JP5607225B1 - 自転車用制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】適切に走行補助を実行させる。
【解決手段】自転車用制御装置は、人力駆動力検出部と、速度検出部と、制御部とを備える。制御部は、速度検出部によって検出された走行速度に基づき人力駆動力基準値を設定し、人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力が人力駆動力基準値以上であると判定した場合、走行補助用電動機による走行補助を実行させる。また、制御部は、走行速度が予め設定された速度基準値未満であると判定した場合、人力駆動力基準値を第１人力駆動力基準値に設定し、走行速度が速度基準値以上であると判定した場合、人力駆動力基準値を第１人力駆動力基準値よりも小さい第２人力駆動力基準値に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自転車用制御装置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る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などの人力駆動力に応じて、走行補助のためのアシスト力を決定している。
特開２００１−１０５８１号公報
上述した電動アシスト自転車において、自転車用制御装置は、人力駆動力が予め設定された人力駆動力基準値以上となったときに、走行補助用電動機に走行補助を実行させる。しかしながら、この人力駆動力基準値を低めに設定すると、自転車の乗り始めに急発進してしまうという問題が生じる。これを防止するために、人力駆動力基準値を高めに設定すると、自転車を走行中に走行補助がなかなか開始されず、乗り心地がよくないという問題が生じる。
本発明の課題は、適切に走行補助を実行させる自転車用制御装置を提供することにある。
本発明のある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って、人力駆動力検出部と、速度検出部と、制御部とを備える。人力駆動力検出部は、人力駆動力を検出する。速度検出部は、自転車の走行速度を検出する。制御部は、速度検出部によって検出された走行速度に基づき人力駆動力基準値を設定し、人力駆動力検出部によって検出された人力駆動力が人力駆動力基準値以上であると判定した場合、走行補助用電動機による走行補助を実行させる。また、制御部は、走行速度が予め設定された速度基準値未満であると判定した場合、人力駆動力基準値を第１人力駆動力基準値に設定し、走行速度が速度基準値以上であると判定した場合、人力駆動力基準値を第１人力駆動力基準値よりも小さい第２人力駆動力基準値に設定する。
この構成によれば、走行速度が速度基準値未満であるとき、人力駆動力が第１人力駆動力基準値以上とならなければ、走行補助は実行されない。また、走行速度が速度基準値以上であるとき、第１駆動力基準値よりも小さい第２人力駆動力基準値以上となると、走行補助が実行される。このように、自転車の走行速度が速度基準値未満であるときは、より大きい人力駆動力基準値以上とならなければ走行補助が実行されないため、自転車の乗り始めに急発進してしまうことを防止することができる。また、自転車の走行速度が速度基準値以上であるときは、より小さい人力駆動力基準値以上で走行補助が実行されるため、なかなか走行補助が実行されないという問題を解消することができる。したがって、本発明に係る自転車用制御装置は、適切に走行補助を実行させることができる。
好ましくは、自転車用制御装置は、自転車のクランクの回転状態を検出する第１回転検出部をさらに備える。制御部は、人力駆動力が人力駆動力基準値以上であり、且つ、第１回転検出部によって検出された回転状態に基づきクランクが前進方向に回転していると判定した場合、走行補助を実行させる。この構成によれば、より適切な条件を満足したときに、走行補助が実行される。
好ましくは、第１回転検出部は、クランクの回転角度をさらに検出する。そして、制御部は、人力駆動力が人力駆動力基準値以上であり、クランクが前進方向に回転しており、且つ、第１回転検出部によって検出された回転角度に基づきクランクが予め設定された回転角度基準値以上回転していると判定した場合、走行補助用電動機による走行補助を実行させる。この構成によれば、より適切な条件を満足したときに、走行補助が実行される。
好ましくは、走行補助が実行されている場合において、制御部は、第１回転検出部によって検出された回転状態に基づき、クランクが前進方向とは逆方向に回転していると判定した場合、走行補助を停止させる。この構成によれば、走行補助が不要な場合に、迅速に走行補助を停止させることができる。
好ましくは、自転車用制御装置は、自転車のクランクの回転速度を検出する第２回転検出部をさらに備える。走行補助が実行されている場合において、制御部は、第２回転速度検出部によって検出された回転速度に基づき、回転速度が予め設定された回転速度基準値以下であると判定した場合、走行補助を停止させる。
人力駆動力検出部は、自転車のクランク軸に作用するトルクを人力駆動力として検出してもよいし、自転車のクランクアームに作用するトルクを人力駆動力として検出してもよい。
本発明によれば、適切に走行補助を実行させる自転車用制御装置を提供することができる。
自転車用制御装置を適用した自転車の側面図。 第１実施形態に係る自転車用制御装置のブロック図。 走行補助を実行させる際の第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ブロック図。 走行補助を実行させる際の第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。 走行補助を実行させる際の第２実施形態に係る自転車用制御装置の他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ブロック図。 変形例２に係る自転車用制御装置のブロック図。
