JP5830007B2 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

Description

本発明は、電動アシスト自転車に関し、詳しくは、従来よりも補助駆動力の出力をより適正なものとし得る電動アシスト自転車に関する。

一般に、電動アシスト自転車は、ペダルからの人の踏力による主駆動力をトルクセンサ等のトルク測定手段にて検出し、この主駆動力に応じた補助駆動力を電動モータ等の電動機により発生させ、主駆動力に補助駆動力を加えることで、楽に走行できるように構成されている。例えば、電動機から出力される補助駆動力は、車速が、０〜１０ｋｍ／ｈでは主駆動力１に対して補助駆動力を２以内、１０ｋｍ／ｈ〜２４ｋｍ／ｈ間では車速に応じて徐々に減少させ、２４ｋｍ／ｈにおいて補助駆動力が０となるよう制御されている。今日、このような電動アシスト自転車における乗り心地の改善や安全性の向上等について、さまざまな改良が提案されている。

例えば、特許文献１〜３では、発進時判定手段を備えており、この発進時判定手段により自転車発進時であると判断された場合に、主駆動力に対する補助駆動力の割合（アシスト比）を大きくする、補助駆動力調整手段を備えた電動アシスト自転車が提案されている。また、特許文献４〜６では、発進時判定手段を備えており、この発進時判定手段により自転車発進時であると判断された場合に、電動機が出力する補助駆動力を主駆動力に対して遅延させる、遅延制御手段を備えた電動アシスト自転車が提案されている。このように、電動アシスト自転車発進時のアシスト比を大きくすることにより、発進時における労力を低減させたり、主駆動力に対して補助駆動力を遅延させることにより、発進時に急激にペダル反力が弱くなることを防止して、スムーズな発進を可能にしたりしている。

特開平１１−１１３７５号公報 特開２００１−８８７７０号公報 特開平７−３０９２８３号公報 特開２００２−２６４８８２号公報 特開平８−２４４６７２号公報 特開平８−２９５２８５号公報

特許文献１〜６に記載の電動アシスト自転車によれば、発進時の乗り心地や安全性について改善することができるが、今日においては、さらにその要望は強くなっている。また、将来的に、安全性や乗り心地以外にも電動アシスト自転車の性能をより向上させるためにも、補助駆動力調整手段および遅延制御手段を十分に活用し得るものとする必要がある。

そこで、本発明の目的は、従来よりも補助駆動力の出力をより適正なものとし得る電動アシスト自転車を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解消するために鋭意検討した結果、周囲の明るさに応じて補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時に対して遅延させることで、従来よりも補助駆動力の出力をより適正なものとし得る電動アシスト自転車を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の電動アシスト自転車は、人力による主駆動力と、電動機による補助駆動力と、によって駆動するように構成された電動アシスト自転車において、
前記主駆動力を検出する入力トルク測定手段と、前記入力トルク測定手段により検出された主駆動力に応じた補助駆動力を決定する補助駆動力決定手段と、周囲の明るさを測定する照度測定手段と、該照度測定手段により測定された照度を判定基準照度と比較して大小関係を判定する照度判定手段と、該照度判定手段により判定された結果に応じて前記補助駆動力の出力開始時を前記主駆動力の入力開始時に対して遅延させる遅延制御手段と、前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力に応じて、バッテリから前記電動機へ供給される電流量を制御する電流供給量制御手段と、を備えてなることを特徴とするものである。

