JP6993272B2 - 人力駆動車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、人力駆動車両用制御装置に関する。

例えば、特許文献１に開示されている人力駆動車両用制御装置は、人力駆動車両に入力される人力駆動力に対するモータの出力の比率が所定の比率になるようにモータを制御している。

特開平１０－５９２６０号公報

本発明の目的は、好適なモータの制御を行うことができる人力駆動車両用制御装置を提供することである。

本発明の第１側面に従う人力駆動車両用制御装置は、人力駆動車両の推進をアシストするモータを、前記人力駆動車両に入力される人力駆動力に応じて制御する制御部を含み、前記制御部は、前記人力駆動車両の走行抵抗が変化した場合、前記人力駆動力の仕事率に対する前記モータの仕事率の比率を変更し、かつ、前記走行抵抗の変化量と前記モータの仕事率の変化量とが異なるように前記モータを制御する。
第１側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、人力駆動力の仕事率に対するモータの仕事率の比率を、人力駆動車両の走行環境および走行状態などに適した比率に変更することができる。人力駆動車両の走行抵抗が変化した場合、走行抵抗の変化量とモータの仕事率の変化量とが異なるようにモータを制御することによって、搭乗者に走行抵抗の変化を感じさせることができる。

前記第１側面に従う第２側面の人力駆動車両用制御装置において、前記制御部は、前記走行抵抗が所定の範囲にある場合、前記走行抵抗が大きくなるほど、前記比率が小さくなるように前記モータを制御する。
第２側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、走行抵抗が所定の範囲にある場合、走行抵抗が大きくなるほど、比率が小さくなるため、人力駆動車両の推進をアシストするためのモータを備えていない一般的な人力駆動車両に似た感覚で、搭乗者が人力駆動車両を走行させることができる。

前記第２側面に従う第３側面の人力駆動車両用制御装置において、前記制御部は、前記走行抵抗が前記所定の範囲にある場合、前記走行抵抗に比例して前記比率が小さくなるように前記モータを制御する。
第３側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、人力駆動車両の推進をアシストするためのモータを備えていない一般的な人力駆動車両により似た感覚で、搭乗者が人力駆動車両を走行させることができる。

前記第１～第３側面のいずれか１つに従う第４側面の人力駆動車両用制御装置において、前記走行抵抗と前記比率との関係を記憶する記憶部をさらに含む。
上記第４側面に従えば、記憶部に記憶される走行抵抗と比率との関係を用いて、制御部が円滑にモータを制御することができる。

前記第４側面に従う第５側面の人力駆動車両用制御装置において、前記記憶部は、前記走行抵抗と前記比率との関係を変更可能に記憶する。
第５側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、記憶部に記憶される走行抵抗と比率との関係を搭乗者に適した関係に変更できる。

前記第５側面に従う第６側面の人力駆動車両用制御装置において、前記制御部は、前記記憶部に記憶される前記走行抵抗と前記比率との関係を、操作部の操作に応じて変更する。
第６側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、操作部の操作によって、記憶部に記憶される走行抵抗と比率との関係を簡便に変更できる。

前記第１～第６側面のいずれか１つに従う第７側面の人力駆動車両用制御装置において、前記制御部は、前記モータの出力が所定値以下になるように前記モータを制御する。
第７側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、モータの出力が所定値を超えないようにモータを制御するので、モータに過度に負荷が与えられてしまうことを抑制することができる。

前記第１～第７側面のいずれか１つに従う第８側面の人力駆動車両用制御装置において、前記制御部は、前記人力駆動力のトルクに対する前記モータの出力トルクのトルク比率が所定トルク比率以下になるように前記モータを制御する。
第８側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、トルク比率が所定トルク比率を超えないようにモータを制御するので、モータの出力トルクが大きくなりすぎてしまうことを抑制することができる。

前記第１～第８側面のいずれか１つに従う第９側面の人力駆動車両用制御装置において、前記制御部は、前記人力駆動力に対する前記モータの出力の比率の異なる複数の制御モードでモータを制御可能に構成され、前記走行抵抗と前記比率との関係は、前記複数の制御モードごとに異なる。
第９側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、制御モードを変更することによって、走行抵抗と比率との関係を変更することができる。

前記第１～第９側面のいずれか１つに従う第１０側面の人力駆動車両用制御装置において、前記走行抵抗は、空気抵抗、前記人力駆動車両の車輪の転がり抵抗、および、前記人力駆動車両の走行路の勾配抵抗の少なくとも１つを含む。
第１０側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、空気抵抗、人力駆動車両の車輪の転がり抵抗、および、人力駆動車両の走行路の勾配抵抗の少なくとも１つの影響を考慮してモータを制御することができる。

前記第１～第１０側面のいずれか１つに従う第１１側面の人力駆動車両用制御装置において、前記走行抵抗の検出に用いられる第１検出部をさらに含む。
第１１側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、第１検出部によって走行抵抗を好適に検出できる。

前記第１１側面に従う第１２側面の人力駆動車両用制御装置において、前記第１検出部は、風速を検出するためのセンサ、前記人力駆動車両の傾きを検出するためのセンサ、前記人力駆動車両の車速を検出するためのセンサ、前記人力駆動力のトルクを検出するためのセンサ、および、前記人力駆動車両のクランクの回転速度を検出するためのセンサの少なくとも１つを含む。
第１２側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、風速を検出するためのセンサ、人力駆動車両の傾きを検出するためのセンサ、人力駆動車両の車速を検出するためのセンサ、人力駆動力のトルクを検出するためのセンサ、および、人力駆動車両のクランクの回転速度を検出するためのセンサの少なくとも１つによって走行抵抗を好適に検出できる。

前記第１２側面に従う第１３側面の人力駆動車両用制御装置において、前記走行抵抗は、前記人力駆動力のトルクと、前記クランクの回転速度と、前記車速とに基づいて算出される。
第１３側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、人力駆動力のトルクと、クランクの回転速度と、車速とに基づいて走行抵抗を好適に検出できる。

