JP6321558B2

JP6321558B2 - 自転車用アシスト装置の制御装置、および、自転車用アシスト装置

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Description

本発明は、自転車用アシスト装置の制御装置、および、この制御装置を備える自転車用アシスト装置に関する。

特許文献１は、自転車の変速機が変速動作を行うときにアシストモータの出力を制限し、アシストモータの出力を制限してから所定の時間が経過したことに基づいてアシストモータの出力の制限を解除する自転車用アシスト装置の制御装置を開示している。

特許第３７１７０７６号公報

特許文献１の制御装置は、変速動作時のアシストモータの出力の制御に関して、自転車の運転状態を考慮しておらず、また、スプロケットの特性を考慮していないため、アシストモータの出力の制御に関してなお改善の余地がある。

本発明の目的は、アシストモータの出力を適切に制御できる自転車用アシスト装置の制御装置、および、この制御装置を備える自転車用アシスト装置を提供することである。

〔１〕本発明に従う自転車用アシスト装置の制御装置の一形態は、人力駆動力をアシストするアシストモータを制御する制御部を備え、複数のスプロケット間でチェーンを掛け替えるための変速機が変速動作するときに、前記制御部は、前記スプロケットの回転速度と、前記スプロケットに設けられる変速領域の間隔との少なくとも一方に基づいて、前記アシストモータの出力を制御する。

〔２〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記アシストモータの出力の制御は、前記アシストモータの出力を制限する制御、および、制限されている前記アシストモータの出力の制限を解除する制御を含む。

〔３〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記出力を制限する制御は、前記アシストモータの動作を停止させる制御、または、前記アシストモータの出力が制限される前よりも前記アシストモータの出力を低下させる制御である。

〔４〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記出力の制御を解除する制御は、前記人力駆動力に対する前記アシストモータの出力の比率を、前記アシストモータの出力が制限される前と実質的に同じ大きさに戻すか、または、前記比率を前記アシストモータの出力が制限された後よりも増加させる制御である。

〔５〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記複数のスプロケットのうちの第１スプロケットから第２スプロケットに前記変速機が前記チェーンを掛け替えるとき、前記制御部は、前記スプロケットまたは前記スプロケットに連結されるクランクシャフトの回転速度が高くなるほど、前記アシストモータの出力を制限してから、この制限を解除するまでの時間が短くなるように、前記モータを制御する。

〔６〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記回転速度と前記変速領域の間隔との両方に基づいて、前記アシストモータの出力を制御する。
〔７〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記変速領域の間隔は、前記スプロケットの周方向において隣接する変速領域の間の周長、および、前記隣接する変速領域の間の角度の少なくとも一方である。

〔８〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記回転速度および前記変速領域の間隔から、変速に必要な時間を決定し、決定した時間に応じて前記アシストモータの出力を制限する。

〔９〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記変速機の変速動作は、前記チェーンが掛けられる前記スプロケットを変更するために前記変速機が前記チェーンを押し出す動作を含み、前記制御部は、前記変速機が前記チェーンを押し出してから、前記変速領域が所定の位置を通過するまでに必要な時間を、前記変速に必要な時間として決定する。

〔１０〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記変速領域は、前記変速機のシフトアップ動作に用いられる第１変速領域を含み、前記変速に必要な時間は、前記変速機が前記シフトアップ動作に要する第１の時間を含む。

〔１１〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記変速領域は、前記変速機のシフトダウン動作に用いられる第２変速領域を含み、前記変速に必要な時間は、前記変速機が前記シフトダウン動作に要する第２の時間を含む。

〔１２〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記変速領域の間隔に基づいて変速に必要な前記スプロケットの回転角度を決定するか、または前記変速領域の間隔に基づいて変速に必要なクランクシャフトの回転角度を決定し、決定した回転角度に応じて前記アシストモータの出力を制限する。

〔１３〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記変速機の変速動作は、前記チェーンが掛けられる前記スプロケットを変更するために前記変速機が前記チェーンを押し出す動作を含み、前記制御部は、前記変速機が前記チェーンを押し出してから、前記変速領域が所定の位置を通過するまでに要する前記スプロケットの最大回転角度または前記クランクシャフトの最大回転角度を、前記変速に必要な回転角度とする。

〔１４〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記変速領域は、前記変速機のシフトアップ動作に用いられる第１変速領域を含み、前記制御部は、前記変速機が前記シフトアップ動作に要する第１の回転角度に基づいて、前記変速に必要な時間を決定する。

〔１５〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記変速領域は、前記変速機のシフトダウン動作に用いられる第２変速領域を含み、前記制御部は、前記変速機が前記シフトダウン動作に要する第２の回転角度に基づいて、前記変速に必要な時間を決定する。

