JP2017100540A - 電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの出力特性の幅が広い電動補助自転車を提供する。
【解決手段】クランク軸４１と、クランク軸４１を回転させるペダル３３，３４と、運転者がペダル３３，３４を踏む力をアシストする電動モータ６０を有する電動補助自転車１であって、運転者のペダル３３，３４へのペダルトルクに応じた信号を出力するペダルトルク検出部５７と、少なくともペダルトルク検出部５７の出力に基づいて、アシストトルクの大きさを決定する指令値を算出するモータ制御部９５と、運転者が操作可能な操作部５６と、を備え、モータ制御部９５は、運転者の操作部５６の操作に応じて、第一制御と、第一制御に対して、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動に要する時間が短く、かつ、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が大きい第二制御と、を切り替え可能に構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動補助自転車に関する。

特許文献１などにより、運転者のペダルトルクをアシストするモータトルクを付与可能な電動補助自転車が知られている。特許文献１に記載の電動補助自転車は、人力駆動力に対する電動駆動力の出力の応答速度が複数個設定され、スイッチにより、あるいは、ペダルトルクの平均値などに応じて応答速度を切り替えることで、乗り心地を高めている。

特開２００１−１２２１８４号公報

上記特許文献１のように乗り心地が高められた電動補助自転車が知られているが、状況や乗員の好みによっては、さらに幅の広い電動モータの出力特性が望まれている。

そこで本発明は、電動モータの出力特性の幅が広い電動補助自転車を提供することを目的とする。

本発明にかかる電動補助自転車は、
クランク軸と、
前記クランク軸を回転させるペダルと、
運転者が前記ペダルを踏む力をアシストする電動モータを有する電動補助自転車であって、
運転者の前記ペダルへのペダルトルクに応じた信号を出力するトルクセンサと、
少なくとも前記トルクセンサの出力に基づいて、アシストトルクの大きさを決定する指令値を算出する制御部と、
運転者が操作可能な操作部と、を備え、
前記制御部は、運転者の前記操作部の操作に応じて、
第一制御と、
前記第一制御に対して、前記ペダルトルクの変動に対する前記アシストトルクの変動に要する時間が短く、かつ、前記ペダルトルクの変動に対する前記アシストトルクの変動量が大きい第二制御と、を切り替え可能に構成されている。

上記構成の電動補助自転車によれば、第一制御と、第一制御とは運転者が感じるアシスト感が異なる第二制御とにより、アシストトルクが電動モータから出力される。
第二制御は第一制御よりもペダルトルクの変動に対して迅速にアシストトルクを変動させ、かつ、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が大きい。このため、例えば、ユーザが走り出しの際に第二制御を選択することにより、ペダルトルクを入力したらすぐにアシストトルクが得られ、かつ入力したペダルトルクに応じて力強いアシストトルクが得られる。
しかも、第一制御は第二制御よりも、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動に要する時間が長く、かつペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が小さい。したがって、アシストトルクがペダルトルクの変動により変動しにくいため、例えば、ユーザが巡航速度で走行する際に第一制御を選択することにより、快適なアシスト感が得られる。
このように、電動モータの出力特性の幅が広いので、ユーザの利便性が高められている。

本発明の電動補助自転車において、
前記制御部は、
現在時刻ｔにおけるペダルトルクの値Ｐ（ｔ）、スパン（ｔ−ｔ１）の間のペダルトルクの平均値ＰＡ１（ｔ）、スパン（ｔ−ｔ２，｜ｔ−ｔ２｜≦｜ｔ−ｔ１｜）の間のペダルトルクの平均値ＰＡ２（ｔ）、定数ａ，ｂ，ｅ，ｆ，Ａ１，Ａ２（ａ／ｂ＜ｅ／ｆ）、変数α，β（０≦α≦１，０≦β≦１，α＜β）とすると、
前記第一制御により算出される指令値Ｔ１は、下記（１）式で算出し、
Ｔ１（ｔ）＝｛ａ×Ｐ（ｔ）×α＋ｂ×ＰＡ１（ｔ）×（１−α）｝×Ａ１・・・（１）
前記第二制御により算出される指令値Ｔ２は、下記（２）式で算出してもよい。
Ｔ２（ｔ）＝｛ｅ×Ｐ（ｔ）×β＋ｆ×ＰＡ２（ｔ）×（１−β）｝×Ａ２・・・（２）

