JP6735158B2 - 自転車用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自転車用制御装置に関する。

特許文献１には、人力駆動力に応じてモータの出力を制御する自転車用制御装置が開示されている。この自転車用制御装置では、人力駆動力に対するモータの駆動力のアシスト比を複数種類設け、複数種類のアシスト比を切り替えることができる。

特開平１０−６７３７７号公報

自転車の走行環境に応じてモータを制御する動作モードを切り替えることが好ましいが、従来技術の自転車用制御装置では、アシスト比を変更することしか開示されていない。

本発明の目的は、自転車の走行環境に応じて自転車の推進をより適切にアシストできる自転車用制御装置を提供することである。

〔１〕本発明に従う自転車用制御装置の一形態は、自転車に入力される人力駆動力に基づいて、前記自転車の推進をアシストするモータの出力を制御する制御部を含み、前記制御部は、複数の動作モードのいずれかによって前記モータを制御し、前記複数の動作モードは、前記人力駆動力に基づいて前記モータの出力を制御する第１動作モードおよび第２動作モードと、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードを除く他の動作モードとを含み、前記第１動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、第１の上限値であり、前記第２動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、前記第１の上限値の１．５倍以上の第２の上限値であり、前記他の動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、前記第１の上限値以下または前記第２の上限値以上である。
第２動作モードのモータの出力トルクの上限値は、第１動作モードのモータの出力トルクの上限値の１．５倍以上となるので、第２動作モードでは、第１動作モードと比較して、より大きな人力駆動力が入力された場合でもモータの出力トルクが上限値まで届きにくい。これによって、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率が変わりにくくなり、自転車の推進をより適切にアシストできる。

〔２〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記第２の上限値は、前記第１の上限値の２倍以上である。このため、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率がより変わりにくくなり、自転車の推進をより適切にアシストできる。

〔３〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記第１動作モードにおいて、前記モータの出力トルクが前記第１の上限値以下のときに、第１のアシスト比となるように前記モータを制御し、前記第２動作モードにおいて、前記モータの出力トルクが前記第２の上限値以下のときに、第２のアシスト比となるように前記モータを制御する。
このように、動作モードごとにアシスト比の大きさが異なることによって、自転車の推進をより適切にアシストできる。

〔４〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記第２のアシスト比は、前記第１のアシスト比の２倍以下である。
第２動作モードのアシスト比を第１動作モードのアシスト比よりも大きくしても、第２のアシスト比を第１のアシスト比の２倍以下とすることによって、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率が変わりにくくなり、自転車の推進をより適切にアシストできる。

〔５〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記他の動作モードは、前記モータの出力トルクの上限値が、前記第２の上限値以上の第３の上限値である第３動作モードを含み、前記制御部は、前記第３動作モードにおいて、前記モータの出力トルクが前記第３の上限値以下のときに、第３のアシスト比となるように前記モータを制御し、前記第３のアシスト比は、前記第２動作モードの第２のアシスト比よりも大きく、前記第３の上限値と前記第２の上限値との差は、前記第２の上限値と前記第１の上限値との差よりも小さい。
このため、走行環境に応じて第１動作モード、第２動作モード、および、第３動作モードを選択することによって、自転車の推進をより適切にアシストできる。特に第２動作モードにおいて、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率が変わりにくい。

〔６〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記第３のアシスト比は、前記第２のアシスト比の２倍以上である。
このため、第３動作モードでは、自転車の推進をより強くアシストできる。

〔７〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記第３の上限値と前記第２の上限値とは、等しい。
このため、第２動作モードでは、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率が変わりにくいので、自転車の推進をより適切にアシストできる。

〔８〕本発明に従う自転車用制御装置の一形態は、自転車に入力される人力駆動力に基づいて、前記自転車の推進をアシストするモータの出力を制御する制御部を含み、前記制御部は、第１動作モード、第２動作モード、および、第３動作モードのいずれかの動作モードによって前記モータを制御し、前記第１動作モードから前記第２動作モードに切り替えたときのアシスト比の上昇率は、前記第２動作モードから前記第３動作モードに切り替えたときの前記アシスト比の上昇率よりも小さく、前記第１動作モードから前記第２動作モードに切り替えたときの前記モータの出力トルクの上限値の上昇率は、前記第２動作モードから前記第３動作モードに切り替えたときの前記モータの出力トルクの上限値の上昇率よりも大きい。
このため、第２動作モードでは、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率が変わりにくいので、自転車の推進をより適切にアシストできる。また動作モードごとにモータによるアシストの強さが異なることによって、走行環境に応じたアシストを実現しやすい。

〔９〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記第２動作モードにおける前記アシスト比は、前記第１動作モードにおける前記アシスト比の２倍以下である。
第２動作モードのアシスト比を第１動作モードのアシスト比よりも大きくしても、第２のアシスト比を第１のアシスト比の２倍以下とすることによって、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率が変わりにくくなり、自転車の推進をより適切にアシストできる。

〔１０〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記第２動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、前記第１動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値の２倍以上である。
このため、第２動作モードでは、第１動作モードと比較して、より大きな人力駆動力が入力された場合でもモータの出力トルクが上限値まで届きにくい。これによって、人力駆動力とモータの出力トルクとの比率が変わりにくくなり、自転車の推進をより適切にアシストできる。

