JP3655350B2 - パワーアシスト車両の駆動装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、ペダルの踏力とモータの駆動力との合力を後輪に供給するようにしたパワーアシスト車両の駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自転車で例えば上り坂や,向かい風のなかを走行する場合、大きなペダル踏力が必要である。このような走行時の負担を軽減するために、ペダル踏力に応じた補助駆動力を付与する補助駆動装置を搭載したパワーアシスト自転車が提案されている(例えば、特開平4−100790号公報参照)。
【0003】
上記補助駆動装置は、ペダルに作用する踏力に応じた補助駆動力を演算し、該補助駆動力に対応した電流をバッテリから電動モータに供給し、ペダル踏力とモータ駆動力との合力により後輪を回転駆動するように構成されている。このような補助駆動力を付与するにあたっては、従来、図7に示すように、補助駆動力をペダル踏力に略比例した大きさとし、かつペダル踏力の発生と同じタイミングで付与するのが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来装置のようにペダル踏力と同時に補助駆動力を付与するとペダル踏力の増減に合わせて補助駆動力も増減するので、その合力の山(極大値)と谷(極小値)との差がペダル踏力だけの場合より大きくなり例えば登坂路を走行する場合、上記合力の谷の時点で速度が著しく低下し、安定した走行性が得られないという問題がある。
【0005】
また上記従来装置のようにペダル踏力と同時に補助駆動力付与する場合、両方の合力のピーク値に対応できる車体強度を確保しなければならず、それだけコスト高になるという問題もある。
【0006】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、合力の変動を抑制して登坂路等における走行性を向上できるとともに、要求される車体強度を低下してコストを低減できるパワーアシスト車両の駆動装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、ペダル踏力により車輪を駆動する人力駆動機構と、上記踏力に対応した大きさの補助駆動力を車輪の付与する補助駆動機構とを備えたパワーアシスト車両の駆動装置において、上記補助駆動力の付与をペダル踏力に対して該補助駆動力の極大時が上記ペダル踏力の極小時に近づくよう遅延させる補助力遅延手段を備え、該補助力遅延手段は、上記ペダル踏力の周期を求める踏力周期演算手段と、上記補助駆動力付与の遅延時間を上記踏力周期に略比例させる遅延時間制御手段とを備えていることを特徴としている。なお、上記極大時,極小時とは補助駆動力,ペダル踏力が極大,極小となるタイミングを意味する。
【0008】
ここで、図6に示すように、補助駆動力の遅延時間を一定値tとした場合、車速、即ちペダル回転速度(踏力ピッチ)が予め想定された範囲で略一定しているときは踏力と補助駆動力とを平均化した一定の合力が得られるものの、走行状態,路面条件等により車速が上記想定値から変動した場合には踏力と補助駆動力との合力に大きな変動が生じるという懸念がある。
【0009】
そこで、本発明は、補助力遅延手段が、ペダル踏力の周期を検出する踏力周期検出手段と、補助駆動力付与遅延時間を上記踏力周期に略比例させる遅延時間制御手段とを備えていることを特徴としている。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1において、同時刻に付与すべき補助駆動力の値が2以上あるときはその最大値を補助駆動力とする補助駆動力選択手段を備えたことを特徴としている。
【0012】
【作用】
請求項1の発明による駆動装置によれば、補助動力極大時が踏力極小時に近づくように、補助駆動力の付与を遅らせるようにしたので、踏力の谷間を補助駆動力で補うことにより平均化した一定の合力を供給できる。これにより合力の変動が抑制され、登坂路等を走行する場合の合力の谷による速度低下が小さくなり、安定した走行性が得られる。
【0013】
