JP2002029486A - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動アシスト自転車におけるアシスト力制御
の高精度化を向上すると共にペダル踏力検出制御の調整
を容易にする。 【解決手段】 ペダル踏力を、クランクシャフト２に設
けたトーションバーのねじれを直線変位に変換してポテ
ンショメータ３により検出し、そのペダル踏力検出値と
メモリ１ｂに記憶されている基準値との偏差からアシス
ト力を算出し、電動機４を駆動制御する。メインスイッ
チ８ａのオン及びショートカプラ７の短絡による調整モ
ード時に荷重を掛けない状態の踏力を基準値として記憶
する。 【効果】 高精度化のために狭い調整代を設定して基準
値設定の調整作業を行う必要が無く、調整範囲を広く取
ることができるため、調整作業が容易であると共に、基
準値をそのまま用いてアシスト力を算出することから、
制御を高精度化し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペダル踏力を補助
するアシスト力を電動機により発生させるようにした電
動アシスト自転車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車走行時のペダルをこぐ力で
あるペダル踏力を検出し、そのペダル踏力の大きさに応
じたアシスト力を電動機により発生して、ペダルをこぐ
力を軽減するようにした電動アシスト自転車がある。そ
のような電動アシスト自転車においてペダル踏力を検出
するために、クランクシャフトにトーションバーを取り
付け、そのねじれをポテンショメータにより検出するよ
うにしたものがある。

【０００３】上記電動アシスト自転車にあって、例えば
図４に模式的に示されるように、ペダル１１に加わる踏
力を、クランクシャフト２に組み付けられたトーション
バー１２のねじれを利用してポテンショメータ３で検出
し、その踏力検出信号をコントローラ１に入力し、その
踏力検出信号に応じてアシスト力発生電流を電動機４に
流し、電動機４によりクランクシャフト２を補助的に駆
動するようにしたものがある。

【０００４】なお、図４に示される踏力検出構造につい
て以下に示す。上記トーションバー１２は、クランクシ
ャフト２の中間部にその軸線方向に沿って設けられたス
リット２ａ内に受容され、かつクランクシャフト２の軸
線回りに回動自在に組み付けられている。そのトーショ
ンバー１２には、クランクシャフト２の軸線方向一端側
（図における左側）にて半径方向外側に互いに相反して
延出する一対の大アーム部１２ａと、クランクシャフト
２の軸線方向他端側（図における右側）にて半径方向外
側に互いに相反して延出する一対の小アーム部１２ｂと
が形成されている。

【０００５】大アーム部１２ａが一方向クラッチ１３の
内輪に係合し、一方向クラッチ１３の外輪に、図示され
ないチェーンを掛けられたスプロケット１４が結合され
ている。また、クランクシャフト１３を外囲するように
環状のスライダインナ１５ａが設けられており、そのス
ライダインナ１５ａの外周にはボール軸受構造により回
動自在なスライダアウタ１５ｂが設けられている。スラ
イダインナ１５ａは、クランクシャフト２と一体的に回
転すると共にクランクシャフト２の軸線方向に変位自在
に設けられ、スライダアウタ１５ｂは、圧縮ばね１６に
より一方向クラッチ１３側へ弾発付勢されている。

【０００６】また、一方向クラッチ１３の内輪に形成さ
れたカム面１３ａに、上記スライダアウタ１５ｂに作用
する弾発付勢力をもってスライダインナ１５ａが押し当
てられて係合している。そして、スライダアウタ１５ｂ
の軸線方向変位を検出するようにポテンショメータ３が
設けられている。

【０００７】図４の構造のものにあっては、ペダル踏力
によるトルクが、クランクシャフト２から小アーム部１
２ｂに伝えられるとトーションバー１２がねじられ、大
アーム部１２ａから一方向クラッチ１３を介してスプロ
ケット１４に伝達される。したがって、トーションバー
１２のねじれに応じて一方向クラッチ１３の内輪がクラ
ンクシャフト２に対して相対的に回動し、その回動量
（トーションバー１２のねじれ量に相当）に応じてカム
面１３ａが移動する。そのカム面１３ａの移動によりス
ライダインナ１５ａが圧縮ばね１６の弾発付勢力に抗す
る向き（図における右側）に押し戻され、その変位をポ
テンショメータ３で検出するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、アシ
スト力を発生させる基準となる踏力検出値がポテンショ
メータ３の出力電圧であることから、ペダル１１を踏ん
でいない状態でのポテンショメータ３の電圧を基準電圧
として所定値に調整（０点位置調整）することになる。
したがって、通常走行時の制御精度を高めるためには基
準電圧の調整代をできるだけ狭くする（例えば０〜５Ｖ
出力のポテンショメータにおける基準電圧調整代を０．
７６±０．１Ｖとする）ことが望ましいが、調整代が狭
い場合には調整に高い熟練度を有するばかりでなく、工
数も増大するという問題があった。

