JP2020124945A - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】電動アシスト自転車において、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシスト制御が行われるようにすること。【解決手段】ペダル３０からの踏力によりクランクアーム２６を介して駆動されるクランク軸２４と、クランク軸２４にトルク伝達関係で接続された電動モータ５４と、電動モータ５４の電源である車載のバッテリ１０２と、電動モータ５４の作動を制御する制御装置１００とを備えた電動アシスト自転車１０であって、自転車１０のフレーム１８に対する電動モータ５４の回り止め部に設けられた応力センサ１１１と、応力センサ１１１により検知される応力から前記自転車１０のペダル３０の踏力を推定する踏力推定演算部１２０と、前記踏力推定演算部１２０によって推定された踏力に応じて前記電動モータ５４の駆動電流を制御するモータ駆動制御部１２６とを有する。【選択図】図６

Description

本発明は電動アシスト自転車に関し、更に詳細にはアシスト力を発生する電動モータの制御系に関する。

電動アシスト自転車として、歪みケージによってペダル系統の歪みを計測し、その計測値からペダル踏力を演算し、ペダル踏力に応じて電動モータの作動を制御するものや（例えば、特許文献１）、ペダルにより駆動されるクランク軸に取り付けられたペダル踏力伝達スリーブを含むペダル踏力センサにより検出されるペダル踏力に応じて電動モータの作動を制御するものが知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００７−９１１５９号公報 ＵＳ６１９６３４７Ｂ１公報

上述の従来の電動アシスト自転車では、ペダル踏力の検出のための構造が複雑になる。特に、既存の自転車においてペダル踏力を検出するためには、改造が必要になり、このことが電動アシストユニットの後付によって既存の自転車を電動アシスト自転車とすることの障害になっている。

本発明が解決しようとする課題は、電動アシスト自転車において、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシスト制御が行われるようにすることである。

本発明の一つの実施形態による電動アシスト自転車は、ペダル（３０）からの踏力によりクランクアーム（２６）を介して駆動されるクランク軸（２４）と、前記クランク軸（２４）又は前記クランクアーム（２６）にトルク伝達関係で接続された電動モータ（５４）と、前記電動モータ（５４）の電源である車載のバッテリ（１０２）と、前記電動モータ（５４）の作動を制御する制御装置（１００）とを備えた電動アシスト自転車（１０）であって、前記自転車（１０）のフレーム（１８）に対する前記電動モータ（５４）の回り止め部に設けられた応力センサ（１１１）と、前記応力センサ（１１１）により検知される応力から前記自転車（１０）のペダル（３０）の踏力を推定する踏力推定演算部（１２０）と、前記踏力推定演算部（１２０）によって推定された踏力に応じて前記電動モータ（５４）の駆動電流を制御するモータ駆動制御部（１２６）とを有する

この構成によれば、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車（１０）の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。

前記電動アシスト自転車において、好ましくは、前記クランク軸（２４）のクランク回転角度位置を検知する回転角センサ（１１０）を有し、前記踏力推定演算部（１２０）は、第１のクランク回転角度位置における前記応力と第１のクランク回転角度位置とは異なる第２のクランク回転角度位置における前記応力との差異から前記自転車（１０）のペダル（３０）の踏力を推定する。

この構成によれば、運転者が意図するペダリングの状態に応じたアシストが行われる。

前記電動アシスト自転車において、好ましくは、前記第１のクランク回転角度位置は片方のペダル（３０）の最上昇位置から９０度以下の角度範囲内にあり、前記第２のクランク回転角度位置は前記片方のペダル（３０）の最上昇位置から９０度以上且つ１８０度以下の角度範囲内にある。

この構成によれば、ペダル踏力の推定が精度よく行われ、ペダル踏力に応じたアシストが適切に行われる。

前記電動アシスト自転車において、好ましくは、前記クランク軸（２４）のクランク回転角度位置を検知する回転角センサ（１１０）と、前記回転角センサ（１１０）により検知されるクランク回転角度位置から前記クランク軸（２４）の正転と逆転とを判定するクランク正逆転判定部（１２２）を有し、前記モータ駆動制御部（１２６）は、前記クランク正逆転判定部（１２２）より前記クランク軸（２４）が逆転していると判定された時には前記電動モータ（５４）の駆動を停止する制御を行う。