本発明の電動補助自転車において、
前記制御部は、
現在時刻ｔにおけるペダルトルクの値Ｐ（ｔ）、現在時刻ｔにおける前記クランク軸の過去１／ｇ周分のペダルトルクの平均値ＱＡ１（ｔ）、現在時刻ｔにおける前記クランク軸の過去１／ｈ（ｇ≦ｈ）周分のペダルトルクの平均値ＱＡ２（ｔ）、定数ａ，ｂ，ｅ，ｆ，Ａ１，Ａ２（ａ／ｂ＜ｅ／ｆ）、変数α，β（０≦α≦１，０≦β≦１，α＜β）とすると、
前記第一制御により算出される指令値Ｔ１は、下記（３）式で算出し、
Ｔ１（ｔ）＝｛ａ×Ｐ（ｔ）×α＋ｂ×ＱＡ１（ｔ）×（１−α）｝×Ａ１・・・（３）
前記第二制御により算出される指令値Ｔ２は、下記（４）式で算出してもよい。
Ｔ２（ｔ）＝｛ｅ×Ｐ（ｔ）×β＋ｆ×ＱＡ２（ｔ）×（１−β）｝×Ａ２・・・（４）

本発明の電動補助自転車において、前記制御部は、前記ペダルトルクの変動から算出したクランク速度ｃ、もしくはクランク回転検出部の出力から算出したクランク速度ｃに基づいて、前記クランク速度ｃが小さいほどαおよびβを大きく、前記クランク速度ｃが大きいほどαおよびβを小さく設定してもよい。

本発明の電動補助自転車において、
車輪の車輪速に応じた信号を出力する車輪速センサを有し、
前記制御部は、前記車輪速センサの出力から算出した車輪速ｖに基づいて、前記車輪速ｖが小さいほどαおよびβを大きく、前記車輪速ｖが大きいほどαおよびβを小さく設定してもよい。

本発明の電動補助自転車において、前記制御部は、車両の走行中に前記第一制御と前記第二制御とを切り替える際に、現在の前記指令値と切替後の算出された前記指令値との変動量が所定の上限値を超える場合には、算出された前記指令値に代えて前記所定の上限値に設定してもよい。

上記構成の電動補助自転車によれば、指令値の変動量を抑えることができ、第一制御と第二制御とを円滑に切り替えることができる。

本発明の電動補助自転車において、前記制御部が前記第一制御または前記第二制御を実行中であることに応じて、異なる色、もしくは異なるパターンで光る表示器を備えている。

上記構成の電動補助自転車によれば、表示器を視認することで、ユーザが、現在実行されている制御が第一制御または第二制御のいずれであるかを容易に確認することができる。異なるパターンとは、例えば、消灯・点灯・点滅等が挙げられる。

本発明によれば、電動モータの出力特性の幅が広い電動補助自転車を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電動補助自転車の側面図である。 実施形態に係る電動補助自転車の機能を示すブロック図である。 実施形態に係る電動補助自転車の操作部の操作による制御の切り替わり動作を示すフローチャートである。 モータ制御部による制御の切り替えを説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図１を参照しながら説明する。なお、図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものとは限らない。

以下の説明において、前方、後方、左方及び右方は、ハンドル２３を握りつつ電動補助自転車のシート２４に着座した運転者から見た前方、後方、左方及び右方を意味する。

＜電動補助自転車の全体構成＞
図１に示すように、電動補助自転車１は、ペダル３３，３４と電動モータ６０とを有している。この電動補助自転車１は、運転者がペダル３３，３４を踏み込むことにより生じるペダルトルクと、電動モータ６０から出力されるモータトルクとを合計した駆動トルクによって駆動される。電動モータ６０のモータトルクが、運転者のペダル３３，３４の踏み込み動作をアシストする補助トルクとなる。また、この電動補助自転車１は、運転者がハンドル２３を把持して押し歩きする際に、後輪２２に電動モータ６０が押し歩き補助トルクを付与可能である。

電動補助自転車１は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。また、電動補助自転車１は、前輪２１、後輪２２、ハンドル２３、シート２４及びパワーユニット４０を有する。

車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンフレーム１３、トップフレーム１５、シートフレーム１４、そしてシートフレーム１４に上下揺動自在に懸架されたスイングアーム１６を有する。ヘッドパイプ１２は、電動補助自転車１の前部に配置される。ヘッドパイプ１２には、後下方に延びるダウンフレーム１３とトップフレーム１５の前部が接続されている。シートフレーム１４の下端部とダウンフレーム１３の後部は車体前後方向に延在するブラケット１９に接続されている。シートフレーム１４は、ブラケット１９の後端部から上方且つ斜め後方に向かって延びている。

ヘッドパイプ１２には、ハンドルステム２５が回転自在に挿入されている。ハンドルステム２５の上端部には、ハンドル２３が固定されている。ハンドルステム２５の下端部には、油圧緩衝器付のフロントフォーク２６が固定されている。フロントフォーク２６の下端部には、前輪２１が車軸２７によって回転可能に支持されている。フロントフォーク２６の下端部には、前輪２１の回転から車速を検出する前輪車速センサ３７が設けられている。

