(57)【要約】  本発明は、ペダル駆動式車両たとえば電動自転車に関する。この電動自転車には、電動駆動部（２）と、電流供給部（６）と、チェーン（７）と、変速機（４）と、変速機（４）を操作するための電動アクチュエータ（３）と、電動駆動部（２）および電動アクチュエータ（３）を制御するための制御ユニット（５）とが設けられている。制御ユニット（５）は、変速段切替命令が発せられると電動駆動部（２）を動作させてチェーン（７）を動かし、電動アクチュエータ（３）による変速段切替を可能にする。さらに本発明は、ペダル駆動式車両を動作させる方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル駆動式車両たとえば電動自転車において、
電動駆動部（２）と、
電流供給部（６）と、
チェーン（７）と、
変速機（４）と、
該変速機（４）を操作するための電動アクチュエータ（３）と、
前記電動駆動部（２）および前記電動アクチュエータ（３）を制御するための制御ユニット（５）と
が設けられており、
前記制御ユニット（５）は、変速段切替命令が発せられると前記電動駆動部（２）を動作させて前記チェーン（７）を動かし、前記電動アクチュエータ（３）による変速段切替を可能にするように構成されている
ことを特徴とする、ペダル駆動式車両。
【請求項２】
前記制御ユニット（５）は、前記チェーンを静止状態から動かすように構成されている、
請求項１に記載の車両。
【請求項３】
クランク駆動部センサ（１５）が設けられており、該クランク駆動部センサ（１５）は、運転者が発生させたクランク駆動部の動作を検出するように構成されており、
前記制御ユニット（５）は、前記クランク駆動部の静止状態が検出されると、前記変速機（４）が現在の変速段よりも低い変速段へ切り替わるよう、前記電動アクチュエータ（３）を制御するように構成されている、
請求項１または２に記載の車両。
【請求項４】
トルクセンサ（１６）が設けられており、該トルクセンサ（１６）は、運転者が発生させたトルクを検出するように構成されており、
前記制御ユニット（５）は、前記クランク駆動部にトルクが発生していない状態が検出されると、前記変速機が現在の変速段よりも低い変速段へ切り替わるよう、前記電動アクチュエータ（３）を制御するように構成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項５】
半自動的なスイッチ装置（９）が設けられており、該スイッチ装置（９）を介して、運転者は変速段切替命令を入力する、および／または、
評価ユニットが設けられており、該評価ユニットは、前記車両の走行状態パラメータに基づき、自動的な変速段切替命令を出力するように構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両。
【請求項６】
車両速度を検出する速度センサ（１７）が設けられており、
前記制御ユニット（５）は、変速段切替命令が発せられると、車両速度に応じて所定の変速段に切り替えるように構成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の車両。
【請求項７】
ペダル駆動式車両たとえば電動自転車を動作させる方法であって、
前記車両には、電動駆動部と、電流供給部（６）と、変速機（４）と、該変速機（４）を操作するための電動アクチュエータ（３）と、チェーン（７）と、前記電動アクチュエータ（３）および前記電動駆動部（２）を制御するための制御ユニット（５）とが設けられている、
ペダル駆動式車両を動作させる方法において、
変速段切替命令を認識するステップと、
前記電動駆動部（２）を動作させて前記チェーン（７）を動かし、変速段切替を可能にするステップと、
前記電動アクチュエータ（３）により前記変速段切替を実行するステップと
を含むことを特徴とする、
ペダル駆動式車両を動作させる方法。
【請求項８】
前記チェーン（７）を静止状態から動かす、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
クランク駆動部が静止状態にあることを検出した場合、および／または、クランク駆動部において運転者が発生させるトルクがないことが検出された場合、前記変速機（４）を、前記変速段切替命令が発せられたときに入っていた変速段よりも低い変速段に切り替える、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記変速機（４）によって入れられる変速段を、車両速度に応じて設定する、
