JP2017036009A - 自転車用速度制御装置、及び自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】速度超過を効果的に防止可能な自転車用速度制御装置を提供する。【解決手段】車輪に対して駆動力及び制動力を与える駆動制動部と、自転車の速度を検出する速度検出部と、前記速度が所定の速度を超えた場合に、前記車輪に対して制動力を与えるよう前記駆動制動部を制御する制御部と、を備える自転車用速度制御装置を採用する。【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、自転車の速度を制御する速度制御装置などに関する。

現在、自転車は広く普及しているが、その速度超過により事故が発生することがある。このような速度超過による事故を防止するためには、速度超過を抑制する機能が求められるが、特許文献１には、このような速度超過を押えるための自転車用速度制御装置について開示されている。

特開平１１−７０８６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、所定値以上の速度になったときにブレーキを動作させるだけの構成であり、十分な利便性を備えるとは言い難い点があった。また、近年普及している電動アシスト自転車について採用することについては想定されていなかった。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
車輪に対して駆動力及び制動力を与える駆動制動部（モータ４０）と、
自転車の速度を検出する速度検出部（位置センサ５０）と、
前記速度が所定の速度を超えた場合に、前記車輪に対して制動力を与えるよう前記駆動制動部を制御する制御部（コントロールユニット１０）と、を備える
自転車用速度制御装置である。

上記の自転車用速度制御装置によれば、電動アシスト自転車などに利用される駆動制動部（モータ）を利用して、自転車の速度が所定速度を超過したときに車輪に対して制動力を与える構成としている。これにより、自転車に対して与える制動力を制御しやすくすることが可能となり、搭乗者がより快適に一定の速度以下で安全に走行することが可能となる。また、駆動制動部（モータ）を回生ブレーキとして機能させることで、駆動制動部に接続されたバッテリを充電することなども可能となる。

上記自転車用速度制御装置において、好ましくは、
前記駆動制動部に対して電力を供給するバッテリ（３０）をさらに備え、
前記制御部（コントロールユニット１０）は、前記速度が前記所定の速度より遅い場合に、前記車輪に対して駆動力を与えるよう前記駆動制動部（モータ４０）を制御する。

上記の自転車用速度制御装置によれば、例えば、駆動制動部を、電動アシスト自転車の駆動部として機能させつつ、速度超過時の制動部として機能させることが可能となる。

また、本発明の別の手段は、上記いずれかの自転車用速度制御装置を含む自転車である。

上記の自転車によれば、一定の速度以下で走行することが望まれる高齢者などが安全に走行することができる自転車を提供することができる。また、例えば、下り坂など、意図せず速度が速くなってしまう場面でも速度を抑制することなどが可能となる。

自転車の外観を示す図。 自転車における速度制御装置の機能的構成を示す図。 速度制御装置における速度抑制処理を示すフローチャート。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
（１）自転車の構成例
（２）速度制御処理
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態の自転車は、所定の速度を超えたときに、速度を抑えるようモータに負荷をかける制御を行う点に特徴がある。以下、本実施形態の自転車について、図面を参照しながら具体的に説明する。

＜（１）自転車の構成例＞
図１は、本実施形態の自転車の外観を示す図である。図２は、本実施形態の自転車の機能的構成を示す図である。図１及び図２に示されるように、本実施形態の自転車は、特徴的な構成として、コントロールユニット１０、トルクセンサ２０、バッテリ３０、モータ４０、及び位置センサ５０を含んで構成される。本実施形態の自転車は、これらの特徴的な構成以外にも、車輪、車体、ペダル、およびチェーンなどの、通常の自転車が備える構成を備えているが、本発明の特徴部分ではないためこれらの構成については説明を省略する。本実施形態の自転車は、所謂電動アシスト機能を備える自転車である。

