(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波状に変化する踏力を検出してその踏力の大きさに応じたアシスト電流を電動モータに供給し、該電動モータが発生する補助動力によるアシストを受けて走行する電動補助自転車において、
自転車を漕ぎ始めると、その踏力の大きさに応じた正規のアシスト電流の供給を開始し、その後、踏力が、第１の閾値以下となっても正規のアシスト電流を供給し、前記第１の閾値以下の状態が所定時間継続したときにはその後のアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低く設定し、その状態で踏力が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値を超えると正規のアシスト電流の供給を再開するようにしたことを特徴とする電動補助自転車の補助動力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動補助自転車の補助動力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
踏力を検出してその踏力の大きさに応じたアシスト電流を電動モータに供給し、該電動モータが発生する補助動力によるアシストを受けて走行する電動補助自転車が開発され、既に実用に供されている。
【０００３】
斯かる電動補助自転車においては、バッテリから電動モータに供給されるアシスト電流は電動モータが乗員の踏力とほぼ同等の補助動力を発生するような値に設定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の電動補助自転車の補助動力の制御においては、補助動力によるアシストが不要である場合或はアシストは必要であっても少なくて良い場合にも規定のアシスト電流を電動モータに供給して所定の補助動力を発生させていたため、無駄な電流消費が生じ、バッテリの１回の充電当たりの航続距離が延びないという問題があった。
【０００５】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、消費電流を低く抑えてバッテリの１回の充電当たりの航続距離を延ばすことができる電動補助自転車の補助動力制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、正弦波状に変化する踏力を検出してその踏力の大きさに応じたアシスト電流を電動モータに供給し、該電動モータが発生する補助動力によるアシストを受けて走行する電動補助自転車において、自転車を漕ぎ始めると、その踏力の大きさに応じた正規のアシスト電流の供給を開始し、その後、踏力が、第１の閾値以下となっても正規のアシスト電流を供給し、前記第１の閾値以下の状態が所定時間継続したときにはその後のアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低く設定し、その状態で踏力が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値を超えると正規のアシスト電流の供給を再開するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
従って、本発明によれば、発進時や登坂時等のように踏力が高くて補助動力によるアシストを必要とする場合には正規のアシスト電流が電動モータに供給されて必要十分な正規の補助動力が得られる反面、平坦路走行時等のように踏力が低くて補助動力によるアシストが不要或は少なくて済む場合にはアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低くして消費電流を低く抑えることができるため、合理的な電流消費が可能となって全体として消費電流を低く抑えることができ、結果としてバッテリの１回の充電当たりの電動補助自転車の航続距離を延ばすことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
先ず、本発明が適用される電動補助自動車１の概略構成を図１に基づいて説明する。
【００１０】
即ち、図１は電動補助自転車１の側面図であり、該電動補助自転車１はその車体前方上部にヘッドパイプ２を有しており、該ヘッドパイプ２にはハンドルステム３が回動自在に挿通している。そして、ハンドルステム３の上端にはハンドル４が前方にオフセットして取り付けられ、同ハンドルステム３の下端にはフロントフォーク５が結着されており、該フロントフォーク５の下端部には前輪６が回転自在に軸支されている。
【００１１】