請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペダル駆動式車両たとえば電動自転車、およびペダル駆動式車両を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通常のペダル駆動機構に加えて、電動駆動部も備えた自転車が増えてきている。このような自転車においては、電動駆動部の配置に様々な可能性があるが、いわゆる「中央モータ配置型」が、構想として有利であり、それによれば電動駆動部がクランク駆動部の部位に配置される。さらに自転車の分野において、半自動化された変速段切替が知られており、これによればボタン等を押すことにより変速段切替過程をトリガ可能であり、変速機に設けられた電動アクチュエータによって変速段切替過程が実行される。このような変速機は、きわめて快適なものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
公知の変速機における問題点とは、停止状態では変速機を切り替えられないことであり、このような問題点は、ディレイラーギアにもハブギアにもあてはまる。このことから、高い変速段で走行した後に自転車を停止させた場合には、必ず高い変速段に入れられたままとなり、したがってそのような状況であると、入れられている変速段が高すぎて、始動の際に問題が発生することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これに対し、請求項１に記載された本発明によるペダル駆動式もしくは筋力駆動式の車両が有する利点とは、ペダルを漕いでいないときでも変速機の変速段切替が可能なことである。この場合、本発明によれば、チェーンを動かして、変速段切替を問題なく実現するために、電動駆動部が用いられる。この目的で本発明によれば、電動駆動部と電流供給部たとえばバッテリのほかに、変速機および変速機を操作するための電動アクチュエータが設けられている。電動駆動部と電動アクチュエータは制御ユニットにより制御され、その際、制御ユニットは、変速段切替命令が発せられたとき、電動アクチュエータを用いた変速段切替を可能にする目的で、チェーンが動かされるように電動駆動部を制御する。本発明によればこのようにすることで、変速段切替のために運転者がペダルを漕ぐ必要なく、変速段切替を行うことができる。
【０００５】
従属請求項には、本発明の有利な実施形態が記載されている。
【０００６】
特に有利であるのは、チェーンを静止状態から動かすことができるように、制御ユニットが構成されていることである。つまりこの場合、チェーンは、たとえば自転車が徐々に停止していくときに、ないしは惰性走行時に、電動駆動部によって動かされる。特に有利には、車両停止後、容易に始動できるようにする目的で、静止状態から動かされて、変速機がシフトダウンされる。誤った切替を防止するために、もっぱらチェーンの静止状態に基づき変速切替命令が実行される。
【０００７】
さらに有利には、車両はクランク駆動部センサを有しており、このセンサは、運転者が発生させたクランク駆動部の動きを検出するように構成されている。この場合、制御ユニットは、クランクの動きのない状態が検出されると、変速機が現在の変速段よりも低い変速段に切り替わるよう、変速機の電動アクチュエータを制御するように構成されている。特に有利であるのは、電動アクチュエータが変速機を第１変速段に切り替えることである。換言すれば、クランク駆動部センサがクランク駆動部の動きのない状態を検出するとただちに、つまり運転者がペダルを漕いでいなければ、変速機はより低い変速段にシフトダウンされる。このことにより運転者にもたらされる利点とは、運転者が再びペダルを漕ぎ始めたときに、変速機はすでにより低い変速段に入れられており、したがって問題なくペダルを再び漕ぎ始めることができることである。車両の停止後であれば特に、すでに低い変速段に入れられていると、始動が著しく容易になる。
【０００８】
さらに有利には本発明による車両は、少なくとも１つのトルクセンサを有しており、このセンサは、運転者がクランク駆動部において発生させたトルクを検出するように構成されている。この場合、制御ユニットは、トルクがない状態を検出すると、変速機が現在の変速段よりも低い変速段に切り替わるよう、変速機の電動アクチュエータを制御するように構成されている。特に有利であるのは、トルクの検出をクランク駆動部の動きの検出と同時に行うことであり、これによって運転者がペダルを漕いでいるのか、または運転者がじっとしているのかについて、冗長的な検出を行うことができる。この場合、運転者が発生させたトルクを捕捉することにより得られる利点とは特に、たとえば車両が徐々に停止していくときでも、つまり惰性走行時も、付加的なトルクを発生させずに、運転者が依然としてペダルを軽く漕ぐことができることである。このような状況においては、ペダルを軽く漕いでいるにもかかわらず、車両速度は減少していくので、より低い変速段に切り替えるのが有利である。
