JP7060974B2 - 電動補助自転車及びその駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、電動補助自転車とその駆動システムに関する。

ライダーの漕ぎを電動モータで補助する電動補助自転車が利用されている。下記特許文献１、２、及び３は、電動モータの制御モードとして補助率が異なる複数のモードを有し、ライダーの手動操作によることなく自動でモードを変更する自転車を開示している。これらの自転車では、モード変更条件が予め規定されており、その変更条件が満たされたときに制御装置がモードを変更する。例えば、特許文献１では、ライダーの踏力が閾値を超えたときに、制御モードが省エネ運転から快走運転に変更される。

特開２０１０－２６４９７７号公報 特開２０１６－１０１７６１号公報 特開平１１－０３４９６６号公報

ところが、モード変更条件が満たされたときに直ちに制御モードが変更され補助率が増大すると、モード変更条件が満たされたタイミングによっては、ライダーがペダルから受ける負荷（言い換えれば、ライダーがペダルに加える踏力）が大きく減少するために、ライダーにとって違和感を生じる可能性がある。

本開示の目的の一つは、快適なモード変更を実現できる電動補助自転車の駆動システム及び電動補助自転車を提案することにある。

（１）本開示で提案する電動補助自転車の駆動システムの一実施形態は、ペダルに加えられる踏力を検知するためのセンサと、前記ペダルの踏み込みを補助する動力を出力する電動モータと、前記電動モータによる補助率を算出する制御装置と、を有する。前記制御装置は、前記電動モータの制御として、第１モードと、前記第１モードとは異なる補助率が算出される第２モードとを有し、前記第１モードから前記第２モードへの変更について定められたモード変更条件を記憶している。前記制御装置は、前記２つのペダルの軌跡の最下点に４５度を加算した回転位置と、前記最下点から４５度を減算した回転位置との間に前記ペダル（言い換えれば、ペダルの位置に対応するクランク軸の回転位置）があるときに、前記第１モードから前記第２モードへのモード変更を実行する。
この駆動システムによれば、快適なモード変更をライダーに提供できる。なお、ペダルは駆動システムの構成要素ではない。また、制御装置は、モード変更の際に、ペダルの位置を検知し、最下点に４５度を加算した回転位置と最下点から４５度を減算した回転位置との間にペダルがあるか否かを判定しなくてもよい。すなわち、センサ（例えば踏力を検知するセンサ）の出力に基づいて特定されるタイミングでモード変更が実行され、そのタイミングが、結果的に、上述の２つの回転位置にペダルが位置している期間に一致している形態も、本開示の範囲である。

（２）（１）の駆動システムにおいて、前記モード変更条件が満たされた時点から遅れて前記第１モードから前記第２モードへの前記モード変更が実行されてもよい。この形態によれば、モード変更条件が満たされるか否かが判断されるタイミングと、モード変更が実行されるタイミングとをずらすことができるので、双方のタイミングを適切化できる。

（３）（１）又は（２）の駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記センサを通して検知した踏力に基づいて得られた回転位置で前記第１モードから前記第２モードへの前記モード変更を実行してもよい。この形態によれば、クランク軸の回転位置（絶対値）を検知する専用のセンサが不要となり、コストの低減又は部品数の低減を図ることができる。

（４）（１）乃至（３）のいずれかの駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記センサを通して検知した踏力が極大となった時点からクランク軸の回転が予め定められた角度だけ進んだ回転位置で、前記第１モードから前記第２モードへの前記モード変更を実行してもよい。この形態によれば、クランク軸の回転量（角度変化）が検知できるセンサがあれば、クランク軸の回転位置（絶対値）を検知する専用のセンサが不要となり、コストの低減又は部品数の低減を図ることができる。

（５）（１）乃至（４）のいずれかの駆動システムは、現在の制御モードを示す表示装置をさらに有してもよい。ライダーが現在の制御モードを正しく把握できるようになり、ライダーにとって利便性を向上できる。

（６）（１）乃至（５）のいずれかの駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記第１モードにおいて、前記ペダルに加えられる踏力と補助率との関係を規定する第１マップを利用し、前記制御装置は、前記第２モードにおいて、前記ペダルに加えられる踏力と補助率との関係を規定する第２マップを利用してもよい。

（７）（１）乃至（６）のいずれかの駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード及び前記第２モードとは補助率が異なる第３モードをさらに有してもよい。前記制御装置は、連続する２つのモード変更の間に、予め定められた変更不可期間を確保してもよい。すなわち、制御装置は、第１モードと第２モードと第３モードのいずれかのモードから別のモードへの変更（モード変更）と、その次のモード変更との間に、変更不可期間を確保してもよい。これによれば、モード変更の頻度を適切化できる。

（８）（７）の駆動システムにおいて、前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間は前記ペダルの１回の漕ぎに要する時間よりも短くてもよい。これによれば、例えば高い負荷が作用し且つクランク軸の回転速度が低い走行時（例えば、登坂での発進時）に、短い時間間隔でモード変更を行うことができる。

（９）（７）の駆動システムにおいて、前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間は、前記ペダルの１回の漕ぎに要する時間と同じ又は前記ペダルの１回の漕ぎに要する時間よりも長い。これによれば、モード変更の頻度が必要以上に高くなることを防ぐことができる。

（１０）（７）の駆動システムにおいて、前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間として、第１不可期間と、前記第１不可期間よりも長い第２不可期間とが規定されており、前記第１のモード変更と前記第２のモード変更との間に、前記第１不可期間と前記第２不可期間のうち一方が前記自転車の運転状況に応じて確保されてもよい。これによって、運転状況に応じた適切な頻度でモード変更を実行できる。例えば、自転車が急加速する場合には比較的短い時間間隔で制御モードを段階的に変更できる。その一方で、例えば自転車が定常走行をしている場合には、制御モードの変更の時間間隔を長くできる。

（１１）（７）の駆動システムにおいて、前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間は、漕ぎの回数又は前記クランク軸の回転量で規定されており、前記制御装置は、漕ぎの回数又は前記クランク軸の回転量を計数し、計数した漕ぎの回数又は前記クランク軸の回転量に基づいて前記予め定められた変更不可期間が経過したか否かを判断してもよい。これによると、例えばケイデンスが高い走行時には、比較的短い時間間隔でモード変更が実行され得る。その結果、漕ぎ方に応じた適切な頻度でモード変更が実行され得る。

（１２）（１）乃至（１１）の駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記センサによって検知した踏力に基づいて、前記モード変更条件が充足したか否かを判断してもよい。これによって、ライダーに高い負荷が作用したときや、ライダーに作用する負荷が減少したときに、制御モードが変更され得る。

（１３）（１）乃至（１２）の駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード、前記第２モード、及び第３モードを含む少なくとも３つのモードを有し、前記第２モードの補助率は前記第１モードの補助率より高く、前記第３モードの補助率は前記第２モードの補助率より高くてもよい。前記第１モードから前記第２モードへの変更についての前記モード変更条件は、前記センサの出力に基づいて算出され得る踏力が第１の閾値より高いことを含み、前記第２モードから前記第３モードへの変更についてのモード変更条件は、前記センサの出力に基づいて算出され得る踏力が第２の閾値より高いことを含んでもよい。そして、前記第２の閾値は前記第１の閾値よりも高くてもよい。これによると、第１モードから第２モードへの変更がなされた直後に第２モードから第３モードへの変更がなされることを、防ぐことができる。なお、「センサの出力に基づいて算出され得る踏力」とは、踏力自体や、踏力の極大、踏力の極小、踏力の平均などを含む。

（１４）（１）乃至（１３）の駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード、前記第２モード、及び第３モードを含む少なくとも３つのモードを有し、前記第１モードから前記第２モードへの変更についての前記モード変更条件と、前記第２モードから前記第３モードへの変更についてのモード変更条件のうち少なくとも一方は、作業者が操作可能な入力装置を通して調整可能であってもよい。ここで作業者とは、例えば、自転車のユーザや、自転車のメンテナンス作業者などを含む。これによると、個々のユーザにとって適したタイミングで制御モードが変更され得る。

（１５）（１）乃至（１４）の駆動システムにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード、前記第２モード、及び第３モードを含む少なくとも３つの制御モードを有し、前記制御装置は、前記制御装置が利用する制御モードを前記少なくとも３つの制御モードのうちの１又は複数の制御モードに限定する指示を、作業者が操作可能な入力装置から受け付けてもよい。ここで作業者とは、例えば、自転車のユーザや、自転車のメンテナンス作業者などを含む。これによれば、自転車のユーザの好みに合った制御モードだけで電動モータを駆動できるようになる。

（１６）（１）乃至（１５）の駆動システムにおいて、前記第１モードから前記第２モードへの変更について定められたモード変更条件として、第１モード変更条件と第２モード変更条件とが規定されており、前記制御装置は、前記センサの出力に基づいて、第１の値と、前記第１の値とは異なる種類の第２の値とを算出し、前記第１モード変更条件は前記第１の値について規定され、前記第２モード変更条件は前記第２の値について規定されてもよい。これによれば、複数の種類の値が利用されるので、例えば１つの種類しか使用されない場合に比して、モード変更を適切なタイミングで実行できる。ここで「値の種類が異なる」とは、算出に利用される演算式が異なることを意味する。例えば、第１の値とは、踏力の極大や、極小などである場合、第２の値は、例えば、踏力の平均である。

（１７）（１）乃至（１６）の駆動システムにおいて、前記第１モードから前記第２モードへの変更について定められたモード変更条件として、第１モード変更条件と第２モード変更条件とが規定されており、前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記第１モード変更条件は、前記ペダルの１回の漕ぎにおける踏力について規定され、前記第２モード変更条件は、前記ペダルの複数の漕ぎにおける踏力について規定されてもよい。これによると、瞬間的に高い負荷がライダーに作用する場合（第１モード変更条件が満たされる場合）だけでなく、定常的に高い負荷がライダーに作用している場合（第２モード変更条件が満たされる場合）においても、制御モードが変更され得る。

（１８）本開示で提案する電動補助自転車は（１）に記載の前記駆動システムと前記ペダルとを有している。この電動補助自転車によれば、快適なモード変更をライダーに提供できる。

本開示で提案する車両の一例を示す側面図である。 電動補助自転車の構成を示すブロック図である。 制御装置が有している機能を示すブロック図である。 制御装置が有している補助率マップの例を示す図である。 モード変更が実行されるタイミング（モード変更が実行されるクランク軸の回転位置）を説明するための図である。 制御モード管理部が有している機能を示すブロック図である。 踏力の変動と、モード変更を実行するタイミングとを説明するためのタイムチャートである。 制御装置が有している変更条件調整部が行う処理の例を説明するための表である。 制御装置が有している制御モード管理部が実行する処理の例を示すフロー図である。 強漕ぎ判定部が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。 定常高負荷判定部が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。 定常低負荷判定部が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。 高負荷発進判定部が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。 負荷急減判定部が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態の一例である電動補助自転車１００の側面図である。図２は電動補助自転車１００の構成を示すブロック図である。図２において太い実線は動力の伝達を表し、細い実線は信号や電流を表している。電動補助自転車１００は運転者の踏力を補助するための駆動システム１０を有している。駆動システム１０は、後述する電動モータ２１や、制御装置３０、モータ駆動装置３９、及び操作入力装置５８などの電装品で構成される。以下では、電動補助自転車１００を単に自転車と記載する。