〔１６〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記変速機が変速動作する前に前記アシストモータの出力を制御する。
〔１７〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記変速機を操作する変速操作装置の動作を検出するセンサの検出結果に基づいて、前記アシストモータの出力を制御する。

〔１８〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記スプロケットは、フロントスプロケットであり、前記変速機は、フロント変速機である。
〔１９〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記スプロケットは、クランクシャフトと同期して回転する。

〔２０〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記スプロケットは、クランクシャフトと非同期で回転可能である。
〔２１〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記スプロケットは、リアスプロケットであり、前記変速機は、リア変速機である。
〔２２〕前記自転車用アシスト装置の制御装置の一例によれば、前記アシストモータは、前記スプロケットに駆動力を与える。

〔２３〕本発明に従う自転車用アシスト装置の一形態は、〔１〕〜〔２２〕のいずれかに記載の自転車用アシスト装置の制御装置と、前記アシストモータとを備える。

自転車用アシスト装置の制御装置、および、自転車用アシスト装置によれば、アシストモータの出力を適切に制御できる。

実施形態の自転車用アシスト装置を搭載する自転車の側面図。図１のフロントスプロケット、および、その周辺の正面図。図２の第１フロントスプロケットの背面図。図１の自転車の電気的構成を示すブロック図。図１のアシスト装置の制御部が実行するモータ出力制御の処理手順の一例を示すフローチャート。

図１を参照して自転車１０の構成について説明する。
自転車１０は、フレーム１２、ハンドルバー１４、前輪１６、後輪１８、駆動機構２０、バッテリユニット２２、フロント変速機２４、リア変速機２６、操作装置２８、サスペンション調節装置３０Ｆ，３０Ｒ、シート調節装置３２、および、アシスト装置３４を備えている。

駆動機構２０は、クランクアーム３６、クランクシャフト３８、ペダル４０、フロントスプロケット４２、リアスプロケット４６、および、チェーン４８を含む。
クランクアーム３６は、１つのクランクシャフト３８を介して回転可能にフレーム１２に取り付けられている。クランクシャフト３８は、アシスト装置３４に回転可能に支持されている。アシスト装置３４は、フレーム１２に支持されている。アシスト装置３４は、クランクシャフト３８と連結される出力部を有する。クランクシャフト３８と出力部との間の動力伝達経路には、人力駆動力を検出するトルクセンサ８３（図４参照）が設けられている。アシスト装置３４の出力部は、筒状に形成されており、クランクシャフト３８と出力部とは同軸に設けられている。クランクシャフト３８と出力部とは、回転不能に連結されている。このため、フロントスプロケット４２は、クランクシャフト３８と同期して回転する。ペダル４０は、ペダル軸まわりに回転可能にクランクアーム３６に取り付けられている。

フロントスプロケット４２は、アシスト装置３４の出力部に連結されている。フロントスプロケット４２は、クランクシャフト３８と同軸に設けられている。フロントスプロケット４２は、クランクシャフト３８と相対回転しないように連結されている。フロントスプロケット４２は、複数のスプロケットを含んでいる。本実施形態では、フロントスプロケット４２は、第１フロントスプロケット４３、および、第２フロントスプロケット４４を含む。

リアスプロケット４６は、後輪１８の車軸１８Ａまわりに回転可能に取り付けられている。複数のリアスプロケット４６は、ワンウェイクラッチ（図示略）を介して後輪１８に連結されている。リアスプロケット４６は、複数のスプロケットを含む。本実施形態では、リアスプロケット４６は、例えば１０枚のスプロケットを含む。

チェーン４８は、フロントスプロケット４２とリアスプロケット４６とに巻き掛けられている。ペダル４０に加えられる人力駆動力によりクランクアーム３６が回転するとき、フロントスプロケット４２、チェーン４８、および、リアスプロケット４６により後輪１８が回転する。

バッテリユニット２２は、バッテリ５０、および、バッテリ５０をフレーム１２に着脱可能に取り付けるためのホルダ５２を備える。バッテリ５０は、１または複数のバッテリセル（図示略）を含む。バッテリ５０は、充電式電池である。バッテリ５０は、サスペンション調節装置３０Ｆ，３０Ｒ、シート調節装置３２、変速制御装置５８（図４参照）、および、アシスト制御装置８０（図４参照）に電力を供給する。

フロント変速機２４およびリア変速機２６は、外装型変速機である。
操作装置２８は、ハンドルバー１４に取り付けられている。
サスペンション調節装置３０Ｆは、自転車１０の前サスペンションのダンピング、リバウンド、硬さ、および、高さの少なくとも一つを無段階に、または、段階的に調節する。サスペンション調節装置３０Ｒは、自転車１０の後サスペンションのダンピング、リバウンド、硬さ、および、高さの少なくとも一つを無段階に、または、段階的に調節する。サスペンション調節装置３０Ｆ，３０Ｒには、バッテリ５０から電力が供給される。操作装置２８は、サスペンション調節装置３０Ｆ，３０Ｒを動作させるための操作部を含む。サスペンション調節装置３０Ｆ，３０Ｒは、操作装置２８の操作に応じて動作する。操作部は、例えばスイッチにより実現される。

