JP5276735B1 - 自転車用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機で走行補助を行う自転車において、乗り心地を向上する。
【解決手段】自転車用制御装置は、内装変速機１２０と、前輪を駆動する走行アシスト用モータ１４２と、を有する自転車を制御する。自転車用制御装置は、踏力を検出可能な踏力センサ９５と、アシスト出力制御部１１９と、を備える。アシスト出力制御部１１９は、踏力センサ９５によって検出された踏力に応じて走行アシスト用モータ１４２を制御する。アシスト出力制御部１１９は、内装変速機１２０のシフトダウンが完了したとき、踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率を増加させた後、踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率を減少させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、変速機と走行補助用電動機とを有する自転車を制御する自転車用制御装置に関する。

人の踏力に加え、モータの駆動力で走行補助を行う電動アシスト自転車が、普及してきている。この電動アシスト自転車に変速機が装備されるものが、特許文献１に開示されている。この自転車では、ペダルに与えられた人力が、チェーンを介して変速機に伝わり、変速された後、後輪に伝達される。また、この自転車では、後輪に走行補助用電動機の駆動力も伝達される。

特開平９−５８５６９号公報

特許文献１に示される自転車では、シフトダウン操作を行い変速機がシフトダウンすると、踏力が小さくなるため、踏力に応じて定まる走行補助用電動機による補助力が小さくなる。このため、特に走行補助用電動機によるアシストを欲する上り坂において、補助力が足りないと感じてしまう。

本発明の課題は、電動機で走行補助を行う自転車において、乗り心地を向上することにある。

発明１に係る自転車用制御装置は、変速機と、車輪を駆動する走行補助用電動機と、を有する自転車を制御する。自転車用制御装置は、踏力を検出可能な踏力検出部と、制御部と、を備える。制御部は、踏力検出部によって検出された踏力に応じて走行補助用電動機を制御する。制御部は、変速機のシフトダウンが完了したとき、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率を増加させた後、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率を減少させる。

この自転車用制御装置では、踏力検出部によって検出された踏力に応じて走行補助用電動機が制御され、踏力の減少に応じて走行補助用電動機の補助補助力が弱くなるシフトダウン後に、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率が増加する。このため、シフトダウン後に踏力が減少したとしても、補助力の減少を抑制することができる。これより、シフトダウン後に補助力が足りないとライダーが感じてしまうことを抑制して、乗り心地を向上することができる。

また踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率を増加させた後は、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率を減少させるので、補助用電動機に動作に必要な電力の消費を抑制することができる。

発明２に係る自転車用制御装置は、発明１に記載の自転車用制御装置において、変速機の位置を検出する変速状態検出部をさらに備える。制御部は、変速状態検出部の検出結果に基づいて、変速機のシフトダウンの完了を判断する。この場合には、制御部は、変速機がシフトダウン後の変速状態に遷移したとき、シフトダウンが完了したと判断できる。

発明３に係る自転車用制御装置は、発明１に記載の装置において、変速機を変速操作するための変速操作部に設けられ、変速操作部の位置を検出する変速状態検出部をさらに備える。制御部は、変速状態検出部の検出結果に基づいて、変速機のシフトダウンの完了を判断する。この場合には、制御部は、変速操作部がシフトダウン後の変速状態に遷移したとき、シフトダウンが完了したと判断できる。

発明４に係る自転車用制御装置は、発明１から３のいずれかに記載の自転車用制御装置において、制御部は、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率を減少させるときに、比率を増加させる前の状態に戻す。この場合に、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率が、増加前の比率に戻るので、いずれの変速段であって、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率を最終的に一定とすることができる。

発明５に係る自転車用制御装置は、発明１から４のいずれかに記載の自転車用制御において、所定の条件を検出する所定条件検出部をさらに備える。制御部は、所定条件検出部が所定の条件を検出すると、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率を減少させる。この場合には、所定の条件を検出するまで踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率が増加したままになるので、不所望に走行補助用電動機の出力が低下することを抑制できる。

発明６に係る自転車用制御装置は、発明５に記載の自転車用制御装置において、所定条件検出部は、クランクの回転速度が所定の回転速度になると、所定の条件を検出する。シフトダウン後にクランクの回転速度が所定の回転速度よりも速くなると、自転車の速度がある程度上昇していると判断できるので、補助力を減少させて電力の消費を抑制する。

発明７に係る自転車用制御装置は、発明６に記載の自転車用制御装置において、所定条件検出部は、自転車のクランクの回転速度を検出するクランク回転速度検出部を備える。

発明８に係る自転車用制御装置は、発明５に記載の自転車用制御装置において、所定条件検出部は、変速機のシフトダウンが完了してから所定時間経過すると、所定の条件を検出する。この場合には、計時手段が計時した時間により出力の比率を減少させるので、構成が容易である。

発明９に係る自転車用制御装置は、発明８に記載の自転車用制御装置において、所定条件検出部は、タイマを備える。この場合には、制御部に含まれるタイマにより所定の条件を検出できる。