［全体構成］
図１に示すように、自転車１００はクランク軸２を有している。クランク軸２の右端と左端とにはクランク２ｂを介して右ペダル２ａと左ペダル２ａとがそれぞれ取り付けられている。左右のペダル２ａはクランク軸２を中心として回転する。クランク軸２はシートチューブ１１の下端で支持されている。シートチューブ１１の上端にはサドル１８が固定されている。自転車１００の前部には、ハンドルステム８と、ハンドルステム８の上部に固定されているハンドル７と、ハンドルステム８の下部に固定されているフロントフォーク１９と、フロントフォーク１９の下端で支持されている前輪９とが設けられている。ハンドルステム８はフレーム１７の前端に設けられているヘッドパイプ１７ａで支持されている。フレーム１７の形状は図１に示す例に限られず、適宜変更されてもよい。

図１に示すように、自転車１００はドライブユニット２０を有している。ドライブユニット２０は、運転者による後輪６の駆動を補助する補助力（補助トルク）を出力する電動モータ２１（図２参照）や減速機２５（図２参照）で構成される。電動モータ２１はバッテリ２２から供給される電力で駆動する。自転車１００の例では、バッテリ２２はシートチューブ１１の後側に取り付けられ、ドライブユニット２０はクランク軸２の後側に配置されている。電動モータ２１とバッテリ２２の位置は自転車１００の例に限られず、適宜変更されてよい。

ペダル２ａを通してクランク軸２に加えられた力は、図２に示すように一方向クラッチ２３を通して合力伝達機構２４に伝えられる。また、自転車１００の例では、電動モータ２１から出力される動力（補助力）は減速機２５と一方向クラッチ２６とを通して合力伝達機構２４に伝えられる。合力伝達機構２４は軸や、軸に設けられている回転部材、チェーン５（図１）などによって構成され、クランク軸２に加えられた力と電動モータ２１から出力される動力とを合成する。合力伝達機構２４の一例では、２つの力は共通の軸や共通の回転部材に入力されることによって合成される。他の例として、クランク軸２に加えられた力と電動モータ２１から出力される力の双方がチェーン５に入力されて、合成されてもよい。合力伝達機構２４で合成された動力は、図２に示すように、例えば変速機構２７と一方向クラッチ２８とを通して後輪６に伝えられる。変速機構２７は、例えばハンドル７に設けられた操作部材（例えば、レバー）の操作によって変速可能な機構である。

自転車１００は運転者がペダル２ａに加える踏力を検知するためのセンサを有している。このセンサは、例えばクランク軸２に生じたトルクに応じた信号を出力するトルクセンサ４１（図２参照）である。トルクセンサ４１は、例えばクランク軸２に設けられている磁歪式のセンサであるが、他の種類のセンサでもよい。以下では、トルクセンサ４１で検知するトルク、すなわち、クランク軸２のトルクを単に「踏力」と称する。

自転車１００は、クランク軸２の回転に応じた信号を出力するクランク回転センサ４５を有している。クランク回転センサ４５は、例えばクランク軸２の回転によってパルス信号を発生するセンサである。制御装置３０は、クランク回転センサ４５の出力に基づいて、クランク軸２の回転量（角度変化）や、クランク軸２の回転速度などを算出する。以下では、クランク軸２の回転量を「クランク角変化」と称する。なお、クランク回転センサ４５として、クランク軸２の回転位置（角度位置）を検知可能なセンサが利用されてもよい。

さらに、自転車１００は、電動モータ２１の回転に応じた信号を出力するモータ回転センサ（エンコーダ）４２と、前輪９の回転に応じた信号を出力する前輪回転センサ４３を有している。制御装置３０は、モータ回転センサ４２の出力に基づいて、電動モータ２１の回転速度を算出し、前輪回転センサ４３の出力に基づいて車速を算出する。

また、自転車１００は、操作入力装置５８と表示装置５９とを有している。表示装置５９は、例えば表示パネルやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などを含み、制御装置３０による制御にかかる情報や、バッテリ２２の残量、走行に係る情報（例えば、距離）などを表示する。自転車１００において、表示装置５９は電動モータ２１の制御モード（例えば、強モードや標準モードなど）を表示する。制御モードについては後において詳説する。操作入力装置５８は、ライダーが操作可能な操作部材（例えば、ボタンやレバー）を含み、それらの操作に応じた信号を制御装置３０に入力する。自転車１００においては、ライダーは、操作入力装置５８を通して、電動モータ２１の制御モードを選択できる。操作入力装置５８として、表示装置５９に取り付けられ、表示装置５９に触れたライダーの指の位置を検知するタッチセンサが利用されてもよい。

［制御装置］
自転車１００はトルクセンサ４１の出力に基づいて、電動モータ２１を制御する制御装置３０を有している。制御装置３０は、電動モータ２１の制御に係るプログラムやマップを保持している１又は複数のメモリと、そのプログラムを実行する１又は複数のマイクロプロセッサとを有している。制御装置３０のメモリには、補助率と車速との関係を表すマップや、後述する制御モードの変更条件などが予め記録されている。自転車１００の走行時、制御装置３０は、例えば、車速に応じた補助率を算出し、トルクセンサ４１の出力に基づいて検知した踏力と補助率とに応じた補助力を算出し、補助力に応じた指令値をモータ駆動装置３９に出力する。モータ駆動装置３９はバッテリ２２の電力を受け、指令値に応じた電力を電動モータ２１に供給する。

図３は、制御装置３０が有している機能を示すブロック図である。制御装置３０は、制御モード管理部３１と、モータ制御部３２と、表示制御部３３とを有している。これらは、制御装置３０を構成するマイクロプロセッサがメモリに保存されているプログラムを実行することによって実現される。

［複数の制御モードとモータ制御部］
制御装置３０は、電動モータ２１の制御モードとして、補助率が異なる複数の制御モードを有している。制御装置３０は、例えば４つの制御モードを有する（以下では、これらのモードをそれぞれ「強モード」、「標準モード」、「エコモード」、及び「超エコモード」と称する。）。制御モードの数は、４つより少なくてもよいし、４つより多くてもよい。補助率は、例えば車速に対応させて予め規定されており、４つの制御モードは、同じ車速で比較したときに、その補助率が異なっている。補助率は、例えば、強モード＞標準モード＞エコモード＞超エコモードとなる。なお、４つの制御モードは、補助率が同じとなる車速域（例えば高車速域）を有していてもよい。すなわち、強モードの補助率が標準モードの補助率と等しくなる車速域や、標準モードの補助率がエコモードの補助率と等しくなる車速域や、エコモードの補助率が超エコモードの補助率と等しくなる車速域が規定されてもよい。

モータ制御部３２は、回転センサ（例えば、前輪回転センサ４３）の出力に基づいて車速を算出し、その車速に応じた補助率を算出する。制御装置３０のメモリは、車速に対応させて補助率を規定する複数のマップ（以下では「補助率マップ」と称する）が記録されている。複数の補助率マップは複数の制御モードにそれぞれ対応している。自転車１００の走行時、モータ制御部３２は、選択されている制御モードに対応する補助率マップを参照して、補助率を算出する。そして、モータ制御部３２は、トルクセンサ４１の出力に基づいて検知した踏力と補助率とに応じた補助力を算出し、補助力に応じた指令値をモータ駆動装置３９に出力する。

図４は複数の補助率マップの例を説明するための図である。この図において横軸は車速であり、縦軸は補助率である。この図では、線Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は、４つの制御モード（強モード、標準モード、エコモード、超エコモード）における、車速と補助率との関係の例をそれぞれ示している。同図で示す強モード（線Ｅ１）では、０からＶ３までの車速域で補助率は一定で、Ｖ３より高い車速域で補助率は漸減している。他のモードについても、補助率は、０からある車速（図４においてＶ１、Ｖ２）までの車速域では一定で、その車速を超える車速域では漸減している。この図に示すように、同じ車速で各制御モードの補助率を比較すると、４つの補助率は強モード＞標準モード＞エコモード＞超エコモードとなっている。なお、図４に示す補助率マップは例に過ぎず、適宜変更されてよい。例えば、上述したように、強モードの補助率が標準モードの補助率と等しくなる車速域や、標準モードの補助率がエコモードの補助率と等しくなる車速域や、エコモードの補助率が超エコモードの補助率と等しくなる車速域が規定されてもよい。

なお、１つの制御モードについて複数の補助率マップが規定されていてもよい。この場合、モータ制御部３２は、選択されている制御モードに対応する複数の補助率マップ（ここではマップ群と称する）の中から、運転状況に応じていずれかを選択し、選択した補助力マップを参照して補助率を算出する。例えば、標準モードについて複数の補助率マップを含むマップ群が規定されてもよい。そして、モータ制御部３２は、標準モードが選択されているとき、マップ群から運転状況に応じていずれかの補助率マップを選択し、選択した補助力マップを参照して補助率を算出してもよい。このように、各制御モードについて複数の補助率マップを含むマップ群が規定されている場合、「制御モードの変更」は補助率マップ群の変更を意味する。

自転車１００の例では、複数の制御モードのそれぞれについて補助率マップが規定され、各制御モードの補助率マップは他の制御モードの補助率マップと相違している。しかしながら、一部の制御モード（例えば、２つ又は３つの制御モード）では、共通の補助率マップが使用されてもよい。例えば、エコモードと超エコモードとでは、共通の補助率マップが使用されてもよい。そして、例えば、エコモードでは共通の補助率マップから得られた値がそのまま補助率として利用される一方で、超エコモードにおいては、共通の補助率マップから得られる値を補正して得られる値が補助率として利用されてもよい。補正としては、例えば、補助率マップから得られる値に補正係数Ｋ（Ｋ＜１）が乗じられる。つまり、複数の制御モードで共通の補助率マップが使用され、それらの制御モードでは、補助率を算出するための演算式（演算式に含まれる係数や定数）が相違していてもよい。このような方法でも、各制御モードにおいて算出される補助率を異ならせることができる。

［制御モード管理部］
制御モード管理部３１は、自転車１００の運転状況や運転者の指示に応じて制御モードを選択・変更する。言い換えれば、制御モード管理部３１は、モータ制御部３２の制御において利用される補助率マップを選択・変更する。制御モード管理部３１は、予め規定されたモード変更条件が満たされるときに、ライダーの操作によらず自動的に制御モードを変更する。モード変更条件は踏力について規定された条件であり、制御モード管理部３１は、トルクセンサ４１の出力に基づいて算出した踏力（例えば、極大や平均など）がモード変更条件を満たすか否かを判定する。例えば、制御モード管理部３１は、トルクセンサ４１の出力に基づいて算出した踏力が閾値を上回るか否かと、算出した踏力が閾値を下回るか否かと、を判定する。算出した踏力が閾値を上回ったとき、制御モード管理部３１は制御モードをアップ側に変更する（「アップ側への変更」は、より高い補助率が算出されるモードに制御モードを変更することを意味する。自転車１００の例では、制御モードを「強モード」に近づけることを意味する。）。また、算出した踏力が閾値を下回ったとき、制御モード管理部３１は制御モードをダウン側に変更する（「ダウン側への変更」は、より低い補助率が算出されるモードに制御モードを変更することを意味する。自転車１００の例では、制御モードを「超エコモード」に近づけることを意味する。）。