シート調節装置３２は、自転車１０のサドルＳの高さを段階的に、または、無段階に調節する。シート調節装置３２には、バッテリ５０から電力が供給される。シート調節装置３２は、シートポストを伸縮させる伸縮機構を含む。伸縮機構は、モータによりシートポストを伸縮させてもよく、油圧または空気圧によりシートポストを伸縮させる構成であってもよい。油圧または空気圧によりシートポストを伸縮させる構成を採用する場合、シート調節装置３２は、バルブのみを制御し、サドルＳの高さはユーザにより調節される。操作装置２８は、シート調節装置３２を動作させるための操作部を含む。シート調節装置３２は、操作装置２８の操作に応じて動作する。操作部は、例えばスイッチにより実現される。

図２および図３を参照してフロントスプロケット４３，４４の構成について説明する。
第１フロントスプロケット４３、および、第２フロントスプロケット４４には、周方向に複数の歯が形成されている。第１フロントスプロケット４３は、第２フロントスプロケット４４よりも大径に構成されている。第１フロントスプロケット４３と第２フロントスプロケット４４とは、互いに歯数が異なる。第１フロントスプロケット４３には、複数の変速領域が形成されている。複数の変速領域は、４か所の第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄ、および、２か所の第２変速領域４３Ｅ，４３Ｆを含む。

第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄは、フロント変速機２４のチェーンガイド５４（図１参照）が第２フロントスプロケット４４から第１フロントスプロケット４３にチェーン４８（図１参照）を掛け替える変速動作（シフトアップ動作）に利用される。第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄには、チェーン４８を第１フロントスプロケット４３の歯に導くための凹所および突起の少なくとも一方が形成されている。第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄは、第１フロントスプロケット４３の周方向に所定の間隔をあけて形成されている。第１変速領域４３Ａと第１変速領域４３Ｂとの間の周長ＨＡは、第１変速領域４３Ｃと第１変速領域４３Ｄとの間の周長ＨＡと等しい。第１変速領域４３Ｄと第１変速領域４３Ａとの間の周長ＨＢは、第１変速領域４３Ｂと第１変速領域４３Ｃとの間の周長ＨＢと等しい。周長ＨＢは、周長ＨＡよりも長い。

第２変速領域４３Ｅ，４３Ｆは、フロント変速機２４のチェーンガイド５４（図１参照）が第１フロントスプロケット４３から第２フロントスプロケット４４にチェーン４８（図１参照）を掛け替える変速動作（以下、「シフトダウン動作」）に利用される。第２変速領域４３Ｅ，４３Ｆは、第１フロントスプロケット４３の周方向に所定の間隔をあけて形成されている。第２変速領域４３Ｅは、一例として、第１フロントスプロケット４３の周方向において、第２変速領域４３Ｆと１８０°位相が異なる位置に形成されている。

シフトアップ動作では、４か所の変速領域４３Ａ〜４３Ｄのうちのいずれかの変速領域が、フロントスプロケット４２の変速範囲ＲＡ（図１参照）を通過するときにチェーン４８が掛け替えられる。変速範囲ＲＡは、チェーンガイド５４がチェーン４８（図１参照）を押し出す位置を含む範囲であり、「所定の範囲」に相当する。変速範囲ＲＡは、フロント変速機２４（図１参照）が変速動作時にチェーン４８を押し出す位置と関連付けて決められている。

一方、シフトダウン動作では、２ヶ所の変速領域４３Ｂのうちのいずれかの変速領域４３Ｂが、変速範囲ＲＡを通過するときにチェーン４８が掛け替えられる。
図４を参照して、自転車１０の電気的構成について説明する。

フロント変速機２４は、チェーンガイド５４（図１参照）を駆動する変速モータ５６、および、変速モータ５６の出力を制御する変速制御装置５８を備える。
変速制御装置５８は、変速モータ５６と接続される駆動回路６０、チェーンガイド５４の位置を検出するガイド位置センサ６１、および、駆動回路６０に供給する電力を制御する制御部６２を備える。

操作装置２８は変速操作装置６４およびアシスト操作装置６６を含む。
変速操作装置６４は、変速スイッチ６８、および、変速スイッチ６８が操作されたことに基づいて、変速要求信号を変速制御装置５８およびアシスト装置３４のアシスト制御装置８０に出力する変速センサ７０を備える。変速スイッチ６８は、シフトアップ用の第１変速スイッチ、および、シフトダウン用の第２変速スイッチ（共に図示略）を含む。変速スイッチ６８は、押しボタン式のスイッチであってもよく、レバー式のスイッチであってもよい。