前記第１～第１３側面のいずれか１つに従う第１４側面の人力駆動車両用制御装置において、前記人力駆動力を検出するための第２検出部をさらに含む。
第１４側面に従う人力駆動車両用制御装置によれば、第２検出部によって人力駆動力を好適に検出できる。

本発明の人力駆動車両用制御装置は、モータを好適に制御できる。

実施形態の人力駆動車両用制御装置を含む人力駆動車両の側面図。 実施形態の人力駆動車両用制御装置を含む人力駆動車両の電気的な構成を示すブロック図。 図２の記憶部に記憶される走行抵抗と比率との関係の例を示すグラフ。 図２の制御部によって実行されるモータの出力を制御する処理のフローチャート。

図１～図４を参照して、実施形態の人力駆動車両用制御装置５０について説明する。以後、人力駆動車両用制御装置５０を、単に制御装置５０と記載する。制御装置５０は、人力駆動車両１０に設けられる。人力駆動車両１０は、少なくとも人力駆動力によって駆動することができる車両である。人力駆動車両１０は、例えば、自転車を含む。人力駆動車両１０は、車輪の数が限定されず、例えば１輪車および３輪以上の車輪を有する車両も含む。人力駆動車両１０は、例えばマウンテンバイク、ロードバイク、シティバイク、カーゴバイク、および、リカンベントを含む。以下、実施の形態において、人力駆動車両１０を、自転車として説明する。

図１に示されるとおり人力駆動車両１０は、クランク１２、および、駆動輪１４を含む。人力駆動車両１０は、フレーム１６をさらに含む。クランク１２には、人力駆動力Ｈが入力される。クランク１２は、フレーム１６に対して回転可能なクランク軸１２Ａと、クランク軸１２Ａの軸方向の両端部にそれぞれ設けられるクランクアーム１２Ｂとを含む。各クランクアーム１２Ｂには、ペダル１８が連結される。駆動輪１４は、クランク１２が回転することによって駆動される。駆動輪１４は、フレーム１６に支持される。クランク１２と駆動輪１４とは、駆動機構２０によって連結される。駆動機構２０は、クランク軸１２Ａに結合される第１回転体２２を含む。クランク軸１２Ａと第１回転体２２とは、第１ワンウェイクラッチを介して結合されていてもよい。第１ワンウェイクラッチは、クランク１２が前転した場合に、第１回転体２２を前転させ、クランク１２が後転した場合に、第１回転体２２を後転させないように構成される。第１回転体２２は、スプロケット、プーリ、または、ベベルギアを含む。駆動機構２０は、連結部材２６と、第２回転体２４とをさらに含む。連結部材２６は、第１回転体２２の回転力を第２回転体２４に伝達する。連結部材２６は、例えば、チェーン、ベルト、または、シャフトを含む。

第２回転体２４は、駆動輪１４に連結される。第２回転体２４は、スプロケット、プーリ、または、ベベルギアを含む。第２回転体２４と駆動輪１４との間には、第２ワンウェイクラッチが設けられていることが好ましい。第２ワンウェイクラッチは、第２回転体２４が前転した場合に、駆動輪１４を前転させ、第２回転体２４が後転した場合に、駆動輪１４を後転させないように構成される。

人力駆動車両１０は、前輪および後輪を含む。フレーム１６には、フロントフォーク１６Ａを介して前輪が取り付けられている。フロントフォーク１６Ａには、ハンドルバー１６Ｃがステム１６Ｂを介して連結されている。以下の実施形態では、後輪を駆動輪１４として説明するが、前輪が駆動輪１４であってもよい。

図１および図２に示されるとおり、人力駆動車両１０は、バッテリ２８、モータ３０、および、駆動回路３２をさらに含む。

バッテリ２８は、１または複数のバッテリセルを含む。バッテリセルは、充電池を含む。バッテリ２８は、人力駆動車両１０に設けられ、バッテリ２８と有線で電気的に接続されている他の電気部品、例えば、モータ３０および制御装置５０に電力を供給する。バッテリ２８は、制御部５２と有線または無線によって通信可能に接続されている。バッテリ２８は、例えば電力線通信（ＰＬＣ；power line communication）によって制御部５２と通信可能である。バッテリ２８は、フレーム１６の外部に取り付けられてもよく、少なくとも一部がフレーム１６の内部に収容されてもよい。

モータ３０および駆動回路３２は、同一のハウジングに設けられることが好ましい。駆動回路３２は、バッテリ２８からモータ３０に供給される電力を制御する。駆動回路３２は、制御装置５０の制御部５２と有線または無線によって通信可能に接続されている。駆動回路３２は、例えばシリアル通信によって制御部５２と通信可能である。駆動回路３２は、制御部５２からの制御信号に応じてモータ３０を駆動させる。モータ３０は、人力駆動車両１０の推進をアシストする。モータ３０は、電気モータを含む。モータ３０は、ペダル１８から後輪までの人力駆動力Ｈの動力伝達経路、または、前輪に回転を伝達するように設けられる。モータ３０は、人力駆動車両１０のフレーム１６、後輪、または、前輪に設けられる。本実施形態では、モータ３０は、クランク軸１２Ａから第１回転体２２までの動力伝達経路に結合される。モータ３０とクランク軸１２Ａとの間の動力伝達経路には、クランク軸１２Ａを人力駆動車両１０が前進する方向に回転させた場合にクランク１２の回転力によってモータ３０が回転しないようにワンウェイクラッチが設けられるのが好ましい。モータ３０および駆動回路３２が設けられるハウジングには、モータ３０および駆動回路３２以外の構成が設けられてもよく、例えばモータ３０の回転を減速して出力する減速機が設けられてもよい。駆動回路３２は、インバータ回路を含む。

図２に示されるとおり、制御装置５０は、制御部５２を含む。本実施形態では、制御装置５０は、記憶部５４をさらに含む。本実施形態では、制御装置５０は、第１検出部５６をさらに含む。本実施形態では、制御装置５０は、第２検出部５８をさらに含む。

