JP2000085675A - 電動補助自転車 - Google Patents
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Abstract
人の体力差、体調、道路状況等に見合う大きさの押し歩
き補助力を電動モータに出力させて押し歩きを容易にす
る。 【解決手段】人力による駆動系と電動モータ11による
駆動系とを併設し、前記電動モータ11の駆動力で人力
による駆動系および押し歩きの際の駆動を補助する電動
補助自転車において、ハンドルバーに取り付けたブレー
キレバー30の変位量を検出する変位量検出手段29
と、この変位量検出手段29の出力電圧の変化に基づい
て前記電動モータ11による押し歩き補助力を制御する
コントローラ18とを備えた。
Description
動モータを搭載し、この電動モータから出力される補助
駆動力でペダル踏力をアシストすることにより、登坂走
行や向い風を受けながらの走行を容易にした電動補助自
転車に関する。
走行時のみならず、急な坂道等で自転車を降りて押し歩
く際にも電動モータに弱い補助駆動力(以下、押し歩き
補助力と呼ぶ)を出力させ、車体の押し歩き労力が軽減
されるように構成されたものがある。
ば特開平4−358988号公報や特開平8−1273
86号公報に開示されたものがある。上記特開平4−3
58988号公報に開示された電動補助自転車は、車体
を手で押しながら歩く状態を判別する押し歩き判別手段
と、押し歩きの状態で電動モータを歩行速度よりやや遅
い押し歩き速度(2〜3km/h)に制御するコントローラ
とを備えている。
示された電動補助自転車は、車体を押し歩きするときに
電動モータによる駆動系を押し歩きモードに切り換え、
上記電動モータに、車体全体を押し歩きするのに必要な
トルクと、車体全体から一定荷重を除いた分の車体を押
し歩きするのに必要な仮想トルクとの差に相当するトル
クを発生させるものである。
し歩きするのに必要な力をすべて電動モータに負担させ
るのではなく、一定荷重を除いた分の車体(例えば、電
動モータを搭載しない通常の自転車)を押し歩きするの
に必要な重量分は電動モータに負担させずに、人力で負
担するようになっている。
おいて、特開平4−358988号公報に開示された電
動補助自転車は、歩行速度よりやや遅い押し歩き速度
(2〜3km/h)の一定速度に制御し、また特開平8−1
27386号公報に開示された電動補助自転車も同様に
押し歩きするときに2〜3km/hの一定速度で制御してい
る。
差(若者と老人,女性等)、坂道の勾配および交通の混
み具合等により、押し歩き速度は大幅に変化する。した
がって、一定速度(2〜3km/h)に制御される上記各従
来例では、人と道路状況とによって車体が人の意思と異
なった動作をすることがあり、操作性を著しく低下させ
るという課題があった。
トルクが0、車速が前進方向に一定速度以上、およびハ
ンドルバーのグリップを握っていると、必然的に押し歩
き補助力が出力されるように構成されている。そのた
め、混雑した場所で急停止させたい時や急に下り坂にな
った時等では、グリップを握ったままとなり押し歩き補
助力が出力されることとなる。したがって、押し歩き補
助力が出力されたままで下り坂を走行した場合には、車
速がさらに高まり、操作性を一段と低下させるという課
題があった。
を検出し、歩行速度よりやや遅い押し歩き速度でアシス
トするので、電動モータの駆動により逆に制動感が発生
し、良好なアシスト感覚が得られないという課題があっ
た。
なされたもので、その第1の目的は、電動補助自転車を
押し歩きする際に、押し歩く人の体力差(若者と老人,
女性等)、体調、坂道の勾配および交通の混み具合等に
見合う大きさの押し歩き補助力を電動モータに出力させ
て押し歩きを容易にするとともに、急停止の操作を容易
にすることにある。
効き具合をよくし、消費電力を低減させることにある。
の際にオンする押し歩きスイッチを排除させることにあ
る。
歩き停止時に即座にブレーキがかけられ、その状態でス