なお、自転車１００では、ライダーによるモード変更指示が操作入力装置５８を通して制御装置３０に入力可能となっている。モード変更条件の一つは、このようなモード変更指示が操作入力装置５８から制御装置３０に入力されることであってもよい。この場合、モード変更指示が操作入力装置５８から制御装置３０に入力されたときに、制御モード管理部３１はモード変更を実行する。

［モード変更のタイミング］
図５はモード変更が実行されるタイミング（モード変更が実行されるクランク軸２の回転位置）を説明するための図である（以下では、「クランク軸２の回転位置」をクランク位置と称する。）。ペダル２ａは、クランク軸２を中心とする円の軌跡Ｌｏを有する。モード変更条件が満たされたとき、制御モード管理部３１は、ペダル２ａが軌跡Ｌｏの最下点Ｐ１（或いは最下点Ｐ１に近い位置）にあるときに、モード変更を実行する。

より具体的には、最下点Ｐ１に４５度を加算した回転位置（以下において、後限界位置Ｐ３）と、最下点Ｐ１から４５度を減算した回転位置（以下において、前限界位置Ｐ２）との間にペダル２ａがあるときに、制御モード管理部３１はモード変更を実行する。すなわち、前限界位置Ｐ２と後限界位置Ｐ３との間にペダル２ａがあるときに、制御装置３０は制御モードの変更に起因する補助率の変更を実行する。モード変更が実行されるクランク位置は、好ましくは、最下点Ｐ１に３０度を加算した位置と、最下点から３０度を減算した位置との間である。モード変更が実行されるクランク位置は、さらに好ましくは、最下点Ｐ１に２０度を加算した回転位置と、最下点から２０度を減算した回転位置との間である。モード変更が実行されるクランク位置は、さらに好ましくは、最下点Ｐ１に１０度を加算した回転位置と、最下点から１０度を減算した回転位置との間である。最も好ましくは、最下点である。

ペダル２ａの１サイクルの間に踏力は変化する。一般的に、いずれか一方のペダル２ａが最下点Ｐ１にあるときに、踏力は最小となる。したがって、制御モード管理部３１が上述したクランク位置でモード変更を実行することによって、ライダーが発揮する踏力が比較的小さいときにモード変更が実行されることとなる。その結果、ライダーに作用する負荷が急変すること、及び急変に起因する違和感を、防ぐことができる。なお、本明細書においてペダル２ａの最下点Ｐ１とは軌跡Ｌｏにおける最も低い位置であり、軌跡Ｌｏと鉛直線との交点である。

一般的に、最上点Ｐ０から９０度だけ回転した位置（図５において位置Ｐ４）にペダル２ａがあるときに、ライダーがペダル２ａに加える踏力は最大となる（以下では、この位置Ｐ４を「水平位置」と称する。）。ペダル２ａが水平位置Ｐ４であるときに踏力が上述したモード変更条件を満たしたとき、制御モード管理部３１は、踏力がモード変更条件を満たした時点から遅れて（すなわち、ペダル２ａが最下点Ｐ１の近くに到来してから）、モード変更を実行する。

また、制御モード管理部３１は、連続する２つのモード変更（ここでは「第１のモード変更」と「第２のモード変更」と称する）の間に、予め規定されている期間を確保する（以下では、この期間を「変更不可期間」と称する。）。すなわち、第１のモード変更を実行した直後にモード変更条件が満たされた場合、制御モード管理部３１は、第１のモード変更の実行から変更不可期間が経過していなければ、第２のモード変更を実行しない。こうすることによって、モード変更が実行される頻度を適切化できる。言い換えれば、必要以上に高い頻度でモード変更が実行されることを防ぐことができる。

［表示制御部］
表示制御部３３は、表示装置５９で表示する情報（信号）を出力する。自転車１００の例では、表示制御部３３は、現在選択されている制御モードを表示装置５９で表示する。また、制御モード管理部３１において制御モードが変更されたときには、表示制御部３３は、表示装置５９に表示する制御モードを変更する。したがって、モード変更条件が満たされたときには、ライダーの操作を要することなく自動的に表示装置５９の表示内容が切り替わる。

［制御モード管理部］
図６は、制御モード管理部３１が有している機能を、さらに具体的に示すブロック図である。制御モード管理部３１は、クランク位置判定部３１Ａと、自動変更部３１Ｂと、変更条件調整部３１Ｆと、利用可能モード制限部３１Ｇとを有している。また、自動変更部３１Ｂは、踏力判定部３１Ｃと、変更不可期間判定部３１Ｅとを有している。さらに、制御モード管理部３１は、手動変更部３１Ｈを有している。これらも、制御装置３０を構成するマイクロプロセッサがメモリに保存されているプログラムを実行することによって実現される。

［クランク位置判定部］
クランク位置判定部３１Ａは、モード変更の実行が許容される回転位置にペダル２ａがあるか否か、言い換えれば、モード変更の実行が許容される位置にクランク位置が達したか否かを判定する。自転車１００では、クランク位置判定部３１Ａは、トルクセンサ４１で検知した踏力に基づいて、モード変更の実行が許容される位置にクランク位置が達したか否かを判定する。クランク位置判定部３１Ａは、例えば、以下のような処理を行う。

クランク位置判定部３１Ａは、踏力の極大を探索する（「踏力の極大」をピーク踏力と称する。）。そして、クランク位置判定部３１Ａは、ピーク踏力が見つかった時点でのクランク位置（図５では水平位置Ｐ４）からのクランク角変化（クランク軸２の回転量）が予め定められた角度に達したか否かを判定する。クランク角変化が予め定められた角度に達したときに、ペダル２ａが最下点Ｐ１（或いは、最下点Ｐ１に近い位置）にあると推定され、クランク位置がモード変更許容位置に達したと判定する（「モード変更許容位置」とはモード変更（補助率の変更）の実行が許容されるクランク位置である。）。「予め定められた角度」は、例えば４５度より大きく１３５度よりも小さい角度である。角度をこのように設定することによって、モード変更は、図５に示す前限界位置Ｐ２と後限界位置Ｐ３との間で実行される。「予め定められた角度」は、好ましくは、６０度より大きく１２０度よりも小さい角度である。さらに好ましくは、「予め定められた角度」は、７０度より大きく１１０度よりも小さい角度である。さらに好ましくは、「予め定められた角度」は、８０度より大きく１００度よりも小さい角度である。自転車１００の例では、「予め定められた角度」は９０度である。

図７は、踏力の変動と、モード変更を実行するタイミング（クランク位置）とを説明するためのタイムチャートである。同図に示すように、踏力は周期的に変動している。例えば、ピーク踏力が得られるｔ１では、一方のペダル２ａ（例えば、右ペダル２ａ）は水平位置Ｐ４にあると推定され、踏力が極小となるｔ２では、この一方のペダル２ａは最下点Ｐ１にあると推定される。また、次のピーク踏力Ｐｋ１が得られるｔ３では、他方のペダル２ａ（例えば、左ペダル２ａ）が水平位置Ｐ４にあると推定され、踏力が極小となるｔ４では、この他方のペダル２ａは最下点Ｐ１にあると推定される。クランク位置判定部３１Ａは、例えば、「１回の漕ぎ」における踏力の極大（すなわち、ピーク踏力）を探索する。「１回の漕ぎ」とは各ペダル２ａの最上点Ｐ０から最下点Ｐ１までの動きに相当する。上の例では、右ペダル２ａについての「１回の漕ぎ」は、踏力が極小となるｔ０から踏力が次の極小となるｔ２までの期間に対応し、左ペダル２ａについての「１回の漕ぎ」は踏力が極小となるｔ２から踏力が次の極小となるｔ４までの期間に対応する。クランク位置判定部３１Ａは、例えばピーク踏力Ｐｋ１を見つけたとき、ピーク踏力Ｐｋ１が見つかった時点（ｔ３）からクランク角変化（クランク軸２の回転量）の計数を開始する。そして、そのクランク角変化が９０度に達したとき（ｔ４）、クランク位置判定部３１Ａは、ペダル２ａ（上の例では左ペダル２ａ）が最下点Ｐ１にあると推定し、クランク位置がモード変更許容位置に達したと判断する。クランク位置判定部３１Ａは、右ペダル２ａと左ペダル２ａのそれぞれについて上の処理を行う。

なお、クランク位置判定部３１Ａの処理は、上述した例に限られない。例えば、以下のような処理が可能である。
（例１）クランク位置判定部３１Ａは、ペダル２ａの軌跡Ｌｏにおける最上点Ｐ０から最下点Ｐ１までの範囲での踏力の極大（ピーク踏力）を探索する。そして、トルクセンサ４１で検知する踏力が、そのピーク踏力の７０％や、ピーク踏力の５０％となったときに、クランク位置判定部３１Ａはクランク位置がモード変更許容位置に達したと判定する。すなわち、クランク位置判定部３１Ａは、トルクセンサ４１で検知する踏力が「ピーク踏力×ｋ」（ｋは１より小さい係数）となったときに、クランク位置はモード変更許容位置に達したと判断する。
（例２）クランク位置判定部３１Ａは、１回の漕ぎにおける踏力の極小を探索してもよい。そして、クランク位置判定部３１Ａは踏力が極小となったときにクランク位置がモード変更許容位置に達したと判断してもよい。
（例３）クランク回転センサ４５として、クランク軸２の回転量（クランク角変化）だけでなく、クランク軸２の位置（角度）が検知可能なセンサが利用されてもよい。この場合、クランク位置判定部３１Ａは、踏力を利用することなく、クランク回転センサ４５の出力に基づいてクランク位置がモード変更許容位置に達したか否かを判定してもよい。

制御モード管理部３１は、クランク位置がモード変更許容位置（ペダル２ａの最下点Ｐ１）に達し且つモード変更条件が満たされた場合に、モード変更を実行する。しかしながら、制御モード管理部３１は、自転車１００の運転状況によっては、クランク位置がモード変更許容位置に達したか否かに関わらず、モード変更を実行してもよい。すなわち、モード変更をライダーに気付かせたくない運転状況（例えば、定常走行）においては、制御モード管理部３１は、クランク位置がモード変更許容位置に達したときに、モード変更を実行する。その一方で、モード変更の実行を優先したい運転状況においては、クランク位置に関わらず、制御モード管理部３１はモード変更を実行してもよい。自転車１００の例では、図６に示す強漕ぎ判定部Ｕ１、定常高負荷判定部Ｕ２、及び定常低負荷判定部Ｕ３の判定においてモード変更条件が満たされたとき、制御モード管理部３１はモード変更許容位置でモード変更を実行する。その一方で、図６に示す高負荷発進判定部Ｕ４及び負荷急減判定部Ｕ５の判定においてモード変更条件が満たされたときには、制御モード管理部３１はクランク位置に関わらず、モード変更を実行する。このように、自転車１００では、予め規定された運転状況においては、クランク位置がモード変更許容位置にあるときにモード変更（補助率の変更）が実行され、別の運転状況においてはクランク位置に関わらずモード変更（補助率の変更）が実行される。こうすることによって、運転状況に最も適したタイミングでモード変更（補助率の変更）が実行され得る。判定部Ｕ１～Ｕ５の処理については、後において詳説する。