本発明の電動アシスト自転車においては、前記照度測定手段により検知された照度をＩ、判定基準照度をＩｓとしたとき、前記照度判定手段がＩ＜Ｉｓと判定した場合における遅延時間は、前記照度判定手段がＩ≧Ｉｓと判定した場合における遅延時間よりも大きいことが好ましい。また、本発明の電動アシスト自転車においては、前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力を調整する補助駆動力調整手段を有することが好ましい。さらに、本発明の他の電動アシスト自転車は、人力による主駆動力と、電動機による補助駆動力と、によって駆動するように構成された電動アシスト自転車において、
前記主駆動力を検出する入力トルク測定手段と、前記入力トルク測定手段により検出された主駆動力に応じた補助駆動力を決定する補助駆動力決定手段と、周囲の明るさを測定する照度測定手段と、該照度測定手段により測定された照度を判定基準照度と比較して大小関係を判定する照度判定手段と、該照度判定手段により判定された結果に応じて前記補助駆動力の出力開始時を前記主駆動力の入力開始時に対して遅延させる遅延制御手段と、前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力に応じて、バッテリから前記電動機へ供給される電流を制御する電流供給量制御手段と、を備え、
前記照度測定手段により検知された照度をＩ、判定基準照度をＩｓとしたとき、前記照度判定手段がＩ＜Ｉｓと判定した場合における遅延時間が、前記照度判定手段がＩ≧Ｉｓと判定した場合における遅延時間よりも小さく、かつ、
前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力を調整する補助駆動力調整手段を有し、前記照度判定手段がＩ＜Ｉｓと判定した場合におけるアシスト比率が、Ｉ≧Ｉｓの場合のアシスト比率よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明によれば、従来よりも補助駆動力の出力をより適正なものとし得る電動アシスト自転車を提供することができる。

本発明の一好適な実施形態に係る電動アシスト自転車の側面図である。 本発明の電動アシスト自転車の電動機制御のフローチャートである。 本発明に係る昼間および夜間における駆動力を示したグラフの一例であり、（ａ）は発進時の場合、（ｂ）は定速走行時の場合をそれぞれ示す。 本発明に係る昼間および夜間における発進時の駆動力を示したグラフの他の例であり、（ａ）は夜間における補助駆動力の出力開始時と終了時を、主駆動力の入力開始時と終了時よりも遅延させた場合、（ｂ）は夜間における、補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時よりも遅らせ、補助駆動力の出力終了時を主駆動力の入力終了時よりも早めた場合を示す。 本発明に係る補助駆動力調整手段を設けた場合の昼間および夜間における駆動力を示したグラフの一例であり、（ａ）は発進時の場合、（ｂ）は定速走行時の場合をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の一好適な実施形態に係る電動アシスト自転車１の側面図である。車体フレーム２は、ヘッドチューブ３と、ヘッドチューブ３から後方斜め下向きに延びるダウンチューブ４と、ダウンチューブ４の後端から後方斜め上向きに延びるシートチューブ５と、シートチューブ５の下端付近から後方に延びる左右一対のチェーンステイ６と、両チェーンステイ６の後端部とシートチューブ５の上部とを結合する左右一対のシートステイ７と、を備えている。ヘッドチューブ３の下端には、前方斜め下向きに延びるフロントフォーク８を有し、このフロントフォーク８の下端部には、前輪９が回転自在に装着されている。また、ヘッドパイプ３の上端にはハンドル１０が取り付けられており、シートチューブ５の上端にはサドル１１が取り付けられている。さらに、チェーンステイ６の後端部には、後輪１２が回転自在に装着されている。

本発明の電動アシスト自転車１は、従来の電動アシスト自転車と同様、ペダル１３を有し、運転者がペダル１３を足で踏んで回転させることによってチェーン１４に主駆動力（踏力によるトルク）が伝達され、その駆動力が後輪１２に伝達されて、後輪１２が駆動するように構成されている。図示する電動アシスト自転車１においては、電動機１５はクランクシャフト１６の近傍に装着されており、この電動機１５に電力を供給するバッテリ１７はシートチューブ５の後方に、取り外し自在に取り付けられている。なお、電動機１５の内部には、後輪１２に補助駆動力を供給する電動モータが備えられている。

