JP2004343871A

JP2004343871A - Human-powered running vehicle provided with auxiliary power

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Publication number: JP2004343871A
Application number: JP2003136287A
Authority: JP
Inventors: Takuya Noro; 拓哉野呂; Masaru Iwasaki; 優岩▲崎▼
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve rectilinear travel stability, in a human-powered running vehicle provided with auxiliary power which includes a power drive system by an auxiliary power unit. SOLUTION: In an electrically assisted bicycle, the control (gyro control) of generating gyro moment so as to upright the inclined bicycle body is made (S1), the assistant control of driving a motor so as to assist the action of working pedals of an operator is made (S2), and other control is made (S3), and the treatment is returned to S1. In gyro control, the rotational angular velocity of a flywheel for generating gyro moment drops as the running velocity of the electrically assisted bicycle goes up. What is more, the flywheel is rotated to generate an angular velocity vector on the left side of the direction of advance of the electrically assisted bicycle. Moreover, in gyro control, the rotation of the flywheel is stopped when the running velocity of the electrically assisted bicycle is at or over a specified value. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力によって駆動される走行車に関し、特に、人力による人力駆動系に加えて補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一般に、特許文献１に記載されるもののように、キックボードおよびキックスケート等の小車輪を備え路面を蹴って滑走を楽しむスケータ形状の乗り物があり、また、電動自転車のように、このような人力で走行する乗り物にさらに駆動装置を設けたものもあった。
【０００３】
電動自転車のように、人力で走行する乗り物に、補助的に駆動装置を取付けられたものは、人力のみの走行では不可能であった駆動力での走行が可能となるため、操縦者に大きな満足感を与えていた。
【０００４】
なお、特許文献２には、電気モータにより駆動輪を回転させて走行する電動二輪車にジャイロモーメントを発生する手段を備えさせる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−５８７７８公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−６８０６３公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した電動自転車のように、基本的に人力で走行し補助的に駆動装置を取付けられた走行車を操縦する者は、当該走行車が自分の発揮する人力よりも大きな力で駆動され走行するため、操縦に不安を感じることがあると考えられる。そこで、このような走行車には、直進安定性を向上させるため、操縦についても補助するための手段が必要と考えられる。
【０００８】
なお、上記したように、特許文献２には、ジャイロモーメントを発生する手段が備えられているが、走行車に対するジャイロ軸の回転方向が明らかにされていないため、場合によっては、発生したジャイロモーメントが直進安定性に寄与しない、もしくは、直進安定性について逆効果となる場合があると考えられる。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、補助動力装置による動力駆動系を含む補助動力付人力走行車において直進安定性を向上させることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従った補助動力付人力走行車は、人力による人力駆動系と補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車であって、当該補助動力付人力走行車が進行方向に対して垂直な方向について傾斜したときに、当該補助動力付人力走行車に、当該進行方向に対して垂直な方向に直立させる方向の力を与える直立手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明のある局面に従うと、操縦者の操縦技術が未熟であっても、補助動力付人力走行車を進行方向に対して直立させることができる。
【００１２】
これにより、補助動力付人力走行車が走行時に倒れることを回避できるため、補助動力付人力走行車において直進安定性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される操舵手段と、前記操舵手段により方向を変更される前輪と、前記前輪よりも、前記人力駆動系に対して駆動力が与えられた際の前記補助動力付人力走行車の進行方向について後方に設置された後輪とをさらに含み、前記直立手段は、前記後輪の回転面と平行な面に回転面を有するフライホイールと、前記フライホイールを前記補助動力付人力走行車の進行方向に対して左側に角速度ベクトルが発生するように回転させるためのフライホイール用モータとを備えることが好ましい。
【００１４】
これにより、フライホイールの回転を、そこで生じる角速度ベクトルが補助動力付人力走行車の直立に効果的に寄与できるものとすることができる。
【００１５】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、前記補助動力付人力走行車の走行速度が所定の速度以上となった場合には、前記直立手段に、当該補助動力付人力走行車に対して直立させる方向の力を与えることを停止させる、直立制御手段とをさらに含むことが好ましい。
【００１６】
これにより、補助動力付人力走行車の走行速度がある程度上昇した場合に、「直立手段によって与えられる力により不必要に直進安定性が高まり、操縦者が旋回を希望する場合に必要とされる操作入力が大きくなるため、却って、操縦性が低下する」という事態を回避できる。
【００１７】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記前輪および前記後輪を支持するフレームをさらに含み、前記直立手段は、前記フレームに取付けられ、かつ、当該直立手段が当該フレームから取外されたときよりも当該補助動力付人力走行車の重心が高い位置となるように当該フレームに取付けられていることが好ましい。
【００１８】
これにより、接地点周りの慣性モーメントは大きくなり、このため、車体傾斜に関する固有振動数は低下し、より低い周波数の外力が傾斜した車体に与えられることになる。したがって、操縦者の動さが緩慢であっても車体角度の制御が可能となる。
【００１９】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、前記補助動力付人力走行車の走行速度が一定の速度以上となった場合に、前記前輪および後輪の回転を抑制する回転抑制手段とをさらに含むことが好ましい。
【００２０】
これにより、補助動力付人力走行車の走行速度が上昇しすぎる危険な事態を確実に回避できる。
【００２１】
また、本発明の補助動力付人力走行車では、前記人力駆動系は、前記前輪および前記後輪を回転させるために人力を与えられるペダルを備え、前記補助動力付人力走行車の走行速度を検知する速度検知手段と、前記ペダルに与えられる人力のトルクを検知するトルクセンサと、前記前輪を回転させるために駆動する車輪用モータと、前記補助動力付人力走行車の走行速度が特定の速度以下の場合に、トルクセンサの検知するトルクに応じて、前記車輪用モータを駆動させる走行制御手段とをさらに含むことが好ましい。
【００２２】
これにより、補助動力付人力走行車が、与えられた人力に応じた駆動力に基づいて走行するため、補助動力を与えられても、操縦者に不安感を与えることなく、走行することができる。
【００２３】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記ペダルの近傍に設置され、水平面を有するボトムプレートをさらに含み、前記水平面は、当該補助動力付人力走行車の進行方向に交わる方向において２５０ミリメートル以上の寸法を有する部分を備えることが好ましい。
【００２４】
これにより、操縦者は、ペダルに動力を加えていないときには、ペダル近傍に設置されたボトムプレートに両足を揃えて乗ることができる。
【００２５】
また、本発明の補助動力付人力走行車では、前記補助動力装置は、前記ボトムプレートの下方に取付けられ、前記補助動力装置を下方をカバーする保護プレートをさらに含むことが好ましい。
【００２６】
これにより、補助動力装置が路面の段差等により受ける衝撃を効果的に緩和できる。
【００２７】
また、本発明の補助動力付人力走行車は、前記ボトムプレートに接続され、水平面に交わる方向に伸びることにより前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される第１の状態と、前記第１の状態から前記ボトムプレートとの接続点を中心に回動されることにより折り畳まれる第２の状態とを取ることができる操舵手段をさらに含むことが好ましい。
【００２８】
これにより、補助動力付人力走行車を走行に用いない場合には、適宜折り畳んで持ち運ぶことができるため、利便性を向上できる。
【００２９】
本発明の他の局面に従った補助動力付人力走行車は、人力による人力駆動系と補助動力装置による動力駆動系とを含む補助動力付人力走行車であって、前記補助動力付人力走行車の進行方向を調整するために人力により操作される操舵手段と、前記操舵手段に対して、前記補助動力付人力走行車の進行方向を一定の方向にするように力を加える、補助手段とをさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明の他の局面に従うと、操縦者の操縦技術が未熟であっても、操舵手段に人力による操作を行なわなければ、補助動力付人力走行車が自動的に一定の方向に進行するようになる。
【００３１】
