JP2013116704A - 二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】 自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することが可能な二輪車を提供する。
【解決手段】 クランキングねじりモーメントが車体に作用した場合には、メインチューブ１１Ａのねじり剛性を大きくする。外乱ねじりモーメントが作用した場合には、メインチューブ１１Ａのねじり剛性を小さくする。これにより、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、進行方向に沿って配置された２つの車輪、及びこれらの車輪が直接的又は間接的に組み付けられたフレームを有する車体からなる二輪車に関するものである。

例えば、特許文献１に記載の二輪車では、後輪がフレームに対して上下方向に揺動可能な構成とするとともに、バネ及びオイルダンパー等からなるショックアブソーバーにより後輪の揺動を制御している。

特開平９−１９３８６９号公報

ところで、特許文献１に記載の二輪車は、いわゆる「ダウンヒル競技等に用いられるマウンテンバイク」、又はマウンテンバイクに類似した自転車である。
ここで、ダウンヒル競技とは、荒れた下坂を短時間で走破することを目的とした競技である。このため、マウンテンバイク等においては、路面から車体に作用する外力をショックアブソーバーにより吸収している。そして、車体に作用する外力を効果的に吸収するには、ショックアブソーバーのバネ定数及びオイルダンパーの減衰力を小さくする必要がある。

一方、自転車のペダルは、クランクの先端部、つまり回転中心から偏心した位置に設けられているので、ライダーである運転者が、いわゆる「自転車を漕ぐ」動作を行うと、これに伴って周期的な力がフレームに作用する。

このため、ショックアブソーバーのバネ定数及びオイルダンパーの減衰力を小さくすると、自転車を漕ぐ動作に呼応して車体が大きく揺れてしまうため、進行方向が定まり難くなり、車体の安定性が低下してしまう。このため、主に、舗装された路面を走行する、いわゆる「ロードバイク」には、ショックアブソーバーが設けられていない。

しかし、ロードバイクは、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることがないものの、車体に作用する外力を効果的に吸収することができないので、乗り心地の面で難がある。
そこで、シティサイクル等のショックアブソーバーが設けられていない通常型自転車においては、（ａ）自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れず、かつ、（ｂ）適度に外力を吸収することが可能な車体剛性を標榜した設計としている。

しかし、２つの要件を同時に満たす車体剛性を得ることは非常に難しく、現実には、いずれか一方の要件をのみ重要視した車体剛性とならざるを得ない。
本発明は、上記点に鑑み、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することが可能な二輪車を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、進行方向に沿って配置された２つの車輪（３Ａ、３Ｂ）、及び２つの車輪（３Ａ、３Ｂ）が直接的又は間接的に組み付けられたフレーム（１１）を有する車体からなる二輪車であって、運転者により操作され、駆動輪（３Ｂ）に伝達される駆動力を発生させるクランク部（７）と、メインチューブ（１１Ａ）の変形を制御する制御部（１７、１３）とを備えることを特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明では、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することが可能な二輪車を得ることが可能となる。

請求項２に記載の発明では、制御部は、クランク部（７）が操作されたか否か判定する第１判定部（１７Ａ）、及び第１判定部（１７Ａ）によりクランク部（７）が操作されたと判定された場合に、第１判定部（１７Ａ）によりクランク部（７）が操作されたと判定される前に比べて、フレーム（１１）のねじり変形を抑制するねじり変形抑制部（１７Ｃ）を有することを特徴とする。

これにより、請求項２に記載の発明では、いわゆる「自転車を漕ぐ動作」を運転者が行っても、ねじり変形抑制部（１７Ｃ）の作用により、車体が大きく揺れてしまうことを抑制できるので、外力を吸収できる程度までフレーム（１１）の剛性を小さくすることができる。

したがって、請求項２に記載の発明では、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することが可能な二輪車を得ることが可能となる。

請求項５に記載の発明では、制御部は、車体に外力が作用したか否かを判定する第２判定部（１７Ｂ）、及び第２判定部（１７Ｂ）により車体に外力が作用したと判定された場合に、第２判定部（１７Ｂ）により車体に外力が作用したと判定される前に比べて、フレーム（１１）のねじり変形を促進するねじり変形促進部（１７Ｄ）とを有することを特徴とする。

これにより、請求項５に記載の発明では、車体に外力が作用した際に、フレーム（１１）の変形を促進することができるので、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。

つまり、フレーム（１１）の剛性を自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制することができる程度の大きな剛性としても、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。

したがって、請求項５に記載の発明では、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することが可能な二輪車を得ることが可能となる。

なお、「フレーム（１１）の変形を促進する」とは、後述する実施形態のごとく、積極的にフレーム（１１）を変形させる場合は勿論、フレーム（１１）の剛性を低下させることによりフレーム（１１）の変形を促進する場合も含む意味である。

