JP2021066357A - 駆動システム、及び電動アシスト付き自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】アシスト制御に関する効率の向上を図ること。【解決手段】駆動システム１は、電動アシスト付き自転車用の駆動システムである。駆動システム１は、第１モータＭ１と、第２モータＭ２と、調整部３００とを備える。第１モータＭ１は、前輪に第１動力を伝えて前輪の回転をアシストする。第２モータＭ２は、後輪に第２動力を伝えて後輪の回転をアシストする。調整部３００は、人力駆動力に対する第１動力に関する第１アシスト比率と、人力駆動力に対する第２動力に関する第２アシスト比率とをそれぞれ調整する。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、駆動システム、及び電動アシスト付き自転車に関する。より詳細には、本開示は、電動アシスト付き自転車用の駆動システム、及び当該駆動システムを備える電動アシスト付き自転車に関する。

特許文献１には、自転車用制御装置が記載されている。この自転車用制御装置は、自転車に入力される人力駆動力に基づいて、自転車の推進をアシストするモータの出力を制御する制御部を含む。制御部は、第１動作モードにおいて、モータの出力トルクが第１の上限値以下のときに、第１のアシスト比となるようにモータを制御する。また制御部は、第２動作モードにおいて、モータの出力トルクが第２の上限値以下のときに、第２のアシスト比となるようにモータを制御する。この自転車用制御装置によれば、動作モードごとにアシスト比の大きさが異なることによって、自転車の推進をより適切にアシストできる。

特開２０１７−２２２２５０号公報

ところで、自転車の前輪及び後輪の各々について、より効率の良いアシスト制御が望まれる場合がある。

本開示は上記事由に鑑みてなされ、アシスト制御に関する効率の向上を図ることができる、駆動システム、及び電動アシスト付き自転車を提供することを目的とする。

本開示の一態様の駆動システムは、電動アシスト付き自転車用の駆動システムである。前記駆動システムは、第１モータと、第２モータと、調整部とを備える。前記第１モータは、前輪に第１動力を伝えて前記前輪の回転をアシストする。前記第２モータは、後輪に第２動力を伝えて前記後輪の回転をアシストする。前記調整部は、人力駆動力に対する前記第１動力に関する第１アシスト比率と、前記人力駆動力に対する前記第２動力に関する第２アシスト比率とをそれぞれ調整する。

本開示の一態様の電動アシスト付き自転車は、上記の駆動システムと、前記電動アシスト付き自転車の本体と、を備える。

本開示によれば、アシスト制御に関する効率の向上を図ることができる、という利点がある。

図１は、一実施形態に係る駆動システムを備えた電動アシスト付き自転車の全体構成を示す概略図である。 図２Ａは、同上の電動アシスト付き自転車の概略側面図である。図２Ｂは、同上の電動アシスト付き自転車が坂道（上り坂）を走行中における概略側面図である。 図３は、同上の駆動システムの検出部のブロック図である。 図４は、同上の駆動システムのアシスト比率を説明するための図である。 図５は、同上の駆動システムの動作を示すフローチャートである。

（１）概要
以下の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

本実施形態に係る駆動システム１（図１参照）は、電動アシスト付き自転車１００（図２Ａ参照）用の駆動システムである。また本実施形態に係る電動アシスト付き自転車１００は、駆動システム１と、電動アシスト付き自転車の本体２（図２Ａ参照）と、を備えている。以下では「電動アシスト付き自転車１００」を単に自転車１００と呼ぶことがある。自転車１００は、電気的な動力によって、走行面１０１を走行可能な自転車である。特に自転車１００は、ユーザの踏む力（踏力）をモータによって補助する自転車である。

以下では特に断りのない限り、自転車１００の走行面１０１は、水平面Ｈ１（図２Ａ参照）と平行であるとして説明する。ただし、実際は、走行面１０１は水平面Ｈ１と平行である必要はなく、水平面Ｈ１に対して傾斜していてもよいし（図２Ｂ参照）、凹凸のある面であってもよい。また、以下では、自転車１００が進む方向を「前方向」とし、前方向の反対方向を「後方向」とし、前方向及び後方向を併せて「前後方向Ｄ１」として定義する。ただし、これらの方向の定義は、駆動システム１、及び自転車１００の使用態様を限定する趣旨ではない。また、図面中の各方向を示す矢印は、説明のために表記しているにすぎず、実体を伴わない。

本実施形態に係る駆動システム１は、図１に示すように、第１モータＭ１と、第２モータＭ２と、調整部３００とを備えている。第１モータＭ１は、前輪２０１に第１動力を伝えて前輪２０１の回転をアシストする。第２モータＭ２は、後輪２０２に第２動力を伝えて後輪２０２の回転をアシストする。

そして、調整部３００は、人力駆動力に対する第１動力に関する第１アシスト比率と、人力駆動力に対する第２動力に関する第２アシスト比率とをそれぞれ調整する。ここでいう「人力駆動力」とは、例えば、ユーザからペダル２６を介して車輪２０に与えられる踏力である。

この構成によれば、調整部３００は、前輪２０１及び後輪２０２の２つのモータ（第１モータＭ１及び第２モータＭ２）の動力に関する２つのアシスト比率をそれぞれ調整するため、アシスト制御に関する効率の向上を図ることができる。

（２）詳細
（２．１）電動自転車の全体構成
以下、本実施形態に係る自転車１００の全体構成について、図１〜図５を参照しながら詳しく説明する。

自転車１００は、上述の通り、ユーザの踏む力（踏力）をモータによって補助する電動アシスト自転車である。自転車１００は、駆動システム１と、本体２とを備えている。駆動システム１は、図１に示すように、第１モータＭ１と、第２モータＭ２と、制御装置３と、バッテリユニット４と、検出装置群８と、操作部６とを備えている。

