(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速機の変速比を増加または減少させるための自動変速制御装置において、
踏力のピーク値を求める手段と、
求められた踏力のピーク値と車速とからこれらに適応したギヤ段を自動的に求める手段と、
前記変速機のギヤ段を、前記の手段によって求められたギヤ段に自動的に切り換える手段とを具備し、
前記踏力のピーク値を求める手段は、踏力の変化率が予め定めた値以上の時には、該踏力のピーク値を無視するようにしたことを特徴とする自動変速制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動変速制御装置において、
踏力のピーク値と車速とからこれらに適応したギヤ段を求めることのできるテーブルを具備していることを特徴とする自動変速制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の自動変速制御装置において、
前記踏力のピーク値として、複数個の踏力のピーク値を平均した移動平均値を用いるようにしたことを特徴とする自動変速制御装置。
【請求項４】
踏力検出器と車速センサを少なくとも備えた電動補助自転車に、前記請求項１〜３のいずれかに記載の自動変速制御装置を適用したことを特徴とする電動補助自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は自動変速制御装置に関し、特に電動補助（アシスト）自転車等において、運転者がマニュアル操作をしなくても、自動的に変速制御をすることのできる自動変速制御装置およびこれを用いた電動補助自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の変速装置を備えた電動補助自転車には、ハンドル部のレバーと変速装置の変速機構部とをワイヤで連結し、該レバーの手動操作により変速機構部を手動で動作させるようにしたものがある。
【０００３】
また、自転車に取り付けた無段変速装置の変速比を、自動的にモータによって制御するようにした自転車用電動無段変速装置に関する発明が、例えば特開平６−１２７４５８号に開示されているように、なされている。
【０００４】
この発明では、自転車の運転者によく見えてかつ手で操作しやすい位置、例えばハンドルバーの中央部に表示器が設置され、この表示器に変速指令用のアップ（ＵＰ）、ダウン（ＤＯＷＮ）のソフトスイッチが表示されている。走行中に、運転者によって該ソフトスイッチのいずれか一方が押されると、変速用モータが押された方向に回転し、変速比を増加または減少する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、前記した従来装置によれば、運転者がハンドル部のレバーを操作したり、変速指令用のアップまたはダウンのスイッチを操作しないと、変速操作が行われず、不便であるという問題があった。また、運転者が変速操作に不慣れな場合には、自転車の走行状態に適した変速指令を出すことができず、電動無段変速装置を使いこなすことが難しいという問題があった。例えば、走行中に適切な変速ギヤが選定されずに無駄な電力を消費したり、停止時には次にこぐ時のことを考え、軽くこぎ出せるようにギヤを予め変速させておく必要があって不便であったりするという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、前記した従来技術の問題を除去し、運転者が何ら変速操作をしなくても、自動的に最適の変速制御を行うことができる自動変速制御装置およびこれを用いた電動補助自転車を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、変速機の変速比を増加または減少させるための自動変速制御装置において、踏力のピーク値を求める手段と、求められた踏力のピーク値と車速とからこれらに適応したギヤ段を自動的に求める手段と、前記変速機のギヤ段を、前記の手段によって求められたギヤ段に自動的に切り換える手段とを具備し、前記踏力のピーク値を求める手段は、踏力の変化率が予め定めた値以上の時には、該踏力のピーク値を無視するようにした点に第１の特徴がある。また、本発明は、前記第１の特徴の自動変速制御装置を、踏力検出器と車速センサを少なくとも備えた電動補助自転車に適用した点に第２の特徴がある。