発明１０に係る自転車用制御装置は、発明１から９のいずれかに記載の自転車用制御装置において、変速機は、内装変速機である。

発明１１に係る自転車用制御装置は、発明１から９のいずれかに記載の自転車用制御装置において、変速機は、外装変速機である。

発明１２に係る自転車用制御装置は、発明１から１１のいずれかに記載の自転車用制御装置において、走行補助用電動機は、車輪の１つである前輪または後輪、もしくは自転車のフレームに設けられる。

発明１３に係る自転車の制御方法は、変速機と、車輪を駆動する走行補助用電動機とを有する自転車を制御する方法である。自転車の制御方法は、踏力を検出するステップと、変速機のシフトダウンが完了したとき、踏力に対する記走行補助用電動機の出力の比率を増加させた後、踏力に対する前記走行補助用電動機の出力の比率を減少させるステップと、を有する。

この自転車の制御方法では、踏力検出部によって検出された踏力に応じて走行補助用電動機が制御され、踏力の減少に応じて走行補助用電動機の補助補助力が弱くなるシフトダウン後に、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率が増加する。このため、シフトダウン後に踏力が減少したとしても、補助力の減少を抑制することができる。

本発明によれば、踏力の減少に応じて走行補助用電動機の補助力が弱くなるシフトダウン後に、踏力に対する走行補助用電動機の出力の比率が増加する。このため、シフトダウン後に踏力が減少したとしても、補助力の減少を抑制することができ、シフトダウン後に補助力が足りないとライダーが感じてしまうことを抑制して、乗り心地を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る自転車用制御装置を採用する自転車の側面図。 ハンドルに装着された変速操作ユニットを示す斜視図。 自転車用制御装置のブロック図。 クランク回転速度センサを示す側面拡大図。 アシスト出力制御部の制御動作を表すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る自転車用制御装置を採用する自転車の側面図。 第２実施形態の図３に相当する図。 第２実施形態の図５に相当する図。 他の実施形態の図５に相当する図。

＜第１実施形態＞
＜全体構成＞
本発明の第１実施形態に係る自転車用制御装置を採用する自転車１０１を図１に示す。自転車１０１は、主として、フレーム１０２と、ハンドル１０４と、表示装置１２４と、前輪１０６と、後輪１０７と、チェーン１１０と、クランク１１６と、内装変速機１２０と、リアキャリア１３０と、充電池１３４と、アシストモータユニット１４０と、自転車用制御装置を構成する制御部制御部１１７と、図示しないフロントブレーキ装置及びリアブレーキ装置と、を備えている。

＜フレーム＞
フレーム１０２は、フレーム体１１１とフロントフォーク１１２とを有する。フロントフォーク１１２は、フレーム体１１１の前部に、斜めの軸回りに揺動自在に装着されている。フレーム１０２には、サドル９４およびハンドル１０４を含む各部が取り付けられている。

＜クランク＞
クランク１１６は、クランク軸１１６ａと、その軸方向の両端に設けられ１８０度位相の異なる左右のクランクアーム１１６ｂ，１１６ｃと、を備える。クランク軸１１６ａは、フレーム体１１１のハンガー部１２７に回転自在に支持される。左右のクランクアーム１１６ｂ，１１６ｃの自由端には、ペダル１１３がそれぞれ装着される。チェーン１１０は、右のクランクアーム１１６ｃに固定されているフロントスプロケットと、後述する内装変速機１２０の内装変速ハブ１２１に設けられるリアスプロケットとに掛け渡される。

＜内装変速機＞
内装変速機１２０は、図３に示すように、内装変速ハブ１２１と、変速用モータ１２２と、モータドライバ１２３と、変速状態センサ９８と、を備える。チェーン１１０により駆動される内装変速ハブ１２１は、後輪１０７の中心部に配置される。内装変速ハブ１２１は、複数の変速段を有し、たとえば８段変速のハブによって実現される。内装変速ハブ１２１は、遊星歯車機構を含む変速機構を備える。内装変速ハブ１２１には、変速機構を電動駆動するための変速用モータ１２２が連結されている。モータドライバ１２３は、後述する変速制御部１１８から信号を受けて、変速用モータ１２２を駆動する。変速状態センサ９８は、内装変速ハブ１２１の変速状態、すなわち複数ある変速段のうちのいずれの状態であるのかを検出する。変速状態センサ９８は、変速状態検出部の一例であり、たとえばポテンショメータによって実現される。変速状態センサ９８の検出結果は、変速制御部１１８およびアシスト出力制御部１１９に出力される。また、内装変速ハブ１２１には、リアブレーキ装置が連結されている。

＜ハンドルに装着される変速操作ユニットおよび表示装置＞
ハンドル１０４は、フロントフォーク１１２の上部に固定されたハンドルステム１１４と、ハンドルステム１１４に固定されたハンドルバー１１５とを有している。ハンドルバー１１５の両端には、ブレーキレバーおよびグリップ１１５ａがそれぞれ装着されている。

