KR101014278B1 - 전동 어시스트 자전거 - Google Patents

Abstract

본 발명은 답력에 대응하는 보조 동력을 발생시키는 모터(3)를 구비한다. 보조 동력을 발생·정지시키는 작동 조건에 의거하여 모터(3)의 동작을 제어하는 모터 컨트롤러(1)를 구비한다. 작동 조건은 보조 동력을 발생시키는 발생 조건과 보조 동력을 정지시키는 정지 조건을 1세트로 하여 구성된다. 이 작동 조건은 모터의 소비 전력량이 다른 복수 세트로 설정된다. 모터 컨트롤러(1)는 이들 복수 세트의 작동 조건을 시프팅하여 모터 제어용 작동 조건으로 하는 작동 조건 시프팅 수단(32)을 구비하고 있다.

전동 어시스트 자전거, 보조 동력, 모터 컨트롤러, 작동 조건 시프팅 수단

Description

전동 어시스트 자전거{MOTORIZED ASSIST BICYCLE}

본 발명은 미리 정한 발생·정지 조건이 만족됐을 때에 보조 동력의 발생·정지를 시프팅(shifting)하는 전동 어시스트 자전거에 관한 것이다.

종래, 탑승자의 답력(踏力)에 거의 비례하는 보조 동력을 모터에 의해 발생시키는 전동 어시스트 자전거로서는 배터리의 1회 충전당 항속 거리를 연장시키기 위해 보조 동력이 불필요할 때는 모터를 정지시키는 것이 있다. 이러한 종류의 전동 어시스트 자전거로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 2000-72080호 공보에 개시되어 있는 것이 있다.

이 공보에 나타낸 전동 어시스트 자전거는 탑승자의 답력이 미리 정한 어시스트 컷 답력보다 작은 상태가 소정 시간 계속됐을 때에 보조 동력을 정지시키고, 탑승자의 답력이 미리 정한 어시스트 재개 답력보다 커질 때에 보조 동력을 발생시키는 구성이 채택되어 있다. 어시스트 컷(assistance-stopping) 답력과 어시스트 재개(assistance-restarting) 답력은 모두 일정한 값이며 전동 어시스트 자전거의 소유자가 변경할 수는 없다.

상술한 바와 같이 구성된 종래의 전동 어시스트 자전거는 항속 거리가 연장되는 반면, 사용의 편리가 악화될 우려가 있었다. 이것은 탑승자의 체력에는 차이가 있고, 또한 예를 들면 포장 도로에서 비포장 도로로 들어간 경우 등과 같이 노면 상황이 급변하는 경우가 있기 때문이다. 즉, 종래의 전동 어시스트 자전거에 있어서는 보조 동력이 불필요할 때에 보조 동력이 발생하거나 보조 동력이 필요할 때에 발생하지 않는 경우가 있기 때문에 사용의 편리가 악화될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위해 이루어진 것으로, 항속 거리가 연장되는 운전 형태와 필요할 때에 보조 동력이 충분히 발생하는 운전 형태를 시프팅할 수 있는 전동 어시스트 자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전동 어시스트 자전거는 답력의 크기에 대응한 보조 동력을 발생시키는 모터, 및 상기 보조 동력을 발생·정지시키는 작동 조건에 의거하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 컨트롤러를 구비한 전동 어시스트 자전거로서, 상기 작동 조건은 보조 동력을 발생시키는 발생 조건과 보조 동력을 정지시키는 정지 조건을 1세트로 하여 구성되고, 또한 이 작동 조건은 모터의 소비 전력량이 다른 복수 세트로 설정되고, 상기 모터 컨트롤러는 이러한 복수 세트의 작동 조건을 시프팅하여 모터 제어용 작동 조건으로 하는 작동 조건 시프팅 수단을 구비하고 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 모터의 소비 전력량이 상대적으로 적어지는 작동 조건이 모터 제어용 작동 조건으로서 시프팅됨으로써 배터리의 1회 충전당 항속 거리가 연장된다. 또한, 모터의 소비 전력량이 상대적으로 많아지는 작동 조건이 모터 제어용 작동 조건으로서 시프팅됨으로써 보조 동력이 필요할 때에 부족하지 않게 발생된다.

따라서 본 발명에 의하면, 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태의 시프팅이 가능하므로 사용이 편리한 전동 어시스트 자전거를 제공할 수 있다.

청구항 2 기재의 발명에 의하면, 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태의 시프팅을 탑승자가 스위치 조작에 의해 필요에 따라 행할 수 있다. 이 때문에, 보다 한층 사용이 편리한 전동 어시스트 자전거를 제공할 수 있다.

청구항 3 기재의 발명에 의하면, 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태가 운전 상태에 적합하도록 자동적으로 선택된다. 이 때문에, 탑승자는 운전 형태의 시프팅을 의식하지 않아도 되므로 보다 한층 사용이 편리한 전동 어시스트 자전거를 제공할 수 있다.

