JP2933409B2 - エンジン付き人力駆動装置 - Google Patents

エンジン付き人力駆動装置

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JP2933409B2 JP11665091A JP11665091A JP2933409B2 JP 2933409 B2 JP2933409 B2 JP 2933409B2 JP 11665091 A JP11665091 A JP 11665091A JP 11665091 A JP11665091 A JP 11665091A JP 2933409 B2 JP2933409 B2 JP 2933409B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人力による駆動系とエ
ンジンによる駆動系とを並列に設けたエンジン付き人力
駆動装置に関するものである。
【0002】
【発明の背景】自転車などの人力により駆動する装置に
おいて、登坂時などの負荷の増大時に人力の負荷を減ら
すために電動モータを併用し、しかも自転車的な運転感
覚も失わないようにした駆動装置を、本願の出願人は以
前に提案した(特願平2−214947号)。この既提
案のものは人力による駆動系と並列に電動モータによる
駆動系を設け、人力による駆動系の負荷変化に対応して
電動モータの出力を変化させるものである。
【0003】ここで電動モ−タに代えて小型ガソリンエ
ンジンを用いることが考えられている。ガソリンエンジ
ンは通常スロットル弁開度によってエンジン出力を制御
するが、この場合スロットル弁の開閉に対するエンジン
出力変化の遅れが電動モ−タに比べて非常に大きい。
【0004】一方にクランクペダルを用いて人力による
駆動を行う場合には、クランク軸の回転角度(クランク
角)によってその駆動トルクが周期的に変化する。この
ためクランク軸の回転に伴ってスロットル弁を同期して
周期的に変化しても、エンジンの出力の変化はスロット
ル弁開度の変化に対して大きく遅れるから、運転感が悪
くなるという問題が生じる。例えば人力による駆動トル
クの増加に対応してエンジンの駆動トルクも増加させる
ように変換特性を決めた場合には、クランクペダルを強
く踏んだ時にエンジン出力が増えずにその後ペダル踏力
が軽くなった時にエンジン出力が増える、など運転者の
感覚とエンジン出力とが一致しないという不都合が生じ
るものである。
【0005】
【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、人力による駆動力とこれに応じて出力が制
御されるエンジンを併用する場合に、人力による駆動感
とエンジンによる駆動力の変化との不一致感を少なく運
転感を向上させることができるようにしたエンジン付き
人力駆動装置を提供することを目的とする。
【0006】
【発明の構成】本発明によればこの目的は、クランクペ
ダルを用いた人力による駆動系と、エンジンによる駆動
系とを並列に設けたエンジン付き人力駆動装置におい
て、前記人力による駆動系の負荷を検出する負荷検出手
段と、前記クランクペダルにより回転駆動されるクラン
ク軸の回転角度を検出するクランク角検出手段と、この
検出したクランク角を用いて前記人力による駆動系の平
均負荷を求める平均負荷検出手段と、この検出した平均
負荷に対し所定の変換特性をもって前記エンジンの出力
を制御するコントローラとを備えることを特徴とするエ
ンジン付き人力駆動装置により達成される。
【0007】
【実施例】図1は本発明の概念を示すブロック図、図2
は自転車への適用例を示す図、図3はその駆動系の展開
図、図4と図5はその負荷検出手段の例を示す図、図6
は人力の駆動トルクからエンジンのスロットル弁開度Θ
thを決めるための変換特性を示す図である。
【0008】図2において符号10は駆動輪である後
輪、12は操向前輪、14は操向ハンドル、16はシー
ト、18はクランクペダルである。ペダル18から後輪
10に至る人力駆動系20(図1)は、このペダル18
を保持するクランク軸22と、傘歯車24と、ドライブ
軸26と、傘歯車28とで形成される。ドライブ軸26
の途中にはこの人力による駆動力すなわち駆動トルクT
h を検出する負荷検出手段30が介在されている。この
負荷検出手段30は、例えば図4に示すように、クラン
ク軸22側の軸半体26aと後輪10側の軸半体26b
に接続された捩り棒ばね32と、両軸半体26a、26
b間の相対角度変化を求めるポテンショメータ(例えば
回転摺動抵抗)34とで構成される。また図5のように
ドライブ軸26の途中を小径にし、この小径部26cの
捩れを歪みゲージ36で検出する構造であってもよい。
これらポテンショメータ34や歪みゲージ36の信号a
は、例えばスリップリング(図示せず)を介して取出さ