制御部５２は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。制御部５２は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。制御部５２は、複数の場所に離れて配置される複数の演算処理装置を含んでいてもよい。記憶部５４には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。記憶部５４は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。制御部５２および記憶部５４は、例えばモータ３０が設けられるハウジングに設けられる。制御部５２は、駆動回路３２を含んでいてもよい。

第１検出部５６は、走行抵抗Ｒの検出に用いられる。第１検出部５６は、制御装置５０の制御部５２と有線または無線によって通信可能に接続されている。第１検出部５６は、センサ６０、センサ６２、センサ６４、センサ６６、および、センサ６８の少なくとも１つを含む。第１検出部５６は、センサ７０、センサ７２、および、センサ７４の少なくとも１つをさらに含んでいてもよい。

センサ６０は、風速を検出するために用いられる。センサ６０は、風速センサおよび風圧センサの少なくとも一方を含む。センサ６０は、例えば、人力駆動車両１０のハンドルバー１６Ｃに設けられる。センサ６０は、人力駆動車両１０が前方に走行する場合の向かい風および追い風の少なくとも一方を検出可能に構成されることが好ましい。

センサ６２は、人力駆動車両１０の傾きを検出するために用いられる。センサ６２によって、人力駆動車両１０の走行する路面の傾斜角度Ｄを検出することができる。人力駆動車両１０の走行する路面の傾斜角度Ｄは、人力駆動車両１０の進行方向における傾斜角度によって検出できる。人力駆動車両１０の走行する路面の傾斜角度Ｄは、人力駆動車両１０の傾斜角度と対応する。センサ６２は、一例では、傾斜センサを含む。傾斜センサの一例は、ジャイロセンサまたは加速度センサである。別の例では、センサ６２は、ＧＰＳ（Global positioning system）受信部を含む。制御部５２は、ＧＰＳ受信部によって取得したＧＰＳ情報と、記憶部５４に予め記録されている地図情報に含まれる路面勾配とに応じて、人力駆動車両１０の走行する路面の傾斜角度Ｄを演算してもよい。

センサ６４は、人力駆動車両１０の車速Ｖを検出するために用いられる。センサ６４は、一例では、車速センサを含む。車速センサは、車輪の回転速度を検出する。車速センサは、有線または無線によって制御部５２と電気的に接続されている。車速センサは、制御部５２と有線または無線によって通信可能に接続されている。車速センサは、車輪の回転速度に応じた信号を制御部５２に出力する。制御部５２は、車輪の回転速度に基づいて人力駆動車両１０の車速Ｖを演算する。制御部５２は、車速Ｖが所定値以上になると、モータ３０を停止する。所定値は、例えば時速２５Ｋｍ、または、時速４５Ｋｍである。車速センサは、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。車速センサは、フレーム１６のチェーンステイに取り付けられ、後輪に取り付けられる磁石を検出する構成としてもよく、フロントフォーク１６Ａに設けられ、前輪に取り付けられる磁石を検出する構成としてもよい。別の例では、センサ６４は、ＧＰＳ受信部を含む。制御部５２は、ＧＰＳ受信部によって取得したＧＰＳ情報と、記憶部５４に予め記録されている地図情報と、時間とに応じて、人力駆動車両１０の車速Ｖを検出してもよい。制御部５２は、時間を計るための計時回路を含むことが好ましい。

センサ６６は、人力駆動力ＨのトルクＴＨを検出するために用いられる。センサ６６は、トルクセンサを含む。トルクセンサは、例えば、モータ３０が設けられるハウジングに設けられる。トルクセンサは、クランク１２に入力される人力駆動力ＨのトルクＴＨを検出する。トルクセンサは、例えば、動力伝達経路に第１ワンウェイクラッチが設けられる場合、第１ワンウェイクラッチよりも上流側に設けられる。トルクセンサは、歪センサまたは磁歪センサなどを含む。歪センサは、歪ゲージを含む。トルクセンサが歪センサを含む場合、歪センサは、好ましくは、動力伝達経路に含まれる回転体の外周部に設けられる。トルクセンサは、無線または有線の通信部を含んでいてもよい。トルクセンサの通信部は、制御部５２と通信可能に構成される。

センサ６８は、人力駆動車両１０のクランク１２の回転速度Ｎを検出するために用いられる。センサ６８は、クランク回転センサを含む。クランク回転センサは、例えば人力駆動車両１０のフレーム１６またはモータ３０が設けられるハウジングに取り付けられる。クランク回転センサは、磁界の強度に応じた信号を出力する磁気センサを含んで構成される。周方向に磁界の強度が変化する環状の磁石が、クランク軸１２Ａまたはクランク軸１２Ａから第１回転体２２までの間の動力伝達経路に設けられる。クランク回転センサは、制御部５２と有線または無線によって通信可能に接続されている。クランク回転センサは、クランク１２の回転速度Ｎに応じた信号を制御部５２に出力する。クランク回転センサは、クランク軸１２Ａから第１回転体２２までの人力駆動力Ｈの動力伝達経路において、クランク軸１２Ａと一体に回転する部材に設けられてもよい。例えば、クランク回転センサは、クランク軸１２Ａと第１回転体２２との間に第１ワンウェイクラッチが設けられない場合、第１回転体２２に設けられてもよい。センサ６８は、人力駆動車両１０の車速Ｖを検出するために用いられてもよい。この場合、制御部５２は、センサ６８によって検出されるクランク１２の回転速度Ｎと、人力駆動車両１０の変速比Ｂとに応じて、駆動輪１４の回転速度を演算して、人力駆動車両１０の車速Ｖを検出する。変速比Ｂは、人力駆動車両１０の駆動輪１４の回転速度に対するクランク１２の回転速度Ｎの比率である。人力駆動車両１０の変速比Ｂに関する情報は、記憶部５４に予め記憶されている。

