(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該人力供給に応じた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、上記人力駆動系に加えられる人力を検出する人力検出手段と、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段と、上記人力検出手段により、人力供給の停止が検出された以降にも補助動力を残存させるとともに、補助動力の残存時間を上記走行速度検出手段により検出された走行速度に応じて、予め設定した特性に基づき、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させる補助動力制御手段とを備えた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、上記人力検出手段を人力の有無を検出するオンオフスイッチとし、上記補助動力制御手段は、上記人力検出手段により人力供給の開始が検出されたときに補助動力の供給を開始し、人力供給の停止が検出された以降にも補助動力を残存させ、補助動力の残存時間を上記走行速度検出手段により検出された走行速度に応じて、予め設定した特性に基づき、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させることを特徴とする補助動力式車両。
【請求項３】
請求項１において、上記人力検出手段を人力の大きさを連続的に検出するものとし、上記補助動力制御手段は、人力供給中の補助動力の大きさを人力の大きさに応じて変化させ、人力供給の停止が検出された以降にも補助動力を残存させ、補助動力の残存時間を上記走行速度検出手段により検出された走行速度に応じて、予め設定した特性に基づき、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させ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の何れかおいて、上記補助動力制御手段は、上記補助動力残存時間を、予め設定した特性に基づき、上記走行速度の増加に従って次第に長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、上記補助動力残存時間を発進・極低速走行時は０と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、上記補助動力制御手段は、上記補助動力の大きさを走行速度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７】
請求項６において、上記補助動力制御手段は、発進・極低速走行時の上記補助動力の大きさを低速走行時の補助動力の大きさ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８】
請求項５又は６において、上記補助動力制御手段は、高速走行時の上記補助動力の大きさを中速走行時の上記補助動力の大きさより大きくす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た人力と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自転車, 車椅子等の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る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）と上記人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車椅子等の電動補助車両が実用化されている。
【０００３】
上記従来の補助動力式車両は、電動モータへの供給電流値を人力の大きさに基づいて演算制御するコントロールユニットを備えており、人力の大きさに比例した補助動力が車輪に供給されるようになっている。
【０００４】
上記従来の補助動力式車両では、人力の供給停止後は補助動力の供給も停止されることから、一回の人力入力による航続距離が短く、乗り手の駆動ピッチを速くせざるを得ない。そこで人力供給が停止された後も補助動力の供給を一定時間継続することにより、補助動力を残存させるようにしたものがある（特開平８−１６８５０６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の補助動力を残存させる方法では、補助動力の残存時間は一定であり、発進時や混雑した場所，狭い場所などで残存力のために、逆にデリケートな操作がしにくく、取り扱い性が十分でなく、また高速走行時は、人力供給を頻繁に行なわなければならないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、発進時や混雑した場所，狭い場所などでデリケートな操作ができ、取り扱いが容易であるとともに、乗り手の負担を軽減することが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。
【０００７】