［踏力判定部］
モード変更条件は、踏力についての条件を含んでいる。踏力判定部３１Ｃは、トルクセンサ４１で検知した踏力に基づいて、モード変更条件が満たされるか否かを判断する。具体的には、踏力判定部３１Ｃは、１回又は複数の漕ぎにおける踏力の極大（すなわちピーク踏力）や、１回又は複数の漕ぎにおける踏力の平均などが閾値よりも高いか否か、或いは、これらの値が閾値よりも低いか否かを判定する。以下では、判定に利用される踏力の極大や平均などを、まとめて「判定踏力」と称する。

図６に示すように、踏力判定部３１Ｃは判定踏力算出部３１Ｄを含んでいる。判定踏力算出部３１Ｄは、トルクセンサ４１の出力に基づいて、モード変更条件の判定に利用される判定踏力を算出する。図６に示すように、踏力判定部３１Ｃは、強漕ぎ判定部Ｕ１、定常高負荷判定部Ｕ２、定常低負荷判定部Ｕ３、高負荷発進判定部Ｕ４、及び負荷急減判定部Ｕ５を含んでいる。各判定部Ｕ１～Ｕ５は、判定踏力算出部３１Ｄが算出する判定踏力の１又は複数がモード変更条件を満たすか否かを判定する。

判定踏力の例としては、以下のような種類をあげることができる。
・１回の漕ぎにおける踏力の極大（ピーク踏力、図７において例えばＰｋ１）
・１回の漕ぎにおける踏力の極小（図７において例えばＢｔ１）
・連続する複数回の漕ぎにおける踏力の極大（連続する複数のピーク踏力、図７において例えばＰｋ１、Ｐｋ２、Ｐｋ３など）
・連続する複数回の漕ぎにおける踏力の極小（図７において例えばＢｔ１、Ｂｔ２、Ｂｔ３、Ｂｔ４）
・連続する複数回の漕ぎにおける踏力の極大の移動平均（図７において例えばＰｋ１、Ｐｋ２、Ｐｋ３の平均）
・連続する複数回の漕ぎにおける踏力の極小の移動平均（図７において例えばＢｔ１、Ｂｔ２、Ｂｔ３、Ｂｔ４の平均）
・１回の漕ぎにおける踏力の平均（図７において例えばＭｄ１、以下において「ミドル踏力」と称する）自転車１００の例において、ミドル踏力は、例えば、ピーク踏力が得られた時点からのクランク角変化が９０度に達した時点と、その次のピーク踏力が得られた時点からのクランク角変化が９０度に達した時点との間の踏力の平均である。
・複数回の漕ぎにおけるミドル踏力の平均（図７において例えばＭｄ１、Ｍｄ２、Ｍｄ３の平均）
・踏力の瞬時値（例えば、予め規定されたクランク位置での踏力、図７において例えばＣ１、Ｃ２）

踏力判定部３１Ｃ（具体的には、強漕ぎ判定部Ｕ１、定常高負荷判定部Ｕ２、及び高負荷発進判定部Ｕ４）は、上述の判定踏力のうちの１つ又は複数の判定踏力が閾値よりも高いか否かを判定する。そして、判定踏力が閾値よりも高い場合に、制御モード管理部３１は制御モードをアップ側に変更する（すなわち、自転車１００の例では、制御モードを「強モード」に近づける。）。判定部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ４について規定されてモード変更条件は相互に異なっており、制御モード管理部３１は、判定部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ４のいずれかにおいてモード変更条件が満たされたと判断されたときに、制御モードをアップ側に変更する。図７の例では、ピーク踏力Ｐｋ１が閾値Ｔｈ１１を上回っている。そのため、制御モード管理部３１はピーク踏力Ｐｋ１が得られた時点からのクランク角変化が９０度に達した時点（ｔ４）で、制御モードをアップ側に変更している。

また、踏力判定部３１Ｃ（具体的には、定常低負荷判定部Ｕ３、及び負荷急減判定部Ｕ５）は、上述の判定踏力のうちの１つ又は複数の判定踏力が閾値よりも低いか否かを判定する。そして、判定踏力が閾値よりも低い場合に、制御モード管理部３１は制御モードをダウン側に変更する（すなわち、制御モードを超エコモードに近づける。）。判定部Ｕ３、Ｕ５について規定されているモード変更条件は相互に異なっており、制御モード管理部３１は、判定部Ｕ３、Ｕ５のいずれかにおいてモード変更条件が満たされたと判断されたときに、制御モードをダウン側に変更する。

上述したように、制御モード管理部３１は、クランク位置がモード変更許容位置あるか否かを判定するクランク位置判定部３１Ａを有している。したがって、クランク位置がモード変更許容位置に到来するより前に判定踏力がモード変更条件を満たす場合には、判定踏力がモード変更条件を満たす時点から遅れて、モード変更が実行されることとなる。例えば、ピーク踏力が閾値を上回ることがモード変更条件である場合には、閾値よりも高いピーク踏力が見つかった時点から遅れてモード変更が実行される。また、ピーク踏力が閾値を下回ることがモード変更条件である場合には、閾値よりも低いピーク踏力が見つかった時点から遅れてモード変更が実行されることとなる。

［制御モードによって異なる閾値］
なお、モード変更条件は、各制御モードによって異なっていてもよい。例えば、アップ側へのモード変更について規定される判定踏力の閾値は、制御モードが上がるにしたがって（制御モードが強モードに近くなるにしたがって）、高くなってもよい。「アップ側へのモード変更について規定される判定踏力の閾値」は、自転車１００の例では、強漕ぎ判定部Ｕ１、定常高負荷判定部Ｕ２、及び高負荷発進判定部Ｕ４の判定において利用される閾値である。

図７を例にすると、エコモードから標準モードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１は、超エコモードからエコモードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１より高くてもよい。また、標準モードから強モードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１は、エコモードから標準モードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１より高くてもよい。こうすることによって、アップ側への１回目のモード変更がなされた後、必要以上に簡単に２回目のアップ側へのモード変更が生じることを防ぐことができる。

また、ダウン側へのモード変更について規定される判定踏力の閾値は、制御モードが下がるにしたがって（制御モードが超エコモードに近くなるにしたがって）、低くなってもよい。「ダウン側へのモード変更について規定される判定踏力の閾値」は、自転車１００の例では、後述する定常低負荷判定部Ｕ３、及び負荷急減判定部Ｕ５の判定において利用される閾値である。こうすることによって、ダウン側への１回目のモード変更がなされた後、必要以上に簡単に２回目のダウン側へのモード変更が生じることを防ぐことができる。

なお、踏力の平均が高いけれども、踏力の変動が小さい（踏力の振幅が小さい）漕ぎがなされる場合がある（ここでは、このような漕ぎ方を「スムーズ漕ぎ」と称する。）。スムーズ漕ぎではピーク踏力が低い。そのため、スムーズ漕ぎにおいてピーク踏力だけを利用した判定がなされると、適切なモード変更がなされない可能性がある。そこで、判定踏力としては、上述したように、１回の漕ぎにおけるミドル踏力（図７において例えばＭｄ１）や、複数回の漕ぎにおけるミドル踏力の平均（図７において例えばＭｄ１、Ｍｄ２、Ｍｄ３の平均）が利用されてもよい。後において説明するように、自転車１００の例では、定常低負荷判定部Ｕ３の処理において、ミドル踏力が利用される。

また、判定踏力としては、上述したように、連続する複数回の漕ぎにおける踏力の極大（ピーク踏力）の平均や、踏力の極小の平均が用いられてもよい。このような平均を用いることによって、漕ぎ方の乱れや変速機構２７における変速などの影響を緩和できる。後において説明するように、自転車１００の例では、定常高負荷判定部Ｕ２と定常低負荷判定部Ｕ３の処理において、連続する複数の漕ぎで得られたピーク踏力の平均が使用されている。

［変更不可期間判定部］
上述したように、制御モード管理部３１は、連続する２つのモード変更の間に、予め規定されている変更不可期間を確保する。変更不可期間判定部３１Ｅは、前回のモード変更から変更不可期間が経過したか否かを判断する。制御モード管理部３１は、判定踏力がモード変更条件を満たしている場合であっても、変更不可期間判定部３１Ｅの判定において前回のモード変更から変更不可期間が経過していない場合には、制御モードの変更を実行しない。

［運転状況に応じて定められている変更不可期間］
自転車１００の例では、長さが異なる複数の変更不可期間が規定されている。例えば、１回の漕ぎに要する時間よりも短い期間や、１回の漕ぎに相当する期間、１回の漕ぎに要する時間よりも長い期間（例えば、複数回の漕ぎに相当する期間）などが、変更不可期間として規定される。変更不可期間判定部３１Ｅは、複数の変更不可期間のうち自転車１００の運転状況に応じた期間を、連続する２つのモード変更の間に確保する。すなわち、自転車１００の運転状態に応じて定められた変更不可期間が、前回のモード変更から経過したか否かを、変更不可期間判定部３１Ｅは判断する。このように、変更不可期間として複数の期間を規定することによって、運転状況に応じた適切な頻度でモード変更を実行できる。例えば、自転車１００が急加速する場合には比較的短い時間間隔で制御モードを段階的にアップ側に変更できる。その一方で、例えば自転車１００が定常走行をしている場合には、制御モードの変更の時間間隔を長くできる。

図６に示すように、自転車１００の例では、変更不可期間判定部３１Ｅは、強漕ぎ_期間判定部Ｖ１、定常_期間判定部Ｖ２、発進_期間判定部Ｖ４、負荷急減_期間判定部Ｖ５を有している。判定部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５には、長さの異なる変更不可期間がそれぞれ規定されている。判定部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５は、踏力判定部３１Ｃの強漕ぎ判定部Ｕ１、定常高負荷判定部Ｕ２、定常低負荷判定部Ｕ３、高負荷発進判定部Ｕ４、及び負荷急減判定部Ｕ５にそれぞれ対応している。すなわち、強漕ぎ_期間判定部Ｖ１は、強漕ぎ判定部Ｕ１において判定踏力がモード変更条件を満たした判断されたときに、前回のモード変更から変更不可期間（例えば、１回の漕ぎに相当する期間）が経過したか否かを判定する。定常_期間判定部Ｖ２は、定常高負荷判定部Ｕ２及び定常低負荷判定部Ｕ３において判定踏力がモード変更条件を満たしたと判断されたときに、前回のモード変更から変更不可期間が経過したか否かを判定する。また、発進_期間判定部Ｖ４は、高負荷発進判定部Ｕ４において判定踏力がモード変更条件を満たした判断されたときに、前回のモード変更から変更不可期間が経過したか否かを判定する。負荷急減_期間判定部Ｖ５は、負荷急減判定部Ｕ５において判定踏力がモード変更条件を満たした判断されたときに、前回のモード変更から変更不可期間が経過したか否かを判定する。各期間判定部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５について規定されている期間については、後において詳説する。

［漕ぎ回数で規定される変更不可期間］
また、自転車１００の例では、複数の変更不可期間として、時間で規定される期間だけでなく、例えば、漕ぎの回数（言い換えれば、クランク角変化）で規定される期間とがある。変更不可期間が漕ぎの回数で規定されている場合、変更不可期間判定部３１Ｅは、前回のモード変更からのクランク角変化を計数し、踏力判定部３１Ｃ（具体的には、判定部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）において判定踏力がモード変更条件を満たしたと判定されたときに、計数したクランク角変化が変更不可期間に相当する閾値に達したか否かを判定する。

