JPH0986476A - 電動モータ付自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルク検出機構を用いることなく、人力トル
クに応じたモータ出力トルクを発生させることができる
電動モータ付自転車を提供する。 【構成】 人力により駆動可能な自転車機構１の車輪に
は、人力による駆動力を補助する電動モータ２が連結さ
れると共に、車輪の回転角度を検出する回転角度センサ
３が取り付けられている。又、回転角度センサ３から得
られる車輪回転角度の検出信号に基づいて、電動モータ
の出力トルクを制御するパワーアシストコントローラー
４が装備されており、該パワーアシストコントローラー
４には、自転車機構伝達関数の逆関数が設定されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力により駆動可
能な自転車機構に電動モータを連結して、人力による駆
動力を補助する電動モータ付自転車に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１３及び図１４は従来の電動モータ付
自転車の制御系の構成を表わしている。ペダルを踏むこ
とによって発生する人力トルクはトルク検出機構(５)に
より検出され、該検出信号はモータトルク調整回路(６)
へ送出される。これに応じてモータトルク調整回路(６)
では、入力されたトルク検出信号に応じたモータトルク
指令が作成され、電動モータ(２)へ供給される。この結
果、自転車機構(１)には、人力トルクに加え、該人力ト
ルク値に応じた大きさのモータ出力トルクが供給され、
人力による駆動力が補助される。トルク検出機構(５)と
しては、例えば、電動モータの出力軸に遊星歯車機構を
連結して歯車間のトルクを検出する方式(例えば特開平
５−５８３７９号)や、ペダルとスプロケット間のトル
クをトーションバーのねじれで検出する方式(例えば特
開平４−３２１４８２号)が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
トルク検出機構は構造が複雑であるため、電動モータ付
自転車全体の構成が複雑となり、重量が大きくなる問題
があった。本発明の目的は、トルク検出機構を用いるこ
となく、人力トルクに応じたモータ出力トルクを発生さ
せることができる簡易な構成の電動モータ付自転車を提
供することである。

【０００４】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る電動モータ付
自転車は、人力により駆動可能な自転車機構に電動モー
タが連結されると共に、自転車機構の車輪回転角度又は
回転角速度に応じた信号を検出するセンサと、該センサ
検出信号に基づいて電動モータの出力トルクを制御する
制御回路とが装備されている。

【０００５】上記制御回路は、人力及び電動モータによ
って自転車機構に与えられるトルクを入力信号とし、車
輪回転角度又は回転角速度に応じた信号を出力信号とす
る自転車機構伝達関数の逆関数に基づいて、前記センサ
検出信号から自転車機構に対する入力トルク値を導出す
る第１演算処理手段と、前記導出された自転車機構に対
する入力トルク値から電動モータの出力トルク値を減算
して人力トルク値を導出する第２演算処理手段と、前記
導出された人力トルク値に応じたモータトルク指令を作
成し、電動モータへ供給するモータトルク調整手段とを
具えている。

【０００６】上記本発明の電動モータ付自転車において
は、人力及び電動モータによるトルクが自転車機構に入
力され、自転車機構の車輪回転角度又は回転角速度に応
じた信号がセンサによって検出される。該センサ検出信
号は第１演算処理手段に入力される。ここで第１演算処
理手段は、その伝達関数として、自転車機構伝達関数の
逆関数を有しているので、自転車機構伝達関数とは入出
力関係が逆となって、車輪回転角度又は回転角速度に応
じたセンサ検出信号(自転車機構伝達関数の出力値)が入
力されることによって、自転車機構に対する入力トルク
値、即ち人力によるトルク成分と電動モータによるトル
ク成分の合計値(自転車機構伝達関数の入力値)が導出さ
れることになる。この様にして導出された自転車機構に
対する入力トルク値は、第２演算処理手段に入力され、
電動モータによるトルク成分(電動モータの出力トルク
値)が減算されることによって、人力によるトルク成分
(人力トルク値)が導出される。従って、トルク検出機構
を用いることなく、人力トルク値を得ることができる。
この様にして導出された人力トルク値は、モータトルク
調整手段に入力されて、該人力トルク値に応じたモータ
トルク指令が作成され、電動モータへ供給される。この
結果、電動モータは人力トルクに応じたモータ出力トル
クを発生する。

【０００７】具体的には、自転車機構伝達関数は、人力
及び電動モータによるトルクを入力信号とし、該入力信
号から損失トルク値を減算する減算処理部と、該減算結
果に自転車機構の慣性力及び粘性抵抗をパラメータとす
る伝達関数による演算処理を施して回転角速度を導出す
る伝達関数部とから構成されている。

【０００８】該具体的構成においては、人力及び電動モ
ータによるトルクが減算処理部に入力され、損失トルク
値が減算されることによって、実際に自転車走行に寄与
する自転車機構の駆動トルク値が算出される。算出され
た自転車機構の駆動トルク値は、伝達関数部へ入力され
る。ここで、自転車機構の駆動トルクと車輪回転角速度
の関係は、自転車機構の慣性力と粘性抵抗をパラメータ
として規定することができる。従って、この関係を伝達
関数とする伝達関数部によって、上記算出された駆動ト
ルク値から実際の自転車走行における車輪回転角速度が
導出される。

【０００９】又、具体的には、前記伝達関数部の後段
に、前記導出された車輪回転角速度に基づいて、自転車
走行時に受ける空気抵抗による第１損失トルク成分を導
出する第２伝達関数部が接続され、該第１損失トルク成
分が前記損失トルク値として前記減算処理部へ入力され
る。

【００１０】ここで、自転車走行時の空気抵抗は、自転
車走行速度の自乗に比例すると考えられるので、第２伝
達関数部により、車輪回転角度に自乗演算を施して適当
な係数を乗算することによって、空気抵抗による第１損
失トルク成分を導出することができる。これによって、
自転車走行時に受ける空気抵抗が自転車機構伝達関数に
組み込まれることになる。

【００１１】更に具体的には、前記第２伝達関数部と前
記減算処理部の間に、前記空気抵抗による第１損失トル
ク成分に外乱ランダムノイズによる第２損失トルク成分
を加算する加算処理部が介在し、該加算結果が前記損失
トルク値として前記減算処理部へ入力される。

