JP5575968B1 - 自転車用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行補助用電動機を有する自転車の乗り心地を向上させる。
【解決手段】自転車用制御装置１は、人力駆動力検出部２と、回転状態検出部３と、制御部４とを備えている。制御部４は、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力、及び回転状態検出部３によって検出された回転状態に応じて、走行補助用電動機１１６に出力させる走行補助力を制御する。制御部４は、人力駆動力が低下するとき、人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように走行補助力を制御する。制御部４は、回転状態に応じて走行補助力の低下の遅れを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自転車用制御システムに関するものである。

人力駆動力に加え、走行補助用電動機によって走行補助を行う電動アシスト自転車が近年普及してきている（例えば特許文献１）。この電動アシスト自転車は、自転車用制御装置を有しており、この自転車用制御装置は、クランク軸に作用するトルク又はチェーンの張力などの人力駆動力に応じて、走行補助のための走行補助力を決定している。

特開２００１−１０５８１号公報

走行補助力は人力駆動力に応じて発生するため、ペダルが上死点又は下死点にあるとき、すなわち人力駆動力が自転車に作用していないときには、走行補助力が発生しない。このため、自転車の運転者が走行補助力の不足を感じたり、走行補助力が周期的に途切れたりし、乗り心地が良くないという問題がある。

本発明の課題は、走行補助用電動機を有する自転車の乗り心地を向上させることにある。

本発明の第１側面に係る自転車用制御装置は、クランク及び走行補助用電動機を有する自転車を制御する自転車用制御装置である。この自転車用制御装置は、人力駆動力検出部と、回転状態検出部と、制御部とを備えている。人力駆動力検出部は、人力駆動力を検出する。回転状態検出部は、クランクの回転状態を検出する。制御部は、人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力に応じて、走行補助用電動機に出力させる走行補助力を制御する。制御部は、人力駆動力が低下するとき、人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように走行補助力を制御する。制御部は、回転状態検出部によって検出されたクランクの回転状態に応じて走行補助力の低下の遅れを制御する。

この構成によれば、制御部が走行補助力を制御することによって、人力駆動力が低下するときに、人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下を遅らせる。このため、人力駆動力が自転車に作用していないときであっても走行補助力が発生し、走行補助力が周期的に途切れることが防止させる。この結果、本発明は、自転車の乗り心地を向上させることができる。

また、制御部は、人力駆動力の低下に対する走行補助力の低下の遅れを回転状態に応じて制御する。このため、制御部は、走行補助力の低下の遅れを小さくしたり大きくしたりすることによって、より適切に走行補助力を制御することができる。

好ましくは、回転状態検出部は、クランクの回転速度を回転状態として検出する。

好ましくは、回転状態検出部は、回転周期を回転状態として検出する。

好ましくは、制御部は、回転速度が高いほど、人力駆動力の低下に対する走行補助力の低下の遅れが小さくなるように走行補助力を制御する。

好ましくは、制御部は、回転周期が短いほど、人力駆動力の低下に対する走行補助力の低下の遅れが小さくなるように走行補助力を制御する。

好ましくは、制御部は、人力駆動力が低下するときに、人力駆動力に応じて設定される基本走行補助力以上の走行補助力を走行補助用電動機に出力させる。

好ましくは、制御部は、回転速度が高いまたは回転周期が短いほど、走行補助力が基本走行補助力に近付くように制御する。

好ましくは、制御部は、回転状態に応じて基本走行補助力を補正して走行補助力とする。

好ましくは、制御部は、回転状態に対応する補正情報に基づいて、基本走行補助力を補正する。

好ましくは、制御部は、回転状態に対応する時定数を有するフィルタを用いて基本走行補助力を補正する。

好ましくは、時定数は、回転速度が高いほど、小さくなる。

好ましくは、時定数は、回転周期が短いほど、小さくなる。

好ましくは、制御部は、人力駆動力を回転状態に応じて補正する。そして、制御部は、補正後の人力駆動力に対応する走行補助力を走行補助用電動機に出力させる。

好ましくは、制御部は、回転状態に対応する補正情報に基づいて、人力駆動力を補正する。

好ましくは、制御部は、回転状態に対応する時定数を有するフィルタを用いて人力駆動力を補正する。

好ましくは、自転車用制御装置は、自転車の変速状態を検出する変速状態検出部をさらに備える。制御部は、変速状態に応じて、走行補助力を制御する。

好ましくは、変速状態検出部は、自転車のギア段数またはギア比を変速状態として検出する。

好ましくは、制御部は、ギア比が大きいほど、走行補助力の低下の遅れが小さくなるように走行補助力を制御する。

好ましくは、制御部は、人力駆動力の波高値に応じて、走行補助力を制御する。

好ましくは、制御部は、波高値が大きいほど、走行補助力の低下の遅れが小さくなるように走行補助力を制御する。

本発明の第２側面に係る自転車用制御装置は、走行補助用電動機を有する自転車を制御する自転車用制御装置である。この自転車用制御装置は、人力駆動力検出部と、変速状態検出部と、制御部とを備えている。人力駆動力検出部は、人力駆動力を検出する。変速状態検出部は、自転車の変速状態を検出する。制御部は、人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力に応じて、走行補助用電動機に出力させる走行補助力を制御する。制御部は、人力駆動力が低下するとき、人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように走行補助力を制御する。そして、制御部は、変速状態検出部によって検出された変速状態変速状態に応じて、走行補助力の低下の遅れを制御する。

