JPH10258788A

JPH10258788A - 補助動力付自転車

Info

Publication number: JPH10258788A
Application number: JP6601897A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Tamura; 義孝田村; Ritsuo Nishimura; 律夫西村; Nobuaki Shimada; 信秋島田; Toshiharu Furukawa; 俊晴古川; Susumu Sato; 行佐藤
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】不都合を生じることなく乗り心地がよくなる
補助動力付自転車を提供する。【解決手段】クランク軸回転センサ４５（Ｃ）から出
されるパルス間隔をタイマ４６ｂでカウントし、これを
速度に変換する。次いで、このように変換された速度
を、速度平均部４６ｅで所定の時間に亘って平均化す
る。次いで、マップ読み取り部４６ｄにより、平均化さ
れた速度に応じてアドレスを設定し、これに応じてモー
タ１５によって駆動される補助動力を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転者の踏力とと
もに電力による補助動力により駆動される補助動力付自
転車に関するものであり、より詳しくは、補助動力付自
転車のコントローラに内蔵されたマップに基づいて補助
動力を算出し及び制御するようにした補助動力付自転車
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような補助動力付自転車で
は、補助動力付自転車の走行速度と自転車のペダルを介
して伝達された踏力（又はこれによって検出されるトル
ク）に応じて設定された補助率で補助動力付自転車に補
助的に動力を伝達している。このようなアシストを行う
際、走行速度と踏力に応じて、補助動力用モータ駆動用
のＰＷＭ（パルス幅変調）値を格納しているマップを参
照している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
補助動力付自転車では、速度検出用のギヤの歯及び速度
センサから得られるパルスの間隔を用いて速度を検出し
ているので、検出される速度の遷移が凹凸になってい
る。したがって、このようにして検出された速度に応じ
て自転車にアシストする補助動力を決定すると、算出し
及び制御される補助動力の遷移も凹凸になり、運転者の
乗り心地を損ねる。

【０００４】本発明の目的は、上記不都合を生じること
なく乗り心地がよくなる補助動力付自転車を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１記
載の補助動力付自転車は、運転者の踏力を伝達する踏力
伝達手段と、電力により補助的に動力を伝達する補助動
力伝達手段と、自転車の瞬時の走行速度を検出する走行
速度検出手段とを具える補助動力付自転車において、前
記走行速度検出手段から得られた信号の移動平均によっ
て走行速度を平均化する走行速度平均化手段を具え、前
記補助動力伝達手段は、前記走行速度平均化手段によっ
て平均化された走行速度に応じて自転車に伝達する補助
動力を決定するように構成したことを特徴とするもので
ある。

【０００６】請求項１記載の補助動力付自転車によれ
ば、走行速度検出手段から得られた信号の移動平均によ
って走行速度が平均化されるため、走行速度の遷移が滑
らかになる。補助動力伝達手段は、このように遷移が滑
らかな走行速度に応じて補助動力を決定するので、決定
される補助動力も遷移が滑らかになり、乗り心地のよい
補助動力付自転車を提供することができる。

【０００７】本発明による請求項２記載の補助動力付自
転車は、自転車のペダルを介して伝達された踏力をトル
クとして検出するトルク検出手段を具え、前記補助動力
伝達手段は、前記トルク検出手段によって検出されたト
ルクに応じて自転車に伝達する補助動力を決定するよう
に構成したことを特徴とするものである。

【０００８】本発明による請求項２記載の補助動力付自
転車によれば、補助動力を決定する際に、検出されたト
ルクに応じて補助動力を決定するので、補助動力を更に
適切に決定することができ、更に乗り心地のよい補助動
力付自転車を提供することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明による補助動力付自転車の
実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１
は、本発明による補助動力付自転車の全体側面図であ
り、図２は、図１に表す補助動力付自転車のハンガー部
の伝動系を図１の背面からケースのサイドカバーを外し
た状態で示す立面図であり、図３は、図２のＡ−Ｂ−Ｃ
−Ｄ−Ｅの切断面による断面を示す平面図であり、図４
は、図２のＡ−Ｂ−Ｆ−Ｄ−Ｅの切断面による断面を示
す平面図である。

