JP7324632B2 - 出力装置、学習モデルの生成方法、およびコンピュータプログラム - Google Patents

出力装置、学習モデルの生成方法、およびコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本開示は、人力駆動車のコンポーネントの制御に関する出力装置、学習モデルの生成方法、およびコンピュータプログラムに関する。
自転車をはじめとして、Eバイクと呼ばれる電動自転車等、少なくとも部分的に人力が用いられる人力駆動車がある。例えば特許文献1に開示される人力駆動車は、変速機、ブレーキ装置、シートポスト、またはサスペンション等を含むコンポーネントを備える。コンポーネントには、人力駆動車に設けられる電源装置から電力が供給される。
特開2018-089989号公報
特許文献1において、コンポーネントは、操作装置の動作指令に応じて電源装置の電力を用いて動作するが、電源装置の電力のマネージメントについては考慮されていない。
本開示の目的の1つは、学習モデルを用いて、消費電力を抑制しつつ、走行状態に応じてコンポーネントを適切に制御するための出力装置、学習モデルの生成方法、およびコンピュータプログラムを提供することである。
(1)本開示の第1側面に従う出力装置は、人力駆動車の走行に関する入力情報を取得する取得部と、前記人力駆動車のコンポーネントへ電力を供給する電源装置における電力消費効率を示す指標値に基づいて学習され、前記入力情報が入力された場合に前記コンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成される学習モデルと、を備える。
第1側面の出力装置によれば、電力消費効率を良好に維持した状態において、入力情報に応じてコンポーネントの制御に関する出力情報が出力されるので、出力情報を用いれば、電源装置の電力消費を抑えながら、走行状態に応じてコンポーネントが適切に制御される。出力情報を用いれば、ユーザは、より長い時間にわたって快適に人力駆動車を走行させることができる。
(2)本開示の第1側面に従う第2側面の出力装置において、前記指標値は、前記電源装置における電力が予め定める値以下となるまでの走行距離に関する値である。
第2側面の出力装置によれば、出力情報を用いることによって、ユーザは、より長い距離にわたって快適に人力駆動車を走行させることができる。
(3)本開示の第1側面に従う第3側面の出力装置において、前記指標値は、前記電源装置から出力される電力量に関する値である。
第3側面の出力装置によれば、電源装置から出力される電力量を抑えることができる。
(4)本開示の第1から第3側面のいずれか1つに従う第4側面の出力装置において、前記出力情報は、前記電源装置から供給される電力によって前記人力駆動車の推進をアシストするように構成されるアシスト機構におけるアシスト比および前記アシスト機構によるアシスト力の上限値の内の少なくとも1つに関する情報である。
第4側面の出力装置によれば、出力情報を用いることによって、アシスト機構におけるアシスト比およびアシスト力の少なくとも1つが適切に制御される。
(5)本開示の第1から第4側面のいずれか1つに従う第5側面の出力装置において、前記出力情報は、前記人力駆動車の変速機構の変速ステージまたは変速比に関する情報である。
第5側面の出力装置によれば、出力情報を用いることによって、変速機構における変速ステージまたは変速比が適切に制御される。
(6)本開示の第1から第4側面のいずれか1つに従う第6側面の出力装置において、前記出力情報は、前記電源装置から供給される電力によって駆動される電気モータの回転数に関する情報である。
第6側面の出力装置によれば、出力情報を用いることによって、電気モータの回転数が適切に制御される。
(7)本開示の第1から第6側面のいずれか1つに従う第7側面の出力装置は、前記学習モデルから出力される前記出力情報に基づき、走行中の前記人力駆動車のコンポーネントの動作に対するユーザの快適さが予め定める範囲内となる出力情報を出力する。
第7側面の出力装置によれば、出力情報を用いれば、ユーザの快適さを損なわず、かつ、電力消費効率を良好に維持した状態において、コンポーネントが制御される。
(8)本開示の第1から第7側面のいずれか1つに従う第8側面の出力装置において、前記入力情報は、前記人力駆動車のクランクのケイデンスに関する情報と、前記クランクにおけるトルクに関する情報と、前記ケイデンスに関する情報および前記トルクに関する情報を用いた演算によって得られるパワーに関する情報と、の少なくとも1つを含む。
第8側面の出力装置によれば、ユーザの負荷が考慮された出力情報を出力できる。
(9)本開示の第1から第8側面のいずれか1つに従う第9側面の出力装置において、前記コンポーネントは、前記電源装置から供給される電力によって駆動する電気モータを含み、前記入力情報は、前記電気モータのトルク、前記電気モータの電流量、前記電気モータの電圧値、および、前記電気モータの温度の内の少なくとも1つに関する情報である。
第9側面の出力装置によれば、出力情報を用いることによって、コンポーネントに含まれる電気モータの電流量、電圧値、および温度の少なくとも1つを適切に制御できる。
(10)本開示の第1から第9側面のいずれか1つに従う第10側面の出力装置において、前記入力情報は、前記電源装置における残電力量に関する情報を含む。
第10側面の出力装置によれば、電源装置における残電力量が考慮された出力情報を出力できる。
(11)本開示の第1から第10側面のいずれか1つに従う第11側面の出力装置において、前記入力情報は、前記人力駆動車の姿勢に関する検知データを含む。
第11側面の出力装置によれば、走行路の傾斜が考慮された出力情報を出力できる。
(12)本開示の第1から第11側面のいずれか1つに従う第12側面の出力装置において、前記入力情報は、前記人力駆動車の走行環境に関する検知データを含む。
第12側面の出力装置によれば、走行環境が考慮された出力情報を出力できる。
(13)本開示の第13側面に従う出力装置は、前記学習モデルを、前記指標値を報酬として強化学習によって学習するように構成される処理部を備える。
第13側面の出力装置によれば、強化学習によって学習モデルが学習されるので、出力情報を用いれば、電源装置の電力消費を抑えながら、走行状態に応じてコンポーネントがより適切に制御される。
(14)本開示の第13側面に従う第14側面の出力装置において、(13)の出力装置における前記処理部は、走行中の前記人力駆動車のクランクにおけるケイデンスおよびトルクに対するユーザの評価に基づく快適さを示す値を報酬として学習を行なう。
第14側面の出力装置によれば、出力情報を用いれば、電源装置の電力消費が抑えられながら、ユーザにかかる負荷をユーザが快適と感じるようにコンポーネントが制御され、ユーザは、人力駆動車を快適に走行させることができる。
(15)本開示の第13側面に従う第15側面の出力装置は、コンポーネントを操作するための操作情報を入力するように構成される操作部を備え、前記処理部は、前記取得部によって取得した入力情報に基づいて前記学習モデルから出力された出力情報と、前記操作部によって入力された操作情報との照合に基づいて、出力情報に報酬を与えるように構成される。
第15側面の出力装置によれば、出力情報とユーザが操作部を操作することによって入力される入力情報とに基づいて学習モデルが学習されるので、出力情報によって、コンポーネントがより適切に制御される。
(16)本開示の第1から第12側面のいずれか1つに従う第16側面の出力装置は、前記学習モデルが出力する前記人力駆動車のコンポーネントの制御に関する情報を出力するように構成される出力部と、前記出力情報に基づく前記コンポーネントの動作後に、ユーザの快適さを示す評価を入力するように構成される評価入力部を備え、入力された評価内容と、評価が入力されたタイミングに前記学習モデルから出力された出力情報と、前記出力情報に対応して入力された入力情報と、を含む教師データに基づいて、前記学習モデルを更新するように構成される。
第16側面の出力装置によれば、出力情報を用いてコンポーネントが制御された結果に対するユーザの評価に応じて、学習モデルが学習されるので、出力情報によって、コンポーネントがより適切に制御される。
(17)本開示の第1から第16側面のいずれか1つに従う第17側面の出力装置において、前記出力部は、コンポーネントの制御の結果を示す情報を出力するように構成される。
第17側面の出力装置によれば、ユーザはコンポーネントが自動的に制御されたことを把握できる。
(18)本開示の第18側面に従う学習モデルの生成方法は、人力駆動車の走行に関する入力情報が入力された場合に、前記人力駆動車のコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成されるニューラルネットワークを用い、前記人力駆動車の走行に関する入力情報を取得し、取得した入力情報を前記ニューラルネットワークへ与えることによって出力された出力情報を特定し、特定された出力情報に基づいて前記コンポーネントを制御した場合に、前記コンポーネントへ電力を供給するように構成される電源装置における電力消費効率を示す指標値が良化するように前記ニューラルネットワークの中間層の重みを学習する。
第18側面の学習モデルの生成方法によれば、電力消費効率を良好に維持しながら、走行状態に応じてコンポーネントを適切に制御するための出力情報を出力する学習モデルが生成される。
(19)本開示の第19側面に従うコンピュータプログラムは、人力駆動車の走行に関する入力情報が入力された場合に、前記人力駆動車のコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成されるニューラルネットワークを用い、前記人力駆動車の走行に関する入力情報を取得し、取得した入力情報を前記ニューラルネットワークへ与えることによって出力された出力情報を特定し、特定された出力情報に基づいて前記コンポーネントを制御した場合に、前記コンポーネントへ電力を供給するように構成される電源装置における電力消費効率を示す指標値が良化するように前記ニューラルネットワークの中間層の重みを学習する処理を、コンピュータに実行させる。
第19側面のコンピュータプログラムによれば、電力消費効率を良好に維持しながら、走行状態に応じてコンポーネントを適切に制御するための出力情報を出力する学習モデルがコンピュータによって生成される。
本開示に関する人力駆動車の制御に関するデータの出力装置、学習モデルの生成方法、およびコンピュータプログラムによれば、ユーザは電源装置の電力消費を抑えつつ快適に人力駆動車を走行させることができる。
第1実施形態における出力装置が搭載される人力駆動車の側面図である。 第1実施形態における出力装置、を含む人力駆動車と、記録媒体との構成を示すブロック図である。 学習モデルの概要を示す図である。 第1実施形態における学習モデルの生成方法の一例を示すフローチャートである。 ケイデンスおよびトルクの快適な範囲の一例を示す概要図である。 第2実施形態における出力装置として機能する通信装置を含む人力駆動車と、記録媒体との構成を示すブロック図である。 学習モデルの概要を示す図である。 第2実施形態における学習モデルの生成方法の一例を示すフローチャートである。 第2実施形態における学習モデルの生成方法の一例を示すフローチャートである。 ハンドルバーに取り付けられた状態の通信装置2を示す図である。 アプリケーションプログラムに基づいて表示部に表示される画面の例を示す図である。
以下の各実施形態に関する説明は、本開示に関する出力装置、学習モデルの生成方法、およびコンピュータプログラム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。本開示に関する出力装置、学習モデルの生成方法、およびコンピュータプログラムは、各実施形態の変形例、相互に矛盾しない少なくとも2つの実施形態が組み合わせられた形態、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等のように、各実施形態とは異なる形態を取り得る。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における出力装置1が搭載される人力駆動車Aの側面図である。人力駆動車Aは、電気エネルギを用いて人力駆動車Aの推進をアシストするように構成されるアシスト機構Cを含む自転車である。本実施形態では、自転車の種類を、ロードバイクとして説明する。人力駆動車Aの構成は、任意に変更可能である。第1例では、人力駆動車Aは、アシスト機構Cを含まなくてもよい。第2例では、人力駆動車Aの種類は、シティサイクル、マウンテンバイク、リカンベント、カーゴバイク、または、クロスバイクであってもよい。第3例では、人力駆動車Aは、1つの車輪のみ、または、3つ以上の車輪を含んでいてもよい。