〔１１〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、ユーザが操作可能な操作部の操作に基づいて、前記動作モードを変更する。
このため、ユーザが動作モードを変更することができ、ユーザにとって好ましいアシスト力が得られやすい。

〔１２〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記自転車の傾斜角度および前記自転車の振動の少なくともいずれか一方に基づいて前記動作モードを切り替える。
このため、制御部が走行環境に応じてモータの制御を行うことができるため、走行環境に応じたアシストを実現しやすい。

〔１３〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記傾斜角度が第１の角度未満、かつ、前記振動の大きさが閾値未満のとき、前記第１動作モードで前記モータを制御する。
傾斜角度が第１の角度未満、かつ、振動の大きさが閾値未満のときには、モータの出力が抑えられることによってモータの消費電力を抑制できる。

〔１４〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記傾斜角度が第１の角度未満、かつ、前記振動の大きさが閾値以上のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御する。
傾斜角度が第１の角度未満、かつ、振動の大きさが閾値以上のときには、第１動作モードよりもモータの出力を高くすることができるため、自転車の推進を強くアシストできる。

〔１５〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記傾斜角度が第１の角度以上のとき、前記第３動作モードで前記モータを制御する。
傾斜角度が第１の角度以上のときには、第１動作モードおよび第２動作モードよりもモータの出力を高くすることができるため、自転車の推進をより強くアシストできる。

〔１６〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記自転車の傾斜角度が第２の角度以上のとき、前記第３動作モードで前記モータを制御し、前記第２の角度よりも小さい第３の角度以上、かつ、前記傾斜角度が前記第２の角度未満のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御し、前記傾斜角度が前記第３の角度未満のとき、前記第１動作モードで前記モータを制御する。
このため、自転車の傾斜角度に応じて自転車の推進を適切にアシストできる。

〔１７〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記自転車の傾斜角度が第４の角度以上のとき、前記第３動作モードで前記モータを制御し、前記傾斜角度が前記第４の角度未満のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御する。
このため、自転車の傾斜角度に応じて自転車の推進を適切にアシストできる。

〔１８〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、ユーザが操作可能な操作部の操作に基づいて、前記動作モードを前記第１動作モードに切り替える。
このため、自転車の傾斜角度に関わらず、ユーザの操作によって第１動作モードに変更することができ、モータの消費電力を抑制できる。

〔１９〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記自転車の振動の大きさが閾値以上のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御し、前記振動の大きさが前記閾値未満のとき、前記第１動作モードで前記モータを制御する。
このため、自転車の振動の大きさに応じて自転車の推進を適切にアシストできる。

〔２０〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、ユーザが操作可能な操作部の操作に基づいて、前記動作モードを前記第３動作モードに切り替える。
このため、自転車の振動の大きさに関わらず、ユーザの操作によって第３動作モードに変更することができ、ユーザの意図に応じてアシスト力を増大させることができる。

〔２１〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記傾斜角度に関する情報を、前記自転車の前後方向の傾斜角度を検出する傾斜センサから取得する。
この構成によれば、傾斜角度を精度よく取得できる。

〔２２〕前記自転車用制御装置の一例によれば、前記制御部は、前記振動の大きさに関する情報を、前記自転車の振動を検出する振動センサから取得する。
この構成によれば、振動センサによって自転車の振動の大きさを精度よく取得できる。

上記自転車用制御装置によれば、自転車の走行環境に応じて自転車の推進をより適切にアシストできる。

実施の形態の自転車用制御装置を含む自転車の電気的構成を示すブロック図。 図１の制御部によって実行される切替処理のフローチャート。 第１の変形例の制御部によって実行される切替処理のフローチャート。 第２の変形例の制御部によって実行される切替処理のフローチャート。 第３の変形例の制御部によって実行される切替処理のフローチャート。 第４の変形例の制御部によって実行される切替処理のフローチャート。

図１および図２を参照して、実施の形態の自転車用制御装置について説明する。
図１に示されるように、自転車用制御装置１０は、制御部１２を含む。自転車用制御装置１０は、自転車に設けられている。自転車には、ドライブユニット２０、操作部３０、トルクセンサ４０、車速センサ４２、傾斜センサ４４、および、バッテリ５０が設けられている。制御部１２には、ドライブユニット２０の駆動回路２２、操作部３０、トルクセンサ４０、車速センサ４２、および、傾斜センサ４４が有線または無線によって通信可能に接続されている。制御部１２および駆動回路２２には、バッテリ５０が電気的に接続されている。操作部３０、トルクセンサ４０、車速センサ４２、および、傾斜センサ４４が有線で制御部１２に接続されている場合、制御部１２からこれらに電力を供給してもよく、バッテリ５０から電力を直接供給してもよい。操作部３０、トルクセンサ４０、車速センサ４２、および、傾斜センサ４４が無線で制御部１２に接続されている場合、操作部３０、トルクセンサ４０、車速センサ４２、および、傾斜センサ４４は、それぞれ電源を備える。電源は、例えば充電池、発電機などである。

