JP3141344B2 - 駆動力補助装置付き自転車 - Google Patents

駆動力補助装置付き自転車

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JP3141344B2
JP3141344B2 JP11097533A JP9753399A JP3141344B2 JP 3141344 B2 JP3141344 B2 JP 3141344B2 JP 11097533 A JP11097533 A JP 11097533A JP 9753399 A JP9753399 A JP 9753399A JP 3141344 B2 JP3141344 B2 JP 3141344B2
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寛 神谷
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Honda Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、人力で駆動される
自転車において、高負荷時に補助駆動力で人力を補助す
るようにした、駆動力補助装置付き自転車に関する。
【0002】
【従来の技術】人力による駆動力を補助するために、特
開平2−74491号の如く、人力による駆動力のみに
基付いて補助モータを作動させるように構成した装置が
提案されているが、この装置においては、人力による駆
動力が減少すると、補助力も減少するだけとなってい
る。
【0003】このため、人力による補助力が大きく変動
するとモータの回転も大きく変動することになり、その
回転力変動によりバッテリの電力を大きく消費すること
になり、駆動力補助装置としては好ましくない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、人力による
駆動力の変動が大きい場合でも、モータの回転変動を極
めて少なくしてバッテリ消費を抑えることが可能な駆動
力補助装置を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明における、前記課
題を解決するための手段は、請求項1に記載したとお
り、ペダル人力駆動手段と補助動力駆動手段が並列に車
輪に連結され、ペダル人力が存在する時にペダル人力に
応じた所定の補助動力を加えるようにした駆動力補助装
置付き自転車において、前記人力で加えられる回転トル
クTcpの検出手段と、ペダルクランクの回転速度Nc
の検出手段にて駆動力補助用のモータへの印加電圧を制
御する制御量を算出するものであって、該制御量は前記
回転トルクの検出値に応じたトルク応動項と前記ペダル
クランクの回転速度の検出値に応じた回転速度応動項の
加算値に応じるものであることを特徴とする。
【0006】この手段によれば、人の踏力が変動して
も、その時の車速に応じたクランク回転速度応動項が制
御量を確保しているので、モータの印加電圧の変動が少
なく、モータが急な加減速をすることがない。よって、
バッテリの消費も抑えられ、駆動力補助装置として好適
である。
【0007】
【発明の実施の形態】図1において1は本発明を実施し
た自転車で、2はフレーム、3はハンドル、4、5は前
輪及び後輪、6はペダルクランク、6a(図3)はクラ
ンク速度検出器、7はペダルクランク6の軸に固定され
た駆動スプロケット、8は後輪5の軸に固定された被動
スプロケットで、両スプロケット7、8にチェーン9が
巻掛けられており、該自転車1は人力でペダルクランク
6を回転することにより走行する周知のものである。
【0008】該自転車1において10は駆動力補助装置
で、フレーム2のシートチューブ11にピン12aで枢
着されたレバー12に、補助スプロケット13とこれを
駆動する電気モータ14が取付けられ、また該レバー1
2とシートチューブ11の間にチェーン9の張力検出器
としてのロードセル15が介設されて補助スプロケット
13をチェーン9に圧接している。そして補助スプロケ
ット13は、チェーン9の緊張側9aに係合し、モータ
14にはバッテリ16からコード17で供給される電流
により駆動され、供給電圧は、ロードセル15の出力で
制御される図外の電圧調整装置により制御される。
【0009】人力による走行中に後輪5に加わる荷重が
増大し、これに応じてクランク6に加える力を増大させ
