JP2018184147A - 自転車用制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータを好適に制御できる自転車用制御装置を提供する。【解決手段】自転車用制御装置は、自転車の推進をアシストするモータを制御する制御部を含む。前記制御部は、前記自転車の押し歩きをアシストする押し歩きモードで前記モータを制御可能であり、前記押し歩きモードにおいて前記自転車の押し歩きをするユーザの前記自転車と接触して前記自転車を押す部分以外のうちの所定部分の動作に応じて、前記モータを制御する。【選択図】図3

Description

本発明は、自転車用制御装置に関する。
特許文献1に開示される自転車用制御装置は、自転車の推進をアシストするモータを制御する。特許文献1の自転車用制御装置では、ユーザが自転車の押し歩きをするときに自転車の走行速度が所定速度以下になるようにモータが制御される。
特開平11−105776号公報
ユーザが自転車の押し歩きをするときの適切な自転車の走行速度は、ユーザに応じて異なる。しかし、特許文献1の自転車用制御装置ではこの点が考慮されていない。
本発明の目的は、モータを好適に制御できる自転車用制御装置を提供することである。
本発明の第1側面に従う自転車用制御装置の一形態は、自転車の推進をアシストするモータを制御する制御部を含み、前記制御部は、前記自転車の押し歩きをアシストする押し歩きモードで前記モータを制御可能であり、前記押し歩きモードにおいて前記自転車の押し歩きをするユーザの前記自転車と接触して前記自転車を押す部分以外のうちの所定部分の動作に応じて、前記モータを制御する。
上記第1側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの所定部分の動作に応じてモータを好適に制御できる。
前記第1側面に従う第2側面の自転車用制御装置において、前記押し歩きモードにおいて前記自転車の走行速度が、所定速度以下の場合に、前記モータに前記自転車の押し歩きをアシストさせる。
上記第2側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部は自転車の走行速度が過度に高くなることを抑制できる。
前記第2側面に従う第3側面の自転車用制御装置において、前記ユーザの前記所定部分の動作は、前記ユーザの歩行動作を含み、前記制御部は、前記ユーザの歩行速度または歩幅が小さいほど、前記所定速度が低くなるように前記モータを制御する。
上記第3側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの歩行動作に適したモータの制御を行うことができる。
前記第1〜第3側面のいずれか一つに従う第4側面の自転車用制御装置において、前記ユーザの前記所定部分は、前記ユーザの下肢を含む。
上記第4側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの歩行動作に応じてモータを好適に制御できる。
前記第1〜第4側面のいずれか一つに従う第5側面の自転車用制御装置において、前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含む。
上記第5側面に従えば、検出部によってユーザの所定部分の動作を好適に検出できる。
前記第5側面に従う第6側面の自転車用制御装置において、前記検出部は、前記ユーザの前記所定部分を撮影可能なカメラを含み、前記制御部は、前記カメラによって撮影された画像に応じて前記モータを制御する。
上記第6側面に従えば、カメラによって撮影された所定部分の画像に基づいてユーザの所定部分の動作を好適に検出できる。制御部は、カメラによって撮影された画像に応じてモータを制御するので、ユーザの所定部分の動作に応じて好適にモータを制御できる。
前記第5側面に従う第7側面の自転車用制御装置において、前記検出部は、前記自転車に取り付けられ、前記ユーザの前記所定部分との距離を検出する距離検出部を含み、前記制御部は、前記距離検出部の出力に応じて前記モータを制御する。
上記第7側面に従えば、距離検出部によって所定部分の動作を好適に検出できる。制御部は、押し歩きモードにおいて距離検出部の出力に応じてモータを制御するので、ユーザの所定部分の動作に応じて好適にモータを制御できる。
前記第5側面に従う第8側面の自転車用制御装置において、前記検出部は、前記ユーザの前記所定部分に取り付けられて前記自転車までの距離を検出する距離検出部からの情報を受信する受信部を含み、前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する。
上記第8側面に従えば、距離検出部がユーザの所定部分の動作を直接的に検出するため、所定部分の動作を好適に検出できる。制御部は、押し歩きモードにおいて距離検出部からの情報に応じてモータを制御するので、ユーザの所定部分の動作に応じて好適にモータを制御できる。
前記第5に従う第9側面の自転車用制御装置において、前記検出部は、前記自転車に取り付けられ、前記ユーザの左右の下肢の間の距離を検出する距離検出部を含み、前記制御部は、前記距離検出部の出力に応じて前記モータを制御する。
上記第9側面に従えば、距離検出部によってユーザの歩行動作を検出できる。制御部は、押し歩きモードにおいて距離検出部の出力に応じてモータを制御するので、ユーザの歩行動作に応じて好適にモータを制御できる。
前記第5側面に従う第10側面の自転車用制御装置において、前記検出部は、前記ユーザの左右の下肢の少なくとも一方に取り付けられて、前記ユーザの左右の下肢の間の距離を検出する距離検出部からの情報を受信する受信部を含み、前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する。
上記第10側面に従えば、距離検出部によってユーザの歩行動作を検出できる。制御部は、押し歩きモードにおいて距離検出部からの情報に応じてモータを制御するので、ユーザの歩行動作に応じて好適にモータを制御できる。
前記第5側面に従う第11側面の自転車用制御装置において、前記検出部は、前記ユーザの下肢に取り付けられて前記ユーザの脚または足の傾斜角度を検出する傾斜検出部からの情報を受信し、前記傾斜検出部からの情報を含む信号を前記制御部に出力する受信部を含み、前記制御部は、前記受信部の出力に応じて前記モータを制御する。
上記第11側面に従えば、傾斜検出部によってユーザの歩行動作を検出できる。制御部は、押し歩きモードにおいて傾斜検出部からの情報に応じてモータを制御するので、ユーザの歩行動作に応じて好適にモータを制御できる。
前記第1〜第5側面のいずれか一つに従う第12側面の自転車用制御装置において、前記制御部は、前記ユーザの前記所定部分の移動速度または加速度に応じて前記モータを制御する。
上記第12側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの所定部分の動作に応じてモータを好適に制御できる。
前記第2または第3側面に従う第13側面の自転車用制御装置において、前記制御部は、前記所定部分の移動速度または加速度に応じて前記モータを制御し、前記所定速度は、前記所定部分の移動速度または加速度が小さいほど低い。
上記第13側面に従えば、ユーザがゆっくり歩いている場合に、所定速度が小さくなり、自転車の走行速度を低くすることができる。
前記第12または13側面に従う第14側面の自転車用制御装置において、前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含み、前記検出部は、前記ユーザの身体に取り付けられて前記ユーザの前記所定部分の移動速度を検出する速度検出装置からの情報を受信する受信部を含み、前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する。
上記第14側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの所定部分の動作に応じてモータを好適に制御できる。
前記第12または13側面に従う第15側面の自転車用制御装置において、前記ユーザの前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含み、前記検出部は、前記ユーザの身体に取り付けられて前記ユーザの前記所定部分の加速度を検出する加速度検出装置からの情報を受信する受信部を含み、前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する。
上記第15側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの所定部分の動作に応じてモータを好適に制御できる。
前記第1〜第3側面のいずれか一つに従う第16側面の自転車用制御装置において、前記ユーザの前記所定部分は、前記ユーザの上肢、体幹、または、頭部を含み、前記制御部は、前記ユーザの上肢、体幹、または、頭部の移動速度または加速度に応じて前記モータを制御する。
上記第16側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの上肢、体幹、または、頭部の動作に応じてモータを好適に制御できる。
前記第16側面に従う第17側面の自転車用制御装置において、前記ユーザの前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含み、前記検出部は、前記ユーザの身体に取り付けられて前記ユーザの前記所定部分の加速度を検出する加速度検出装置からの情報を受信する受信部を含み、前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する。
上記第17側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの所定部分の動作に応じてモータを好適に制御できる。
前記第1〜第17側面のいずれか一つに従う第18側面の自転車用制御装置において、前記制御部は、前記押し歩きモードにおいて前記ユーザの前記所定部分の動作が停止した場合、前記モータの駆動を停止する。
上記第18側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部は自転車がユーザに対して進行方向の前方に移動し過ぎてしまうことを抑制できる。
前記第1〜第18側面のいずれか一つに従う第19側面の自転車用駆動装置において、前記制御部は、前記押し歩きモードにおいて前記ユーザの前記所定部分の動作が開始された場合、前記モータの駆動を開始する。
上記第19側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザの所定部分の動作に追従して自転車の推進を速やかにアシストできる。
前記第1〜第19側面のいずれか一つに従う第20側面の自転車用制御装置において、前記制御部は、前記押し歩きモードにおいて前記ユーザが操作可能な操作部が操作された場合、前記モータの駆動を開始する。
上記第20側面に従えば、押し歩きモードにおいて、ユーザの好みのタイミングに応じて制御部は自転車の推進をアシストできる。
本発明の第21側面に従う自転車用制御装置は、自転車の推進をアシストするモータを制御する制御部を含み、前記制御部は、前記自転車の押し歩きをアシストする押し歩きモードで前記モータを制御可能であり、前記押し歩きモードにおいてユーザによって押される前記自転車の加速度に応じて、前記モータを制御する。
上記第21側面に従えば、押し歩きモードにおいて、制御部はユーザによって押される自転車の動作に応じてモータを好適に制御できる。
本発明の自転車用制御装置は、モータを好適に制御できる。