またペダル踏力と補助駆動力とを平均化した一定の合力を供給するので、従来の踏力と同時に補助力を加えるようにした場合に比べて合力の極大値を抑制でき、必要な車体強度を低下でき、コストを低減できる。
【0014】
上記補助駆動力遅延時間をペダル踏力の周期に略比例させたので、ペダル踏力の周期に変動が生じた場合にも補助駆動力の山を踏力の谷に一致させることができ、平均化された一定の合力を供給でき、走行性を向上できる。
【0015】
請求項2の発明では、同時刻における補助駆動力の値が2以上あるときにはその最大値を用いるようにしたので、補助駆動力が重複した場合の混乱を防止でき、スムーズな走行性が得られる。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図に基づいて説明する。
図1ないし図5は本発明の一実施例によるパワーアシスト自転車の駆動装置を説明するための図であり、図1はパワーアシスト自転車の側面図、図2は本実施例装置のブロック構成図、図3,図4は本実施例装置の動作を説明するための特性図、図5は本実施例装置の動作を示すフローチャート図である。
【0017】
図1において、1は本実施例装置が採用されたパワーアシスト自転車であり、これの車体フレーム2は、前輪3が回転自在に支持されたフロントフォーク4を操向自在に支持するヘッドパイプ2aと、該ヘッドパイプ2aから後方に斜め下方に延びるダウンチューブ2bと、該ダウンチューブ2bの下部に中ラグ5を介して連結されたシートチューブ2cと、上記ダウンチューブ2bの下端にハンガーラグ6を介して連結された左右一対のチェーンステー2dと、上記シートチューブ2cの上部とチェーンステー2dの後端部とを連結する左右一対のシートステー2eとから構成されている。上記チェーンステー2dとシートステー2eとは後輪ブラケット2fを介して一体に連結されており、該後輪ブラケット2fには後輪8が回転自在に支持されている。
【0018】
上記フロントフォーク4の上端には操向ハンドル7が装着されており、また上記シートチューブ2cの上端にはサドル75が装着されたシートピラーチューブ77が上下動可能に挿入されている。このシートピラーチューブ77はシートチューブ2cの上端部に配設されたシートピン78を締め付けることにより固定されている。
【0019】
上記ダウンチューブ2bの下端部にはクランク軸13が回転自在に支持されており、該クランク軸13の両端にはクランク16を介してペダル17が装着されている。該クランク軸13には図示しないチェーンスプロケットが連結されており、該スプロケットはチェーン20を介して上記後輪8のフリーホイール(図示せず)に連結されている。これによりペダル17を介してクランク軸13に入力された踏力で後輪8を回転駆動する人力駆動機構が構成されている。なお、20aはチェーンカバーである。
【0020】
上記車体フレーム2には補助駆動機構9が配設されている。この補助駆動機構9は、回転駆動力を後輪8に供給する電動モータ12と、該モータ12に電源を供給する2つのバッテリ11,11と、上記電動モータ12の駆動力を制御するコントローラ21とを備えており、上記電動モータ12の駆動力と人力による踏力とをパワーユニット14により合力し、該ユニット14を介して後輪8に伝達するように構成されている。このパワーユニット14には、電動モータ12の回転力を減速する遊星ローラ式減速機,及びペダル踏力を検出する踏力検出装置が収納されている。
【0021】
上記バッテリ11は直方体状のバッテリケース10内に収納されており、該ケース10の長手方向に直列接続されている。このバッテリケース10は、シートチューブ2cの後方に該チューブ2cに沿って配置されており、該バッテリケース10の下端部は上記シートチューブ2cの下端部に位置するダウンチューブ2bに固定された有底筒状の支持ボックス72内に嵌装されている。またバッテリケース10の上端部は左右シートステー2e,2e間を通って上方に突出し、かつシートチューブ2c,左右のシートステー2e,及び左右一対の補助シートステー71により支持されており、上方向にのみ着脱可能となっている。上記バッテリケース10には充電器が接続される充電用プラグ(図示せず)が装着されている。
【0022】