ると、チェーン9の緊張側9aは直線状になろうとして
補助スプロケット13及びアーム12を押し上げてロー
ドセル15を圧縮し、その出力によりモータ14の電源
回路の電圧を制御してモータ14を駆動し、そのトルク
をチェーン9に伝えて人力を助ける。
【0010】図2はロードセル15に作用する力の説明
図で、チェーン9の張力をTp、補助スプロケット13
による作用力をTaとすると、補助スプロケット13よ
り上流側のチェーン部分にはTp+Taの力が作用す
る。レバー12を該チェーン部分と略平行に配置すると
Tp+Taはレバー12の長手方向に作用し、Tpと、
Tp+Taの合力Ttが得られるが、合力Ttのレバー
12に垂直な成分Tsは、Tp+Ta又はTaの大きさ
に無関係であって、Tpのみに比例する。
【0011】そして、ロードセル15に作用する力Fは
Tsと比例するから、該力Fはチェーン張力Tpに比例
し、したがってロードセル15で制御されるモータ駆動
用の電圧もチェーン張力Tpによって制御され、ペダル
クランク6に加える人力に応じた電気動力が供給され
る。
【0012】図3に示す実施例は、モータ14をシート
チューブ11に固定されたモータスティ20に固定し、
レバー12の支軸をモータ14と同軸とし、該レバー1
2の長手方向中心線0をチェーン9と平行に配置したも
のであり、モータ14の出力軸には、減速装置として駆
動ピニオン21が固定されて大径の補助ギヤ22を駆動
するようにされ、該ギヤ22と一体の補助スプロケット
13チェーン9に噛合っている。この装置においても
チェーン張力が増大すればロードセル15の圧力が増大
してモータ14が作動する。
【0013】図4の実施例は、図1のものと略同一構成
でレバー12にモータ14と補助スプロケット13を配
置するが、減速装置は図3と同一構成のものが用いられ
ている。
【0014】図5、図6の実施例は、シートチューブ1
1に前方への湾曲部11aと、該湾曲部11aと一体で
前方へ突出したU字形の輪郭をもつ板状の受部11bを
有し、アーム12はダウンチューブ23に枢着され、電
気モータ14は前記湾曲部11aの内側に位置し、ロー
ドセル15は、アーム12にピン12bで結合されると
共に上面が前記受部11bの下面に当接している。この
装置においても、ペダル駆動力が大になってチェーンの
緊張側9aの張力が大になると、ロードセル15の信号
によりモータ14に電力が供給される。
【0015】前記各実施例において、ペダルから加えら
れる人力の仕事量をWcp、クランクペダリングトルク
Tcp、クランク速度をNcとすると、Wcp=(1/
716.2)Tcp・Ncで表され、人力による場合は
TcpとNcの関係は実際上図7(a)に示すように、
クランクペダリングトルクTcpとクランク速度Ncの
積が一定の双曲線に近似した曲線a〜dで示すようにな
り、該線は運動量Wcpが大になれば矢印方向に移動す
る。曲線a〜dの各曲線では、それぞれ運動量Wcpは
一定である。
【0016】また、電圧制御による直流モータの補助駆
動トルクTcaとクランク速度Ncとの関係は、図7
(b)で直線a´〜d´に示すような補助駆動トルクT
caと回転速度Ncが反比例の関係にあり、該直線は印
加電圧Vaを大にすれば矢印方向に移動する。Tca、
Ncと印加電圧Vaの間にはVa=KE・Nc+(Ra
/KT)Tcaの関係があり、KEは誘起電圧定数、Ra
は電気子抵抗、KTはトルク定数である。曲線a´〜d
´の各曲線では、それぞれモータの印加電圧Vaは一定
である。
【0017】そして、ペダルによる人力走行中にモータ
14が作動し、人力とモータ14を共働させると、前記
a〜bの曲線は嵩上げされて図7(c)の曲線A〜Dの
ようになる。図7でTcはクランク軸相当出力トルク、
Tcaは直流モータの補助駆動トルク、Rは走行抵抗で
ある。
【0018】図7(c)において、人力は補助駆動力で
嵩上げされ、総駆動力は、曲線A,B,C,Dで示すよ
うになり、線Wに沿って変化する。各曲線A〜Dは、そ
の中間部の線W近傍において補助動力を示す線a′〜
d′に最も近づいている。曲線D及びd′において、ペ
ダルクランク速度が高速域(線Wより高速側)で走行抵
抗曲線Rより上の領域において、該速度が例えばn1
とき、補助トルクはP1,人力トルクはQ1であり、また
該速度がn2のときには補助トルクはP2,人力トルクは
2である。