청구항 4 기재의 발명에 의하면, 발생하는 보조 동력이 서서히 증대되므로 보조 동력이 발생하지 않는 상태로부터 보조 동력이 발생하는 운전 형태로 이행했을 때에 탑승자에게 위화감을 주지 않는다.

청구항 5 기재의 발명에 의하면, 답력이 최소가 되었을 때에 보조 동력이 정지하므로 보조 동력의 정지시에 탑승자에게 위화감을 주지 않는다.

청구항 6 기재의 발명에 의하면, 탑승자가 각 작동 조건 문턱값을 가장 알맞은 조건이 되도록 임의로 변경할 수 있으므로 탑승자의 체력, 기호 등에 적합하도록 보조 동력을 발생시킬 수 있다.

청구항 7 기재의 발명에 의하면, 탑승자는 표시 수단을 봄으로써 보조 동력이 발생되고 있는지 정지되어 있는지를 알 수 있다. 이 때문에 본 발명에 의하면, 보조 동력이 발생하는 상황을 용이하게 파악할 수 있는 전동 어시스트 자전거를 제공할 수 있다.

청구항 8 기재의 발명에 의하면, 전원 투입시 등의 작동 조건 시프팅 수단의 기동시에 전회의 주행시에 선택한 작동 조건이 자동적으로 선택된다. 이 때문에 본 발명에 의하면, 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태의 시프팅을 작동 조건 시프팅 수단의 기동시마다 행할 필요가 없다. 따라서, 상술한 바와 같은 운전 형태의 시프팅을 행할 수 있는 구성을 채택함에도 불구하고 조작이 간단한 전동 어시스트 자전거를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전동 어시스트 자전거의 제어계의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 2는 보조 동력 ON/OFF 계산 수단 및 작동 조건 시프팅 수단의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 3은 답력 변화에 대한 작동 조건마다의 보조 동력의 발생·정지를 나타내는 타임 차트이다.

도 4는 작동 조건 변경에 기인하여 보조 동력이 발생할 때의 보조 동력의 변화를 나타내는 타임 차트이다.

도 5는 주행중에 보조 동력이 발생할 때의 보조 동력의 변화를 나타내는 타 임 차트이다.

도 6은 보조 동력을 정지하는 시기를 나타내는 타임 차트이다.

도 7은 작동 조건을 선택할 때의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.

도 8은 보조 동력의 발생·정지를 제어할 때의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.

이하, 본 발명에 의한 전동 어시스트 자전거의 일실시형태를 도 1 내지 도 8에 의해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 전동 어시스트 자전거의 제어계의 구성을 나타내는 블럭도, 도 2는 보조 동력 ON/OFF 계산 수단 및 작동 조건 시프팅 수단의 구성을 나타내는 블럭도, 도 3은 답력 변화에 대한 작동 조건마다의 보조 동력의 발생·정지를 나타내는 타임 차트, 도 4는 작동 조건 변경에 기인하여 보조 동력이 발생할 때의 보조 동력의 변화를 나타내는 타임 차트이다.

도 5는 주행중에 보조 동력이 발생할 때의 보조 동력의 변화를 나타내는 타임 차트, 도 6은 보조 동력을 정지하는 시기를 나타내는 타임 차트, 도 7은 작동 조건을 시프팅할 때의 동작을 나타내는 플로우 챠트, 도 8은 보조 동력의 발생·정지를 제어할 때의 동작을 나타내는 플로우 챠트이다.

이러한 도면에 있어서 부호 1로 나타내는 것은 이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거용 모터 컨트롤러를 나타낸다. 이 모터 컨트롤러(1)는 배터리(2), 이 배터리(2)를 전원으로 하여 보조 동력을 발생시키는 모터(3), 후술하는 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4), 작동 조건 시프팅 스위치(5) 및 작동 조건 문턱값 설정 수단(6), 보조 동력 작동 표시 수단(7), 가속도 센서(8), 경사각 센서(9), 차속 센서(10), 및 토크 센서(11)가 접속되어 있다.

작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4), 작동 조건 시프팅 스위치(5) 및 작동 조건 문턱값 설정 수단(6)은 후술하는 바와 같이, 이 전동 어시스트 자전거에 있어서 복수 세트의 작동 조건(각 세트마다 보조 동력의 발생·정지의 조건이 다름)을 시프팅하기 위해 사용하는 것이다. 이들 스위치는 각각 소위 푸쉬 버튼 스위치로 이루어지고, 이것을 누름으로써 작동 조건의 시프팅 또는 문턱값의 변경을 행할 수 있도록 모 터 컨트롤러(1)에 접속되어 있다. 이들 스위치는 보조 동력 작동 표시 수단(7)과 함께 스위치 박스(12)에 설치되고, 이 스위치 박스(12)를 통하여 조향 핸들(도시 생략)에 장착되어 있다.