【００１２】該具体的構成においては、加算処理部によ
って、自転車走行時に受ける第１損失トルク成分に外乱
ランダムノイズによる第２損失トルク成分を加算する。
これによって、自転車走行時に受ける空気抵抗に加え、
外乱ランダムノイズが自転車機構伝達関数に組み込まれ
ることになる。

【００１３】又、具体的には、前記第１演算処理手段の
後段に、ペダルの回転周波数よりも高い周波数の高周波
成分を除去するノイズ除去手段を具えている。

【００１４】上記外乱ランダムノイズが自転車機構伝達
関数に組み込まれていない場合、第１演算処理手段から
は、外乱ランダムノイズによる第２損失トルク成分が含
まれた出力信号が導出される。ここで、一般的に、外乱
ランダムノイズによる第２損失トルク成分の周波数はペ
ダルの回転周波数に比べて充分高い。従って、ノイズ除
去手段により、第１演算処理手段の出力信号から高周波
成分を除去することによって、前記出力信号の中から外
乱ランダムノイズによる第２損失トルク成分を差し引く
ことが出来、この結果、人力によるトルク成分と電動モ
ータによるトルク成分の合計値(自転車機構伝達関数に
対する入力トルク値)が導出されることになる。

【００１５】更に具体的には、前記第２演算処理手段と
モータトルク調整手段の間に、制御回路の動作の安定化
を図るための伝達関数を有する第３演算処理手段が介在
している。従って、制御回路が外乱によって不安定とな
る構成を有している場合にも、制御回路の動作は安定
し、常に適切な人力トルク値が算出される。

【００１６】本発明に係る電動モータ付自転車の他の構
成において、制御回路は、人力及び電動モータによる駆
動トルクから負荷トルクを減算したトルク値を自転車機
構に対する入力信号とし、車輪回転角度又は回転角速度
に応じた信号を出力信号とする自転車機構伝達関数の逆
関数に基づいて、前記センサ検出信号から自転車機構に
対する入力トルク値を導出する第１演算処理手段と、前
記導出された自転車機構に対する入力トルク値から電動
モータの出力トルク値を減算して観測トルク値を導出す
る第２演算処理手段と、前記導出された観測トルク値の
変動においてペダルの回転周期の１／２周期で現われる
極小値に基づいて、自転車機構に対する負荷トルク値を
推定し、前記観測トルク値に該負荷トルク値を加算して
自転車機構に与えられる人力トルク値を導出する第３演
算処理手段と、前記導出された人力トルク値に応じたモ
ータトルク指令を作成し、電動モータへ供給するモータ
トルク調整手段とを具えている。

【００１７】上記本発明の電動モータ付自転車において
は、人力及び電動モータによる駆動トルク(τh＋τm)か
ら負荷トルクτaを減算したトルク値(τh＋τm−τa)が
自転車機構に入力され、自転車機構の車輪回転角度又は
回転角速度に応じた信号がセンサによって検出される。
該センサ検出信号は第１演算処理手段に入力される。こ
こで第１演算処理手段は、その伝達関数として、自転車
機構伝達関数の逆関数を有しているので、自転車機構伝
達関数とは入出力関係が逆となって、車輪回転角度又は
回転角速度に応じたセンサ検出信号(自転車機構伝達関
数の出力値)が入力されることによって、自転車機構に
対する入力トルク値、即ち人力及び電動モータによる駆
動トルク(τh＋τm)から負荷トルクτaを減算したトル
ク値(自転車機構伝達関数の入力値：τh＋τm−τa)が
導出されることになる。この様にして導出された自転車
機構に対する入力トルク値は、第２演算処理手段に入力
され、電動モータによるトルク成分(電動モータの出力
トルク値)が減算されることによって、人力によるトル
ク成分(人力トルク値τh)から負荷トルク成分τaを減算
したトルク値(観測トルク値：τh−τa)が導出される。
該観測トルク値は第３演算処理手段へ入力される。

【００１８】ところで、自転車のペダルを漕いで自転車
機構に人力トルクを与える過程においては、ペダルに対
する踏力の方向とクランクアームの傾斜角度との関係か
ら、人力トルクの大きさは、何れか一方のペダルが上死
点或いは下死点に達したときに零となり、ペダルの回転
角度が９０度のときに最大値となる。このため、人力ト
ルク値の変動には、ペダルの回転周期の１／２周期で零
となる極小値が現われる。一方、自転車機構に与えられ
る負荷トルク成分は、自転車及び人体が受ける風圧や路
面の傾斜による負荷が支配的であるので、その大きさ
は、ペダルの回転周期よりも充分に長い周期で変動す
る。従って、人力トルク成分τhから負荷トルク成分τa
を減算した値である観測トルク値(τh−τa)の変動にお
いても、ペダルの回転周期の１／２周期で極小値が現わ
れることになる。そして、その極小値の発生時点で、人
力トルク成分τhは零であるから、観測トルク値の極小
値は、負荷トルク成分τaの符号を反転した値(−τa)と
一致する。

【００１９】そこで、この周期的に得られる観測トルク
値の極小値に基づいて、時間的に連続した負荷トルク値
τaを推定し、これを観測トルク値(τh−τa)に加算す
れば、人力トルク値τhが導出されることになる。斯く
して、トルク検出機構を用いることなく、人力トルク値
を得ることが出来るのである。この様にして導出された
人力トルク値は、モータトルク調整手段に入力されて、
該人力トルク値に応じたモータトルク指令が作成され、
電動モータへ供給される。この結果、電動モータは人力
トルクに応じたモータ出力トルクを発生する。

【００２０】具体的には、自転車機構伝達関数は、自転
車機構の慣性力及び粘性抵抗をパラメータとする伝達関
数であって、人力及び電動モータによる駆動トルクから
負荷トルクを減算したトルク値を自転車機構に対する入
力信号とし、該入力信号から回転角速度を導出するもの
である。

【００２１】ここで、自転車機構に対する入力信号は、
実際に自転車走行に寄与する自転車機構の駆動トルク値
であり、自転車機構の駆動トルクと車輪回転角速度の関
係は、自転車機構の慣性力と粘性抵抗をパラメータとし
て規定することができる。従って、この関係を伝達関数
とする自転車機構伝達関数によって、入力信号から実際
の自転車走行における車輪回転角速度が導出される。

