JP4583490B1 - 電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】低速走行時のペダリング中止の際には踏力の急激な変化が生じず快適な乗り心地を実現でき、高速走行時のペダリング中止の際には速やかに電動機の駆動を中止して乗車者の意図通りの安全な走行を実現できる電動補助自転車を提供することを目的とする。
【解決手段】電動機８が駆動されている状態において、検出踏力Ｆが予め定めた駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下の状態での走行距離Ｌが、予め定めた上限距離Ｌ_０以上となったときに、電動機８の駆動動作を停止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電力により電動機を回転させることで、乗車者の踏力を補助して走行する電動補助自転車に関し、特に、電動機の制御方法に関する。

自転車の走行を行う際に必要となる乗車者の踏力を、電源（二次電池など）でモータ（電動機）を回転させることによって補助して、乗車者の負担を低減する、電動補助自転車が一般に知られている。こうした電動補助自転車は、特に上り坂や走り始めなどの、大きな踏力（人力による駆動力）が必要となるときに、電動機を駆動してその回転駆動力を踏力に付加することで、乗車者の負担を小さくできる。

こうした電動補助自転車においては、自転車が乗車者の意図通りに走行するように、乗車者がペダリングを中止したとき、すなわち乗車者が自転車のその時点での惰性で走行すること、あるいは走行を停止することを望んでいるときには、速やかに電動機の駆動を停止することが望ましい。

このような、乗車者がペダリングを中止したことを察知して電動機の駆動を停止するように制御するための方法として、特許文献１に記載されているような、乗車者がペダルに加える踏力を検出する踏力検出手段（トルクセンサなど）を電動補助自転車に設けておき、この踏力検出手段の検出する検出踏力が予め定められた駆動停止基準値以下であるときに電動機の駆動を停止する方法が考えられる。

ところが、実際には、ペダルに加えられる踏力は、乗車者がペダルを一回転させる間にも変動している。よって、単に検出踏力が駆動停止基準値以下となった時点で即座に電動機の駆動を停止するように制御すると、図８（ａ），図８（ｂ）に示すように、ペダルを一回転させる間に踏力が減少した時点ρ_１，ρ_３で電動機の駆動を（ペダリングが行われているにも関わらず）停止してしまう。

そして、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌよりも少し大きめの値である駆動開始基準値Ｆ_Ｈを上回ったときρ_２，ρ_４に電動機の駆動を開始するようにしていると、駆動停止基準値Ｆ_Ｌと駆動開始基準値Ｆ_Ｈの両方が、ペダルを一回転させる間の踏力増減の振幅Ｆ_Ａの範囲内にあると、ペダルを一回転させる間に電動機の駆動停止と駆動開始の両方が行われることになってしまう。

したがって、ペダルを回転させる毎に電動機の駆動停止・駆動開始が繰り返されるため、図８（ｂ）に示すように、電動機による踏力の補助の有無が頻繁に切り替わることになってしまい、乗車者がペダリングの際に感じる抵抗は急激な変化（いわゆるチャタリング）を何度も起こすことになって、このような制御では非常に乗り心地の悪いものとなってしまう。

このようなチャタリングに対する対策として、図８（ｃ）に示すように、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となった瞬間ρ_１，ρ_３，ρ_５に電動機を停止（駆動信号をＯＦＦにする）のではなく、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下（Ｆ≦Ｆ_Ｌ）となった状態で規定上限時間ｔ_０経過したときに電動機を停止するという方法がある。

この方法であれば、図８（ａ）の左側の領域に現れているような、ペダルを一回転させる間の踏力減少期間τ_１などの短期間（時点ρ_１〜ρ_２間及び時点ρ_３〜ρ_４間）の踏力減少では、電動機は停止されなくなり（駆動信号はＯＮのままとなり）、ペダリング中にチャタリングが発生することが防止される。

なお、図８（ｄ）に示すように、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってから電動機を停止するまでの時間を、踏力減少期間τ_１よりも短い規定短時間ｔ₁（ｔ_１＜τ_１，例えば０．３秒）にしていると、チャタリングが発生することを防止できない。そのため、規定上限時間ｔ_０は、ペダリングにおける一回転中の踏力減少期間τ_１よりも長く（τ_１＜ｔ_０，例えば１秒）しておく必要がある。