人力駆動車両１０に変速比Ｂを変更するための変速機が設けられる場合、制御部５２は、人力駆動車両１０の車速Ｖと、クランク１２の回転速度Ｎとに応じて、変速比Ｂを演算してもよい。この場合、駆動輪１４の周長、駆動輪１４の直径、または、駆動輪１４の半径に関する情報が記憶部５４に予め記憶されている。変速機は、ディレイラおよび内装変速機の少なくとも一方を含む。ディレイラは、フロントディレイラおよびリアディレイラの少なくとも一方を含む。センサ６８が駆動輪１４の回転速度を検出し、かつ、人力駆動車両１０が変速機を含む場合、センサ６８は、好ましくは、変速比Ｂを検出するための変速センサを含む。変速センサは、変速機の現在の変速ステージを検出する。変速ステージと変速比Ｂとの関係は、記憶部５４に予め記憶されている。これによって制御部５２は、変速センサの検出結果から、現在の変速比Ｂを検出することができる。制御部５２は、駆動輪１４の回転速度を変速比Ｂで除算することによって、クランク１２の回転速度Ｎを演算できる。この場合、センサ６８をセンサ６４として用いることができる。

センサ７０は、人力駆動車両１０および搭乗者の少なくとも一方の前面投影面積Ａを検出するために用いられる。センサ７０は、画像センサを含む。画像センサは、例えば、人力駆動車両１０のハンドルバー１６Ｃに設けられて、人力駆動車両１０の搭乗者を撮影する。センサ７０は、人力駆動車両１０および搭乗者の少なくとも一方の画像データを制御部５２に出力する。制御部５２は、センサ７０から入力される画像データに応じて人力駆動車両１０および搭乗者の少なくとも一方の前面投影面積Ａを算出する。

センサ７２は、人力駆動車両１０の乗積物の重量に関する値を検出するために用いられる。センサ７２、人力駆動車両１０に乗積物の重量を検出する。センサ７２は、例えば、前輪および後輪の少なくとも一方の車軸に設けられる。この場合、センサ７２は、好ましくは前輪および後輪の両方に設けられる。例えば人力駆動車両１０を地面から浮かせた状態でセンサ７２から出力される信号を、重量０（グラム重）に対応させることによって、人力駆動車両１０および積載物の総重量ｍを検出することができる。また例えば搭乗者が乗車していない状態で、センサ７２から出力される信号を、重量０（グラム重）に対応させることによって、人力駆動車両１０の搭乗者の重量を検出することができる。記憶部５４には、センサ７２から出力される情報と、重量との関係が記憶されていることが好ましい。センサ７２は、圧力センサまたは歪センサを含む。センサ７２は、例えば、人力駆動車両１０のサドルに加えられる力を検出してもよい。この場合、センサ７２によって搭乗者の重量を検出することができる。センサ７２は、例えば、人力駆動車両１０のタイヤの空気圧を検出してもよい。この場合、制御部５２は、タイヤの空気圧を用いて乗積物の重量を算出する。センサ７２に変えて、乗積物の重量に関する情報を制御部５２に入力可能な入力部を制御装置５０に設けてもよい。制御部５２は、入力部を介して搭乗者の重量に関する情報が入力された場合、搭乗者の重量に関する情報を記憶部５４に記憶することが好ましい。乗積物の重に関する情報は、例えば、搭乗者の体重を含む。記憶部５４には、人力駆動車両１０の重量に関する情報が記憶されている。制御部５２は、人力駆動車両１０の重量と、乗積物の重量とを加算して、人力駆動車両１０および積載物の総重量ｍを算出することができる。

センサ７４は、人力駆動車両１０が前進する方向における加速度ａを検出するために用いられる。センサ７４は、加速度センサを含む。センサ７４は、人力駆動車両１０が前進する方向における加速度ａに応じた信号を制御部５２に出力する。

第２検出部５８は、人力駆動力Ｈを検出するために用いられる。第２検出部５８は、センサ６６と同様に構成される。センサ６６を第２検出部５８として用いることができるが、第２検出部５８は、センサ６６と各別に構成されてもよい。第２検出部５８を用いて人力駆動力Ｈの仕事率ＷＨを検出する場合、第２検出部５８は、センサ６６およびセンサ６８と同様に構成される。センサ６６およびセンサ６８を第２検出部５８として用いることができるが、第２検出部５８は、センサ６６およびセンサ６８と各別に構成されてもよい。

走行抵抗Ｒは、空気抵抗Ｒ１、人力駆動車両１０の車輪の転がり抵抗Ｒ２、および、人力駆動車両１０の走行路の勾配抵抗Ｒ３の少なくとも１つを含む。一例では、走行抵抗Ｒは、空気抵抗Ｒ１、人力駆動車両１０の車輪の転がり抵抗Ｒ２、および、人力駆動車両１０の走行路の勾配抵抗Ｒ３の全てを含む。

制御部５２は、第１検出部５６の出力および記憶部５４に記憶されている情報に基づいて走行抵抗Ｒを算出する。

走行抵抗Ｒは、空気抵抗Ｒ１と、人力駆動車両１０の車輪の転がり抵抗Ｒ２と、人力駆動車両１０の走行路の勾配抵抗Ｒ３と、人力駆動車両１０の加速抵抗Ｒ４とを含む。人力駆動車両１０の出力は、走行抵抗Ｒと対応する。このため、一例では、走行抵抗Ｒは、人力駆動力ＨのトルクＴＨと、クランク１２の回転速度Ｎと、車速Ｖとに基づいて算出される。この場合、走行抵抗Ｒは、例えば、以下の式（１）によって求められる。

Ｒ＝（２Ｐ／６０）×（Ｔ×Ｎ×ｅＨ）÷Ｖ…（１）

Ｐは、円周率を示す。
Ｔは、人力駆動車両１０の出力トルクを示す。人力駆動車両１０の出力トルクＴは、ドライブユニットの出力トルクであって、本実施形態においては、第１回転体２２が取り付けられる部分のクランク軸１２Ａまわりのトルクである。ドライブユニットは、クランク軸１２Ａ近傍に設けられ、人力駆動力Ｈの動力伝達経路において第１回転体２２よりも上流側でモータ３０の出力が人力駆動力Ｈと合流する。人力駆動車両１０の出力トルクＴは、人力駆動車両１０に入力される人力駆動力ＨのトルクＴＨと、第１回転体２２が取り付けられる部分に入力されるモータ３０によって発生するトルクＴＭとを加算して得られる。この場合、人力駆動力Ｈの動力伝達経路においてモータ３０の出力が人力駆動力Ｈと合流した部分よりも下流にセンサ６６を設けることによって、センサ６６によって人力駆動車両１０の出力トルクＴを検出するようにしてもよい。また、式（１）において、モータ３０の出力と加算されない人力駆動力ＨのトルクＴＨを、人力駆動車両１０の出力トルクＴに用いてもよい。