＜トルクセンサ２０＞
トルクセンサ２０は、搭乗者が自転車のペダルに与えたトルク（踏力）を検出するよう構成され、図１に示されるようにフロントチェーンホイールの近傍などに配置される。トルクセンサは、検出したトルク（踏力）情報をコントロールユニット１０に出力する。なお、トルクセンサは、当該位置ではなく別の位置に配置されてもよいが、当該位置に配置すると、踏力が与えられる位置に近い位置でトルク（踏力）を検出することとなり、より精度の高いトルクの検出が可能となるため好ましい。なお、トルクセンサは、ペダルに与えられた踏力をトルクとして検出する構成でも良いし、チェーンに与えられた力を検出するような構成であってもよい。

＜バッテリ３０＞
バッテリ３０は、外部からの充電及びモータ４０からの充電により蓄電可能に構成される。バッテリ３０は、コントロールユニット１０に対して電力を供給するよう構成される。また、バッテリ３０は、コントロールユニット１０を介して、モータ４０を駆動させて自転車に駆動力を与えるための電力を供給する。すなわち、バッテリ３０は、電動アシスト自転車における電動アシスト力を発生させるための電力源となる。

＜モータ４０＞
モータ４０は、図１に示されるように自転車の前輪の中心部分に配置される。モータ４０は、コントロールユニット１０の制御により前輪の回転方向と同じ方向に人力に対する補助として駆動力を与えることで、前輪に対して駆動力を与えることができる。また、モータ４０は、コントロールユニット１０の制御により前輪の回転方向と逆方向に駆動力を与えることで、前輪の回転に対する負荷を与え、これにより前輪に制動力（ブレーキ力）を与えることができる。モータ４０には、位置センサ５０が連結される。このとき、モータ４０は回生駆動状態となり、バッテリ３０に電力を充電することが可能となる。

＜位置センサ５０＞
位置センサ５０は、モータ４０に連結されて配置され、モータ４０または前輪の回転位置を検出する。また、位置センサ５０は、検出されたモータ４０または前輪の回転位置に基づいて、前輪の単位時間当たりの回転数を検出可能である。さらに、位置センサ５０は、この前輪の単位時間の回転数に基づき、自転車の速度を検出することができる。すなわち、位置センサ５０は、車輪の回転数検出部、または自転車の速度検出部などとして機能する。位置センサ５０は、検出した自転車の速度情報などをコントロールユニット１０に出力する。なお、以下の説明では自転車の速度に基づく処理について説明するが、自転車の速度情報に代え、車輪の回転情報などに基づいて処理されてもよい。

＜コントロールユニット１０＞
コントロールユニット１０は、例えばトルクセンサ２０の近傍など、自転車の車体の任意の場所に配置され、自転車における各種制御を行うよう構成される。コントロールユニット１０は、自転車の制御部として機能する。本実施形態の自転車では特に、コントロールユニット１０は、位置センサ５０から入力される自転車の速度情報に基づき、モータ４０を介して自転車の車輪に対して制動力を与えるよう制御する。この処理におけるコントロールユニット１０の具体的な処理については後述する。

また、コントロールユニット１０は、位置センサ５０から入力される自転車の速度情報が所定の速度以下であれば、トルクセンサ２０により検出されたトルク情報に基づいてモータ４０を駆動し、自転車の車輪（前輪）に対して駆動力（推進力）を与える。

＜（２）速度制御処理＞
ここで、上記のような構成を備える本実施形態の自転車における、速度制御処理の動作例について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態の自転車における速度制御処理の動作例を示すフローチャートである。

＜Ｓ１００〜Ｓ１１０＞
搭乗者の操作により、または搭乗者が自転車に搭乗したときに自動的に、速度制御処理（速度抑制処理）が開始されると（Ｓ１００）、コントロールユニット１０は、位置センサ５０で検出された自転車の速度情報を取得する（Ｓ１１０）。

＜Ｓ１２０＞
次に、コントロールユニット１０は、検出された自転車の速度が、予め設定された所定の速度（閾値）以上になっているか否かを判定する（Ｓ１２０）。ここで所定の速度は、製造工程において設定されるか、ユーザにより設定される。