図２に、本発明の電動アシスト自転車１の電動機制御のフローチャートを示す。本発明の電動アシスト自転車１は、主駆動力を測定するトルクセンサのような入力トルク測定手段１８が、例えば、クランクシャフト１６に装着されており、この入力トルク測定手段１８によって、クランクシャフト１６に発生する主駆動力であるトルクを測定している。さらに、本発明の電動アシスト自転車１においては、入力トルク測定手段１８によって測定されたトルクに応じた補助駆動力を決定する補助駆動力決定手段１９を備えている。本発明の電動アシスト自転車１においては、入力トルク測定手段１８によるトルクの測定、補助駆動力決定手段１９による補助駆動力の決定については、従来の電動アシスト自転車にて採用されている手法を採用することができる。

本発明の電動アシスト自転車１は、入力トルク測定手段１８および補助駆動力決定手段１９以外にも、周囲の明るさを測定する照度センサのような照度測定手段２０、照度測定手段２０により測定された照度を判定基準照度と比較して大小関係を判定する照度判定手段２１、照度判定手段２１により判定された結果に応じて補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時に対して遅延させる遅延制御手段２２、および補助駆動力決定手段１９により決定された補助駆動力に応じて、バッテリから電動機１５へ供給される電流量を制御する電流供給量制御手段２３を備えている。

まず、本発明の電動アシスト自転車の走行時に、運転者がペダルを踏んで主駆動力が発生すると、入力トルク測定手段１８がこの主駆動力（トルク）を検出する。この時のトルクに応じた補助駆動を補助駆動力決定手段１９が決定し、次に、照度測定手段２０によって、周囲の明るさ（照度Ｉ）が測定される。その結果を照度判定手段２１が判定基準照度Ｉｓと比較して、照度Ｉが判定基準照度Ｉｓよりも暗いか否かが判定される。その結果に応じて、遅延制御手段２２によって主駆動力の入力開始時に対する補助駆動力の出力開始時の遅延時間が決定される。その後、補助駆動力決定手段１９により調整された補助駆動力に応じた電流が、電流供給量制御手段２３によりバッテリから電動機１５に供給され、これにより電動機１５から補助駆動力が出力される。

従来の補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時に対して遅延させるタイプの電動アシスト自転車は、運転者がペダルを踏み込んで主駆動力を生じさせると、入力トルク測定手段が作動して主駆動力のトルクを検出し、このトルクに応じて、電動機から補助駆動力が主駆動力に対して遅れて出力されることにより駆動していた。しかしながら、従来の電動アシスト自転車においては、昼間であっても夜間であっても主駆動力の入力に対する補助駆動力の出力の遅延時間は同じであった。

そこで、本発明の電動アシスト自転車１においては、照度測定手段２０、照度判定手段２１および遅延制御手段２２を設けている。本発明の電動アシスト自転車１においては、照度測定手段２０により検知された照度をＩ、判定基準照度をＩｓとしたとき、照度判定手段２１がＩ＜Ｉｓと判定した場合における遅延時間は、照度判定手段２０がＩ≧Ｉｓと判定した場合における遅延時間よりも長くしてもよく、照度判定手段２０がＩ≧Ｉｓと判定した場合における遅延時間よりも短くしてもよい。かかる構成とすることにより、従来よりも補助駆動力の出力をより適正なものとすることができる。なお、ここで遅延時間とは、主駆動力の入力開始時と補助駆動力の出力開始時の差を意味する。

例えば、夜間（Ｉ＜Ｉｓ）における補助駆動力の出力の遅延時間を、昼間（Ｉ≧Ｉｓ）における補助駆動力の出力の遅延時間よりも長くすることができる。この状態においては、夜間は昼間よりも総駆動力が小さくなる。その結果、夜間における電動アシスト自転車の発進時の動き出しが緩やかになったり、走行スピードが低下したりし、周囲から見て電動アシスト自転車の動きを把握しやすくなる。また、電動アシスト自転車の動きが緩やかになることで、電動アシスト自転車の運転者が周囲に注意を払いやすくなり、走行中の安全性が向上する。さらに、走行速度が抑えられるので、危険回避動作を取りやすくなり、緊急停止が必要な場合にも速やかに対応することが可能となる。したがって、上記の例においては、本発明の電動アシスト自転車は、従来の電動アシスト自転車と比較して、夜間および暗所における走行時の安全性に優れたものとなる。なお、上記の例においては、昼間（Ｉ≧Ｉｓ）における補助駆動力の遅延時間を０として、夜間（Ｉ＜Ｉｓ）の場合にのみ、補助駆動力の出力を主駆動力に対して遅延させてもよい。