円筒状のシートフレーム１４の内方には、シートパイプ２８が挿入されている。シートパイプ２８の上端部には、シート２４が設けられている。

スイングアーム１６は一対のチェーンステイ１６ａと一対のシートステイ１６ｂを一体化したものである。一対のチェーンステイ１６ａは、前端がシートフレーム１４に第一の支軸１６ｃを介して揺動自在に支持され、後輪２２を左右から挟むように設けられている。一対のチェーンステイ１６ａは、第一の支軸１６ｃから後輪２２の回転中心に向かって延びている。シートフレーム１４の中間部には、第二の支軸１６ｄ回りにリンク１７が上下方向に揺動自在に支持されている。一対のシートステイ１６ｂは、前端がリンク１７を介してシートフレーム１４に連結され、後端が後輪２２の回転中心に向かって延びている。リンク１７の他端とシートフレーム１４との間には油圧緩衝器１８が配置されている。チェーンステイ１６ａおよびシートステイ１６ｂの後端部には、後輪２２が回転可能に支持されている。

ダウンフレーム１３には、パワーユニット４０の電動モータ６０に電力を供給するバッテリ３５が載置されている。バッテリ３５は、図示しない充放電可能な充電池及び電池制御部を有する。電池制御部は、充電池の充放電を制御するとともに、その出力電流及び残容量等を監視する。

パワーユニット４０は、ユニットケース５０に、クランク軸４１、クランク回転入力軸（不図示）、ペダルトルク検出部５７、クランク回転検出部５８、電動モータ６０および減速機（不図示）、合力出力軸５９を組み込み、ユニット化したものである。パワーユニット４０は、車体フレーム１１のブラケット１９にボルトで結合されている。

クランク軸４１は、シートフレーム１４の下方に回転可能に設けられている。クランク軸４１はユニットケース５０に左右方向に貫通して支持されている。クランク軸４１の両端部にはクランクアーム３１，３２が取り付けられている。クランクアーム３１，３２の先端には、ペダル３３，３４が回転可能に取り付けられている。

クランク回転入力軸（不図示）は筒状に形成され、内部にクランク軸４１が挿通される。クランク回転入力軸の一端はクランク軸４１にスプライン結合され、他端は人力用一方向クラッチ（不図示）を介して合力出力軸５９に結合される。

ペダルトルク検出部５７（トルクセンサの一例）は、クランク回転入力軸の周囲に配置され、運転者がペダル３３，３４を介してクランク軸４１に入力したペダルトルクを検出する。

クランク回転検出部５８は、運転者がペダル３３，３４を回転させたときのクランク回転入力軸またはこれに結合される人力用一方向クラッチの入力側の回転を検出する。

電動モータ６０は、ユニットケース５０内であって、クランク軸４１の前方に配置されている。電動モータ６０の回転は減速機（不図示）、モータ用一方向クラッチ（不図示）を介して、合力出力軸５９に伝えられる。

駆動スプロケット４２は、クランク軸４１と同軸円筒状の合力出力軸５９の右端に取り付けられている。この駆動スプロケット４２はクランク軸４１とともに回転する。従動スプロケット４５は、後輪２２の後輪軸２９と同軸に複数段設けられている。従動スプロケット４５は、図示せぬ一方向クラッチを介して後輪２２に連結される。

無端状のチェーン４６は、駆動スプロケット４２と複数段の従動スプロケット４５の何れかにリヤディレーラ５１を介して掛け渡されている。これにより、運転者がペダル３３，３４を踏み込むと、合力出力軸５９とともに駆動スプロケット４２が回転する。さらに駆動スプロケット４２の回転はチェーン４６を介して従動スプロケット４５に伝達され、後輪２２が駆動される。

電動モータ６０は、ユニットケース５０内であって、クランク軸４１の前方に配置されている。電動モータ６０にはバッテリ３５から電力が供給される。電動モータ６０に電力を供給すると電動モータ６０が回転する。電動モータ６０の回転は、合力出力軸５９上で人力と合力され、駆動スプロケット４２を介してチェーン４６に伝達される。このように、電動モータ６０に電力を供給すると、電動モータ６０にモータトルクが生じる。このモータトルクはチェーン４６を介して後輪２２に伝達される。

ハンドル２３の左右端部にはグリップ部６３が設けられている。グリップ部６３は略左右方向に延びている。運転者は、これらのグリップ部６３を把持可能である。

グリップ部６３の近傍には、ブレーキレバー６５が設けられている。運転者が右手で、右側のブレーキレバー６５を操作すると、前輪２１に制動力が付与される。運転者が左手で、左側のブレーキレバー６５を操作すると、後輪２２に制動力が付与される。

グリップ部６３の近傍に操作部５６が設けられている。操作部５６は、グリップ部６３を握る運転者の手指によって操作可能とされている。操作部５６は、信号線（図示略）を介して、後述するモータ制御部９５を含む制御装置１００に接続されている。

このような電動補助自転車１は、制御装置１００によって電動モータ６０を制御し、後輪２２にモータトルクを作用させる。

図２は、電動補助自転車１の機能を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置１００は、ペダルトルク算出部１０１、モータ制御部９５、モータ駆動部１０５、変速段推定部９７及びメモリ９８を備えている。操作部５６は、モータ制御部９５に接続されている。

