JP2001088770A

JP2001088770A - 電動アシスト自転車

Info

Publication number: JP2001088770A
Application number: JP27030899A
Authority: JP
Inventors: Mutsuko Chiyoushi; 睦子調枝
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】踏出し用のトルクを無駄な電力を消費するこ
となく発生することが可能な電動アシスト自転車を提供
する。【解決手段】踏トルクを検出するトルク検出手段１３
０と、踏トルクが所定の基準トルクよりも大きく、か
つ、直前の踏トルクが０である状態を検出し、その検出
時点を始点とする踏出し期間を設定する踏出し期間設定
手段９６と、踏出し期間においてアシスト比率を定常走
行時のアシスト比率よりも大きな踏出し用のアシスト比
率に変更するアシスト比率変更手段９８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定のアシスト比
率に基づいて作動される電動モータの駆動力で人力によ
る駆動力をアシストする電動アシスト自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、電動アシスト自転車は、
踏トルクを検出して、この踏トルクに一定の比率（例え
ば、１以下）の電動アシストトルクが加えられるように
電動モータを制御するものである。この電動アシスト自
転車によれば、特に、低速走行時の加速に要する労力や
坂道走行時における労力が軽減される。

【０００３】ところで、自転車は踏出し（発進）の際に
最も大きな踏力を要する。したがって、電動アシスト自
転車では、特に体力の無い女性や老年者等が運転するこ
とを考慮して、踏出し時の労力を低減することが望まし
い。そこで、このような要望に応えるような制御特性を
備えた電動アシスト自転車が、特開平７−３０９２８３
号によって提案されている。この電動アシスト自転車で
は、踏出し時におけるアシスト比率を通常走行時のアシ
スト比率よりも大きく設定するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記先願に係る自転車
では、強いアシスト力を発生させる踏出し期間を車速の
みに基づいて判定しているので、次のような問題を生じ
る。すなわち、例えば、強いアシスト力が不要な下り勾
配を有した坂道で自転車を発進する場合にも、強いアシ
スト力が発生するため、不必要な電力が消費される。

【０００５】本発明は、このような状況に鑑み、踏出し
用のトルクを無駄な電力を消費することなく発生するこ
とが可能な電動アシスト自転車を提供することを課題と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、所定
のアシスト比率に基づいて作動される電動モータの駆動
力で人力による駆動力をアシストする電動アシスト自転
車であって、踏トルクを検出するトルク検出手段と、前
記踏トルクが所定の基準トルクよりも大きく、かつ、直
前の踏トルクが０である状態を検出し、その検出時点を
始点とする踏出し期間を設定する踏出し期間設定手段
と、前記踏出し期間において前記アシスト比率を定常走
行時のアシスト比率よりも大きな踏出し用のアシスト比
率に変更するアシスト比率変更手段とを備えている。請
求項２の発明は、請求項１の発明において、前記踏出し
期間設定手段が、前記検出時点で起動されるタイマを備
え、前記踏出し期間の終了を前記タイマの計時終了時点
で規定するようにしている。請求項３の発明は、請求項
１の発明において、前記踏出し期間検出手段が、ペダル
が下死点に到達したことを検出する下死点検出手段を備
え、前記踏出し期間の終了を前記下死点検出手段が下死
点を検出する時点で規定している。請求項４の発明は、
請求項１の発明において、前記踏出し期間検出手段が、
車速を検出する車速検出手段を備え、前記踏出し期間の
終了を前記車速が所定の基準車速に到達する時点で規定
するようにしている。請求項５の発明は、請求項１の発
明において、前記踏出し期間検出手段が、前記検出時点
で起動されるタイマおよび車速を検出する車速検出手段
を備え、前記踏出し期間の終了を、前記タイマの計時終
了時点と前記車速が所定の基準車速に到達する時点の内
の早い方の時点で規定するようにしている。請求項６の
発明は、請求項２または５の発明において、前記タイマ
の計時時間をペダルの１ストローク動作に要する時間に
設定している。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、電動アシスト駆動ユニッ
ト２０を取付けた電動アシスト自転車１の側面図であ
る。また、図２は上記駆動ユニット２０の縦断面図、図
３は図２中に示す角度変位機構６０の側面図、図４は図
３のＡ−Ａ断面図、図５は図２中に示すの足踏トルク検
出機構１３０の拡大断面図である。

