JP2004322882A - 電動自転車 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は乗り心地を快適にした自走可能な電動自転車を提供することを目的とする。
【解決手段】所定の閾値未満では電動機の出力は人力による駆動を補助する補助駆動モードのみであり、前記所定の閾値を超えたときの運転者の意志に基づき電動機の出力のみで自動走行可能な自走モードへの移行ができ、かつ前記自走モードから前記補助駆動モードへの移行は前記所定の閾値に関係することなく行うことができるようにしたものである。
【選択図】 図１
【解決手段】所定の閾値未満では電動機の出力は人力による駆動を補助する補助駆動モードのみであり、前記所定の閾値を超えたときの運転者の意志に基づき電動機の出力のみで自動走行可能な自走モードへの移行ができ、かつ前記自走モードから前記補助駆動モードへの移行は前記所定の閾値に関係することなく行うことができるようにしたものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動自転車に係るものであり、特に自動走行（以下、「自走」という。）可能なものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動自転車は運転免許やヘルメット着用の義務のない、通常の自転車扱いでありながら、坂道などの肉体的負荷の大きいところにおいても、楽に使用できるものとして中高齢者を中心に広い範囲で使用されている。なお、電動自転車としては、電動機の出力を補助として用いるものと、電動機の出力のみで自走可能なものがある。
【０００３】
電動自転車は、自転車のシート下部に電動駆動部をもち、前記電動駆動部に内蔵されているトルクセンサーによりペダルトルクを検出し、電池からエネルギーの供給を受け電動駆動部内蔵の電動機を駆動し、人力と前記電動機力の合力が出力軸およびチェーン等を介して、駆動輪（後輪）へ伝達される構成を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、前記のとおり、近年より走行が楽な電動自転車に対する要求がなされており、自走可能な電動自転車も開発されている。当該自走可能な電動自転車としては、アクセルレバーの開閉度に応じて電動機の出力を制御し、電動機から出力された駆動力を後輪に伝達し、自転車を動かすものがあり、自走と補助駆動制御の切替えを、モード切替スイッチを設け、行っている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２５０６７３号公報
【特許文献２】
特開２００２−８７３７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の自走可能な電動自転車においては、補助駆動モードと自走モードを手動の切替スイッチにて操作する必要があり、操作が煩わしかった。そして、この結果、特に自走状態で停止し、再発進するとき等において、電動機の負荷が大きくなり、電動機の発熱等に影響を与えていた。
【０００７】
また、発進時からの自走を可能とする場合、電動機の出力を必要以上に大きくする必要があり、結果として電動自転車の総重量が大きなものとなっていた。
【０００８】
さらに、電動自転車の総重量、または出力の大きな電動機の使用は一度の充電で走行できる距離を極端に短くする要因となった。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、乗り心地を快適にした自走可能な電動自転車を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の課題に鑑みなされたものであり、所定の閾値未満では電動機の出力は人力による駆動を補助する補助駆動モードのみであり、前記所定の閾値を超えたときの運転者の意志に基づき電動機の出力のみで自走可能な自走モードへの移行ができ、かつ前記自走モードから前記補助駆動モードへの移行は前記所定の閾値に関係することなく行うことができるようにしたものである。当該構成により、快適な電動自転車とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１に記載の発明は、人力駆動手段と電動駆動部を構成する電動機の出力により駆動される電動自転車において、所定の閾値未満では電動機の出力は人力による駆動を補助する補助駆動モードのみであり、前記所定の閾値を超えたときの運転者の意志に基づき電動機の出力のみで自走可能な自走モードへの移行ができ、かつ前記自走モードから前記補助駆動モードへの移行は前記所定の閾値に関係することなく行うことができることを特徴とする電動自転車であり、走行開始時において大きな電動機出力を必要とすることなく、かつ運転者には過度の負担を与えることなく自走可能な電動自転車とすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、人力による駆動を補助する電動機の出力の人力駆動力に対する電動機の出力の比率を、運転者が操作可能なアクセルの開度に基づく出力信号により最小０％から可変可能なことを特徴とする請求項１に記載の電動自転車であり、走路状態（例えば、急な坂道、下り坂または段差）および運転者自らへの負担を考慮し、運転者自らが必要とする最適な補助動力を得ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、電動駆動を構成する人力によるペダルトルクを検出するトルクセンサーからの出力されるペダルトルクまたはその変動が所定の期間、連続して複数回所定の値以下であるとき、自走モードに移行するという運転者の意思であると判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