＜動力の伝達経路＞
次に、動力の伝達経路について説明する。
運転者がペダル３３，３４を踏み込んでクランク軸４１を回転させると、そのクランク軸４１の回転が一方向クラッチ５５を介して合力出力軸５９に伝達される。一方向クラッチ５５は、クランク軸４１の順回転のみを合力出力軸５９に伝達し、クランク軸４１の逆回転は合力出力軸５９に伝達させない。合力出力軸５９の回転はチェーン４６へ伝達される。

チェーン４６の回転は後輪２２側のリヤディレーラ５１により所望の従動スプロケット４５に伝達される。従動スプロケット４５の回転は、一方向クラッチ９２を介して後輪２２に伝達される。

リヤディレーラ５１は運転者によって操作される変速操作器９３に応じて変速段を変更できる機構である。変速操作器９３には、変速段センサ９４が設けられ、変速段センサ９４は、変速操作器９３における段数の情報を変速段推定部９７へ送信する。
一方向クラッチ９２は、従動スプロケット４５の回転速度が後輪２２の回転速度よりも速い場合にのみ、従動スプロケット４５の回転を後輪２２に伝える。従動スプロケット４５の回転速度が後輪２２の回転速度よりも遅い場合には、一方向クラッチ９２は従動スプロケット４５の回転を後輪２２に伝えない。一方向クラッチ９２には、後輪車速センサ９６が設けられ、後輪車速センサ９６は、後輪２２の回転速度の情報を変速段推定部９７へ送信する。

電動モータ６０の回転は、減速機８２を介して一方向クラッチ８５に伝達される。一方向クラッチ８５は、減速機８２が合力出力軸５９を順回転させる方向の回転のみを合力出力軸５９に伝達し、減速機８２が合力出力軸５９を逆回転させる方向の回転は合力出力軸５９に伝達させない。

このように本実施形態に係る電動補助自転車１においては、クランク軸４１に入力されるペダルトルクと電動モータ６０のモータトルクは、合力出力軸５９で合成されチェーン４６へ伝達される。

＜信号の経路＞
次に、信号の経路を説明する。
運転者がクランク軸４１を回転させると、車両に設けられたペダルトルク検出部５７が、クランク軸４１に入力されたペダルトルクに応じた信号を発生させる。ペダルトルク検出部５７は、その信号をペダルトルク算出部１０１に入力する。

ペダルトルク算出部１０１は、ペダルトルク検出部５７からの信号を運転者がペダル３３，３４に与えたペダルトルクに換算する。ペダルトルク算出部１０１は、そのペダルトルクの値をモータ制御部９５に入力する。

クランク回転検出部５８は、クランク軸４１の位相を検出するセンサである。クランク回転検出部５８は、クランク軸４１の位相に応じた信号を発生させる。クランク回転検出部５８は、その信号をモータ制御部９５に入力する。

前輪車速センサ３７は、変速段推定部９７に前輪２１の回転速度の信号を送信する。変速段推定部９７は、前輪２１の回転速度から変速段を推定し、その情報をモータ制御部９５へ送信する。

電動モータ６０には、モータ回転センサ９９が設けられている。このモータ回転センサ９９は、電動モータ６０の回転数を検知し、変速段推定部９７及びモータ駆動部１０５へ送信する。

＜走行アシスト＞
モータ制御部９５は、ペダルトルク算出部１０１、クランク回転検出部５８及び変速段推定部９７からの出力、メモリ９８に格納されている情報からの出力などから、適切なアシスト力を付与するための指令値を算出し、モータ駆動部１０５へ送信する。

モータ駆動部１０５は、モータ制御部９５からの指令値に基づいて、その指令値に応じた電力をバッテリ３５から電動モータ６０に供給する。これにより、電力が供給された電動モータ６０が駆動し、所定のモータトルクを発生させる。
このように、モータ制御部９５は、走行時の運転者のペダル３３，３４を漕ぐ動作をアシストするように、電動モータ６０にモータトルクを発生させることができる。

上記構成の電動補助自転車１は、モータ制御部９５が、第一制御または第二制御に基づいて指令値を決定する。第二制御は、第一制御に対して、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動に要する時間が短く、かつ、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が大きい。

図３は、実施形態に係る電動補助自転車１の操作部５６の操作による制御の切り替わり動作を示すフローチャートである。図３に示すように、電動補助自転車１では、車両の電源ＯＮ後は、第一制御が選択されている（ｓｔｅｐ１）。この第一制御が選択された状態において、運転者によって操作部５６が操作されると、第二制御が選択される（ｓｔｅｐ２）。また、この第二制御が選択された状態において、運転者によって操作部５６が操作されると、第一制御が選択される（ｓｔｅｐ１）。
このため、例えば、通常時は第一制御が選択されており、発進時、段差乗り越え時等の瞬間的なアシストが欲しい場合に、操作部５６を操作して第二制御を選択することで、スムーズな発進や段差乗り越えができるようにアシストトルクを得ることができる。