【００１０】図１〜４において、１は自転車の前輪を表
し、２はその後輪を表し、３は車体（フレーム）を表
し、４は、ハンガー部に設けた駆動装置のケースを表
し、４ａはケース本体を表し、４ｂ及び４ｃはサイドカ
バーを表し、４ｄはボトムケースを表し、５は、ケース
４に軸受６，７，８を介して回転自在に設けたクランク
軸を表し、９はクランクアームを表し、１０はペダルを
表す。

【００１１】また、１１は、軸受７を介してクランク軸
に回転自在に設けた前ギヤ（フロントスプロケット）を
表し、１２は、後車軸１３に設けた後ギヤ（リヤスプロ
ケット）を表し、１４は、前ギヤ１１と後ギヤ１２とに
かけ渡したチェーンを表す。また、１５は、伝動補助動
力用のモータを表し、１６は、その電源となるバッテリ
ーを表し、１７は、バッテリー１６の電力を制御してモ
ータ１５に送給するための制御回路（コントローラ）を
表す。

【００１２】本実施の形態においては、図３及び４に表
すように、突起１８ａを有する駆動円板１８を、クラン
ク軸５の中間部に一方向クラッチ（ラチェット機構）１
９及び及び軸受２０を介してクランク軸５の前進方向の
回転のみを伝えるように設ける。

【００１３】また前ギヤ１１とボス部２１ａを嵌め合わ
せることによって固着して一体結合した従動歯車２１
を、前記軸受６，７を介してクランク軸５に回転自在に
設け、この従動歯車２１と前記駆動円板１８との間の伝
動トルクの変化に伴って駆動円板１８と従動歯車２１と
の間に回転位相差が生ずるようにする。

【００１４】すなわち、図３及び４に表すように、駆動
円板１８と従動歯車２１との間に、略Ｕ字状のスプリン
グプレート２２（本実施の形態では２枚使用するものと
する。）を介在させ、このスプリングプレート２２の一
端を孔２２ａ及びピン２３（図３及び４に点線で表した
ピン）によって駆動円板１８に連結するとともに、この
スプリングプレート２２の他端を孔２２ｂ及びピン２４
によって従動歯車２１に連結する。

【００１５】このように構成することにより、駆動円板
１８から従動歯車２１にトルクが伝達される際に、その
トルクの大小の変化に伴ってＵ字状のスプリングプレー
ト２２の変形量に差が生じることによって、駆動円板１
８と従動歯車２１との間に回転位相差が生じる。

【００１６】また、駆動円板１８に対して、前記駆動円
板の軸線方向に摺動自在に係り合う摺動片２５ｂを設け
て、トルク検出部材としてのトルク検出コーン２５を一
体に設ける。

【００１７】また、前記従動歯車２１のトルク検出コー
ン２５の側面には、トルク検出コーン２５の突起部２５
ａの先端の斜面に対応する位置に、係け合わせ片２１ｂ
を設け、クランク軸５に嵌め合わされたトルク検出コー
ン２５は、コイルスプリング２６によって常に従動歯車
２１側に押しつけられている。また、２７は、コイルス
プリング２６の止めリングを表す。

【００１８】また、ケース４のサイドカバー４ｃには、
ガイド金具２８が取り付けられており、このガイド金具
２８に対して変位センサ２９がクランク軸５の軸線方向
に摺動自在に装着され、その変位センサ２９の接触子２
９ａが前記トルク検出コーン２５の壁面に対応してい
る。３０は、変位センサ２９の軸筒部２９ｂに嵌め合わ
せたリターンスプリングを表し、３１は、サイドカバー
４ｃに嵌め込まれた調整ねじを表し、この調整ねじ３１
によって変位センサ２９の位置を調整することができ
る。

【００１９】また、前記補助動力用のモータ１５を、そ
の駆動軸１５ａの軸線をクランク軸５の軸線と平行に配
置し、この軸１５ａとクランク軸５との間に減速伝動用
の軸３２，３３をそれぞれクランク軸５に平行に設け
る。また、３４及び３５は、軸３２の軸受を表し、３６
及び３７は、軸３３の軸受を表す。