Ｎは、人力駆動車両１０のクランク１２の回転速度を示す。
ｅＨは、人力駆動車両１０の人力駆動力Ｈの駆動輪１４までの動力伝達効率を示す。動力伝達効率は、予め記憶部５４に記憶される動力伝達経路の動力損失、および、人力駆動車両１０の現在の変速比Ｂによって求められる。人力駆動車両１０の変速比Ｂに応じて動力伝達効率が異なる場合、記憶部５４には、好ましくは、各変速比Ｂに対応する動力伝達効率が記憶されている。ｅＨは、モータ３０の出力の駆動輪１４までの動力伝達効率を含んでいてもよい。ｅＨがモータ３０の出力の駆動輪１４までの動力伝達効率を含む場合、モータ３０の出力に対応する動力伝達効率が記憶されていてもよい。
Ｖは、人力駆動車両１０の車速を示す。

モータ３０が前輪に設けられる場合、制御部５２は、人力駆動力Ｈに関連する走行抵抗ＲＨと、モータ３０の出力に関連する走行抵抗ＲＭとが合算されることによって走行抵抗Ｒを求めてもよい。この場合、人力駆動力Ｈに関連する走行抵抗ＲＨは、上記式（１）と同様に求められる。モータ３０の出力に関連する走行抵抗ＲＭは、上記式（１）の「Ｔ×Ｎ」の部分を、モータ３０の仕事率ＷＭに置き換え、かつ、「ｅＨ」をモータ３０の出力の前輪までの動力伝達効率に置き換えることによって求められる。

別の例では、走行抵抗Ｒは、空気抵抗Ｒ１と、人力駆動車両１０の車輪の転がり抵抗Ｒ２と、人力駆動車両１０の走行路の勾配抵抗Ｒ３と、人力駆動車両１０の加速抵抗Ｒ４とに基づいて算出される。この場合、走行抵抗Ｒは、例えば、以下の式（２）によって求められる。空気抵抗Ｒ１は、式（３）によって求められる。人力駆動車両１０の車輪の転がり抵抗Ｒ２は、式（４）によって求められる。人力駆動車両１０の走行路の勾配抵抗Ｒ３は、式（５）によって求められる。人力駆動車両１０の加速抵抗Ｒ４は、式（６）によって求められる。

Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４ …（２）
Ｒ１＝Ｃ×Ａ×（Ｖ－Ｖａ）^２ …（３）
Ｒ２＝Ｍ×ｍ×ｇ …（４）
Ｒ３＝ｍ×ｇ×ｓｉｎＤ …（５）
Ｒ４＝ｍ×ａ …（６）

Ｃは、人力駆動車両１０および搭乗者の少なくとも一方の空気抵抗係数を示す。空気抵抗係数Ｃは、予め適切な固定値が記憶部５４に記憶されていてもよく、操作部Ｐ等を介して搭乗者が入力できるようにしてもよい。

Ａは、前面投影面積Ａを示す。前面投影面積Ａは、センサ７０を用いて検出されてもよく、予め適切な固定値が記憶部５４に記憶されていてもよく、操作部Ｐ等を介してユーザが入力できるようにしてもよい。

Ｖａは、センサ６０によって検出される風速を示す。風速Ｖａは、人力駆動車両１０に対して向かい風となる場合に負の値となる。センサ６０が、人力駆動車両１０が前進する方向において、向かい風を検出するように検出部が前進する方向に向かって設置される場合、センサ６０は、Ｖ－Ｖａに応じた信号を出力する。風速Ｖａは、センサ６０によって検出されてもよく、予め適切な固定値が記憶部５４に記憶されていてもよく、操作部Ｐ等を介して搭乗者が入力できるようにしてもよい。

Ｍは、人力駆動車両１０のタイヤの転がり抵抗係数を示す。転がり抵抗係数Ｍは、予め適切な固定値が記憶部５４に記憶されていてもよく、操作部Ｐ等を介して搭乗者が入力できるようにしてもよい。

ｍは、人力駆動車両１０および積載物の総重量を示す。総重量ｍは、センサ７２を用いて検出されてもよく、記憶部５４に予め適切な固定値が記憶されていてもよく、操作部Ｐ等を介して搭乗者が入力できるようにしてもよい。

ｇは、人力駆動車両１０の重力加速度を示す。
Ｄは、人力駆動車両１０の走行する路面の傾斜角度を示す。傾斜角度Ｄは、センサ６２によって検出されてもよく、予め適切な固定値が記憶部５４に記憶されていてもよく、操作部Ｐ等を介して搭乗者が入力できるようにしてもよい。

ａは、人力駆動車両１０の加速度を示す。加速度ａは、センサ７４によって検出されてもよく、予め適切な固定値が記憶部５４に記憶されていてもよく、操作部Ｐ等を介して搭乗者が入力できるようにしてもよい。