보조 동력 작동 표시 수단(7)은 램프로 구성되어 있다. 가속도 센서(8)는 이 전동 어시스트 자전거의 주행시의 가속도를 검출하기 위한 것이다. 경사각 센서(9)는 비탈길 등에서 전방 또는 후방으로 경사지는 차체의 경사 각도를 검출하기 위한 것이다. 차속 센서(10)는 바퀴, 페달 크랭크축, 모터(3) 등의 회전체의 회전에 의거하여 차속을 검출하기 위한 것이다. 또한, 차속을 검출하는 것에 있어서는 차속 센서(10)를 사용하는 일없이 모터 전압·모터 전류 등을 사용한 연산에 의해 산출할 수도 있다. 토크 센서(11)는 탑승자가 페달(도시 생략)을 밟았을 때의 답력의 크기를 검출하기 위한 것이다.

모터 컨트롤러(1)는 모터(3) 출력의 연산이나 보조 동력의 발생·정지의 제 어 등을 실시하는 CPU(21), 이 CPU(21)에 의해 계산된 전류값을 가지고 모터(3)에 전류를 흘려보내는 모터 구동 회로(22), 및 후술하는 작동 조건을 기억하기 위한 기억 수단(23)을 구비하고 있다. 이 기억 수단(23)은 불휘발성 메모리로 구성되어 있다. 모터 구동 회로(22)에는 모터(3)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 회로(24)가 제공되어 있다.

CPU(21)는 종래부터 잘 알려져 있는 방법에 따라 모터(3)의 출력을 구하는 구성을 채택하고 있다. 즉, CPU(21)는 토크 센서(11)의 전압에 의거하여 토크(답력)의 크기를 구하는 토크 센서 입력 처리 수단(25), 이 토크 센서 입력 처리 수단(25)에 의해 구해진 답력의 크기에 대응하는 모터(3)의 출력(전류 지령값)을 구하는 토크 전류 계산 수단(26), 및 이 토크 전류 계산 수단(26)에 의해 구해진 전류 지령값에 의거하여 모터 구동시의 듀티비를 구하는 듀티 계산 수단(27)을 구비하고 있다.

이 CPU(21)는 모터(3)의 동력으로부터 보조 동력을 발생시킬 때에 모터 구동 회로(22)에 그때의 탑승자의 답력에 대응한 모터 출력을 얻을 수 있도록 PWM 출력 데이터를 전송한다. 한편, CPU(21)는 보조 동력을 정지시킬 때 보조 동력이 없어지도록 모터 구동 회로(22)에 PWM 출력 데이터를 전송한다. 여기서 말하는 보조 동력의 정지란 모터(3)가 정지하는 것 외에 모터(3)와 바퀴 사이의 동력 전달 부재가 바퀴와 일체로 회전하도록 모터(3)가 회전하는 상태를 포함한다. 이와 같이 보조 동력은 발생하지 않지만 모터(3)는 회전하는 상태를 이하에 있어서는 무부하 연계 회전 상태라고 한다.

CPU(21)는 보조 동력의 발생·정지를 미리 정한 작동 조건에 의거하여 시프팅하는 구성을 채택하고 있다. CPU(21)는 이것을 실현하기 위해서 도 2에 나타내는 바와 같이 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31), 작동 조건 시프팅 수단(32), 차량 부하 계산 수단(33), 및 부하 토크 옵저버(34) 등을 구비하고 있다.

보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)은 이 실시형태에 있어서 토크 센서 입력 처리 수단(25)에 의해 구해진 입력 토크의 크기(탑승자의 답력의 크기)가 보조 동력을 발생시키는 조건(이하, 이 조건을 간단히 보조 동력 발생 조건이라 한다)을 만족시켰을 때에 보조 동력이 발생하도록 듀티 계산 수단(27)에 제어 신호를 송출한다. 또한, 이 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)은 입력 토크의 크기가 보조 동력을 정지시키는 조건(이하, 이 조건을 간단히 보조 동력 정지 조건이라 한다)을 만족시키고, 또한 이 조건을 만족시키는 상태가 미리 정한 시간[정지 대기 시간(Tw)]만큼 계속된 후에 보조 동력이 없어지도록 듀티 계산 수단(27)에 제어 신호를 전송한다.

이 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)은 보조 동력을 정지시키는 것에 있어서 미리 정한 시간만큼 모터(3)를 무부하 연계 회전 상태로 한 후에 정지시킨다. 또한, 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)은 보조 동력을 발생시킬 때에 보조 동력 작동 표시 수단(7)을 점등시킨다. 또한, 보조 동력의 발생·정지를 제어해야 할 운전 상태를 검출하는 것에 있어서는 상술한 바와 같이 답력의 크기를 사용하는 것 외에 이하에 설명된 데이터를 사용할 수 있다. 이 데이터는 최대 답력과 최소 답력의 차분의 크기나, 답력의 단위 시간당의 변화량, 페달 회전수의 변화분(회전 감소로 보조 동력 증대) 또는 이들을 조합하여 구한 값 등이다.