【００２２】又、具体的には、自転車機構伝達関数は、
人力及び電動モータによる駆動トルクから負荷トルクを
減算したトルク値を自転車機構に対する入力信号とし、
該入力信号から自転車走行時に受ける空気抵抗による負
荷トルク成分を減算する減算処理部と、該減算結果に自
転車機構の慣性力及び粘性抵抗をパラメータとする伝達
関数による演算処理を施して回転角速度を導出する第１
伝達関数部と、前記導出された回転角速度に基づいて、
自転車走行時に受ける空気抵抗による負荷トルク成分を
導出する第２伝達関数部とから構成され、前記導出され
た負荷トルク成分が前記減算処理部へ入力される。

【００２３】該具体的構成においては、人力及び電動モ
ータによる駆動トルクから負荷トルクを減算したトルク
値が減算処理部に入力されて、負荷トルク成分が減算さ
れ、実際に自転車走行に寄与する自転車機構の駆動トル
ク値が算出される。算出された自転車機構の駆動トルク
値は、第１伝達関数部へ入力される。ここで、自転車機
構の駆動トルクと車輪回転角速度の関係は、自転車機構
の慣性力と粘性抵抗をパラメータとして規定することが
できる。従って、この関係を伝達関数とする第１伝達関
数部によって、上記算出された駆動トルク値から実際の
自転車走行における車輪回転角速度が導出される。又、
自転車走行時の空気抵抗は、自転車走行速度の自乗に比
例すると考えられるので、第２伝達関数部により、車輪
回転角度に自乗演算を施して適当な係数を乗算すること
によって、空気抵抗による負荷トルク成分を導出するこ
とができる。これによって、自転車走行時に受ける空気
抵抗が自転車機構伝達関数に組み込まれることになる。

【００２４】更に具体的には、前記第３演算処理手段と
モータトルク調整手段の間には、制御回路の動作の安定
化を図るための伝達関数を有する第４演算処理手段が介
在している。従って、制御回路が外乱によって不安定と
なる構成を有している場合にも、制御回路の動作は安定
し、常に適切な人力トルク値が算出される。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る電動モータ付自転車によれ
ば、トルク検出機構を省略することができるので、電動
モータ付自転車全体の構造を従来よりも簡易化し、重量
を軽減することが可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を４つ
の実施例に基づき、図面に沿って具体的に説明する。第１実施例 図２に示す本実施例の電動モータ付自転車は、自転車機
構伝達関数に自転車走行時に受ける空気抵抗及び外乱ラ
ンダムノイズを組み込んだものである。

【００２７】図１は、本実施例の電動モータ付自転車の
全体構成を表わしており、人力により駆動可能な自転車
機構(１)の車輪には、人力による駆動力を補助する電動
モータ(２)が連結されると共に、車輪の回転角度を検出
する回転角度センサ(３)が取り付けられている。又、回
転角度センサ(３)から得られる車輪回転角度の検出信号
に基づいて、電動モータの出力トルクを制御するパワー
アシストコントローラー(４)が装備されている。回転角
度センサ(３)としては、例えば、周知のロータリーエン
コーダ等、簡易な構成のセンサが採用可能である。

【００２８】ペダルを踏むことによって発生する人力ト
ルクと、電動モータ(２)によって発生するモータ出力ト
ルクが、自転車機構(１)に与えられることによって、自
転車機構(１)の車輪が回転駆動される。車輪回転角度は
回転角度センサ(３)により検出され、該回転角度検出信
号は、パワーアシストコントローラー(４)に入力され
る。これに応じて、パワーアシストコントローラー(４)
はモータトルク指令を作成し、電動モータ(２)へ供給す
る。これによって車輪が駆動される。

【００２９】図２は、本実施例の電動モータ付自転車の
制御系を表わすブロック図である。先ず、パワーアシス
トコントローラー(４)について具体的に説明し、その
後、パワーアシストコントローラー(４)の設計に必要な
自転車機構(１)のモデル化について説明する。

【００３０】図２において、ペダルを踏むことによって
発生する人力トルク値τhと、電動モータが発生するモ
ータ出力トルク値τmが、自転車機構(１)へ同時に与え
られ、自転車機構(１)の車輪が駆動される。そして、車
輪の回転角度θが回転角度センサ(３)によって検出さ
れ、車輪回転角度θの検出信号はパワーアシストコント
ローラー(４)に入力される。

【００３１】パワーアシストコントローラー(４)におい
ては、回転角度センサ(３)から得られる車輪回転角度θ
の検出信号が微分演算器(41)に入力され、車輪回転角速
度ωが算出される。算出された車輪回転角速度ωは逆関
数演算器(42)に入力される。ここで、逆関数演算器(42)
は、後述の自転車機構(１)のモデルにおいて、人力トル
ク値τhとモータ出力トルク値τmの入力から車輪回転角
速度ωの導出に至るまでの自転車機構伝達関数Ｐn(ｓ)
の逆関数Ｐn(ｓ)^-1を有しており、該逆関数Ｐn(ｓ)
^-1は、自転車機構伝達関数Ｐn(ｓ)とは入出力関係が逆
となっている。従って、該逆関数Ｐn(ｓ)^-1に車輪回転
角速度ωが入力されることによって、人力トルク値τh
とモータ出力トルク値τmの合計値(τh＋τm)が導出さ
れることになる。導出された人力トルク値τhとモータ
出力トルク値τmの合計値(τh＋τm)は、減算器(43)に
入力され、モータ出力トルク値τmが減算されることに
よって、人力トルク値τhが導出される。導出された人
力トルク値τhは、安定化処理回路(44)に入力される。
ここで安定化処理回路(44)は、制御回路動作の安定化を
図るための伝達関数Ｑ(ｓ)を有し、該伝達関数Ｑ(ｓ)に
よる演算処理によって常に適切な人力トルク値τh′が
算出される。該伝達関数Ｑ(ｓ)の決定には周知の手法
(例えば、日本ロボット学会誌１１巻４号１９９３年５
月、６頁〜１３頁参照)を採用することができる。この
様にして導出された人力トルク値τh′は、モータトル
ク調整回路(45)に入力され、該人力トルク値τh′に応
じたモータトルク指令が作成され、電動モータ(２)へ供
給される。尚、モータトルク調整回路(45)の調整ゲイン
は、一定値、或いは自転車の走行速度等をパラメータと
する任意の関数によって規定することができる。この結
果、電動モータ(２)は、ペダルを踏むことによって発生
する人力トルクに応じたモータ出力トルクを発生する。