アシスト操作装置６６は、アシストスイッチ７２を備える。アシストスイッチ７２は、操作されることによりアシスト要求信号をアシスト制御装置８０に出力するオンスイッチ７２Ａ、および、操作されることによりアシスト停止信号をアシスト制御装置８０に出力するオフスイッチ７２Ｂを備える。アシストスイッチ７２は、１つのスイッチを操作すると、アシスト要求信号とアシスト停止信号とを選択的に出力させる構成としてもよい。

アシスト装置３４は、変速操作装置６４およびアシスト操作装置６６と電気的に接続されている。アシスト装置３４は、フロントスプロケット４２（図１参照）を回転させる人力駆動力をアシストするアシストモータ７４、および、アシストモータ７４の出力を制御するアシスト制御装置８０を備える。アシストモータ７４は、ワンウェイクラッチおよび減速機を介してクランクシャフト３８とフロントスプロケット４２との間の動力伝達経路に連結されている。これによりアシストモータ７４は、フロントスプロケット４２に駆動力を与える。

アシスト制御装置８０は、アシストモータ７４と接続される駆動回路８２、人力駆動力を検出するトルクセンサ８３、および、駆動回路８２に供給する電力を制御する制御部８４を備える。また、アシスト制御装置８０は、フロントスプロケット４２の回転速度を検出する回転速度センサ８６を備える。

制御部８４は、アシスト操作装置６６からアシスト要求信号が入力されると、トルクセンサ８３の検出結果に基づいて、アシストモータ７４を駆動させる。制御部８４は、アシスト操作装置６６からアシスト停止信号が入力されたことに基づいてアシストモータ７４を停止させる。

制御部８４は、第１フロントスプロケット４３の回転速度、および、第１フロントスプロケット４３の変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔に基づいて、アシストモータ７４の出力を制御するモータ出力制御を実行する。

回転速度センサ８６は、クランクシャフト３８およびフロントスプロケット４２の少なくともいずれか一方の回転速度を検出することにより、フロントスプロケット４２の回転速度を検出する。回転速度センサは、例えばリードスイッチにより構成され、クランクシャフト３８またはフロントスプロケット４２に設けられる磁石を検出する。

図５を参照して、モータ出力制御の処理手順の一例について説明する。本実施形態においては、フロント変速機２４がシフトアップ動作を行う場合について説明する。なお、本制御は、フロント変速機２４がシフトダウン動作を行う場合についても同様の思想に基づいて実行される。

制御部８４は、アシスト操作装置６６からアシスト要求信号が入力されたことに基づいて本制御を開始する。制御部８４は、アシスト操作装置６６からアシスト停止信号が入力されたことに基づいて本制御を終了する。

ステップＳ１１において、制御部８４は、変速センサ７０から変速要求信号が入力され、かつ、変速可能か否かを判定する。制御部８４は、変速センサ７０から変速要求信号が入力され、かつ、変速可能である旨判定したとき、ステップＳ１２に処理を進める。制御部８４は、ガイド位置センサ６１の検出結果に基づいて、第１フロントスプロケット４３にチェーン４８が掛っていると判定したときには、変速要求信号が入力されても次のステップに処理を進めず、再びステップＳ１１の処理を実行する。なお、制御部８４は、シフトダウン動作の場合、ステップＳ１１において、ガイド位置センサ６１の検出結果に基づいて、第２フロントスプロケット４４にチェーン４８が掛っていると判定したときには、変速要求信号が入力されても次のステップに処理を進めず、再びステップＳ１１の処理を実行する。

ステップＳ１２において、制御部８４は、第１フロントスプロケット４３の周方向において隣り合う第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄの周長のうちの最も長い周長である最長周長と回転速度センサ８６の検出結果とに基づいて、変速所要時間を決定する。本実施形態では、最長周長は、周長ＨＢである。

変速所要時間は、フロント変速機２４のチェーンガイド５４がチェーン４８を押し出してから、第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄのいずれかの変速領域が変速範囲ＲＡを通過するまでに必要な時間である。