上記コントローラ21,電動モータ12及びパワーユニット14はそれぞれダウンチューブ2bの下方に該チューブ2bに沿って配列されており、該パワーユニット14はブラケット18,19を介して中ラグ5,ハンガーラグ6に取り付け固定されており、コントローラ21,電動モータ12は図示しないブラケットを介してダウンチューブ2bに固定されている。この電動モータ12,コントローラ21はカバー部材79により覆われており、該カバー部材79はダウンチューブ2bに沿って延びる上カバー80に下カバー81を着脱可能に装着して2分割構造のものである。
【0023】
上記コントローラ21は、図2に示すように、踏力検出センサ44の踏力検出値及び車速検出センサ48の車速検出値が入力され、内蔵するマップに基づいて上記踏力に応じた補助駆動力を演算し、該補助駆動力に対応した電流をバッテリ11から電動モータ12に供給するように構成されている。この補助駆動力は、乗員のペダル踏力1に対して1未満に設定されており、かつ車速が例えば15Km/hを越えた時点から次第に小さくなり、24Km/hに達した時点でゼロになるように設定されている。また上記コントローラ21には、図示しないメインスイッチ,バッテリ電圧低下,及びシステム異常を表示する警告ランプが配設されている。
【0024】
そして本実施例のコントローラ21は、本発明の補助力遅延手段として機能する。詳細には、上記踏力検出センサ44からペダル踏力を読み込み、該踏力が極大値になった時点から次の極大値となった時点までの時間、つまり踏力の周期tnを演算する踏力周期演算手段として、及び上記踏力が極大値となった時点から該踏力に対する補助力が極大値となった時点までの補助駆動力付与の遅延時間を上記周期tnに比例させる遅延時間制御手段として機能する。具体的には予め設定した定数C(例えばC=0.5)に上記踏力周期tnをかけた時間tn×Cだけ遅れて補助駆動力を付与するように構成されている。
【0025】
また上記コントローラ21は、同時刻における補助駆動力の出力値が重複したときは両者の値のうち大きい値を用いる補助駆動力選択手段としても機能する。即ち、図4に示すように、t´時間における補助駆動力の値がa,及びbと重複したときには両者を比較し、大きい方の値aを優先させるようになっている。
【0026】
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例の補助駆動装置9は、速度が所定値(例えば15Km/h)以下のときは乗員のペダル踏力が大きいほど大きい補助駆動力を付与し、速度が上記所定値を越えると速度が上昇するにつれて補助駆動力を減少させ、速度が最大値(例えば24Km/h)を越えると補助駆動力をゼロにする。そして上記補助駆動力は、対応するペダル踏力の最大時から踏力周期に比例した遅れ時間経過時に最大となるように遅延して供給される。このようにして登坂路,向かい風,発進時等における労力の軽減が図れる。
【0027】
上記補助駆動装置9の動作を図5のフローチャートに沿って説明する。
コントローラ21は、始動スイッチオンによりプログラムがスタートすると、補助駆動力付与の遅延時間を求めるための踏力周期を初期値t0に設定し(ステップS1,S2)、ペダル踏力の測定タイミングになると踏力検出センサ44からのペダル踏力を読み込み、該ペダル踏力が極大値か否かを判定し(ステップS3〜S6)、極大値でない場合には、タイムテーブル内に書き込まれた遅延時間を読み出し、これに応じた補助力及び遅延時刻を求め、データが重複していない場合は上記求められた補助力をタイムテーブルに書き込み、補助出力処理を行う(ステップS10〜S14)。そして上記ステップS6で極大値に達した時点で前回の極大値検出時刻から今回の極大値検出時刻までの時間、つまり踏力周期tnを確定し、次回の踏力周期tn+1を測定開始するとともに、上記確定した踏力周期tnから遅延時間tn×Cを演算する(ステップS7〜S9)。次に上記検出された踏力値から補助力を演算するとともに、遅延時間tn×Cに応じた補助駆動力の付与時刻を演算し、該時刻における補助駆動力が重複しているか否かを判定し(ステップS10〜S12)、重複していない場合は補助駆動力をタイムテーブルに書込み、該補助駆動力に応じた電流の出力指示を行なう(ステップS13,S14)。またS12において補助出力値が重複している場合は各出力値を比較し、このうちの最大値を選択する(ステップS15)。