特開平１０−０７６９８７号公報

しかしながら、この方法では、高速走行時において、ペダリングを中止したにも関わらず、電動機が駆動したまま電動補助自転車が長距離走行してしまう場合があるという問題が発生する。以下、この問題について詳しく解説する。

図８は低速走行時における踏力Ｆ及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図であり、図９は高速走行時における踏力Ｆ及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図であるが、従来の方法では規定上限時間ｔ_０を一定にしているために、図８（ｃ），図９（ｃ）に示すように、低速走行時でも高速走行時でも、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下（Ｆ≦Ｆ_Ｌ）となった時点から駆動停止までの時間は同じである。

図７に、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってから電動機の駆動が停止されるまでに電動補助自転車が走行する距離である駆動停止距離Ｌと電動補助自転車の走行速さｖとの関係を示す。

低速走行時でも高速走行時でも検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下（Ｆ≦Ｆ_Ｌ）となった時点から駆動停止までの時間ｔは同じ（ｔ＝ｔ_０で一定）であるため、駆動停止距離はＬ＝ｔ_０×ｖとなり、走行速さｖが大きいほど駆動停止距離Ｌも大きくなってしまう。

したがって、高速走行時では、乗車者がペダリングを中止しても電動補助自転車は電動機を駆動したままＬ＝ｔ_０×ｖの距離を走行してしまうこととなり、乗車者が意図した通りの動作での走行停止が行われなくなってしまうため、安全性が低下する。

乗車者の意図に近い動作での走行停止が行えるようにする方法としては、図９（ａ），図９（ｄ）に示すような、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下（Ｆ≦Ｆ_Ｌ）となった時点から駆動停止までの時間を短くしておくという方法がある。すなわち、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってから規定短時間ｔ₁（＜ｔ_０）経過したときに電動機を停止するという方法である。

この方法であれば、図９（ａ），図９（ｄ）に示すように、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってからｔ_０より短い規定短時間ｔ_１（ｔ_１＜ｔ_０，例えば０．３秒）で電動機の駆動が停止される（駆動信号がＯＦＦとなる）ので、高速走行時においても駆動停止距離が短く（ｔ₁×ｖ＜ｔ_０×ｖ）となり、乗車者の意図に近い動作での走行停止が行えるようになる。また、この方法であれば、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となった瞬間に電動機の駆動を停止するわけではないので、図９（ｂ）に示すような制御、すなわち検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となった時点σ_１，σ_３，σ_５，σ_７，σ_９で電動機の駆動を停止し、検出踏力Ｆが駆動開始基準値Ｆ_Ｈ以上となった時点σ_２，σ_４，σ_６，σ_８で電動機の駆動を開始するような制御を行う場合に生じるチャタリングも、高速走行時においては発生しない。

しかし、先述の図８（ｄ）に示したように、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってから電動機を停止するまでの時間をあまりに短くしまうと、低速走行時のチャタリングが防止できないため、規定短時間ｔ_１をあまりに短い値に設定することは好ましくない。そのため、従来の電動補助自転車では、ペダリングの中止の際に、踏力の急激な変化（チャタリング）や電動機が駆動したままの長距離の走行といった事態の少なくともどちらかが発生してしまい、快適な乗り心地と、乗車者の意図通りの安全な走行とを両立することは難しくなっていた。

本発明は、このような問題に鑑み、低速走行時のペダリング中止の際には踏力の急激な変化が生じず快適な乗り心地を実現でき、高速走行時のペダリング中止の際には速やかに電動機の駆動を中止して乗車者の意図通りの安全な走行を実現できるような、乗り心地と安全性を両立した電動補助自転車を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る発明は、電動機の駆動力によって乗車者の踏力による駆動力を補助しながら走行可能な電動補助自転車であって、乗車者の踏力によって駆動される踏力駆動機構と、電力によって駆動される電動機と、前記電動機の動作を制御する動作制御手段と、を有し、前記動作制御手段は、前記踏力の強さを検出する踏力検出手段と、電動補助自転車の走行距離を検出する走行距離検出手段と、前記電動機を駆動または停止させる電動機駆動手段と、を有し、前記電動機駆動手段によって前記電動機が駆動されている状態において、前記踏力検出手段によって検出される検出踏力が予め定めた駆動停止基準値以下の状態での前記走行距離検出手段によって検出される走行距離が、予め定めた上限距離以上となったときに、前記電動機駆動手段による前記電動機の駆動動作を停止することを特徴とする。

