JP2018161959A - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を受けづらく、比較的簡易な処理によって上り坂を走行中であるか否かなどを判定して補助回転力を調整可能な電動アシスト自転車を提供する。【解決手段】電動アシスト自転車において、車輪の回転方向に向かって補助回転力を与えるモータと、ハンドルに与えられる圧力を検出する圧力センサと、前記圧力に基づいて前記補助回転力を制御する制御部と、を備える構成とする。【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、電動アシスト自転車などに関する。

従来から、モータを用いて車輪の回転力を補助し、軽い力でもスムーズに走行できるよう補助する電動アシスト自転車がある。このような電動アシスト自転車では、上り坂などでは車輪に与えるアシスト力を高くすることで、よりスムーズな走行をすることが望まれる。この点、従来の構成では、ジャイロセンサまたは加速度センサを用いて自転車の傾きを検出することで、走行中の場所が上り坂か否かを判定する方法があった。例えば、特許文献１には、踏力とクランク角度から登坂を走行中であるかを判定し、アシスト力を調整する電動アシスト自転車が開示されている。

国際公開第２００９／１４２１９９号

しかしながら、上記従来の構成のように加速度センサを用いた構成は、加速源がある場合に加速源による加速がノイズとなり、傾きを適切に検出できない場合があった。また、ジャイロセンサを用いた構成では、ジャイロセンサのゼロ点が時間経過と共に自己変動してしまうことがあり、傾きを適切に検出できない場合があった。また、特許文献１のような構成でも、自転車が登坂であるか否かを適切に検出できなかったり、処理が複雑になってしまったりすることがあった。

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、
車輪の回転方向に向かって補助回転力を与えるモータ（１４）と、
ハンドルに与えられる圧力を検出する圧力センサ（１３）と、
前記圧力に基づいて前記補助回転力を制御する制御部（１０）と、を備える、
電動アシスト自転車である。

上記の電動アシスト自転車によれば、圧力センサによって検出されたハンドルに与えられる圧力から搭乗者の状態を推測することで、走行中の場所が上り坂か否かなどの自転車の状態を判定し、補助回転力（アシスト力）を調整している。そのため、電動アシスト自転車に与えられる加速などのノイズによる影響を受けづらく、比較的簡単な処理によって上り坂などを判定しながら補助回転力を調整可能な構成にすることができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記制御部は、前記圧力に基づいて、上り坂を走行中であると判定された場合に、前記補助回転力を高くする。

上記の電動アシスト自転車によれば、上り坂を走行中に補助回転力（アシスト力）を高めることが可能となり、坂道であってもスムーズに走行可能な構成とすることができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記制御部は、前記圧力が所定値より高い場合に、前記補助回転力を高くする。

上記の電動アシスト自転車によれば、圧力センサにより検出された圧力が高い場合には、搭乗者がハンドルを強く握っており、上り坂などを走行中であると判定し、補助回転力を高めてスムーズな走行を補助することが可能となる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
前記圧力センサは、右ハンドルに設置された右圧力センサと、左ハンドルに設置された左圧力センサとを含み、
前記制御部は、前記右圧力センサで検出された右圧力と前記左圧力センサで検出された左圧力とが、時間的に連続して所定値よりも高くなった場合に、前記補助回転力を高くする。

上記の電動アシスト自転車によれば、上り坂を走行中か否かをより精度良く検出しつつ、補助回転力を調整する構成にすることができる。

上記電動アシスト自転車において、好ましくは、
クランクに与えられるトルクを検出するトルクセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記圧力に加え、前記トルクに応じて前記補助回転力を制御する。

上記の電動アシスト自転車によれば、上り坂を走行中か否かを、さらに精度良く検出しつつ、補助回転力を調整する構成にすることができる。または、電動アシスト自転車に搭乗者が搭乗している場合に限定して、補助回転力を調整する構成とすることができる。

図１は、実施形態の電動アシスト自転車の構成を示す図である。 図２は、実施形態の電動アシスト自転車の機能的構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態の電動アシスト自転車のハンドル部分の拡大図である。 図４は、実施形態の電動アシスト自転車のハンドル部分の断面図である。 図５は、ハンドルグリップを強く握った際の上圧力センサと下圧力センサとに与えられる圧力の時間変化を示す図である。 図６は、上り坂を走行中における左ハンドルグリップの上圧力センサと下圧力センサとに与えられる圧力の時間変化を示す図である。 図７は、上り坂を走行中における右ハンドルグリップの上圧力センサと下圧力センサとに与えられる圧力の時間変化を示す図である。 図８は、実施形態の電動アシスト自転車における補助回転力調整の処理を示すフローチャートである。