さらに別の例では、走行抵抗Ｒは、人力駆動車両１０のトルクに基づいて算出される。この場合、走行抵抗Ｒは、例えば、以下の式（７）によって求められる。

Ｒ＝（Ｔ×iＨ×ｅＨ）÷ｒ …（７）

ｉＨは、駆動輪１４の回転速度に対するクランク１２の回転速度の比率を示す。ｉＨは、変速比Ｂの逆数である。人力駆動車両１０に変速比Ｂを変更するための変速機が設けられる場合、制御部５２は、人力駆動車両１０の車速Ｖと、クランク１２の回転速度Ｎとに応じて、比率ｉＨを演算してもよい。この場合、駆動輪１４の周長、駆動輪１４の直径、または、駆動輪１４の半径に関する情報が記憶部５４に予め記憶されている。制御部５２は、駆動輪１４の周長、駆動輪１４の直径、または、駆動輪１４の半径を用いて車速Ｖから駆動輪１４の回転速度を演算できる。制御部５２は、クランク１２の回転速度Ｎを駆動輪１４の回転速度で除算することによって、比率ｉＨを演算できる。センサ６４が駆動輪１４の回転速度を検出し、かつ、人力駆動車両１０が変速機を含む場合、センサ６４は、好ましくは、変速比Ｂを検出するための変速センサを含む。変速センサは、変速機の現在の変速ステージを検出する。変速ステージと変速比Ｂとの関係は、記憶部５４に予め記憶されている。これによって制御部５２は、変速センサの検出結果から、現在の変速比Ｂを検出することができる。制御部５２は、変速比Ｂを逆数にすることによって比率ｉＨを演算できる。
ｒは、車輪の半径を示す。

モータ３０が前輪に設けられる場合、制御部５２は、人力駆動力Ｈに関連する走行抵抗ＲＨと、モータ３０の出力に関連する走行抵抗ＲＭとが合算されることによって走行抵抗Ｒを求めてもよい。この場合、人力駆動力Ｈに関連する走行抵抗ＲＨは、上記式（７）と同様に求められる。モータ３０の出力に関連する走行抵抗ＲＭは、上記式（７）の「Ｔ」の部分を、モータ３０のトルクＴＭに置き換え、かつ、「ｅＨ」をモータ３０の前輪までの動力伝達効率に置き換え、かつ、「iＨ」を、モータ３０が前輪を直接回転させるのであれば「１」に置き換えることによって求められる。

制御部５２は、モータ３０を、人力駆動車両１０に入力される人力駆動力Ｈに応じて制御する。制御部５２は、人力駆動力Ｈに対するモータ３０の出力の比率Ｙの異なる複数の制御モードでモータ３０を制御する。人力駆動車両１０の人力駆動力Ｈの仕事率ＷＨ（ワット）に対するモータ３０の仕事率ＷＭ（ワット）の比率ＹＡを、比率Ｙと記載する場合がある。人力駆動力Ｈの仕事率ＷＨは、人力駆動力Ｈとクランク１２の回転速度Ｎとの乗算によって算出される。人力駆動車両１０の人力駆動力ＨのトルクＴＨに対するモータ３０の出力のトルクＴＭのトルク比率ＹＢを、比率Ｙと記載する場合がある。モータ３０の出力が減速機を介して人力駆動力Ｈの動力伝達経路に入力される場合は、減速機の出力を、モータ３０の出力とする。

制御部５２は、モータ３０の出力が所定値以下になるようにモータ３０を制御する。モータ３０の出力は、モータ３０の仕事率ＷＭを含む。制御部５２は、比率ＹＡが所定値ＹＡ１以下になるようにモータ３０を制御する。所定値ＹＡ１は、一例では、５００ワットである。所定値ＹＡ１は、別の例では、３００ワットである。制御部５２は、トルク比率ＹＢが所定トルク比率ＹＢ１以下になるようにモータ３０を制御する。所定トルク比率ＹＢ１は、一例では、３００％である。

制御部５２は、人力駆動車両１０の走行抵抗Ｒが変化した場合、人力駆動力Ｈの仕事率ＷＨに対するモータ３０の仕事率ＷＭの比率ＹＡを変更し、かつ、走行抵抗Ｒの変化量とモータ３０の仕事率ＷＭの変化量とが異なるようにモータ３０を制御する。式（１）を用いて走行抵抗Ｒを算出する場合、走行抵抗Ｒの変化によって人力駆動力Ｈが増加または減少した後に走行抵抗Ｒに応じてモータ３０の出力を制御するフィードバック制御が行われる。式（２）を用いて走行抵抗Ｒを算出する場合、走行抵抗Ｒの変化によって人力駆動力Ｈが増加または減少する前に走行抵抗Ｒに応じてモータ３０の出力を制御するフィードフォワード制御が行われる。

制御部５２は、走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲにある場合、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘが小さくなるようにモータ３０を制御する。制御部５２は、走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲにある場合、走行抵抗Ｒに比例して比率Ｘが小さくなるようにモータ３０を制御する。記憶部５４は、走行抵抗Ｒと比率Ｘとの関係を記憶する。所定の範囲ｄＲは、第１走行抵抗ＲＸ以上、かつ、第１走行抵抗ＲＸよりも大きい第２走行抵抗ＲＹ以下の範囲である。第１走行抵抗ＲＸは、０よりも大きくてもよく、０であってもよい。

図３は、記憶部５４に記憶される走行抵抗Ｒと比率Ｘとの関係の一例を示す。図３の実線Ｌ１１に示すように、走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲにある場合、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘは小さくなる。このため、走行抵抗Ｒが大きくなると、人力駆動車両１０の総出力のうちの人力駆動力Ｈの占める割合が高くなる。走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲにある場合、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘを段階的に小さくするようにしてもよい。走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲにある場合、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘを指数関数的に小さくするようにしてもよい。

走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲよりも大きい場合、図３の実線Ｌ２１に示すように、走行抵抗Ｒに関わらず一定の値となるようにしてもよい。走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲよりも大きい場合、図３の二点鎖線Ｌ２２に示すように、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘが小さくなるようにしてもよい。

走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲよりも小さい場合、図３の実線Ｌ３１に示すように、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘが小さくなるようにすることが好ましい。走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲよりも小さい場合、図３の二点鎖線Ｌ３２に示すように、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘを指数関数的に小さくするようにしてもよい。