制御部８４は、例えば、最長周長ＨＢに２つの第１変速領域の周長を加算した第１周長Ｈ１（図３参照）、第１フロントスプロケット４３の全周長ＨＸ、および、第１フロントスプロケット４３の回転速度Ｖ（ｒｐｍ）に基づいて、変速所要時間を求める。この場合、変速所要時間は、Ｈ１／ＨＸをＶで除算して求められる。このため、第１フロントスプロケット４３、または、第１フロントスプロケット４３に連結されるクランクシャフト３８の回転速度が高くなるほど変速所要時間は短い時間となる。第１周長Ｈ１および全周長ＨＸに関する情報は、制御部８４が有するメモリに予め記憶されている。なお、フロント変速機２４が、シフトダウン動作を行う場合、制御部８４は、ステップＳ１２において、最長周長として第２変速領域４３Ｅと第２変速領域４３Ｆとの間の周長を用いる。フロント変速機２４がシフトダウン動作を行う場合の変速所要時間は、フロント変速機２４のチェーンガイド５４がチェーン４８を押し出してから第２変速領域４３Ｅ，４３Ｆのいずれかの変速領域が変速範囲ＲＡ内の所定の位置を通過するまでに必要な時間である。制御部８４は、例えば、第２変速領域４３Ｅと第２変速領域４３Ｆとの間の周長に２つの第２変速領域の周長を加算した第２周長Ｈ２（図３参照）、第１フロントスプロケット４３の全周長ＨＸ、および、第１フロントスプロケット４３の回転速度Ｖ（ｒｐｍ）に基づいて、変速所要時間を求める。この場合、変速所要時間は、Ｈ２／ＨＸをＶで除算して求められる。第２周長Ｈ２と、全周長ＨＸとに関する情報は、制御部８４が有するメモリに予め記憶されている。

ステップＳ１３において、制御部８４は、アシストモータ７４の出力を低下させることによりアシスト力を制限する。制御部８４は、アシストモータ７４の出力を制限する前のアシストモータ７４の出力に基づいて、アシストモータ７４の出力の大きさを決定する。制御部８４は、例えば、アシストモータ７４の出力を制限する前のアシストモータ７４の出力が大きいほど、アシストモータ７４の出力の低下量を大きくする。

ステップＳ１４において、制御部８４は、アシストモータ７４の出力の制限を開始してから変速所要時間が経過したか否かを判定する。制御部８４は、変速所要時間が経過した旨判定したとき、ステップＳ１５に処理を進める。

ステップＳ１５において、制御部８４は、アシストモータ７４の出力の制限を解除する。制御部８４は、例えば、人力駆動力に対するアシストモータ７４の出力の比率を、アシストモータ７４の出力が制限される前と実質的に同じ大きさに戻すことにより、アシストモータ７４の出力の制限を解除し、ステップＳ１１に移行する。

アシスト制御装置８０の作用および効果について説明する。
アシスト制御装置８０の制御部８４は、変速要求信号が入力されたとき、換言すれば、フロント変速機２４が変速動作を行うときに、第１フロントスプロケット４３の回転速度と変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔とに基づいて、アシストモータ７４の出力を制御する。このように、制御部８４は、自転車１０の運転状態の一例である第１フロントスプロケット４３の回転位置を考慮してアシストモータ７４の出力を制御するため、より適切にアシストモータ７４の出力を制御できる。

アシスト制御装置８０は、さらに以下の効果を奏する。
（１）制御部８４は、フロント変速機２４が変速動作を行うときに、第１フロントスプロケット４３の回転速度と変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔とに基づいて、アシストモータ７４の出力の制限を解除する。このため、アシストモータ７４の出力の制限を解除するタイミングをより適切に設定できる。

（２）制御部８４は、フロント変速機２４が変速動作を行うときに、アシストモータ７４の出力を制限する前よりもアシストモータ７４の出力を低下させることにより、アシストモータ７４の出力を制限する。これにより、フロント変速機２４が変速動作を行うときにチェーン４８に作用する張力が低下する。このため、第１フロントスプロケット４３と第２フロントスプロケット４４との間でチェーン４８が適切に掛け替えられやすい。

（３）制御部８４は、人力駆動力に対するアシストモータ７４の出力の比率を、アシストモータ７４の出力が制限される前と実質的に同じ大きさに戻すことにより、アシストモータ７４の出力の制限を解除する。このため、変速動作の前後でアシスト力が大きく変わりにくく、安定した走行ができる。

（４）制御部８４は、アシストモータ７４の出力を制限する前のアシストモータ７４の出力に基づいて、アシストモータ７４の出力を制限するときのアシストモータ７４の出力の大きさを決定する。このため、フロント変速機２４が変速動作を行うときに、アシストモータ７４の出力を常に一定の大きさで低下させる場合と比較して、より適切にアシストモータ７４の出力を低下させることができる。

（５）制御部８４は、フロント変速機２４が変速動作を行うときに、第１フロントスプロケット４３の回転速度と変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔とに基づいて、アシストモータ７４の出力を制御する。このため、第１フロントスプロケット４３の回転速度、または、変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔の一方に基づいてアシストモータ７４の出力を制御する場合と比較して、より精度よくアシストモータ７４の出力を制御できる。