図７の例では、変更不可期間として３回の漕ぎ（１８０度×３）が規定されている。アップ側へのモード変更（ｔ４）に続く２回の漕ぎのピーク踏力Ｐｋ２、Ｐｋ３は、閾値Ｔｈ１１を超えている。しかしながら、これらピーク踏力Ｐｋ２、Ｐｋ３が取得された時点は変更不可期間を経過していないため、モード変更は実行されていない。さらに次のピーク踏力Ｐｋ４も閾値Ｔｈ１１を上回っている。また、ピーク踏力Ｐｋ４が取得された時点でのクランク位置からのクランク角変化が９０度に達した時点（ｔ５）では、前回のモード変更がなされた時点から３回の漕ぎがなされている。そのため、ｔ５において制御モードがさらにアップ側に変更されている。

このように、変更不可期間を漕ぎの回数（言い換えれば、クランク角変化）で規定することによって、例えばクランク軸２の回転速度が高いときには（ケイデンスが高いときには）、変更不可期間が時間的に早く経過し、クランク軸２の回転速度が低いときに比べて短い時間間隔でモード変更が実行され得る。その結果、漕ぎ方に応じた適切な頻度でモード変更を行うことができる。

なお、図７の例では、変更不可期間として３回の漕ぎが規定されていたが、変更不可期間は３回の漕ぎよりも少なくてもよいし、３回の漕ぎよりも多くてもよい。自転車１００の例では、強漕ぎ_期間判定部Ｖ１と定常_期間判定部Ｖ２とで利用される変更不可期間が漕ぎの回数で規定されている。

また、自転車１００の例では、複数の変更不可期間の一部は、時間で規定されている。具体的には、発進_期間判定部Ｖ４と負荷急減_期間判定部Ｖ５とで利用される変更不可期間として、１回の漕ぎに相当する期間よりも短い期間が時間で規定されている。例えば、自転車の発進時にはケイデンスが低く、約３０ｒｐｍの場合がある（この場合、１回の漕ぎ（ペダルの最上点から最下点までの移動）には１秒を要する。）。そのため、発進時の変更不可期間としては、例えば１秒よりも短い時間が規定される。このように時間で規定される変更不可期間を利用することによって、ケイデンスの高低によることなく、比較的短い時間間隔で複数のモード変更を行うことができる。

なお、変更不可期間は、自転車１００の例に限られない。例えば、複数の変更不可期間の全てが、漕ぎの回数やクランク角変化で規定されてもよい。また、複数の変更不可期間の全てが、時間で規定されてもよい。

［変更条件調整部］
自転車１００では、モード変更の生じ易さを作業者（例えば、自転車１００のユーザや、メンテナンス作業者）が調整可能となっている。変更条件調整部３１Ｆは、例えば操作入力装置５８を通して入力される指示を受け付け、その指示に従ってモード変更条件を調整する。具体的には、変更条件調整部３１Ｆは踏力判定部３１Ｃの処理で利用される閾値を調整する。このように閾値を調整可能とすることによって、ライダーの体格差などによらず適切なタイミングでモード変更の生じさせることができるようになる。

図８は、変更条件調整部３１Ｆが行う処理を説明するための表である。この図に示すように、各閾値について複数のレベルが規定されている。各レベルは、踏力判定部３１Ｃが有している各判定部Ｕ１～Ｕ５の判定で利用される複数の閾値で構成されている。図８では、例として、強漕ぎ判定部Ｕ１、定常高負荷判定部Ｕ２、及び定常低負荷判定部Ｕ３の処理で利用される閾値が示されている。複数の閾値は各レベルに対応付けて制御装置３０のメモリに予め記録されており、変更条件調整部３１Ｆは、操作入力装置５８を通して入力される指示に従っていずれかのレベルを選択する。言い換えれば、変更条件調整部３１Ｆは、操作入力装置５８を通して入力される指示に従って、各レベルに規定されている複数の閾値を一括で選択する。踏力判定部３１Ｃは、選択されたレベルに含まれる閾値を利用して、モード変更条件が満たされるか否かを判定する。このようにレベルの選択によって複数の閾値を一括で選択できる自転車１００によれば、閾値の調整作業を容易化できる。

なお、変更条件調整部３１Ｆへの指示は、必ずしも操作入力装置５８を通したものでなくてもよい。例えば、制御装置３０には、外部の装置、例えば自転車１００のメンテナンス業者が利用する情報処理装置が接続可能であってもよい。この場合、変更条件調整部３１Ｆは、その情報処理装置から入力される指示に従って、閾値について規定された複数のレベルのいずれかを選択してもよい。また、閾値の調整は一括して行われなくてもよい。図８を例にすると、強漕ぎ判定部Ｕ１で利用される閾値と、定常高負荷判定部Ｕ２で利用される閾値と、定常低負荷判定部Ｕ３で利用される閾値は、別個に調整可能であってもよい。

［利用可能モード制限部］
自転車１００では、制御装置３０が利用可能な制御モードを作業者（自転車１００のユーザや、メンテナンス作業者など）が制限できる。利用可能モード制限部３１Ｇは、例えば操作入力装置５８を通して入力される指示を受け付け、その指示に従って制御モード管理部３１が選択する制御モードを制限できる。自転車１００の例では、利用可能モード制限部３１Ｇは、例えば強モードの選択を規制したり、超エコモードの選択を規制する。言い換えれば、利用可能モード制限部３１Ｇは、最も高い補助率が算出される制御モードの選択を規制したり、最も低い補助率が算出される制御モードの選択を規制する。利用可能モード制限部３１Ｇが、例えば超エコモードの選択を規制した場合、制御モード管理部３１は他の３つの制御モードのなかでモード変更を行う。利用可能モード制限部３１Ｇが、例えば強モードの選択を規制した場合には、制御モード管理部３１は他の３つの制御モードのなかでモード変更を行う。すなわち、制御モード管理部３１が選択可能な制御モードを利用可能モード制限部３１Ｇが制限した場合、制御モード管理部３１は残りの制御モードのなかでモード変更を行う。これによると、ユーザの好みに合った制御モードだけで電動モータ２１を駆動できるようになる。

なお、利用可能モード制限部３１Ｇへの指示は、必ずしも操作入力装置５８を通したものでなくてもよい。例えば、制御装置３０には、外部の装置、例えば自転車１００のメンテナンス業者が利用する情報処理装置が接続可能であってもよい。この場合、利用可能モード制限部３１Ｇは、その情報処理装置から入力される指示に従って、最も高い補助率が算出される制御モードの選択を規制したり、最も低い補助率が算出される制御モードの選択を規制してもよい。また、利用可能モード制限部３１Ｇによって制限される制御モードは、最も高い補助率が算出される制御モードや、最も低い補助率が算出される制御モードでなくてもよい。自転車１００の例では、標準モードの選択や、エコモードの選択が利用可能モード制限部３１Ｇによって制限されてもよい。

［手動変更部］
上述したように、制御モード管理部３１は手動変更部３１Ｈを含んでいる。手動変更部３１Ｈは、操作入力装置５８から入力される制御モードの変更指示を受け付けて、その指示に応じて制御モードを変更する。このような操作入力装置５８から入力される指示に応じて制御モードを変更するときも、モード変更（補助率の変更）は、ペダル２ａが図５に示す前限界位置Ｐ２と後限界位置Ｐ３との間にあるときに実行されてよい。すなわち、手動変更部３１Ｈは、制御モードの変更指示を受けた後、クランク位置判定部３１Ａの処理によってクランク位置がモード変更許容位置に達したと判定されたとき、例えばピーク踏力が得られた後のクランク角変化が予め規定された角度（例えば、９０度）に達したときに、制御モードを変更してもよい。

［制御モード管理部の処理の流れ］
図９は、制御モード管理部３１が実行する処理の例を示すフロー図である。同図に示す処理は自転車１００の走行時に繰り返し実行される。ここでは、図７を参照して説明したように、ピーク踏力が得られた後のクランク角変化（ピーク踏力の候補が見つかった時点からのクランク角変化）が９０度に達し、且つ変更不可期間が経過していることを条件としてモード変更を実行するための処理を説明する。

制御モード管理部３１はピーク踏力の候補を探索する（Ｓ１０１）。ピーク踏力の探索は例えば次のように行うことができる。すなわち、トルクセンサ４１の出力に基づいて踏力を所定の周期で検知し、検知した各踏力と既にメモリに記録されているピーク踏力の候補とを比較し、検知した踏力が既にメモリに記録されているピーク踏力の候補より大きい場合に、ピーク踏力の候補をその大きな踏力で更新する。検知した踏力が既にメモリに記録されているピーク踏力の候補より小さい場合には、ピーク踏力の候補が更新されないので、メモリには踏力の極大（すなわちピーク踏力）が残ることとなる。

ピーク踏力の候補が見つかると、クランク位置判定部３１Ａは、クランク位置がモード変更許容位置に達したか否かを判定する（Ｓ１０２）。具合的には、クランク位置判定部３１Ａは、ピーク踏力の候補が見つかった時点からのクランク角変化が予め定めた角度（具体的には、９０度）に達したか否かを判定する。そして、クランク角変化が予め定めた角度に達している場合、すなわち、クランク位置がモード変更許容位置に達したときに、モード変更条件が満たされるか否かを判定する。つまり、制御モード管理部３１は、ピーク踏力の候補が見つかる度に（すなわち、踏力の極大が得られる度に）クランク角変化の計数を開始し、クランク角変化が９０度に達したときにモード変更条件が満たされたか否かを判定する。

判定踏力算出部３１Ｄが、ピーク踏力の候補をピーク踏力として確定し（Ｓ１０３）、これをメモリに記録するとともに、判定踏力を算出する（Ｓ１０４）。上述したように、判定踏力算出部３１Ｄは、例えば、連続する複数の漕ぎのピーク踏力の平均（移動平均）を判定踏力として算出する。また、判定踏力算出部３１Ｄは、１回の漕ぎにおける踏力の平均（すなわち、ミドル踏力）や、連続する複数の漕ぎにおけるミドル踏力の平均（移動平均）などを、判定踏力として算出する。そして、踏力判定部３１Ｃは、算出された判定踏力（確定したピーク踏力を含む）に基づいて、モード変更条件が満たされるか否かを判定する。

具体的には、踏力判定部３１Ｃ（自転車１００の例では、強漕ぎ判定部Ｕ１及び定常高負荷判定部Ｕ２）は、算出された判定踏力のそれぞれがアップ側へのモード変更の閾値を上回るか否かを判定する（Ｓ１０５）。算出された判定踏力が閾値を上回っている場合、変更不可期間判定部３１Ｅ（自転車１００の例では、強漕ぎ_期間判定部Ｖ１及び定常_期間判定部Ｖ２）は、漕ぎの回数（クランク角変化）で規定されている変更不可期間が前回のモード変更から経過したか否かを判断する（Ｓ１０６）。変更不可期間として規定された回数の漕ぎ（クランク角変化）が未だ経過していない場合、制御モード管理部３１はモード変更を行うこと無く、Ｓ１０１の処理に戻る。一方、変更不可期間として規定された回数の漕ぎが既に経過している場合、制御モード管理部３１はアップ側へのモード変更を行い（Ｓ１０７）、今回の処理を終了する。