動自転車であり、ペダルの回転を止める（ペダルの踏み込みを停止する）という運転中の一連の動作の中で、自走モードへの移行ができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、所定の閾値が電動自転車の実速度であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動自転車であり、発進時であることを確実に判断することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、補助駆動モードから自走モードへの移行にあたり、電動機出力を一旦０とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動自転車であり、自走モードに移行した瞬間の運転者が意図しない急激な加速（急発進）を抑制することが可能で、運転者に移行の衝撃を与えることなくスムーズなモード移行とすることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、自走モードにおける電動機の出力の増減を運転者が操作可能なアクセル開度に基づく出力信号により行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動自転車であり、自走時においても急激な走行速度の低下を防止することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、補助駆動もしくは自走の各モードの切替信号およびアクセル開度に基づく出力信号を一のパルス信号に基づき行うものであって、前記各モードの切替信号は前記パルス信号の高または低出力波形のいずれか一方に基づき行われ、かつアクセル開度に基づく出力信号は前記パルス信号の他方の出力波形に基づき行うことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の電動自転車であり、制御回路の構成を簡素化できる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、自走モードにおける電動機の出力を定める出力信号の出力期間を前記出力が０％のときあらかじめ定めた一定値とし、前記出力期間が前記一定値に比較し長くなるにつれて電動機の出力が大きくなることを特徴とする請求項７に記載の電動自転車であり、電動機の出力による補助駆動を停止させるにあたり、その判断を早めることができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、運転者のペダルトルクの変動を検出したときになされることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電動自転車であり、補助駆動への移行を自転車運転中の一連の動作で行うことができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、運転者がブレーキを操作したときになされることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動自転車であり、減速しようとする運転者の意思を確実に判断することができる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、電動自転車の実速度が所定値を超えたときになされることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電動自転車であり、高速運転に必要な大きな電動機出力の発生を抑制し、一充電あたりの走行距離を伸ばすことができるとともに、高速状態での自走による危険な状況の発生を未然に防止できる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、当該情報を検出した後、直ちに行われることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電動自転車であり、当該移行に際し、運転者に過度の負担を与えることなく、スムーズに移行することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の具体的電動自転車について、図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の具体例に拘泥するものではない。
【００２４】
本発明の電動自転車の制御部は大きく２つの制御部から構成されており、これを図１に示す。モニター制御部１は電動自転車の状態をモニターするものであり、電動機制御部３は電動機を制御するものである。
【００２５】
電動機制御部３には、例えば、磁歪式のトルクセンサー７により出力される人力駆動手段からのペダルトルク情報が入力され、電動機制御部３に含まれるＣＰＵ３１を介して、モニター制御部１に入力される。
【００２６】
この際、当該入力信号をパルス信号とすることによりエラー情報もしくはモード状態とともに、前記ペダルトルク情報を同一の入力信号とすることができる。
【００２７】
具体的には、図２に示すように、入力信号２を矩形状のパルス信号とし、当該パルス信号を高（図２において「ＨＩ」と示す。）と低（図２において「ＬＯ」と示す。）の波形に分けている。そして、このような波形とし、例えば、出力期間Ｔ３の高い入力波形２１によりエラー信号等が入力され、出力期間Ｔ４の低い入力波形２３によりペダルトルク情報が入力されている。
【００２８】
また、表１に示すように、高い入力波形２１の出力期間Ｔ３を、例えば８ｍｓｅｃの場合トルクセンサー異常等と適宜決定しておくことで、各種のエラー信号等をモニター制御部１に入力することができる。