（６）制御部８４は、フロント変速機２４のチェーンガイド５４がチェーン４８を押し出してから、変速領域４３Ａ〜４３Ｆが変速範囲ＲＡ内の所定の位置を通過するまでに必要な時間を変速所要時間として決定する。このため、アシストモータ７４の出力の制限を開始してから、変速所要時間が経過するまでの間に適切に変速動作が完了しやすい。

（７）例えば、変速要求信号が入力されたことに基づいて、所定の時間、アシストモータ７４の出力を制限する場合、所定の時間としては、フロント変速機２４がシフトアップ動作、または、シフトダウン動作を完了できる十分な時間が設定される。このため、設定される所定の時間、すなわち、アシストモータ７４の出力が制限されている時間が長くなりやすい。一方、制御部８４は、第１フロントスプロケット４３の回転速度と変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔とに基づいて変速所要時間を算出し、変速所要時間が経過したことに基づいてアシストモータ７４の出力の制限を解除する。このため、アシストモータ７４の出力が制限されている時間が長くなりにくい。

上記実施形態に関する説明は、本発明に従うアシスト装置、および、その制御装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従うアシスト装置、および、その制御装置は、実施形態以外に例えば以下に示される実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。

・変形例の制御部８４は、フロント変速機２４が変速動作を行うときに、第１フロントスプロケット４３の回転速度、または、変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔に基づいて、アシストモータ７４の出力を制御する。第１フロントスプロケット４３の回転速度に基づいて、アシストモータ７４の出力を制御する場合、第１フロントスプロケット４３の回転速度に対応させて、アシストモータ７４の出力を低下させる時間を制御部８４が記憶しておく。アシストモータ７４の出力を低下させる時間は、実験で予め求めておき、制御部８４のメモリが記憶している。フロント変速機２４が変速動作を行うときに、第１フロントスプロケット４３の回転速度が高くなるほど、アシストモータ７４の出力を低下させる時間が短くなるように制御部８４はアシストモータ７４を制御する。制御部８４は、変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔を考慮せず、第１フロントスプロケット４３の回転速度のみに応じてアシストモータ７４の出力を適切に制御できる。

また、変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔に基づいて、アシストモータ７４の出力を制御する場合、変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔に対応させて、アシストモータ７４の出力を低下させる時間を制御部８４が記憶しておく。アシストモータ７４の出力を低下させる時間は、実験で予め求めておき、制御部８４のメモリが記憶している。フロント変速機２４が変速動作を行うときに、変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔が広くなるほど、アシストモータ７４の出力を低下させる時間が長くなるように制御部８４はアシストモータ７４を制御する。例えばフロントスプロケット４２が３枚以上ある場合、最少のスプロケットを除く各スプロケットでは、変速領域の間隔が異なるが、制御部８４は、変速領域４３Ａ〜４３Ｆの間隔に合わせてアシストモータ７４を適切に制御できる。

・変形例の制御部８４は、第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄの間隔に基づいてシフトアップ動作に必要な第１フロントスプロケット４３の第１の回転角度、または、クランクシャフト３８の第１の回転角度を決定し、決定した回転角度に応じてアシストモータ７４の出力を制限する。例えば、この変形例の制御部８４は、フロント変速機２４がシフトアップ動作に要する第１の回転角度に基づいて、変速所要時間を決定する。なお、この変形例の制御部８４は、フロント変速機２４のチェーンガイド５４がチェーン４８を押し出してから、第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄのいずれかの変速領域が変速範囲ＲＡを通過するまでに要するフロントスプロケット４２の最大回転角度をシフトアップ動作に必要な第１の回転角度として用いることが好ましい。この第１の回転角度は、例えば第１周長Ｈ１に対応する角度に選ばれる。または、第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄのいずれかの変速領域が変速範囲ＲＡを通過するまでに要するクランクシャフト３８の最大回転角度をシフトアップ動作に必要な第１の回転角度として用いることが好ましい。この第１の回転角度は、例えば第１周長Ｈ１に対応する角度に選ばれる。

・変形例の制御部８４は、第２変速領域４３Ｅ，４３Ｆの間隔に基づいてシフトダウン動作に必要な第１フロントスプロケット４３の第２の回転角度、または、クランクシャフト３８の第２の回転角度を決定し、決定した回転角度に応じてアシストモータ７４の出力を制限する。例えば、この変形例の制御部８４は、フロント変速機２４がシフトダウン動作に要する第２の回転角度に基づいて、変速所要時間を決定する。なお、この変形例の制御部８４は、第２変速領域４３Ｅ，４３Ｆのいずれかの変速領域が変速範囲ＲＡ内の所定の位置を通過するまでに要するフロントスプロケット４２の最大回転角度をシフトアップ動作に必要な第２の回転角度として用いることが好ましい。この第２の回転角度は、例えば第２周長Ｈ２に対応する角度に選ばれる。または、第２変速領域４３Ｅ，４３Ｆのいずれかの変速領域が変速範囲ＲＡ内の所定の位置を通過するまでに要するクランクシャフト３８の最大回転角度をシフトアップ動作に必要な第２の回転角度として用いることが好ましい。この第２の回転角度は、例えば第２周長Ｈ２に対応する角度に選ばれる。

