JP5049042B2 - 電動アシスト自転車 - Google Patents
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Description
(踏力検出機構)
マイクロコンピュータ14に入力される磁場信号1、2、3を出力する踏力検出機構を図3乃至図7を用いて説明する。この踏力検出機構は、踏力に応じた一方向クラッチ99の変形によって変化する磁場を検出する。
(1) 皿バネ137は、ドライブシャフト4に対して相対的に回転しない駒部100と支持ディスク151とに当接しているため、皿バネ137もドライブシャフト4、駒部100及び支持ディスク151と共に、回転する。よって、皿バネ137と駒部100との間には摩擦が生じず、回転抵抗も発生しない。
(2) 一方向クラッチと踏力検出機構とを一つの機構で実現したので、部品点数の削減化が図られ、小型、軽量化及び低コストを達成できる。
(3) 踏力を検出する部分を、磁力発生ユニットに対して皿バネに近接して磁場検出センサーを設けたので、皿バネの磨耗や回転抵抗などが発生せず、トルク検出装置の精度を向上させると共に耐久性を向上させることができる。
(4) 上記項目(2)及び(3)に示したように踏力検出機構の小型、軽量化及び簡素化をより高いレベルで達成したので、通常の自転車であっても踏力検出機構を取り付ける可能性が更に広がった。
(5) 上記項目(2)及び(3)で示した理由により、従来機構に比べて、非接触式の磁場強度による踏力検出機構を用いたので、制御の応答性のよいアシストフィーリングを実現できる。
(6) 上記項目(2)及び(3)で示した理由により、従来機構(コイルバネ使用)に比べ、ペダルに無駄な動き(センサーが感知するまで)が無くなり、ペダルを踏み込んだときのフィーリングは、従来機構は踏み込み時に弾力感があったのに対し、上記例では、通常の自転車のフィーリングと同様になった。
(合力機構)
電動アシスト自転車1の合力機構を、図3及び図7を用いて説明する。
(クランク角度及び車速の検出機構)
電動アシスト自転車1のクランク角度検出機構を、図3、図7乃至図8を用いて説明する。
(本発明の実施例の作用)
図8に示すように、踏み込み開始角度で右側ペダルクランク6Rのペダル8Rに対する踏み込みが開始され、クランク角度θが増大するにつれ、踏力が漸次大きくなり、踏力最大角度で踏力が最大となり、それから次第に踏力が減少し、踏み込み終了角度で踏力が実質的に0となり、右側ペダルクランク6Rにおけるペダル半回転サイクルが完了する。終了角度から更にクランク角度が一定角度増大すると、左側ペダルクランク6Lのペダル8Lに対する踏み込みが開始され、同様に、左側ペダルクランク6Lにおけるペダル半回転サイクルが実行される。
なお、θs(k)、θm(k)及びθe(k)は、サイクル数kが大きくなるにつれて、グラフ上では増大していくが、以下、単に「クランク角度」と称した場合には、θs(k)=0にリセットされるものとする。即ち、後述される踏力最大角度及び踏み込み終了角度は、各々、開始角度を0としたときのクランク角度である。
従って、本発明の実施例に係るクランク角度に応じたアシスト比の変更制御によれば、急な出だしにより車体を発進させた場合等においてクランク角度が小さいうちは補助動力を比較的小さく抑えることができる。更には、最も補助動力を必要とする最大踏力時のクランク角度では、補助動力を比較的大きくすることができる。
Avθm=(θm(p−n)+θm(p−n+1)+..θm(p−1))/n
また、過去n個の踏み込み終了角度のデータθe(p−n)、θe(p−n+1),..θe(p−1)から次式の通り平均最大踏力角度Avθeを演算する。
Avθe=(θe(p−n)+θe(p−n+1)+..θe(p−1))/n
更に、過去n個の最大踏力のデータFLmax(p−n)、FLmax(p−n+1),..FLmax(p−1)から次式の通り踏み込み平均最大踏力AvFLmaxを求めることもできる。