【００２９】
なお、例えば、トルクセンサー異常とバッテリー電圧異常が同時に発生する場合も想定されるが、かかる場合、いずれの情報を電動機制御部３がモニター制御部１に入力信号として出力するかを事前に決定しておく、すなわち、各情報に優先順位を設けておくことで対応することができる。
【００３０】
【表１】
【００３１】
同様に表２に示すように、ペダルトルクの変動が所定値以下であるときの低い入力波形２３の出力期間Ｔ４を８ｍｓｅｃとし、ペダルトルクの変動が所定値を超えるときの出力期間Ｔ４を１６ｍｓｅｃとしている。すなわち、運転者がペダルを踏み込むことを停止した場合、８ｍｓｅｃの低い入力波形２３が電動機制御部３からモニター制御部１に入力される。なお、ペダルトルクの変動を基準とする場合について説明したが、運転者がペダルをこいでいるときは、一定の周期で所定のペダルトルクを超えるトルクが検出されるから、ペダルトルクを基準としても前記同様に運転者がペダルを踏み込むことを停止したことを示す、出力期間Ｔ４が８ｍｓｅｃの低い入力波形２３をモニター制御部１に入力することが可能である。
【００３２】
【表２】
【００３３】
モニター制御部１は、前記のとおり電動機制御部３から出力される入力信号と、直接、自転車実速度センサー１３、アクセル１５またはブレーキＳＷ１７等から出力される信号に基づき、電動機制御部３に信号を出力する。
【００３４】
また、前記同様図３に示すように、出力信号５を矩形状のパルス信号とし、当該一のパルス信号は高（図３において「ＨＩ」と示す。）と低（図３において「ＬＯ」と示す。）の波形に分けられており、出力期間Ｔ１の高い出力波形５１により補助駆動もしくは自走の各モードの切替信号が出力され、出力期間Ｔ２の低い出力波形５３によりアクセル１５の開度に基づく出力信号が出力されている。
【００３５】
なお、高い出力信号５１は、自走モードのとき出力期間Ｔ１を８ｍｓｅｃ、補助駆動モードのとき出力期間Ｔ１を１６ｍｓｅｃとするように設定されている。また、アクセル開度に基づく出力信号とは、補助駆動モードにおいては人力駆動力に対する電動機の出力の比率であり、自走モードにおいては電動機の出力である。
【００３６】
ここで、各モードの選択は、選択操作の容易性の観点から運転中に運転者がなす一連の動作を利用してなされることが、安全上の観点から重要である。
【００３７】
そこで、運転者がハンドル等から手を離すことなく実施できるように、運転者がペダルをこぐことを停止した場合、自走モードへ移行したいという運転者の意思であると判断することとしている。すなわち、ペダルをこぐことを停止した場合、トルクセンサーから出力されるペダルトルク波形は、その変動幅が小さくなる（なくなる）ことに着目し、これを前記のとおり電動機制御部３を介してモニター制御部１に入力するようにしている。
【００３８】
そして、ＣＰＵ１１は当該ペダルトルク変動および自転車実速度センサー１３からの信号に基づき、８もしくは１６ｍｓｅｃの出力信号を適宜選択し、出力している。
【００３９】
なお、出力信号選択の要件としてペダルトルク変動に加重して、他の要件、具体的には、自転車実速度センサーに基づく自転車実速度をその閾値とすることで、低速域における自走モードへの移行をなくしている。これは、発進時であることを確実に判断し、電動機が高トルクを発生しようとすることを防止するためであり、本実施においては、閾値として実速度５ｋｍ／ｈｒを設定している。
【００４０】
また、所定の期間内に複数回連続してモニター制御部１に出力期間Ｔ４が８ｍｓｅｃの低い入力波形２３が入力された場合、自走モードに移行したいという運転者の意思であると判断している。これは、外乱等の影響を排除するためである。
【００４１】
したがって、自走モードへの移行の情報となる出力期間Ｔ１が８ｍｓｅｃの高い出力信号５１は、実速度５ｋｍ／ｈｒ以上で、かつ、出力期間Ｔ４が８ｍｓｅｃの低い入力波形２３が所定の期間内に複数回連続してモニター制御部１に入力された場合に、電動機制御部３になされることとなる。
【００４２】
そして、前記電動機制御部３への出力による自走モードへの移行にあたっては、移行した際の急加速を防止する等を目的として、一旦電動機出力を０％とするようにしている。
【００４３】
次に、モニター制御部１からの出力信号を形成する低い出力信号５３について説明する。
【００４４】
当該信号は、前記のとおり、運転者が操作可能なアクセル１５、具体的にはその開度に基づき出力される信号であり、補助駆動モードにおいては人力駆動力に対する電動機の出力の比率、自走モードにおいては電動機の出力を決定する情報を含むものである。
【００４５】
まず、補助駆動モードについて説明すると、例えば、表３に示すように人力駆動力に対する電動機の出力の比率に対応して、低い出力信号５３の出力期間Ｔ２を８、１６もしくは８８ｍｓｅｃ等とあらかじめ定めておき、アクセル１５の開度に基づき所定の出力期間Ｔ２の低い出力信号５３を電動機制御部３に出力するようにしてある。
【００４６】
【表３】
【００４７】
本発明の電動自転車においては、アクセル開度が０（全閉）の場合、補助駆動は行わないように設定しており、このときの出力期間Ｔ２を８ｍｓｅｃとしている。なお、この場合、通常の自転車と同様、人力駆動のみにより駆動する。
【００４８】
また、アクセルを全開放したときの補助駆動は、人力駆動力に対して５０％の補助駆動力を電動機が出力するように設定してある。
【００４９】
次に、自走モードに移行した場合の低い出力信号５３について説明する。この場合も前記の補助駆動モードと同様に、表３に示すように、電動機の出力に対応して、低い出力信号５３の出力期間Ｔ２を８、１６もしくは８８ｍｓｅｃ等とあらかじめ定めておき、アクセル１５の開度に基づき所定の出力期間Ｔ２の低い出力信号５３を電動機制御部３に出力するようにしてある。ここで、アクセル全開放で電動機の出力を１００％に設定することで、必要以上に高速（例えば、２０ｋｍ／ｈｒ以上）で自走することを防止でき、より安全な電動自転車とすることができる。