請求項８に記載の発明では、制御部は、クランク部（７）が操作されたか否か判定する第１判定部（１７Ａ）と、第１判定部（１７Ａ）によりクランク部（７）が操作されたと判定された場合に、第１判定部（１７Ａ）によりクランク部（７）が操作されたと判定される前に比べて、フレーム（１１）のねじり変形を抑制するねじり変形抑制部（１７Ｃ）とを備えることを特徴とする。

これにより、請求項８に記載の発明では、請求項２の作用・効果及び請求項３の作用・効果を同時に得ることができるので、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを確実に抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することが可能な二輪車を得ることが可能となる。

請求項３、６、９に記載の発明では、電動モータ（１３）でねじり変形の抑制や促進を制御することができるので、車体の揺れを効果的に抑制しつつ、外力を効果的に吸収することができる。

請求項４、７、１０に記載の発明では、メインチューブ（１１Ａ）に発生するねじり振動周波数を検出する周波数検出部（１５）を備え、周波数検出部（１５）が検出した振動周波数に基づいて判定するので、第１判定部（１７Ａ）や第２判定部（１７Ｂ）を簡素な構成で構成することができる。

請求項１１に記載の発明では、２つの車輪（３Ａ、３Ｂ）のうち少なくとも一方の車輪に駆動力を付与する駆動電動モータ（５）を備えることを特徴とする。
これにより、請求項１１に記載の発明では、駆動電動モータ（５）用の電源を用いて上記電動モータ（１３）等を駆動することができる。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る自転車１を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車１の特徴部分を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はクランキングねじりモーメントの説明図である。 （ａ）、（ｂ）は外乱ねじりモーメントの説明図である。 メインチューブ１１Ａをアクティブサスペンション、変形制御機構として機能させる概念図である。 本発明の第１実施形態に係る電子制御ユニット１７のブロック図である。 （ａ）〜（ｆ）は電子制御ユニット１７の作動説明用の図である。 本発明の第２実施形態に係る電子制御ユニット１７のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る電子制御ユニット１７の作動を示すフローチャートである。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

そして、本実施形態は、いわゆる「電動アシスト自転車」に本発明を適用したものである。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
なお、電動アシスト自転車（以下、自転車１という。）とは、図１に示すように、進行方向に沿って配置された２つの車輪３Ａ、３Ｂのうち少なくとも一方の車輪に対して、電動モータ５で発生した駆動力を付与することが可能な自転車をいう。

そして、本実施形態に係る自転車１では、前輪３Ａのハブに電動モータ５が内蔵されているため、電動モータ５は、前輪３Ａに駆動力を付与する。一方、ライダーである運転者が、いわゆる「自転車を漕ぐ」動作を行うと、その動作によって発生した駆動力は、チェーンやベルト又はシャフト等の駆動力伝達手段（図示せず。）を介して後輪３Ｂに伝達される。

因みに、電動モータ５の制御は、公知の電動アシスト自転車と同じであるので、その詳細説明は省略する。
（第１実施形態）
１．自転車の構造
前輪３Ａは操舵用の車輪であり、後輪３Ｂは駆動輪の１つである。前輪３Ａは、ハンドル９を介して運転者（ライダー）により直接的に操舵される。一方、後輪３Ｂには、運転者により脚踏み操作されるクランクペダル７で発生した駆動力が動力伝達手段を介して伝達される。

そして、２つの車輪３Ａ、３Ｂは、フレーム１１に直接的又は間接的に組み付けられている。すなわち、フレーム１１は、メインチューブ１１Ａ、フロントフォーク１１Ｃ、シートチューブ１１Ｅ、チェーンステー１１Ｆ及びシートステー１１Ｇ等から構成されている。なお、フレーム１１を構成する各チューブ等１１Ａ〜１１Ｇは、アルミニウムやクロモリブテン鋼等の金属製である。

メインチューブ１１Ａは、２つの車輪３Ａ、３Ｂ間に配設されたパイプ状のフレームである。そして、本実施形態に係るメインチューブ１１Ａは、図２に示すように、一直線上に配置された第１チューブ１１Ｊ及び第２チューブ１１Ｋ等を有して構成されている。

また、メインチューブ１１Ａの長手方向一端側、つまり第１チューブ１１Ｊの前輪３Ａ側には、ヘッドチューブ１１Ｂが溶接されている。そして、ヘッドチューブ１１Ｂには、図１に示すように、先端に前輪３Ａが組み付けられたフロントフォーク１１Ｃが回転可能に組み込まれている。

一方、メインチューブ１１Ａの長手方向他端側、つまり第２チューブ１１Ｋの後輪３Ｂ側には、ボトムチューブ１１Ｄが溶接されている。そして、シートチューブ１１Ｅは、ボトムチューブ１１Ｄから上方側に延びている。また、チェーンステー１１Ｆはボトムチューブ１１Ｄから後輪３Ｂ側に延びている。