【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該人供給に応じた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、上記人力駆動系に加えられる人力を検出する人力検出手段と、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段と、上記人力検出手段により、人力供給の停止が検出された以降にも補助動力を残存させるとともに、補助動力の残存時間を上記走行速度検出手段により検出された走行速度に応じて、予め設定した特性に基づき、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させる補助動力制御手段とを備えた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、上記人力検出手段を人力の有無を検出するオンオフスイッチとし、上記補助動力制御手段は、上記人力検出手段により人力供給の開始が検出されたときに補助動力の供給を開始し、人力供給の停止が検出された以降にも補助動力を残存させ、補助動力の残存時間を上記走行速度検出手段により検出された走行速度に応じて、予め設定した特性に基づき、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１において、上記人力検出手段を人力の大きさを連続的に検出する人力連続検出センサとし、上記補助動力制御手段は、人力供給中の補助動力の大きさを人力の大きさに応じて変化させ、人力供給の停止が検出された以降にも補助動力を残存させ、補助動力の残存時間を上記走行速度検出手段により検出された走行速度に応じて、予め設定した特性に基づき、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させ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の何れかおいて、上記補助動力制御手段は、上記補助動力残存時間を走行速度の増加に従って次第に長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、上記補助動力残存時間を発進・極低速走行時は０と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において、上記補助動力制御手段は、上記補助動力の大きさを走行速度に応じて変化させることを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６において、上記補助動力制御手段は、発進・極低速走行時の上記補助動力の大きさを低速走行時の補助動力の大きさより大きくすることを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項５，６において、上記補助動力制御手段は、高速走行時の上記補助動力の大きさを中速走行時の上記補助動力の大きさより大きくすることを特徴としている。
【００１５】
【発明の作用効果】
請求項１〜３の発明に係る補助動力式車両によれば、人力供給が停止された後にも補助動力を残存させるとともに該補助動力の残存時間を車両の走行速度に応じて、予め設定した特性に基づき、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させるようにしたので、取り扱い性の向上と乗り手の負担軽減を実現することができる。
【００１６】
例えば、発進時や混雑した場所，狭い場所などを低速走行する際に補助動力を常に一定の時間だけ残存させるとかえってデリケートな操作がしにくくなるが、請求項１〜３の発明では、上記残存時間を車両の走行速度に応じて、該走行速度が低いときの残存時間より高いときの残存時間が長くなるように変化させるようにしたので、デリケートな操作が可能であり、操作性を向上することができるとともに、乗り手の負担を軽減することができる。
【００１７】
また、特に請求項２の発明によれば、人力検出手段を人力の有無を検出するオンオフスイッチとしたので、人力の大きさ自体を検出するものに比較して構造を簡単にでき、コストを低減することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、補助動力残存時間を走行速度の増加に従って次第に長くするようにしたので、走行速度の増加に伴って駆動ピッチが速くなるのを抑制でき、乗り手の負担を軽減できる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、補助動力の残存時間を発進・極低速走行時には０としたので、発進時には、乗り手が入力した時だけ補助動力が働くため車両が予期せぬ挙動を示すことがなくなり、操作性がより向上する。
【００２０】
請求項６の発明によれば、補助動力の大きさを走行速度に応じて変化させるようにしたので、走行時には走行速度に応じた補助動力が得られ、乗り手の負担を軽減することかできる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、発進・極低速走行時の補助動力の大きさを低速走行時より大きくしたので、発進時の乗り手の負担を軽減することができ、また発進後の低速走行時には補助動力の大きさを抑えることで不必要なバッテリの消耗を抑制できる。
【００２２】
請求項８の発明によれば、高速走行時の補助動力の大きさを中速走行時より大きい値に制御したので、中速域から高速域にかけて走行速度の増加に応じた走行抵抗の増加分を補助動力の増加で補うことができ、乗り手の負担を低減することができる。
【００２３】
【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８は請求項１，２，４〜８の発明の一実施形態による電動補助自転車（補助動力式車両）を説明するための図であり、図１は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構成を示す模式図、図３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４〜図６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７，８は上記補助動力供給装置の動作を説明するための特性図である。
【００２４】
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。
【００２５】
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（車輪）１３が軸支されている。
【００２６】
上記車体フレーム２の下端部には、クランク軸１６の両端突出部に取り付けられたクランクアーム１６ａを介してペダル１６ｂに入力されたペダル踏力（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、上記電動モータ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。