これにより、補助動力付人力走行車の進行方向を、操縦者の操縦技術が未熟であっても、一定の方向とすることができるため、補助動力付人力走行車において直進安定性を向上させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の補助動力付人力走行車の第１の実施の形態である電動アシスト自転車の斜視図である。
【００３４】
電動アシスト自転車１は、操縦者が座るサドル２６、第１フレーム２１、および、第２フレーム２２を含む。第１フレーム２１と第２フレーム２２とは、共通の１つの回転軸を止有し、そして、２つのフレームは、その軸周りに回動自在に取付けられている。第１フレーム２１には、前輪２４が取付けられ、第２フレーム２２には、後輪２５が取付けられている。第１フレーム２１および第２フレーム２２により、前輪および後輪を支持するフレームが構成されている。なお、電動アシスト自転車１の第２フレーム２２には、操縦者により漕がれるペダルが備えられているが、図１では省略されている。当該ペダルは、図示を省略したギヤおよびチェーンに接続されており、当該ペダルが漕がれることにより、その動力が当該ギヤおよびチェーンを介して前輪２４および後輪２５に伝えられ、当該前輪２４および後輪２５が回転する。
【００３５】
操縦者は、第１フレーム２１のハンドル２１Ａを介して前輪２４を回転軸周りに操舵することにより、電動アシスト自転車１の車体の進行方向を制御する。
【００３６】
第２フレーム１２には、ジャイロスタビライザ１０および制御ボックス２３が備えられている。
【００３７】
図２は、ジャイロスタビライザ１０の構成を模式的に示す図である。
ジャイロスタビライザ１０は、フライホイール１１とモータ１２とを含む。フライホイール１１とモータ１２には、それぞれ、ギヤ１１Ａ，１２Ａが備えられている。そして、ギヤ１１Ａとギヤ１２Ａとはベルト１３で接続されている。ベルト１３により、モータ１２の動力がギヤ１１Ａ，１２Ａを介してフライホイール１１に伝達され、フライホイール１１が角速度ωで回転する。フライホイール１１の回転面は、後輪２５の回転面と平行である。なお、モータ１２からフライホイール１１への動力の伝達は、ベルトを用いるものに限定されず、動力を伝達できるものであればいかなるものであってもよい。
【００３８】
次に、図３を用いて、電動アシスト自転車１の進行方向とフライホイール１１の角運動量ベクトルとの関係を説明する。図３（Ａ）は、電動アシスト自転車１の平面図であり、図３（Ｂ）は、電動アシスト自転車１の背面図である。
【００３９】
図３には、矢印３１として、電動アシスト自転車１の進行方向が示され、矢印３２として、フライホイール１１の角運動量ベクトルが示されている。フライホイール１１の角速度ベクトルωの方向は、その回転軸に回転方向に右ねじを回したときに当該右ねじが進む方向とし、ベクトルの大きさは、回転角速度αと定義する。電動アシスト自転車１では、フライホイール１１の角速度ベクトルωの方向は、図３（Ａ）に示すように、電動アシスト自転車１の進行方向に対して左側に向くように発生するものであるとする。そして、フライホイール１１の回転軸周りの慣性モーメントＩと、フライホイール１１の角運動量ベクトルＨとの関係は、次に示す式（１）で表すことができる。
【００４０】
Ｈ＝Ｉ×ω …（１）
そして、各速度ベクトルωと角運動量ベクトルＨは、その方向が同じである。
【００４１】
次に、電動アシスト自転車１における制御内容について説明するが、その前提条件として、直進状態にある二輪車（電動アシスト自転車１）の、外力が作用して傾斜した場合の運動について説明する。
【００４２】
図４は、電動アシスト自転車１の、右に旋回する際の、車体に働く力を表した斜視図であり、図５は、その背面図である。図４および図５に示した状態は、何らかの外力が作用して電動アシスト自転車１の車体が、進行方向（矢印４１で示す方向）に対して、右に傾いた場合を想定する。
【００４３】
通常二輪車は、プリセッション効果、トレール効果および前輪フレームの重量効果により、車体傾斜方向にハンドルが切り込もうとする性質がある。図４および図５に示した場合には、電動アシスト自転車１が右に旋回しようとしているので、車体傾斜に伴ってハンドル２１Ａは右に切れる。
【００４４】
すると車体の進行方向と前輪２４の間に角度θ１の横滑り角が生じ、この時前輪２４は、路面から進行方向に直角に、矢印４２で示すコーナリングフォースを受け、車体は、右に、角速度ωｙで旋回する。この旋回角速度ベクトルωｙのベクトルは、図５に矢印４６で示されるように、鉛直下方（図４では、紙面の表から裏に向かう方向）である。
【００４５】
右に傾斜して旋回している電動アシスト自転車１の車体の重心２７には、旋回中心からその半径方向に遠心力（矢印４３で示される力）、鉛直下方に重力（矢印４７で示される力）が加えられる。ここで、重力は、電動アシスト自転車１の車体を接地点周りに倒そうとするモーメントとして働き、遠心力は、接地点周りに車体を起こそうとするモーメントとして働くため、電動アシスト自転車１では、両者のモーメントが釣り合った状態で旋回連動が継続する。
【００４６】
そして、この場合、電動アシスト自転車１の車体を傾斜状態から直立状態に戻す作業は、車速を上げるあるいはハンドルを切り足すことによって、遠心力を大きくすることで、達成される。
【００４７】
以上説明した一般的な二輪車の運動特性を前提として、本実施の形態では、ジャイロスタビライザ１０により、矢印４５（図５では、矢印４４と矢印４６の支点４５から紙面を突き出る方向に伸びる矢印）で示すような、質量回転慣性体の旋回に伴うジャイロモーメントを働かせ、電動アシスト自転車１の車体を傾斜状態から直立状態に戻すよう制御がなされる。
【００４８】
具体的には、角運動量ベクトルＨを有するフライホイール１１が角速度ωｙの旋回運動を受けた場合に発生するジャイロモーメントベクトルＪｔは、次の式（２）で表される。
【００４９】
Ｊｔ＝Ｈ×ωｙ …（２）
つまり、矢印４５で示されるジャイロモーメントは、角運動量ベクトルＨ（矢印４４）と旋回角速度ベクトルωｙ（矢印４６）の張る平面に垂直に、ベクトルＨからベクトルωｙの方向に右ねじを回したときに右ねじが進む方向に働くことになる。
【００５０】
このように、電動アシスト自転車１において、ジャイロモーメントは、傾斜した車体を直立させる方向で作用するため、傾斜した車体を直立させるために必要とされる車速またはハンドル２１Ａの舵角の操作量を小さくでき、これにより、電動アシスト自転車１において、直進安定性を向上できる。
【００５１】
ここで、本実施の形態の比較として、電動アシスト自転車１の車体に対してフライホイール１１の角運動量が右にある場合について、当該電動アシスト自転車１の進行方向とフライホイール１１の角運動量ベクトルとの関係を説明する図である。図６（Ａ）は、電動アシスト自転車１の平面図であり、図６（Ｂ）は、電動アシスト自転車１の背面図である。
【００５２】
図６では、電動アシスト自転車１の進行方向が矢印６１で示され、フライホイール１１の角運動量ベクトルが矢印６２で示されている。
【００５３】
次に、図６に示したような、電動アシスト自転車１の車体に対してフライホイール１１の角運動量が右にある場合について、電動アシスト自転車１が右に旋回する際に働く力について、図７および図８を参照して説明する。図７は、図６に示したような場合に、右に旋回する際の電動アシスト自転車１の車体に働く力を表した斜視図であり、図８は、その背面図である。
【００５４】
右に傾斜して旋回している電動アシスト自転車１の車体の重心２７には、旋回中心からその半径方向に遠心力（矢印７４で示される力）、鉛直下方に重力（矢印７８で示される力）が加えられる。また、右に傾斜して旋回している電動アシスト自転車１には、矢印７９で示される旋回角速度ベクトルが鉛直下方に生じる。
【００５５】
このような場合、矢印７７（図８では、紙面の表から裏に向かう方向）で示されるジャイロモーメントは、車体を接地点周りに傾斜させるモーメントとして働く。これにより、遠心力に基づく車体直立のためのモーメントと相殺され、車体の直立安定には寄与せず、むしろ、逆効果となる。
【００５６】
つまり、本実施の形態の電動アシスト自転車１では、図４に示したように、当該電動アシスト自転車１の車体に対してフライホイール１１の角運動量が左にある必要がある。
【００５７】
図９は、電動アシスト自転車１の、重心位置を示すための右側面図である。
電動アシスト自転車１の重心２７は、電動アシスト自転車１における、ジャイロスタビライザ１０が搭載される前の、つまり、ジャイロスタビライザ１０以外の部品が組み立てられた状態での、重心である初期車体重心位置２８よりも、上方とされている。これは、以下のような理由による。
【００５８】
一般に、車体重心が鉛直上方にあるほど、接地点周りの慣性モーメントは大きくなり、このため、車体傾斜に関する固有振動数は低下する。これを車体に加わる外力から車体傾斜角への伝達特性として考察すると、固有振動数が低いと言うことは、より低い周波数の外力の方が車体傾斜角へ与える影響が大きいと言える。このことは、操縦者が車体傾斜角を制御する場合、固有振動数が低いほど、操縦者の動さがその分緩慢であっても車体角度の制御が可能となることを意味する。つまり、操縦者の動きが緩慢であっても車体角度の制御が可能であるように、電動アシスト自転車１の重心２７が上記のように設定されている。そして、これにより、二輪車の操縦能力が減退した操縦者、例えば高齢者であっても、電動アシスト自転車１の車体の姿勢変化に追従して姿勢保持制御が可能となり、安定した移動手段として活用できる。
【００５９】
図１０は、制御ブロック図である。電動アシスト自転車１は、モータ１２に電力を供給するバッテリ５０、バッテリ５０による電力の供給を制御する駆動回路５２、電動アシスト自転車１のペダルにかかるトルクを検知するトルクセンサ５４、電動アシスト自転車１の走行速度を検知する速度センサ５５、フライホイール１１の回転速度を検知する速度センサ１１Ｃ、および、駆動回路５２の動作を制御する制御部５１を備えている。また、電動アシスト自転車１は、操縦者によるペダルの漕ぎを補助するべく、前輪２４および後輪２５を進行方向に進むために回転させるモータ５３、および、モータ５３の電流を検知する電流センサ５８をさらに備えている。モータ５３は、バッテリ５０により、電力を供給される。
【００６０】
バッテリ５０、制御部５１、および、駆動回路５２は、制御ボックス２３内に収容されている。トルクセンサ５４は、金属のダイフラムや磁歪素子等の、周知のトルクセンサにより構成される。
【００６１】
ここで、制御部５１の制御動作を、そのメインルーチンのフローチャートである図１１を参照して説明する。
【００６２】
制御部５１は、まずステップＳ１（以下、ステップを省略する）で傾斜した車体を直立させるためにジャイロモーメントを発生させるためのジャイロ制御を実行し、次に、Ｓ２で、操縦者のペダルを漕ぐ動作を補助すべくモータ５３を駆動することにより前輪２４および後輪２５を適宜回転させるアシスト制御を実行し、そして、Ｓ３で、その他の制御処理を実行して、Ｓ１に処理を戻す。
【００６３】
次に、Ｓ１のジャイロ制御処理について、そのサブルーチンのフローチャートである図１２を参照して、詳細に説明する。
【００６４】
ジャイロ制御処理では、まず、制御部５１は、Ｓ１１で、電動アシスト自転車１の走行速度（Ｖ）を読込み、Ｓ１２に処理を進める。
【００６５】
Ｓ１２で、制御部５１は、フライホイール１１についての目標回転速度（ｗ）を算出し、Ｓ１３に処理を進める。なお、ここで行なわれる目標回転速度（ｗ）の算出は、次の式（３）に示す中間変数ｔを用いて行なわれる。式（３）中で、ｍは、電動アシスト自転車１の走行速度（Ｖ）が０のときのフライホイール１１の回転速度であり、ｋは、電動アシスト自転車１の前輪２４，後輪２５のサイズ等に応じて任意に決定される値である。
【００６６】
ｔ＝（ｍ−ｋ×Ｖ） …（３）
そして、Ｓ１２では、式（３）に従ってｔが算出され、そして、目標回転速度（ｗ）は、ｔが０以上のときはｔとされ、それ以外のときはｗ＝０とされる。
【００６７】
