(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力駆動系と補助動力駆動系を並列に有し、人力駆動系に加えられた人力及び補助動力駆動系からの補助動力により車輪を駆動するようにした補助動力式車両において、
上記人力駆動系へのペダル踏力が、所定の第１しきい値を越えたことで人力供給有りを検出し、該第１しきい値より小さい第２しきい値を下回ったことで人力供給無しを検出する人力検出手段と、該人力検出手段により人力供給有りが検出された時から所定の遅延時間経過後に一定大きさの補助動力の供給を開始するとともに、人力供給無しが検出された時補助動力の供給を停止する補助動力制御手段とを備え、該補助動力制御手段は、上記遅延時間を走行状況に応じて変化させることにより、実質的に上記第１しきい値を走行状況に応じて変化させることを特徴とする補助動力式車両。
【請求項２】
請求項１において、上記補助動力制御手段は、上記遅延時間が経過する前に上記人力検出手段により人力供給無しが検出された時には補助動力の供給を行わないことを特徴とする補助動力式車両。
【請求項３】
請求項１又は２において、車両の停止中又は走行中の何れであるかを検出する車両状態検出手段を備え、上記補助動力制御手段は、車両停止中の上記遅延時間を走行中の上記遅延時間より大きくすることを特徴とする補助動力式車両。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかにおいて、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段を備え、上記補助動力制御手段は、高速走行時の上記遅延時間を低速走行時の上記遅延時間より短くすることを特徴とする補助動力式車両。
【請求項５】
請求項４において、上記補助動力制御手段は、高速走行時の補助動力を低速走行時の補助動力より大きくすることを特徴とする補助動力式車両。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかにおいて、上記遅延時間を任意に設定する遅延時間設定手段を備えていることを特徴とする補助動力式車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人力駆動系に加えられる人力と補助動力駆動系からの補助動力との合力により車輪を駆動するようにした補助動力式車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人力駆動系に加えられた人力に応じた電流をバッテリから電動モータに供給し、該電動モータの駆動力（補助動力）と上記ペダル踏力との合力を車輪に伝達するようにした電動補助自転車あるいは電動補助車椅子等の補助動力式車両が実用化されている。
【０００３】
この種の電動補助自転車として、例えば特開昭５０−１２５４３８号公報に記載されているように、足漕ぎ駆動時における駆動トルクが設定トルク以上になったことを人力検出手段で検出して足漕ぎによる駆動トルクをモータトルクにて助長するようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報記載の従来装置では、例えば電源オン時にペダルが何かに触れて回転したような場合にモータが誤って駆動されることを防止するために、上記設定トルクを高めに設定する必要がある。そのため平坦路の定常走行のようにペダル踏力が小さい場合には、上記高めの設定トルクを越え難く、補助動力が供給されないといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、走行状況に応じた補助動力を供給できる補助動力式車両を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、人力駆動系と補助動力駆動系を並列に有し、人力駆動系に加えられた人力及び補助動力駆動系からの補助動力により車輪を駆動するようにした補助動力式車両において、上記人力駆動系へのペダル踏力が、所定の第１しきい値を越えたことで人力供給有りを検出し、該第１しきい値より小さい第２しきい値を下回ったことで人力供給無しを検出する人力検出手段と、該人力検出手段により人力供給有りが検出された時から所定の遅延時間経過後に一定大きさの補助動力の供給を開始するとともに、人力供給無しが検出された時補助動力の供給を停止する補助動力制御手段とを備え、該補助動力制御手段は、上記遅延時間を走行状況に応じて変化させることにより、実質的に上記第１しきい値を走行状況に応じて変化させることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、上記補助動力制御手段は、上記遅延時間が経過する前に上記人力検出手段により人力供給無しが検出された時には補助動力の供給を行わないことを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、車両の停止中又は走行中の何れであるかを検出する車両状態検出手段を備え、上記補助動力制御手段は、車両停止中の上記遅延時間を走行中の上記遅延時間より大きくすることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかにおいて、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段を備え、上記補助動力制御手段は、高速走行時の上記遅延時間を低速走行時の上記遅延時間より短くすることを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４において、上記補助動力制御手段は、高速走行時の補助動力を低速走行時の補助動力より大きくすることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１ないし５の何れかにおいて、上記遅延時間を任意に設定する遅延時間設定手段を備えていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の作用効果】
