JP2012096614A - 自転車用モータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】自転車のモータ制御システムにおいて、駆動力伝達部体の歯数が変更されても、所望のアシスト比でモータを駆動することできるようにする。
【解決手段】モータ制御システム１１７は、複数のスプロケット歯が形成されたスプロケットを有する自転車に搭載可能な駆動補助用のモータ１０を制御するシステムである。モータ制御システム１１７、記憶部９５と、トルクセンサ１７と、推力算出部７６と、出力制御部７７と、を備えている。記憶部９５は、スプロケット歯の歯数を記憶可能である。トルクセンサ１７は、例えばライダーがペダルをこいだときの踏力を検出可能である。推力算出部７６は、踏力検出手段によって検出される踏力と、記憶部９５に記憶されているスプロケット歯の歯数と、に基づいて推力を算出する。出力制御部７７は、推力に基づいてモータ１０を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータ制御システム、特に、複数の伝達歯が形成された駆動力伝達体を有する自転車に搭載可能な駆動補助用のモータを制御する自転車用モータ制御システムに関する。

自転車の踏力をモータにより補助するアシスト自転車において、変速装置が設けられ、変速段に応じてモータの補助比率を制御するモータ制御システムが従来知られている（例えば、特許文献１参照）。従来のモータ制御システムでは、変速段を検出するための変速位置センサの検出結果により補助比率を変更し、いずれの変速段においても、人力によって生じる駆動輪出力トルクに対するモータの駆動輪出力トルクの比率（アシスト比）を一定にできるようにしている。

特開平１１−２４５８７６号公報

前記従来の構成では、変速段に対して補助比率が決定されているため、フロントスプロケット及び／又はリアスプロケットが歯数の異なるものに交換されるとギア比が変化する。したがって従来の構成では、ライダーが同じ踏力でペダルを動かしても推力が変化してしまうため、アシスト比が変化してしまう。このため、変速段に応じて補助比率を変更しても各変速段においてアシスト比を一定とすることができなくなる。なお、フロントスプロケット及びリアスプロケットは、駆動力伝達体の一例である。

本発明の課題は、自転車のモータ制御システムにおいて、駆動力伝達部体の歯数が変更されても、所望のアシスト比でモータを駆動することできるようにすることにある。

本発明の別の課題は、変速装置を有する自転車のモータ制御システムにおいて、駆動力伝達部体の歯数が変更されても、各変速段においてアシスト比を一定にすることができるようにすることにある。

発明１に係る自転車用モータ制御システムは、複数の伝達歯が形成された駆動力伝達体を有する自転車に搭載可能な駆動補助用のモータを制御するシステムである。自転車用モータ制御システムは、記憶手段と、踏力検出手段と、推力算出手段と、モータ制御手段と、を備えている。記憶手段は、伝達歯の歯数を記憶可能である。踏力検出手段は、例えばライダーがペダルをこいだときの踏力を検出可能である。推力算出手段は、踏力検出手段によって検出される踏力と、記憶手段に記憶されている伝達歯の歯数と、に基づいて推力を算出する。モータ制御手段は、推力に基づいてモータを制御する。

このモータ制御システムでは、駆動力伝達体に形成された伝達歯の歯数が記憶手段に記憶されている。この記憶された歯数と踏力とにより推力が算出され、この推力に基づいてモータが制御される。例えば、モータ制御手段では、推力に対して同じ比率でモータが制御される。ここでは、伝達歯の歯数が記憶手段に記憶されている。このため、駆動力伝達体が歯数の異なるものに変更されても、記憶手段の歯数を変更後の歯数に書き換えることにより、書き換えられた伝達歯の歯数に基づいて推力を正確に算出できる。したがって、駆動力伝達体の伝達歯の歯数が変更されても、推力に対して所望の補助力を発生する、すなわち所望のアシスト比でモータを駆動することができる。

発明２に係る自転車用モータ制御システムは、発明１に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、駆動力伝達体はスプロケットであり、自転車に搭載される外装変速装置の変速段を検出可能な変速段検出手段をさらに備えている。記憶手段は、外装変速装置の変速段と、変速段に対応するスプロケットの歯数を記憶する。推力算出手段は、踏力検出手段によって検出される踏力と、変速段検出手段によって検出された変速段に対応して記憶手段に記憶されているスプロケットの歯数と、に基づいて推力を算出する。

ここでは、スプロケットの歯数が各変速段に対応して記憶手段に記憶されている。このため、外装変速装置のスプロケットが歯数の異なるものに交換されても、記憶手段に記憶された歯数を変更後の歯数に書き換えることにより、書き換えられたスプロケットの歯数に基づいて推力を正確に算出できる。したがって、スプロケットの歯数が変更されても、推力に対する補助力の比率を各変速段において等しくすることができ、一定のアシスト比でモータを駆動することができる。

発明３に係る自転車用モータ制御システムは、発明２に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、外装変速装置は、複数のフロントスプロケットとフロントディレーラとを有するフロント変速装置を備えている。記憶手段は、フロント変速装置の変速段と、変速段に対応する複数のフロントスプロケットの歯数と、が記憶される。この場合には、フロントスプロケットの歯数が変更されても、各変速段において推力に対して同じ比率の補助力を発生することができる。

発明４に係る自転車用モータ制御システムは、発明２に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、外装変速装置は、複数のリアスプロケットとリアディレーラとを有するリア変速装置を備えている。記憶手段は、リア変速装置の変速段と、変速段に対応する複数のリアスプロケットの歯数と、が記憶される。この場合には、リアスプロケットの歯数が変更されても、各変速段において推力に対して同じ比率の補助力を発生することができる。