（２．２）本体
本体２は、図２Ａに示すように、フレーム７と、複数（図示例では２つ）の車輪２０と、フロントフォーク２２と、ハンドル２３と、サドル２４と、一対のクランクアーム２５と、一対のペダル２６とを備えている。また本体２は、動力伝達体２７と、第１スプロケットＳＰ１と、第２スプロケットＳＰ２と、クランク軸２９とを更に備えている。

複数の車輪２０は、フレーム７を走行面１０１の上に支える部材である。本実施形態の本体２は、複数の車輪２０として、１つの前輪２０１と、１つの後輪２０２とを有している。なお、車輪２０の数は特に限定されず、自転車１００は、例えば後輪２０２の数が２つの電動三輪車でもよい。前輪２０１は、中心にハブ２８１を有し、後輪２０２は、中心にハブ２９１を有している。前輪２０１及び後輪２０２は、フレーム７に取り付けられており、第１モータＭ１及び第２モータＭ２からそれぞれ出力された第１動力及び第２動力により回転する。

前輪２０１は、前後方向Ｄ１に並ぶ２つの車輪２０のうちの前側の車輪である。前輪２０１は、レッグ２２１によって、左右方向に沿った軸回りに回転し得るように支持される。ここでは前輪２０１は、第１モータＭ１から動力の伝達を受ける車輪である。

後輪２０２は、前後方向Ｄ１に並ぶ２つの車輪２０のうちの後側の車輪である。後輪２０２は、複数（ここでは一対）のチェーンステー７７によって、左右方向に沿った軸回りに回転可能に支持される。

第２スプロケットＳＰ２は、後輪２０２のハブ２９１と同心状で、かつハブ２９１に対して一体的に取り付けられている。第２スプロケットＳＰ２は、第１スプロケットＳＰ１に対し、動力伝達体２７を介して連結されている。これにより、ユーザからの人力駆動力（踏力）は、後輪２０２に伝達される。

フロントフォーク２２は、前輪２０１を支える。フロントフォーク２２は、一対のレッグ２２１と、クラウン２２２と、ステアリングコラム２２３とを有している。クラウン２２２は、一対のレッグ２２１の上端をつなぐ。ステアリングコラム２２３は、クラウン２２２から突出する。一対のレッグ２２１には、ハブ２８１に通されたシャフトを介して、前輪２０１が回転可能に取り付けられている。前輪２０１の回転軸は、走行面１０１に対して平行である。ステアリングコラム２２３の突出方向（長手方向）は、クラウン２２２から、上方向に行くに従って後方向に行くように延びており、走行面１０１に対して傾いている。

ハンドル２３は、ステアリングコラム２２３の上端に取り付けられており、フロントフォーク２２に対して固定されている。ステアリングコラム２２３は、フレーム７のヘッドパイプ７１に通されており、フレーム７に回転可能に取り付けられている。ステアリングコラム２２３の回転軸は、ステアリングコラム２２３の長手方向に略平行である。したがって、ハンドル２３は、ステアリングコラム２２３の長手方向に沿う軸を回転軸として、前輪２０１を回転させることができる。

フレーム７は、複数の車輪２０、フロントフォーク２２、ハンドル２３、サドル２４、バッテリユニット４及び制御装置３が取り付けられる骨組みである。フレーム７の材料は、例えば、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金である。ただし、フレーム７の材料は、アルミニウム合金に限らず、例えば、鉄、クロムモリブデン鋼、ハイテンスチール、チタン、又はマグネシウムであってもよい。また、フレーム７の材料は、金属に限らず、例えば、カーボン、木材、竹、又は繊維強化合成樹脂（例えば、ＣＦＲＰ；Carbon Fiber Reinforced Plastics）であってもよい。

フレーム７は、ヘッドパイプ７１と、上パイプ７２と、補強パイプ７３と、下パイプ７４と、立パイプ７５と、複数（図２Ａでは１つのみ図示）のシートステー７６と、複数（図２Ａでは１つのみ図示）のチェーンステー７７と、ブラケット７８とを有している。本開示でいう「パイプ」とは、細長くて中空な部材を意味する。本開示のパイプの断面形状は、例えば、円形状（正円、長円及び楕円を含む）、長方形状（正方形を含む）、六角形状、又は八角形状であってもよい。

ヘッドパイプ７１は、フロントフォーク２２を支える。ヘッドパイプ７１の中心軸は、上方向に行くに従って後方向に行くように、走行面１０１に対して傾いている。ヘッドパイプ７１には、ヘッドパイプ７１の中心軸とステアリングコラム２２３の中心軸とが沿うように、ステアリングコラム２２３が通されている。これによって、ヘッドパイプ７１は、ステアリングコラム２２３を回転可能に支える。ステアリングコラム２２３の回転軸は、ヘッドパイプ７１の中心軸と同じである。

上パイプ７２は、ヘッドパイプ７１と立パイプ７５とをつなぐ。上パイプ７２の長手方向の前端は、ヘッドパイプ７１に接続されている。上パイプ７２の長手方向の後端は、立パイプ７５に接続されている。上パイプ７２の長手方向は、後方向に行くに従って下方向に行くように、走行面１０１に対して傾いている。ただし、上パイプ７２は走行面１０１に対して傾いていなくてもよい。上パイプ７２は、省略されてもよい。

補強パイプ７３は、立パイプ７５と上パイプ７２との接続部分を補強するための補強部材である。補強パイプ７３は、立パイプ７５と上パイプ７２とをつなぐ。補強パイプ７３は、省略されてもよい。