タンドをかけたり駐輪機にセット可能にしたことにあ
る。
レバーの変位量を検出する変位量検出手段を車体の転倒
時や走行時に地面や他の物に直接衝突するのを回避する
ことにある。
るため、本発明に係る電動補助自転車は、請求項1に記
載したように、人力による駆動系と電動モータによる駆
動系とを併設し、前記電動モータの駆動力で人力による
駆動系および押し歩きの際の駆動を補助する電動補助自
転車において、ハンドルバーに取り付けたブレーキレバ
ーの変位量を検出する変位量検出手段と、この変位量検
出手段の出力電圧の変化に基づいて前記電動モータによ
る押し歩き補助力を制御するコントローラとを備えたこ
とを特徴とする。
発明に係る電動補助自転車は、請求項2に記載したよう
に、請求項1に記載のコントローラは、ブレーキレバー
によるブレーキの効き始め直前で押し歩き補助力をオフ
するように制御するようにした。
本発明に係る電動補助自転車は、請求項3に記載したよ
うに、請求項1に記載のコントローラは、ブレーキレバ
ーの変位で押し歩き補助力をオンするように制御するよ
うにした。
め、本発明に係る電動補助自転車は、請求項4に記載し
たように、請求項1に記載の変位量検出手段は、左右の
ブレーキレバーの内、左側のブレーキレバーに取り付け
た。
本発明に係る電動補助自転車は、請求項5に記載したよ
うに、請求項1または4に記載の変位量検出手段は、左
側のブレーキレバーの下側で車体の進行方向後側に設置
した。
た場合は、ブレーキレバーの変位量を変位量検出手段に
よって検出し、この変位量検出手段の出力電圧の変化に
基づいてコントローラにより電動モータによる押し歩き
補助力を制御することにより、電動補助自転車を押し歩
きする際に、押し歩く人の体力差(若者と老人,女性
等)、体調、坂道の勾配および交通の混み具合等に見合
う大きさの押し歩き補助力を電動モータに出力させて押
し歩きを容易にするとともに、ブレーキレバーにより急
停止の操作が容易になる。
た場合、コントローラは、ブレーキレバーによるブレー
キの効き始め直前で押し歩き補助力をオフすることによ
り、押し歩き補助力に抗してブレーキをかけることがな
くなるので、ブレーキの効き具合がよくなるとともに、
消費電力を低減させることができる。
た場合、コントローラは、ブレーキレバーの変位で押し
歩き補助力をオンすることにより、押し歩きの際にオン
する押し歩きスイッチを排除することができる。
た場合、変位量検出手段は、左右のブレーキレバーの
内、左側のブレーキレバーに取り付けたことにより、押
し歩き停止時に即座にブレーキがかけられ、その状態で
スタンドをかけたり駐輪機にセット可能となる。
た場合、変位量検出手段は、左側のブレーキレバーの下
側で車体の進行方向後側に設置したことにより、車体の
転倒時や走行時にブレーキレバーの変位量を検出する変
位量検出手段を地面や他の物に直接衝突するのを回避す
ることができる。
て図面を参照しながら説明する。
施形態を示す左側面図である。
例えば金属管製の車体フレーム1を備えており、この車
体フレーム1の前頭部には前輪2を支持するフロントフ
ォーク3が左右回動自在に設けられ、このフロントフォ
ーク3の上部にハンドルポスト4を介してハンドルバー
5が回動一体に設けられている。一方、車体フレーム1
の後部には後輪6が軸支され、車体フレーム1の中央上
部にはサドルポスト7を介してサドル8が設置されてい
る。
電動補助装置(パワーユニット)10が搭載されてい
る。この電動補助装置10には電動モータ11と合力装
置12とトルクセンサー13等の機器類が内蔵されると
ともに、車幅方向に貫通する形でクランク軸14が軸支
されており、このクランク軸14の両端部に左右一対の
クランク15が回転一体に固定され、両クランク15の
先端部にそれぞれペダル16が回転自在に設けられてい
る。
0の右側に位置する図示しないドライブスプロケットが
軸装され、このドライブスプロケットと後輪6の右側に
設けられた図示しないドリブンスプロケットとの間にド
