JP2015107789A - 勾配算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜センサを用いることなく勾配を算出する。【解決手段】勾配算出装置１は、踏力検出部２と、回転速度検出部３と、速度検出部４と、記憶部５１と、制御部５とを備える。制御部５は、踏力検出部２によって検出されるトルク、及び回転速度検出部３によって検出されるケイデンスに基づき、第１エネルギーを算出する。また、制御部５は、速度検出部４によって検出される走行速度、及び記憶部５１に記憶されている自転車及び運転者の総重量に基づき第２エネルギーを算出する。また、制御部５は、第１エネルギー及び第２エネルギーに基づいて勾配を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、勾配算出装置に関するものである。

自転車の運転者は、坂道を登る際、より快適に坂道を登ることができるように、変速機、又はサスペンションなどを操作する。したがって、自転車が走行するにあたって、走行路の勾配検知は重要である。例えば、特許文献１には、傾斜センサ（坂道センサ）によって走行路の勾配を検出し、自動的に変速機を作動させる自転車が開示されている。

特開２０００−１０８９８２号公報

上述した自転車は、傾斜センサからの情報に基づき、変速制御部が変速機を作動させる。しかしながら、上述した自転車は、勾配を検出するためのみに用いられる傾斜センサを新たに設置する必要があるという問題がある。

本発明の課題は、傾斜センサを用いることなく自転車の走行路の勾配を算出することにある。

本発明の第１側面に係る勾配算出装置は、第１検出部と、速度検出部と、記憶部と、制御部とを備える。第１検出部は、少なくとも自転車の運転者によって自転車に入力される第１エネルギーに関するパラメータを検出する。速度検出部は、自転車の走行速度を検出する。記憶部は、自転車及び運転者の総重量を記憶する。制御部は、第１検出部によって検出されるパラメータに基づき第１エネルギーを算出する。また、制御部は、速度検出部によって検出される走行速度及び記憶部に記憶されている自転車及び運転者の総重量に基づき第２エネルギーを算出する。また、制御部は、第１エネルギー及び第２エネルギーに基づいて勾配を算出する。

この構成によれば、制御部は、自転車に入力される第１エネルギーに関するパラメータと、走行速度と、自転車及び運転者の総重量とによって、勾配を算出することができる。すなわち、上述した勾配算出装置は、第１検出部と速度検出部とを用いることによって、勾配を算出することができる。このため、上記勾配算出装置は、勾配を検出することのみにしか使用されない傾斜センサを用いることなく、勾配を算出することができる。

本発明の第２側面に係る勾配算出装置は、第１検出部と、速度検出部と、記憶部と、制御部とを備える。第１検出部は、自転車に入力される第１エネルギーに関するパラメータを検出する。速度検出部は、自転車の走行速度を検出する。記憶部は、自転車及び運転者の総重量を記憶する。制御部は、第１検出部によって検出されるパラメータに基づき第１エネルギーを算出する。また、制御部は、速度検出部によって検出される走行速度及び記憶部に記憶されている自転車及び運転者の総重量に基づき第２エネルギーを算出する。また、制御部は、第１エネルギー及び第２エネルギーに基づいて勾配を算出する。

好ましくは、第１検出部は、踏力検出部と、回転速度検出部とを含む。踏力検出部は、自転車のクランクに作用する踏力を検出する。回転速度検出部は、クランクの回転速度を検出する。制御部は、踏力検出部によって検出される踏力、及び回転速度検出部によって検出される回転速度をパラメータとして、第１エネルギーを算出する。

好ましくは、制御部は、第１時間において入力される第１エネルギーと、第２時間から第１時間にかけての第２エネルギーの変化量と、に基づき、第１時間における第３エネルギーの変化量を算出する。そして、制御部は、算出された第３エネルギーの変化量に基づき勾配を算出する。