制御部１２は、自転車に入力される人力駆動力に基づいて、自転車の推進をアシストするドライブユニット２０のモータ２４の出力を制御する。制御部１２は、複数の動作モードのいずれかによってモータ２４を制御する。複数の動作モードにおいて、人力駆動力に基づくモータ２４の出力状態は互いに異なる。制御部１２は、演算処理部および記憶部を含む。演算処理部は、予め定められた制御プログラムを実行し、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit ）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit ）を含む。記憶部には、各種の制御プログラム、複数の動作モード、および、各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。なお、記憶部は、制御部１２とは別に形成されてもよい。制御部１２は、ドライブユニット２０または操作部３０に設けられてもよく、これらとは別に設けられてもよい。制御部１２は、１または複数の演算処理部および記憶部を含んでいてもよい。例えば、制御部１２が複数の演算処理部および記憶部を含む場合、ドライブユニット２０および操作部３０にも制御部１２を構成する演算処理部および記憶部がそれぞれ設けられてもよい。制御部１２は、入力インタフェース回路および出力インタフェース回路のような一般的な回路を含んでもよい。

ドライブユニット２０は、駆動回路２２およびモータ２４を含む。駆動回路２２は、自転車に搭載されたバッテリ５０からモータ２４に供給される電力を制御する。モータ２４は、自転車の推進をアシストする。モータ２４は、自転車に入力される人力駆動力をアシストする。モータ２４は電気モータを含む。モータ２４は、自転車のクランク軸からリアスプロケットまでの間の動力伝達経路に結合される。モータ２４は、クランク軸からフロントスプロケットまでの間の動力伝達経路に連結されることが好ましい。ドライブユニット２０は、モータ２４の回転を減速する減速機を含んでいてもよい。ドライブユニット２０は、フロントハブまたはリアハブに含まれていてもよく、この場合、モータ２４はフロントハブまたはリアハブのハブシェルに結合される。

操作部３０は、ハンドルバーに取り付けられる。操作部３０は、第１の操作部３２および第２の操作部３４を含む。第１の操作部３２および第２の操作部３４は、それぞれスイッチまたはレバーを含む。制御部１２は、ユーザが操作可能な操作部３０の操作に基づいて、動作モードを変更する。第１の操作部３２および第２の操作部３４は、複数の動作モードを手動で変更するために設けられる。ユーザによって第１の操作部３２または第２の操作部３４が操作されると、操作部３０は、複数の動作モードの１つを他の動作モードに切り替える切替信号を制御部１２に出力する。第１の操作部３２は、複数の動作モードを第１の順番で切り替えるために設けられる。第２の操作部３４は、複数の動作モードを第１の順番とは逆の第２の順番で切り替えるために設けられる。操作部３０は、さらに第３の操作部３６を含む。第３の操作部３６は、スイッチまたはレバーを含む。ユーザによって第３の操作部３６が操作されると、制御部１２は、複数の動作モードを手動で変更する手動モード、または複数の動作モードを自動で変更する自動モードに変更する。操作部３０は、複数の動作モードを手動で変更するための信号、複数の動作モードを自動で変更するための信号を区別して制御部１２に与えてもよく、制御部１２が第３の操作部３６の操作に応じた信号を受け取ると、操作部３０が手動モードと自動モードとを交互に切り替えてもよい。

トルクセンサ４０は、人力駆動力に応じた信号を出力する。トルクセンサ４０は、クランクまたはペダルに与えられる人力駆動力を検出する。トルクセンサ４０は、例えば、歪センサ、磁歪センサ、光学センサ、および、圧力センサの少なくとも１つを含む。制御部１２は、トルクセンサ４０の出力に基づいて単位時間当たりの人力駆動力（以下、「人力駆動力ＴＨ」）を演算する。

車速センサ４２は、フロントフォークに取り付けられる。車速センサ４２は、前輪のスポークに取り付けられた磁石との相対位置の変化に応じた値を制御部１２に出力する。車速センサ４２は、リードスイッチを構成する磁性体リード、または、ホール素子を含むことが好ましい。制御部１２は、車速センサ４２の出力、および、制御部１２に予め記憶された前輪の周長に基づいて単位時間当たりの走行距離（以下、「車速Ｖ」）を演算する。車速センサ４２は、自転車のチェーンステイに取り付けられてもよい。この場合、後輪のスポークに磁石が取り付けられる。車速センサ４２は、ＧＰＳ（Global Positioning System ）を含んでいてもよい。

傾斜センサ４４は、自転車のフレームに取り付けられる。傾斜センサ４４は、傾斜角度を検出する。傾斜センサ４４は、３軸のジャイロセンサ４４Ａおよび３軸の加速度センサ４４Ｂを含む。傾斜センサ４４の出力は、３軸のそれぞれの姿勢角度、および、３軸のそれぞれの加速度の情報を含む。なお、３軸の姿勢角度は、ピッチ角度ＤＡ、ロール角度ＤＢ、および、ヨー角度ＤＣである。ジャイロセンサ４４Ａの３軸と加速度センサ４４Ｂの３軸とは一致することが好ましい。傾斜センサ４４は、自転車の左右方向とピッチ角度ＤＡの軸の延びる方向とが略一致するように自転車に取り付けられることが好ましい。なお、傾斜センサ４４は、フロントフォーク、ハンドルバー、または、ドライブユニット２０に取り付けられてもよい。傾斜センサ４４は、１軸の加速度センサを含んでいてもよい。