そして、シートステー１１Ｇは、シートチューブ１１Ｅの先端側とチェーンステー１１Ｆの先端側とを連結してトラス構造を構成する。なお、後輪３Ｂは、シートステー１１Ｇとチェーンステー１１Ｆとの連結部に組み付けられている。運転者が座るサドル１１Ｌは、シートチューブ１１Ｅの先端側に組み付けられている。

２．フレームの変形制御
２．１ 変形制御の概要
運転者により脚踏み操作されるクランクペダル７は、回転中心から偏心した位置に設けられているので、運転者が「自転車を漕ぐ」動作を行うと、これに伴って周期的な力がフレームに作用する。

すなわち、左右一対のクランクペダル７は交互に脚踏みされる。このとき、例えば、運転者が右側のクランクペダル７を踏み込んでいるときには、図３（ａ）に示すように、運転者は、無意識のうちに、クランクペダル７を踏み込む脚力によって体が浮き上がることを防止すべく、ハンドル９の右側を上方側に引き上げる。

このため、運転者が右側のクランクペダル７を踏み込んでいるときには、図３（ｂ）に示すように、メインチューブ１１Ａの長手方向一端側、つまり第１チューブ１１Ｊの前輪３Ａ側には左向きのトルクＴ１が作用する。一方、メインチューブ１１Ａの長手方向他端側、つまり第２チューブ１１Ｋの後輪３Ｂ側には右向きのトルクＴ２が作用する。

そして、運転者が左側のクランクペダル７を踏み込んでいるときには、上記とは逆に、メインチューブ１１Ａの長手方向一端側に右向きのトルクが作用し、メインチューブ１１Ａの長手方向他端側には左向きのトルクが作用する。したがって、運転者が「自転車を漕ぐ」動作を行うと、これに伴って周期的な力がねじりモーメントがメインチューブ１１Ａに作用する。以下、このねじりモーメントをクランキングねじりモーメントという。

また、自転車１等の二輪車は、左右のバランスを微調整しながら進行するので、直進状態であっても車体は、常に左右いずれかに傾いている。特に、自転車１は、自動二輪車に比べて速度が低く、ジャイロ効果も殆ど期待できないため、直進状態であっても車体は、常に左右いずれかに傾いている。

このため、車輪３Ａ、３Ｂを介して路面から車体に外力が作用した場合の多くは、車体を傾けて旋回している場合は勿論のこと、直進状態であっても、図４（ａ）に示すような状態となる。そして、この車体に作用する外力は、車体及び運転者に作用する重力との関係で、図４（ｂ）に示すように、メインチューブ１１Ａに対してねじりモーメントを作用させる。以下、このねじりモーメントを外乱ねじりモーメントという。

したがって、自転車１の走行時においては、主に２種類のねじりモーメントがメインチューブ１１Ａに作用する。しかし、メインチューブ１１Ａのねじり剛性を、（ａ）自転車１を漕ぐ際に車体が大きく揺れず、かつ、（ｂ）適度に外力を吸収する、という２つの要件を同時に満たす剛性を得ることは、材料の特性上、非常に難しい。

そこで、本実施形態では、上記の合い反する２つの要件を同時に満たす剛性を得るべく、メインチューブ１１Ａそれ自体を、ねじりモーメントを受ける一種の電子制御式アクティブサスペンションと機能させている。

２．２ 変形制御機構（アクティブサスペンション機能）について
図５は、メインチューブ１１Ａをアクティブサスペンション、つまり変形制御機構として機能させるための構成を示す概念図である。

すなわち、第１チューブ１１Ｊと第２チューブ１１Ｋとは、図２に示すように、電動モータ１３を介して連結されている。そして、図５に示すように、第１チューブ１１Ｊは電動モータ１３のロータ部１３Ａに固定され、かつ、第２チューブ１１Ｋは電動モータ１３のステータ部１３Ｂに固定されている。

また、本実施形態に係る電動モータ１３は、略円筒状のステータ部１３Ｂ内にロータ部１３Ａが回転可能に配設された電動機である。このため、第１チューブ１１Ｊは、ロータ部１３Ａのシャフト１３Ｃを介してロータ部１３Ａに連結固定されている。

一方、第２チューブ１１Ｋは、ステータ部１３Ｂを保持・固定するハウジング１３Ｄを介してステータ部１３Ｂに連結固定されている。因みに、シャフト１３Ｃ、つまりロータ部１３Ａを回転可能に支持する一対の軸受部１３Ｅは、ハウジング１３Ｄに組み付けられている。

なお、本実施形態に係る電動モータ１３は、電動モータ１３への通電状態に応じて作動するブレーキを備える電動モータである。そして、非通電時には、バネ等の弾性手段によりロータ部１３Ａに対して当該ブレーキの制動力が作用する。一方、通電時には、ソレノイド等の電磁手段により当該ブレーキの制動力が解除される。因みに、図５においては、当該ブレーキは、図示されていない。