【００３２】次に、自転車機構(１)のモデル化について
説明する。図３は、自転車機構(１)のモデルの基本的な
構成を示しており、ペダルを踏むことによって発生する
人力トルク値τhと、電動モータによって発生するモー
タ出力トルク値τmの合計値(τh＋τm)が減算部(11)に
入力され、ここで損失トルク値τlが減算されることに
よって、実際に自転車走行に寄与する自転車機構(１)の
駆動トルク値τが算出される。算出された駆動トルク値
τはトルク−角速度変換部(12)に入力される。ここで、
自転車機構(１)の駆動トルク値τと車輪回転角速度ωの
関係は、自転車走行時における自転車機構(１)の慣性力
Ｊと粘性抵抗Ｄをパラメータとして規定することがで
き、トルク−角速度変換部(12)は下記数１の伝達関数Ｇ
(ｓ)で表わされる。

【００３３】

【数１】Ｇ(ｓ)＝１／(Ｊｓ＋Ｄ)

【００３４】従って、前記トルク−角速度変換部(12)に
より、実際の自転車走行における車輪回転角速度ωが導
出される。導出された車輪回転角速度ωは積分演算部(1
3)に入力され、積分が施されることによって、車輪回転
角度θが導出される。

【００３５】図４は、更に前記損失トルク値τlを要素
として取り込んだ自転車機構(１)のモデルの具体的な構
成を示している。前記トルク−角速度変換部(12)により
導出された車輪回転角速度ωは、積分演算部(13)に入力
されると共に、自乗演算部(14)に入力される。ここで、
自転車走行時の空気抵抗は、自転車走行速度の自乗に比
例すると考えられる。従って、自乗演算部(14)にて車輪
回転角速度ωを自乗した後、風圧トルク算出部(15)にて
該自乗値に空気の粘性に応じた係数Ｃ1を乗算すること
により、空気抵抗による第１損失トルク成分τeが導出
されることになる。導出された第１損失トルク成分τe
は加算部(16)に入力され、外乱ランダムノイズによる第
２損失トルク成分τdが加算されることによって、自転
車走行時に受ける正確な損失トルク値τlが導出され
る。導出された損失トルク値τlは、前記減算部(11)に
入力される。上述の如く、自転車機構(１)をモデル化
し、自転車機構伝達関数Ｐn(ｓ)を導出した後、周知の
手法によってその逆関数Ｐn(ｓ)^-1を求めることによ
り、車輪回転角速度ωを入力信号とし、人力及び電動モ
ータによって自転車機構(１)に与えられる入力トルク
(τh＋τm)を出力信号とする逆システムの伝達関数が得
られることになる。

【００３６】図５は、本発明のパワーアシストコントロ
ーラー(４)の制御手続きを表わしている。人力及びモー
タ出力によって自転車が駆動され始めると、先ずステッ
プＳ１にて、モータ出力トルク値τmを０に初期化し、
ステップＳ２にて、回転角度センサ(３)から車輪回転角
度θの検出信号を取り込む。

【００３７】ステップＳ３では、前記検出した車輪回転
角度θを微分演算器(41)に入力することにより、車輪回
転角速度ωを算出した後、ステップＳ４にて、車輪回転
角速度ωが正であるか否かを判断し、ＮＯと判断された
場合は、ステップＳ１に戻る。 ステップＳ４にてＹＥ
Ｓと判断された場合は、ステップＳ５に移行し、車輪回
転角速度ωを逆関数演算器(42)に入力することにより、
人力トルク値τhとモータ出力トルク値τmの合計値(τh
＋τm)を導出する。その後、ステップＳ６では、人力ト
ルク値τhとモータ出力トルク値τmの合計値(τh＋τm)
を減算器(43)に入力してモータ出力トルク値τmを減算
することにより、人力トルク値τhを算出する。そし
て、ステップＳ７にて、人力トルク値τhを安定化処理
回路(44)に入力することによって、制御回路動作を安定
化するための適切な人力トルク値τh′を算出する。次
にステップＳ８では、人力トルク値τh′をモータトル
ク調整回路(45)に入力することにより、人力トルク値τ
h′に応じたモータトルク指令を作成して電動モータ
(２)に供給し、ステップＳ２に戻る。

【００３８】上記手続きによれば、電動モータ(２)の出
力トルクを、ペダルの踏みこみによって発生する人力ト
ルクに応じて変化させることができ、これによって適切
な補助駆動力が得られる。例えば、登り坂では、大きな
力でペダルを踏みつけることによって、自転車機構に対
して入力される人力トルクが大きくなり、この結果、電
動モータによって自転車機構に供給されるモータ出力ト
ルクが大きくなり、人力による駆動力が軽減される。こ
れに対し、下り坂では、ペダルを踏むのに大きな力は不
要であるので、自転車機構に対して入力される人力トル
クは小さくなり、この結果、電動モータによって自転車
機構に供給されるモータ出力トルクは小さくなる。

【００３９】第２実施例 上記第１実施例においては、自転車機構伝達関数に自転
車走行時に受ける空気抵抗及び外乱ランダムノイズが組
み込まれているのに対し、図６に示す本実施例の電動モ
ータ付自転車においては、自転車機構伝達関数に自転車
走行時に受ける空気抵抗のみが組み込まれ、パワーアシ
ストコントローラー(40)にローパスフィルタ回路(47)を
設けることによって、外乱ランダムノイズを除去するも
のである。本実施例の電動モータ付自転車の全体構成
は、図１に示す第１実施例と同一である。

【００４０】図６は、本実施例の電動モータ付自転車の
制御系を表わすブロック図であり、上記第１実施例と同
様に、先ず、パワーアシストコントローラー(40)につい
て具体的に説明し、その後、自転車機構(１)のモデル化
について説明する。

【００４１】図６において、ペダルを踏むことによって
発生する人力トルク値τhと、電動モータが発生するモ
ータ出力トルク値τmが、自転車機構(１)へ同時に与え
られ、自転車機構(１)の車輪が駆動される。そして、車
輪の回転角度θが回転角度センサ(３)によって検出さ
れ、車輪回転角度θの検出信号はパワーアシストコント
ローラー(40)に入力される。

