JP5676392B2 - 自転車試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動補助自転車などの自転車の試験に用いられる自転車試験装置に関するものである。

電動補助自転車などの自転車の試験に用いられる自転車試験装置としては、自転車の後輪に当接し当該後輪の回転に対する負荷を与えるローラと、自転車のペダルを回転駆動する駆動装置とを備えた自転車試験装置が知られている（特許文献１）。

特開２０００-７４７９２号公報

上述した特許文献１に係る自転車試験装置によれば、自転車の後輪の各回転状態において、当該後輪の回転に対して与えることのできる負荷は、ローラの回転慣性質量によって一義的に定まってしまうため、任意の負荷を後輪の回転に対して与えることができない。
また、ペダルを介したクランク軸の駆動トルクを任意に制御することもできない。
そして、このために、この自転車試験装置によっては、走行路の特性（たとえば、平坦路や山坂路）、運転者の特性（たとえば、男性や女性）といった自転車の利用条件を多様に模擬した試験を行うことが困難であった。
そこで、本発明は、自転車の利用条件を多様に模擬した試験を行える自転車試験装置を提供することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、自転車の試験に用いられる自転車試験装置に、前記自転車のクランク軸を回転駆動する駆動装置と、前記自転車の後輪に負荷を与える負荷装置と、制御装置とを備えたものである。ここで、前記駆動装置は、前記自転車のクランク軸に連結される駆動シャフトと、前記駆動シャフトに連結した第１のモータと、前記駆動シャフトに作用するトルクを計測する第１のトルク計とを備え、前記負荷装置は、前記自転車の後輪が載置されるローラと、前記ローラに連結した第２のモータと、前記ローラに作用するトルクを計測する第２のトルク計とを備え、前記制御装置は、前記第１のモータと第２のモータの駆動を制御するものである。

ここで、このような自転車試験装置には、クランク軸を回転駆動する駆動装置に代えて、前記自転車のクランクを回転駆動する駆動装置を設けるようにしても良い。また、この場合、駆動装置としては、駆動シャフトと、当該駆動シャフトの先端に設けられた前記自転車のクランク軸穴の内ネジと螺合する、前記駆動シャフトと中心軸が一致する雄ネジと、当該雄ネジを前記内ネジと螺合させた状態で前記自転車のクランクに係合する、前記駆動シャフトに連結した係合部材と、前記駆動シャフトに連結した第１のモータと、前記駆動シャフトに作用するトルクを計測する第１のトルク計とを備えた駆動装置などを用いることができる。
これらのような自転車試験装置によれば、前記第１のモータと第２のモータの駆動を制御することにより、自転車のクランク軸に加えるトルクや、自転車の後輪に作用させる負荷（走行抵抗）を、任意に制御することができるので、自転車の利用条件を多様に模擬した試験を行うことができるようになる。

また、以上のような自転車試験装置は、制御装置において、前記第１のトルク計が測定したトルクに応じて前記第１のモータの駆動を制御すると共に、前記第２のトルク計が測定したトルクに応じて前記第２のモータの駆動を制御するように構成してもよい。
このようにすることにより、フィードバック制御によって、より精度良く、自転車のクランク軸に加えるトルクや、自転車の後輪に作用させる負荷（走行抵抗）を制御することができるようになる。
ここで、以上の自転車試験装置に、さらに、前記第１のモータの回転速度を計測する第１の回転速度計を備え、前記制御装置において、前記第１のトルク計が測定したトルクと、前記第１の回転速度計が計測した回転速度とに応じて前記第１のモータの駆動を制御するようにしたり、以上の自転車試験装置に、前記第２のモータの回転速度を計測する第２の回転速度計を備え、前記制御装置において、前記第２のトルク計が測定したトルクと、前記第２の回転速度計が計測した回転速度とに応じて前記第２のモータの駆動を制御するように構成することも好ましい。

これらのようにすることにより、ローラの周面が模擬する走行路で模擬する自転車の走行速度や、自転車のクランク軸の回転速度についても、任意に制御することができるようになり、自転車の利用条件を、より多様に模擬した試験を行うことができるようになる。

以上のように、本発明によれば、自転車の利用条件を多様に模擬した試験を行える自転車試験装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る自転車用試験装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車試験装置のダイナモメータの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車試験装置の自転車駆動装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る自転車試験装置の自転車駆動装置の他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａ、ｂに、本実施形態に係る自転車試験装置の構成を示す。
ここで、図中に示したように上下左右前後方向を定めるものとして、図１ａは自転車試験装置の上面模式図を、図１ｂは自転車試験装置の後面模式図を示している。
図示するように自転車試験装置は、ピット１、ピット１の上面によって構成された床の床下に配置されたダイナモメータ２、電動補助自転車などの自転車のクランク軸を回転駆動する自転車駆動装置３、ピット１の床面上に配置された、自転車の前輪またはフロントフォークをピット１に対して固定する前輪固定装置４、制御装置５とを備えている。