この構成によれば、クランク軸（２４）が逆転している運転状態において、無駄なアシストが行われることがない。

前記電動アシスト自転車において、好ましくは、前記クランク軸（２４）の回転を検知する回転センサ（１１２）と、前記回転センサ（１１２）により検知される前記クランク軸（２４）の回転から前記ペダル（３０）に対する踏力の有無を判定する踏力有無判定部（１２４）とを更に有し、前記モータ駆動制御部（１２６）は、前記踏力有無判定部（１２４）により踏力が無いと判定された時には前記電動モータ（５４）の駆動を停止する制御を行う。

この構成によれば、踏力が無い状態において、無駄なアシストが行われることがない。

前記電動アシスト自転車において、好ましくは、前記自転車の傾きを検知するジャイロセンサ（１１４）を更に有し、前記モータ駆動制御部（１２６）は、更に、前記ジャイロセンサ（１１４）によって検知された前記自転車の傾きに応じて前記電動モータ（５４）の回転出力を低減する制御を行う。

この構成によれば、運転者が意図するアシストが行われると共に安全性が向上する。

前記電動アシスト自転車において、好ましくは、前記バッテリ（１０２）の電圧を検知する電圧センサ（１１８）を更に有し、前記モータ駆動制御部（１２６）は、更に、前記電圧センサ（１１８）によって検知された電圧の低下に応じて前記電動モータ（５４）の回転出力を低減する制御を行う。

この構成によれば、バッテリ（１０２）の過放電が抑制される。

本発明による電動アシスト自転車によれば、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、自転車の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシスト制御が行われる。

本発明の一つの実施形態による電動アシスト自転車の要部の斜視図 同実施形態による電動アシスト自転車の電動アシストユニットの斜視図 同実施形態による電動アシストユニットの分解斜視図 同実施形態による電動アシストユニットの縦断面図 同実施形態による応力センサの取付構造の側面図 同実施形態による電動アシスト自転車の制御系統のブロック線図 同実施形態による電動アシスト自転車のクランク回転角度位置の説明図 各状態における応力特性を示すグラフ 各状態における応力特性を示す説明図 同実施形態による電動アシスト自転車のアシスト制御のフローチャート 他の実施形態による応力センサの取付構造の側面図 他の実施形態における応力特性を示すグラフ

以下に、本発明による電動アシスト自転車の一つの実施形態を、図１〜図６を参照して説明する。

図１及び図５に示されているように、電動アシスト自転車１０は、略上下方向に延在して上端にサドル（不図示）を取り付けられるシートチューブ１２と、略前後方向に延在するダウンチューブ１４と、左右のチェーンステー１６を含むフレーム１８を有する。シートチューブ１２の下端とダウンチューブ１４の後端及び各チェーンステー１６の前端とはパイプ継手を兼ねたクランク軸支持用の軸受筒体２０によって互いに結合されている。サブチューブ１５の後端はパイプ継手２２によってシートチューブ１２の下端近傍に結合されている。

軸受筒体２０は左右方向に略水平に延在するクランク軸（駆動軸）２４を回転自在に支持している。クランク軸２４の左右の軸端は各々軸受筒体２０から左右外方に突出しており、その各軸端に左右のクランクアーム２６、２８の基端が互いに１８０度の回転位相差をもって固定されている。クランク軸２４はクランクアーム２６、２８の回転中心をなし、クランク軸２４の回転中心軸線とクランクアーム２６、２８の回転中心軸線とは同一軸線上にある。

クランクアーム２６、２８の遊端にはペダル３０が取り付けられている。右側のクランクアーム２８と軸受筒体２０との間にはドライブスプロケット３２が配置されている。ドライブスプロケット３２はクランク軸２４に同軸的に連結（固定）されている。

クランク軸２４は左右のクランクアーム２６、２８によって回転駆動される。クランク軸２４の回転は、ドライブスプロケット（チェンホイール）３２に伝達され、ドライブスプロケット３２から不図示のチェン式伝動機構によって後輪（不図示）に伝達される。これにより、電動アシスト自転車１０が前進走行する。