図４は、モータ制御部９５による制御の切り替えを説明する模式図である。
図４に示すように、モータ制御部９５は、操作部５６が操作されることで、第一制御から第二制御へまたは第二制御から第一制御へ切り替える。モータ制御部９５は、ペダルトルクの値Ｐ（t）、ペダルトルクの平均値ＰＡ（t）、クランク速度ｃ、車速ｖ等に基づいて、アシストトルクに応じた指令値を算出する。

次に、第一制御及び第二制御におけるモータ制御部９５からモータ駆動部１０５へ送信される指令値の算出例について説明する。

モータ制御部９５は、基本的には、時刻ｔのペダルトルクＰ（ｔ）に応じたアシストトルクの成分を算出し、時刻ｔにおけるペダルトルクの平均値ＰＡ１（ｔ）に応じたアシストトルクの成分を算出し、両方のアシストトルクの成分を合計して時刻ｔにおけるアシストトルクＴ（ｔ）を定める。

モータ制御部９５は、第一制御または、第一制御とは異なる第二制御に従って、アシストトルクを算出する。モータ制御部９５は、アシストトルクに応じた指令値を算出し、指令値をモータ駆動部１０５に送信する。

第一制御では、以下の式（１）に基づいてアシストトルクＴ１（ｔ）を算出する。
Ｔ１（ｔ）＝｛ａ×Ｐ（ｔ）×α＋ｂ×ＰＡ１（ｔ）×（１−α）｝×Ａ１・・・（１）
ここで、
Ｐ（ｔ）は、現在時刻ｔにおけるペダルトルク、
ＰＡ１（ｔ）は、スパン（ｔ−ｔ１）の間のペダルトルクの平均値、
ａ，ｂ，Ａ１は、定数、
αは、０≦α≦１の変数、である。

第二制御では、以下の式（２）に基づいてアシストトルクＴ２（ｔ）を算出する。
Ｔ２（ｔ）＝｛ｅ×Ｐ（ｔ）×β＋ｆ×ＰＡ２（ｔ）×（１−β）｝×Ａ２・・・（２）
ここで、
Ｐ（ｔ）は、現在時刻ｔにおけるペダルトルク、
ＰＡ２（ｔ）は、スパン（ｔ−ｔ２）の間のペダルトルクの平均値、
ｔ１，ｔ２について、｜ｔ−ｔ２｜≦｜ｔ−ｔ１｜であり、
ｅ，ｆ，Ａ２は、定数、（ａ／ｂ＜ｅ／ｆ）
βは、０≦β≦１の変数、α＜β
である。

ここで、ペダルトルクの平均値について、第一制御と第二制御とで、平均値を得るためのスパンが異なっている。｜ｔ−ｔ２｜＜｜ｔ−ｔ１｜である場合には、第一制御で用いるペダルトルクの平均値ＰＡ１（ｔ）は、第二制御で用いるペダルトルクの平均値ＰＡ２（ｔ）よりも、ペダルトルクＰ（ｔ）の変動に対するアシストトルクの変動に要する時間が長くなる傾向を有する。

なお、ｔ１＝ｔ２であってもよい。この場合には｜ｔ−ｔ２｜＝｜ｔ−ｔ１｜である。
α＜β、かつ、（ａ／ｂ＜ｅ／ｆ）であるため
第一制御において、ペダルトルクに基づいて算出されるアシストトルクの成分とペダルトルクの平均値に基づいて算出されるアシストトルクの成分との比率ｋ１＝（ａ×Ｐ（ｔ）×α）／｛ｂ×ＰＡ１（ｔ）×（１−α）｝と、
第二制御において、ペダルトルクに基づいて算出されるアシストトルクの成分とペダルトルクの平均値に基づいて算出されるアシストトルクの成分との比率ｋ２＝（ｅ×Ｐ（ｔ）×β）／｛ｆ×ＰＡ２（ｔ）×（１−β）｝と、
を比較すると、ｋ１＜ｋ２である。

つまり、第二制御は、第一制御よりも、時刻ｔにおけるペダルトルク（の瞬間値）Ｐ（ｔ）に応じて算出されるアシストトルクの成分がペダルトルクの平均値ＰＡ１（ｔ），ＰＡ２（ｔ）に応じて算出されるアシストトルクの成分よりも大きい傾向を有する。このため、ｔ１＝ｔ２であってＰＡ１（ｔ）＝ＰＡ２（ｔ）であっても、第二制御によれば、ペダルトルクの変動に応じて素早くアシストトルクを変動させやすい。

またｋ１＜ｋ２であるため、ペダルトルクＰ（ｔ）が変動した場合、その変化量は、ペダルトルクの平均値の変動量よりも大きくなる。このため、第二制御は第一制御よりも、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が大きくなる。