れる。
【0009】ドライブ軸26には、負荷検出手段30と
後輪10との間にエンジン駆動手段40が設けられてい
る。このエンジン駆動手段40は例えば2サイクル空冷
単気筒エンジン42と、このエンジン42の回転を減速
してドライブ軸26に伝えるウォーム歯車機構44と、
エンジン42とウォーム歯車機構44との間に介在する
クラッチ46とを有する。このクラッチ46は、例えば
ワンウェイクラッチや電磁クラッチなどで構成する。
【0010】エンジン42の吸気管には気化器48が接
続され、この気化器48にはスロットル弁48aが設け
られている。スロットル弁48aはステッピングモ−タ
などのアクチュエ−タ48bによって開閉される。
【0011】クランク軸22の回転角度すなわちクラン
ク角θは、クランク角検出手段50により検出される。
このクランク角検出手段50は、クランク軸22に固定
された歯車52と、この歯車52を挾んで対向配置され
た発光素子54および受光素子56とを有する。なお発
・受光素子54、56は、歯車52の歯の周期に対して
90°の位相差をもって2対設けられているが、図3で
は1対のみが示されている。従って2つの受光素子56
の出力に基づいてクランク軸22の回転方向と回転量と
を検出することができる。また歯車52の歯の間隔を一
部変化させたり、他の基準位置を示す切欠きなどを設け
ることによりクランク軸22の基準角度位置も検出でき
る。この結果クランク角θの絶対角度を常に検出するこ
とができる。
【0012】次にコントローラ60について説明する。
コントローラ60はマイクロコンピュータ(以下CPU
という)62と、動作プログラムや種々のデータ等を記
憶するROM64と、ドライバ66とを備える。この実
施例では、CPU62は負荷検出手段30により検出し
た人力による駆動トルクTh の平均値Thmを求める平均
負荷検出手段68の機能を持つ。
【0013】平均負荷検出手段68は、クランク軸22
の回転角度すなわちクランク角θの変化によるトルクT
h の変動を消すものである。すなわちクランク角θ(de
g )に対してトルクTh は図7の実線Aのように周期的
に変化する。一般にはこの実線AはトルクTh の変化に
対して振幅が変化するだけで周期はあまり変化しない。
そこで平均負荷すなわち平均トルクThmは次の3つの方
法のいずれかにより求めることが可能である。
【0014】 θ=45°(θ1 )、135°(θ
2 )、225°(θ3 )、215°(θ4 ) におけるト
ルクTh は、最大値と最小値の中間値になるから、これ
らのクランク角θ1 …θ4 におけるトルクTh を平均値
hmとする。 θ=0°、180°(それぞれθm1
θm2)でトルクTh は最小値Th (min )になり、また
θ=90°、270°(それぞれθM1、θM2)で最大値
h(Max )になるから、その算術平均を平均値Thm
する。すなわち Thm=[Th (min )+Th (Max )]/2 とする。 θ=0から90°までの微小な一定角度毎
にとったトルクTh のサンプル値T(θ)を積算し、こ
の積算値ΣT(θ)をサンプル数nで除算することによ
り平均値Thmを求める。 Thm=ΣT(θ)/n
【0015】なおトルクTh が著しく大きい運転条件下
では、図7の実線Aは実際には振幅が大きくなるだけで
なく、同図に仮想線Bで示すようにクランク角θの位相
も遅れて来る。従ってこのことを考慮して、トルクTh
が大きい時に前記、の各方法におけるθ1 …θ4
θm1、θM1…のクランク角を補正する手段を設けてもよ
い。またの方法に対しては積分範囲(0−90°)を
変えたり、任意の180°の範囲で積分を行うようにし
てもよい。
【0016】なお人力による駆動トルクTh は走行中に
常に変動するから、前記の実施例のように求めた或る周
期内での平均値Thmはこれに続く次の周期での平均値T
hmとは異なる値になる。従って平均値Thmは時間経過に
対して階段状に変化することになる。そこでこの平均値
hmの急激な変化を防ぐために平均値Thmを平滑化する
のが望ましい。
【0017】さらにクランク軸22の回転が停止した時
や極端に遅くなった時には、前記の方法では平均値Thm
が求められなくなったり、不正確になる問題がある。そ
こでこのような場合すなわち平均値を求める期間(周
期)が予め決めた設定時間を超えて長くなった時には、
平均値の求め方を変更するのが望ましい。例えばクラン
ク角と関係なく十分に短い時間内でのトルクTh を積分
してその間の平均値を求めたり、平均値を用いずに検出
したトルクTh をそのまま用いてもよい。
【0018】なおこの実施例では、平均負荷検出手段6
8はコントローラ60のCPU62が持つものとして、
すなわちCPU62の動作プログラムとして持つものと
して説明したが、CPU62から独立した回路として構