電動アシスト自転車１０は電動アシストユニット５０を有する。尚、以下の説明における上下、前後、左右の各方向は、電動アシストユニット５０が、図１に示されているように、電動アシスト自転車１０のフレーム１８に取り付けられた状態での各方向である。

電動アシストユニット５０は、図１〜図４に示されているように、左側の第１半体５２Ａと右側の第２半体５２Ｂとカバー部材５２Ｄとの組立体による中空構造のハウジング５２を有する。第１半体５２Ａと第２半体５２Ｂとは複数のボルト５１によって互いに結合されている。カバー部材５２Ｄは複数のボルト５５によって第１半体５２Ａの左側に結合されている。

ハウジング５２には電動モータ５４が取り付けられている。電動モータ５４は、中心軸線Ａが左右方向に延在すべく第２半体５２Ｂの外面に固定された基端を含む円筒状のアウタケーシング５６を有する。アウタケーシング５６は第２半体５２Ｂから右外方に突出している。

電動モータ５４は、図４に示されているように、左右方向に延在にして第２半体５２Ｂから左方にハウジング５２の中空部に突出した出力軸５８を有する。出力軸５８には小径の駆動平歯車６０が固定されている。第１半体５２Ａ及び第２半体５２Ｂは内部にブッシュ６２等によって左右方向に延在する中間軸６４を回転可能に支持している。中間軸６４はブッシュ６２の右方に駆動平歯車６０と噛合する大径の中間平歯車６６を固定支持している。つまり、第１半体５２Ａ及び第２半体５２Ｂによって画定された密閉構造の第１歯車室５３内に駆動平歯車６０及び中間平歯車６６が収容されている。中間軸６４はブッシュ６２の左方に形成された小径の中間平歯車６８を一体に有する。

第１半体５２Ａは中間軸６４及び中間平歯車６８の配置部から下方に延出した円環部５２Ｃを一体に有する。円環部５２Ｃは、左右方向に開口した中心開口７０を画定する円筒部７２、円筒部７２の径方向外方に円筒部７２と同心的に形成された略円筒状の外周部７４及び円筒部７２と外周部との間に延在する円環板状の右側部７６を含み、左側方が開放された形状をしている。中心開口７０は、クランク軸２４の外径より十分大きい内径を有し、クランク軸２４が遊嵌合状態で左右方向に貫通する。

円筒部７２の外周にはボール軸受７８によって円環形状の大径の出力平歯車８０が左右方向に延在する中心軸線周りに回転可能に取り付けられている。

出力平歯車８０は上側において中間平歯車６８に噛合している。これにより、駆動平歯車６０と出力平歯車８０との間に中間平歯車６６及び中間平歯車６８を含む平行軸による変速歯車列５９が構成される。変速歯車列５９は電動モータ５４の回転を後述する回転出力部材８１の一部をなす出力平歯車８０に伝達する。

電動モータ５４は、変速歯車列５９によって回転出力部材８１に対して径方向外方に偏倚し、且つ回転出力部材８１に対して軸線方向に偏倚している。

回転出力部材８１は、出力平歯車８０及び出力平歯車８０の左側面に複数のボルト８２によって出力平歯車８０と同心に固定された円環形状の回転出力板８４を含む。回転出力板８４は、その左側面の全体が円環部５２Ｃの左方に向けて外部に露呈しており、出力平歯車８０と共に中心開口７０の径方向外方において円筒部７２の左右方向に延在する中心軸線周りに回転可能である。回転出力板８４は変速歯車列５９を介して電動モータ５４によって回転駆動される。

回転出力板８４は、出力平歯車８０の外径より大きい外径を有し、出力平歯車８０の歯部及び中間平歯車６８と出力平歯車８０との噛合部を円環部５２Ｃの左側方（開放側）から遮蔽する。つまり、回転出力板８４は、出力平歯車８０のカバー部材となり、出力平歯車８０の歯部を保護する。