人力駆動車Aは、フレームA1、ステムA2、ハンドルバーA3、前輪A4、後輪A5、およびサドルA6を備える。人力駆動車Aは、駆動機構B、アシスト機構C、操作装置D、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、バッテリユニットH、ブレーキ装置J、および出力装置1を備える。人力駆動車Aは、速度センサS1、加速度センサS2、角度センサS3、ケイデンスセンサS4、およびトルクセンサS5を備える。出力装置1は、好ましくは、操作装置Dの操作に応じて、人力駆動車Aのコンポーネント13の制御に関する信号を出力するように構成される。人力駆動車Aのコンポーネント13は、アシスト機構C、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、バッテリユニットH、および、ブレーキ装置Jの少なくとも1つを含む。出力装置1は、速度センサS1、加速度センサS2、角度センサS3、ケイデンスセンサS4、およびトルクセンサS5によって得られる情報に応じて、人力駆動車Aのコンポーネント13の制御に関する出力情報を出力するように構成される。
本実施形態では、フレームA1は、ヘッドチューブA11、トップチューブA12、シートチューブA13、ダウンチューブA14、シートステーA15およびチェーンステーA16を含むダイヤモンド形フレームである。フロントフォークA17は、フロントフォークA17の一部がヘッドチューブA11内に配置されて、フロントフォークA17の一部に連結される。フロントフォークA17には、ステムA2がフロントフォークA17と一体的に連動するように、取り付けられる。ハンドルバーA3は、ステムA2に固定される。フロントフォークA17は、サスペンションGを含む。前輪A4は、フロントフォークA17のエンドに、取り付けられる。後輪A5は、シートステーA15およびチェーンステーA16の連結部分に取り付けられる。フレームA1は、ダイヤモンド形以外の形状を有していてもよい。
駆動機構Bは、チェーン、ベルト、またはシャフトによって人力駆動力を後輪A5へ伝達するように構成される。図1に示す人力駆動車Aは、チェーンを含む駆動機構Bを備える。駆動機構Bは、クランクB1、第1スプロケット組立体B2、第2スプロケット組立体B3、チェーンB4、および、一対のペダルB5を含む。
クランクB1は、クランク軸B11、第1クランクアームB12、および第2クランクアームB13を含む。クランク軸B11は、シートチューブA13およびダウンチューブA14の結合部分に取り付けられるアシスト機構Cのハウジング、または、ボトムブラケットに回転可能に支持される。第1クランクアームB12および第2クランクアームB13は、それぞれクランク軸B11の軸方向の端部に連結される。一対のペダルB5の一方は、第1クランクアームB12に回転可能に支持される。一対のペダルB5の他方は、第2クランクアームB13に回転可能に支持される。
第1スプロケット組立体B2は、第1回転中心軸心を有し、クランク軸B11と一体回転可能に連結される。第1スプロケット組立体B2は、クランク軸B11と直接連結されてもよく、他の部材を介して間接的に連結されてもよい。第1スプロケット組立体B2と、クランク軸B11とは、クランクB1が前転した場合に、第1スプロケット組立体B2に動力を伝達するように構成されるワンウェイクラッチを介して連結されてもよい。第1スプロケット組立体B2は、1または複数のスプロケットB22を含む。クランク軸B11の回転中心軸心と第1スプロケット組立体B2の回転中心軸心とは、同軸である。
第2スプロケット組立体B3は、第2回転中心軸心を有し、後輪A5のハブに回転可能に支持される。第2スプロケット組立体B3は、1または複数のスプロケットB31を含む。後輪A5のハブは、フリーホイールを含む。
チェーンB4は、第1スプロケット組立体B2のいずれかのスプロケットB22および第2スプロケット組立体B3のいずれかのスプロケットB31に巻き掛けられる。一対のペダルB5に加えられる人力駆動力によってクランクB1が前転すると、第1スプロケット組立体B2がクランクB1とともに前転し、第1スプロケット組立体B2の回転力がチェーンB4を介して第2スプロケット組立体B3に伝達されることによって後輪A5が前転する。
アシスト機構Cは、人力駆動車Aの推進をアシストするように構成される。アシスト機構Cは、一例ではシートチューブA13およびダウンチューブA14の結合部分に設けられ、第1スプロケット組立体B2にトルクを伝達することによって人力駆動車Aの推進をアシストするように構成される。アシスト機構Cは、バッテリH1から供給される電力によって駆動する電気モータC1を含む。アシスト機構Cは、電気モータC1の出力軸に連結される減速機を含んでいてもよい。アシスト機構Cは、チェーンB4に係合するスプロケットを有し、第1スプロケット組立体B2ではなく、チェーンB4を直接駆動するように構成してもよい。アシスト機構Cは、前輪A4および後輪A5の少なくとも1つに設けられてもよい。アシスト機構Cは、前輪A4および後輪A5の少なくとも1つに設けられる場合、アシスト機構Cは、例えば、ハブモータを含む。アシスト機構Cは、人力駆動車Aの推進をアシストするように構成されば、如何なる構成であってもよい。アシスト機構Cは、いわゆるドライブユニットである。
操作装置Dは、ユーザが操作するように構成される操作部D1を含む。操作部D1は、コンポーネントの制御を操作するための操作情報を入力するように構成される。操作部D1は、例えば、1つまたは複数のボタンと、1つまたは複数のボタンにそれぞれ対応する電気スイッチとを含む。操作装置Dは、操作部D1が操作されることによって、アシスト機構C、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、およびブレーキ装置Jの少なくともいずれか1つの制御について指定操作を受け付けるように構成されてもよい。
操作部D1は、アシスト機構Cにおける動作モードを切り替えるためのボタンを含んでいてもよい。アシスト機構Cにおける動作モードは、例えば、少なくとも一部の速度領域において相互にアシスト比率およびアシスト力の上限値の少なくとも1つが異なる複数のモードを含む。複数モードは、例えばアシスト比率が最も小さい第1モード、アシスト比率が第1モードよりも大きい第2モード、アシスト比率が最も大きい第3モード、および、アシスト比率が自動的に変更されるオートアシストモードを含む。オートアシストモードでは、第1から第3モードが自動的に切り替わってもよく、アシスト比率およびアシスト力の上限値の少なくとも1つが自動的に、かつ、連続的に切り替わってもよい。
操作部D1は、変速機構Eにおける動作モードを切り替えるためのボタンを含んでいてもよい。変速機構ECにおける動作モードは、例えば、ユーザの指示に応じて変速するマニュアル変速モード、および自動的に変速するオート変速モードを含む。操作部D1は、シートポストFにおける動作モードを切り替えるためのボタンを含んでいてもよい。シートポストFにおける動作モードは、例えば、ユーザの指示に応じてシートポストFの高さを変更するマニュアルモード、および自動的にシートポストFの高さを変更するオートモードを含む。操作部D1は、サスペンションGにおける動作モードを切り替えるためのボタンを含んでいてもよい。サスペンションGにおける動作モードは、例えば、ユーザの指示に応じてサスペンションGの状態を変更するマニュアルモード、および自動的にサスペンションGの状態を変更するオートモードを含む。操作部D1は、ブレーキ装置Jにおける動作モードを切り替えるためのボタンを含んでいてもよい。ブレーキ装置Jにおける動作モードは、例えば、ユーザの指示に応じてブレーキ装置Jを掛けるマニュアルモード、および自動的にブレーキ装置Jを掛ける状態を変更するオートモードを含む。
操作部D1は、例えば、ハンドルバーA3、ブレーキレバーのブラケット、および、ブレーキレバーの少なくとも1つに設けられる。操作部D1に含まれるボタンは、アシスト機構C、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、または、ブレーキ装置Jに対応する。本実施形態では、操作部D1は、例えば、アシスト機構Cに対応する第1ボタンおよび第2ボタン、変速機構Eに対応する第3ボタンおよび第4ボタン、シートポストFに対応する第5ボタンおよび第6ボタン、サスペンションGに対応する第7ボタンおよび第8ボタン、ブレーキ装置Jに対応する第9ボタンおよび第10ボタンを含む。
操作装置Dは、例えば、第1ボタンまたは第2ボタンが操作されると、アシスト機構Cにおける動作モードを切り替える指令を処理装置10に出力する。操作装置Dは、例えば、第1ボタンが操作されると、アシスト比率が大きくなるようにアシスト機構Cにおける動作モードを変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第2ボタンが操作されると、アシスト比率が小さくなるようにアシスト機構Cにおける動作モードを変更するための操作情報を入力する。
操作装置Dは、例えば、第3ボタンまたは第4ボタンが操作されると、変速機構Eにおける変速ステージまたは変速比を変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第3ボタンが操作されると、変速比が大きくなるように変速機構Eにおける変速ステージまたは変速比を変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第4ボタンが操作されると、変速比が小さくなるように変速機構Eにおける変速ステージまたは変速比を変更するための操作情報を入力する。
操作装置Dは、例えば、第5ボタンまたは第6ボタンが操作されると、シートポストFの高さを変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第5ボタンが操作されると、シートポストが高くなるようにシートポストFの高さを変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第6ボタンが操作されると、シートポストが低くなるようにシートポストFの高さを変更するための操作情報を入力する。
操作装置Dは、例えば、第7ボタンまたは第8ボタンが操作されると、サスペンションGを変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第7ボタンが操作されると、サスペンションGの減衰率または硬さが大きくなるようにサスペンションGの状態を変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第8ボタンが操作されると、サスペンションGの減衰率または硬さが小さくなるようにサスペンションGの状態を変更するための操作情報を入力する。
操作装置Dは、例えば、第9ボタンまたは第10ボタンが操作されると、ブレーキ装置Jの状態を変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第9ボタンが操作されると、ブレーキ力が大きくなるようにブレーキ装置Jの状態を変更するための操作情報を入力する。操作装置Dは、例えば、第10ボタンが操作されると、ブレーキ力が小さくなるようにブレーキ装置Jの状態を変更するための操作情報を入力する。
操作装置Dは、操作部D1の操作に応じた操作情報を送信するように構成される送信部をさらに含む。操作装置Dの送信部は、好ましくは、出力装置1に操作部D1の操作に応じた操作情報を送信する。操作装置Dの送信部は、操作部D1の操作に応じた操作情報を各コンポーネントに直接的に送信するように構成されてもよい。第1例では、操作装置Dの送信部は、通信線、または、電力線通信(Power Line Communication:PLC)が可能な電線によって、コンポーネントと通信可能に接続される。第2例では、操作装置Dの送信部は、無線通信が可能な無線通信ユニットを含み、無線通信によってコンポーネントと通信可能に接続される。出力装置1の処理部10は、操作部D1の操作に応じた操作情報を操作装置Dから取得すると、操作情報に応じて、各コンポーネントを制御する。