보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)이 듀티 계산 수단(27)에 제어 신호를 전송할 때의 조건, 즉 보조 동력을 발생·정지시키는 작동 조건은 보조 동력을 발생시키는 발생 조건과 보조 동력을 정지시키는 정지 조건을 1세트로 하여 구성되어 있다. 이 작동 조건은 후술하는 바와 같이 모터(3)의 소비 전력량이 다른 복수 세트로 설정되어 있다.

이들 복수 세트의 작동 조건은 미리 정해져 있고, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 기억 수단(23)에 기억된다. 이들 작동 조건은 후술하는 바와 같이 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)에 의해 필요에 따라 판독되거나 갱신된다.

또한, 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)은 도 2에 나타내는 바와 같이 후술하는 보조 동력 저감 수단(35), 최소 시기 검출 수단(36), 보조 동력 정지 수단(37), 및 설정 보존 수단(38)을 구비하고 있다.

작동 조건 시프팅 수단(32)은 후술하는 2개의 작동 조건을 시프팅하여 모터 제어용 작동 조건으로 한다. 상세하게 설명하면, 작동 조건 시프팅 수단(32)은 2개의 작동 조건 중 어느 한쪽의 작동 조건을 수동 또는 자동으로 선택하고, 이 한쪽의 작동 조건을 작동 조건 시프팅 결과 정보로서 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)에 전송하도록 구성되어 있다. 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)은 작동 조건 시프팅 정보에 대응한 작동 조건을 기억 수단(23)으로부터 판독하고, 이 작동 조건에 의거하여 상술한 모터 제어를 행한다.

2개의 작동 조건은 이 실시형태에 있어서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 모터(3)의 소비 전력량이 상대적으로 많아지는 작동 조건 1과, 모터(3)의 소비 전력 량이 상대적으로 적어지는 작동 조건 2가 있다. 작동 조건 1이 선택된 경우의 운전 모드를 이하에 있어서는 간단히 통상 모드라고 한다. 또한, 작동 조건 2가 선택된 경우의 운전 모드를 이하에 있어서는 저소비 전류 모드라고 한다.

이들 2개의 작동 조건 1, 2는 보조 동력을 발생시킬 때의 조건인 보조 동력 발생 조건 1, 2와, 보조 동력을 정지시킬 때의 조건인 보조 동력 정지 조건 1, 2로 각각 구성되어 있다. 이러한 발생·정지 조건 1, 2는 도 3에 나타내는 바와 같이 설정되어 있다.

도 3에 있어서, 동일한 도면 중에 나타내는 정현파 형상의 곡선은 답력이 변화되는 양상을 나타내고 있고, 가로축에 시간을 나타내고 세로축에 답력의 크기를 나타낸다. 도 3에 있어서는 보조 동력 작동 조건 1로서 설정된 답력의 값을 보조 동력 발생 답력 1로 하고, 보조 동력 정지 조건 1로서 설정된 답력의 값을 보조 동력 정지 답력 1로 하여 나타낸다. 보조 동력 정지 답력 1은 보조 동력 발생 답력 1보다 작은 값으로 설정되어 있다.

또한, 도 3에 있어서는 보조 동력 작동 조건 2로서 설정된 답력의 값을 보조 동력 발생 답력 2로 하고, 보조 동력 정지 조건 2로서 설정된 답력의 값을 보조 동력 정지 답력 2로 하여 나타낸다. 보조 동력 발생 답력 2는 보조 동력 발생 답력 1보다 큰 값으로 설정되어 있다. 또한, 보조 동력 정지 답력 2는 보조 동력 발생 답력 2보다 작고 또한 보조 동력 발생 답력 1보다 큰 값으로 설정되어 있다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 작동 조건 1이 선택된 경우(통상 모드)는 작동 조건 2가 선택된 경우(저소비 전류 모드)에 비해 탑승자의 답력이 상대적으로 작아도 보조 동력이 발생하게 된다.

작동 조건 시프팅 수단(32)에는 도 2에 나타내는 바와 같이 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4), 작동 조건 시프팅 스위치(5), 및 작동 조건 문턱값 설정 수단(6)이 접속되어 있다. 또한, 작동 조건 시프팅 수단(32)에는 CPU(21) 내에 있어서 부하 검출 수단(39)이 접속되어 있다.

작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)는 작동 조건 1과 작동 조건 2의 시프팅을 수동으로 행할지 자동으로 행할지를 선택하기 위한 것이다. 작동 조건 시프팅 스위치(5)는 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)에 의해 수동이 선택되는 경우에 작동 조건 1과 작동 조건 2 중 어느 한쪽을 선택하기 위한 것이다.

작동 조건 문턱값 설정 수단(6)은 작동 조건 1의 보조 동력 발생 조건 1 및 보조 동력 정지 조건 1에 설정된 답력의 값(문턱값)과, 작동 조건 2의 보조 동력 발생 조건 2 및 보조 동력 정지 조건 2에 설정된 답력의 값(문턱값)을 각각 수동에 의한 스위치 조작에 의해 기호에 따라 임의의 값으로 변경하기 위한 것이다.