【００４２】パワーアシストコントローラー(40)におい
ては、回転角度センサ(３)から得られる車輪回転角度θ
の検出信号が微分演算器(41)に入力され、車輪回転角速
度ωが算出される。算出された車輪回転角速度ωは逆関
数演算器(46)に入力される。ここで、逆関数演算器(46)
は、後述の自転車機構(１)のモデルにおいて、人力トル
ク値τhとモータ出力トルク値τmの合計値から外乱ラン
ダムノイズによる損失トルク成分τdを減算したトルク
値(τh＋τm−τd)を入力信号として、車輪回転角速度
ωの導出に至るまでの自転車機構伝達関数Ｐn′(ｓ)の
逆関数Ｐn′(ｓ)^-1を有している。該逆関数Ｐn′(ｓ)^-1
は、自転車機構伝達関数Ｐn′(ｓ)とは入出力関係が逆
となっており、該逆関数Ｐn′(ｓ)^-1に車輪回転角速度
ωが入力されることによって、前記入力トルク値(τh＋
τm−τd)が導出されることになる。

【００４３】導出されたトルク値(τh＋τm−τd)はロ
ーパスフィルタ回路(47)へ入力され、ペダルの回転周波
数よりも高い周波数成分が除去される。ここで、一般的
に、外乱ランダムノイズによる損失トルク成分τdの周
波数はペダルの回転周波数に比べて充分に高い。従っ
て、ローパスフィルタ回路(47)からは、前記導出された
トルク値(τh＋τm−τd)から外乱ランダムノイズによ
る損失トルク成分τdが除去された信号、即ち、人力ト
ルク値τhとモータ出力トルク値τmの合計値(τh＋τm)
が出力される。

【００４４】導出された人力トルク値τhとモータ出力
トルク値τmの合計値(τh＋τm)は、減算器(43)に入力
され、モータ出力トルク値τmが減算されることによっ
て、人力トルク値τhが導出される。その後、人力トル
ク値τhに対して上記第１実施例と同様の処理が施さ
れ、電動モータ(２)からは、ペダルを踏むことによって
発生する人力トルクに応じたモータ出力トルクが出力さ
れることになる。

【００４５】次に、自転車機構(１)のモデル化について
説明する。図６に示す如く、ペダルを踏むことによって
発生する人力トルク値τhと、電動モータによって発生
するモータ出力トルク値τmの合計値(τh＋τm)が第１
減算部(17)に入力され、外乱ランダムノイズによる損失
トルク成分τdが減算される。該減算結果は、第２減算
部(18)に入力され、自転車走行時に受ける空気抵抗によ
る損失トルク成分τeが減算されることによって、実際
に自転車走行に寄与する自転車機構(１)の駆動トルク値
τが算出される。算出された駆動トルク値τはトルク−
角速度変換部(12)に入力される。ここで、トルク−角速
度変換部(12)は、上記数１の伝達関数Ｇ(ｓ)で表わさ
れ、上記第１実施例と同様に、実際の自転車走行におけ
る車輪回転角速度ωが導出される。導出された車輪回転
角速度ωは積分演算部(13)に入力され、積分が施される
ことによって、車輪回転角度θが導出される。又、前記
導出された車輪回転角速度ωは自乗演算部(14)にも同時
に入力され、車輪回転角速度ωを自乗した後、風圧トル
ク算出部(15)にて該自乗値に空気の粘性に応じた係数Ｃ
1を乗算することにより、空気抵抗による損失トルク成
分τeが導出される。導出された損失トルク成分τeは前
記減算部(18)に入力される。

【００４６】自転車機構(１)を、上述の如くモデル化す
ることにより、人力トルク値τhとモータ出力トルク値
τmの合計値から外乱ランダムノイズによる損失トルク
成分τdを減算したトルク値(τh＋τm−τd)を入力信号
として、車輪回転角速度ωの導出に至るまでの自転車機
構伝達関数Ｐn′(ｓ)を得ることが出来る。そして、該
伝達関数Ｐn′(ｓ)からその逆伝達関数Ｐn′(ｓ)^-1を求
めることによって、車輪回転角速度ωを入力信号とし、
前記入力トルク値(τh＋τm−τd)を出力信号とする逆
システムの伝達関数が得られることになる。

【００４７】上記本実施例の電動モータ付自転車によれ
ば、逆関数演算器(46)に外乱ランダムノイズ除去の要素
が組み込まれていない場合においても、ローパスフィル
タ回路(47)によって、外乱ランダムノイズによる損失ト
ルク成分τdを除去することが出来る。これによって、
実際にペダルを踏むことにより発生する人力トルクを求
めることが出来、該人力トルクに応じたモータ出力トル
クを電動モータ(２)に与えることによって、適切な補助
駆動力を得ることが出来る。

【００４８】第３実施例 図７に示す本実施例の電動モータ付自転車は、パワーア
シストコントローラー(８)に人力トルク値算出回路(82)
を設けることによって、自転車機構(１)に対する負荷ト
ルク値を推定し、該推定値に基づいて、人力によって自
転車機構(１)に与えられるトルク値を導出するものであ
る。本実施例の全体構成は、図１に示す第１実施例と同
一である。

【００４９】図７は、本実施例の電動モータ付自転車の
制御系を表わすブロック図である。先ず、パワーアシス
トコントローラー(８)について具体的に説明し、その
後、自転車機構(１)のモデル化について説明する。

【００５０】図７において、ペダルを踏むことによって
発生する人力トルク値τhと、電動モータが発生するモ
ータ出力トルク値τmの合計値、即ち駆動トルク値か
ら、負荷トルクτaを減算したトルク値(τh＋τm−τa)
が、自転車機構(１)へ入力され、自転車機構(１)の車輪
が駆動される。ここで、負荷トルクτaは、空気抵抗に
よる負荷トルク成分τe、路面の傾斜による負荷トルク
成分τs及び外乱ランダムノイズによる負荷トルク成分
τdの合計値(τe＋τs＋τd)として与えられる。そし
て、車輪の回転角度θが、回転角度センサ(３)によって
検出され、車輪回転角度θの検出信号はパワーアシスト
コントローラー(８)に入力される。