また、シャフト１３Ｃには、ステータ部１３Ｂに対するロータ部１３Ａの回転角度、つまり、第２チューブ１１Ｋに対する第１チューブ１１Ｊの回転角度を検出する角度検出センサ１５が設けられている。したがって、角度検出センサ１５の検出角度は、メインチューブ１１Ａに作用するねじりモーメントにより発生するねじり角を検出する。

そして、角度検出センサ１５は、数ミリ秒間隔でねじり角を検出する。このため、本実施形態に係る角度検出センサ１５は、メインチューブ１１Ａに発生するねじり振動周波数を検出する周波数検出部として機能する。

また、角度検出センサ１５の検出信号は、図６に示すように、電子制御ユニット１７に入力されている。そして、電子制御ユニット１７は、角度検出センサ１５の検出信号を受けて電動モータ１３で発生する駆動力を制御する。

因みに、電子制御ユニット１７及び電動モータ１３に供給される電力は、図１に示すように、シートチューブ１１Ｅに内蔵されたバッテリ１９か供給される。そして、シートチューブ１１Ｅには、電子制御ユニット１７も内蔵されている。

２．３ 電子制御ユニット
電子制御ユニット１７は、図６に示すように、ローパスフィルタ１７Ａ、ハイパスフィルタ１７Ｂ、ゼロ制御回路１７Ｃ、増幅制御回路１７Ｄ及びモータ駆動回路１７Ｅ等から構成されている。

ローパスフィルタ１７Ａは、角度検出センサ１５から出力されたねじり振動周波数を示す信号のうち、予め設定された第１周波数未満の低周波帯域の信号をゼロ制御回路１７Ｃに入力させる。ハイパスフィルタ１７Ｂは、角度検出センサ１５から出力されたねじり振動周波数を示す信号のうち、予め設定された周波数であって、第１周波数より大きい第２周波数以上の高周波帯域の信号を増幅制御回路１７Ｄに入力させる。

なお、ローパスフィルタ１７Ａ及びハイパスフィルタ１７Ｂは、設定された周波数を基準に完全にフィルタリングすることは現実にはできない。このため、第１周波数以上、第２周波数未満の信号が電子制御ユニット１７に入力された場合であっても、現実には、ゼロ制御回路１７Ｃ及び増幅制御回路１７Ｄのうちいずれか一方の回路に当該信号が入力される。

つまり、電子制御ユニット１７に入力された信号のねじり振動周波数が主に第１周波数未満の場合には、当該信号がゼロ制御回路１７Ｃに入力され、一方、電子制御ユニット１７に入力された信号のねじり振動周波数が主に第２周波数以上の場合には、当該信号が増幅制御回路１７Ｄに入力される。なお、ねじり振動周波数が主に第１周波数未満には、ねじり振動周波数が０の場合も含まれる。

ゼロ制御回路１７Ｃは、ねじり角がゼロとなる向き及び大きさの駆動力（トルク）を電動モータ１３に発生させるモータ指令信号を生成する。なお、本実施形態に係るゼロ制御回路１７Ｃは、目標とするねじり角θｏ、つまりねじり角ゼロ度と現在のねじり角θとの偏差に基づくＰ・Ｉ・Ｄ制御にてモータ指令信号を生成する。

増幅制御回路１７Ｄは、角度検出センサ１５が検出したねじり角を増大させる向き及び大きさの駆動力を電動モータ１３に発生させるモータ指令信号を生成する。なお、本実施形態に係る増幅制御回路１７Ｄは、現在のねじり角θに所定のゲインを加算して増幅しつつ、モータ指令信号をＰ・Ｉ・Ｄ制御する。

そして、モータ駆動回路１７Ｅは、ゼロ制御回路１７Ｃ及び増幅制御回路１７Ｄから出力された制御信号の合算値に従って電動モータ１３を駆動する駆動電流又は駆動電圧を制御する。

３．変形制御機構（アクティブサスペンション機能）の作動
３．１ 作動の概要
本実施形態に係る変形制御機構、つまり電子制御ユニット１７は、クランクペダル７が操作されたと判断した場合には、ゼロ制御回路１７Ｃを作動させてクランクペダル７が操作されたと判定される前に比べて、メインチューブ１１Ａのねじり変形を抑制する。

すなわち、クランキングねじりモーメントによるねじり振動周波数は、運転者の脚踏周期であるので、その周波数は、通常、低い周波数となる。
そこで、本実施形態では、第１周波数を３Ｈｚとし、３Ｈｚ未満のねじり振動周波数を検出したときには、クランクペダル７が操作されたとみなして、ねじり角がゼロとなるように電動モータ１３を制御してねじり変形を抑制し、擬似的にメインチューブ１１Ａのねじり剛性を大きくしている。