好ましくは、制御部は、第１エネルギーから第２エネルギーの変化量を減算することによって、第３エネルギーの変化量を算出する。

好ましくは、制御部は、第１時間において自転車が走行した距離と、第３エネルギーの変化量と、に基づいて勾配を算出する。

好ましくは、踏力検出部は、自転車のクランク軸に作用するトルクを踏力として検出する。

好ましくは、回転速度検出部は、クランクのケイデンスを回転速度として検出する。

好ましくは、制御部は、次の式（１）によって算出される第１部分エネルギーを前記第１時間分合計することによって第１エネルギーを算出する。

式中、ｐ_１は第１部分エネルギー、Ｔはトルク、ｎはケイデンス、Δｔは前記踏力検出部のサンプリング間隔を示す。

好ましくは、制御部は、次の式（２）によって、第２エネルギーの変化量を算出する。

式中、ｍは自転車と運転者との総重量、ｖ_１は第１時間における走行速度、ｖ_２は第２時間における走行速度を示す。

好ましくは、勾配算出装置は、自転車のブレーキの作動状態を検出するブレーキ検出部をさらに備える。制御部は、ブレーキ検出部の検出結果に基づきブレーキが作動していると判断したときは、勾配を算出しない。

第１エネルギーは、自転車の運転者によって自転車に入力されるエネルギーと、自転車に搭載された走行補助用電動機によって自転車に入力されるエネルギーとを含んでもよい。

第１検出部は、踏力検出部と、回転速度検出部と、補助動力検出部とを含んでもよい。踏力検出部は、自転車のクランクに作用する踏力を検出する。回転速度検出部は、クランクの回転速度を検出する。補助動力検出部は、走行補助用電動機による補助動力を検出する。制御部は、踏力検出部によって検出される踏力と、回転速度検出部によって検出される回転速度と、補助動力検出部によって検出される補助動力とを、パラメータとして、第１エネルギーを算出する。

第１検出部は、踏力検出部と、回転速度検出部とを含んでもよい。踏力検出部は、自転車のクランクに作用する踏力を検出する。回転速度検出部は、クランクの回転速度を検出する。制御部は、踏力検出部によって検出される踏力と、回転速度検出部によって検出される回転速度と、少なくとも踏力に応じて設定される補助動力と、をパラメータとして、第１エネルギーを算出する。

記憶部は、踏力と補助動力との対応関係を示す補助動力情報をさらに記憶していてもよい。制御部は、踏力検出部によって検出される踏力と、補助動力情報とに基づき、補助動力を算出する。

本発明によれば、傾斜センサを用いることなく勾配を算出することができる。

自転車の側面図。 勾配算出装置の構成を示すブロック図。 自転車が上る坂道を示す概略図。 勾配算出装置の動作を示すフローチャート。 変形例１に係る勾配算出装置の構成を示すブロック図。 変形例１に係る勾配算出装置の動作を示すフローチャート。 変形例４に係る自転車の側面図。 変形例４に係るアシスト機構の構成を示すブロック図。 変形例４に係る勾配算出装置の構成を示すブロック図。

以下、本発明に係る勾配算出装置の実施形態、及びこれを用いた自転車について図面を参照しつつ説明する。図１は、勾配算出装置を用いた自転車１０１の側面図である。

図１に示すように、勾配算出装置を用いた自転車１０１は、フレーム１０２、ハンドル１０４、駆動部１０５、前輪１０６ｆ、後輪１０６ｒを備えている。また、自転車１０１は、フロントブレーキ１０７ｆ、リアブレーキ１０７ｒ、フロントブレーキレバー１０８ｆ、リアブレーキレバー１０８ｒ、及び表示装置１０９をさらに備えている。

駆動部１０５は、チェーン１１０と、ペダル１１１が装着されたクランク１１２と、を有している。クランク１１２は、クランク軸１１２ａと、一対のクランクアーム１１２ｂとを含む。各クランクアーム１１２ｂは、クランク軸１１２ａの両端部に設けられる。