【００５１】パワーアシストコントローラー(８)におい
ては、回転角度センサ(３)から得られる車輪回転角度θ
の検出信号が微分演算器(41)に入力され、車輪回転角速
度ωが算出される。算出された車輪回転角速度ωは逆関
数演算器(81)に入力される。ここで、逆関数演算器(81)
は、後述の自転車機構(１)のモデルにおいて、前記入力
トルク値(τh＋τm−τa)を入力信号として、車輪回転
角速度ωの導出に至るまでの自転車機構伝達関数Ｒn
(ｓ)の逆関数Ｒn(ｓ)^-1を有している。逆関数Ｒn(ｓ)^-1
は、自転車機構伝達関数Ｒn(ｓ)とは入出力関係が逆と
なっており、該逆関数Ｒn(ｓ)^-1に車輪回転角速度ωが
入力されることによって、前記入力トルク値(τh＋τm
−τa)が導出されることになる。

【００５２】導出されたトルク値(τh＋τm−τa)は減
算器(43)に入力され、モータ出力トルク値τmが減算さ
れることによって、観測トルク値(τh−τa)が導出され
る。導出された観測トルク値(τh−τa)は、人力トルク
値算出回路(82)に入力される。

【００５３】ここで、人力トルク値算出回路(82)の動作
原理について具体的に説明する。図９に矢印Ａで示す如
く、一方のペダル(9a)に対し、垂直下方に踏力を与える
と、クランクアーム(90)は、矢印Ｂで示す如く時計方向
に回転する。ここで、クランクアーム(90)の傾斜角(ク
ランク角)を、該一方のペダル(9a)が上死点に達したと
きに０度として時計方向にとることとする。このとき、
自転車のペダルを漕ぐ過程において、自転車機構(１)に
与えられる人力トルクτhの大きさは、図１０に示す如
く、一方のペダル(9a)が上死点或いは下死点に達したと
き、即ちクランク角が０度或いは１８０度のときに零と
なり、クランク角が９０度或いは２７０度のときに最大
値となる。このため、人力トルクτhの変動には、ペダ
ル回転周期の１／２周期で零となる極小値が現われる。

【００５４】一方、前記負荷トルクτaは、前述の如
く、空気抵抗による負荷トルク成分τe、路面の傾斜に
よる負荷トルク成分τs及び外乱ランダムノイズによる
負荷トルク成分τdの合計値(τe＋τs＋τd)であるが、
空気抵抗による負荷トルク成分τe及び路面の傾斜によ
る負荷トルク成分τsが支配的である。従って、負荷ト
ルクτaの大きさは、ペダルの回転周期よりも充分に長
い周期で変動する。

【００５５】例えば図８(ａ)の如く路面の傾斜が変化し
たとき、平坦な路面では、負荷トルクは略零であるが、
上り斜面では、その傾斜に応じた正の負荷トルクが発生
し、下り斜面では、その傾斜に応じた負の負荷トルクが
発生する。即ち、負荷トルクτaは、路面の傾斜の変化
に応じた周期で変動することになり、この周期は一般に
ペダル回転周期よりも充分に長い(図８(ｃ)参照)。

【００５６】この結果、人力トルク値τhから負荷トル
ク値τaを減算した値である観測トルク値(τh−τa)の
変動においても、図８(ｂ)に示す如く、ペダルの回転周
期の１／２周期で極小値ｍが現われることになる。そし
て、その極小値ｍの発生時点で、人力トルク値τhは零
であるから、観測トルク値の極小値ｍは、負荷トルク値
τaの符号を反転した値(−τa)と一致する。

【００５７】そこで、人力トルク値算出回路(82)によ
り、図８(ｂ)に示す如く周期的に得られる観測トルク値
の極小値ｍに基づいて、同図(ｃ)に示す負荷トルク値τ
aを推定し、この推定負荷トルク値τaを観測トルク値
(τh−τa)に加算することによって、同図(ｄ)に示す人
力トルク値τhを導出することが出来る。

【００５８】尚、負荷トルク値τaの推定には、過去の
観測トルクの極小値の変動に基づいて、次の極小値が得
られるまでの負荷トルクを予測する方法や、現在の観測
トルクの極小値をペダル回転周期の１／２周期の期間だ
け保持することにより、ペダル回転周期の１／２周期の
遅れで負荷トルクを更新する方法など、周知の種々の方
法が採用出来る。これによって、図８(ｃ)に示す負荷ト
ルクτaに近似した推定負荷トルク値を得ることが出来
る。

【００５９】その後、人力トルクτhに対して上記第１
実施例と同様の処理が施され、電動モータ(２)からは、
ペダルを踏むことによって発生する人力トルクに応じた
モータ出力トルクが出力されることになる。

【００６０】次に、自転車機構(１)のモデル化について
説明する。図７に示す如く、ペダルを踏むことによって
発生する人力トルク値τhと、電動モータによって発生
するモータ出力トルク値τmの合計値(τh＋τm)から負
荷トルクτaを減算したトルク値(τh＋τm−τa)、即ち
実際に自転車走行に寄与する自転車機構(１)の駆動トル
ク値τが、トルク−角速度変換部(12)に入力される。こ
こで、トルク−角速度変換部(12)は、上記数１の伝達関
数Ｇ(ｓ)で表わされ、上記第１実施例と同様に、実際の
自転車走行における車輪回転角速度ωが導出される。導
出された車輪回転角速度ωは積分演算部(13)に入力さ
れ、積分が施されることによって、車輪回転角度θが導
出される。

【００６１】自転車機構(１)を、上述の如くモデル化す
ることにより、人力トルク値τhとモータ出力トルク値
τmの合計値から負荷トルク値τaを減算したトルク値
(τh＋τm−τa)を入力信号として、車輪回転角速度ω
の導出に至るまでの自転車機構伝達関数Ｒn(ｓ)を得る
ことが出来る。そして、該伝達関数Ｒn(ｓ)からその逆
伝達関数Ｒn(ｓ)^-1を求めることによって、車輪回転角
速度ωを入力信号とし、前記入力トルク値(τh＋τm−
τa)を出力信号とする逆システムの伝達関数が得られる
ことになる。

【００６２】図１１は、本発明のパワーアシストコント
ローラー(８)の制御手続きを表わしている。人力及びモ
ータ出力によって自転車が駆動され始めると、先ずステ
ップＳ１０にて、モータ出力トルク値τm及び負荷トル
ク値τaを０に初期化し、ステップＳ１１にて、回転角
度センサ(３)から車輪回転角度θの検出信号を取り込
む。