図２に示すように、ハンドル１０４のグリップ１１５ａの近傍には、変速操作ユニット９０が装着されている。変速操作ユニット９０は、第１変速操作ボタン９１、第２変速操作ボタン９２および操作ダイヤル９３を１つにまとめたユニットである。第１および第２変速操作ボタン９１，９２、ならびに操作ダイヤル９３は、グリップ１１５ａを握りながら人の手で操作できる位置にある。第１および第２変速操作ボタン９１，９２は、押しボタンである。左側の第１変速操作ボタン９１は、低速段から高速段への変速を行うためのシフトアップ用のボタンである。右側の第２変速操作ボタン９２は、高速段から低速段への変速を行うためのシフトダウン用のボタンである。操作ダイヤル９３は、２つの変速モードとパーキング（Ｐ）モードとを切り換えるためのダイヤルであり、３つの停止位置Ｐ，Ａ，Ｍを有している。ここで２つの変速モードとは、自動変速（Ａ）モードと手動変速（Ｍ）モードである。自動変速モードは、後述する車速センサ１４３からの車速信号に基づいて内装変速機１２０の内装変速ハブ１２１を自動変速するモードである。また、手動変速モードは、第１および第２変速操作ボタン９１，９２の操作により、所望の変速段に内装変速ハブ１２１を変速するモードである。パーキングモードは、内装変速ハブ１２１をロックして後輪１０７の回転を規制するモードである。

ハンドルバー１１５には、表示装置１２４が固定されている。表示装置１２４は、液晶ディスプレイ画面を有し、変速モード、自転車の速度、変速段数、走行距離および充電池１３４の残量、などを表示する。

＜リアキャリア＞
フレーム体１１１の後部には、リアキャリア１３０が取り付けられている。リアキャリア１３０には、制御部制御部１１７を含むリアキャリアユニット１３３が装着される。リアキャリアユニット１３３は、充電池１３４を着脱可能に搭載する。充電池１３４は、変速用モータ１２２、後述する走行アシスト用モータ１４２、制御部１１７等、動作に電力必要な各部の電源となる、充電池１３４は、たとえばニッケル水素電池およびリチウムイオン電池等を用いた蓄電池である。充電池１３４には、尾灯１３９が一体で取り付けられる。

＜アシストモータユニット＞
前輪１０６の中心部には、前輪１０６の駆動補助用のアシストモータユニット１４０が装着される。アシストモータユニット１４０には、たとえばローラブレーキ装置によって実現されるフロントブレーキ装置が連結されてもよい。アシストモータユニット１４０に、フロントブレーキ装置が連結されない場合には、フロントフォーク１１２にブレーキ装置を設ければよい。アシストモータユニット１４０の内部には、図３に示すように、走行アシスト用モータ１４２と、モータドライバ１４１と、車速センサ１４３とが設けられる。走行アシストモータは、走行補助用電動機の一例である。走行アシスト用モータ１４２は、たとえば３相ブラシレスＤＣモータまたは交流モータである。モータドライバ１４１は、充電池１３４から直流出力された電流を、走行アシスト用モータ１４２の駆動に適した交流電流に変換する。車速センサ１４３は、走行アシスト用モータ１４２の回転速度、つまり自転車１０１の速度を検出する。

アシストモータユニット１４０は、人の踏力に応じたトルクを、走行アシスト用モータ１４２で補助的に発生させる。人の踏力に応じたトルクとは、たとえば、クランク軸１１６ａに作用するトルクの所定倍のトルクである。走行アシスト用モータ１４２のトルクは、前輪１０６に伝えられる。ペダル１１３を踏む人の踏力は、踏力センサ９５によって検出される。踏力は、たとえばクランク軸１１６ａに作用するトルクとして表わすことができる。踏力センサ９５は、踏力検出部の一例である。また走行アシスト用モータ１４２は、クランク回転速度センサ９６に基づいて制御される。クランク回転速度センサ９６は、所定条件検出部の一例である。

踏力センサ９５は、フレーム１０２のハンガー部１２７に取り付けられる。踏力センサ９５は、クランク軸１１６ａのトルクを、非接触で、或いは、クランク軸１１６ａまたはクランクアーム１１６ｂに接触して検出する。踏力センサ９５は、たとえば１）クランク軸１１６ａに設けられる磁歪素子とその磁歪素子に対向して配置される検出コイルを備える磁歪センサ、２）クランク軸１１６ａまたはクランクアーム１１６ｂに設けられる歪ゲージ、または３）クランク軸１１６ａを支持する支持部に設けられる歪ゲージによって実現される。踏力センサ９５は、これらの構成に限られず、クランク軸１１６ａに生じるトルクに応じて出力が変化するセンサであればよい。踏力センサ９５は、クランク軸１１６ａに作用する踏力に応じて変化する信号を、制御部１１７に送る。