부하 검출 수단(39)은 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)에 의해 자동이 선택되는 경우에 이 전동 어시스트 자전거의 현재의 부하를 연산함으로써 구해진 회로를 채택하고 있다. 이 실시형태에 의한 부하 검출 수단(39)은 부하 토크 옵저버(34)(도 1 참조)로 구성되어 있다. 이 부하 토크 옵저버(34)는 일반적으로 외란 옵저버(disturbance observer)라고 불리고, 알려지지 않은 정보로서 차량 부하를 설정한다.

이 실시형태에 의한 부하 토크 옵저버(34)는 차속 센서(10)에 의해 검출된 차속, 토크 센서(11)에 의해 검출된 입력 토크(탑승자의 답력), 및 토크 전류 계산 수단(26)에 의해 설정된 전류 지령값(모터 출력)을 이용하여 차체의 부하를 검출하는 구성을 채택하고 있다. 또한, 차체의 부하를 검출하기 위해서는 상기 부하 토크 옵저버(34) 이외에, 도 1 및 도 2에 나타낸는 바와 같이 차량 부하 계산 수단(33)을 사용할 수 있다.

이 차량 부하 계산 수단(33)은 가속도 센서(8)에 의해 검출된 차체의 가속도와, 경사각 센서(9)에 의해 검출된 경사각에 의거하여 차체의 부하를 연산함으로써 구해진 회로를 채택하고 있다. 상술한 부하 검출 수단(39)은 부하 토크 옵저버(34)와 차량 부하 계산 수단(33) 중 어느 한쪽만으로 구성할 수 있지만, 이 밖에 부하 토크 옵저버(34)와 차량 부하 계산 수단(33)의 양쪽에 부하를 산출하고, 이들 부하의 예를 들면 평균값을 채용하도록 구성할 수도 있다.

이 실시형태에 의한 작동 조건 시프팅 수단(32)은 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)에 의해 수동이 선택되는 경우, 작동 조건 시프팅 스위치(5)에 의해 선택된 작동 조건을 작동 조건 시프팅 결과 정보로서 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)에 전송한다. 또한, 작동 조건 시프팅 수단(32)은 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)에 의해 자동이 선택되는 경우, 부하 검출 수단(39)에 의해 구해진 차체의 부하에 의거하여 작동 조건 1과 작동 조건 2 중 어느 한쪽을 자체적으로 선택한다.

이 선택시에 차체의 부하가 미리 정한 부하보다 클 때는 작동 조건 1(통상 모드)이 선택되고, 차체의 부하가 설정 부하 이하일 때는 작동 조건 2(저소비 전류 모드)가 선택된다. 그리고, 작동 조건 시프팅 수단(32)은 이와 같이 자체적으로 선택한 작동 조건을 작동 조건 시프팅 결과 정보로서 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)에 전송한다.

즉, 작동 조건 시프팅 수단(32)은 복수 세트의 작동 조건(작동 조건 1과 작동 조건 2)을 시프팅하여 모터 제어용 작동 조건으로 한다.

보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)의 보조 동력 저감 수단(35)은 보조 동력이 발생할 때에 탑승자에게 위화감을 주지 않도록 하기 위한 것이다. 이 보조 동력 저감 수단(35)은 탑승자의 답력에 대한 보조 동력의 비율이 통상시보다 상대적으로 작아지도록 보조 동력의 발생시의 크기를 설정한다.

이 보조 동력 저감 수단(35)에 있어서는, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이 작동 조건 2가 선택된 저소비 전류 모드에 있어서 보조 동력이 발생하지 않는 상태에서 시간(T1)일 때에 작동 조건 1로 시프팅되어 보조 동력이 발생하게 된 경우, 인력계의 입력에 대한 보조 동력의 비율을 0으로부터 통상 레벨에 도달할 때까지 서서히 증대시킨다. 또한, 이하에 있어서는 인력계의 입력(답력)에 대한 보조 동력의 비율을 간단히 어시스트비라고 한다.

또한, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 작동 조건 2가 선택된 저소비 전류 모드에 있어서 보조 동력이 발생하지 않는 상태에서 답력이 보조 동력 발생 답력 2를 넘은 경우[시간(T2)], 어시스트비를 0으로부터 통상 레벨에 도달할 때까지 서서히 증대시킨다.

보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)의 최소 시기 검출 수단(36)과 보조 동력 정지 수단(37)은 주행중에 보조 동력을 정지시켰을 때에 탑승자에게 위화감을 주지 않도록 하기 위한 것이다.

최소 시기 검출 수단(36)은 탑승자의 답력의 변화를 상시 검출하고, 보조 동력을 정지하는 공정에 있어서 정지 대기 시간(Tw)이 경과한 후이고, 답력의 크기가 최소가 되었을 때에 검출 신호를 보조 동력 정지 수단(37)에 송출한다.