Ｓ１０５の判定において、判定踏力が閾値を上回っていない場合、踏力判定部３１Ｃ（自転車１００の例では、定常低負荷判定部Ｕ３）は、判定踏力がダウン側へのモード変更の閾値を下回っているか否かを判定する（Ｓ１０８）。判定踏力が閾値を下回っている場合、変更不可期間判定部３１Ｅ（自転車１００の例では、定常_期間判定部Ｖ２）は、漕ぎの回数（クランク角変化）で規定されている変更不可期間が前回のモード変更から経過したか否かを判断する（Ｓ１０９）。変更不可期間として規定された回数の漕ぎ（クランク角変化）が未だ経過していない場合、制御モード管理部３１はモード変更を行うこと無く、Ｓ１０１の処理に戻る。一方、変更不可期間として規定された回数の漕ぎが既に経過している場合、制御モード管理部３１はダウン側へのモード変更を行い（Ｓ１１０）、今回の処理を終了する。

図９に示す制御モード管理部３１の処理によると、図７を参照して説明したように、ピーク踏力が得られた時点からのクランク角変化が９０度に達し、且つ漕ぎの回数（クランク角変化）で規定されている変更不可期間が経過した場合に、モード変更が実行される。

なお、制御モード管理部３１が実行する処理は、図９の例に限られない。（１）例えば、図９の例とは反対に、漕ぎの回数（クランク角変化）で規定されている変更不可期間が前回のモード変更から経過したか否かを判定し（Ｓ１０６、Ｓ１０９）、変更不可期間が既に経過している場合にだけ、判定踏力と閾値との比較（Ｓ１０５、Ｓ１０８）の処理が行われてもよい。（２）さらに他の例として、クランク回転センサ４５がクランク軸２の回転位置（角度位置）を検知可能なセンサである場合には、ペダル２ａが水平位置Ｐ４にあるときに検知される踏力をピーク踏力として利用してもよい。（３）また、図９の例では、ピーク踏力の候補（踏力の極大）が見つかった時点からのクランク角変化が９０度に達したときに、ピーク踏力が確定され（Ｓ１０３）、判定踏力が算出され（Ｓ１０４）、判定踏力がモード変更条件を満たすか否かが判定されている（Ｓ１０５、Ｓ１０８）。しかしながら、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、及びＳ１０８の処理は、踏力の極大が見つかった時点からのクランク角変化が９０度に達する前に実行されてもよい。例えば、極大が見つかった後の踏力が予め規定された割合（例えば、２０％や３０％）だけその極大から下がったときに、ピーク踏力が確定され、判定踏力が算出され、その判定踏力がモード変更条件を満たすか否かが判定されてもよい。その後に、踏力の極大が見つかった時点からのクランク角変化が９０度に達したときに、モード変更が実行されてもよい。（４）さらに他の例として、モード変更条件が満たされるか否かの判定は、踏力が検出される度に実行されてもよい。例えば、踏力が閾値を上回ることがモード変更条件である場合には、踏力が検出される度にその踏力が閾値よりも高いか否かが判定されてもよい。

以下において、図６に示す強漕ぎ判定部Ｕ１、定常高負荷判定部Ｕ２、定常低負荷判定部Ｕ３、高負荷発進判定部Ｕ４、及び負荷急減判定部Ｕ５について説明する。なお、各判定部Ｕ１～Ｕ５について規定している閾値の種類や変更不可期間は、一例に過ぎず、適宜変更されてよい。

［強漕ぎ判定］
急加速時や急坂を上る場合など、ペダルが強く漕がれる場合がある。強漕ぎ判定部Ｕ１は、このような走行を判定する。例えば、強漕ぎ判定部Ｕ１は、ピーク踏力が閾値よりも高いか否かを判断する（以下では、この閾値を強漕ぎ判定閾値と称する。）。図１０は、強漕ぎ判定部Ｕ１が行う処理を説明するためのタイムチャートである。強漕ぎ判定部Ｕ１は、各ピーク踏力が強漕ぎ判定閾値Ｔｈ１１よりも高いか否かを判断する。この図の例では、ｔ１でのピーク踏力Ｐｋ1は強漕ぎ判定閾値Ｔｈ１１よりも高いので、ｔ１の後、クランク角変化が９０度に達した時点ｔ２において、制御モードがアップ側に変更されている。また、この図の例では、ｔ３でのピーク踏力Ｐｋ２も強漕ぎ判定閾値Ｔｈ１１よりも高く、ｔ５でのピーク踏力Ｐｋ３も強漕ぎ判定閾値Ｔｈ１１よりも高いので、ｔ３の後、クランク角変化が９０度に達した時点ｔ４において、制御モードがアップ側に変更され、さらに、ｔ５の後、クランク角変化が９０度に達した時点ｔ６において、制御モードがさらにアップ側に変更されている。

なお、図１０の例では、強漕ぎ判定部Ｕ１についての変更不可期間が１回の漕ぎ（クランク角変化の１８０度に相当）と設定されている。ｔ２でのクランク位置からｔ４でのクランク位置までの間に１８０度あり、ｔ４でのクランク位置からｔ６でのクランク位置までの間に１８０度あるので、ｔ４、ｔ６のそれぞれにおいて制御モードがアップ側に変更されている。変更不可期間をこのように設定することによって、図１０に示すように、ペダル２ａを１回漕ぐ度に、制御モードをアップ側に変更できる。

［定常高負荷判定］
緩い登坂を走行する場合や逆風下で走行する場合など、定常的に高い負荷が作用する状況で走行する場合がある。定常高負荷判定部Ｕ２は、このような走行を判定する。例えば、定常高負荷判定部Ｕ２は、連続する複数回の漕ぎのピーク踏力と、それらピーク踏力の平均とを判定踏力として利用し、連続する複数回の漕ぎのピーク踏力のそれぞれが閾値よりも高いか否か、及び、それらピーク踏力の平均が閾値よりも高いか否かを判定する（以下ではこの２つの閾値をそれぞれ「各漕ぎ_高負荷判定閾値」、「平均_高負荷判定閾値」と称する。）。

図１１は、定常高負荷判定部Ｕ２が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。定常高負荷判定部Ｕ２は、連続する複数（例えば、４つ）のピーク踏力Ｐｋ1、Ｐｋ２、Ｐｋ３、Ｐｋ４のそれぞれが各漕ぎ_高負荷判定閾値Ｔｈ２１よりも高いか否かを判定する。また、定常高負荷判定部Ｕ２は、連続する複数（例えば、４つ）のピーク踏力Ｐｋ1、Ｐｋ２、Ｐｋ３、Ｐｋ４の平均（移動平均）が平均_高負荷判定閾値Ｔｈ２２よりも高いか否かを判定する。この図の例では、ｔ１で得られるピーク踏力Ｐｋ４によって上述の２つの条件が満たされ、ｔ１の後、クランク角変化が９０度に達した時点ｔ２において、制御モードがアップ側に変更されている。

なお、変更不可期間判定部３１Ｅは、図６に示すように、定常高負荷判定部Ｕ２のための定常_期間判定部Ｖ２を有している。定常_期間判定部Ｖ２は前回のモード変更から複数回の漕ぎ（ｎ回の漕ぎ）が経過したか否かを判定する。すなわち、定常_期間判定部Ｖ２は、前回のモード変更からのクランク角変化がｎ×１８０度に達したか否かを判定する。自転車１００の例では、定常_期間判定部Ｖ２の変更不可期間として４回の漕ぎ（クランク角変化の７２０度に相当）が設定されている。そのため、ピーク踏力Ｐｋ５も各漕ぎ_高負荷判定閾値Ｔｈ２１及び平均_高負荷判定閾値Ｔｈ２２よりも高いものの、ピーク踏力Ｐｋ５が得られたことに起因するモード変更は実行されない。

このように、定常高負荷判定部Ｕ２の判定では、判定踏力として、連続する複数のピーク踏力と、それらの平均とが利用されている。ピーク踏力の平均を利用することによって、ライダーの漕ぎの乱れや変速機構２７の変速に起因する踏力の変化が判定に影響することを抑えることができる。

なお、定常高負荷判定部Ｕ２の判定処理は、上述した例に限られない。例えば、連続する複数のピーク踏力Ｐｋ1、Ｐｋ２、Ｐｋ３、Ｐｋ４の平均を利用した判定は実行されなくてもよい。さらに他の例として、定常高負荷判定部Ｕ２の判定処理では、１回の漕ぎにおける踏力の平均（すなわち、上述した「ミドル踏力」）や、連続する複数回の漕ぎにおけるミドル踏力の平均と、閾値とが比較されてもよい。

なお、自転車１００の例では、図１１に示すように、各漕ぎ_高負荷判定閾値Ｔｈ２１は平均_高負荷判定閾値Ｔｈ２２よりも低い。２つの閾値をこのように設定することによって、右脚での踏力と左脚での踏力とが均等でない漕ぎがなされる場合でも、判定が適切に実行され得る。すなわち、各漕ぎ_高負荷判定閾値Ｔｈ２１が平均_高負荷判定閾値Ｔｈ２２と同じであると、例えば右脚での踏力が左脚での踏力に比して小さいために、定常高負荷判定部Ｕ２の判定条件が満たされず、モード変更がなされない場合が生じ得る。各漕ぎ_高負荷判定閾値Ｔｈ２１を平均_高負荷判定閾値Ｔｈ２２よりも低くすることによって、そのような事態の発生を防ぐことができる。

［定常低負荷判定］
下り坂を走行する場合や、追い風下で走行する場合など、定常的に負荷が低い状況で走行する場合がある。定常低負荷判定部Ｕ３は、このような走行を判定する。例えば、定常低負荷判定部Ｕ３は、連続する複数回の漕ぎのピーク踏力のそれぞれが閾値よりも低いか否か、及び、それらピーク踏力の平均が閾値よりも低いか否かを判定する（以下ではこの２つの閾値をそれぞれ「各漕ぎ_低負荷判定閾値」、「平均_低負荷判定閾値」と称する。）。また、定常低負荷判定部Ｕ３は、連続する複数回の漕ぎのミドル踏力の平均（移動平均）が閾値よりも低いか否かを判定する（この閾値を「ミドル_低負荷判定閾値」と称する。）。「ミドル踏力」とは、上述したように、１回の漕ぎにおける踏力の平均である。制御モード管理部３１は、例えばこれら３つの条件の全てが満たされるときに、ダウン側へのモード変更を実行する。他の例として、定常低負荷判定部Ｕ３は、連続する複数回の漕ぎのミドル踏力のそれぞれが閾値よりも低いか否かを判定してもよい。

図１２は、定常低負荷判定部Ｕ３が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。定常低負荷判定部Ｕ３は、連続する複数（例えば、４つ）のピーク踏力Ｐｋ1、Ｐｋ２、Ｐｋ３、Ｐｋ４のそれぞれが各漕ぎ_低負荷判定閾値Ｔｈ３１よりも低いか否かを判定する。また、定常低負荷判定部Ｕ３は、連続する複数（例えば、４つ）のピーク踏力Ｐｋ1、Ｐｋ２、Ｐｋ３、Ｐｋ４の平均（移動平均）が平均_低負荷判定閾値Ｔｈ３２よりも低いか否かを判定する。さらに、定常低負荷判定部Ｕ３は、連続する複数回の漕ぎのミドル踏力Ｍｄ1、Ｍｄ２、Ｍｄ３、Ｍｄ４の平均（移動平均）がミドル_低負荷判定閾値Ｔｈ３３よりも低いか否かを判定する。図１２の例では、ピーク踏力Ｐｋ４が得られ且つミドル踏力Ｍｄ４が確定した時点ｔ２で、上述した３つの条件の全てが満たされている。そして、ピーク踏力Ｐｋ４が得られた時点ｔ１からのクランク角変化が９０度に達した時点（ｔ２）において、クランク軸２がモード変更許容位置に達しており、制御モードがダウン側に変更されている。