クランク回転速度センサ９６は、図４に示すように、左のクランクアーム１１６ｂの基端に設けられる磁石９７を検出する。クランク回転速度センサ９６は、たとえば、ホール素子、リードスイッチ等の磁力検出部材を用いて構成される。クランク回転速度センサ９６は、磁石９７と対向可能な位置でハンガー部１２７に固定される。

＜制御部＞
自転車用制御装置を構成する制御部１１７は、上述のように、リアキャリアユニット１３３の内部に配置されており、マイクロコンピュータを含んで構成され、電気的に接続された電装品を制御する。制御部１１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＲＡＭ(Random Access Memory)，ＲＯＭ(Read Only Memory)，Ｉ／Ｏインターフェイス，およびタイマ１２６を含み、幾つかの機能部を備える。図３に示すように、制御部１１７は、その機能部として、走行アシスト用モータ１４２の出力を制御するアシスト出力制御部１１９と、内装変速機１２０の変速用モータ１２２を制御する変速制御部１１８と、を備える。アシスト出力制御部１１９は、制御部の一例である。

制御部１１７には、各種センサからの情報および人の操作指示が入力される。具体的には、制御部１１７に、第１変速操作ボタン９１、第２変速操作ボタン９２、操作ダイヤル９３、車速センサ１４３、踏力センサ９５、クランク回転速度センサ９６、および変速状態センサ９８などが電気的に接続される。

制御部１１７のアシスト出力制御部１１９は、アシストモードのとき、乗り手の踏力の所定倍の補助力が発生するように、走行アシスト用モータ１４２を制御する。アシスト出力制御部１１９は、複数のアシストモードで走行アシスト用モータ１４２を制御する。具体的には、アシストモードとして、踏力の最大２倍の比率の補助力で補助する強アシストモード、最大１．５倍の補助力で補助する中アシストモード、および最大１倍の補助力で補助する弱アシストモードの３つのアシストモードを、アシスト出力制御部１１９は有している。また、アシスト出力制御部１１９は、アシストを行わないオフモードも有している。アシストモードの切換は、ハンドル１０４に設けられる図示しないスイッチによって行ってもよく、また前記の操作ダイヤル９３によって行われてもよい。

制御部１１７の変速制御部１１８は、第１および第２変速操作ボタン９１，９２の操作から変速の指示を受け、変速用モータ１２２を動かして内装変速ハブ１２１の段数を変更するか、或いは、車速に応じて自動的に生成される変速の指示を受け、変速用モータ１２２を動かして内装変速ハブ１２１の段数を変更する。

操作ダイヤル９３が停止位置Ｍにあって、手動変速モードが人によって選択されているときには、変速制御部１１８は、第１変速操作ボタン９１が押されたときに、低速段から高速段へのシフトアップ変速を行わせ、第２変速操作ボタン９２が押されたときに高速段から低速段へのシフトダウン変速を行わせる。すなわち、変速制御部１１８は、第１および第２変速操作ボタン９１，９２が押されたときに、変速の指示があったと判断する。

操作ダイヤル９３が停止位置Ａにあって、自動変速モードが人によって選択されているときには、変速制御部１１８は、車速センサ１４３からの信号が表す車速情報から、変速が必要だと判断すると、変速の指示を内装変速機１２０の変速用モータ１２２を駆動するモータドライバ１２３に送る。

次に、図５を参照して、上記のアシスト出力制御部１１９によるシフトダウン変速に伴う制御動作を説明する。手動変速モードであっても、自動変速モードであっても、シフトダウンの際に、図５のフローチャートに従って踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力比率を変更する制御が行われる。

ここで、シフトダウンの際に踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率を変更するのは、以下の理由による。手動変速および自動変速のいずれでも、シフトダウンは、加速する場合、または上り坂にさしかかって減速した場合に行われることが多い。シフトダウンすると踏力が減少するため、踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率が一定の場合では、踏力に応じて増減する補助力が小さくなる。この結果、ライダーは、補助力が足りないと感じてしまう。これに対して、シフトダウンの際に踏力に対する走行用アシスト用モータ１４２の出力の比率を増加させると、ライダーの踏力が小さくなっても、補助力の減少を抑制することができるので、乗り心地を向上させることができる。

内装変速ハブ１２１の段数を変更したいという変速要求、すなわち変速の指示があると、ステップＳ１において、シフトダウンの変速要求があったか否かを判断する。この判断は、自動変速モードの場合は、変速制御部１１８から出力される変速指示により判断する。手動変速モードの場合は、第２変速操作ボタン９２が操作されたか否かにより判断する。シフトダウン変速の変速指示と判断するとステップＳ１からステップＳ２に移行する。シフトダウン変速ではないと判断すると以下のステップを無視してアシスト出力制御処理を終了する。ステップＳ２では、シフトダウン変速が完了するのを待つ。この判断は、たとえば、変速状態センサ９８の検出結果により判断する。すなわち、ある変速段からそれよりもシフトダウン側の変速段に内装変速ハブ１２１が遷移したことを変速状態センサ９８が検出すると、シフトダウン変速が完了したと判断する。