上記の電動補助自転車によれば、低速走行時においても高速走行時においても、踏力が駆動停止基準値以下となってから上限距離よりも長距離を走行するまでに電動機の駆動を停止することができる。また、踏力が駆動停止基準値以下となってからある程度の期間をおいて電動機の駆動を停止することになるので、通常走行時において電動機の駆動停止・駆動開始が繰り返されることを抑制可能となる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電動補助自転車であって、走行距離検出手段が、電動補助自転車の走行速さを検出する走行速さ検出手段と、踏力検出手段の検出する検出踏力が予め定めた駆動停止基準値以下となったときから経過した時間を計時する計時手段と、前記走行速さ検出手段によって検出される走行速さと予め定めた上限距離とから、電動補助自転車が前記上限距離を走行するまでの所要時間を可変上限時間として算出する上限時間算出部と、を有し、動作制御手段が、電動機駆動手段によって電動機が駆動されている状態において、前記検出踏力が前記駆動停止基準値以下となってから前記駆動停止基準値を上回るまでに前記計時手段によって計時される時間が前記可変上限時間以上となったときに、前記電動機駆動手段による前記電動機の駆動動作を停止することを特徴とする。

この電動補助自転車によれば、走行速さに応じて適切なタイミングで電動機の駆動を停止することができる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電動補助自転車であって、動作制御手段が、電動機駆動手段によって前記電動機が駆動されている状態において、前記走行距離検出手段によって検出される検出踏力が予め定めた駆動停止基準値以下の状態での前記走行距離検出手段によって検出される走行距離が、予め定めた上限距離以上となったときと、検出踏力が駆動停止基準値以下となってから経過した時間が、検出踏力が前記駆動停止基準値を上回る前に、予め定めた規定上限時間以上となったときとの、どちらか早い時点で電動機の駆動動作を停止することを特徴とする。

この電動補助自転車によれば、どのような走行速さで走行している場合においても、踏力が駆動停止基準値以下となってから規定上限時間以内のタイミングで電動機の駆動を停止することができる。

本発明に係る電動補助自転車は、踏力が駆動停止基準値以下となってから上限距離よりも長距離を走行するまでに電動機の駆動を停止することができるので、高速走行時にも乗車者の意図に近い動作での走行が行えるようになって、安全性の高い走行を行うことができる。

また、踏力が駆動停止基準値以下となってから適切な期間をおいて電動機の駆動を停止することになるので、乗車者がペダリングの際に感じる抵抗には急激な変化が現れず、快適な乗り心地を実現することができる。

また、前記検出踏力が前記駆動停止基準値以下となってから前記駆動停止基準値を上回るまでの時間が、走行速さに応じて決まる可変上限時間以上となったときに補助駆動を停止するようにすることで、走行速さに応じて適切なタイミングで電動機の駆動を停止することができるので、より快適な乗り心地を実現することができる。

また、検出踏力が駆動停止基準値以下の状態での走行距離が上限距離以上となったときだけでなく、検出踏力が駆動停止基準値以下の状態を継続した時間が規定上限時間以上となったときにも補助駆動を停止するようにすることで、どのような走行速さで走行している場合においても、踏力が駆動停止基準値以下となってから規定上限時間以内のタイミングで電動機の駆動を停止することができるので、低速走行時においても速やかに電動機の駆動を停止することができて、より安全性の高い走行を行うことができる。

本発明の実施の形態の一例に係る電動補助自転車の全体構成を示す側面図 同電動補助自転車の動作制御手段の構成を示すブロック図 同電動補助自転車の動作制御手段の動作を示すフローチャートの一例 同電動補助自転車及び従来技術による電動補助自転車における駆動停止距離と走行速さとの関係を示す図 低速走行時における踏力及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図であり、（ａ）は踏力の時間的変動を示す図、（ｂ）は本発明の実施の形態の一例に係る電動補助自転車における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｃ）は規定上限時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｄ）は規定短時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図 高速走行時における踏力及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図であり、（ａ）は踏力の時間的変動を示す図、（ｂ）は本発明の実施の形態の一例に係る電動補助自転車における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｃ）は規定上限時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｄ）は規定短時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図 従来技術による電動補助自転車における駆動停止距離と走行速さとの関係を示す図 従来技術における低速走行時での踏力及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図であり、（ａ）は踏力の時間的変動を示す図、（ｂ）は踏力が基準値をまたいだ瞬間に駆動停止／再開を行う制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｃ）は規定上限時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｄ）は規定短時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図 従来技術における高速走行時での踏力及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図であり、（ａ）は踏力の時間的変動を示す図、（ｂ）は踏力が基準値をまたいだ瞬間に駆動停止／再開を行う制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｃ）は規定上限時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図、（ｄ）は規定短時間に基づいた制御を行う従来技術における電動機駆動信号の時間的変動を示す図