変速機構Eは、クランクの回転速度に対する車輪の回転速度を変更するように構成される。変速機構Eは、種々の形態を取り得る。第1例では、変速機構Eは、第2スプロケット組立体B3とチェーンB4との連結の状態を変更することによって、変速比を変更するように構成される外装変速機を含む。第2例では、変速機構Eは、第1スプロケット組立体B2とチェーンB4との連結の状態を変更することによって、変速比を変更するように構成される外装変速機を含む。第3例では、変速機構Eは、第1例の外装変速機および第2例の外装変速機を含む。第4例では、変速機構Eは、内装変速機を含む。内装変速機は、遊星歯車機構を用いる有段式の内装変速機、または、ボールプラネタリー(遊星転動体)を用いる無段式の内装変速機を含む。内装変速機は、例えば、クランク軸B11と第1スプロケット組立体B2との間の動力伝達経路、および、後輪A5のハブのすくなくとも1つに設けられる。第5例では、変速機構Eは、第1例の外装変速機および第2例の外装変速機の少なくとも1つと、第4例の内装変速機とを含む。変速機構Eは、変速ステージまたは変速比を変更するための変速信号に応じて制御される。以下の説明では、人力駆動車Aが第3例の変速機構Eを備える場合について説明する。
変速機構Eは、フロントディレーラE1およびリアディレーラE2を含む。フロントディレーラE1は、例えば、フレームA1のシートチューブA13に取り付けられる。フロントディレーラE1は、バッテリH1から供給される電力によって駆動される電気モータE11を備える。フロントディレーラE1は、チェーンガイド、および段数センサをさらに備える。変速機構Eは、フロントディレーラE1を含む場合、第1スプロケット組立体B2は、複数のスプロケットB22を含む。電気モータE11は、複数のスプロケットB22の1つに対応する変速位置から複数のスプロケットB22の他の1つに対応する変速位置にチェーンガイドを移動させることによって、チェーンB4が係合するスプロケットB22を変更させる。フロントディレーラE1は、操作部D1に基づく操作装置Dからの変速指示、または出力装置1からの変速指示に基づいて、チェーンガイドを電気モータE11および段数センサによって、いずれかの変速位置に位置決めするように構成される。
リアディレーラE2は、チェーンステーA16およびシートステーA15の連結部分に例えば、ディレーラハンガを介して取り付けられる。チェーンステーA16およびシートステーA15の連結部分には、後輪A5のハブ軸が支持される。リアディレーラE2は、バッテリH1から供給される電力によって駆動する駆動モータE21を備える。リアディレーラE2は、チェーンガイド、および段数センサをさらに備える。変速機構Eは、リアディレーラE2を含む場合、第2スプロケット組立体B3は、複数のスプロケットB31を含む。電気モータE21は、複数のスプロケットB31の1つに対応する変速位置から複数のスプロケットB31の他の1つに対応する変速位置にチェーンガイドを移動させることによって、チェーンB4が係合するスプロケットB31を変更させる。リアディレーラE2は、操作部D1に基づく操作装置Dからの変速指示、または出力装置1からの変速指示に基づいて、チェーンガイドを電気モータE11および段数センサによって、いずれかの変速位置に位置決めするように構成される。
シートポストFは、サドルA6をフレームA1に連結する。シートポストFは、フレームA1のシートチューブA13に設けられるポスト本体F1と、ポスト本体F1に設けられるサドル取付部F2とを含む。サドル取付部F2には、サドルA6が取り付けられている。シートポストFは、例えば、サドル29Aの高さを変更するように構成されるアジャスタブルシートポストである。シートポストFは、バッテリH1から供給される電力によって駆動する電気モータ等の電動アクチュエータを備える。シートポストFは、電動アクチュエータの力によってシートポストFが伸縮する電気式シートポスト、または、電動アクチュエータの力によってバルブを操作することによって、シートポストFがバネおよび空気の少なくとも一方の力で伸び、人力を加えることによって縮む機械式シートポストを含む。機械式シートポストは、油圧式シートポスト、または、油圧および空気圧式シートポストを含む。シートポストFについては、公知の構成を用いることができるので、詳細な説明を省略する。シートポストFには、シートポストFの高さを検出するように構成されるセンサが設けられる。シートポストFの高さは、例えば、サドルA6が最も低い位置にあるときのシートポストFの長さを基準長さとして、基準長さからのシートポストFの伸び量に応じて決められる。基準長さからのシートポストFの伸び量が大きくなるにつれて、シートポストFの高さは高くなる。シートポストFのセンサは、例えば、リニアエンコーダまたはロータリエンコーダを含む。電動アクチュエータは、電気モータの出力軸に連結される減速機を含んでいてもよい。シートポストFは、操作部D1の操作に基づく操作装置Dからの指示、または出力装置1からの指示に基づいて、電動アクチュエータによって、例えば、予め設定される複数の位置のうちのいずれかにサドルA6を位置決めするように構成される。
サスペンションGは、種々の形態をとり得る。サスペンションGは、例えば前輪A4を支持するフロントフォークA17に設けられ、前輪A4に加えられる衝撃を減衰するように構成されるフロントサスペンションを含む。サスペンションGは、例えば、フレームA1に設けられ、後輪A5に加えられる衝撃を減衰するように構成されるリアサスペンションを含んでいてもよい。サスペンションGは、フロントサスペンションおよびリアサスペンションの両方を含んでもよい。サスペンションGは、シートポストFに設けられ、サドルA6への衝撃を減衰するように構成されるシートサスペンションを含んでいてもよい。サスペンションGは、バッテリH1から供給される電力によって駆動する電気モータ等の電動アクチュエータを備える。サスペンションGの電動アクチュエータは、サスペンションG内を移動するオイルの流路、および、サスペンションG内を移動する空気の流路の少なくとも1つにおいて、流路の断面積を変更したり、流路を切り替えたり、流路を閉鎖または開放したりするように構成されるバルブを制御する。サスペンションGの電動アクチュエータは、電磁弁であってもよい。サスペンションGは、操作部D1の操作に基づく操作装置Dからの指示、または出力装置1からの指示に基づいて、電動アクチュエータによって、例えば、ストローク長、ロック状態、および,ダンピングレートの少なくとも1つを変更するように構成される。サスペンションGには、サスペンションGの状態に対応する信号を出力するように構成されるセンサが設けられる。サスペンションGのセンサは、例えば、バルブに接続される電気モータの回転状態を検出するロータリエンコーダを含む。
ブレーキ装置Jは、種々の形態をとり得る。ブレーキ装置Jは、前輪を制動するように構成されるフロントブレーキ装置J1と、後輪を制動するように構成されるリアブレーキ装置J2と、を含む。フロントブレーキ装置J1およびリアブレーキ装置J2は、例えば、キャリパブレーキ装置またはディスクブレーキ装置などをそれぞれ含む。フロントブレーキ装置J1およびリアブレーキ装置J2は、バッテリH1から供給される電力によって駆動する電気モータ等の電動アクチュエータをそれぞれ備える。フロントブレーキ装置J1およびリアブレーキ装置J1は、操作部D1の操作に基づく操作装置Dからの指示、または出力装置1からの指示に基づいて、制動力を変更するように構成される。
バッテリユニットHは、バッテリH1およびバッテリホルダH2を含む。バッテリH1は、1つ、または複数のバッテリセルを含む。バッテリH1は、好ましくは、充電可能に構成される。バッテリH1は、電源装置に相当する。バッテリホルダH2は、例えば、人力駆動車AのダウンチューブA14に固定される。バッテリホルダH2は、フレームA1のうちダウンチューブA14以外の部分に固定されてもよく、フレームA1に取り付けられる部材に固定されてもよい。フレームA1に取り付けられる部材は、例えば、ハンドルバー、車輪、または、コンポーネント等を含む。バッテリH1は、バッテリホルダH2に着脱可能に構成される。バッテリホルダH2は、アシスト機構C、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、および出力装置1と、電気ケーブルによって接続される。バッテリH1は、バッテリホルダH2に取り付けられた状態において、アシスト機構Cの電気モータ、変速機構Eの電気モータ、シートポストFの電気モータ、サスペンションGの電気モータ、および出力装置1に電気的に接続するように構成される。バッテリホルダH2は、省略されてもよい。
速度センサS1は、例えば、フロントフォークA17に固定される。速度センサS1は、人力駆動車Aの走行速度に対応する信号を出力するように構成される。速度センサS1は、例えば、前輪A4に設けられる1または複数のマグネットを検出するように構成される磁気センサを含む。1または複数のマグネットは、たとえば、前輪A4のスポーク、前輪A4のハブ、または前輪A4のディスクブレーキ等に設けられる。速度センサS1は、例えば、マグネットを検出すると予め定める信号を出力するように構成される。速度センサS1は、前輪A4の回転速度に対応する信号を、出力装置1へ出力するように構成される。速度センサS1は、たとえばチェーンステーA16に固定されてもよい。この場合、速度センサS1は、前輪A4ではなく、後輪A5の回転速度に対応する信号を出力するように構成される。速度センサS1と、出力装置1とは、電気ケーブルによって接続されていてもよく、無線送信装置または無線通信装置を介して接続されていてもよい。
加速度センサS2は、例えば、フレームA1に固定される。加速度センサS2は、第1例では、バッテリホルダH2に設けられる。加速度センサS2は、第2例ではシートチューブA13に設けられる。加速度センサS2は、第3例では、アシスト機構Cまたは出力装置1に設けられる。加速度センサS2は、フレームA1の振動に対応する信号、および、人力駆動車Aの進行方向への加速度に対応する信号の少なくとも1つを出力装置1へ出力するように構成される。加速度センサS2は、フロントフォークA17に取り付けられてもよい。加速度センサS2と、出力装置1とは、電気ケーブルによって接続されていてもよく、無線送信装置または無線通信装置を介して接続されていてもよい。
角度センサS3は、例えば、フレームA1に固定される。角度センサS3は、第1例では、バッテリホルダH2に設けられる。角度センサS3は、第2例では、シートチューブA13に設けられる。角度センサS3は、第3例では、アシスト機構Cまたは出力装置1に設けられる。角度センサS3は、第4例では、フレームA1と、ステムA2、ハンドルバーA3、またはフロントフォークとに分けて設けられる。角度センサS3は、人力駆動車Aのヨー角を示す信号、ロール角を示す信号、およびピッチ角を示す信号の少なくともいずれか1つを、それぞれ出力装置1へ出力するように構成される。角度センサS3は、第1例では、ジャイロセンサを含む。角度センサS3は、第2例では、回転角度に対応する信号出力する方位センサを含む。角度センサS3と、出力装置1とは、電気ケーブルによって接続されていてもよく、無線送信装置または無線通信装置を介して接続されていてもよい。
ケイデンスセンサS4は、クランクB1のケイデンスに対応する信号を出力するように構成される。ケイデンスセンサS4は、クランクB1の回転速度に対応する信号を出力する。ケイデンスセンサS4は、クランクB1またはクランクB1と一体に回転する部材に設けられる被検出部材を検出するように構成される。ケイデンスセンサS4は、クランクB1が1回転すると信号を出力するように構成されてもよく、クランクB1が1回転する間に複数の信号を出力するように構成されてもよく、クランクB1が1回転する間に連続的に変化する信号を出力するように構成されてもよい。ケイデンスセンサS4は、第1例では、磁気センサを含む。ケイデンスセンサS4が磁気センサを含む場合、被検出部材は、磁石を含む。磁石は、例えば、回転方向に沿って間隔を開けて配置される複数の磁石を含んでいてもよく、回転方向に沿って磁力が連続的に変化する環状磁石、または、回転方向に沿って磁極が交互に並ぶ環状磁石を含んでいてもよい。ケイデンスセンサS4は、第2例では、光学センサを含む。ケイデンスセンサS4が光学センサを含む場合、被検出部材は、スリットを有する。被検出部材は、スリットを1つのみ有していてもよく、回転方向に沿って配置される複数スリットを有していてもよい。ケイデンスセンサS4と、出力装置1とは、電気ケーブルによって接続されていてもよく、無線送信装置または無線通信装置を介して接続されていてもよい。
トルクセンサS5は、第1クランクアームB12および第2クランクアームB13に掛かるトルクに対応する信号を出力するように構成される。トルクセンサS5は、歪センサ、磁歪センサ、または、圧力センサなどを含む。歪センサは、金属歪ゲージおよび半導体歪ゲージの少なくとも1つを含む。トルクセンサS5は、ペダルB5から後輪A5までの間の動力伝達経路、または、動力伝達経路に含まれる部材の近傍に設けられる。動力伝達経路に含まれる部材は、例えば、クランク軸B11、クランク軸B11と第1スプロケット組立体B2との間において人力駆動力を伝達する部材、クランクアームB12、または、ペダルB5である。トルクセンサS5は、第1クランクアームB12および第2クランクアームB13に入力される人力駆動力のトルクに対応する信号を出力装置1へ出力する。トルクセンサS5と、出力装置1とは、電気ケーブルによって接続されていてもよく、無線送信装置または無線通信装置を介して接続されていてもよい。