【０００８】図１において、駆動ユニット２０は、フレ
ーム１７のクランクハブの位置に取付けられている。ペ
ダルクランク５は、駆動ユニット２０を貫通するクラン
ク軸３９（図２参照）の両端に取付けられ、また駆動側
チェーンスプロケット４は、駆動ユニッ２０の出力軸に
取付けられている。

【０００９】従動側チェーンスプロケット２は、後輪７
の回転軸に図示していないワンウェイクラッチを介して
取付けられている。そして、この従動側チェーンスプロ
ケット２と上記駆動側チェーンスプロケット４間には、
チェーン５が巻掛けられている。駆動ユニット２０に
は、コントローラ２１が内蔵され、また、この駆動ユニ
ット２０の上方には、充電可能な電池ユニット２５が取
付けられている。

【００１０】次に、駆動ユニット２０の構成について説
明する。図２において、モータ３１は、モータケーシン
グ３８と中壁７４とよって画成された空間内に配置され
ている。減速機ケーシング４１は、上記中壁７４を介し
て上記モータケーシング３８に一体結合された主部４１
ａと、この主部４１ａの開口を閉塞する蓋部４１ｂとで
構成され、遊星ローラ減速機４０と２段歯車減速機構５
０とを収容している。

【００１１】遊星ローラ減速機４０は、モータ３１の出
力軸に直結した図示していない太陽ローラと、該太陽ロ
ーラと協働してモータ３１の回転速度を減速する遊星ロ
ーラキャリア４５とを備えている。上記遊星ローラキャ
リア４５は、クランク軸３９に軸受を介して回転自在に
支持され、かつ、その出力軸端に設けたピニオン４５ａ
が大歯車５３に噛合されている。

【００１２】大歯車５３は、軸受および第１の一方向ク
ラッチ５５を介して歯車軸５４に支持されている。一方
向クラッチ５５は、モータ３１の所定方向の駆動トルク
のみを大歯車５３に伝達するために設けてある。歯車軸
５４は、軸受けを介して上記減速機構ケーシング４１に
回転自在に支持されている。そして、この歯車軸５４に
固着された歯車５４ａは、クランク軸３９に対して同心
配置された第１の歯車（最終段歯車）５６に噛合してい
る。上記遊星ローラキャリア４５のピニオン４５ａ、大
歯車５３、歯車５４ａおよび歯車５６は、２段歯車滅速
機構５０を構成している。

【００１３】歯車５６は、軸受４９を介して減速機ケー
シング４１の蓋部４１ｂに回転可能に支持され、かつ、
その一端部に前記駆動側チェーンスプロケット４が同軸
状に固設されている。上記クランク軸３は、一端部がモ
ータケーシング３８によって回転可能に支持され、他端
部が軸受４８を介して歯車５６に回転可能に支持されて
いる。第２の歯車５７は、歯車５６と同じ噛合いピッチ
径を有する歯車であり、一方向クラッチ５８を兼ねる軸
受５８を介してクランク軸３９に回転可能に支持されて
いる。一方向クラッチ５８は、前進方向の踏トルクがペ
ダルクランク１５を介してクランク軸３９に入力された
際に係合し、この踏トルクを歯車５７に伝達する。

【００１４】図３に示すように、第１の歯車５６は、円
周方向に等角度間隔で配列する複数（この例では、４
個）の長孔５６ａをその側面に形成してある。図４に示
すように、上記各長孔５６ａ内には、前記第２の歯車５
７に固着された突起６９が挿入されるとともに、この突
起６９を押圧する圧縮バネ５９が介在されている。

【００１５】前記一方向クラッチ５８を介して歯車５７
に踏トルクが作用すると、該歯車５７の突起６９が上記
踏トルクの大きさに比例した量だけバネ５９を圧縮す
る。この結果、第１の歯車５６と第２の歯車５７間に上
記踏トルクに対応した相対角度変位が生じる。このよう
に、上記長孔５６ａ、バネ５９および突起６９は、角度
変位機構６０を構成する。なお、この角度変位機構６０
は、足踏操作時の負荷トルクの変動を緩衝する機能も併
せ持つ。また、上記踏トルクは、上記角度変位機構６０
を経由して、駆動側のチェーンスプロケット４に伝えら
れる。

【００１６】次に、図２および図５を参照して、上記歯
車５６，５７の相対角度変位を踏トルクとして検出する
足踏トルク検出機構１３０の構成を説明する。この足踏
トルク検出機構１３０は、歯車５６に噛み合う第３の歯
車９３および歯車５７に噛み合う第４の歯車１３３を備
えている。これらの歯車９３，１３３は、同じ噛み合い
ピッチ径を有し、かつ、同軸上で回転する。歯車９３
は、セレ一ション軸１３１に圧入あるいは接着等の手段
で一体に結合され、また、歯車１３３は、該セレーショ
ン軸１３１によって回転かつ摺動可能に支持されてい
る。