立パイプ７５は、サドル２４を保持する。立パイプ７５の長手方向の下端は、ブラケット７８に接続されている。立パイプ７５の中心軸は、下端から上方向に行くに従って後方向に行くように、走行面１０１に対して傾いている。立パイプ７５の中間部分には、上パイプ７２の長手方向の後端が接続されている。ここでいう「中間部分」とは、立パイプ７５の長手方向のうちの下端と上端とを除く部分を意味する。上パイプ７２は、立パイプ７５の上端に接続されてもよい。

下パイプ７４は、ブラケット７８とヘッドパイプ７１とをつなぐ。下パイプ７４の長手方向の前端は、ヘッドパイプ７１に接続されている。下パイプ７４の長手方向の後端は、
ブラケット７８に接続されている。下パイプ７４の中心軸は、長手方向の後端から前方向に行くに従って上方向に行くように走行面１０１に対して傾いている。下パイプ７４には、バッテリユニット４のバッテリ４１が取外し可能に取り付けられている。

複数（ここでは一例として一対）のチェーンステー７７は、後輪２０２のシャフトを支える。各チェーンステー７７の長手方向の前端は、ブラケット７８に接続されている。各チェーンステー７７の長手方向の後端は、対応するシートステー７６の後端に接続されている。一対のチェーンステー７７は、左右方向に離れており、一対のチェーンステー７７の後端部には、ハブ２９１に通されたシャフトを介して、後輪２０２が回転可能に取り付けられている。後輪２０２の回転軸は、走行面１０１に対して略平行であり、後輪２０２を支えるシャフトの中心軸と同じである。

複数（ここでは一例として一対）のシートステー７６は、チェーンステー７７と立パイプ７５とをつなぐ。各シートステー７６の長手方向の後端は、対応するチェーンステー７７の長手方向の後端に接続されている。各シートステー７６の長手方向の前端は、立パイプ７５の中間部分に接続されている。一対のシートステー７６は、上パイプ７２から分岐しており、上パイプ７２と一体である。ただし、シートステー７６と上パイプ７２とは別体であってもよい。

ブラケット７８は、制御装置３が取り付けられる部分である。ブラケット７８は、上下方向及び前後方向Ｄ１の両方と直交する方向から見て略Ｃ字状に形成されている。ブラケット７８には、下パイプ７４の長手方向の後端、立パイプ７５の長手方向の下端及びチェーンステー７７の長手方向の前端が接続されている。これによって、下パイプ７４の長手方向の後端、立パイプ７５の長手方向の下端及びチェーンステー７７の長手方向の前端は、互いに固定されている。

サドル２４は、シートピラー２４１と、ユーザが座る座部２４２とを有する。シートピラー２４１は、立パイプ７５の中心軸に沿うようにして、立パイプ７５に通されている。シートピラー２４１は、サドル２４において座部２４２から下側に突出している。シートピラー２４１は、下方向に行くに従って前方向に行くように、走行面１０１に対して傾斜している。シートピラー２４１は、立パイプ７５に対し、立パイプ７５の中心軸に沿って移動可能に取り付けられている。

一対のペダル２６の各々は、対応するクランクアーム２５の長手方向の端部のうち、クランク軸２９側とは反対側の端部に取り付けられている。各ペダル２６は、対応するクランクアーム２５に対して、回転可能に取り付けられている。ペダル２６の回転軸は、クランク軸２９の回転軸に対して略平行である。クランク軸２９には、図２Ａに示すように、一対のクランクアーム２５が取り付けられている。クランクアーム２５の長手方向は、クランク軸２９の回転軸に対して交差する（図示例では、直交する）。一対のクランクアーム２５は、クランク軸２９の回転軸方向に見て一直線上に並ぶ。

動力伝達体２７は、ユーザからの人力駆動力（踏力）を、複数の車輪２０のうちの少なくとも一つ（ここでは後輪２０２）に伝達する。動力伝達体２７は、第１スプロケットＳＰ１と第２スプロケットＳＰ２との間で動力伝達可能に架けられるチェーンである。ただし、動力伝達体２７は、例えば、ベルト、シャフト、ワイヤ、又はギアであってもよい。

第１スプロケットＳＰ１は、例えば、複数のスプロケットで構成されており、第２スプロケットＳＰ２と共に変速機を構成する。この変速機の変速位置を変えることにより、自転車１００の変速が可能となる。

（２．３）駆動システム
（２．３．１）第１モータ及び第２モータ
第１モータＭ１は、前輪２０１に第１動力（回転動力）を伝えて前輪２０１の回転をアシストする。第１モータＭ１は、例えば、コアレスＤＣブラシレスモータである。ここでは第１モータＭ１は、ハブモータである。第１モータＭ１は、前輪２０１のハブ２８１と一体化して同軸でつながっている。第１モータＭ１は、制御装置３と電気的に接続されて、制御装置３により制御される。第１モータＭ１は、バッテリ４１からの電力によって駆動し、前輪２０１に第１動力を伝達する。

第２モータＭ２は、後輪２０２に第２動力（回転動力）を伝えて後輪２０２の回転をアシストする。第２モータＭ２は、例えば、第１モータＭ１と同様に、コアレスＤＣブラシレスモータである。ここでは第２モータＭ２も、ハブモータである。第２モータＭ２は、後輪２０２のハブ２９１と一体化して同軸でつながっている。第２モータＭ２は、制御装置３と電気的に接続されて、制御装置３により制御される。第２モータＭ２は、バッテリ４１からの電力によって駆動し、後輪２０２に第２動力を伝達する。

（２．３．２）バッテリユニット
バッテリユニット４は、図１に示すように、バッテリ４１と、バッテリ制御部４２とを有している。バッテリユニット４は、制御装置３と電気的に接続されている。