【００２０】モータ１５の軸１５ａに小径のタイミング
ベルト用プーリ３８を固着し、軸３２には一方向クラッ
チ３９を介して大径のタイミングベルト用プーリ４０を
設け、これらプーリ３８及び４０にタイミングベルト４
１をかけ渡す。また、軸３２と一体的に小歯車４２を設
け、この小歯車４２に噛み合う大歯車４３を軸３３に固
着するとともに、前記従動歯車２１に噛み合う小歯車を
この軸３３に固着して設ける。

【００２１】図５は、本発明による補助動力付自転車の
制御系統の電気回路の概略図である。図５において、図
１〜４の部材と同一の部材には同一の符号を付すものと
する。すなわち、１５は補助動力用のモータを、１６は
電源であるバッテリ（電池）を、１７は制御回路（コン
トローラ）をそれぞれ表す。

【００２２】また、図５中のＳＷは、バッテリ（電池）
１６から制御回路（コントローラ）１７への回路中に設
けたスイッチを表し、ＲＳは、補助動力用モータ１５の
回路に設けたリレースイッチを表し、４４は、例えばポ
テンショメータとするトルクセンサを、４５は走行速度
を検出するセンサとしてのクランク軸回転センサ、４６
は、コントローラ１７内のマイクロコンピュータを表
す。このマイクロコンピュータ４６は、ＰＷＭ発生部４
６ａと、タイマ４６ｂと、ＡＤコンバータ４６ｃと、検
出された走行速度をクランク軸回転センサ４５（Ｃ）か
ら出されるパルスごとに移動平均によって平均化する速
度平均部４６ｄと、制御回路（コントローラ）１７に内
蔵されたマップを読み取るマップ読み取り部４６ｅと、
補助動力付自転車の乗り手の踏力の増減を検出する踏力
増減検出部４６ｆと、トルクセンサ４４によって検出さ
れたトルクのピークを検出するピーク検出部４６ｇと、
モータ１５を制御する時間を変更するモータ制御時間変
更部４６ｈと、ウォッチドッグタイマ４６ｉとを具え
る。

【００２３】制御回路（コントローラ）１７は、パワー
オンオフ回路４７と、電池電圧検出部４８（Ａ）と、１
２Ｖレギュレータ４９と、５Ｖレギュレータ５０と、ク
ランク軸回転センサ４５とともに走行速度検出部を形成
するクランク回転検出回路５１と、表示用ＬＥＤ５２を
駆動するＬＥＤドライバ５３と、スイッチング回路５４
と、モータ停止回路５５と、ＯＰアンプを有するモータ
電流上限検出回路５６と、オペアンプを有する電流セン
サ５７（Ｂ）と、リレー回路５８とを具える。

【００２４】また、図５において、Ｃ１〜Ｃ８はコンデ
ンサを表し、Ｒ１〜Ｒ２３は抵抗を表し、Ｑ１〜Ｑ１３
はトランジスタを表し、Ｄ１〜Ｄ２はダイオードを表
し、ＩＣ１〜ＩＣ４は集積回路を表し、ＦＥＴは電界効
果トランジスタを表し、Ｘは水晶発振器を表す。

【００２５】本実施の形態においては、図１〜４に表す
ように、ペダル１０を介する人力駆動の動力伝達装置と
ともに、モータ１５による電力駆動の補助動力装置を具
えた自転車において、回転センサ４５によって走行速度
を検出する走行速度検出部Ｃと、ペダル１０を介して伝
えた人力をトルクセンサ４４によってトルクとして検出
するトルク検出部Ｄと、補助動力装置のモータ１５に流
れる電流値を電流センサ５７によって検出するモータ電
流検出部Ｂと、モータ１５の電源電池１６の電圧値を検
出する電池電圧検出部Ａと、これら走行速度検出部Ｃ、
トルク検出部Ｄ、モータ電流検出部Ｂ及び電池電圧検出
部Ａの出力をそれぞれマイクロコンピュータ４６によっ
て処理して制御する制御回路（コントローラ）１７とを
具え、コントローラ１７のマイクロコンピュータ４６に
より、補助動力付自転車の従来既知の制御の他に、以下
詳細に説明する本発明による補助動力付自転車の制御を
行う。