なお、上述した例においては、アシストトルクの指令値Ｔ１，Ｔ２を、ペダルトルクの時間的な平均値に基づいて算出する例を説明したが、本発明は、これに限らない。例えば、次に式（３），（４）を用いて説明するように、クランク軸４１の所定回転あたりのペダルトルクの平均値に基づいて、アシストトルクの指令値Ｔ１，Ｔ２を算出してもよい。

第一制御では、以下の式（３）に基づいてアシストトルクＴ１（ｔ）を算出する。
Ｔ１（ｔ）＝｛ａ×Ｐ（ｔ）×α＋ｂ×ＱＡ１（ｔ）×（１−α）｝×Ａ１・・・（３）
ここで、
Ｐ（ｔ）は、現在時刻ｔにおけるペダルトルク、
ＱＡ１（ｔ）は、現在時刻ｔにおけるクランク軸４１の過去１／ｇ周分のペダルトルクの平均値
ａ，ｂ，Ａ１は、定数、
αは、０≦α≦１の変数、である。

第二制御では、以下の式（４）に基づいてアシストトルクＴ２（ｔ）を算出する。
Ｔ２（ｔ）＝｛ｅ×Ｐ（ｔ）×β＋ｆ×ＱＡ２（ｔ）×（１−β）｝×Ａ２・・・（４）
ここで、
Ｐ（ｔ）は、現在時刻ｔにおけるペダルトルク、
ＱＡ２（ｔ）は、現在時刻ｔにおけるクランク軸４１の過去１／ｈ（ｇ≦ｈ）周分のペダルトルクの平均値
ｅ，ｆ，Ａ２は、定数、（ａ／ｂ＜ｅ／ｆ）
βは、０≦β≦１の変数、α＜β
である。

例えば、第一制御においてはｇ＝１として、クランク軸４１の１回転あたりのペダルトルクの平均値からアシストトルクＴ１（ｔ）を算出し、第二制御においてはｈ＝２として、クランク軸４１の半回転あたりのペダルトルクの平均値からアシストトルクＴ２（ｔ）を算出するように構成してもよい。
この場合においても、第二制御は、第一制御に対して、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動に要する時間が短い。かつ、第二制御は、第一制御に対して、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が大きくなる。

なお、上式（１）〜（４）において、α，βは以下のようにして設定することができる。
モータ制御部９５は、ペダルトルクの変動から算出したクランク速度ｃもしくはクランク回転検出部５８の出力から算出したクランク速度ｃに基づいて、クランク速度ｃが小さいほどαおよびβを大きく、クランク速度ｃが大きいほどαおよびβを小さく設定してもよい。

あるいは、モータ制御部９５は、前輪車速センサ３７や後輪車速センサ９６などの車輪速センサの出力から算出した車輪速ｖに基づいて、車輪速ｖが小さいほどαおよびβを大きく、車輪速ｖが大きいほどαおよびβを小さく設定してもよい。

さらに、モータ制御部９５は、α，βを、クランク速度ｃと車輪速ｖに基づいて、クランク速度ｃが小さいほどαおよびβを大きく、クランク速度ｃが大きいほどαおよびβを小さく、車輪速ｖが小さいほどαおよびβを大きく、車輪速ｖが大きいほどαおよびβを小さく設定してもよい。

このように、クランク速度ｃ及び車輪速ｖの何れか一方、または、クランク速度ｃ及び車輪速ｖの両方に応じてαおよびβを大きくまたは小さく設定することで、発進時に力強いアシストトルクが素早く得られたり、巡航速度で走行するときに滑らかなアシストトルクが得られたりするなど、状況に応じた適切なアシストトルクが得られる。

定数ａ，ｂ，ｅ，ｆ，Ａ１，Ａ２は、例えばメモリ９８に記録されたプリセットされた値である。あるいは、ユーザがａ，ｂ，ｅ，ｆ，Ａ１，Ａ２を変更可能に構成してもよい。ａとｅは互いに等しくても異なっていてもよい。ｂとｆは互いに等しくても異なっていてもよい。Ａ１とＡ２は互いに等しくても異なっていてもよい。

本実施形態によれば、第一制御と、第一制御とは運転者が感じるアシスト感が異なる第二制御とにより、アシストトルクが電動モータ６０から出力される。

第二制御は第一制御よりもペダルトルクの変動に対して迅速にアシストトルクを変動させ、かつ、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が大きい。このため、例えば、ユーザが走り出しの際に第二制御を選択することにより、ペダルトルクを入力したらすぐにアシストトルクが得られ、かつ入力したペダルトルクに応じて力強いアシストトルクが得られる。

第一制御は第二制御よりも、ペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動に要する時間が長く、かつペダルトルクの変動に対するアシストトルクの変動量が小さい。したがって、アシストトルクがペダルトルクの変動により変動しにくいため、例えば、ユーザが巡航速度で走行する際に第一制御を選択することにより、快適なアシスト感が得られる。