本発明の第３側面に係る自転車用制御装置は、走行補助用電動機を有する自転車を制御する自転車用制御装置である。この自転車用制御装置は、人力駆動力検出部と、制御部とを備えている。人力駆動力検出部は、人力駆動力を検出する。制御部は、人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力に応じて、走行補助用電動機に出力させる走行補助力を制御する。制御部は、人力駆動力が低下するとき、人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように走行補助力を制御する。そして、制御部は、人力駆動力の波高値に応じて走行補助力の低下の遅れを制御する。

本発明によれば、走行補助用電動機を有する自転車の乗り心地を向上させることができる。

自転車の側面図。 自転車用制御装置の構成を示すブロック図。 基本走行補助力の時間変化を示すグラフ。 走行補助力の時間変化を示すグラフ。 時定数とケイデンスとの関係を示すグラフ。 第１実施形態に係る自転車用制御装置の動作を説明するためのフローチャート。 第２実施形態に係る自転車用制御装置の動作を説明するためのフローチャート。 第３実施形態に係る自転車用制御装置の構成を示すブロック図。 第３実施形態に係る自転車用制御装置の動作を説明するためのフローチャート。 第４実施形態に係る自転車用制御装置の構成を示すブロック図。 第４実施形態に係る自転車用制御装置の動作を説明するためのフローチャート。 第５実施形態に係る自転車用制御装置の構成を示すブロック図。 第５実施形態に係る自転車用制御装置の動作を説明するためのフローチャート。 変形例１に係る自転車用制御装置の構成を示すブロック図。 変形例２に係る自転車用制御装置１の動作を説明するためのフローチャート。

以下、本発明に係る自転車用制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る自転車用制御装置１を適用した自転車１０１の側面図である。図１に示すように、第１実施形態に係る自転車用制御装置１を適用した自転車１０１は、フレーム１０２と、ハンドル１０４と、駆動部１０５と、前輪１０６と、後輪１０７とを備えている。

駆動部１０５は、チェーン１１０と、ペダル１１１が装着されたクランク１１２と、アシスト機構１１５と、アシスト機構１１５の電源としての着脱可能な充電池１１７とを有しており、それぞれがフレーム１０２に支持されている。

クランク１１２は、クランク軸１１２ａと、一対のクランクアーム１１２ｂとを含む。各クランクアーム１１２ｂは、クランク軸１１２ａの両端部に設けられる。駆動部１０５は、図示しないフロントスプロケットをさらに備える。フロントスプロケットはクランク１１２に直接または間接的に接続される。チェーン１１０は、フロントスプロケットと後輪１０７に装着されるリアスプロケットとの間に巻き掛けられて駆動力を伝達する。充電池１１７は、例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り、フレーム１０２に着脱可能に搭載される。充電池１１７は、リアキャリアに搭載されてもよい。

図２は、自転車用制御装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、自転車用制御装置１は、人力駆動力検出部２と、回転状態検出部３と、制御部４とを備えている。この自転車用制御装置１には、操作部１１８及びアシスト機構１１５が接続されている。

操作部１１８は、自転車１０１に設けられており、例えばハンドル１０４に装着されている。この操作部１１８が操作されることによって、アシスト機構１１５におけるアシスト条件が選択される。操作部１１８は、例えば操作スイッチを含む。例えば、操作部１１８を操作することによって、第１アシスト条件、第２アシスト条件、及び第３アシスト条件のうち、いずれかのアシスト条件を選択することができる。アシスト条件を変更することによって、人力駆動力に対する走行補助力の割合を変更することができる。なお、各アシスト条件の詳細については後述する。

アシスト機構１１５は、走行補助用電動機１１６と、モータドライバ１１７とを含む。走行補助用電動機１１６は、モータドライバ１１７によって制御される。また、モータドライバ１１７は、制御部４からの指令に基づき、走行補助用電動機１１６を制御する。走行補助用電動機１１６は、クランクアーム１１２ｂとフロントスプロケットとの間に設けられるクランク軸１１２ａを含む動力伝達経路に連結される。アシスト機構１１５は、減速機を備え、走行補助用電動機１１６の出力を、減速機を介して前記動力伝達経路に伝達する構成としてもよい。本実施の形態では、自転車用制御装置１とアシスト機構１１５とを含んで駆動ユニットが構成される。駆動ユニットは、フレーム１０２に着脱可能に設けられる。