【０００８】
第１の特徴によれば、踏力のピーク値と車速に応じて、これらに適応したギヤ段に自動的に切り換えられるので、従来のように手動で制御指令をする必要がなくなり、変速制御の煩わしさがなくなる。また、第２の特徴によれば、従来の電動補助自転車は既に踏力検出器と車速センサとバッテリを具備しているので、高価な装置を付加することなく本発明を安価に実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１に、本発明の自動変速制御装置が適用される電動補助自転車の要部の構成図を示し、図２に図１のアシストユニット５の構成要素の要部を示す。なお、本発明は、電動補助自転車に限定されず、変速制御装置を有する他の装置にも適用できることは勿論である。
【００１０】
図１は、電動補助自転車を上から見た時の要部構成図であり、１ａ、１ｂはペダル、２ａ、２ｂはペダル１ａ、１ｂに印加された人力を伝達するクランク、３は該クランクを介して伝達された人力により回転駆動されると共に、電動モータ４によりその回動をアシストされるドライブスプロケットである。また、５はアシストユニットであり、前記電動モータ４の駆動力をドライブスプロケット３に伝達する伝達機構、図２に示されている、車速センサ６、踏力検出器７およびＣＰＵ８等から構成されている。
【００１１】
また、１０は後輪、１１は前記ドライブスプロケット３の回転駆動力を後輪のドリブンスプロケット１２に伝達するチェーン、１３はギヤ比を変えて変速する変速機、１４は該変速機１３の変速シフタ（機構）およびアクチュエータである。該アクチュエータは、サーボモータ、ソレノイド等から構成されており、該変速シフタの動作を制御する。
【００１２】
なお、前記車速センサ６はペダル１ａ、１ｂの回転数と前記変速シフタ１４で選択されているギヤ段を基に車速を検出し、踏力検出器７はペダル１ａ、１ｂの駆動力を例えば歪みゲージで検出する。該車速センサ６および踏力検出器７は従来から知られているものを使用することができる。
【００１３】
図３は、自転車がこがれる時の踏力の特性を表すものである。人はペダル１ａ、１ｂに対し、力を入れる、力を抜く、力を入れる、力を抜くという動作を繰り返して自転車をこぐので、人力によって回転駆動されるペダル１ａ、１ｂの踏力は、図示されているように、大小を周期的に繰り返す。ある時間ｔ1 に踏力が最小であれば、次の時間ｔ2 ではピーク（最大）Ｐ1 となり、さらに次の時間ｔ3 では再び最小となり、時間ｔ4 ではピークＰ2 となる。運転者は、通常は、自分のペースでペダルをこぐので、踏力は運転者のペースに応じた周期で滑らかに変動するが、時には突然ペダルに力を入れて異常なこぎ方をする時がある。この時には、踏力は図３の時間ｔ9 〜ｔ11のような変化をし、踏力の変化値（Δ踏力）は通常のこぎ方の場合に比べて非常に大きくなる。
【００１４】
次に、本実施形態の動作を、図４のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートは、主に図２のＣＰＵの動作を示している。
【００１５】
自転車がこがれると、ステップＳ１が動作し、ＣＰＵ８は踏力検出器７から踏力を検出する。ステップＳ２では、この踏力が、予め設定された値ｍより小さいか否かの判断がなされる。この値ｍは踏力としては非常に小さい値であり、例えば５ｋｇ重に設定することができる。この判断が否定の時、すなわち踏力がｍより大きい時には、ステップＳ３に進んで今回検出された踏力と一つ前の踏力との差、すなわち踏力の変化値Δ踏力が演算される。次いで、ステップＳ４では、該Δ踏力が正であるか否かが判断される。
【００１６】
この判断が肯定の時（例えば、図３の時間ｔ1 〜ｔ2 、ｔ3 〜ｔ4 等の時）にはステップＳ５に進み、第１のフラグが１であるか否かが判断される。いま、該第１のフラグが０であるとするとステップＳ６に進んでΔ踏力が予め設定された値ｎより大きいか否かの判断がなされる。ここでは、運転者が通常のペースで自転車をこいでいるかあるいは異常なこぎ方をしたかの判断がなされる。この判断が否定の時にはステップＳ７に進み、踏力の検出値がホールドされる。しかしながら、該判断が肯定の時にはステップＳ８に進んで第２のフラグが立てられる（フラグ２←１）。そして、ステップＳ７に進んで、踏力の検出値がホールドされる。