図２は、実施形態に係る勾配算出装置１を示すブロック図である。図２に示すように、勾配算出装置１は、踏力検出部２、回転速度検出部３、速度検出部４、制御部５、及び記憶部５１を備えている。なお、踏力検出部２及び回転速度検出部３が、本発明の第１検出部に相当する。

踏力検出部２は、クランク１１２に作用する踏力を検出する。例えば、踏力検出部２はトルクセンサであって、クランク１１２のクランク軸１１２ａに作用するトルクを検出する。詳細には、踏力検出部２は、クランク軸１１２ａに作用するトルクに応じた信号（例えば電圧）を出力する。トルクセンサは、例えば磁歪式センサであってもよいし、歪ゲージであってもよい。この踏力検出部２によって検出されたトルクに関する情報が、制御部５に送られる。

回転速度検出部３は、クランク１１２の回転速度を検出する。例えば、回転速度検出部３は、ケイデンスセンサであって、クランク１１２のケイデンスを回転速度として検出する。詳細には、回転速度検出部３は、フレーム１０２に取り付けられ、クランクアーム１１２ｂに取り付けられた磁石を検出する。回転速度検出部３によって検出された回転速度に関する情報は、制御部５に送られる。

速度検出部４は、自転車１０１の走行速度を検出する。例えば、速度検出部４は、速度センサである。詳細には、速度検出部４は、自転車１０１のフロントフォーク１０３上に取り付けられ、前輪１０６ｆのスポークの１本に取り付けられた磁石４０を検出する（図１参照）。この速度検出部４によって検出された自転車１０１の走行速度に関する情報は、制御部５に送られる。なお、制御部５は、前輪１０６ｆが１回転する毎に自転車１０１の走行速度を算出する。そして、この前輪１０６ｆが１回転する毎に算出される各走行速度は、前輪１０６ｆが１回転する間における自転車１０１の平均走行速度を示す。具体的には、制御部５は、前輪１０６ｆのタイヤ周長を、前輪１０６ｆが１回転するのに要した時間ｔで除算することによって、前輪１０６ｆが１回転する毎に自転車１０１の走行速度を算出する。

制御部５は、第１エネルギー及び第２エネルギーを算出するとともに、算出された第１及び第２エネルギーに基づき、勾配を算出する。ここで、第１エネルギーは、自転車１０１の運転者によって自転車１０１に入力されるエネルギーを示す。すなわち、第１エネルギーは、運転者が自転車１０１のペダル１１１を漕ぐことによって自転車１０１に入力されるエネルギーを示す。

詳細には、制御部５は、踏力検出部２によって検出される踏力と、回転速度検出部３によって検出される回転速度、すなわちケイデンスとに基づき、第１時間ｔ_１において入力される第１エネルギーＰ_１を算出する。具体的には、制御部５は、まず、次の式（１）に基づき、第１部分エネルギーｐ_１を算出する。ここで、第１部分エネルギーｐ_１とは、第１時間ｔ_１において自転車１０１に入力される第１エネルギーＰ_１のうち、踏力検出部２のサンプリング間隔Δｔにおいて自転車１０１に入力されるエネルギーをいう。

式（１）において、ｐ_１（Ｗ）は第１部分エネルギー、Ｔ（Ｎ・ｍ）は踏力検出部２によって検出されるトルク、ｎ（ｒｐｍ）はケイデンス、Δｔ（ｓ）は踏力検出部２のサンプリング間隔を示す。

そして、制御部５は、上記第１部分エネルギーｐ_１に基づき、第１時間ｔ_１において自転車１０１に入力される第１エネルギーＰ_１を算出する。詳細には、制御部５は、第１部分エネルギーｐ_１の第１時間ｔ_１における積分値を第１エネルギーＰ_１として算出する。ここで、第１時間ｔ_１は、速度検出部４が、前輪１０６ｆのスポークの１本に取り付けられた磁石４０を検出する間隔、すなわち、前輪１０６ｆが１回転する時間とすることができる。よって、第１時間ｔ_１は、一定時間ではなく、前輪１０６ｆの回転毎に異なる時間となり得る。