・変形例の制御部８４は、モータ出力制御のステップＳ１３において、アシストモータ７４の動作を停止させる。
・変形例の制御部８４は、モータ出力制御のステップＳ１５において、人力駆動力に対するアシストモータ７４の出力の比率を、アシストモータ７４の出力が制限された後よりも増加させることにより、アシストモータ７４の出力の制限を解除する。

・変形例の駆動機構２０は、互いに歯数の異なる３つ以上のフロントスプロケットを備える。この変形例の駆動機構２０を備える自転車１０に搭載された制御部８４は、モータ出力制御のステップＳ１３において、複数の変速ステージ、つまり複数のフロントスプロケット４２のそれぞれに応じて、アシストモータ７４の出力を制限するときのアシストモータ７４の出力の大きさを決定する。すなわち各フロントスプロケット４２に応じて、アシストモータ７４の出力を制限するときのアシストモータ７４の出力の大きさを異ならせる。この変形例の制御部８４は、例えば、変速動作前にチェーン４８が掛けられているフロントスプロケット４２の歯数が多いほど、アシストモータ７４の出力を制限するときのアシストモータ７４の出力の低下量を大きくする。

・変形例の第１フロントスプロケット４３は、周方向の任意の位置に１か所〜３か所、または、５か所以上の第１変速領域を備える。
・変形例の第１フロントスプロケット４３は、周方向の任意の位置に１か所または複数か所の第１変速領域のみを備える。

・変形例の第１フロントスプロケット４３は、周方向の任意の位置に１か所、または、３か所以上の第２変速領域を備える。
・変形例のフロントスプロケット４２は、周方向の任意の位置に１か所または複数か所の第２変速領域のみを備える。

・変形例のリアスプロケット４６は、最も歯数の少ないリアスプロケットを除く各スプロケットに第１変速領域および第２変速領域の少なくともいずれか一方が形成されている。この変形例のリアスプロケット４６を備える自転車１０に搭載される制御部８４は、リア変速機２６の変速動作においても、フロント変速機２４の変速動作の場合と同様の考え方によりモータ出力制御を実行する。

・変形例の自転車１０は、機械式の変速機、シフター、および、シフター検出センサを備える。
機械式の変速機は、フロント変速機であり、シフトケーブルの巻き取り量に応じてパンタグラフが動作し、チェーン４８を掛け替える。

シフターは、例えばハンドルバー１４に取り付けられ、運転者に操作されることによりシフトケーブルを巻き取る。
シフター検出センサは、運転者によりシフターが操作されたことを検出する。シフター検出センサは、運転者によりシフターが操作されたことを検出したことに基づいて、シフター操作信号を制御部８４に出力する。

この変形例の自転車１０に搭載される制御部８４は、シフター操作信号が入力されたことに基づいて、アシストモータ７４の出力を制御する。例えば、この変形例の制御部８４は、シフター操作信号が入力されたことに基づいて、フロント変速機２４が変速動作を開始する前にアシストモータ７４の出力を制限して、ステップＳ１４以降の処理を実行する。

・変形例のフロントスプロケット４２は、クランクシャフト３８が前転するときには、フロントスプロケット４２も前転するようにワンウェイクラッチを介してクランクシャフト３８に連結されている。すなわち、フロントスプロケット４２は、クランクシャフトと非同期で回転可能である。

・変速所要時間は、第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄのうちの複数の第１変速領域が変速範囲ＲＡを通過するまでに必要な時間としてもよい。例えば、周方向に隣接する第１変速領域４３Ａ〜４３Ｄが、チェーン４８の位相に応じて異なる形状に形成される場合がある。この場合、ステップＳ１４において、少なくとも２つの第１変速領域が変速範囲ＲＡを通過したことを判定することによって、変速の精度を向上させることができる。この場合、例えば、第１周長Ｈ１を、周長ＨＡ、周長ＨＢ、および、３つの第１変速領域の周長を加算した周長とすればよい。

１０自転車
２４フロント変速機（変速機）
３４アシスト装置
３８クランクシャフト
４３第１フロントスプロケット
４３Ａ〜４３Ｄ第１変速領域
４３Ｅ,４３Ｆ第２変速領域
４４第２フロントスプロケット
４８チェーン
６４変速操作装置
７０変速センサ（第２センサ）
７４アシストモータ
８０アシスト制御装置（制御装置）
８４制御部
８６回転速度センサ（第１センサ）