【０００９】
本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、車両はさらに半自動変速機を有しており、この変速機を介して運転者は変速段切替命令を入力する。これに加えて、またはこれに対する代案として、制御ユニットは、電動駆動部の効率を求め、電動駆動部の求められた効率に基づき、変速段切替命令を出力するように構成されている。たとえば電動駆動部の効率を、回転数、電動駆動部が送出するトルクなど、捕捉されたパラメータに依存して求めることができる。
【００１０】
さらに有利には本発明による車両は、車両速度を検出する速度センサを有しており、制御ユニットは、変速段切替命令が発せられると、車両速度に応じて所定の変速段を選択するように構成されている。たとえばこの場合、制御ユニットは、予め定められた速度範囲が格納されている記憶装置を有しており、それらの速度範囲はそれぞれ、予め定められた１つの変速段に割り当てられている。たとえば速度ゼロのときすなわち車両が停止しているときには、最も低い変速段に入れることができる。
【００１１】
ペダル駆動式車両は、有利には電動自転車である。この場合、さらに有利には、電動自転車の電動駆動部は、中央駆動型として配置されており、つまりこの電動駆動部は、クランク駆動部の領域に配置されている。
【００１２】
さらに有利には、ペダル駆動式車両の変速機は、ディレイラーギアまたはハブギアである。
【００１３】
さらに本発明は、ペダル駆動式車両を動作させる方法に関する。この場合、第１ステップにおいて、変速段切替命令を制御ユニットによって認識する。次に、電動駆動部を動作させて、変速段切替が可能となるようチェーンを動かす。これと同時に、変速機に設けられた電動アクチュエータが変速段切替を実行する。したがって本発明による方法によれば、運転者がペダルを漕いでおらず、本来はチェーンが静止状態にあるにもかかわらず、自動的または半自動的な変速機によって変速段切替を行うことができる。このことは本発明によれば、以下のような電動駆動部の制御によって克服される。すなわちこの場合、電動駆動部は、変速機の切替が可能となるように、特により低い変速段への切替が可能となるように、チェーンを動かすのである。
【００１４】
特に有利には電動駆動部によって、チェーンが静止状態から動かされる。さらに有利には電動駆動部は変速機を、変速段切替命令が発せられたときに入っていた変速段よりも低い変速段に切り替える。特に電動アクチュエータは、車両速度がゼロになった場合には、変速機を最も低い変速段に切り替える。
【００１５】
さらに有利には、変速機によって入れられるべき変速段が、車両速度に応じて設定される。その際、制御ユニットによって車両速度が求められ、求められた車両速度が記憶されている車両速度と比較される。この場合、記憶されている車両速度には、予め定められた変速段がそれぞれ対応づけられている。本発明による方法は特に、電動自転車との組み合わせで用いられ、特に中央モータ型の電動自転車との組み合わせで用いられる。
【００１６】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の有利な実施例について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の有利な実施形態による車両を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、本発明の有利な実施例による電動自転車１が示されている。
【００１９】
本発明による電動自転車１には電動駆動部２が設けられており、この電動駆動部２は、接続線１２，１３を介して、制御ユニット５および電気エネルギー供給部であるバッテリ６と接続されている。さらにこの電動自転車１には変速機４が設けられており、この実施例では変速機４はディレイラーである。変速機４に電動アクチュエータ３が配置されており、これは接続線１１を介して制御ユニット５と接続されている。この場合、電動アクチュエータ３は、ハンドルに配置されたスイッチ９の命令に応じて、変速機４を切り替える。スイッチ９は接続線１０を介して、電動アクチュエータ３および制御ユニット５と接続されている。