制御部１２は、自転車の傾斜角度に関する情報を、自転車の前後方向の傾斜角度を検出する傾斜センサ４４から取得する。例えば、制御部１２は、傾斜センサ４４の出力に基づいて自転車の傾斜角度Ｄを演算する。傾斜角度Ｄは、自転車の左右方向に延びる軸まわりの自転車の前後方向の傾斜角度である。すなわち傾斜角度Ｄは、ピッチ角度ＤＡである。傾斜角度Ｄは、自転車が水平な場所に設置されるときに「０」度となるように設定されている。このため、傾斜角度Ｄは、走行路面の勾配と相関する。

制御部１２は、自転車の振動の大きさＶＲに関する情報を、自転車の振動を検出する振動センサから取得する。振動センサの一例は、加速度センサ４４Ｂである。振動の大きさＶＲの一例は、振動レベル（ｄＢ）である。例えば、制御部１２は、加速度センサ４４Ｂの出力に基づいて自転車の振動の大きさＶＲを演算する。好ましくは、制御部１２は、自転車の上下方向の振動の大きさＶＲを演算する。

制御部１２は、人力駆動力ＴＨおよび車速Ｖに基づいてモータ２４を制御するアシスト制御を実行する。制御部１２は、車速Ｖが予め設定される所定の車速Ｖ以上のとき、モータ２４の駆動を停止する。所定の車速Ｖは、例えば時速２５ｋｍである。制御部１２は、モータ２４の出力トルクのトルク指令値を演算する。トルク指令値は、例えば予め設定されたアシスト比Ｒを人力駆動力ＴＨに乗算した値に基づいて設定される。制御部１２は、出力トルクＴＡが予め設定されている上限値ＴＬ以下となるようにモータ２４を制御する。制御部１２は、例えばモータ２４の出力トルクＴＡがトルク指令値に一致するようにモータ２４に供給する電流を制御する。制御部１２は、トルク指令値が上限値ＴＬよりも大きくなる場合、トルク指令値を上限値ＴＬに設定する。なお、制御部１２は、トルク指令値に代えて、電流指令値または電力指令値を用いてもよい。アシスト比Ｒは、人力駆動力ＴＨに対するモータ２４の駆動力の比率である。モータ２４に減速機が接続されている場合、アシスト比Ｒは、人力駆動力ＴＨに対するモータ２４の減速機の出力における駆動力の比率であり、モータ２４の出力トルクＴＡは、モータ２４の減速機における出力トルクとするのが好ましい。

複数の動作モードは、人力駆動力に基づいてモータ２４の出力を制御する第１動作モードおよび第２動作モードと、第１動作モードおよび第２動作モードを除く他の動作モードとを含む。他の動作モードの一例は、人力駆動力に基づいてモータ２４の出力を制御する第３動作モードである。制御部１２は、第１動作モード、第２動作モード、および、第３動作モードのいずれかの動作モードによってモータ２４を制御する。なお、他の動作モードの別の例は、人力駆動力にかかわらずモータ２４の出力を制御する動作モードである。その一例として、モータ２４によるアシストを停止するオフモード、および、ユーザが自転車を押して歩くときにモータ２４によってアシストするウォークモードが挙げられる。また他の動作モードは、ウォークモードを含まなくてもよい。

第１動作モードは、走行中のバッテリ５０の電力消費を抑える動作モードである。第２動作モードは、岩場やダートなどの走行路面の凹凸が大きいオフロードのような走行負荷の変化の大きい走行路面の走行を想定した動作モードである。第３動作モードは、急坂などの上り勾配のような走行負荷が高い状態が続く走行路面の走行を想定した動作モードである。なお、走行負荷は、自転車の推進に必要な、自転車のタイヤと走行路面との接線方向の力である。

各動作モードには、アシスト比Ｒおよび出力トルクＴＡの上限値ＴＬが対応付けられている。なお、以下の説明において、第１のアシスト比Ｒ１は第１動作モードにおけるアシスト比Ｒであり、第２のアシスト比Ｒ２は第２動作モードにおけるアシスト比Ｒであり、第３のアシスト比Ｒ３は第３動作モードにおけるアシスト比Ｒである。

第２のアシスト比Ｒ２は、第１のアシスト比Ｒ１よりも大きい。第３のアシスト比Ｒ３は、第２のアシスト比Ｒ２よりも大きい。第１動作モードから第２動作モードに切り替えたときのアシスト比Ｒの上昇率（Ｒ２／Ｒ１）は、第２動作モードから第３動作モードに切り替えたときのアシスト比Ｒの上昇率（Ｒ３／Ｒ２）よりも小さい。好ましくは、第３のアシスト比Ｒ３は、第２のアシスト比Ｒ２の２倍以上である。好ましくは、第２のアシスト比Ｒ２は、第１のアシスト比Ｒ１の２倍以下である。好ましくは、第１動作モードから第２動作モードに変更したときのアシスト比Ｒの上昇率（Ｒ２／Ｒ１）は、第２動作モードから第３動作モードに変更したときのアシスト比Ｒの上昇率（Ｒ３／Ｒ２）の１／２よりも小さい。

