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1. WO2020158280 - DISPOSITIF D’ASSISTANCE ÉLECTRIQUE POUR BICYCLETTE, ET BICYCLETTE

Document

明 細 書

発明の名称 自転車用電動アシスト装置及び自転車

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029  

発明の効果

0030  

図面の簡単な説明

0031  

発明を実施するための形態

0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155  

符号の説明

0156  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : 自転車用電動アシスト装置及び自転車

技術分野

[0001]
 本発明は自転車用電動アシスト装置及び自転車に関し、更に詳細には自転車用電動アシスト装置において、アシスト力を発生する電動モータの制御系に関する。

背景技術

[0002]
 電動アシスト自転車として、歪みケージによってペダル系統の歪みを計測し、その計測値からペダル踏力を演算し、ペダル踏力に応じて電動モータの作動を制御するものや(例えば、特許文献1)、ペダルにより駆動されるクランク軸に取り付けられたペダル踏力伝達スリーブを含むペダル踏力センサにより検出されるペダル踏力に応じて電動モータの作動を制御するものが知られている(例えば、特許文献2)。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2007-91159号公報
特許文献2 : US6196347B1公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 上述の従来の電動アシスト自転車では、ペダル踏力の検出のための構造が複雑になる。特に、既存の自転車においてペダル踏力を検出するためには、改造が必要になり、このことが電動アシストユニットの後付によって既存の自転車を電動アシスト自転車とすることの障害になっている。
[0005]
 本発明が解決しようとする課題は、自転車用電動アシスト装置において、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシスト制御が行われるようにすることである。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明の一つの実施形態による自転車用電動アシスト装置は、ペダル(30)からの踏力によりクランクアーム(26)を介して駆動されるクランク軸(24)又は前記クランクアーム(26)にトルク伝達関係で接続された電動モータ(54)と、前記電動モータ(54)の電源である車載のバッテリ(102)と、前記電動モータ(54)の作動を制御する制御装置(100)とを備えた自転車用電動アシスト装置(50)であって、前記クランク軸(24)のクランク回転角度位置を検知する回転角センサ(110)と、前記電動モータ(54)のモータ電流(I)を検知する電流センサ(116)とを有し、前記制御装置(100)は、第1のクランク回転角度位置における前記モータ電流(I1)と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置における前記モータ電流(I2)との差異からペダル踏力を推定する踏力推定演算部(120)と、前記踏力推定演算部(120)によって推定されたペダル踏力に応じて前記電動モータ(54)の駆動を制御するモータ駆動制御部(126)とを有する。
[0007]
 この構成によれば、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車(10)の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。
[0008]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、前記モータ駆動制御部(126)は、更に、前記クランク回転角度位置から前記クランク軸(24)の角速度(ω)を演算し、前記第1のクランク回転角度位置における前記クランク軸(24)の角速度(ω1)と前記第2のクランク回転角度位置における前記クランク軸(24)の角速度(ω2)との差異に応じて前記電動モータ(54)の駆動を制御する。
[0009]
 この構成によれば、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0010]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、前記モータ駆動制御部(126)は、更に、前記クランク回転角度位置から前記クランク軸(24)の角加速度(α)を演算し、前記第1のクランク回転角度位置における前記クランク軸(24)の角加速度(α1)と前記第2のクランク回転角度位置における前記クランク軸(24)の角加速度(α2)との差異に応じて前記電動モータ(54)の駆動を制御する。
[0011]
 この構成によれば、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0012]
 本発明の他の実施形態による自転車用電動アシスト装置は、ペダル(30)からの踏力によりクランクアーム(26)を介して駆動されるクランク軸(24)又は前記クランクアーム(26)にトルク伝達関係で接続された電動モータ(54)と、前記電動モータ(54)の電源である車載のバッテリ(102)と、前記電動モータ(54)の作動を制御する制御装置(100)とを備えた自転車用電動アシスト装置(50)であって、前記クランク軸(24)のクランク回転角度位置を検知する回転角センサ(110)を有し、前記制御装置(100)は、前記クランク回転角度位置の変化から前記クランク軸(24)の角速度(ω)を演算し、第1のクランク回転角度位置における前記角速度(ω1)と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置における前記角速度(ω2)との差異からペダル踏力を推定する踏力推定演算部(120)と、前記踏力推定演算部(120)によって推定されたペダル踏力に応じて前記電動モータ(54)の駆動を制御するモータ駆動制御部(126)とを有する。
[0013]
 この構成によれば、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車(10)の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。
[0014]
 本発明の他の実施形態による自転車用電動アシスト装置は、ペダル(30)からの踏力によりクランクアーム(26)を介して駆動されるクランク軸(24)又は前記クランクアーム(26)にトルク伝達関係で接続された電動モータ(54)と、前記電動モータ(54)の電源である車載のバッテリ(102)と、前記電動モータ(54)の作動を制御する制御装置(100)とを備えた自転車用電動アシスト装置(50)であって、前記クランク軸(24)のクランク回転角度位置を検知する回転角センサ(110)を有し、前記制御装置(100)は、前記クランク回転角度位置から前記クランク軸(24)の角加速度(α)を演算し、第1のクランク回転角度位置における前記角加速度(α1)と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置における前記角加速度(α2)との差異からペダル踏力を推定する踏力推定演算部(120)と、前記踏力推定演算部(120)によって推定されたペダル踏力に応じて前記電動モータ(54)の駆動を制御するモータ駆動制御部(126)とを有する。
[0015]
 この構成によれば、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車(10)の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。
[0016]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、前記電動モータ(54)のモータ電流(I)を検知する電流センサ(116)を有し、前記モータ駆動制御部(126)は、更に、前記第1のクランク回転角度位置における前記モータ電流(I1)と前記第2のクランク回転角度位置における前記モータ電流(I2)との差異に応じて前記電動モータ(54)の駆動を制御する。
[0017]
 この構成によれば、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0018]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、前記第1のクランク回転角度位置は片方のペダル(30)の最上昇位置から90度以下の角度範囲内にあり、前記第2のクランク回転角度位置は前記片方のペダル(30)の最上昇位置から90度以上且つ180度以下の角度範囲内にある。
[0019]
 この構成によれば、ペダル踏力の推定やペダリングの状態検知が精度よく行われ、ペダル踏力やペダリング状態に応じたアシストが適切に行われる。
[0020]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、前記回転角センサ(110)により検知されるクランク回転角度位置から前記クランク軸(24)の正転と逆転とを判定するクランク正逆転判定部(122)を有し、前記モータ駆動制御部(126)は、前記クランク正逆転判定部(122)より前記クランク軸(24)が逆転していると判定された時には前記電動モータ(54)の駆動を停止する制御を行う。
[0021]
 この構成によれば、クランク軸(24)が逆転している運転状態において、無駄なアシストが行われることがない。
[0022]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、前記クランクの回転を検知する回転センサ(112)と、前記回転センサ(112)により検知される前記クランク軸(24)の回転から前記ペダル(30)に対する踏力の有無を判定する踏力有無判定部(124)とを有し、前記モータ駆動制御部(126)は、前記踏力有無判定部(124)により踏力が無いと判定された時には前記電動モータ(54)の駆動を停止する制御を行う。
[0023]
 この構成によれば、踏力が無い状態において、無駄なアシストが行われることがない。
[0024]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、自転車(10)の傾きを検知するジャイロセンサ(114)を有し、前記モータ駆動制御部(126)は、更に、前記ジャイロセンサ(114)によって検知された前記自転車(10)の傾きに応じて前記電動モータ(54)の回転出力を低減する制御を行う。
[0025]
 この構成によれば、運転者が意図するアシストが行われると共に安全性が向上する。
[0026]
 前記自転車用電動アシスト装置(50)において、好ましくは、前記バッテリ(102)の電圧を検知する電圧センサ(118)を有し、前記モータ駆動制御部(126)は、更に、前記電圧センサ(118)によって検知された電圧の低下に応じて前記電動モータ(54)の回転出力を低減する制御を行う。
[0027]
 この構成によれば、バッテリ(102)の過放電が抑制される。
[0028]
 本発明の一つの実施形態による自転車は、上述の実施形態の自転車用電動アシスト装置を取り付けられている。
[0029]
 この構成によれば、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシスト制御が行われる。