出力装置1は、ステムA2またはハンドルバーA3等のフレームA1に設けられる部材、およびフレームA1のいずれかの箇所に取り付けられる。出力装置1は、ユーザが保持していてもよい。第1例では、図1に示す出力装置1はアシスト機構Cに設けられる。出力装置1は、例えば、アシスト機構Cに含まれ、電気モータが設けられるハウジングに設けられる。第2例では、出力装置1は、バッテリホルダH2に設けられる。第3例では、出力装置1は、複数のコンポーネントを接続する電気ケーブルが接続されるジャンクションに設けられてもよい。
図2に示されるように、出力装置1は、処理部10、記憶部12、入出力部14、およびGPS受信部16を備える。GPS受信部16は必須ではない。
処理部10は、CPU(Central Processing Unit )およびGPU(Graphics Processing Unit)の少なくとも1つを含むプロセッサを備える。処理部10は、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)等のメモリを含む。処理部10は、処理部10に含まれるメモリを用い、後述する学習アルゴリズムによって学習モデル1Mを学習しつつ、人力駆動車Aのコンポーネントを制御するように構成される。処理部10に含まれるメモリには、コンポーネントの制御に用いられる制御プログラムが記憶される。制御プログラムは、記憶部12に記憶されていてもよい。処理部10は、さらに内蔵クロックを含む。処理部10は、内蔵クロックを用いて、任意のタイミングにおいて時間に関する情報を取得するように構成される。
記憶部12は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。記憶部12は、コンピュータプログラムを記憶する。記憶部12に記憶されるコンピュータプログラムは、学習プログラム1Pを含む。学習プログラム1Pは、コンポーネントの制御に用いられる制御プログラムに組み込まれていてもよい。制御プログラムは、記憶部12に記憶されてもよい。記憶部12は、例えば、バスを介して処理部10に電気的に接続される。記憶部12は、処理部10の処理によって作成される学習モデル1Mを記憶するように構成される。学習プログラム1Pおよび学習モデル1Mは、記録媒体9に記憶された学習プログラム9Pおよび学習モデル9Mの複製であってもよい。例えば、処理部10は、記録媒体9から学習プログラム9Pおよび学習モデル9Mを読み出して、学習プログラム9Pおよび学習モデル9Mをそれぞれ学習プログラム1Pおよび学習モデル1Mとして記憶部12に複製してもよい。例えば、外部装置が記録媒体9から学習プログラム9Pおよび学習モデル9Mを読み出して、学習プログラム9Pおよび学習モデル9Mをそれぞれ学習プログラム1Pおよび学習モデル1Mとして記憶部12に複製してもよい。記録媒体9は、例えばCD-ROM等のディスク状記録媒体、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリ、またはハードディスクなどを含む。
出力装置1は、記憶媒体9を接続可能な接続ポート、記憶媒体9に記憶されるデータを読み出し可能な電子機器と通信ケーブルまたは無線通信装置を介して接続可能な第1通信部、および、インターネット等の通信網を介して記憶媒体9に記憶されるデータを取得可能な第2通信部の少なくとも1つを含んでいてもよい。
入出力部14は、人力駆動車Aに設けられる操作装置D、およびセンサ群SGからの信号を受信するように構成される。入出力部14は、処理部10に電気的に接続される。センサ群SGは、速度センサS1、加速度センサS2、角度センサS3、ケイデンスセンサS4、およびトルクセンサS5を含む。入出力部14は、操作装置D、速度センサS1、加速度センサS2、角度センサS3、ケイデンスセンサS4、およびトルクセンサS5と、通信ケーブルを介して接続される。通信ケーブルは、電気ケーブル、または光ファイバを含む。
入出力部14は、コンポーネント13と通信するように構成される。コンポーネント13は、アシスト機構C、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、ブレーキ装置Jを含む。入出力部14は、コンポーネント13は、アシスト機構C、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、およびバッテリユニットHと、通信ケーブルを介して接続される。入出力部14は、アシスト機構Cに含まれる電気モータC1と接続される。入出力部14は、変速機構Eに含まれる電気モータE11および電気モータE21の内の少なくとも1つと接続される。入出力部14は、シートポストFの電動アクチュエータと接続される。入出力部14は、サスペンションGの電動アクチュエータと接続される。入出力部14は、ブレーキ装置Jの電動アクチュエータと接続される。入出力部14は、バッテリHと通信するように構成される。入出力部14は、バッテリHに通信ケーブルを介して接続される。
アシスト機構Cは、電気モータE21に接続され、電気モータE21を制御するように構成されるアシスト制御部を備えていてもよい。変速機構Eは、電気モータE11および電気モータE21に接続され、電気モータE11および電気モータE21を制御するように構成される変速制御部を備えていてもよい。シートポストFは、シートポストFに含まれる電動アクチュエータに接続され、シートポストFに含まれる電動アクチュエータを制御するように構成されるシートポスト制御部を備えていてもよい。サスペンションGは、サスペンションGに含まれる電動アクチュエータに接続され、サスペンションGに含まれる電動アクチュエータを制御するように構成されるサスペンション制御部を備えていてもよい。アシスト制御部、変速制御部、シートポスト制御部、および、サスペンション制御部は、例えばCPUを含むプロセッサを備える。
入出力部14は、無線通信装置を含んでいてもよい。入出力部14の無線通信装置は、操作装置D、速度センサS1、加速度センサS2、角度センサS3、ケイデンスセンサS4、およびトルクセンサS5の少なくとも1つからの信号を、無線通信によって受信するように構成されてもよい。入出力部14の無線通信装置は、アシスト機構C、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、およびバッテリユニットHの少なくとも1つと、無線通信するように構成されてもよい。入出力部14の無線送信装置は、例えば予め定める無線通信プロトコルを用いて通信するように構成される。予め定める無線通信プロトコルは、例えばBluetooth(登録商標)等、近距離無線通信規格を満たすように構成されてもよい。
GPS受信部16は、GPS(Global Positioning System )信号を受信して人力駆動車Aの位置に関する情報を出力するように構成される。GPS受信部16は、処理部10に電気的に接続される。処理部10は、GPS受信部16から出力される情報に応じて、人力駆動車Aの位置を特定するように構成される。人力駆動車Aの位置は、例えば経緯度を含む。
処理部10は、入出力部14を介して、速度センサS1から人力駆動車Aの走行速度に対応する信号を取得する。処理部10は、入出力部14を介して加速度センサS2からフレームA1の振動に対応する信号および人力駆動車Aの進行方向への加速度に対応する信号の少なくとも1つを取得する。処理部10は、入出力部14を介して、角度センサS3から人力駆動車Aの姿勢を示す信号を取得する。人力駆動車Aの姿勢を示す信号は、人力駆動車Aのヨー角を示す信号、ロール角を示す信号、およびピッチ角を示す信号の少なくともいずれか1つを含む。処理部10は、入出力部14を介してケイデンスセンサS4からケイデンスに対応する信号を取得する。処理部10は、入出力部14を介してトルクセンサS5からトルクに対応する信号を取得する。処理部10は、ケイデンスおよびトルクを用いてパワーを算出してもよい。処理部10は、入出力部14を介して、電気モータC1の電流量、電気モータC1の電圧値、および、電気モータC1の温度の内の少なくとも1つに関する情報を取得できる。処理部10のメモリには、例えば、電気モータC1の電流量と電気モータC1のトルクとの関係を示す情報が記憶され、処理部10は、電気モータC1の電流量に基づいて、アシスト機構Cの電気モータC1のトルクに関する情報を取得するように構成される。処理部10は、入出力部14を介して、変速機構Eから段数または変速比に対応する情報を取得できる。処理部10は、入出力部14を介して、バッテリH1から残電力量に対応する情報を取得できる。
処理部10は、これらのセンサ群SGから取得する信号に対応する走行速度等の情報と、コンポーネント群13から得られる情報とを、入力情報として処理する。処理部10は、操作装置Dから送信される情報を入出力部14によって取得する。入出力部14と出力装置1が制御対象としない電動アクチュエータと、は通信可能に接続されなくてよい。
処理部10は、学習モデル1Mから出力されるコンポーネントの制御に関する出力情報に基づいて、アシスト機構C等のコンポーネントへ制御信号を出力するように構成される。
第1実施形態にて用いられる学習モデル1Mについて説明する。初期状態において記憶部12に記憶される学習モデル1Mは、例えば、外部の生成装置において、人力駆動車Aの走行試験環境下における、人力駆動車Aのモデルのシミュレーションを予め実行することによって生成される。学習モデル1Mは、走行に関する情報が入力された場合にアシスト機構Cにおけるアシスト比およびアシスト上限値の内の少なくとも1つに関する情報を出力するように構成される。学習モデル1Mは、アシスト比およびアシスト上限値の内の少なくとも1つに関する情報に代えてまたは加えて、アシスト機構Cの電気モータC1の回転数を出力するように構成されてもよい。第1実施形態において学習モデル1Mは、ニューラルネットワーク(Neural Network)を用いた強化学習によって生成される。初期状態において記憶部12に記憶される学習モデル1Mは、シミュレーションに限らず、バッテリH1における電力消費効率が良好であった人力駆動車Aの走行データを予め教師データとして収集し、教師有り学習によって生成されてもよい。
図3は、学習モデル1Mの概要を示す図である。学習モデル1Mは、入力情報が入力された場合に、人力駆動車Aのコンポーネントへ電力を供給するバッテリH1における電力消費効率を示す指標値に基づいて学習され、人力駆動車Aのコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成される。第1実施形態において、人力駆動車Aのコンポーネントは、アシスト機構Cである。第1実施形態において、学習モデル1Mは、アシスト機構Cの制御に関する出力情報として、アシスト比に関する情報を出力するように構成される。処理部10が学習モデル1Mによって規定される処理を実行することによって、処理部10が出力する出力情報を、学習モデル1Mが出力する出力情報とする。
第1実施形態における学習モデル1Mは、図3に示すように、人力駆動車Aの走行中に取得される走行に関する入力情報を状態sとして入力する入力層31と、人力駆動車Aのコンポーネントの内、アシスト機構Cの制御に関するアシスト比に関する情報をアクションaとして出力する出力層32と、を備える。学習モデル1Mは、出力層32から出力されたアシスト比に基づいてアシスト機構Cを自動的に制御した場合に、バッテリH1における電力消費効率が良化するように学習されたパラメータを有する中間層33を備える。中間層33が有するパラメータは、重みを含む。中間層33が有するパラメータは、さらにバイアスを含んでいてもよい。中間層33は、複数のノードを含む。中間層33は、好ましくは、複数の層を含む。
第1実施形態における学習モデル1Mの入力層31に入力される入力情報は、例えば、クランクB1のケイデンスに関する情報、クランクB1のトルクに関する情報、およびパワーに関する情報の少なくとも1つを含む。学習モデル1Mの入力層31に入力される入力情報は、好ましくは、例えば、速度、加速度、および人力駆動車Aの姿勢の少なくとも1つをさらに含む。パワーは、ケイデンスに関する情報およびトルクに関する情報を用いた演算によって得られる。入力情報は、アシスト機構Cの電気モータC1のトルク、電気モータC1の電流量、電気モータC1の電圧値、および電気モータC1の温度の内の少なくとも1つに関する情報を含んでもよい。
第1実施形態の学習モデル1Mの入力層31に入力される入力情報は、バッテリH1における残電力量に関する情報を含む。入力情報は、バッテリH1から出力される電力量に関する情報であってもよい。
