JPH07309285A - アシストモータ付き自転車におけるアシスト力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アシストモータ付き自転車の走行用バッテリ
が完全に放電してアシスト不能になる前に乗員に報知
し、報知後にも所定時間アシスト走行ができるだけの余
裕を持たせる。 【構成】 クランクペダルの踏力の増加に伴ってアシス
トモータのアシスト力を増加させるとき、走行用バッテ
リの非エンプティ時におけるアシスト力の増加率Ｂ／Ａ
よりも、走行用バッテリのエンプティ時におけるアシス
ト力の増加率Ｂ／Ｃを小さく設定し、これによりエンプ
ティ時にも非エンプティー時と同一の最大アシスト力Ｄ
が発揮できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランクペダルの踏力
を車輪に伝達する動力伝達系に走行用バッテリで駆動さ
れるアシストモータを介装し、クランクペダルの踏力が
所定値を越えたときに前記アシストモータを駆動するア
シストモータ付き自転車におけるアシスト力制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】かかるアシストモータ付き自転車におけ
るアシスト力制御方法は、特開平５−２４６３７８号公
報により公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アシストモ
ータ付き自転車の走行用バッテリが放電してエンプティ
状態になったとき、従来はアシストモータに供給する電
流値を減少させるか、或いはアシストモータに供給する
電流をカットして乗員に走行用バッテリの放電を体感さ
せ、走行用バッテリの充電を促す方法がとられていた。

【０００４】しかしながら上記従来の方法では、例えば
登坂時に走行用バッテリがエンプティ状態になるとアシ
スト力が急激に減少することになる。

【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、アシストモータのアシスト力にある程度の余力を残
した状態で乗員に走行用バッテリの放電を体感させるこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明は、クランクペダルの踏
力を車輪に伝達する動力伝達系に走行用バッテリで駆動
されるアシストモータを介装し、クランクペダルの踏力
が所定値を越えたときに前記アシストモータを駆動する
アシストモータ付き自転車において、前記走行用バッテ
リの残容量が所定値以下になったときに、残容量が所定
値以上のときと同等の最大アシスト力を発生させるとと
もに、アシストモータの駆動開始から前記最大アシスト
力に達するまでの時間を残容量が所定値以上のときより
も増加させることを特徴とする。

【０００７】また請求項２に記載された発明は、請求項
１の構成に加えて、前記走行用バッテリの残容量が所定
値以下になったときに、時間経過に対するアシストモー
タの出力増加率を残容量が所定値以上のときよりも減少
させることを特徴とする。

【０００８】また請求項３に記載された発明は、請求項
１の構成に加えて、前記走行用バッテリの残容量が所定
値以下になったときに警報手段により警報を発すること
を特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００１０】図１〜図１０は本発明の一実施例を示すも
ので、図１は自転車の全体側面図、図２は図１の２−２
線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図
３の４−４線断面図、図５は図２の５−５線拡大断面
図、図６は図４の６部拡大図、図７は図１の７方向から
見たスケルトン図、図８は制御系のブロック図、図９は
作用を説明するフローチャート、図１０は作用を説明す
るタイミングチャートである。

【００１１】図１に示すように、自転車Ｂは側面視でＶ
字状をなすメインフレーム１を備えており、このメイン
フレーム１の前端に設けたヘッドパイプ２に回動自在に
枢支されたフロントフォーク３の上端及び下端に、それ
ぞれハンドル４及び前輪Ｗｆが支持される。メインフレ
ーム１の下端近傍から後方に延びてステー５，５によっ
て補強されたリヤフォーク６，６に後輪Ｗｒが支持され
る。メインフレーム１の下端に回転自在に支持されたク
ランク軸７は左右一対のクランクアーム８_L ，８_R を備
えており、これらクランクアーム８_L ，８_R の先端にそ
れぞれクランクペダル９_L ，９_R が設けられる。クラン
ク軸７によって回転する駆動スプロケット１０と後輪Ｗ
ｒの車軸に設けた従動スプロケット１１とがチェーン１
２で接続されており、クランクペダル９_L ，９_R の踏力
によりクランク軸７が回転すると、その回転が駆動スプ
ロケット１０、チェーン１２及び従動スプロケット１１
を介して後輪Ｗｒに伝達される。