発明の効果

[0030]
 本発明による自転車用電動アシスト装置によれば、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシスト制御が行われる。

図面の簡単な説明

[0031]
[図1] 本発明の一つの実施形態による自転車用電動アシスト装置を取り付けられた自転車の要部の斜視図
[図2] 同実施形態による自転車用電動アシスト装置の斜視図
[図3] 同実施形態による自転車用電動アシスト装置の分解斜視図
[図4] 同実施形態による自転車用電動アシスト装置の縦断面図
[図5] 同実施形態による自転車用電動アシスト装置の制御系統のブロック線図
[図6] 同実施形態による自転車用電動アシスト装置を取り付けられた自転車のクランク回転角度位置の説明図
[図7] クランク回転角度位置とモータ電流との関係を示すグラフ
[図8] 同実施形態(第1実施形態)による自転車用電動アシスト装置のアシスト制御のフローチャート
[図9] 他の実施形態(第2実施形態)による自転車用電動アシスト装置のアシスト制御のフローチャート
[図10] クランク回転角度位置とクランク軸の角速度との関係を示すグラフ
[図11] 他の実施形態(第3実施形態)による自転車用電動アシスト装置のアシスト制御のフローチャート
[図12] 他の実施形態(第4実施形態)による自転車用電動アシスト装置のアシスト制御のフローチャート