ライブチェーン17(またはドライブベルト)が巻装さ
れている。
モータ11の出力を制御するためのコントローラ18が
取り付けられ、このコントローラ18はマイコン等によ
って構成された制御装置である。一方、合成樹脂等で形
成されたフレームカバー20が車体フレーム1の前半部
から電動補助装置10とコントローラ18までを覆って
おり、このフレームカバー20の前部には電動モータ1
1の電源となるバッテリーユニット21が着脱可能に設
けられている。なお、フレームカバー20前端側面には
キー式のメインスイッチ22が設けられおり、このメイ
ンスイッチ22をオン操作して電動補助自転車を起動さ
せる。
のグリップ23が設けられ、これらのグリップ23の
内、左側のグリップ23近傍のハンドルバー5に押し歩
きスイッチ24が取り付けられている。
6が設けられ、この車速センサー26は通常走行時にお
ける車速を検出するとともに、後述する押し歩きモータ
制御実行時における車速および車速変化の検出にも使用
される。
8が設けられ、このサドルスイッチ28は、電動補助自
転車が押し歩き状態にあるか否かを判別するための1つ
の手段として設けられたもので、サドル8に加わる荷重
の有無を検出することによってサドル8に人が腰掛けて
いるかどうかを判別し、その判別信号をコントローラ1
8に送出する。この実施形態では、例えばサドル8に人
が腰掛けるとサドルスイッチ28がオフになるように構
成されている。
施形態における制御系統を示すブロック図である。図2
に示すように、コントローラ18には、電動モータ1
1、トルクセンサー13、バッテリーユニット21、押
し歩きスイッチ24、車速センサー26、サドルスイッ
チ28、および変位量検出手段としての変位センサー
(ポジションセンサー)29等の機器類が接続されてい
る。
動補助装置10のクランク軸14は、サドル8に着座し
た乗員が足でペダル16を踏むことより前転駆動され
る。同時に、電動補助装置10内の電動モータ11が作
動し、クランク軸14の駆動トルク(ペダル踏力P)と
電動モータ11の出力(補助駆動力M)とが合力装置1
2により合成され、その合力P+Mがドライブチェーン
17を介して後輪6に伝達される。
ク軸14に加わる駆動トルクを検出し、そのデータをコ
ントローラ18に送出する。このコントローラ18は上
記駆動トルクのデータからペダル踏力Pを算出し、この
ペダル踏力Pと補助駆動力Mとの比率(アシスト比)が
常時一定の比率(例えば1対1)になるように電動モー
タ11への印加電流を制御する。このように、補助駆動
力Mのアシストによってペダル踏力Pが大幅に低減され
るため、特に登坂走行や向い風を受けながらの走行が非
常に楽になる。
通常走行時のみならず、車体を押して歩く際にも電動モ
ータ11に弱い補助駆動力(押し歩き補助力m)を出力
させて押し歩きに伴う労力を軽減させる『押し歩きモー
タ制御』を実行するようにプログラムされている。
であるか否かは、以下の何れかの条件によりコントロー
ラ18で判別される。すなわち、(1)メインスイッチ
22がオンで、トルクセンサー13がクランク軸14に
加わる駆動トルクを検出しない時、(2)メインスイッ
チ22がオンで、サドルスイッチ28がオンの時、
(3)メインスイッチ22がオンで、押し歩きスイッチ
24がオンの時、(4)メインスイッチ22がオン、押
し歩きスイッチ24がオン、トルクセンサー13がクラ
ンク軸14に加わる駆動トルクを検出しない時、(5)
メインスイッチ22がオン、押し歩きスイッチ24がオ
ン、サドルスイッチ28がオンの時、(6)メインスイ
ッチ22がオン、押し歩きスイッチ24がオン、サドル
スイッチ28がオン、トルクセンサー13がクランク軸
14に加わる駆動トルクを検出しない時である。
ントローラ18が押し歩き制御可能状態にあるか否かを
判別し、押し歩き制御可能状態にあると判断した場合に
は、ブレーキレバー30の変位量(角度)により、押し
歩きに必要としている補助力、または押し歩き速度を検
出し、これに必要な押し歩き補助力mを算出して電動モ
ータ11に出力させる。
