２２は図６は押し歩き時モータ駆動制御手段での処理を示すフローチャート、図２３は傾斜角に応じたデューティ比を示す図、図２４は荷重に応じたデューティ比を示す図、図２５は傾斜角および荷重に応じたデューティ比の設定マップを示す図である。
【００７２】
先ず図１８において、電動補助自転車におけるバーハンドル２４のたとえば左側には、車体Ｂを押し歩くときに操作するための押しボタン式の押し歩きスイッチ１１０が取付けられており、フロントバスケット４４内の底部にはフロントバスケット４４内に積載される荷物の荷重を検出するための荷重検出手段１１１1 が取付けられ、リヤキャリア３４上にはリヤキャリア３４に搭載される荷物の荷重を検出するための荷重検出手段１１１2 が取付けられる。さらに電動補助自転車の車体Ｂの前部、たとえば前部フレーム２１におけるメインフレーム部２１ｂには、路面の傾斜角を検出するための傾斜角検出手段１１２が取付けられる。
【００７３】
図１９および図２０において、傾斜角検出手段１１２は、円形の横断面を有して前記前部フレーム２１に取付けられる固定のハウジング１１４と、車体Ｂの幅方向に沿う軸線を有してハウジング１１４に固定される支軸１１５と、重錘１１６を一体に有して前記支軸１１５で回動可能に支持される可動部材１１７と、該可動部材１１７に対向してハウジング１１４内に固定される支持板１１８と、支軸１１５の軸線を中心とする円弧状にして支持板１１８の可動部材１１７への対向面に設けられる帯状の導体１１９と、支軸１１５の軸線を中心とする円弧状にして支持板１１８の可動部材１１７への対向面に設けられる帯状の抵抗体１２０と、導体１１９および抵抗体１２０に摺接するようにして可動部材１１７に固定されるブラシ１２１とを備え、抵抗体１２０の両端はバッテリ４６の両端に接続され、導体１１９の一端および接地間に電圧検出部１２２が設けられる。
【００７４】
このような傾斜角検出手段１１２によれば、可動部材１１７が、その重錘１１６の働きにより車体Ｂが坂道等で傾斜しても重錘１１６が支軸１１５の下方位置に在る姿勢を保つのに対して、支軸１１５の軸線まわりでの支持板１１８すなわち抵抗体１２０の可動部材１１７に対する相対位置が前記傾斜に応じて変化することになり、ブラシ１２１の抵抗体１２０への接触位置が変化するのに伴って電圧検出部１２２での検出電圧が変化することになる。すなわち車体Ｂの路面に応じた傾斜角が傾斜角検出手段１１２で検出されることになる。
【００７５】
図２１において、ペダル操作判断手段８０と、乗車走行時モータ駆動制御手段８１と、リレー駆動手段８２と、押し歩き時モータ駆動制御手段８３と、モータ駆動制限手段８４と、第１切換手段８５と、第２切換手段８６と、リレースイッチ８７ａを備えるリレー８７と、ＦＥＴ８８とを備えるコントローラ４２には、クランク軸回転センサ６２、トルク検出手段５６、押し歩きスイッチ１１０、荷重検出手段１１１1 ，１１１2 および傾斜角検出手段１１２の検出値が入力される。
【００７６】
リレー駆動手段８２は、押し歩きスイッチ１１０が導通したときにリレー８７を駆動せしめるものであり、シート２５上に人が乗車した状態での走行時あるいは自転車の停止時には、押し歩きスイッチ１１０が押されていないときには第１および第２切換手段８５，８６は第１の状態となっており、押し歩きスイッチ１１０が押されたときには第１および第２切換手段８５，８６が第２の状態に切換わる。
【００７７】
押し歩き時モータ駆動制御手段８３は、クランク軸回転センサ６２、荷重検出手段１１１1 ，１１１2 および傾斜角検出手段１１２の検出値に基づき、車体Ｂを押し歩くときにアシスト動力を得るべく電動モータ２８の作動を制御するためのモータ駆動信号を出力するものである。
【００７８】
而してペダル操作判断手段８０での処理および乗車走行時モータ駆動制御手段８１での処理は、上述の第１参考例における図５で示した処理と同一の処理が行なわれ、図５のステップＳ３において押し歩き状態であると判断したとき、すなわち押し歩きスイッチ１１０が押されているときには、上述の第１参考例の図６で示した処理に代えて、図２２で示す処理が押し歩き時モータ駆動制御手段８３で実行される。
【００７９】
図２２のステップＳ２２では、傾斜角検出手段１１２の検出値を読込み、ステップＳ２３では、荷重検出手段１１１1 ，１１１2 の検出値を読込むとともに両検出値を加算し、さらにステップＳ２４では、傾斜角および荷重に応じて電動モータ２８のデューティ比を定めるようにしてモータ駆動信号を生成する。
【００８０】
この際、傾斜角検出手段１１２の検出値に応じた電動モータ２８のデューティ比は、図２３で示すように、たとえば傾斜角１２度でデューティ比が３０％となるように設定され、また両荷重検出手段１１１1 ，１１１2 の検出値の加算値に応じた電動モータ２８のデューティ比は、図２４で示すように、たとえば１５ｋｇｆの荷重でデューティ比が３０％となるように設定されるものであり、図２３および図２４を纏めることにより、図２５で示すように、傾斜角および荷重に応じたデューティ比が三次元のマップ上に設定されている。
【００８１】
ステップＳ２４でモータ駆動信号を生成した後には、ステップＳ２５においてバッテリ偏差電圧ΔＥ対応の係数αを発生し、さらにステップＳ２６では、ステップＳ２４で定めたデューティ比を係数αで補正する。