第1実施形態の学習モデル1Mの入力層31に入力される入力情報は、人力駆動車Aの姿勢に関する検知データを含む。人力駆動車Aの姿勢に関する検知データは、角度センサS3によって検知されたヨー角、ロール角、およびピッチ角の少なくとも1つに対応する情報を含む。好ましくは、人力駆動車Aの車体の姿勢に関する検知データは、角度センサS3によって検知されたヨー角に対応する情報、ロール角に対応する情報、およびピッチ角に対応する情報を含む。
第1実施形態の学習モデル1Mの入力層31に入力される入力情報は、人力駆動車Aの走行環境に関する検知データを含んでもよい。走行環境に関する検知データは、例えば、標高に関する情報を含む。処理部10は、GPS受信部18によって特定される位置と、例えば記憶部12に記憶される地図データとに基づいて、標高に関する情報を特定するように構成されてもよい。出力装置1は、気圧センサをさらに含み、気圧センサが標高に関する情報を取得するようにしてもよい。走行環境の検知データは、気温に関する情報を含んでいてもよい。出力装置1は、気温センサをさらに含み、気温センサから気温に関する情報を取得するように構成されてもよい。走行環境の検知データは、人力駆動車Aの走行路の斜度に関する情報を含んでいてもよい。人力駆動車Aの走行路の斜度に関する情報は、角度センサS3から得られる人力駆動車Aのピッチ角を示す情報から取得されてもよい。走行環境に関する検知データは、人力駆動車Aの走行路の種類に関する情報を含んでいてもよい。走行路の種類は、例えば、オンロード、および、オフロードを含む。処理部10は、GPS受信部18によって特定される位置と、例えば記憶部12に記憶される地図データとに基づいて走行路の種類を特定するように構成されてもよい。走行環境に関する検知データは、天候に関する情報を含んでいてもよい。天候に関する情報は、例えば湿度に関する情報を含む。出力装置1は、例えば、湿度センサをさらに含み、湿度センサから天候に関する情報を取得するように構成されてもよい。
第1実施形態における学習モデル1Mの出力層から出力される出力情報は、アシスト機構におけるアシスト比およびアシスト機構Cによるアシスト力の上限値の内の少なくとも1つに関する情報である。
中間層33は、バッテリH1における電力消費効率を示す指標値に基づいて、出力層32から電力消費効率を良化するためのアシスト比率に関する情報を出力するように強化学習される。第1実施形態では、中間層33は、出力層32から出力されるアシスト比率に関する情報に応じて電気モータC1を駆動した場合、人力駆動車Aのユーザへの負荷が快適な範囲に収まるように学習される。
第1実施形態では処理部10は、学習モデルM1を、指標値を報酬として強化学習によって学習するように構成される。処理部10は、図3に示す学習モデル1Mを、状態sにおいてアクションaをとる価値関数Qによって近似して、バッテリH1における電力消費効率を示す指標値を報酬として価値関数Qを最大化するように学習を進める。
図4は、第1実施形態における学習モデル1Mの生成方法の一例を示すフローチャートである。処理部10は、初期状態において記憶部12に記憶される学習モデル1Mを用い、学習プログラム1Pに基づいて、アシスト機構Cを制御する処理を実行しながらトレーニングを進める。トレーニングによって処理部10は、ユーザの快適さを保ちながら可能な限り長時間にわたってアシスト機構Cによって人力駆動車Aの走行をアシストするための学習モデル1Mを生成できる。
処理部10は、バッテリH1が満充電の状態において出力装置1が電源オン状態となったことを検知すると(ステップS101)、走行距離の計測を開始する(ステップS103)。電源オン状態は、バッテリH1から処理部10に電力が供給される状態である。処理部10は、バッテリH1の残電力量が予め定める割合以下になるまで、電源オン状態においてアシスト機構Cに電力が供給されている間は、ステップS105からステップS123までの処理を実行する。
ステップS103において走行距離の計測が開始された後、処理部10は、予め定めるサンプリングタイミングにおいて人力駆動車Aの走行に関する入力情報を取得する(ステップS105)。入力情報は、例えば、速度センサS1から取得する信号に対応する走行速度に関する情報、加速度センサS2から取得する信号に対応する加速度に関する情報、角度センサS3から取得する信号に対応する人力駆動車Aの姿勢に関する情報、クランクB1のケイデンスに関する情報、クランクB1のトルクに関する情報、およびパワーに関する情報を含む。
ステップS105において人力駆動車Aの走行に関する入力情報が取得された後、処理部10は、バッテリH1における残電力量を取得する(ステップS107)。
ステップS107においてバッテリH1の残電力量が取得された後、処理部10は、ステップS105およびステップS107において取得した入力情報を学習モデル1Mへ与え(ステップS109)、学習モデル1Mから出力された出力情報を特定する(ステップS111)。本実施形態では、学習モデル1Mから出力される出力情報は、アシスト比に関する情報である。学習モデル1Mから出力された出力情報が特定された後、処理部10は、特定された出力情報に基づいてコンポーネントを制御する(ステップS113)。本実施形態では、処理部10は、ステップS113において、特定されたアシスト比に関する情報に基づいてアシスト機構Cへ制御信号を出力する。
ステップS113においてコンポーネントが制御された後、処理部10は、人力駆動車Aにおけるケイデンスおよびトルクに関する情報を取得する(ステップS115)。ステップS115においてケイデンスおよびトルクに関する情報が取得された後、処理部10は、取得したトルクおよびケイデンスに関する情報が示すトルクおよびケイデンスが快適な範囲内であるか否かを判断する(ステップS117)。
トルクおよびケイデンスが快適な範囲外であると判断された場合(S117:NO)、処理部10は、ステップS113での制御よりも快適さを高めるようにコンポーネントを制御する(ステップS119)。本実施形態では、処理部10は、ステップS119においてアシスト比を高めるようにアシスト機構Cへ制御信号を出力する。
ステップS119においてコンポーネントが制御された後、処理部10は、ステップS111において特定された出力情報と、ステップS119の制御に関する情報とに応じて学習モデル1Mにおけるパラメータを更新する(ステップS121)。ステップS121において、処理部10は、例えばステップS111において特定されたアシスト比に関する情報が表すアシスト比と、高めたアシスト比に関する情報が表すアシスト比との差分に応じて、学習モデル1Mにおけるパラメータを更新する。これによって、ユーザの快適さを高めるように学習モデル1Mにおけるパラメータが更新される。ステップS117、S119およびS121の処理によって、学習モデル1Mは、出力される出力情報に基づいて走行中の人力駆動車Aのコンポーネントを制御した場合に、ユーザの快適さが予め定める範囲内となる出力情報を出力するように学習される。ステップS121の処理は、必須ではない。例えば、アシスト機構Cのモードについて、第1モードが選択されている場合には、人力駆動力による負担が快適な範囲外であってもよいことが許容されているので、ステップS117、S119、S121は省略されてもよい。
トルクおよびケイデンスが快適な範囲内であると判断された場合(S117:YES)、処理部10は、ステップS107において取得したバッテリH1の残電力量が、満充電容量の予め定める割合以下であるか否かを判断する(ステップS123)。バッテリH1の残電力量が、満充電容量の予め定める割合以下でないと判断された場合(S123においてNO)、処理部10はステップS105へ処理を戻し、学習モデル1Mに基づくコンポーネントの制御を続行する。
ステップS123において、バッテリH1の残電力量が、満充電容量の予め定める割合以下であると判断された場合(S123においてYES)、処理部10は、走行距離の計測を終了する(ステップS125)。ステップS125において走行距離の計測が終了された後、処理部10は、バッテリH1が満充電容量であった時からの累積の走行距離を算出する(ステップS127)。処理部10は、例えば、速度センサS1から取得する信号と、車輪の外周長に関する情報とに基づいて、走行距離を算出するように構成される。車輪の外周長に関する情報は、例えば処理部10のメモリまたは記憶部12に記憶される。車輪が1回転する間に速度センサS1から出力される予め定める信号の数は予め決まっているので、処理部10は、速度センサS1からの予め定める信号に応じて走行距離を算出できる。処理部10は、例えば、走行距離を、GPS受信部18によって特定した位置に基づいて算出してもよい。
処理部10は、ステップS127において算出した累積の走行距離に基づいて電力消費効率を示す指標値を算出する(ステップS129)。指標値は、例えば、電源装置における電力が予め定める値以下となるまでの走行距離に関する値である。指標値は、走行距離が長くなる程に価値が高くなり、走行距離が比較的に短い場合に価値が低くなるように算出される。走行距離の長短は、例えば、バッテリH1が満充電である場合に、アシスト機構Cがオートモードに設定され、かつ、アシスト機構Cによってアシスト可能な状態を維持したままで走行可能である距離の設定値と、実際の走行距離との比較によって特定される。
ステップS129において指標値が算出された後、処理部10は、学習モデル1Mに対し、ステップS123で算出した指標値が良化するように中間層33における重み等のパラメータを学習させ(ステップS131)、処理を終了する。
第1実施形態では、図4のフローチャートに基づいて走行距離によって報酬が与えられることによって学習モデル1Mが、電力消費効率を良化するように強化学習される。出力装置1は、強化学習された学習モデル1Mから出力される出力情報によってコンポーネントを適切に制御する。
学習モデル1Mは、既知の方法、例えば誤差逆伝播法、または深層学習によって学習されてもよい。強化学習は、既知の方法、深層Q学習、AC(Actor-Critic)、A3C(Asynchronous Advantage Actor-Critic)等によって行なわれてもよい。学習モデル1Mは、出力した出力情報に対して、ケイデンスおよびトルクに対して行われるユーザによる快適さの評価によって即時報酬を与えることによって強化学習されてもよい。処理部10は、走行中の人力駆動車のクランクB12におけるケイデンスおよびトルクに対するユーザの評価に基づく快適さを示す値を報酬として学習を行なうように構成されてもよい。指標値は、例えば、電源装置における電力消費量に基づく値であってもよい。学習モデル1Mは、バッテリH1が満充電から予め定める割合以下に達するまで、予め定める周期毎に、周期中の電力消費量に基づく値による報酬を与えて強化学習されてもよい。
走行中の人力駆動車Aにおける出力装置1による学習モデル1Mの学習方法は、教師ありの学習アルゴリズムでもよいし、時系列データを用いたリカレントニューラルネットワーク(Recurrent Neural Network)でもよい。この場合は、アシスト機構Cを有する人力駆動車Aを実際に走行させた際の人力駆動車Aのセンサ群SGから走行中に複数の時点で得られる信号に対応する走行情報の履歴と、走行距離とを教師データとして収集し、その収集された教師データに基づいて学習が進められる。
図4のフローチャートに示した処理の内、ステップS117における快適な範囲とは、官能評価によって予め得られるケイデンスおよびトルクの組み合わせの範囲を含む。図5は、ケイデンスおよびトルクの快適な範囲の一例を示す概要図である。図5に示すようにケイデンスおよびトルクの組に対する官能評価によって、例えばケイデンスが第1の範囲であり、かつ、トルクが第2の範囲である場合には概ね快適であると判断されることが分かる。
本実施形態の出力装置1では、学習が進むにつれて、人力駆動車Aのユーザの乗り方に応じて電力消費効率を良化するようにコンポーネントを制御でき、ユーザは長時間快適に人力駆動車Aを走行させることができる。
第1実施形態では学習モデル1Mは、コンポーネントの制御に関する情報として、アシスト機構Cにおけるアシスト比に関する情報を出力するように設計され、アシスト機構Cにおけるアシスト比に関する情報を学習するように設計されている。学習モデル1Mは、コンポーネントの制御に関する情報として、アシスト機構Cにおけるアシスト上限値に関する情報を出力するように設計され、アシスト機構Cにおけるアシスト上限値に関する情報を学習するように設計されていてもよい。学習モデル1Mは、電源装置から供給される電力によって駆動される電気モータの回転数に関する情報を出力するように設計され、電気モータの回転数に関する情報を学習するように設計されていてもよい。学習モデルM1は、例えば、バッテリH1から供給される電力によって駆動されるシートポストFの電気モータの回転数に関する情報を出力するように設計され、シートポストFの電気モータの回転数に関する情報を学習するように設計されていてもよい。学習モデルM1は、例えばバッテリH1から供給される電力によって駆動されるサスペンションGの電気モータの回転数に関する情報を出力するように設計され、サスペンションGの電気モータの回転数に関する情報を学習するように設計されていてもよい。