また、電子制御ユニット１７は、車体に外力が作用したと判定された判断した場合には、増幅制御回路１７Ｄを作動させて車体に外力が作用したと判定される前に比べて、メインチューブ１１Ａのねじり変形を増幅させることにより、メインチューブ１１Ａのねじり変形を促進する。

すなわち、外乱ねじりモーメントによるねじり振動周波数は、路面の状態によって決定されるものであるが、その周波数は、クランキングねじりモーメントによるねじり振動周波数より大きい。

そこで、本実施形態では、第２周波数を１０Ｈｚとし、１０Ｈｚ以上のねじり振動周波数を検出したときには、車体に外力が作用したとみなして、メインチューブ１１Ａのねじり変形を増幅させるように電動モータ１３を制御してねじり変形を促進し、擬似的にメインチューブ１１Ａのねじり剛性を低下させている。

３．２ 作動の詳細
図７（ａ）は角度検出センサ１５から出力されたねじり振動周波数を示す信号Ａの一例を示しており、この例では、３Ｈｚ未満の低周波帯域のねじり振動周波数と１０Ｈｚ以上の高周波帯域のねじり振動周波数とが混在している。

図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す信号がローパスフィルタ１７Ａに入力されたときに、ローパスフィルタ１７Ａから出力されてゼロ制御回路１７Ｃに入力される信号ＢＬを示している。図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す信号がハイパスフィルタ１７Ｂに入力されたときに、ハイパスフィルタ１７Ｂから出力されて増幅制御回路１７Ｄに入力される信号ＢＨを示している。

図７（ｄ）は、図７（ｂ）に示す信号ＢＬがゼロ制御回路１７Ｃに入力されたときのゼロ制御回路１７Ｃの出力信号ＣＬを示しており、図７（ｅ）は、図７（ｃ）に示す信号ＢＨが増幅制御回路１７Ｄに入力されたときの増幅制御回路１７Ｄの出力信号ＣＨを示している。図７（ｆ）は、モータ駆動回路１７Ｅに入力される信号Ｄ、つまり制御回路１７Ｃの出力信号ＣＬと増幅制御回路１７Ｄの出力信号ＣＨとを加算した信号を示している。

そして、図７（ｂ）及び図７（ｄ）に示すように、低周波帯域のねじり振動周波数が検出された場合には、その低周波帯域のねじり振動を抑えるために、当該低周波帯域のねじり振動と逆向きの駆動力を電動モータ１３に発生させる。

このため、メインチューブ１１Ａのねじり変形が抑制されるので、クランキングねじりモーメントがメインチューブ１１Ａに作用した場合には、メインチューブ１１Ａのねじり剛性が実質的に大きくなる。

また、図７（ｃ）及び図７（ｅ）に示すように、高周波低域のねじり振動周波数が検出された場合には、その高周波帯域のねじり振動を「いなす」ようにメインチューブ１１Ａを「しならせる」べく、当該高周波帯域のねじり振動が増幅されるような駆動力を電動モータ１３に発生させる。

このため、メインチューブ１１Ａのねじり変形を促進されるので、外乱ねじりモーメントがメインチューブ１１Ａに作用した場合には、メインチューブ１１Ａのねじり剛性が実質的に小さくなる。

なお、『ねじり振動を「いなす」ようにメインチューブ１１Ａを「しならせる」べく、当該高周波帯域のねじり振動を増幅させる』とは、例えば、『落下してきた「生卵」を素手で受け止める場合』のように、外乱ねじりモーメントによるメインチューブ１１Ａのねじり角加速度を僅かに上回るようにメインチューブ１１Ａのねじり振動を増幅させることにより、メインチューブ１１Ａに作用する外乱ねじりモーメントを電動モータ１３で吸収することをいう。

４．本発明の実施形態に係る自転車の特徴
本実施形態では、クランキングねじりモーメントが車体に作用した場合には、メインチューブ１１Ａのねじり剛性が大きくなり、かつ、外乱ねじりモーメントが作用した場合には、メインチューブ１１Ａのねじり剛性が小さくなる。したがって、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。

すなわち、運転者がクランクペダル７を踏み込む、又はハンドル９を押し引きすることにより、クランキングねじりモーメントが発生してフレーム１１（特に、メインチューブ１１Ａ）にねじれが発生すると、前輪３Ａの回転面と後輪３Ｂの回転面の位置ずれが発生し、走行軌道が変化する。しかし、本実施形態によれば、クランキングねじりモーメントが車体に作用した場合には、メインチューブ１１Ａの剛性を大きくするので、走行軌道の変化を抑制できる。

また、クランキングねじりモーメントによりフレーム１１にねじれが発生すると、サドル１１Ｌとハンドル９の位置ずれが発生すると、仮に、操舵角度ゼロの直進時であっても乗車姿勢が変化する。しかし、本実施形態によれば、クランキングねじりモーメントが車体に作用した場合には、メインチューブ１１Ａの剛性を大きくするので、サドル１１Ｌとハンドル９の相対位置変化を抑えること可能となり、乗車姿勢の変化を抑えることができる。