第1実施形態の自転車用制御装置を備える自転車の側面図。 図1の自転車の操作部が取り付けられる部分を拡大して示す平面図。 図1の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 図3の制御部によって実行される切替制御のフローチャート。 図3の制御部によって用いられる歩幅と所定速度との関係を示すマップ。 図3の制御部によって実行される押し歩きモードでのモータの駆動制御のフローチャート。 第2実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 ユーザが自転車を押し歩きしている様子を示す自転車の側面図。 ユーザが自転車を押し歩きしているときの受信電波強度の推移を示すグラフ。 図7の制御部によって用いられる受信電波強度と、第1通信機と第2通信機との間の距離との関係を示すマップ。 図7の制御部によって用いられるユーザの一歩分の第1通信機と第2通信機との間の距離のうちの最大値と最小値との差と、歩幅との関係を示すマップ。 図7の制御部によって実行される押し歩きモードでのモータの駆動制御のフローチャート。 第3実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 第4実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 ユーザが自転車を押し歩きしている様子を示す自転車の側面図。 ユーザが自転車を押し歩きしているときの受信電波強度の推移を示すグラフ。 図14の制御部によって実行される押し歩きモードでのモータの駆動制御のフローチャート。 第5実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 第6実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 ユーザが自転車を押し歩きしているときの傾斜角度の推移を示すグラフ。 図19の制御部によって実行される押し歩きモードでのモータの駆動制御のフローチャート。 第7実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 図22の制御部によって用いられる速度検出装置の検出値と所定速度との関係を示すマップ。 図22の制御部によって実行される押し歩きモードでのモータの駆動制御のフローチャート。 第8実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 図25の制御部によって用いられる加速度検出装置の検出値と所定速度との関係を示すマップ。 図25の制御部によって実行される押し歩きモードでのモータの駆動制御のフローチャート。 第9実施形態の自転車用制御装置の電気的な構成を示すブロック図。 ユーザが自転車を押し歩きしているときの自転車の加速度の推移を示すグラフ。 図28の制御部によって用いられる自転車の加速度と所定速度との関係を示すマップ。 図28の制御部によって実行される押し歩きモードでのモータの駆動制御のフローチャート。 変形例の自転車用制御装置の制御部によって用いられる距離検出部と第1通信機との間の距離と、所定速度との関係を示すマップ。 別の変形例の自転車用制御装置の制御部によって用いられる歩幅と所定速度との関係を示すマップ。
(第1実施形態)
図1〜図3を参照して、第1実施形態の自転車用制御装置40を備える自転車10について説明する。
自転車10は、フレーム12、駆動機構14、モータ16、操作部18、バッテリ20、および、自転車用制御装置40(図3参照)を備える。自転車10は、駆動回路30およびハウジング32をさらに備える。
駆動機構14は、クランク22およびペダル24を含む。クランク22は、クランク軸22Aおよびクランクアーム22Bを含む。駆動機構14は、ペダル24に加えられた人力駆動力を後輪WRに伝達する。駆動機構14は、クランク軸22Aにワンウェイクラッチ(図示略)を介して結合されたフロント回転体26を含む。ワンウェイクラッチは、クランク22が前転した場合に、フロント回転体26を前転させ、クランク22が後転した場合に、フロント回転体26を後転させないように構成される。フロント回転体26は、スプロケット、プーリーまたはベベルギアを含む。フロント回転体26は、クランク軸22Aにワンウェイクラッチを介さずに結合してもよい。駆動機構14は、例えば、チェーン、ベルト、またはシャフトを介して、クランク22の回転を後輪WRに結合されるリア回転体28に伝達するように構成される。リア回転体28は、スプロケット、プーリー、または、ベベルギアを含む。リア回転体28と後輪WRとの間には、ワンウェイクラッチ(図示略)が設けられている。ワンウェイクラッチは、リア回転体28が前転した場合に、後輪WRを前転させ、リア回転体28が後転した場合に、リア回転体28を後転させないように構成される。フロント回転体26に結合されたワンウェイクラッチおよびリア回転体28に結合されたワンウェイクラッチの少なくとも一方は、省略されてもよい。
モータ16および駆動回路30は、同一のハウジング32に設けられる。ハウジング32は、クランク22を回転可能に支持し、フレーム12に取り付けられている。図3に示される駆動回路30は、バッテリ20からモータ16に供給される電力を制御する。モータ16は、自転車の推進をアシストする。モータ16は、電気モータを含む。モータ16は、ペダル24から後輪WRまでの人力駆動力の伝達経路、または、前輪WFに回転を伝達するように設けられる。モータ16は、自転車10のフレーム12、後輪WR、または、前輪WFに設けられる。一例では、モータ16は、クランク軸22Aからフロント回転体26までの動力伝達経路に結合される。ハウジング32には、モータ16および駆動回路30以外の構成が設けられてもよく、例えばモータ16の回転を減速して出力する減速機が設けられてもよい。
操作部18は、ユーザが操作可能である。操作部18は、図1に示される操作部18Aと、図2に示される操作部18Bとを含む。操作部18Aは、自転車10の変速機(図示略)の変速段を変更するように構成される。操作部18Bは、自転車10の推進をアシストするアシストモードを変更するように構成される。これら操作部18A,18Bは、自転車10のハンドルバー12Hに取り付けられる。操作部18は、図3に示される自転車用制御装置40の制御部42と通信可能である。操作部18は、制御部42と有線または無線によって通信可能に接続されている。操作部18は、例えばPLC(Power Line Communication)によって制御部42と通信可能である。ユーザによって操作部18が操作されることによって、操作部18は、制御部42に出力信号を送信する。図2に示される操作部18Bは、モータ16によるアシストモードを変更するための第1スイッチ18aおよび第2スイッチ18bを含む。操作部18Bは、例えば操作部材と、操作部材の動きを検出し、第1スイッチ18aおよび第2スイッチ18bを構成するセンサと、センサの出力信号に応じて、制御部42と通信を行う電気回路とを含む(いずれも図示略)。
図1に示されるバッテリ20は、1または複数のバッテリセルを含むバッテリユニット20A、および、バッテリユニット20Aを支持するバッテリホルダ20Bを含む。バッテリセルは、充電池を含む。バッテリ20は、自転車10に搭載され、バッテリ20と有線で電気的に接続されている他の電機部品、例えば、モータ16および自転車用制御装置40に電力を供給する。
図3に示されるとおり、自転車用制御装置40は、自転車10の推進をアシストするモータ16を制御する制御部42を含む。一例では、自転車用制御装置40は、記憶部44、トルクセンサ46、クランク回転センサ48、車速センサ50、および、検出部52をさらに含むことが好ましい。トルクセンサ46、クランク回転センサ48、車速センサ50、および、検出部52は、制御部42と有線または無線によって通信可能に接続されている。
トルクセンサ46は、人力駆動力TAに応じた信号を出力する。トルクセンサ46は、ペダル24を介して駆動機構14に入力される人力駆動力TAを検出する。トルクセンサ46は、クランク軸22Aからフロント回転体26までの間の人力駆動力の伝達経路に設けられてもよく、クランク軸22Aまたはフロント回転体26に設けられてもよく、クランクアーム22Bまたはペダル24に設けられてもよい。トルクセンサ46は、例えば、歪センサ、磁歪センサ、光学センサ、および、圧力センサなどを用いて実現することができ、クランクアーム22Bまたはペダル24に加えられる人力駆動力TAに応じた信号を出力するセンサであれば、いずれのセンサを採用することもできる。制御部42は、トルクセンサ46の出力に基づいて人力駆動力TAを演算する。
クランク回転センサ48は、例えば磁界の強度に応じた信号を出力する磁気センサ48Aを含んで構成される。この場合、周方向に磁界の強度が変化する環状の磁石M1を、クランク軸22Aと同軸にクランク軸22Aに設ける。磁界の強度に応じた信号を出力する磁気センサ48Aを用いることによって、1つのセンサで、クランク22の回転速度Nおよびクランク22の回転角度を検出することができ、構成および組立を簡略化することができる。クランク回転センサ48は、クランク22の回転角度CAに代えて、クランク22の回転速度Nを検出することもできる。
車速センサ50は、車輪の回転速度を検出する。図1に示されるとおり、車速センサ50は、フレーム12のチェーンステイに取り付けられる。車速センサ50は、後輪WRに取り付けられる磁石M1と車速センサ50との相対位置の変化に応じた信号を制御部42に出力する。車速センサ50は、リードスイッチを構成する磁性体リード、または、ホール素子を含むことが好ましい。制御部42は、車速センサ50の出力に基づいて自転車10の走行速度Vを演算する。
図3に示す検出部52は、自転車10の押し歩きをするユーザの自転車10と接触して自転車10を押す部分以外のうちの所定部分の動作を検出する。一例では、ユーザの所定部分は、ユーザの下肢を含む。ユーザの所定部分の動作は、ユーザの歩行動作を含む。検出部52は、所定部分の動作に応じた信号を制御部42に出力する。検出部52は、ユーザの所定部分を撮影可能なカメラ52Aを含む。図1に示すように、カメラ52Aは、自転車10のフレーム12に取り付けられる。カメラ52Aは、駆動機構14付近の路面を連続的に撮影し、撮影した画像を制御部42に出力する。カメラ52Aは、自転車10のハンドルバー12Hに取り付けられてもよい。
制御部42は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはMPU(Micro Processing Unit)を含む。制御部42は、1または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。制御部42は、さらにタイマを含む。記憶部44には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。記憶部44は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。制御部42および記憶部44は、例えばハウジング32に収容される。
制御部42は、モータ16を制御する。制御部42は、自転車10の走行速度Vが所定速度VX以下の場合に、モータ16に自転車10の推進をアシストさせる。制御部42は、自転車10に入力される人力駆動力TAに応じて自転車10の推進をアシストするアシストモードでモータ16を制御可能である。制御部42は、自転車10の押し歩きをアシストする押し歩きモードでモータ16を制御可能である。制御部42は、操作部18に入力される操作および各種センサの出力の少なくとも一方に応じて、アシストモードと押し歩きモードとを切り替える。
所定速度VXは、アシストモードに適合した所定速度VX1および押し歩きモードに適合した所定速度VX2を含む。制御部42は、アシストモードにおいて、自転車10の走行速度Vが、所定速度VX1以下の場合に、モータ16に自転車10の推進をアシストさせる。所定速度VX1は、一例では時速25kmである。制御部42は、押し歩きモードにおいて自転車10の走行速度Vが、所定速度VX2以下の場合に、モータ16に自転車10の押し歩きをアシストさせる。
アシストモードでは、制御部42は、人力駆動力TAに応じてモータ16を駆動する。アシストモードは、人力駆動力TAに対するモータ16の出力の比率(以下、「アシスト比」)の異なる複数のアシストモードおよびモータ16を駆動させないオフモードを含む。制御部42は、オフモードで図2に示す操作部18Bの第1スイッチ18aが操作されると、アシスト比の最も低いアシストモードに切り替える。制御部42は、アシストモードで、操作部18Bの第1スイッチ18aが操作されると、アシスト比が一段階高いモードに切り替える。制御部42は、アシスト比が最も高いアシストモードの場合に、操作部18Bの第1スイッチ18aが操作されると、アシスト比が最も高いアシストモードを維持する。制御部42は、アシストモードで、操作部18Bの第2スイッチ18bが操作されると、アシスト比が一段階低いモードに切り替える。制御部42は、アシスト比が最も低いアシストモードで、操作部18Bの第2スイッチ18bが操作されると、オフモードに切り替える。制御部42は、オフモードで操作部18Bの第2スイッチ18bが操作されると、アシストモードから押し歩きモードに切り替える。アシストモードは、1つのアシストモードとオフモードとを含む構成としてもよく、1つのアシストモードのみを含む構成としてもよい。制御部42は、オフモードを除くアシストモードで、操作部18Bの第2スイッチ18bが所定時間以上操作されると、押し歩きモードに切り替えてもよい。ハンドルバー12Hには、図示しない表示装置が設けられ、選択されている複数のアシストモードおよび押し歩きモードのうち、現在選択されている動作モードを表示する。