成してもよいのは勿論である。
【0019】以上のようにして求めた人力による駆動ト
ルクTh の平均値Thmは、CPU62においてエンジン
42のスロットル弁開度Θthを決定するために用いられ
る。すなわちCPU62はROM64にメモリした動作
プログラムに従い、平均値Thmに対して所定の関係を持
ってエンジン42のスロットル弁開度Θthを求める。例
えば図6にAで示すように、直線関係を持たせたり、
B、Cのように増加率に漸減、漸増特性を持たせること
ができる。
【0020】これらのA、B、Cの特性を得る場合に
は、例えばROM64にこの特性A、B、Cをメモリし
ておき、人力駆動の平均トルクがThmの時にスロットル
弁48aがとるべき開度ΘthをROM64から読出し、
このスロットル弁48aが開度Θthとなるようにドライ
バ66はアクチュエ−タ48bを駆動する。70はこの
アクチュエ−タ48bを駆動するための電池である。
【0021】図2において72はエンジン42用の燃料
タンクであり、図2に示すようにクランクペダル18の
上方に搭載されている。またシート16の下にはコント
ローラ60を収容する制御箱74が取付けられている。
【0022】以上の実施例では人力による駆動トルクT
h の平均値Thmに対応してスロットル弁48aの開度Θ
thを図6に示す変換特性に従って制御するように構成し
たものである。しかし本発明は、例えば人力による駆動
トルクTh およびクランク軸22の回転速度すなわち車
速Vに基づいてスロットル弁開度Θthを決めるようにし
てもよい。またスロットル弁48aとエンジン42との
間の吸気管負圧を用いてスロットル弁開度Θthを決める
ようにしてもよい。
【0023】この発明は自転車だけでなく、人力駆動の
3、4輪車、身障者用の車、リハビリ用機器、遊具、フ
ィットネス機器、ロボットなどにも適用でき、これらを
包含する。
【0024】
【発明の効果】本発明は以上のように、人力による駆動
系の駆動トルク(Th )の平均値(Thm)を求め、この
平均値(Thm)に対し所定の変換特性をもってエンジン
による駆動力を制御するものであるから、クランク軸の
回転に伴い人力駆動トルク(Th )が周期的に変化して
もエンジンの出力は周期的に変動することはなくなり、
またエンジン出力の制御応答性が悪くても運転感が悪く
なることがない。このため運転感を向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概念を示すブロック図
【図2】自転車への適用例を示す図
【図3】その駆動系の展開図
【図4】その負荷検出手段の例を示す図
【図5】同じく負荷検出手段の他の例を示す図
【図6】人力による駆動トルクとスロットル弁開度との
変換特性図
【図7】人力による駆動トルクの周期的変化を示す図
【符号の説明】
10 駆動輪 20 人力駆動系 30 負荷検出手段 40 エンジン駆動系 42 エンジン 48a スロットル弁 50 クランク角検出手段 60 コントローラ 68 平均負荷検出手段

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クランクペダルを用いた人力による駆動
    系と、エンジンによる駆動系とを並列に設けたエンジン
    付き人力駆動装置において、前記人力による駆動系の負
    荷を検出する負荷検出手段と、前記クランクペダルによ
    り回転駆動されるクランク軸の回転角度を検出するクラ
    ンク角検出手段と、この検出したクランク角を用いて前
    記人力による駆動系の平均負荷を求める平均負荷検出手
    段と、この検出した平均負荷に対し所定の変換特性をも
    って前記エンジンの出力を制御するコントローラとを備
    えることを特徴とするエンジン付き人力駆動装置。
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KR100424779B1 (ko) * 2001-02-06 2004-03-31 주식회사 휴모봇 전동식 주행용 보드
DE102014218683A1 (de) * 2014-09-17 2016-03-17 Continental Teves Ag & Co. Ohg Unterstützung für Runden Tritt am Fahrrad
US9637197B2 (en) * 2015-07-01 2017-05-02 GM Global Technology Operations LLC Dynamic inertia compensation and pedal effort transformation for electric bike

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