JP3072481B2 - 駆動力補助装置付き自転車 - Google Patents

駆動力補助装置付き自転車

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JP3072481B2
JP3072481B2 JP10142948A JP14294898A JP3072481B2 JP 3072481 B2 JP3072481 B2 JP 3072481B2 JP 10142948 A JP10142948 A JP 10142948A JP 14294898 A JP14294898 A JP 14294898A JP 3072481 B2 JP3072481 B2 JP 3072481B2
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寛 神谷
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Honda Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、人力で駆動される
自転車において、高負荷時に補助駆動力で人力を補助す
るようにした、駆動力補助装置付き自転車に関する。
【0002】
【従来の技術】人力による駆動力を補助するために、特
開平2−74491号の如く、人力による駆動力のみに
基付いて補助モータを作動させるように構成した装置が
提案されているが、この装置においては、車両の速度に
応じて補助力と人力の比率を決める考え方は全くなく、
車両の速度の増加に対して人力による駆動力が減少する
ので、補助力も減少するだけとなっている。
【0003】このため、車両速度が上昇したとき、補助
力の絶対値は減少するものの、補助力と人力の比率は、
増大する場合もあるし、減少する場合もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】補助動力装置付きの車
両にあっては、補助付きの車両の特性上、車両の高速走
行時にはその補助力が減少してゆくことが好ましいが、
その際に人力に対する補助トルクの比率の変化にも着目
し、補助付き車両として好ましく、且つ運転者に補助ト
ルクが小さくなってゆくことを明確に認識させることが
できる車両を得ることを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明における、前記課
題を解決するための手段は、請求項1に記載したとお
り、ペダル人力駆動手段と補助動力駆動手段が並列に車
輪に連結されるようにした駆動力補助装置付き自転車に
おいて、前記人力で加えられる回転トルクTcpの検出
手段と、ペダルクランクの回転速度Ncの検出手段と、
該回転トルクTcpの検出値と該ペダルクランクの回転
速度Ncの検出値に応じて、補助動力の特性を設定する
制御手段とを設け、上記制御手段による上記特性により
制御される補助駆動力は、ペダルクランクの回転速度N
cの高速域において、人力駆動力に対してその比率が漸
減される変化点を持つようにしたことを特徴とする。
【0006】
【作用】前記の手段によれば、人力駆動力と補助駆動力
の検出値に基づく仕事量Wcpで定まる仕事量曲線に対
して、ペダルクランクの回転速度Ncが所定の高速域に
達すると、人力駆動力に対して補助駆動力の比率が漸減
し、人力駆動力の比率が漸増する変化点が存在する
で、高速走行中は、運転者に速度の程度が実感でき、補
助トルクが小さくなってゆくことが認識し易い。
【0007】
【発明の実施の形態】図1において1は本発明を実施し
た自転車で、2はフレーム、3はハンドル、4、5は前
輪及び後輪、6はペダルクランク、6a(図3)はクラ
ンク速度検出器、7はペダルクランク6の軸に固定され
た駆動スプロケット、8は後輪5の軸に固定された被動
スプロケットで、両スプロケット7、8にチェーン9が
巻掛けられており、該自転車1は人力でペダルクランク
6を回転することにより走行する周知のものである。
【0008】該自転車1において10は駆動力補助装置
で、フレーム2のシートチューブ11にピン12aで枢
着されたレバー12に、補助スプロケット13とこれを
駆動する電気モータ14が取付けられ、また該レバー1
2とシートチューブ11の間にチェーン9の張力検出器
としてのロードセル15が介設されて補助スプロケット
13をチェーン9に圧接している。そして補助スプロケ
ット13は、チェーン9の緊張側9aに係合し、モータ
14にはバッテリ16からコード17で供給される電流