Ｓ１３では、制御部５１は、フライホイール１１の回転速度（ｘ）を読込み、Ｓ１４へ処理を進める。
【００６８】
Ｓ１４では、制御部５１は、Ｓ１２で算出したｗ、Ｓ１３で読込んだｘを用いて、（ｗ−ｘ）が０をより大きいか否かを判断する。そして、０より大きいと判断すればＳ１５でモータ１２に供給する電流値を上げるよう駆動回路５２を制御し、リターンする。一方、０以下であると判断すれば、Ｓ１６で、モータ１２に供給する電流値を下げるよう駆動回路５２を制御し、リターンする。
【００６９】
以上説明したジャイロ制御処理によると、電動アシスト自転車１の走行速度が上昇するに従って、フライホイール１１の回転角速度が低下するよう制御される。そして、電動アシスト自転車１の走行速度がｍ／ｋ以上の場合には、フライホイール１１の回転を停止するよう制御が行なわれる。
【００７０】
電動アシスト自転車１の走行速度が上昇すると、前輪２４および後輪２５が大きな角運動量を持つようになり、これらの角運動量により、フライホイール１１の回転によって傾斜した車体を直立させるのと同様に、車体を直立させることができる。以上説明したジャイロ制御処理により、必要なときのみ、フライホイール１１を回転させることができる。
【００７１】
なお、前輪２４および後輪２５の角運動量のみによって車体を直立させることができる程度に電動アシスト自転車１の走行速度が上昇しているときにフライホイール１１に角運動量を与えると、電動アシスト自転車１において不必要に直進安定性が高まり、操縦者が旋回を希望する場合に必要とされる操作入力が大きくなるため、却って、操縦性が低下する（曲がりにくくなる）ことになる。以上説明したジャイロ制御処理によると、このような操縦性の低下を回避することができる。
【００７２】
次に、アシスト制御処理について、そのフローチャートである図１３を参照して、説明する。
【００７３】
アシスト制御処理では、制御部５１は、まず、Ｓ２１で、速度センサ５５から電動アシスト自転車１の走行速度（Ｖ）を読込み、トルクセンサ５４から電動アシスト自転車１のペダルに入力されるトルク（入力トルク（Ｔｈ））を読込み、そして、電流センサ５８からモータ５３に流れる電流（モータ電流（Ｉｍ））を読込んで、Ｓ２２に処理を進める。
【００７４】
Ｓ２２で、制御部５１は、モータ５３によるアシスト比（ａ）を算出するために、走行速度Ｖを用い、次の式（４）に従って、中間関数ｓを算出し、そして、中間関数ｓの値に応じてアシスト比ａを決定し、Ｓ２３に処理を進める。
【００７５】
ｓ＝１−（Ｖ−１５）／９ …（４）
なお、具体的には、アシスト比ａは、次のように決定される。ｓが１より大きいときには、ａ＝１とされる。ｓが０以上１以下のときには、ａ＝ｓとされる。ｓが０未満のときには、ａ＝０とされる。
【００７６】
Ｓ２３では、制御部５１は、入力トルクＴｈとアシスト比ａの積を算出し、当該積を目標補助トルク（Ｔｍ）として、Ｓ２４に処理を進める。
【００７７】
Ｓ２４では、制御部５１は、モータ５３に流れる電流値と、モータ５３が出力するトルク数との相関に基づいて、目標電流値（Ｉｔ）を算出し、Ｓ２５に処理を進める。なお、目標電流値Ｉｔは、後述する定数ｎと目標補助トルクＴｍとを用い、式（５）に従って算出される。
【００７８】
Ｉｔ＝ｎ×Ｔｍ …（５）
Ｓ２５では、制御部５１は、「Ｉｔ−Ｉｍ」が正数か否かを判断する。そして、正数であると判断した場合、つまり、目標電流値Ｉｔが、実際にモータ５３に流れる電流値（モータ電流Ｉｍ）よりも大きい場合には、Ｓ２７で、モータ５３に流れる電流値を増やすように駆動回路５２を制御し、リターンする。一方、「Ｉｔ−Ｉｍ」が０以下であると判断した場合、つまり、目標電流値Ｉｔが、実際にモータ５３に流れる電流値（モータ電流Ｉｍ）以下である場合には、Ｓ２６で、モータ５３に流れる電流値を減らすように駆動回路５２を制御し、リターンする。
【００７９】
ここで、図１４を参照して、電動アシスト自転車１における、モータ５３に流れる電流値とモータ５３が出力するトルク数との相関について説明する。電動アシスト自転車１では、図１４に示すように、モータ５３に流れる電流値とモータ５３が出力するトルク数とは比例関係にあり、両者は、具体的には、式（６）に示す関係にある。
【００８０】
（トルク数）＝１／ｎ×（電流値） …（６）
そして、上記したＳ２４では、式（６）で用いられた定数ｎが使用される。なお、ｎとは、モータ５３の特性によって適宜決定される数である。
【００８１】
図１３を用いて説明したアシスト制御によると、モータ５３への電力の供給が制御されて、モータ５３によって前輪２４および後輪５５を回転させる動力は、電動アシスト自転車１の走行速度に従って、図１５に示すように変化する。図１５に示したグラフにおいて、横軸は、電動アシスト自転車１の走行速度であり、縦軸はＴｍ／Ｔｈである。Ｔｍは、モータ５３による補助動力あって、Ｔｈは、操縦者がペダルを漕ぐことによる車輪への入力トルクである。
【００８２】
図１４から理解されるように、電動アシスト自転車１の走行速度が１５ｋｍ／ｈとなるまでは、操縦者がペダルを漕ぐのと同じだけの動力が、モータ５３から前輪２４および後輪２５に与えられる。そして、モータ５３から前輪２４および後輪２５に与えられる動力の、操縦者がペダルを漕ぐことによって前輪２４および後輪２５に与えられる動力に対する比は、電動アシスト自転車１の走行速度が１５ｋｍ／ｈとなってから２４ｋｍ／ｈとなるまで、一定の割合で減少する。そして、電動アシスト自転車１の走行速度が２４ｋｍ／ｈ以上となると、モータ５３へは電力を供給されなくなる。つまり、電動アシスト自転車１の走行速度が２４ｋｍ／ｈ以上となると、モータ５３による、操縦者のペダルを漕ぐことに対してのアシストが停止される。
【００８３】
以上説明した本実施の形態では、操縦者の操作に応じて車輪を駆動して自走する補助動力付人力走行車の一例として、自転車を挙げたが、本発明は、これに限定されず、このような二輪車であれば、どのようなものにも、適用することができる。
【００８４】
［第２の実施の形態］
図１６は、本発明の補助動力付人力走行車の第２の実施の形態である電動アシストキックボードの左側面図である。
【００８５】
図１６を参照して、電動アシストキックボード１０１は、主に、フレーム１０３とステアリングパイプ１０５により、その本体を外枠を構成されている。フレーム１０３は、その前端を、ステアリングパイプ１０５に接続されている。
【００８６】
電動アシストキックボード１０１の前上部には、ハンドル１２８が設けられており、ハンドル１２８は、下方に伸びるステアリングパイプ１０５に接続されている。ステアリングパイプ１０５は、ヘッドパイプ１０４の内部を貫通しており、また、その下端には、前輪１１３が取付けられている。これにより、操縦者がハンドル１２８を操縦することにより、前輪１１３の方向が変更できるようになっている。フレーム１０３の後端には、後輪１１４が取付けられている。また、フレーム１０３の後端であって、後輪１１４の上方には、泥除け板１２９が取付けられている。
【００８７】
フレーム１０３は、関節部１０３Ｐ，１０３Ｑを備えている。図１６に示された状態では、関節部１０３Ｐより後方は水平方向に伸び、関節部１０３Ｐで屈曲して、それよりも前方は、それよりも後方に対して、いくぶんか立ちあがった形状となっている。また、フレーム１０３は、関節部１０３Ｑで、回動可能に、ヘッドパイプ１０４内においてステアリングパイプ１０５に接続されている。
【００８８】
ステアリングパイプ１０５の上部には、ブレーキレバー１１７が備えられている。ブレーキレバー１１７は、ブレーキコード１３２を介してドラムブレーキ１１８に接続されている。操縦者が、ブレーキレバー１１７をハンドル１２８に引き寄せるように握ることにより、ドラムブレーキ１１８により、後輪１１４の回転が抑制され、これにより、電動アシストキックボード１０１が減速する。
【００８９】
図１７は、電動アシストキックボード１０１の平面図である。図１７をさらに参照して、フレーム１０３の内部には、ボトムプレート１２１が設置されている。そして、ボトムプレート１２１の一部を貫通するように、ペダル１０６が設置されている。
【００９０】
図１７には、電動アシストキックボード１０１の直進方向（前方：ハンドル１２８が左右に切られない場合に電動アシストキックボード１０１が進行する方向）が矢印ＲＣで示されている。ボトムプレート１２１の、両矢印ＲＤで示される、矢印ＲＣに垂直な方向の最大寸法は、操縦者が、「ペダル１０６上に足を置いて漕ぐ」という動作を行なわない場合に、ペダル１０６以外のボトムプレート１２１上に両足を揃えて置くことのできるような寸法とされることが好ましい。具体的には、たとえば、２００ミリメートル以上が好ましく、２５０ミリメートル以上であればさらに好ましい。なお、図１７では、両矢印ＲＤを含むボトムプレート１２１の大半の部分は連続した板体とされているが、軽量化等の観点から、孔を形成されていても良い。ただし、孔の大きさは、ボトムプレート１２１上に人の足が載置できるような、強度および領域を考慮されることが好ましい。
【００９１】
ステアリングパイプ１０５の中段部には、ライト１２２が設置されている。また、ステアリングパイプ１０５の下端部であって、当該ステアリングパイプ１０５と前輪１１３との間には、前輪１１３を回転させるためのモータ１２４が取付けられている。
【００９２】
ボトムプレート１２１の、保護プレート１２５と面する側には、制御ボックス１２０が取付けられている。制御ボックス１２０内には、バッテリが収納されており、当該バッテリは、電源ケーブル１２３でライト１２２に接続され、信号ケーブル１１６でモータ１２４に接続されている。ライト１２２は、当該バッテリにより電力を供給され、ハンドル１２８に設置された図示せぬスイッチを操作されることにより、点灯する。また、モータ１２４は、当該バッテリに電力を供給され駆動し、前輪１１３を回転させる。なお、信号ケーブル１１６は、フレーム１０３およびステアリングパイプ１０５の内部を通されている。
【００９３】
ここで、図１８（Ａ），図１８（Ｂ）および図１９をさらに参照して、ペダル１０６に加えられた操縦者の人力によって後輪１１４が回転される機構を説明する。
【００９４】
図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、電動アシストキックボード１０１のペダル１０６近傍の拡大図である。
【００９５】
ペダル１０６とボトムプレート１２１は、バネ１０６Ａ，１０６Ｂで接続されている。また、ペダル１０６の下方であって、ボトムプレート１２１と保護プレート１２５との間には、プーリ１０７が設置されている。プーリ１０７には、軸１０９Ａで、カム１０９が取付けられている。カム１０９とペダル１０６とは、連結棒１３０で接続されている。連結棒１３０は、固定点１３０Ａでペダル１０６と接続され、固定点１３０Ｂでカム１０９と接続されている。
【００９６】
ペダル１０６に、矢印ＲＡで示すように下方に向けた力が加えられると、ペダル１０６は、図１８（Ｂ）に示すように、その上部がボトムプレート１２１に接するように下方へと変位する。この変位に応じて、固定点１３０Ｂは下方に変位した後、カム１０９の軸１０９Ａを中心とした反時計方向の回転に応じて、図１８（Ｂ）に示すように、右方に変位する。これにより、図１８（Ａ）ではほぼ縦方向に伸びていた連結棒１３０が、図１８（Ｂ）ではほぼ横方向に伸びている。
【００９７】
図１８（Ａ）から図１８（Ｂ）に示した、カム１０９の反時計方向の回転は、軸１０９Ａを介してプーリ１０７に伝えられる。
【００９８】
プーリ１０７は、ベルト１１０で、プーリ１０７よりも後方に設置されたプーリ１０８に接続されており、プーリ１０７の回転はベルト１１０を介してプーリ１０８に伝えられる。
【００９９】