次に、図２ａ、ｂにダイナモメータ２の構成を示す。
ここで、図２ａはダイナモメータ２の上面模式図を、図２ｂはダイナモメータ２の後面模式図を示している。
図示するように、ダイナモメータ２は、モータ２１、軸トルク計２２、ローラ２３、機械慣性装置２４とを備えている。
ローラ２３の中心軸の一端は、軸トルク計２２を介在して、モータ２１のシャフトに連結しており、ローラ２３の中心軸の他端は機械慣性装置２４に連結している。
ローラ２３は、その周面によって、図１ｂに示すように、自転車の後輪に対して走行路を模擬するものであり、当該ローラ２３の頂上部は、ピット１の床面と同じ高さで、ピット１の床に設けられた開口に露出している。そして、ローラ２３の頂上部に自転車の後輪が載置される。

そして、軸トルク計２２は、自転車の後輪とローラ２３との間で作用する力によって、モータ２１のシャフトとローラ２３の中心軸との間に働く軸トルクを検出し、制御装置５に出力する。
また、モータ２１は回転計を内蔵しており、回転計で検出したモータ２１の回転速度を制御装置５に出力する。
また、機械慣性装置２４は、複数の回転慣性質量の異なる複数のフライホイールを備えており、制御装置５の制御に応じて、任意数の任意のフライホイールとローラ２３の中心軸との連結/連結断を行うことにより、連結したフライホイールの組み合わせによって定まる回転慣性質量をローラ２３に追加することにより、自転車の走行慣性相当の回転慣性力をローラ２３に付与する。

このようなダイナモメータ２を用いることにより、制御装置５は、モータ２１の回転計で計測されたモータ２１の回転速度、軸トルク計２２で検出された軸トルクを参照しながら、モータ２１の発生トルクや回転速度を制御し、自転車の後輪とローラ２３の周面が模擬する走行路との間で作用させる負荷（走行抵抗）や、ローラ２３の周面が模擬する走行路で模擬する自転車の走行速度を任意に制御することができるようになる。

また、モータ２１の回転計で計測されたモータ２１の回転速度の変化より求まる回転角加速度に応じて、機械慣性装置２４を制御することにより、自転車の走行慣性を模擬することができる。なお、自転車の走行慣性は、モータ２１の発生トルクで模擬することもでき、このようにする場合には、機械慣性装置２４は不要である。

次に、図３に自転車駆動装置３の構成を示す。
ここで、図３ａは自転車駆動装置３の上面模式図を、図３ｂは自転車駆動装置３の後面模式図を示している。
図示するように、自転車駆動装置３は、上下移動可能なＺステージ３１、Ｚステージ３１に支持された前後方向に移動可能なＹステージ３２、Ｙステージ３２に支持された左右方向に移動可能なＸステージ３３、Ｘステージ３３に支持された駆動モータ３４、駆動軸トルク計３５、駆動モータ３４のシャフトに駆動軸トルク計３５を介して連結された駆動シャフト３６とを備えている。

Ｚステージ３１は、昇降レバー３１１を回転させることによりジャッキ３１２によって上下に移動するように構成されており、Ｙステージ３２は回転レバー３２１を回転させることによりローラ３２２によってＺステージ３１に対して前後方向に移動するように構成されており、Ｘステージ３３は回転レバー３３１を回転させることによりローラ３３２によってＹステージ３２に対して左右方向に移動するように構成されている。

次に、駆動シャフト３６は、駆動軸トルク計３５に連結する軸３５１連結されたフランジ３６１と、駆動シャフト３６の先端の連結ソケット３６２とを、両者に各々トリボールジョイントによって継がる鋼管３６３で連結したものである。
ここで、図１ａ、ｂに示すように、自転車駆動装置３は、およそダイナモメータ２のローラ２３の頂上に後輪が載せ置かれた自転車のクランク軸の左側先端の平均的な位置付近に、駆動シャフト３６の先端が位置するように一部、ピット１の床下に自転車駆動装置３の一部が埋設された形態でピット１に対して固定されている。

そして、図１ａ、ｂに示すように、自転車からクランクを取り外した上で、駆動シャフト３６の先端の連結ソケット３６２を、クランクを取り外すことによって露出する自転車のクランク軸の先端のテーパーに嵌合させることにより、駆動シャフト３６は自転車のクランク軸に連結される。

