JPH1076987A

JPH1076987A - 補助動力付き自転車

Info

Publication number: JPH1076987A
Application number: JP23624796A
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: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】補助動力機構の起動時、停止時の際のチャタリ
ングを防止する。【解決手段】走行速度を検出する走行速度検出部と、
ペダルを介して伝達される人力をトルクとして検出する
トルク検出部と、補助動力機構の駆動源に供給される電
流の電流値を検出する電池電圧検出部と、補助動力機構
に供給される電流の電流値を検出する電流検知部と、走
行速度検出部、トルク検出部、電池電圧検出部および電
流検知部のそれぞれの出力をマイコンにて処理して制御
するコントローラとの組み合わせからなる自転車におい
て、マイコンに補助動力機構の起動・停止に際して踏力
基準値を変更する踏力基準変更手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、補助動力付き自
転車に関し、とくに、補助動力機構の起動時（アシスト
オン）あるいは停止時（アシストオフ）において不可避
なチャタリング (ペダル踏力の急激な変化) 等の違和感
を軽減し乗り心地の改善を図ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の補助動力付き自転車は、乗り手の
踏力をトルクセンサに伝達しその出力値に応じて補助動
力用モータを駆動する仕組みになっていたが、この補助
動力用モータは、乗り手の安全性や乗り心地性、あるい
は補助動力装置による自転車の走行距離を延ばす観点か
ら、トルクセンサーの出力値がある段階になった時点で
駆動あるいは停止するように基準値（閾値）が設定され
ているのが普通であって、この点に関する先行文献とし
ては、例えば特開平４−３５８９８７号公報が参照され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】補助動力用モータを駆
動する際の踏力の基準値はトルクセンサーから出力され
る値がある程度大きくなったところに設定されるが、そ
の値に応じて例えば図１の如くモーターを駆動させた場
合に、モーターからの補助動力によって乗り手の踏力の
負担分が少なくなるためにトルクセンサーの出力値が小
さくなって基準値を下回ることとなり、モーターが起動
直後に停止してペダルの踏力が急激に変化(チャタリン
グ）し乗り心地を著しく損なう不利があった。

【０００４】このようなチャタリングの発生を防止する
ために、図２に示すようにモーターを駆動する基準値に
ヒステリシスを設けることも試みられているけれども、
ヒステリシスがあまり大きい場合にはモータの停止に時
間がかかるため走行フィーリングを損ねたり走行距離が
短くなる不具合があり、逆にヒステリシスが小さい場合
には例えばモータが停止しても踏力が基準値に達した場
合にすぐさまモーターが駆動してしまうためチャタリン
グの発生が避けられない。

【０００５】この発明の目的は、補助動力機構の起動時
あるいは停止時におけるチャタリング等の違和感の軽減
を図ることができる補助動力付き自転車を提案するとこ
ろにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、人力によっ
て駆動する動力伝達機構と電力によって駆動する補助動
力機構とを備えた自転車であって、この自転車は、走行
速度を検出する走行速度検出部と、ペダルを介して伝達
される人力をトルクとして検出するトルク検出部と、補
助動力機構の駆動源に供給される電流の電流値を検出す
る電池電圧検出部と、補助動力機構に供給される電流の
電流値を検出する電流検知部と、走行速度検出部、トル
ク検出部、電池電圧検出部および電流検知部のそれぞれ
の出力をマイコンにて処理して制御するコントローラと
の組み合わせからなり、該マイコンは補助動力機構の起
動・停止に際して踏力基準値を変更する踏力基準変更手
段を有する、ことを特徴とする補助動力付き自転車であ
る。