図１９は、電動アシストキックボード１０１の、ペダル１０６、プーリ１０７、および、プーリ１０８近傍の拡大図である。プーリ１０８は、軸１０８Ａにより水平方向に並んで設置されているプーリ１３１に接続されており、プーリ１０８の回転はプーリ１３１に伝えられる。プーリ１３１は、ベルト１１１で、後輪１１４に固定されたホイール１１２に接続されており、プーリ１３１の回転は、ベルト１１１を介してホイール１１２に伝えられる。ホイール１１２が回転すると、それと同じように、後輪１１４が回転する。つまり、ペダル１０６が矢印ＲＡのように下方に力を加えられると、連結棒１３０、カム１０９、プーリ１０７，１０８，１３１、ホイール１１２を介して、当該力が後輪１１４に伝えられ、後輪１１４が回転する。
【０１００】
なお、図１８（Ａ），図１８（Ｂ）に示すように、ボトムプレート１２１のバネ１０６Ａに対向する部分には、当該バネ１０６Ａに加えられた力を検知するトルクセンサ１１５が設置されている。また、後輪１１４には、当該後輪１１４の回転速度を検知する速度センサ１１９が設置されている。
【０１０１】
制御ボックス１２０内には、電動アシストキックボード１０１の種々の動作を制御する制御回路が収納されている。トルクセンサ１１５および速度センサ１１９の検知出力、ならびに、ハンドル１２８等に設けられた種々のスイッチに対する操作内容は、当該制御回路に入力される。当該制御回路は、当該検知出力および操作内容に応じて、電動アシストキックボード１０１の種々の動作を制御する。当該制御回路は、トルクセンサ１１５および速度センサ１１９の検知出力に基づいて、たとえば、図１３を参照して説明したアシスト制御と同様の制御をモータ１２４に対して実行する。また、当該制御回路は、後輪１１４の回転速度が予め定められた一定の速度以上となった場合には、図示せぬ機構によりドラムブレーキ１１８に対して力を与え、電動アシストキックボード１０１が減速させる。これにより、電動アシストキックボード１０１の速度は、極力、上記した一定の速度以下に抑えられる。
【０１０２】
図２０は、電動アシストキックボード１０１のペダル１０６近傍の縦断面を模式的に示す図である。保護プレート１２５は、制御ボックス１２０の下方に、当該制御ボックス１２０の下方全面を覆うように、設けられている。このため、当該制御回路等を収容する制御ボックス１２０が、路面に落ちている障害物等により衝撃を受けることを防止することができる。また、他の図では省略されていたが、制御ボックス１２０の左右両側には、保護プレート１３３が設置されている。これにより、制御ボックス１２０に対する、上記した障害物等による衝撃を、確実に防止できる。
【０１０３】
次に、図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）を参照して、前輪１１３近傍の構造を説明する。図２１（Ａ）は、電動アシストキックボード１０１の前輪１１３近傍の正面図であり、図２１（Ｂ）は、その右側面図である。
【０１０４】
前輪１１３は、ステアリングパイプ１０５の下端に、軸１０５Ａによって、回転可能に取付けられている。なお、軸１０５Ａは、モータ１２４にも、接続されている。モータ１２４が駆動することにより発生する回転力は、軸１０５Ａを介して、前輪１１３に伝えられる。
【０１０５】
図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）は、ヘッドパイプ１０４の横断面を模式的に示す図である。まず、図２２（Ａ）を参照して、ヘッドパイプ１０４の内部には、上記したように、ステアリングパイプ１０５が通されている。図２２（Ａ）内の矢印ＲＣは、図１７内の矢印ＲＣと同様に、電動アシストキックボード１０１の直進方向を示している。図２２（Ａ）は、ハンドル１２８が切られていない状態を示している。
【０１０６】
ヘッドパイプ１０４の内部には、当該ヘッドパイプ１０４の内部を水平方向にステアリングパイプ１０５を通って横断するように、ゴム１０４Ａが設置されている。
【０１０７】
図２３に、ヘッドパイプ１０４内にあるステアリングパイプ１０５の斜視図を示す。図２３をさらに参照して、ゴム１０４Ａは、ステアリングパイプ１０５に形成された二つの孔１０５Ｐ，１０５Ｑの中を通って、ステアリングパイプ１０５を横断している。
【０１０８】
図２２（Ｂ）は、ハンドル１２８が進行方向に対して左に切られたときの状態を示す。ハンドル１２８が左に切られたことにより、ステアリングパイプ１０５は、図２２（Ｂ）の反時計方向に回転している。そして、ゴム１０４Ａは、孔１０５Ｐ，１０５Ｑに通されているため、ステアリングパイプ１０５の回転に伴って図２２（Ｂ）に示すようにねじられる。ゴム１０４Ａがねじられることにより、図２２（Ｂ）に示された状態では、矢印ＲＢで示すように、ゴム１０４Ａに対して、時計方向の回転力がかかることになる。これに応じて、ステアリングパイプ１０５にも、時計方向の回転力がかかることになる。
【０１０９】
なお、ハンドル１２８が右に切られた場合には、ステアリングパイプ１０５が時計方向に回転するため、図２２（Ｂ）に示した状態とは逆に、ゴム１０４Ａから、反時計方向の回転力を受ける。
【０１１０】
つまり、電動アシストキックボード１０１では、ゴム１０４Ａからハンドル１２８に対して、ステアリングパイプ１０５を介して、常に、電動アシストキックボード１０１の進行方向が、前方に向かうように、力が加えられることになる。なお、このときに加えられる力の大きさは、操縦者が意図した場合には十分ハンドル１２８を左右に切ることができる大きさであることが好ましく、ゴム１０４Ａのバネ定数を調整することにより調整することができる。
【０１１１】
電動アシストキックボード１０１のフレーム１０３は、上記したように、関節部１０３Ｐ，１０３Ｑを備えている。そして、電動アシストキックボード１０１は、走行に用いられない場合には、関節部１０３Ｐ，１０３Ｑを図１６に示した状態からさらに屈曲させることにより、折り畳むことができる。電動アシストキックボード１０１の折り畳まれた状態を、図２４に示す。
【０１１２】
本実施の形態では、ハンドル１２８およびステアリングパイプ１０５により、操舵手段が構成されている。そして、当該操舵手段（の中の、主にステアリングパイプ１０５）は、図１６に示された状態では、水平面に交わる方向に伸ばされている。また、当該操舵手段（の中の、主にステアリングパイプ１０５）は、図２４に示された状態では、図１６に示された状態からボトムプレート１２１との接続点（関節部１０３Ｑ）および関節部１０３Ｑのそれぞれを中心に回動されることにより、折り畳まれた状態とされている。
【０１１３】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態は、可能な限り、単独でも互いに組合せても、実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補助動力付人力走行車の第１の実施の形態である電動アシスト自転車の斜視図である。
【図２】図１のジャイロスタビライザの構成を模式的に示す図である。
【図３】図１の電動アシスト自転車における、進行方向とフライホイールの角運動量ベクトルとの関係を説明するための図である。
【図４】図１の電動アシスト自転車の、右に旋回する際にその車体に働く力と共に記載された斜視図である。
【図５】図１の電動アシスト自転車の、右に旋回する際にその車体に働く力と共に記載された背面図である。
【図６】本実施の形態の比較として、フライホイールの角運動量が電動アシスト自転車の車体に対して右にある場合の、当該電動アシスト自転車の進行方向とフライホイールの角運動量ベクトルとの関係を説明するための図である。
【図７】図６に示したような場合に、右に旋回する際の電動アシスト自転車をその車体に働く力と共に記載した斜視図である。
【図８】図６に示したような場合に、右に旋回する際の電動アシスト自転車をその車体に働く力と共に記載した背面図である。
【図９】図１の電動アシスト自転車の、重心位置を示すための右側面図である。
【図１０】図１の電動アシスト自転車の制御ブロック図である。
【図１１】図１の電導アシスト自転車の制御部のメインルーチンのフローチャートである。
【図１２】図１１のジャイロ制御処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図１３】図１１のアシスト制御処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図１４】図１の電導アシスト自転車において、モータに流れる電流値と、モータが出力するトルク数との関係を示す図である。
【図１５】図１３のアシスト制御処理による、モータによって前輪および後輪を回転させる動力と電動アシスト自転車の走行速度の関係を示す図である。
【図１６】本発明の補助動力付人力走行車の第２の実施の形態である電動アシストキックボードの左側面図である。
【図１７】図１６の電動アシストキックボードの平面図である。
【図１８】図１６の電動アシストキックボードにおいて、ペダルに加えられた操縦者の人力によって後輪が回転される機構を説明するための図である。
【図１９】図１６の電動アシストキックボードにおいて、ペダルに加えられた操縦者の人力によって後輪が回転される機構を説明するための図である。
【図２０】図１６の電動アシストキックボードのペダル近傍の縦断面を模式的に示す図である。
【図２１】（Ａ）は、図１６の電動アシストキックボードの前輪近傍の正面図であり、（Ｂ）は、その右側面図である。
【図２２】図１６の電動アシストキックボードのヘッドパイプの横断面を模式的に示す図である。
【図２３】図１６の電動アシストキックボードのヘッドパイプ内にあるステアリングパイプの斜視図である。
【図２４】図１６の電動アシストキックボードの、折り畳まれた状態を示す図である。
【符号の説明】
１電動アシスト自転車、１０ジャイロスタビライザ、１１フライホイール、１１Ａ，１２Ａギヤ、１１Ｃ，５４トルクセンサ、１２，５３モータ、１３ベルト、２１第１フレーム、２２第２フレーム、２３制御ボックス、２４前輪、２５後輪、２７重心、５０バッテリ、５１制御部、５２駆動回路、５５速度センサ、１０１電動アシストキックボード、１０３フレーム、１０３Ｐ，１０３Ｑ関節部、１０４ヘッドパイプ、１０４Ａゴム、１０５ステアリングパイプ、１０６ペダル、１０７，１０８，１３１プーリ、１０９カム、１１０，１１１ベルト、１１２ホイール、１１３前輪、１１４後輪、１１５トルクセンサ、１１９速度センサ、１２０制御ボックス、１２１ボトムプレート、１２２ライト、１２４モータ、１２５保護プレート、１２８ハンドル、１３０連結棒。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a traveling vehicle driven by human power, and more particularly to a human powered traveling vehicle including an auxiliary power device and a power driving system using an auxiliary power device in addition to a human powered driving system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been a skater-shaped vehicle generally provided with small wheels such as a kick board and kick skates, which enjoys skiing by kicking a road surface, as described in Patent Literature 1. In some vehicles, a driving device is further provided for such a vehicle that travels by hand.
