JP2004345400A - Electric power assist bicycle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動モータによって助力走行を行う電動アシスト自転車に関し、特にそのフィットネス機能に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、健康ブームの高まりから、各種のフィットネス機器が供給されており、自転車を利用した機器(いわゆるフィットネスマシンという)も各種提案され、商品化されている。
例えば、乗車者が自転車の力行走行によって消費したカロリーを算出して表示や記録できるようにし、ユーザ(乗車者)が自己の消費カロリーを把握し、健康管理等に役立てることを可能としたものが知られている(例えば特許文献1、2参照)。
また、乗車者の体脂肪を検出して、減量すべき目標値を算出し、ユーザに提供することで、適正な運動量の目標値を設定できるようにしたものが知られている(例えば特許文献3、4参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−201374号公報
【特許文献2】
特開2002−85584号公報
【特許文献3】
特開2000−131090号公報
【特許文献4】
特開2001−276025号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、日々の自転車運動において、消費カロリーや体脂肪の把握や管理を行うことは可能であるが、日々の自転車運動を健康上安全に行うには、リアルタイムで適正に運動量の制御を行うことが好ましく、消費カロリーの向上や体脂肪の減少だけを目標にして過剰な運動を行った場合には、過度の運動となってしまい、健康上好ましくない場合が生じする。
さらに、消費カロリーや体脂肪の情報によってユーザの独自の判断で運動を行った場合には、過度の運動になってしまったり、逆に過小な運動になってしまい、適度な運動をコンスタントに行うことが困難である。
【0005】
そこで本発明の目的は、ユーザによる自転車走行時の運動量をリアルタイムで最適化できるとともに、ユーザが自己の運動量を総合的に判断でき、適切な運動を行うことができる電動アシスト自転車を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、後輪軸の変速ギア比を切り替える変速手段と、前輪軸にアシスト力を付与するアシスト駆動手段と、前記アシスト駆動手段に電源を供給するとともに、前記アシスト駆動手段に生じる回生電力を蓄積する電源部と、前記アシスト駆動手段によるアシスト動作と回生動作とを制御するアシスト制御手段と、乗車者の脈拍数を検出する脈拍検出手段と、予め基準脈拍数を記憶する脈拍数記憶手段と、前記脈拍検出手段によって検出される脈拍数と前記脈拍数記憶手段に記憶された基準脈拍数とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて前記変速手段による変速ギア比の制御と前記アシスト制御手段による回生ブレーキ制御によってペダルにかかる負荷を制御する強制運動モードを実行する制御手段とを有することを特徴とする。
【0007】
また、本発明は、ペダル踏力を検出するトルク検出手段と、ペダルの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記トルク検出手段によって検出されるペダル踏力情報と前記回転角度検出手段によって検出されるペダルの回転角度情報とを用いて仕事量を算出する演算手段と、乗車者の脈拍数を検出する脈拍検出手段と、乗車者の体脂肪を検出する体脂肪検出手段と、前記演算手段によって算出された仕事量と、前記脈拍検出手段によって検出された脈拍数と、前記体脂肪検出手段によって検出された体脂肪とを表示する表示手段とを有することを特徴とする。
【0008】
本発明の電動アシスト自転車では、乗車者の脈拍数を検出して基準脈拍数とを比較し、その比較結果に基づいて変速手段による変速ギア比の制御とアシスト制御手段による回生ブレーキ制御によってペダルにかかる負荷を制御する強制運動モードを実行することにより、自転車走行時の運動量をリアルタイムで最適化でき、有効な強制運動を提供することができることから、ユーザの体力増強や健康管理に有効に寄与することができる。
また、本発明の電動アシスト自転車では、演算手段によって算出したペダル踏力情報とペダルの回転角度情報から算出した仕事量と、脈拍検出手段によって検出された脈拍数と、体脂肪検出手段によって検出された体脂肪と表示手段に表示することにより、ユーザが自己の運動量を総合的に判断でき、適切な運動を行うことができることから、ユーザの体力増強や健康管理に有効に寄与することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電動アシスト自転車の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態例による電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
本例の電動アシスト自転車は、折り畳み構造のものであり、メインパイプ1と、前輪部2を支持したフロントフォーク8と、後輪部3を支持したリヤフォーク9と、シート5を支持したシートポスト10と、ハンドル6を支持したスピンドル11と、スピンドル11を挿通支持したヘッドパイプ12と、ペダル部13と、電池ユニット14等を有している。
【0010】
そして、図1では図示を省略しているが、本例の電動アシスト自転車の各部には本例の制御を行うための以下のような各種部材が設けられている。