【００２６】本発明による補助動力付自転車の動作を説
明する。図６Ａは本発明による補助動力付自転車のトル
ク制御を行うフローチャートであり、Ｂは人力トルクの
検出を行うフローチャートであり、Ｃは自転車の走行速
度を求めるフローチャートである。Ａにおいて、先ず、
スイッチＳＷ（図５）をオンすると、ステップＳ１で、
ＰＷＭ発生部４６ａ、タイマ４６ｂ、メモリ等（いずれ
も図５）をイニシャライズ（初期化）する。

【００２７】次いで、ステップＳ２において、トルクセ
ンサ４４、電池電圧検出部４８（Ａ）及び電流センサ５
７（Ｂ）（いずれも図５）の出力を読み出し、次のステ
ップＳ３において、異常の有無を検出する。異常がある
場合には、ステップＳ４において、ＬＥＤドライバ５３
（図５）により表示用ＬＥＤ５２（図５）を点灯させる
とともに、アシスト不可能等のエラー処理を行い、本ル
ーチンを終了する。

【００２８】ステップＳ３において異常がないと判断さ
れた場合、ステップＳ５において、トルクセンサ４４及
びクランク軸回転センサ４５（いずれも図５）の出力が
アシスト閾値以上であるか否か判断する。アシスト値未
満である場合には、リレーＲＳ（図５）をオフにし、ス
テップＳ７でシャットダウンカウンタ（図示せず）を
（例えば、５分）カウントアップして、ステップＳ２に
戻る。それに対して、アシスト閾値以上である場合に
は、リレー回路５８（図５）によりリレーＲＳ（図５）
をオンにし（ステップＳ８）、マップ読み取り部４６ｄ
（図５）によりマップデータを読み取る（ステップＳ
９）。次いで、電池電圧値によってＰＷＭのデューティ
比を補正して（ステップＳ１０）、補助動力用モータ１
５（図５）を駆動するためのスイッチング回路５４（図
５）を駆動して補助動力を得ることによりアシスト処理
を行い（ステップＳ１１）、ステップＳ２に戻る。

【００２９】次に、Ｂにおいて、先ず、ステップＳ２１
で、トルクセンサ４４（Ｄ）（図５）により人力トルク
を検出する。次いで、ステップＳ２２において、電池電
圧検出部４８（Ａ）（図５）により電池電圧を検出し、
本ルーチンを終了する。

【００３０】次に、Ｃにおいて、先ず、ステップＳ３１
でシャットダウンカウンタ（図示せず）をクリアする。
次いで、ステップＳ３２でタイマ４６ｂ（図３）をスト
ップする（ステップＳ３２）。次いで、ステップＳ３３
において、従動歯車２１ａ（図３）の歯によりクランク
軸回転センサ４５（Ｃ）（図５）から出されるパルス間
隔をタイマ４６ｂ（図５）でカウントし、これを速度に
変換する（ステップＳ３４）。次いで、ステップＳ３４
で変換された速度を、速度平均部４６ｅ（図５）でクラ
ンク軸回転センサ４５（Ｃ）から出されるパルスごとに
平均移動によって平均化する。次いで、ステップＳ３６
において、マップ読み取り部４６ｄ（図５）により、ス
テップＳ３５で平均化された速度に応じてアドレスを設
定する。その後タイマ４６ｂ（図５）をクリアした（Ｓ
３７）後、タイマ４６ｂ（図５）をスタートさせ（ステ
ップＳ３８）、本ルーチンを終了する。

【００３１】図７は、本発明による補助動力付自転車に
よって得られるトルク、速度及び平均化された速度の時
間変化を示す図である。本形態では、ステップＳ３４
（図６Ｃ）で変換された速度ａを、ステップＳ３５（図
６Ｃ）で平均化して平均化された速度ｂを獲得し、この
平均化された速度ｂと、トルクセンサ４４（Ｄ）（図
５）で検出されたトルクｃとを用いて、補助動力用モー
タ１５（図５）によって駆動される実際の補助動力を得
る。

【００３２】本発明による実施の形態によれば、速度平
均化部４３によって走行速度が平均化されるために走行
速度の遷移が滑らかになり、このように遷移が滑らかな
走行速度に応じて補助動力モータ１５の補助動力を決定
するので、補助動力も遷移が滑らかになり、乗り心地の
よい補助動力付自転車を提供することができる。