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
２．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態の電動アシスト自転車は、ハンドルに圧力センサを配置し、搭乗者がハンドルに与える圧力に基づいて上り坂を走行中であると判定された場合に、補助回転力（アシスト力）を高める構成に特徴の一つがある。以下、本実施形態の電動アシスト自転車について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、本実施形態の電動アシスト自転車の構成を示す図である。図２は、本実施形態の電動アシスト自転車の機能的構成を示すブロック図である。図１及び図２に示されるように、本実施形態の電動アシスト自転車は、制御部１０、バッテリ１１、トルクセンサ１２、圧力センサ１３、及びアシスト用モータ１４を含んで構成される。本実施形態の電動アシスト自転車は、従来の電動アシスト自転車と同様に、前輪及び後輪からなる車輪、クランク２１、ペダル２２、右ハンドル及び左ハンドルからなるハンドル２３、及びサドルなどを含んで構成される。

＜バッテリ１１＞
バッテリ１１は、図１に示されるように自転車の車体に設置され、電動アシスト自転車の各部に電力を供給する。バッテリ１１は、充放電可能な蓄電装置である。バッテリ１１は、制御部１０の制御に応じてアシスト用モータ１４に対して電力を供給して、アシスト用モータ１４を駆動する。

＜トルクセンサ１２＞
トルクセンサ１２は、電動アシスト自転車のクランク２１に与えられるトルクを検出する。つまり、トルクセンサ１２は、搭乗者により電動アシスト自転車の車輪の回転のために与えられる踏力の強さまたは変化を検出する。トルクセンサ１２は、例えば、クランク２１の近傍に配置される。トルクセンサ１２は、検出したトルクを、トルク値として制御部１０に出力する。

＜圧力センサ１３＞
圧力センサ１３は、電動アシスト自転車のハンドル２３に与えられる圧力を検出する。つまり、圧力センサ１３は、搭乗者が電動アシスト自転車のハンドルを握る力の強さまたは変化を検出する。圧力センサ１３は、電動アシスト自転車の右ハンドル及び左ハンドルに右圧力センサ及び左圧力センサとしてそれぞれ配置され、右圧力センサにより検出された圧力を右圧力値とし、左圧力センサにより検出された圧力を左圧力値として、制御部１０に出力する。なお、右圧力値及び左圧力値を「圧力値」と総称することがある。

図３は、本実施形態の電動アシスト自転車のハンドル部分の拡大図である。図３に示されるように、圧力センサ１３は、例えば、ハンドル２３の表面にアレイ状に配置される。これにより、圧力センサ１３は、搭乗者によってハンドル２３に与えられる圧力の強さと位置とを検出可能となる。言い換えれば、圧力センサ１３は、ハンドル２３に与えられる圧力の位置分布を検出可能である。

図４は、本実施形態の電動アシスト自転車のハンドル部分の断面図である。図４に示されるように、圧力センサ１３は、例えば、ハンドル２３の上側に配置された上圧力センサ１３ａと、下側に配置された下圧力センサ１３ｂとを含む。図３に示した例では、ハンドル２３の周囲を覆うようにアレイ状に配置されていたが、図４に示したように上圧力センサ１３ａ及び下圧力センサ１３ｂだけを含む構成としても良い。この場合、例えば、右ハンドル及び左ハンドルが、それぞれ上圧力センサ１３ａ及び下圧力センサ１３ｂを備える構成となる。

圧力センサ１３は、ハンドル２３に与えられる圧力を検出可能な構成であれば種々の構成を採用可能であるが、後述するように、上圧力センサ１３ａ及び下圧力センサ１３ｂを含む構成とすることで、上り坂を走行中か否かの判定をより精度良く検出可能となる。なお、本実施形態の電動アシスト自転車では、上圧力センサ１３ａと下圧力センサ１３ｂとは、それぞれ重力方向の略上方向と、その逆の略下方向とに配置されるが、必ずしもこのような配置に限定されるものではない。

例えば、上圧力センサ１３ａは、搭乗者の体重が最もかかりやすい箇所に配置されても良い。下圧力センサ１３ｂは、ハンドル２３を握る搭乗者の親指の圧力が最も与えられやすい箇所に配置されても良い。上圧力センサ１３ａと下圧力センサ１３ｂとは、ハンドル２３の中心に対して互いに逆方向に配置されても良いし、その近傍に配置されても良い。