また、例えば、夜間（Ｉ＜Ｉｓ）における補助駆動力入力の遅延時間を、昼間（Ｉ≧Ｉｓ）における補助駆動力入力の遅延時間よりも短くしてもよい。これにより、ペダルの踏力の上昇を抑えることができ、アシスト比率を下げれば車両の総駆動力を下げることができる。

図３は、本発明に係る昼間および夜間における駆動力を示したグラフの一例であり、（ａ）は発進時の場合、（ｂ）は定速走行時の場合をそれぞれ示す。図３（ａ）に示すように、電動アシスト自転車の発進時は、主駆動力に一定の遅れを持って出力された補助駆動力はその加速に応じて徐々に小さくなり、定速走行時には図３（ｂ）に示すように、主駆動力に一定の遅れを持って一定の補助駆動力が出力される。本発明の電動アシスト自転車においては、発進時と定速走行時においては、それぞれ別個に遅延時間を設定してもよい。なお、電動アシスト自転車の発進時とは、その使用目的に応じて適宜設定できるものであり、例えば、時速５ｋｍ／ｈ以下の場合を発進時としたり、動き出し開始時から５秒間を発進時としたり、走行中においてアシスト停止状態からアシストを再開した場合も発進時とみなしてもよい。また、図３に示すような補助駆動力のピークの数や、補助駆動力の積分値を基準として発進時を定義してもよい。

本発明の電動アシスト自転車においては、遅延制御手段２２により補助駆動力の出力を遅延させる場合は、図３に示すように、補助駆動力の出力開始時のみを遅らせ、主駆動力が０となった場合に補助駆動力の出力を０となるように設定してもよい。この場合、踏力による入力トルクがかからないとき（ペダリングの力を入れていないとき）に補助駆動力が発生しないので、補助駆動力の入力が普通の自転車に近く自然に感じられ、また、意図しない補助駆動力による走行上の危険を防止することができる。

また、本発明の電動アシスト自転車においては、主駆動力が０となるタイミングと補助駆動力の出力が０となるタイミングをずらしてもよい。図４は、本発明に係る昼間および夜間における発進時の駆動力を示したグラフの他の例であり、（ａ）は夜間における補助駆動力の出力開始時と終了時を、主駆動力の入力開始時と終了時よりも遅延させた場合、（ｂ）は夜間における、補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時よりも遅らせ、補助駆動力の出力終了時を主駆動力の入力終了時よりも早めた場合を示す。

図４（ａ）に示すように、補助駆動力の出力終了時を、主駆動力の入力終了時よりも遅延させた場合は、主駆動力の入力終了時と一致させた場合と比較して、乗り心地がよくなる。一方、図４（ｂ）のように、補助駆動力の出力の開始時を主駆動力の入力開始時よりも遅らせ、補助駆動力の出力終了時を主駆動力の入力終了時よりも早めた場合は、１踏み当たりの総駆動力（図中の主駆動力と補助駆動力の山の和）を小さくすることができるため、全体としての駆動力を下げることができるので、夜間走行時における安全性が向上する。また、主駆動力の入力終了時における補助駆動力を確実に０にできるため、意図しない自転車の走行を防止し、夜間走行時における安全性を向上させることができる。

なお、本発明の電動アシスト自転車においては、遅延制御手段２２によって補助駆動力の出力開始時を遅らせる時間については、昼間における補助駆動力の出力開始時から主駆動力の最大値の出力時の範囲で設定すればよく、例えば、主駆動力に対して数ミリ秒〜数百ミリ秒遅らせればよい。