9の出力電圧の変化に基づいてコントローラ18により
制御される。そして、変位センサー29の出力電圧は、
ハンドルバー5のグリップ23に取り付けられたブレー
キレバー30の変位量(角)に基づいて変化する。
ーの取付構造を説明する。図3は図1のブレーキレバー
を示す部分断面平面図、図4は図3の正面図、図5は図
3のA−A線に沿う断面図、図6は図3のB−B線に沿
う断面図、図7は図3のブレーキレバーの回動状態を示
す底面図である。なお、図3〜図7のブレーキレバーは
左側のブレーキレバーを示している。
ケット31は、左側のグリップ23に隣接するハンドル
バー5に巻き掛けられ、ブラケットナット32にブラケ
ットスクリュー33を螺合することで、ハンドルバー5
に固定される。また、レバーブラケット31には、ブラ
ケットカバー34が固着され、このレバーブラケット3
1には図5に示すようにブレーキレバー30内に設けら
れたレバーブッシュ35が嵌め込まれ、このレバーブッ
シュ35にレバーリベット36が挿通して固定すること
で、レバーブラケット31にブレーキレバー30が回動
(変位)可能に堅固に固定される。
うにブレーキケーブル37の端部が導かれ、この端部に
太鼓状に形成された係止部38が固着されている。一
方、ブレーキレバー30には、ニップルプラー39の一
端がプラーリベット40により回動可能に固定され、ニ
ップルプラー39の他端には、ブレーキケーブル37の
端部に固着された係止部38が嵌着されて、レバーリベ
ット36を中心としてブレーキレバー30を回動するこ
とで、ニップルプラー39を介してブレーキケーブル3
7を引張りブレーキがかかるように構成されている。
ーキレバー30の下側で車体の進行方向後側には、上記
変位センサー(ポジションセンサー)29が2本のセン
サスクリュー41により固定されている。この変位セン
サー29は、その測定針29aがブレーキレバー30側
に延びてブレーキレバー30内に設けられた当接板42
に接している。
において、ブレーキレバー30を回動(変位)させる
と、ブレーキレバー30の当接板42も移動すること
で、変位センサー29の測定針29aが延びてその伸長
量がブレーキレバー30の変位量として検出される。
に示すように変位センサー29の出力電圧の変化として
捉えられ、そのデータがコントローラ18に送出され
る。このコントローラ18は、上記出力電圧の変化に基
づいて電動モータ11による押し歩き補助力を制御す
る。
てブレーキレバー30の変位量と押し歩き補助力との関
係を説明する。押し歩きスイッチ24をオンし、図7に
おいて、矢印a1のようにブレーキレバー30を回動
(変位)させると、図8に示すように変位センサー29
の出力電圧が徐々に増加し、その電圧変化に基づいて図
9(A),(B)に示すように電動モータ11の駆動力
が増えるように制御したり、または車速を速くするよう
に制御する。但し、必要以上の押し歩き補助力や車速が
発生しないように上限値(MAX)が設定されている。
30を回動させると、図8に示すように電動モータ11
が停止し、図9(B)に示すように車速も速くならな
い。これにより押し歩き補助力がオフになる。
ブレーキ遊び範囲であり、上記のように電動モータ11
が停止した後には若干のブレーキ遊び範囲がある。した
がって、ブレーキの効き始め直前で押し歩き補助力がオ
フになる。さらに、ブレーキレバー30を回動させる
と、ブレーキが効き始め、ブレーキレバー30がグリッ
プ23と当接またはその近傍で、ブレーキ力が最大とな
る。
7において、矢印b1のようにブレーキレバー30を回
動させない0位置でオフとし、ブレーキレバー30を若
干回動させた位置で、押し歩き補助力をオンし、さらに
矢印b2のようにブレーキレバー30を回動させると、
上記と同様に図8に示すように変位センサー29の出力
電圧が徐々に増加し、図9(A),(B)に示すように
電動モータ11の駆動力を増やしたり車速も速くするこ
とができる。その他、ブレーキレバー30の回動範囲と
ブレーキの遊び範囲および効き範囲との関係は、上記の