バッテリ４１は、制御装置３を介して、第１モータＭ１及び第２モータＭ２に電力を供給する。またバッテリ４１は、これらのモータに加えて、例えば、本体２のヘッドライト、及び操作部６等に電力を供給する。バッテリ４１としては、例えばリチウムイオン二次電池のような充放電が繰り返し可能な二次電池が用いられる。バッテリ４１は、下パイプ７４に対して取外し可能に取り付けられている。なお、バッテリ４１は、立パイプ７５の後方において、立パイプ７５に沿って配置されてもよい。

バッテリ制御部４２は、自転車１００が使用されるごとに、自転車１００の走行時（使用時）にバッテリ４１で消費された電力量（バッテリ消費電力量）を求める。バッテリ消費電力量を表す消費電力量情報は、バッテリ制御部４２から制御装置３に出力される。また、バッテリ制御部４２は、バッテリ４１の残量を管理する。バッテリ４１の残量を表す残量情報は、バッテリ制御部４２から制御装置３に出力される。

（２．３．３）操作部
操作部６は、ユーザから、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の各々を個別にＯＮ／ＯＦＦするための操作を受け付ける。操作部６は、例えば、ハンドル２３に取り付けられる。さらに操作部６は、２種類のアシスト比率（第１アシスト比率及び第２アシスト比率）の変更操作を受け付けるように構成される。操作部６は、制御装置３と電気的に接続される。

（２．３．４）制御装置
制御装置３は、アシスト制御、及び回生制御を行うように構成される。具体的には、制御装置３は、人力駆動力、自転車１００の車速、及び変速機のギア段位置（ギア比）等に基づいて、第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御するアシスト制御を実行する。人力駆動力（踏力）は、後述する踏力検出部Ｆ４で検出される。車速は、後述するスピード検出部Ｆ１で検出される車輪２０の回転数等から算出される。

また制御装置３は、減速時において、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の少なくとも一方で発電した電力で、バッテリ４１を充電する回生制御に関する処理を実行する。例えば、自転車１００が下り坂を走行中において、ユーザがハンドル２３のブレーキレバーを操作すると、制御装置３は、回生制御のモードに切り替えて、回生ブレーキ力によりバッテリ４１の充電量を回復させる。なお、制御装置３は、ヘッドライトに関する点灯制御を更に行なってもよい。

ここで制御装置３は、図１に示すように、処理部３０と、記憶部３２と、処理部３０を収容するハウジング３１（図２Ａ参照）とを有している。

ハウジング３１は、中空の扁平な箱状である。ハウジング３１は、ブラケット７８に固定されている。

処理部３０は、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するコンピュータシステムを主構成とする。処理部３０では、１以上のプロセッサがメモリに記録されているプログラムを実行することにより、処理部３０の各部の機能が実現される。プログラムはメモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通して提供されてもよく、メモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。

処理部３０は、図１に示すように、調整部３００と、検出部３０１と、駆動制御部３０２とを有している。言い換えると、処理部３０は、調整部３００としての機能、検出部３０１としての機能、及び、駆動制御部３０２としての機能を有している。

処理部３０は、外部（バッテリユニット４、検出装置群８、及び操作部６）から各種の電気信号を取得するように構成される。処理部３０は、取得した電気信号に応じて、アシスト制御及び回生制御等に関する処理を実行する。

特に処理部３０は、アシスト比率に基づいてモータを駆動するアシスト制御に関する処理を実行する。本開示における「アシスト比率」とは、人力駆動力（踏力）と電力補助（モータによる回転動力）との比率である。ただし、上述の通り、本実施形態のモータの数は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の２つである。さらに本実施形態のアシスト比率は、第１アシスト比率、及び第２アシスト比率の２つを含む。

検出部３０１は、図３に示すように、例えば、スピード検出部Ｆ１と、回転検出部Ｆ２と、傾斜検出部Ｆ３と、踏力検出部Ｆ４と、加減速検出部Ｆ５と、空転検出部Ｆ６とを含む。検出部３０１は、検出装置群８からセンサ信号（電気信号）を受信する。検出部３０１は、センサ信号に基づき、後述する特定情報を生成して、調整部３００に送出する。

ここで検出装置群８は、図１に示すように、スピード検出装置８１、回転検出装置８２、傾斜検出装置８３、踏力検出装置８４、加減速検出装置８５、及び空転検出装置８６を含む。

スピード検出部Ｆ１は、自転車１００の車輪２０（例えば後輪２０２）の回転状態を検出する。スピード検出装置８１は、磁石とスピードセンサとを含む。磁石は、後輪２０２に配置され、後輪２０２と共に回転する。スピードセンサは、磁石の磁力を検知するホールＩＣである。スピードセンサは、例えばフレーム７のチェーンステー７７に装着される。スピードセンサは、例えばホール効果を用いて、磁石の磁力を検知する。スピードセンサは、検出結果に基づくセンサ信号を制御装置３に出力する。スピード検出部Ｆ１は、スピードセンサからのセンサ信号に基づき、例えば後輪２０２が１回転するごとに後輪２０２の回転状態を１回検出する。スピード検出部Ｆ１は、後輪２０２に加えて又は代わりに、前輪２０１の回転状態を検出してもよく、この場合、磁石は、前輪２０１に配置され、前輪２０１と共に回転する。スピード検出部Ｆ１は、自転車１００の現在の車速を演算し、アシスト制御等に用いる。