【００８２】
ステップＳ２７では車速が目標車速Ｖ０以上であるか否かを判断し、車速＜Ｖ０であると判断したときには、ステップＳ２８においてステップＳ２４で補正したモータ駆動信号を押し歩き時モータ駆動制御手段８３から出力し、車速≧Ｖ０であると判断したときには、ステップＳ２９において押し歩き時モータ駆動制御手段８３からのモータ駆動信号の出力を停止することになる。
【００８３】
この実施例によれば、押し歩きスイッチ１１０を操作した押し歩き時には、路面の傾斜角および積載荷重に応じて電動モータ２８によるアシスト動力が制御されるので、上り坂の傾斜が大きい場合や、積載荷重が大きくて車体Ｂが重たい場合等に力のない人が車体Ｂを押しても、電動モータ２８によるアシスト動力を速やかに得ることが可能である。
【００８４】
上記実施例では、フロントバスケット４４およびリヤキャリア３４のいずれにも荷重検出手段１１１1 ，１１１2 が設けられていたが、いずれか一方だけに設けられていてもよい。
【００８５】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、押し歩きスイッチを操作した押し歩き時には、路面の傾斜角および積載荷重に応じて電動モータによるアシスト動力を制御するようにし、上り坂の傾斜が大きい場合や、積載荷重が大きくて車体が重たい場合等に力のない人が車体を押しても、必要なアシスト動力を速やかに得ることが可能であり、どのように車体を押していてもアシスト動力を得ることができる。
【００８７】
さらに請求項３記載の発明によれば、押し歩き時に必要以上に車速が増大することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１参考例の電動補助自転車の側面図
【図２】  パワーユニットの模式構造図
【図３】  コントローラの構成を示す図
【図４】  押し力検出手段の構成を示すための図１の４部拡大断面図
【図５】  ペダル操作判断手段及び乗車走行時モータ駆動制御手段での処理を示すフローチャート
【図６】  押し歩き時モータ駆動制御手段での処理を示すフローチャート
【図７】  バッテリ偏差電圧対応の係数を示す図
【図８】  押し力検出値変化量対応の係数を示す図
【図９】  押し力に応じたデューティ比を示す図
【図１０】  車速、アシストトルク、デューティ比および走行抵抗の関係を示す図
【図１１】  押し力に応じた目標車速を示す図
【図１２】  第２参考例での押し力に応じた電動モータの出力トルクを示す図
【図１３】  出力トルク、デューティ比および車速の関係を示す図
【図１４】  車速、アシストトルク、押し力および走行抵抗の関係を示す図
【図１５】  押し力検出手段の第１変形例を示す断面図
【図１６】  押し力検出手段の第２変形例を示す断面図
【図１７】  押し力検出手段の第３変形例を示す断面図
【図１８】  本発明の実施例の電動補助自転車の側面図
【図１９】  傾斜角検出手段の縦断面図
【図２０】  図１９の２０−２０線断面図
【図２１】  コントローラの構成を示す図
【図２２】  押し歩き時モータ駆動制御手段での処理を示すフローチャート
【図２３】  傾斜角に応じたデューティ比を示す図
【図２４】  荷重に応じたデューティ比を示す図
【図２５】  傾斜角および荷重に応じたデューティ比の設定マップを示す図
【符号の説明】
２８・・・電動モータ
３４・・・リヤキャリア
３５・・・クランクペダル
４２・・・コントローラ
４４・・・フロントバスケット
７４1 ，７４2 ，７４3 ，７４4 ・・・押し力検出手段
１１０・・・押し歩きスイッチ
１１１1 ，１１１2 ・・・荷重検出手段
１１２・・・傾斜角検出手段
Ｂ・・・・車体
【図１】
0004118984.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004118984.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004118984.tif 000008
【図８】
0004118984.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004118984.tif 000011
【図１１】
0004118984.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004118984.tif 000014
【図１４】
0004118984.tif 000015
【図１５】
0004118984.tif 000016
【図１６】
0004118984.tif 000017
【図１７】
0004118984.tif 000018
【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】
0004118984.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
0004118984.tif 000025
【図２５】
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