【０００７】また、この発明における、踏力基準変更手
段は、踏力が予め定めた基準値に達した時点で補助動力
機構の駆動を開始するとともに一定時間内は該補助動力
機構を継続して駆動させ、踏力が基準値を下回った場合
には補助動力機構を停止させるとともに、予め設定した
一定時間内は補助動力機構を駆動させないものが、より
好ましくは、踏力検出手段で検出した踏力が、踏力基準
値に達した時点で、該基準値を時間の経過とともに予め
設定した値まで下げる一方、この低下させた基準値を時
間経過とともに元の基準値まで戻すように変更するもの
であり、踏力が基準値以下になった場合には基準値を時
間の経過とともに予め設定した値まで上げる一方、この
上昇させた基準値を時間経過とともに元の基準値まで戻
すように変更するものが有利に適合する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明をよ
り具体的に説明する。図３はこの発明に従う補助動力付
き自転車の全体構成をその側面について示したものであ
り、また、図４は図３の補助動力付き自転車のハンガー
部の伝動系及び各検出部の一部を断面（下面図）にして
示したものである。図中３は自転車の前輪（図３参
照）、２は後輪、３は車体（フレーム）、４はハンガー
部に設けたハウシング（図３、４参照）、４ａはハウジ
ング４のサイドカバー（図４参照）、５はハウジング４
の中心部に軸受６、７、８（図４参照）を介して回転自
在に設けたクランク軸、９はクランクアーム、10はペダ
ルである。

【０００９】また、11は軸受７を介してクランク軸５に
回転自在に設けた前ギア (フロントスプロケット) 、12
は後車軸13に設けた後ギア (リヤスプロケット) 、14は
前ギア11と後ギア12とをつなぐチエーンである。また15
は電動補助動力用のモータ、16はその電源となるバッテ
リー、17はバッテリー16の電力を制御してモータ15へ供
給するコントローラである。

【００１０】図４はクランクアーム９およびモータ15に
て前ギア11を駆動するための電動系の一例を示したもの
であって、5aはクランク軸５に設けたスプライン軸部、
18はこのスプライン軸部5aに嵌合した駆動円板、19は駆
動円板18とＵ字状の２枚のスプリングプレート20を挟む
ようにクランク軸５に軸受６、７を介して回転自在に設
けた従動円板であって、21はこの従動円板19に突設した
スプリングプレート20の一端部の止めピンである。

【００１１】また、19a は前記従動円板19と一体に形成
した出力歯車であり、19b は軸受７を介してクランク軸
５に嵌合する軸筒部である。また22は駆動円板18を外包
するとともに、クランク軸５に対して軸方向に摺動自在
なスライドカップで、22a は従動円板18との摺動係合部
であり、22b は従動円板19に設けたカム部19c と係合し
てスライドカップ22を図４において右方向へ押すカム部
である。

【００１２】また、23はスライドカップ22と前記軸受８
との間のクランク軸５に嵌合したコイルばね、24は接触
子24a がスライドカップ22の壁面と係合するようにハウ
ジング４に固定して設けたポテンションメータであっ
て、このポテンションメータ24の出力信号はコントロー
ラ17へ導入されモータ15を制御するようになっている。

【００１３】また、15a はモータ15の出力軸であり、25
はこの出力軸15a に固着した歯車、26は歯車25と噛合す
る歯車、27は軸、28は歯車26と噛合する歯車であって、
この歯車28は一方向クラッチ29を介して軸30に係合して
いる。また、31は軸30の軸受、32は軸30と一体に形成し
た歯車、さらに、図４において破線で示した33は歯車32
と噛合する歯車であって、この歯車33は軸34に固着して
ある。35は軸34の両端部に設けた軸受、36は前記出力歯
車19a と噛合するように軸34に固着した歯車である。

【００１４】クランクアーム９のペダル10の踏み込みに
てクランク軸５を回転させると、スプライン軸部5aとス
プライン嵌合している駆動円板18に回転が伝えられ、さ
らにこの駆動円板18から２枚のスプリングプレート20,2
0 、ピン21、従動円板19を介して前ギア11に回転が伝え
られる。

【００１５】前ギア11が回転すればチエーン14を介して
後ギア12が回転することになり、それとともに後輪２が
回転して自転車が走行することになる。

【００１６】この場合、従動円板19と一体の出力軸19a
が回転すれば、歯車36,33,32を経て軸30も回転すること
になるが、この軸30の回転は一方向クラッチ29の作用に
よって歯車28に伝わることはない。