また、制御部５は、速度検出部４によって検出された走行速度と、自転車及び運転者の総重量に基づき、第１時間ｔ_１の前の速度検出間隔である第２時間ｔ_２から第１時間ｔ_１にかけての第２エネルギーの変化量Ｐ_２を算出する。具体的には、制御部５は、次の式（２）に基づき、第１時間ｔ_１における第２エネルギーの平均値と、第２時間ｔ_２における第２エネルギーの平均値と、から第２エネルギーの変化量Ｐ_２を算出する。

式（２）において、ｍ（ｋｇ）は自転車１０１と自転車１０１の運転者との総重量、ｖ_１（ｍ／ｓ）は第１時間ｔ_１における走行速度、ｖ_２（ｍ／ｓ）は第２時間ｔ_２における走行速度を示す。詳細には、走行速度ｖ_１（ｍ／ｓ）は、第１時間ｔ_１における平均走行速度を示し、ｖ_２（ｍ／ｓ）は第２時間ｔ_２における平均走行速度を示す。ここで、第２時間ｔ_２が存在しない場合、すなわち第１時間ｔ_１が、自転車が走り出してから初めての速度検出間隔である場合には、ｖ_２を０として第２エネルギーの変化量Ｐ_２が算出されるようにしてもよい。ここで、自転車１０１と運転者との総重量ｍは、記憶部５１に記憶される。記憶部５１は、制御部５のメモリによって構成してもよいし、制御部５とは別の記憶装置によって構成してもよい。

制御部５は、第１時間ｔ_１において入力される第１エネルギーＰ_１，及び第２時間ｔ_２から第１時間ｔ_１にかけての第２エネルギーの変化量Ｐ_２に基づき、第１時間ｔ_１における第３エネルギーの変化量Ｐ_３を算出する。詳細には、制御部５は、次の式（３）で示すように、第１エネルギーＰ_１から第２エネルギーの変化量Ｐ_２を減算することにより、第３エネルギーの変化量Ｐ_３を算出する。
Ｐ_３＝Ｐ_１−Ｐ_２・・・（３）

第３エネルギーの変化量Ｐ_３は、第１時間ｔ_１における位置エネルギーの変化であるので、第３エネルギーの変化量Ｐ_３は、下記の式（４）によって表すことができる。
Ｐ_３＝ｍｇｈ・・・（４）
式（４）において、ｈ（ｍ）は、図３に示すように、第１時間ｔ_１に自転車１０１が移動した垂直方向の距離を示す。すなわち、距離ｈは、第１時間ｔ_１における、自転車１０１の位置の高さ方向の変化を示す。なお、図３は、坂道の一部を示す概略図である。詳細には、図３は、第１時間ｔ_１の間において、自転車１０１が進む走行距離ｙの分の坂道を示す概略図である。また、式（４）において、ｍ（ｋｇ）は、自転車と運転者との総重量、ｇ（ｍ／ｓ^２）は重力加速度を示す。

上記式（３）より算出される第３エネルギーの変化量Ｐ_３、記憶部５１に記憶される自転車と運転者との総重量ｍ、及び重力加速度ｇに基づき、上記式（４）によって、垂直方向の距離ｈを求めることができる。

制御部５は、第１時間ｔ_１における走行距離ｙと、垂直方向の距離ｈから、勾配Ｓを算出する。具体的には、図３に示すように、制御部５は、第１時間ｔ_１と、第１時間ｔ_１における平均走行速度ｖ_１とを乗算することによって、走行距離ｙを算出することができる。そして、制御部５は、第１時間ｔ_１に自転車１０１が移動した水平方向の距離ｘ、すなわち、第１時間ｔ_１における自転車１０１の位置の水平方向の変化は、下記の式（５）によって算出する。