発明５に係る自転車用モータ制御システムは、発明２に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、外装変速装置は、複数のフロントスプロケットとフロントディレーラとを有するフロント変速装置と、複数のリアスプロケットとリアディレーラとを有するリア変速装置と、を備えている。記憶手段は、フロント変速装置の変速段と変速段に対応する複数の前記フロントスプロケットの歯数、及びリア変速装置の変速段と変速段に対応する複数のリアスプロケットの歯数、が記憶される。この場合には、フロントスプロケット及び／又はリアスプロケットの歯数が変更されても、各変速段において推力に対して同じ比率の補助力を発生することができる。

発明６に係る自転車用モータ制御システムは、発明２から５のいずれかに記載の自転車用モータ制御システムにおいて、段数検出手段は、外装変速装置に設けられている。この場合には、変速動作が行われる場所で変速段の段数を検出するので、段数検出が容易になる。

発明７に係る自転車用モータ制御システムは、発明２から６のいずれかに記載の自転車用モータ制御システムにおいて、自転車は、フロントスプロケット及びリアスプロケットを有する。推力算出手段は、リアスプロケットの歯数をフロントスプロケットの歯数で除算した値に、踏力を乗算して推力を求める。これにより、実際に装着されているフロントスプロケットの歯数及びリアスプロケットの歯数に基づいて推力を高精度に算出できる。

発明８に係る自転車用モータ制御システムは、発明１に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、自転車に搭載される内装変速装置の変速段を検出可能な変速段検出手段をさらに備えている。記憶手段は、内装変速装置の変速段と、変速段に対応するギア比とをさらに記憶する。推力算出手段は、踏力と変速段検出手段によって検出された変速段に対応に対応して、記憶手段に記憶されているギア比と、駆動力伝達体の伝達歯の歯数とに基づいて推力を算出する。

ここでは、内装変速装置のギア比が変速段に対応して記憶されるとともに、駆動力伝達体の伝達歯の歯数が記憶手段に記憶されている。このため、駆動力伝達体（例えば、フロントスプロケット及び／又はリアスプロケット）が歯数の異なるものに交換されても、記憶手段に記憶された歯数を変更後の歯数に書き換えることにより、書き換えられた駆動力伝達体の歯数に基づいて推力を算出できる。したがって、駆動力伝達体の歯数が変更されても、推力に対する補助力の比率を各変速段において等しくすることができ、一定のアシスト比でモータを駆動することができる。

発明９に係る自転車用モータ制御システムは、発明１又は８に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、駆動力伝達体は、スプロケット、歯付きプーリ及び傘歯車のいずれか一つを含む。駆動力伝達体がスプロケット、歯付きプーリ及び傘歯車のいずれかであっても、本発明を適用することができる。

発明１０に係る自転車用モータ制御システムは、発明１から９のいずれかに記載の自転車用モータ制御システムにおいて、インターフェース部をさらに備えている。記憶手段の記憶内容は、インターフェース部を介して書換可能である。これにより、インターフェース部を介して接続された、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置により、駆動力伝達体の伝達歯の歯数を含む記憶手段の記憶内容を書き換えできる。

発明１１に係る自転車用モータ制御システムは、発明１０に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、インターフェース部に接続される入力装置をさらに備える。この場合には、入力装置を用いて、歯数を含む記憶手段の記憶内容を書き換えできる。

発明１２に係る自転車用モータ制御システムは、発明１１に記載の自転車用モータ制御システムにおいて、インターフェース部は、電力線通信を用いて通信可能である。この場合には、電力線通信を用いて記憶手段の記憶内容を書き換えできるので、通信線を減らすことができる。

本発明によれば、伝達歯の歯数が記憶手段に記憶されている。このため、駆動力伝達体が歯数の異なるものに変更されても、記憶手段の歯数を変更後の歯数に書き換えることにより、書き換えられた伝達歯の歯数に基づいて推力を算出できる。したがって、駆動力伝達体の伝達歯の歯数が変更されても、推力に対して所望の補助力を発生する、すなわち所望のアシスト比でモータを駆動することができる。

本発明の別の態様によれば、スプロケットの歯数が各変速段に対応して記憶手段に記憶されている。このため、外装変速装置のスプロケットが歯数の異なるものに交換されても、記憶手段に記憶された歯数を変更後の歯数に書き換えることにより、書き換えられたスプロケットの歯数に基づいて推力を算出できる。したがって、スプロケットの歯数が変更されても、推力に対する補助力の比率を各変速段において等しくすることができ、一定のアシスト比でモータを駆動することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、内装変速装置のギア比が変速段に対応して記憶されるとともに、駆動力伝達体の伝達歯の歯数が記憶手段に記憶されている。このため、駆動力伝達体（例えば、フロントスプロケット及び／又はリアスプロケット）が歯数の異なるものに交換されても、記憶手段に記憶された歯数を変更後の歯数に書き換えることにより、書き換えられた駆動力伝達体の歯数に基づいて推力を算出できる。したがって、駆動力伝達体の歯数が変更されても、推力に対する補助力の比率を各変速段において等しくすることができ、一定のアシスト比でモータを駆動することができる。

本発明の第１実施形態が採用された自転車の側面図。 第１実施形態に外装変速装置を示す側面図。 電力線通信部の構成を示すブロック図。 入力装置の接続形態を示すブロック図。 全体制御部の機能構成を示すブロック図。 全体制御部のアシスト動作を示すフローチャート。 第２実施形態が採用された自転車の側面図。 第２実施形態の図５に相当するブロック図。 第２実施形態の図７に相当するフローチャート。 他の実施形態による駆動力伝達体を示す模式図。 さらに他の実施形態による駆動力伝達体を示す模式図。