発明を実施するための形態

[0032]
 以下に、本発明による自転車用電動アシスト装置を取り付けられた自転車の一つの実施形態を、図1~図5を参照して説明する。
[0033]
(第1実施形態~第4実施形態共通)
 図1に示されているように、自転車10は、略上下方向に延在して上端にサドル(不図示)を取り付けられるシートチューブ12と、略前後方向に延在するダウンチューブ14及びサブチューブ15と、左右のチェーンステー16を含むフレーム18とを有する。シートチューブ12の下端とダウンチューブ14の後端及び各チェーンステー16の前端とはパイプ継手を兼ねたクランク軸支持用の軸受筒体20によって互いに結合されている。サブチューブ15の後端はパイプ継手22によってシートチューブ12の下端近傍に結合されている。
[0034]
 軸受筒体20は左右方向に略水平に延在するクランク軸(駆動軸)24を回転自在に支持している。クランク軸24の左右の軸端は各々軸受筒体20から左右外方に突出しており、その各軸端に左右のクランクアーム26、28の基端が互いに180度の回転位相差をもって固定されている。クランク軸24はクランクアーム26、28の回転中心をなし、クランク軸24の回転中心軸線とクランクアーム26、28の回転中心軸線とは同一軸線上にある。
[0035]
 クランクアーム26、28の遊端にはペダル30が取り付けられている。右側のクランクアーム28と軸受筒体20との間にはドライブスプロケット32が配置されている。ドライブスプロケット32はクランク軸24に同軸的に連結(固定)されている。
[0036]
 クランク軸24は左右のクランクアーム26、28によって回転駆動される。クランク軸24の回転は、ドライブスプロケット(チェンホイール)32に伝達され、ドライブスプロケット32から不図示のチェン式伝動機構によって後輪(不図示)に伝達される。これにより、自転車10が前進走行する。
[0037]
 自転車10は電動アシストユニット(自転車用電動アシスト装置)50を有する。尚、以下の説明における上下、前後、左右の各方向は、電動アシストユニット50が、図1に示されているように、自転車10のフレーム18に取り付けられた状態での各方向である。
[0038]
 電動アシストユニット50は、図1~図4に示されているように、左側の第1半体52Aと右側の第2半体52Bとカバー部材52Dとの組立体による中空構造のハウジング52を有する。第1半体52Aと第2半体52Bとは複数のボルト51によって互いに結合されている。カバー部材52Dは複数のボルト55によって第1半体52Aの左側に結合されている。
[0039]
 ハウジング52には電動モータ54が取り付けられている。電動モータ54は、中心軸線Aが左右方向に延在すべく第2半体52Bの外面に固定された基端を含む円筒状のアウタケーシング56を有する。アウタケーシング56は第2半体52Bから右外方に突出している。
[0040]
 電動モータ54は、図4に示されているように、左右方向に延在にして第2半体52Bから左方にハウジング52の中空部に突出した出力軸58を有する。出力軸58には小径の駆動平歯車60が固定されている。第1半体52A及び第2半体52Bは内部にブッシュ62等によって左右方向に延在する中間軸64を回転可能に支持している。中間軸64はブッシュ62の右方に駆動平歯車60と噛合する大径の中間平歯車66を固定支持している。つまり、第1半体52A及び第2半体52Bによって画定された密閉構造の第1歯車室53内に駆動平歯車60及び中間平歯車66が収容されている。中間軸64はブッシュ62の左方に形成された小径の中間平歯車68を一体に有する。
[0041]
 第1半体52Aは中間軸64及び中間平歯車68の配置部から下方に延出した円環部52Cを一体に有する。円環部52Cは、左右方向に開口した中心開口70を画定する円筒部72、円筒部72の径方向外方に円筒部72と同心的に形成された略円筒状の外周部74及び円筒部72と外周部との間に延在する円環板状の右側部76を含み、左側方が開放された形状をしている。中心開口70は、クランク軸24の外径より十分大きい内径を有し、クランク軸24が遊嵌合状態で左右方向に貫通する。
[0042]
 円筒部72の外周にはボール軸受78によって円環形状の大径の出力平歯車80が左右方向に延在する中心軸線周りに回転可能に取り付けられている。
[0043]
 出力平歯車80は上側において中間平歯車68に噛合している。これにより、駆動平歯車60と出力平歯車80との間に中間平歯車66及び中間平歯車68を含む平行軸による変速歯車列59が構成される。変速歯車列59は電動モータ54の回転を後述する回転出力部材81の一部をなす出力平歯車80に伝達する。
[0044]
 電動モータ54は、変速歯車列59によって回転出力部材81に対して径方向外方に偏倚し、且つ回転出力部材81に対して軸線方向に偏倚している。
[0045]
 回転出力部材81は、出力平歯車80及び出力平歯車80の左側面に複数のボルト82によって出力平歯車80と同心に固定された円環形状の回転出力板84を含む。回転出力板84は、その左側面の全体が円環部52Cの左方に向けて外部に露呈しており、出力平歯車80と共に中心開口70の径方向外方において円筒部72の左右方向に延在する中心軸線周りに回転可能である。回転出力板84は変速歯車列59を介して電動モータ54によって回転駆動される。
[0046]
 回転出力板84は、出力平歯車80の外径より大きい外径を有し、出力平歯車80の歯部及び中間平歯車68と出力平歯車80との噛合部を円環部52Cの左側方(開放側)から遮蔽する。つまり、回転出力板84は、出力平歯車80のカバー部材となり、出力平歯車80の歯部を保護する。
[0047]
 回転出力板84は円環部52C及びカバー部材52Dと協働して密閉構造の第2歯車室57を画定しており、第2歯車室57に中間平歯車68及び出力平歯車80が収容されている。
[0048]
 出力平歯車80及び回転出力板84は共に中心開口70と同心の円環形状であって円筒部72の径方向外方にあるから、中心開口70は、出力平歯車80及び回転出力板84に邪魔されることなく、左右方向に同一内径をもって延在して左右外方に向けて開口している。
[0049]
 自転車10に対する電動アシストユニット50の取り付けは、作業者によって次の手順によって行われる。
[0050]
 先ず、ドライブスプロケット32が配置されていない左側のペダル30をスパナ等の一般工具によって取り外す。次に電動アシストユニット50を横に倒した状態(電動モータ54が上向きになる姿勢)で、中心開口70に左側のクランクアーム26の遊端側を入れ、中心開口70にクランクアーム26が入った状態で、電動アシストユニット50をクランクアーム26の延在方向に沿ってその基端側(回転中心側)に移動させる。
[0051]
 これにより、電動アシストユニット50は、回転出力部材81及び円環部52Cがクランクアーム26をくぐらせるようにして、クランクアーム26の基端近傍に到達する。換言すると、このくぐらせる作業が行われ得るように、クランクアーム26の外形に対して中心開口70の内径が設定されている。
[0052]
 尚、中心開口70がクランクアーム26に取り付けられているペダル30もくぐらせることができる内径を備えていれば、ペダル30を取り外さなくてもよい。
[0053]
 次に、電動モータ54が横向きになる姿勢(図1に示されている姿勢)に、電動アシストユニット50の姿勢を変更し、中心開口70にクランク軸24を遊嵌合状態で軸線方向に通す。これにより、回転出力板84及び円環部52Cは、ペダル30の取り外しだけで、或いはペダル30の取り外す作業も必要とすることなく、中心開口70にクランク軸24が左右方向に遊嵌合状態で貫通した状態で、フレーム18とクランクアーム26との間に配置される。
[0054]
 電動モータ54は、変速歯車列59によって回転出力部材81に対して径方向外方に偏倚し、且つ回転出力部材81に対して軸線方向にオフセットされているから、図1に示されているように、シートチューブ12の下端近傍の前側で、上下のサブチューブ15とダウンチューブ14との間に配置され、電動モータ54のアウタケーシング56がダウンチューブ14或いはサブチューブ15に当接することによりフレーム18に対して回り止めされる。これにより、フレーム18に対する電動モータ54の回り止めが簡単且つ確実に行われる。
[0055]
 フレーム18に対する電動アシストユニット50の固定は、電動モータ54のアウタケーシング56が締結バンド49によってダウンチューブ14に固定されることにより行われる。締結バンド49による電動アシストユニット50のフレーム18に対する固定は、走行時等に電動アシストユニット50がフレーム18に対してがた付かない程度のラフな固定でよく、この固定は必須でなく省略されてもよい。
[0056]