各アシスト比Ｒ１〜Ｒ３は、上述の関係を満たすことを条件として例えば以下の数値範囲内の値に設定される。すなわち、アシスト比Ｒ１は、０．５以上かつ０．６５以下であり、好ましくは０．６である。アシスト比Ｒ２は、０．６５以上かつ１．８未満であり、好ましくは０．７である。アシスト比Ｒ３は、２．５以上かつ４．０以下であり、好ましくは３．０である。

第１動作モードにおけるモータ２４の出力トルクの上限値は、第１の上限値ＴＬ１であり、第２動作モードにおけるモータ２４の出力トルクの上限値は、第１の上限値ＴＬ１の１．５倍以上の第２の上限値ＴＬ２である。好ましくは、第２の上限値ＴＬ２は、第１の上限値ＴＬ１の２倍以上である。他の動作モードにおけるモータ２４の出力トルクの上限値は、第１の上限値ＴＬ１以下または第２の上限値ＴＬ２以上である。好ましくは、他の動作モードは、モータ２４の出力トルクの上限値が、第２の上限値ＴＬ２以上である第３動作モードを含む。第３の上限値ＴＬ３と第２の上限値ＴＬ２との差は、第２の上限値ＴＬ２と第１の上限値ＴＬ１との差よりも小さい。好ましくは、第３の上限値ＴＬ３と第２の上限値ＴＬ２とは、等しい。

第１動作モードから第２動作モードに切り替えたときのモータ２４の出力トルクＴＡの上限値ＴＬの上昇率（ＴＬ１／ＴＬ２）は、第２動作モードから第３動作モードに変更したときのモータ２４の出力トルクＴＡの上限値ＴＬの上昇率（ＴＬ３／ＴＬ２）よりも大きい。好ましくは、第１動作モードから第２動作モードに切り替えたときのモータ２４の出力トルクＴＡの上限値ＴＬの上昇率（ＴＬ１／ＴＬ２）は、第２動作モードから第３動作モードに切り替えたときのモータ２４の出力トルクＴＡの上限値ＴＬの上昇率（ＴＬ３／ＴＬ２）の１／２よりも大きい。

各上限値ＴＬ１〜ＴＬ３は、上述の関係を満たすことを条件として例えば以下の数値範囲内の値に設定される。すなわち、第１の上限値ＴＬ１は、２０Ｎｍ以上かつ３５Ｎｍ以下であり、好ましくは３０Ｎｍである。第２の上限値ＴＬ２は、５５Ｎｍよりも大きくかつ７０Ｎｍ以下であり、好ましくは７０Ｎｍである。第３の上限値ＴＬ３は、６０Ｎｍ以上かつ８０Ｎｍ以下であり、好ましくは７０Ｎｍである。

制御部１２は、第１動作モードにおいて、モータ２４の出力トルクＴＡが第１の上限値ＴＬ１以下のときに、第１のアシスト比Ｒ１となるようにモータ２４を制御する。制御部１２は、第２動作モードにおいて、モータ２４の出力トルクＴＡが第２の上限値ＴＬ２以下のときに、第２のアシスト比Ｒ２となるようにモータ２４を制御する。制御部１２は、第３動作モードにおいて、モータ２４の出力トルクＴＡが第３の上限値ＴＬ３以下のときに、第３のアシスト比Ｒ３となるようにモータ２４を制御する。

制御部１２は、自転車の傾斜角度および自転車の振動の少なくともいずれか一方に基づいて動作モードを切り替える。制御部１２は、傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１未満、かつ、振動の大きさＶＲが閾値Ｘ未満のとき、第１動作モードでモータ２４を制御する。制御部１２は、傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１未満、かつ、振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上のとき、第２動作モードでモータ２４を制御する。制御部１２は、傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１以上のとき、第３動作モードでモータ２４を制御する。第１の角度Ｙ１は、走行路面が急坂のような高い走行負荷であるか否かを判定する値であり、試験等により予め設定される。閾値Ｘは、走行路面がオンロードおよびオフロードのいずれかを判定する値であり、試験等により予め設定される。なお、オンロードは、舗装路のような走行路面の凹凸が小さく、走行負荷の小さい走行路面である。

例えば、制御部１２は、傾斜角度Ｄおよび振動の大きさＶＲに基づいて第１動作モード、第２動作モード、および、第３動作モードのいずれかに切り替える切替処理を実行する。これによって、走行環境に応じて、路面に適した動作モードでモータ２４の出力を制御することができる。

図１および図２を参照して、切替処理について説明する。制御部１２は、切替処理を所定周期毎に繰り返し実行する。制御部１２は、操作部３０から複数の動作モードを手動で変更するための信号を受信したとき、または、制御部１２への電力の供給をＯＦＦにしたときに、切替処理の実行を停止する。