また、本発明の電動アシスト自転車１においては、補助駆動力を制御する補助駆動力調整手段２４を備えてなることが好ましい。図５は、本発明に係る補助駆動力調整手段を設けた場合の昼間および夜間における駆動力を示したグラフの一例であり、（ａ）は発進時の場合、（ｂ）は定速走行時の場合をそれぞれ示す。図示するように、補助駆動力調整手段２４を用いて、補助駆動力を制限してアシスト比を低下させることで、総駆動力が小さくなり、夜間の電動アシスト自転車発進時における動き出しをさらに緩やかにすることができる。その結果、夜間走行時における安全性をさらに向上させることができる。

さらに、本発明の電動アシスト自転車においては、遅延制御手段２２により補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時に対して遅延させる基準となる明るさを複数の段階に分けて設定して（判定基準照度Ｉｓｎ：ｎ＝１、２、３・・・）、周囲が暗くなるにつれて段階的に補助駆動力の出力開始時を遅らせることも好ましい。例えば、夕方のように、徐々に周囲が暗くなっていくような場合、補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時に対して遅延させる基準となる明るさが１点しかない場合、補助駆動力の出力開始時が遅くなると、ペダル１３が突然重くなるといった状況が生じ、乗り心地が悪いものとなる。これに対して、補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時に対して遅延させる基準となる明るさを複数設定しておけば、周囲が暗くなるにつれ、段階的に補助駆動力の出力開始時が遅くなるため、急激な補助駆動力の出力開始時の遅延を避けることができ、乗り心地を損なうような事態を回避することができる。

さらにまた、本発明の電動アシスト自転車においては、補助駆動力調整手段２４によりアシスト比を変更する基準となる明るさを複数の段階に分けて設定し（判定基準照度Ｉｓｎ：ｎ＝１、２、３・・・）、周囲が暗くなるにつれて段階的に補助駆動力の出力を低下させることも好ましい。遅延制御手段２２と同様の理由により、補助駆動力の制限となる基準となる明るさを複数設定しておけば、周囲が暗くなるにつれ、段階的に補助駆動力の出力の制限をすることができるため、急激にペダルが重くなることを避けることができ、乗り心地を損なうような事態を回避することができる。

本発明の電動アシスト自転車１において、補助駆動力調整手段２４を設ける場合は、補助駆動力調整手段２４により調整された補助駆動力は、補助駆動力決定手段１９により決定された補助駆動力の１／２よりも大きいことが好ましい。補助駆動力の大きさが補助駆動力調整手段２４により調整された補助駆動力の１／２以下であると、運転者が十分なアシスト力を得られていないと感じる場合があるからである。一方、補助駆動力調整手段２４により調整された補助駆動力の上限は、補助駆動力決定手段１９により決定された補助駆動力未満とすればよい。

本発明の電動アシスト自転車１においては、照度測定手段２０の取り付け位置については特に制限はない。例えば、従来の電動アシスト自転車では、ハンドル１０に操作パネルが設けられているタイプのものがあるが、この操作パネルに照度測定手段２０を取り付けてもよい。この場合、照度測定手段２０が、対向車等の前照灯の光を直接検知しないように、路面に向けておく方が望ましい。

本発明の電動アシスト自転車１においては、主駆動力を検出する入力トルク測定手段１８と、入力トルク測定手段１８により検出された主駆動力に応じた補助駆動力を決定する補助駆動力決定手段１９と、周囲の明るさを測定する照度測定手段２０と、照度測定手段２０により測定された照度を判定基準照度と比較して大小関係を判定する照度判定手段２１と、照度判定手段２１により判定された結果に応じて補助駆動力の出力開始時を主駆動力の入力開始時に対して遅延させる遅延制御手段２２と、補助駆動力決定手段１９により決定された補助駆動力に応じて、バッテリから電動機１５へ供給される電流量を制御する電流供給量制御手段２３と、を備えてなることのみが重要で、これら以外の構成については特に制限はない。