回転検出部Ｆ２は、第１モータＭ１及び第２モータＭ２の各々の回転状態を検出する。回転検出装置８２は、回転部材と回転センサとを、各モータ（第１モータＭ１及び第２モータＭ２の各々）に含む。回転部材は、各モータの出力軸の外周面に取り付けられて、出力軸と共に回転する。回転部材は、例えば、その周方向において交互に磁極が入れ替わるように磁石が埋め込まれた部材、又は周方向において交互に磁極が入れ替わるように着磁された磁石で構成されている。回転センサは、回転部材の磁石の磁力を検知するホールＩＣである。回転センサは、回転部材に対向して設けられている。回転センサは、回転部材の回転に伴う磁界の変化を示すセンサ信号を制御装置３に出力する。回転検出部Ｆ２は、回転センサからのセンサ信号に基づき、各モータが駆動中であるか否かを判定する。これにより、各モータが駆動中であるか停止中であるかを判定することができる。

傾斜検出部Ｆ３は、水平面Ｈ１に対する自転車１００の前後方向Ｄ１の傾斜を検出する。傾斜検出装置８３は、例えば三軸のジャイロセンサを含む。傾斜検出装置８３は、加速度センサを更に含んでもよい。ジャイロセンサは、制御装置３のハウジング３１内に配置されるが、配置場所は特に限定されず、フレーム７のチェーンステー７７に装着されてもよい。ジャイロセンサは、本体２の角度の変化量（角速度）に基づくセンサ信号を制御装置３に出力する。傾斜検出部Ｆ３は、ジャイロセンサの検出結果から傾斜角度θ１（図２Ｂ参照）を推定する。また傾斜検出部Ｆ３は、ジャイロセンサの検出結果、踏力、及び車速等から、自転車１００が坂道（上り坂及び下り坂の区別も判定）を走行中であるかを判定し、その判定結果（特定情報）をアシスト制御等に用いる。すなわち、特定情報は、傾斜に関する情報を含む。

踏力検出部Ｆ４は、人力駆動力として踏力を検出する。踏力検出装置８４は、例えばトルクセンサを含む。トルクセンサは、例えばクランク軸２９に装着される。トルクセンサは、例えば磁歪効果を用いて、ペダル２６への入力トルクを検知する。トルクセンサは、入力トルクに基づくセンサ信号を制御装置３に出力する。踏力検出部Ｆ４は、トルクセンサの検出結果等から踏力（人力駆動力）を演算し、その演算結果（特定情報）をアシスト制御等に用いる。すなわち、特定情報は、踏力に関する情報を含む。

加減速検出部Ｆ５は、自転車１００の加減速を検出する。加減速検出装置８５は、例えば三軸の加速度センサを含む。加速度センサは、制御装置３のハウジング３１内に配置されるが、配置場所は特に限定されない。傾斜検出装置８３が加速度センサを含む場合には、当該加速度センサが、加減速検出装置８５の構成の一部を兼ねてもよい。加速度センサは、加速度又は減速度（負の加速度）に基づくセンサ信号を制御装置３に出力する。加減速検出部Ｆ５は、加速度センサの検出結果から、自転車１００の加減速を演算し、その演算結果（特定情報）をアシスト制御等に用いる。すなわち、特定情報は、加減速に関する情報を含む。なお、加減速検出部Ｆ５は、加速度センサからの検出結果ではなく、スピード検出装置８１のスピードセンサの検出結果、及び踏力検出装置８４のトルクセンサの検出結果に基づいて、自転車１００の加減速を演算してもよい。

空転検出部Ｆ６は、前輪２０１及び後輪２０２の少なくとも一方の空転を検出する。空転（スリップ）は、雨天で走行面１０１が濡れていたり走行面１０１上に落ち葉等の異物が存在していたりすることで、走行面１０１の摩擦抵抗が低くなった状態時に起こり易い。空転検出装置８６は、例えばトルクセンサを含む。ただし、ここでは、クランク軸２９に装着された踏力検出装置８４のトルクセンサが、空転検出装置８６のトルクセンサを兼ねているものとする。トルクセンサは、入力トルクに基づくセンサ信号を制御装置３に出力する。空転検出部Ｆ６は、トルクセンサの検出結果、及びスピードセンサの検出結果に基づいて、空転の有無を判定し、その判定結果（特定情報）をアシスト制御等に用いる。すなわち、特定情報は、空転に関する情報を含む。

記憶部３２は、読み書き可能なメモリで構成されている。記憶部３２は、例えばフラッシュメモリである。記憶部３２は、処理部３０の外部に設けられているが、処理部３０の内部に設けられていてもよい。すなわち、記憶部３２は、処理部３０の内蔵メモリであってもよい。記憶部３２は、アシスト制御等に関する種々のデータを記憶する。特に記憶部３２は、（後述する）複数種類の走行状態と複数のアシストパターンとが対応付けされた対応情報を記憶する。

駆動制御部３０２は、スピード検出部Ｆ１の検出結果（現在の車速）や、調整部３００で決定した第１アシスト比率及び第２アシスト比率に基づき、各車輪２０のアシストトルク値を演算する。そして、駆動制御部３０２は、所定の回転速度で第１モータＭ１及び第２モータＭ２の各々が回転するように各モータに駆動制御信号を出力して、各モータを制御する。なお、調整部３００については次の欄で詳細に説明する。

（２．３．５）調整部
調整部３００は、人力駆動力に対する、第１モータＭ１からの第１動力に関する第１アシスト比率と、人力駆動力に対する、第２モータＭ２からの第２動力に関する第２アシスト比率とをそれぞれ調整する。特に本実施形態の調整部３００は、自転車１００の走行状態に関する特定情報に基づいて、第１アシスト比率と第２アシスト比率とをそれぞれ決定する。特定情報は、傾斜、踏力、加減速、及び空転等に関する情報を含み得る。特定情報は、これらに関する情報を全て含むことは必須ではないが、特に踏力に関する情報を含むことが好ましい。

具体的には、調整部３００は、特定情報に基づいて、自転車１００の現在の走行状態を特定するように構成される。調整部３００は、記憶部３２に記憶される複数のアシストパターンから、特定した現在の走行状態に対応するアシストパターンを選択する。ここでいう「走行状態」の種類として、以下の第１〜第６走行状態を例示する。