により駆動され、供給電圧は、ロードセル15の出力で
制御される図外の電圧調整装置により制御される。
【0009】人力による走行中に後輪5に加わる荷重が
増大し、これに応じてクランク6に加える力を増大させ
ると、チェーン9の緊張側9aは直線状になろうとして
補助スプロケット13及びアーム12を押し上げてロー
ドセル15を圧縮し、その出力によりモータ14の電源
回路の電圧を制御してモータ14を駆動し、そのトルク
をチェーン9に伝えて人力を助ける。
【0010】図2はロードセル15に作用する力の説明
図で、チェーン9の張力をTp、補助スプロケット13
による作用力をTaとすると、補助スプロケット13よ
り上流側のチェーン部分にはTp+Taの力が作用す
る。レバー12を該チェーン部分と略平行に配置すると
Tp+Taはレバー12の長手方向に作用し、Tpと、
Tp+Taの合力Ttが得られるが、合力Ttのレバー
12に垂直な成分Tsは、Tp+Ta又はTaの大きさ
に無関係であって、Tpのみに比例する。
【0011】そして、ロードセル15に作用する力Fは
Tsと比例するから、該力Fはチェーン張力Tpに比例
し、したがってロードセル15で制御されるモータ駆動
用の電圧もチェーン張力Tpによって制御され、ペダル
クランク6に加える人力に応じた電気動力が供給され
る。
【0012】図3に示す実施例は、モータ14をシート
チューブ11に固定されたモータスティ20に固定し、
レバー12の支軸をモータ14と同軸とし、該レバー1
2の長手方向中心線0をチェーン9と平行に配置したも
のであり、モータ14の出力軸には、減速装置として駆
動ピニオン21が固定されて大径の補助ギヤ22を駆動
するようにされ、該ギヤ22と一体の補助スプロケット
13チェーン9に噛合っている。この装置においても
チェーン張力が増大すればロードセル15の圧力が増大
してモータ14が作動する。
【0013】図4の実施例は、図1のものと略同一構成
でレバー12にモータ14と補助スプロケット13を配
置するが、減速装置は図3と同一構成のものが用いられ
ている。
【0014】図5、図6の実施例は、シートチューブ1
1に前方への湾曲部11aと、該湾曲部11aと一体で
前方へ突出したU字形の輪郭をもつ板状の受部11bを
有し、アーム12はダウンチューブ23に枢着され、電
気モータ14は前記湾曲部11aの内側に位置し、ロー
ドセル15は、アーム12にピン12bで結合されると
共に上面が前記受部11bの下面に当接している。この
装置においても、ペダル駆動力が大になってチェーンの
緊張側9aの張力が大になると、ロードセル15の信号
によりモータ14に電力が供給される。
【0015】前記各実施例において、ペダルから加えら
れる人力の仕事量をWcp、クランクペダリングトルク
Tcp、クランク速度をNcとすると、Wcp=(1/
716.2)Tcp・Ncで表され、人力による場合は
TcpとNcの関係は実際上図7(a)に示すように、
クランクペダリングトルクTcpとクランク速度Ncの
積が一定の双曲線に近似した曲線a〜dで示すようにな
り、該線は運動量Wcpが大になれば矢印方向に移動す
る。曲線a〜dの各曲線では、それぞれ運動量Wcpは
一定であってTcp≒K 1 /Nc(K 1 >0)…(1)と
表わすことができる。
【0016】また、電圧制御による直流モータの補助駆
動トルクTcaとクランク速度Ncとの関係は、図7
(b)で直線a´〜d´に示すような補助駆動トルクT
caと回転速度Ncが負の比例の関係にあり、該直線は
印加電圧Vaを大にすれば矢印方向に移動する。Tc
a、Ncと印加電圧Vaの間にはVa=KE・Nc+
(Ra/KT)Tcaの関係があり、KEは誘起電圧定
数、Raは電気子抵抗、KTはトルク定数である。曲線
a´〜d´の各曲線では、それぞれモータの印加電圧V
aは一定である。つまり各曲線a′〜d′の補助トルク
Tcaは、Tca=−K 2 Nc+K 3 (K 2 ,K 3 >0)…
(2)と表わすことができる。
【0017】そして、ペダルによる人力走行中にモータ
14が作動し、人力とモータ14を共働させると、前記
a〜bの曲線は嵩上げされて図7(c)の曲線A〜Dの
ようになる。図7でTcはクランク軸相当出力トルク、
Tcaは直流モータの補助駆動トルク、Rは走行抵抗で
ある。
【0018】ここで図7(a)〜(c)から、前記曲線a〜d
と直線Tcaの関係、つまり補助トルクTcaと人力ト
ルクTcpの比Tca/Tcp(アシスト比)を考えた
場合、Tcaは、Ncが高速になるに従って直線的に減