押し歩きモードでは、制御部42は、自転車10の押し歩きをアシストするようにモータ16を駆動可能である。押し歩きモードは、モータ16を駆動させない待機モードおよびモータ16を駆動する駆動モードを含む。制御部42は、押し歩きモードにおいてクランク22に人力駆動力TAが入力されていない状態で、モータ16を駆動可能である。制御部42は、アシストモードから押し歩きモードに切り替えると、待機モードになる。制御部42は、待機モードで第2スイッチ18bが操作されると、待機モードから駆動モードに切り替える。制御部42は、各種センサからの入力に応じてモータ16の駆動を停止する必要がなければ、または、第1スイッチ18aが操作されなければ、押し歩きモードにおいて第2スイッチ18bが押し続けられる間は、駆動モードを維持し、モータ16を駆動する。各種センサは、車速センサ50、トルクセンサ46、および、クランク回転センサ48を含む。制御部42は、第2スイッチ18bが操作されて駆動モードが維持されている状態で、第2スイッチ18bの操作が解除されると、駆動モードを待機モードに切り替える。制御部42は、第2スイッチ18bが操作されて駆動モードが維持されている状態で、各種センサからの入力に応じてモータ16の駆動を停止する必要があると、または、第1スイッチ18aが操作されると、駆動モードを待機モードに切り替える。第2スイッチ18bを操作している状態で駆動モードが待機モードに切り替わった場合、第2スイッチ18bの操作が一旦解除されて、再び操作されると、制御部42は再び待機モードから駆動モードに切り替えることができる。制御部42は、車速センサ50によって検出される自転車の走行速度Vが、所定速度VX2を超えると、モータ16の駆動を停止する必要があると判定する。制御部42は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になると、モータ16の駆動を停止する必要があると判定する。制御部42は、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転角度CAが検出されると、モータ16の駆動を停止する必要があると判定する。一例では、トルクセンサ46およびクランク回転センサ48に応じた制御は省略されてもよい。
図4を参照して、アシストモードと押し歩きモードとを切り替える切替制御について説明する。制御部42は、操作部18Bの第1スイッチ18aまたは第2スイッチ18bが操作されると、切替制御を実行する。自転車用制御装置40の電源がオフになると、切替制御は停止される。
制御部42は、ステップS11において、現在のモードがアシストモードか否かを判定する。制御部42は、アシストモードであると判定した場合、ステップS12に移行する。制御部42は、ステップS12において、押し歩きモードへの切り替え操作が行われたか否かを判定する。具体的には、制御部42は、アシストモードのオフモードにおいて、操作部18Bの第2スイッチ18bが操作された場合、押し歩きモードへの切り替え操作が行われたと判定する。制御部42は、オフモードを除くいずれかのアシストモードにおいて、操作部18Bの第2スイッチ18bが所定時間以上操作された場合、押し歩きモードへの切り替え操作が行われたと判定してもよい。
制御部42は、押し歩きモードへの切り替え操作が行われていないと判定した場合、処理を終了する。制御部42は、押し歩きモードへの切り替え操作が行われたと判定した場合、ステップS13において、アシストモードから押し歩きモードに切り替え、処理を終了する。
制御部42は、ステップS11においてアシストモードではない、すなわち押し歩きモードであると判定した場合、ステップS14に移行し、アシストモードへの切り替え操作が行われたか否かを判定する。具体的には、制御部42は、押し歩きモードの待機モードにおいて、操作部18Bの第1スイッチ18aが操作された場合、アシストモードへの切り替え操作が行われたと判定する。制御部42は、押し歩きモードの待機モードにおいて、操作部18Bの第1スイッチ18aが所定時間以上操作された場合、アシストモードへの切り替え操作が行われたと判定してもよい。制御部42は、アシストモードへの切り替え操作が行われていないと判定した場合、処理を終了する。制御部42は、アシストモードへの切り替え操作が行われたと判定した場合、ステップS15において、押し歩きモードからアシストモードに切り替え、処理を終了する。
制御部42は、押し歩きモードにおいて自転車10の押し歩きをするユーザの自転車10と接触して自転車10を押す部分以外のうちの所定部分の動作に応じて、モータ16を制御する。制御部42は、カメラ52Aによって撮影された画像に応じてモータ16を制御する。一例では、制御部42は、検出部52によって撮影された画像から演算されたユーザの歩幅に応じて、モータ16を制御する。制御部42は、歩幅が小さいほど、所定速度VX2が低くなるようにモータ16を制御する。記憶部44には、カメラ52Aによって撮影された画像が記憶される。制御部42は、記憶部44の複数の画像を用いて、ユーザの歩幅を演算する。第1例では、制御部42は、記憶部44の複数の画像を例えばテンプレートマッチングによって比較することにより、画像内の動きを検出する。制御部42は、例えば画像内の動きの進行方向の先端にマーカーを付し、マーカーの移動距離を演算する。制御部42は、記憶部44の複数の画像から、自転車10の進行方向においてマーカーの移動方向が進行方向から反進行方向に切り替わる第1の位置と、マーカーの移動方向が反進行方向から進行方向に切り替わる第2の位置とを検出し、第1の位置と第2の位置との差を歩幅として演算する。第2例では、ユーザの靴に予めマーカーを取り付ける。ユーザは、例えば操作部18の図示していないスイッチによってカメラ52Aで靴を撮影し、マーカーを制御部42に登録する。制御部42は、記憶部44の複数の画像からマーカーを検出し、第1例と同様にマーカーの移動距離から歩幅を検出する。
記憶部44は、歩幅と所定速度VX2との関係を規定した情報を記憶している。歩幅と所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。図5は、歩幅と所定速度VX2との関係を規定したマップである。マップに示されるとおり、歩幅が小さくなるにつれて、所定速度VX2が低くなる。制御部42は、演算された歩幅と、記憶部44に記憶された歩幅と所定速度VX2との関係を規定した情報とに応じて、所定速度VX2を設定する。
図6を参照して、押し歩きモードでのモータ16の駆動制御について説明する。制御部42は、押し歩きモードの間、駆動制御を繰り返し実行する。制御部42は、少なくとも1つの所定条件が成立すると駆動制御を停止する。所定条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、自転車用制御装置40の電源がオンからオフになった場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも1つにおいて成立する。所定条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方において成立するようにしてもよい。
制御部42は、押し歩きモードにおいてユーザが操作可能な操作部18が操作された場合、モータ16の駆動を開始する。一例では、制御部42は、ステップS21において押し歩きモードでのモータ16の駆動の開始要求があるか否かを判定する。制御部42は、例えば、図3の切替制御において押し歩きモードに切り替えられている状態で、操作部18Bの第2スイッチ18bが操作された場合、かつ、人力駆動力TAが入力されていない場合、モータ16の駆動の開始要求があると判定する。制御部42は、モータ16の駆動の開始要求があると判定するまでステップS21の処理を繰り返す。
制御部42は、ステップS21において押し歩きモードでのモータ16の駆動の開始要求があると判定した場合、ステップS22においてモータ16の駆動を開始し、ステップS23に移行する。制御部42は、自転車10の走行速度Vが予め定める所定速度VX2になるようにモータ16を駆動する。制御部42は、予め定める所定速度VX2として、例えば前回の押し歩きモードにおける駆動制御の終了直前に設定された所定速度VX2に設定する。制御部42は、予め定まる所定速度VX2として、基準となる所定速度VX2に設定する。基準となる所定速度VX2の一例は、5km/hである。
制御部42は、押し歩きモードにおいてユーザの所定部分の動作が開始された場合、モータ16の駆動を開始してもよい。この場合、制御部42は、ステップS21においてユーザの所定部分の動作が開始された場合、モータ16の駆動の開始要求があると判定し、ステップS22においてモータ16の駆動を開始し、ステップS23に移行する。
制御部42は、ステップS23においてカメラ52Aによってクランク22付近の路面を撮影し、ステップS24において、ステップS23において取得した画像を用いて、ユーザの下肢の一歩分の動きを検出したか否かを判定する。制御部42は、一歩分の動きを検出しない場合には、ステップS23に移行し、カメラ52Aによる撮影を繰り返す。制御部42は、例えばカメラ52Aにより撮影した複数の画像におけるマーカーの動きを検出する場合、一歩分の画像群を取得できたか否かに基づいて、一歩分の動きを検出したか否かを判定する。一歩分の画像群は、マーカーが自転車10の進行方向から進行方向とは反対方向に変更したときから、マーカーが進行方向とは反対方向から進行方向に変更するまでの期間の複数の画像を含む。
制御部42は、一歩分の動きを検出した場合には、ステップS25において歩幅を演算し、ステップS26に移行する。制御部42は、図4のマップを用いて、ステップS25で演算した歩幅から所定速度VX2を設定し、ステップS27に移行する。制御部42は、自転車10の走行速度VがステップS26で設定した所定速度VX2になるようにモータ16を駆動する。制御部42は、一歩分の動きを検出していない場合にも、ステップS27に移行する。
制御部42は、押し歩きモードにおいてユーザの所定部分の動作が停止した場合、モータ16の駆動を停止する。一例では、制御部42は、ステップS27において押し歩きモードでのモータ16の駆動の停止要求があるか否かを判定し、停止要求があると判定した場合には、ステップS28においてモータ16の駆動を停止し、処理を一旦終了する。制御部42は、停止要求がないと判定した場合には、ステップS23に移行し、ステップS23〜S27の処理を繰り返す。
制御部42は、停止条件が成立すると、モータ16の駆動の停止要求があると判定する。停止条件は、ユーザの所定部分の動作が停止した場合において成立する。ユーザの所定部分の動作が停止したか否かの判定は、カメラ52Aによって撮影された画像に基づいて行われる。一例では、制御部42は、カメラ52Aによって撮影された画像のマーカーが複数の画像において移動していない場合、または、複数の画像におけるマーカーの移動距離が所定距離未満の場合、ユーザの所定部分の動作が停止していると判定する。
停止条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも一方においても成立するようにしてもよい。停止条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方においても成立するようにしてもよい。
ユーザが自転車10を押し歩く場合、ユーザの歩幅が小さくなるほど、ユーザの歩行速度が低いと予測される。そこで、自転車用制御装置40は、歩幅が小さくなるほど、所定速度VX2を低くすることにより、ユーザの歩行速度に対する自転車10の走行速度Vを好適な範囲にすることができる。
(第2実施形態)
図7〜図12を参照して、第2実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第2実施形態の自転車用制御装置40は、第1実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの歩幅を検出する構成が異なる。以下の説明では、第1実施形態と共通する構成については、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図7および図8に示されるように、第2実施形態の自転車用制御装置40の検出部52は、自転車10に取り付けられ、ユーザの所定部分との距離を検出する距離検出部54を含む。一例では、ユーザの所定部分は、下肢を含む。距離検出部54は、例えば自転車10のハンドルバー12H(図8参照)に取り付けられる。距離検出部54は、第1通信機56を含む。第1通信機56は、送信部56Aおよび受信部56Bを含む。ユーザの所定部分には、第2通信機58が取り付けられる。一例では、第2通信機58は、ユーザの下肢のうちの一方の脚に取り付けられる。第2通信機58は、送信部58Aおよび受信部58Bを含む。第2通信機58は、例えばユーザに直接または間接的に着脱可能に構成される。第2通信機58は、例えばバンド部材によってユーザに直接取り付けられてもよく、クリップ、ピン、紐などによってユーザの衣服、靴などに取り付けられてもよい。
第2通信機58の送信部58Aは、第1通信機56に電波を出力する。第1通信機56の受信部56Bは、第2通信機58からの電波を受信する。第1通信機56は、第2通信機58からの電波を含む情報を制御部42に出力する。電波を含む情報の一例は、第1通信機56の受信部56Bが受信した電波の強度である受信電波強度に関する情報である。
図9は、ユーザが自転車10の押し歩きをしているときの第1通信機56の受信部56Bが受信した受信電波強度の検出結果の一例を示す。図9に示されるとおり、受信電波強度は、ユーザの歩行動作に応じて周期的に増減する。具体的には、ユーザの1歩行周期に応じて増減する。1歩行周期は、歩行動作において例えば左右の足の一方の踵が接地してから次の足の一方の踵が接地するまでの期間である。受信電波強度は、ユーザの脚が自転車10のハンドルバー12Hに近づくにつれて大きくなる。例えば、ユーザが図8に示す歩行状態の場合、第1通信機56と第2通信機58との距離が最も近くなるため、図9の時刻t1、t2に示されるように受信電波強度が極大値となる。