人力駆動力検出部２は、人力駆動力を検出する。すなわち、人力駆動力検出部２は、自転車１０１に作用する人力駆動力を検出する。詳細には、人力駆動力検出部２は、人力駆動力に応じた信号を出力する。例えば、人力駆動力検出部２はトルクセンサであって、クランク１１２のクランク軸１１２ａ、またはクランクアーム１１２ｂとフロントスプロケットとの間に設けられるクランク軸１１２ａを含む動力伝達経路に作用するトルクに応じた信号（例えば電圧）を出力する。トルクセンサは、例えば磁歪式センサであってもよいし、歪ゲージであってもよい。人力駆動力検出部２は、検出された人力駆動力に関する情報を制御部４に出力する。

回転状態検出部３は、クランク１１２の回転状態を検出する。詳細には、回転状態検出部３は、クランク１１２の回転速度を回転状態として検出する。例えば、回転状態検出部３は、ケイデンスセンサであって、クランク１１２のケイデンスを回転速度として検出する。回転状態検出部３は、フレーム１０２に取り付けられ、クランクアーム１１２ｂに取り付けられた磁石を検出する。なお、回転状態検出部３は、アシスト機構１１５に取り付けられ、クランク軸１１２ａまたはクランク軸１１２ａを含む動力伝達機構に取り付けられた磁石を検出するように構成されてもよい。回転状態検出部３は、検出された回転状態に関する情報を制御部４に出力する。なお、回転状態検出部３は、クランク１１２の回転周期を回転状態として検出してもよい。

制御部４は、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力、及び回転状態検出部３によって検出されたクランク１１２の回転状態に応じて、走行補助用電動機１１６に出力させる走行補助力を制御する。制御部４は、人力駆動力が低下するとき、この人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように、走行補助力を制御する。

詳細には、制御部４は、基本的には、人力駆動力に応じて設定される基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる。そして、制御部４は、人力駆動力が低下するときに、基本走行補助力を補正して、補正後の基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる。この補正後の基本走行補助力は、補正前の基本走行補助力以上となる。制御部４は、この補正処理によって、人力駆動力の低下に対して、走行補助力の低下を遅らせる。ここで、人力駆動力に応じて設定される基本走行補助力、及び基本走行補助力の時間変化について説明する。

例えば、操作部１１８によって第１アシスト条件が選択されている場合、制御部４は、人力駆動力のＸ倍の補助力を基本走行補助力として設定する。第１アシスト条件では、人力駆動力によって動力伝達経路に作用するトルクのＸ倍のトルクが、アシスト機構１１５から動力伝達経路に与えられるように、制御部４はアシスト機構１１５を制御する。

また、例えば、操作部１１８によって第２アシスト条件が選択されている場合、制御部４は、人力駆動力のＹ倍の補助力を基本走行補助力として設定する。第２アシスト条件では、人力駆動力によって動力伝達経路に作用するトルクのＹ倍のトルクが、アシスト機構１１５から動力伝達経路に与えられるように、制御部４はアシスト機構１１５を制御する。

また、例えば、操作部１１８によって第３アシスト条件が選択されている場合、制御部４は、人力駆動力のＺ倍の補助力を基本走行補助力として設定する。第３アシスト条件では、人力駆動力によって動力伝達経路に作用するトルクのＺ倍のトルクが、アシスト機構１１５から動力伝達経路に与えられるように、制御部４はアシスト機構１１５を制御する。Ｘ，Ｙ，Ｚは、Ｘ＞Ｙ＞Ｚとなる数字に選ばれる。例えば、Ｘ＝２、Ｙ＝１．５、Ｚ＝１に選ばれる。なお、アシスト機構１１５によるアシストを行わないオフモードも、操作部１１８によって選択することができる。

図３は、基本走行補助力の時間変化を示すグラフである。人力駆動力は、ペダル１１１が上死点又は下死点に位置するときに最小となり、ペダル１１１が上死点又は下死点から９０度回転した位置に位置するときに最大となる。そして、基本走行補助力は人力駆動力の所定倍に設定されるため、基本走行補助力の時間変化は図３に示すような波形となる。

制御部４は、上述した基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる一方で、人力駆動力が低下するとき、基本走行補助力を補正して、その補正後の基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる。

具体的には、制御部４は、人力駆動力検出部２が出力する信号を離散信号に変換する。すなわち、制御部４は、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力に関する情報を、所定時間間隔で取得する。そして、制御部４は、その離散信号に基づき、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力が一つ前の時刻において検出された人力行動力よりも小さいと判断すると、人力駆動力が低下したと判断する。

図４は、走行補助力の時間変化を示すグラフである。なお、図４において実線で示した波形が走行補助力の時間変化を示し、破線で示した波形は基本走行補助力の時間変化を示す。図４に示すように、制御部４は、時刻ｔ１の次の時刻ｔ２において、人力駆動力が低下したと判断する。なお、時刻ｔ１は、基本走行補助力が最大値を示す時刻である。