このように、本実施形態に係る電動補助自転車１によれば、電動モータ６０の出力特性の幅が広いので、ユーザの利便性が高められている。
あるいは、例えば、ユーザは、ダウンヒルコース等で、段差の少ない登坂路を、連続的にアシスト走行する際は、第一制御を実行し、頂上到達後、下る際は第二制御に切り替え、応答性の高いアシストでよりクイックな走行を実現することができる。

なお、上記の説明では、アシストトルクをペダルトルクとペダルトルクの平均値から算出する例を説明したが、本発明はこれに限られない。アシストトルクをペダルトルクとペダルトルクの平均値の他に、車速やクランク回転数に応じて算出するように構成してもよい。

また、モータ制御部９５は、車両の走行中に第一制御と第二制御とを切り替える際に、現在の指令値と切替後の算出された指令値との変動量が所定の上限値を超える場合に、算出された指令値に代えて所定の上限値に設定しても良い。
このように制御することで、指令値の変動量を抑えることができ、第一制御と第二制御とを円滑に切り替えることができる。

また、電動補助自転車１に、図１に示したように、モータ制御部９５が第一制御または第二制御を実行中であることに応じて異なる色もしくは異なるパターンで光る表示器６７を設けても良い。ここで異なるパターンとは消灯・点灯・点滅のうちの任意の２パターンである。
このような表示器６７を設けることで、ユーザは、表示器６７を視認することで、現在実行されている制御が第一制御または第二制御のいずれであるかを容易に確認することができる。表示器６７の発光状態は、ユーザが注視しなくても容易に把握可能である。このため、ダウンヒルなどの起伏が激しい走行路を走行中に、頻繁に第一制御と第二制御とを切り替える際などに、好適である。

なお、上記実施形態では、ユーザが操作部５６を操作することで、第一制御及び第二制御が順に切り替わる構成としたが、第一制御及び第二制御の切り替えの方式としては、上記の例に限定されない。
例えば、ユーザが操作部５６を操作している間だけ（ボタンを押している間やレバーを握っている間だけ）第二制御を実行し、ユーザが操作部５６を操作していない間だけ第一制御を実行するように構成してもよい。

また、車両の電源ＯＮ後は第一制御が選択されており、ユーザが操作部５６を操作することにより、第二制御が選択されるようにし、該操作の以降は操作部５６が再び操作されるまで、第二制御が選択されるように構成してもよい。
また、車両の電源がＯＦＦにされるとリセットされて、次の電源ＯＮ後は第一制御が選択されるように構成してもよい。あるいは、車両の電源がＯＦＦにされても、再び操作部５６が操作されるまでは、次の電源のＯＮの後も第二制御が選択されるように構成してもよい。

さらには、操作部５６は、ボタンやスイッチなどの電気式の操作盤の操作による、モードの選択であってもよいし、スマートフォンからのアシスト方式の選択信号を受信するように構成してもよい。
なお、操作部５６は、レバーやトグル、ボタン、スイッチなど機械式の構成であってもよい。例えば、スイッチがそのポジションにある限り、電源ＯＮ／ＯＦＦに関わらず第一制御／第二制御の選択が保持されるようにしても良い。

また、本実施形態に係る電動補助自転車１としては、モータ制御部９５が走行時の運転者のペダルトルクをアシストするほかに、押し歩き時に運転者の押し歩き動作を補助する押し歩き補助トルクを電動モータ６０に出力させる押し歩き機能を搭載しても良い。このような押し歩きアシスト機能を車両に搭載する場合には、押し歩き補助トルクを発生させる押し歩き操作部と、第一制御／第二制御を選択する操作部とを別々に搭載してもよい。あるいは、単一の操作部を搭載し、操作部の１回押しで第一制御または第二制御の選択をし、長押しで押し歩き補助トルクを発生させるように構成してもよい。

１：電動補助自転車、１１：車体フレーム、１２：ヘッドパイプ、１３：ダウンフレーム、１４：シートフレーム、１５：トップフレーム、１６：スイングアーム、１６ａ：チェーンステイ、１６ｂ：シートステイ、１６ｃ：第一の支軸、１７：リンク、１８：油圧緩衝器、１９：ブラケット、２１：前輪（車輪）、２２：後輪（車輪）、２３：ハンドル、２４：シート、２５：ハンドルステム、２６：フロントフォーク、２７：車軸、２８：シートパイプ、２９：後輪軸、３１：クランクアーム、３２：クランクアーム、３３：ペダル、３４：ペダル、３５：バッテリ、３７：前輪車速センサ（車輪速センサ）、４０：パワーユニット、４１：クランク軸、４２：駆動スプロケット、４５：従動スプロケット、４６：チェーン、５０：ユニットケース、５１：リヤディレーラ、５５：一方向クラッチ、５６：操作部、５７：ペダルトルク検出部（トルクセンサ）、５８：クランク回転検出部、５９：合力出力軸、６０：電動モータ、６３：グリップ部、６５：ブレーキレバー、６７：表示器、８２：減速機、８５：一方向クラッチ、９２：一方向クラッチ、９３：変速操作器、９４：変速段センサ、９５：モータ制御部（制御部）、９６：後輪車速センサ（車輪速センサ）、９７：変速段推定部、９８：メモリ、９９：モータ回転センサ、１００：制御装置、１０１：ペダルトルク算出部、１０５：モータ駆動部