【００１７】
以上の処理（ステップＳ１〜Ｓ８）は図３の踏力が上昇傾向にある時には繰り返し行われ、ステップＳ７の踏力の検出値は該繰り返し毎に更新される。すなわち、図３の一部を拡大して示す図５に示されているように、制御ループタイミング毎に踏力の検出値は更新される。
【００１８】
上記の処理が繰り返されている間に、例えば図３の時間ｔ2 を過ぎると、Δ踏力は負に転じ、ステップＳ４の判断は否定になる。この時には、ステップＳ７におけるピークホールド値はＰ1 となる。
【００１９】
ステップＳ４の判断が否定となってステップＳ９に進むと、第１のフラグが１になっているか否かの判断がなされる。この判断が否定の時にはステップＳ１０に進んで、第１のフラグが立てられる（フラグ１←１）。次にステップＳ１１では、前記第２のフラグが立っているか否かの判断が行われ、この判断が否定の時にはステップＳ１２に進んで、踏力ピークホールド値Ｐ1 が例えばあるレジスタＸに記憶される。一方、ステップＳ１１の判断が肯定の時にはステップＳ１３に進んで第２のフラグを下ろした後（フラグ２←０）、ステップＳ１４に進む。すなわち、第２のフラグが立っている時には、踏力ピークホールド値は異常値であるので、レジスタＸに記憶されずに捨てられる。
【００２０】
ステップＳ１４では、レジスタＸに記憶された踏力ピークホールド値が所定個数になったか否かが判断される。例えば、踏力ピークホールド値が３個集まったか否かが判断される。この判断が否定の時には、前記ステップＳ１に戻り、前記した処理が繰り返される。
【００２１】
さて、該ステップＳ１４の判断が肯定であると判断されると、すなわち踏力ピークホールド値が例えば３個（Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 ）集まっていると判断されると、ステップＳ１５に進み該３個の踏力ピークホールド値の平均値（移動平均値）が求められる。この移動平均値は、新たな踏力ピークホールド値Ｐ4 が得られると、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 から求められるというふうに、推移していくことは明らかである。
【００２２】
次に、ステップＳ１６では、ＣＰＵ８は車速センサ６から車速を取り込む。次いで、ステップＳ１７に進み、前記踏力ピークホールド値の移動平均値と車速とから、ギヤ段を求め、ステップＳ１８では該ギヤ段を出力する。ステップＳ１７のギヤ段は、予め踏力ピークホールド値の移動平均値、車速、およびギヤ段とを関係付けるテーブル（または変速マップ）を例えばＣＰＵ８中のメモリ、あるいはＣＰＵ８がアクセスできるＲＯＭ等に格納しておき、該テーブルからギヤ段を求めるようにすればよい。なお、該踏力ピークホールド値の移動平均値、車速、およびギヤ段とを関係付けるテーブルは、運転者の体力、走行路面の状況等に応じたものを作成しておき、運転者に選ばせるようにしてもよい。
【００２３】
ギヤ段は、例えば１速、２速、３速の３段からなり、１速はクランク１回転の進む距離が短く、３速はクランク１回転の進む距離が長く、２速はクランク１回転の進む距離が１速と３速の間に設定されている。
【００２４】
ステップＳ１８の最適ギヤ段が出力された後は、第１のフラグは後述するステップＳ２２またはＳ２４で０に戻されるまで１を維持するので、ステップＳ９の判断は肯定となり、ステップＳ１０〜Ｓ１８をパスし、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ９→Ｓ１の処理を繰り返す。
【００２５】
次に、前記のようにして求められたギヤ段出力に応じて行われる変速制御について説明する。前記したように、ステップＳ２では、踏力≦ｍが成立するか否かの判断がなされる。ｍは、前述したように、踏力が０に近い小さい値（例えば、５ｋｇ重）に設定されているので、図５において、踏力がｍ以下の点Ａになると、ステップＳ２の判断は肯定となり、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、第１のフラグが１であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定になると、ステップＳ２１に進んで前記ステップＳ１８で求められたギア段出力に応じてギヤの変速制御が行われる。そして、ステップＳ２２に進んで、第１のフラグが０に戻される。