まず、メインパイプ1には、本例の電動アシスト自転車の状態を管理し、各種の制御を行うためのビークルコントローラが設けられている。また、メインパイプ1の折り畳み構造部には、折り畳みスイッチが設けられており、車体が折り畳まれたことを検出することによって折り畳み時にはモータ等の駆動を禁止し、安全を確保するようになっている。
また、ペダル部13には、ペダルクランク13Aの周辺にトルクセンサ、クランク周波数発生器(FG)が設けられ、ペダルクランク13Aに発生するトルクの検出や回転数の検出を行うようになっている。
【0011】
また、ハンドル6の中央部には、LCD等による表示部、キー入力用の操作部、及びそれらを制御する表示コントローラを含む表示部ユニット40が設けられ、ユーザに各種表示を提供するとともに、キー入力による各種モード設定や選択等を行えるようになっている。特に本例では、この表示部ユニット40を用いて、後述する健康管理モード動作時の表示や操作を行うようになっている。
また、ヘッドパイプ12には図示しない電源キーの操作によって電池ユニット14の電源オン、オフを切り替えるキースイッチが設けられている。
また、前輪部2には、アシスト駆動用のモータと、このモータの駆動を制御するモータドライバと、このモータドライバを制御するモータコントローラが設けられている。
また、後輪部3には、自動変速ユニットが設けられ、ビークルコントローラからのギアポジションの制御によって変速比の切り替え動作を行う。
さらに、図1では省略しているが、車体の前方部にはヘッドライト等が設けられており、後方部にはリアライトやウインカーランプ等が設けられているものとする。
【0012】
図2は図1に示す電動アシスト自転車の制御系を示すブロック図である。
図示のように、本例の電動アシスト自転車は、ビークルコントローラユニット30、表示部ユニット40、モータユニット50、電池ユニット14の主要な4つのユニットを有している。
ビークルコントローラユニット30は、アシスト制御等の各種制御を行う上位コントローラとしてのビークルコントローラ31と、ユーザが電源キーによって電源のオン・オフを行うキースイッチ32と、自転車が折り畳まれたことを検出する折り畳みスイッチ33と、自動変速を行う自動変速ユニット34と、ペダル部13で生じるトルクを検出するトルクセンサ35と、ペダル部13の回転数を検出するクランクFG36とを有する。
トルクセンサ35には、例えば磁歪素子とソレノイド等を組み合わせた方式ものや磁気ヘッドを用いた方式の非接触型センサを用いることができる。
また、クランクFG36には、ロータリエンコーダを用いた光学式のものを用いることができ、位相のずれた2つのロータリエンコーダからのパルスを2相カウンタでカウントし、その値から回転数(回転角度)を得るとともに、2相のパルスの位相差から回転方向を検出することができる。
本例の電動アシスト自転車では、このトルクセンサ35から得られるペダル踏力情報とクランクFG36によって得られる回転角度情報とを用いて仕事量を算出し、消費カロリーや消費エネルギーといった情報に変換して表示部ユニット40からユーザに表示するようになっている。
【0013】
また、表示部ユニット40は、LCD等の表示部41と、各種操作キーよりなる操作スイッチ42と、これらの制御を行う表示コントローラ43とを有している。そして、表示部ユニット40の操作スイッチ42からの入力によって、自転車のモードをさまざまに変えることが可能である。また、自転車の速度や電池の残量などのさまざまな情報を表示部41に表示することができる。
なお、後述するように、表示部ユニット40の操作スイッチ42は、モード選択等を行うためのキーとして、左キー、右キー、決定キー、モードキーを含むものである。ここでは、モードキーの押下によって表示画面が順次切り替わり、選択用の画面で左キー及び右キーによって選択肢を選び、決定キーによって確定する。
【0014】
また、この表示ユニット40には、体脂肪計46が設けられている。この体脂肪計46は、ハンドル6の両方のグリップ間に微電流を流すことにより、インピーダンスを測定し、その測定結果から体脂肪を測定するものである。この体脂肪計46の測定値は、後述のような方法で表示コントローラ43の制御によって表示部41に表示される。
また、この表示部ユニット40には、脈拍計47が接続されている。この脈拍計47は、腕時計型の脈拍計で赤外線センサ等によって手首の脈拍を検出するものであり、乗車者の手首に巻き付けて使用し、例えばブルートゥース等による無線通信インタフェースによって表示ユニット40側に脈拍数の測定値データを伝送する。この脈拍数の測定値は、後述のような方法で表示コントローラ43の制御によって表示部41に表示される。
【0015】
また、この表示部ユニット40には、メモリカード44に対するデータの書き込み・読み出しを行うメモリカードコントローラ45が接続されている。本例では、健康管理モードによって得られた各種データをメモリカード44に記録しておき、これを外部のパソコン等にかけてデータをダウンロードし、任意にデータ処理できるようになっている。これにより、ユーザの健康管理や日記作成等に役立てることができる。
また、この表示部ユニット40には、パソコン(PC)48を直接接続できるインタフェースを有しており、メモリカード44を用いることなく、直接パソコン48にデータをダウンロードし、任意にデータ処理できるようになっている。これにより、ユーザの健康管理や日記作成等に役立てることができる。
さらに、この表示部ユニット40には、RAM48が設けられ、各種のデータの一時記憶等を行うようになっている。
【0016】
また、モータユニット50は、前輪部2のアシスト駆動を行うダイレクトドライブ型のモータ51と、このモータ51の駆動を制御するモータドライバ52と、このモータドライバ52を制御するモータコントローラ53とを有し、ビークルコントローラ31からの指示で、力行・回生の切替、アシストトルク・回生電流の制御を行うことができる。