【0028】
このように本実施例によれば、ペダル踏力を例えば10msec毎に検出し、補助駆動力を該各検出踏力と比例した大きさとするとともに、ペダル踏力の周期tnに定数Cをかけた時間だけ補助駆動力を遅らせて付与するようにしたので、踏力の谷間を補助駆動力で補うことにより平均化された変動の少ない合力を後輪に供給することができ、登坂路や向かい風を走行する場合にも安定した走行性が得られる。またペダル踏力の周期が変動した場合は、この変動に応じて補助駆動力の付与タイミングも変更されるので、ペダル踏力の周期が変動しても補助駆動力の付与タイミングがずれたりすることはなく、平均化された合力を供給でき、走行状態,路面条件が変化しても安定した走行性が得られる。
【0029】
また上記ペダル踏力と補助駆動力との合力を平均化して供給するようにしたので、従来の踏力に補助駆動力を同時に付与した合力を供給する場合に比べて合力の極大値を抑制でき、必要な車体強度を抑制でき、ひいては安価な部品の採用が可能となり、コストを低減できる。
【0030】
さらに本実施例では、補助駆動力が重複した場合には、このうちの最大値を選択するようにしたので、同時刻に異なる補助駆動力が出力された場合の混乱を防止でき、スムーズな走行性が得られる。
【0033】
【発明の効果】
本発明に係るパワーアシスト自転車の駆動装置によれば、補助駆動力の極大時がペダル踏力の極小時に近づくように補助駆動力を踏力発生時に対して遅らせて付与したので、ペダル踏力と補助駆動力とを平均化した変動の少ない合力を供給でき、登坂路等でも安定した走行性が得られる効果があり、また合力の最大値を抑制して車体強度を低減できる効果がある。
【0034】
本発明では、補助駆動力の付与遅延時間をペダル踏力の周期に略比例させたので、ペダル踏力の周期に変動が生じた場合にも平均化した変動の少ない合力を供給でき、走行性を向上できる。
【0035】
請求項2の発明では、同時刻における補助駆動力の値が2以上のときにはこのうちの最大値を用いるようにしたので、出力値が重複した場合の混乱を防止してスムーズな走行性が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例によるパワーアシスト自転車の駆動装置を説明するための側面図である。
【図2】 上記実施例装置のブロック構成図である。
【図3】 上記実施例装置のペダル踏力,補助駆動力,その合力の関係を示す特性図である。
【図4】 図3の補助駆動力の重複部分を拡大した特性図である。
【図5】 上記実施例装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図6】 本発明の成立過程を説明するための特性図である。
【図7】 従来のペダル踏力,補助駆動力,その合力の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 パワーアシスト自転車
12,20 モータ,チェーン(補助駆動機構)
13,20 クランク軸,チェーン(人力駆動機構)
21 コントローラ(補助力遅延手段,踏力周期演算手段,遅延時間制御手段)
44 踏力検出センサ
48 車速検出センサ
Claims (2)
- ペダル踏力により車輪を駆動する人力駆動機構と、上記踏力に対応した大きさの補助駆動力を車輪の付与する補助駆動機構とを備えたパワーアシスト車両の駆動装置において、上記補助駆動力の付与をペダル踏力に対して該補助駆動力の極大時が上記ペダル踏力の極小時に近づくよう遅延させる補助力遅延手段を備え、該補助力遅延手段は、上記ペダル踏力の周期を求める踏力周期演算手段と、上記補助駆動力付与の遅延時間を上記踏力周期に略比例させる遅延時間制御手段とを備えていることを特徴とするパワーアシスト車両の駆動装置。
- 請求項1において、同時刻に付与すべき補助駆動力の値が2以上あるときはその最大値を補助駆動力とする補助駆動力選択手段を備えたことを特徴とするパワーアシスト車両の駆動装置。
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