＜第１実施形態＞
図１において、本発明の第１実施形態を採用する自転車は人力よる駆動をモータユニット１０により補助するアシスト自転車である。なお、以下の説明では、自転車の左右は、通常、自転車を後方から見たときに右にあるのを右とし、左にあるのを左と規定している。

自転車は、フレーム体１０２及びフロントフォーク１０３を有するフレーム１０１と、ハンドル部１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６ｆと、後輪１０６ｒと、フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒと、前照灯２３と、尾灯２４と、を備えている。フロントフォーク１０３は、フレーム体１０２の前部に斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フロントブレーキ装置１０７ｆ及びリアブレーキ装置１０７ｒは、前輪１０６ｆ及び後輪１０６ｒを制動する。

フレーム１０１には、ハンドル部１０４を含む各部が取り付けられている。駆動部１０５は、フレーム体１０２のハンガー部に回転自在に支持されたクランク軸１１６と、クランク軸１１６の両端に固定されたギアクランク１１８ａ及び左クランク（図示せず）と、ギアクランク１１８ａに掛け渡されたチェーン１１９と、外装変速装置１１１と、を有している。外装変速装置１１１は、フロント外装変速装置１１１ｆと、リア外装変速装置１１１ｒと、を有している。

フロント外装変速装置１１１ｆは、図２に示すように、フロントディレーラ１０８ｆと、ギアクランク１１８ａに装着された、異なる数のスプロケット歯ＦＳ１ａ〜ＦＳ３ａを有する複数、本実施の形態では３枚のフロントスプロケットＦＳ１〜ＦＳ３と、を有している。スプロケット歯ＦＳ１ａ〜ＦＳ３ａは、伝達歯の一例である。フロントディレーラ１０８ｆは、図１に示すように、フレーム体１０２の中央部に装着可能であり、例えばシートスティに装着可能である。フロントディレーラ１０８ｆは、３枚のフロントスプロケットＦＳ１〜ＦＳ３のいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。フロントスプロケットＦＳ１は、スプロケット歯ＦＳ１ａの歯数ＦＴが例えば「４４」である。フロントスプロケットＦＳ２は、スプロケット歯ＦＳ２ａの歯数ＦＴが例えば「３２」である。フロントスプロケットＦＳ３は、スプロケット歯ＦＳ３ａの歯数ＦＴが例えば「２２」である。

リア外装変速装置１１１ｒは、図２に示すように、リアディレーラ１０８ｒと、後輪１０６ｒのリアハブ１１０に装着されたカセットスプロケット１０９の複数、本実施の形態では９枚のリアスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９と、を有している。リアディレーラ１０８ｒは、フレーム体１０２の後部に装着可能である。リアディレーラ１０８ｒは、９枚のスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９のいずれかにチェーン１１９を架け渡すものである。リアスプロケットＲＳ１からリアスプロケットＲＳ９に向かうに連れて歯数ＲＴが多くなる。リアスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９のスプロケット歯ＲＳ１ａ〜ＲＳ９ａの歯数ＲＴは、例えば「１１，１３，１５，１７，２０，２３，２６，３０，３４」である。スプロケット歯ＲＳ１ａ〜ＲＳ９ａは、伝達歯の一例である。本実施の形態では、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒは、いずれも電動駆動されるものである。リアディレーラ１０８ｒは、図１に示すように、フレーム体１０２の後部に装着可能である。

図１に示すように、フレーム体１０２の後上部には、リアキャリア１１２が取り付けられている。リアキャリア１１２には、全体制御部１２を含むリアキャリアユニット１３が装着されている。リアキャリアユニット１３は、後述するモータユニット１０、全体制御部１２及び前照灯２３等の電源となる蓄電部１４を着脱可能に搭載している。蓄電部１４は、例えばニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の蓄電池を含んでいる。蓄電部１４に尾灯２４が一体で取り付けられている。

前輪１０６ｆの中心には、前輪１０６ｆの駆動補助用のモータユニット１０が装着されている。モータユニット１０の内部には、図５に示すように、モータ６０と、インバータ６１と、速度センサ６２とが設けられている。モータ６０は、たとえば３相ブラシレスＤＣモータ又は交流モータである。インバータ６１は、蓄電部１４から直流出力された電流をモータ６０のアシストモードに応じたアシスト力を発生する交流電流に変換する。また、インバータ６１は、モータ６０の回生制動力を変化させる。速度センサ６２は、モータ６０の回転速度つまり、自転車の速度を検出する。

ハンガー部１２２には、クランク軸１１６に作用する踏力を検出可能なトルクセンサ１７（図５参照）及びクランク軸１１６の回転角度を検出する角度センサ（図示せず）が設けられている。

リアキャリアユニット１３は、全体制御部１２を内部に有している。全体制御部１２は、マイクロコンピュータを有し、接続された電装品を制御する。全体制御部１２は、アシストモードのとき、ライダーが駆動部１０５を駆動することによって発生する推力の最大でＮ１倍のアシスト力が発生するようにモータユニット１０を制御可能である。全体制御部１２は、複数の回生制動モードと複数のアシストモードとでモータ６０を制御する。具体的には、全体制御部１２は、アシストモードでは、推力のＮ１倍のアシスト力で補助する強アシストモード、Ｎ２倍のアシスト力で補助する中アシストモード、及びＮ３倍のアシスト力で補助する弱アシストモードの３つのアシストモードを有している。Ｎ１、Ｎ２及びＮ３は、予め定める補助比率ＡＲの数字を表し、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３に選ばれる。Ｎ１は例えば２に選ばれ、Ｎ２は例えば１．５に選ばれ、Ｎ３は例えば１に選ばれる。