また、電池ユニット14は、例えば大容量リチウムイオン電池等による充電池部と、この充電池部の充放電を制御する電源コントローラとを有し、モータユニット50への電流供給及びモータユニット50からの回生充電を行うことができる。
ビークルコントローラ31では、トルクセンサ35によりペダル部13からの踏力を検出して、それに応じたアシスト力をモータユニット50にシリアル通信ラインによって送出する。
また、表示部ユニット40の操作スイッチ42からの入力によって、自転車のモードをさまざまに変えることが可能である。また、自転車の速度や電池の残量などのさまざまな情報を表示部41に表示することができる。
【0017】
図3は図2に示した構成のうち健康管理モードの機能を実現するための構成をやや詳細に示すブロック図である。
図示のように、ビークルコントローラユニット30、表示部ユニット40、及びモータユニット50がそれぞれRS232Cドライバ61、62、63、64によって信号のやりとりを行っている。
また、表示部ユニット40の操作スイッチ42には、モード選択等を行うためのキーとして、左キー421、右キー422、決定キー423、モードキー424を含むものである。ここでは、モードキー424の押下によって表示画面が順次切り替わり、選択用の画面で左キー421及び右キー422によって選択肢を選び、決定キー423によって確定する。
また、ビークルコントローラユニット30において、ビークルコントローラ31は、アンプ311を通して自動変速ユニット34の信号を取り込み、モータドライバ312を通して自動変速ユニット34内のモータを駆動することにより、変速ギア比の制御を行う。また、クランクFG36からの周波数信号を2相カウンタ313で読み取り、そのカウント値及び位相差からモータ51の回転方向と回転量を算出し、自転車の走行速度を検出する。
また、脈拍計47は、ブルートゥースモジュール471を通して表示コントローラ43に接続されている。
【0018】
図4は図2に示した構成のうち回生ブレーキ動作を実現するための構成をやや詳細に示すブロック図である。
図示のように、モータドライバ52とモータコントローラ53との間には、回生電流量を算出するための回生電流計算部54が設けられている。
モータコントローラ53は、ビークルコントローラ31からの指示に基づいて回生電流計算部54に電流指令値を出力するものであり、後述する強制運動モードの動作においてはモータコントローラ53からの回生量に対応する回生電流指令値を回生電流計算部54に出力し、その指令値に対応する回生電流値を回生電流計算部54で算出してモータドライバ52に出力する。
モータドライバ52は、モータ51と電池ユニット(バッテリ)14との間で電流を制御し、アシスト駆動時にはモータ51に駆動電流を供給し、回生時にはモータ51からバッテリ14に回生電流を供給する。そして、このモータドライバ52によって自転車の走行時にアシスト電流と逆方向の回生電流が流れるように制御し、モータ51による回生ブレーキをかけ、負荷をかけることが可能である。
本例では、このような回生ブレーキの制御と変速ギア比の制御によってユーザの力行走行に高負荷をかける強制運動モードの動作を行う。
図5は回生量[%]と変速ギア比[1速〜4速]の組み合わせパターンを表している。図示のように、本例では、16段階の運動量を自動的に選択してユーザの力行走行にかける負荷を制御するようになっている。
【0019】
図6は本例における表示ユニット40の表示画面の具体例を示す平面図であり、通常走行の際の初期状態における表示状態を示している。
図示のように、この表示画面には、走行モード表示71、変速ギアレベル表示72、各種ライトの点灯表示731、732、733、74、速度表示75、回生比率表示76、アシスト比率表示77、回生トルク状態表示78、アシストトルク状態表示79、傾斜角(下り)表示80、バッテリ状態表示81等を表示している。
また、画面の下側には、上述した左キー421、右キー422、決定キー423、モードキー424が設けられている。
本例では、図6に示す表示画面において、健康管理モードの選択操作を行うことにより、自転車の動作状態を後述する通常運動モード(ノーマルモード)や強制運動モードに設定し、これらのモードにおける消費カロリー、脈拍、体脂肪、及びアドバイス表示等を行う。
【0020】
次に、本例における消費カロリーの計算方法について説明する。
本例では、トルクセンサ35で検出したペダルからの踏力と、クランクFG36から検出したクランク回転角度とに基づいて、消費カロリー計算を行う。
まず、ビークルコントローラ31は、単位時間毎の繰り返し動作として、トルクセンサ35で検出したペダルからの踏力と、クランクFG36から検出したクランク回転角度を使い、以下の計算を行う。
仕事量[J]=ペダル踏力[Nm]×クランク回転角度[rad]
そして、この計算で求めた単位時間毎の仕事量を、カロリー計算モード中は継続的に積算していき、トータルの仕事量を求める。
そして、この仕事量を次の換算式を用いてカロリー値に変換する。
1[cal]=4.18605[J]
なお、ビークルコントローラ31は、この積算カロリー値の情報をシリアル通信で表示コントローラ43に伝送し、表示部41に表示する。
このような方法により、正確な仕事量を算出してカロリー表示を行うことができる。
【0021】
次に、本例の健康管理モードの動作について説明する。
本例の健康管理モードは、ユーザのモード選択によってノーマルモードと強制運動モードの2つのモードを選択して実行するものである。
ノーマルモードでは、自転車の走行は通常の制御となるが、この走行時における消費カロリー、脈拍、体脂肪を検出して表示部41に表示し、アドバイスメッセージを適宜表示するような動作である。