【００１２】メインフレーム１の下部に設けられて駆動
スプロケット１０に接続されたアシストモータ１３は、
クランクペダル９_L ，９_R の踏力をアシストする駆動力
を発生する。メインフレーム１の前部に設けられたバッ
テリボックス１４にはアシストモータ１３を駆動する複
数のＮｉ−Ｃｄ電池よりなる走行用バッテリ１５が収納
され、バッテリボックス１４の前端にメインスイッチ１
６が設けられる。メインフレーム１の後部にはアシスト
モータ１３の駆動を制御する電子制御ユニットやモータ
ドライバー等の制御装置１７が設けられる。

【００１３】次に、図２〜図７に基づいて自転車Ｂの駆
動機構Ｄの構造を詳述する。

【００１４】駆動機構Ｄを収納するギヤハウジングは、
その主体部を構成する左ハウジング２１と、左ハウジン
グ２１に右側面開口部を閉塞する右ハウジング２２と、
左ハウジング２１の下面に結合される下部ハウジング２
３とからなる。左ハウジング２１の前上部は２本のボル
ト２４，２４によってメインフレーム１の下端に結合さ
れるとともに、左ハウジング２１及び右ハウジング２２
の後部は１本のボルト２５によってリヤフォーク６，６
の前端に共締めされる。また、下部ハウジング２３は複
数本のボルト２６…（図３に１本のみ図示）によって左
ハウジング２１の下面に結合される。

【００１５】クランク軸７の右端は、右ハウジング２２
にボールベアリング２７を介して支持したスリーブ２８
の内周にローラベアリング２９を介して支持され、また
クランク軸７の左端は、左ハウジング２１にボールベア
リング３０を介して支持される。クランク軸７の軸方向
中間部には、直径方向に貫通して軸方向に延びる貫通孔
７₁ が形成される。貫通孔７₁ の内部にクランク軸７と
同軸に収納されたトーションバー３１は、その左端（入
力端）に形成された頭部３１₁ がカラー３２を介してク
ランク軸７に結合されるとともに、その右端（出力端）
に形成された頭部３１₂ が環状の駆動部材３３の内周に
形成した凹溝に圧入により結合される（図４参照）。図
５に最も良く示されるように、クランク軸７の貫通孔７
₁ の互いに対向する壁面は概略円弧状に湾曲しており、
これによりトーションバー３１の自由端側の頭部３１₂
の固定端側の頭部３１₁ に対する所定角度の相対回転を
許容するとともに、過大な荷重が作用したときのトーシ
ョンバー３１の最大捩じれ量を規制して該トーションバ
ー３１の破断を防止している。

【００１６】前記スリーブ２８の内周に固着されたベベ
ルギヤ３４と前記駆動部材３３との間に第１一方向クラ
ッチ３５が設けられる。図５から明らかなように、第１
一方向クラッチ３５は駆動部材３３の外周に枢支されて
図示せぬスプリングで拡開する方向に付勢された４個の
ラチェッチ爪３６…と、ベベルギヤ３４の内周に形成さ
れた多数のラチェッチ歯３４₁ …とから構成される。

【００１７】従って、クランクペダル９_L ，９_R を踏ん
でクランク軸７を正転させると、クランク軸７のトルク
はトーションバー３１、駆動部材３３、第１一方向クラ
ッチ３５、ベベルギヤ３４及びスリーブ２８を介して該
スリーブ２８の外周にスプライン結合された前記駆動ス
プロケット１０に伝達される。また、クランクペダル９
_L ，９_R を踏んでクランク軸７を逆転させると、第１一
方向クラッチ３５がスリップすることにより、前記クラ
ンク軸７の逆転が許容される。

【００１８】図３から明らかなように、左ハウジング２
１に支持されたアシストモータ１３から前下方に延びる
出力軸１３₁ は、その先端部がボールベアリング４１を
介して左ハウジング２１の下端に支持される。左ハウジ
ング２１及び下部ハウジング２３に、一対のボールベア
リング４２，４３を介して第１中間軸４４が支持される
とともに、一対のボールベアリング４５，４６を介して
第２中間軸４７が支持される。アシストモータ１３の出
力軸１３₁ に固設したスパーギヤ４８が第１中間軸４４
に第２一方向クラッチ４９を介して支持したスパーギヤ
５０に噛合し、第１中間軸４４に固設したスパーギヤ５
１が第２中間軸４７に固設したスパーギヤ５２に噛合す
る。そして第２中間軸４７に固設したベベルギヤ５３が
前記スリーブ２８に固設したベベルギヤ３４に噛合す
る。