上述したように、変更不可期間判定部３１Ｅは定常_期間判定部Ｖ２を有している。定常_期間判定部Ｖ２は、定常低負荷判定部Ｕ３で規定するモード変更条件が満たされた場合にも、前回のモード変更から複数回の漕ぎ（ｎ回の漕ぎ）が経過したか否かを判定する。そのため、ピーク踏力Ｐｋ５も閾値Ｔｈ３１、Ｔｈ３２よりも低いものの、ピーク踏力Ｐｋ５が得られたことに起因するモード変更は実行されない。

上述したように、踏力の平均が高いけれども、踏力の変動が小さいスムーズ漕ぎがなされる場合がある。スムーズ漕ぎにおいてピーク踏力だけを利用した判定がなされると、スムーズ漕ぎではピーク踏力が低いために、適切なモード変更がなされない可能性がある。例えば、定常低負荷判定部Ｕ３の判定においてピーク踏力だけが利用されると、このようなスムーズ漕ぎにおいて、踏力の平均は高いにも関わらず、制御モードがダウン側に変更されてしまう。これに対して、自転車１００の例では、定常低負荷判定部Ｕ３の判定においてミドル踏力が利用されているので、このようなスムーズ漕ぎにおいても制御モードが必要以上に変更されることを防ぐことができる。

なお、このようなミドル踏力を利用した判定は、定常高負荷判定部Ｕ２においても実行されてよい。すなわち、定常高負荷判定部Ｕ２は、連続する複数回の漕ぎのミドル踏力のそれぞれが閾値よりも低いか否か、及び／又は、連続する複数回の漕ぎのミドル踏力の平均（移動平均）が閾値よりも低いか否かを判定してもよい。

なお、自転車１００の例では、図１２に示すように、各漕ぎ_低負荷判定閾値Ｔｈ３１は平均_低負荷判定閾値Ｔｈ３２よりも高い。２つの閾値をこのように設定することによって、右脚での踏力と左脚での踏力とが均等でない場合でも、判定が適切に実行され得る。すなわち、各漕ぎ_高負荷判定閾値Ｔｈ３１が平均_高負荷判定閾値Ｔｈ３２と同じであると、例えば右脚での踏力が左脚での踏力に比して大きいために、定常低負荷判定部Ｕ３の判定条件が満たされず、モード変更がなされない場合が生じ得る。各漕ぎ_低負荷判定閾値Ｔｈ３１を平均_低負荷判定閾値Ｔｈ３２よりも高くすることによって、そのような事態の発生を防ぐことができる。

［高負荷発進判定］
急坂で走行を開始する場合など、クランク軸２の回転速度が低く且つ高い負荷が作用する場合がある。高負荷発進判定部Ｕ４は、このような走行を判定する。例えば、高負荷発進判定部Ｕ４は、閾値よりも高い踏力が予め規定した時間以上継続するか否かを判定する（以下において、この閾値を「高負荷発進閾値」と称する。また、予め規定した時間を「継続時間閾値」と称する。）。そして、高負荷発進閾値よりも高い踏力が続く時間が継続時間閾値に達したときに、制御モード管理部３１は制御モードをアップ側に変更する。したがって、高負荷発進判定部Ｕ４の処理においてモード変更条件が満たされたと判定された場合には、クランク位置がモード変更許容位置にあるか否かに関わらず、モード変更が実行される。

図１３は高負荷発進判定部Ｕ４が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。この図の例では、ｔ０で走行が開始され、ｔ１で踏力は高負荷発進閾値Ｔｈ４１に達している。その後も、踏力は上昇し、ｔ２において、高負荷発進閾値Ｔｈ４１に踏力が達した時点からの継続時間が継続時間閾値に達している。そのため、制御モードがアップ側に変更されている。

上述したように、変更不可期間判定部３１Ｅは、高負荷発進判定部Ｕ４のための発進_期間判定部Ｖ４を有している。発進_期間判定部Ｖ４は前回のモード変更から予め規定された変更不可期間が経過したか否かを判定する。自転車１００の例では、高負荷発進判定部Ｕ４についての変更不可期間は時間で規定され、継続時間閾値よりも長く、且つ低ケイデンスでの走行において１回の漕ぎに要する時間（約１秒以上）よりも短くなるように設定されている。こうすることによって、１回目の漕ぎが終了する前においても制御モードが速やかにアップ側にされる。高負荷発進判定部Ｕ４についての変更不可期間は、例えば、０．３秒以上、０．７秒以下である。変更不可期間は、より好ましくは、例えば０．４秒以上、０．６秒以下である。変更不可期間は例えば０．５秒である。図１３の例では、ｔ２においてモード変更が実行された後も高い踏力が維持され、ｔ３において、制御モードがアップ側に変更された時点ｔ２からの継続時間が継続時間閾値に達している。しかしながら、時点ｔ３では、前回のモード変更からの経過時間が変更不可期間に達していないので、ｔ３ではモード変更は実行されない。図１３の例では、ｔ３の後においても、高負荷発進閾値よりも高い踏力が維持されており、前回のモード変更（ｔ２）から経過時間が変更不可期間に達したときに（ｔ４）、制御モードがアップ側に変更されている。

［負荷急減判定］
下り坂に入ったとき場合など、負荷が急激に低下する場合がある。負荷急減判定部Ｕ５は、このような走行を判定する。例えば、負荷急減判定部Ｕ５は、閾値よりも低い踏力が予め規定した時間以上継続するか否かを判定する（以下において、この閾値を「負荷急減判定閾値」と称する。また、予め規定した時間を「継続時間閾値」と称する。）。そして、負荷急減判定閾値よりも低い踏力の継続時間が継続時間閾値に達したときに、制御モード管理部３１は制御モードをダウン側に変更する。

図１４は負荷急減判定部Ｕ５が行う処理の例を説明するためのタイムチャートである。この図の例では、ｔ０で踏力は負荷急減判定閾値Ｔｈ５１に達している。その後の漕ぎにおいても、負荷急減判定閾値Ｔｈ５１よりも低い踏力が出力されており、負荷急減判定閾値Ｔｈ５１に踏力が達した時点からの継続時間がｔ１において継続時間閾値に達している。そのため、制御モードがダウン側に変更されている。

上述したように、変更不可期間判定部３１Ｅは負荷急減_期間判定部Ｖ５を有している。負荷急減_期間判定部Ｖ５は前回のモード変更から予め規定された変更不可期間が経過したか否かを判定する。負荷急減判定部Ｕ５についての変更不可期間も時間で規定される。例えば、変更不可期間は、１回の漕ぎに要する時間よりも長くなるように設定される。また、負荷急減判定部Ｕ５についての変更不可期間は、漕ぎの回数（クランク角変化）で規定されてもよい。負荷急減判定部Ｕ５についての変更不可期間は、時間と漕ぎの回数の双方で規定されてもよい。図１４の例では、ｔ１の後においても、負荷急減判定閾値Ｔｈ５１よりも低い踏力が出力され、前回のモード変更（ｔ１）から経過時間が変更不可期間に達したときに（ｔ２）、制御モードがダウン側に変更されている。

［まとめ］
（１）以上説明したように、制御装置３０は、電動モータ２１の制御として、異なる補助率が算出される複数の制御モードを有し、制御モードの変更について定められたモード変更条件を記憶している。制御装置３０は、ペダルの軌跡の最下点に４５度を加算した回転位置Ｐ３（図５）と、最下点から４５度を減算した回転位置Ｐ２（図５）との間にペダル２ａ（言い換えれば、ペダルの位置に対応するクランク位置）があるときに、モード変更を実行する。これによれば、ライダーが発揮する踏力が比較的小さいときにモード変更を実行することとなる。その結果、ライダーに作用する負荷が急変することに起因する違和感を防ぐことができる。

なお、自転車１００において、「モード変更条件」は、踏力や車速などの運転状況に関する条件だけでなく、ライダーによるモード変更指示が操作入力装置５８を通して制御装置３０に入力されることも含む。すなわち、操作入力装置５８を通してモード変更指示が制御装置３０に入力されたときに、「モード変更条件」が満たされたと判断され、制御モードが変更される。自転車１００では、制御装置３０は、自動変更部３１Ｂと手動変更部３１Ｈとを有している。自転車１００の例とは異なり、制御装置３０は、自動変更部３１Ｂと手動変更部３１Ｈのうち一方を有していなくてもよい。例えば、制御装置３０は手動変更部３１Ｈだけを有し、自動変更部３１Ｂを有していなくてもよい。

（２）制御装置３０は、モード変更条件が満たされた時点から遅れてモード変更を実行する。これによると、モード変更条件が満たされるか否かが判断されるタイミングと、モード変更が実行されるタイミングとをずらすことができるので、双方のタイミングを適切化できる。

（３）制御装置３０は、トルクセンサ４１で検知した踏力に基づいて得られた回転位置でモード変更を実行している。この形態によれば、クランク軸の回転位置（絶対値）を検知する専用のセンサが不要となり、コストの低減又は部品数の低減を図ることができる。

（４）制御装置３０は、ペダル２ａの軌跡Ｌｏにおける最上点Ｐ０から最下点Ｐ１までの範囲でトルクセンサ４１を通して検知した踏力が極大となった回転位置から予め定められた角度（例えば、９０度）だけ進んだ回転位置で、モード変更を実行している。これによると、クランク軸２の回転量（クランク角変化）が検知できるセンサがあれば、クランク軸２の回転位置（絶対値）を検知する専用のセンサが不要となり、コストの低減又は部品数の低減を図ることができる。

（５）自転車１００は、現在の制御モードを示す表示装置５９を有している。これによると、ライダーが現在の制御モードを正しく把握できるようになり、ライダーにとって利便性を向上できる。

（６）制御装置は、前記第１モードにおいて、前記ペダルに加えられる踏力と補助率との関係を規定する第１マップを利用し、前記制御装置は、前記第２モードにおいて、前記ペダルに加えられる踏力と補助率との関係を規定する第２マップを利用してもよい。

（７）制御装置３０は、連続する２つのモード変更の間に、予め定められた変更不可期間を確保している。すなわち、制御装置３０は、複数のモードのいずれかから別のモードへの変更（モード変更）と、その次のモード変更との間に、変更不可期間を確保している。これによれば、モード変更の頻度を適切化できる。

（８）変更不可期間はペダル２ａの１回の漕ぎに要する時間よりも短い。これによれば、例えば高い負荷が作用し且つクランク軸の回転速度が低い走行時（例えば、登坂での発進時）に、短い時間間隔でモード変更を行うことができる。

（９）変更不可期間は、ペダル２ａの１回の漕ぎに要する時間と同じ又はペダル２ａの１回の漕ぎに要する時間よりも長い。これによれば、モード変更の頻度が必要以上に高くなることを防ぐことができる。