制御部１２は、ステップＳ１１において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上か否かを判定する。制御部１２は、ステップＳ１１において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上と判定したとき、ステップＳ１２において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１以上か否かを判定する。

制御部１２は、ステップＳ１２において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１以上と判定したとき、ステップＳ１３において第３動作モードでモータ２４を制御し、ステップＳ１２において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１未満と判定したとき、ステップＳ１４において第２動作モードでモータ２４を制御する。

制御部１２は、ステップＳ１１において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ未満と判定したとき、ステップＳ１５において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１未満か否かを判定する。制御部１２は、ステップＳ１５において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１未満と判定したとき、ステップＳ１６において第１動作モードでモータ２４を制御し、ステップＳ１５において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１以上と判定したとき、ステップＳ１３に移行し、第３動作モードでモータ２４を制御する。

（変形例）
上記実施の形態に関する説明は、本発明の自転車用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。本発明の自転車用制御装置は、例えば以下に示される上記実施の形態の変形例、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。

・制御部１２は、切替処理において、傾斜角度Ｄのみに基づいて複数の動作モードのうちの１つの動作モードでモータ２４を制御することもできる。
その一例として、制御部１２は、自転車の傾斜角度Ｄが第２の角度Ｙ２以上のとき、第３動作モードでモータ２４を制御する。制御部１２は、傾斜角度Ｄが第２の角度Ｙ２よりも小さい第３の角度Ｙ３以上、かつ、傾斜角度Ｄが第２の角度Ｙ２未満のとき、第２動作モードでモータ２４を制御する。制御部１２は、傾斜角度Ｄが第３の角度Ｙ３未満のとき、第１動作モードでモータ２４を制御する。第２の角度Ｙ２は、自転車が走行する路面が急坂のような高い走行負荷状態であるか否かを判定する値であり、試験等により予め設定される。第２の角度Ｙ２は、例えば、実施の形態の第１の角度Ｙ１と等しい。第３の角度Ｙ３は、自転車が走行する路面が平坦のような低い走行負荷状態であるか否かを判定する値である。第３の角度Ｙ３は、試験等により予め設定される。

図３を参照して、切替処理の他の例について説明する。
制御部１２は、ステップＳ２１において傾斜角度Ｄが第２の角度Ｙ２以上か否かを判定する。制御部１２は、ステップＳ２１において傾斜角度Ｄが第２の角度Ｙ２以上と判定したとき、ステップＳ２２において第３動作モードでモータ２４を制御する。制御部１２は、ステップＳ２１において傾斜角度Ｄが第２の角度Ｙ２未満と判定したとき、ステップＳ２３において傾斜角度Ｄが第３の角度Ｙ３以上か否かを判定する。

制御部１２は、ステップＳ２３において傾斜角度Ｄが第３の角度Ｙ３以上と判定したとき、ステップＳ２４において第２動作モードでモータ２４を制御し、ステップＳ２３において傾斜角度Ｄが第３の角度Ｙ３未満と判定したとき、ステップＳ２５において第１動作モードでモータ２４を制御する。

また別の例として、制御部１２は、自転車の傾斜角度Ｄが第４の角度Ｙ４以上のとき、第３動作モードでモータ２４を制御し、傾斜角度Ｄが第４の角度Ｙ４未満のとき、第２動作モードでモータ２４を制御する。第４の角度Ｙ４は、自転車が走行する路面が急坂のような高い走行負荷状態であるか否かを判定する値であり、試験等により予め設定される。第４の角度Ｙ４は、例えば、実施の形態の第１の角度Ｙ１と等しい。

この別の例では、制御部１２は、傾斜角度に基づいて第２動作モードおよび第３動作モードのいずれかの動作モードに切り替える。このように制御部１２がモータ２４を制御する場合、ユーザが操作可能な操作部３０の操作に基づいて、動作モードを第１動作モードに切り替える。例えば、ユーザが第１の操作部３２を操作したとき、操作部３０が第１動作モードに切り替える切替信号を制御部１２に出力する。制御部１２は、切替信号に基づいて第１動作モードでモータ２４を制御する。

図４を参照して、切替処理の別の例について説明する。
制御部１２は、ステップＳ３１において傾斜角度Ｄが第４の角度Ｙ４以上か否かを判定する。制御部１２は、ステップＳ３１において傾斜角度Ｄが第４の角度Ｙ４以上と判定したとき、ステップＳ３２において第３動作モードでモータ２４を制御し、ステップＳ３１において傾斜角度Ｄが第４の角度Ｙ４未満と判定したとき、ステップＳ３３において第２動作モードでモータ２４を制御する。

・制御部１２は、切替処理において、自転車の振動のみに基づいて複数の動作モードのうちの１つの動作モードでモータ２４を制御することもできる。その一例として、制御部１２は、自転車の振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上のとき、第２動作モードでモータ２４を制御し、振動の大きさＶＲが閾値Ｘ未満のとき、第１動作モードでモータ２４を制御する。この例では、制御部１２は、振動の大きさＶＲに基づいて第１動作モードおよび第２動作モードのいずれかの動作モードに切り替える。このように制御部１２がモータ２４を制御する場合、ユーザが操作可能な操作部３０の操作に基づいて、動作モードを第３動作モードに切り替える。例えば、ユーザが第１の操作部３２を操作したとき、操作部３０が第３動作モードに切り替える切替信号を制御部１２に出力する。制御部１２は、切替信号に基づいて第３動作モードでモータ２４を制御する。