以下、図１〜図６を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。
＜全体構成について＞
まず、電動補助自転車の全体構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の電動補助自転車１は、車体の骨格を成す車体フレーム１０を有し、車体フレーム１０の前方上部にはブレーキレバー２２を有するハンドル部２０が取り付けられており、車体フレーム１０の前方下部には前輪４ａが回転自在に軸支されている。

また、車体フレーム１０の後方には、バッテリー２が取り付けられており、その下方には、乗車者の人力駆動力（踏力）が加えられるクランクペダル部が設けられている。このクランクペダル部はペダル３１，クランクアーム３２，クランクアーム軸３３で構成され、クランクアーム軸３３はハンガラグ部（図示せず）により回転自在に支持されている。そして、ペダル３１に踏力が加えられたとき、クランクアーム３２がクランクアーム軸３３の周りで回転し、その回転駆動力が踏力駆動機構（図１中のチェーン３４あるいはベルト、及びギヤやスプロケットなど）を介して、クランクペダル部よりもさらに後方の下部に回転自在に軸支された後輪４ｂへ伝えられるように構成されている。

また、クランクペダル部の周辺においては、バッテリー２を電源として電力によって駆動する電動機（モータ）８及びこの電動機８の動作を制御する動作制御手段４０（マイクロコンピュータや各種センサ、マニュピレータなどで構成されたユニット）が取り付けられている。

以上が電動補助自転車１の全体的な構成である。
＜動作制御手段の構成について＞
次に、動作制御手段４０の構成について、図２を参照して説明する。

動作制御手段４０は、検出器として、ペダル３１に加えられる人力による駆動力（踏力）を検出する踏力検出手段４６（踏力検出器）と、電動補助自転車１の走行距離を検出する走行距離検出手段４５（走行距離検出器）とを有している。

ここで、走行距離検出手段４５は、電動補助自転車１の走行速さを検出する走行速さ検出手段４７（走行速さ検出器）と計時手段４１（タイマ）である上限可変計時部４１ｂとを備えており、電動補助自転車１の走行速さと計時した時間とから、電動補助自転車１の走行した走行距離を検出することができるようになっている。

また、走行距離検出手段４５には、走行速さ検出手段４７の検出する走行速さｖを基に可変上限時間ｔ_Ｘを算出する上限時間算出部４３が設けられている。
この上限時間算出部４３は、上限可変計時部４１ｂの計時する時間ｔ_Ｂの上限として、所定の時点から電動補助自転車１が走行速さｖで走行し続けたときに予め定めた上限距離Ｌ_０を走行するまでの所要時間（すなわち上限距離Ｌ_０を走行速さ検出手段４７の検出する走行速さｖで除した値）である可変上限時間ｔ_Ｘ（＝Ｌ_０／ｖ）を設定することが可能なようになっている。

走行距離検出手段４５は、上限可変計時部４１ｂの計時する時間ｔ_Ｂが可変上限時間ｔ_Ｘに達したかどうかを判定することによって、所定の時点から電動補助自転車１が上限距離Ｌ_０を走行したかどうかを検出することが可能なようになっている。

この走行距離検出手段４５の検出する走行距離を参照することにより、動作制御手段４０は、電動補助自転車１の走行距離に応じて電動機８の動作を制御することができる。また、踏力検出手段４６の検出する検出踏力が駆動停止基準値以下となったときを所定の時点とすることで、検出踏力が予め乗車者がペダリングを中止してから上限距離Ｌ_０を走行したときに電動機の駆動を停止するように制御を行うことができる。