一方、強制運動モードは、上述した回生ブレーキと変速ギア比の制御によって負荷をかけて走行するものであるが、予め設定されたユーザ情報や運動強度レベルによって基準脈拍数を決定し、脈拍数を検出しながら負荷の増減を制御して最適な強制運動状態を維持するものである。すなわち、強制運動によって脈拍数が上がり、基準脈拍数に至った場合には、負荷レベルを落として脈拍数が低下するのを待ち、脈拍数が低下すると、再度、負荷レベルを上げるように制御する。
ユーザ情報としては、年齢、性別、身長、体重等であり、運動強度は、ユーザが任意に選択するものであり、例えば「強」「普通」「弱」の中から選択する。なお、このような情報は、一旦設定することで、更新操作を行わない限り、継続的に有効データとして用いることが可能である。
【0022】
以下、このようなノーマルモードと強制運動モードの具体的な説明を行う。
1)ノーマルモード
まず、ユーザによってノーマルモードが選択されると、その起動時に、表示コントローラ43は、脈拍、体脂肪のデータを取得し、RAM48等に記憶しておく。
また、走行中には、ビークルコントローラ31はペダル踏力とペダル回転角度から消費カロリーを計算し、表示部ユニット40に伝送する。
また、表示コントローラ43は、定期的に脈拍、体脂肪のデータを取得し、RAM48に記憶するとともに、ビークルコントローラ31からの消費カロリーを取得し、RAM48に記憶する。そして、これら定期的に取得してRAM48に記憶した消費カロリー、脈拍、体脂肪の各データを表示部41に送り、表示する。図7はこの場合の表示例を示しており、図6に示した走行速度の表示領域に、消費カロリー、脈拍、体脂肪の各データ82、83、84を表示している。なお、走行モード71は、ノーマルモードを示す「N」が表示される。
そして、例えば、図6に示す走行速度の表示と図7に示す消費カロリー、脈拍、体脂肪の表示とを数秒単位で交互に切り替え表示することにより、限られた表示領域内に双方の表示が可能となる。ただし、このような表示の形態は、個々の設計思想に応じて種々のものを採用でき、図示の例に限定されないことは勿論である。
また、走行終了時に、表示コントローラ43は、最終的な消費カロリー、脈拍、体脂肪の各データを取得して表示部41に表示するとともに、文字列メッセージを表示部41に表示する。例えば、消費カロリー等の情報から判断し、予め用意されている“お疲れさま”、“もっと運動しましょう!”、“よくがんばりました!“ などの表示を選んで表示部41に表示する。なお、このような表示形態として、文字列だけでなく、グラフ表示やその他のキャラクタ表示(例えば、アニメキャラクタ等の表情が変化する等)を行うようにしてもよい。
また、走行中に、走行速度の変化や脈拍の変化に応じて、アドバイスメッセージを表示するようにしてもよい。例えば、速度が急に変わったり、脈拍が急に高くなった場合に、警告のメッセージを送り、無理な運動を抑制するようにする。また、このようなメッセージは、ユーザの好みによってオプションを選択できるようにしてもよい。さらに、音声合成出力ユニットを設けることにより、音声メッセージと組み合わせることも可能である。
【0023】
2)強制運動モード
まず、ユーザによって強制運動モードが選択された場合、続いてユーザは、運動の強度を「強」「普通」「弱」のなかから選ぶ。また、年齢、性別、体重、身長のデータも入力する。なお、既に登録されたデータがある場合には、新たに入力することなく、そのデータを用いるようにすることも可能である。
このような入力によって強制運動モードが起動し、表示コントローラ43は、脈拍、体脂肪のデータを取得し、RAM48等に記憶しておく。
また、表示コントローラ43は、選ばれた運動強度と設定されたユーザデータから最適な運動量を計算し、最適な脈拍数(基準脈拍数)を決定する。
次に、走行中には、表示コントローラ43は脈拍計47から脈拍数を取得し、最適な脈拍数(基準脈拍数)よりも低ければ、変速ギアのギアポジションをアップし、回生ブレーキ効率をアップして負荷を増やす。
例えば、ある人の年齢、身長、体重から割り出した負荷と脈拍の関係が、
弱:140、中:160、強:180
であったとし、ここではキー操作で「強」を選んだものとする。
そこで、強制運動モードの起動後、表示コントローラ43は脈拍計からデータを取得し、180よりも小さければ、図5に示す表の組み合わせで、パターンを16から1の方向に変えていく。
なお、表示コントローラ43からのギアポジション情報及び回生効率情報はビークルコントローラ31に通信で送られ、ビークルコントローラ31は、表示コントローラ43から受け取ったギアポジションによって自動変速ユニット34をコントロールし、ギアを切り替える。また表示コントローラ43から受け取った回生効率をモータコントローラ53に送り、回生ブレーキ量を変える。
【0024】
また、表示コントローラ43は、定期的に脈拍、体脂肪のデータを取得してRAM48等に記憶し、またビークルコントローラ31から消費カロリーを取得してRAM48等に記憶し、これらを表示部41に表示するとともに、脈拍数が基準脈拍数に至った場合には、変速ギアのギアポジションをダウンし、回生ブレーキ効率をダウンして負荷を減らす。
例えば、上述した例で脈拍数が180よりも大きくなれば、運動量を小さくするようにビークルコントローラ31に指示を出し、180よりも小さくなれば、運動量を大きくするようにビークルコントローラ31に指示を出す。
なお、表示例としては、図8に示すように、基本的にはノーマルモードと同様のものを用いることができるが、変更点としては、走行モード71に強制運動モードを示す「F」を表示し、また、強制運動を行っていることから、基準脈拍数や運動強度の表示85、86、負荷レベルの変化を示す表示87を行うようにしてもよい。