 この取付状態では、回転出力板84は、軸受筒体20とクランクアーム26との間にあって左方に向けて露呈しており、この露呈面(左面)に取り付けられる連結部材90によってクランクアーム26の回転中心部、つまりクランク軸24に同軸的に連結され、電動アシストユニット50によるアシスト力をクランク軸24に伝達する。
[0057]
 電動モータ54は変速歯車列59によって円環部52C及び回転出力板84に対して径方向外方に偏倚した位置にあるから、電動モータ54がクランクアーム26に対する円環部52C及び回転出力板84の設置を阻害することがない。
[0058]
 次に、自転車10におけるクランク軸24とクランクアーム26との連結構造及び連結部材90による回転出力部材81とクランク軸24との連結構造を、図3及び図4を参照して説明する。
[0059]
 クランク軸24は端部に他の部分より小径のスプライン軸部34を有する。スプライン軸部34の軸端中心にはクランク抜きのためのねじ孔36が開口している。クランクアーム26は基端を左右方向に貫通するスプライン孔38を有する。スプライン軸部34がスプライン孔38にスプライン結合の状態で嵌合し、クランクアーム26の外側からねじ(クランク抜きねじ)40がねじ孔36にねじ係合することにより、クランク軸24とクランクアーム26とが回転力を伝達可能に連結される。
[0060]
 連結部材90は、クランク軸24のねじ孔36にねじ係合するねじ40によってクランク軸24の軸端の固定される中央部91及び中央部91から径方向外方に延出して遊端をねじ94によって回転出力部材81に固定された複数の脚部92を含み、回転出力部材81をクランク軸24にトルク伝達関係をもって接続する。
[0061]
 回転出力板84には少なくとも2個の脚部92の遊端に形成された位置決め用の貫通孔93が嵌合する複数のノックピン98が取り付けられている。各ノックピン98と対応する貫通孔93との嵌合によって連結部材90が回転出力板84と同心になるように回転出力板84に対する連結部材90の位置決めが行われる。尚、中央部91に形成されているねじ40の貫通孔96の内径はねじ40の外形より大きくてよく、回転出力部材81に対する連結部材90の固定後に、ねじ40によって中央部91がクランク軸24に固定されればよい。
[0062]
 これにより、クランク軸24と回転出力部材81とが連結部材90及び既存の自転車10のねじ40によって互いに同心(同軸的)に連結され、回転出力部材81の回転が心振れを生じることなくクランク軸24に伝達される。
[0063]
 図1に示されているように、シートチューブ12には、締結バンド(不図示)等によって、電動アシストのための制御装置100と、電動モータ54及び制御装置100の電源をなす2次電池によるバッテリ102とが取り付けられている。制御装置100及びバッテリ102は、電動アシストユニット50のハウジング52及び電動モータ54とは別置きされるものであり、これらは電気ケーブル(不図示)によって電動モータ54と電気的に接続されていればよい。
[0064]
 次に、自転車用電動アシストユニット50の制御系統を、図5を参照して説明する。
[0065]
 自転車用電動アシストユニット50は、回転角センサ110と、パルスセンサ112と、ジャイロセンサ114と、電流センサ116と、電圧センサ118とを有する。
[0066]
 回転角センサ110は、電動モータ54に内蔵されたホールセンサ等により構成され、モータ回転角度の積算と変速歯車列59の減速比からクランク軸24の回転及び角度位置を検知する。尚、回転角センサ110は、電動モータ54に内蔵されないアブソリュート型ロータリエンコーダ等により構成され、クランク軸24の回転及び角度位置を検知するものであってもよい。
[0067]
 パルスセンサ112は、クランク軸24、クランクアーム26、ペダル30、出力平歯車80或いは回転出力板84に設けられ、図6に示されているように、片方のクランクアーム26のペダル30が最上昇位置に位置するクランク軸24のクランク角の基準点及びクランク軸24の回転を検知する回転センサである。
[0068]
 ジャイロセンサ114は電動アシストユニット50に設けられ、フレーム18の左右方向及び前後方向の傾きを検知する。
[0069]
 電圧センサ118はバッテリ102の電圧を検知する。
[0070]
 電流センサ116は電動モータ54のモータ電流Iを検知する。モータ電流Iは、図7に示されているように、クランク回転角度位置に応じて360度周期で変化し、ペダル踏力と相関性を有する。
[0071]
 制御装置100は、マイクロコンピュータ等を含む電子制御式のものであり、踏力推定演算部120と、クランク正逆転判定部122と、踏力有無判定部124と、モータ駆動制御部126とを有する。
[0072]
(第1実施形態)
 踏力推定演算部120は、第1実施形態では、回転角センサ110からのクランク回転角度位置に関する情報と、パルスセンサ112からのクランク軸24のクランク角の基準点及びクランク軸24の回転に関する情報と、電流センサ116からのモータ電流Iに関する情報とを取り込み、第1のクランク回転角度位置におけるモータ電流I1と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置におけるモータ電流I2との差異(差値或いは比率)から自転車10のペダル踏力を推定する。
[0073]
 踏力推定演算部120は、第1のクランク回転角度位置におけるモータ電流I1と第2のクランク回転角度位置におけるモータ電流I2との差値(I1-I2)が大きいほど、或いはモータ電流I1とモータ電流I2との比率(I1/I2)が大きいほど、ペダル踏力が大きいと推定する。
[0074]
 第1のクランク回転角度位置はクランクアーム26のペダル30の最上昇位置から90度以下の角度範囲内にあり、第2のクランク回転角度位置はクランクアーム26のペダル30の最上昇位置から90度以上且つ180度以下の角度範囲内にある。
[0075]
 モータ電流I1及びI2は、各々、上述の角度範囲内の少なくとも1点のモータ電流I であってよい。又、モータ電流I1は、ペダル30の最上昇位置から15度程度の第1の角度範囲θ1(図6参照)におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値であり、モータ電流I2は、ペダル30の最上昇位置から90度進んだ位置から15度程度の第2の角度範囲θ2(図6参照)におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値であってもよい。
[0076]
 図7に示されているモータ電流波形から分かるように、第1の角度範囲θ1におけるモータ電流I1の平均値或いは積分値は、第2の角度範囲θ2におけるモータ電流I2の平均値或いは積分値より大きい値になり、差値(I1-I2)或いは比率(I1/I2)がペダル踏力に概ね比例する。
[0077]
 モータ駆動制御部126は、基本的には踏力推定演算部120によって推定されたペダル踏力に応じた駆動電流をもって電動モータ54を作動させるべく、モータ駆動回路128に制御指令を出力する。
[0078]
 モータ駆動制御部126は、更に、回転角センサ110からクランク回転角度位置に関する情報を入力し、当該情報に基づいて第1のクランク回転角度位置あるいは第1の角度範囲θ1におけるクランク軸24の角速度ω1と第2のクランク回転角度位置あるいは第2の角度範囲θ2におけるクランク軸24の角速度ω2とを演算し、この角速度ω1とω2との差異に応じて決められた制御指令をモータ駆動回路128に出力する。
[0079]
 モータ駆動回路128は、バッテリ102から電動モータ54に通電する駆動電流を定量的に設定する。これにより、電動モータ54は、ペダル踏力の推定値或いは/及びクランク軸24の角速度に応じた回転出力によってペダリングのアシストを行う。これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車10の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。
[0080]
 クランク正逆転判定部122は、回転角センサ110により検知されるクランク回転角度位置に基づいてクランク軸24の正転と逆転とを判定する。モータ駆動制御部126は、クランク正逆転判定部122よりクランク軸24が逆転していると判定された時には、電動モータ54の駆動を停止する制御を行う。これにより、クランク軸24が逆転している時には無駄なアシストが行われない。
[0081]
 踏力有無判定部124は、回転角センサ110により検知されるクランク軸24の回転からペダル30に対する踏力の有無を判定する。モータ駆動制御部126は、踏力有無判定部124により踏力が無いと判定された時には、電動モータ54の駆動を停止する制御を行う。これにより、踏力が無い時には無駄なアシストが行われない。
[0082]