また、回生制動モードは、常時回生モードと、後述する右ブレーキレバー１６ｆ及び/又は左ブレーキレバー１６ｒのレバー部材３１の移動位置に応じて制動力を変化させるブレーキ回生モードとの２つの制動モードを含んでいる。

また、モータユニット１０の動作モードには、アシスト及び回生制動を両方とも行わないオフモードも含まれている。

ハンドル部１０４は、図１に示すように、フロントフォーク１０３の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたバーハンドル型のハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、右ブレーキレバー１６ｆ及び左ブレーキレバー１６ｒと、グリップ１５と、が装着されている。ハンドルバー１１５の中央部には、表示装置１８が固定されている。右ハンドルレバー１６ｆ及び左ハンドルレバー１６ｒには、フロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒの変速操作を行うための変速操作スイッチを含む種々の操作スイッチが設けられている。フロント変速用及びリア変速用の変速操作スイッチは、それぞれシフトアップスイッチ及びシフトダウンスイッチを有している。

フロントディレーラ１０８ｆは、フロント変速モータ（図示せず）及びフロント段数センサ２１ｆ（図５に示す）を有し、リアディレーラ１０８ｒは、リア変速モータ（図示せず）及びリア段数センサ２１ｒ（図５に示す）を有している。フロント段数センサ２１ｆ及びリア段数センサ２１ｒは、変速段検出手段の一例である。フロント段数センサ２１ｆは、フロントディレーラ１０８ｆの変速段を検出し、リア段数センサ２１ｒは、リアディレーラ１０８ｒの変速段を検出する。また、フロントディレーラ１０８ｆはフロント変速モータを制御する図示しないフロント制御部を有し、リアディレーラ１０８ｒは、変速モータを制御する図示しないリア制御部を有している。このフロント段数センサ２１ｆ及びリア段数センサ２１ｒの出力に基づいて表示装置１８にフロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒの現在の変速段が各別に表示される。

表示装置１８には、右ブレーキレバー１６ｆ及び左ブレーキレバー１６ｒが別々の電力線７０を介して接続されている。

各電装品は、電力線通信により接続されかつシリアルバス構造で接続されている。これにより、全体制御部１２が搭載される電装品を除いて、いずれの電装品を接続又は離脱しても、電装システムは動作可能である。また、後述する電力線通信部９０を有する外部機器を、リアキャリアユニット１３を含むいずれの電装品にも接続できる。

全体制御部１２が搭載された電装品を含む各電装品には、図３に示すように、電力線通信部９０と、電装品を制御する電装品制御部９２とが設けられている。電力線通信部９０は、ＰＬＣ（Power Line Communications）によって通信を行う。すなわち電力線を介して双方向の通信を行う。電力線通信部９０は、１又は複数の電力線接続部９０ａを有している。電力線接続部９０ａは、電力線７０の両端に設けられたプラグ部６５が着脱可能な形状を有し、プラグ部６５を係止する。

電力線通信部９０は、電力に重畳された制御信号を復号及び変調する信号処理部９０ｂを有している。信号処理部９０ｂは、例えば、ＯＦＤＭ方式（直交周波数分割多重方式）により制御信号を復号及び変調する。

電装品制御部９２は、マイクロコンピュータを有し、個別の電装品を制御するためのものである。電装品制御部９２には、電装品固有の識別情報が格納された識別情報記憶部９３が接続されている。全体制御部１２は、電装品が接続されると、この識別情報を電装品から受け取り、接続された電装品を認識する。これにより、全体制御部１２は、接続された電装品に向けて制御信号を送信する。また、接続された電装品から制御信号を受信する。なお、全体制御部１２は、リアキャリアユニット１３の電装品制御部９２の機能を有している。

前述したように、各電装品は、シリアルバス構造に接続されている。すなわち、電力線通信部９０と電力線７０とでシリアルバスが構成される。

本実施形態では、電装品を電力線通信により接続しているため、図４に示すように、電力線通信機能と、外部機器接続機能とを有する変換部９８を設けると、外部機器との間での間でデータをやり取りできる。たとえば、いずれかの電装品の電力線通信部９０に、変換部９８を接続することにより、後述する記憶部９５の記憶内容を外部機器により書換可能になる。電装品に設けられた電力線通信部９０は、インターフェース部の一例である。具体的には、図４では、外部機器である入力装置として、例えばパーソナルコンピュータ１２５（以下、ＰＣ１２５という）を用いている。変換部９８は上述した電力線通信部９０を有していると共に、外部機器接続機能としてＰＣ１２５と例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格で通信可能なＵＳＢ通信部９９を有しており、ＰＣ１２５とＵＳＢケーブル７８を介して接続可能である。

＜モータ制御システムの機能構成＞
図５に示すように、本発明の第１実施形態によるモータ制御システム１１７は、全体制御部１２を有している。全体制御部１２は、ソフトウェアで実現される機能構成として、変速制御部７２と、アシスト制御部７３と、回生制動制御部７４と、を有している。また、全体制御部１２には、蓄電部１４と、インバータ６１と、トルクセンサ１７と、リア段数センサ２１ｒと、フロント段数センサ２１ｆと、記憶部９５と、が接続されている。トルクセンサ１７は、踏力検出手段の一例であり、記憶部９５は、記憶手段の一例である。記憶部９５は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read only memory）又はフラッシュメモリ等の書換可能な不揮発メモリ素子で構成されており、フロント歯数記憶部９６と、リア歯数記憶部９７と、を有している。記憶部９５は、全体制御部１２とともにリアキャリアユニット１３に設けられている。