回転出力板８４は円環部５２Ｃ及びカバー部材５２Ｄと協働して密閉構造の第２歯車室５７を画定しており、第２歯車室５７に中間平歯車６８及び出力平歯車８０が収容されている。

出力平歯車８０及び回転出力板８４は共に中心開口７０と同心の円環形状であって円筒部７２の径方向外方にあるから、中心開口７０は、出力平歯車８０及び回転出力板８４に邪魔されることなく、左右方向に同一内径をもって延在して左右外方に向けて開口している。

電動アシスト自転車１０に対する電動アシストユニット５０の取り付けは、作業者によって次の手順によって行われる。

先ず、ドライブスプロケット３２が配置されていない左側のペダル３０をスパナ等の一般工具によって取り外す。次に電動アシストユニット５０を横に倒した状態（電動モータ５４が上向きになる姿勢）で、中心開口７０に左側のクランクアーム２６の遊端側を入れ、中心開口７０にクランクアーム２６が入った状態で、電動アシストユニット５０をクランクアーム２６の延在方向に沿ってその基端側（回転中心側）に移動させる。

これにより、電動アシストユニット５０は、回転出力部材８１及び円環部５２Ｃがクランクアーム２６をくぐらせるようにして、クランクアーム２６の基端近傍に到達する。換言すると、このくぐらせる作業が行われ得るように、クランクアーム２６の外形に対して中心開口７０の内径が設定されている。

尚、中心開口７０がクランクアーム２６に取り付けられているペダル３０もくぐらせることができる内径を備えていれば、ペダル３０を取り外さなくてもよい。

次に、電動モータ５４が横向きになる姿勢（図１に示されている姿勢）に、電動アシストユニット５０の姿勢を変更し、中心開口７０にクランク軸２４を遊嵌合状態で軸線方向に通す。これにより、回転出力板８４及び円環部５２Ｃは、ペダル３０の取り外しだけで、或いはペダル３０の取り外す作業も必要とすることなく、中心開口７０にクランク軸２４が左右方向に遊嵌合状態で貫通した状態で、フレーム１８とクランクアーム２６との間に配置される。

電動モータ５４は、変速歯車列５９によって回転出力部材８１に対して径方向外方に偏倚し、且つ回転出力部材８１に対して軸線方向にオフセットされているから、図１に示されているように、シートチューブ１２の下端近傍の前側で、上下のサブチューブ１５とダウンチューブ１４との間に配置され、電動モータ５４のアウタケーシング５６がシートチューブ１２に当接することによりフレーム１８に対して回り止めされる。これにより、フレーム１８に対する電動モータ５４の回り止めが簡単且つ確実に行われる。

フレーム１８に対する電動アシストユニット５０の固定は、電動モータ５４のアウタケーシング５６が締結バンド４９によってダウンチューブ１４に固定されることにより行われる。締結バンド４９による電動アシストユニット５０のフレーム１８に対する固定は、走行時等に電動アシストユニット５０がフレーム１８に対してがた付かない程度のラフな固定でよく、この固定は必須でなく省略されてもよい。

この取付状態では、回転出力板８４は、軸受筒体２０とクランクアーム２６との間にあって左方に向けて露呈しており、この露呈面（左面）に取り付けられる連結部材９０によってクランクアーム２６の回転中心部、つまりクランク軸２４に同軸的に連結され、電動アシストユニット５０によるアシスト力をクランク軸２４に伝達する。

電動モータ５４は変速歯車列５９によって円環部５２Ｃ及び回転出力板８４に対して径方向外方に偏倚した位置にあるから、電動モータ５４がクランクアーム２６に対する円環部５２Ｃ及び回転出力板８４の設置を阻害することがない。

次に、電動アシスト自転車１０におけるクランク軸２４とクランクアーム２６との連結構造及び連結部材９０による回転出力部材８１とクランク軸２４との連結構造を、図３及び図４を参照して説明する。

クランク軸２４は端部に他の部分より小径のスプライン軸部３４を有する。スプライン軸部３４の軸端中心にはクランク抜きのためのねじ孔３６が開口している。クランクアーム２６は基端を左右方向に貫通するスプライン孔３８を有する。スプライン軸部３４がスプライン孔３８にスプライン結合の状態で嵌合し、クランクアーム２６の外側からねじ（クランク抜きねじ）４０がねじ孔３６にねじ係合することにより、クランク軸２４とクランクアーム２６とが回転力を伝達可能に連結される。