図9に示す検出結果は、記憶部44に記憶される。記憶部44は、第1通信機56の受信電波強度と、第1通信機56と第2通信機58との間の距離との関係を規定した情報、および、第1通信機56と第2通信機58との間の距離と歩幅との関係を規定した情報を記憶している。第1通信機56の受信電波強度と、第1通信機56と第2通信機58との間の距離との関係を規定した情報、および、第1通信機56と第2通信機58との間の距離と歩幅との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。
図10に示すマップは、第1通信機56の受信電波強度と、第1通信機56と第2通信機58との間の距離との関係を規定した情報の一例である。図10のマップに示すとおり、受信電波強度が小さくなるにつれて第1通信機56と第2通信機58との間の距離が大きくなる。
図11に示すマップは、第1通信機56と第2通信機58との間の距離と歩幅との関係を規定した情報の一例である。図11のマップの縦軸は、ユーザの一歩分の第1通信機56と第2通信機58との間の距離のうちの最大値と最小値との差D1を示す。図11のマップに示すとおり、差D1が大きくなるにつれて歩幅が大きくなる。一歩分は、1歩行周期の半分、例えば歩行動作において左右の足の一方の踵が接地してから左右の足の他方の踵が接地するまでの期間である。
制御部42は、検出部52の受信部56Bによって受信された情報に応じてモータ16を制御する。具体的には、制御部42は、第1通信機56の受信部56Bによって受信された受信電波強度を含む情報に応じてモータ16を制御する。
図12を参照して、押し歩きモードでのモータ16の駆動制御について説明する。制御部42は、押し歩きモードの間、駆動制御を繰り返し実行する。制御部42は、少なくとも1つの所定条件が成立すると駆動制御を停止する。所定条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、自転車用制御装置40の電源がオンからオフになった場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも1つにおいて成立する。所定条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方において成立するようにしてもよい。
制御部42は、図6のステップS21およびステップS22と同様の処理を行った後、ステップS31に移行する。制御部42は、ステップS31において第2通信機58に信号送信を要求し、ステップS32において第2通信機58からの信号を受信したか否かを判定する。具体的には、制御部42は、第1通信機56の送信部56Aから第2通信機58に送信要求信号を出力させる。第2通信機58は、受信部58Bによって送信要求信号を受信したとき、応答信号を第1通信機56に出力する。制御部42は、第1通信機56の受信部56Bが応答信号を受信した場合、第2通信機58からの信号を受信したと判定する。
制御部42は、第2通信機58からの信号を受信した場合には、ステップS33において第1通信機56と第2通信機58との間の距離を演算し、ステップS34においてユーザの一歩分の動きを検出したか否かを判定する。ユーザの一歩分の歩行動作では、第1通信機56と第2通信機58との間の距離が増加する傾向から減少する傾向に変化する極大値と、上記距離が減少する傾向から増加する傾向に変化する極小値とを含む。制御部42は、極大値および極小値の両方を取得したか否かに基づいてユーザの一歩分の動きを検出したか否かを判定する。
制御部42は、ユーザの一歩分の動きを検出した場合には、ステップS35において歩幅を演算する。具体的には、制御部42は、図10に示すマップを用いて、第1通信機56の受信部56Bが受信した応答信号の受信電波強度に応じた第1通信機56と第2通信機58との間の距離を演算する。制御部42は、ユーザの一歩分に亘って第1通信機56と第2通信機58との間の距離を演算する。制御部42は、ユーザの一歩分の第1通信機56と第2通信機58との間の距離のうちの最大値と最小値との差D1を演算し、図11に示すマップを用いて、差D1からユーザの歩幅を演算する。制御部42は、図6のステップS26と同様に図5のマップを用いて歩幅から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
制御部42は、歩幅から所定速度VX2を設定した場合、第2通信機58からの信号を受信していない場合、または、ユーザの一歩分の動きを検出していない場合には、ステップS27に移行する。
制御部42は、図6のステップS27と同様に押し歩きモードでのモータ16の駆動の停止要求があるか否かを判定する。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求がないと判定した場合には、ステップS31に移行し、ステップS31〜S35、S26、S27の処理を繰り返す。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求があると判定した場合、ステップS28においてモータ16の駆動を停止し、処理を終了する。
(第3実施形態)
図13を参照して、第3実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第3実施形態の自転車用制御装置40は、第2実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの歩幅を検出する構成が異なる。以下の説明では、第2実施形態と共通する構成については、第2実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
第3実施形態の自転車用制御装置40の検出部52は、自転車10に取り付けられ、ユーザの所定部位との距離を検出する距離検出部60を含む。距離検出部60は、例えばハンドルバー12H(図8参照)に取り付けられる。一例では、距離検出部60は、ミリ波レーダ、超音波センサ、または、レーザレンジファインダを含む。距離検出部60は、送信部62および受信部64を含む。一例では、距離検出部60は、送信部62が自転車10の進行方向とは反対側に向けて電波を出力し、ユーザの所定部位に反射して受信部64が受信した電波の受信電波強度に基づいて、自転車10と所定部位との間の距離を検出する。一例では、ユーザの所定部位は、ユーザの下肢を含む。距離検出部60は、検出結果であるユーザの所定部位との距離に応じた信号を制御部42に出力する。距離検出部60の検出期間は、任意に設定可能である。第1例では、距離検出部60は、押し歩きモードの間、所定周期ごとに自転車10と所定部位との間の距離を検出する。第2例では、距離検出部60は、自転車用制御装置40の電源がオンされている間、所定周期ごとに自転車10と所定部位との間の距離を検出する。
距離検出部60が検出する自転車10と所定部位との間の距離は、図11に示す第1通信機56と第2通信機58との間の距離の検出結果と同様に推移する。距離検出部60が検出した自転車10と所定部位との間の距離は、記憶部44に記憶される。記憶部44は、自転車10と所定部位との間の距離と歩幅との関係を規定した情報を記憶している。自転車10と所定部位との間の距離と歩幅との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。
制御部42は、距離検出部60の出力に応じてモータ16を制御する。すなわち、制御部42は、自転車10と所定部位との間の距離に応じてモータ16を制御する。より詳細には、制御部42は、図12の駆動制御と同様の処理を実行する。具体的には、本実施形態では、図12の駆動制御のステップS31およびステップS32に代えて、制御部42は、記憶部44に記憶された距離検出部60の検出結果を取得する。制御部42は、取得した距離検出部60の検出結果が一歩分のデータである場合には、距離検出部60の検出結果と、記憶部44に記憶された自転車10と所定部位との間の距離と歩幅との関係を規定した情報とに応じて、歩幅を演算する。制御部42は、演算された歩幅から図5のマップを用いて所定速度VX2を設定する。制御部42は、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
(第4実施形態)
図14〜図17を参照して、第4実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第4実施形態の自転車用制御装置40は、第2実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの歩幅を検出する構成が異なる。以下の説明では、第2実施形態と共通する構成については、第2実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図14に示されるように、第4実施形態の自転車用制御装置40の検出部52は、ユーザの左右の下肢の少なくとも一方に取り付けられて、ユーザの左右の下肢の間の距離を検出する距離検出部66からの情報を受信する受信部52Cを含む。検出部52は、送信部52Bをさらに含むことが好ましい。検出部52は、自転車10に取り付けられている。一例では、検出部52は、自転車10のハンドルバー12H(図15参照)に取り付けられている。検出部52は、無線により距離検出部66と通信可能である。送信部52Bは、レーザ、超音波、または、電波を出力可能である。一例では、送信部52Bは、距離検出部66に電波を送信する。検出部52は、ハウジング32に収容されてもよい。検出部52は、有線または無線によって制御部42と通信可能である。
図14および図15に示されるように、距離検出部66は、左右の下肢の一方に取り付けられる第3通信機68、および、左右の下肢の他方に取り付けられる第4通信機70を含む。第3通信機68および第4通信機70は、例えばユーザに直接または間接的に着脱可能に構成される。第3通信機68および第4通信機70は、例えばバンド部材によってユーザに直接取り付けられてもよく、クリップ、ピン、紐などによってユーザの衣服、靴に取り付けられてもよい。図15では、第3通信機68が左下肢に取り付けられ、第4通信機70が右下肢に取り付けられている。第3通信機68は、送信部68Aおよび受信部68Bを含む。第4通信機70は、送信部70Aおよび受信部70Bを含む。本実施形態の距離検出部66は、第3通信機68の送信部68Aが電波を出力して第4通信機70の受信部70Bが受信したときの電波の強度である受信電波強度に応じた信号を検出部52に出力する。距離検出部66は、第4通信機70の送信部70Aが電波を出力して第3通信機68の受信部68Bが受信したときの電波の強度である受信電波強度に応じた信号を検出部52に出力してもよい。受信電波強度は、距離検出部66からの情報に含まれる。
図16は、ユーザが自転車10の押し歩きをしているときの第4通信機70の受信電波強度の検出結果の一例を示す。第4通信機70の受信電波強度は、左右の脚が揃う場合に最大となり、右脚と左脚とが最も離れた場合に最小となる。図16に示されるとおり、第4通信機70の受信電波強度は、ユーザの歩行動作に応じて周期的に増減する。歩行動作における一歩分の一例は、受信電波強度の隣り合う極小値の間の期間である。
図16に示す検出結果は、記憶部44に記憶される。記憶部44は、第4通信機70の受信電波強度と、第3通信機68と第4通信機70との間の距離との関係を規定した情報、および、第3通信機68と第4通信機70との間の距離と歩幅との関係を規定した情報を記憶している。第4通信機70の受信電波強度と、第3通信機68と第4通信機70との間の距離との関係を規定した情報、および、第3通信機68と第4通信機70との間の距離と歩幅との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。
第4通信機70の受信電波強度と、第3通信機68と第4通信機70との間の距離との関係を規定した情報の一例は、図10に準じたマップである。図10に準じたマップは、図10の縦軸を第3通信機68と第4通信機70との間の距離に変更したものであり、受信電波強度が小さくなるにつれて第3通信機68と第4通信機70との間の距離が大きくなる関係を示す。
第3通信機68と第4通信機70との間の距離と歩幅との関係を規定した情報の一例は、図11に準じたマップである。図11に準じたマップは、図11の縦軸をユーザの一歩分の第3通信機68と第4通信機70との間の距離のうちの最大値と最小値との差D2に変更したものであり、差D2が大きくなるにつれて歩幅が大きくなる。
制御部42は、検出部52の受信部52Cによって受信された情報に応じてモータ16を制御する。具体的には、制御部42は、検出部52の受信部52Cによって受信された情報である第4通信機70の受信電波強度を含む情報に応じてモータ16を制御する。
図17を参照して、押し歩きモードでのモータ16の駆動制御について説明する。制御部42は、押し歩きモードの間、駆動制御を繰り返し実行する。制御部42は、少なくとも1つの所定条件が成立すると駆動制御を停止する。所定条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、自転車用制御装置40の電源がオンからオフになった場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも1つにおいて成立する。所定条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方において成立するようにしてもよい。