[0003]
Vehicles that run with human power, such as electric bicycles, with an auxiliary driving device can be driven with driving power, which was impossible with human-powered driving alone. I was giving satisfaction.
[0004]
Note that Patent Document 2 discloses a technique in which an electric two-wheeled vehicle that runs by rotating drive wheels by an electric motor is provided with a unit that generates a gyro moment.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-58778 A
[0006]
[Patent Document 2]
JP-A-2002-68063
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Like the above-described electric bicycle, a person who basically drives by hand and drives a traveling vehicle having a driving device attached thereto is driven by the traveling vehicle with a force greater than the human power exerted by the traveling vehicle. Therefore, it is considered that the driver may feel anxious about the operation. Therefore, it is considered necessary for such a traveling vehicle to have means for assisting the steering in order to improve the straight running stability.
[0008]
As described above, Patent Literature 2 includes a means for generating a gyro moment. However, since the direction of rotation of the gyro shaft with respect to the traveling vehicle is not clarified, the generated gyro moment may be used in some cases. May not contribute to the straight running stability or may have an adverse effect on the straight running stability.
[0009]
The present invention has been conceived in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the straight-running stability of a human-powered traveling vehicle with an auxiliary power including a power drive system using an auxiliary power device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An assisted powered human-powered vehicle according to an aspect of the present invention is an assisted powered artificially-powered vehicle including a human-powered human-powered driving system and an auxiliary power device-based power-driven driving system. When the vehicle is inclined in a direction perpendicular to the traveling direction, the vehicle further includes upright means for applying a force in a direction to erect the human powered vehicle with auxiliary power in a direction perpendicular to the traveling direction. .
[0011]
According to an aspect of the present invention, a human-powered traveling vehicle with an auxiliary power can be erected in the traveling direction even if the pilot's steering technique is inexperienced.
[0012]
Thus, the human-powered vehicle with auxiliary power can be prevented from falling down during traveling, so that the straight-ahead stability of the human-powered vehicle with auxiliary power can be improved.
[0013]
In addition, the assisted powered human-powered vehicle of the present invention includes a steering unit that is manually operated to adjust the traveling direction of the assisted powered human-powered vehicle; a front wheel whose direction is changed by the steering unit; A rear wheel installed rearward in a traveling direction of the assisted powered human-powered traveling vehicle when a driving force is applied to the human-powered driving system rather than a front wheel, and the upright means includes a rear wheel; A flywheel having a rotation surface in a plane parallel to the rotation surface of the flywheel, and a flywheel motor for rotating the flywheel such that an angular velocity vector is generated on the left side with respect to the traveling direction of the assisted powered human-powered vehicle. It is preferable to provide
[0014]
Thereby, the rotation of the flywheel can be made such that the angular velocity vector generated there can effectively contribute to the erecting of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power.
[0015]
In addition, the human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to the present invention may further include a speed detection unit that detects a traveling speed of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power, wherein the traveling speed of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power becomes a predetermined speed or more. Preferably, the vehicle further includes an upright control unit that stops applying a force in a direction of erecting the upright man-powered vehicle to the upright unit.
[0016]
Accordingly, when the traveling speed of the manually powered vehicle with auxiliary power is increased to a certain extent, the operation required when the driver desires to make a turn by unnecessarily increasing the straight running stability by the force given by the upright means. Since the input is increased, the maneuverability is rather lowered ".
[0017]
In addition, the assisted powered human-powered traveling vehicle further includes a frame that supports the front wheel and the rear wheel, wherein the upright unit is attached to the frame, and the upright unit is removed from the frame. It is preferable that the vehicle is attached to the frame such that the center of gravity of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power is higher than when the vehicle is driven.
[0018]
As a result, the moment of inertia around the ground contact point increases, so that the natural frequency related to the leaning of the vehicle body decreases, and a lower frequency external force is applied to the leaning vehicle body. Therefore, it is possible to control the vehicle body angle even if the movement of the operator is slow.
[0019]
In addition, the human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to the present invention may further include a speed detection unit that detects a traveling speed of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power, wherein the traveling speed of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power becomes equal to or higher than a predetermined speed Preferably, the apparatus further includes a rotation suppressing means for suppressing rotation of the front wheel and the rear wheel.
[0020]
Thus, it is possible to reliably avoid a dangerous situation in which the traveling speed of the human-powered traveling vehicle with the auxiliary power is excessively increased.
[0021]
Further, in the human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to the present invention, the human-powered driving system includes a pedal to which human power is applied to rotate the front wheel and the rear wheel, and detects a traveling speed of the human-powered automobile with auxiliary power. Speed detecting means, a torque sensor for detecting a human-powered torque applied to the pedal, a wheel motor for driving the front wheels to rotate, and a running speed of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power that is equal to or lower than a specific speed. In this case, it is preferable that the vehicle further includes a travel control unit that drives the wheel motor in accordance with the torque detected by the torque sensor.
[0022]
Thus, the human-powered traveling vehicle with auxiliary power travels based on the driving force according to the applied human power, and therefore can travel without giving the operator anxiety even when the auxiliary power is applied. .
[0023]
Further, the assisted powered rickshaw vehicle of the present invention further includes a bottom plate installed near the pedal and having a horizontal surface, wherein the horizontal surface is 250 mm in a direction intersecting the traveling direction of the assisted powered rickshaw vehicle. It is preferable to include a portion having the above dimensions.
[0024]
Thus, when no power is applied to the pedal, the operator can ride with both feet aligned on the bottom plate installed near the pedal.
[0025]
Further, in the human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to the present invention, it is preferable that the auxiliary power device further includes a protection plate mounted below the bottom plate and covering the auxiliary power device below.
[0026]
Thereby, the impact which the auxiliary power unit receives due to a step on the road surface or the like can be effectively reduced.
[0027]
Further, the assisted powered human-powered vehicle of the present invention is connected to the bottom plate, and extends in a direction intersecting with a horizontal plane, and is manually operated to adjust the traveling direction of the assisted powered human-powered vehicle. It is preferable to further include a steering unit capable of taking a state of (1) and a second state of being folded by being rotated about the connection point with the bottom plate from the first state.
[0028]
Thereby, when the human-powered traveling vehicle with auxiliary power is not used for traveling, the vehicle can be folded and carried as appropriate, and the convenience can be improved.
[0029]
An auxiliary powered human-powered vehicle according to another aspect of the present invention is an auxiliary powered human-powered vehicle including a human-powered human-powered driving system and an auxiliary power device-based power driving system, Steering means that is manually operated to adjust the traveling direction of the vehicle, and auxiliary means that applies a force to the steering means so that the traveling direction of the assisted powered human-powered traveling vehicle is in a fixed direction. It is further characterized by including.
[0030]
According to another aspect of the present invention, even if the operator's steering technique is inexperienced, the assisted powered human-powered vehicle automatically advances in a certain direction unless the steering means is manually operated. Become.
[0031]
As a result, the traveling direction of the assisted powered rickshaw vehicle can be kept in a constant direction even if the piloting skill of the driver is not mature, thereby improving the straight running stability of the assisted powered rickshaw vehicle. Can be.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0033]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of an electric assist bicycle which is a first embodiment of a human-powered vehicle with auxiliary power according to the present invention.
[0034]
The electrically assisted bicycle 1 includes a saddle 26 on which a driver sits, a first frame 21, and a second frame 22. The first frame 21 and the second frame 22 have one common rotation axis, and the two frames are mounted to be rotatable about the axis. A front wheel 24 is attached to the first frame 21, and a rear wheel 25 is attached to the second frame 22. The first frame 21 and the second frame 22 form a frame that supports the front wheels and the rear wheels. Note that the second frame 22 of the electric assist bicycle 1 is provided with a pedal that can be rowed by a driver, but is omitted in FIG. 1. The pedal is connected to a gear and a chain (not shown). When the pedal is pedaled, the power is transmitted to the front wheel 24 and the rear wheel 25 via the gear and the chain, and the front wheel 24 and the The rear wheel 25 rotates.
[0035]
The driver controls the traveling direction of the vehicle body of the electric assist bicycle 1 by steering the front wheels 24 around the rotation axis via the handle 21 A of the first frame 21.
[0036]
The gyro stabilizer 10 and the control box 23 are provided in the second frame 12.
[0037]
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of the gyro stabilizer 10.
The gyro stabilizer 10 includes a flywheel 11 and a motor 12. The flywheel 11 and the motor 12 are provided with gears 11A and 12A, respectively. The gear 11A and the gear 12A are connected by a belt 13. The power of the motor 12 is transmitted to the flywheel 11 via the gears 11A and 12A by the belt 13, and the flywheel 11 rotates at the angular velocity ω. The rotation surface of the flywheel 11 is parallel to the rotation surface of the rear wheel 25. The transmission of power from the motor 12 to the flywheel 11 is not limited to a method using a belt, but may be any method capable of transmitting power.
[0038]
Next, the relationship between the traveling direction of the electric assist bicycle 1 and the angular momentum vector of the flywheel 11 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a plan view of the electric assist bicycle 1, and FIG. 3B is a rear view of the electric assist bicycle 1.
[0039]
FIG. 3 shows the traveling direction of the electric assist bicycle 1 as an arrow 31 and the angular momentum vector of the flywheel 11 as an arrow 32. The direction of the angular velocity vector ω of the flywheel 11 is defined as the direction in which the right-handed screw advances when the right-handed screw is turned in the rotation direction about the rotation axis, and the magnitude of the vector is defined as the rotational angular velocity α. In the electrically assisted bicycle 1, it is assumed that the direction of the angular velocity vector ω of the flywheel 11 is generated so as to be directed leftward with respect to the traveling direction of the electrically assisted bicycle 1, as shown in FIG. The relationship between the moment of inertia I around the rotation axis of the flywheel 11 and the angular momentum vector H of the flywheel 11 can be expressed by the following equation (1).
[0040]
H = I × ω (1)
The directions of the velocity vector ω and the angular momentum vector H are the same.
[0041]
Next, control contents of the electric assist bicycle 1 will be described. As a prerequisite, exercise of a two-wheeled vehicle (electric assist bicycle 1) in a straight traveling state when it is inclined by an external force will be described.