少しているのに対して、曲線a〜dは減少の程度が少な
く、曲線A〜Dもこの関係を保っている。したがって、
前記アシスト比を考えると、クランク速度が所定点にな
るまではアシスト比が増加し、それ以降は高速になるに
従って減少してゆくことが理解される。前記(1)(2)式か
らこれを明確にすれば、アシスト比Tca/Tcpは、
Tca/Tcp=(−1/K 1 )Nc(K 2 Nc−K 3
…(3)となり、これは、上に凸の2次曲線を表わしてお
り、Nc=K 3 /2K 2 点を変化点として、アシスト比は
増加から減少へ移行する。
【0019】このアシスト比の変化により、高速域で人
力トルクの比率が漸増し、人力に対する抵抗力が大にな
るので、普通の自転車と同様の乗車感が得られ、運転者
は、変化点以降の高速域を明確に認識することができ
る。
【0020】前記図外の電圧調整装置による制御作用
は、図8に示すチャートに従って行なうようにすること
ができる。即ちクランクペダリングトルクTcpとクラ
ンク速度Ncの積Wcpがで基準値WCPより大きく
なるとで該Wcpに比例する電圧Va∝Wcp=Tc
p×Ncを発生してモータ14に駆動力を付加する。例
えば、仕事量Wcpが図7(a)の曲線c又はdの場
合、モータ14によって図7(b)の直線c´,d´の
仕事量が付加される。これにより、クランクペダリング
トルクTcpとクランク速度Ncに基づく仕事量Wcp
が所定の値より大きいとき、該仕事量Wcpに応じてモ
ータに加わる電圧Vaを制御することになる。
【0021】以上、チェーン伝動及び電気モータを用い
たものについて説明したが、伝動装置としてはベルト伝
動装置を用いることができ、補助原動機としては、電気
モータで駆動される油圧モータを用いることもでき、人
力駆動の雪上車にも利用できる。
【0022】また、補助スプロケット又は補助プーリの
移動をロードセル等の張力検出器に伝える機構は、レバ
ーに限らずカムその他の伝動機構を用いることができ、
また張力と張力検出器の出力とは必ずしも正確な比例関
係になくても実用上は差支えがない。
【0023】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、車両の高速走行域において、速度の上昇に伴
って補助トルクと人力トルクの比を漸減させ、人力トル
クの比率を漸増させるので、運転者にとって速度上昇が
実感でき、補助動力付き車両として好適なフィーリング
が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施した自転車の側面図
【図2】 張力検出機構の作用説明図
【図3】 別実施例の正面図
【図4】 別実施例の正面図
【図5】 他の実施例の正面図
【図6】 図5のVI−VI線断面図
【図7】 動力補助作用の説明図
【図8】 制御作用のフローチャート
【符号の説明】
10 駆動力補助装置 12 レバー 13 補助スプロケット 14 電気モータ(補助原動機) 15 ロードセル(張力検出器)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−244496(JP,A) 特開 平1−314685(JP,A) 特開 平2−74491(JP,A) 特開 平4−100790(JP,A) 実開 平3−49195(JP,U) 実開 昭56−76590(JP,U) 実開 昭56−89793(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62M 23/02 G01L 3/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ペダル人力駆動手段と補助動力駆動手段
    が並列に車輪に連結されるようにした駆動力補助装置付
    き自転車において、前記人力で加えられる回転トルクT
    cpの検出手段と、ペダルクランクの回転速度Ncの検
    出手段と、該回転トルクTcpの検出値と該ペダルクラ
    ンクの回転速度Ncの検出値に応じて補助動力の特性を
    設定する制御手段とを設け、上記制御手段による上記特
    性により制御される補助駆動力は、ペダルクランクの回
    転速度Ncの高速域において、人力駆動力に対してその
    比率が漸減される変化点を持つようにしたことを特徴と
    する、駆動力補助装置付き自転車。
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