【００１７】セレーション軸１３１は、一端部および他
端部がそれぞれ減速機構ケ一シング４１によって回転可
能に支持され、かつ、その略中央部にその軸線に対して
適当な角度を持たせたヘリカルセレーション１３１ａが
形成されている。歯車１３３の内周側の一部には、ヘリ
カルセレーション１３１ａに係合する内ヘリカルセレー
ション１３３ａが突設されている。また、歯車１３３の
内周面とセレーション軸１３１の外周面との間には、潤
滑性の良いブッシュ１３２（例えぱ、含油性の焼結合金
等で形成される)が圧入されている。

【００１８】歯車１３３のボス部には、ボール軸受１０
７が外嵌し、該ボール軸受１０７のアウターに軸受押え
環１０６が嵌合している。そして、軸受押え環１０６と
ケーシング４１の内面との間には、歯車１３３を歯車９
３側に付勢する圧縮バネ１０５が介在されている。ケー
シング４１は、セレーション軸１３１に平行する回り止
め軸１０８を内方に向って突設し、これを上記軸受押え
環１０６に設けられた孔１０６ａに嵌挿させてある。し
たがって、軸受押え環１０６は、セレーション軸１３１
の軸線方向への移動は可能であるものの、その回転方向
の運動は抑止される。

【００１９】歯車５６，５７が相対角度変位すると、歯
車９３と歯車１３３間にも同様の相対角度変位が発生す
るので、歯車１３３がヘリカルセレーション１３１ａに
沿って軸方向に移動する。すなわち、角度変位機構６０
に踏トルクが伝わらない状態（歯車５６，５７が相対角
度変位しない状態）では、セレーション軸１３１の中心
線Ｈ−Ｈの下側に示すように、歯車１３３が歯車９３に
接近した状態にあるが、上記角度変位機構６０に踏トル
クが伝達されて歯車５６，５７が相対角度変位した場合
には、上記中心線Ｈ−Ｈの上側に示すように、歯車１３
３がヘリカルセレーション１３１ａによって歯車９３か
ら離れる方向に移動する。

【００２０】上記歯車１３３の移動距離は、踏トルクの
大きさを示す。そこで、上記歯車１３３の移動距離をレ
バー８６によって回転角に変換するとともに、その回転
角を図２に示したポテンショメータ８５によって対応す
る電気信号に変換し、この信号を踏トルク値を示す信号
として図６に示すモータ制御用コントローラ２１に加え
る。

【００２１】図２に示すように、ケーシング４１の下部
には車速検出センサ８９を付設してある。この車速検出
センサ８９は、歯車１３３の歯の接近を例えば磁気的に
検出するものであり、上記歯が接近する度に検知信号を
出力する。自転車の走行速度は、歯車１３３の回転速度
に比例するので、該走行速度が大きくなるに伴って単位
時間当たりにおける上記センサ８９の出力信号数が増加
する。このように、車速検出センサ８９は、自転車の走
行速度を検知信号の発生数として検出するので、上記検
出信号の単位時間当たりの発生数をカウントすることに
よって上記走行速度を知ることができる。なお、図１に
示すように、駆動ユニット２０の下部にはペダルクラン
ク１５が下死点に位置したことを検出するペダル下死点
位置センサ１０４が付設されている。

【００２２】次に、上記駆動ユニット２０の作用を説明
する。ペダルを踏んでペダルクランク１５を回転させる
と、クランク軸３９が回転駆動される。これに伴い、踏
トルクは、一方向クラッチ５８、歯車５７、角度変位機
構６０、歯車５６、駆動側チェーンスプロケット４およ
びチェーン５を介して従動側チェーンスプロケット２に
伝達され、この結果、図示していない一方向クラッチを
介して自転車１の後輪７が回転される。

【００２３】上記踏トルクが生じると、前記したよう
に、角度変位機構６０において該踏トルクの大きさに比
例した相対角度変位が生じるので、前記足踏トルク検出
機構１３０のポテンショメータ８５から踏トルクの大き
さに対応した電気信号が出力される。また、自転車１の
走行に伴って、上記車速検出センサ８９から車速に対応
した数の信号が出力される。