[0042]
FIG. 4 is a perspective view showing the force acting on the vehicle body when the electric assist bicycle 1 turns to the right, and FIG. 5 is a rear view thereof. The state shown in FIGS. 4 and 5 assumes a case where some external force acts on the vehicle body of the electric assist bicycle 1 to the right with respect to the traveling direction (the direction indicated by the arrow 41).
[0043]
In general, a motorcycle has a property that a steering wheel tends to cut in the vehicle body inclination direction due to a precession effect, a trail effect, and a weight effect of a front wheel frame. In the case shown in FIGS. 4 and 5, the electric power assisted bicycle 1 is about to turn to the right, so that the steering wheel 21A turns to the right as the vehicle body tilts.
[0044]
Then, a sideslip angle of an angle θ1 is generated between the traveling direction of the vehicle body and the front wheels 24. At this time, the front wheels 24 receive a cornering force indicated by an arrow 42 at right angles to the traveling direction from the road surface, and the vehicle body moves rightward at an angular velocity ωy. Turn with. The vector of the turning angular velocity vector ωy is vertically downward (in FIG. 4, the direction from the front to the back of the paper) as indicated by an arrow 46 in FIG.
[0045]
Centrifugal force (force indicated by arrow 43) from the center of turning and gravity (force indicated by arrow 47) vertically below the center of gravity 27 of the vehicle body of the electric assist bicycle 1 that is turning right. ) Is added. Here, the gravity acts as a moment for tilting the vehicle body of the electrically assisted bicycle 1 around the contact point, and the centrifugal force acts as a moment for raising the vehicle body around the contact point. The turning interlocking is continued in a state where both moments are balanced.
[0046]
In this case, the operation of returning the vehicle body of the electric assist bicycle 1 from the inclined state to the upright state is achieved by increasing the vehicle speed or increasing the steering wheel to increase the centrifugal force.
[0047]
In the present embodiment, assuming the motion characteristics of the general motorcycle described above, in the present embodiment, the gyro stabilizer 10 is used as an arrow 45 (in FIG. 5, an arrow extending in a direction protruding from the fulcrum 45 of the arrows 44 and 46 in the paper surface). As shown in the figure, the gyro moment accompanying the turning of the mass rotating inertial body is actuated to control the vehicle body of the electric assist bicycle 1 to return from the inclined state to the upright state.
[0048]
Specifically, a gyro moment vector Jt generated when the flywheel 11 having the angular momentum vector H receives the turning motion at the angular velocity ωy is expressed by the following equation (2).
[0049]
Jt = H × ωy (2)
That is, the gyro moment indicated by the arrow 45 is generated when a right-hand screw is turned from the vector H to the vector ωy in a direction perpendicular to the plane where the angular momentum vector H (arrow 44) and the turning angular velocity vector ωy (arrow 46) are stretched. The right-hand screw will work in the direction of travel.
[0050]
As described above, in the electrically assisted bicycle 1, the gyro moment acts in the direction of erecting the lean body, so that the vehicle speed or the steering angle of the steering wheel 21A required for erecting the lean body is reduced. Thus, in the electrically assisted bicycle 1, straight running stability can be improved.
[0051]
Here, as a comparison of the present embodiment, when the angular momentum of the flywheel 11 is on the right with respect to the body of the electric assist bicycle 1, the traveling direction of the electric assist bicycle 1 and the angular momentum vector of the flywheel 11 are shown. FIG. FIG. 6A is a plan view of the power-assisted bicycle 1, and FIG. 6B is a rear view of the power-assisted bicycle 1.
[0052]
6, the traveling direction of the electric assist bicycle 1 is indicated by an arrow 61, and the angular momentum vector of the flywheel 11 is indicated by an arrow 62.
[0053]
Next, regarding the case where the angular momentum of the flywheel 11 is rightward with respect to the vehicle body of the electric assist bicycle 1 as shown in FIG. 6, the force acting when the electric assist bicycle 1 turns right is shown in FIG. This will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view showing the force acting on the vehicle body of the electric assist bicycle 1 when turning right in the case as shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a rear view thereof.
[0054]
The center of gravity 27 of the vehicle body of the electric assist bicycle 1 that is turning to the right is centrifugal force (force indicated by an arrow 74) from the center of turning and gravity (force indicated by an arrow 78) vertically downward. ) Is added. In addition, in the electric assist bicycle 1 that is turning right and tilting, a turning angular velocity vector indicated by an arrow 79 is generated vertically downward.
[0055]
In such a case, the gyro moment indicated by the arrow 77 (in FIG. 8, the direction from the front to the back of the paper) acts as a moment for tilting the vehicle body around the ground contact point. As a result, the moment for erecting the vehicle body based on the centrifugal force is offset, and does not contribute to the erecting stability of the vehicle body, but has the opposite effect.
[0056]
That is, in the electrically assisted bicycle 1 of the present embodiment, the angular momentum of the flywheel 11 needs to be on the left with respect to the vehicle body of the electrically assisted bicycle 1 as shown in FIG.
[0057]
FIG. 9 is a right side view showing the position of the center of gravity of the electric assist bicycle 1.
The center of gravity 27 of the power-assisted bicycle 1 is obtained from the initial vehicle weight center position 28 which is the center of gravity of the power-assisted bicycle 1 before the gyro-stabilizer 10 is mounted, that is, in a state where components other than the gyro-stabilizer 10 are assembled. Is also upward. This is for the following reasons.
[0058]
In general, the more the vehicle center of gravity is vertically above, the larger the moment of inertia around the ground contact point, and therefore, the lower the natural frequency related to the vehicle body inclination. Considering this as a transmission characteristic from the external force applied to the vehicle body to the vehicle body inclination angle, it can be said that the lower natural frequency has a greater effect on the vehicle body inclination angle by the lower frequency external force. This means that when the operator controls the body inclination angle, the lower the natural frequency, the more the body angle can be controlled even if the movement of the operator is slower. That is, the center of gravity 27 of the electric assist bicycle 1 is set as described above so that the vehicle body angle can be controlled even when the movement of the operator is slow. Thus, even if the pilot, for example, the elderly, whose steering ability of the two-wheeled vehicle has declined, the posture holding control can be performed by following the change in the posture of the vehicle body of the electric assist bicycle 1, and can be used as a stable moving means. .
[0059]
FIG. 10 is a control block diagram. The electric assist bicycle 1 includes a battery 50 that supplies electric power to the motor 12, a drive circuit 52 that controls the supply of electric power from the battery 50, a torque sensor 54 that detects a torque applied to a pedal of the electric assist bicycle 1, A speed sensor 55 for detecting the traveling speed, a speed sensor 11C for detecting the rotation speed of the flywheel 11, and a control unit 51 for controlling the operation of the drive circuit 52 are provided. In addition, the electric assist bicycle 1 includes a motor 53 that rotates the front wheel 24 and the rear wheel 25 to travel in the traveling direction and a current sensor 58 that detects a current of the motor 53 in order to assist the driver in pedaling. It also has more. The motor 53 is supplied with electric power by the battery 50.
[0060]
The battery 50, the control unit 51, and the drive circuit 52 are housed in the control box 23. The torque sensor 54 includes a well-known torque sensor such as a metal diaphragm or a magnetostrictive element.
[0061]
Here, the control operation of the control unit 51 will be described with reference to FIG. 11 which is a flowchart of the main routine.
[0062]
The control unit 51 first executes gyro control for generating a gyro moment in order to erect the inclined vehicle body in step S1 (hereinafter, steps are omitted), and then pedals the operator's pedal in step S2. By driving the motor 53 to assist the operation, assist control for appropriately rotating the front wheel 24 and the rear wheel 25 is executed, and in S3, other control processes are executed, and the process returns to S1.
[0063]
Next, the gyro control process in S1 will be described in detail with reference to FIG. 12 which is a flowchart of the subroutine.
[0064]
In the gyro control process, first, in S11, the control unit 51 reads the traveling speed (V) of the electric assist bicycle 1, and proceeds to S12.
[0065]
In S12, the control unit 51 calculates a target rotation speed (w) for the flywheel 11, and proceeds to S13. The calculation of the target rotation speed (w) performed here is performed using an intermediate variable t shown in the following equation (3). In the equation (3), m is the rotation speed of the flywheel 11 when the traveling speed (V) of the electric assist bicycle 1 is 0, and k is the size of the front wheel 24 and the rear wheel 25 of the electric assist bicycle 1. It is a value arbitrarily determined according to the above.
[0066]
t = (m−k × V) (3)
Then, in S12, t is calculated according to the equation (3), and the target rotational speed (w) is set to t when t is 0 or more, and w = 0 otherwise.
[0067]
In S13, the control unit 51 reads the rotation speed (x) of the flywheel 11, and proceeds to S14.
[0068]
In S14, the control unit 51 determines whether (w−x) is greater than 0 using w calculated in S12 and x read in S13. If it is determined that the value is larger than 0, the drive circuit 52 is controlled to increase the current value supplied to the motor 12 in S15, and the process returns. On the other hand, if it is determined that it is 0 or less, the drive circuit 52 is controlled so as to reduce the current value supplied to the motor 12 in S16, and the routine returns.
[0069]
According to the gyro control process described above, the rotational angular velocity of the flywheel 11 is controlled to decrease as the traveling speed of the electric assist bicycle 1 increases. When the traveling speed of the electric assist bicycle 1 is equal to or higher than m / k, control is performed so as to stop the rotation of the flywheel 11.
[0070]
When the traveling speed of the electric assist bicycle 1 increases, the front wheels 24 and the rear wheels 25 have a large angular momentum, and the angular momentum causes the vehicle body inclined by the rotation of the flywheel 11 to stand upright. The body can be upright. By the gyro control process described above, the flywheel 11 can be rotated only when necessary.
[0071]
Note that if the flywheel 11 is given an angular momentum while the running speed of the electric assist bicycle 1 is increasing to such an extent that the vehicle body can be upright only by the angular momentum of the front wheel 24 and the rear wheel 25, the electric assist bicycle 1 In this case, the straight running stability is unnecessarily increased, and the operation input required when the operator desires to turn becomes large, so that the maneuverability is rather lowered (it becomes difficult to turn). According to the gyro control processing described above, such a decrease in maneuverability can be avoided.
[0072]
Next, the assist control process will be described with reference to FIG.
[0073]
In the assist control process, the control unit 51 first reads the traveling speed (V) of the electric assist bicycle 1 from the speed sensor 55 in S21, and the torque (input torque) input from the torque sensor 54 to the pedal of the electric assist bicycle 1 (S21). (Th)), and the current (motor current (Im)) flowing from the current sensor 58 to the motor 53 is read, and the process proceeds to S22.
[0074]
In S22, the control unit 51 calculates the intermediate function s according to the following equation (4) using the traveling speed V to calculate the assist ratio (a) by the motor 53, and then calculates the value of the intermediate function s. The assist ratio a is determined in accordance with, and the process proceeds to S23.