又、前記ヘッドパイプ２からはダウンチューブ７が車体後方に向かって斜め下方に延出しており、該ダウンチューブ７の略水平に延びる後端部からはシートチューブ８が車体後方に向かって斜め上方に立設されている。そして、シートチューブ８内には上下動自在に嵌合保持されたシートポスト９の上端には可倒式のサドル１０が高さ調整可能に支持されている。
【００１２】
一方、車体の略中央下部にはパワーユニット１１が配置されている。このパワーユニット１１は、人力（踏力）による駆動系と電動モータ１２による補助動力系を並設して構成され、乗員の人力（踏力）と補助動力を合成して出力するものであって、これにはクランク軸１３が回転自在に支承されている。そして、クランク軸１３の左右にはクランク１４が取り付けられており、各クランク１４の端部にはペダル１５が回転自在に軸支されている。尚、ダウンチューブ７とシートチューブ８との接続部周辺及びパワーユニット１１の一部は樹脂製のカバー１６によって覆われている。又、パワーユニット１１には、人力（ペダル１５に入力される乗員の踏力）の大きさに応じて電動モータ１２の出力（補助動力）を制御するコントローラ１７が設けられている。ここで、電動モータ１２の出力（補助動力）の制御は該電動モータ１２に供給されるアシスト電流を制御することによってなされる。
【００１３】
又、前記パワーユニット１１の後方へは左右一対のチェーンステー１８が略水平に延設されており、該チェーンステー１８の後端部と前記シートチューブ８の上端部とは左右一対のシートステー１９によって連結されている。そして、チェーンステー１８の後端の前記シートステー１９との連結部には後輪２０が回転自在に軸支されており、後輪２０の一部はリヤフェンダ２１によって覆われている。
【００１４】
更に、前記後輪２０にはホイールスプロケット２２が結着されており、このホイールスプロケット２２と前記パワーユニット１１に設けられた不図示のドライブスプロケットとの間には無端状のチェーン２３が巻装されている。
【００１５】
他方、本実施の形態に係る電動補助自転車１においては、前記サドル１０の下方であって、前記シートチューブ８とリヤフェンダ２１とで囲まれる空間にはバッテリ２４が着脱可能に装着されている。尚、バッテリ２４はサドル１０を跳ね上げて該サドル１０との干渉を避けた状態でシートチューブ８に沿って着脱される。
【００１６】
次に、前記パワーユニット１１における動力伝達経路を図２に示すブロック図に基づいて説明する。
【００１７】
乗員がペダル１５を漕いだ場合には、踏力（人力）はクランク軸１３及び一方向クラッチ２５を経て合力軸２６に伝達されるが、その伝達経路上で該踏力と車速が不図示の踏力センサと車速センサによってそれぞれ検出され、それらの検出信号はコントローラ１７に入力される。
【００１８】
すると、コントローラ１７は、これに入力される各種信号とメモリ２７に記憶された各種データに基づいて所定の補助動力（アシスト力）を算出し、その補助動力に見合う制御信号（出力指示信号）を電動モータ１２に対して出力する。
【００１９】
而して、電動モータ１２が発生する補助助力は減速機２８及び一方向クラッチ２９を経て前記合力軸２６に伝達され、合力はチェーン２３、一方向クラッチ３０と変速機構３１を経て後輪２０に伝達される。
【００２０】
次に、本発明の要旨である補助動力制御方法を図３及び図４に基づいて説明する。
【００２１】
本実施の形態に係る電動補助自転車１においては、コントローラ１７は、踏力が第１の閾値（アシストカット判断値）以下の状態が所定時間継続したときにはバッテリ２４から電動モータ１２へのアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低く設定し、その状態で踏力が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値（アシスト再開判断値）を超えると正規のアシスト電流の供給を再開するよう制御する。
【００２２】
ここで、前記補助動力制御方法を図３及び図４に基づいて具体的に説明する。尚、図３は補助動力の制御手順を示すフローチャート、図４は踏力と補助動力及び合力（＝踏力＋補助動力）の経時変化を示す図である。
【００２３】
図４に示す時間ｔ0 において乗員が電動補助自転車１のペダル１５を漕ぎ始めると、その踏力は図４（ａ）に示すように正弦波状に変化し、この踏力に応じた補助動力が時間ｔ1 （＞ｔ0 ）において発生し、この補助動力は図４（ｂ）に示すように踏力と同様に正弦波状に変化する。従って、踏力と補助動力との合力によって電動補助自転車１が駆動されて走行するが、この合力も図４（ｃ）に示すように踏力及び補助動力と同様に正弦波状に変化する。
【００２４】