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、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１１３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。充電池１１３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。
図２は、第１実施形態に係る自転車用制御装置１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、速度検出部３、及び制御部６を備えている。この自転車用制御装置１には、アシスト機構１１５が接続されている。
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６からの指令に基づき、走行補助用電動機１１６を制御する。
人力駆動力検出部２は、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。この人力駆動力検出部２によって検出されたトルクに関する情報が、制御部６に送られる。制御部６は、人力駆動力検出部２から取得した信号に基づき、アシスト機構１１５を制御する。例えば、制御部６は、クランク軸１１２ａに作用するトルクの所定倍のトルクを、走行補助用電動機１１６で補助的に発生させる。
速度検出部３は、自転車１０１の走行速度を検出する。詳細には、速度検出部３は、速度センサである。例えば、速度検出部３は、自転車１０１のフロントフォーク１０３上に取り付けられ、前輪１０６のスポークの１本に取り付けられた磁石３０を検出する磁気操作可能なセンサであるのが望ましい（図１参照）。この速度検出部３によって検出された自転車１０１の走行速度に関する情報は、制御部６に送られる。
制御部６は、人力駆動力検出部２によって検出された人力駆動力が人力駆動力基準値以上であると判定した場合、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる。詳細には、制御部６は、モータドライバ１１７を制御することによって、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる。
また、制御部６は、速度検出部３によって検出された走行速度に基づき、上述した人力駆動力基準値を変更する。具体的には、制御部６は、走行速度が予め設定された速度基準値未満であると判定した場合、人力駆動力基準値を第１人力駆動力基準値とする。一方、制御部６は、走行速度が速度基準値以上であると判定した場合、人力駆動力基準値を第２人力駆動力基準値とする。ここで、第１人力駆動力基準値は、第２人力駆動力基準値よりも大きい。なお、制御部６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。
すなわち、自転車１０１の走行速度が速度基準値未満である場合、制御部６は、人力駆動力が第１人力駆動力基準値以上となった場合に、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる。一方、自転車１０１の走行速度が速度基準値以上である場合、制御部６は人力駆動力が第２人力駆動力基準値以上となった場合に、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる。なお、特に限定されるものではないが、予め設定された速度基準値としては例えば５ｋｍ／ｈとすることができ、また、第１人力駆動力基準値としては例えば１０Ｎｍ、第２人力駆動力基準値としては例えば７Ｎｍとすることができる。
次に、走行補助を実行させる際の自転車用制御装置１の動作について、図３を参照しつつ説明する。図３は、走行補助を実行させる際の第１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。
図３に示すように、まず、制御部６は、速度検出部３より、自転車１０１の走行速度に関する情報を取得する（ステップＳ１）。
次に、制御部６は、ステップＳ１において取得した情報から、走行速度が予め設定された速度基準値未満であるか否か判定する（ステップＳ２）。制御部６は、走行速度が速度基準値未満であると判定すると（ステップＳ２のＹｅｓ）、後述するステップＳ３の処理に移行する。一方、制御部６は、走行速度が速度基準値以上であると判定すると（ステップＳ２のＮｏ）、後述するステップＳ７の処理に移行する。
走行速度が速度基準値未満である場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、制御部６は、第１人力駆動力基準値を設定する（ステップＳ３）。そして、制御部６は、人力駆動力検出部２より、人力駆動力に関する情報を取得する（ステップＳ４）。次に、制御部６は、取得した情報に基づき、人力駆動力が第１人力駆動力基準値以上であるか否か判定する（ステップＳ５）。
制御部６は、人力駆動力が第１人力駆動力基準値以上であると判定すると（ステップＳ５のＹｅｓ）、モータドライバ１１７を制御して、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる（ステップＳ６）。一方、制御部６は、人力駆動力が第１人力駆動力基準値未満であると判定すると（ステップＳ５のＮｏ）、上述したステップＳ１の処理に戻る。
一方、走行速度が速度基準値以上である場合（ステップＳ２のＮｏ）、制御部６は、第２人力駆動力基準値を設定する（ステップＳ７）。そして、制御部６は、人力駆動力検出部２より、人力駆動力に関する情報を取得する（ステップＳ８）。次に、制御部６は、取得した情報に基づき、人力駆動力が第２人力駆動力基準値以上であるか否か判定する（ステップＳ９）。