第1実施形態における学習モデル1Mは、他のコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成されてよい。出力情報を用いて制御される対象のコンポーネント13は、アシスト機構Cに限られず、変速機構E、シートポストF、サスペンションG、およびブレーキ装置Jのいずれかでもよい。出力情報を用いて制御される対象のコンポーネント13は、変速機構E、アシスト機構C、シートポストF、サスペンションG、およびブレーキ装置Jのうち、少なくとも2つであってよい。変速機構E、アシスト機構C、シートポストF、サスペンションG、およびブレーキ装置J等のコンポーネントのうち、出力情報を用いて制御される対象でないコンポーネント13は、電気モータまたは電動アクチュエータを含まず、ワイヤを介して制御されてもよい。
(第2実施形態)
第2実施形態における出力装置は、人力駆動車Aに搭載されて各コンポーネントを制御するように構成される制御装置とは別の通信装置2に適用される。第2実施形態では、ユーザが所持する通信装置2は、学習モデル2Mを生成およびトレーニングし、コンポーネントの制御に関する情報を制御装置へ送信するように構成される。制御装置は、通信装置2から送信される学習モデル2Mに基づくコンポーネントの制御に関する情報を受信し、コンポーネントを制御するように構成される。
図6に示されるように、第2実施形態における人力駆動車A、人力駆動車Aに搭載されるコンポーネント群13、およびセンサ群SGは、第1実施形態と同様である。第2実施形態において、第1実施形態と同様の構成には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第2実施形態では第1実施形態の出力装置1に代替して、制御装置100および通信装置2が協働して学習モデル2Mに基づきコンポーネントを制御する。
制御装置100は、処理部101、記憶部103、入出力部105、および通信部107を備える。
処理部101は、CPUおよびGPUの少なくとも1つを含むプロセッサを備える。処理部101は、ROMおよびRAM等のメモリを含む。処理部101は、人力駆動車Aのコンポーネントを制御するように構成される。処理部101に含まれるメモリには、コンポーネントの制御に用いられる制御プログラムが記憶される。制御プログラムは、記憶部103に記憶されていてもよい。処理部101は、さらに内蔵クロックを含む。処理部101は、内蔵クロックを用いて、任意のタイミングにおいて時間に関する情報を取得するように構成される。処理部101は、操作装置Dの操作に応じて、人力駆動車Aのコンポーネントの制御に関する信号を出力するように構成される。処理部101は、通信部107を介して通信装置2から受け取る人力駆動車Aのコンポーネントの制御に関する信号に応じて、人力駆動車Aのコンポーネントを制御するように構成される。
記憶部103は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。記憶部103は、処理部101の処理によって作成される情報を記憶する。制御プログラムは、記憶部12に記憶されてもよい。記憶部103は、例えば、バスを介して処理部101に電気的に接続される。入出力部105は、第1実施形態の入出力部14と同様の構成を有する。
通信部107は、通信装置2と通信可能に構成される通信デバイスである。通信部107は、例えば、USB(Universal Serial Bus)通信ポートおよび近距離無線モジュールの少なくとも1つを含む。
通信装置2は、可搬型の小型の通信装置である。通信装置2は、第1例では、サイクルコンピュータである。通信装置2は、第2例では、人力駆動車Aのコンポーネントと電気ケーブルまたは無線通信装置によって接続され、所謂ジャンクションボックスと呼ばれる通信装置であってよい。通信装置2は、第3例では、スマートフォンである。通信装置2は、第4例では、所謂スマートウォッチ等のウェアラブルデバイスである。通信装置2は、第5例では、携帯電話装置である。通信装置2が、例えばサイクルコンピュータまたはスマートフォンである場合、人力駆動車AのハンドルバーA3に通信装置2の保持部材を取り付けておき、この保持部材に通信装置2を嵌めて用いてもよい(図10参照)。
通信装置(出力装置)2は、処理部201、記憶部203、出力部205、操作部207、音声入出力部209、GPS受信部211、および通信部213を備える。通信装置2は、バッテリ204をさらに含む。バッテリ204は、処理部201、記憶部203、出力部205、操作部207、音声入出力部209、GPS受信部211、および通信部213に電力を供給するように構成される。通信装置2は、好ましくは、電源オン状態と電源オフ状態とを切り替える電源スイッチを含む。バッテリ204は、電源オン状態において、少なくとも処理部201に電力を供給するように構成される。
処理部201は、CPUおよびGPUの少なくとも1つを含むプロセッサと、メモリ等とを含む。処理部201は、プロセッサ、メモリ、記憶部203、および通信部213が集積された1つのハードウェア(例えば、SoC:System On a Chip)として構成されていてもよい。処理部201は、記憶部203に記憶されるコンピュータプログラムに基づき、人力駆動車Aの制御に関する学習モデル2Mの学習と、学習モデル2Mを用いたコンポーネント制御とを実行する。記憶部203に記憶されるコンピュータプログラムは、アプリケーションプログラム2Pを含む。
記憶部203は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。記憶部203は、学習プログラムを組み込んだアプリケーションプログラム2Pを記憶する。記憶部203は、処理部201の処理によって学習される学習モデル2Mを記憶する。記憶部203は、処理部201が参照するデータを記憶する。アプリケーションプログラム2Pは、記録媒体8に記憶されたアプリケーションプログラム8Pの複製であってもよい。例えば、処理部201は、記録媒体8から学習プログラム8Pおよび学習モデル8Mを読み出して、アプリケーションプログラム8Pおよび学習モデル8Mをアプリケーションプログラム2Pおよび学習モデル2Mとして記憶部203に複製してもよい。記録媒体8は、例えばCD-ROM等のディスク状記録媒体、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリ、またはハードディスクなどを含む。通信装置2は、通信部213を、記憶媒体8に記憶されるデータを読み出し可能な電子機器と通信ケーブルまたは無線通信装置と接続することによって、記録媒体8に記憶されるデータを取得してもよい。通信装置2は、記録媒体8を接続可能な接続ポート、および、インターネット等の通信網を介して記録媒体8に記憶されるデータを取得可能な第2通信部の少なくとも1つを含んでいてもよい。
出力部205は、表示部205Aを含む。表示部205Aは、液晶パネルまたは有機EL(Electro Luminescence)パネル等のディスプレイ装置を含む。表示部205Aは、学習モデル2Mが出力する人力駆動車のコンポーネントの制御に関する情報を出力するように構成される。表示部205Aは、コンポーネントの制御の結果を示す情報を出力するように構成される。
操作部207は、ユーザの操作を受け付けるインタフェースであり、物理ボタンおよびタッチパネルデバイスの少なくとも1つを含む。操作部207は、表示部205に重ねて設けられてもよい。操作部207は、物理ボタンまたはタッチパネルによって、表示部205に表示される画面の内容に関する操作を受け付けることが可能である。
音声入出力部209は、スピーカおよびマイクロフォン等を含む。音声入出力部209は、音声認識部217を備える。音声認識部217は、マイクロフォンによって入力される音声の信号に対応する操作内容を認識し、操作を受け付けることが可能である。音声入出力部209は、スピーカによって音声またはビープ音を発生させ、コンポーネントの制御に関する情報、およびコンポーネントの制御の結果を示す情報を出力するように構成されてもよい。出力部205は、振動発生装置を含んでもよい。振動発生装置は、例えば、電気モータと重りとを含む。振動発生装置は、特定のパターンの振動を発生し、通信装置2全体、または表示部205Aの表面を振動させるように構成されてもよい。
GPS受信部211は、GPS信号を受信するように構成される。GPS受信部211は、通信装置2の位置に関する情報を出力するように構成される。処理部201は、GPS受信部211から出力される情報に応じて、通信装置2の位置を特定するように構成される。通信装置2の位置は、例えば経緯度を含む。GPS受信部211は、例えば、公共無線通信システムの基地局からの電波、無線LANまたはBluetooth (登録商標)等の無線通信規格による無線通信システムの中継局からの電波の受信するように構成されてもよい。処理部201は、通信装置2の位置に関する情報の算出する場合、GPS受信部211が受信する公共無線通信システムの基地局からの電波、または、無線通信システムの中継局からの電波の強度に関する情報を用いてもよい。
通信部213は、制御装置100の通信部107と通信可能に構成される。通信部213は、例えば、USB通信ポートおよび近距離無線モジュールの少なくとも1つを含む。通信部213がUSB通信ポートを含む場合、通信装置2にはバッテリH1から通信部213を介して電力が供給されてもよい。
第2実施形態において制御装置100は、人力駆動車Aに設けられたセンサ群SGから入出力部105を介して入力される信号に対応する入力情報を取得し、通信部107を介して入力情報を通信装置2へ送信させる。制御装置100は、入力情報を断続的に取得してもよく、通信装置2へ入力情報を断続的に送信させてもよい。
第2実施形態2において通信装置2の処理部201は、例えば、初期状態において記憶部12に記憶される学習モデル2Mを用いて、変速機構Eにおける変速ステージまたは変速比に関する情報を出力しつつ、学習モデル2Mを更新するように構成される。初期状態において記憶部12に記憶される学習モデル2Mは、第1実施形態において説明したように、外部の生成装置において、人力駆動車Aの走行試験環境下における人力駆動車Aのモデルのシミュレーションを予め実行することによって生成される。学習モデル2Mは、走行に関する情報が入力された場合に、変速機構Eの変速ステージまたは変速比に関する情報を出力するように構成される。
図7は、学習モデル2Mの概要を示す図である。学習モデル2Mは、入力情報が入力された場合に、人力駆動車Aのコンポーネントへ電力を供給するバッテリH1における電力消費効率を示す指標値に基づいて学習されて、人力駆動車Aのコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成される。第2実施形態において、人力駆動車Aのコンポーネントは、変速機構Eである。第2実施形態において、学習モデル2Mは、変速機構Eの制御に関する出力情報として、変速ステージに関する情報を出力するように構成される。処理部201が学習モデル2Mによって規定される処理を実行することによって、処理部201が出力する出力情報を、学習モデル2Mが出力する出力情報とする。
第2実施形態における学習モデル2Mは、図7に示すように、人力駆動車Aの走行中に取得される走行に関する入力情報を状態sとして入力する入力層21と、人力駆動車Aのコンポーネントの内、変速機構Eの制御に関し変速ステージに関する情報をアクションaとして出力する出力層22と、を備える。学習モデル2Mは、出力層22から出力された変速ステージに基づいて変速機構Eを自動的に変速させた場合に、バッテリH1における電力消費効率が良化するように学習されたパラメータを有する中間層23を備える。中間層23が有するパラメータは、重みを含む。中間層23が有するパラメータは、さらにバイアスを含んでいてもよい。中間層23は、複数のノードを含む。中間層23は、好ましくは、複数の層を含む。
第2実施形態における学習モデル2Mの入力層21に入力される入力情報は、例えば、クランクB1のケイデンスに関する情報、クランクB1のトルクに関する情報、およびパワーに関する情報の少なくとも1つを含む。学習モデル1Mの入力層31に入力される入力情報は、好ましくは、例えば、速度、加速度および、人力駆動車Aの姿勢の少なくとも1つをさらに含む。パワーは、ケイデンスに関する情報およびトルクに関する情報を用いた演算によって得られる。