フロント歯数記憶部９６には、フロント外装変速装置１１１ｆの変速段と、この変速段に対応するフロントスプロケットＲＳ１〜ＲＳ３の歯数ＲＴが記憶されている。たとえば高速の変速段１のフロントスプロケットＦＳ１、中速の変速段２のフロントスプロケットＦＳ２及び低速の変速段３のフロントスプロケットＦＳ３の歯数ＦＴが、それぞれ「４４」，「３２」，「２２」としてフロント歯数記憶部９６に記憶されている。

リア歯数記憶部９７には、リア外装変速装置１１１ｒの変速段と、この変速段に対応するリアスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９の歯数ＲＴが記憶されている。リア外装変速装置１１１ｒのリアスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９の歯数ＲＴが変速段１〜９の順に、たとえば「１１，１３，１５，１７，２０，２３，２６，３０，３４」としてリア歯数記憶部９７に記憶されている。この記憶内容は、前述したように、記憶部９５が設けられている電装品に変換部９８を接続し、さらに変換部９８にＰＣ１２５を接続することにより、ＰＣ内にロードされたソフトウェアにより書換可能である。したがって、フロントスプロケットＦＳ１〜ＦＳ３及びリアスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９のいずれかを歯数の異なるものに交換した場合には、変換部９８を介して電装品にＰＣ１２５を接続することにより歯数ＦＴ及び歯数ＲＴの少なくとも一方を書き換えることができる。

変速制御部７２は、フロント変速用及びリア変速用の変速操作スイッチのシフトアップスイッチ及びシフトダウンスイッチの操作に応じてフロントディレーラ１０８ｆ及びリアディレーラ１０８ｒの段数を制御する。アシスト制御部７３は、スイッチ操作で選択されたアシストモードでインバータ６１を介してモータ６０を制御する。回生制動制御部７４は、スイッチ操作で選択された回生制動モードでインバータ６１を介してモータ６０を制御する。

アシスト制御部７３は、機能構成として、ギア比算出部７５と、推力算出部７６と、出力制御部７７と、を有している。推力算出部７６は、推力算出手段の一例であり、出力制御部７７はモータ制御手段の一例である。ギア比算出部７５は、アシストモード処理のときに、記憶部９５のフロント歯数記憶部９６及びリア歯数記憶部９７から現在のフロント外装変速装置１１１ｆ及びリア外装変速装置１１１ｒの変速段に対応するフロント歯数ＦＴ及びリア歯数ＲＴを読み込み、ギア比Ｒ（Ｒ＝ＦＴ／ＲＴ）を算出する。推力算出部７６は、トルクセンサ１７からライダーの現在の踏力のトルクＴを表す情報を読み込み、読み込んだ情報が表すトルクＴと算出されたギア比Ｒとに基づいて現在の推力ＤＦ（ｄｆ＝（１／Ｒ）×Ｔ）を算出する。推力ＤＦは、人力によって駆動される駆動輪の出力トルク、すなわち後輪の出力トルクを表す。出力制御部７７は、算出された推力ＤＦにアシストモードに応じた補助比率ＡＲを乗算して補助力ＡＦ（ＡＦ＝ＡＲ×ＤＦ）を求める。そして算出された補助力ＡＦに応じてモータ６０の出力を制御する。

＜アシスト制御部の制御動作＞
次に、全体制御部１２及びアシスト制御部７３の制御動作を、図６に示す制御フローチャートに基づいて説明する。なお、図６に示す処理は本発明の制御動作の一例であり、本発明はこれに限定されない。

蓄電部１４からの電力が全体制御部１２に供給されると、全体制御部１２が制御動作を開始する。

アシストモード処理では、図６のステップＳ２１でリア段数センサ２１ｒ及びフロント段数センサ２１ｆから現在の変速段に関する情報を取り込む。ステップＳ２２では、ステップＳ２１ｆで取り込んだ現在の変速段に関する情報に基づいて、記憶部９５のフロント歯数記憶部９６及びリア歯数記憶部９７から現在の変速段に対応するフロント歯数ＦＴ及びリア歯数ＲＴを読み込む。ステップＳ２３では、読み込んだフロント歯数ＦＴとリア歯数ＲＴとからフロント外装変速装置１１１ｆとリア外装変速装置１１１ｒとのギア比Ｒを算出する。具体的には、フロント歯数ＦＴをリア歯数ＲＴで除算してギア比Ｒ（Ｒ＝ＦＴ／ＲＴ）を算出する。ステップＳ２４では、トルクセンサ１７からライダーの踏力を表すトルクＴを取り込む。ステップＳ２５では、取り込んだトルクＴと算出した変速比Ｒとから自転車の推力ＤＦを算出する。推力ＤＦは、変速比Ｒの逆数（１／Ｒ）にトルクＴを乗算（ＤＦ＝（１／Ｒ）×Ｔ）することにより得られる。ステップＳ２６では、補助力ＡＦを算出する。補助力ＡＦは、算出された推力ＤＦにアシストモードに応じた補助比率ＡＲを乗算（ＡＦ＝ＡＲ×ＤＦ）することにより求められる。ステップＳ２７では、得られた補助力ＡＲを出力するようにモータユニット１０のインバータ６１を介してモータ６０の出力を制御する。具体的には、インバータ６１によりモータ６０を補助比率に応じてパルス幅変調を用いて駆動する。図６のアシストモード処理は、変速が行われる度にスタートしてもよく、予め定める間隔で繰り返し実行されてもよい。