走行抵抗Ｒと比率Ｘとの関係は、複数の制御モードごとに異なるようにしてもよい。この場合、例えば、制御モードごとに、図３の実線Ｌ１１の傾きが異なるようにしてもよい。例えば、人力駆動力Ｈに対するモータ３０の出力の比率Ｙが大きい制御モードほど、図３の実線Ｌ１１の傾きが大きくなるようにしてもよい。また、例えば、人力駆動力Ｈに対するモータ３０の出力の比率Ｙが大きい制御モードほど、図３の実線Ｌ１１の傾きが小さくなるようにしてもよい。複数の制御モードのうちの少なくとも１つの制御モードについて、走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲの場合に、走行抵抗Ｒに関わらず比率Ｘが一定になるようにしてもよい。この場合も、複数の制御モードのうちの少なくとも１つの制御モードにおいて、制御部５２は、人力駆動車両１０の走行抵抗Ｒが変化した場合、人力駆動力Ｈの仕事率ＷＨに対するモータ３０の仕事率ＷＭの比率ＹＡを変更し、かつ、走行抵抗Ｒの変化量とモータ３０の仕事率ＷＭの変化量とが異なるようにモータ３０を制御する。

記憶部５４は、走行抵抗Ｒと比率Ｘとの関係を変更可能に記憶してもよい。この場合、例えば、制御部５２は、記憶部５４に記憶される走行抵抗Ｒと比率Ｘとの関係を、操作部Ｐの操作に応じて変更する。例えば、制御部５２は、操作部Ｐの操作に応じて、図３の実線Ｌ１１の傾きが変化するように変更できるようにしてもよい。操作部Ｐは、パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、サイクルコンピュータ、および、スマートフォンなどの人力駆動車両１０の外部の情報機器および携帯型情報機器などを含む。制御装置５０は、インタフェース部５１を含む。インタフェース部５１は、操作部Ｐに接続される電気ケーブルを接続するための有線通信部、および、操作部Ｐと無線で通信するための無線通信部の少なくとも一方を含む。制御部５２は、インタフェース部５１と電気的に接続され、インタフェース部５１を介して受信した操作部Ｐからの入力信号に応じて、記憶部５４に記憶されている情報を変更する。操作部Ｐは、人力駆動車両１０に含まれる操作装置に設けられていてもよい。操作装置は、例えば、制御モードを変更するための操作装置、または、サイクルコンピュータを含む。

図４を参照して、モータ３０を制御する処理について説明する。制御部５２は、制御部５２にバッテリ２８から電力が供給されると、処理を開始して図４に示すフローチャートのステップＳ１１に移行する。制御部５２は、電力が供給されている限り、所定周期ごとにステップＳ１１からの処理を実行する。

制御部５２は、ステップＳ１１において、走行抵抗Ｒを算出し、ステップＳ１２に移行する。具体的には、第１検出部５６の出力と、記憶部５４に記憶されている係数および計算式を用いて、走行抵抗Ｒを算出する。制御部５２は、ステップＳ１２において、ステップＳ１１において算出した走行抵抗Ｒに応じてモータ３０の出力を算出し、ステップＳ１３に移行する。具体的には、制御部５２は、記憶部５４に記憶されている走行抵抗Ｒと比率Ｘとの関係に応じて、モータ３０の出力を算出する。

制御部５２は、ステップＳ１３において、ステップＳ１２において算出したモータ３０の出力によってモータ３０を制御する場合の比率ＹＡが所定値ＹＡ１以下、かつ、トルク比率ＹＢが所定トルク比率ＹＢ１以下か否かを判定する。制御部５２は、ステップＳ１２において算出したモータ３０の出力によってモータ３０を制御する場合の比率ＹＡが所定値ＹＡ１以下、かつ、トルク比率ＹＢが所定トルク比率ＹＢ１以下の場合、ステップＳ１４に移行する。制御部５２は、ステップＳ１４において、ステップＳ１２において算出したモータ３０の出力となるようにモータ３０を制御し、処理を終了する。

制御部５２は、ステップＳ１３において、ステップＳ１２において算出したモータ３０の出力となるようにモータ３０を制御する場合の比率ＹＡが所定値ＹＡ１よりも大きい場合、および、トルク比率ＹＢが所定トルク比率ＹＢ１よりも大きい場合の少なくとも一方の場合、ステップＳ１５に移行する。制御部５２は、ステップＳ１５において、ステップＳ１２において算出したモータ３０の出力によってモータ３０を制御する場合の比率ＹＡが所定値ＹＡ１以下、かつ、トルク比率ＹＢが所定トルク比率ＹＢ１以下になるように、算出したモータ３０の出力を変更し、ステップＳ１４に移行する。制御部５２は、ステップＳ１４において、ステップＳ１５において算出したモータ３０の出力によってモータ３０を制御し、処理を終了する。

（変形例）
上記実施形態に関する説明は、本発明に従う人力駆動車両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。本発明に従う人力駆動車両用制御装置は、例えば以下に示される上記実施形態の変形例、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。以下の変形例において、実施形態の形態と共通する部分については、実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

・制御部５２は、走行抵抗Ｒが所定の範囲ｄＲにある場合、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、比率Ｘを大きくするようにしてもよい。この場合、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、人力駆動車両１０の総出力のうちのモータ３０の出力の割合が大きくなるため、走行抵抗Ｒが大きくなるほど、楽に人力駆動車両１０を走行させることができるようになる。

・図４のモータ３０を制御する処理から、ステップＳ１３およびステップＳ１５を省略することもできる。また、ステップＳ１３の処理から、トルク比率ＹＢが所定トルク比率ＹＢ１以下か否かの判定処理を省略し、かつ、ステップＳ１５の処理から、トルク比率ＹＢを所定トルク比率ＹＢ１以下にする処理を省略してもよい。また、ステップＳ１３の処理から、比率ＹＡが所定値ＹＡ１以下か否かの判定処理を省略し、かつ、ステップＳ１５の処理から、比率ＹＡを所定値ＹＡ１以下にする処理を省略してもよい。