【００２９】
また上記電動モータ１７等の電源となるバッテリ２１は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。このバッテリ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ある。
【００３０】
また、上記パワーユニット１５内には、ペダルスイッチ（人力検出手段）２８が取り付けられている。このペダルスイッチ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。
【００３１】
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ペダルスイッチ２８からの人力供給の有無信号と、回転速度センサ２９からのモータ回転速度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走行速度を推定し、補助動力の大きさ, 残存時間等を演算し、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。
【００３２】
なお、モータの回転速度センサ２９の信号から走行速度を推定する代わりに、人力駆動系の回転速度を検出し、該回転速度から走行速度を推定してもよいし、また車速センサ１８により車輪の回転から直接走行速度を判定してもよい。これら回転速度センサ２９や車速センサ１８は走行速度検出手段を構成している。
【００３３】
ここで上記モータ１７からの補助動力の大きさ，残存時間等は、上記コントローラ２２により走行速度に応じて制御される。具体的には、補助動力の大きさは、図７の車両速度Ｖ−補助動力Ｐ特性図を用いて制御され、残存時間は、図８の車両速度Ｖ−残存時間ｔｆ特性図に基づいて制御される。なお、図７，図８に示す発進・極低速，低速，中速，高速の速度区分は説明の便宜上のものであり、必ずしもこれらの速度区分に限定されるものではない。
【００３４】
図７の特性線Ａに示すように、補助動力Ｐの大きさは、車両速度Ｖ（ｋｍ／ｈ）が０＜Ｖ≦５の発進・極低速走行時には徐々に小さくなるように、また、５＜Ｖ≦１０の低速走行時にはほぼ横ばいで若干上昇するように、また、１０＜Ｖ≦１５の中速走行時以降は車両速度の増加とともに大きくなるよう制御される。なお、特性線Ａは本実施形態ではなめらかな連続線である場合を示したが、これは必ずしも連続している必要はなく、上記各速度域でステップ的に変化するものであっても良い。
【００３５】
図８の特性線Ｂに示すように、上記補助動力の残存時間ｔｆは０＜Ｖ≦５の発進・極低速走行時には零となるように、また低速走行時以降は車速に比例して直線的に長くなるように制御される。なお、上記特性線Ｂは必ずしも比例直線である必要はなく、特性線Ｂ′で示すように各速度域でステップ的に変化するものであっても良い。
【００３６】
上記補助動力Ｐの大きさ，残存時間ｔｆについてさらに詳述すれば、車両速度Ｖが０＜Ｖ≦５の漕ぎ出し時（発進・極低速走行時）には、図４（ａ）に示すように、左, 右一方のペダル踏力がａを超えるとペダルスイッチ２８がオンし、大きさＰ１の補助動力の供給が開始され、ペダル踏力がｂを下回るとペダルスイッチ２８がオフし、補助動力の供給が停止される。
【００３７】
上記発進・極低速走行時（０＜Ｖ≦５）においては、最初のペダル踏力入力時の補助動力が最大となるように制御され、ペダルを交互に漕いで車両速度が上がるにつれて上記補助動力はＰ１′，Ｐ１′′と小さくなるように制御され、このようにして発進がスムーズに行なえるようになっている。また５＜Ｖ≦１０の低速走行時の補助動力の大きさはほぼ一定に制御される。但し、０＜Ｖ≦５の発進・極低速時には補助動力は残存させないが、５＜Ｖ≦１０の低速走行時には補助動力を残存させる。
【００３８】
また、車両速度Ｖが１０＜Ｖ≦１５の中速時走行には、図４（ｂ）に示すようにペダル踏力がａを超えてペダルスイッチ２８がオンした時点から大きさＰ２の補助動力の供給が開始され、ペダル踏力がｂを下回ってペダルスイッチ２８がオフした時点から残存時間ｔｆ１が経過するまで補助動力の供給が継続される。
【００３９】
この場合上記補助動力Ｐ２の大きさ, 残存時間は図７，８の特性図に基づいて制御される。上記１回目の補助動力Ｐ２は残存時間ｔｆ１が経過するまで一定であり、２回目，３回目と車両速度が上がるにつれて補助動力はＰ２′，Ｐ２′′と大きくなり、残存時間はｔｆ１′，ｔｆ１′′と大きくなる。車速が一定ならは補助動力，残存時間は一定となる。
【００４０】
また、車両速度Ｖが１５＜Ｖの高速走行時には、図４（ｃ）に示すように、ペダル踏力がａを超えて、ペダルスイッチ２８がオンした時点から大きさＰ３の補助動力の供給が開始され、ｂを下回ってペダルスイッチ２８がオフした時点から残存時間ｔｆ２の経過後に停止される。
【００４１】
この場合も補助動力Ｐ３は残存時間ｔｆ２の終了まで一定である。また、車両速度が大きくなるに伴って残存時間はｔｆ２′，ｔｆ２′′と長くなり、補助動力ＰはＰ３′，Ｐ３′′と大きくなる。なお、車速が一定ならば補助動力，残存時間はともに一定となる。
【００４２】
ここで図５, ６に示すように、上記ペダル踏力がｂを下回った時点から所定の残存時間ｔｆ１, ｔｆ１′・・・あるいはｔｆ２，ｔｆ２′・・・が経過したときに補助動力の供給を停止する場合に、残存時間中の補助動力の大きさを漸減させるようにしても良く、このように補助動力の大きさを残存時間中に減少させるようにした場合、より自然な走行感覚を実現することができる。
【００４３】
次に、図３に基づいて、本実施形態による電動補助自転車１における補助動力供給制御動作を説明する。
まず、上記回転速度センサ２９あるいは車速センサ１８からの信号に基づいて現在の走行速度の判定が行なわれる（ステップＳ１）。
【００４４】