【００１９】従って、アシストモータ１３が回転する
と、その出力軸１３₁ のトルクは４個のスパーギヤ４
８，５０，５１，５２、２個のベベルギヤ５３，３４及
びスリーブ２８を介して駆動スプロケット１０に伝達さ
れる。また、走行用バッテリ１５の放電等によりアシス
トモータ１３の駆動が停止したとき、クランクペダル９
_L，９_R の踏力による駆動スプロケット１０の回転を妨
げないように第２一方向クラッチ４９が空転する。

【００２０】クランクペダル９_L ，９_R の踏力を検出す
る踏力検出手段Ｓは、クランク軸７の外周に軸方向摺動
可能に嵌合し、且つクランク軸７と一体に回転するスラ
イダインナ６１を備える。スライダインナ６１の外周に
突設したフランジに複数個のボール６２…を介してスラ
イダアウタ６３が相対回転可能に支持される。図６を併
せて参照すると明らかなように、駆動部材３３のスライ
ダインナ６１側の端面にはその直径上に位置するように
一対の凹状のカム面３３₁ ，３３₁ が形成されるととも
に、スライダインナ６１の端面には前記凹状のカム面３
３₁ ，３３₁ に係合する一対の凸状のカム面６１₁ ，６
１₁ が形成される。前記カム部材３３及びスライダイン
ナ６１は本発明の変換手段Ｃを構成する。

【００２１】左ハウジング１にはクランク軸７を挟んで
ピボットボルト６４とストロークセンサ６５とが設けら
れており、一端をピボットボルト６４に枢支されたセン
サアーム６６の他端がストロークセンサ６５の検出ロッ
ド６５₁ に当接する。センサアーム６６の中央部にはク
ランク軸７、スライダインナ６１及びスライダアウタ６
３が貫通する開口６６₁ （図２参照）が形成されてお
り、この開口６６₁ から半径方向内向きに突出するよう
に一対の突起６６₂ ，６６₂ （図４参照）が形成され
る。一対の突起６６₂ ，６６₂ と左ハウジング２１との
間にスプリング６７が縮設されており、スプリング６７
に弾発力で図４の右方向に付勢されたセンサアーム６６
の一対の突起６６₂ ，６６₂ がスライダアウタ６３を押
圧することにより、ボール６２…を介してスライダイン
ナ６１を駆動部材３３に押し付ける。その結果、駆動部
材３３のカム面３３₁ ，３３₁ がスライダインナ６１の
カム面６１₁ ，６１₁ に弾発的に当接する。

【００２２】クランク軸７の回転数を検出すべく、クラ
ンク軸７とトーションバー３１の頭部３１₁ とを結合す
るカラー３２の外周に形成した歯部３２₁ に、左ハウジ
ング２１に支持したクランク軸回転数センサ６８が対向
する。

【００２３】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用について説明する。

【００２４】自転車を走行させるべく乗員がクランクペ
ダル９_L ，９_R を踏むと、クランクアーム８_L ，８_R を
介してクランク軸７が回転し、そのクランク軸７のトル
クはトーションバー３１から駆動部材３３、第１一方向
クラッチ３５、ベベルギヤ３４、スリーブ２８、駆動ス
プロケット１０、チェーン１２及び従動スプロケット１
１を介して後輪Ｗｒに伝達される。このとき、クランク
ペダル９_L ，９_R の踏力の大きさが踏力検出手段Ｓによ
り検出される。

【００２５】即ち、クランクペダル９_L ，９_R の踏力に
応じたトルクがトーションバー３１に作用することによ
り、該トーションバー３１がクランク軸７に対して所定
角度だけ相対回転する。トーションバー３１がクランク
軸７に対して相対回転すると、図６に示すようにクラン
ク軸７に相対回転不能且つ軸方向摺動可能に支持された
スライダインナ６１が、トーションバー３１の出力端に
結合された駆動部材３３に対して矢印ａ方向に相対回転
する。その結果、スライダインナ６１のカム面６１₁ ，
６１₁ が駆動部材３３のカム面３３₁ ，３３₁ に押圧さ
れることにより、スライダインナ６１がスプリング６７
の弾発力に抗してクランク軸７上を矢印ｂ方向に摺動
し、スライダインナ６１と一体のスライダアウタ６３に
突起６６₂，６６₂ を押圧されたセンサアーム６６がピ
ボットボルト６４回りに揺動してストロークセンサ６５
の検出ロッド６５₁ を押圧する。このとき、ストローク
センサ６５の検出ロッド６５₁ のストロークはトーショ
ンバー３１の捩じれ量、即ちクランクペダル９_L ，９_R
の踏力に比例するため、ストロークセンサ６５の出力に
基づいて踏力を検出することができる。