보조 동력 정지 수단(37)은 최소 시기 검출 수단(36)으로부터 검출 신호가 전송되었을 때에 보조 동력을 정지시키는 구성을 채택하고 있다. 이들 최소 시기 검출 수단(36)과 보조 동력 정지 수단(37)을 구비한 보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)에 있어서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 작동 조건 2가 선택된 저소비 전류 모드에 있는 경우, 탑승자의 답력이 예를 들면 보조 동력 정지 답력 2를 밑돌고[시간(T3)], 이 답력이 낮은 상태가 미리 정한 시간만큼 경과하여[시간(T4)], 그 후에 답력이 최소가 되었을 때에(T5) 최소 시기 검출 수단(36)으로부터 보조 동력 정지 수단(37)에 검출 신호가 전송되어 보조 동력 정지 수단(37)이 보조 동력을 정지시킨다.

보조 동력 ON/OFF 계산 수단(31)의 설정 보존 수단(38)은 작동 조건 시프팅 수단(32)에 의해 시프팅되어 있는 현재의 작동 조건(작동 조건 1 또는 작동 조건 2)과, 이 작동 조건에 설정되어 있는 문턱값(보조 동력 발생 답력 1, 2, 및 보조 동력 정지 답력 1, 2)을 기억 수단(23)에 기억시킨다. 또한, 이 설정 보존 수단(38)은 CPU(21)의 기동시(전원 투입시)에 기억 수단(23)이 기억하고 있는 전회의 전원 차단시의 작동 조건과 문턱값을 판독하여 이 작동 조건과 문턱값을 초기값으로서 설정한다.

다음에, 상술한 모터(3) 컨트롤러의 동작을 도 7 및 도 8에 나타내는 플로우 챠트에 의해 상세하게 설명한다.

모터 컨트롤러(1)는, 우선 도 7에 나타낸 플로우 챠트에 나타내는 바와 같이 동작함으로써 작동 조건을 설정한다. 즉, 모터 컨트롤러(1)는 도 7에 나타내는 플로우 챠트의 스텝(S1)에 있어서 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)가 수동으로 시프팅되어 있는지 자동으로 시프팅되어 있는지를 판별한다. 이때, 수동으로 시프팅되어 있는 경우에는 스텝(S2)에 있어서 작동 조건 시프팅 스위치(5)가 통상 모드(작동 조건 1)로부터 저소비 전류 모드(작동 조건 2)로 시프팅되었는지의 여부를 판별한다. 이 판별은 기억 수단(23)에 작동 조건 시프팅의 ON/OFF로서 기억되어 있는 데이터를 이용하여 행한다. 이 데이터는 작동 조건 시프팅 스위치(5)의 조작 상태를 알 수 있도록 구성되어 있고, 작동 조건 시프팅 스위치(5)를 조작할 때마다 갱신된다.

이 판별 결과가 NO인 경우에는 스텝(S3)으로 진행되어 작동 조건 시프팅 스위치(5)가 저소비 전류 모드로부터 통상 모드로 시프팅되었는지의 여부를 판별한다. 이 판별은 기억 수단(23)에 작동 조건 시프팅의 ON/OFF로서 기억되어 있는 데이터를 이용하여 행한다. 스텝(S3)에 있어서 이 시프팅이 행하여지지 않은 경우에는 전회 선택한 작동 조건(현재의 모드)에 의거하여 보조 동력의 발생·정지를 제어한다. 스텝(S3)에 있어서 작동 조건 시프팅 스위치(5)에 의한 시프팅이 행하여진 경우에는 스텝(S4)에 있어서 작동 조건을 통상 모드(작동 조건 1)로 시프팅한다.

스텝(S2)에 있어서 시프팅이 행하여진 경우에는 스텝(S5)에 있어서 작동 조건을 저소비 전류 모드(작동 조건 2)로 시프팅한다.

한편, 스텝(S1)에 있어서 자동이 선택되어 있는 경우에는 스텝(S6)에 있어서 차체의 현재의 부하를 계산하고, 스텝(S7)에 있어서 현재의 차체의 부하가 미리 정한 작동 조건 시프팅 문턱값보다 큰지의 여부를 판별한다.

차체의 부하가 작동 조건 시프팅 문턱값보다 큰 경우, 스텝(S8)에 있어서 현재의 모드가 통상 모드인지의 여부를 판별한다. 이때, 통상 모드가 아닌 경우에는 스텝(S4)으로 진행되어 통상 모드로 변경하고, 통상 모드인 경우에는 현재의 작동 조건에 의거하여 제어를 행한다.

스텝(S7)에 있어서 차체의 부하가 작동 조건 시프팅 문턱값 이하인 경우에는 스텝(S9)에 있어서 현재의 모드가 저소비 전류 모드인지의 여부를 판별한다. 이때, 저소비 전류 모드가 아닌 경우에는 스텝(S5)으로 진행되어 저소비 전류 모드로 시프팅하고, 저소비 전류 모드인 경우에는 현재의 작동 조건에 의거하여 제어를 행한다.