そして、踏力検出手段４６及び走行距離検出手段４５（の走行速さ検出手段４７）は、クランクペダル部のクランクアーム軸３３付近に取り付けられている。ここで、踏力検出手段４６としては、例えば磁歪センサや弾性リング式トルクセンサを用いることができる。また、走行速さ検出手段４７としては、例えばロータリーエンコーダなどの回転数検出器で検出したペダルまたは車輪の回転数を基に演算することで走行速さを検出できるようになっている。なお、これら踏力検出手段４６，走行速さ検出手段４７のセンサ部と演算部とは別々の箇所に設けてあってもよく、特にセンサ部はより効果的に検出が行えるように、車輪の近くに取り付けてもよく、必ずしもクランクアーム軸３３付近に取り付ける必要はない。

また、計時手段４１として、上限可変計時部４１ｂのほか、計時する時間の上限として規定上限時間ｔ_０が設定された上限規定計時部４１ａが設けられており、これら上限規定計時部４１ａ，上限可変計時部４１ｂは、踏力検出手段４６の検出する検出踏力Ｆをトリガとして計時開始が行えるように構成されている。

さらに、動作制御手段４０は、電動機８の動作を制御する電動機駆動手段４８を備えている。この電動機駆動手段４８は、具体的には、各種検出器の検出量を基に演算を行うマイクロコンピュータや、マイクロコンピュータの演算結果に基づいて電動機８の回転を制御するモータドライバなどによって構成することができ、ここでは、上限規定計時部４１ａの計時値ｔ_Ａ，上限可変計時部４１ｂの計時値ｔ_Ｂをトリガとして電動機８の駆動を制御できるように構成されている。

なお、図２には図示しないが、計時値ｔ_Ａ，ｔ_Ｂのほか、各種検出器（踏力検出手段４６や走行速さ検出手段４７）の検出量や、ブレーキレバー２２の操作をトリガとして電動機８の駆動を制御できるように動作制御手段４０を構成しておいてもよい。また、具体的な電動機８の制御方法としては、例えばＰＷＭ制御を採用することができ、検出踏力Ｆや走行速さｖ、及び所定のアシスト率に応じて、電動機８に出力する駆動用ＰＷＭ波形のパルス幅を制御するとよい。

また、図２には図示しないが、動作制御手段４０には、各部検出器の検出量や計時手段の計時値、マニュピレータの動作などを基に演算を行い、電動補助自転車全体の動作を制御する演算処理部が設けられている。

＜動作制御手段の制御内容について＞
次に、動作制御手段４０の動作について図３〜図６を用いて説明する。
図３は電動補助自転車１の動作制御手段４０の動作を示すフローチャートの一例であり、図４は駆動停止距離Ｌと走行速さｖとの関係を示す図、図５は低速走行時における踏力及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図、図６は高速走行時における踏力及び電動機駆動信号の時間的変動を示す図である。ここで、電動機駆動信号（電動機駆動手段４８が電動機８に出力する信号）は、実際には走行状況に応じたＰＷＭ制御を行っているために複雑な波形となるが、説明の簡略化のため、図５，図６においては、回転するよう指令を出しているか（ＯＮ）、あるいは回転を停止するよう指令を出しているか（ＯＦＦ）のみを示す。なお、従来技術における制御方法との比較のため、図５（ｃ），図６（ｃ）に規定上限時間ｔ_０のみに基づいて制御を行った場合の電動機駆動信号の様子を、図５（ｄ），図６（ｄ）に規定短時間ｔ_１のみに基づいて制御を行った場合の電動機駆動信号の様子を示す。

図５（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態では、駆動信号がＯＮの状態において、踏力検出手段４６の検出する検出踏力Ｆが、予め定めた駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下（Ｆ≦Ｆ_Ｌ）となってから（図５のＰ_１，Ｐ_３の時点、図６のＱ_１，Ｑ_３の時点）、可変上限時間ｔ_Ｘ（予め定めた上限距離Ｌ_０を走行するまでの所要時間）と予め定めた規定上限時間ｔ_０とのどちらか短い時間が経過したとき、すなわち検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下の状態で上限距離Ｌ_０以上の距離を走行したとき（図５のＰ_５の時点、図６のＱ_４の時点）と規定上限時間ｔ_０以上の時間が経過したとき（図５のＰ_４の時点、図６のＱ_５の時点）とのどちらか早い時点（Ｐ_４，Ｑ_４の時点）で、駆動信号をＯＦＦにする。

ただし、図５（ａ），（ｂ）におけるＰ_１，Ｐ_２の時点、図６におけるＱ_１，Ｑ_２の時点のように、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってから（Ｐ_１，Ｑ_１の時点）、規定上限時間ｔ_０と可変上限時間ｔ_Ｘとのどちらか短い時間が経過する前に、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌを上回った場合（Ｐ_２，Ｑ_２の時点）には、駆動信号はＯＮのままとなる。