制御部４は、人力駆動力が低下したと判断すると、人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下を遅らせる。具体的には、制御部４は、一次ローパスフィルタを用いて基本走行補助力を補正して走行補助力とする。このように制御部４が一次ローパスフィルタを用いて基本走行補助力を補正することによって、走行補助力の低下は人力駆動力の低下に対して遅れる。

また、制御部４は、基本走行補助力の補正処理を開始した後、補正後の基本走行補助力（走行補助力）が補正前の基本走行補助力よりも大きい間において、基本走行補助力の補正処理を続ける。すなわち、図４の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、制御部４は、基本走行補助力の補正処理を続ける。そして、制御部４は、時刻ｔ３において補正前の基本走行補助力が、補正後の基本走行補助力（走行補助力）以上となると、基本走行補助力の補正処理を停止して、補正前の基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる。

また、制御部４は、クランク１１２の回転状態に応じて、上述した走行補助力の低下の遅れを制御する。詳細には、上記補正処理に用いられる一次ローパスフィルタの時定数に関して、制御部４は、クランク１１２の回転状態に対応した時定数を設定する。

具体的には、制御部４は、クランク１１２のケイデンスが高いほど、又はクランク１１２の回転周期が短いほど、小さい時定数に設定する。また、制御部４は、クランク１１２のケイデンスが低いほど、又はクランク１１２の回転周期が長いほど、大きい時定数に設定する。この結果、ケイデンスが高いほど、又は回転周期が短いほど、上述した走行補助力の低下の遅れが小さくなる。すなわち、ケイデンスが高いほど、又は回転周期が短いほど、走行補助力が基本走行補助力に近付く。

例えば、制御部４は、図５に示すような時定数マップを記憶しており、この時定数マップに基づいて、時定数を設定する。なお、時定数マップは、時定数とケイデンスとを対応付けた情報を含んでおり、ケイデンスが高くなるにつれて時定数が小さくなる。また、ケイデンスが所定値ｃ以上の場合、時定数は０となるように対応付けられている。すなわち、制御部４は、ケイデンスが所定値ｃ以上の場合、基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる。なお、制御部４は、このような時定数マップを用いるのではなく、予め設定された計算式によって、ケイデンスに応じた時定数を算出してもよい。

時定数マップにおいて、時定数とケイデンスとの関係は、図５にＬ１で示すように一次関数のような関係となっていてもよいし、図５にＬ２、Ｌ３で示すようにｎ次関数のような関係となっていてもよい。また、図５にＬ４で示すように、ケイデンスが所定値ｃの時に時定数が０ではなく、所定の数値となっていてもよい。時定数マップは、図５にＬ１〜Ｌ４で示すようにケイデンスの変化に応じて時定数が連続的に変化するようになっていてもよいし、図５にＬ５で示すようにケイデンスの変化に応じて時定数が階段状に不連続に変化するようになっていてもよい。このような時定数マップは実験によって決定される。さらに複数の時定数マップを制御部４が備え、操作部１１８によって複数の時定数マップを設定可能に構成してもよい。

なお、制御部４は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、ＣＰＵ（Central processing unit），ＲＡＭ(random access memory)，ＲＯＭ(read only memory)，Ｉ／Ｏインターフェイスなどを含む。

次に、上述した自転車用制御装置１の動作について、図６を参照しつつ説明する。図６は、自転車用制御装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

図６に示すように、制御部４は、まず、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力に関する情報を取得する（ステップＳ１）。具体的には、制御部４は、人力駆動力検出部２によって検出されたトルクに関する情報を取得する。

次に、制御部４は、人力駆動力が低下しているか否か判断する（ステップＳ２）。具体的には、制御部４は、取得された人力駆動力が一つ前の時刻において取得された人力駆動力よりも小さいか否か判断する。

制御部４は、人力駆動力が低下していないと判断すると（ステップＳ２のＮｏ）、基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる（ステップＳ３）。具体的には、制御部４は、取得された人力駆動力が１つ前の時刻において取得された人力駆動力以上であると判断すると、基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる。すなわち、制御部４は、人力駆動力に応じた基本走行補助力を算出し、その算出した基本走行補助力を補正することなく走行補助用電動機１１６に出力させる。

一方、制御部４は、人力駆動力が低下していると判断すると（ステップＳ２のＹｅｓ）、人力駆動力に応じた基本走行補助力を算出する（ステップＳ４）。具体的には、制御部４は、取得された人力駆動力が一つ前の時刻において取得された人力駆動力よりも小さいと判断すると、人力駆動力に応じた基本走行補助力を算出する。

次に、制御部４は、回転状態検出部３によって検出された回転状態に関する情報を取得する（ステップＳ５）。具体的には、制御部４は、回転状態検出部３によって検出されたケイデンス又は回転周期に関する情報を取得する。

次に、制御部４は、クランク１１２のケイデンス又は回転周期に応じて、基本走行補助力を補正する（ステップＳ６）。例えば、制御部４は、一次ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することによって、基本走行補助力を補正する。ここで、制御部４は、一次ローパスフィルタにおいて用いられる時定数を、ステップＳ５の処理において取得された回転状態に基づき決定する。なお、制御部４は、時定数マップを有しており、この時定数マップに基づき時定数を決定する。この時定数マップにおいて、ケイデンスが高いほど、又は回転周期が短いほど、時定数が小さくなるように設定されている。