【００２０】
したがってこの実施例による電動自転車１は、電気的に駆動可能なすべての装置すなわち電動アクチュエータ３および電動駆動部２を制御する中央制御ユニット５を備えている。別の選択肢として、電気的に駆動可能な個々の装置ごとに、個別に制御ユニットを設けてもよい。
【００２１】
図１にさらに示されているように、この実施例の場合、電動駆動部２はクランク駆動部８の部位にじかに配置されており、したがってこの実施例はいわゆる「中央モータ型」である。
【００２２】
さらに電動自転車１には、多数のセンサが設けられている。図１には、参照符号１５によってクランク駆動部センサが示されており、このセンサはクランク駆動部８の部位に配置されており、運転者がペダルによって発生させたクランク駆動部の動きを検出する。クランク駆動部センサ１５は、たとえばクランク軸の回転を検出することができる。さらに、クランク駆動部８の部位にトルクセンサ１６が設けられており、このセンサは運転者が発生させたトルクを検出する。トルクセンサ１６は、たとえばひずみゲージ等を含むことができる。さらに速度センサ１７が設けられており、このセンサは電動自転車１の車輪の回転を検出する。したがって制御ユニット５は、車輪の回転に基づき電動自転車の速度を計算することができる。この場合、すべてのセンサは、やはり中央制御ユニット５と接続されている。
【００２３】
本発明によれば制御ユニット５は、変速段切替命令が発せられたときに、電動駆動部２がチェーン７を動かして、電動アクチュエータ３による変速段切替が可能となるように構成されている。したがって本発明によれば特に、チェーン７が静止状態であるにもかかわらず、変速段切替過程を行うことができる。
【００２４】
変速段切替命令は、スイッチ９を介して運転者により入力可能であり、または、センサにより検出された走行状態に基づき、制御ユニット５が変速段切替命令を自動的に出力可能である。その際に特に好ましいのは、制御ユニット５が電動駆動部２の効率をチェックして、効率の視点から変速段切替命令を出力できるようにすることである。別の選択肢として、たとえば運転者のケイデンスすなわちペダルを漕ぐ周期に応じて、制御ユニット５により自動的に変速段切替命令を出力可能である。
【００２５】
特に本発明によって、停止状態の電動自転車における変速段切替過程が初めて実現される。この場合、制御ユニット５を以下のようにプログラミングすることができる。すなわち、たとえば電動自転車１が徐々に停止していく状態ないしは惰性走行状態であれば、つまり運転者がもはやペダルを漕いでおらず、チェーン７が静止している状態であれば、変速段をシフトダウンする切替命令を制御ユニット５によって出力して、走行速度に依存してそのつどさらに低い変速段に入るように、プログラミングすることができる。その後、電動自転車１が停止状態に至ると、制御ユニット５は変速機を最も低い変速段に入れる。そのようにすることで電動自転車を再び始動させるときには、すでに最も低い変速段に入っているようになり、そのとき電動駆動部２による支援を運転者が望むならば、それを最適な効率で提供できるようになる。運転者がペダルを漕いでいない自転車の惰性走行状態において、制御ユニット５は電動自転車の速度に応じて、そのつど適切な変速段に入れることができ、運転者が（停止することもなく）再びペダルを漕ぎ始めたときには、すでにそのときには最適な変速段に入っているようになる。この場合、変速機４のシフトは、そのつど電動アクチュエータ３によって行われる。
【００２６】
電動アクチュエータ３には、バッテリ６からエネルギーを供給することができ、または、電動アクチュエータ３にエネルギーを供給するハブダイナモが付加的に設けられる。
【００２７】
このようにして本発明によれば、走行快適性を格段に高めることができ、運転者の力を借りることなく、すなわち変速段切替の目的でペダルを漕ぐことなく、変速段切替過程を実施することができる。その際、変速段切替過程は、速度に合わせてより迅速かつ確実に行われ、その結果、変速段を切り替える際の効率を高めることができるようになる。さらに変速機の歯車の負荷が低減され、電動駆動部２に伝動機構が設けられているならば、その歯車の負荷も軽減される。その結果、変速機および電動駆動部２ならびに伝動機構の部品の摩耗も減少する。
【図１】
2016514649.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月7日(2015.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル駆動式車両において、