請求項１の発明に係る補助動力式車両によれば、人力の供給が検出された時から補助動力の供給開始までの間に所定の遅延時間を設けたので、人力供給有りの検出により直ちに補助動力が発生するのではなく、他の信号，現象と組み合わせて補助動力の供給可否を判断でき、より状況に応じた補助動力の供給が可能になる。
【００１４】
また本発明の人力検出手段は、人力の供給の有無を検出するだけで済むから、例えば人力の大きさを検出する従来の人力検出センサに比較して構造が簡単で低コストである。
【００１５】
また、上記遅延時間の長さを走行状態に応じて変化させたので、人力検出手段による人力供給の第１しきい値を実質的に変化させることができ、人力供給の有無を検出するだけのセンサを使用しながら人力の大きさ自体を検出したのと同等の作用効果が得られる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、上記遅延時間が経過する前に人力供給無しが検出された時には補助動力の供給を行わないようにしたので、遅延時間を超えない範囲で人力が入力された場合、あるいはペダルに何かが接触してペダルが回転し、これを人力供給と誤検出した場合のように補助動力を必要としない入力については入力がなかったものと扱うことができ、誤動作を防止できる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、車両の停止中又は走行中の何れであるかを検出するとともに、車両停止中の上記遅延時間を走行中の上記遅延時間より長くしたので、車両停止中にペダルに何かが接触した場合のような補助動力が不要な時に乗り手の意志に反して補助動力が発生するのをより確実に防止することができる。また車両走行中は上記遅延時間を短くしたので、人力供給有り検出のしきい値を等価的に小さくでき、補助動力の発生に遅れがあまりなく、例えば平坦路の定常走行のように人力供給が小さい場合に補助動力を発生し易くでき、走行フィーリングを高めることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、高速走行時の上記遅延時間を低速走行時の上記遅延時間より短くしたので、人力検出有りの等価的なしきい値を、車速によって変化するペダルの回転速度に依存することなく同等の値に設定でき、走行フィーリングを高めることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、高速走行時の補助動力を低速走行時の補助動力より大きくしたので、高速走行時の走行抵抗の増加分を補助動力で補うことができ、乗り手の負担を軽減できるとともに走行フィーリングを向上できる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、上記遅延時間を任意に設定する遅延時間設定手段を備えたので、乗り手が自分の体力等に応じた補助動力供給特性を設定することができ、例えば乗り手の踏力が強い時は人力検出しきい値を大きくしてバッテリの消耗を抑制することができ、また、車両個々のばらつきを容易に調整できる効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図９は本発明の一実施形態による電動補助自転車を説明するための図であり、図１は上記電動補助自転車の側面図、図２は上記自転車の補助動力供給装置のブロック構成図、図３，４は上記補助動力供給装置の動作を説明するためのフローチャート図、図５〜図８は上記補助動力供給装置の動作を説明するためのタイムチャート図、図９は上記補助動力供給装置の車両速度−遅延時間特性図である。
【００２２】
図において、１は本発明の補助動力式車両としての電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に略起立して延びるシートチューブ５と、上記ダウンチューブ４の後端から後方に略水平に延びる左, 右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ５の上端部とを結合する左, 右一対のシートステー７と、上記ヘッドパイプ３から水平に延びる水平チューブ１１とを備えている。
【００２３】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク８が左右に回動可能に枢支されている。該フロントフォーク８の下端には前輪９が軸支されており、上端には操向ハンドル１０が固着されている。また上記シートチューブ５の上端にはサドル１２が装着されている。さらに上記チェーンステー６の後端には後輪１３が軸支されている。
【００２４】
上記車体フレーム２の下端部には、ペダル１６ｂに入力され、クランクアーム１６ａを介してクランク軸に加わるペダル踏力（人力）と、内蔵する電動モータ１７からの補助動力との合力を出力するパワーユニット１５が搭載されている。このパワーユニット１５からの出力はチェーン３０を介して上記後輪１３に伝達される。