【０００９】このような電動アシスト自転車にあって
は、図５に示されるように調整電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ₀
とが一致していた場合には、調整電圧Ｖ１に対して踏力
Ｎに相当する電圧が発生する。その値が図に示されるよ
うＶａの場合には、その踏力電圧Ｖａと基準電圧Ｖ₀と
の偏差（Ｖａ−Ｖ₀）に応じて電動機４を駆動制御し
て、踏力（Ｖａ）に応じたアシスト力Ａ１を発生させ
る。

【００１０】しかしながら、上記調整を行った場合に調
整代から外れてしまった場合には、以下の不具合が生じ
ることになる。上記調整代から例えば低い方に外れた場
合には、その低い調整電圧Ｖ２から踏力Ｎに応じた電圧
が発生するため、その踏力検出電圧Ｖｂが上記踏力検出
電圧Ｖａよりも低く、踏力検出電圧Ｖｂに応じて発生す
るアシスト力Ａ２が小さくなってしまう。逆に高い方に
外れた場合には、その高い調整電圧Ｖ３から踏力Ｎに応
じた電圧が発生するため、その踏力検出電圧Ｖｃが上記
踏力検出電圧Ｖａよりも高く、踏力検出電圧Ｖｃに応じ
て発生するアシスト力Ａ３が大きくなってしまう。この
ような場合には、アシスト力の過不足が生じて、製品毎
に機能や航続距離にばらつきが生じるという不具合があ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、電動アシスト自転車におけるアシスト力制御の高精
度化を向上すると共にペダル踏力検出制御の調整を容易
にすることを実現するために、本発明に於いては、自転
車のペダル踏力を検出するためのペダル踏力検出手段
と、前記ペダル踏力を補助するアシスト力を発生させる
ように設けられた電動機とを有する電動アシスト自転車
であって、前記ペダル踏力の基準値を記憶するための調
整モードと走行時の制御を行うための通常モードとを切
り替えるためモード切り替え手段と、前記調整モード時
にその時の前記ペダル踏力検出値を記憶するメモリと、
前記通常モード時に前記ペダル踏力検出値と前記基準値
との偏差に基づいて前記アシスト力を算出するアシスト
力算出手段とを有することものとした。

【００１２】これによれば、調整モード時にペダル踏力
の基準値をメモリに記憶し、通常モード時にはペダル踏
力検出値と基準値との偏差に基づいてアシスト力を算出
することから、高精度化のために狭い調整代を設定して
基準値設定の調整作業を行う必要が無いため、調整範囲
を広く取ることができ、調整作業が容易である。

【００１３】また、前記ペダル踏力を、クランクシャフ
トのねじれを直線変位に変換してポテンショメータによ
り検出することによれば、簡単な構造でペダル踏力を検
出することができると共に、調整をポテンショメータに
対して行えば良く、調整作業を簡単に行うことができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１５】図１は、本発明が適用された電動アシスト
自転車の制御を行うコントローラ１を示す概略ブロック
回路図である。図に示されるように、コントローラ１に
は電源としてのバッテリＢＴが接続されているが、コン
トローラ１内の電源及び接地ラインに関しては図示省略
している。

【００１６】図に示されるように、従来例で示したもの
と同様の構造であって良いクランクシャフト２と、ペダ
ル踏力検出手段としてのポテンショメータ３と、電動機
４とがそれぞれ設けられている。また、クランクシャフ
ト２に一体化されたクランクギア５の歯の通過を検出す
ることにより、クランクシャフト２の回転数を検出する
ためのギアパルスセンサ６が設けられている。そして、
ギアパルスセンサ６・ポテンショメータ３・電動機４が
それぞれコントローラ１に接続されている。上記ギアパ
ルスセンサ６からは回転数検出信号が、ポテンショメー
タ３からはペダル踏力検出信号が、それぞれコントロー
ラ１に入力するようになっている。

【００１７】コントローラ１内には、ペダル踏力の基準
電圧設定用のリセット回路１ａと、その基準電圧を記憶
しておくためのＥＥＰＲＯＭやフラッシュＲＯＭ等から
なるメモリ１ｂと、ペダル踏力検出値と基準電圧との偏
差からアシスト力を算出するアシスト力算出手段として
のアシスト力演算回路１ｃと、その算出されたアシスト
力に応じて電動機４を例えばデューティ制御する駆動回
路１ｄとが設けられている。また、コントローラ１に
は、リセット回路１ａに接続されたモード切り替え手段
としてのショートカプラ７と、メインスイッチ８ａ及び
エコノミースイッチ８ｂとがそれぞれ接続されている。