このように第１実施形態では、フロント外装変速装置１１１ｆのフロントスプロケット機ＦＳ１〜ＦＳ３のフロント歯数ＦＴとリア外装変速装置１１１ｒのリアスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９のリア歯数ＲＴとをそれぞれの変速段に対応して記憶部９５のフロント歯数記憶部９６とリア歯数記憶部９７とに書換可能に記憶している。このため、フロントスプロケットＦＳ１〜ＦＳ３及びリアスプロケットＲＳ１〜ＲＳ９のいずれかを交換しても、各変速段において、推力に対する補助力の比率を各変速段において等しくすることができ、一定のアシスト比でモータを駆動することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、外装変速装置１１１を有する自転車に対して本発明を適用したが、本発明は、変速装置の有無に関わらず駆動力伝達体を有する全ての自転車に適用できる。

図７において、第２実施形態を採用する自転車は、人力よる駆動をモータユニット２１０により補助するアシスト自転車である。なお、第２実施形態の各構成要素の符号については、第１実施形態の各構成要素と同一又は類似するものについて、第１実施形態の符号に２００を加算して図面に記載し、一部の構成を除いて明細書で説明している。

自転車は、第１実施形態と同様に、フレーム体３０２及びフロントフォーク３０３を有するフレーム３０１と、ハンドル部３０４と、駆動部３０５と、前輪３０６ｆと、後輪３０６ｒと、フロントブレーキ装置３０７ｆ及びリアブレーキ装置３０７ｒと、前照灯２２３と、尾灯２２４と、を備えている。後輪３０６ｒには、電動駆動される内装変速ハブ３１１が装着されている。内装変速ハブ３１１は、内装変速装置の一例である。内装変速ハブ３１１は、例えば８段変速のものである。内装変速ハブ３１１の各変速段のギア比は、高速段から低速段に向かって徐々に小さくなる。内側変速ハブ３１１のハブギア比ＲＩは、高速段から低速段に向かって、例えば「１．６１，１．４２，１．２２，１．００，０．８５，０．７５，０．６４，０．５３」である。内装変速ハブ３１１には、変速モータ（図示せず）と段数センサ２２１（図８に示す）とが設けられている。ギアクランク３１８ａは、１枚のフロントスプロケットＦＳを有し、内装変速ハブ３１１には、１枚のリアスプロケットＲＳが装着されている。フロントスプロケットＦＳの歯数は、例えば「３２」であり、リアスプロケットＲＳの歯数は、例えば「１４」である。

フレーム体３０２の後上部には、第１実施形態と同様にリアキャリア３１２が取り付けられている。リアキャリア３１２には、全体制御部２１２を含むリアキャリアユニット２１３が装着されている。リアキャリアユニット３１３は、後述するモータユニット２１０、全体制御部２１２及び前照灯２２３等の電源となる蓄電部２１４を着脱可能に搭載している。蓄電部２１４は、例えばニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の蓄電池を含んでいる。蓄電部２１４に尾灯２２４が一体で取り付けられている。リアキャリアユニットに代えてフレーム体３０２の中央部分に全体制御部及び蓄電部を配置してもよい。

表示装置２１８は、概ね第１実施形態と同じであるが、サイクルコンピュータ画面では、８段の変速段のいずれかが表示される点が第１実施形態と異なる。変速操作部（図示せず）は、ハンドルバー３１５に配置されたシフトアップ及びシフトダウンスイッチを有している。

右ブレーキレバー２１６ｆ及び左ブレーキレバー２１６ｒの構成は、第１実施形態と同様である。

電装品については、フロントディレーラ用のものがなく、また、リアディレーラ用の電装品が内装変速ハブ３１１用の電装品となっている点が異なり、その他の点は第１実施形態と同じである。電装品は、第１実施形態と同様に電力線通信により接続されている。

＜全体制御部の機能構成＞
図８に示すように、モータ制御システム３１７は、全体制御部２１２を有している。全体制御部２１２は、ソフトウェアで実現される機能構成として、変速制御部２７２と、アシスト制御部２７３と、回生制動制御部２７４と、を有している。アシスト制御部２７３は、モータ制御システムの一例である。また、全体制御部２１２には、蓄電部２１４と、インバータ２６１と、ハンガー部３２２に設けられたトルクセンサ２１７と、段数センサ２２１と、記憶部２９５と、が接続されている。

記憶部２９５は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read only memory）又はフラッシュメモリ等の書換可能な不揮発メモリ素子で構成されており、フロント歯数記憶部２９６と、リア歯数記憶部２９７と、ハブギア比記憶部２９４と、を有している。フロント歯数記憶部２９６には、フロントスプロケットＦＳのフロント歯数ＦＴが記憶されている。リア歯数記憶部２９７には、リアスプロケットＲＳのリア歯数ＲＴが記憶されている。ここでは、第１実施形態と異なり、フロントとリアでそれぞれ一つの歯数が記憶されている。また、ハブギア比記憶部２９４には、内装変速ハブ３１１の各変速段に対応してギア比が記憶されている。このギア比の数値は前述したものである。このハブギア比記憶部２９４がある点が第２実施形態と異なる。なお、ハブギア比記憶部２９４は、通常は書き換えする必要がないため、記憶部２９５とは別に読出専用の記憶部に記憶させてもよい。この場合、内装変速ハブ内に読出専用の記憶部を設けてもよい。