「第１走行状態」は、走行面１０１が水平面Ｈ１と略平行な平地を自転車１００が走行中の状態である。「第２走行状態」は、走行面１０１が水平面Ｈ１に対して傾斜した上り坂を自転車１００が走行中の状態である。「第３走行状態」は、走行面１０１が水平面Ｈ１に対して傾斜した下り坂を自転車１００が走行中の状態である。「第４走行状態」は、自転車１００が加速しながら走行中である状態である。「第５走行状態」は、自転車１００が減速しながら走行中の状態である。「第６走行状態」は、自転車１００がスリップしながら走行中の状態である。

これらの走行状態の種類は、単なる一例であり、特に限定されない。また調整部３００は、現在の走行状態を、これらの走行状態の中から１つだけを特定するのではなく、複合的に特定し得る。例えば、調整部３００は、現在の走行状態が第３走行状態及び第５走行状態にあると特定し得る。調整部３００は、特定した１又は複数種類の走行状態に最適なアシストパターンを選択する。

各アシストパターンは、前輪２０１のアシスト量（第１動力：アシストトルク値）に対する、後輪２０２のアシスト量（第２動力：アシストトルク値）の比率（以下、「トルク比率」と呼ぶ）に関する情報を含む。複数のアシストパターン間で、トルク比率は異なる。調整部３００は、選択したアシストパターン、及び自転車１００の現在の車速に基づいて、第１アシスト比率と第２アシスト比率とをそれぞれ決定する。

調整部３００は、「第１走行状態（平地走行）」において、前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量とのバランスが略均等な、均等型のアシストパターンを選択する。すなわち、調整部３００は、前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量と略等しいトルク比率のアシストパターンを選択する。なお、後輪２０２のアシスト量の方が、前輪２０１のアシスト量より大きくてもよい。均等型のアシストパターン自体も、互いに異なる複数のトルク比率を含み、調整部３００は、均等型のアシストパターンに属する複数のトルク比率の中から、最適なトルク比率を選択していく。調整部３００は、「第４走行状態（加速）」においても、この均等型のアシストパターンを選択してもよいし、別のアシストパターンを選択してもよい。

また調整部３００は、「第２走行状態（上り坂走行）」において、後輪２０２のアシスト量を重視した、後輪重視型のアシストパターンを選択する。すなわち、調整部３００は、後輪２０２のアシスト量の方が、前輪２０１のアシスト量よりも大きいトルク比率のアシストパターンを選択する。後輪重視型のアシストパターン自体も、互いに異なる複数のトルク比率を含み、調整部３００は、後輪重視型のアシストパターンに属する複数のトルク比率の中から、最適なトルク比率を選択していく。後輪重視型のアシストパターンに属する複数のトルク比率は、前輪２０１のアシスト量がゼロ、つまり０対１のトルク比率も含む。調整部３００は、傾斜角度θ１の大きさ及び車速等に応じて、第１アシスト比率及び第２アシスト比率の各々を微調整することが好ましい。調整部３００は、自転車１００が走行を開始してから所定の期間中においても、後輪重視型のアシストパターンを選択してもよい。

また調整部３００は、「第３走行状態（下り坂走行）」において、前輪２０１のアシスト量を重視した、前輪重視型のアシストパターンを選択する。すなわち、調整部３００は、前輪２０１のアシスト量の方が、後輪２０２のアシスト量よりも大きいトルク比率のアシストパターンを選択する。前輪重視型のアシストパターン自体も、互いに異なる複数のトルク比率を含み、調整部３００は、前輪重視型のアシストパターンに属する複数のトルク比率の中から、最適なトルク比率を選択していく。前輪重視型のアシストパターンに属する複数のトルク比率は、後輪２０１のアシスト量がゼロ、つまり１対０のトルク比率も含む。調整部３００は、傾斜角度θ１の大きさ及び車速等に応じて、第１アシスト比率及び第２アシスト比率の各々を微調整することが好ましい。ただし、下り坂におけるアシスト量は、車速を減速させる回生ブレーキの量とする。言い換えると、制御装置３は、回生制御と連携してアシスト制御を実行する。回生ブレーキを、後輪２０２よりも前輪２０１を大きくすることで、より適切なアシスト制御を実行できる。ハンドル２３のブレーキレバー（摩擦ブレーキ）の操作中においても、調整部３００は、第１アシスト比率及び第２アシスト比率を調整してもよい。

特に、ユーザが例えば急ブレーキを掛けた時に、摩擦ブレーキと連動して、回生ブレーキ力に関する第１アシスト比率と第２アシスト比率を調整してもよい。これにより車輪２０がロック状態となることを抑制し、自転車１００がスリップして転倒してしまう可能性を抑制できる。

調整部３００は、「第５走行状態（減速）」や「第６走行状態（スリップ）」においても、前輪重視型のアシストパターンを選択してもよいし、別のアシストパターンを選択してもよい。

なお、例えば日本国では、道路交通法により、電動アシスト自転車における、人力駆動力に対する電力補助のアシスト比率の上限が、車速の範囲毎に定められている。具体的には、日本国では、図４に示すように、例えば１０ｋｍ／ｈ以下では、人力駆動力（領域Ｒ２参照）と電力補助（領域Ｒ１参照）との最大アシスト比率が１対２に規定され、２４ｋｍ／ｈ以上では、最大アシスト比率が１対０に規定されている。したがって、本実施形態では、調整部３００は、自転車１００の全体的なアシスト比率が上記規定を満たす範囲内で、第１アシスト比率と第２アシスト比率とを調整する。言い換えると、調整部１１は、第１動力及び第２動力の合計出力（つまり、前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量の合計）が、所定値以下になるように調整する。