シフトダウン変速が完了すると、ステップＳ２からステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、いずれのアシストモードになっているかに関わらず、アシスト出力制御部１１９がモータドライバ１４１に信号を送って走行アシスト用モータ１４２による補助力を増加させる。具体的には、たとえば、踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率を増加させる。たとえば、変更後の前記比率を、変更前の前記比率よりも、５％から３０％の範囲で増加させる。変更後の比率は、各変速段毎に個別に設定されてもよい。この場合には、各変速段で変更後の変速比が異なる設定することができ、変速機の特性に応じて適切な変速比を設定することができる。変更後の変速比は、操作ユニット９０に変速比を変更するための操作スイッチを備えておき、この操作スイッチによって変更できる構成としてもよい。ただし、増加される出力の比率が各アシストモードの上限の比率（たとえば、低アシストモードでは、踏力の１倍、中アシストモードでは、踏力の１．５倍、高アシストモードでは、踏力の２倍）を超える場合は、上限の比率まで増加させる。

次に、ステップＳ４に移行し、クランク１１６の回転速度が所定のクランク回転速度を超過するのを待つ。ここで、所定のクランク回転速度は、予め定めるクランク回転速度であってもよく、たとえば、変速直前のクランク回転速度に基づいて定められてもよい。予め定める回転速度は、たとえば、１５ｒｐｍから２５ｒｐｍの範囲に選ばれる。予め定める回転速度は、操作ユニット９０に予め定める回転速度を変更するための操作スイッチを備えておき、この操作スイッチによって変更できる構成としてもよい。所定のクランク回転速度を、変速直前のクランク回転速度に基づいて定める場合には、所定のクランク回転速度を変速直前のクランク回転速度のたとえば１１０％から２００％の範囲内の所定の値、または変速直前のクランク回転速度に予め定める乗数を乗算した値に設定する。所定のクランク回転速度は、各変速段毎に個別に設定されてもよい。この場合には、各変速段で所定のクランク回転速度が異なる設定することができ、変速機の特性に応じて適切なクランク回転速度を設定することができる。

ステップＳ４における判断は、たとえば、クランク回転速度センサ９６の検出結果により行われる。クランク回転速度センサ９６からはクランク１１６が一回転する毎にパルス信号が出力されるので、そのパルス信号の周期によりクランク回転速度を検出できる。クランク回転速度が所定のクランク回転速度を超えたと判断すると、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、ステップＳ３で増加された走行アシスト用モータ１４２の出力増加状態を解除する。具体的には、増加させた踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率を元の比率に戻す。これにより、踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率を減少させる。ステップＳ５が完了するとシフトダウン変速に伴う出力制御処理を終了する。

なお、ステップＳ２では、変速完了を内装変速ハブ１２１に設けられる変速状態センサ９８の検出結果により判断したが、たとえば、シフトダウンの変速指示が出力されてから所定の微少時間が経過したことで、シフトダウンの変速が完了したと判断してもよい。また、ステップＳ４でクランク回転速度センサの検出結果により所定のクランク回転速度を超過したか否かを判断したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、車速センサ１４３からの出力された車輪の回転速度と、変速状態センサ９８で検出された変速状態と、によりクランク回転速度を求め、求めたクランク回転速度により、所定のクランク回転速度を超過したか否かを判断してもよい。

＜第２実施形態＞
＜全体構成＞
第１実施形態では、自転車用の変速機として内装変速機を例に本発明を説明したが、第２実施形態では、自転車用変速機として外装変速機２２０を例に本発明を説明する。

本発明の第２実施形態に係る自転車用制御装置を採用した自転車２０１を図６に示す。自転車２０１は、主として、フレーム２０２と、ハンドル２０４と、表示装置２２４と、前輪２０６と、後輪２０７と、チェーン２１０と、クランク２１６と、外装変速機２２０と、リアキャリア２３０と、充電池２３４と、アシストモータユニット２４０と、自転車用制御装置を構成する制御部２１７と、図示しないフロントブレーキ装置及びリアブレーキ装置と、を備えている。

フレーム２０２、クランク２１６、ハンドル２０４、リアキャリア２３０、アシストモータユニット２４０、踏力センサ１９５、および表示装置２２４は、基本的に第１実施形態と同様な構成であるので第１実施形態に対して１００を加算した符号を図６および図７に付してその説明を省略する。ただし、フロントフォーク２１２は、サスペンション機能を有する。車速センサ２４３は、変速制御ではなく、アシスト出力制御に用いられる。

＜外装変速機＞
外装変速機２２０は、ハンドル１０４に装着される、図７に示すフロント変速操作部１９０ｆおよびリア変速操作部１９０ｒに変速ケーブルにより連結されるケーブル駆動式の変速機である。したがって、制御部２１７の機能としての変速制御部は設けられない。