また、外乱ねじりモーメントが車体に作用してフレーム１１にねじれが発生すると、通常、それが減衰するまで時間を要するため、サドル１１Ｌ、ハンドル９が振動し続け、乗り心地が悪化する。しかし、本実施形態によれば、外乱ねじりモーメントが車体に作用した場合には、メインチューブ１１Ａの剛性を小さくするので、フレーム１１のねじれ振動を速やかに抑えることでき、乗り心地を向上させることができる。

また、外乱ねじりモーメントが車体に作用してフレーム１１にねじれが発生し、そのねじれ振動が減衰するまで時間を要すると、走行軌道が変化する時間も長くなり、自転車１の走行能力が低下する。しかし、本実施形態によれば、外乱ねじりモーメントが車体に作用した場合には、メインチューブ１１Ａの剛性を小さくして、路面から外乱をフレーム１１で吸収できるので、走行軌道の変化を抑えることができる。

また、電動アシスト自転車には、駆動用の電動モータ５やバッテリ１９等の重量物が搭載されるため、フレーム１１の剛性を大きくせざるを得なく、乗り心地の点で難があった。しかし、本実施形態によれば、外乱ねじりモーメントが車体に作用した場合には、メインチューブ１１Ａの剛性を小さくするので、路面から外乱をフレーム１１で吸収でき、乗り心地を向上させることができる。

また、本実施形態では、バネ及びオイルダンパー等からなるショックアブソーバーを必要としないので、車体重量を増大させることなく、上記の作用・効果を得ることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、電動モータ１３の作動を図６に示す回路（ハードウェア）にて実現したが、本実施形態は、上記作動をソフトウェアにて実現するものである。

すなわち、本実施形態では、図８に示すように、電子制御ユニット１７をＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等からなるコンピュータにて構成している。そして、図９に示すフローチャートを実施するためのプログラム、並びに第１周波数及び第２周波数等は、ＲＯＭ等の記憶部に予め記憶されている。

図９は、電動モータ１３の概略作動を示すフローチャートであり、この制御フローは、自転車１の電源スイッチＳＷが投入された時に電子制御ユニット１７（ＣＰＵ）で起動される。因みに、電源スイッチＳＷは、バッテリ１９から電動モータ１３への電力供給を許可する場合と許可しない場合とを切り替えるための手動スイッチであって、ハンドル９等に設けられている。

そして、当該制御フローが起動されると、先ず、ＲＡＭ等に一時的に記憶されている各種パラメータ類が初期値に再設定された後（Ｓ１）、角度検出センサ１５の検出値が読み込まれる（Ｓ３）。次に、角度検出センサ１５から出力されたねじり振動周波から低周波帯域の振動周波と高周波帯域の振動周波とが抽出される（Ｓ５）。

そして、低周波帯域の振動周波に対しては、ゼロ制御回路１７Ｃで実行される処理と同一の処理が実行され（Ｓ７）、高周波帯域の振動周波に対しては、増幅制御回路１７Ｄで実行される処理と同一の処理が実行される（Ｓ９）。

その後、Ｓ７の出力とＳ９の出力が加算された後、その加算された信号がモータ駆動回路１７Ｅに向けて出力される（Ｓ１１）。このため、電動モータ１３に駆動力が発生するため、メインチューブ１１Ａが電動モータ１３の駆動力と釣り合う位置までねじれ変形する。

また、信号がモータ駆動回路１７Ｅに向けて出力されと（Ｓ１１）、電源スイッチＳＷが遮断されたか否かが判定され（Ｓ１３）、電源スイッチＳＷが投入されていると判定された場合には、再び、Ｓ３が実行され、電源スイッチＳＷが遮断されていると判定された場合には、本制御が終了する。

（第３実施形態）
本実施形態は、増幅制御回路１７Ｄを廃止した例である。
これにより、本実施形態では、クランキングねじりモーメントが車体に作用した場合には、ゼロ制御回路１７Ｃの作用により、車体が大きく揺れてしまうことを抑制できるので、外乱ねじりモーメントを吸収できる程度までフレーム１１の剛性を小さくすることができる。

したがって、本実施形態も、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。
（第４実施形態）
本実施形態は、第３実施形態の変形例である。

すなわち、第３実施形態では、角度検出センサ１５で得られたねじり振動周波数から低周波帯域の振動をローパスフィルタ１７Ａにて抽出することにより、クランキングねじりモーメントが車体に作用したか否かを判定した。

これに対して、本実施形態では、クランクペダル７又はボトムチューブ１１Ｄに、クランクペダル７の回転に伴って起電力を発生させる発電部を設け、この発電部で発生した起電力を利用して電動モータ１３を駆動するものである。