 モータ駆動制御部126は、更に、ジャイロセンサ114によって検知された自転車10の左右方向及び前後方向の傾きに応じて電動モータ54の回転出力を増減する制御を行う。これにより、旋回走行時等において自転車10が左右方向に傾いた時には、ペダリングのアシストを弱くしたり、登坂路等において自転車10が前後方向に傾いた時にはペダリングのアシストを強くしたりすることが行われ、運転者が意図するアシストが行われると共に安全性が向上する。
[0083]
 モータ駆動制御部126は、更に、電圧センサ118によって検知されたバッテリ電圧の低下に応じて電動モータ54の回転出力を低減する制御を行う。これにより、バッテリ102の過放電が抑えられ、バッテリ102の寿命が延びる。また、バッテリ102の電力消費が抑えられ、バッテリ102の一回の充電におけるアシスト継続距離(時間)が延長される。
[0084]
 次に、制御装置100の第1実施形態の制御ルーチンを、図8に示されているフローチャートを参照して説明する。
[0085]
 この制御ルーチンは電動アシストユニット50の電源がオンになることにより開始され、まず、待機状態処理が行われる(ステップS10)。待機状態処理は各センサ110、112、141、116、118を給電によって活動状態にすると共に電動モータ54を停止状態にすることを含む。
[0086]
 次に、電動アシストユニット50の電源がオフに変化したか否かの判別が行われる(ステップS11)。電源がオフに変化した場合には、電源オフ処理が行われる(ステップS12)。電源オフ処理は各センサ110、112、114、116、118に対する給電を停止することを含む。
[0087]
 電源がオフに変化していない場合には,電動モータ54が逆転しているかの判別が行われる(ステップS13)。電動モータ54が逆転している場合には、待機状態処理(ステップS10)に戻る。
[0088]
 電動モータ54が逆転していない場合には、電動モータ54が1回転したことを確認し(ステップS14)、その後に、電動モータ54が始動される(ステップS15)。
[0089]
 次に、クランク軸24の1回転の期間におけるモータ電流Iの波形が一定であるか否かの判別が行われる(ステップS16)。モータ電流Iの波形が一定であれば、ペダル踏力が実質的にゼロであると推定し、アシストを必要としない惰性走行と判断して待機状態処理(ステップS10)に戻る。
[0090]
 モータ電流Iの波形が一定でない場合には、モータ電流Iの変化(差異)が所定の閾値以上であるか否かの判別が行われる(ステップS17)。この判別は、第1の角度範囲θ1におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値と第2の角度範囲θ2におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値との変化(差値)が所定の閾値以上であるか否かの判別である。
[0091]
 モータ電流Iの変化が所定の閾値以上であれば、ペダル踏力は、第1の角度範囲θ1におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値と第2の角度範囲θ2におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値との差値に概ね比例するとして、その差値に応じたペダル踏力を推定する演算が行われ、推定されたペダル踏力に応じたモータ駆動出力が演算される(ステップS18)。
[0092]
 次に、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS19)。モータ駆動処理は、演算されたモータ駆動出力に応じた駆動電流を電動モータ54に対して通電することを含んでいる。これにより、ペダル踏力に応じたペダリングのアシストが行われる。
[0093]
 モータ電流Iの変化が所定の閾値未満である場合には、第1の角度範囲θ1におけるクランク軸24の角速度ω1及び第2の角度範囲θ2におけるクランク軸24の角速度ω2とが演算され、(ω1/ω2)が1以上であるか否かの判別が行われる(ステップS20)。(ω1/ω2)が1以上であれば、待機状態処理(ステップS10)に戻る。(ω1/ω2)が1未満であれば、次に、(ω1/ω2)が所定の閾値ωS未満であるか否かの判別が行われる(ステップS21)。
[0094]
 (ω1/ω2)が所定の閾値ωS以下であれば、(ω1/ω2)が小さいほどペダル踏力が大きいと推定し、(ω1/ω2)に応じたモータ駆動出力が演算され(ステップS18)、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS19)。これにより、(ω1/ω2)に基づくペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0095]
 (ω1/ω2)が所定の閾値ωS以下でない場合には、モータ駆動出力が予め定められている低出力の「弱」に設定され(ステップS22)、「弱」のモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS19)。
[0096]
 これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車10の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われると共に、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0097]
(第2実施形態)
 モータ駆動制御部126は、第2実施形態では、踏力推定演算部120によって推定されたペダル踏力に応じた制御指令に加えて、回転角センサ110からクランク回転角度位置に関する情報を入力し、当該情報に基づいて、クランク回転角度位置の時間的な変化から第1のクランク回転角度位置あるいは第1の角度範囲θ1におけるクランク軸24の角加速度α1と第2のクランク回転角度位置あるいは第2の角度範囲θ2におけるクランク軸24の角加速度α2とを演算し、この角加速度α1とα2との差異に応じて決められた制御指令をモータ駆動回路128に出力する。
[0098]
 次に、制御装置100の第2実施形態の制御ルーチンを、図9に示されているフローチャートを参照して説明する。
[0099]
 この制御ルーチンは電動アシストユニット50の電源がオンになることにより開始され、まず、待機状態処理が行われる(ステップS70)。待機状態処理は各センサ110、112、141、116、118を給電によって活動状態にすると共に電動モータ54を停止状態にすることを含む。
[0100]
 次に、電動アシストユニット50の電源がオフに変化したか否かの判別が行われる(ステップS71)。電源がオフに変化した場合には、電源オフ処理が行われる(ステップS72)。電源オフ処理は各センサ110、112、114、116、118に対する給電を停止することを含む。
[0101]
 電源がオフに変化していない場合には,電動モータ54が逆転しているかの判別が行われる(ステップS73)。電動モータ54が逆転している場合には、待機状態処理(ステップS70)に戻る。
[0102]
 電動モータ54が逆転していない場合には、電動モータ54が1回転したことを確認し(ステップS74)、その後に、電動モータ54が始動される(ステップS75)。
[0103]
 次に、クランク軸24の1回転の期間におけるモータ電流Iの波形が一定であるか否かの判別が行われる(ステップS76)。モータ電流Iの波形が一定であれば、ペダル踏力が実質的にゼロであると推定し、アシストを必要としない惰性走行と判断して待機状態処理(ステップS70)に戻る。
[0104]
 モータ電流Iの波形が一定でない場合には、モータ電流Iの変化(差異)が所定の閾値以上であるか否かの判別が行われる(ステップS77)。この判別は、第1の角度範囲θ1におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値と第2の角度範囲θ2におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値との変化(差値)が所定の閾値以上であるか否かの判別である。
[0105]
 モータ電流Iの変化が所定の閾値以上であれば、ペダル踏力は、第1の角度範囲θ1におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値と第2の角度範囲θ2におけるモータ電流Iの平均値或いは積分値との差値に概ね比例するとして、その差値に応じたペダル踏力を推定する演算が行われ、推定されたペダル踏力に応じたモータ駆動出力が演算される(ステップS78)。
[0106]
 次に、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS79)。モータ駆動処理は、演算されたモータ駆動出力に応じた駆動電流を電動モータ54に対して通電することを含んでいる。これにより、ペダル踏力に応じたペダリングのアシストが行われる。