【００２６】
また、前記ステップＳ４の判断が肯定になり、ステップＳ５で第１のフラグが１であると判断されると（ステップＳ５が肯定）、ステップＳ２３に進み、前記ステップＳ１８で求められたギア段出力に応じてギヤの変速制御が行われる。すなわち、図５において、Δ踏力が正に転じるＢ点になると、該ステップＳ２３のギヤ変速制御が行われる。次に、ステップＳ２４では、第１のフラグが０にされ、前記ステップＳ６へ進む。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、運転者が自転車をこいでいる間に、運転者が何ら変速操作をしなくても、自動的に踏力ピークホールド値の移動平均値と車速とから、自動的に最適のギヤ段を求め、変速制御を自動的に行うことができるようになる。
【００２８】
また、踏力ピークホールド値の移動平均値と車速からギヤ段を求めるようにしたので、例えば１個の踏力ピークホールド値と車速からギヤ段を求めるようにすると、場合によってはペダルの１回転毎にギヤ段が切り替わり、不安定な変速制御が行われる場合も想定されるが、本実施形態によれば、安定な変速制御を期待することができるようになる。
【００２９】
また、自転車が異常なこぎ方をされた場合には、この時の踏力ピークホールド値は無視されるので、このようなノイズ的な踏力により変速制御が行われることがなく、良好な制御システムとなる。
【００３０】
また、この変速制御は、踏力が小さい時に行われるので、ギヤの切り換えを滑らかに行えるようになる。
【００３１】
また、既知の電動補助自転車には、既に踏力検出機構と車速検出機構が設けられているので、本発明は新たなハードの機構を付加しなくても実現できる。また、前記変速機１３に設けられているアクチュエータをアシストユニット５内に内蔵させると、変速機回りの構造をシンプルにすることができる。このようにすると、アシストユニット５から変速機１３までは、変速ワイヤのみとすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、踏力のピーク値と車速に応じて、これらに適応したギヤ段に自動的に切り換えられるので、変速制御に不慣れな者にとっては不適切な変速制御をすることがなくなるという効果、一方変速制御に慣れている者にとっては従来のように手動で制御指令をする必要がなくなるので、変速制御の煩わしさがなくなるという効果がある。また、自転車が異常な漕ぎ方をされた場合には、この時の踏力ピークホールド値は無視されるので、このようなノイズ的な踏力により変速制御が行われることがなく、良好な自動変速制御装置を提供できる効果がある。
【００３３】
また、本発明を電動補助自転車に適用した場合には、従来の電動補助自転車は既に踏力検出器と車速センサとバッテリを具備しているので、高価な装置を付加することなく安価に実現できる効果がある。また、停車した時に再度こぎ出す時のことを考えてギヤチェンジをしておかなくても、最適のギヤ段が選択されるため、ギヤチェンジの煩わしさがないという効果、再度こぎ出す時に自動的に最適のギヤ段が選択されるため、運転者は軽くこぎ出せると共に、電動補助モータ用の電池の消耗を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用される電動補助自転車の要部の概略構成図である。
【図２】  図１のアシストユニットの要部の構成を示すブロック図である。
【図３】  自転車走行時の踏力の特性図である。
【図４】  本発明の一実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】  図３の一部の波形の拡大図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…ペダル、２ａ、２ｂ…クランク、３…ドライブスプロケット、４…電動モータ、５…アシストユニット、６…車速センサ、７…踏力検出器、８…ＣＰＵ、１０…後輪、１１…チェーン、１２…ドリブンスプロケット、１３…変速機、１４…変速シフタ（機構）およびアクチュエータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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