【００１７】また、自転車の走行中にクランク軸５にか
かるトルクが増大すると、駆動円板18と従動円板19との
間のＵ字状の２枚のスプリングプレート20,20 が撓んで
カム部19c と22b とが摺動する結果、スライドカップ22
が図４の右方向へ移動してポテンションメータ24から信
号が出力されコントローラ17にてモータ15が駆動するこ
ととなり、これによって、歯車25,26,28、一方向クラッ
チ29、軸30、歯車32,33 、軸34、歯車36,19aを介して前
ギア11が補助的に駆動される。

【００１８】この実施例は、上述した構成になる自転車
に、図５に示すような電気的制御手段を装着したもので
あって、走行速度を検出するための走行速度検出部Ａと
しては、図４に示したように、前記した出力歯車19a の
歯先に対向するようにハウジング４に固定保持したクラ
ンク軸回転センサー37を適用することができ、これによ
れば、クランク軸５および出力歯車19a の回転ととも
に、その歯先部の凹凸をクランク軸回転センサー37が検
出走行速度に応じたパルスを発生（パルス間隔の検出）
することができる。

【００１９】また、自転車のペダル10とクランクアーム
９を介して伝えられる人力によるトルクのトルク検出部
Ｂは、前記したスライドカップ22とポテンションメータ
24等によって構成することができる。すなわち、ペダル
10を通して伝達される人力によるトルクが小さければ、
ポテンションメータ24の出力信号は小さく、人力による
トルク大きければ、ポテンションメータ24にの出力信号
は大きくなる。

【００２０】図５中の符号は、上掲図３、図４において
示した符号と同等のものを示してあり、15は補助動力用
のモータ、16は電源であるバッテリー (電池) 、17はコ
ントローラ、24はトルク検出部Ｂのトルクセンサーとし
てのポテンションメータ、37は走行速度検出部Ａのセン
サーとしてのクランク軸回転センサーである。

【００２１】また、図５中のＳＷは電源電池16からコン
トローラ17に至るまでの回路中に設けたスイッチ、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、
38はコントローラ17内のマイコンであって、このマイコ
ン38にはＰＷＭ発生部38a とタイマ38b とＡＤコンバー
タ38c とタイマ38d と踏力基準変更手段38e とウオッチ
ドッグタイマ38d とを備える。

【００２２】また、39はパワーオンオフ回路、40は電池
電圧検出部、41は12Ｖレギュレータ、42は５Ｖレギュレ
ータ、43は前記クランク軸回転センサー37と供に走行速
度検出部Ａを形成するクランク回転検出回路、44はＬＥ
Ｄドライバ、45は表示用ＬＥＤ、46はスイッチング回
路、47はモータ停止回路、48はモータ電流上限検出手段
である。

【００２３】また、図におけるＣ１〜Ｃ８はコンデンサ
ー、Ｒ１〜23は抵抗、Ｑ１〜Ｑ13はトランジスタ、Ｄ１
〜Ｄ２はダイオード、ＩＣ１〜ＩＣ４は集積回路、ＦＥ
Ｔは電界効果トランジスタ、Ｘは水晶発振器である。

【００２４】回転センサー37によって走行速度を検出す
る走行速度検出部Ａと、ペダル10を介して伝えた人力を
ポテンションメータ24によってトルクとして検出するト
ルク検出部Ｂと、前記補助動力装置のモータ15に流れる
電流値を電流センサー49によって検出するモータ電流検
出部Ｃと、前記モータ15の電源電池16の電圧値を検出す
る電池電圧検出部Ｄと、前記走行速度検出部Ａ、トルク
検出部Ｂ、モータ電流検出部Ｃ、電池電圧検出部Ｄの出
力をマイコン38によって処理して制御するコントローラ
17とを組み合わせルことによって、コントローラ17のマ
イコン38により、前記トルク検出部Ｂの出力値が補助動
力機構によるアシストを開始する閾値 (基準値) に達し
た場合にアシストを開始すると供にマイコン17内の基準
値変更手段38e によって前記閾値を時間の経過とともに
予め設定した値まで下げる一方、この低下させた基準値
を時間の経過とともに元の値まで戻すように変更し、踏
力が閾値以下になった場合には基準値を時間の経過とと
もに予め設定した値まで上げる一方、この上昇させた基
準値を時間の経過とともに元の値まで戻すように変更す
るので、補助動力機構の起動時や停止時においてチャタ
リング等の違和感を起こすようなことはない。