【００２５】
このように本実施形態の電動補助自転車１は人力駆動系と補助動力駆動系とを並列に備えており、メインスイッチをオンした場合は人力と補助動力との合力で走行でき、メインスイッチをオフした場合あるいはバッテリが過放電してしまったような場合は人力駆動系のみで走行できるようになっている。
【００２６】
上記パワーユニット１５は、上述の電動モータ１７と、該電動モータ１７の回転を減速する減速機と、該電動モータ１７からの補助動力を可変制御する補助動力制御手段として機能するコントローラ２２とを内蔵している。また、上記パワーユニット１５には人力と補助動力の合力部分の回転速度から車両の走行速度を検出する車速センサ１８も内蔵されている。
【００２７】
さらにまた、上記パワーユニット１５内部には、人力検出スイッチ（人力検出手段）２８も取り付けられている。この人力検出スイッチ２８は、上記ペダル１６ｂにペダル踏力（人力）が入力されたか否か、つまり人力供給の有無を検出するためのもので、上記ペダル踏力が所定値ａを超えたときオンし、これより小さい所定値ｂを下回ったときオフする。
【００２８】
上記電動モータ１７等の電源となるバッテリ２１は、直方体状のケース内に多数の単電池を収納した構成のもので、上記シートチューブ５の後面に沿うように、かつ左，右のシートステー７，７に挟まれるように配設されている。
【００２９】
また、図２に示すように、上記コントローラ２２は、Ｉ／Ｆ５１を介して入力された人力検出スイッチ２８からの人力供給の有無信号と、車速センサ１８からの車速信号とが入力されるＭＰＵ５０を備えている。このＭＰＵ５０は、上記各入力信号及び内蔵するマップデータに基づいて補助動力の大きさ, 人力供給有りが検出されてから補助動力の供給を開始するまでの遅延時間等を演算し、該演算結果に応じた電流をバッテリ２１から電動モータ１７に供給するための制御信号をモータドライバ６６に出力する。なお、上記補助動力を供給開始するまでの遅延時間を手動により任意に設定する設定ボリューム（遅延時間設定手段）５２を設けても良い。
【００３０】
上記ＭＰＵ５０は、人力供給有り（人力供給の開始）が検出された時、つまり上記人力検出スイッチ２８がオンした時から所定の遅延時間が経過した時に補助動力の供給を開始し、人力供給無し（人力供給の停止）が検出された時、つまり上記人力検出スイッチ２８がオフした時に補助動力の供給を停止する補助動力制御手段として機能する。
【００３１】
また上記ＭＰＵ５０は、図９に示すマップデータにより車両の走行速度に応じた遅延時間ｔｄを設定する。この遅延時間ｔｄは、発進・極低速走行時に最長に設定され、ここから車速が速くなるほど短く設定され、２０ｋｍ／ｈ以上では一定に設定される。
【００３２】
より具体的には、上記ＭＰＵ５０は、図５に示すように、上記人力検出スイッチ２８によりペダル踏力が所定のしきい値ａを越えたことで人力供給有りが検出された時から所定の遅延時間（ｔｄ１又はｔｄ２）経過時に補助動力の供給を開始し、上記人力検出スイッチ２８によりペダル踏力が所定のしきい値ｄを下回ったことで人力供給無しが検出された時に補助動力の供給を停止するよう上記電動モータ１７を制御する。
【００３３】
また上記ＭＰＵ５０は、図６に示すように、上記設定された遅延時間が経過する前に人力供給無しが検出された時には上記遅延時間の計測を中止することにより補助動力の供給を行わないように構成されている。
【００３４】
また上記ＭＰＵ５０は、図７〜図９に示すように、車両停止中の上記遅延時間を走行中の上記遅延時間より長く設定し、また高速走行時の上記遅延時間を低速走行時の上記遅延時間より短く設定する。
【００３５】
さらにまた上記ＭＰＵ５０は、上記電動モータ１７からの補助動力の大きさを高速走行時の補助動力が低速時の補助動力より大きくなるように制御する補助動力制御手段としても機能する。
【００３６】
次に、図３，４に基づいて、上記実施形態自転車１における補助動力供給制御動作を説明する。
まず、上記車速センサ１８により現在の車両速度が検出され、図９の特性図に基づいて車速に応じた遅延時間が設定される（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００３７】
そして上記人力検出スイッチ２８のオンオフにより、現時点で人力が供給されているか否か、つまり人力供給の有無が判断され（ステップＳ３）、人力検出スイッチ２８のオンにより人力供給有りが検出されれば前回の処理において人力検出スイッチ２８がオンしていたかどうかが判定される（ステップＳ４）。
【００３８】
上記ステップＳ４において前回の処理にて人力検出スイッチがオンしていなかった場合、つまり人力の供給が現時点て開始された場合には、遅延時間のカウントが開始される（ステップＳ５）。
【００３９】
また前回の処理にて人力検出スイッチがオンしていた場合には遅延時間のカウントが継続され、このカウント値が上記ステップＳ２で設定された所定の遅延時間を越えた時に、図６，７に示すように補助動力の出力フラグが１に設定され（ステップＳ６，Ｓ７）、図４のステップＳ２１において上記補助動力の出力フラグ＝１が検出された時に補助動力の出力が開始される。
【００４０】
また、上記ステップＳ３において現時点で、人力検出スイッチ２８がオンしていない時は、前回の処理における人力検出スイッチのオンオフが判定され、オンしていた場合、つまり現時点で人力の供給が停止した場合には、遅延時間のカウントを中止してカウント値を０とし、上記補助動力の出力フラグを０に設定する。
【００４１】