フロント変速操作部１９０ｆおよびリア変速操作部１９０ｒには、図７に示すように、変速状態を検出するフロント変速位置センサ１９８ｆおよびリア変速位置センサ１９８ｒが設けられる。フロント変速位置センサ１９８ｆおよびリア変速位置センサ１９８ｆは、変速状態検出部の一例である。フロント変速位置センサ１９８ｆおよびリア変速位置センサ１９８ｆは、たとえば、フロント変速操作部１９０ｆおよびリア変速操作部１９０ｒに通常設けられ、変速位置に対応して位置決めされるケーブル巻き取り体の回転位置を検出する。フロント変速位置センサ１９８ｆおよびリア変速位置センサ１９８ｆは、たとえば、ポテンショメータによって構成される。

フロント変速操作部１９０ｆは、たとえば、ハンドルバー２１５のリアブレーキレバー装着部分の内側にリアブレーキレバーと並べて配置される。リア変速操作部１９０ｒは、たとえば、ハンドルバー２１５のフロントブレーキレバー装着部分の内側にフロントブレーキレバーと並べて配置される。

外装変速機２２０は、図６に示すように、フロントディレーラ２２０ｆとリアディレーラ２２０ｒと、を有する。フロントディレーラ２２０ｆは、径が異なる複数（たとえば３個）のフロントスプロケット２２５ｆのいずれかにチェーン２１０を架け渡す。リアディレーラ２２０ｒは、径が異なる複数（たとえば１０個）のリアスプロケット２２５ｒのいずれかにチェーン２１０を架け渡す。

＜制御部＞
自転車用制御装置を構成する制御部２１７は、上述のように、リアキャリアユニット２３３の内部に配置されており、電気的に接続された電装品を制御する。制御部２１７は、第１実施形態と同様なハードウェア構成である。機能構成としては前述したように変速制御部を有さず、アシスト出力制御部２１９を有する。

制御部２１７には、各種センサからの情報および人の操作指示が入力される。具体的には、制御部２１７に、フロント変速位置センサ１９８ｆ、リア変速位置センサ１９８ｒ、車速センサ２４３、および踏力センサ１９５などが電気的に接続される。

制御部２１７のアシスト出力制御部２１９は、アシストモードのとき、第１実施形態と同様に乗り手の踏力の所定倍の補助力が発生するように、走行アシスト用モータ２４２を制御する。また、アシスト出力制御部２１９は、複数のアシストモードで走行アシスト用モータ２４２を制御する。さらに、アシスト出力制御部２１９は、アシストを行わないオフモードも有している。アシストモードの切換は、ハンドル２０４に設けられる図示しないスイッチによって行ってもよいし、表示装置２２４に設けられるスイッチによって行ってもよい。

次に、図８を参照して、上記のアシスト出力制御部２１９によるシフトダウン変速に伴う制御動作を説明する。ここでは、シフトダウンの際に、図８のフローチャートに従って、踏力に対する走行アシスト用モータ２４２の出力の比率を変更する制御が行われる。

図８のステップＳ１１において、シフトダウンの変速操作が行われかつシフトダウンが完了したか否かを判断する。この判断は、フロント変速操作部１９０ｆまたはリア変速操作部１９０ｒがシフトダウン操作されたか否かにより判断する。具体的には、フロント変速位置センサ１９８ｆまたはリア変速位置センサ１９８ｒが検出する変速位置が、シフトダウンの変速位置へと変化すると、アシスト出力制御部２１９はシフトダウン変速操作が完了したと判断する。シフトダウンの変速操作が行われシフトダウンが完了したと判断するとステップＳ１１からステップＳ１３に移行する。シフトダウン変速が完了していないと判断すると以下のステップを無視して出力制御処理を終了する。
ステップＳ１３では、いずれのアシストモードになっているかに関わらず、アシスト出力制御部２１９がモータドライバ２４１に信号を送って走行アシスト用モータ２４２による補助力を増加させる。具体的には、第１実施形態と同様に、たとえば、現在の比率よりも踏力に対する走行アシスト用モータ２４２の出力の比率を増加させる。ただし、増加される比率が各アシストモードの上限の比率（たとえば、低アシストモードでは、踏力の１倍、中アシストモードでは、踏力の１．５倍、高アシストモードでは、踏力の２倍）を超える場合は、上限の比率まで増加させる。次に、ステップＳ１４に移行し、自転車２０１の車速が所定速度を超過するのを待つ。この場合、所定の速度は、予め定める速度であってもよく、たとえば、変速直前の速度に基づいて定められてもよい。予め定める速度は、たとえば、５ｋｍ／ｈから１０ｋｍ／ｈの範囲に選ばれる。予め定める速度は、操作ユニット９０に予め定める速度を変更するための操作スイッチを備えておき、この操作スイッチによって変更できる構成としてもよい。所定の速度を、変速直前の速度に基づいて定める場合には、所定の速度を変速直前の速度のたとえば７０％から１００％の範囲内の所定の値、または変速直前の速度に予め定める乗数を乗算した値に設定する。所定の速度は、各変速段毎に個別に設定されてもよい。この場合には、各変速段で所定の速度が異なる設定することができ、変速機の特性に応じて適切な速度を設定することができる。