＜Ｓ１３０＞
自転車の速度が所定の速度以上であった場合（Ｓ１２０でＹ）、コントロールユニット１０は、自転車に対して制動力を発生させるため、モータを回生駆動させる（Ｓ１３０）。より具体的には、コントロールユニット１０は、モータ４０を、車輪の回転方向とは逆方向に対して駆動力が発生するよう制御する。これにより、搭乗者は車輪の回転に負荷がかかっていることを体感する。その後、Ｓ１１０の処理に戻る。

＜Ｓ１４０＞
一方で、自転車の速度が所定の速度未満であった場合（Ｓ１２０でＮ）、コントロールユニット１０は、モータ４０が回生駆動しているか否かを確認する（Ｓ１４０）。

＜Ｓ１５０＞
モータ４０が回生駆動していたら（Ｓ１４０でＹ）、コントロールユニット１０は、モータ４０の回生駆動を止める（Ｓ１５０）。すなわち、自転車の速度が所定速度以下のときにモータ４０が回生駆動していた場合（制動力が働いていた場合）には、コントロールユニット１０は、このモータ４０の回生を開放し、自転車に対する制動力がかからない状態にする。

＜Ｓ１６０＞
一方、モータ４０が回生駆動状態でなかったら（Ｓ１４０でＮ）、コントロールユニット１０は位置センサ５０による検出値を確認することで、自転車が走行中であるか否かを判定する（Ｓ１６０）。自転車が走行中であった場合（Ｓ１６０でＹ）、Ｓ１１０からの処理を繰り返し実行する。なお、自転車が走行中であるか否かの判断は、別の方法により行われてもよい。

＜Ｓ１７０＞
自転車が走行中ではなく停止していた場合（Ｓ１６０でＮ）、速度制御処理は終了する（Ｓ１７０）。

以上のような構成の自転車において、速度制御処理を実行することで、モータ４０を利用しつつ、自転車の速度が所定速度を超過したときに自転車の車輪に対して制動力を与えることが可能となる。これにより、搭乗者がより快適に、一定の速度以下で安全に走行することを補助することが可能となる。

上記本実施形態の自転車ではバッテリ３０を備えているが、モータ４０が自転車の車輪（前輪）に対して負荷を与える際に、回生ブレーキ機能を動作させ、バッテリ３０に対する充電を実行するような構成とすることがさらに好ましい。ただし、回生ブレーキ機能によりバッテリ３０に対する充電は必ずしも行われず、単に車輪に対する制動力を与えるだけの構成としてもよい。

＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明は、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

上記実施形態では、自転車を具体例として挙げて説明したが、本実施形態の自転車が備える速度制御装置は必ずしも自転車にのみ適用されるものではない。本実施形態の速度制御装置は、例えばモータによる駆動力を備える二輪車または四輪車などにも適用可能である。

また、上記実施形態では、後輪側ではなく前輪側にモータ４０を配置する構成について説明したが、このモータ４０は後輪側に配置されてもよい。ただし、前輪側にモータ４０を配置する構成は、後輪側にモータ４０を配置する構成よりも、比較的組立が容易であるため好ましい。

本発明は、自転車用の速度制御装置などとして好適に適用される。

１０…コントロールユニット
２０…トルクセンサ
３０…バッテリ
４０…モータ
５０…位置センサ

Claims (3)

1. 車輪に対して駆動力及び制動力を与える駆動制動部と、
   自転車の速度を検出する速度検出部と、
   前記速度が所定の速度を超えた場合に、前記車輪に対して制動力を与えるよう前記駆動制動部を制御する制御部と、を備える
   自転車用速度制御装置。
2. 前記駆動制動部に対して電力を供給するバッテリをさらに備え、
   前記制御部は、前記速度が前記所定の速度より遅い場合に、前記車輪に対して駆動力を与えるよう前記駆動制動部を制御する、
   請求項１に記載の自転車用速度制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の自転車用速度制御装置を備える自転車。