【００２４】そこで、図６に示すコントローラ２１は、
車速検出センサ８９の出力と足踏トルク検出機構１３０
のポテンショメータ８５の出力とに基づいてモータ制御
信号を作成し、これをモータ駆動部２３に出力する。こ
れにより、モータ駆動部２３は、所定のアシスト比のア
シスト動力が発生するようにモータ３１を駆動する。

【００２５】モータ３１の出力は、図２に示した遊星ロ
ーラ減速機４０、２段歯車減速機構５０、一方向クラッ
チ５５、歯車軸５４、歯車５４ａおよび歯車５６を介し
て駆動側チェーンスプロケット４に作用する。したがっ
て、スプロケット４には、踏トルクにモータ３１による
アシストトルクを付加した駆動トルクが作用することに
なる。なお、モータ３１への給電が停止されて、自転車
が踏トルクのみによって走行している場合には、一方向
クラッチ５５によって歯車５６と歯車５３の機械的結合
が断たれるので、上記歯車５６の回転がモータ３１側に
伝達されること、つまり、モータ３１が運転者の足踏操
作の負荷になることはない。

【００２６】上記コントローラ２１は、図７に示すよう
な構成を有している。このコントローラ２１において、
トルク算出部９４は前記トルク検出機構１３０のポテン
ショメータ８５の出力信号に基づいて踏トルクを算出
し、また、車速算出部９５は車速検出センサ８９の出力
信号を計数して車速を算出する。

【００２７】状態検出部９６は、前記トルク算出部９４
の出力および車速算出部９５の出力に基づいて、自転車
が踏出し状態、定常走行状態および停止状態のいずれの
状態にあるかを検出し、その検出結果を示す信号をモー
タ制御部９８に出力する。なお、この状態検出部９６
は、後述の停止検出タイマＴ１および踏出し検出タイマ
Ｔ２を内蔵している。モータ制御部９８は、上記トルク
算出部９４、車速算出部９５および状態検出部９６の出
力信号に基づいて、上記踏出し状態、定常走行状態およ
び停止状態に適応するモータ制御信号を形成し、この信
号をモータ駆動部２３に出力する。

【００２８】図９は、上記コントローラ２１によってモ
ータ３１を制御した場合の自転車の加速トルクの時間変
化を例示したグラフである。自転車を発進するときは、
最初の１踏みの期間（踏出し期間）で大きい回転トルク
を作用させることにより自転車の自立安定速度（６km／
hr前後）を得ることができる。そこで、図９の例では、
時間軸における０からＰ点までの踏出し期間、つまり発
進時のペダルの１ストローク期間において、踏トルクτ
_Fに倍するアシストトルクτ_A（アシスト比α＝２）を
付加し、その後、踏トルクτ_Fと同じ大きさのアシスト
トルクτ_A（アシスト比α＝１）を付加するようにして
いる。

【００２９】上記のようなアシストトルクτ_Aの付加制
御を実現するには、自転車が停止状態、踏出し状態およ
び通常走行状態のいずれの状態にあるかを検出する必要
がある。上記コントローラ２１に設けられた状態検出部
９６は、上記各状態を検出するために設けたものであ
り、図８に例示するような手順を実行する。なお、この
手順は、所定の微少時間間隔で繰り返し実行される。

【００３０】この手順では、まず、前記トルク算出部９
４から踏トルクτ_Fを、また、前記車速算出部９５から
車速Ｖをそれぞれ入力する（ステップ１００）。そし
て、ステップ１０１で踏トルクτ_Fがτ_F＝０であるこ
とが検出されると、次のステップ１０２で後述の停止検
出タイマＴ１が計時中であるか否かを判断し、計時中で
ある場合には、自転車が定常走行している状態であると
認識して定常走行検出信号を図７に示したモータ制御部
９８に出力する（ステップ１０３）。また、計時中でな
い場合には、自転車が停止状態にあると認識して、停止
検出信号を上記モータ制御部９８に出力する（ステップ
１０４）。

【００３１】上記踏トルクτ_Fは、自転車が停止したと
きに０となるが、定常走行時においても、運転状況によ
ってはノイズ的に短時間だけ０まで低下することがあ
る。このノイズ的なトルクの落ち込みが発生してから回
復するまでの時間は予測可能であり、タイマＴ１にはこ
の予測時間ｔ１が計時時間として設定されている。