制御部６は、人力駆動力が第２人力駆動力基準値以上であると判定すると（ステップＳ９のＹｅｓ）、モータドライバ１１７を制御して、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる（ステップＳ６）。一方、制御部６は、人力駆動力が第２人力駆動力基準値未満であると判定すると（ステップＳ９のＮｏ）、上述したステップＳ１の処理に戻る。
なお、制御部６は、走行速度が予め設定された速度上限値以上となった場合、走行補助を停止させることができる。特に限定されるものではないが、速度上限値は、例えば２５ｋｍ／ｈとすることができる。
［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１１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１１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４は、第２実施形態に係る自転車用制御装置１１のブロック図である。図４に示すように、自転車用制御装置１１は、第１実施形態に係る自転車用制御装置１とは異なり、第１回転検出部４をさらに備えている。なお、第２実施形態に係る自転車用制御装置１１のその他の構成に関しては、第１実施形態に係る自転車用制御装置１の構成と同じであるため、詳細な説明を省略する。
第１回転検出部４は、自転車１０１のクランク１１２の回転状態を検出する。詳細には、第１回転検出部４は、回転角センサであり、例えばロータリーエンコーダなどを挙げることができる。具体的には、第１回転検出部４は、クランク１１２が前進方向に回転しているか、前進方向とは逆方向に回転しているか、をクランク１１２の回転状態として検出する。この第１回転検出部４によって検出されたクランク１１２の回転状態に関する情報は、制御部６に送られる。なお、第１回転検出部４は、クランク軸１１２ａの回転状態を検出してもよいし、クランクアーム１１２ｂの回転状態を検出してもよい。
また、第１回転検出部４は、自転車１０１のクランク１１２の回転角度をさらに検出する。この第１回転検出部４によって検出されたクランク１１２の回転角度に関する情報は、制御部６に送られる。なお、第１回転検出部４は、クランク軸１１２ａの回転角度を検出してもよいし、クランクアーム１１２ｂの回転角度を検出してもよい。
次に、走行補助を実行させる際の第２実施形態に係る自転車用制御装置１１の動作について図５を参照しつつ説明する。図５は、走行補助を実行させる際の第２実施形態に係る自転車用制御装置１１の動作を説明するためのフローチャートである。なお、図５におけるステップＳ１〜ステップＳ９までの処理は、上記実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
図５に示すように、制御部６は、人力駆動力が第１人力駆動力基準値以上であると判定した場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、又は人力駆動力が第２人力駆動力基準値以上であると判定した場合（ステップＳ９のＹｅｓ）、第１回転検出部４によって検出されたクランク１１２の回転状態に関する情報を取得する（ステップＳ１１）。
次に、制御部６は、取得した回転状態に関する情報に基づき、クランク１１２が前進方向に回転しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。
制御部６は、クランク１１２が前進方向に回転していると判定すると（ステップＳ１２のＹｅｓ）、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる（ステップＳ６）。一方、制御部６は、クランク１１２が前進方向と逆方向に回転していると判定すると（ステップＳ１２のＮｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。
制御部６は、例えば、走行速度が予め設定された速度上限値以上となった場合、又は、クランク１１２が前進方向と逆方向に回転した場合に、走行補助を停止させることができる。
なお、第２実施形態に係る自転車用制御装置１１は、次のようにして走行補助を実行させてもよい。図６は、走行補助を実行させる際の第２実施形態に係る自転車用制御装置１１の他の動作を説明するためのフローチャートである。なお、図６におけるステップＳ１〜ステップＳ９までの処理は、上記実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
図６に示すように、制御部６は、人力駆動力が第１人力駆動力基準値以上であると判定した場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、又は人力駆動力が第２人力駆動力基準値以上であると判定した場合（ステップＳ９のＹｅｓ）、第１回転検出部４によって検出されたクランク１１２の回転状態及び回転角度に関する情報を取得する（ステップＳ１３）。
次に、制御部６は、取得した回転状態及び回転角度に関する情報に基づき、クランク１１２が予め設定された回転角度基準値以上、前進方向に回転したか否かを判定する（ステップＳ１４）。なお、クランク１１２の回転角度とは、自転車１０１が停止していた状態のときのクランク１１２の角度を基準としている。また、特に限定されるものではないが、予め設定された回転角度基準値は、例えば６度とすることができる。