ステップＳ１３での判断は、たとえば、車速センサ２４３の検出結果に基づいて行われる。なお、車速センサがなくクランク回転速度センサがある場合は、クランク回転速度センサの検出結果とフロント変速位置センサ１９８ｆおよびリア変速位置センサ１９８ｒの検出結果により変速比を算出し、クランク回転速度センサから得られるクランク回転数に変速比を乗算して車速を求めることができる。また、第１実施形態のようにクランク回転速度センサの検出結果により所定クランク回転速度を超過したか否かにの判断を上記の判断に代えて行ってもよい。したがって、第２実施形態では、車速センサ２４３が所定条件検出部の一例である。

車速が所定速度を超えたと判断すると、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、ステップＳ1３で増加された走行アシスト用モータ１４２の出量増加状態を解除する。具体的には、増加させた踏力に対する走行アシスト用モータ２４２の出力の比率を元の比率に戻す。これにより、踏力に対する走行アシスト用モータ２４２の出力の比率を減少させる。ステップＳ１５が完了するとシフトダウン変速に伴う出力制御処理を終了する。

なお、ステップＳ１１では、シフトダウン操作されたか否かの判断を行わずにシフトダウン変速の完了をフロント変速位置センサ１９８ｆまたはリア変速位置センサ１９８ｒの検出結果により判断したが、シフトダウン操作がなされたか否かを別に判断してもよい。たとえば、フロント変速操作部およびリア変速操作部に通常設けられるケーブル巻き取り体の回転方向が巻き取り方向か解除方向かをポテンショメータの出力信号の変化を検出し、センサが巻き取り方向または解除方向を検出したとき、シフトダウン操作されたことを判断してもよい。

ここでは、手動の変速機であっても、前述の第１実施形態と同様に、シフトダウンの際に踏力に対する走行用アシスト用モータ１４２の出力の比率を増加させて、ライダーの踏力が小さくなっても、補助力の減少を抑制することができ、乗り心地を向上させることができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態に係る自転車用制御装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（ａ）第１実施形態では、内装変速機１２０の内装変速ハブ１２１を後輪１０７に装着した自転車１０１に本発明を適用している。これに代えて、クランク軸に付けた遊星歯車機構によって変速を行う変速機を持つ自転車に本発明を適用してもよい。

（ｂ）上記実施形態では、所定クランク回転数の超過または所定車速の超過により、踏力に対する走行アシスト用モータの出力の増加した比率を増加前の元の比率に戻したが、元の比率に戻すタイミングはこれらに限定されない。たとえば、図９に示すように、ステップＳ２４において、踏力に対する走行アシスト用モータの出力の比率を増加してから所定時間を経過すると、元の比率に戻すようにしてもよい。所定時間の経過は、制御部１１７に含まれるタイマ１２６により計測できる。このため、所定時間により判断すれば、タイマ１２６が所定条件検出部の一例となる。したがって、制御部１１７とは別に、踏力に対する走行アシスト用モータの出力の比率を戻すための所定条件検出部を設けることなく、踏力に対する走行アシスト用モータの出力の比率を元に戻すことができる。なお、図９では、ステップＳ２４以外の動作は第１実施形態と同じ動作を行う。

（ｃ）上記実施形態では、アシストモータユニット１４０を前輪１０６に装着している。これに代えて、アシストモータユニットを後輪またはフレームに設けてもよい。アシストモータモータユニットをフレームに設ける場合には、たとえばダウンチューブおよびシートチューブのいずれかに取り付けることができ、アシストモータユニットは、クランク、フロントスプロケット、チェーン、リアホイールのいずれかを駆動する。

（ｄ）上記実施形態では、クランク軸に作用するトルクを検出する踏力センサ９５，１９５の検出結果に基づいて、アシスト出力制御部１１９，２１９が、走行アシスト用モータ１４２，２４２を制御しているが、この踏力センサ９５，１９５に代えて、ペダルの踏力を検出するセンサを設けてもよく、またチェーンのテンションを検出するセンサを設けてもよい。アシスト出力制御部１１９，２１９は、これらのセンサからの情報に基づいて、走行アシスト用モータ１４２，２４２を制御する。

（ｅ）上記実施形態では、内装変速機が電動駆動で、外装変速機がケーブル駆動であったが、内装変速機はケーブル駆動であってもよい。また、外装変速機は電動駆動であってもよい。電動駆動の場合は、シフトダウン操作の開始を判断してからシフトダウン変速の完了を判断し、踏力に対する走行アシスト用モータの出力の比率を増加させてもよい。またケーブル駆動の場合は、シフトダウン変速の完了だけを判断し、踏力に対する走行アシスト用モータの出力の比率を増加させてもよい。なお、電動駆動の場合も、シフトダウン操作の判断を省略してシフトダウン変速の完了だけを判断して、踏力に対する走行アシスト用モータの出力の比率を増加させてもよい。