[0107]
 モータ電流Iの変化が所定の閾値未満である場合には、第1の角度範囲θ1におけるクランク軸24の角加速度α1及び第2の角度範囲θ2におけるクランク軸24の角加速度α2とが演算され、(α1/α2)が1以上であるか否かの判別が行われる(ステップS80)。(α1/α2)が1以上であれば、待機状態処理(ステップS70)に戻る。(α1/α2)が1未満であれば、次に、(α1/α2)が所定の閾値αS未満であるか否かの判別が行われる(ステップS81)。
[0108]
 (α1/α2)が所定の閾値αS以下であれば、(α1/α2)が小さいほどペダル踏力が大きいと推定し、(α1/α2)に応じたモータ駆動出力が演算され(ステップS78)、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS79)。これにより、(α1/α2)に基づくペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0109]
 (α1/α2)が所定の閾値ωS以下でない場合には、モータ駆動出力が予め定められている低出力の「弱」に設定され(ステップS82)、「弱」のモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS19)。
[0110]
 これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車10の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われると共に、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0111]
(第3実施形態)
 踏力推定演算部120は、第3実施形態では、回転角センサ110からのクランク回転角度位置に関する情報と、パルスセンサ112からのクランク軸24のクランク角の基準点及びクランク軸24の回転に関する情報とを取り込み、クランク回転角度位置の時間的な変化からクランク軸24の角速度ωを演算し、第1のクランク回転角度位置におけるクランク軸24の角速度ω1と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置におけるクランク軸24の角速度ω2との差異(差値或いは比率)から自転車10のペダル踏力を推定する。
[0112]
 踏力推定演算部120は、第2のクランク回転角度位置における角速度ω2と第1のクランク回転角度位置における角速度ω1の差値(ω2-ω1)が小さいほど、或いは角速度ω2と角速度ω1との比率(ω2/ω1)が小さいほど、ペダル踏力が大きいと推定する。
[0113]
 実施形態3でも、第1のクランク回転角度位置はクランクアーム26のペダル30の最上昇位置から90度以下の角度範囲内にあり、第2のクランク回転角度位置はクランクアーム26のペダル30の最上昇位置から90度以上且つ180度以下の角度範囲内にある。
[0114]
 角速度ω1及びω2は、各々、上述の角度範囲内の少なくとも1点の角速度ωであってよい。又、角速度ω1は、ペダル30の最上昇位置から15度程度の第1の角度範囲θ1(図6参照)における角速度ωの平均値或いは積分値であり、角速度ω2は、ペダル30の最上昇位置から90度進んだ位置から15度程度の第2の角度範囲θ2(図6参照)における角速度ωの平均値或いは積分値であってもよい。
[0115]
 図10に示されている角速度波形から分かるように、第2の角度範囲θ2における角速度ω2の平均値或いは積分値は、第1の角度範囲θ1における角速度ω1の平均値或いは積分値より大きい値になり、差値(ω2-ω1)或いは比率(ω2/ω1)がペダル踏力に概ね比例する。
[0116]
 モータ駆動制御部126は、基本的には踏力推定演算部120によって推定されたペダル踏力に応じた駆動電流をもって電動モータ54を作動させるべく、モータ駆動回路128に制御指令を出力する。
[0117]
 モータ駆動制御部126は、更に、電流センサ116からモータ電流Iに関する情報を入力し、当該情報に基づいて第1のクランク回転角度位置あるいは第1の角度範囲θ1におけるモータ電流I1と第2のクランク回転角度位置あるいは第2の角度範囲θ2におけるモータ電流I2との差異に応じて決められた制御指令をモータ駆動回路128に出力する。
[0118]
 モータ駆動回路128は、バッテリ102から電動モータ54に通電する駆動電流を定量的に設定する。これにより、電動モータ54は、ペダル踏力の推定値或いは/及びモータ電流に応じた回転出力によってペダリングのアシストを行う。これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車10の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。
[0119]
 次に、制御装置100の第3実施形態の制御ルーチンを、図11に示されているフローチャートを参照して説明する。
[0120]
 この制御ルーチンは電動アシストユニット50の電源がオンになることにより開始され、まず、待機状態処理が行われる(ステップS30)。待機状態処理は各センサ110、112、141、116、118を給電によって活動状態にすると共に電動モータ54を停止状態にすることを含む。
[0121]
 次に、電動アシストユニット50の電源がオフに変化したか否かの判別が行われる(ステップS31)。電源がオフに変化した場合には、電源オフ処理が行われる(ステップS32)。電源オフ処理は各センサ110、112、114、116、118に対する給電を停止することを含む。
[0122]
 電源がオフに変化していない場合には,電動モータ54が逆転しているかの判別が行われる(ステップS33)。電動モータ54が逆転している場合には、待機状態処理(ステップS10)に戻る。
[0123]
 電動モータ54が逆転していない場合には、電動モータ54が1回転したことを確認し(ステップS34)、その後に、電動モータ54が始動される(ステップS35)。
[0124]
 次に、クランク軸24の1回転の期間におけるクランク軸24の角速度ωの波形が一定であるか否かの判別が行われる(ステップS36)。角速度ωの波形が一定であれば、ペダル踏力が実質的にゼロであると推定し、アシストを必要としない惰性走行と判断して待機状態処理(ステップS30)に戻る。
[0125]
 角速度ωの波形が一定でない場合には、角速度ωの変化(差異)が所定の閾値以上であるか否かの判別が行われる(ステップS37)。この判別は、第2の角度範囲θ2における角速度ωの平均値或いは積分値と第1の角度範囲θ1における角速度ωの平均値或いは積分値との変化(差値)が所定の閾値以上であるか否かの判別である。
[0126]
 角速度ωの変化が所定の閾値以上であれば、ペダル踏力は、第2の角度範囲θ2における角速度ωの平均値或いは積分値と第1の角度範囲θ1における角速度ωの平均値或いは積分値との差値に概ね比例するとして、その差値に応じたペダル踏力を推定する演算が行われ、推定されたペダル踏力に応じたモータ駆動出力が演算される(ステップS38)。
[0127]
 次に、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS39)。モータ駆動処理は、演算されたモータ駆動出力に応じた駆動電流を電動モータ54に対して通電することを含んでいる。これにより、ペダル踏力に応じたペダリングのアシストが行われる。
[0128]
 角速度ωの変化が所定の閾値未満である場合には、第1の角度範囲θ1におけるモータ電流I1及び第2の角度範囲θ2におけるモータ電流I2とが演算され、(I2/I1)が1以上であるか否かの判別が行われる(ステップS40)。(I2/I1)が1以上であれば、待機状態処理(ステップS30)に戻る。(I2/I1)が1未満であれば、次に、(I2/I1)が所定の閾値IS以下であるか否かの判別が行われる(ステップS41)。
[0129]
 (I2/I1)が所定の閾値IS以下であれば、(I2/I1)に応じたモータ駆動出力が演算され(ステップS38)、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS39)。これにより、(I2/I1)に基づくペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0130]
 (I2/I1)が所定の閾値IS以下でない場合には、モータ駆動出力が予め定められている低出力の「弱」に設定され(ステップS42)、「弱」のモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS39)。
[0131]
 これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車10の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われると共に、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0132]
(第4実施形態)
 踏力推定演算部120は、第4実施形態では、回転角センサ110からのクランク回転角度位置に関する情報と、パルスセンサ112からのクランク軸24のクランク角の基準点及びクランク軸24の回転に関する情報とを取り込み、クランク回転角度位置の時間的な変化からクランク軸24の角加速度αを演算し、第1のクランク回転角度位置におけるクランク軸24の角加速度α1と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置におけるクランク軸24の角加速度α2との差異(差値或いは比率)から自転車10のペダル踏力を推定する。
[0133]
 踏力推定演算部120は、第2のクランク回転角度位置における角加速度α2と第1のクランク回転角度位置における角加速度α1との差値(α2-α1)が大きいほど、或いは角加速度α2と角加速度α1との比率(α2/α1)が大きいほど、ペダル踏力が大きいと推定する。
[0134]
 実施形態4でも、第1のクランク回転角度位置はクランクアーム26のペダル30の最上昇位置から90度以下の角度範囲内にあり、第2のクランク回転角度位置はクランクアーム26のペダル30の最上昇位置から90度以上且つ180度以下の角度範囲内にある。
[0135]
 角加速度α1及びα2は、各々、上述の角度範囲内の少なくとも1点の角加速度αであってよい。又、角加速度α1は、ペダル30の最上昇位置から15度程度の第1の角度範囲θ1(図6参照)における角加速度αの平均値或いは積分値であり、角加速度α2は、ペダル30の最上昇位置から90度進んだ位置から15度程度の第2の角度範囲θ2(図6参照)における角加速度αの平均値或いは積分値であってもよい。
[0136]
 第2の角度範囲θ2における角加速度α2の平均値或いは積分値は、第1の角度範囲θ1における角加速度α1の平均値或いは積分値より大きい値になり、差値(α2-α1)或いは比率(α2/α1)がペダル踏力に概ね比例する。
[0137]
 モータ駆動制御部126は、基本的には踏力推定演算部120によって推定されたペダル踏力に応じた駆動電流をもって電動モータ54を作動させるべく、モータ駆動回路128に制御指令(駆動電流指令)を出力する。
[0138]
 モータ駆動制御部126は、更に、電流センサ116からモータ電流Iに関する情報を入力し、当該情報に基づいて第1のクランク回転角度位置あるいは第1の角度範囲θ1におけるモータ電流I1と第2のクランク回転角度位置あるいは第2の角度範囲θ2におけるモータ電流I2との差異に応じて決められた制御指令をモータ駆動回路128に出力する。
[0139]
 モータ駆動回路128は、バッテリ102から電動モータ54に通電する駆動電流を定量的に設定する。これにより、電動モータ54は、ペダル踏力の推定値或いは/及びモータ電流に応じた回転出力によってペダリングのアシストを行う。これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車10の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。
[0140]
 次に、制御装置100の第4実施形態の制御ルーチンを、図12に示されているフローチャートを参照して説明する。
[0141]
 この制御ルーチンは電動アシストユニット50の電源がオンになることにより開始され、まず、待機状態処理が行われる(ステップS50)。待機状態処理は各センサ110、112、141、116、118を給電によって活動状態にすると共に電動モータ54を停止状態にすることを含む。
[0142]
 次に、電動アシストユニット50の電源がオフに変化したか否かの判別が行われる(ステップS51)。電源がオフに変化した場合には、電源オフ処理が行われる(ステップS52)。電源オフ処理は各センサ110、112、114、116、118に対する給電を停止することを含む。
[0143]
 電源がオフに変化していない場合には,電動モータ54が逆転しているかの判別が行われる(ステップS53)。電動モータ54が逆転している場合には、待機状態処理(ステップS50)に戻る。
[0144]
 電動モータ54が逆転していない場合には、電動モータ54が1回転したことを確認し(ステップS54)、その後に、電動モータ54が始動される(ステップS55)。
[0145]
 次に、クランク軸24の1回転の期間におけるクランク軸24の角加速度αの波形が一定であるか否かの判別が行われる(ステップS56)。角加速度αの波形が一定であれば、ペダル踏力が実質的にゼロであると推定し、アシストを必要としない惰性走行と判断して待機状態処理(ステップS50)に戻る。
[0146]
 角加速度αの波形が一定でない場合には、角加速度αの変化(差異)が所定の閾値以上であるか否かの判別が行われる(ステップS57)。この判別は、第2の角度範囲θ2における角加速度αの平均値或いは積分値と第1の角度範囲θ1における角加速度αの平均値或いは積分値との変化(差値)が所定の閾値以上であるか否かの判別である。
[0147]
 角加速度αの変化が所定の閾値以上であれば、ペダル踏力は、第2の角度範囲θ2における角加速度αの平均値或いは積分値と第1の角度範囲θ1における角加速度αの平均値或いは積分値との差値に概ね比例するとして、差値に応じたペダル踏力を推定する演算が行われ、推定されたペダル踏力に応じたモータ駆動出力が演算される(ステップS58)。
[0148]
 次に、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS59)。モータ駆動処理は、演算されたモータ駆動出力に応じた駆動電流を電動モータ54に対して通電することを含んでいる。これにより、ペダル踏力に応じたペダリングのアシストが行われる。
[0149]
 角加速度αの変化が所定の閾値未満である場合には、ペダル踏力は、第1の角度範囲θ1における角加速度αの平均値或いは積分値と第2の角度範囲θ2における角加速度αの平均値或いは積分値との差値に概ね比例するとして、その差値に応じたペダル踏力を推定する演算が行われ、推定されたペダル踏力に応じたモータ駆動出力が演算される(ステップS58)。
[0150]
 次に、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS59)。モータ駆動処理は、演算されたモータ駆動出力に応じた駆動電流を電動モータ54に対して通電することを含んでいる。これにより、ペダル踏力に応じたペダリングのアシストが行われる。
[0151]
 角加速度αの変化が所定の閾値未満である場合には、第1の角度範囲θ1におけるモータ電流I1及び第2の角度範囲θ2におけるモータ電流I2とが演算され、(I2/I1)が1以上であるか否かの判別が行われる(ステップS60)。(I2/I1)が1以上であれば、待機状態処理(ステップS50)に戻る。(I2/I1)が1未満であれば、次に、(I2/I1)が所定の閾値IS以下であるか否かの判別が行われる(ステップS61)。
[0152]
 (I2/I1)が所定の閾値IS以下であれば、(I2/I1)に応じたモータ駆動出力が演算され(ステップS58)、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS39)。これにより、(I2/I1)に基づくペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0153]
 (I2/I1)が所定の閾値IS以下でない場合には、モータ駆動出力が予め定められている低出力の「弱」に設定され(ステップS52)、「弱」のモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる(ステップS59)。
[0154]
 これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車10の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われると共に、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。
[0155]
 以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、電動モータ54の回り止めは、アウタケーシング56がダウンチューブ14やサブチューブ15に当接すること以外に、シートチューブ12、チェーンステー16に当接することにより行われてもよい。変速歯車列59の各歯車は、平歯車以外にはすば歯車であってもよい。また、前記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