[0075]
s = 1− (V−15) / 9 (4)
Note that, specifically, the assist ratio a is determined as follows. When s is greater than 1, a = 1 is set. When s is greater than or equal to 0 and less than or equal to 1, a = s. When s is less than 0, a = 0.
[0076]
In S23, the control unit 51 calculates the product of the input torque Th and the assist ratio a, and proceeds to S24 with the product as the target assist torque (Tm).
[0077]
In S24, the control unit 51 calculates a target current value (It) based on the correlation between the current value flowing through the motor 53 and the number of torques output by the motor 53, and proceeds to S25. Note that the target current value It is calculated according to equation (5) using a constant n and a target assist torque Tm described later.
[0078]
It = n × Tm (5)
In S25, the control unit 51 determines whether “It−Im” is a positive number. If it is determined that the current value is a positive number, that is, if the target current value It is larger than the current value (motor current Im) actually flowing to the motor 53, the current value flowing to the motor 53 is increased in S27. The drive circuit 52 is controlled as described above, and the process returns. On the other hand, if it is determined that “It−Im” is equal to or less than 0, that is, if the target current value It is equal to or less than the current value (motor current Im) actually flowing to the motor 53, in S26, the motor 53 The drive circuit 52 is controlled so as to reduce the value of the current flowing through the circuit, and the process returns.
[0079]
Here, the correlation between the value of the current flowing through the motor 53 and the number of torques output by the motor 53 in the electrically assisted bicycle 1 will be described with reference to FIG. In the electrically assisted bicycle 1, as shown in FIG. 14, the value of the current flowing through the motor 53 and the number of torques output by the motor 53 are proportional to each other. is there.
[0080]
(Torque number) = 1 / n × (current value) (6)
Then, in S24 described above, the constant n used in Expression (6) is used. Note that n is a number appropriately determined by the characteristics of the motor 53.
[0081]
According to the assist control described with reference to FIG. 13, the supply of electric power to the motor 53 is controlled, and the power for rotating the front wheel 24 and the rear wheel 55 by the motor 53 depends on the traveling speed of the electric assist bicycle 1 in FIG. Changes as shown in FIG. In the graph shown in FIG. 15, the horizontal axis is the traveling speed of the electric assist bicycle 1, and the vertical axis is Tm / Th. Tm is the auxiliary power by the motor 53, and Th is the input torque to the wheels by the operator pedaling.
[0082]
As can be understood from FIG. 14, until the traveling speed of the electrically assisted bicycle 1 becomes 15 km / h, the same power as when the operator pedals is applied from the motor 53 to the front wheels 24 and the rear wheels 25. Can be The ratio of the power applied to the front wheels 24 and the rear wheels 25 from the motor 53 to the power applied to the front wheels 24 and the rear wheels 25 when the operator steps on the pedal is as follows: the traveling speed of the electric assist bicycle 1 is 15 km / h. And decreases at a constant rate until it reaches 24 km / h. Then, when the traveling speed of the electric assist bicycle 1 becomes 24 km / h or more, power is not supplied to the motor 53. That is, when the traveling speed of the electrically assisted bicycle 1 becomes 24 km / h or more, the assist by the motor 53 for pedaling the driver's pedal is stopped.
[0083]
In the present embodiment described above, a bicycle has been described as an example of a manually driven vehicle with auxiliary power that drives by driving wheels according to the operation of the pilot, but the present invention is not limited thereto. Any such motorcycle can be applied.
[0084]
[Second embodiment]
FIG. 16 is a left side view of an electric assist kick board which is a second embodiment of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to the present invention.
[0085]
Referring to FIG. 16, an electric assist kick board 101 mainly includes a frame 103 and a steering pipe 105, and a main body of the electric assist kick board 101 forms an outer frame. The frame 103 has a front end connected to the steering pipe 105.
[0086]
A handle 128 is provided at a front upper portion of the electric assist kick board 101, and the handle 128 is connected to a steering pipe 105 extending downward. The steering pipe 105 passes through the inside of the head pipe 104, and a front wheel 113 is attached to a lower end thereof. Thus, the direction of the front wheel 113 can be changed by the driver operating the handlebar 128. A rear wheel 114 is attached to a rear end of the frame 103. At the rear end of the frame 103 and above the rear wheel 114, a mudguard 129 is attached.
[0087]
The frame 103 includes joints 103P and 103Q. In the state shown in FIG. 16, the portion behind the joint portion 103P extends in the horizontal direction, and is bent at the joint portion 103P, and the portion in front of the joint portion 103P has a slightly raised shape with respect to the rear portion. I have. The frame 103 is rotatably connected to the steering pipe 105 in the head pipe 104 at the joint 103Q.
[0088]
A brake lever 117 is provided above the steering pipe 105. The brake lever 117 is connected to the drum brake 118 via a brake cord 132. When the driver pulls the brake lever 117 toward the handle 128, the rotation of the rear wheel 114 is suppressed by the drum brake 118, whereby the electric assist kick board 101 is decelerated.
[0089]
FIG. 17 is a plan view of the electric assist kick board 101. FIG. With further reference to FIG. 17, a bottom plate 121 is provided inside frame 103. The pedal 106 is provided so as to penetrate a part of the bottom plate 121.
[0090]
In FIG. 17, an arrow RC indicates a straight traveling direction of the electric assist kick board 101 (forward: a direction in which the electric assist kick board 101 advances when the handlebar 128 is not turned left and right). The maximum dimension of the bottom plate 121 in the direction perpendicular to the arrow RC, which is indicated by the double arrow RD, is set to a value other than the pedal 106 when the operator does not perform the operation of “putting on the pedal 106 and rowing”. It is preferable that the dimensions are set so that both feet can be arranged on the bottom plate 121. Specifically, for example, 200 mm or more is preferable, and 250 mm or more is more preferable. In FIG. 17, most of the bottom plate 121 including the double-headed arrow RD is a continuous plate, but holes may be formed from the viewpoint of weight reduction and the like. However, it is preferable that the size of the hole is determined in consideration of strength and an area where a human foot can be placed on the bottom plate 121.
[0091]
A light 122 is provided in a middle portion of the steering pipe 105. A motor 124 for rotating the front wheel 113 is mounted at the lower end of the steering pipe 105 and between the steering pipe 105 and the front wheel 113.
[0092]
A control box 120 is mounted on the side of the bottom plate 121 facing the protection plate 125. A battery is housed in the control box 120, and the battery is connected to the light 122 by a power cable 123 and to the motor 124 by a signal cable 116. The light 122 is powered by the battery, and is turned on by operating a switch (not shown) provided on the handle 128. Further, the motor 124 is supplied with electric power to the battery and is driven to rotate the front wheel 113. Note that the signal cable 116 passes through the inside of the frame 103 and the steering pipe 105.
[0093]
Here, with reference to FIGS. 18A, 18B, and 19, a mechanism in which the rear wheel 114 is rotated by the human power of the driver applied to the pedal 106 will be described.
[0094]
FIGS. 18A and 18B are enlarged views of the vicinity of the pedal 106 of the electric assist kick board 101. FIG.
[0095]
The pedal 106 and the bottom plate 121 are connected by springs 106A and 106B. Further, a pulley 107 is provided below the pedal 106 and between the bottom plate 121 and the protection plate 125. A cam 109 is attached to the pulley 107 by a shaft 109A. The cam 109 and the pedal 106 are connected by a connecting rod 130. The connecting rod 130 is connected to the pedal 106 at a fixed point 130A, and connected to the cam 109 at a fixed point 130B.
[0096]
When a downward force is applied to the pedal 106 as shown by an arrow RA, the pedal 106 is displaced downward so that its upper part is in contact with the bottom plate 121 as shown in FIG. In response to this displacement, the fixed point 130B is displaced downward, and then displaces rightward as shown in FIG. 18B according to the counterclockwise rotation of the cam 109 about the shaft 109A. As a result, the connecting rod 130 that has been extended substantially in the vertical direction in FIG. 18A has been extended substantially in the horizontal direction in FIG.
[0097]
The counterclockwise rotation of the cam 109 shown in FIGS. 18A to 18B is transmitted to the pulley 107 via the shaft 109A.
[0098]
The pulley 107 is connected to a pulley 108 provided behind the pulley 107 by a belt 110, and rotation of the pulley 107 is transmitted to the pulley 108 via the belt 110.
[0099]
FIG. 19 is an enlarged view of the vicinity of the pedal 106, the pulley 107, and the pulley 108 of the electric assist kick board 101. The pulley 108 is connected to a pulley 131 that is horizontally arranged by a shaft 108 A, and rotation of the pulley 108 is transmitted to the pulley 131. The pulley 131 is connected to a wheel 112 fixed to a rear wheel 114 by a belt 111, and rotation of the pulley 131 is transmitted to the wheel 112 via the belt 111. As the wheel 112 rotates, similarly, the rear wheel 114 rotates. That is, when a force is applied downward to the pedal 106 as indicated by the arrow RA, the force is transmitted to the rear wheel 114 via the connecting rod 130, the cam 109, the pulleys 107, 108, 131, and the wheel 112, and 114 rotates.
[0100]
As shown in FIGS. 18A and 18B, a torque sensor 115 for detecting a force applied to the spring 106A is provided at a portion of the bottom plate 121 facing the spring 106A. . The rear wheel 114 is provided with a speed sensor 119 for detecting the rotation speed of the rear wheel 114.
[0101]
In the control box 120, a control circuit for controlling various operations of the electric assist kick board 101 is housed. The detection outputs of the torque sensor 115 and the speed sensor 119, and the operation contents of various switches provided on the steering wheel 128 and the like are input to the control circuit. The control circuit controls various operations of the electric assist kick board 101 according to the detection output and the operation content. The control circuit executes, for example, the same control as the assist control described with reference to FIG. 13 on the motor 124 based on the detection outputs of the torque sensor 115 and the speed sensor 119. When the rotation speed of the rear wheel 114 becomes equal to or higher than a predetermined speed, the control circuit applies a force to the drum brake 118 by a mechanism (not shown), and the electric assist kick board 101 Slow down. Thereby, the speed of the electric assist kick board 101 is suppressed as much as possible below the above-mentioned constant speed.
[0102]
FIG. 20 is a diagram schematically showing a longitudinal section near the pedal 106 of the electric assist kick board 101. FIG. The protection plate 125 is provided below the control box 120 so as to cover the entire lower surface of the control box 120. For this reason, it is possible to prevent the control box 120 that houses the control circuit and the like from receiving an impact due to an obstacle or the like falling on the road surface. Although not shown in other drawings, protection plates 133 are provided on both left and right sides of the control box 120. This can reliably prevent the control box 120 from being impacted by the above-described obstacle or the like.