상술한 바와 같이 제어 모드를 결정한 후 모터 컨트롤러(1)는 도 8에 나타내는 플로우 챠트의 스텝(P1)에 있어서 현재 보조 동력을 발생하고 있는지의 여부를 판별한다. 보조 동력이 발생하고 있는 경우에는 스텝(P2)에 있어서 현재의 모드가 통상 모드인지의 여부를 판별한다. 통상 모드인 경우에는 스텝(P3)으로 진행되어 현재의 탑승자의 답력이 보조 동력 정지 조건 1에서 설정된 답력보다 작은지의 여 부를 판별한다.

이때, 답력이 작은 경우에는 스텝(P4~P6)에 나타내는 바와 같이 시간 계측을 시작하여 보조 동력을 정지시킬 때의 정지 대기 시간(Tw)이 경과할 때까지는 보조 동력을 발생시키고, 정지 대기 시간(Tw)이 경과한 후에 스텝(P7)에 있어서 보조 동력을 정지시킨다. 스텝(P3)에 있어서 답력이 보조 동력 정지 조건 1에서 설정된 답력 이상인 경우에는 스텝(P6)으로 진행되어 보조 동력을 발생시킨다. 이 경우, 어시스트비는 통상 레벨로 설정된다.

스텝(P2)에 있어서 통상 모드가 아니라고 판별되었을 때는 스텝(P8)으로 진행되어 답력이 보조 동력 정지 조건 2에서 설정된 답력보다 작은지의 여부를 판별한다. 이때, 답력이 작은 경우에는 스텝(P9~P10 및 P6)에 나타내는 바와 같이 시간 계측을 시작하여 보조 동력을 정지시킬 때의 정지 대기 시간(Tw)이 경과할 때까지는 보조 동력을 발생시키고, 정지 대기 시간(Tw)이 경과한 후에 스텝(P11)에 있어서 답력이 최소가 되는지의 여부를 판별한다. 그리고, 답력이 최소가 될 때까지는 스텝(P6)으로 진행되어 보조 동력을 발생시키고, 답력이 최소가 되었을 때에 스텝(P7)으로 진행되어 보조 동력을 정지시킨다.

한편, 스텝(P1)에 있어서 NO로 판별되는 경우, 즉 현재는 보조 동력을 발생 하지 않는다고 판별되는 경우이고, 스텝(P12)에 있어서, 현재의 모드가 통상 모드라고 판별되는 경우에는 스텝(P13)으로 진행되어 현재의 답력이 보조 동력 발생 조건 1에 설정되어 있는 답력 이상인지의 여부를 판별한다.

이 판별의 결과, 답력이 큰 경우 스텝(P14)에 있어서 작동 조건이 시프팅된 (모드가 시프팅된) 직후인지의 여부를 판별하고, 시프팅 직후가 아닌 경우에는 스텝(P6)으로 진행되어 보조 동력을 발생시킨다. 또한, 작동 조건이 시프팅된 직후의 경우에는 스텝(P15)으로 진행되어 어시스트비가 통상보다 작아지도록 보조 동력을 발생시킨다.

스텝(P12)에 있어서 현재의 모드가 통상 모드가 아니라고 판별되는 경우에는 스텝(P16)으로 진행되어 현재의 답력이 보조 동력 발생 조건 2에 설정되어 있는 답력 이상인지의 여부를 판별한다. 이 결과, YES, 즉 현재의 답력이 큰 경우에는 스텝(P17)에 있어서 현재 주행하고 있는 상태인지의 여부를 판별한다. 주행 상태인 경우에는 스텝(P15)으로 진행되어 어시스트비가 통상보다 작아지도록 보조 동력을 발생시킨다. 주행 상태가 아닌 경우에는 스텝(P6)으로 진행되어 저소비 전류 모드에서 설정된 크기의 보조 동력을 발생시킨다.

상술한 바와 같이 구성된 전동 어시스트 자전거에 의하면, 모터(3)의 소비 전력량이 상대적으로 적어지는 작동 조건 2가 작동 조건 시프팅 수단(32)에 의해 시프팅됨으로써 배터리의 1회 충전당 항속 거리를 연장시킬 수 있다. 또한, 모터(3)의 소비 전력량이 상대적으로 많아지는 작동 조건 1이 작동 조건 시프팅 수단(32)에 의해 시프팅됨으로써 보조 동력이 필요할 때에 부족하지 않게 발생하게 된다.