【００５０】
また、出力期間Ｔ２の設定にあたっては、電動機の出力が低い場合、出力期間Ｔ２を短くしている。これは、電動機の出力を０％（オフ）にしたい場合、その判断を短時間で行うことができようにするためである。具体的には、表３の場合、出力０％の判断は同１００％の時に比較して８０ｍｓｅｃ短い時間で判断可能である。
【００５１】
なお、表３における電動機の出力１００％とは電動機の定格出力を示しており、例えば、３０％とは定格出力の３０％の出力を示している。
【００５２】
自走モードである場合において、アクセル開度が０の場合、それまでの惰性により走行し、この状態で再びアクセルを操作したときは自走可能に設定することが好適である。これは、必ずしも自走モード中にアクセル開度を０とする運転者の動作が、補助駆動モードに移行したいという運転者の意思とは限らないためである。
【００５３】
しかし、前記惰性走行中に一定の速度以下となった場合、その状態から再度加速するためには、大きな電動機出力を要することから、この場合は、補助駆動モードに強制移行するようにすることが好適である。なお、前記一定の速度は、自走モードに移行する際の閾値（本具体例では、自転車実速度５ｋｍ／ｈｒ）と同一とする必要はなく、例えば、４ｋｍ／ｈｒに設定してもよい。
【００５４】
また、運転者がペダルをこぎだしたときは、自走モードに移行する際の要件である、自転車実速度に関係することなく、これにしたがい補助駆動モードに移行することとしている。
【００５５】
また、運転者がブレーキを操作し、ブレーキスイッチ１７から当該情報がモニター制御部１に入力されたときも、停止もしくは減速しようとする運転者の意思であるとみなし、自走モードから補助駆動モードに移行することとしている。
【００５６】
このように、運転者の意思にしたがうことで、電動自転車の取扱性および安全性を向上させようとするものである。
【００５７】
さらに、前記のとおりアクセル全開放で電動機の出力を１００％に設定することで、必要以上に高速（例えば、２０ｋｍ／ｈｒ以上）で自走することを防止するように設定しているものの、例えば、下り坂等の速度を増加させる要因がある場合においても、これを超えて自走することを防止するためには、自転車実速度センサー１３により得られる実速度に基づき、当該実速度が所定の速度を超えた場合、補助駆動モードに移行することとしている。これにより、安全性を確保することが可能で、長期間、出力１００％の運転が継続されることがなくなり、電動機自体の発熱という観点からも好適である。なお、かかる場合、電動機の出力を０％にする等の対策によってもよい。
【００５８】
なお、以上の説明では特に記載してはいないものの、モニター制御部１と電動機制御部は３は同一の制御回路基板上で構成した場合、配線等が不要で、ノイズの影響を受けることがないので好適であるが、その他の制約がある場合、必ず同一の基板上で構成する必要はなく、例えば、モニター制御部１はアクセル１５等とともにハンドル等、運転者の手元部に設けてもよい。かかる構成により、従来の補助駆動型の電動自転車の駆動ユニットを使用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
【００６０】
（１）自転車の実速度とペダル踏み力とアクセル開度により自走モードと補助駆動モードを自動的に切り替えて制御するため、運転者がモード切替えをする必要がなく安全で快適な電動自転車を提供することができる。
【００６１】
（２）自転車の実速度が低速や高速状態においては自走モードではなく補助駆動モードのみの制御となるため、軽量でコンパクトな駆動ユニットを提供でき、電動自転車の重量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動自転車の制御構成図
【図２】本発明の電動機制御部からモニター制御部への入力信号の波形を示す図
【図３】本発明のモニター制御部から電動機制御部への出力信号の波形を示す図
【符号の説明】
１ モニター制御部
２ 入力信号
２１ 高い入力波形
２３ 低い入力波形
３ 電動機制御部
５ 出力信号
５１ 高い入力波形
５３ 低い入力波形
７ トルクセンサー
１１、３１ ＣＰＵ
１３ 自動車実速度センサー
１５ アクセル
１７ ブレーキスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動自転車に係るものであり、特に自動走行（以下、「自走」という。）可能なものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動自転車は運転免許やヘルメット着用の義務のない、通常の自転車扱いでありながら、坂道などの肉体的負荷の大きいところにおいても、楽に使用できるものとして中高齢者を中心に広い範囲で使用されている。なお、電動自転車としては、電動機の出力を補助として用いるものと、電動機の出力のみで自走可能なものがある。
【０００３】
電動自転車は、自転車のシート下部に電動駆動部をもち、前記電動駆動部に内蔵されているトルクセンサーによりペダルトルクを検出し、電池からエネルギーの供給を受け電動駆動部内蔵の電動機を駆動し、人力と前記電動機力の合力が出力軸およびチェーン等を介して、駆動輪（後輪）へ伝達される構成を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、前記のとおり、近年より走行が楽な電動自転車に対する要求がなされており、自走可能な電動自転車も開発されている。当該自走可能な電動自転車としては、アクセルレバーの開閉度に応じて電動機の出力を制御し、電動機から出力された駆動力を後輪に伝達し、自転車を動かすものがあり、自走と補助駆動制御の切替えを、モード切替スイッチを設け、行っている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２５０６７３号公報