而して、コントローラ１７に内蔵されたモータコントロールプログラムのメインループにおいては、図３に示すように、現在アシストカット状態（正規の補助動力によるアシストが中断された状態）であるか否かが判断される（ステップＳ１）。走行初期においてはアシスト状態（正規の補助動力によるアシストがなされている状態）が維持されているため、ステップＳ１での判断結果はＮＯとなって処理はステップＳ２へ進み、現在の踏力が図４（ａ）に示すアシストカット判断値（第１の閾値）以下であるか否かが判断される。
【００２５】
現在の踏力がアシストカット判断値より大きい場合には、バッテリ２４から正規のアシスト電流が供給されて正規の補助動力による通常のアシストが継続され（ステップＳ３）、現在の踏力がアシストカット判断値以下であってもその状態（低踏力状態）が所定の判断時間Δｔ以上継続しない場合には、同様に通常のアシスト状態が継続される（ステップＳ２→Ｓ４→Ｓ３）。
【００２６】
一方、図４（ａ）の時間ｔ2 〜ｔ3 に示すように、現在の踏力がアシストカット判断値以下である状態（低踏力状態）が所定の判断時間Δｔ以上継続すると、アシストカットが実行され（ステップＳ２→Ｓ４→Ｓ５）、アシストカット状態においてはバッテリ２４から電動モータ１２へのアシスト電流の供給が中止されて補助動力がカットされるか、或は図４（ｂ）に破線にて示すように補助動力が正規の値よりも低く設定される。尚、図４（ｃ）において、破線はアシストカット状態においてアシスト電流を正規の値よりも低く設定した場合の合力を示し、補助動力を完全にカットした場合の合力は図４（ａ）に示す踏力に等しくなる。
【００２７】
而して、前記アシストカット状態においては現在の踏力が図４（ａ）に示すアシストカット判断値よりも高い値に設定されたアシスト再開判断値（第２の閾値）以上であるか否かが判断され（ステップＳ６）、踏力がアシスト再開判断値未満である間（図４の時間ｔ3 〜ｔ4 ）はアシストカット状態が継続され（ステップＳ７）、踏力がアシスト再開判断値以上になった時点（図４の時間ｔ4 ）において通常のアシストが再開される（ステップＳ８）。
【００２８】
以上において、本実施の形態に係る補助動力制御方法においては、発進時や登坂時等のように踏力が高くて補助動力によるアシストを必要とする場合には正規のアシスト電流が電動モータ１２に供給されて必要十分な正規の補助動力が得られる反面、平坦路走行時等のように踏力が低くて補助動力によるアシストが不要或は少なくて済む場合にはアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低くして消費電流を低く抑えることができるため、合理的な電流消費が可能となって全体として消費電流を低く抑えることができ、結果としてバッテリ２４の１回の充電当たりの電動補助自転車１の航続距離を延ばすことができる。
【００２９】
＜参考例＞
次に、本発明外の参考例を図５及び図６に基づいて説明する。
【００３０】
尚、本参考例に係る補助動力制御方法が適用される電動補助自転車の構成は図１に示した前記実施の形態１に係る電動補助自転車１のそれと同一であるため、これについての図示及び説明は省略し、以下の説明においては同一要素には図１に示したと同一の符号を用いて説明する。
【００３１】
本参考例に係る補助動力制御方法は、正弦波状に変化する踏力波形の下死点から上死点を超えるまでの踏力上昇部においては正規のアシスト電流を供給し、上死点を超えて下死点に至るまでの踏力下降部においてはアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低く設定することを特徴とする。
【００３２】
ここで、前記補助動力制御方法を図５及び図６に基づいて具体的に説明する。尚、図５は補助動力の制御手順を示すフローチャート、図５は踏力と補助動力及び合力（＝踏力＋補助動力）の経時変化を示す図である。
【００３３】
乗員が電動補助自転車１のペダル１５を漕ぎ始めると、その踏力は図６（ａ）に示すように正弦波状に変化するが、本実施の形態に係る制御方法においては、この正弦波状に変化する踏力波形の下死点から上死点までの踏力上昇部（図６の時間ｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 、…）においては電動モータ１２に正規のアシスト電流を供給し、上死点を超えて下死点に至るまでの踏力下降部（図６の時間ｔ2 〜ｔ3 、ｔ4 〜ｔ5 、…）においてはアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低く設定するようにしている。
【００３４】
従って、図６（ｂ）に示すように踏力上昇部（時間ｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 、…）においては正規の補助動力が発生し、図６（ｃ）に示す合力（＝踏力＋補助動力）によって電動補助自転車１が駆動されて走行する。