制御部42は、図6のステップS21およびステップS22と同様の処理を行った後、ステップS41に移行する。制御部42は、ステップS41において距離検出部66に信号送信を要求し、ステップS42において距離検出部66からの信号を受信したか否かを判定する。具体的には、制御部42は、検出部52の送信部52Bから距離検出部66に送信要求信号を出力させる。距離検出部66は、第3通信機68の受信部68Bおよび第4通信機70の受信部70Bのいずれかによって送信要求信号を受信したとき、例えば第3通信機68の送信部68Aおよび第4通信機70の送信部70Aのいずれかによって、距離検出部66の検出結果である第4通信機70の受信電波強度を含む情報を検出部52に出力する。制御部42は、検出部52の受信部52Cが距離検出部66からの情報を受信した場合、距離検出部66からの信号を受信したと判定する。
制御部42は、距離検出部66からの信号を受信した場合には、ステップS43において第4通信機70の受信電波強度から第3通信機68と第4通信機70との間の距離を演算し、ステップS44に移行する。ユーザの一歩分の歩行動作では、図16に示されるとおり、隣り合う2つの極小値を含む。制御部42は、隣り合う2つの極小値を取得したか否かに基づいてユーザの一歩分の動きを検出したか否かを判定する。
制御部42は、ユーザの一歩分の動きを検出した場合には、ステップS45において第3通信機68と第4通信機70との間の距離からユーザの歩幅を演算する。具体的には、制御部42は、図10に準じたマップを用いて、第4通信機70の受信電波強度に応じた第3通信機68と第4通信機70との間の距離を演算する。制御部42は、ユーザの一歩分に亘って第3通信機68と第4通信機70との間の距離を演算する。制御部42は、ユーザの一歩分の第3通信機68と第4通信機70との間の距離のうちの最大値と最小値との差D2を演算し、図11に準じたマップを用いて、差D2からユーザの歩幅を演算する。制御部42は、図6のステップS26と同様に図5のマップを用いて歩幅から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
制御部42は、歩幅から所定速度VX2を設定した場合、距離検出部66からの信号を受信していない場合、または、一歩分の動きを検出していない場合には、ステップS27に移行する。
制御部42は、図6のステップS27と同様に押し歩きモードでのモータ16の駆動の停止要求があるか否かを判定する。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求がないと判定した場合には、ステップS41に移行し、ステップS41〜S45、S26、S27の処理を繰り返す。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求があると判定した場合、ステップS28においてモータ16の駆動を停止し、処理を終了する。
(第5実施形態)
図18を参照して、第5実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第5実施形態の自転車用制御装置40は、第4実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの歩幅を検出する構成が異なる。以下の説明では、第4実施形態と共通する構成については、第4実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図18に示されるように、第5実施形態の自転車用制御装置40の検出部52は、自転車10に取り付けられ、ユーザの左右の下肢の間の距離を検出する距離検出部72を含む。距離検出部72は、自転車10の進行方向における左下肢と自転車10との間の距離を検出する第1センサ74、および、自転車10の進行方向における右下肢と自転車10との間の距離を検出する第2センサ76を含む。距離検出部72は、第1センサ74が検出した左下肢と自転車10との間の距離と、第2センサ76が検出した右下肢と自転車10との間の距離との差からユーザの左右の下肢の間の距離を検出する。一例では、第1センサ74および第2センサ76は、ミリ波レーダ、超音波センサ、または、光学センサを含む。第1センサ74および第2センサ76は、例えば自転車10のハンドルバー12H(図15参照)に取り付けられる。ユーザの左右の下肢の間の距離を検出する方法として、次の2つの方法を用いることもできる。第1の方法では、検出部52は、第1実施形態のカメラ52Aで撮影した画像に基づいてユーザの左右の下肢の間の距離を検出する。第2の方法では、検出部52は、第4実施形態の第3通信機68および第4通信機70の一方が受信する受信電波強度に基づいてユーザの左右の下肢の間の距離を検出する。
第1センサ74は、送信部74Aおよび受信部74Bを含む。送信部74Aは、左下肢に向けて電波を送信する。受信部74Bは、送信部74Aが送信して反射した電波を受信する。第2センサ76は、送信部76Aおよび受信部76Bを含む。送信部76Aは、右下肢に向けて電波を送信する。受信部76Bは、送信部76Aが送信して反射した電波を受信する。距離検出部72は、第1センサ74が受信した受信電波強度と、第2センサ76が受信した受信電波強度との差に応じた信号を制御部42に出力する。制御部42は、距離検出部72からの信号に基づいてユーザの左右の下肢の間の距離を演算する。記憶部44は、演算したユーザの左右の下肢の間の距離を記憶する。
記憶部44は、ユーザの左右の下肢の間の距離と歩幅との関係を規定した情報を記憶している。左右の下肢の間の距離と歩幅との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。
制御部42は、距離検出部72の出力に応じてモータ16を制御する。制御部42は、第4実施形態の駆動制御と同様の制御を実行する。具体的には、制御部42は、距離検出部72からの情報と、記憶部44の左右の下肢の間の距離と歩幅との関係を規定した情報とを用いて歩幅を演算し、記憶部44の歩幅と所定速度VX2との関係を規定したマップ(図5参照)を用いて所定速度VX2を設定する。モータ16の駆動の開始条件および停止条件は、第4実施形態の駆動制御と同様である。
(第6実施形態)
図19〜図21を参照して、第6実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第6実施形態の自転車用制御装置40は、第1実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの歩幅を検出する構成が異なる。以下の説明では、第1実施形態と共通する構成については、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図19に示されるように、第6実施形態の自転車用制御装置40の検出部52は、ユーザの下肢に取り付けられてユーザの脚または足の傾斜角度を検出する傾斜検出部78からの情報を受信し、傾斜検出部78からの情報を含む信号を制御部42に出力する受信部52Cを含む。検出部52は、送信部52Bをさらに含むことが好ましい。傾斜検出部78は、左右の下肢の少なくとも一方の膝周りに取り付けられることが好ましい。傾斜検出部78は、例えばユーザに直接または間接的に着脱可能に構成される。傾斜検出部78は、例えばバンド部材によってユーザに直接取り付けられてもよく、クリップ、ピン、紐などによってユーザの衣服に取り付けられてもよい。本実施形態では、傾斜検出部78は、左右の下肢の一方の脚に取り付けられる。傾斜検出部78は、脚の傾斜角度を検出する。傾斜検出部78は、有線または無線によって制御部42と通信可能に接続されている。傾斜検出部78は、3軸のジャイロセンサ78Aおよび3軸の加速度センサ78Bの少なくとも一方を含む。傾斜検出部78は、送信部78Cおよび受信部78Dをさらに含む。傾斜検出部78の出力は、3軸のそれぞれの姿勢角度、および、3軸のそれぞれの加速度の情報を含む。なお、3軸の姿勢角度は、ピッチ角度、ロール角度、および、ヨー角度である。本実施形態では、脚の傾斜角度を検出するため、傾斜検出部78は、少なくともピッチ角度を検出することができればよい。加速度センサ78Bは、1軸の加速度センサ、2軸の加速度センサのいずれを用いてもよい。
図20は、ユーザが自転車10の押し歩きをしているときの傾斜検出部78の出力の推移の一例を示す。図20に示されるとおり、傾斜検出部78の出力は、ユーザの歩行動作に応じて周期的に増減する。具体的には、傾斜検出部78は、ユーザが直立姿勢のときに基準値を出力する。ユーザの1歩行周期において、傾斜検出部78が取り付けられた脚の爪先が接地した状態から歩行動作を開始し、歩行動作にともない爪先および踵が接地していない状態である遊脚期において、歩行動作にともない傾斜角度が増大する。そして傾斜検出部78が取り付けられた脚の踵が接地した状態から歩行動作にともない爪先が接地して踵が接地しない状態になるまで傾斜角度が減少する。傾斜検出部78は、図20に示す傾斜検出部78の出力の推移は、記憶部44に記憶される。記憶部44は、ユーザの一歩分の傾斜検出部78の出力の最大値および最小値との差D3と歩幅との関係を規定した情報を記憶している。ユーザの一歩分の傾斜検出部78の出力の最大値および最小値との差D3と歩幅との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。
ユーザの一歩分の傾斜検出部78の出力の最大値および最小値との差D3と歩幅との関係を規定した情報の一例は、図11に準じたマップである。図11に準じたマップは、図11の縦軸を上記差D3に変更したものであり、差D3が大きくなるにつれて歩幅が大きくなる。
制御部42は、受信部52Cの出力に応じてモータ16を制御する。具体的には、制御部42は、検出部52の受信部52Cによって受信された情報であるユーザの脚または足の傾斜角度を含む情報に応じてモータ16を制御する。
図21を参照して、押し歩きモードでのモータ16の駆動制御について説明する。制御部42は、押し歩きモードの間、駆動制御を繰り返し実行する。制御部42は、少なくとも1つの所定条件が成立すると駆動制御を停止する。所定条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、自転車用制御装置40の電源がオンからオフになった場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも1つにおいて成立する。所定条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方において成立するようにしてもよい。
制御部42は、図6のステップS21およびステップS22と同様の処理を行った後、ステップS51に移行する。制御部42は、ステップS51において傾斜検出部78に信号送信を要求し、ステップS52において傾斜検出部78からの信号を受信したか否かを判定する。具体的には、制御部42は、検出部52の送信部52Bから傾斜検出部78に送信要求信号を出力させる。傾斜検出部78は、受信部78Dによって送信要求信号を受信したとき、送信部78Cによって傾斜検出部78の検出結果を検出部52に出力する。制御部42は、検出部52の受信部52Cが傾斜検出部78の検出結果を受信した場合、傾斜検出部78からの信号を受信したと判定する。
制御部42は、傾斜検出部78からの信号を受信した場合には、ステップS53においてユーザの一歩分の動きを検出したか否かを判定する。制御部42は、図20に示す傾斜検出部78の出力の推移における一歩分を検出したか否かに基づいて、ユーザの一歩分の動きを検出したか否かを判定する。
制御部42は、ユーザの一歩分の動きを検出した場合には、傾斜検出部78の出力の一周期における出力の最大値および最小値の差D3と歩幅との関係を規定した情報からユーザの歩幅を演算する。具体的には、制御部42は、傾斜検出部78の出力の推移における一歩分の出力の最大値および最小値を取得し、最大値および最小値の差D3を演算する。制御部42は、図11に準じたマップを用いて、差D3からユーザの歩幅を演算する。制御部42は、図6のステップS26と同様に図5のマップを用いて歩幅から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
制御部42は、歩幅から所定速度VX2を設定した場合、傾斜検出部78からの信号を受信していない場合、または、一歩分の動きを検出していない場合には、ステップS27に移行する。
制御部42は、図6のステップS27と同様に押し歩きモードでのモータ16の駆動の停止要求があるか否かを判定する。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求がないと判定した場合には、ステップS51に移行し、ステップS51〜S54、S26、S27の処理を繰り返す。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求があると判定した場合、ステップS28においてモータ16の駆動を停止し、処理を終了する。