電動駆動部（２）と、
電流供給部（６）と、
チェーン（７）と、
変速機（４）と、
該変速機（４）を操作するための電動アクチュエータ（３）と、
前記電動駆動部（２）および前記電動アクチュエータ（３）を制御するための制御ユニット（５）と
が設けられており、
前記制御ユニット（５）は、変速段切替命令が発せられると前記電動駆動部（２）を動作させて前記チェーン（７）を動かし、前記電動アクチュエータ（３）による変速段切替を可能にするように構成されている
ことを特徴とする、ペダル駆動式車両。
【請求項２】
前記制御ユニット（５）は、前記チェーンを静止状態から動かすように構成されている、
請求項１に記載の車両。
【請求項３】
クランク駆動部センサ（１５）が設けられており、該クランク駆動部センサ（１５）は、運転者が発生させたクランク駆動部の動作を検出するように構成されており、
前記制御ユニット（５）は、前記クランク駆動部の静止状態が検出されると、前記変速機（４）が現在の変速段よりも低い変速段へ切り替わるよう、前記電動アクチュエータ（３）を制御するように構成されている、
請求項１または２に記載の車両。
【請求項４】
トルクセンサ（１６）が設けられており、該トルクセンサ（１６）は、運転者が発生させたトルクを検出するように構成されており、
前記制御ユニット（５）は、前記クランク駆動部にトルクが発生していない状態が検出されると、前記変速機が現在の変速段よりも低い変速段へ切り替わるよう、前記電動アクチュエータ（３）を制御するように構成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項５】
スイッチ装置（９）が設けられており、該スイッチ装置（９）を介して、運転者は変速段切替命令を入力する、および／または、
評価ユニットが設けられており、該評価ユニットは、前記車両の走行状態パラメータに基づき、自動的な変速段切替命令を出力するように構成されている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両。
【請求項６】
車両速度を検出する速度センサ（１７）が設けられており、
前記制御ユニット（５）は、変速段切替命令が発せられると、車両速度に応じて所定の変速段に切り替えるように構成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の車両。
【請求項７】
前記ペダル駆動式車両は電動自転車である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の車両。
【請求項８】
ペダル駆動式車両を動作させる方法であって、
前記車両には、電動駆動部と、電流供給部（６）と、変速機（４）と、該変速機（４）を操作するための電動アクチュエータ（３）と、チェーン（７）と、前記電動アクチュエータ（３）および前記電動駆動部（２）を制御するための制御ユニット（５）とが設けられている、
ペダル駆動式車両を動作させる方法において、
変速段切替命令を認識するステップと、
前記電動駆動部（２）を動作させて前記チェーン（７）を動かし、変速段切替を可能にするステップと、
前記電動アクチュエータ（３）により前記変速段切替を実行するステップと
を含むことを特徴とする、
ペダル駆動式車両を動作させる方法。
【請求項９】
前記チェーン（７）を静止状態から動かす、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
クランク駆動部が静止状態にあることを検出した場合、および／または、クランク駆動部において運転者が発生させるトルクがないことが検出された場合、前記変速機（４）を、前記変速段切替命令が発せられたときに入っていた変速段よりも低い変速段に切り替える、
請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記変速機（４）によって入れられる変速段を、車両速度に応じて設定する、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ペダル駆動式車両は電動自転車である、
請求項８から１１のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2016514649.tif 000004
2016514649.tif 000005
2016514649.tif 000006
2016514649.tif 000007
2016514649.tif 000008
2016514649.tif 000009