【特許文献２】
特開２００２−８７３７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の自走可能な電動自転車においては、補助駆動モードと自走モードを手動の切替スイッチにて操作する必要があり、操作が煩わしかった。そして、この結果、特に自走状態で停止し、再発進するとき等において、電動機の負荷が大きくなり、電動機の発熱等に影響を与えていた。
【０００７】
また、発進時からの自走を可能とする場合、電動機の出力を必要以上に大きくする必要があり、結果として電動自転車の総重量が大きなものとなっていた。
【０００８】
さらに、電動自転車の総重量、または出力の大きな電動機の使用は一度の充電で走行できる距離を極端に短くする要因となった。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、乗り心地を快適にした自走可能な電動自転車を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の課題に鑑みなされたものであり、所定の閾値未満では電動機の出力は人力による駆動を補助する補助駆動モードのみであり、前記所定の閾値を超えたときの運転者の意志に基づき電動機の出力のみで自走可能な自走モードへの移行ができ、かつ前記自走モードから前記補助駆動モードへの移行は前記所定の閾値に関係することなく行うことができるようにしたものである。当該構成により、快適な電動自転車とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１に記載の発明は、人力駆動手段と電動駆動部を構成する電動機の出力により駆動される電動自転車において、所定の閾値未満では電動機の出力は人力による駆動を補助する補助駆動モードのみであり、前記所定の閾値を超えたときの運転者の意志に基づき電動機の出力のみで自走可能な自走モードへの移行ができ、かつ前記自走モードから前記補助駆動モードへの移行は前記所定の閾値に関係することなく行うことができることを特徴とする電動自転車であり、走行開始時において大きな電動機出力を必要とすることなく、かつ運転者には過度の負担を与えることなく自走可能な電動自転車とすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、人力による駆動を補助する電動機の出力の人力駆動力に対する電動機の出力の比率を、運転者が操作可能なアクセルの開度に基づく出力信号により最小０％から可変可能なことを特徴とする請求項１に記載の電動自転車であり、走路状態（例えば、急な坂道、下り坂または段差）および運転者自らへの負担を考慮し、運転者自らが必要とする最適な補助動力を得ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、電動駆動を構成する人力によるペダルトルクを検出するトルクセンサーからの出力されるペダルトルクまたはその変動が所定の期間、連続して複数回所定の値以下であるとき、自走モードに移行するという運転者の意思であると判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動自転車であり、ペダルの回転を止める（ペダルの踏み込みを停止する）という運転中の一連の動作の中で、自走モードへの移行ができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、所定の閾値が電動自転車の実速度であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動自転車であり、発進時であることを確実に判断することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、補助駆動モードから自走モードへの移行にあたり、電動機出力を一旦０とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動自転車であり、自走モードに移行した瞬間の運転者が意図しない急激な加速（急発進）を抑制することが可能で、運転者に移行の衝撃を与えることなくスムーズなモード移行とすることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、自走モードにおける電動機の出力の増減を運転者が操作可能なアクセル開度に基づく出力信号により行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動自転車であり、自走時においても急激な走行速度の低下を防止することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、補助駆動もしくは自走の各モードの切替信号およびアクセル開度に基づく出力信号を一のパルス信号に基づき行うものであって、前記各モードの切替信号は前記パルス信号の高または低出力波形のいずれか一方に基づき行われ、かつアクセル開度に基づく出力信号は前記パルス信号の他方の出力波形に基づき行うことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の電動自転車であり、制御回路の構成を簡素化できる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、自走モードにおける電動機の出力を定める出力信号の出力期間を前記出力が０％のときあらかじめ定めた一定値とし、前記出力期間が前記一定値に比較し長くなるにつれて電動機の出力が大きくなることを特徴とする請求項７に記載の電動自転車であり、電動機の出力による補助駆動を停止させるにあたり、その判断を早めることができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、運転者のペダルトルクの変動を検出したときになされることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電動自転車であり、補助駆動への移行を自転車運転中の一連の動作で行うことができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、運転者がブレーキを操作したときになされることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動自転車であり、減速しようとする運転者の意思を確実に判断することができる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、電動自転車の実速度が所定値を超えたときになされることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電動自転車であり、高速運転に必要な大きな電動機出力の発生を抑制し、一充電あたりの走行距離を伸ばすことができるとともに、高速状態での自走による危険な状況の発生を未然に防止できる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、自走モードから補助駆動モードへの移行は、当該情報を検出した後、直ちに行われることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電動自転車であり、当該移行に際し、運転者に過度の負担を与えることなく、スムーズに移行することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の具体的電動自転車について、図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の具体例に拘泥するものではない。
【００２４】
本発明の電動自転車の制御部は大きく２つの制御部から構成されており、これを図１に示す。モニター制御部１は電動自転車の状態をモニターするものであり、電動機制御部３は電動機を制御するものである。
【００２５】
電動機制御部３には、例えば、磁歪式のトルクセンサー７により出力される人力駆動手段からのペダルトルク情報が入力され、電動機制御部３に含まれるＣＰＵ３１を介して、モニター制御部１に入力される。
【００２６】
この際、当該入力信号をパルス信号とすることによりエラー情報もしくはモード状態とともに、前記ペダルトルク情報を同一の入力信号とすることができる。
【００２７】
具体的には、図２に示すように、入力信号２を矩形状のパルス信号とし、当該パルス信号を高（図２において「ＨＩ」と示す。）と低（図２において「ＬＯ」と示す。）の波形に分けている。そして、このような波形とし、例えば、出力期間Ｔ３の高い入力波形２１によりエラー信号等が入力され、出力期間Ｔ４の低い入力波形２３によりペダルトルク情報が入力されている。
【００２８】
また、表１に示すように、高い入力波形２１の出力期間Ｔ３を、例えば８ｍｓｅｃの場合トルクセンサー異常等と適宜決定しておくことで、各種のエラー信号等をモニター制御部１に入力することができる。
【００２９】
なお、例えば、トルクセンサー異常とバッテリー電圧異常が同時に発生する場合も想定されるが、かかる場合、いずれの情報を電動機制御部３がモニター制御部１に入力信号として出力するかを事前に決定しておく、すなわち、各情報に優先順位を設けておくことで対応することができる。
【００３０】
【表１】
同様に表２に示すように、ペダルトルクの変動が所定値以下であるときの低い入力波形２３の出力期間Ｔ４を８ｍｓｅｃとし、ペダルトルクの変動が所定値を超えるときの出力期間Ｔ４を１６ｍｓｅｃとしている。すなわち、運転者がペダルを踏み込むことを停止した場合、８ｍｓｅｃの低い入力波形２３が電動機制御部３からモニター制御部１に入力される。なお、ペダルトルクの変動を基準とする場合について説明したが、運転者がペダルをこいでいるときは、一定の周期で所定のペダルトルクを超えるトルクが検出されるから、ペダルトルクを基準としても前記同様に運転者がペダルを踏み込むことを停止したことを示す、出力期間Ｔ４が８ｍｓｅｃの低い入力波形２３をモニター制御部１に入力することが可能である。
【００３２】
【表２】
モニター制御部１は、前記のとおり電動機制御部３から出力される入力信号と、直接、自転車実速度センサー１３、アクセル１５またはブレーキＳＷ１７等から出力される信号に基づき、電動機制御部３に信号を出力する。
【００３４】
また、前記同様図３に示すように、出力信号５を矩形状のパルス信号とし、当該一のパルス信号は高（図３において「ＨＩ」と示す。）と低（図３において「ＬＯ」と示す。）の波形に分けられており、出力期間Ｔ１の高い出力波形５１により補助駆動もしくは自走の各モードの切替信号が出力され、出力期間Ｔ２の低い出力波形５３によりアクセル１５の開度に基づく出力信号が出力されている。
【００３５】
なお、高い出力信号５１は、自走モードのとき出力期間Ｔ１を８ｍｓｅｃ、補助駆動モードのとき出力期間Ｔ１を１６ｍｓｅｃとするように設定されている。また、アクセル開度に基づく出力信号とは、補助駆動モードにおいては人力駆動力に対する電動機の出力の比率であり、自走モードにおいては電動機の出力である。
【００３６】