連結部材９０は、クランク軸２４のねじ孔３６にねじ係合するねじ４０によってクランク軸２４の軸端の固定される中央部９１及び中央部９１から径方向外方に延出して遊端をねじ９４によって回転出力部材８１に固定された複数の脚部９２を含み、回転出力部材８１をクランク軸２４にトルク伝達関係をもって接続する。

回転出力板８４には少なくとも２個の脚部９２の遊端に形成された位置決め用の貫通孔９３が嵌合する複数のノックピン９８が取り付けられている。各ノックピン９８と対応する貫通孔９３との嵌合によって連結部材９０が回転出力板８４と同心になるように回転出力板８４に対する連結部材９０の位置決めが行われる。尚、中央部９１に形成されているねじ４０の貫通孔９６の内径はねじ４０の外形より大きくてよく、回転出力部材８１に対する連結部材９０の固定後に、ねじ４０によって中央部９１がクランク軸２４に固定されればよい。

これにより、クランク軸２４と回転出力部材８１とが連結部材９０及び既存の電動アシスト自転車１０のねじ４０によって互いに同心（同軸的）に連結され、回転出力部材８１の回転が心振れを生じることなくクランク軸２４に伝達される。

図１に示されているように、シートチューブ１２には、締結バンド（不図示）等によって、電動アシストのための制御装置１００と、電動モータ５４及び制御装置１００の電源をなす２次電池によるバッテリ１０２とが取り付けられている。制御装置１００及びバッテリ１０２は、電動アシストユニット５０のハウジング５２及び電動モータ５４とは別置きされるものであり、これらは電気ケーブル（不図示）によって電動モータ５４と電気的に接続されていればよい。

次に、電動アシスト自転車１０の制御系統を、図６を参照して説明する。

電動アシスト自転車１０は、回転角センサ１１０と、応力センサ１１１と、パルスセンサ１１２と、ジャイロセンサ１１４と、電流センサ１１６と、電圧センサ１１８とを有する。

回転角センサ１１０は、電動モータ５４に内蔵されたホールセンサ等により構成され、モータ回転角度の積算と変速歯車列５９の減速比からクランク軸２４の回転と角度位置を検知する。尚、回転角センサ１１０は、電動モータ５４に内蔵されないアブソリュート型ロータリエンコーダ等により構成され、クランクの回転と角度位置を検知するものであってもよい。

応力センサ１１１は、図５に示されているように、締結ベルト１３によってシートチューブ１２に固定され、フレーム１８に対する電動モータ５４の回り止め部に設けられており、回り止め部に作用する応力を検知する。尚、応力センサ１１１としては、例えば、圧力を検知する圧力センサや歪みを検知する歪みセンサ等がある。

パルスセンサ１１２は、クランク軸２４、クランクアーム２６、ペダル３０、出力平歯車８０或いは回転出力板８４に設けられ、図６に示されているように、片方のクランクアーム２６のペダル３０が最上昇位置に位置するクランク軸２４のクランク角の基準点及びクランク軸２４の回転を検知する回転センサである。

ジャイロセンサ１１４は電動アシストユニット５０に設けられ、フレーム１８の左右方向及び前後方向の傾きを検知する。

電圧センサ１１８はバッテリ１０２の電圧を検知する。電流センサ１１６は電動モータ５４のモータ電流を検知する。

制御装置１００は、マイクロコンピュータ等を含む電子制御式のものであり、踏力推定演算部１２０と、クランク正逆転判定部１２２と、踏力有無判定部１２４と、モータ駆動制御部１２６とを有する。

踏力推定演算部１２０は、回転角センサ１１０からのクランク回転角度位置に関する情報、パルスセンサ１１２からのクランク軸２４のクランク角の基準点及びクランク軸２４の回転に関する情報及び応力センサ１１１から応力に関する情報を取り込み、第１のクランク回転角度位置における応力と第１のクランク回転角度位置とは異なる第２のクランク回転角度位置における応力との差異から電動アシスト自転車１０のペダル踏力を推定する。踏力推定演算部１２０は第１のクランク回転角度位置における応力と第２のクランク回転角度位置における応力との差値が大きいほどペダル踏力が大きいと推定する。