[0103]
Next, a structure near the front wheel 113 will be described with reference to FIGS. 21 (A) and 21 (B). FIG. 21A is a front view of the vicinity of the front wheel 113 of the electric assist kick board 101, and FIG. 21B is a right side view thereof.
[0104]
The front wheel 113 is rotatably attached to a lower end of the steering pipe 105 by a shaft 105A. The shaft 105A is also connected to the motor 124. Rotational force generated by driving the motor 124 is transmitted to the front wheels 113 via the shaft 105A.
[0105]
FIGS. 22A and 22B are diagrams schematically illustrating a cross section of the head pipe 104. FIG. First, referring to FIG. 22A, the steering pipe 105 is passed through the head pipe 104 as described above. The arrow RC in FIG. 22A indicates the straight-ahead direction of the electric assist kick board 101, similarly to the arrow RC in FIG. FIG. 22A shows a state where the handle 128 is not turned off.
[0106]
Rubber 104 A is installed inside the head pipe 104 so as to cross the inside of the head pipe 104 horizontally through the steering pipe 105.
[0107]
FIG. 23 shows a perspective view of the steering pipe 105 in the head pipe 104. With further reference to FIG. 23, the rubber 104A passes through the steering pipe 105 through two holes 105P and 105Q formed in the steering pipe 105.
[0108]
FIG. 22B shows a state in which the handle 128 is turned left with respect to the traveling direction. By turning the handle 128 to the left, the steering pipe 105 rotates counterclockwise in FIG. 22B. Since the rubber 104A is passed through the holes 105P and 105Q, the rubber 104A is twisted with the rotation of the steering pipe 105 as shown in FIG. When the rubber 104A is twisted, a clockwise rotational force is applied to the rubber 104A in the state shown in FIG. 22B, as indicated by an arrow RB. In response, a clockwise rotational force is applied to the steering pipe 105 as well.
[0109]
When the steering wheel 128 is turned to the right, the steering pipe 105 rotates clockwise, so that a counterclockwise rotational force is applied from the rubber 104A, contrary to the state shown in FIG. receive.
[0110]
That is, in the electric assist kick board 101, a force is always applied from the rubber 104A to the handle 128 via the steering pipe 105 so that the traveling direction of the electric assist kick board 101 is directed forward. . The magnitude of the force applied at this time is preferably large enough to turn the handle 128 left and right when the operator intends, and is adjusted by adjusting the spring constant of the rubber 104A. can do.
[0111]
As described above, the frame 103 of the electric assist kick board 101 includes the joints 103P and 103Q. When the electric assist kick board 101 is not used for traveling, the electric assist kick board 101 can be folded by further bending the joints 103P and 103Q from the state shown in FIG. FIG. 24 shows a state in which the electric assist kick board 101 is folded.
[0112]
In the present embodiment, the steering means is constituted by the handle 128 and the steering pipe 105. The steering means (mainly, the steering pipe 105) is extended in a direction intersecting the horizontal plane in the state shown in FIG. In addition, in the state shown in FIG. 24, the steering means (mainly the steering pipe 105) moves from the state shown in FIG. 16 to the connection point (joint part 103Q) with the bottom plate 121 and the joint part. By turning around each of the 103Qs, it is in a folded state.
[0113]
The embodiments disclosed this time should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. In addition, each embodiment can be implemented alone or in combination with each other as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an electric assist bicycle which is a first embodiment of a human-powered traveling vehicle with an auxiliary power according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a gyro stabilizer of FIG. 1;
FIG. 3 is a view for explaining a relationship between a traveling direction and an angular momentum vector of a flywheel in the electric assist bicycle of FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective view showing the power assisted bicycle of FIG. 1 together with the force acting on the vehicle body when turning right.
FIG. 5 is a rear view of the electric assist bicycle of FIG. 1 along with a force acting on the vehicle body when turning right.
FIG. 6 shows a relationship between the traveling direction of the electric assist bicycle and the angular momentum vector of the flywheel when the angular momentum of the flywheel is on the right side of the body of the electric assist bicycle as a comparison with the present embodiment. It is a figure for explaining.
FIG. 7 is a perspective view showing the power assisted bicycle when turning right as well as the force acting on the vehicle body in the case as shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a rear view showing the electric assist bicycle when turning right as well as the force acting on the vehicle body in the case shown in FIG. 6;
FIG. 9 is a right side view showing the position of the center of gravity of the electric assist bicycle of FIG. 1.
FIG. 10 is a control block diagram of the electric assist bicycle of FIG. 1;
FIG. 11 is a flowchart of a main routine of a control unit of the electrically-conductive assist bicycle of FIG. 1;
FIG. 12 is a flowchart of a subroutine of a gyro control process in FIG. 11;
FIG. 13 is a flowchart of a subroutine of the assist control process of FIG. 11;
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a current value flowing through the motor and the number of torques output by the motor in the electrically assisted bicycle of FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating a relationship between power for rotating front wheels and rear wheels by a motor and a traveling speed of the electric assist bicycle according to the assist control process of FIG. 13;
FIG. 16 is a left side view of an electric assist kick board which is a second embodiment of the human-powered traveling vehicle with an auxiliary power according to the present invention.
FIG. 17 is a plan view of the electric assist kick board of FIG. 16;
FIG. 18 is a view for explaining a mechanism in which the rear wheel is rotated by the human power of the driver applied to the pedal in the electric assist kick board of FIG. 16;
FIG. 19 is a view for explaining a mechanism in which the rear wheel is rotated by the human power of the driver applied to the pedal in the electric assist kick board of FIG. 16;
FIG. 20 is a view schematically showing a vertical section near the pedal of the electric assist kick board of FIG. 16;
21 (A) is a front view of the vicinity of a front wheel of the electric assist kick board of FIG. 16, and FIG. 21 (B) is a right side view thereof.
FIG. 22 is a diagram schematically showing a cross section of a head pipe of the electric assist kick board of FIG.
FIG. 23 is a perspective view of a steering pipe in a head pipe of the electric assist kick board of FIG. 16;
24 is a view showing the electric assist kick board of FIG. 16 in a folded state.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 electric assist bicycle, 10 gyro stabilizer, 11 flywheel, 11A, 12A gear, 11C, 54 torque sensor, 12, 53 motor, 13 belt, 21 first frame, 22 second frame, 23 control box, 24 front wheel, 25 Rear wheel, 27 center of gravity, 50 battery, 51 control unit, 52 drive circuit, 55 speed sensor, 101 electric assist kick board, 103 frame, 103P, 103Q joint, 104 head pipe, 104A rubber, 105 steering pipe, 106 pedal, 107, 108, 131 pulleys, 109 cams, 110, 111 belts, 112 wheels, 113 front wheels, 114 rear wheels, 115 torque sensors, 119 speed sensors, 120 control boxes, 121 bottom plates, 122 lights, 124 motors, 25 protective plate 128 handle 130 connecting rod.

Claims

A human-powered traveling vehicle with an auxiliary power including a human-powered driving system by a human power and a power driving system by an auxiliary power device,
Upright means for applying a force in a direction to erect the human-powered vehicle with auxiliary power in a direction perpendicular to the direction of travel when the human-powered vehicle with auxiliary power inclines in a direction perpendicular to the direction of travel. And a human-powered vehicle with auxiliary power.

Steering means that is manually operated to adjust the traveling direction of the auxiliary power-powered human-powered vehicle;
A front wheel whose direction is changed by the steering means,
The vehicle further includes a rear wheel installed rearward in the traveling direction of the assisted powered human-powered traveling vehicle when a driving force is applied to the human-powered drive system, rather than the front wheel,
The upright means includes a flywheel having a rotation surface in a plane parallel to the rotation surface of the rear wheel, and an angular velocity vector generated by moving the flywheel to the left with respect to the traveling direction of the assisted powered human-powered traveling vehicle. The human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to claim 1, further comprising a flywheel motor for rotating the vehicle.

Speed detection means for detecting the traveling speed of the assisted powered human-powered traveling vehicle,
When the traveling speed of the assisted powered human-powered vehicle becomes equal to or higher than a predetermined speed, the upright means stops applying a force in the direction of erecting the assisted powered artificial-powered vehicle to an upright position. 3. The human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to claim 1, further comprising a control unit.

The vehicle further includes a frame supporting the front wheels and the rear wheels, wherein the upright means is attached to the frame, and the center of gravity of the assisted powered human-powered traveling vehicle is lower than when the upright means is removed from the frame. The human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to claim 2 or 3, wherein the vehicle is attached to the frame such that the vehicle is at a high position.

Speed detection means for detecting the traveling speed of the assisted powered human-powered traveling vehicle,
The vehicle according to any one of claims 2 to 4, further comprising: a rotation suppressing unit configured to suppress rotation of the front wheel and the rear wheel when the traveling speed of the human-powered traveling vehicle with the auxiliary power becomes equal to or higher than a predetermined speed. The described manual powered vehicle with auxiliary power.

The human-powered drive system includes a pedal that is provided with human power to rotate the front wheels and the rear wheels,
Speed detection means for detecting the traveling speed of the assisted powered human-powered traveling vehicle,
A torque sensor for detecting a manual torque applied to the pedal,
A wheel motor driven to rotate the front wheel,
When the traveling speed of the human-powered traveling vehicle with auxiliary power is lower than or equal to a specific speed, the vehicle further includes traveling control means for driving the wheel motor in accordance with a torque detected by a torque sensor. 5. The human-powered vehicle with auxiliary power according to any one of 5.

A bottom plate installed near the pedal and having a horizontal surface,
The assisted powered rickshaw according to claim 6, wherein the horizontal plane includes a portion having a dimension of 250 mm or more in a direction intersecting the traveling direction of the assisted powered rickshaw.

The auxiliary power unit is mounted below the bottom plate,
The human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to claim 7, further comprising a protection plate covering a lower part of the auxiliary power device.

A first state connected to the bottom plate and manually operated to adjust a traveling direction of the assisted powered human-powered vehicle by extending in a direction intersecting a horizontal plane; and 9. The human-powered traveling vehicle with auxiliary power according to claim 8, further comprising a steering means capable of taking a second state of being folded by being rotated about a connection point with the vehicle.

A human-powered traveling vehicle with an auxiliary power including a human-powered driving system by a human power and a power driving system by an auxiliary power device,
Steering means that is manually operated to adjust the traveling direction of the auxiliary power-powered human-powered vehicle;
An auxiliary power-driven human-powered vehicle further comprising an auxiliary means for applying a force to the steering means so that the traveling direction of the auxiliary power-powered human-powered vehicle is constant.