以下、図３に示すフローチャートに沿って、動作制御手段４０の具体的な動作の流れを説明する。
まず、乗車者が電動補助自転車１に乗車し、動作制御手段４０の電源を投入して、乗車者がペダル３１を踏んでクランクアーム３２を回転させ、走行を開始する（図３のステップＳ１）。

走行中には随時、各部センサ（踏力検出手段４６や走行速さ検出手段４７）の作動と、その検出量の読み取りが行われる（ステップＳ２）。
検出量の読み取りが行われたら、動作制御手段４０の演算処理部は、まず、電動機駆動手段４８によって電動機８の駆動が行われているかどうか、すなわち補助駆動中であるかどうかを判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において補助駆動中ではない、すなわち電動機駆動手段４８によって電動機８の駆動が行われていないと判定された場合（ステップＳ３−Ｎｏ）には、ステップＳ１１に進んで踏力検出手段４６の検出する検出踏力Ｆが予め定めた駆動開始基準値Ｆ_Ｈ以上であるかどうかが判定される。

ステップＳ１１において検出踏力Ｆが駆動開始基準値Ｆ_Ｈ未満であった場合（ステップＳ１１−Ｎｏ）には、再度各部センサの検出量の読み取りが行われるまで補助駆動を停止したままとする（ステップＳ２へ戻る）。

ステップＳ１１において検出踏力Ｆが駆動開始基準値Ｆ_Ｈ以上であった場合（ステップＳ１１−Ｙｅｓ）には、ステップＳ１２へ進んで電動機駆動手段４８による電動機８の駆動を開始する、すなわち補助駆動を開始する（駆動信号をＯＮにする）。そして、次回の各部センサの検出量の読み取りを待つ（ステップＳ２へ戻る）。

一方、ステップＳ３において補助駆動中である、すなわち電動機駆動手段４８によって電動機８の駆動が行われていると判定された場合（ステップＳ３−Ｙｅｓ）には、ステップＳ４に進んで、踏力検出手段４６の検出する検出踏力Ｆが予め定めた駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下であるかどうかが判定される。

ステップＳ４において検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌを上回っていた場合（ステップＳ４−Ｎｏ）には、ステップＳ９へ進み、上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂが作動中（計時を行っている）かどうかが判定される。

ステップＳ９において上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂが作動していなかった場合（ステップＳ９−Ｎｏ）には、何も行わず、次回の各部センサの検出量の読み取りを待つ（ステップＳ２へ戻る）。このとき、補助駆動は継続したままとなる。

一方、ステップＳ９において上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂが作動していた場合（ステップＳ９−Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０に進み、上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂの計時を停止し、それぞれの計時値ｔ_Ａ，ｔ_Ｂもクリア（ｔ_Ａ＝０，ｔ_Ｂ＝０）する。このときも、補助駆動は継続したままとなる。

すなわち、ステップＳ９の判定結果によらず、ステップＳ４−Ｎｏへ進んだ場合、つまり検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌを上回っていた場合には補助駆動は継続したままとなる。

一方、ステップＳ４において検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下であった場合（ステップＳ４−Ｙｅｓ）には、ステップＳ５へ進み、上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂが作動中（計時を行っている）かどうかが判定される。

ステップＳ５において上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂが作動していなかった場合（ステップＳ５−Ｎｏ）には、ステップＳ８へ進み、上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂを作動開始（計時開始）する。このとき、上限時間算出部４３によって上限可変計時部４１ｂの可変上限時間ｔ_Ｘの算出を行い、計時開始から電動補助自転車１が予め定めた上限距離Ｌ_０を走行するまでの所要時間（すなわち上限距離Ｌ_０を走行速さ検出手段４７の検出する走行速さｖで除した値）を可変上限時間ｔ_Ｘとして設定する（ｔ_Ｘ←Ｌ_０／ｖ）。その後、次回の各部センサの検出量の読み取りを待つ（ステップＳ２へ戻る）。