AvFLmax=(FLmax(p−n)+..FLmax(p−1))/n
ステップ336で平均値が演算されると、本サブルーチンをリターンして、図10のステップ310に戻る。このとき、ステップ336で求められたAvθm及びAvθeを各々最大踏力角度θm0及び終了角度θe0に代入し、ステップ312に移行する。このように本サブルーチンでは、最大踏力角度θm0及び終了角度θe0を過去n個分のデータを平均することによって求めているので、個々人の差や路面状況等に応じて変動する踏力パターンに適用したパラメータを設定することができる。なお、ステップ336では、過去n個のデータに基づいて平均演算を行ったが、例えば、指定した一定学習期間の走行中に取得したn個のデータに基づいてAvθm及びAvθeを求め、学習期間終了後は、それらの平均値をステップ310で固定値として用いることもできる。なお、n=1であってもよい。
2 スプロケット
3 フレーム
4 ドライブシャフト
11 電動アシストユニット
12 チェーン
14 マイクロコンピュータ
15 増幅回路
17 バッテリー
22 駆動輪(後輪)
37 電動モーター
37a 電動モーターの出力軸
99 一方向クラッチ
100 駒部
102 ラチェット駒
108 第1の回転防止用溝
112 歯部
114 ラチェット歯
137 皿バネ
140 第2の回転防止用溝
150 鋼球
151 支持ディスク
161 リング状の永久磁石
162 ホール素子
163 (磁性体又は反磁性体でできた)リング部材
164 永久磁石
200 補助動力伝達ギア
202 クランク角度検出用の永久磁石
204 動力伝達ギアの歯部
206 固定ピン
210 クランク角度検出用のホール素子
220 ギア
222 補助動力の出力シャフト
Claims (14)
- 踏力によるペダルクランクの回転で走行する電動アシスト自転車であって、
補助動力を発生するための電動手段と、
前記補助動力を踏力に並列に付加するための合力手段と、
踏力を検出するための踏力検出手段と、
前記ペダルクランクの車体に対する角度であるクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、
前記クランク角度と前記電動アシスト自転車の車速との関数としてアシスト比パターンを決定するアシスト比決定手段と、
検出されたクランク角度に対応するアシスト比を決定された前記アシスト比パターンから求め、該アシスト比と検出された踏力とから補助動力を演算し、該補助動力を出力するように前記電動手段を制御する、制御手段と、
を備える、電動アシスト自転車。 - ペダル半回転サイクルにおいて、踏み込みが開始されたときのクランク角度を踏み込み開始角度、踏力が最大となるクランク角度を最大踏力角度、及び、踏み込みが終了したときのクランク角度を踏み込み終了角度と定義したとき、
前記アシスト比決定手段により決定されるアシスト比パターンは、前記開始角度から前記終了角度まで定義されている、請求項1に記載の電動アシスト自転車。 - 前記アシスト比決定手段により決定されるアシスト比パターンでは、クランク角度が前記開始角度から前記最大踏力角度まで変化するときアシスト比が漸増され、前記最大踏力角度でアシスト比が最大となり、クランク角度が該最大踏力角度から前記終了角度まで変化するときアシスト比が漸減される、請求項2に記載の電動アシスト自転車。
- 前記アシスト比決定手段は、前記踏み込み開始角度が検出されたとき、最大踏力角度及び前記踏み込み終了角度を典型的な固定値として各々有するアシスト比パターンを決定する、請求項2又は3に記載の電動アシスト自転車。
- 前記踏力検出手段により検出された踏力及び前記クランク角度検出手段により検出されたクランク角度に基づいて、クランク角度の関数としての踏力パターンを監視する、踏力パターン監視手段を更に備え、