【００２６】踏力検出手段Ｓによる踏力の検出がクラン
クペダル９_L ，９_R から後輪Ｗｒへの動力伝達系に介装
したトーションバー３１の捩じれ量に基づいて行われる
ため、踏力検出のために前記動力伝達系以外の部材を駆
動する必要がなく、エネルギーロスを最小限に抑えるこ
とができる。しかも、トーションバー３１がクランク軸
７の内部に同軸に配設されるので、踏力検出手段Ｓの小
型軽量化を図ることができる。

【００２７】図８に示すように、クランク軸回転数セン
サ６８で検出したクランク軸回転数（即ち、車速）と踏
力検出手段Ｓで検出した踏力とに基づいてＰＷＭ（パワ
ーウイズモジュレーション）マップ９１が検索され、検
索されたマップ値に基づいてアシストモーター制御手段
９２がアシストモータ１３の出力トルクが制御する。具
体的には、クランク軸回転数センサ６８で検出した車速
に応じた走行抵抗に打ち勝つだけの基準踏力を演算する
とともに、この基準踏力と踏力検出手段Ｓで検出した検
出した実踏力との偏差を演算し、この偏差に応じた出力
トルクをアシストモータ１３に発揮させる。従って、発
進時、加速時、登坂時等にクランクペダル９_L ，９_R の
踏力が増加すると、該踏力を減少させるようにアシスト
モータ１３の出力トルクが増加し、乗員のロードを軽減
することができる。逆に減速時や降坂時にクランクペダ
ル９_L ，９_R の踏力が減少するとアシストモータ１３の
出力トルクが減少し、走行用バッテリ１５のエネルギー
が節減される。

【００２８】また、走行用バッテリ１５の電圧を検出す
るバッテリ電圧センサ９３の出力に基づいて該走行用バ
ッテリ１５の残容量が常時監視されており、残容量が所
定値以下に減少するとＰＷＭインヒビター９４が作動し
てアシストモータ１３に供給する電流値を制限し、更に
残容量が減少するとメインリレー９５がＯＦＦしてアシ
ストモータ１３の駆動を停止する。そして、走行用バッ
テリ１５の残容量が減少して充分なアシストができなく
なると、インジケータ９６により警報が発せられる。

【００２９】走行用バッテリ１５の残容量が減少した場
合の制御を、図９及び図１０に基づいて更に説明する。

【００３０】図９のフローチャートのステップＳ１でク
ランクペダル９_L ，９_R の踏力がアシスト開始踏力以上
になったとき、ステップＳ２でバッテリ電圧センサ９３
の出力に基づいて求めた走行用バッテリ１５の残容量が
所定の基準値以上である非エンプティ時には、ステップ
Ｓ３で通常のソフトスタートでアシストモータ１３を駆
動し、残容量が前記基準値以下であるエンプティ時に
は、ステップＳ４で遅いソフトスタートでアシストモー
タ１３を駆動する。その後、ステップＳ５でアシストモ
ータ１３の出力を踏力に応じた最大アシスト力まで増加
させ、ステップＳ６で踏力が前記アシスト開始踏力より
も小さいアシスト終了踏力以下になるとアシストモータ
１３の駆動を停止する。

【００３１】図１０に示すように、踏力の変化はクラン
ク軸７の１回転につき左右のクランクペダル９_L ，９_R
に対応して２回の山を持ち、それぞれの山に対応して踏
力がアシスト開始踏力以上になるとアシストモータ１３
が駆動されてアシスト力を発生するとともに、踏力がア
シスト終了踏力以下になるとアシストモータ１３の駆動
が停止される。その際に走行用バッテリ１５が非エンプ
ティ状態及びエンプティ状態の何れにあっても、アシス
トモータ１３のアシスト力を次第に増加させる所謂ソフ
トスタートを行うことにより、アシストモータ１３の電
流が急激に増加するのを防止している。

【００３２】しかしながら、走行用バッテリ１５がエン
プティ状態にあるときのアシスト力の増加率（Ｂ／Ｃ）
は、非エンプティ状態にあるときのアシスト力の増加率
（Ｂ／Ａ）よりも小さくなるように設定される。即ち、
走行用バッテリ１５がエンプティ状態になると、アシス
ト力をゆっくりと増加させて乗員にアシスト力の不足を
体感させることにより、走行用バッテリ１５の残容量の
不足を警報することができる（ａ部参照）。