第１のクランク回転角度位置はクランクアーム２６のペダル３０の最上昇位置から９０度以下の角度範囲を含み、第２のクランク回転角度位置はクランクアーム２６のペダル３０の最上昇位置から９０度以上且つ１８０度以下の角度範囲を含む。

第１のクランク回転角度位置及び第２のクランク回転角度位置は各々上述の角度範囲内の少なくとも１点であってよい。或いは図６に示されているように、第１のクランク回転角度位置は、ペダル３０の最上昇位置から１５度程度の第１の角度範囲θ１における応力の平均値或いは積分値であり、第２のクランク回転角度位置は、ペダル３０の最上昇位置から９０度進んだ位置から１５度程度の第２の角度範囲θ２における応力の平均値或いは積分値であってもよい。第１の角度範囲θ１における応力の平均値或いは積分値は、第２の角度範囲θ２における応力の平均値或いは積分値より大きい値になり、この差値がペダル踏力に概ね比例する。

図８及び図９（Ａ）〜（Ｄ）は各状態において応力センサ１１１により検知される応力の変化を示している。（Ａ）は発進時のアシスト＝ゼロの状態を示している。（Ｂ）はペダリングによる走行時のアシスト＝大の状態を示している。（Ｃ）はペダリングによる走行時のアシスト＝大〜小から踏力がほぼゼロに移行する状態を示している。（Ｄ）はペダル停止時の状態を示している。

モータ駆動制御部１２６は、基本的には踏力推定演算部１２０によって推定されたペダル踏力に応じた駆動電流をもって電動モータ５４を作動させるべく、モータ駆動回路１２８に制御指令（駆動電流指令）を出力する。

モータ駆動回路１２８は、バッテリ１０２から電動モータ５４に通電する駆動電流を定量的に設定する。これにより、電動モータ５４は、ペダル踏力の推定値に応じた回転出力によってペダリングのアシストを行う。これにより、ペダル踏力の検出のための構造が複雑化したり、電動アシスト自転車１０の改造を要したりすることなく、ペダル踏力に応じたアシストが行われる。

クランク正逆転判定部１２２は、により検知されるクランク回転角度位置に基づいてクランク軸２４の正転と逆転とを判定する。モータ駆動制御部１２６は、クランク正逆転判定部１２２よりクランク軸２４が逆転していると判定された時には、電動モータ５４の駆動を停止する制御を行う。これにより、クランク軸２４が逆転している時には無駄なアシストが行われない。

踏力有無判定部１２４は、回転角センサ１１０により検知されるクランク軸２４の回転からペダル３０に対する踏力の有無を判定する。モータ駆動制御部１２６は、踏力有無判定部１２４により踏力が無いと判定された時には、電動モータ５４の駆動を停止する制御を行う。これにより、踏力が無い時には無駄なアシストが行われない。

モータ駆動制御部１２６は、更に、ジャイロセンサ１１４によって検知された電動アシスト自転車１０の左右方向及び前後方向の傾きに応じて電動モータ５４の回転出力を増減する制御を行う。これにより、旋回走行時等において電動アシスト自転車１０が左右方向に傾いた時には、ペダリングのアシストを弱くしたり、登坂路等において電動アシスト自転車１０が前後方向に傾いた時にはペダリングのアシストを強くしたりすることが行われ、運転者が意図するアシストが行われると共に安全性が向上する。

モータ駆動制御部１２６は、更に、電圧センサ１１８によって検知されたバッテリ電圧の低下に応じて電動モータ５４の回転出力を低減する制御を行う。これにより、バッテリ１０２の過放電が抑えられ、バッテリ１０２の寿命が延びる。また、バッテリ１０２の電力消費が抑えられ、バッテリ１０２の一回の充電におけるアシスト継続距離（時間）が延長される。