【００２５】図６、図７はこの発明に従う自転車に関し
踏力、閾値およびモータ電流の関係を示したものである
が、何れの場合も補助動力機構が起動、停止は以下の要
領にて行われる。

【００２６】ａ. 電源のオンにより各センサー、電池電
圧等のチェックが行われ、チェックにおいて異常がなけ
ればアシストを可能とする。ｂ. ペダルを踏み込むとトルクセンサの出力が上昇しア
シスト開始の閾値に達するが、アシスト処理をする前
に、閾値はある値まで下げられる。ｄ. この時コントローラは速度センサの値から算出され
た速度値とトルクセンサの値と所定のアシスト率に応じ
て補助動力であるモータの駆動用PWM （パルス幅制御）
波形を出力される。ｅ. 補助動力用モータが駆動されると、そのアシストに
より踏力の負担が小さくなり、トルクセンサ出力が減少
するが、アシストの閾値がさがっているため、補助動力
用モータがオフすることはない。ｆ. この閾値は時間の経過とともに上昇し、もとの値に
戻る (この発明では１次増加関数を用いることができる
が他の関数であってもよい）。ｇ. 踏力がその後上昇しピークを過ぎて下降するとトル
クセンサーの出力が低下して再び閾値に達すると、閾値
が予め設定した値まで上昇しモータがオフすることにな
る。ｈ. 補助動力用モータがオフされるとモータからの補助
力がなくなるため下降していた踏力が再び上昇するが、
閾値がすでに上昇して高い値になっているためトルクセ
ンサーの出力が上昇してもすぐに補助動力用モータはオ
ンするようなことはなく、閾値はその後所定の時間内で
もとの値に戻る。

【００２７】図８〜図13は図６、図７に示したこの発明
に従う補助動力付き自転車の制御に関する具体的なフロ
ーチャートを示したものである。

【００２８】電源のオンによってまず、RAM の初期化等
のイニシャライズがなされる。そして、図８のメインル
ーチンのセンサー読み取り過程で、図９に示すような要
領で人力トルクや電池電圧等の読み取りを行う。

【００２９】次に、センサーにて読み込んだ値に異常が
あればその異常をLED で表示し、補助動力用モータが動
作中であればその動作を停止させるエラー処理を行う
が、その値に異常がなければ踏力がアシストを開始する
閾値以上であるかを判断し、アシストを開始する閾値以
上であれば図10に示す閾値変更１の処理ルーチンへ移
る。

【００３０】閾値変更１のルーチンではまず、アシスト
中であるかどうかの判断がなされ、アシスト中でなけれ
ば閾値を下げタイマをスタートさせメインルーチンに戻
り、アシスト中であればタイマが所定の値に達したかど
うかの判断がなされ所定の値に達していない場合にはメ
インルーチンへ戻る。タイマが所定の値に達していれば
タイマをクリアにし閾値をもとの値に戻しメインルーチ
ンへ戻る。

【００３１】メインルーチンにおいて踏力がアシストを
開始する閾値を超えていない場合には図11のような閾値
変更２のルーチンへ移行するが、ここでは、アシスト中
かどうかの判断がなされ、アシスト中ならば閾値を上げ
るとともにタイマをスタートさせメインルーチンへ戻
る。再び閾値変更２に移行しアシスト中かどうかの判断
においてアシスト中でないと判断された場合にはタイマ
が所定の値に達したかどうかの判断がなされ所定の値に
達していないと判断されたならばメインルーチンへ戻
り、所定の値に達していると判断されたならばタイマを
クリアするととも閾値をもとの値に戻しメインルーチン
に戻ることになる。