変速制御部２７２は、シフトアップスイッチ及びのシフトダウンスイッチの操作に応じて内装変速ハブ３１１の段数を制御する。アシスト制御部２７３は、スイッチ操作で選択されたアシストモードでインバータ２６１を介してモータ２６０を制御する。回生制動制御部２７４は、スイッチ操作で選択された回生制動モードでインバータ２６１を介してモータ２６０を制御する。

アシスト制御部２７３は、機能構成としてギア比算出部２７５と、推力算出部２７６と、出力制御部２７７と、を有している。ギア比算出部２７５は、アシストモード処理のときに、記憶部２９５のフロント歯数記憶部２９６及びリア歯数記憶部２９７から現在のフロント歯数ＦＴ及びリア歯数ＲＴを読み込むとともに、ハブギア比記憶部２９４から現在の内装変速ハブ３１１のハブギア比ＲＩを読み込み、ギア比Ｒ（Ｒ＝ＲＩ×（ＦＴ／ＲＴ））を算出する。推力算出部２７６は、トルクセンサ２１７からライダーの現在の踏力のトルクＴを表す情報を読み込み、読み込んだ情報が表すトルクＴと算出されたギア比Ｒとに基づいて現在の推力ＤＦ（ｄｆ＝（１／Ｒ）×Ｔ）を算出する。出力制御部７７は、算出された推力ＤＦにアシストモードに応じた補助比率ＡＲを乗算して補助力ＡＦ（ＡＦ＝ＡＲ×ＤＦ）を求める。そして算出された補助力ＡＦに応じてモータ２６０の出力を制御する。

＜アシスト制御部の制御動作＞
次に、アシスト制御部２７３の制御動作を、図９に示す制御フローチャートに基づいて説明する。なお、図９に示す処理は本発明の制御動作の一例であり、本発明はこれに限定されない。

アシストモードを実行するステップＳ３１において、記憶部２９５のフロント歯数記憶部２９６及びリア歯数記憶部２９７から現在のフロント歯数ＦＴ及びリア歯数ＲＴを読み込むとともに、ハブギア比記憶部２９４から現在の内装変速ハブ３１１のハブギア比ＲＩを読み込む。ステップＳ３３では、読み込んだフロント歯数ＦＴとリア歯数ＲＴとハブギア比ＲＩとからギアクランク３１８ａから内装変速ハブ３１１までのギア比Ｒを算出する。具体的には、フロント歯数ＦＴをリア歯数ＲＴで除算した値にハブギア比を乗算してギア比Ｒ（Ｒ＝ＲＩ×（ＦＴ／ＲＴ））を算出する。ステップＳ３４では、トルクセンサ２１７からライダーの踏力を表すトルクＴを取り込む。ステップＳ３５では、取り込んだトルクＴと算出した変速比Ｒとから自転車の推力ＤＦを算出する。推力ＤＦは、変速比Ｒの逆数（１／Ｒ）にトルクＴを乗算（ＤＦ＝（１／Ｒ）×Ｔ）することにより得られる。推力ＤＦは、人力によって駆動される駆動輪の出力トルク、すなわち後輪の出力トルクを表す。ステップＳ３６では、補助力ＡＦを算出する。補助力ＡＦは、算出された推力ＤＦにアシストモードに応じた補助比率ＡＲを乗算（ＡＦ＝ＡＲ×ＤＦ）することにより求められる。ステップＳ３７では、得られた補助力ＡＲを出力するようにモータユニット２１０のインバータ２６１を介してモータ２６０の出力を制御する。具体的には、インバータ２６１によりモータ２６０を補助比率に応じてパルス幅変調を用いて駆動する。

このように、内装変速ハブ３１１を有する自転車に本発明を適用して第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（ａ）前記実施形態では、フロントディレーラ１０８ｆ、リアディレーラ１０８ｒ及び内装変速ハブ３１１は、いずれも電動駆動されるものであるが、これらは変速操作部と変速ケーブルによって接続されて駆動される構成としてもよい。

（ｂ）前記実施形態では、変速段検出手段としてのフロント段数センサ２１ｆ、リア段数センサ２１ｒ、及び段数センサ２２１を変速装置に設けたが、変速操作部に設けてもよい。特に、変速装置が電動駆動ではなく、変速ケーブルで変速操作部と連結されている手動駆動の場合、変速操作部の操作位置により変速段を検出するようにしてもよい。

（ｃ）前記実施形態では、伝達歯を有する駆動力伝達体としてスプロケットを開示したが、本発明はこれに限定されない。図１０に示すように、伝達歯を有する駆動力伝達体としてフロント歯付きプーリＦＰとリア歯付きプーリＲＰとを歯付きベルト４１９で連結したベルト駆動の自転車にも本発明を適用できる。また、図１１に示すように、フロント傘歯車ＦＢとリア傘歯車ＲＢとを連結シャフト５１９で連結したシャフト駆動の自転車にも本発明を適用できる。この場合、歯付きプーリ又は傘歯車の歯数を記憶部に書換可能に記憶すればよい。

（ｄ）前記実施形態では、電装品が電力線通信により接続されているが、通常の制御線及び電力線を別々に配線したシステムにも本発明を適用することができる。

（ｅ）前記実施形態では、入力装置としてＰＣ１２５を用い、変換部９８を介して電装品と接続したが、本発明はこれに限定されない。例えば、表示装置に入力装置としての数値入力用のテンキー等の入力キーを配置し、表示装置上で記憶部の記憶内容を書き換えるようにしてもよい。この場合、表示装置の画面をアシスト画面とサイクルコンピュータ画面に加えて入力画面に切り換えられるようにしてもよい。