図５を参照して、切替処理の他の例について説明する。
制御部１２は、ステップＳ４１において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上か否かを判定する。制御部１２は、ステップＳ４１において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上と判定したとき、ステップＳ４２において第２動作モードでモータ２４を制御し、ステップＳ４１において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ未満と判定したとき、ステップＳ４３において第１動作モードでモータ２４を制御する。

・制御部１２は、切替処理において、図６に示されるように、ステップＳ５１における傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１以上か否かの判定の後に、ステップＳ５２における振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上か否かの判定を行うこともできる。例えば、制御部１２は、ステップＳ５１において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１以上と判定したとき、ステップＳ５３において第３動作モードでモータ２４を制御する。すなわち制御部１２は、傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１以上と判定したとき、振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上か否かの判定を行わない。また制御部１２は、ステップＳ５１において傾斜角度Ｄが第１の角度Ｙ１未満と判定したとき、ステップＳ５２において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上か否かの判定を行う。制御部１２は、ステップＳ５２において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ以上と判定したとき、ステップＳ５４において第２動作モードでモータ２４を制御し、ステップＳ５２において振動の大きさＶＲが閾値Ｘ未満と判定したとき、ステップＳ５５において第１動作モードでモータ２４を制御する。

・制御部１２は、自転車の前輪が走行路面から浮いたとき、切替処理にかかわらず、第１動作モードまたは第２動作モードでモータ２４を制御することもできる。制御部１２は、例えば傾斜角度Ｄが所定角度ＹＡ以上になるとき、自転車の前輪が走行路面から浮いたと判定する。所定角度ＹＡは、前輪の浮きに応じた傾斜角度であり、例えば４５°である。所定角度ＹＡは、第１の角度Ｙ１よりも大きく、一般的な上り坂の傾斜角度よりも大きく設定されることが好ましい。また制御部１２は、例えば傾斜角度Ｄが所定角度ＹＡ以上、かつ、傾斜角度Ｄの変化速度ＤＶが所定速度ＶＸ以上のとき、自転車の前輪が走行路面から浮いたと判定してもよい。変化速度ＤＶは、自転車が一般的な上り坂を走行するときの傾斜角度Ｄの変化速度よりも大きく設定されることが好ましい。また制御部１２は、例えば傾斜角度Ｄが所定角度ＹＡ以上、かつ、前輪に加えられる荷重Ｗが所定荷重ＷＸ未満であるとき、自転車の前輪が走行路面から浮いたと判定してもよい。所定荷重ＷＸは、前輪の浮きを検出するための値に設定される。所定荷重ＷＸは、例えば「０」ｋｇまたは「０」ｋｇ付近の値に設定される。

・各アシスト比Ｒ１〜Ｒ３は任意の設定事項である。例えば、第１のアシスト比Ｒ１と第２のアシスト比Ｒ２とが等しくてもよい。第２のアシスト比Ｒ２と第３のアシスト比Ｒ３とが等しくてもよい。第１のアシスト比Ｒ１、第２のアシスト比Ｒ２、および、第３のアシスト比Ｒ３が互いに等しくてもよい。各アシスト比Ｒ１〜Ｒ３および各動作モードにおける出力トルクＴＡの上限値は、自転車用制御装置１０と接続された電子デバイス、または操作装置を用いてユーザが設定可能としてもよい。電子デバイスは、ＰＣ（Personal Computer ）またはスマートフォンである。

・制御部１２は、傾斜角度ＤをＧＰＳ（Global Positioning System ）によって取得することもできる。ＧＰＳによる傾斜角度Ｄの情報は、例えばサイクルコンピュータまたはスマートフォン等を介して制御部１２に入力される。また制御部１２は、傾斜角度Ｄをユーザの入力を介して取得することもできる。

・制御部１２は、振動の大きさＶＲを傾斜センサ４４とは別に自転車に取り付けられた振動センサの出力に基づいて演算することもできる。振動センサは、例えば加速度センサ、速度センサ、および、変位センサなどを用いて実現することができる。

・操作部３０は、第１の操作部３２および第２の操作部３４に代えて、複数の動作モードのそれぞれに対応する複数のボタンを備える。ユーザがボタンを操作することによって、操作部３０は、ボタンに対応した動作モードに切り替える切替信号を制御部１２に出力する。制御部１２は、切替信号に基づく動作モードでモータ２４を制御する。

１０…自転車用制御装置、１２…制御部、２４…モータ、３０…操作部、４４…傾斜センサ、４４Ｂ…加速度センサ（振動センサ）。

Claims (24)