【００１８】上記リセット回路１ａには、ギアパルスセ
ンサ６からの回転数検出信号と、ポテンショメータ３か
らのペダル踏力検出信号と、ショートカプラ７に短絡用
カプラ７ａを接続した際の短絡信号と、メインスイッチ
８ａのオン信号とがそれぞれ入力するようになってい
る。メモリ１ｂにはペダル踏力検出信号がリセット回路
１ａを介して入力し得るようになっている。

【００１９】上記アシスト力演算回路１ｃには、回転数
検出信号と、ペダル踏力検出信号と、メインスイッチ８
ａのオン信号と、エコノミースイッチ８ｂのオン信号と
が入力するようになっていると共に、アシスト力演算回
路１ｃはメモリ１ｂに記憶されている基準電圧を読み込
むようになっている。また、駆動回路１ｄは、アシスト
力演算回路１ｃからのアシスト力入力信号に応じて、上
記したように電動機４に駆動電流を出力する。

【００２０】次に、このようにして構成されたコントロ
ーラ１における本発明に基づく制御について図２のフロ
ー図を参照して以下に示す。

【００２１】まず、メインスイッチ８ａがオンしていた
ら第１ステップＳＴ１に進む。第１ステップＳＴ１で
は、ショートカプラ７に上記した短絡用カプラ７ａが接
続されているか否かを判別し、ショートカプラ７がオー
プン（短絡用カプラ７ａが接続されていない）状態の場
合には通常モードであるとして第２ステップＳＴ２に進
む。

【００２２】第２ステップＳＴ２ではメモリ１ｂに記憶
されている踏力基準値Ｖ₀を読み出し、第３ステップＳ
Ｔ３に進む。第３ステップＳＴ３では、その時の踏力を
ポテンショメータ３の出力電圧（検出踏力Ｖ）により検
出し、第４ステップＳＴ４に進む。

【００２３】そして、第４ステップＳＴ４で、検出踏力
Ｖと踏力基準値Ｖ₀との偏差からアシスト力を算出す
る。その算出されたアシスト力に応じたデューティ比を
アシスト力演算回路１ｃから駆動回路１ｄに出力し、そ
の制御値に応じて電動機４を駆動する。

【００２４】通常モードでは上記第２ステップＳＴ２か
ら第４ステップＳＴ４に至るステップＳＴを繰り返すこ
とになるが、その第２ステップＳＴ２でメモリ１ｂから
読み出す踏力基準値Ｖ₀は、例えば工場出荷時にメモリ
１ｂに記憶される。その調整要領を次に示す。

【００２５】工場出荷時の調整作業において、調整モー
ドにするためにショートカプラ７に短絡用カプラ７ａを
接続し、その状態でメインスイッチ８ａをオンにする。
このようにすることにより、第１ステップＳＴ１でショ
ートカプラ７の短絡状態が判別され、ペダル踏力の基準
値を設定する調整モードとして第５ステップＳＴ５に進
む。

【００２６】第５ステップＳＴ５では、その時の踏力を
第３ステップＳＴ３と同様にして読み込む。この時、ペ
ダル１１に荷重を掛けない状態にしておく。そして、そ
の状態でのポテンショメータ３の出力電圧（検出踏力
Ｖ）を検出し、第６ステップＳＴ６に進む。なお、ギア
パルスセンサ６からの入力により、クランクシャフト２
の停止状態を確認して本ステップを実行するようにして
も良い。

【００２７】第６ステップＳＴ６では、第５ステップＳ
Ｔ５で検出した検出踏力Ｖ（踏力が発生していない状態
に相当）をペダル踏力の基準値Ｖ₀としてメモリ１ｂに
記憶し、第７ステップＳＴ７に進む。第７ステップＳＴ
７では、メモリ１ｂにペダル踏力の基準値Ｖ₀が記憶さ
れたことを視認させるための書き込み終了表示灯Ｌ（図
１参照）を点灯して、この調整モードを終了する。

【００２８】このように調整モードにして自動的にペダ
ル踏力の基準値Ｖ₀を設定することができるため、高精
度化のために狭い調整代内に基準電圧を入れる必要が無
くなり、そのような熟練を必要とする調整を行わずにペ
ダル踏力の基準値Ｖ₀を設定することができる。