【００３２】上記タイマＴ１は、後述するように、踏ト
ルクτ_Fが検出されたときに起動される。したがって、
ステップ１０２でタイマＴ１が計時中であることが判断
されることは、上記ノイズ的なトルク変動によって踏ト
ルクτ_Fが０になったこと、換言すれば、自転車が定常
走行していることを意味し、また、タイマＴ１が計時中
でないと判断されることは、自転車の停止によって踏ト
ルクτ_Fが０になったことを意味する。このように、上
記タイマＴ１は、自転車の停止を判定するために設けた
ものである。

【００３３】次に、ステップ１０５で踏トルクτ_Fが０
＜τ_F≦τ₁であることが検出された場合について説明
する。なお、トルク値τ₁は、図９に示すように、自転
車の踏出しを判断するための基準値として予め設定され
たものである。踏トルクτ_Fが０＜τ_F≦τ₁であるこ
とが検出された場合、ステップ１０６で直前の踏トルク
τ_Fが０であるか否かが判断される。そして、直前の踏
トルクτ_Fが０でない場合には、定常走行中であるとみ
なしてステップ１０７で前記タイマＴ１の計時を開始す
るとともに、ステップ１０８で定常走行検出信号を出力
する。また、直前の踏トルクτ_Fが０である場合には、
自転車が停止状態であるとみなしてステップ１０９で停
止検出信号を出力する。

【００３４】一方、ステップ１１０において踏トルクτ
_Fがτ_F＞τ₁であることが検出された場合には、ステ
ップ１１１で前記タイマＴ２が計時中であるか否かが判
断される。上記タイマＴ２は、図１２に示した踏出しに
要する時間ｔ２（例えば２秒）を計時するものである。
この計時時間ｔ２は、発進時におけるペダルクランク１
５（図１参照）の１ストローク時間もしくはこの１スト
ローク時間に若干の時間を付加した時間に設定される。

【００３５】上記ステップ１１１でタイマＴ２が計時中
でないと判断された場合には、ステップ１１２で直前の
踏トルクτ_Fが０であるか否かが判断される。そして、
直前の踏トルクτ_Fが０である場合には、ステップ１１
３で前記タイマＴ１，Ｔ２の計時を開始するとともに、
ステップ１１４で踏出し状態を検出して踏出し検出信号
を上記モータ制御部９８に出力する。

【００３６】ステップ１１２において、直前の踏トルク
τ_Fが０でないと判断された場合には、ステップ１１５
で前記タイマＴ１の計時を開始するとともに、ステップ
１１６で定常走行状態を検出して定常走行検出信号を上
記モータ制御部９８に出力する。なお、ステップ１１１
でタイマＴ２が計時中であると判断された場合には、手
順がステップ１１４に移行される。

【００３７】上記手順によれば、踏トルクτ_Fが踏出し
判定用の基準値τ₁よりも大きく、かつ、直前の踏トル
クτ_Fが０である場合に自転車の踏出しが検出され、そ
の検出時点でタイマＴ２が起動される。そして、タイマ
Ｔ２が設定時間ｔ２の計時を終了すると、つまり、所定
の踏出し期間が経過すると、ステップ１１１の判断結果
がｎｏになる。この場合、次のステップ１１２で直前の
踏トルクτ_Fが０であるか否かが判断されるが、この時
のステップ１１２の判断結果はｎｏであるので、ステッ
プ１１６で自転車が定常走行に移行したことが検出され
る。

【００３８】図７に示した状態検出部９６は、以上のよ
うな手順を実行するので、踏出し状態下では踏出し検出
信号が、定常走行状態下では定常走行信号が、また、停
止状態下では停止検出信号がそれぞれモータ制御部９８
に入力されることになる。そこで、モータ制御部９８
は、上記各検出信号に対応したアシストトルクをモータ
３１が発生するようにモータ駆動部２３にモータ制御信
号を出力する。すなわち、モータ踏出し検出信号が入力
された場合には、定常走行時に適用するアシスト比率α
１（この実施形態では、α１＝１）の２倍のアシスト比
率α２と踏トルクτ_Fとに基づいてモータ３１が発生す
べきアシストトルクを演算し、このアシストトルクを発
生するためのモータ制御信号をモータ駆動部２３に加え
る。

【００３９】また、定常走行検出信号が入力された場合
には、定常走行時に適用するアシスト比率α１と踏トル
クτ_Fとに基づいてモータ３１が発生すべきアシストト
ルクを演算し、このアシストトルクを発生するためのモ
ータ制御信号をモータ駆動部２３に加える。そして、停
止検出信号が入力された場合には、モータ３１のアシス
トトルクを０とするモータ制御信号をモータ駆動部２３
に加える。