説明と同様である。
歩きスイッチ24を排除した他の実施形態を示す底面図
である。この実施形態では、図10に示すようにブレー
キレバー30がOFF1の位置からOFF2まで回動し
た後、逆に矢印c1のように若干ブレーキレバー30を
戻した位置で、押し歩き補助力をオンし、さらに矢印c
2のようにブレーキレバー30を回動させると、上記と
同様に図8に示すように変位センサー29の出力電圧が
徐々に増加し、図9(A),(B)に示すように電動モ
ータ11の駆動力を増やしたり、車速を速くすることが
できる。さらに、ブレーキレバー30を矢印c3のよう
に戻すと、押し歩き補助力がオフ(OFF1)になる。
に達した状態からブレーキレバー30を握って回動させ
ると、上記と逆に押し歩き補助力が徐々に減少し、押し
歩き補助力がオフ(OFF2)になる。そして、ブレー
キレバー30を握って回動させると、ブレーキ遊び範囲
を経てブレーキが効き始め、ブレーキレバー30がグリ
ップ23と当接またはその近傍で、ブレーキ力が最大と
なる。
に示すフローチャートに基づいて説明する。このフロー
チャートでは、押し歩きスイッチ24を有していること
を前提条件とし、押し歩きモータ制御実行可能な状態判
定(6)を例としている。
サドルスイッチ28がオンになっているかを判断し、ス
テップS1がYESである場合、ステップS2でトルク
センサー13が作動していないことを判断する。すなわ
ち、ステップS2では、ペダル踏力Pによる駆動トルク
Tが検出され、その駆動トルクTが一定値以下であるか
が判定される。ここでの一定値とは、例えば車体を発進
させるために必要最小限な駆動トルクの2分の1程度と
される。さらに、ステップS2がYESである場合に
は、ステップS3で押し歩きスイッチ24がオンになっ
ているか否かを判断する。
合、つまりステップS1でサドルスイッチ28がオフの
場合は、サドル8に人が腰掛けている状態であり、ステ
ップS2でトルクセンサー13が作動状態あって駆動ト
ルクTが一定値以上である状態であり、S3で押し歩き
スイッチ24がオフの状態である。このような状態で
は、ステップS4へ移行し、このステップS4では、通
常走行時用のモータ制御、すなわちペダル踏力Pに対す
る補助駆動力Mのアシスト比が常時一定の比率となるよ
うに電動モータ11の出力が制御され、押し歩きモータ
制御は行われない。
は、ステップS5で変位センサー29によりブレーキレ
バー30の変位量が検出され、ステップS6に移行す
る。このステップS6では、電動モータ11が押し歩き
補助の範囲内であるか否かが判断され、押し歩き補助範
囲内である場合には、ステップS7でブレーキレバー3
0の変位量に対応した電動モータ11の駆動量が算出さ
れ、ステップS8でその駆動量に従って押し歩きモータ
制御を実行する。
11が押し歩き補助の範囲外の場合は、ステップS9に
進み、押し歩きモータ制御を停止する。
ことにより、常に電動補助自転車が通常走行状態にある
か、押し歩き状態にあるかが判別されながら最適な大き
さの補助駆動力M、またはブレーキレバー30の変位量
に対応した押し歩き補助力mが電動モータ11から出力
される。
キレバー30の変位量を変位センサー29によって検出
し、この変位センサー29の出力電圧の変化に基づいて
コントローラ18により電動モータ11による押し歩き
補助力を制御することにより、押し歩き補助力、つまり
押し歩き速度を微細に制御することができる。その結
果、電動補助自転車を押し歩きする際に、押し歩く人の
体力差(若者と老人,女性等)、体調、坂道の勾配およ
び交通の混み具合等に見合う大きさの押し歩き補助力を
電動モータに出力させて押し歩きを容易にすることがで
きる。
より、即座にブレーキがかかるので、急停止の操作が容
易になる。
ラ18は、ブレーキレバー30によるブレーキの効き始
め直前で押し歩き補助力をオフすることにより、押し歩
き補助力に抗してブレーキをかけることがなくなるの
で、ブレーキの効き具合をよくなるとともに、消費電力