（ｆ）前述の各実施の形態において、自転車の走行速度が所定速度以下の場合にのみ、図５、図８および図９に示す制御を行ってもよい。所定速度は、たとえば走行アシスト用モータの駆動を停止すべき速度に選ばれ、たとえば２４ｋｍ／ｈに選ばれる。

（ｇ）また前述の各実施の形態において、自転車の走行速度が第１の走行速度以下の場合と、走行速度が第１の走行速度を超えたときにおいて、図５のステップＳ３、図８に示すステップＳ１３、および図９に示すステップＳ３における踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率の増加率を変更してもよい。自転車の走行速度が第１の走行速度以下のときのほうが、第１の走行速度を越えたときよりも、前記踏力に対する走行アシスト用モータ１４２の出力の比率の増加率を大きくする。またこの場合においても、自転車の走行速度が第１の走行速度よりも高い第２の走行速度以下の場合にのみ、図５、図８および図９に示す制御を行ってもよい。

（ｇ）前述の実施の形態では、フロント変速操作部１９０ｆおよびリア変速操作部１９０ｒにそれぞれフロント変速位置センサ１９８ｆおよびリア変速位置センサ１９８ｒが設けられているが、フロント変速位置センサは、フロント変速機に設けられ、リア変速位置センサはリア変速機に設けられてもよい。この場合、ケーブル式の変速機であれば、フロント変速位置センサおよびリア変速位置センサは、たとえば変速機のリンク構造におけるリンク部材の角度を検出する。また電動駆動式の変速機であれば、フロント変速位置センサおよびリア変速位置センサは、変速機を駆動するためのモータまたはギアの回転角度を検出する。

９５，１９５ 踏力センサ
９８ 変速状態センサ
１１６ クランク
１１６ａ クランク軸
１１７ マイクロコンピュータ
１１９，２１９ アシスト出力制御部
１９８ｆ フロント変速位置センサ
１９８ｒ リア変速位置センサ
１２０ 内装変速機
２２０ 外装変速機
１４２，２４２ 走行アシスト用モータ

Claims (13)

1. 変速機と、車輪を駆動する走行補助用電動機と、を有する自転車を制御する自転車用制御装置であって、
   踏力を検出可能な踏力検出部と、
   前記踏力検出部によって検出された踏力に応じて前記走行補助用電動機を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記変速機のシフトダウンが完了したとき、踏力に対する前記走行補助用電動機の出力の比率を増加させた後、踏力に対する前記走行補助用電動機の出力の比率を減少させる、自転車用制御装置。
2. 変速機の状態を検出する変速状態検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記変速状態検出部の検出結果に基づいて、前記変速機のシフトダウンの完了を判断する、請求項１に記載の自転車用制御装置。
3. 前記変速機を変速操作するための変速操作部に設けられ、変速操作部の位置を検出する変速状態検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記変速状態検出部の検出結果に基づいて、前記変速機のシフトダウンの完了を判断する、請求項１に記載の自転車用制御装置。
4. 前記制御部は、踏力に対する前記走行補助用電動機の出力の比率を減少させるときに、前記比率を増加させる前の状態に戻す、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
5. 所定の条件を検出する所定条件検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記所定条件検出部が所定の条件を検出すると、踏力に対する前記走行補助用電動機の出力の比率を減少させる、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
6. 前記所定条件検出部は、前記クランクの回転速度が所定の回転速度になると、前記所定の条件を検出する、請求項５に記載の自転車用制御装置。
7. 前記所定条件検出部は、前記自転車のクランクの回転速度を検出するクランク回転速度検出部を備える、請求項６に記載の自転車用制御装置。
8. 前記所定条件検出部は、前記変速機のシフトダウンが完了してから所定時間経過すると、前記所定の条件を検出する、請求項５に記載の自転車用制御装置。
9. 前記所定条件検出部は、タイマを備える、請求項８に記載の自転車用制御装置。
10. 前記変速機は、内装変速機である、請求項１から９のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
11. 前記変速機は、外装変速機である、請求項１から９のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
12. 前記走行補助用電動機は、前記車輪の１つである前輪または後輪、もしくは自転車のフレームに設けられる、請求項１から１１のいずれか１項に記載の自転車用制御装置。
13. 変速機と、車輪を駆動する走行補助用電動機とを有する自転車を制御する自転車の制御方法であって、
    踏力を検出するステップと、
    前記変速機のシフトダウンが完了したとき、踏力に対する前記走行補助用電動機の出力の比率を増加させた後、踏力に対する前記走行補助用電動機の出力の比率を減少させるステップと、を有する、自転車の制御方法。

Images