例えば、第１アシスト比率と第２アシスト比率とを、車輪２０ごとの「個別アシスト比率」と呼び、人力駆動力（踏力）に対する、前輪２０１及び後輪２０２の合計アシスト量の比率を「合算アシスト比率」と呼ぶとする。調整部３００は、道路交通法に準じて、この合算アシスト比率が、例えば１０ｋｍ／ｈ以下では、最大でも１対２になるように、個別アシスト比率を調整する。

したがって、調整部３００は、例えば、車速等に応じて、人力駆動力に対する電力補助の合計出力（前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量の合計）を決定する。それから、調整部３００は、選択したアシストパターンのトルク比率に準じて、その合計出力から前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量とを割り振る。すなわち、第１アシスト比率及び第２アシスト比率をそれぞれ決定する。

ただし、道路交通法は各国で異なり得るため、調整部３００が合算アシスト比率の最大を考慮することは必須ではない。

なお、操作部６は、ユーザからアシスト比率の変更操作を受け付けるように構成されていて、調整部３００は、その変更操作に対応する第１アシスト比率及び第２アシスト比率へ変更する手動モードも、有している。

（２．４）動作説明
以下、駆動システム１の動作について、図５を参照して説明する。

検出部３０１は、検出装置群８からセンサ信号を受信する（ステップＳ１）。検出部３０１は、センサ信号に基づき、特定情報を生成する（ステップＳ２）。調整部３００は、特定情報に基づき、自転車１００の現在の走行状態を判定する（ステップＳ３）。そして、調整部３００は、特定した走行状態に最適なアシストパターンを選択する（ステップＳ４）。

調整部３００は、電力補助の合計出力を算出し、更に、選択したアシストパターンのトルク比率に準ずるように前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量とをそれぞれ決定する。つまり、調整部３００は、第１アシスト比率と第２アシスト比率とをそれぞれ決定する（ステップＳ５）。

駆動制御部３０２は、現在の車速や調整部３００で決定した第１アシスト比率及び第２アシスト比率に基づき、第１モータＭ１用の駆動制御信号と第２モータＭ２用の駆動制御信号を生成して各モータにそれぞれ出力して各モータを制御する（ステップＳ６）。

このように本実施形態によれば、調整部３００は、前輪２０１及び後輪２０２の２つのモータ（第１モータＭ１及び第２モータＭ２）の動力に関する２つのアシスト比率をそれぞれ調整する。そのため、例えば前輪２０１のみ、又は後輪２０２のみをアシスト制御する場合に比べて、アシスト制御に関する効率の向上を図ることができる。特に走行状態に応じて、前輪２０１及び後輪２０２への荷重バランスは、複雑に変化し得る。駆動システム１が調整部３００を備えることで、そのような変化に追従できる可能性が高くなる。

また第１モータＭ１及び第２モータＭ２がハブモータであるため、前輪２０１及び後輪２０２について互いに独立したアシスト制御をより容易に行える。特に調整部３００は、自転車１００の走行状態に関する特定情報に基づいて、第１アシスト比率と第２アシスト比率とをそれぞれ決定するため、前輪２０１及び後輪２０２の各々についてより効率の良いアシスト制御を実現できる。

（３）変形例
上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、上記実施形態に係る駆動システム１（特に調整部３００）と同様の機能は、この処理方法、コンピュータプログラム、又はコンピュータプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。

以下、上記実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。以下では、上記実施形態を「基本例」と呼ぶこともある。

本開示における駆動システム１は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における駆動システム１としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。

また、駆動システム１における複数の機能が、１つのハウジング内に集約されていることは必須の構成ではない。駆動システム１の構成要素は、複数のハウジングに分散して設けられていてもよい。反対に、駆動システム１における複数の機能が、１つのハウジング内に集約されてもよい。さらに、駆動システム１の少なくとも一部の機能、例えば、駆動システム１の一部の機能がクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。

基本例では、モータの数は、２つである。しかし、モータの数は、３つ以上でもよく、例えば前輪２０１の数に応じて第１モータＭ１の数は２つ以上でもよいし、後輪２０２の数に応じて第２モータＭ２の数は２つ以上でもよい。

基本例では、第１モータＭ１及び第２モータＭ２は、いずれもハブモータであるが、いずれか一方は、ブラケット７８周辺に取り付けられるセンターユニットのドライブモータでもよい。

基本例におけるアシスト制御において、調整部３００は、走行状態だけでなく、バッテリ４１の残量に応じて、第１アシスト比率及び第２アシスト比率を調整してもよい。

基本例では、調整部３００は、アシストパターンのトルク比率を用いて、前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量との互いのバランスを考慮して、２つのアシスト比率を相互的に決定していた。しかし、トルク比率を用いることは必須ではなく、調整部３００は、前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量とのバランスを考慮せずに、２つのアシスト比率を独立的に決定してもよい。例えば、調整部３００は、前輪２０１のアシスト量と後輪２０２のアシスト量のうち、いずれか一方のアシスト量を固定して、他方のアシスト量が現在の走行状態に応じて変化するように、２つのアシスト比率を調整してもよい。

（４）まとめ
以上説明したように、第１の態様に係る駆動システム（１）は、電動アシスト付き自転車（１００）用の駆動システムである。駆動システム（１）は、第１モータ（Ｍ１）と、第２モータ（Ｍ２）と、調整部（３００）とを備える。第１モータ（Ｍ１）は、前輪（２０１）に第１動力を伝えて前輪（２０１）の回転をアシストする。第２モータ（Ｍ２）は、後輪（２０２）に第２動力を伝えて後輪（２０２）の回転をアシストする。調整部（３００）は、人力駆動力に対する第１動力に関する第１アシスト比率と、人力駆動力に対する第２動力に関する第２アシスト比率とをそれぞれ調整する。第１の態様によれば、アシスト制御に関する効率の向上を図ることができる。