次に、ペダルスイッチ２８のオンオフが判断され（ステップＳ２）、該ペダルスイッチ２８がオンである場合には、前回のこの処理におけるペダルスイッチのオンオフが判断され（ステップＳ３）、前回がオンでなかったのであれば、つまり現時点で人力供給が開始された場合には、上記検出された車速に基づいて補助動力Ｐ（ｔ）が算出され（ステップＳ４）、この補助動力Ｐ（ｔ）が上記モータ１７より供給される（ステップＳ５）。
【００４５】
また、上記ステップＳ３において前回のこの処理におけるペダルスイッチ２８がオンであったのであれば、つまり人力の供給状態が継続している場合には、前回の処理で設定された補助動力Ｐ（ｔ）が今回の補助動力として採用され（ステップＳ６）、この補助動力が上記モータ１７より供給される（ステップＳ５）。
【００４６】
上記ステップＳ２においてペダルスイッチ２８がオンでない場合で、かつ前回の処理においてペダルスイッチがオンであった場合、つまり現時点で人力供給が停止された場合には、前回の処理で設定された補助動力Ｐ（ｔ）が初期値Ｐo として採用される（ステップＳ８）。
【００４７】
そして上記ステップＳ１で検出された車速と図８の特性図とから、現在の走行速度における補助動力の残存時間ｔｆが算出され（ステップＳ９）、さらに補助動力Ｐｔの算出式Ｐ（ｔ）＝ｆ（Ｐ０, ｔｆ）が設定され（ステップＳ１０）、続いてこの式に基づきＰ（ｔ）が算出される（ステップＳ１１）。この算出された補助動力が上記モータ１７より供給される（ステップＳ５）。
【００４８】
また、上記ステップＳ７において、前回のこの処理においてペダルスイッチ２８がオンでなかった場合、すなわち残存時間中あるいは補助動力が一切供給されていない時には、上記前回の処理で用いられた計算式Ｐ（ｔ）＝ｆ（Ｐｏ, ｔｆ）から補助動力が計算されて、このＰ（ｔ）が上記モータ１７より供給される（ステップＳ１２）。
【００４９】
なお、計算式Ｐ（ｔ）は電源投入直後にはＰ（ｔ）＝０と設定されており、電源投入後初めてペダルスイッチがオンするまでの間は補助動力は供給されない。また、上述の制御処理は、乗り手が漕ぐペダルの回転周期に比べて十分短い周期で繰り返し行なわれる。
【００５０】
このように本実施形態の電動補助自転車では、補助動力の大きさを車両の走行速度に応じて変化させるようにし、また、人力供給が停止された後にも補助動力を残存させるとともに該補助動力の残存時間を車両の走行速度に応じて変化させるようにしたので、取り扱い性の向上と乗り手の負担軽減を実現することができる。
【００５１】
具体的には、補助動力の残存時間を発進・極低速走行時には０としたので、発進時や混雑した場所，狭い場所などを極低速走行する場合には、乗り手が入力した時だけ補助動力が働き、補助動力が残存することはなく、車両が予期せぬ挙動を示すことがなくなり微妙な操作を容易に行うことができ、操作性をより向上することができる。そして、補助動力残存時間を走行速度の増加に従って次第に長くするようにしたので、走行速度の増加に伴って駆動ピッチが速くなるのを抑制でき、乗り手の負担を軽減できる。
【００５２】
また、発進・極低速走行時の補助動力の大きさを低速走行時より大きくしたので、発進時の乗り手の負担を軽減することができ、また発進後の低速走行時には補助動力の大きさを抑えることで不必要なバッテリの消耗を抑制できる。さらにまた補助動力の大きさを走行速度に応じて変化させるようにし、高速走行時の補助動力の大きさを中速走行時より大きくしたので、走行時には走行速度に応じた補助動力が得られ、中速域から高速域にかけての走行速度の増加に応じた走行抵抗の増加分を補助動力の増加で補うことができ、乗り手の負担を低減することができる。
【００５３】
また、人力検出手段を人力の有無を検出するオンオフスイッチとしたので、人力の大きさ自体を検出するものに比較して構造を簡単にでき、コストを低減することができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、ペダルスイッチのオンオフにより人力供給中か否かを検出し、人力供給停止以降にも補助動力を残存させることとし、さらに車速に応じて補助動力の大きさ，残存時間を設定するものを説明したが、人力の大きさを連続的に検出し、人力供給中の補助動力の大きさを人力の大きさに応じて変化させ、さらに人力供給停止以降においても補助動力を残存させるとともに、該補助動力の残存時間を車両の走行速度に応じて変化させるようにすることも可能であり、このようにしたのが請求項３の発明である。
【００５５】
さらにまた上記人力の大きさに応じて設定された上記補助動力の大きさをさらに走行速度に応じて変化させることも可能である。具体的には、発進・極低速走行時の上記補助動力の大きさを低速走行時の補助動力の大きさより大きくし、また高速走行時の上記補助動力の大きさを中速走行時の上記補助動力の大きさより大きくする。このようにしたのが請求項６〜８の発明である。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による補助動力式車両としての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タイムチャート図である。
【図５】上記補助動力供給装置の変形例の動作を説明するためのタイムチャート図である。
【図６】上記変形例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車両速度−補助動力特性図である。
【図８】上記補助動力供給装置の車両速度−残存時間特性図である。
【符号の説明】
１  補助動力式車両
１３  後輪（車輪）
１８  車速センサ（走行速度検出手段）
２２  コントローラ（補助動力制御手段）
２８  ペダルスイッチ（人力検出手段）
２９  回転速度センサ（走行速度検出手段）
【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】
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【図８】
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