・走行抵抗Ｒは、空気抵抗Ｒ１、人力駆動車両１０の車輪の転がり抵抗Ｒ２、および、人力駆動車両１０の走行路の勾配抵抗Ｒ３の１つのみを含んでいてもよく、走行抵抗Ｒは、空気抵抗Ｒ１、人力駆動車両１０の車輪の転がり抵抗Ｒ２、および、人力駆動車両１０の走行路の勾配抵抗Ｒ３の２つのみを含んでいてもよい。この場合、制御部５２による演算の負荷を軽減することができ、かつ、走行抵抗Ｒを算出するために必要なセンサを省略することができる。

１０…人力駆動車両、１２…クランク、３０…モータ、５０…人力駆動車両用制御装置、５２…制御部、５４…記憶部、５６…第１検出部、５８…第２検出部、Ｐ…操作部。

Claims (17)

1. 人力駆動車両の推進をアシストするモータを、前記人力駆動車両に入力される人力駆動力に応じて制御する制御部を含み、
   前記制御部は、前記人力駆動車両の走行抵抗が変化した場合、
   前記人力駆動力の仕事率に対する前記モータの仕事率の比率を変更し、かつ、
   前記走行抵抗の変化量と前記モータの仕事率の変化量とが異なるように前記モータを制御し、
   前記走行抵抗が所定の範囲にある場合、前記走行抵抗が大きくなるほど、前記比率が小さくなるように前記モータを制御し、
   前記走行抵抗は、空気抵抗、前記人力駆動車両の車輪の転がり抵抗、前記人力駆動車両の走行路の勾配抵抗、および、前記人力駆動車両の加速抵抗の少なくとも１つを含み、
   前記制御部は、前記人力駆動力に対する前記モータの出力の比率の異なる複数の制御モードで前記モータを制御可能に構成され、
   前記走行抵抗と前記比率との関係は、前記複数の制御モードごとに異なる、人力駆動車両用制御装置。
2. 人力駆動車両の推進をアシストするモータを、前記人力駆動車両に入力される人力駆動力に応じて制御する制御部を含み、
   前記制御部は、前記人力駆動車両の走行抵抗が変化した場合、
   前記人力駆動力の仕事率に対する前記モータの仕事率の比率を変更し、かつ、
   前記走行抵抗の変化量と前記モータの仕事率の変化量とが異なるように前記モータを制御し、
   前記走行抵抗が所定の範囲にある場合、前記走行抵抗が大きくなるほど、前記比率が小さくなるように前記モータを制御し、
   前記人力駆動力の増加または減少に基づいて前記走行抵抗を算出し、
   前記人力駆動力に対する前記モータの出力の比率の異なる複数の制御モードで前記モータを制御可能に構成され、
   前記走行抵抗と前記比率との関係は、前記複数の制御モードごとに異なる、人力駆動車両用制御装置。
3. 前記制御部は、前記走行抵抗が前記所定の範囲にある場合、前記走行抵抗に比例して前記比率が小さくなるように前記モータを制御する、請求項１または２に記載の人力駆動車両用制御装置。
4. 前記所定の範囲は、所定走行抵抗以下の範囲を含む、請求項３に記載の人力駆動車両用制御装置。
5. 人力駆動車両の推進をアシストするモータを、前記人力駆動車両に入力される人力駆動力に応じて制御する制御部を含み、
   前記制御部は、前記人力駆動車両の走行抵抗が変化した場合、
   前記人力駆動力の仕事率に対する前記モータの仕事率の比率を変更し、かつ、
   前記走行抵抗の変化量と前記モータの仕事率の変化量とが異なるように前記モータを制御し、
   前記走行抵抗が所定の範囲にある場合、前記走行抵抗が大きくなるほど、前記比率が小さくなるように前記モータを制御し、
   前記所定の範囲は、所定走行抵抗以下の範囲を含み、
   前記制御部は、前記人力駆動力に対する前記モータの出力の比率の異なる複数の制御モードで前記モータを制御可能に構成され、
   前記走行抵抗と前記比率との関係は、前記複数の制御モードごとに異なる、人力駆動車両用制御装置。
6. 前記走行抵抗は、空気抵抗、前記人力駆動車両の車輪の転がり抵抗、前記人力駆動車両の走行路の勾配抵抗と、および、前記人力駆動車両の加速抵抗の少なくとも１つを含む、請求項２または５に記載の人力駆動車両用制御装置。
7. 前記制御部は、前記人力駆動力の増加または減少に基づいて前記走行抵抗を算出する、請求項１または５に記載の人力駆動車両用制御装置。
8. 前記走行抵抗と前記比率との関係を記憶する記憶部をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の人力駆動車両用制御装置。
9. 前記記憶部は、前記走行抵抗と前記比率との関係を変更可能に記憶する、請求項８に記載の人力駆動車両用制御装置。
10. 前記制御部は、前記記憶部に記憶される前記走行抵抗と前記比率との関係を、操作部の操作に応じて変更する、請求項９に記載の人力駆動車両用制御装置。
11. 前記制御部は、前記モータの出力が所定値以下になるように前記モータを制御する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の人力駆動車両用制御装置。
12. 前記制御部は、前記人力駆動力のトルクに対する前記モータの出力トルクのトルク比率が所定トルク比率以下になるように前記モータを制御する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の人力駆動車両用制御装置。
13. 前記走行抵抗は、空気抵抗、前記人力駆動車両の車輪の転がり抵抗、および、前記人力駆動車両の走行路の勾配抵抗の少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の人力駆動車両用制御装置。
14. 前記走行抵抗の検出に用いられる第１検出部をさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の人力駆動車両用制御装置。
15. 前記第１検出部は、風速を検出するためのセンサ、前記人力駆動車両の傾きを検出するためのセンサ、前記人力駆動車両の車速を検出するためのセンサ、前記人力駆動力のトルクを検出するためのセンサ、および、前記人力駆動車両のクランクの回転速度を検出するためのセンサの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の人力駆動車両用制御装置。
16. 前記走行抵抗は、前記人力駆動力のトルクと、前記クランクの回転速度と、前記車速とに基づいて算出される、請求項１５に記載の人力駆動車両用制御装置。
17. 前記人力駆動力を検出するための第２検出部をさらに含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の人力駆動車両用制御装置。

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