前記アシスト比決定手段は、前記踏力パターン監視手段により監視された踏力パターンに基づいて前記アシスト比パターンを決定する、請求項2又は3に記載の電動アシスト自転車。 - 前記踏力パターン監視手段は、前記踏力パターンを特徴付けるパラメータとして少なくとも該踏力パターンの最大踏力角度及び踏み込み終了角度を抽出することにより前記踏力パターンを監視し、
前記アシスト比決定手段は、前記踏力パターンの前記特徴パラメータを有するアシスト比パターンを決定する、請求項5に記載の電動アシスト自転車。 - 前記踏力パターン監視手段は、前記特徴パラメータとして、過去の複数の踏力パターンの最大踏力角度及び踏み込み終了角度の各平均演算値を求める、請求項6に記載の電動アシスト自転車。
- 前記過去の複数の踏力パターンは、前記電動アシスト自転車が走行中に順次検出される直前の複数の踏力パターン、又は、一定の学習期間内に検出された複数の踏力パターンのうちいずれかである、請求項7に記載の電動アシスト自転車。
- 前記特徴パラメータには、前記踏力パターンの最大踏力値が含まれている、請求項6乃至8のいずれか1項に記載の電動アシスト自転車。
- 複数のアシスト比パターンを記憶した記憶手段と、
前記踏力検出手段により検出された踏力及び前記クランク角度検出手段により検出されたクランク角度に基づいて、クランク角度の関数としての踏力パターンを監視する、踏力パターン監視手段と、を更に備え、
前記アシスト比決定手段は、前記踏力パターン監視手段により監視された踏力パターンに対応するアシスト比パターンを前記記憶手段から検索して決定する、請求項2又は3に記載の電動アシスト自転車。 - 前記クランク角度検出手段は、
スプロケットに同軸に固定されたディスクと、
前記ディスクの一方の板面側に円周等分に配置された複数の永久磁石と、
前記ディスクの前記一方の板面側に隣接して前記車体に対して固定された磁場検出手段と、
前記磁場検出手段からの磁場パルス信号をカウントするカウント手段と、
を備え、
前記踏力検出手段により踏み込み開始が検出されたときから前記カウント手段によりカウントされた磁場パルス信号のカウント値に基づいて前記クランク角度を検出する、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の電動アシスト自転車。 - 前記ディスクは、外側周囲に複数の歯を有するギアとして構成され、
前記ディスクのギアと、前記電動手段の出力ギアと、を噛み合わせることによって、前記合力手段を構成する、請求項11に記載の電動アシスト自転車。 - 前記ペダルクランクが連結されたドライブシャフトの車体前進方向に対応する一方向の回転のみを前記スプロケットに伝達するように前記ドライブシャフトと前記スプロケットとを連結する一方向クラッチを更に備え、
前記一方向クラッチは、
複数の駒が形成された駒部と、
前記複数の駒と各々係合する複数の歯が形成された歯部と、
を備え、
前記駒部及び前記歯部のいずれか一方は、前記ディスクの板面に形成されている、請求項11又は12に記載の電動アシスト自転車。 - 前記駒部及び前記歯部のうち前記ディスクに形成されていない他方は、前記ドライブシャフトに相対回転できず且つ軸方向に摺動可能に取り付けられ、
前記ドライブシャフトが前記一方向に回転したとき、前記駒部及び前記歯部の間の相対回転を係止させるように前記駒及び前記歯が係合すると共に、前記駒部及び前記歯部のうち他方は、弾性手段の弾性力に抗して踏力に対応した軸方向距離で前記駒部及び前記歯部のうち一方から離れ、
前記ドライブシャフトが前記一方向とは反対方向に回転したとき、前記駒部及び前記歯部の間の相対回転を可能とするように前記歯及び駒による係止が解除され、前記弾性手段の弾性力により前記軸方向距離が減少し、
前記踏力検出手段は、前記弾性手段の弾性歪みを検出することによって前記踏力を求める、請求項13に記載の電動アシスト自転車。
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