【００６３】ステップＳ１２では、前記検出した車輪回
転角度θを微分演算器(41)に入力することにより、車輪
回転角速度ωを算出した後、ステップＳ１３にて、車輪
回転角速度ωが正であるか否かを判断する。ステップＳ
１３にてＮＯと判断された場合は、ステップＳ１０に戻
る。ステップ１３にてＹＥＳと判断された場合は、ステ
ップＳ１４に移行し、車輪回転角速度ωを逆関数演算器
(81)に入力することにより、人力トルク値τhとモータ
出力トルク値τmの合計値から負荷トルク値τaを減算し
たトルク値(τh＋τm−τa)を導出する。その後、ステ
ップＳ１５では、前記トルク値(τh＋τm−τa)を減算
器(43)に入力してモータ出力トルク値τmを減算するこ
とにより、観測トルク値(τh−τa)を算出する。次に、
ステップＳ１６にて、ペダル回転角度φが０°或いは１
８０°であるか否かを判断し、ＹＥＳと判断された場合
は、ステップＳ１７に移行して、上述の如く負荷トルク
値τaを推定する。そして、ステップＳ１８にて、この
推定負荷トルク値τaを観測トルク値(τh−τa)に加算
することによって、人力トルク値τaを導出する。一
方、ステップＳ１６にてＮＯと判断された場合には、ス
テップＳ１８に移行し、現在の観測トルク値(τh−τa)
にそのときの推定負荷トルク値τaを加算することによ
って、人力トルク値τhを導出する。そして、ステップ
Ｓ１９にて、人力トルク値τhを安定化処理回路(44)に
入力することによって、制御回路動作を安定化するため
の適切な人力トルク値τh′を算出する。次にステップ
Ｓ２０では、人力トルク値τh′をモータトルク調整回
路(45)に入力することにより、人力トルク値τh′に応
じたモータトルク指令を作成して電動モータ(２)に供給
し、ステップＳ１１に戻る。

【００６４】第４実施例 上記第３実施例においては、自転車機構伝達関数に負荷
トルクが組み込まれていないのに対し、図１２に示す本
実施例の電動モータ付自転車においては、自転車機構伝
達関数に自転車走行時に受ける空気抵抗による負荷トル
ク成分を組み込んだものである。本実施例の電動モータ
付自転車の全体構成は、図１に示す第１実施例と同一で
ある。

【００６５】図１２は、本実施例の電動モータ付自転車
の制御系を表わすブロック図である。先ず、パワーアシ
ストコントローラー(80)について具体的に説明し、その
後、自転車機構(１)のモデル化について説明する。

【００６６】図１２において、ペダルを踏むことによっ
て発生する人力トルク値τhと、電動モータが発生する
モータ出力トルク値τmの合計値、即ち駆動トルク値(τ
h＋τm)から、負荷トルクτa′を減算したトルク値(τh
＋τm−τa′)が、自転車機構(１)へ入力され、自転車
機構(１)の車輪が駆動される。ここで、負荷トルクτ
a′は、路面の傾斜による負荷トルク成分τsと外乱ラン
ダムノイズによる負荷トルク成分τdの合計値(τs＋τ
d)であって、自転車走行時に受ける空気抵抗による負荷
トルク成分τeは含まれない。そして、車輪の回転角度
θが、回転角度センサ(３)によって検出され、車輪回転
角度θの検出信号はパワーアシストコントローラー(80)
に入力される。

【００６７】パワーアシストコントローラー(80)におい
ては、回転角度センサ(３)から得られる車輪回転角度θ
の検出信号が微分演算器(41)に入力され、車輪回転角速
度ωが算出される。算出された車輪回転角速度ωは逆関
数演算器(83)に入力される。ここで、逆関数演算器(83)
は、後述の自転車機構(１)のモデルにおいて、前記入力
トルク値(τh＋τm−τa′)を入力信号として、車輪回
転角速度ωの導出に至るまでの自転車機構伝達関数Ｒ
n′(ｓ)の逆関数Ｒn′(ｓ)^-1を有している。逆関数Ｒ
n′(ｓ)^-1は、自転車機構伝達関数Ｒn′(ｓ)とは入出力
関係が逆となっており、該逆関数Ｒn′(ｓ)^-1に車輪回
転角速度ωが入力されることによって、前記入力トルク
値(τh＋τm−τa′)が導出されることになる。

【００６８】導出されたトルク値(τh＋τm−τa′)は
減算器(43)に入力され、モータ出力トルク値τmが減算
されることによって、観測トルク値(τh−τa′)が導出
される。導出された観測トルク値(τh−τa′)は、人力
トルク値算出回路(84)に入力され、上記第３実施例と同
一の原理により負荷トルク値τa′を推定し、この推定
負荷トルク値τa′を観測トルク値(τh−τa′)に加算
することによって、人力トルク値τhを導出する。ここ
で、負荷トルク値τa′は、路面の傾斜による負荷トル
ク成分τs及び外乱ランダムノイズによる負荷トルク成
分τdの合計値(τs＋τd)であるが、路面の傾斜による
負荷トルク成分τsが支配的であるので、負荷トルク値
τa′の変動周期はペダルの回転周期よりも充分に長
い。従って、上記第３実施例と同様に、観測トルク値
(τh−τa′)の変動において、ペダルの回転周期の１／
２周期で極小値が現われ、該極小値に基づいて負荷トル
ク値τa′を推定することが出来る。

【００６９】その後、人力トルクτhに対して上記第１
実施例と同様の処理が施され、電動モータ(２)からは、
ペダルを踏むことによって発生する人力トルクに応じた
モータ出力トルクが出力されることになる。

【００７０】次に、自転車機構(１)のモデル化について
説明する。図１２に示す如く、ペダルを踏むことによっ
て発生する人力トルク値τhと、電動モータによって発
生するモータ出力トルク値τmの合計値から負荷トルク
τa′(τs＋τd)を減算したトルク値(τh＋τm−τa′)
が減算部(71)に入力され、自転車走行時に受ける空気抵
抗による負荷トルク成分τeが減算されることによっ
て、実際に自転車走行に寄与する自転車機構(１)の駆動
トルク値τが算出される。算出された駆動トルク値τは
トルク−角速度変換部(12)に入力される。ここで、トル
ク−角速度変換部(12)は、上記数１の伝達関数Ｇ(ｓ)で
表わされ、上記第１実施例と同様に、実際の自転車走行
における車輪回転角速度ωが導出される。導出された車
輪回転角速度ωは積分演算部(13)に入力され、積分が施
されることによって、車輪回転角度θが導出される。
又、前記導出された車輪回転角速度ωは自乗演算部(14)
にも同時に入力され、車輪回転角速度ωを自乗した後、
風圧トルク算出部(15)にて該自乗値に空気の粘性に応じ
た係数Ｃ1を乗算することにより、空気抵抗による負荷
トルク成分τeが導出される。導出された負荷トルク成
分τeは前記減算部(71)に入力される。