ここで、各モードの選択は、選択操作の容易性の観点から運転中に運転者がなす一連の動作を利用してなされることが、安全上の観点から重要である。
【００３７】
そこで、運転者がハンドル等から手を離すことなく実施できるように、運転者がペダルをこぐことを停止した場合、自走モードへ移行したいという運転者の意思であると判断することとしている。すなわち、ペダルをこぐことを停止した場合、トルクセンサーから出力されるペダルトルク波形は、その変動幅が小さくなる（なくなる）ことに着目し、これを前記のとおり電動機制御部３を介してモニター制御部１に入力するようにしている。
【００３８】
そして、ＣＰＵ１１は当該ペダルトルク変動および自転車実速度センサー１３からの信号に基づき、８もしくは１６ｍｓｅｃの出力信号を適宜選択し、出力している。
【００３９】
なお、出力信号選択の要件としてペダルトルク変動に加重して、他の要件、具体的には、自転車実速度センサーに基づく自転車実速度をその閾値とすることで、低速域における自走モードへの移行をなくしている。これは、発進時であることを確実に判断し、電動機が高トルクを発生しようとすることを防止するためであり、本実施においては、閾値として実速度５ｋｍ／ｈｒを設定している。
【００４０】
また、所定の期間内に複数回連続してモニター制御部１に出力期間Ｔ４が８ｍｓｅｃの低い入力波形２３が入力された場合、自走モードに移行したいという運転者の意思であると判断している。これは、外乱等の影響を排除するためである。
【００４１】
したがって、自走モードへの移行の情報となる出力期間Ｔ１が８ｍｓｅｃの高い出力信号５１は、実速度５ｋｍ／ｈｒ以上で、かつ、出力期間Ｔ４が８ｍｓｅｃの低い入力波形２３が所定の期間内に複数回連続してモニター制御部１に入力された場合に、電動機制御部３になされることとなる。
【００４２】
そして、前記電動機制御部３への出力による自走モードへの移行にあたっては、移行した際の急加速を防止する等を目的として、一旦電動機出力を０％とするようにしている。
【００４３】
次に、モニター制御部１からの出力信号を形成する低い出力信号５３について説明する。
【００４４】
当該信号は、前記のとおり、運転者が操作可能なアクセル１５、具体的にはその開度に基づき出力される信号であり、補助駆動モードにおいては人力駆動力に対する電動機の出力の比率、自走モードにおいては電動機の出力を決定する情報を含むものである。
【００４５】
まず、補助駆動モードについて説明すると、例えば、表３に示すように人力駆動力に対する電動機の出力の比率に対応して、低い出力信号５３の出力期間Ｔ２を８、１６もしくは８８ｍｓｅｃ等とあらかじめ定めておき、アクセル１５の開度に基づき所定の出力期間Ｔ２の低い出力信号５３を電動機制御部３に出力するようにしてある。
【００４６】
【表３】
本発明の電動自転車においては、アクセル開度が０（全閉）の場合、補助駆動は行わないように設定しており、このときの出力期間Ｔ２を８ｍｓｅｃとしている。なお、この場合、通常の自転車と同様、人力駆動のみにより駆動する。
【００４８】
また、アクセルを全開放したときの補助駆動は、人力駆動力に対して５０％の補助駆動力を電動機が出力するように設定してある。
【００４９】
次に、自走モードに移行した場合の低い出力信号５３について説明する。この場合も前記の補助駆動モードと同様に、表３に示すように、電動機の出力に対応して、低い出力信号５３の出力期間Ｔ２を８、１６もしくは８８ｍｓｅｃ等とあらかじめ定めておき、アクセル１５の開度に基づき所定の出力期間Ｔ２の低い出力信号５３を電動機制御部３に出力するようにしてある。ここで、アクセル全開放で電動機の出力を１００％に設定することで、必要以上に高速（例えば、２０ｋｍ／ｈｒ以上）で自走することを防止でき、より安全な電動自転車とすることができる。
【００５０】
また、出力期間Ｔ２の設定にあたっては、電動機の出力が低い場合、出力期間Ｔ２を短くしている。これは、電動機の出力を０％（オフ）にしたい場合、その判断を短時間で行うことができようにするためである。具体的には、表３の場合、出力０％の判断は同１００％の時に比較して８０ｍｓｅｃ短い時間で判断可能である。
【００５１】
なお、表３における電動機の出力１００％とは電動機の定格出力を示しており、例えば、３０％とは定格出力の３０％の出力を示している。
【００５２】
自走モードである場合において、アクセル開度が０の場合、それまでの惰性により走行し、この状態で再びアクセルを操作したときは自走可能に設定することが好適である。これは、必ずしも自走モード中にアクセル開度を０とする運転者の動作が、補助駆動モードに移行したいという運転者の意思とは限らないためである。
【００５３】
しかし、前記惰性走行中に一定の速度以下となった場合、その状態から再度加速するためには、大きな電動機出力を要することから、この場合は、補助駆動モードに強制移行するようにすることが好適である。なお、前記一定の速度は、自走モードに移行する際の閾値（本具体例では、自転車実速度５ｋｍ／ｈｒ）と同一とする必要はなく、例えば、４ｋｍ／ｈｒに設定してもよい。
【００５４】
また、運転者がペダルをこぎだしたときは、自走モードに移行する際の要件である、自転車実速度に関係することなく、これにしたがい補助駆動モードに移行することとしている。
【００５５】
また、運転者がブレーキを操作し、ブレーキスイッチ１７から当該情報がモニター制御部１に入力されたときも、停止もしくは減速しようとする運転者の意思であるとみなし、自走モードから補助駆動モードに移行することとしている。
【００５６】
このように、運転者の意思にしたがうことで、電動自転車の取扱性および安全性を向上させようとするものである。
【００５７】