（１０）変更不可期間として、第１不可期間（例えば、１回の漕ぎに相当する期間）と、第１不可期間よりも長い第２不可期間（例えば、複数回の漕ぎに相当する期間）とが規定されており、２つのモード変更の間に、第１不可期間と第２不可期間のうち一方が自転車１００の運転状況に応じて確保される。これによって、運転状況に応じた適切な頻度でモード変更を実行できる。例えば、自転車１００が急加速する場合には比較的短い時間間隔で制御モードを段階的に変更できる。その一方で、例えば自転車が定常走行をしている場合には、制御モードの変更の時間間隔を長くできる。

（１１）変更不可期間は、漕ぎの回数又はクランク軸２の回転量（クランク角変化）で規定されており、制御装置３０は、漕ぎの回数又はクランク角変化を計数し、計数した漕ぎの回数又はクランク角変化に基づいて変更不可期間が経過したか否かを判定している。これによると、例えばケイデンスが高い走行状態では比較的短い時間間隔でモード変更を行うことができる。その結果、漕ぎ方に応じた適切な頻度でモード変更を行うことができる。

（１２）制御装置３０は、トルクセンサ４１によって検知した踏力に基づいて、モード変更条件が充足したか否かを判断している。これによって、ライダーに高い負荷が作用したときや、ライダーに作用する負荷が減少したときに、制御モードを変更できる。

（１３）上述したように、エコモードから標準モードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１は、超エコモードからエコモードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１より高くてもよい。また、標準モードから強モードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１は、エコモードから標準モードへの変更について規定される閾値Ｔｈ１１より高くてもよい。これによると、１回目のモード変更がなされた直後に２回目のモード変更がなされることを、防ぐことができる。

（１４）制御装置３０では、モード変更条件（より具体的には、閾値）が、操作入力装置５８を通して調整可能となっている。これによると、個々のユーザにとって適したタイミングで制御モードを変更できるようになる。

（１５）制御装置３０は、制御装置３０が利用する制御モードを１又は複数の制御モードに限定する指示を、操作入力装置５８から受け付ける。これによれば、ユーザの好みに合った制御モードだけで電動モータ２１を駆動できるようになる。

（１６）制御装置３０には複数のモード変更条件が既定されている。そして、各モード変更条件で使用される踏力の種類は異なっている。これによれば、複数の種類の値が利用されるので、例えば１つの種類しか使用されない場合に比して、モード変更を適切なタイミングで実行できる。例えば、第１モード変更条件（例えば、強漕ぎ判定）は、ペダル２ａの１回の漕ぎにおける踏力の極大について規定され、第２モード変更条件（例えば、定常低負荷判定）は、ペダル２ａの１回の漕ぎにおける踏力の平均について規定されている。これによれば、第２モード変更条件を利用することによって、例えば踏力の変動が小さい漕ぎ方（極大が小さい漕ぎ方）がなされる場合であっても、適切に制御モードを変更できる。

（１７）第１モード変更条件（例えば、強漕ぎ判定）は、ペダル２ａの１回の漕ぎにおける踏力について規定され、第２モード変更条件（例えば、定常高負荷判定）は、ペダル２ａの複数の漕ぎにおける踏力について規定されている。これによると、瞬間的に高い負荷が作用する場合（第１モード変更条件）だけでなく、定常的に高い負荷が作用している場合（第２モード変更条件）においても、制御モードを変更できる。

［変形例］
本開示は、以上説明した自転車１００の例に限られない。例えば、以下のような変更が可能である。

制御モード管理部３１は、ペダル２ａが最下点Ｐ１又は最下点Ｐ１に近い位置になくてもモード変更を実行する高負荷発進判定部Ｕ４や負荷急減判定部Ｕ５を有していなくてもよい。

また、踏力判定部３１Ｃの判定部Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５は、ピーク踏力とともに、ピーク踏力に変えて、踏力の極小を利用してもよい。

また、連続する２つのモード変更の間に確保される変更不可期間は、アップ側のモード変更とダウン側のモード変更とのうち一方にだけ規定されてもよい。例えば、変更不可期間は、アップ側のモード変更についてだけ規定されてもよい。反対に、変更不可期間は、ダウン側のモード変更についてだけ規定されてもよい。

上述したように、１つの制御モードに複数の補助率マップが対応づけられていてもよい。この場合、各制御モードでの補助率マップの変更は、ペダル２ａが最下点Ｐ１又は最下点Ｐ１に近い位置にあるときに実行されてもよい。この場合、各補助率マップが本開示で言う制御モードを構成する。

また、現在選択されている制御モードは表示装置５９に表示されなくてもよい。この場合、制御装置３０が利用する複数の補助率マップが、本開示でいう複数の制御モードをそれぞれ構成する。

２ クランク軸、２ａ ペダル、５ チェーン、６ 後輪、７ ハンドル、８ ハンドルステム、９ 前輪、１０ 駆動システム、１１ シートチューブ、１７ フレーム、１７ａ ヘッドパイプ、１８ サドル、１９ フロントフォーク、２０ ドライブユニット、２１ 電動モータ、２２ バッテリ、２３ 一方向クラッチ、２４ 合力伝達機構、２５ 減速機、２６ 一方向クラッチ、２７ 変速機構、２８ 一方向クラッチ、３０ 制御装置、３１ 制御モード管理部、３１Ａ クランク位置判定部、３１Ｂ 自動変更部、３１Ｃ 踏力判定部、３１Ｄ 判定踏力算出部、３１Ｅ 変更不可期間判定部、３１Ｆ 変更条件調整部、３１Ｇ 利用可能モード制限部、３１Ｈ 手動変更部、３２ モータ制御部、３３ 表示制御部、３９ モータ駆動装置、４１ トルクセンサ、４２ モータ回転センサ、４３ 前輪回転センサ、４５ クランク回転センサ、５８ 操作入力装置、５９ 表示装置、Ｕ１ 強漕ぎ判定部、Ｕ２ 定常高負荷判定部、Ｕ３ 定常低負荷判定部、Ｕ４ 高負荷発進判定部、Ｕ５ 負荷急減判定部、１００ 電動補助自転車。

Claims (18)

1. ペダルに加えられる踏力を検知するためのセンサと、
   前記ペダルの踏み込みを補助する動力を出力する電動モータと、
   前記電動モータによる補助率を算出する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記ペダルの踏み込みを第１の補助率で補助する第１モードと、前記第１の補助率とは異なる第２の補助率で前記ペダルの踏み込みを補助する第２モードとを有し、前記第１モードから前記第２モードへの変更について定められたモード変更条件が満たされるか否かを判定し、
   前記制御装置は、前記ペダルの軌跡の最下点に４５度を加算した回転位置と、前記最下点から４５度を減算した回転位置との間に前記ペダルがあるときに、前記第１モードから前記第２モードへのモード変更を実行する
   ことを特徴とする電動補助自転車の駆動システム。
2. 前記モード変更条件が満たされた時点から遅れて前記第１モードから前記第２モードへの前記モード変更が実行される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車の駆動システム。
3. 前記制御装置は、前記センサを通して検知した踏力に基づいて得られた回転位置で前記第１モードから前記第２モードへの前記モード変更を実行する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動補助自転車の駆動システム。
4. 前記制御装置は、踏力が極大となった時点からクランク軸の回転が予め定められた角度だけ進んだ回転位置で、前記第１モードから前記第２モードへの前記モード変更を実行する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
5. 現在の制御モードを示す表示装置をさらに有している
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
6. 前記制御装置は、前記第１モードにおいて、前記ペダルに加えられる踏力と補助率との関係を規定する第１マップを利用し、
   前記制御装置は、前記第２モードにおいて、前記ペダルに加えられる踏力と補助率との関係を規定する第２マップを利用する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
7. 前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード及び前記第２モードとは補助率が異なる第３モードをさらに有し、
   前記制御装置は、連続する２つのモード変更の間に、予め定められた変更不可期間を確保する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
8. 前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間は前記ペダルの１回の漕ぎに要する時間よりも短い
   ことを特徴とする請求項７に記載の電動補助自転車の駆動システム。
9. 前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間は、前記ペダルの１回の漕ぎに要する時間と同じ又は前記ペダルの１回の漕ぎに要する時間よりも長い
   ことを特徴とする請求項７に記載の電動補助自転車の駆動システム。
10. 前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間として、第１不可期間と、前記第１不可期間よりも長い第２不可期間とが規定されており、
    前記第１のモード変更と前記第２のモード変更との間に、前記第１不可期間と前記第２不可期間のうち一方が前記自転車の運転状況に応じて確保される
    ことを特徴とする請求項７に記載の電動補助自転車の駆動システム。
11. 前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記予め定められた変更不可期間は、漕ぎの回数又は前記クランク軸の回転量で規定されており、前記制御装置は、漕ぎの回数又は前記クランク軸の回転量を計数し、計数した漕ぎの回数又は前記クランク軸の回転量に基づいて前記予め定められた変更不可期間が経過したか否かを判断する
    ことを特徴とする請求項７に記載の電動補助自転車の駆動システム。
12. 前記制御装置は、前記センサによって検知した踏力に基づいて、前記モード変更条件が充足したか否かを判断する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
13. 前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード、前記第２モード、及び第３モードを含む少なくとも３つのモードを有し、
    前記第２モードの補助率は前記第１モードの補助率より高く、
    前記第３モードの補助率は前記第２モードの補助率より高く、
    前記第１モードから前記第２モードへの変更についての前記モード変更条件は、前記センサの出力に基づいて算出され得る踏力が第１の閾値より高いことを含み、
    前記第２モードから前記第３モードへの変更についてのモード変更条件は、前記センサの出力に基づいて算出され得る踏力が第２の閾値より高いこと含み、
    前記第２の閾値は前記第１の閾値よりも高い
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
14. 前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード、前記第２モード、及び第３モードを含む少なくとも３つのモードを有し、
    前記第１モードから前記第２モードへの変更についての前記モード変更条件と、前記第２モードから前記第３モードへの変更についてのモード変更条件のうち少なくとも一方は、作業者が操作可能な入力装置を通して調整可能である
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
15. 前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、前記第１モード、前記第２モード、及び第３モードを含む少なくとも３つの制御モードを有し、
    前記制御装置は、前記制御装置が利用する制御モードを前記少なくとも３つの制御モードのうちの１又は複数の制御モードに限定する指示を、作業者が操作可能な入力装置から受け付ける
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
16. 前記第１モードから前記第２モードへの変更について定められたモード変更条件として、第１モード変更条件と第２モード変更条件とが規定されており、
    前記制御装置は、前記センサの出力に基づいて、第１の値と、前記第１の値とは異なる種類の第２の値とを算出し、
    前記第１モード変更条件は前記第１の値について規定され、
    前記第２モード変更条件は前記第２の値について規定されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
17. 前記第１モードから前記第２モードへの変更について定められたモード変更条件として、第１モード変更条件と第２モード変更条件とが規定されており、
    前記ペダルの最上点から最下点への回転を１回の漕ぎとしたとき、前記第１モード変更条件は、前記ペダルの１回の漕ぎにおける踏力について規定され、前記第２モード変更条件は、前記ペダルの複数の漕ぎにおける踏力について規定されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の電動補助自転車の駆動システム。
18. 請求項１に記載される駆動システムと前記ペダルとを有している電動補助自転車。

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