【００２９】また、ペダル１１に荷重を掛けない状態に
おけるポテンショメータ３の出力電圧をそのままペダル
踏力の基準電圧Ｖ₀とすることから、従来例の図５に対
応する図３に示されるように、調整時のポテンショメー
タ３の出力電圧が中間電圧状態（従来例の正常状態に対
応）Ｖ１の場合には基準電圧Ｖ₀＝Ｖ１となり、従来例
の低電圧状態に対応するＶ２の場合には基準電圧Ｖ₀＝
Ｖ２となり、従来例の高電圧状態に対応するＶ３の場合
には基準電圧Ｖ₀＝Ｖ３となる。

【００３０】そして、基準電圧が上記中間電圧状態であ
って踏力Ｎにより発生した電圧がＶａの場合には、上記
第４ステップＳＴ４にて示したように偏差（Ｖａ−Ｖ
１）からアシスト力Ａを求める。同様に、低電圧状態の
場合に踏力Ｎにより発生した電圧がＶｂの場合には（Ｖ
ｂ−Ｖ２）からアシスト力Ａを求め、高電圧状態の場合
に踏力Ｎにより発生した電圧がＶｃの場合には（Ｖｃ−
Ｖ３）からアシスト力Ａを求める。したがって、ポテン
ショメータ３が線形性を有する範囲において、上記各場
合における踏力Ｎが一定の場合には各アシスト力Ａの値
も同一となり、そのアシスト力Ａに応じたアシスト制御
を行うことから、それぞれ設計通りのアシスト力を発生
することができる。

【００３１】なお、踏力検出センサにあっては、本実施
の形態ではポテンショメータを用いた例を示したが、ク
ランクシャフトのトルクを検出し得るものであれば良
く、ポテンショメータに限られるものではない。すなわ
ち、何れのトルクセンサや荷重センサにあっても、その
基準電圧（０点位置）の調整または設定が必要なものに
あっては、本発明は極めて有効である。

【００３２】

【発明の効果】このように本発明によれば、高精度化の
ために狭い調整代を設定して基準値設定の調整作業を行
う必要が無いため、調整範囲を広く取ることができ、調
整作業が容易である。またそのような簡単な調整であっ
ても、調整モードで読み込んで記憶した基準電圧の値を
そのまま用いて、踏力検出値との偏差に基づいてアシス
ト力を算出することから、予め基準として設けた基準電
圧と調整による設定電圧との違いの影響を何ら受けるこ
となく、常に正確なアシスト力を算出し、それに応じた
適切なアシスト力発生制御を行うことができるため、過
不足のあるアシスト力発生による電力消費のばらつきが
無く、１回の充電当たりの航続距離に製品間によるばら
つきが生じることを防止し得る。また、ポテンショメー
タにより踏力を検出するようにすることにより、簡単な
構造でペダル踏力を検出することができると共に、調整
をポテンショメータに対して行えば良く、調整作業を簡
単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された電動アシスト自転車の制御
を行うコントローラ１を示す概略ブロック回路図。

【図２】本発明に基づく制御要領を示すフロー図。

【図３】本発明に基づくアシスト力の算出要領を示す説
明図。

【図４】電動アシスト自転車のアシスト力発生構造を示
す模式図。

【図５】従来のアシスト力の算出要領を示す説明図。

【符号の説明】

１ コントローラ ２ クランクシャフト ３ ポテンショメータ ４ 電動機 ５ クランクギア ６ ギアパルスセンサ ７ ショートカプラ、７ａ 短絡用カプラ ８ａ メインスイッチ １１ ペダル １２ トーションバー １３ 一方向クラッチ、１３ａ カム面 １４ スプロケット １５ａ スライダインナ、１５ｂ スライダアウタ １６圧縮ばね

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自転車のペダル踏力を検出するためのペ
   ダル踏力検出手段と、前記ペダル踏力を補助するアシス
   ト力を発生させるように設けられた電動機とを有する電
   動アシスト自転車であって、 前記ペダル踏力の基準値を記憶するための調整モードと
   走行時の制御を行うための通常モードとを切り替えるた
   めモード切り替え手段と、前記調整モード時にその時の
   前記ペダル踏力検出値を記憶するメモリと、前記通常モ
   ード時に前記ペダル踏力検出値と前記基準値との偏差に
   基づいて前記アシスト力を算出するアシスト力算出手段
   とを有することを特徴とする電動アシスト自転車。
2. 【請求項２】 前記ペダル踏力を、クランクシャフトの
   ねじれを直線変位に変換してポテンショメータにより検
   出する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。