第2実施形態における学習モデル2Mの入力層21に入力される入力情報は、変速機構Eの電気モータE11および電気モータE21の少なくとも1つのトルク、電気モータE11および電気モータE21の少なくとも1つの電流量、電気モータE11および電気モータE21の少なくとも1つの電圧値、ならびに、電気モータE11および電気モータE21の少なくとも1つの温度の内の少なくとも1つを含んでもよい。入力情報は、変速機構Eにおける現在の変速ステージに関する情報、および変速機構Eが1つの変速ステージに維持される時間に関する情報を含んでもよい。
第2実施形態の学習モデル2Mの入力層21に入力される入力情報は、バッテリH1における残電力量に関する情報を含む。入力情報は、バッテリH1における電力消費量であってもよい
第2実施形態の学習モデル2Mの入力層21に入力される入力情報は、人力駆動車Aの姿勢に関する検知データを含む。本実施形態の人力駆動車Aの姿勢に関する検知データは、第1実施形態における人力駆動車Aの姿勢に関する検知データと同様である。
第2実施形態の学習モデル2Mの入力層21に入力される入力情報は、人力駆動車の走行環境に関する検知データを含んでもよい。走行環境に関する検知データは、例えば、標高に関する情報を含む。処理部201は、GPS受信部211によって特定される位置と、例えば記憶部203に記憶される地図データとに基づいて、標高に関する情報を特定するように構成されてもよい。通信装置2は、気圧センサをさらに含み、気圧センサが標高に関する情報を取得するようにしてもよい。走行環境の検知データは、気温に関する情報を含んでいてもよい。通信装置2は、気温センサをさらに含み、気温センサから気温に関する情報を取得するように構成されてもよい。走行環境の検知データは、人力駆動車Aの走行路の斜度に関する情報を含んでいてもよい。人力駆動車Aの走行路の斜度に関する情報は、角度センサS3から得られる人力駆動車Aのピッチ角を示す情報から取得されてもよい。走行環境に関する検知データは、人力駆動車Aの走行路の種類に関する情報を含んでいてもよい。走行路の種類は、例えば、オンロード、および、オフロードを含む。処理部201は、GPS受信部211によって特定される位置と、例えば記憶部203に記憶される地図データとに基づいて走行路の種類を特定するように構成されてもよい。走行環境に関する検知データは、天候に関する情報を含んでいてもよい。天候に関する情報は、例えば湿度に関する情報を含む。通信装置2は、例えば、湿度センサをさらに含み、湿度センサから天候に関する情報を取得するように構成されてもよい。
第2実施形態における学習モデル2Mの出力層から出力される出力情報は、変速機構Eにおける変速ステージまたは変速比に関する情報を含む。
中間層23は、バッテリH1における電力消費効率を示す指標値に基づいて、出力層32から電力消費効率を良化する変速ステージに関する情報を出力するように強化学習される。第2実施形態では、中間層23は、出力層22から出力される変速ステージに関する情報に基づいて変速機構Eを自動的に変速した場合、人力駆動車Aのユーザへの負荷が快適な範囲に収まるように学習される。
第2実施形態では通信装置2の処理部201は、学習モデル2Mを、指標値を報酬として強化学習によって学習するように構成される。処理部201は、図7に示す学習モデル2Mを、状態sにおいてアクションaをとる価値関数Qによって近似して、バッテリH1における電力消費効率を示す指標値を報酬として価値関数Qを最大化するように学習を進める。
図8および図9は、第2実施形態における学習モデル2Mの生成方法の一例を示すフローチャートである。通信装置2の処理部201は、初期状態において記憶部203に記憶される学習モデル2Mを用い、アプリケーションプログラム2Pに組み込まれた学習プログラムに基づいて、制御装置100に変速機構Eを制御するための信号を送信しながらトレーニングを進める。トレーニングによって処理部201は、ユーザの快適さを保ちながら可能な限り長時間にわたって変速機構Eが変速できるように変速比に関する情報を出力する学習モデル2Mを生成できる。
通信装置2が電源オン状態になり処理部201が、バッテリH1が満充電の状態において制御装置100が電源オンとなったことを検知すると(ステップS201)、走行距離の計測を開始する(ステップS203)。制御装置100の電源オン状態は、バッテリH1から処理部101に電力が供給される状態である。処理部201は、バッテリH1の残電力量が予め定める割合以下になるまで、通信装置2および制御装置100が電源オン状態において変速機構Eに電力が供給されている間は、ステップS205からステップS225までの処理を実行する。
ステップS203において走行距離の計測が開始された後、処理部201は、予め定めるサンプリングタイミングにおいて人力駆動車Aの走行に関する入力情報を、制御装置100から通信部213を介して取得する(ステップS205)。入力情報は例えば、速度センサS1からから得られる走行速度に関する情報、加速度センサS2から得られる加速度に関する情報、角度センサS3から得られる人力駆動車Aの姿勢に関する情報、クランクB1のケイデンスに関する情報、クランクB1のトルクに関する情報、およびパワーに関する情報を含む。ステップS205において人力駆動車Aの走行に関する入力情報が取得された後、処理部201は、バッテリH1における残電力量を取得する(ステップS207)。
ステップS207においてバッテリH1における残電力量が取得された後、処理部201は、ステップS205およびステップS207において取得した入力情報を学習モデル2Mへ与え(ステップS209)、学習モデル2Mから出力される出力情報を特定する(ステップS211)。本実施形態では、学習モデル2Mから出力される出力情報は、変速機構Eにおける変速ステージに関する情報である。
学習モデル2Mから出力された出力情報が特定された後、処理部201は、ステップS211において特定した出力情報に基づくコンポーネントの制御指令を通信部213から制御装置100へ送信させる(ステップS213)。制御指令が通信部213から送信された後、処理部201は、制御指令に対応する制御内容を出力部205に出力させてユーザへ報知する(ステップS215)。ステップS215において処理部201は、変速ステージに対応する制御内容を表示部205Aに表示させる。
処理部201は、制御内容が出力部205に出力された後の予め定める時間内においてユーザの評価を受け付ける(ステップS217)。ステップS217において、処理部201は、制御指令を通信部213から制御装置100へ送信させた後の予め定める時間内においてユーザの評価を受け付けてもよい。ステップS217において、処理部201は図11に示すように、表示部205Aに高評価ボタン画像256および低評価ボタン画像258を含む評価入力画面254を表示させ、操作部207によって評価を受け付ける。制御内容に変化がない場合にはステップS213からステップS217の処理は省略されてもよい。
ステップS217の処理の終了後、または、ステップS213からステップS217の処理が省略される場合はステップS211の処理の終了後に、処理部201は、操作装置Dの操作部D1が操作されることによって入力される操作情報を、通信部213を介して制御装置100から取得する(ステップS219)。本実施形態では、ステップS219において、処理部201は、操作部D1が操作されることによって変速された後の変速機構Eにおける変速ステージを取得する。
ステップS219において操作情報が取得された後、処理部201は、ステップS219において取得された操作情報と、ステップS211において特定された出力情報とを照合することによって、評価値を算出する(ステップS221)。ステップS221において処理部201は、ステップS219で取得した変速ステージと、ステップS211において出力された変速ステージに関する情報とを照合することによって、評価値を算出する。ステップS221において処理部201は、ステップS219において取得された変速ステージと、ステップS211において特定された変速ステージとの差分が少ない程に高い評価値を算出する。
ステップS221において評価値が算出された後、処理部201は、ステップS217において受け付けられた評価内容、およびステップS221において算出された評価値を、ステップS211において特定された出力情報に対する報酬として用い、ユーザからの評価を向上させるように学習モデル2Mの中間層23におけるパラメータを更新する(ステップS223)。
ステップS221およびステップS223の処理は、ステップS217で受け付けた評価内容が低評価であった場合のみに行なわれるようにしてもよい。この場合、ステップS217で受け付けた評価内容が高評価であった場合には、ステップS221およびステップS223の処理は省略される。
ステップS223の処理の終了後、または、ステップS221およびステップS223の処理が省略される場合には、ステップS219の処理の終了後に、処理部201は、ステップS207において取得したバッテリH1の残電力量が、満充電容量の予め定める割合以下であるか否かを判断する(ステップS225)。バッテリH1の残電力量が予め定める割合以下でないと判断された場合(S225においてNO)、処理部201はステップS205へ処理を戻し、学習モデル2Mに基づく変速機構Eの制御を続行する。
ステップS207において取得したバッテリH1の残電力量が予め定める割合以下であると判断された場合(S225においてYES)、処理部201は、走行距離の計測を終了する(ステップS227)。走行距離の計測が終了された後、処理部201は、バッテリH1が満充電容量であった時からの累積の走行距離を算出する(ステップS229)。ステップS229において処理部201は、走行距離を、GPS受信部18によって特定した位置に基づいて算出してもよい。処理部201は、例えば、速度センサS1から取得する信号と、車輪の外周長に関する情報とに基づいて、走行距離を算出するように構成されてもよい。車輪の外周長に関する情報は、例えば処理部201のメモリ、記憶部103、または記憶部203に記憶される。
処理部201は、ステップS229において算出した走行距離に基づいて電力消費効率を示す指標値を算出する(ステップS231)。指標値は、走行距離が長くなる程に価値が高くなり、走行距離が比較的に短い場合に価値が低くなるように算出される。走行距離の長短は、例えば、バッテリH1が満充電である場合に、変速機構Eがオート変速モードに設定され、かつ、変速機構Eが変速可能な状態を維持したままで走行可能な距離の設定値と、実際の走行距離との比較によって特定される。
ステップS231において指標値が算出された後、処理部201は、学習モデル2Mに対し、ステップS231において算出した指標値を報酬として与え、指標値が良化するように中間層23における重み等のパラメータを学習させ(ステップS233)、処理を終了する。
第2実施形態では、図8および図9のフローチャートに基づいて走行距離によって報酬が与えられることによって学習モデル2Mが、電力消費効率を良化するように強化学習される。通信装置2は、強化学習された学習モデル2Mから出力される情報によって、変速機構Eを適切に制御する。
処理部201は、ステップS205からステップS221までの処理を学習モードとして実行するように構成されてもよい。処理部201は、学習モードにおいて、収集された入力情報、学習モデル2Mから出力される変速ステージに関する情報、および、出力された変速ステージに関する情報に基づく変速制御に対する評価内容を教師データとして、学習モデル2Mを更新するようにしてもよい。
第2実施形態における通信装置2および制御装置100によって、人力駆動車Aのユーザの運転特性に合わせたユーザの快適さを保ちつつ、バッテリH1の電力消費効率を高く維持して、変速機構Eが自動的に変速される状態を維持したままで走行可能な距離を伸ばせる。
図10に示すように、例えば、通信装置2は、ユーザが表示部205Aを視認できるようにハンドルバーA3に取り付けられる。図10では、アプリケーションプログラム2Pに基づき、表示部205Aに表示されるメイン画面250が示される。処理部201は、アプリ-ケーションプログラム2Pに基づいて、表示部205Aにメイン画面250を表示させる。メイン画面250には、走行情報に含まれる速度に関する情報に加え、コンポーネントの制御状態を示すメッセージが含まれる。コンポーネントの制御状態は、例えば、アシスト機構Cの動作モード、および変速機構Eの動作モードを含む。メイン画面250には、学習に対する評価を行なうためのボタン画像252が含まれる。例えば、タッチパネルデバイスのうち、ボタン画像252に対応する部分が操作された場合、処理部201は、図8および図9のフローチャートに示す学習モデル2Mへの評価を受け付ける処理(S217からS223)を実行する。