따라서, 이 전동 어시스트 자전거에 있어서는 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와, 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태의 시프팅이 가능하여 탑승자의 체력, 취향 등에 따른 주행이 가능해진다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서는 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)에 의해 수동을 선택함으로써 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와, 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태의 시프팅을 탑승자가 스위치 조작에 의해 필요에 따라 행할 수 있다. 이 때문에, 이 전동 어시스트 자전거에 있어서는 인위적으로, 또한 용이하게 운전 형태를 바꿀 수 있다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서는 작동 조건 시프팅 자동/수동 스위치(4)에 의해 자동을 선택함으로써 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와, 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태가 운전 상태에 적합하도록 자동적으로 선택된다. 이 때문에, 이 전동 어시스트 자전거에 의하면 탑승자는 운전 형태의 시프팅을 의식할 필요가 없다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서는 보조 동력이 발생할 때에 보조 동력을 서서히 증대시킬 수 있기 때문에 보조 동력이 발생하지 않는 상태로부터 보조 동력이 발생하는 운전 형태로 이행했을 때에 탑승자에게 위화감을 주지 않는다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서는 보조 동력을 정지시키는 것에 있어서 답력이 최소가 되었을 때에 보조 동력을 정지시키기 때문에 보조 동력의 정지시에 탑승자에게 위화감을 주지 않는다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서는 작동 조건 문턱값 설정 수단(6)을 조작함으로써 작동 조건을 시프팅할 때의 문턱값(답력의 값)을 탑승자가 가장 알맞은 조건이 되도록 변경할 수 있기 때문에 탑승자의 체력, 취향 등에 맞춰서 보조 동력이 발생한다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서는 탑승자는 보조 동력 작동 표시 수단(7)을 봄으로써 보조 동력이 발생하고 있는지 정지하고 있는지를 알 수 있다. 이 때문에, 이 전동 어시스트 자전거에 의하면 보조 동력의 발생하는 상황을 탑승자가 용이하게 파악할 수 있다.

이 실시형태에 의한 전동 어시스트 자전거에 있어서는 전원 투입시, 즉 모터 컨트롤러(1)의 기동시에 전회의 주행시에 선택하고 있던 작동 조건이 설정 보존 수단(38)에 의해 자동적으로 선택된다. 이 때문에, 이 전동 어시스트 자전거에 의하면 항속 거리의 연장을 우선한 운전 형태와, 보조 동력의 사용을 우선한 운전 형태의 시프팅을 모터 컨트롤러(1)의 기동마다 행할 필요가 없고 조작이 간단하다.

본 발명에 의한 전동 어시스트 자전거는 인력의 크기에 대응한 모터의 출력을 얻을 수 있는 전동 어시스트 자전거로서 사용할 수 있다.

Claims (8)

1. 답력의 크기에 대응한 보조 동력을 발생시키는 모터(3); 및

   상기 보조 동력을 발생·정지시키는 작동 조건에 의거하여 상기 모터의 동작을 제어하는 모터 컨트롤러(1)를 구비한 전동 어시스트 자전거로서:

   상기 작동 조건은 보조 동력을 발생시키는 발생 조건과 보조 동력을 정지시키는 정지 조건을 1세트로 하여 구성되고,

   또한 이 작동 조건은 모터의 소비 전력량이 다른 복수 세트로 설정되고,

   상기 모터 컨트롤러(1)는 이러한 복수 세트의 작동 조건을 시프팅하는 작동 조건 시프팅 수단(32)과 주행시의 부하를 검출하는 부하 검출 수단(39)을 구비하고,

   상기 작동 조건 시프팅 수단(32)은 상기 부하 검출 수단(39)에 의해 검출된 부하의 크기에 의거하여 복수 세트의 작동 조건 중 1세트의 작동 조건을 선택하여 모터의 동작을 제어하는 모드에 의거하여 작동 조건을 시프팅하고,

   상기 모터 컨트롤러(1)는 주행중에 보조 동력이 발생하지 않는 상태로부터 보조 동력이 발생하는 상태로 이행할 때 인력에 대한 보조 동력의 크기의 비율을 상대적으로 작게 설정하는 보조 동력 저감 수단(35)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동 어시스트 자전거.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 작동 조건 시프팅 수단(32)은 탑승자가 작동 조건 시프팅 스위치(5)에 의해 선택한 하나의 작동 조건으로 모터의 동작을 제어하는 모드, 또는 상기 부하 검출 수단(39)에 의해 검출된 부하의 크기에 의거하여 복수 세트의 작동 조건 중 1세트의 작동 조건을 선택하여 모터의 동작을 제어하는 모드에 의거하여 작동조건을 시프팅하는 것에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 어시스트 자전거.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 모터 컨트롤러(1)는 페달 답력이 가장 작아지는 최소 시기를 검출하는 최소 시기 검출 수단(36); 및

   상기 최소 시기 검출 수단(36)에 의해 검출된 최소 시기에 보조 동력을 정지시키는 보조 동력 정지 수단(37)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동 어시스트 자전거.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 모터 컨트롤러(1)는 각 작동 조건의 문턱값을 각각 변경가능한 작동 조건 문턱값 설정 수단(6)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동 어시스트 자전거.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 모터 컨트롤러(1)는 보조 동력의 발생 유무를 판별가능하게 표시하는 표시 수단(7)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동 어시스트 자전거.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 모터 컨트롤러(1)는 현재의 작동 조건을 기억하는 기억 수단(23); 및

   상기 기억 수단(23)에 기억된 작동 조건을 기동시의 초기값으로 하는 설정 보존 수단(38)을 구비한 것을 특징으로 하는 전동 어시스트 자전거.

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