そして、図４のステップＳ２１にて、上記補助動力の出力フラグ＝０が検出された時に補助動力の出力が停止される（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ９において前回の処理にて人力検出スイッチがオンしていなかった場合、つまり人力供給無しが継続している場合には補助動力の供給は開始されない。なお、電源投入直後は、出力フラグの値は初期設定フロー（不図示）の所定ステップにおいて０に設定され、人力検出スイッチがオフの間は補助動力は出力されない。また上述の処理は上記ペダル１６の回転に比べて十分短い時間間隔で繰り返し行なわれる。
【００４２】
上述の制御により、図５〜図８に示すように、ペダル踏力が所定値ａを越えると遅延時間の計測が開始され、車速等に基づいて設定された所定の遅延時間（ｔｄ１，ｔｄ２，ｔｄ３，ｔｄ４）が経過した時に、補助動力の供給が開始され、ペダル踏力が所定値ｄより小さくなった時に該補助動力の供給が停止される。
【００４３】
このように、本実施形態の電動補助自転車１では、人力供給有りが検出された時から所定の遅延時間経過後に補助動力の供給を開始するようにしたので、該遅延時間の設定如何により人力供給有無検出のしきい値、つまり補助動力供給開始時のペダル踏力を任意に選択できるのと等価となる。
【００４４】
即ち、例えば図５に示すように、遅延時間をｔｄ１とした場合には補助動力供給開始時の実質的なペダル踏力はｂとなり、遅延時間をｔｄ２とした場合には実質的なペダル踏力はｃとなり、換言すれば人力供給の検出しきい値を等価的に変化させることができる。この場合、人力検出手段としては、ペダル踏力が所定値に達したときオンし、所定値以下となったときオフするだけのもので済むので、ペダル踏力自体を検出する場合に比較して構造が簡単であり、安価な踏力センサを用いることができ、コストを低減することができる。
【００４５】
また、図６に示すように、設定された遅延時間が経過する前に、ペダル踏力がｄより小さくなって人力供給の停止が検出された場合には、上記遅延時間の計測を中止することにより補助動力の供給を行わないようにしたので、極短時間だけ人力が入力された場合や、ペダルが何かに当たったような場合に補助動力の供給が開始されることがなく、混雑した場所での取り扱いが容易である。
【００４６】
また、図７に示すように、車両停止時の上記遅延時間を車両走行時より長く設定したので、車両停止中にペダルに何かが接触した場合のような補助動力が不要な時に乗り手の意志に反して補助動力が発生するのをより確実に防止することができる。また車両走行中は上記遅延時間を短くしたので、人力供給有り検出のしきい値を等価的に小さくでき、補助動力の発生に遅れがあまりなく、例えば平坦路の定常走行のように人力供給が小さい場合に補助動力を発生し易くでき、走行フィーリングを高めることができる。
【００４７】
さらにまた、図８に示すように、高速走行時の遅延時間ｔｄ４を低速走行時の遅延時間ｔｄ３より短く設定したので、人力検出有りの等価的なしきい値を、車速によって変化するペダルの回転速度に依存することなく同等の値に設定でき、走行フィーリングを高めることができる。
【００４８】
また図８に破線で示すように、高速走行時の補助動力の大きさを低速走行時よりも大きく設定することも可能であり、このようになした場合には車両速度の増加に応じて増加する走行抵抗を補助動力の増加で補うことができ、乗り手の負担を軽減でき、走行フィーリングを向上できる。
【００４９】
さらにまた、上述のように、上記遅延時間を設定ボリューム５２で乗り手の意志により任意に設定できるようにすることも可能であり、このようにした場合には、乗り手の好みや体力に応じた補助動力の発生タイミングを選ぶことができ、また車両個体による特性のばらつきを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記自転車の補助動力供給装置のブロック構成図である。
【図３】上記補助動力供給装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図４】上記補助動力供給装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図５】上記補助動力供給装置の動作を説明するためのタイムチャート図である。
【図６】上記補助動力供給装置の動作を説明するためのタイムチャート図である。
【図７】上記補助動力供給装置の動作を説明するためのタイムチャート図である。
【図８】上記補助動力供給装置の動作を説明するためのタイムチャート図である。
【図９】上記補助動力供給装置の車両速度−遅延時間特性図である。
【符号の説明】
１  電動補助自転車
１３  後輪
２２  コントローラ（補助動力制御手段）
２８  人力検出スイッチ（人力検出手段）
【図１】
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【図２】
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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】
0004043584.tif 000008
【図８】
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【図９】
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