本発明の電動アシスト自転車においては、入力トルク測定手段、補助駆動力決定手段および電流供給量制御手段については、特に制限はなく、従来の電動アシスト自転車に用いられているトルクセンサを用いることができ、例えば、特開平１１−１１３７５号公報、特開２００１−８８７７０号公報、特開平７−３０９２８３号公報等で用いられている装置を採用すればよい。また、照度測定手段についても公知の照度センサを用いることができ、補助駆動力調整手段についても、補助駆動力決定手段と同様のものを用いることができる。さらに、遅延制御手段についても特に制限はなく、従来の電動アシスト自転車に用いられているものを用いることができ、例えば、特開２００２−２６４８８２号公報、特開平８−２４４６７２号公報、特開平８−２９５２８５号公報で用いられている装置を採用することができる。

１ 電動アシスト自転車
２ 車体フレーム
３ ヘッドチューブ
４ ダウンチューブ
５ シートチューブ
６ チェーンステイ
７ シートステイ
８ フロントフォーク
９ 前輪
１０ ハンドル
１１ サドル
１２ 後輪
１３ ペダル
１４ チェーン
１５ 電動機
１６ クランクシャフト
１７ バッテリ
１８ 入力トルク測定手段
１９ 補助駆動力決定手段
２０ 照度測定手段
２１ 照度判定手段
２２ 遅延制御手段
２３ 電流供給量制御手段
２４ 補助駆動力調整手段

Claims (4)

1. 人力による主駆動力と、電動機による補助駆動力と、によって駆動するように構成された電動アシスト自転車において、
   前記主駆動力を検出する入力トルク測定手段と、前記入力トルク測定手段により検出された主駆動力に応じた補助駆動力を決定する補助駆動力決定手段と、周囲の明るさを測定する照度測定手段と、該照度測定手段により測定された照度を判定基準照度と比較して大小関係を判定する照度判定手段と、該照度判定手段により判定された結果に応じて前記補助駆動力の出力開始時を前記主駆動力の入力開始時に対して遅延させる遅延制御手段と、前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力に応じて、バッテリから前記電動機へ供給される電流を制御する電流供給量制御手段と、を備えてなることを特徴とする電動アシスト自転車。
2. 前記照度測定手段により検知された照度をＩ、判定基準照度をＩｓとしたとき、前記照度判定手段がＩ＜Ｉｓと判定した場合における遅延時間が、前記照度判定手段がＩ≧Ｉｓと判定した場合における遅延時間よりも大きい請求項１記載の電動アシスト自転車。
3. 前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力を調整する補助駆動力調整手段を有する請求項１または２記載の電動アシスト自転車。
4. 人力による主駆動力と、電動機による補助駆動力と、によって駆動するように構成された電動アシスト自転車において、
   前記主駆動力を検出する入力トルク測定手段と、前記入力トルク測定手段により検出された主駆動力に応じた補助駆動力を決定する補助駆動力決定手段と、周囲の明るさを測定する照度測定手段と、該照度測定手段により測定された照度を判定基準照度と比較して大小関係を判定する照度判定手段と、該照度判定手段により判定された結果に応じて前記補助駆動力の出力開始時を前記主駆動力の入力開始時に対して遅延させる遅延制御手段と、前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力に応じて、バッテリから前記電動機へ供給される電流を制御する電流供給量制御手段と、を備え、
   前記照度測定手段により検知された照度をＩ、判定基準照度をＩｓとしたとき、前記照度判定手段がＩ＜Ｉｓと判定した場合における遅延時間が、前記照度判定手段がＩ≧Ｉｓと判定した場合における遅延時間よりも小さく、かつ、
   前記補助駆動力決定手段により決定された前記補助駆動力を調整する補助駆動力調整手段を有し、前記照度判定手段がＩ＜Ｉｓと判定した場合におけるアシスト比率が、Ｉ≧Ｉｓの場合のアシスト比率よりも小さいことを特徴とする電動アシスト自転車。

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