第２の態様に係る駆動システム（１）に関して、第１の態様において、第１モータ（Ｍ１）及び第２モータ（Ｍ２）は、それぞれハブモータである。第２の態様によれば、前輪（２０１）及び後輪（２０２）について互いに独立したアシスト制御をより容易に行える。

第３の態様に係る駆動システム（１）に関して、第１の態様又は第２の態様において、調整部（３００）は、電動アシスト付き自転車（１００）の走行状態に関する特定情報に基づいて、第１アシスト比率と第２アシスト比率とをそれぞれ決定する。第３の態様によれば、その走行状態において、前輪（２０１）及び後輪（２０２）の各々についてより効率の良いアシスト制御を実現できる。

第４の態様に係る駆動システム（１）は、第３の態様において、水平面（Ｈ１）に対する電動アシスト付き自転車（１００）の前後方向（Ｄ１）の傾斜を検出する傾斜検出部（Ｆ３）を更に備える。特定情報は、少なくとも傾斜に関する情報を含む、第４の態様によれば、例えば電動アシスト付き自転車（１００）が坂道を走行中において、前輪（２０１）及び後輪（２０２）の各々についてより効率の良いアシスト制御を実現できる。

第５の態様に係る駆動システム（１）は、第３の態様又は第４の態様において、人力駆動力として踏力を検出する踏力検出部（Ｆ４）を更に備える。特定情報は、少なくとも踏力に関する情報を含む。第５の態様によれば、前輪（２０１）及び後輪（２０２）の各々について、更に効率の良いアシスト制御を実現できる。

第６の態様に係る駆動システム（１）は、第３の態様〜第５の態様のいずれか１つにおいて、電動アシスト付き自転車（１００）の加減速を検出する加減速検出部（Ｆ５）を更に備える。特定情報は、少なくとも加減速に関する情報を含む。第６の態様によれば、前輪（２０１）及び後輪（２０２）の各々について、更に効率の良いアシスト制御を実現できる。

第７の態様に係る駆動システム（１）は、第３の態様〜第６の態様のいずれか１つにおいて、前輪（２０１）及び後輪（２０２）の少なくとも一方の空転を検出する空転検出部（Ｆ６）を更に備える。特定情報は、少なくとも空転に関する情報を含む。第７の態様によれば、前輪（２０１）及び後輪（２０２）の各々について、更に効率の良いアシスト制御を実現できる。

第８の態様に係る駆動システム（１）に関して、第１の態様〜第７の態様のいずれか１つにおいて、調整部（３００）は、第１動力及び第２動力の合計出力が、所定値以下になるように調整する。第８の態様によれば、前輪（２０１）及び後輪（２０２）に関する統合的なアシスト制御を容易に実現できる。

第９の態様に係る電動アシスト付き自転車（１００）は、第１の態様〜第８の態様のいずれか１つにおける駆動システム（１）と、電動アシスト付き自転車の本体（２）と、を備える。第９の態様によれば、アシスト制御に関する効率の向上を図ることが可能な電動アシスト付き自転車（１００）を提供できる。

第２〜第８の態様に係る構成については、駆動システム（１）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

１００ 電動アシスト付き自転車
１ 駆動システム
２ 本体
２０１ 前輪
２０２ 後輪
３００ 調整部
Ｆ３ 傾斜検出部
Ｆ４ 踏力検出部
Ｆ５ 加減速検出部
Ｆ６ 空転検出部
Ｄ１ 前後方向
Ｈ１ 水平面
Ｍ１ 第１モータ
Ｍ２ 第２モータ

Claims (9)

1. 電動アシスト付き自転車用の駆動システムであって、
   前輪に第１動力を伝えて前記前輪の回転をアシストするための第１モータと、
   後輪に第２動力を伝えて前記後輪の回転をアシストするための第２モータと、
   人力駆動力に対する前記第１動力に関する第１アシスト比率と、前記人力駆動力に対する前記第２動力に関する第２アシスト比率とをそれぞれ調整する調整部と、
   を備える、
   駆動システム。
2. 前記第１モータ及び前記第２モータは、それぞれハブモータである、
   請求項１に記載の駆動システム。
3. 前記調整部は、前記電動アシスト付き自転車の走行状態に関する特定情報に基づいて、前記第１アシスト比率と前記第２アシスト比率とをそれぞれ決定する、
   請求項１又は請求項２に記載の駆動システム。
4. 水平面に対する前記電動アシスト付き自転車の前後方向の傾斜を検出する傾斜検出部を更に備え、
   前記特定情報は、少なくとも前記傾斜に関する情報を含む、
   請求項３に記載の駆動システム。
5. 前記人力駆動力として踏力を検出する踏力検出部を更に備え、
   前記特定情報は、少なくとも前記踏力に関する情報を含む、
   請求項３又は請求項４に記載の駆動システム。
6. 前記電動アシスト付き自転車の加減速を検出する加減速検出部を更に備え、
   前記特定情報は、少なくとも前記加減速に関する情報を含む、
   請求項３〜５のいずれか１項に記載の駆動システム。
7. 前記前輪及び前記後輪の少なくとも一方の空転を検出する空転検出部を更に備え、
   前記特定情報は、少なくとも前記空転に関する情報を含む、
   請求項３〜６のいずれか１項に記載の駆動システム。
8. 前記調整部は、前記第１動力及び前記第２動力の合計出力が、所定値以下になるように調整する、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の駆動システム。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の駆動システムと、
   前記電動アシスト付き自転車の本体と、
   を備える、
   電動アシスト付き自転車。

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