【００３５】
一方、図６（ｂ）に示すように踏力下降部（時間ｔ2 〜ｔ3 、ｔ4 〜ｔ5 、…）においてはバッテリ２４から電動モータ１２へのアシスト電流の供給が中止されて補助動力がカットされるか、破線にて示すように補助動力が正規の値よりも低く設定される。尚、図６（ｃ）において、破線はアシスト電流を正規の値よりも低く設定した場合の合力を示し、補助動力を完全にカットした場合の合力は図６（ａ）に示す踏力に等しくなる。
【００３６】
而して、コントローラ１７に内蔵されたモータコントロールプログラムのメインループにおいては図５に示すような処理がなされる。
【００３７】
即ち、現在の踏力が検出され（ステップＳ１１）、検出された現在の踏力が前回に検出された踏力以上であって且つその状態が一定時間連続したか否かが判断される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２での判断結果がＹＥＳである場合には踏力は踏力波形において踏力上昇部（図６の時間ｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 、…）にあるために電動モータ１２には正規のアシスト電流が通電されて（ステップＳ１３）正規の補助動力が発生され（図６（ｂ）参照）、現在の踏力を次回の比較のために記憶する（ステップＳ１４）。
【００３８】
他方、ステップＳ１２での判断結果がＮＯである場合には、現在の踏力が前回の踏力よりも小さい状態が一定時間連続したか否かが判断され（ステップＳ１５）、判断結果がＮＯである場合には現在の状態を維持し（ステップＳ１６）、判断結果がＹＥＳである場合には踏力は踏力波形において踏力下降部（図６の時間ｔ2 〜ｔ3 、ｔ4 〜ｔ5 、…）にあるためにバッテリ２４から電動モータ１２へのアシスト電流の供給が中止されて補助動力がカットされるか、図６（ｂ）に破線にて示すように補助動力が正規の値よりも低く設定される（ステップＳ１７）。
【００３９】
而して、本参考例に係る補助動力制御方法によれば、乗員が電動補助自転車１を漕ぐサイクルの中で力を加えていく踏力上昇部では正規のアシスト電流が電動モータ１２に供給されて必要十分な正規の補助動力が得られる反面、力を抜いていく踏力下降部ではアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低くして消費電流を低く抑えることができるため、合理的な電流消費が可能となって全体として消費電流を低く抑えることができ、結果としてバッテリ２４の１回の充電当たりの電動補助自転車１の航続距離を延ばすことができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、発進時や登坂時等のように踏力が高くて補助動力によるアシストを必要とする場合には正規のアシスト電流が電動モータに供給されて必要十分な正規の補助動力が得られる反面、平坦路走行時等のように踏力が低くて補助動力によるアシストが不要或は少なくて済む場合にはアシスト電流の供給を中止又はアシスト電流を正規の設定値よりも低くして消費電流を低く抑えることができるため、合理的な電流消費が可能となって全体として消費電流を低く抑えることができ、結果としてバッテリの１回の充電当たりの電動補助自転車の航続距離を延ばすことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動補助自転車の側面図である。
【図２】電動補助自転車のパワーユニットにおける動力伝達経路を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る補助動力制御手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る補助動力制御方法を用いた場合の踏力と補助動力及び合力（＝踏力＋補助動力）の経時変化を示す図である。
【図５】本発明外の参考例に係る補助動力制御手順を示すフローチャートである。
【図６】前記参考例に係る補助動力制御方法を用いた場合の踏力と補助動力及び合力（＝踏力＋補助動力）の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１電動補助自転車
１１パワーユニット
１２電動モータ
１７コントローラ
２４バッテリ
【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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