制御部５は、上記式（４）によって算出される垂直方向の距離ｈと、上記式（５）によって算出される水平方向の距離ｘとに基づき、下記式（６）によって勾配Ｓ（％）を算出する。

また、制御部５は、下記式（７）によって、坂道の傾斜角度θを算出してもよい。

制御部５は、算出した勾配Ｓなどを、ハンドル１０４などに装着された表示装置１０９などに表示させることができる。以上のように、制御部５は、前輪１０６ｆが回転する毎に、勾配Ｓを算出することができる。なお、制御部５は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、ＣＰＵ（Central processing unit），ＲＡＭ(random access memory)，ＲＯＭ(read only memory)，Ｉ／Ｏインターフェイスなどを含む。

次に、勾配算出装置１による勾配算出方法について、図４を参照しつつ説明する。図４は、勾配を算出する際の勾配算出装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

制御部５は、第１時間ｔ_１に入力される第１エネルギーＰ_１に関するパラメータを取得する（ステップＳ１）。詳細には、制御部５は、踏力検出部２によって検出されたクランク軸１１２ａに作用するトルクに関する情報を、取得する。また、制御部５は、回転速度検出部３によって検出されたクランク１１２のケイデンスに関する情報を、取得する。

次に、制御部５は、上記式（１）に基づき、踏力検出部２のサンプリング間隔Δｔにおいて自転車１０１に入力される第１部分エネルギーｐ_１を算出する（ステップＳ２）。

次に、制御部５は、第１時間ｔ_１において自転車１０１に入力される第１エネルギーＰ_１を算出する（ステップＳ３）。詳細には、制御部５は、上記第１部分エネルギーｐ_１の第１時間ｔ_１における積分値を第１エネルギーＰ_１として算出する。

次に、制御部５は、第２時間ｔ_２から第１時間ｔ_１にかけての第２エネルギーの変化量Ｐ_２に関するパラメータを取得する（ステップＳ４）。詳細には、制御部５は、記憶部５１に記憶された自転車１０１と運転者との総重量ｍを取得する。また、制御部５は、速度検出部４によって検出された第１時間ｔ_１および第２時間ｔ_２における自転車１０１の平均走行速度に関する情報を、取得する。

次に、制御部５は、上記式（２）に基づき、第２時間ｔ_２から第１時間ｔ_１にかけての第２エネルギーの変化量Ｐ_２を算出する（ステップＳ５）。

次に、制御部５は、上記式（３）に基づき、第１時間ｔ_１における第３エネルギーの変化量Ｐ_３を算出する（ステップＳ６）。

そして、制御部５は、勾配Ｓを算出する（ステップＳ７）。詳細には、制御部５は、ステップＳ６において得られたＰ_３と上記式（４）とに基づき、第１時間ｔ_１に自転車１０１が移動した垂直方向の距離ｈを求める。そして、制御部５は、この垂直方向の距離ｈと、式（５）とに基づいて、第１時間ｔ_１に自転車１０１が移動した水平方向の距離ｘを求める。そして、制御部５は、垂直方向の距離ｈと、水平方向の距離ｘと、上記式（６）とに基づいて、勾配Ｓを算出する。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
勾配算出装置１は、さらにブレーキ検出部を備えていてもよい。図５は変形例１に係る勾配算出装置１の構成を示すブロック図である。図５に示すように、変形例１に係る勾配算出装置１は、ブレーキ検出部６をさらに備えている。なお、ブレーキ検出部６以外の構成は、上記実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。

ブレーキ検出部６は、自転車１０１のフロントブレーキ１０７ｆ及びリアブレーキ１０７ｒの少なくとも一方の作動状態を検出する。例えば、ブレーキ検出部６は、フロントブレーキレバー１０８ｆ及びリアブレーキレバー１０８ｒの少なくとも一方が握られたか否かを検出するブレーキセンサとすることができる。ブレーキ検出部６は、ブレーキの作動状態に関する情報を制御部５に出力する。