【0019】前記P1,P2等を補助トルクP,Q1,Q2
等を人力トルクQとすれば、補助トルクPと人力トルク
Qの比すなわちアシスト比(P/Q)は、高速域で速度
の上昇に伴って漸減し、P1/Q1からP2/Q2に減少す
る。このため総駆動トルクに対する人力トルクQの比率
が漸増する。このアシスト比の漸減によって運転者は速
度上昇及びアシストの終了が実感でき、アシスト車両と
して好適なフィーリングを提供できる。以上曲線D,
d′について説明したが曲線C,c′においても同じ作
用が生じる。なお、曲線A〜Dのそれぞれで、走行抵抗
曲線Rとの交点で車速は上限となる。
【0020】前記図外の電圧調整装置による制御作用
は、図8に示すチャートに従って行なうようにすること
ができる。即ちクランクペダリングトルクTcpとクラ
ンク速度Ncの積Wcpがで基準値WCPより大きく
なるとで該Wcpに比例する電圧Va・Wcp=Tc
p×Ncを発生してモータ14に駆動力を付加する。例
えば、仕事量Wcpが図7(a)の曲線c又はdの場
合、モータ14によって図7(b)の直線c´,d´の
仕事量が付加される。これにより、クランクペダリング
トルクTcpとクランク速度Ncに基づく仕事量Wcp
が所定の値より大きいとき、該仕事量Wcpに応じてモ
ータに加わる電圧Vaを制御することになる。
【0021】以上、チェーン伝動及び電気モータを用い
たものについて説明したが、伝動装置としてはベルト伝
動装置を用いることができ、補助原動機としては、電気
モータで駆動される油圧モータを用いることもでき、人
力駆動の雪上車にも利用できる。
【0022】また、補助スプロケット又は補助プーリの
移動をロードセル等の張力検出器に伝える機構は、レバ
ーに限らずカムその他の伝動機構を用いることができ、
また張力と張力検出器の出力とは必ずしも正確な比例関
係になくても実用上は差支えがない。
【0023】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、人の踏力が変動しても、その時の車速に応じ
たクランク回転速度応動項が制御量を確保しているの
で、モータの印加電圧の変動が少なく、モータが急な加
減速をすることがない。
【0024】したがって乗車感が良好であると共に消費
電力が抑制され、電動補助自転車として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施した自転車の側面図
【図2】 張力検出機構の作用説明図
【図3】 別実施例の正面図
【図4】 別実施例の正面図
【図5】 他の実施例の正面図
【図6】 図5のVI−VI線断面図
【図7】 動力補助作用の説明図
【図8】 制御作用のフローチャート
【符号の説明】
10 駆動力補助装置 12 レバー 13 補助スプロケット 14 電気モータ(補助原動機) 15 ロードセル(張力検出器)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ペダル人力駆動手段と補助動力駆動手段
    が並列に車輪に連結され、ペダル人力が存在する時にペ
    ダル人力に応じた所定の補助動力を加えるようにした駆
    動力補助装置付き自転車において、前記人力で加えられ
    る回転トルクTcpの検出手段と、ペダルクランクの回
    転速度Ncの検出手段にて駆動力補助用のモータへの印
    加電圧を制御する制御量を算出するものであって、 該制御量は前記回転トルクの検出値に応じたトルク応動
    項と前記ペダルクランクの回転速度の検出値に応じた回
    転速度応動項の加算値に応じるものであることを特徴と
    する、駆動力補助装置付き自転車。
  2. 【請求項2】 請求項1において、トルク応動項の数値
    が0となる時には、モータは、その時の車速に応じた制
    御量で駆動されることを特徴とする、駆動力補助装置付
    き自転車。
  3. 【請求項3】 請求項1において、モータへの印加電圧
    をVa、ペダルクランク回転速度をNc、補助駆動トル
    クをTca、KEを誘電圧定数、Raを電気子抵抗、K
    Tをトルク定数として、電圧制御量をVa=KE・Nc
    +(Ra/KT)Tcaにて求めることを特徴とする、
    駆動力補助装置付き自転車。
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