【００３２】図12、図13は上掲図７に示したような制御
を行う場合のフローチャートを示したものであって、図
８のメインルーチンにおいてセンサー値に異常がなく、
踏力がアシストを開始する閾値以上であると判断された
場合に図12の閾値変更１の処理ルーチンへ移行し、ここ
で、アシスト中かどうかの判断を行い、アシスト中でな
いと判断された場合には閾値を所定の値まで下げるとと
もに、この閾値を時間の経過とともに変動させる時間リ
ミッター用のタイマをスタートさせた後メインルーチン
に戻る。

【００３３】メインルーチンにおいて再びセンサーの読
み取りを行い、異常の有無を判断し異常がなければ踏力
がアシストを開始する閾値以上にあるかどうが判断す
る。この段階において上記のように閾値を下げるような
処理がなされている場合には人踏力は閾値よりも高い値
になり、閾値変更１のルーチンへ移行する。

【００３４】閾値変更１のルーチンでは、アシスト中か
どうかの判断がなされ、アシスト中である場合には次の
タイマーが所定の値に達したがどうかが判断される。そ
して、タイマーが所定の値に達していないと判断された
場合には閾値をΔＳだけ上昇させもとの閾値に近づけ、
メインルーチンに戻りアシスト処理を行い再びループを
繰り返す。なお、閾値変更１のルーチンにおいて、タイ
マーが所定の値に達したかどうかの判断の際に、タイマ
ーが所定の値に達していると判断された場合は閾値はも
との値に戻っているためタイマーはクリアーされてメイ
ンルーチンへ戻ることになる。

【００３５】メインルーチンにおいて踏力がアシストを
開始する閾値以上になっているかどうかの判断において
踏力がアシストを開始する閾値に満たない場合において
は図13に示すようにな閾値変更２のルーチンへ移行す
る。

【００３６】閾値変更２のルーチンでは、アシスト中で
あるかどうかがまず判断される。現在アシスト中であれ
ば閾値は上昇され、これと供に閾値を変動させる時間リ
ミッター用のタイマーをスタートさせてからメインルー
チンへ戻り、PWM 波形の出力を停止するとともに補助動
力用モータを止めてアシストを停止する。

【００３７】メインルーチンにおけるセンサー読み取り
過程に戻り各センサーの値に異常がないかどうかの判断
を行い、異常がなければ踏力がアシストを開始する閾値
以上であるかどうかの判断を行う。上記のように、前回
のループで閾値を上昇させている場合には人力はアシス
トを開始する閾値よりも小さくなっているため再び閾値
変更２のループへ移行する。

【００３８】閾値変更２のループにおいてはアシスト中
かどうかの判断がなされるが、アシスト中でない場合に
はタイマが所定の値に達しているかどうか判断され、所
定の値に達していないと判断された場合には閾値をΔＳ
だけ降下させもとの閾値に近づけ、メインルーチンに戻
りPWM 停止処理を行い再びループを繰り返す。

【００３９】閾値変更２においてタイマが所定の値にな
っているかどうかの判断に際して所定の値に達している
場合には閾値はもとの値に戻っているためタイマはクリ
アされてメインルーチンに戻ることになる。

【００４０】

【発明の効果】この発明によれば、補助動力機構の起動
あるいは停止時に起こっていたチャタリングを回避する
ことができるので走行フィーリングを改善することがで
きる。また、とくに、閾値を時間の経過とともに変化さ
せる場合には、トルクセンサーの出力値が大きく変動し
たような場合の補助動力の起動、停止に対して迅速な対
応ができるので交差点等での不用意な飛び出しを防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の補助動力付き自転車における踏力、踏力
基準値（閾値）、モータ電流の経時的変化を示した図で
ある。