【００３３】また、補助動力を決定する際に、トルクセ
ンサ４４（Ｄ）で検出されたトルクに応じて補助動力を
決定するので、補助動力モータ１５の補助動力を更に適
切に決定することができ、更に乗り心地のよい補助動力
付自転車を提供することができる。また、速度の平均の
仕方は、所定の時間で検出速度を平均化してたものを用
いてもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明による補助動力付自転車によれ
ば、遷移が滑らかな走行速度に応じて補助動力を決定す
るので、補助動力も遷移が滑らかになり、乗り心地のよ
い補助動力付自転車を提供することができる。

【００３５】また、補助動力を決定する際に、検出され
たトルクに応じて補助動力を決定するので、補助動力を
更に適切に決定することができ、更に乗り心地のよい補
助動力付自転車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による補助動力付自転車の全体側面図で
ある。

【図２】図１に表す補助動力付自転車のハンガー部の伝
動系を図１の背面からケースのサイドカバーを外した状
態で示す立面図である。

【図３】図２のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの切断面による断面
を示す平面図である。

【図４】図２のＡ−Ｂ−Ｆ−Ｄ−Ｅの切断面による断面
を示す平面図である。

【図５】本発明による補助動力付自転車の制御系統の電
気回路の概略図である。

【図６】本発明による補助動力付自転車の動作を説明す
るフローチャートである。

【図７】本発明による補助動力付自転車によって得られ
るトルク、速度及び平均化された速度の時間変化を示す
図である。

【符号の説明】

１前輪２後輪３車体（フレーム）４ケース４ａケース本体４ｂ，４ｃサイドカバー４ｄボトムケース５クランク軸６，７，８軸受９クランクアーム１０ペダル１１前ギヤ（フロントスプロケット）１２後ギヤ（リヤスプロケット）１３後車軸１４チェーン１５モータ１５ａ，３２，３３軸１６バッテリ（電池）１７制御回路（コントローラ）１８駆動円板１９，３９一方向クラッチ２０，３４，３５，３６，３７軸受２１従動歯車２２スプリングプレート２３、２４ピン２５トルク検出コーン２６コイルスプリング２７止めリング２８ガイド金具２９変位センサ２９ａ接触子３０リターンスプリング３１調整ねじ３８，４０タイミングベルト用プーリ４１タイミングベルト４２小歯車４３大歯車４４（Ｄ）トルクセンサ４５（Ｃ）クランク軸回転センサ４６マイクロコンピュータ４６ａＰＷＭ発生部４６ｂタイマ４６ｃＡＤコンバータ４６ｄマップ読み取り部４６ｅ速度平均部４６ｆ踏力増減検出部４６ｇピーク検出部４６ｈモータ制御時間変更部４６ｉウォッチドッグタイマ４７パワーオンオフ回路４８（Ａ）電池電圧検出部４９１２Ｖレギュレータ５０５Ｖレギュレータ５１クランク回転検出回路５２表示用ＬＥＤ５３ＬＥＤドライバ５４スイッチング回路５５モータ停止回路５６モータ電流上限検出回路５７（Ｂ）電流センサ５８リレー回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古川俊晴埼玉県上尾市中妻３丁目１番地の１ブリヂストンサイクル株式会社内 (72)発明者佐藤行埼玉県上尾市中妻３丁目１番地の１ブリヂストンサイクル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転者の踏力を伝達する踏力伝達手段
と、電力により補助的に動力を伝達する補助動力伝達手段
と、自転車の瞬時の走行速度を検出する走行速度検出手段と
を具える補助動力付自転車において、前記走行速度検出手段から得られた信号の移動平均によ
って走行速度を平均化する走行速度平均化手段を具え、前記補助動力伝達手段は、前記走行速度平均化手段によ
って平均化された走行速度に応じて自転車に伝達する補
助動力を決定するように構成したことを特徴とする補助
動力付自転車。
【請求項２】自転車のペダルを介して伝達された踏力
をトルクとして検出するトルク検出手段を具え、前記補助動力伝達手段は、前記トルク検出手段によって
検出されたトルクに応じて自転車に伝達する補助動力を
決定するように構成したことを特徴とする請求項１記載
の補助動力付自転車。