＜アシスト用モータ１４＞
アシスト用モータ１４は、制御部１０の制御により、車輪の回転方向に向かって補助回転力（アシスト力）を与える。図１に示されるように、アシスト用モータ１４は、例えば電動アシスト自転車の前輪の中心部近傍に配置され、前輪の回転に補助回転力を与える。アシスト用モータ１４は、バッテリ１１から供給される電力によって駆動される。アシスト用モータ１４によって車輪に対して与えられる補助回転力は、制御部１０の制御によって調整される。なお、アシスト用モータ１４は、後輪の回転に補助回転力を与えるよう、後輪近傍に配置されても良い。

＜制御部１０＞
制御部１０は、圧力センサ１３及びトルクセンサ１２から取得した、ハンドル２３に与えられる圧力を示す圧力値、及びクランク２１に与えられるトルクを示すトルク値に基づいて、アシスト用モータ１４から車輪に与えられる補助回転力を制御する。制御部１０は、例えば、クランク２１の近傍に配置された基板に搭載される。

制御部１０は、圧力センサ１３から所定時間毎（例えば０．１秒毎）に圧力値を取得して、記憶部（図示省略）に記憶させる。なお、記憶部は揮発性または不揮発性のメモリであっても良いし、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）メモリなどの単純な記憶要素であっても良い。制御部１０は、例えば、検出された圧力に基づいて、電動アシスト自転車が上り坂を走行中であると判定した場合に、アシスト用モータ１４から車輪に与えられる補助回転力を高めるよう制御する。

より具体的には、制御部１０は、検出された圧力に基づいて、ハンドル２３に与えられる圧力が所定の閾値よりも高くなったことが検出された場合に、補助回転力を高めるよう制御する。補助回転力の制御の具体例については後述する。

制御部１０は、トルクセンサ１２から所定時間毎（例えば０．１秒毎）にトルク値を取得して、記憶部に記憶させる。記憶部の構成例は、圧力センサ１３のものと同様である。制御部１０は、例えば、圧力センサ１３で検出された圧力に加え、トルクセンサ１２で検出されたトルクに基づいて、電動アシスト自転車が上り坂を走行中であると判定した場合に、アシスト用モータ１４から車輪に対して与えられる補助回転力を高めるよう制御する。

＜上り坂判定の具体例＞
次に、図５〜図７を参照しながら、圧力センサ１３を活用した上り坂判定の具体例を説明する。なお、上り坂判定とは、電動アシスト自転車が走行中の路面が上り坂であるか否かを判定する処理を示す。

図５は、ハンドルグリップを強く握った際の上圧力センサと下圧力センサとに与えられる圧力の時間変化を示す図である。図５の状態は、搭乗者が急ブレーキをするなどして、搭乗者がハンドル２３を瞬間的に強く握った状態を示している。この場合、上圧力センサ１３ａの圧力値Ａと、下圧力センサ１３ｂの圧力値Ｂとは、略同じタイミングで高くなった後に低くなる。このとき、圧力値Ａ及びＢは、いずれも閾値ＴＨよりも高くなるものの、このときには、車輪に対して与えられる補助回転力を低くして制動力を作用させやすくする（ブレーキを係りやすく）する必要があるため、制御部１０は、アシスト用モータ１４から車輪に対して与えられる補助回転力を弱める制御を行う。なお、このとき、制御部１０は補助回転力を変化させなくても良い。

図６及び図７は、上り坂を走行中における、それぞれ左及び右のハンドルグリップの上圧力センサ１３ａと下圧力センサ１３ｂとに与えられる圧力の時間変化を示す図である。図５と同様に、図６及び図７には、上圧力センサ１３ａの圧力値Ａと、下圧力センサ１３ｂの圧力値Ｂとが示される。

電動アシスト自転車が上り坂に入ると、搭乗者は、上り坂に対応するため、右ハンドルと左ハンドルのグリップを交互に強く握る傾向にある。そこで、本実施形態の電動アシスト自転車では、右ハンドルと左ハンドルとに与えられる圧力が、時間的に連続して、交互に高くなったことが検出された場合に、アシスト用モータ１４から車輪に対して与えられる補助回転力を高める制御を行う。

具体的には、制御部１０は、右ハンドルに設置された右圧力センサと、左ハンドルに設置された左圧力センサとの圧力値を監視し、時間的に連続して、下圧力センサ１３ｂの圧力値Ｂが閾値を超えたことが検出された際に、補助回転力を高める制御を行う。つまり、制御部１０は、右圧力センサと左圧力センサとの圧力値の時間変化を、記憶部に記憶させた値を参照しながら監視する。