さらに、図では省略しているが、脈拍の変化や負荷レベルの切り替えに応じて、“少しスローダウンしましょう”、“ここから頑張ってください”といったガイダンスメッセージを送るようにしてもよい。
また、走行終了時にはノーマルモードの場合と同様に、表示コントローラ43は、最終的な消費カロリー、脈拍、体脂肪の各データを取得して表示部41に表示するとともに、文字列メッセージを表示部41に表示する。例えば、消費カロリー等の情報から判断し、予め用意されている“お疲れさま”、“もっと運動しましょう!”、“よくがんばりました!“ などの表示を選んで表示部41に表示する。なお、強制運動モードにおいても、表示形態として、文字列だけでなく、グラフ表示やその他のキャラクタ表示を行うようにしてもよい。特に、負荷レベルの切り替え状況をグラブに表して、ピークとボトムの周期等を容易に把握できるようにしてもよい。
また、ノーマルモードの場合と同様に、文字列メッセージの代わりにキャラクタを利用したり、使用するメッセージを予め複数のオプションから選択できるようにしてもよい。さらに、音声メッセージと組み合わせることも可能である。
【0025】
また、本例の電動アシスト自転車では、上述のように取得した脈拍や体脂肪のデータを用いてパソコンによって解析を行うことが可能である。
以下、このPC解析処理について説明する。
上述したノーマルモードまたは強制運動モードと同様の処理でデータを取得した後、RAM48上のデータをメモリスティック44にダウンロードする。そして、このメモリスティック44のデータをPCで読み込み、PC上にセーブする。そして、PC上でデータ解析専用のソフトを起動して、グラフ表示、最適値表示、メッセージ表示、週単位、月単位、年単位でのデータ解析を行い、表やグラフ表示して管理する。
【0026】
なお、以上の例では、ノーマルモードと強制運動モードの両方を設けた電動アシスト自転車について説明したが、いずれか一方のモードを有する自転車であっても十分な効果を得ることができるものである。
また、運動量の計算方法や負荷の増減方法、さらには各種数値の表示方法については、上述した例に限定されず、種々変形し得ることは勿論である。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の自転車によれば、乗車者の脈拍数を検出して基準脈拍数とを比較し、その比較結果に基づいて変速手段による変速ギア比の制御とアシスト制御手段による回生ブレーキ制御によってペダルにかかる負荷を制御する強制運動モードを実行することにより、自転車走行時の運動量をリアルタイムで最適化でき、有効な強制運動を提供することができることから、ユーザの体力増強や健康管理に有効に寄与することができる効果がある。
また、本発明の電動アシスト自転車によれば、演算手段によって算出したペダル踏力情報とペダルの回転角度情報から算出した仕事量と、脈拍検出手段によって検出された脈拍数と、体脂肪検出手段によって検出された体脂肪と表示手段に表示することにより、ユーザが自己の運動量を総合的に判断でき、適切な運動を行うことができることから、ユーザの体力増強や健康管理に有効に寄与することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例における電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
【図2】図1に示す電動アシスト自転車の制御系の構成例を示すブロック図である。
【図3】図1に示す電動アシスト自転車においてフィットネス機能を実現するための構成を示すブロック図である。
【図4】図1に示す電動アシスト自転車において回生ブレーキ機能を実現するための構成を示すブロック図である。
【図5】図1に示す電動アシスト自転車の健康管理モードで用いる負荷レベルの一覧表を示す説明図である。
【図6】図1に示す電動アシスト自転車の走行時の表示例を示す説明図である。
【図7】図1に示す電動アシスト自転車の健康管理モード(ノーマルモード)における表示例を示す説明図である。
【図8】図1に示す電動アシスト自転車の健康管理モード(強制運動モード)における表示例を示す説明図である。
【符号の説明】
1……メインパイプ、2……前輪部、3……後輪部、5……シート、6……ハンドル、8……フロントフォーク、9……リヤフォーク、10……シートポスト、11……スピンドル、12……ヘッドパイプ、13……ペダル部、14……電池ユニット、30……ビークルコントローラユニット、31……ビークルコントローラ、32……キースイッチ、33……折り畳みスイッチ、34……自動変速ユニット、35……トルクセンサ、36……クランクFG、40……表示部ユニット、41……表示部、42……操作スイッチ、43……表示コントローラ、50……モータユニット、51……モータ、52……モータドライバ、53……モータコントローラ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric assist bicycle that performs assisted running by a drive motor, and particularly to a fitness function thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, various fitness devices have been supplied due to an increase in a health boom, and various devices using bicycles (so-called fitness machines) have been proposed and commercialized.