さらに、前記のとおりアクセル全開放で電動機の出力を１００％に設定することで、必要以上に高速（例えば、２０ｋｍ／ｈｒ以上）で自走することを防止するように設定しているものの、例えば、下り坂等の速度を増加させる要因がある場合においても、これを超えて自走することを防止するためには、自転車実速度センサー１３により得られる実速度に基づき、当該実速度が所定の速度を超えた場合、補助駆動モードに移行することとしている。これにより、安全性を確保することが可能で、長期間、出力１００％の運転が継続されることがなくなり、電動機自体の発熱という観点からも好適である。なお、かかる場合、電動機の出力を０％にする等の対策によってもよい。
【００５８】
なお、以上の説明では特に記載してはいないものの、モニター制御部１と電動機制御部は３は同一の制御回路基板上で構成した場合、配線等が不要で、ノイズの影響を受けることがないので好適であるが、その他の制約がある場合、必ず同一の基板上で構成する必要はなく、例えば、モニター制御部１はアクセル１５等とともにハンドル等、運転者の手元部に設けてもよい。かかる構成により、従来の補助駆動型の電動自転車の駆動ユニットを使用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
【００６０】
（１）自転車の実速度とペダル踏み力とアクセル開度により自走モードと補助駆動モードを自動的に切り替えて制御するため、運転者がモード切替えをする必要がなく安全で快適な電動自転車を提供することができる。
【００６１】
（２）自転車の実速度が低速や高速状態においては自走モードではなく補助駆動モードのみの制御となるため、軽量でコンパクトな駆動ユニットを提供でき、電動自転車の重量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動自転車の制御構成図
【図２】本発明の電動機制御部からモニター制御部への入力信号の波形を示す図
【図３】本発明のモニター制御部から電動機制御部への出力信号の波形を示す図
【符号の説明】
１ モニター制御部
２ 入力信号
２１ 高い入力波形
２３ 低い入力波形
３ 電動機制御部
５ 出力信号
５１ 高い入力波形
５３ 低い入力波形
７ トルクセンサー
１１、３１ ＣＰＵ
１３ 自動車実速度センサー
１５ アクセル
１７ ブレーキスイッチ
Claims (12)
- 人力駆動手段と電動駆動部を構成する電動機の出力により駆動される電動自転車において、所定の閾値未満では電動機の出力は人力による駆動を補助する補助駆動モードのみであり、前記所定の閾値を超えたときの運転者の意志に基づき電動機の出力のみで自動走行可能な自動走行モードへの移行ができ、かつ前記自動走行モードから前記補助駆動モードへの移行は前記所定の閾値に関係することなく行うことができることを特徴とする電動自転車。
- 人力による駆動を補助する電動機の出力の人力駆動力に対する電動機の出力の比率を、運転者が操作可能なアクセルの開度に基づく出力信号により最小０％から可変可能なことを特徴とする請求項１に記載の電動自転車。
- 電動駆動を構成する人力によるペダルトルクを検出するトルクセンサーからの出力されるペダルトルクまたはその変動が所定の期間、連続して複数回所定の値以下であるとき、自動走行モードに移行するという運転者の意思であると判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動自転車。
- 所定の閾値が電動自転車の実速度であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動自転車。
- 補助駆動モードから自動走行モードへの移行にあたり、電動機出力を一旦０とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動自転車。
- 自動走行モードにおける電動機の出力の増減を運転者が操作可能なアクセル開度に基づく出力信号により行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動自転車。
- 補助駆動もしくは自動走行の各モードの切替信号およびアクセル開度に基づく出力信号を一のパルス信号に基づき行うものであって、前記各モードの切替信号は前記パルス信号の高または低出力波形のいずれか一方に基づき行われ、かつアクセル開度に基づく出力信号は前記パルス信号の他方の出力波形に基づき行うことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の電動自転車。
- 自動走行モードにおける電動機の出力を定める出力信号の出力期間を前記出力が０％のときあらかじめ定めた一定値とし、前記出力期間が前記一定値に比較し長くなるにつれて電動機の出力が大きくなることを特徴とする請求項７に記載の電動自転車。
- 自動走行モードから補助駆動モードへの移行は、運転者のペダルトルクの変動を検出したときになされることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電動自転車。
- 自動走行モードから補助駆動モードへの移行は、運転者がブレーキを操作したときになされることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動自転車。
- 自動走行モードから補助駆動モードへの移行は、電動自転車の実速度が所定値を超えたときになされることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電動自転車。
- 自動走行モードから補助駆動モードへの移行は、当該情報を検出した後、直ちに行われることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電動自転車。
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