【図２】従来の補助動力付き自転車における踏力、踏力
基準値、モータ電流の経時的変化を示した図である。

【図３】この発明に従う補助動力付き自転車の側面を示
した図である。

【図４】この発明に従う補助動力付き自転車のハンガー
部の伝動系および各検出部の一部について示した断面図
である。

【図５】この発明に従う補助動力付き自転車の制御系の
電気回路の概略図である。

【図６】この発明に従う補助動力付き自転車の閾値の変
動状況を示した図である。

【図７】この発明に従う補助動力付き自転車の閾値の変
動状況を示した図である。

【図８】この発明に従う補助動力付き自転車の動作を示
すフローチャートである。

【図９】センサー読み取りのフローチャートを示す図で
ある。

【図１０】閾値変更１のフローチャートを示す図であ
る。

【図１１】閾値変更２のフローチャートを示す図であ
る。

【図１２】閾値変更１のフローチャートを示す図であ
る。

【図１３】閾値変更２のフローチャートを示す図であ
る。

【符号の説明】

１前輪２後輪３車体４ハウジング 4a サイドカバー５クランク軸 5a スプライン軸部６軸受７軸受８軸受９クランクアーム 10 ペダル 11 前ギア 12 後ギア 13 後車軸 14 チェーン 15 モータ 15a 出力軸 16 バッテリー 17 コントローラ 18 駆動円板 19 従動円板 19a 出力歯車 19b 軸筒部 19c カム部 20 スプリングプレート 21 止めピン 22 スライドカップ 22a 摺動係合部 22b カム部 23 コイルばね 24 ポテンションメータ 24a 接触子 25 歯車 26 歯車 27 軸 28 歯車 29 一方向クラッチ 30 軸 31 軸受 32 歯車 33 歯車 34 軸 35 軸受 36 歯車 37 クランク軸回転センサー 38 マイコン 39 パワーオンオフ回路 40 電池電圧検出部 41 12Ｖレギュレータ 42 ５Ｖレギュレータ 43 クランク回転検出回路 44 ＬＥＤドライバ 45 表示用ＬＥＤ 46 スイッチング回路 47 モータ停止回路 48 モータ電流上限検出手段 49 電流センサーＡ走行速度検出部Ｂトルク検出部Ｃモータ電流検出部Ｄ電流検知部Ｃ１〜Ｃ８コンデンサーＲ１〜Ｒ２３抵抗Ｑ１〜Ｑ１３トランジスターＤ１〜Ｄ２ダイオードＩＣ１〜ＩＣ４集積回路ＦＥＴ電界効果トランジスタＸ水晶発振器

───────────────────────────────────────────────────── 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３−１−１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３−１−１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】人力によって駆動する動力伝達機構と電
力によって駆動する補助動力機構とを備えた自転車であ
って、この自転車は、走行速度を検出する走行速度検出部と、
ペダルを介して伝達される人力をトルクとして検出する
トルク検出部と、補助動力機構の駆動源に供給される電
流の電流値を検出する電池電圧検出部と、補助動力機構
に供給される電流の電流値を検出する電流検知部と、走
行速度検出部、トルク検出部、電池電圧検出部および電
流検知部のそれぞれの出力をマイコンにて処理して制御
するコントローラとの組み合わせからなり、該マイコン
は補助動力機構の起動・停止に際して踏力基準値を変更
する踏力基準変更手段を有する、ことを特徴とする補助
動力付き自転車。
【請求項２】踏力基準変更手段は、踏力が予め定めた
基準値に達した時点で補助動力機構の駆動を開始すると
ともに一定時間内は該補助動力機構を継続して駆動さ
せ、踏力が基準値を下回った場合には駆動機構を停止さ
せるとともに、予め設定した一定時間内は補助動力機構
を駆動させないものである、請求項１記載の自転車。
【請求項３】踏力基準変更手段は、踏力検出手段で検
出した踏力が、踏力基準値に達した時点で、該基準値を
時間の経過とともに予め設定した値まで下げる一方、こ
の低下させた基準値を時間経過とともに元の基準値まで
戻すように変更するものであり、踏力が基準値以下にな
った場合には基準値を時間の経過とともに予め設定した
値まで上げる一方、この上昇させた基準値を時間経過と
ともに元の基準値まで戻すように変更するものである、
請求項１記載の補助動力付き自転車。