For example, there is a method in which a user can calculate, display and record calories consumed by power running of a bicycle, so that a user (passenger) can grasp his own calorie consumption and use it for health management and the like. It is known (for example, see
Further, there is known a device in which a body fat of a passenger is detected, a target value to be reduced is calculated, and provided to a user so that a target value of an appropriate amount of exercise can be set (for example, Patent Document 1). 3, 4).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-201374 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-85584 [Patent Document 3]
JP 2000-13090 A [Patent Document 4]
JP 2001-276025 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, in daily bicycle exercise, it is possible to grasp and manage calorie consumption and body fat.However, in order to perform daily bicycle exercise safely and healthily, the amount of exercise should be appropriately adjusted in real time. It is preferable to perform control. If excessive exercise is performed only for the purpose of increasing calorie consumption or reducing body fat, excessive exercise is performed, which may be undesirable for health.
Furthermore, if the user exercises on his / her own discretion based on the information on calorie consumption and body fat, the exercise will be excessive, or conversely, underexercise, and moderate exercise will be performed constantly. It is difficult.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electrically assisted bicycle capable of optimizing the amount of exercise performed by a user while riding a bicycle in real time, and enabling the user to comprehensively determine his / her own exercise amount and perform appropriate exercise. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a speed change means for switching a transmission gear ratio of a rear wheel axle, an assist drive means for applying an assist force to a front wheel axle, and a power supply to the assist drive means. A power supply unit that accumulates regenerative power generated in the vehicle, an assist control unit that controls an assist operation and a regenerative operation by the assist driving unit, a pulse detection unit that detects a pulse rate of the occupant, and a reference pulse rate stored in advance. Pulse rate storage means; comparison means for comparing a pulse rate detected by the pulse detection means with a reference pulse rate stored in the pulse rate storage means; Control for executing a forced motion mode for controlling a load on a pedal by controlling a transmission gear ratio and regenerative braking control by the assist control means And having a stage.
[0007]
Further, according to the present invention, a torque detecting means for detecting a pedal depression force, a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the pedal, pedal depression force information detected by the torque detection means and detected by the rotation angle detection means Calculating means for calculating the amount of work using the rotation angle information of the pedal; pulse detecting means for detecting the pulse rate of the occupant; body fat detecting means for detecting the body fat of the occupant; Display means for displaying the work load, the pulse rate detected by the pulse detection means, and the body fat detected by the body fat detection means.
[0008]
In the electric assist bicycle according to the present invention, the pulse rate of the occupant is detected and compared with the reference pulse rate. Based on the comparison result, the pedal is controlled by the transmission gear ratio control by the transmission means and the regenerative braking control by the assist control means. By executing the forced exercise mode for controlling such a load, the amount of exercise during cycling can be optimized in real time, and an effective forced exercise can be provided, which effectively contributes to enhancing the physical strength and health management of the user. be able to.
Also, in the electric assist bicycle of the present invention, the work amount calculated from the pedal depression force information and the pedal rotation angle information calculated by the calculating means, the pulse rate detected by the pulse detecting means, and the pulse rate detected by the body fat detecting means. By displaying the body fat and the display on the display means, the user can comprehensively judge his / her own exercise amount and can perform appropriate exercise, so that it can effectively contribute to the user's physical strength enhancement and health management.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an electrically assisted bicycle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing an appearance of an electric assist bicycle according to an embodiment of the present invention.
The electric assist bicycle of the present embodiment has a folding structure, and includes a
[0010]
Although not shown in FIG. 1, the following various members for controlling the present embodiment are provided in each part of the electric assist bicycle of the present embodiment.
First, the
Further, the
[0011]
In the center of the
The
Further, the
The
Further, although omitted in FIG. 1, it is assumed that a headlight and the like are provided at a front portion of the vehicle body, and a rear light and a turn signal lamp are provided at a rear portion.
[0012]
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the electric assist bicycle shown in FIG.
