JP3141345B2 - 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Info
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Description
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。
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、車両の速度に
応じて補助力と人力の比率を決める考え方は全くなく、
車両の速度の増加に対して人力による駆動力が減少する
ので、補助力も減少するだけとなっている。
力の絶対値は減少するものの、補助力と人力の比率は、
増大する場合もあるし、減少する場合もある。図9はそ
の状態を示すもので、総トルクを線Dで示し、モータに
よる補助トルクを線d´で示すと、モータのトルク特性
によって補助トルクと人力トルクの比率の変化の仕方が
異なる。図9(a)は速度に対してトルクの減少率が小
さいモータを使用した場合、図9(b)は該減少率が大
きいモータを使用した場合であり、図9(a)(b)は
共に高車速域で補助力の絶対値は減少するが、総トルク
中の補助力と人力の割合(D/d´)は、モータトルク
特性の設定次第で異なるものとなる。
両にあっては、補助付きの車両の特性上、車両の高速走
行時にはその補助力が減少してゆくことが好ましいが、
その際に人力に対する補助トルクの比率の変化にも着目
し、補助付き車両として好ましく、且つ運転者に補助ト
ルクが小さくなってゆくことを明確に認識させることが
できる車両を得ることを課題とする。
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
輪に連結されるようにした駆動力補助装置付き自転車に
おいて、前記ペダル人力駆動手段で加えられる回転トル
クのTcp検出手段と、ペダルクランクの回転速度Nc
の検出手段の両検出値に応じて制御される補助駆動力で
あって、当該補助駆動力の人力駆動力Tcpに対する比
率は、両検出値からなる所定仕事量における高車速時に
車速が増加するにつれて、比率が漸減してゆく変化点を
もつと共に、該変化点は、人的駆動力Tcpの増減に応
じて異なるペダルクランクの回転速度に設定されること
を特徴とする。
動力の検出値に基づく仕事量Wcpで定まる仕事量曲線
に対して、ペダルクランクの回転速度Ncが所定の高速
域に達すると、人力駆動力に対して補助駆動力の比率が
漸減し、人力駆動力の比率が漸増するので、高速走行中
は、運転者に速度の程度が実感できる。
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。
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。
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。
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。
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。
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がチェーン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。
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。
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。
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。
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。
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。
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の
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
Q2である。
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。
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。
と直線Tcaの関係、つまり補助トルクTcaと人力ト
ルクTcpの比Tca/Tcp又はP/Q(アシスト
比)を考えた場合、Tcaは、Ncが高速になるに従っ
て直線的に減少しているのに対して、曲線a〜dは減少
の程度が少なく、曲線A〜Dもこの関係を保っている。
したがって、前記アシスト比を考えると、クランク速度
が所定点になるまではアシスト比が増加し、それ以降は
高速になるに従って減少してゆき、該アシスト比の増減
の変化点が図7(c)に示す線Wにほぼ沿うものである
ことが理解される。
おける変化点はX、ペダルトルクYにおける変化点はY
であり、ペダルクランクの回転速度では異なった位置に
なる。このように人力トルクTcpに応じてアシスト比
が漸減される車速が変化することになり、様々なユーザ
に対して、アシスト比の減少を良好に認知させること が
できる。つまり、図7(c)の場合では、人力トルクが
低い時ほど、低い車速からアシスト比を漸減し始めた
り、その逆に設定したりすることもできる。
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。
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。
によれば、アシスト比の変化点を過ぎた高速走行域にお
いて、速度の上昇に伴って補助トルクと人力トルクの比
を漸減させ、人力トルクの比率を漸増させるので、運転
者にとって速度上昇が実感でき、普通の自転車と同様の
乗車感が得られ、補助動力付き車両として好適なフィー
リングが得られる効果がある。
Claims (2)
- 【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るようにした駆動力補助装置付
き自転車において、前記ペダル人力駆動手段で加えられ
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の検出手段の両検出値に応じて制御される補
助駆動力であって、当該補助駆動力の人力駆動力Tcp
に対する比率は、両検出値からなる所定仕事量における
高車速時に車速が増加するにつれて、比率が漸減してゆ
く変化点をもつと共に、該変化点は、人的駆動力Tcp
の増減に応じて異なるペダルクランクの回転速度に設定
されることを特徴とする、駆動力補助装置付き自転車。 - 【請求項2】 請求項1において、前記高車速時は、所
定仕事量における走行抵抗近傍の速度域であることを特
徴とする、駆動力補助装置付き自転車。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11097534A JP3141345B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 駆動力補助装置付き自転車 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11097534A JP3141345B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 駆動力補助装置付き自転車 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07294590A Division JP3141342B2 (ja) | 1995-11-13 | 1995-11-13 | 電動補助自転車 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11314593A JPH11314593A (ja) | 1999-11-16 |
JP3141345B2 true JP3141345B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=14194929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11097534A Expired - Lifetime JP3141345B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 駆動力補助装置付き自転車 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3141345B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6993272B2 (ja) * | 2018-03-22 | 2022-01-13 | 株式会社シマノ | 人力駆動車両用制御装置 |
JP6916140B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2021-08-11 | 株式会社シマノ | 人力駆動車用制御装置 |
-
1999
- 1999-04-05 JP JP11097534A patent/JP3141345B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11314593A (ja) | 1999-11-16 |
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