（ｆ）前記実施形態では、リアキャリアユニット１３に変換部９８を介して入力装置としてのＰＣ１２５を接続したが、電力線通信部９０を有する全ての電装品のいずれか一つに入力装置を接続できる。

（ｇ）前記実施形態では、記憶部２５に記憶される歯数のみを書き換えているが、歯数のみはなく、変速段の数についても書き換えてもよい。たとえば、リアスプロケットの数を９枚から１０枚に増やす、又は９枚から８枚に減らしたときに、記憶部に記憶される変速段の数についても９段から１０段に増やす、又は９段から８段に減らし、これらに対応する歯数を記憶させてもよい。

１２，２１２ 全体制御部
１７，２１７ トルクセンサ
２１ｆ フロント段数センサ
２１ｒ リア段数センサ
６０，２６０ モータ
７３，２７３ アシスト制御部
７５，２７５ ギア比算出部
７６，２７６ 推力算出部
７７，２７７ 出力制御部
９０ 電力線通信部
９２ 電装品制御部
９５，２９５ 記憶部
９６，２９６ フロント歯数記憶部
９７，２９７ リア歯数記憶部
１０８ｆ フロントディレーラ
１０８ｒ リアディレーラ
１０９ カセットスプロケット
１１１ 外装変速装置
１１１ｆ フロント外装変速装置
１１１ｒ リア外装変速装置
１１７，３１７ モータ制御システム
１２５ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
２２１ 段数センサ
２９４ ハブギア比記憶部
３１１ 内装変速ハブ
４１９ 歯付きベルト
５１９ 連結シャフト

Claims (12)

1. 複数の伝達歯が形成された駆動力伝達体を有する自転車に搭載可能な駆動補助用のモータを制御する自転車用モータ制御システムであって、
   前記伝達歯の歯数を記憶可能な記憶手段と、
   踏力を検出可能な踏力検出手段と、
   前記踏力検出手段によって検出される踏力と、前記記憶手段に記憶されている伝達歯の歯数と、に基づいて推力を算出する推力算出手段と、
   前記推力に基づいて前記モータを制御するモータ制御手段と、
   を備える自転車用モータ制御システム。
2. 前記駆動力伝達体はスプロケットであり、
   前記自転車に搭載される外装変速装置の変速段を検出可能な変速段検出手段をさらに備え、
   前記記憶手段は、前記外装変速装置の変速段と、前記変速段に対応する前記スプロケットの歯数と、を記憶し、
   前記推力算出手段は、前記踏力検出手段によって検出される踏力と、前記変速段検出手段によって検出された変速段に対応して前記記憶手段に記憶されている前記スプロケットの歯数と、に基づいて推力を算出する、請求項１に記載の自転車用モータ制御システム。
3. 前記外装変速装置は、複数のフロントスプロケットとフロントディレーラとを有するフロント変速装置を備え、
   前記記憶手段は、前記フロント変速装置の変速段と、前記変速段に対応する複数の前記フロントスプロケットの歯数と、を記憶する、請求項２に記載の自転車用モータ制御システム。
4. 前記外装変速装置は、複数のリアスプロケットとリアディレーラとを有するリア変速装置を備え、
   前記記憶手段は、前記リア変速装置の変速段と、前記変速段に対応する複数の前記リアスプロケットの歯数と、を記憶する、請求項２に記載の自転車用モータ制御システム。
5. 前記外装変速装置は、複数のフロントスプロケットとフロントディレーラとを有するフロント変速装置と、複数のリアスプロケットとリアディレーラとを有するリア変速装置と、を備え、
   前記記憶手段は、前記フロント変速装置の変速段と前記変速段に対応する複数の前記フロントスプロケットの歯数、及び前記リア変速装置の変速段と前記変速段に対応する複数の前記リアスプロケットの歯数、を記憶する、請求項２に記載の自転車用モータ制御システム。
6. 前記変速段検出手段は、前記外装変速装置に設けられている、請求項２から５のいずれか１項に記載の自転車用モータ制御システム。
7. 前記自転車は、フロントスプロケット及びリアスプロケットを有し、
   前記推力算出手段は、フロントスプロケットの歯数をリアスプロケットの歯数で除算した値の逆数に、前記踏力を乗算して前記推力を求める、請求項２から６のいずれか１項に記載の自転車用モータ制御システム。
8. 前記自転車に搭載される内装変速装置の変速段を検出可能な変速段検出手段をさらに備え、
   前記記憶手段は、前記内装変速装置の変速段と、前記変速段に対応するギア比をさらに記憶し、
   前記推力算出手段は、前記踏力と前記変速段検出手段によって検出された変速段に対応に対応して前記記憶手段に記憶されているギア比と、前記記憶手段に記憶されている前記駆動力伝達体の前記伝達歯の歯数と、に基づいて前記推力を算出する、請求項１に記載の自転車用モータ制御システム。
9. 前記駆動力伝達体は、スプロケット、歯付きプーリ及び傘歯車のいずれか一つを含む、請求項１又は８に記載の自転車用モータ制御システム。
10. インタフェース部をさらに備え、
    前記記憶手段の記憶内容は、インタフェース部を介して書換可能である、請求項１から９のいずれか１項に記載の自転車用モータ制御システム。
11. 前記インタフェース部に接続される入力装置をさらに備える、請求項１０に記載の自転車用モータ制御システム。
12. 前記インタフェース部は、電力線通信を用いて通信可能である、請求項１０又は１１に記載の自転車用モータ制御システム。

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