制御部６は、クランク１１２が回転角度基準値以上前進方向に回転したと判定すると（ステップＳ１４のＹｅｓ）、走行補助用電動機１１６による走行補助を実行させる（ステップＳ６）。一方、制御部６は、クランク１１２が回転してから所定時間経過してもクランク１１２の回転角度が回転角度基準値未満であると判定すると（又は、自転車１０１の走行速度が０ｋｍ／ｈになったときにクランク１１２の回転角度が回転角度基準値未満であると判定すると）、（ステップＳ１４のＮｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。
［変形例］
以上、本発明の各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１実施形態に係る自転車用制御装置１は、図７に示すように、第２回転検出部５をさらに備えていてもよい。なお、変形例１に係る自転車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。
第２回転検出部５は、自転車１０１のクランク１１２の回転速度を検出する。詳細には、第２回転検出部５は、ケイデンスセンサであり、クランク１１２のケイデンスを検出する。この第２回転検出部５によって検出されたケイデンスに関する情報は、制御部６に送られる。
この構成によれば、制御部６は、例えば、走行速度が予め設定された速度上限値以上となった場合、又は、クランク１１２の回転速度が予め設定された回転速度基準値以下になった場合に、走行補助を停止させることができる。なお、予め設定された回転速度基準値とは、特に限定されるものではないが、例えば１０ｒｐｍである。
変形例２
上記第２実施形態に係る自転車用制御装置１１において、図８に示すように、第２回転検出部５をさらに備えていてもよい。なお、変形例２に係る自転車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回転検出部５は、上記変形例１において説明したものと同じであるため、その説明を省略する。
この構成によれば、制御部６は、例えば、走行速度が予め設定された速度上限値以上となった場合、クランク１１２が前進方向と逆方向に回転した場合、又はクランク１１２の回転速度が予め設定された回転速度基準値以下になった場合に、走行補助を停止させることができる。なお、予め設定された回転速度基準値とは、特に限定されるものではないが、例えば１０ｒｐｍである。
変形例３
速度検出部３は、上述したような速度センサに限定されない。例えば、速度検出部３は、変速比、タイヤ周長、およびケイデンスから自転車１０１の走行速度を算出してもよい。
変形例４
上記各実施形態において、人力駆動力検出部２は、クランク軸１１２ａに作用するトルクを人力駆動力として検出しているが、特にこれに限定されない。例えば、人力駆動力検出部２は、クランクアーム１１２ｂに作用するトルクを人力駆動力として検出してもよいし、チェーン１１０に作用する張力を人力駆動力として検出してもよい。
１ 自転車用制御装置
２ 人力駆動力検出部
３ 速度検出部
４ 第１回転検出部
５ 第２回転検出部
６ 制御部
１０１ 自転車
１１２ クランク
１１２ａ クランク軸
１１２ｂ クランクアーム

Claims (7)

  1. 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、
    前記自転車の走行速度を検出する速度検出部と、
    前記速度検出部によって検出された前記走行速度に基づき人力駆動力基準値を設定し、前記人力駆動力検出部によって検出された前記人力駆動力が前記人力駆動力基準値以上であると判定した場合、前記走行補助用電動機による走行補助を実行させる制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記走行速度が予め設定された速度基準値未満であると判定した場合、前記人力駆動力基準値を第１人力駆動力基準値に設定し、前記走行速度が前記速度基準値以上であると判定した場合、前記人力駆動力基準値を前記第１人力駆動力基準値よりも小さい第２人力駆動力基準値に設定する、
    自転車用制御装置。
  2. 前記自転車のクランクの回転状態を検出する第１回転検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記人力駆動力が前記人力駆動力基準値以上であり、且つ、前記第１回転検出部によって検出された前記回転状態に基づき前記クランクが前進方向に回転していると判定した場合、前記走行補助を実行させる、
    請求項１に記載の自転車用制御装置。
  3. 前記第１回転検出部は、前記クランクの回転角度をさらに検出し、
    前記制御部は、前記人力駆動力が前記人力駆動力基準値以上であり、前記クランクが前進方向に回転しており、且つ、前記第１回転検出部によって検出された前記回転角度に基づき前記クランクが予め設定された回転角度基準値以上回転していると判定した場合、前記走行補助を実行させる、
    請求項２に記載の自転車用制御装置。
  4. 前記走行補助が実行されている場合において、前記制御部は、前記回転状態に基づき、前記クランクが前進方向とは逆方向に回転していると判定した場合、前記走行補助を停止させる、請求項２又は３に記載の自転車用制御装置。
  5. 前記自転車のクランクの回転速度を検出する第２回転検出部をさらに備え、
    前記走行補助が実行されている場合において、前記制御部は、前記第２回転速度検出部によって検出された前記回転速度に基づき、前記回転速度が予め設定された回転速度基準値以下であると判定した場合、前記走行補助を停止させる、
    請求項１から４のいずれかに記載の自転車用制御装置。
  6. 前記人力駆動力検出部は、前記自転車のクランク軸に作用するトルクを人力駆動力として検出する、請求項１から５のいずれかに記載の自転車用制御装置。
  7. 前記人力駆動力検出部は、前記自転車のクランクアームに作用するトルクを人力駆動力として検出する、請求項１から５のいずれかに記載の自転車用制御装置。
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