次に、制御装置１００の制御ルーチンを、図１０に示されているフローチャートを参照して説明する。

この制御ルーチンは電動アシストユニット５０の電源がオンになることにより開始され、まず、待機状態処理が行われる（ステップＳ１０）。待機状態処理は各センサ１１０、１１１、１１２、１１４、１１６、１１８を給電によって活動状態にすると共に電動モータ５４を停止状態にすることを含む。

次に、電動アシストユニット５０の電源がオフに変化したか否かの判別が行われる（ステップＳ１１）。電源がオフに変化した場合には、電源オフ処理が行われる（ステップＳ１２）。電源オフ処理は各センサ１１０、１１１、１１２、１１４、１１６、１１８に対する給電を停止することを含む。

電源がオフに変化していない場合には，電動モータ５４が逆転しているかの判別が行われる（ステップＳ１３）。電動モータ５４が逆転している場合には、待機状態処理（ステップＳ１０）に戻る。

電動モータ５４が逆転していない場合には、電動モータ５４が１回転したことを確認し（ステップＳ１４）、その後に、モータ回転数が所定値Ｘ以下であるか否かの判別が行われる（ステップＳ１５）。モータ回転数が所定値Ｘ以下であれば、電動モータ５４が始動が緩慢に開始されるソフトスタートになり（ステップＳ１６）、モータ回転数が所定値Ｘ以下でなければ、電動モータ５４が通常の速度勾配をもって始動される通常スタートになる（ステップＳ１７）。

次に、クランク軸２４の１回転の期間において応力センサ１１１により検知される応力が略一定であるか否かの判別が行われる（ステップＳ１６）。応力が略一定であれば、ペダル踏力が実質的にゼロであると推定し、アシストを必要としない惰性走行と判断して待機状態処理（ステップＳ１０）に戻る。

応力が略一定でない場合には、応力変化が所定値Ｙ以上であるか否かの判別が行われる（ステップＳ１７）。この判別は、第１の角度範囲θ１におけるモータ電流の平均値或いは積分値と第２の角度範囲θ２におけるモータ電流の平均値或いは積分値との差が所定値Ｙ以上であるか否かの判別である。

応力変化が所定値Ｙ以上であれば、ペダル踏力は、第１の角度範囲θ１における応力の平均値或いは積分値と第２の角度範囲θ２に応力の平均値或いは積分値との差値に概ね比例するとして、差値に応じたペダル踏力を推定する演算が行われ、推定されたペダル踏力に応じたモータ駆動出力が演算される（ステップＳ２０）。

次に、演算されたモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる（ステップＳ２１）。モータ駆動処理は、演算されたモータ駆動出力に応じた駆動電流を電動モータ５４に対して通電することを含んでいる。これにより、ペダル踏力に応じたペダリングのアシストが行われる。