(第7実施形態)
図22〜図24を参照して、第7実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第7実施形態の自転車用制御装置40は、第1実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの所定部分の動作を検出する構成、および、所定速度VX2を設定する構成が異なる。以下の説明では、第1実施形態と共通する構成については、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図22に示されるように、第7実施形態の自転車用制御装置40の検出部52は、ユーザの身体に取り付けられてユーザの所定部分の移動速度を検出する速度検出装置80からの情報を受信する受信部52Cを含む。一例では、ユーザの所定部分は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部を含む。速度検出装置80は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部に取り付けられる。速度検出装置80は、例えばユーザに直接または間接的に着脱可能に構成される。速度検出装置80は、例えばバンド部材によってユーザに直接取り付けられてもよく、クリップ、ピン、紐などによってユーザの衣服、靴、ヘルメットなどに取り付けられてもよい。検出部52は、送信部52Bをさらに含むことが好ましい。速度検出装置80は、速度検出部80Aを含む。速度検出部80Aは、例えば超音波を送信および受信する超音波センサを含む。超音波センサは、路面に対して所定の角度で超音波を送信し、路面からの反射波を受信する。速度検出部80Aは、反射波からドップラ波の大きさおよび周波数を演算し、ドップラ波の大きさおよび周波数から対地速度としてのユーザの所定部分の移動速度であるユーザの上肢、体幹、または、頭部の対地速度を演算する。ユーザの上肢、体幹、または、頭部の対地速度は、ユーザの歩行速度に相当する。ドップラ波に基づいて対地速度を演算する速度検出装置の構成の一例は、特開平8−334561号公報の超音波ドップラ式速度計測装置の構成が挙げられる。速度検出装置80は、送信部82および受信部84を含む。送信部82は、速度検出装置80による検出結果であるユーザの歩行速度を含む情報を検出部52に出力する。速度検出装置80は、GPS受信部および地図データを含み、地図データ上における単位時間当たりの自転車10の移動距離に基づいてユーザの所定部分の移動速度を演算してもよい。
制御部42は、ユーザの所定部分の移動速度に応じてモータ16を制御する。一例では、制御部42は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部の移動速度に応じてモータ16を制御する。制御部42は、検出部52の受信部52Cによって受信された情報に応じてモータ16を制御する。具体的には、記憶部44は、ユーザの歩行速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を記憶している。制御部42は、ユーザの歩行速度と所定速度VX2との関係を規定した情報に応じてモータ16を制御する。ユーザの歩行速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。一例では、ユーザの歩行速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、図23に示されるように、ユーザの歩行速度と所定速度VX2との関係を示すマップである。マップに示されるとおり、ユーザの歩行速度と所定速度VX2とは比例関係にあり、所定速度VX2はユーザの歩行速度が小さいほど低い。言い換えれば、所定速度VX2は、ユーザの所定部分の移動速度が小さいほど低い。制御部42は、ユーザの歩行速度が小さいほど所定速度VX2が低くなるように制御する。言い換えれば、制御部42は、ユーザの所定部分の移動速度が小さいほど所定速度VX2が低くなるように制御する。
図24を参照して、押し歩きモードでのモータ16の駆動制御について説明する。制御部42は、押し歩きモードの間、駆動制御を繰り返し実行する。制御部42は、少なくとも1つの所定条件が成立すると駆動制御を停止する。所定条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、自転車用制御装置40の電源がオンからオフになった場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも1つにおいて成立する。所定条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方において成立するようにしてもよい。
制御部42は、図6のステップS21およびステップS22と同様の処理を行った後、ステップS61に移行する。制御部42は、ステップS61において速度検出装置80に信号送信を要求し、ステップS62において速度検出装置80からの信号を受信したか否かを判定する。具体的には、制御部42は、検出部52の送信部52Bから速度検出装置80に送信要求信号を出力させる。速度検出装置80は、受信部84によって送信要求信号を受信したとき、速度検出装置80の検出値を検出部52に出力する。制御部42は、検出部52の受信部52Cが速度検出装置80の検出値を受信した場合、速度検出装置80からの信号を受信したと判定する。
制御部42は、速度検出装置80からの信号を受信した場合には、ステップS63において速度検出装置80の検出値と、ユーザの歩行速度と所定速度VX2との関係を規定した情報とから所定速度VX2を設定する。具体的には、制御部42は、図23のマップを用いて、速度検出装置80の検出値から所定速度VX2を設定する。制御部42は、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
制御部42は、速度検出装置80の検出値から所定速度VX2を設定した場合、または、速度検出装置80からの信号を受信していない場合には、ステップS27に移行する。
制御部42は、図6のステップS27と同様に押し歩きモードでのモータ16の駆動の停止要求があるか否かを判定する。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求がないと判定した場合には、ステップS61に移行し、ステップS61〜S63、S27の処理を繰り返す。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求があると判定した場合、ステップS28においてモータ16の駆動を停止し、処理を終了する。
(第8実施形態)
図25〜図27を参照して、第8実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第8実施形態の自転車用制御装置40は、第7実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの所定部分の動作を検出する構成、および、所定速度VX2を設定する構成が異なる。以下の説明では、第7実施形態と共通する構成については、第7実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図25に示されるように、第8実施形態の自転車用制御装置40における検出部52の受信部52Cは、ユーザの身体に取り付けられてユーザの所定部位の加速度を検出する加速度検出装置86からの情報を受信する。一例では、ユーザの所定部分は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部を含む。加速度検出装置86は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部に取り付けられる。加速度検出装置86は、ユーザの歩行動作における進行方向の加速度を検出可能なようにユーザの所定部分に取り付けられる。加速度検出装置86の一例は、加速度センサ86Aを含む。加速度検出装置86は、送信部88および受信部90を含む。送信部88は、加速度検出装置86の検出結果を検出部52に出力する。
制御部42は、検出部52の受信部52Cによって受信された情報に応じてモータ16を制御する。具体的には、記憶部44は、ユーザの所定部分の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を記憶している。制御部42は、ユーザの所定部分の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報に応じてモータ16を制御する。ユーザの所定部分の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。一例では、ユーザの所定部分の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、図26に示されるように、ユーザの所定部分の加速度と所定速度VX2との関係を示すマップである。マップに示されるとおり、ユーザの所定部分の加速度と所定速度VX2とは比例関係にあり、所定速度VX2はユーザの所定部分の加速度が小さいほど低い。
制御部42は、ユーザの所定部分の加速度に応じてモータ16を制御する。一例では、制御部42は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部の加速度に応じてモータ16を制御する。制御部42は、検出部52の受信部52Cによって受信された情報に応じてモータ16を制御する。具体的には、記憶部44のユーザの所定部分の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報に応じてモータ16を制御する。
図27を参照して、押し歩きモードでのモータ16の駆動制御について説明する。制御部42は、押し歩きモードの間、駆動制御を繰り返し実行する。制御部42は、少なくとも1つの所定条件が成立すると駆動制御を停止する。所定条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、自転車用制御装置40の電源がオンからオフになった場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも1つにおいて成立する。所定条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方において成立するようにしてもよい。
制御部42は、図6のステップS21およびステップS22と同様の処理を行った後、ステップS71に移行する。制御部42は、ステップS71において加速度検出装置86に信号送信を要求し、ステップS72において加速度検出装置86からの信号を受信したか否かを判定する。具体的には、制御部42は、検出部52の送信部52Bから加速度検出装置86に送信要求信号を出力させる。加速度検出装置86は、受信部90によって送信要求信号を受信したとき、加速度検出装置86の検出結果を検出部52に出力する。制御部42は、検出部52の受信部52Cが加速度検出装置86の検出結果を受信した場合、加速度検出装置86からの信号を受信したと判定する。
制御部42は、加速度検出装置86からの信号を受信した場合には、ステップS73において加速度検出装置86の検出結果と、ユーザの歩行速度と所定速度VX2との関係を規定した情報とから所定速度VX2を設定する。制御部42は、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
制御部42は、加速度検出装置86の検出値から所定速度VX2を設定した場合、または、加速度検出装置86からの信号を受信していない場合には、ステップS27に移行する。
制御部42は、図6のステップS27と同様に押し歩きモードでのモータ16の駆動の停止要求があるか否かを判定する。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求がないと判定した場合には、ステップS71に移行し、ステップS71〜S73、S27の処理を繰り返す。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求があると判定した場合、ステップS28においてモータ16の駆動を停止し、処理を終了する。
(第9実施形態)
図28〜図31を参照して、第9実施形態の自転車用制御装置40について説明する。第9実施形態の自転車用制御装置40は、第1実施形態の自転車用制御装置40と比較して、ユーザの所定部位の動作に代えて、自転車10の加速度に基づいて所定速度VX2を設定する点で異なる。以下の説明では、第1実施形態と共通する構成については、第1実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図28に示されるように、第9実施形態の自転車用制御装置40は、自転車10に取り付けられ、自転車10の進行方向の加速度を検出する加速度センサ92を含む。加速度センサ92は、加速度センサ92の検出値を制御部42に出力する。加速度センサ92の一例は、ジャイロセンサである。図29は、アシストモードがオフの状態でユーザが自転車10を押し歩きしているときの自転車10の加速度の推移の一例を示すグラフである。グラフから分かるとおり、自転車10の加速度は、ユーザの歩行動作に応じて周期的に増減する。