【００４０】したがって、モータ踏出し検出信号が入力
されている踏出し期間、つまり、タイマＴ２の計時時間
ｔ２で規定された図９に示す期間においては、点線で示
したように、踏トルクτ_Fの２倍の大きさのアシストト
ルクＴ_Aをモータ３１が発生し、その結果、自転車に作
用する合計加速トルクτ_Tが極めて大きくなる。また、
定常走行検出信号が入力されている時間、つまり、図９
におけるＰ点以後の期間においては、点線で示したよう
に、踏トルクτ_Fと同じ大きさのアシストトルクＴ_Aを
モータ３１が発生し、その結果、自転車には踏出し期間
における場合よりも低い合計加速トルクτ_Tが作用す
る。

【００４１】以上のように、上記手順によれば、τ_F＞
τ₁であるという状態が検出され、かつ、直前の踏トル
クτ_Fが０である場合にタイマＴ２が起動され、該タイ
マＴ２が設定時間ｔ２を計時している間、定常走行時よ
りも大きなアシストトルクが加えられる。

【００４２】踏みトルクτ_Fの比較基準値τ₁は、踏出
し検出に適した値、つまり、踏出し時に加えられる大き
な踏トルクを判定し得る適宜な値に設定されている。ま
た、前記したように、上記タイマＴ２の設定時間ｔ２
は、ペダルの１ストロークに要する時間に相当する時
間、つまり、自転車が自立安定走行に移行するのに必要
な時間に設定されている。したがって、上記実施形態に
係る電動アシスト自転車によれば、踏出し期間に十分大
きなアシストトルクが加えられて自立安定走行への移行
が容易になる。

【００４３】上記実施形態においては、踏出し期間の終
点Ｐ（図９参照）をタイマＴ２が前記時間ｔ２の計時を
終了する時点としているが、この踏出し期間の終点を図
１に示したペダル下死点位置センサ１０４の出力に基づ
いて規定することも可能である。図１０は、上記ペダル
下死点位置センサ１０４を用いた場合の手順を示してい
る。

【００４４】この手順では、ステップ２０１（図８にお
けるステップ１１０に対応）で踏トルクτ_Fがτ_F＞τ
₁であることが検出された場合に、ステップ２０２で踏
出しフラグがＯＮになっているか否かが判断される。な
お、踏出しフラグは、踏出し状態下でＯＮとなるフラグ
である。上記ステップ２０２で踏出しフラグがＯＮでな
いと判断された場合には、ステップ２０３で直前の踏ト
ルクτ_Fが０であるか否かが判断される。そして、直前
の踏トルクτ_Fが０である場合には、ステップ２０４で
前記タイマＴ１の計時を開始するとともに、上記踏出し
フラグをＯＮにする。

【００４５】次のステップ２０５では、上記ペダル下死
点位置センサ１０４がＯＮしているか否かが判断され
る。そして、ＯＮしていない場合には、踏出し状態であ
ることを検出して、踏出し検出信号を図７に示したモー
タ制御部９８に出力する。一方、ステップ２０５でペダ
ル下死点位置センサ１０４がＯＮしていると判断された
場合には、定常走行状態であると判断して、ステップ２
０７で踏出しフラグをＯＦＦにするとともに、ステップ
２０８で定常走行検出信号を上記モータ制御部９８に出
力する。なお、ステップ２０２で踏出しフラグがＯＮに
なっていると判断された場合には、手順がステップ２０
５に移行される。また、ステップ２０３において直前の
踏トルクτ_Fが０でないと判断された場合には、手順が
ステップ２０８に移行される。

【００４６】上記手順によれば、踏トルクτ_Fに基づい
て踏出しが検出された時点から自転車のペダルが下死点
に到達するまでの期間を踏出し期間として検出し、この
踏出し期間に定常走行時よりも大きなアシストトルクを
踏トルクτ_Fに付加することができる。したがって、自
転車を安定走行に容易かつ円滑に移行させることができ
る。

【００４７】図１１は、踏出し期間を検出する別の手順
を示している。この手順は、ステップ３０５のみにおい
て図１０に示した手順と相違している。つまり、他のス
テップ３０１〜３０４およびステップ３０６〜３０９の
内容は、図１０におけるステップ２０１〜２０４および
ステップ２０６〜２０９の内容と同一である。ステップ
３０５では、車速Ｖが、図９に示した基準車速Ｖ₁以上
であるか否かが判断される。そして、Ｖ≧Ｖ₁でない場
合には、ステップ３０６において踏出し状態であること
が、またＶ≧Ｖ₁である場合には、ステップ３０８にお
いて定常走行状態であることがそれぞれ検出される。