電動アシスト自転車が上り坂に入ると、まず、搭乗者は状態を前倒しにし、これによって左右のハンドル２３の上圧力センサ１３ａに与えられる圧力が高くなる（Ｔ１）。次に、搭乗者は一方のペダル２２（例えば左ペダル）を踏み込み、この際に、反作用を抑え込むために左ハンドルの下側に圧力がかけられる（Ｔ２）。このとき、図５のＴ２で示されるように、左ハンドルの下圧力センサ１３ｂの圧力値Ｂが閾値ＴＨよりも高くなる。左ハンドルの上圧力センサ１３ａの圧力値Ａは低いままである。次に、搭乗者は他方のペダル２２（例えば右ペダル）を踏み込み、この際に、反作用を抑え込むために右ハンドルの下側に圧力がかけられる（Ｔ３）。このとき、図６のＴ３で示されるように、右ハンドルの下圧力センサ１３ｂの圧力値Ｂが閾値ＴＨよりも高くなる。右ハンドルの上圧力センサ１３ａの圧力値Ａは低いままである。

上記のような状態が検出されたら、制御部１０は、電動アシスト自転車が上り坂を走行中であると判定する。なお、このときに、トルクセンサ１２により検出された、クランク２１に与えられるトルクを参照しても良い。

＜補助回転力の調整処理＞
次に、制御部１０による補助回転力の調整処理の具体例を説明する。図８は、本実施形態の電動アシスト自転車における補助回転力調整の処理を示すフローチャートである。

＜Ｓ１００＞
まず、電動アシスト自転車の電源が投入されると、制御部１０による圧力センサ１３及びトルクセンサ１２の監視による補助回転力の調整処理が開始される（Ｓ１００）。

＜Ｓ１１０〜Ｓ１３０＞
制御部１０は、所定時間毎に、圧力センサ１３により検出された圧力値を取得し（Ｓ１１０）、各部位の圧力値を記憶部に記憶させていく（Ｓ１２０）。さらに制御部１０は、所定時間毎に、トルクセンサ１２により検出されたトルク値を取得する（Ｓ１３０）。

＜Ｓ１４０＞
次に、制御部１０は、トルク値が所定の閾値以上か否かを判定する（Ｓ１４０）。このとき、トルク値が所定の閾値より低ければ、制御部１０は、電動アシスト自転車に搭乗者が搭乗していないと判定し、補助回転力（アシスト力）の調整を行わない（Ｓ１４０でＮ）。一方で、トルク値が所定の閾値以上であれば、制御部１０は、電動アシスト自転車に搭乗者が搭乗していると判定して、補助回転力の調整を行うか否かの処理を行う（Ｓ１４０でＹ）。

＜Ｓ１５０＞
トルク値が閾値以上であると判定されたら（Ｓ１４０でＹ）、制御部１０は、圧力センサ１３の値に基づいて、電動アシスト自転車が上り坂を走行中か否かの上り坂判定を行う（Ｓ１５０）。上り坂判定は、上記のように、圧力センサ１３の値に基づいて行われる。

＜Ｓ１５１＞
電動アシスト自転車が上り坂を走行中であると判定されたら（Ｓ１５０でＹ）、制御部１０は、上り坂に対応するため、アシスト用モータ１４から車輪に対して与えられる補助回転力を高くする（Ｓ１５１）。これによって、車輪に与えられる補助回転力が高くなり、上り坂であってもスムーズに走行しやすくすることができる。

＜Ｓ１６０〜Ｓ１７０＞
一方で、電動アシスト自転車が上り坂を走行中ではないと判定されたら（Ｓ１５０でＮ）、制御部１０は、上り坂判定に基づく補助回転力の調整を行わない。制御部１０は、搭乗者によって電源ボタンが押されたか否かを判定し（Ｓ１６０）、電源ボタンが押された場合には（Ｓ１６０でＹ）、アシスト用モータ１４の駆動及びその他の機能を停止して、処理を終了する（Ｓ１７０）。一方、電源ボタンが押されていなければ（Ｓ１６０でＮ）、制御部１０は、上り坂判定による補助回転力の調整処理を継続するため、Ｓ１１０の処理に戻る。

本実施形態の電動アシスト自転車は、以上のような構成及び処理によって、上り坂判定に基づく補助回転力の調整を行う。

つまり、本実施形態の電動アシスト自転車は、圧力センサ１３によって検出された、ハンドル２３に与えられる圧力から、上り坂を走行中か否かを判定し、補助回転力（アシスト力）を調整している。そのため、電動アシスト自転車に与えられる加速度などのノイズによる影響を受けづらく、比較的簡単な処理によって上り坂を判定しながら補助回転力を調整可能な構成にすることができる。