【００３３】また、上述のように走行用バッテリ１５が
エンプティ状態にあるか非エンプティ状態にあるかでア
シスト力の増加率に差を持たせることにより、走行用バ
ッテリ１５がエンプティ状態になっても非エンプティ時
と同一の最大アシスト力Ｄを得ることができる。これに
より、エンプティ状態においても充分な最大アシスト力
を発揮させ、走行用バッテリ１５が完全に放電する間際
までアシスト走行を継続することができる（ｂ部参
照）。

【００３４】尚、走行用バッテリ１５の残容量が前記基
準値よりも更に小さい第２の基準値以下になれば、前述
したようにメインリレー９５をＯＦＦすることによりア
シストモータ１３の駆動が停止される。

【００３５】一方、図１１に示す従来の制御では、走行
用バッテリ１５がエンプティ状態にあるか非エンプティ
状態にあるかに関わらず、アシスト力の増加率が一定で
あるため（Ｂ／Ａ＝Ｂ／Ａ）、エンプティ状態での最大
アシスト力Ｄ′は非エンプティ状態での最大アシスト力
Ｄに達することができない（Ｄ＞Ｄ′）。従って、乗員
はｃ部でアシスト力の不足を体感することができないに
も関わらず、ｄ部で最大アシスト力の不足が生じること
になる。

【００３６】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変
更を行うことができる。

【００３７】例えば、走行用バッテリ１５の残容量を電
圧に基づいて検出する代わりに、放電深度に基づいて検
出することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載された発
明によれば、走行用バッテリの残容量が所定値以下にな
ったときに、アシストモータの駆動開始から最大アシス
ト力に達するまでの時間を増加させて残容量の低下を乗
員に体感させながら、残容量が所定値以上のときと同等
の最大アシスト力を発生させて所定時間のアシスト走行
を可能とすることができる。

【００３９】また請求項２に記載された発明によれば、
時間経過に対するアシストモータの出力増加率を減少さ
せることにより、アシストモータの駆動開始から最大ア
シスト力に達するまでの時間を的確に増加させることが
できる。

【００４０】また請求項３に記載された発明によれば、
走行用バッテリの残容量が所定値以下になったときに警
報手段により警報を発することにより、走行用バッテリ
の残容量の低下を一層確実に乗員に報知することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】自転車の全体側面図

【図２】図１の２−２線拡大断面図

【図３】図２の３−３線断面図

【図４】図３の４−４線断面図

【図５】図２の５−５線拡大断面図

【図６】図４の６部拡大図

【図７】図１の７方向から見たスケルトン図

【図８】制御系のブロック図

【図９】作用を説明するフローチャート

【図１０】作用を説明するタイミングチャート

【図１１】従来の制御方法の作用を説明するタイミング
チャート

【符号の説明】

９_L ，９ｒ クランクペダル １３ アシストモータ １５ 走行用バッテリ ９６ インジケータ（警報手段） Ｄ 駆動機構（動力伝達系） Ｓ 踏力検出手段 Ｗｒ 後輪（車輪）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクペダル（９_L ，９_R ）の踏力を
   車輪（Ｗｒ）に伝達する動力伝達系（Ｄ）に走行用バッ
   テリ（１５）で駆動されるアシストモータ（１３）を介
   装し、クランクペダル（９_L ，９_R ）の踏力が所定値を
   越えたときに前記アシストモータ（１３）を駆動するア
   シストモータ付き自転車において、 前記走行用バッテリ（１５）の残容量が所定値以下にな
   ったときに、残容量が所定値以上のときと同等の最大ア
   シスト力を発生させるとともに、アシストモータ（１
   ３）の駆動開始から前記最大アシスト力に達するまでの
   時間を残容量が所定値以上のときよりも増加させること
   を特徴とする、アシストモータ付き自転車におけるアシ
   スト力制御方法。
2. 【請求項２】 前記走行用バッテリ（１５）の残容量が
   所定値以下になったときに、時間経過に対するアシスト
   モータ（１３）の出力増加率を残容量が所定値以上のと
   きよりも減少させることを特徴とする、請求項１記載の
   アシストモータ付き自転車におけるアシスト力制御方
   法。
3. 【請求項３】 前記走行用バッテリ（１５）の残容量が
   所定値以下になったときに警報手段（９６）により警報
   を発することを特徴とする、請求項１記載のアシストモ
   ータ付き自転車におけるアシスト力制御方法。踏力検出
   装置。