記憶部44は、ユーザが押し歩きをするときの自転車10の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を記憶している。ユーザが押し歩きをするときの自転車10の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。一例では、ユーザが押し歩きをするときの自転車10の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、図30に示されるように、ユーザが押し歩きをするときの自転車10の加速度と所定速度VX2との関係を示すマップである。マップから分かるとおり、自転車10の加速度および所定速度VX2は比例関係であり、自転車10の加速度が大きくなるほど、所定速度VX2が大きくなる。
制御部42は、押し歩きモードにおいてユーザによって押し歩きされる自転車10の加速度に応じてモータ16を制御する。具体的には、記憶部44におけるユーザが押し歩きをするときの自転車10の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報に応じてモータ16を制御する。
図31を参照して、押し歩きモードでのモータ16の駆動制御について説明する。制御部42は、押し歩きモードの間、駆動制御を繰り返し実行する。制御部42は、少なくとも1つの所定条件が成立すると駆動制御を停止する。所定条件は、押し歩きモードからアシストモードに変更した場合、自転車用制御装置40の電源がオンからオフになった場合、および、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2を超えた場合の少なくとも1つにおいて成立する。所定条件は、トルクセンサ46によって検出される人力駆動力TAが、予め定める値以上になった場合、および、クランク回転センサ48によって、クランク22の回転が検出された場合の少なくとも一方において成立するようにしてもよい。
制御部42は、図6のステップS21およびステップS22と同様の処理を行った後、ステップS81に移行する。制御部42は、ステップS81において加速度センサ92の検出値を取得し、ステップS82に移行する。制御部42は、取得した加速度センサ92の検出値から、ユーザが押し歩きをするときの自転車10の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を用いて所定速度VX2を設定する。制御部42は、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
制御部42は、図6のステップS27と同様に押し歩きモードでのモータ16の駆動の停止要求があるか否かを判定する。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求がないと判定した場合には、ステップS81に移行し、ステップS81、S82、S27の処理を繰り返す。制御部42は、モータ16の駆動の停止要求があると判定した場合、ステップS28においてモータ16の駆動を停止し、処理を終了する。
(変形例)
上記各実施形態に関する説明は、本発明に従う自転車用制御装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う自転車用制御装置は、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。以下の変形例において、上記各実施形態と共通する部分については、上記各実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
・検出部52は、押し歩きモードにおいて自転車10の押し歩きをするユーザの自転車10と接触して自転車10を押す部分以外のうちの所定部分として生体情報を検出してもよい。この場合、検出部52は、生体情報の少なくとも一方を検出するセンサを含む。生体情報の一例は、心拍、呼吸、または、脈拍を含む。制御部42は、生体情報に応じてモータ16を制御する。一例では、制御部42は、心拍数または脈拍数が大きくなるほど、所定速度VX2が小さくなるように設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
・第2実施形態において、距離検出部は、ユーザの所定部分に取り付けられて自転車10までの距離を検出してもよい。一例では、ユーザの所定部分は、下肢を含む。距離検出部は、例えばユーザに直接または間接的に着脱可能に構成される。距離検出部は、例えばバンド部材によってユーザに直接取り付けられてもよく、クリップ、ピン、紐などによってユーザの衣服、靴などに取り付けられてもよい。検出部52は第1通信機56を含む。距離検出部は、第2通信機58を含む。距離検出部の第2通信機58は、第1通信機56の送信部56Aから出力される電波を受信するときの受信電波強度に基づいて第1通信機56と第2通信機58との間の距離を検出してもよい。第2通信機58は、第1通信機56からの電波を受信したとき、第1通信機56と第2通信機58との間の距離を含む情報を第1通信機56に出力する。制御部42は、駆動制御において、第1通信機56と第2通信機58との間の距離を含む情報に応じてモータ16を制御する。
・上記変形例において、距離検出部は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部に取り付けられてもよい。この場合、距離検出部は、自転車10の進行方向におけるユーザと自転車10との間の距離を検出する。一例では、距離検出部は、距離検出部(第2通信機58)と第1通信機56との間の距離を検出する。記憶部44は、距離検出部と第1通信機56との間の距離と、所定速度VX2との関係を規定する情報を記憶している。距離検出部と第1通信機56との間の距離と、所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。図32のマップは、距離検出部と第1通信機56との間の距離と、所定速度VX2との関係を規定する情報の一例である。マップから分かるとおり、距離検出部と第1通信機56との間の距離が大きくなるほど、所定速度VX2が低くなる。制御部42は、図32に示されるマップを用いて、距離検出部と第1通信機56との間の距離から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
・第2実施形態において、記憶部44は、受信電波強度の推移のうちの最大値と最小値との差と歩幅との関係を規定した情報を記憶していてもよい。この場合、制御部42は、受信電波強度の推移のうちの最大値と最小値との差と歩幅との関係を規定した情報から歩幅を演算する。すなわち記憶部44は図10のマップを記憶しなくてもよく、制御部42は第1通信機56と第2通信機58との間の距離を演算しなくてもよい。
・第3実施形態において、距離検出部60は、ユーザの上肢、体幹、または、頭部に向けて電波または超音波を出力するように構成されてもよい。この場合、距離検出部60は、自転車10の進行方向におけるユーザと自転車10との間の距離を検出する。記憶部44は、自転車10の進行方向におけるユーザと自転車10との間の距離と、所定速度VX2との関係を規定する情報を記憶している。一例では、図32に準じたマップである。図32に準じたマップは、図32のマップの横軸を自転車10の進行方向におけるユーザと自転車10との間の距離に変更したものである。制御部42は、図32に準じたマップを用いて、自転車10の進行方向におけるユーザと自転車10との間の距離から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
・第4実施形態において、距離検出部66は、第3通信機68および第4通信機70のいずれかを有する構成であってもよい。一例では、左右の下肢の一方に取り付けられた距離検出部66は、左右の下肢の他方に向けて超音波を出力し、左右の下肢の他方から反射した超音波を受信する。距離検出部66は、受信した超音波の強度である受信強度に基づいて左右の下肢の間の距離を検出する。
・第7実施形態において、速度検出装置80に代えて加速度検出装置86によってユーザの歩行速度を検出してもよい。制御部42は、加速度検出装置86の加速度を積分することによりユーザの歩行速度を演算する。
・第7実施形態において、制御部42は、ユーザの所定部分の移動速度として、ユーザの下肢の移動速度に応じてモータ16を制御してもよい。一例では、速度検出装置80に代えて加速度検出装置86がユーザの所定部分としての下肢に取り付けられる。加速度検出装置86は、ユーザの歩行動作における下肢の加速度を検出する。制御部42は、検出された加速度を積分することにより下肢の移動速度を演算する。記憶部44は、下肢の移動速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を記憶している。下肢の移動速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。所定速度VX2は、下肢の移動速度が小さくなるほど低い。制御部42は、下肢の移動速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を用いて、加速度検出装置86が検出した加速度に基づき演算された下肢の移動速度から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
・第8実施形態において、制御部42は、ユーザの所定部分の加速度として、ユーザの下肢の加速度に応じてモータ16を制御してもよい。一例では、加速度検出装置86は、ユーザの所定部分として下肢に取り付けられ、ユーザの歩行動作における下肢の加速度を検出する。記憶部44は、下肢の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を記憶している。下肢の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。所定速度VX2は、下肢の加速度が小さくなるほど低い。制御部42は、下肢の加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を用いて、加速度検出装置86が検出した加速度から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
・第1〜第6実施形態において、制御部42は、ユーザの歩幅から所定速度VX2を設定することに代えて、ユーザの所定部分の移動速度または加速度から所定速度VX2を設定してもよい。
第1実施形態では、制御部42は、ステップS24を省略し、ステップS25の歩幅の演算に代えて、カメラ52Aが撮影した複数の画像に基づいてユーザの下肢の移動速度または加速度を演算する。制御部42は、ステップS26における歩幅から所定速度VX2を設定することに代えて、ユーザの下肢の移動速度または加速度から所定速度VX2を設定する。一例では、記憶部44は、ユーザの下肢の移動速度または加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を記憶している。ユーザの下肢の移動速度または加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報は、例えばマップ、テーブル、または、関数を用いた関係式を含む。所定速度VX2は、ユーザの下肢の移動速度または加速度が小さくなるほど低い。制御部42は、ユーザの下肢の移動速度または加速度と所定速度VX2との関係を規定した情報を用いて、演算したユーザの下肢の移動速度または加速度から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
第2および第3実施形態では、制御部42は、図12のステップS33、S34を省略し、ステップS35における歩幅の演算に代えて、距離検出部54、60からの情報に基づいてユーザの下肢の移動速度または加速度を演算する。制御部42は、図12のステップS26において、上記第1実施形態の変形例のステップS26と同様に、ユーザの下肢の移動速度または加速度から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
第4および第5実施形態では、制御部42は、図17のステップS43、S44を省略し、ステップS45における歩幅の演算に代えて、距離検出部66、72からの情報に基づいてユーザの下肢の移動速度または加速度を演算する。制御部42は、図17のステップS26において、上記第1実施形態の変形例のステップS26と同様に、ユーザの下肢の移動速度または加速度から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
第6実施形態では、制御部42は、図21のステップS53を省略し、ステップS54における歩幅の演算に代えて、傾斜検出部78の加速度センサ78Bからの情報に基づいてユーザの下肢の移動速度または加速度を演算する。制御部42は、図21のステップS26において、上記第1実施形態の変形例のステップS26と同様に、ユーザの下肢の移動速度または加速度から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。