As illustrated, the electrically assisted bicycle of the present example has four main units, a
The
As the
An optical type using a rotary encoder can be used as the crank FG36. Pulses from two rotary encoders having a phase shift are counted by a two-phase counter, and the number of rotations (rotation angle) is calculated from the value. And the rotation direction can be detected from the phase difference between the two-phase pulses.
In the electric assist bicycle of the present example, the work amount is calculated using the pedaling force information obtained from the
[0013]
The
As described later, the operation switch 42 of the
[0014]
Further, the
A
[0015]
Further, a memory card controller 45 for writing / reading data to / from the
Further, the
Further, the
[0016]
Further, the
Further, the
In the
The mode of the bicycle can be variously changed by an input from the operation switch 42 of the
[0017]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration for realizing the function of the health management mode in the configuration shown in FIG. 2 in some detail.
As shown, the
The operation switch 42 of the
Further, in the
The
[0018]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration for realizing the regenerative braking operation of the configuration shown in FIG. 2 in a little more detail.
As shown, a regenerative
The
The
In the present example, the operation in the forced exercise mode in which a high load is applied to the power running of the user is performed by the control of the regenerative brake and the control of the transmission gear ratio.
FIG. 5 shows a combination pattern of the regeneration amount [%] and the transmission gear ratio [1st to 4th speed]. As shown in the figure, in this example, a 16-step exercise amount is automatically selected to control the load applied to the power running of the user.
[0019]
FIG. 6 is a plan view showing a specific example of the display screen of the
As shown in the figure, the display screen includes a running
Further, the above-described left key 421,
In this example, the operation state of the bicycle is set to a normal exercise mode (normal mode) or a forced exercise mode, which will be described later, by performing a health management mode selection operation on the display screen shown in FIG. It displays calories, pulse, body fat, and advice.
[0020]
Next, a method of calculating calorie consumption in this example will be described.
In this example, the calorie consumption is calculated based on the pedaling force from the pedal detected by the
First, the
Work amount [J] = pedal force [Nm] × crank rotation angle [rad]
Then, the work amount per unit time obtained by this calculation is continuously integrated during the calorie calculation mode to obtain the total work amount.
Then, this work amount is converted into a calorie value using the following conversion formula.
1 [cal] = 4.18605 [J]
The
With such a method, the calorie display can be performed by accurately calculating the work load.
[0021]
Next, the operation of the health management mode of the present example will be described.
The health management mode of the present embodiment is to select and execute two modes, a normal mode and a forced exercise mode, according to the mode selection of the user.
In the normal mode, the running of the bicycle is controlled normally, but the operation is such that the calorie consumption, the pulse, and the body fat during this running are detected and displayed on the
On the other hand, in the forced exercise mode, the vehicle travels with a load by controlling the regenerative braking and the transmission gear ratio described above.However, the reference pulse rate is determined based on preset user information and exercise intensity level, and the pulse rate is determined. It controls the increase and decrease of the load while detecting to maintain the optimal forced motion state. That is, when the pulse rate is increased by the forced exercise and reaches the reference pulse rate, the load level is decreased and the pulse rate is waited for to decrease, and when the pulse rate decreases, the load level is controlled to increase again. .
The user information includes age, gender, height, weight, and the like. The exercise intensity is arbitrarily selected by the user, and is selected from, for example, “strong”, “normal”, and “weak”. Once such information is set, it can be continuously used as valid data unless an update operation is performed.
[0022]
Hereinafter, the normal mode and the forced exercise mode will be specifically described.
1) Normal Mode First, when the normal mode is selected by the user, the
During traveling, the
The
Then, for example, the display of the traveling speed shown in FIG. 6 and the display of the calorie consumption, the pulse, and the body fat shown in FIG. 7 are alternately switched and displayed in units of several seconds, so that both displays are displayed in a limited display area. It becomes possible. However, various forms of such a display can be adopted according to each design concept, and it is a matter of course that the present invention is not limited to the illustrated example.
At the end of traveling, the
During traveling, an advice message may be displayed according to a change in the running speed or a change in the pulse. For example, when the speed suddenly changes or the pulse suddenly increases, a warning message is sent to suppress excessive exercise. Also, such a message may allow an option to be selected according to the user's preference. Further, by providing a voice synthesis output unit, it is possible to combine with a voice message.
[0023]
2) Forced Exercise Mode First, when the user selects the forced exercise mode, the user subsequently selects the intensity of the exercise from “strong”, “normal”, and “weak”. In addition, age, gender, weight, and height data are also input. If there is already registered data, it is possible to use that data without newly inputting it.
The forced exercise mode is activated by such an input, and the
Further, the
Next, during traveling, the
For example, the relationship between the pulse and the load calculated from the age, height, and weight of a person,
Weak: 140, Medium: 160, Strong: 180
Here, it is assumed that “strong” is selected by key operation.
Therefore, after the activation of the forced exercise mode, the
Note that the gear position information and the regenerative efficiency information from the
[0024]
The
For example, in the above-described example, if the pulse rate is greater than 180, an instruction is issued to the
Note that, as a display example, as shown in FIG. 8, basically the same as the normal mode can be used, but the difference is that “F” indicating the forced exercise mode is displayed in the traveling
Further, although omitted in the figure, a guidance message such as "let's slow down a little" or "do your best from here" may be sent according to the change of the pulse or the switching of the load level.