符号の説明

[0156]
10  :自転車
12  :シートチューブ
14  :ダウンチューブ
15  :サブチューブ
16  :チェーンステー
18  :フレーム
20  :軸受筒体
22  :パイプ継手
24  :クランク軸
26  :クランクアーム
28  :クランクアーム
30  :ペダル
32  :ドライブスプロケット
34  :スプライン軸部
36  :ねじ孔
38  :スプライン孔
40  :ねじ
49  :締結バンド
50  :電動アシストユニット(自転車用電動アシスト装置)
51  :ボルト
52  :ハウジング
52A :第1半体
52B :第2半体
52C :円環部
52D :カバー部材
53  :第1歯車室
54  :電動モータ
55  :ボルト
56  :アウタケーシング
57  :第2歯車室
58  :出力軸
59  :変速歯車列
60  :駆動平歯車
62  :ブッシュ
64  :中間軸
66  :中間平歯車
68  :中間平歯車
70  :中心開口
72  :円筒部
74  :外周部
76  :右側部
78  :ボール軸受
80  :出力平歯車
81  :回転出力部材
82  :ボルト
84  :回転出力板
90  :連結部材
91  :中央部
92  :脚部
93  :貫通孔
94  :ねじ
96  :貫通孔
98  :ノックピン
100 :制御装置
102 :バッテリ
110 :回転角センサ
112 :パルスセンサ(回転センサ)
114 :ジャイロセンサ
116 :電流センサ
118 :電圧センサ
120 :踏力推定演算部
122 :クランク正逆転判定部
124 :踏力有無判定部
126 :モータ駆動制御部
128 :モータ駆動回路

請求の範囲

[請求項1]
 ペダルからの踏力によりクランクアームを介して駆動されるクランク軸又は前記クランクアームにトルク伝達関係で接続された電動モータと、前記電動モータの電源である車載のバッテリと、前記電動モータの作動を制御する制御装置とを備えた自転車用電動アシスト装置であって、
 前記クランク軸のクランク回転角度位置を検知する回転角センサと、
 前記電動モータのモータ電流を検知する電流センサとを有し、
 前記制御装置は、
 第1のクランク回転角度位置における前記モータ電流と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置における前記モータ電流との差異からペダル踏力を推定する踏力推定演算部と、
 前記踏力推定演算部によって推定されたペダル踏力に応じて前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部とを有する自転車用電動アシスト装置。
[請求項2]
 前記モータ駆動制御部は、更に、前記クランク回転角度位置から前記クランク軸の角速度を演算し、前記第1のクランク回転角度位置における前記角速度と前記第2のクランク回転角度位置における前記角速度との差異に応じて前記電動モータの駆動を制御する請求項1に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項3]
 前記モータ駆動制御部は、更に、前記クランク回転角度位置から前記クランク軸の角加速度を演算し、前記第1のクランク回転角度位置における前記角加速度と前記第2のクランク回転角度位置における前記角加速度との差異に応じて前記電動モータの駆動を制御する請求項1に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項4]
 ペダルからの踏力によりクランクアームを介して駆動されるクランク軸又は前記クランクアームにトルク伝達関係で接続された電動モータと、前記電動モータの電源である車載のバッテリと、前記電動モータの作動を制御する制御装置とを備えた自転車用電動アシスト装置であって、
 前記クランク軸のクランク回転角度位置を検知する回転角センサを有し、
 前記制御装置は、
 前記クランク回転角度位置の変化から前記クランク軸の角速度を演算し、第1のクランク回転角度位置における前記角速度と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置における前記角速度との差異からペダル踏力を推定する踏力推定演算部と、
 前記踏力推定演算部によって推定されたペダル踏力に応じて前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部とを有する自転車用電動アシスト装置。
[請求項5]
 ペダルからの踏力によりクランクアームを介して駆動されるクランク軸又は前記クランクアームにトルク伝達関係で接続された電動モータと、前記電動モータの電源である車載のバッテリと、前記電動モータの作動を制御する制御装置とを備えた自転車用電動アシスト装置であって、
 前記クランク軸のクランク回転角度位置を検知する回転角センサを有し、
 前記制御装置は、
 前記クランク回転角度位置の変化から前記クランク軸の角加速度を演算し、第1のクランク回転角度位置における前記角加速度と第1のクランク回転角度位置とは異なる第2のクランク回転角度位置における前記角加速度との差異からペダル踏力を推定する踏力推定演算部と、
 前記踏力推定演算部によって推定されたペダル踏力に応じて前記電動モータの駆動を制御するモータ駆動制御部とを有する自転車用電動アシスト装置。
[請求項6]
 前記電動モータのモータ電流を検知する電流センサを有し、
 前記モータ駆動制御部は、更に、前記第1のクランク回転角度位置における前記モータ電流と前記第2のクランク回転角度位置における前記モータ電流との差異に応じて前記電動モータの作動を制御する請求項4又は5に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項7]
 前記第1のクランク回転角度位置は片方のペダルの最上昇位置から90度以下の角度範囲内にあり、前記第2のクランク回転角度位置は前記片方のペダルの最上昇位置から90度以上且つ180度以下の角度範囲内にある請求項1~6の何れか一項に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項8]
 前記回転角センサにより検知されるクランク回転角度位置から前記クランク軸の正転と逆転とを判定するクランク正逆転判定部を有し、
 前記モータ駆動制御部は、前記クランク正逆転判定部より前記クランク軸が逆転していると判定された時には前記電動モータの駆動を停止する制御を行う請求項1~7の何れか一項に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項9]
 前記クランク軸の回転を検知する回転センサと、
 前記回転センサにより検知される前記クランク軸の回転から前記ペダルに対する踏力の有無を判定する踏力有無判定部とを有し、
 前記モータ駆動制御部は、前記踏力有無判定部により踏力が無いと判定された時には前記電動モータの駆動を停止する制御を行う請求項1~8の何れか一項に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項10]
 自転車の傾きを検知するジャイロセンサを有し、
 前記モータ駆動制御部は、更に、前記ジャイロセンサによって検知された前記自転車の傾きに応じて前記電動モータの回転出力を低減する制御を行う請求項1~9の何れか一項に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項11]
 前記バッテリの電圧を検知する電圧センサを有し、
 前記モータ駆動制御部は、更に、前記電圧センサによって検知された電圧の低下に応じて前記電動モータの回転出力を低減する制御を行う請求項1~10の何れか一項に記載の自転車用電動アシスト装置。
[請求項12]
 請求項1~11の何れか一項に記載の自転車用電動アシスト装置を取り付けられた自転車。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]