図11は、評価入力画面254の一例を示す。処理部201は、例えば、タッチパネルデバイスのうちボタン画像252に対応する部分が操作された場合、評価入力画面254を表示部205に表示させる。評価入力画面254は、処理部201が学習モデル2Mに基づいて制御されるコンポーネントの動作結果を示すメッセージ情報を含む。評価入力部は、学習モデル2Mからの出力情報に基づくコンポーネントの動作後に、ユーザの快適さを示す評価を入力するように構成される。評価入力画面254には、高評価ボタン画像256と低評価ボタン画像258とが含まれる。第1例の評価入力部は、操作部207を含む。第1例の評価入力部は、例えば、表示部205に重ねて設けられるタッチパネルデバイスを含む。タッチパネルデバイスのうち、高評価ボタン画像256に対応する部分、および低評価ボタン画像258に対応する部分に指等が接触することによって、評価入力部207が評価に関する情報を入力する。タッチパネルデバイスのうち、高評価ボタン画像256に対応する部分が操作されると、処理部201は評価が高いと判断する。タッチパネルデバイスのうち、低評価ボタン画像258に対応する部分が操作されると、処理部201は評価が低いと判断する。予め定める時間内にユーザの評価を受け付けない場合、処理部201は、評価されなかったと判断する。評価入力画面254には、高評価ボタン画像256と低評価ボタン画像258のうち、低評価ボタン258画像のみが含まれてもよい。
第2例の評価入力部は、操作装置Dの操作部D1を含む。操作部D1は、特定の評価入力ボタンを含んでいてもよい。
第3例の評価入力部は、音声入出力部209のマイクロフォンおよび音声認識部217を含む。処理部201は、音声認識部217によって認識されるユーザの音声に関する情報を認識して評価を受け付ける。処理部201は、認識した音声に関する情報に基づいて、制御が適切であるか否かを判別する。処理部201は、制御が適切であると判別した場合に、評価が高いと判断する。
第4例の評価入力部は、カメラを含む。例えば、通信装置2は、カメラを含む。通信装置2は、カメラによってユーザの顔を撮像するように人力駆動車Aに取り付けられる。処理部201は、カメラから得られるユーザの顔を撮像した撮像画像からユーザの表情を特定し、ユーザの表情に基づいて制御が適切であるか否かを判別する。処理部201は、制御が適切であると判別した場合に、評価が高いと判断する。
第2実施形態における通信装置2によって、学習が進むにつれて、人力駆動車Aのユーザの乗り方に応じた電力消費効率を良化するコンポーネント制御が実現され、ユーザは長時間快適に人力駆動車Aを走行させることができる。
第2実施形態における学習モデル2Mは、他のコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成されてよい。出力情報を用いて制御される対象のコンポーネント13は、変速機構Eに限られず、アシスト機構C、シートポストF、サスペンションG、およびブレーキ装置Jのいずれかでもよい。学習モデル2Mは、入力情報が入力された場合に、バッテリH1から出力される電力量を抑えつつ、ユーザが快適に人力駆動車Aを走行させることができるようなアシスト機構Cの制御に関する出力情報を出力するように構成されてよい。
第2実施形態において、出力情報を用いて制御される対象のコンポーネントは、変速機構E、アシスト機構C、シートポストF、サスペンションG、およびブレーキ装置Jのうち、少なくとも2つを含んでいてもよい。変速機構E、アシスト機構C、シートポストF、サスペンションG、およびブレーキ装置J等のコンポーネント13のうち、出力情報を用いて制御される対象ではないコンポーネントは、電気モータまたは電動アクチュエータを含まず、ワイヤを介して制御されてもよい。
第1実施形態及び第2実施形態において、コンポーネント13がアシスト機構Cを含む場合、初期状態において記憶部12に記憶される学習モデル1Mは、学習モデル1Mから出力される出力情報を用いてアシスト機構Cが制御された場合、アシスト比率が最小値となるように構成されてもよい。これによって学習モデルがユーザに適した状態まで学習されるまでの間に、不要に電力が消費されることを抑制できる。
本明細書において使用される「少なくとも1つ」という表現は、所望の選択肢の「1つ以上」を意味する。一例として、本明細書において使用される「少なくとも1つ」という表現は、その選択肢の数が2つであれば「1つの選択肢のみ」または「2つの選択肢の双方」を意味する。他の例として、本明細書において使用される「少なくとも1つ」という表現は、その選択肢の数が3つ以上であれば「1つの選択肢のみ」または「2つ以上の任意の選択肢の組み合わせ」を意味する。
1…出力装置、10…処理部、12…記憶部、14…入出力部、16…GPS受信部、1M,9M…学習モデル、1P,9P…学習プログラム、31…入力層、32…出力層、33…中間層、2…通信装置(出力装置)、201…処理部、203…記憶部、205…表示部、207…評価入力部、211…GPS受信部、2P,8P…アプリケーションプログラム、2M,8M…学習モデル、21…入力層、22…出力層、23…中間層、254…評価入力画面、100…制御ユニット、A1…フレーム、C…アシスト機構、D…操作装置、E…変速機構、E11,E21…駆動モータ、F…シートポスト、G…サスペンション、S1…速度センサ、S2…加速度センサ、S3…角度センサ、S4…ケイデンスセンサ、S5…トルクセンサ。

Claims (18)

  1. 人力駆動車の走行に関する入力情報を取得する取得部と、
    前記人力駆動車のコンポーネントへ電力を供給する電源装置における電力消費効率を示す指標値に基づいて学習され、前記入力情報が入力された場合に前記コンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成される学習モデルと、を備え
    前記学習モデルは、
    前記電源装置から供給される電力によって前記人力駆動車の推進をアシストするように構成されるアシスト機構におけるアシスト比および前記アシスト機構によるアシスト力の上限値の内の少なくとも1つと、前記人力駆動車の変速機構の段数または変速比に関する情報とを出力し、
    前記電源装置からの電力を用いた前記人力駆動車の走行距離がより長くなるように、又は、前記電源装置から出力される電力量が少なくなるように学習される、出力装置。
  2. 前記指標値は、前記電源装置における電力が予め定める値以下となるまでの走行距離に関する値である、請求項1に記載の出力装置。
  3. 前記指標値は、前記電源装置から出力される電力量に関する値である、請求項1に記載の出力装置。
  4. 前記出力情報は、前記電源装置から供給される電力によって駆動される電気モータの回転数に関する情報を更に含む、請求項1からのいずれか一項に記載の出力装置。
  5. 前記学習モデルから出力される前記出力情報に基づき、走行中の前記人力駆動車のコンポーネントの動作に対するユーザの快適さが予め定める範囲内となる出力情報を出力する、請求項1からのいずれか一項に記載の出力装置。
  6. 前記入力情報は、前記人力駆動車のクランクのケイデンスに関する情報と、前記クランクにおけるトルクに関する情報と、前記ケイデンスに関する情報および前記トルクに関する情報を用いた演算によって得られるパワーに関する情報と、の少なくとも1つを含む、請求項1からのいずれか一項に記載の出力装置。
  7. 前記コンポーネントは、前記電源装置から供給される電力によって駆動する電気モータを含み、
    前記入力情報は、前記電気モータのトルク、前記電気モータの電流量、前記電気モータの電圧値、および、前記電気モータの温度の内の少なくとも1つに関する情報である、請求項1からのいずれか一項に記載の出力装置。
  8. 前記入力情報は、前記電源装置における残電力量に関する情報を含む、請求項1からのいずれか一項に記載の出力装置。
  9. 前記入力情報は、前記人力駆動車の姿勢に関する検知データを含む、請求項1からのいずれか一項に記載の出力装置。
  10. 前記入力情報は、前記人力駆動車の走行環境に関する検知データを含む、請求項1からのいずれか一項に記載の出力装置。
  11. 前記学習モデルは、前記人力駆動車の走行の都度、走行実績に基づき算出される前記指標値に基づいて学習される
    請求項1から10のいずれか一項に記載の出力装置。
  12. 前記学習モデルを、前記指標値を報酬として強化学習によって学習するように構成される処理部を備える
    請求項1から11のいずれか一項に記載の出力装置。
  13. 前記処理部は、走行中の前記人力駆動車のクランクにおけるケイデンスおよびトルクに対するユーザの評価に基づく快適さを示す値を報酬として学習を行なうように構成される
    請求項12に記載の出力装置。
  14. 前記コンポーネントを操作するための操作情報を入力するように構成される操作部を備え、
    前記処理部は、前記取得部によって取得した入力情報に基づいて前記学習モデルから出力された出力情報と、前記操作部によって入力された操作情報との照合に基づいて、出力情報に報酬を与えるように構成される、請求項12に記載の出力装置。
  15. 前記学習モデルが出力する前記人力駆動車のコンポーネントの制御に関する情報を出力するように構成される出力部と、
    前記出力情報に基づく前記コンポーネントの動作後に、ユーザの快適さを示す評価を入力するように構成される評価入力部と、を備え、
    入力された評価内容と、評価が入力されたタイミングに前記学習モデルから出力された出力情報と、前記出力情報に対応して入力された入力情報とを含む教師データに基づいて前記学習モデルを更新するように構成される、請求項1から10のいずれか一項に記載の出力装置。
  16. 前記出力部は、コンポーネントの制御の結果を示す情報を出力するように構成される、請求項15に記載の出力装置。
  17. コンピュータが、
    人力駆動車の走行に関する入力情報が入力された場合に、前記人力駆動車のコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成されるニューラルネットワークを用い、
    前記ニューラルネットワークは、電源装置から供給される電力によって前記人力駆動車の推進をアシストするように構成されるアシスト機構におけるアシスト比および前記アシスト機構によるアシスト力の上限値の内の少なくとも1つと、前記人力駆動車の変速機構の段数または変速比に関する情報とを出力するように構成されており、
    前記コンピュータは、
    前記人力駆動車の走行に関する入力情報を取得し、
    取得した入力情報を前記ニューラルネットワークへ与えることによって出力された出力情報を特定し、
    特定された出力情報に基づいて前記コンポーネントを制御した場合に、前記コンポーネントへ電力を供給するように構成される電源装置における電力消費効率を示す前記電源装置からの電力を用いた前記人力駆動車の走行距離がより長くなるように、又は、前記電力消費効率を示す前記電源装置から出力される電力量が少なくなるように、前記ニューラルネットワークの中間層の重みを学習する、学習モデルの生成方法。
  18. 人力駆動車の走行に関する入力情報が入力された場合に、前記人力駆動車のコンポーネントの制御に関する出力情報を出力するように構成されるニューラルネットワークを用い、
    前記ニューラルネットワークは、電源装置から供給される電力によって前記人力駆動車の推進をアシストするように構成されるアシスト機構におけるアシスト比および前記アシスト機構によるアシスト力の上限値の内の少なくとも1つと、前記人力駆動車の変速機構の段数または変速比に関する情報とを出力するように構成されており、
    前記人力駆動車の走行に関する入力情報を取得し、
    取得した入力情報を前記ニューラルネットワークへ与えることによって出力された出力情報を特定し、
    特定された出力情報に基づいて前記コンポーネントを制御した場合に、前記コンポーネントへ電力を供給するように構成される電源装置における電力消費効率を示す前記電源装置からの電力を用いた前記人力駆動車の走行距離がより長くなるように、又は、前記電力消費効率を示す前記電源装置から出力される電力量が少なくなるように、前記ニューラルネットワークの中間層の重みを学習する処理を、コンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
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