を低減させることができる。
ーラ18は、ブレーキレバー30の変位で押し歩き補助
力をオンすることにより、押し歩きの際にオンする押し
歩きスイッチ24を排除することができ、部品点数を削
減することができる。
センサー29は、左右のブレーキレバーの内、左側のブ
レーキレバー30に取り付けたことにより、押し歩き停
止時に即座にブレーキがかけられ、その状態でスタンド
をかけたり駐輪機にセットしたりすることが可能とな
る。加えて、電動補助自転車の左側に立って押し歩きを
する人が多いので、変位センサー29を左側のブレーキ
レバー30に取り付けると、使い勝手がよくなり、汎用
性を向上させることができる。
サー29は、左側のブレーキレバーの下側で車体の進行
方向後側に設置したことにより、車体の転倒時や走行時
に変位センサー29を地面や他の物に直接衝突するのを
回避することができる。
らず、電動スクーター型車両、電動車椅子等、その他の
電動車両や芝刈機にも幅広く応用することができる。
によれば、ブレーキレバーの変位量を変位量検出手段に
よって検出し、この変位量検出手段の出力電圧の変化に
基づいてコントローラにより電動モータによる押し歩き
補助力を制御することにより、電動補助自転車を押し歩
きする際に、押し歩く人の体力差、体調、道路状況等に
見合う大きさの押し歩き補助力を電動モータに出力させ
て押し歩きを容易にすることができる。その結果、操作
性を著しく向上させることができる。加えて、ブレーキ
レバーを握ることにより、即座にブレーキがかかるの
で、急停止の操作が容易になる。
は、ブレーキレバーによるブレーキの効き始め直前で押
し歩き補助力をオフすることにより、ブレーキの効き具
合をよくする一方、消費電力を低減させることができ
る。
は、ブレーキレバーの変位で押し歩き補助力をオンする
ことにより、押し歩きの際にオンする押し歩きスイッチ
を排除することができ、部品点数を削減するとともに、
操作性を向上させることができる。
段は、左右のブレーキレバーの内、左側のブレーキレバ
ーに取り付けたことにより、押し歩き停止時に即座にブ
レーキがかけられ、その状態でスタンドをかけたり駐輪
機にセットしたりすることが可能となり、使い勝手がよ
くなる。
段は、左側のブレーキレバーの下側で車体の進行方向後
側に設置したことにより、車体の転倒時や走行時に変位
量検出手段を地面や他の物に直接衝突するのを回避する
ことができ、破損しにくくなる。
す左側面図。
ける制御系統を示すブロック図。
図。
係を示すグラフ。
位量と電動モータの駆動力,車速との関係を示す図。
におけるブレーキレバーを示す底面図。
れを示すフローチャート。
Claims (5)
- 【請求項1】 人力による駆動系と電動モータ11によ
る駆動系とを併設し、前記電動モータ11の駆動力で人
力による駆動系および押し歩きの際の駆動を補助する電
動補助自転車において、ハンドルバー5に取り付けたブ
レーキレバー30の変位量を検出する変位量検出手段2
9と、この変位量検出手段29の出力電圧の変化に基づ
いて前記電動モータ11による押し歩き補助力を制御す
るコントローラ18とを備えたことを特徴とする電動補
助自転車。 - 【請求項2】 前記コントローラ18は、ブレーキレバ
ー30によるブレーキの効き始め直前で押し歩き補助力
をオフするように制御することを特徴とする請求項1に
記載の電動補助自転車。 - 【請求項3】 前記コントローラ18は、ブレーキレバ
ー30の変位で押し歩き補助力をオンするように制御す
ることを特徴とする請求項1に記載の電動補助自転車。 - 【請求項4】 前記変位量検出手段29は、左右のブレ
ーキレバーの内、左側のブレーキレバー30に取り付け
たことを特徴とする請求項1に記載の電動補助自転車。 - 【請求項5】 前記変位量検出手段29は、左側のブレ
ーキレバー30の下側で車体の進行方向後側に設置した
ことを特徴とする請求項1または4に記載の電動補助自
転車。
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