ここで、Ｚステージ３１、Ｙステージ３２、Ｘステージ３３は、自転車の型式によらずに、駆動シャフト３６の位置を自転車のクランク軸位置に位置づけられるように設けている。
次に、駆動軸トルク計３５は、駆動シャフト３６を介して、駆動モータ３４のシャフトから自転車のクランク軸に働く軸トルクを検出し、制御装置５に出力する。
また、駆動モータ３４は回転計を内蔵しており、回転計で検出したモータ２１の回転速度を制御装置５に出力する
このような自転車駆動装置３を用いることにより、制御装置５は、駆動モータ３４の回転計で計測された駆動モータ３４の回転速度、駆動軸トルク計３５で検出された軸トルクを参照しながら、駆動モータ３４の発生トルクや回転速度を制御し、自転車のクランク軸の回転速度や、自転車のクランク軸に加えるトルクを、任意に制御することができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のような自転車試験装置によれば、自転車の後輪に作用させる負荷（走行抵抗）や、ローラ２３の周面が模擬する走行路で模擬する自転車の走行速度や、自転車のクランク軸の回転速度や、自転車のクランク軸に加えるトルクを、任意に制御することができるので、自転車の利用条件を多様に模擬した試験を行うことができるようになる。

ところで、以上の実施形態では、自転車駆動装置３において、自転車のクランクを取り外した上で、駆動シャフト３６を、駆動シャフト３６先端の連結ソケット３６２を用いて、自転車のクランク軸に連結することにより、クランク軸を回転駆動するようにしたが、これは、自転車駆動装置３において自転車のクランクを回転駆動するようにすることにより、自転車のクランクの取り外しを不要とするようにしてもよい。

すなわち、この場合には、たとえば、図３ｃ、ｄに示すように駆動シャフト３６の先端部３６４を構成するようにする。
ここで、図３ｃは自転車駆動装置３の上面模式図を、図３ｄは自転車駆動装置３の後面模式図を示している。
図示するように、駆動シャフト３６の先端部には雄ネジ部３６５と、くの字状の駆動クランク３６６が設けられている。
ここで、自転車のクランクのクランク軸穴には、図４ａに示すようにクランク軸保護、隠蔽用のクランクキャップ９０を取り付けるために、図４ｂに示すように内ネジ９１が設けられている。そして、駆動シャフト３６の雄ネジ部３６４の雄ネジは、この内ネジ９１と螺合するサイズ形状を有する。

そして、自転車の試験の際には、自転車のクランクキャップ９０を取り外し、図４ｃに示すように駆動シャフト３６の雄ネジ部３６５を自転車のクランク軸穴の内ネジ９１に螺合させることにより、駆動シャフト３６をセットする。
このようにセットすることにより、駆動シャフト３６の駆動クランク３６６は、図示するように自転車のクランクと係合し、駆動モータ３４を回転することにより自転車のクランクを回転駆動することができるようになる。

１…ピット、２…ダイナモメータ、３…自転車駆動装置、４…前輪固定装置、５…制御装置、２１…モータ、２２…軸トルク計、２３…ローラ、２４…機械慣性装置、３１…Ｚステージ、３２…Ｙステージ、３３…Ｘステージ、３４…駆動モータ、３５…駆動軸トルク計、３６…駆動シャフト。

Claims (4)

1. 自転車の試験に用いられる自転車試験装置であって、
   前記自転車のクランクを回転駆動する駆動装置と、
   前記自転車の後輪に負荷を与える負荷装置と、
   制御装置とを有し、
   前記駆動装置は、駆動シャフトと、当該駆動シャフトの先端に設けられた前記自転車のクランク軸穴の内ネジと螺合する、前記駆動シャフトと中心軸が一致する雄ネジと、当該雄ネジを前記内ネジと螺合させた状態で前記自転車のクランクに係合する、前記駆動シャフトに連結した係合部材と、前記駆動シャフトに連結した第１のモータと、前記駆動シャフトに作用するトルクを計測する第１のトルク計とを備え、
   前記負荷装置は、前記自転車の後輪が載置されるローラと、前記ローラに連結した第２のモータと、前記ローラに作用するトルクを計測する第２のトルク計とを備え、
   前記制御装置は、前記第１のモータの駆動と前記第２のモータの駆動を制御することを特徴とする自転車試験装置。
2. 請求項１記載の自転車試験装置であって、
   前記制御装置は、前記第１のトルク計が測定したトルクに応じて前記第１のモータの駆動を制御すると共に、前記第２のトルク計が測定したトルクに応じて前記第２のモータの駆動を制御することを特徴とする自転車試験装置。
3. 請求項２記載の自転車試験装置であって、
   前記第１のモータの回転速度を計測する第１の回転速度計を備え、
   前記制御装置は、前記第１のトルク計が測定したトルクと、前記第１の回転速度計が計測した回転速度とに応じて前記第１のモータの駆動を制御することを特徴とする自転車試験装置。
4. 請求項２または３記載の自転車試験装置であって、
   前記第２のモータの回転速度を計測する第２の回転速度計を備え、
   前記制御装置は、前記第２のトルク計が測定したトルクと、前記第２の回転速度計が計測した回転速度とに応じて前記第２のモータの駆動を制御することを特徴とする自転車試験装置。