これにより、角度検出センサ１５を用いることなく、クランキングねじりモーメントが車体に作用したか否かを判定することができる。
また、発電部には、クランクペダル７の脚踏み動作に呼応した起電力が発生するので、クランクペダル７の脚踏み動作、つまりクランキングねじりモーメントに呼応した駆動力を電動モータ１３に発生させることができる。

（第５実施形態）
本実施形態は、ゼロ制御回路１７Ｃを廃止した例である。
これにより、本実施形態では、車体に外力が作用した際に、フレーム１１の変形を促進することができるので、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。

このため、本実施形態では、フレーム１１の剛性を自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制することができる程度の大きな剛性とすることができる。したがって、本実施形態においても、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。

（第６実施形態）
上述の実施形態では、クランキングねじりモーメントと逆向きの駆動力を電動モータ１３に発生させることにより、フレーム１１の剛性を大きくしたが、本実施形態は、オイルダンパー又はフリクションダンパーの減衰力をクランキングねじりモーメントの大きさ及び変化率に応じて電気的に制御することにより、クランキングねじりモーメントによる車体の揺れを抑制するものである。

これにより、車体が大きく揺れてしまうことを抑制できるので、外乱ねじりモーメントを吸収できる程度までフレーム１１の剛性を小さくすることができる。したがって、本実施形態も、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。

なお、本実施形態は、第４実施形態と同様に、発電部によりオイルダンパー又はフリクションダンパーの減衰力を制御してもよい。
（第７実施形態）
本実施形態は、平行又は同軸上に配置された複数本のチューブによりメインチューブ１１Ａを構成した上で、少なくとも１本のチューブをヘッドチューブ１１Ｂ又はボトムチューブ１１Ｄに対して断続可能とし、その断続を実行するアクチュエータを車体に作用するねじりモーメントの種類に基づいて作動させるものである。

すなわち、クランキングねじりモーメントが車体に作用した場合には、当該断続可能なチューブをヘッドチューブ１１Ｂ又はボトムチューブ１１Ｄに接続して車体の剛性を大きくする。一方、外乱ねじりモーメントが車体に作用した場合には、当該断続可能なチューブをヘッドチューブ１１Ｂ又はボトムチューブ１１Ｄから切り離して車体の剛性を小さくする。

これにより、本実施形態も、自転車を漕ぐ際に車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することができる。
なお、チューブをヘッドチューブ１１Ｂ又はボトムチューブ１１Ｄに対して断続をするアクチュエータとしては、例えば電磁クラッチやソレノイド駆動によるラッチピン等が考えられる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、電動アシスト自転車に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、駆動用の電動モータ５を有していない自転車にも適用することができきる。

また、上述の実施形態に係るフレーム１１は、一般的な構造形式を有すものであったが、本発明の適用は、フレーム１１の構造形式に限定されるものではない。
また、上述の実施形態は、二輪車が転倒することを防止するためのハンドル９の操作や車体のへの荷重入力を運転者が行うタイプの二輪車であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、それらの動作を電子制御にて行うタイプの二輪車に適用することができる。

つまり、本発明は、車体が大きく揺れることを抑制しつつ、車体に作用する外力を効果的に吸収することが可能であるので、上記動作を電子制御にて行うタイプの二輪車に適用すると、当該動作の制御を的確に行うことが可能となる。

また、第１実施形態では、電動モータ１３としてステータ部１３Ｂ内にロータ部１３Ａが配設されたインナーロータ形の電動モータであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステータ部１３Ｂの外側にロータ部１３Ａが配設されたアウターロータ形の電動モータを用いてもよい。

また、上述の実施形態では、第１周波数と第２周波数とは異なる周波数であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１周波数と第２周波数とを同一周波数としてもよい。

また、上述の実施形態では、第１チューブ１１Ｊがロータ部１３Ａに連結固定され、第２チューブ１１Ｋがステータ部１３Ｂに連結固定されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２チューブ１１Ｋがロータ部１３Ａに連結固定され、第１チューブ１１Ｊがステータ部１３Ｂに連結固定されていてもよい。

また、上述の実施形態では、メインチューブ１１Ａのねじり変形を制御する場合を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フレーム１１のうちその他の部位の変形を制御してもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１… 自転車 ３Ａ… 前輪 ３Ｂ… 後輪 ５… 電動モータ
７… クランクペダル ９… ハンドル １１… フレーム
１１Ａ… メインチューブ １１Ｃ… フロントフォーク
１１Ｅ… シートチューブ １１Ｆ… チェーンステー
１１Ｂ… ヘッドチューブ １１Ｋ… 第２チューブ １１Ｄ… ボトムチューブ
１１Ｇ… シートステー １１Ｌ… サドル １３… 電動モータ
１３Ａ… ロータ部 １３Ｂ… ステータ部 １３Ｃ… シャフト
１３Ｄ… ハウジング １３Ｅ… 軸受部 １５… 角度検出センサ
１７… 電子制御ユニット １７Ａ… ローパスフィルタ
１７Ｂ… ハイパスフィルタ １７Ｃ… ゼロ制御回路 １７Ｄ… 増幅制御回路
１７Ｅ… モータ駆動回路 １７Ｃ… 制御回路 １９… バッテリ