制御部５は、図６に示すように、ブレーキ検出部６による検出結果を取得する（ステップＳ２１）。制御部５は、ブレーキ検出部６の検出結果に基づき、フロントブレーキ１０７ｆ及びリアブレーキ１０７ｒの少なくとも一方が作動しているか否か判断する（ステップＳ２２）。

制御部５は、フロントブレーキ１０７ｆ及びリアブレーキ１０７ｒの少なくとも一方が作動していると判断すると（ステップＳ２２のＹｅｓ）、ステップＳ２１の処理に移行する。例えば、制御部５は、ブレーキ検出部６の検出結果に基づき、フロントブレーキレバー１０８ｆ及びリアブレーキレバー１０８ｒの少なくとも一方が握られたと判断すると、ステップＳ２１の処理に移行する。

一方、制御部５は、フロントブレーキ１０７ｆ及びリアブレーキ１０７ｒが作動していないと判断すると（ステップＳ２２のＮｏ）、ステップＳ１の処理に移行する。例えば、制御部５は、ブレーキ検出部６の検出結果に基づき、フロントブレーキレバー１０８ｆ及びリアブレーキレバー１０８ｒが握られていないと判断すると、ステップＳ１の処理に移行する。なお、ステップＳ１〜ステップＳ７の処理は、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。

変形例２
上記実施形態における自転車１０１と運転者との総重量ｍは、運転者によって入力することができてもよいし、予め設定されていてもよい。総重量が予め設定されているときは、例えば、平均的な総重量ｍが予め記憶部５１に記憶されていてもよい。

変形例３
上記実施形態では、第１時間ｔ_１は、速度検出部４のサンプリング間隔、詳細には前輪１０６ｆが１回転する時間としているが、特にこれに限定されない。例えば、第１時間ｔ_１は、前輪１０６ｆが２回転する時間としてもよいし、前輪１０６ｆが３回転以上する時間としてもよい。また、その他にも、第１時間ｔ_１は、前輪１０６ｆが回転する時間とは関係のない時間として、設定することができる。例えば、第１時間ｔ_１は、予め設定された時間であってもよい。

変形例４
図７は、変形例４に係る勾配算出装置１を用いた自転車２０１の側面図である。図７に示すように、変形例４に係る勾配算出装置１を用いた自転車２０１には、アシスト機構１１５と、アシスト機構１１５の電源としての着脱可能な充電池１１３とが、搭載されている。充電池１１３は、例えばニッケル水素電池およびリチウムイオン電池等を用いた蓄電池であり、フレーム１０２に着脱可能に搭載される。

図８は、変形例４に係るアシスト機構１１５のブロック図である。図８に示すように、アシスト機構１１５は、モータ１１６（走行補助用電動機の一例）と、モータードライバ１１７と、を含んでいる。モータ１１６は、クランク軸１１２ａを介してまたは直接的にチェーン１１０に対して補助動力を出力することでチェーン１１０を駆動させる。

図９は、変形例４に係る勾配算出装置１のブロック図である。図９に示すように、変形例４に係る勾配算出装置１は、補助動力検出部７をさらに備える。補助動力検出部７の一例は、磁歪素子および検出コイルを有するトルクセンサである。補助動力検出部７は、モータ１１６によって自転車２０１に入力される補助動力を検出する。すなわち、補助動力検出部７は、モータ１１６から出力される補助動力を検出する。なお、変形例４では、踏力検出部２、回転速度検出部３、及び補助動力検出部７が、本発明の第１検出部に相当する。

変形例４において、第１エネルギーＰ_１は、自転車２０１の運転者及びモータ１１６によって自転車２０１に入力されるエネルギーである。制御部５は、自転車２０１の運転者によって自転車２０１に入力されるエネルギーと、モータ１１６によって自転車２０１に入力されるエネルギーとの和を、第１エネルギーＰ_１として算出する。