【００４８】上記基準車速Ｖ₁は、自転車が安定走行す
るのに必要な最低の車速に設定されている。したがっ
て、上記手順によれば、踏トルクτ_Fに基づいて踏出し
が検出されてから自転車が安定走行速度に達するまでの
期間が踏出し期間として検出されることになる。前記し
たように、踏出し期間には、定常走行時よりも大きなア
シスト比（この例では、アシスト比２）のアシストトル
クが踏トルクτ_Fに付加される。したがって、上記手順
によっても自転車を安定走行に容易に移行させることが
できる。

【００４９】図１２は、踏出し期間を検出する更に別の
手順を示している。この手順におけるステップ４０１〜
４０３およびステップ４０９の内容は、それぞれ図８に
示したステップ１１０〜１１２およびステップ１１５の
内容と同一であるので、それらについての説明を省略す
る。この手順では、ステップ４０５において車速Ｖが前
記基準車速Ｖ₁以上であるか否かが判断され、その判断
結果がｎｏの場合にステップ４０６で踏出し状態である
ことが検出される。また、ステップ４０５の判断結果が
ｙｅｓの場合には、ステップ４０７でタイマＴ２がＯＦ
Ｆされるとともに、ステップ４０８で定常走行状態であ
ることが検出される。

【００５０】上記手順によれば、踏トルクτ_Fに基づい
て踏出しが検出された時点からタイマＴ２が時間ｔ２の
計時を終了する時点までの期間と、上記踏出し検出時点
から車速Ｖが前記基準速度Ｖ₁に達する時点までの期間
の内の短い方の期間が踏出し期間として検出されること
になる。つまり、タイマＴ２が時間ｔ２の計時を終了す
る時点で車速Ｖが基準速度Ｖ₁に到達していない場合に
は、タイマＴ２のタイムアップ時点で踏出し期間が終了
され、また、タイマＴ２が時間ｔ２の計時を終了する前
に車速Ｖが基準速度Ｖ₁に到達した場合には、その到達
時点で踏出し期間が終了される。

【００５１】踏出し期間を上記のように検出した場合、
次のような利点が得られる。すなわち、たとえば、若干
の下り勾配を有した路面上で自転車を発進させる場合
や、運転者の脚力が強い場合等には、タイマＴ２が時間
ｔ２の計時を終了する前に車速Ｖが基準速度Ｖ₁に到達
することがある。このような場合、タイマＴ２が時間ｔ
２の計時を終了する前に定常走行状態が検出されること
になるので、踏出し期間の終点をタイマＴ２の計時時間
ｔ２のみで規定する場合に比してモータ３１の消費電力
が低減される。

【００５２】また、たとえば、若干の登り勾配を有した
路面上で自転車を発進させる場合等においては、タイマ
Ｔ２が時間ｔ２の計時を終了した後においても車速Ｖが
基準速度Ｖ₁未満の状態を継続することがある。このよ
うな場合、タイマＴ２が時間ｔ２の計時を終了した時点
で定常走行状態が検出されることになるので、踏出し期
間の終点を車速Ｖのみで規定する場合に比してモータ３
１の消費電力が低減される。

【００５３】上述した実施の形態では、図９に示すよう
に、踏出し期間に踏みトルクτ_Fの２倍のアシストトル
クτ_Aを発生させているが、図１３に示すように、踏出
し期間に時間変化を伴わない一定なアシストトルクを発
生させることも可能であり、この場合、合計トルク
τ_T’が踏トルクτ_F’と相似な形で時間変化する。

【００５４】上記実施形態では、定常走行時にアシスト
比率α１（＝１）のアシストトルクを発生しているが、
図１４に示すように、定常走行時において車速Ｖが所定
の大きさＶ₂（例えば、１５ｋｍ）以上になった場合
に、該車速Ｖの増加に伴ってアシスト比率をα１から漸
減させることも可能であり、このようにすれば、モータ
３１の消費電力をより低減することができる。もちろ
ん、上記アシスト比率は連続的に漸減させる必要はな
く、同図に点線で示すように階段状に漸減させても良
い。