1. 自転車に入力される人力駆動力に基づいて、前記自転車の推進をアシストするモータの出力を制御する制御部を含み、
   前記制御部は、複数の動作モードのいずれかによって前記モータを制御し、
   前記複数の動作モードは、前記人力駆動力に基づいて前記モータの出力を制御する第１動作モードおよび前記人力駆動力に基づいて前記モータの出力を制御する第２動作モードと、前記第１動作モードおよび前記第２動作モードを除く他の動作モードとを含み、
   前記他の動作モードは、前記人力駆動力に基づいて前記モータの出力を制御する第３動作モードを含み、
   前記第１動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、第１の上限値であり、
   前記第２動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、前記第１の上限値の１．５倍以上の第２の上限値であり、
   前記第３動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、前記第２の上限値以上の第３の上限値である、自転車用制御装置。
2. 前記第２の上限値は、前記第１の上限値の２倍以上である、請求項１に記載の自転車用制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１動作モードにおいて、前記モータの出力トルクが前記第１の上限値以下のときに、第１のアシスト比となるように前記モータを制御し、
   前記第２動作モードにおいて、前記モータの出力トルクが前記第２の上限値以下のときに、第２のアシスト比となるように前記モータを制御する、請求項１または２に記載の自転車用制御装置。
4. 前記第２のアシスト比は、前記第１のアシスト比の２倍以下である、請求項３に記載の自転車用制御装置。
5. 前記制御部は、前記第３動作モードにおいて、前記モータの出力トルクが前記第３の上限値以下のときに、第３のアシスト比となるように前記モータを制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
6. 前記第３のアシスト比は、前記第２動作モードにおける第２のアシスト比よりも大きい、請求項５に記載の自転車用制御装置。
7. 前記第３のアシスト比は、前記第２のアシスト比の２倍以上である、請求項６に記載の自転車用制御装置。
8. 前記第３の上限値と前記第２の上限値との差は、前記第２の上限値と前記第１の上限値との差よりも小さい、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
9. 前記第３の上限値と前記第２の上限値とは、等しい、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
10. 自転車に入力される人力駆動力に基づいて、前記自転車の推進をアシストするモータの出力を制御する制御部を含み、
    前記制御部は、第１動作モード、第２動作モード、および、第３動作モードのいずれかの動作モードによって前記モータを制御し、
    前記第１動作モードから前記第２動作モードに切り替えたときのアシスト比の上昇率は、前記第２動作モードから前記第３動作モードに切り替えたときの前記アシスト比の上昇率よりも小さく、
    前記第１動作モードから前記第２動作モードに切り替えたときの前記モータの出力トルクの上限値の上昇率は、前記第２動作モードから前記第３動作モードに切り替えたときの前記モータの出力トルクの上限値の上昇率よりも大きい、自転車用制御装置。
11. 前記第２動作モードにおける前記アシスト比は、前記第１動作モードにおける前記アシスト比の２倍以下である、請求項１０に記載の自転車用制御装置。
12. 前記第２動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値は、前記第１動作モードにおける前記モータの出力トルクの上限値の２倍以上である、請求項１０または１１に記載の自転車用制御装置。
13. 前記制御部は、ユーザが操作可能な操作部の操作に基づいて、前記動作モードを変更する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
14. 前記制御部は、前記自転車の傾斜角度および前記自転車の振動の少なくともいずれか一方に基づいて前記動作モードを切り替える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
15. 前記制御部は、前記傾斜角度が第１の角度未満、かつ、前記振動の大きさが閾値未満のとき、前記第１動作モードで前記モータを制御する、請求項１４に記載の自転車用制御装置。
16. 前記制御部は、前記傾斜角度が第１の角度未満、かつ、前記振動の大きさが閾値以上のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御する、請求項１４または１５に記載の自転車用制御装置。
17. 前記制御部は、前記傾斜角度が第１の角度以上のとき、前記第３動作モードで前記モータを制御する、請求項１〜１２のいずれか一項を引用する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
18. 前記制御部は、前記自転車の傾斜角度が第２の角度以上のとき、前記第３動作モードで前記モータを制御し、前記第２の角度よりも小さい第３の角度以上、かつ、前記傾斜角度が前記第２の角度未満のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御し、前記傾斜角度が前記第３の角度未満のとき、前記第１動作モードで前記モータを制御する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
19. 前記制御部は、前記自転車の傾斜角度が第４の角度以上のとき、前記第３動作モードで前記モータを制御し、前記傾斜角度が前記第４の角度未満のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
20. 前記制御部は、ユーザが操作可能な操作部の操作に基づいて、前記動作モードを前記第１動作モードに切り替える、請求項１９に記載の自転車用制御装置。
21. 前記制御部は、前記自転車の振動の大きさが閾値以上のとき、前記第２動作モードで前記モータを制御し、前記振動の大きさが前記閾値未満のとき、前記第１動作モードで前記モータを制御する、請求項１４に記載の自転車用制御装置。
22. 前記制御部は、ユーザが操作可能な操作部の操作に基づいて、前記動作モードを前記第３動作モードに切り替える、請求項１〜１２のいずれか一項を引用する請求項２１に記載の自転車用制御装置。
23. 前記制御部は、前記傾斜角度に関する情報を、前記自転車の前後方向の傾斜角度を検出する傾斜センサから取得する、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。
24. 前記制御部は、前記振動の大きさに関する情報を、前記自転車の振動を検出する振動センサから取得する、請求項１４〜１７、２１、２２のいずれか一項に記載の自転車用制御装置。

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