Claims (11)

1. 進行方向に沿って配置された２つの車輪、及び前記２つの車輪が直接的又は間接的に組み付けられたフレームを有する車体からなる二輪車であって、
   運転者により操作され、駆動輪に伝達される駆動力を発生させるクランク部と、
   前記フレームの変形を制御する変形制御部と
   を備えることを特徴とする二輪車。
2. 前記変形制御部は、
   前記クランク部が操作されたか否か判定する第１判定部、及び
   前記第１判定部により前記クランク部が操作されたと判定された場合に、前記第１判定部により前記クランク部が操作されたと判定される前に比べて、前記フレームのねじり変形を抑制するねじり変形抑制部
   を有することを特徴とする請求項１に記載の二輪車。
3. 前記フレームは、前記２つの車輪間に配設されたメインチューブを有して構成され、
   前記メインチューブは、一直線上に配置された第１チューブ及び第２チューブを有し、
   前記第１チューブは電動モータのロータ部に固定され、かつ、前記第２チューブは前記電動モータのステータ部に固定されており、
   さらに、前記ねじり変形抑制部は、前記電動モータ及びこの電動モータへの通電を制御する制御部を有するとともに、前記電動モータへの通電を制御することにより、前記メインチューブのねじり変形を制御することを特徴とする請求項２に記載の二輪車。
4. 前記メインチューブに発生するねじり振動周波数を検出する周波数検出部を備え、
   前記第１判定部は、前記周波数検出部が検出した振動周波数が予め設定された第１基準周波数未満の場合に、前記クランク部が操作されたと判定することを特徴とする請求項３に記載の二輪車。
5. 前記変形制御部は、
   前記車体に外力が作用したか否かを判定する第２判定部、及び
   前記第２判定部により前記車体に外力が作用したと判定された場合に、前記第２判定部により前記車体に外力が作用したと判定される前に比べて、前記フレームのねじり変形を促進するねじり変形促進部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の二輪車。
6. 前記フレームは、前記２つの車輪間に配設されたメインチューブを有して構成され、
   前記メインチューブは、一直線上に配置された第１チューブ及び第２チューブを有し、
   前記第１チューブは電動モータのロータ部に固定され、かつ、前記第２チューブは前記電動モータのステータ部に固定されており、
   さらに、前記ねじり変形促進部は、前記電動モータ及びこの電動モータへの通電を制御する制御部を有するとともに、前記電動モータへの通電を制御することにより、前記メインチューブのねじり変形を制御することを特徴とする請求項５に記載の二輪車。
7. 前記メインチューブに発生するねじり振動周波数を検出する周波数検出部を備え、
   前記第２判定部は、前記周波数検出部が検出した振動周波数が予め設定された第２基準周波数以上の場合に、前記車体に外力が作用したと判定することを特徴とする請求項６に記載の二輪車。
8. 前記変形制御部は、
   前記クランク部が操作されたか否か判定する第１判定部と、
   前記第１判定部により前記クランク部が操作されたと判定された場合に、前記第１判定部により前記クランク部が操作されたと判定される前に比べて、前記フレームのねじり変形を抑制するねじり変形抑制部と
   を有することを特徴とする請求項５に記載の二輪車。
9. 前記フレームは、前記２つの車輪間に配設されたメインチューブを有して構成され、
   前記メインチューブは、一直線上に配置された第１チューブ及び第２チューブを有し、
   前記第１チューブは電動モータのロータ部に固定され、かつ、前記第２チューブは前記電動モータのステータ部に固定されており、
   さらに、前記ねじり変形抑制部及び前記ねじり変形促進部は、前記電動モータ及びこの電動モータへの通電を制御する制御部を有するとともに、前記電動モータへの通電を制御することにより、前記メインチューブのねじり変形を制御することを特徴とする請求項８に記載の二輪車。
10. 前記メインチューブに発生するねじり振動周波数を検出する周波数検出部を備え、
    前記第１判定部は、前記周波数検出部が検出した振動周波数が予め設定された第１基準周波数未満の場合に、前記クランク部が操作されたと判定し、
    さらに、前記第２判定部は、前記周波数検出部が検出した振動周波数が予め設定された第２基準周波数以上の場合に、前記車体に外力が作用したと判定することを特徴とする請求項９に記載の二輪車。
11. 前記２つの車輪のうち少なくとも一方の車輪に駆動力を付与する駆動電動モータを備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の二輪車。