・第1〜第6実施形態において、押し歩きモードとは別にキャリブレーションモードを有してもよい。キャリブレーションモードは、操作部18の操作に基づいてアシストモードまたは押し歩きモードから変更可能である。制御部42は、キャリブレーションモードにおいて、ユーザが自転車10を押し歩きするようにユーザに報知する。制御部42は、ユーザが自転車10を所定期間に亘って押し歩きを行うことにより、歩幅を演算する。制御部42は、例えば図5のマップを用いて、演算した歩幅から所定速度VX2を設定する。この場合、制御部42は、駆動制御におけるモータ16の制御として第1例および第2例を含む。第1例では、制御部42は、押し歩きモードの間、自転車10の走行速度Vがキャリブレーションモードにおいて設定した所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。第1例によれば、ユーザの体格に応じて、押し歩きモードにおける自転車10の走行速度Vをモータ16によって好適に制御できる。第2例では、制御部42は、駆動制御のステップS22におけるモータ16の駆動を開始するときのモータ16の制御を、自転車10の走行速度Vがキャリブレーションモードにおいて設定した所定速度VX2となるようにモータ16を制御する。第2例によれば、ユーザが押し歩きをしている間に歩幅が変化したときに歩幅の変化にあわせてモータ16を好適に制御できる。
・第1〜第6実施形態において、制御部42は、歩幅が小さくなるほど、所定速度VX2が高くなるように所定速度VX2を設定してもよい。この場合、記憶部44は、歩幅と所定速度VX2との関係を規定する情報として、図5のマップに代えて、図33のマップを記憶している。図33のマップから分かるとおり、歩幅が小さくなるほど、所定速度VX2が高くなる。
・第1〜第6実施形態において、記憶部44が図5のマップおよび図33のマップを記憶している場合、ユーザの操作によって、図5のマップと図33のマップとを切り替えるようにしてもよい。一例では、キャリブレーションモードにおいて、ユーザによる操作部18の操作に基づいて、制御部42が図5のマップおよび図33のマップを選択するようにしてもよい。
・第1〜第6実施形態において、制御部42は、駆動制御において、ユーザの1歩行周期を計測し、1歩行周期に基づいて図5のマップおよび図33のマップのいずれかを選択してもよい。1歩行周期が短ければ、ユーザは歩幅を小さくして歩行動作を速く行っていると予測される。1歩行周期が長ければ、ユーザは歩幅を大きくして歩行動作をゆっくり行っていると予測される。一例では、制御部42は、1歩行周期が閾値未満の場合、図33のマップを選択し、1歩行周期が閾値以上の場合、図5のマップを選択する。制御部42は、選択されたマップに基づいて、歩幅から所定速度VX2を設定し、自転車10の走行速度Vが所定速度VX2になるようにモータ16を制御する。
・各実施形態において、制御部42は、距離検出部からの情報または距離検出部の出力に応じて設定される所定速度VX2の上限値を設定してもよい。所定速度VX2の上限値の一例は、5km/hである。一例では、第1〜第6実施形態における歩幅が所定の大きさ以上の場合、制御部42は、歩幅が大きくなっても所定速度VX2が上限値を維持するように所定速度VX2を設定する。第7実施形態における速度検出装置80の検出値が所定値以上の場合、制御部42は、検出値が大きくなっても所定速度VX2が上限値を維持するように所定速度VX2を設定する。第8実施形態における加速度検出装置86の検出値が所定値以上の場合、制御部42は、検出値が大きくなっても所定速度VX2が上限値を維持するように所定速度VX2を設定する。
・各実施形態のモータ16を自転車10のフレーム12、後輪WR、または、前輪WFに設けてもよい。モータ16を前輪WFに設ける場合、モータ16は、前輪WFのハブに設けられ、前輪WFに回転を伝達するように設けられる。モータ16を後輪WRに設ける場合、モータ16は、後輪WRのハブに設けられ、後輪WRに回転を伝達するように設けられる。
10…自転車、16…モータ、18…操作部、40…自転車用制御装置、42…制御部、52…検出部、52A…カメラ、52C…受信部、54…距離検出部、60…距離検出部、66…距離検出部、72…距離検出部、78…傾斜検出部、80…速度検出装置、86…加速度検出装置、VX2…所定速度。
車速センサ50は、車輪の回転速度を検出する。図1に示されるとおり、車速センサ50は、フレーム12のチェーンステイに取り付けられる。車速センサ50は、後輪WRに取り付けられる磁石Mと車速センサ50との相対位置の変化に応じた信号を制御部42に出力する。車速センサ50は、リードスイッチを構成する磁性体リード、または、ホール素子を含むことが好ましい。制御部42は、車速センサ50の出力に基づいて自転車10の走行速度Vを演算する。
制御部42は、押し歩きモードにおいてユーザが操作可能な操作部18が操作された場合、モータ16の駆動を開始する。一例では、制御部42は、ステップS21において押し歩きモードでのモータ16の駆動の開始要求があるか否かを判定する。制御部42は、例えば、図の切替制御において押し歩きモードに切り替えられている状態で、操作部18Bの第2スイッチ18bが操作された場合、かつ、人力駆動力TAが入力されていない場合、モータ16の駆動の開始要求があると判定する。制御部42は、モータ16の駆動の開始要求があると判定するまでステップS21の処理を繰り返す。
制御部42は、ステップS23においてカメラ52Aによってクランク22付近の路面を撮影し、ステップS24において、ステップS23において取得した画像を用いて、ユーザの下肢の一歩分の動きを検出したか否かを判定する。制御部42は、例えばカメラ52Aにより撮影した複数の画像におけるマーカーの動きを検出する場合、一歩分の画像群を取得できたか否かに基づいて、一歩分の動きを検出したか否かを判定する。一歩分の画像群は、マーカーが自転車10の進行方向から進行方向とは反対方向に変更したときから、マーカーが進行方向とは反対方向から進行方向に変更するまでの期間の複数の画像を含む。
制御部42は、一歩分の動きを検出した場合には、ステップS25において歩幅を演算し、ステップS26に移行する。制御部42は、図のマップを用いて、ステップS25で演算した歩幅から所定速度VX2を設定し、ステップS27に移行する。制御部42は、自転車10の走行速度VがステップS26で設定した所定速度VX2になるようにモータ16を駆動する。制御部42は、一歩分の動きを検出していない場合にも、ステップS27に移行する。

Claims (21)

  1. 自転車の推進をアシストするモータを制御する制御部を含み、
    前記制御部は、前記自転車の押し歩きをアシストする押し歩きモードで前記モータを制御可能であり、前記押し歩きモードにおいて前記自転車の押し歩きをするユーザの前記自転車と接触して前記自転車を押す部分以外のうちの所定部分の動作に応じて、前記モータを制御する、自転車用制御装置。
  2. 前記制御部は、前記押し歩きモードにおいて前記自転車の走行速度が、所定速度以下の場合に、前記モータに前記自転車の押し歩きをアシストさせる、請求項1に記載の自転車用制御装置。
  3. 前記ユーザの前記所定部分の動作は、前記ユーザの歩行動作を含み、
    前記制御部は、前記ユーザの歩行速度または歩幅が小さいほど、前記所定速度が低くなるように前記モータを制御する、請求項2に記載の自転車用制御装置。
  4. 前記ユーザの前記所定部分は、前記ユーザの下肢を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
  5. 前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
  6. 前記検出部は、前記ユーザの前記所定部分を撮影可能なカメラを含み、
    前記制御部は、前記カメラによって撮影された画像に応じて前記モータを制御する、請求項5に記載の自転車用制御装置。
  7. 前記検出部は、前記自転車に取り付けられ、前記ユーザの前記所定部分との距離を検出する距離検出部を含み、
    前記制御部は、前記距離検出部の出力に応じて前記モータを制御する、請求項5に記載の自転車用制御装置。
  8. 前記検出部は、前記ユーザの前記所定部分に取り付けられて前記自転車までの距離を検出する距離検出部からの情報を受信する受信部を含み、
    前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する、請求項5に記載の自転車用制御装置。
  9. 前記検出部は、前記自転車に取り付けられ、前記ユーザの左右の下肢の間の距離を検出する距離検出部を含み、
    前記制御部は、前記距離検出部の出力に応じて前記モータを制御する、請求項5に記載の自転車用制御装置。
  10. 前記検出部は、前記ユーザの左右の下肢の少なくとも一方に取り付けられて、前記ユーザの左右の下肢の間の距離を検出する距離検出部からの情報を受信する受信部を含み、
    前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する、請求項5に記載の自転車用制御装置。
  11. 前記検出部は、前記ユーザの下肢に取り付けられて前記ユーザの脚または足の傾斜角度を検出する傾斜検出部からの情報を受信し、前記傾斜検出部からの情報を含む信号を前記制御部に出力する受信部を含み、
    前記制御部は、前記受信部の出力に応じて前記モータを制御する、請求項5に記載の自転車用制御装置。
  12. 前記制御部は、前記ユーザの前記所定部分の移動速度または加速度に応じて前記モータを制御する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
  13. 前記制御部は、前記所定部分の移動速度または加速度に応じて前記モータを制御し、
    前記所定速度は、前記所定部分の移動速度または加速度が小さいほど低い、請求項2または3に記載の自転車用制御装置。
  14. 前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含み、
    前記検出部は、前記ユーザの身体に取り付けられて前記ユーザの前記所定部分の移動速度を検出する速度検出装置からの情報を受信する受信部を含み、
    前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する、請求項12または13に記載の自転車用制御装置。
  15. 前記ユーザの前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含み、
    前記検出部は、前記ユーザの身体に取り付けられて前記ユーザの前記所定部分の加速度を検出する加速度検出装置からの情報を受信する受信部を含み、
    前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する、請求項12または13に記載の自転車用制御装置。
  16. 前記ユーザの前記所定部分は、前記ユーザの上肢、体幹、または、頭部を含み、
    前記制御部は、前記ユーザの上肢、体幹、または、頭部の移動速度または加速度に応じて前記モータを制御する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
  17. 前記ユーザの前記所定部分の動作を検出する検出部をさらに含み、
    前記検出部は、前記ユーザの身体に取り付けられて前記ユーザの前記所定部分の加速度を検出する加速度検出装置からの情報を受信する受信部を含み、
    前記制御部は、前記受信部によって受信された情報に応じて前記モータを制御する、請求項16に記載の自転車用制御装置。
  18. 前記制御部は、前記押し歩きモードにおいて前記ユーザの前記所定部分の動作が停止した場合、前記モータの駆動を停止する、請求項1〜17のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
  19. 前記制御部は、前記押し歩きモードにおいて前記ユーザの前記所定部分の動作が開始された場合、前記モータの駆動を開始する、請求項1〜18のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
  20. 前記制御部は、前記押し歩きモードにおいて前記ユーザが操作可能な操作部が操作された場合、前記モータの駆動を開始する、請求項1〜19のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
  21. 自転車の推進をアシストするモータを制御する制御部を含み、
    前記制御部は、前記自転車の押し歩きをアシストする押し歩きモードで前記モータを制御可能であり、前記押し歩きモードにおいてユーザによって押される前記自転車の加速度に応じて、前記モータを制御する、自転車用制御装置。
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