【００５５】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、踏トルク
が所定の基準トルクよりも大きく、かつ、直前の踏トル
クが０である状態を検出して、その検出時点を始点とす
る踏出し期間を設定している。したがって、適正な踏出
し期間を設定して、その踏出し期間に強いアシスト力を
発生させることができるので、無駄な電力を消費するこ
となく安定走行状態に移行することが可能である。請求
項２に係る発明によれば、踏出し期間の終了をタイマの
計時終了時点によって規定しているので、該タイマによ
って踏出し期間の長さを任意に設定することができる。
請求項３に係る発明によれば、踏出し期間の終了を下死
点検出手段がペダルの下死点を検出する時点によって規
定しているので、構成の簡単化を図ることができる。請
求項４に係る発明によれば、踏出し期間の終了を車速が
所定の基準車速に到達する時点で規定しているので、安
定走行状態への移行をより円滑にすることが可能であ
る。請求項５に係る発明によれば、踏出し期間の終了
を、タイマの計時終了時点と車速が所定の基準車速に到
達する時点の内の早い方の時点で規定しているので、無
駄な電力消費を抑制することができる。請求項６の発明
によれば、上記タイマの計時時間をペダルの１ストロー
ク動作に要する時間に設定しているので、踏出し期間が
適正に設定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパワーアシスト自転車の側面図。

【図２】駆動ユニットの構造を示す部分破断図。

【図３】角度変位機構を示す側面図。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図。

【図５】足踏トルク検出機構を示す拡大縦断面図。

【図６】駆動ユニットにおける動力伝達経路とモータの
制御系統を示すブロック図。

【図７】コントローラの構成例を示すブロック図。

【図８】タイマを用いて踏出し、定常走行および停止の
各状態を検出するための手順を例示したフローチャー
ト。

【図９】踏みトルク、アシストトルクおよび合計トルク
の変化態様を例示したグラフ。

【図１０】ペダル下死点位置センサを用いて踏出し状態
を検出する場合の手順を例示したフローチャート。

【図１１】車速センサを用いて踏出し状態を検出する場
合の手順を例示したフローチャート。

【図１２】タイマと車速センサを用いて踏出し状態を検
出する場合の手順を例示したフローチャート。

【図１３】踏出し期間に一定なアシストトルクを加えた
場合の合計トルクの変化態様を例示したグラフ。

【図１４】車速に対するアシスト比の変化態様を例示し
たグラフ。

【符号の説明】

１電動アシスト自転車４駆動側チエーンスプロケット５チエーン１５ペダルクランク２０駆動ユニット２１コントローラ２３モータ駆動回路３１モータ３９クランク軸５０２段歯車減速機構６０角度変位機構８９車速検出センサ９４トルク算出部９５車速算出部９６状態検出部９８モータ制御部１０４ペダル下死点位置センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のアシスト比率に基づいて作動され
る電動モータの駆動力で人力による駆動力をアシストす
る電動アシスト自転車であって、踏トルクを検出するトルク検出手段と、前記踏トルクが所定の基準トルクよりも大きく、かつ、
直前の踏トルクが０である状態を検出し、その検出時点
を始点とする踏出し期間を設定する踏出し期間設定手段
と、前記踏出し期間において前記アシスト比率を定常走行時
のアシスト比率よりも大きな踏出し用のアシスト比率に
変更するアシスト比率変更手段とを備えることを特徴と
する電動アシスト自転車。
【請求項２】前記踏出し期間設定手段が、前記検出時
点で起動されるタイマを備え、前記踏出し期間の終了を
前記タイマの計時終了時点で規定するようにしたことを
特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項３】前記踏出し期間検出手段が、ペダルが下
死点に到達したことを検出する下死点検出手段を備え、
前記踏出し期間の終了を前記下死点検出手段が下死点を
検出する時点で規定するようにしたことを特徴とする請
求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項４】前記踏出し期間検出手段が、車速を検出
する車速検出手段を備え、前記踏出し期間の終了を前記
車速が所定の基準車速に到達する時点で規定するように
したことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自
転車。
【請求項５】前記踏出し期間検出手段が、前記検出時
点で起動されるタイマおよび車速を検出する車速検出手
段を備え、前記踏出し期間の終了を、前記タイマの計時
終了時点と前記車速が所定の基準車速に到達する時点の
内の早い方の時点で規定するようにしたことを特徴とす
る請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項６】前記タイマの計時時間を、ペダルの１ス
トローク動作に要する時間に設定したことを特徴とする
請求項２または５に記載の電動アシスト自転車。