一方、ステップＳ５において上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂが作動していた場合（ステップＳ５−Ｙｅｓ）には、ステップＳ６に進み、規定上限計時部４１ａの計時値ｔ_Ａが予め定めた規定上限時間ｔ_０以上であるか、あるいは上限可変計時部４１ｂの計時値ｔ_Ｂが上限時間算出部４３によって算出された可変上限時間ｔ_Ｘ以上であるかどうか（すなわち、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下の状態での経過時間が規定上限時間ｔ_０に達したかどうか、あるいは計時開始から電動補助自転車１が上限距離Ｌ_０を走行したかどうか）が判定される。

ステップＳ６において、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下の状態での経過時間が規定上限時間ｔ_０と可変上限時間ｔ_Ｘとのどちらにも達していなかった場合（ステップＳ６−Ｎｏ）には、何も行わず、次回の各部センサの検出量の読み取りを待つ（ステップＳ２へ戻る）。このとき、上限規定計時部４１ａ及び上限可変計時部４１ｂによる計時は継続される。

一方、ステップＳ６において、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下の状態での経過時間が規定上限時間ｔ_０と可変上限時間ｔ_Ｘとのどちらか短い方以上となっていた場合（ステップＳ６−Ｙｅｓ）には、ステップＳ７へ進み、電動機駆動手段４８による電動機８の駆動を停止する、すなわち補助駆動を停止する（駆動信号をＯＦＦにする）。そして、次回の各部センサの検出量の読み取りを待つ（ステップＳ２へ戻る）。

このように補助駆動の開始及び停止を制御するようにしていると、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、低速走行時（走行速さｖが小さいとき）には規定上限時間ｔ_０が可変上限時間ｔ_Ｘよりも短い（ｔ_０＜ｔ_Ｘ）ため、電動機８の駆動が停止されるタイミングは、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってから規定上限時間ｔ_０が経過した時点Ｐ_４となるため、図４の左側の領域に示すように、走行速さｖに比例して駆動停止距離Ｌが増加する（Ｌ＝ｔ_０×ｖ）。

しかし、高速走行時（走行速さｖが大きいとき、具体的には上限距離Ｌ_０を規定上限時間ｔ_０で除した値ｖ_０＝Ｌ_０／ｔ_０以上のとき）には、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、可変上限時間ｔ_Ｘが規定上限時間ｔ_０よりも短くなる（すなわち、計時開始から規定上限時間ｔ_０を経過する前に電動補助自転車１が上限距離Ｌ_０を走行する）ため、電動機８の駆動が停止されるタイミングは、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下となってから可変上限時間ｔ_Ｘが経過した時点（上限距離Ｌ_０を走行した時点）Ｑ_４となり、図４の右側の領域に示すように、走行速さｖの増加によらず駆動停止距離Ｌが上限距離Ｌ_０で一定となる（Ｌ＝Ｌ_０）。なお、図６（ｂ），（ｄ）に示すように、走行速さｖが十分に大きいとき（ｖ＞Ｌ_０／ｔ₁のとき）には、この駆動停止タイミングＱ_４は、従来技術のような規定短時間ｔ_１に基づく制御を行った場合の停止タイミングよりも早くなることもある。

したがって、本発明の電動補助自転車では、電動補助自転車が高速で走行している場合においても、乗車者がペダリングを停止してから電動機の駆動が停止されるまでに電動補助自転車が走行する距離（駆動停止距離Ｌ）は、予め定めた上限距離Ｌ_０程度に抑えられるため、従来技術のような、高速走行時においてペダリングを中止しているにも関わらず電動機の駆動がしばらく続いてしまい、自転車が乗車者の意図通りに走行しないという問題が発生せず、高速走行時においても高い安全性を実現することができる。

また、踏力の振幅が大きくなる低速走行時においては、踏力が駆動停止基準値以下となってから所定時間（規定上限時間）経過するまでは電動機の駆動を継続するようにしているので、図５（ｄ）に示す従来技術における制御方法のような、踏力の振幅が大きい低速走行時において電動機の駆動開始・停止が頻繁に繰り返されて乗り心地が悪くなるという問題が発生せず、低速走行時においても快適な乗り心地を実現することができる。

このように、本発明を用いることにより、高速走行時における高い安全性と低速走行時における快適な乗り心地を両立することができる。
なお、以上の実施の形態では、フローチャートに沿って各ステップを順次実行する形で動作制御手段４０の働きを説明したが、各部センサの検出量の読み取りやモータの駆動制御など、継続的に行う必要のある処理はそれぞれ並行して行い、検出踏力Ｆが閾値（駆動開始基準値Ｆ_Ｈや駆動停止基準値Ｆ_Ｌ）を跨いだときや、計時値ｔ_Ａ，ｔ_Ｂが上限値に達したときなど、所定の条件が成立したときに割り込み処理等の方法によって別処理（電動機８の駆動開始／停止処理や計時値のクリアなど）に移行する形にしてもよい。