変形例４において、制御部５が第１エネルギーＰ_１を算出する方法について、図４を参照しつつ説明する。制御部５は、運転者によって自転車２０１に入力されるエネルギーを上記実施形態と同様に算出する。すなわち、制御部５は、踏力検出部２によって検出される踏力と、回転速度検出部３によって検出される回転速度、すなわちケイデンスとに基づき、運転者によって自転車２０１に入力されるエネルギーを算出する。

また、制御部５は、モータ１１６によって自転車２０１に入力されるエネルギーについて、制御部５は、以下のようにして算出する。制御部５は、補助動力検出部７によって検出されたアシスト機構１１５のモータ１１６の補助動力に関する情報を、取得する（ステップＳ１）。

次に、制御部５は、サンプリング間隔Δｔにおいて自転車２０１に入力される補助動力の部分エネルギーを算出する（ステップＳ２）。

次に、制御部５は、第１時間ｔ_１において、アシスト機構１１５によって自転車２０１に入力される補助動力を算出する。詳細には、補助動力の部分エネルギーの第１時間ｔ_１における積分値を、アシスト機構１１５によって自転車２０１に入力される補助動力によるエネルギーとして算出する。

そして、制御部５は、自転車２０１の運転者によって自転車２０１に入力されるエネルギーと、走行補助用電動機１１６から出力される補助動力によるエネルギーとの和を、第１時間ｔ_１における第１エネルギーＰ_１として算出する（ステップＳ３）。

なお、変形例４において、勾配算出装置１は、補助動力検出部７を有していなくてもよい。すなわち、図２に示すように、制御部５は、踏力検出部２によって検出された踏力と、補助動力情報とに基づいて、補助動力を算出してもよい。なお、補助動力情報は、踏力と補助動力との対応関係を示す情報であって、記憶部５１に記憶されている。すなわち、モータ１１６によって自転車２０１に入力される補助動力は、踏力に応じて設定される。例えば、踏力が大きくなるにしたがって、補助動力も大きくなる。この踏力と補助動力との対応関係を示したものが、補助動力情報である。

１ 勾配算出装置
２ 踏力検出部
３ 回転速度検出部
４ 速度検出部
５ 制御部
６ ブレーキ検出部
７ 補助動力検出部
１１６ モータ
５１ 記憶部

Claims (16)

1. 自転車の運転者によって前記自転車に入力される第１エネルギーに関するパラメータを検出する第１検出部と、
   自転車の走行速度を検出する速度検出部と、
   前記自転車及び前記運転者の総重量を記憶する記憶部と、
   前記第１検出部によって検出される前記パラメータに基づき第１エネルギーを算出し、前記速度検出部によって検出される走行速度及び前記記憶部に記憶されている前記自転車及び前記運転者の総重量に基づき第２エネルギーを算出し、前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーに基づいて勾配を算出する制御部と、を備える勾配算出装置。
2. 自転車に入力される第１エネルギーに関するパラメータを検出する第１検出部と、
   自転車の走行速度を検出する速度検出部と、
   前記自転車及び前記自転車の運転者の総重量を記憶する記憶部と、
   前記第１検出部によって検出される前記パラメータに基づき第１エネルギーを算出し、前記速度検出部によって検出される走行速度及び前記記憶部に記憶されている前記自転車及び前記運転者の総重量に基づき第２エネルギーを算出し、前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーに基づいて勾配を算出する制御部と、を備える勾配算出装置。
3. 前記第１検出部は、前記自転車のクランクに作用する踏力を検出する踏力検出部と、前記クランクの回転速度を検出する回転速度検出部と、を含み、
   前記制御部は、前記踏力検出部によって検出される前記踏力及び前記回転速度検出部によって検出される前記回転速度を前記パラメータとして、前記第１エネルギーを算出する、請求項１又は２に記載の勾配算出装置。
4. 前記踏力検出部は、前記自転車のクランク軸に作用するトルクを前記踏力として検出する、請求項３に記載の勾配算出装置。
5. 前記回転速度検出部は、前記クランクのケイデンスを前記回転速度として検出する、請求項３又は４に記載の勾配算出装置。
6. 前記制御部は、第１時間において入力される前記第１エネルギーと、前記第１時間の前の第２時間から前記第１時間にかけての前記第２エネルギーの変化量と、に基づき、前記第１時間における第３エネルギーの変化量を算出し、前記算出された第３エネルギーの変化量に基づき前記勾配を算出する、請求項１又は２に記載の勾配算出装置。
7. 前記制御部は、第１時間において入力される前記第１エネルギーと、前記第１時間の前の第２時間から前記第１時間にかけての前記第２エネルギーの変化量と、に基づき、前記第１時間における第３エネルギーの変化量を算出し、前記算出された第３エネルギーの変化量に基づき前記勾配を算出し、
   前記回転速度検出部は、前記自転車の車輪に取り付けられ、前記車輪の回転軸まわりに回転する被検出体を検出するように構成されており、
   前記第１および第２時間は、前記回転速度検出部によって前記被検出体が検出される間隔に基づいて定義される、請求項３から５のいずれかに記載の勾配算出装置。
8. 前記制御部は、前記第１エネルギーから前記第２エネルギーの変化量を減算することによって、前記第３エネルギーの変化量を算出する、請求項６または７に記載の勾配算出装置。
9. 前記制御部は、前記第１時間において前記自転車が走行した距離と、前記第３エネルギーの変化量と、に基づいて前記勾配を算出する、請求項６から８のいずれかに記載の勾配算出装置。
10. 前記制御部は、次の式（１）によって算出される第１部分エネルギーを前記第１時間分合計することによって前記第１エネルギーを算出する、請求項１から９のいずれかに記載の勾配算出装置。
    