次に、制御部４は、補正後の基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる（ステップＳ７）。

次に、制御部４は、上記ステップＳ１と同様に、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力に関する情報を取得する（ステップＳ８）。

制御部４は、ステップＳ８の処理において取得した人力駆動力に関する情報に基づき、人力駆動力に応じた基本走行補助力を算出する（ステップＳ９）。そして、制御部４は、上記ステップＳ６の処理と同様の方法で、ステップＳ９の処理において算出された基本走行補助力を補正する（ステップＳ１０）。

制御部４は、補正後の基本走行補助力が補正前の基本走行補助力より大きいか否か判断する（ステップＳ１１）。制御部４は、補正後の基本走行補助力が補正前の基本走行補助力以下であると判断すると（ステップＳ１１のＮｏ）、ステップＳ３の処理に移行し、走行補助用電動機１１６に基本走行補助力を出力させる。

一方、制御部４は、補正後の基本走行補助力が補正前の基本走行補助力より大きいと判断すると（ステップＳ１１のＹｅｓ）、補正後の基本走行補助力を走行補助力として補助用電動機１１６に出力させる（ステップＳ１２）。その後、制御部４は、ステップＳ８の処理に移行する。

［第２実施形態］
次に第２実施形態に係る自転車用制御装置１について説明する。なお、第２実施形態に係る自転車用制御装置１が適用される自転車１０１は、上述した第１実施形態において説明した自転車１０１と同じであるため、その説明を省略する。また、第２実施形態に係る自転車用制御装置１は、走行補助力の導き方が第１実施形態に係る自転車用制御装置１と異なるだけであって、構成は第１実施形態に係る自転車用制御装置１と同じであるため、その説明を省略する。

図７は、第２実施形態に係る自転車用制御装置１の動作を説明するためのフローチャートである。なお、図７において、ステップＳ１〜Ｓ５、Ｓ７〜Ｓ９、Ｓ１１，及びＳ１２の処理は、上記第１実施形態において説明した処理と同じであるため、その詳細な説明を省略する。

制御部４は、ステップＳ５の処理の後、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力の波高値に関する情報を取得する（ステップＳ２１）。

次に、制御部４は、クランク１１２の回転状態と、人力駆動力の波高値とに応じて、基本走行補助力を補正する（ステップＳ２２）。詳細には、制御部４は、クランク１１２のケイデンス又は回転周期と、クランク軸１１２ａに作用するトルクの波高値とに応じて、基本走行補助力を補正する。

例えば、制御部４は、一次ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することによって、基本走行補助力を補正する。ここで、制御部４は、一次ローパスフィルタにおいて用いられる時定数を、クランク１１２のケイデンス又は回転周期と、クランク軸１１２ａに作用するトルクの波高値とに基づき決定する。制御部４は、ケイデンスが高くなるほど、又は、回転周期が短くなるほど、時定数が小さくなるように、時定数を決定する。また、制御部４は、波高値が大きいほど、時定数が小さくなるように、時定数を決定する。

例えば、制御部４は、第１時定数マップと、第２時定数マップとを有する。第１時定数マップは、クランク１１２のケイデンスと第１時定数とを関連付けた情報を含む。第２時定数マップは、クランク軸１１２ａに作用するトルクの波高値と第２時定数とを関連付けた情報を含む。

制御部４は、第１時定数マップを参照して、クランク１１２のケイデンスと対応する第１時定数を決定する。また、制御部４は、第２時定数マップを参照して、クランク１１２ａに作用するトルクの波高値と対応する第２時定数を決定する。そして、制御部４は、第１時定数と第２時定数とに基づいて、一次ローパスフィルタに用いる時定数を算出する。例えば、制御部４は、第１時定数と第２時定数とを乗算して、一次ローパスフィルタに用いる時定数を算出する。この場合、第１時定数マップにおいて、ケイデンスが高くなるほど第１時定数は小さくなり、第２時定数マップにおいて、波高値が大きくなるほど第２時定数は小さくなる。

制御部４は、ステップＳ２２の処理を実行した後、上記第１実施形態と同様にステップＳ７〜Ｓ９の処理を実行し、その後、上記ステップＳ２２の処理と同様の方法で、ステップＳ９の処理において算出された基本走行補助力を補正する（ステップＳ２３）。

［第３実施形態］
次に第３実施形態に係る自転車用制御装置１ａについて説明する。なお、第３実施形態に係る自転車用制御装置１ａが適用される自転車１０１は、上述した第１実施形態において説明した自転車１０１と同じであるため、その説明を省略する。