応力変化が所定値Ｙ未満である場合には、モータ駆動出力が弱に設定され（ステップＳ２２）、弱のモータ駆動出力によるモータ駆動処理が行われる（ステップＳ２１）。

他の実施形態として、図１１に示されているように、応力センサ１１１は、締結ベルト１３によってダウンチューブ１４に固定され、電動モータ５４の反力を引張力として検知してもよい。この場合の各状態おける応力特性は、図１２に示されているようになる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、電動モータ５４の回り止めは、アウタケーシング５６がダウンチューブ１４やサブチューブ１５に当接すること以外に、シートチューブ１２、チェーンステー１６に当接することにより行われてもよい。変速歯車列５９の各歯車は、平歯車以外にはすば歯車であってもよい。また、上述の実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ ：電動アシスト自転車
１２ ：シートチューブ
１３ ：締結ベルト
１４ ：ダウンチューブ
１６ ：チェーンステー
１８ ：フレーム
２０ ：軸受筒体
２２ ：パイプ継手
２４ ：クランク軸
２６ ：クランクアーム
２８ ：クランクアーム
３０ ：ペダル
３２ ：ドライブスプロケット
３４ ：スプライン軸部
３６ ：ねじ孔
３８ ：スプライン孔
４０ ：ねじ
４９ ：締結バンド
５０ ：電動アシストユニット
５１ ：ボルト
５２ ：ハウジング
５２Ａ ：第１半体
５２Ｂ ：第２半体
５２Ｃ ：円環部
５２Ｄ ：カバー部材
５３ ：第１歯車室
５４ ：電動モータ
５５ ：ボルト
５６ ：アウタケーシング
５７ ：第２歯車室
５８ ：出力軸
５９ ：変速歯車列
６０ ：駆動平歯車
６２ ：ブッシュ
６４ ：中間軸
６６ ：中間平歯車
６８ ：中間平歯車
７０ ：中心開口
７２ ：円筒部
７４ ：外周部
７６ ：右側部
７８ ：ボール軸受
８０ ：出力平歯車
８１ ：回転出力部材
８２ ：ボルト
８４ ：回転出力板
９０ ：連結部材
９１ ：中央部
９２ ：脚部
９３ ：貫通孔
９４ ：ねじ
９６ ：貫通孔
９８ ：ノックピン
１００ ：制御装置
１０２ ：バッテリ
１１０ ：回転角センサ
１１１ ：応力センサ
１１２ ：パルスセンサ（回転センサ）
１１４ ：ジャイロセンサ
１１６ ：電流センサ
１１８ ：電圧センサ
１２０ ：踏力推定演算部
１２２ ：クランク正逆転判定部
１２４ ：踏力有無判定部
１２６ ：モータ駆動制御部
１２８ ：モータ駆動回路

Claims (7)

1. ペダルからの踏力によりクランクアームを介して駆動されるクランク軸と、前記クランク軸にトルク伝達関係で接続された電動モータと、前記電動モータの電源である車載のバッテリと、前記電動モータの作動を制御する制御装置とを備えた電動アシスト自転車であって、
   前記自転車のフレームに対する前記電動モータの回り止め部に設けられた応力センサと、
   応力センサにより検知される応力から前記自転車のペダルの踏力を推定する踏力推定演算部と、
   前記踏力推定演算部によって推定された踏力に応じて前記電動モータの駆動電流を制御するモータ駆動制御部とを有する電動アシスト自転車。
2. 前記クランク軸のクランク回転角度位置を検知する回転角センサを有し、
   前記踏力推定演算部は、第１のクランク回転角度位置における前記応力と第１のクランク回転角度位置とは異なる第２のクランク回転角度位置における前記応力との差異から前記自転車のペダルの踏力を推定する請求項１に記載の電動アシスト自転車。
3. 前記第１のクランク回転角度位置は片方のペダルの最上昇位置から９０度以下の角度範囲内にあり、前記第２のクランク回転角度位置は前記片方のペダルの最上昇位置から９０度以上且つ１８０度以下の角度範囲内にある請求項２に記載の電動アシスト自転車。
4. 前記クランク軸のクランク回転角度位置を検知する回転角センサと、
   前記回転角センサにより検知されるクランク回転角度位置から前記クランクの正転と逆転とを判定するクランク正転逆転判定部を有し、
   前記モータ駆動制御部は、前記クランク正転逆転判定部より前記クランク軸が逆転していると判定される時には前記電動モータの駆動を停止する制御を行う請求項１〜３の何れか一項に記載の電動アシスト自転車。
5. 前記クランク軸の回転を検知する回転センサと、
   前記回転センサにより検知される前記クランク軸の回転から前記ペダルに対する踏力の有無を判定する踏力有無判定部とを有し、
   前記モータ駆動制御部は、前記踏力有無判定部により踏力が無いと判定された時には前記電動モータの駆動を停止する制御を行う請求項１〜４の何れか一項に記載の電動アシスト自転車。
6. 前記自転車の傾きを検知するジャイロセンサを有し、
   前記モータ駆動制御部は、更に、前記ジャイロセンサによって検知された前記自転車の傾きに応じて前記電動モータの回転出力を低減する制御を行う請求項１〜５の何れか一項に記載の電動アシスト自転車。
7. 前記バッテリの電圧を検知する電圧センサを有し、
   前記モータ駆動制御部は、更に、前記電圧センサによって検知された電圧の低下に応じて前記電動モータの回転出力を低減する制御を行う請求項１〜６の何れか一項に記載の電動アシスト自転車。

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