    

    式中、ｐ1は第１部分エネルギー、Tはトルク、ｎはケイデンス、Δｔは前記踏力検出部のサンプリング間隔を示す。
11. 前記制御部は、次の式（２）によって、前記第２エネルギーの変化量を算出する、請求項１から１０のいずれかに記載の勾配算出装置。
    

    

    式中、ｍは自転車と運転者との総重量、ｖ_１は前記第１時間における走行速度、ｖ_２は前記第２時間における走行速度を示す。
12. 前記自転車のブレーキの作動状態を検出するブレーキ検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記ブレーキ検出部の検出結果に基づき前記ブレーキが作動していると判断したときは、前記勾配を算出しない、請求項１から１１のいずれかに記載の勾配算出装置。
13. 前記第１エネルギーは、前記自転車の運転者によって前記自転車に入力されるエネルギーと、前記自転車に搭載された走行補助用電動機によって前記自転車に入力されるエネルギーとを含む、
    請求項２に記載の勾配算出装置。
14. 前記第１検出部は、前記自転車のクランクに作用する踏力を検出する踏力検出部と、前記クランクの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記走行補助用電動機による補助動力を検出する補助動力検出部と、を含み、
    前記制御部は、前記踏力検出部によって検出される前記踏力と、前記回転速度検出部によって検出される前記回転速度と、前記補助動力検出部によって検出される前記補助動力とを、前記パラメータとして、前記第１エネルギーを算出する、
    請求項１３に記載の勾配算出装置。
15. 前記第１検出部は、前記自転車のクランクに作用する踏力を検出する踏力検出部と、前記クランクの回転速度を検出する回転速度検出部と、を含み、
    前記制御部は、前記踏力検出部によって検出される前記踏力と、前記回転速度検出部によって検出される前記回転速度と、少なくとも前記踏力に応じて設定される補助動力と、を前記パラメータとして、前記第１エネルギーを算出する、
    請求項１３に記載の勾配算出装置。
16. 前記記憶部は、前記踏力と前記補助動力との対応関係を示す補助動力情報をさらに記憶し、
    前記制御部は、前記踏力検出部によって検出される前記踏力と、前記補助動力情報とに基づき、前記補助動力を算出する、
    請求項１５に記載の勾配算出装置。
    

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