図８は、第３実施形態に係る自転車用制御装置１ａの構成を示すブロック図である。図８に示すように、第３実施形態に係る自転車用制御装置１ａは、人力駆動力検出部２、回転状態検出部３、制御部４、及び変速状態検出部５を備えている。人力駆動力検出部２、回転状態検出部３、及び制御部４は、基本的に上記第１実施形態において説明したものと同じであるため、詳細な説明を省略する。

変速状態検出部５は、自転車１０１の変速状態を検出する。詳細には、変速状態検出部５は、自転車１０１のギア段数又はギア比を、自転車１０１の変速状態として検出する。具体的には、変速状態検出部５は、自転車１０１の変速機の位置を検出するセンサである。

図９は、第３実施形態に係る自転車用制御装置１ａの動作を説明するためのフローチャートである。なお、図９において、ステップＳ１〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ９，Ｓ１１，及びＳ１２の処理は、上記第１実施形態において説明した処理と同じであるため、その詳細な説明を省略する。

制御部４は、ステップＳ５の処理の後、変速状態検出部５によって検出された自転車１０１の変速状態に関する情報を取得する（ステップＳ３１）。具体的には、制御部４は、ギア段数又はギア比に関する情報を取得する。

次に、制御部４は、クランク１１２のケイデンス又は回転周期と、ギア比とに応じて、基本走行補助力を補正する（ステップＳ３２）。例えば、制御部４は、一次ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することによって、基本走行補助力を補正する。ここで、制御部４は、一次ローパスフィルタにおいて用いられる時定数を、クランク１１２のケイデンス又は回転周期と、ギア比とに基づき決定する。制御部４は、ケイデンスが大きくなるほど、又は回転周期が短くなるほど、時定数が小さくなるように、時定数を決定する。また、制御部４は、ギア比が大きいほど、時定数が小さくなるように、時定数を決定する。

例えば、制御部４は、第１時定数マップと、第３時定数マップとを有する。第１時定数マップは、クランク１１２のケイデンスと第１時定数とを関連付けた情報を含む。第３時定数マップは、ギア比と第３時定数とを関連付けた情報を含む。

制御部４は、第１時定数マップを参照して、クランク１１２のケイデンスと対応する第１時定数を決定する。また、制御部４は、第３時定数マップを参照して、ギア比と対応する第３時定数を決定する。そして、制御部４は、第１時定数と第３時定数とに基づいて、一次ローパスフィルタに用いる時定数を算出する。例えば、制御部４は、第１時定数と第３時定数とを乗算して、一次ローパスフィルタに用いる時定数を算出する。この場合、第１時定数マップにおいて、ケイデンスが大きくなるほど第１時定数は小さくなり、第３時定数マップにおいて、ギア比が大きくなるほど第３時定数は小さくなる。

制御部４は、ステップＳ３２の処理を実行した後、上記第１実施形態と同様にステップＳ７〜Ｓ９の処理を実行し、その後、上記ステップＳ３２の処理と同様の方法で、ステップＳ９の処理において算出された基本走行補助力を補正する（ステップＳ３３）。

［第４実施形態］
次に第４実施形態に係る自転車用制御装置１ｂについて説明する。なお、第４実施形態に係る自転車用制御装置１ｂが適用される自転車１０１は、上述した第１実施形態において説明した自転車１０１と同じであるため、その説明を省略する。

図１０は、第４実施形態に係る自転車用制御装置１ｂの構成を示すブロック図である。図１０に示すように、第４実施形態に係る自転車用制御装置１ｂは、人力駆動力検出部２、制御部４、及び変速状態検出部５を備えている。人力駆動力検出部２、制御部４は、上記第１実施形態において説明したものと同じであるため、詳細な説明を省略する。また、変速状態検出部５は、上記第３実施形態において説明したものと同じであるため、詳細な説明を省略する。

図１１は、第４実施形態に係る自転車用制御装置１ｂの動作を説明するためのフローチャートである。なお、自転車用制御装置１ｂにおける動作は、クランク１１２の回転状態を検出しない点を除き、上記第３実施形態において説明した処理と同じであるため、上記第３実施形態において説明した処理についての詳細な説明を省略する。

すなわち、制御部４は、ステップＳ４の処理の後、ギア段数又はギア比に関する情報のみを取得する（ステップＳ３１）。次に制御部４は、ギア比に応じて、基本走行補助力を補正する（ステップＳ４２）。例えば、制御部４は、一次ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することによって、基本走行補助力を補正する。ここで、制御部４は、一次ローパスフィルタにおいて用いられる時定数を、ギア比に基づき決定する。制御部４は、ギア比が大きいほど、時定数が小さくなるように、時定数を決定する。

また、制御部４は、上記ステップＳ４２の処理と同様の方法で、ステップＳ９の処理において算出された基本走行補助力を補正する（ステップＳ４３）。

［第５実施形態］
次に第５実施形態に係る自転車用制御装置１ｃについて説明する。なお、第５実施形態に係る自転車用制御装置１ｃが適用される自転車１０１は、上述した第１実施形態において説明した自転車１０１と同じであるため、その説明を省略する。