Claims

人力駆動力をアシストするアシストモータを制御する制御部を備え、
複数のスプロケット間でチェーンを掛け替えるための変速機が変速動作するときに、前記制御部は、少なくとも前記スプロケットに設けられる変速領域の間隔に基づいて、前記アシストモータの出力を制御する
自転車用アシスト装置の制御装置。
前記アシストモータの出力の制御は、前記アシストモータの出力を制限する制御、および、制限されている前記アシストモータの出力の制限を解除する制御を含む
請求項１に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記出力を制限する制御は、前記アシストモータの動作を停止させる制御、または、前記アシストモータの出力が制限される前よりも前記アシストモータの出力を低下させる制御である
請求項２に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記出力の制御を解除する制御は、前記人力駆動力に対する前記アシストモータの出力の比率を、前記アシストモータの出力が制限される前と実質的に同じ大きさに戻すか、または、前記比率を前記アシストモータの出力が制限された後よりも増加させる制御である
請求項２または３に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記複数のスプロケットのうちの第１スプロケットから第２スプロケットに前記変速機が前記チェーンを掛け替えるとき、前記制御部は、前記スプロケットまたは前記スプロケットに連結されるクランクシャフトの回転速度が高くなるほど、前記アシストモータの出力を制限してから、この制限を解除するまでの時間が短くなるように、前記モータを制御する
請求項２〜４のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記制御部は、前記スプロケットの回転速度と前記変速領域の間隔との両方に基づいて、前記アシストモータの出力を制御する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記変速領域の間隔は、前記スプロケットの周方向において隣接する変速領域の間の周長、および、前記隣接する変速領域の間の角度の少なくとも一方である
請求項６に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記制御部は、前記回転速度および前記変速領域の間隔から、変速に必要な時間を決定し、決定した時間に応じて前記アシストモータの出力を制限する
請求項６または７に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記変速機の変速動作は、前記チェーンが掛けられる前記スプロケットを変更するために前記変速機が前記チェーンを押し出す動作を含み、
前記制御部は、前記変速機が前記チェーンを押し出してから、前記変速領域が所定の位置を通過するまでに必要な時間を、前記変速に必要な時間として決定する
請求項８に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記変速領域は、前記変速機のシフトアップ動作に用いられる第１変速領域を含み、
前記変速に必要な時間は、前記変速機が前記シフトアップ動作に要する第１の時間を含む
請求項８または９に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記変速領域は、前記変速機のシフトダウン動作に用いられる第２変速領域を含み、
前記変速に必要な時間は、前記変速機が前記シフトダウン動作に要する第２の時間を含む
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記制御部は、前記変速領域の間隔に基づいて変速に必要な前記スプロケットの回転角度を決定するか、または前記変速領域の間隔に基づいて変速に必要なクランクシャフトの回転角度を決定し、決定した回転角度に応じて前記アシストモータの出力を制限する
請求項６または７に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記変速機の変速動作は、前記チェーンが掛けられる前記スプロケットを変更するために前記変速機が前記チェーンを押し出す動作を含み、
前記制御部は、前記変速機が前記チェーンを押し出してから、前記変速領域が所定の位置を通過するまでに要する前記スプロケットの最大回転角度または前記クランクシャフトの最大回転角度を、前記変速に必要な回転角度とする
請求項１２に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記変速領域は、前記変速機のシフトアップ動作に用いられる第１変速領域を含み、
前記制御部は、前記変速機が前記シフトアップ動作に要する第１の回転角度に基づいて、前記変速に必要な時間を決定する
請求項１２または１３に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記変速領域は、前記変速機のシフトダウン動作に用いられる第２変速領域を含み、
前記制御部は、前記変速機が前記シフトダウン動作に要する第２の回転角度に基づいて、前記変速に必要な時間を決定する
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記制御部は、前記変速機が変速動作する前に前記アシストモータの出力を制御する
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記制御部は、前記変速機を操作する変速操作装置の動作を検出するセンサの検出結果に基づいて、前記アシストモータの出力を制御する
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記スプロケットは、フロントスプロケットであり、
前記変速機は、フロント変速機である
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記スプロケットは、クランクシャフトと同期して回転する
請求項１８に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記スプロケットは、クランクシャフトと非同期で回転可能である
請求項１８に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記スプロケットは、リアスプロケットであり、
前記変速機は、リア変速機である
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
前記アシストモータは、前記スプロケットに駆動力を与える
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置。
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の自転車用アシスト装置の制御装置と、前記アシストモータとを備える
自転車用アシスト装置。