また、走行速さと経過時間から走行距離を求めるようにしているが、タイヤの回転回数などから直接走行距離を検出する検出手段を設けておき、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下（Ｆ≦Ｆ_Ｌ）の状態での走行距離が上限距離Ｌ_０以上となったときに補助駆動を停止するようにしても良い。

また、規定上限時間を設定せず、補助駆動停止までの上限時間として可変上限時間のみを参照するようにしても良い。すなわち、検出踏力Ｆが駆動停止基準値Ｆ_Ｌ以下（Ｆ≦Ｆ_Ｌ）の状態での経過時間に依らず、その状態での走行距離のみを参照して補助駆動の停止タイミングを決定するようにしてもよい。

また、処理の簡略化のために、駆動開始基準値Ｆ_Ｈと駆動停止基準値Ｆ_Ｌとは同じ値にしておいてもよい。
また、以上の実施の形態では、検出踏力Ｆが駆動開始基準値Ｆ_Ｈ以上となった時点で補助駆動を開始するようにしているが、チャタリング対策として、駆動開始基準値Ｆ_Ｈ以上の状態が所定時間継続したときに補助駆動を開始するようにしてもよい。

また、緊急停車時に迅速に補助駆動を停止できるよう、ブレーキレバー２２が操作された場合には他の条件によらず強制的に補助駆動を停止するようにしておいてもよい。

本発明は、乗車者の踏力によって駆動する踏力駆動機構と電力によって駆動する電動機とを有する電動補助自転車全般に広く用いることができる。

１ 電動補助自転車
２ バッテリー
４ａ 前輪
４ｂ 後輪
８ 電動機
１０ 車体フレーム
４０ 動作制御手段
４１ 計時手段
４５ 走行距離検出手段
４６ 踏力検出手段
４７ 走行速さ検出手段
４８ 電動機駆動手段

Claims (3)

1. 電動機の駆動力によって乗車者の踏力による駆動力を補助しながら走行可能な電動補助自転車であって、
   乗車者の踏力によって駆動される踏力駆動機構と、
   電力によって駆動される電動機と、
   前記電動機の動作を制御する動作制御手段と、を有し、
   前記動作制御手段は、
   前記踏力の強さを検出する踏力検出手段と、電動補助自転車の走行距離を検出する走行距離検出手段と、前記電動機を駆動または停止させる電動機駆動手段と、を有し、
   前記電動機駆動手段によって前記電動機が駆動されている状態において、前記踏力距離検出手段によって検出される検出踏力が予め定めた駆動停止基準値以下の状態での前記走行距離検出手段によって検出される走行距離が、予め定めた上限距離以上となったときに、前記電動機駆動手段による前記電動機の駆動動作を停止すること
   を特徴とする電動補助自転車。
2. 走行距離検出手段が、
   電動補助自転車の走行速さを検出する走行速さ検出手段と、
   踏力検出手段の検出する検出踏力が予め定めた駆動停止基準値以下となったときから経過した時間を計時する計時手段と、
   前記走行速さ検出手段によって検出される走行速さと予め定めた上限距離とから、電動自転車が前記上限距離を走行するまでの所要時間を可変上限時間として算出する上限時間算出部と、を有し、
   動作制御手段が、
   電動機駆動手段によって電動機が駆動されている状態において、
   前記検出踏力が前記駆動停止基準値以下となってから前記駆動停止基準値を上回るまでに前記計時手段によって計時される時間が前記可変上限時間以上となったときに
   前記電動機駆動手段による前記電動機の駆動動作を停止すること
   を特徴とする請求項１記載の電動補助自転車。
3. 動作制御手段が、
   電動機駆動手段によって電動機が駆動されている状態において、
   踏力検出手段によって検出される検出踏力が予め定めた駆動停止基準値以下の状態での走行距離検出手段によって検出される走行距離が、予め定めた上限距離以上となったときと、
   検出踏力が駆動停止基準値以下の状態を継続した時間が、予め定めた規定上限時間以上となったときとの、
   どちらか早い時点で電動機の駆動動作を停止すること
   を特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電動補助自転車。

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