図１２は、第５実施形態に係る自転車用制御装置１ｃの構成を示すブロック図である。図１２に示すように、第５実施形態に係る自転車用制御装置１ｃは、人力駆動力検出部２、及び制御部４を備えている。人力駆動力検出部２、制御部４は、上記第１実施形態において説明したものと同じであるため、詳細な説明を省略する。

図１３は、第５実施形態に係る自転車用制御装置１ｃの動作を説明するためのフローチャートである。なお、自転車用制御装置１ｃにおける動作は、ケイデンスを検出しない点を除き、上記第２実施形態において説明した処理と同じであるため、上記第２実施形態において説明した処理についての詳細な説明を省略する。

すなわち、制御部４は、ステップＳ４の処理の後、人力駆動力の波高値に関する情報のみを取得する（ステップＳ２１）。次に、制御部４は、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力の波高値に応じて、基本走行補助力を補正する（ステップＳ５２）。例えば、制御部４は、一次ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することによって、基本走行補助力を補正する。ここで、制御部４は、一次ローパスフィルタにおいて用いられる時定数を、人力駆動力の波高値に基づき決定する。制御部４は、波高値が大きいほど、時定数が小さくなるように、時定数を決定する。

また、制御部４は、上記ステップＳ５２の処理と同様の方法で、ステップＳ９の処理において算出された基本走行補助力を補正する（ステップＳ５３）。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
上記第３実施形態及び第４実施形態では、変速状態検出部５を設けており、この変速状態検出部５によって自転車１０１の変速状態を検出しているが、特にこれに限定されない。例えば、図１４に示すように、自転車用制御部１ｄは、変速状態検出部５の代わりに車速検出部６を備える。車速検出部６は、例えば、車速センサである。

制御部４は、この車速検出部６によって検出された車速と、回転状態検出部３によって検出された回転速度とに基づいて、ギア比を算出することができる。この場合、回転状態検出部３と、車速検出部６とが、変速状態検出部を構成する。

変形例２
上記各実施形態では、制御部４は、人力駆動力が低下したと判断すると、基本走行補助力を補正しているが、特にこれに限定されない。例えば、制御部４は、基本走行補助力を補正する代わりに、人力駆動力検出部２によって検出される人力駆動力を補正してもよい。すなわち、変形例２において、制御部４は、基本走行補助力を直接補正するのではなく、人力駆動力を補正することによって、基本走行補助力を間接的に補正する。

以下、上記第１実施形態に対してこの変形例２を適用した場合の自転車用制御装置１の動作について説明する。図１５は、変形例２に係る自転車用制御装置１の動作を説明するためのフローチャートである。なお、上記第１実施形態と同様の処理については、詳細を説明しない。

図１５に示すように、制御部４は、まず、ステップＳ１及びステップＳ２の処理を実行する。そして、制御部４は、人力駆動力が低下していないと判定すると（ステップＳ２のＮｏ）、ステップＳ３の処理を実行する。

一方、制御部４は、人力駆動力が低下していると判断すると（ステップＳ２のＹｅｓ）、ステップＳ５の処理を実行する。そして、制御部４は、クランク１１２のケイデンス又は回転周期に応じて、ステップＳ１の処理において取得された人力駆動力を補正する（ステップＳ６１）。例えば、制御部４は、一次ローパスフィルタを用いてフィルタ処理することによって、人力駆動力を補正する。ここで、制御部４は、一次ローパスフィルタにおいて用いられる時定数を、ステップＳ５の処理において取得された回転状態に基づき決定する。なお、制御部４は、時定数マップを有しており、この時定数マップに基づき時定数を決定する。この時定数マップにおいて、ケイデンスが高いほど、又は回転周期が短いほど、時定数が小さくなるように設定されている。

次に、制御部４は、補正後の人力駆動力に応じた走行補助力を算出し、この算出された走行補助力を走行補助用電動機１１６に出力させる（ステップＳ６２）。この結果、補正前の人力駆動力の低下に対して、走行補助力の低下が遅れる。

次に、制御部４は、ステップＳ８の処理を実行する。そして、制御部４は、上記ステップＳ６１の処理と同様に、ステップＳ８の処理において取得された人力駆動力を補正する（ステップＳ６３）。

次に、制御部４は、補正後の人力駆動力が補正前の人力駆動力よりも大きいか否か判断する（ステップＳ６４）。制御部４は、補正後の人力駆動力が補正前の人力駆動力以下であると判断すると（ステップＳ６４のＮｏ）、ステップＳ３の処理に移動し、走行補助用電動機１１６に基本走行補助力を出力させる。すなわち、制御部４は、補正前の人力駆動力に応じた基本走行補助力を算出する。そして、制御部４は、算出された基本走行補助力を走行補助力として走行補助用電動機１１６に出力させる。

一方、制御部４は、補正後の人力駆動力が補正前の人力駆動力よりも大きいと判断すると（ステップＳ６４のＹｅｓ）、補正後の人力駆動力に応じた走行補助力を算出し、この算出された走行補助力を走行補助用電動機１１６に出力させる（ステップＳ６５）。