Claims (7)

1. クランク軸と、
   前記クランク軸を回転させるペダルと、
   運転者が前記ペダルを踏む力をアシストする電動モータを有する電動補助自転車であって、
   運転者の前記ペダルへのペダルトルクに応じた信号を出力するトルクセンサと、
   少なくとも前記トルクセンサの出力に基づいて、アシストトルクの大きさを決定する指令値を算出する制御部と、
   運転者が操作可能な操作部と、を備え、
   前記制御部は、運転者の前記操作部の操作に応じて、
   第一制御と、
   前記第一制御に対して、前記ペダルトルクの変動に対する前記アシストトルクの変動に要する時間が短く、かつ、前記ペダルトルクの変動に対する前記アシストトルクの変動量が大きい第二制御と、を切り替え可能に構成されている、電動補助自転車。
2. 前記制御部は、
   現在時刻ｔにおけるペダルトルクの値Ｐ（ｔ）、スパン（ｔ−ｔ１）の間のペダルトルクの平均値ＰＡ１（ｔ）、スパン（ｔ−ｔ２，｜ｔ−ｔ２｜≦｜ｔ−ｔ１｜）の間のペダルトルクの平均値ＰＡ２（ｔ）、定数ａ，ｂ，ｅ，ｆ，Ａ１，Ａ２（ａ／ｂ＜ｅ／ｆ）、変数α，β（０≦α≦１，０≦β≦１，α＜β）とすると、
   前記第一制御により算出される指令値Ｔ１は、下記（１）式で算出し、
   Ｔ１（ｔ）＝｛ａ×Ｐ（ｔ）×α＋ｂ×ＰＡ１（ｔ）×（１−α）｝×Ａ１・・・（１）
   前記第二制御により算出される指令値Ｔ２は、下記（２）式で算出する、請求項１に記載の電動補助自転車。
   Ｔ２（ｔ）＝｛ｅ×Ｐ（ｔ）×β＋ｆ×ＰＡ２（ｔ）×（１−β）｝×Ａ２・・・（２）
3. 前記制御部は、
   現在時刻ｔにおけるペダルトルクの値Ｐ（ｔ）、現在時刻ｔにおける前記クランク軸の過去１／ｇ周分のペダルトルクの平均値ＱＡ１（ｔ）、現在時刻ｔにおける前記クランク軸の過去１／ｈ（ｇ≦ｈ）周分のペダルトルクの平均値ＱＡ２（ｔ）、定数ａ，ｂ，ｅ，ｆ，Ａ１，Ａ２（ａ／ｂ＜ｅ／ｆ）、変数α，β（０≦α≦１，０≦β≦１，α＜β）とすると、
   前記第一制御により算出される指令値Ｔ１は、下記（３）式で算出し、
   Ｔ１（ｔ）＝｛ａ×Ｐ（ｔ）×α＋ｂ×ＱＡ１（ｔ）×（１−α）｝×Ａ１・・・（３）
   前記第二制御により算出される指令値Ｔ２は、下記（４）式で算出する、請求項１に記載の電動補助自転車。
   Ｔ２（ｔ）＝｛ｅ×Ｐ（ｔ）×β＋ｆ×ＱＡ２（ｔ）×（１−β）｝×Ａ２・・・（４）
4. 前記制御部は、前記ペダルトルクの変動から算出したクランク速度ｃもしくはクランク回転検出部の出力から算出したクランク速度ｃに基づいて、前記クランク速度ｃが小さいほどαおよびβを大きく、前記クランク速度ｃが大きいほどαおよびβを小さく設定する、請求項２または請求項３に記載の電動補助自転車。
5. 車輪の車輪速に応じた信号を出力する車輪速センサを有し、
   前記制御部は、前記車輪速センサの出力から算出した車輪速ｖに基づいて、前記車輪速ｖが小さいほどαおよびβを大きく、前記車輪速ｖが大きいほどαおよびβを小さく設定する、請求項２から４のいずれか一項に記載の電動補助自転車。
6. 前記制御部は、車両の走行中に前記第一制御と前記第二制御とを切り替える際に、現在の前記指令値と切替後の算出された前記指令値との変動量が所定の上限値を超える場合には、算出された前記指令値に代えて前記所定の上限値に設定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動補助自転車。
7. 前記制御部が前記第一制御または前記第二制御を実行中であることに応じて異なる色もしくは異なるパターンで光る表示器を備えた、請求項１から６のいずれか一項に記載の電動補助自転車。

Images