また、本実施形態の電動アシスト自転車は、上り坂を走行中であると判定された場合に補助回転力を高めているため、上り坂を走行中に補助回転力（アシスト力）を高めることが可能となり、坂道であってもスムーズに走行可能な構成とすることができる。

また、本実施形態の電動アシスト自転車は、所定の閾値よりも高い圧力が検出された場合に、補助回転力を高くする処理を行っている。そのため、圧力センサ１３により検出された圧力が高い場合に、搭乗者がハンドル２３を強く握るなどして上り坂などを走行中だと判定し、補助回転力を高めてスムーズな走行を補助することが可能となる。

また、本実施形態の電動アシスト自転車は、右ハンドルに設置された右圧力センサと、左ハンドルに設置された左圧力センサとを搭載し、それぞれで検出された右圧力及び左圧力が、時間的に連続して所定値よりも高くなった場合に、上り坂を走行中であると判定して、補助回転力を高くする制御を行っている。これによって、上り坂を走行中か否かをより精度良く検出しつつ、補助回転力を調整することができる。

また、本実施形態の電動アシスト自転車は、トルクセンサ１２によって、搭乗者が搭乗しているか否かを判定し、搭乗している場合に限定して補助回転力を調整する構成とすることができる。また、圧力センサ１３で検出された圧力に加え、トルクセンサ１２で検出されたトルクを参照しながら、さらに精度良く、上り坂を走行中か否かを判定するなどが可能となる。

＜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、ハンドル２３に与えられる圧力を圧力センサ１３によって検出することで上り坂を走行中であることを判定する判定法の一例を説明したが、上り坂判定は上記実施形態の方法に限定されるものではなく、他の方法により行っても良い。この場合であっても、ハンドル２３に配置された圧力センサ１３を活用することで、ノイズの影響を受けづらく、かつ比較的簡単な処理による上り坂判定を行うことができる。

また、上記実施形態では、上り坂を走行中である際に補助回転力を高くする制御を行う例を挙げて説明したが、必ずしも上り坂を走行中に限定して補助回転力を高めるのみでなく、その他の補助回転力が必要な場合に補助回転力を高める制御を行っても良い。すなわち、ハンドル２３に与えられる圧力に基づいて補助回転力が必要だと判定された際に、アシスト用モータ１４から車輪に対して与えられる補助回転力を高める制御を行っても良い。

また、上記実施形態では、右ハンドルと左ハンドルとにそれぞれ右圧力センサと左圧力センサとを配置する構成例を挙げて説明したが、必ずしも左右のハンドル２３に圧力センサ１３を配置する構成にする必要はなく、一方のハンドル２３に圧力センサ１３を配置する構成としても良い。ただし、左右のハンドル２３に圧力センサ１３を配置する構成にすることで、より精度良く上り坂判定などを行うことができるため好ましい。

同様に、実施形態では、圧力センサ１３が、上圧力センサ１３ａ及び下圧力センサ１３ｂを含む構成例を挙げているが、圧力センサ１３の構成はこれに限定されるものではなく、１以上の圧力センサを含む別の構成としても良い。

本発明は、電動アシスト自転車などとして好適に適用される。

１０…制御部
１１…バッテリ
１２…トルクセンサ
１３…圧力センサ
１３ａ…上圧力センサ
１３ｂ…下圧力センサ
１４…アシスト用モータ
２１…クランク
２２…ペダル
２３…ハンドル

Claims (5)

1. 車輪の回転方向に向かって補助回転力を与えるモータと、
   ハンドルに与えられる圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力に基づいて前記補助回転力を制御する制御部と、を備える、
   電動アシスト自転車。
2. 前記制御部は、前記圧力に基づいて、上り坂を走行中であると判定された場合に、前記補助回転力を高くする、
   請求項１に記載の電動アシスト自転車。
3. 前記制御部は、前記圧力が所定値より高い場合に、前記補助回転力を高くする、
   請求項１または請求項２に記載の電動アシスト自転車。
4. 前記圧力センサは、右ハンドルに設置された右圧力センサと、左ハンドルに設置された左圧力センサとを含み、
   前記制御部は、前記右圧力センサで検出された右圧力と前記左圧力センサで検出された左圧力とが、時間的に連続して所定値よりも高くなった場合に、前記補助回転力を高くする、
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。
5. クランクに与えられるトルクを検出するトルクセンサをさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力に加え、前記トルクに応じて前記補助回転力を制御する、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車。

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