なお、変形例２は、同様の考え方で、他の実施形態にも適用することができる。

上記の各実施形態およびその変形例では、消費電力を抑制すること走行補助用電動機を有する自転車の乗り心地を向上させることができるとともに、フィルタの時定数を固定する場合と比較して、バッテリの消費電力を抑制することができる。

１ 自転車用制御装置
２ 人力駆動力検出部
３ 回転状態検出部
４ 制御部
５ 変速状態検出部

Claims (20)

1. クランク及び走行補助用電動機を有する自転車を制御する自転車用制御装置であって、
   人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
   前記クランクの回転状態を検出する回転状態検出部と、
   前記人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力に応じて、前記走行補助用電動機に出力させる走行補助力を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記人力駆動力が低下するとき、前記人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように前記走行補助力を制御し、かつ前記回転状態検出部によって検出された前記クランクの回転状態に応じて前記走行補助力の低下の遅れを制御する、自転車用制御装置。
2. 前記回転状態検出部は、前記クランクの回転速度または回転周期を前記回転状態として検出する、請求項１に記載の自転車用制御装置。
3. 前記制御部は、前記回転速度が高いまたは前記回転周期が短いほど、前記人力駆動力の低下に対する走行補助力の低下の遅れが小さくなるように前記走行補助力を制御する、
   請求項２に記載の自転車用制御装置。
4. 前記制御部は、前記人力駆動力が低下するときに、前記人力駆動力に応じて設定される基本走行補助力以上の走行補助力を前記走行補助用電動機に出力させる、請求項１から３のいずれか１つに記載の自転車用制御装置。
5. 前記制御部は、前記回転速度が高いまたは前記回転周期が短いほど、前記走行補助力が前記基本走行補助力に近付くように制御する、請求項２に係る請求項４に記載の自転車用制御装置。
6. 前記制御部は、前記回転状態に応じて前記基本走行補助力を補正して前記走行補助力とする、請求項４又は５に記載の自転車用制御装置。
7. 前記制御部は、前記回転状態に対応する補正情報に基づいて、前記基本走行補助力を補正する、請求項６に記載の自転車用制御装置。
8. 前記制御部は、前記回転状態に対応する時定数を有するフィルタを用いて前記基本走行補助力を補正する、請求項６に記載の自転車用制御装置。
9. 前記時定数は、前記回転速度が高いまたは回転周期が短いほど、小さくなる、請求項７に記載の自転車用制御装置。
10. 前記制御部は、前記人力駆動力を前記回転状態に応じて補正し、前記補正後の人力駆動力に対応する前記走行補助力を前記走行補助用電動機に出力させる、請求項４または５に記載の自転車用制御装置。
11. 前記制御部は、前記回転状態に対応する補正情報に基づいて、前記人力駆動力を補正する、請求項１０に記載の自転車用制御装置。
12. 前記制御部は、前記回転状態に対応する時定数を有するフィルタを用いて前記人力駆動力を補正する、請求項１０に記載の自転車用制御装置。
13. 前記時定数は、前記回転速度が高いまたは回転周期が短いほど、小さくなる、請求項１２に記載の自転車用制御装置。
14. 前記自転車の変速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、前記変速状態に応じて、前記走行補助力を制御する、
    請求項１から１３のいずれかに記載の自転車用制御装置。
15. 前記変速状態検出部は、前記自転車のギア段数またはギア比を変速状態として検出する、
    請求項１４に記載の自転車用制御装置。
16. 前記制御部は、ギア比が大きいほど、前記走行補助力の低下の遅れが小さくなるように走行補助力を制御する、請求項１５に記載の自転車用制御装置。
17. 前記制御部は、前記人力駆動力の波高値に応じて、前記走行補助力を制御する、請求項１から１６のいずれかに記載の自転車用制御装置。
18. 前記制御部は、前記波高値が大きいほど、前記走行補助力の低下の遅れが小さくなるように前記走行補助力を制御する、請求項１７に記載の自転車用制御装置。
19. 走行補助用電動機を有する自転車を制御する自転車用制御装置であって、
    人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
    前記自転車の変速状態を検出する変速状態検出部と、
    前記人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力に応じて、前記走行補助用電動機に出力させる走行補助力を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記人力駆動力が低下するとき、前記人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように前記走行補助力を制御し、かつ前記変速状態検出部によって検出された変速状態に応じて走行補助力の低下の遅れを制御する、自転車用制御装置。
20. 走行補助用電動機を有する自転車を制御する自転車用制御装置であって、
    人力駆動力を検出する人力駆動力検出部と、
    前記人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力に応じて、前記走行補助用電動機に出力させる走行補助力を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記人力駆動力が低下するとき、前記人力駆動力の低下に対して走行補助力の低下が遅れるように前記走行補助力を制御し、かつ前記人力駆動力の波高値に応じて走行補助力の低下の遅れを制御する、自転車用制御装置。

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