At the end of traveling, as in the case of the normal mode, the
As in the case of the normal mode, a character may be used instead of a character string message, or a message to be used may be selected from a plurality of options in advance. Further, it can be combined with a voice message.
[0025]
Further, in the electric assist bicycle of this example, it is possible to perform an analysis by a personal computer using the pulse and body fat data acquired as described above.
Hereinafter, this PC analysis processing will be described.
After acquiring the data by the same processing as in the normal mode or the forced exercise mode described above, the data on the
[0026]
In the above example, the electric assist bicycle provided with both the normal mode and the forced exercise mode has been described, but a sufficient effect can be obtained even with a bicycle having one of the modes.
Further, the method of calculating the amount of exercise, the method of increasing / decreasing the load, and the method of displaying various numerical values are not limited to the above-described examples, and may be variously modified.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the bicycle of the present invention, the pulse rate of the occupant is detected and compared with the reference pulse rate. Based on the comparison result, the control of the transmission gear ratio by the transmission means and the regeneration by the assist control means are performed. By executing the forced exercise mode in which the load applied to the pedal is controlled by the brake control, the amount of exercise during cycling can be optimized in real time, and effective forced exercise can be provided. Has an effect that can be effectively contributed.
According to the electric assist bicycle of the present invention, the work amount calculated from the pedal depression force information calculated by the calculation means and the pedal rotation angle information, the pulse rate detected by the pulse detection means, and the pulse rate detected by the body fat detection means By displaying the displayed body fat and the display means, the user can comprehensively judge his / her own exercise amount and can perform appropriate exercise, thereby effectively contributing to the user's physical strength enhancement and health management. effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an appearance of an electric assist bicycle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a control system of the electric assist bicycle shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration for realizing a fitness function in the electric assist bicycle shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration for realizing a regenerative braking function in the electric assist bicycle shown in FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a list of load levels used in the health management mode of the electric assist bicycle shown in FIG. 1;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a display example when the electric assist bicycle shown in FIG. 1 is traveling.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a display example of the electric assist bicycle shown in FIG. 1 in a health management mode (normal mode).
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a display example of the electric assist bicycle shown in FIG. 1 in a health management mode (forced exercise mode).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前輪軸にアシスト力を付与するアシスト駆動手段と、
前記アシスト駆動手段に電源を供給するとともに、前記アシスト駆動手段に生じる回生電力を蓄積する電源部と、
前記アシスト駆動手段によるアシスト動作と回生動作とを制御するアシスト制御手段と、
乗車者の脈拍数を検出する脈拍検出手段と、
予め基準脈拍数を記憶する脈拍数記憶手段と、
前記脈拍検出手段によって検出される脈拍数と前記脈拍数記憶手段に記憶された基準脈拍数とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて前記変速手段による変速ギア比の制御と前記アシスト制御手段による回生ブレーキ制御によってペダルにかかる負荷を制御する強制運動モードを実行する制御手段と、
を有することを特徴とする電動アシスト自転車。Transmission means for switching the transmission gear ratio of the rear wheel axle;
An assist drive means for applying an assist force to the front wheel axle;
A power supply unit that supplies power to the assist driving unit, and stores regenerative power generated in the assist driving unit,
Assist control means for controlling an assist operation and a regenerative operation by the assist drive means,
Pulse detection means for detecting the pulse rate of the occupant;
Pulse rate storage means for storing a reference pulse rate in advance,
Comparison means for comparing the pulse rate detected by the pulse detection means and the reference pulse rate stored in the pulse rate storage means,
Control means for executing a forced motion mode for controlling a load applied to a pedal by control of a transmission gear ratio by the transmission means and regenerative braking control by the assist control means based on a comparison result of the comparison means;
An electric assist bicycle characterized by having:
ペダルの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記トルク検出手段によって検出されるペダル踏力情報と前記回転角度検出手段によって検出されるペダルの回転角度情報とを用いて仕事量を算出する演算手段と、
乗車者の脈拍数を検出する脈拍検出手段と、
乗車者の体脂肪を検出する体脂肪検出手段と、
前記演算手段によって算出された仕事量と、前記脈拍検出手段によって検出された脈拍数と、前記体脂肪検出手段によって検出された体脂肪とを表示する表示手段と、
を有することを特徴とする電動アシスト自転車。Torque detection means for detecting pedal effort;
Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the pedal,
Calculating means for calculating the amount of work using pedal depression force information detected by the torque detection means and pedal rotation angle information detected by the rotation angle detection means;
Pulse detection means for detecting the pulse rate of the occupant;
Body fat detection means for detecting the body fat of the occupant;
Display means for displaying the work amount calculated by the calculation means, the pulse rate detected by the pulse detection means, and the body fat detected by the body fat detection means,
An electric assist bicycle characterized by having:
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