【００７１】自転車機構(１)を、上述の如く、自転車機
構(１)に対する負荷トルクから自転車走行時に受ける空
気抵抗による負荷トルク成分τeを分離し、該負荷トル
ク成分τeを自転車機構(１)としてモデル化することに
より、空気抵抗を組み込んだ自転車機構伝達関数Ｒn′
(ｓ)を得ることが出来る。そして、該伝達関数Ｒn′
(ｓ)からその逆伝達関数Ｒn′(ｓ)^-1を求めることによ
って、車輪回転角速度ωを入力信号とし、人力トルク値
τhとモータ出力トルク値τmの合計値から、前記負荷ト
ルク成分τeを含まない負荷トルク値τa′を減算したト
ルク値(τh＋τm−τa′)を出力信号とする逆システム
の伝達関数が得られることになる。

【００７２】上記第１乃至第４実施例の電動モータ付自
転車によれば、簡易な構成の回転角度センサを装備する
ことにより、人力トルクに応じたモータ出力トルクを発
生させることができるので、複雑な構成のトルク検出機
構は不要であり、これによって自転車機構を従来よりも
簡易化し、軽量化することが可能である。

【００７３】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
あることは勿論である。

【００７４】例えば、上記何れの実施例においても、パ
ワーアシストコントローラーの入力信号としては、車輪
回転角度の検出信号に限らず、回転角速度センサによっ
て検出した回転角速度を直接に逆関数演算器へ入力する
方式を用いることも可能である。この場合、微分演算器
は省略することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動モータ付自転車の全体構成を表わ
す図である。

【図２】第１実施例の電動モータ付自転車の制御系を表
わすブロック図である。

【図３】自転車機構のモデルの基本的な構成を表わすブ
ロック図である。

【図４】損失トルクを要素として取り込んだ自転車機構
のモデルの具体的な構成を表わすブロック図である。

【図５】第１実施例のパワーアシストコントローラーに
よる制御手続きを表わすフローチャートである。

【図６】第２実施例の電動モータ付自転車の制御系を表
わすブロック図である。

【図７】第３実施例の電動モータ付自転車の制御系を表
わすブロック図である。

【図８】自転車走行における観測トルク値、負荷トルク
値及び人力トルク値の変動を表わすグラフである。

【図９】ペダルに対する踏力の方向とクランク角の関係
を説明する図である。

【図１０】自転車機構に与えられる人力トルク値とクラ
ンク角の関係を表わすグラフである。

【図１１】第３実施例のパワーアシストコントローラー
による制御手続きを表わすフローチャートである。

【図１２】第４実施例の電動モータ付自転車の制御系を
表わすブロック図である。

【図１３】従来の電動モータ付自転車の全体構成を表わ
す図である。

【図１４】該電動モータ付自転車の制御系を表わすブロ
ック図である。

【符号の説明】

(１) 自転車機構 (２) 電動モータ (３) 回転角度センサ (４) パワーアシストコントローラー

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力により駆動可能な自転車機構に電動
   モータを連結して、人力による駆動力を補助する電動モ
   ータ付自転車において、自転車機構には、自転車機構の
   車輪回転角度又は回転角速度に応じた信号を検出するセ
   ンサと、該センサ検出信号に基づいて電動モータの出力
   トルクを制御する制御回路とが装備され、該制御回路
   は、 人力及び電動モータによって自転車機構に与えられるト
   ルクを入力信号とし、車輪回転角度又は回転角速度に応
   じた信号を出力信号とする自転車機構伝達関数の逆関数
   に基づいて、前記センサ検出信号から自転車機構に対す
   る入力トルク値を導出する第１演算処理手段と、 前記導出された自転車機構に対する入力トルク値から電
   動モータの出力トルク値を減算して人力トルク値を導出
   する第２演算処理手段と、 前記導出された人力トルク値に応じたモータトルク指令
   を作成し、電動モータへ供給するモータトルク調整手段
   とを具えたことを特徴とする電動モータ付自転車。
2. 【請求項２】 自転車機構伝達関数は、前記入力信号か
   ら損失トルク値を減算する減算処理部と、該減算結果に
   自転車機構の慣性力及び粘性抵抗をパラメータとする伝
   達関数による演算処理を施して回転角速度を導出する伝
   達関数部とから構成される請求項１に記載の電動モータ
   付自転車。
3. 【請求項３】 前記伝達関数部の後段に、前記導出され
   た車輪回転角速度に基づいて、自転車走行時に受ける空
   気抵抗による損失トルク成分を導出する第２伝達関数部
   が接続され、該損失トルク成分が前記損失トルク値とし
   て前記減算処理部へ入力される請求項２に記載の電動モ
   ータ付自転車。
4. 【請求項４】 前記第２伝達関数部と前記減算処理部の
   間に、前記空気抵抗による第１損失トルク成分に外乱ラ
   ンダムノイズによる第２損失トルク成分を加算する加算
   処理部が介在し、該加算結果が前記損失トルク値として
   前記減算処理部へ入力される請求項３に記載の電動モー
   タ付自転車。
5. 【請求項５】 前記第１演算処理手段の後段に、ペダル
   の回転周波数よりも高い周波数の高周波成分を除去する
   ノイズ除去手段を具えている請求項３に記載の電動モー
   タ付自転車。
6. 【請求項６】 前記第２演算処理手段とモータトルク調
   整手段の間には、制御回路の動作の安定化を図るための
   伝達関数を有する第３演算処理手段が介在している請求
   項１乃至請求項５の何れかに記載の電動モータ付自転
   車。
7. 【請求項７】 人力により駆動可能な自転車機構に電動
   モータを連結して、人力による駆動力を補助する電動モ
   ータ付自転車において、自転車機構には、自転車機構の
   車輪回転角度又は回転角速度に応じた信号を検出するセ
   ンサと、該センサ検出信号に基づいて電動モータの出力
   トルクを制御する制御回路とが装備され、該制御回路
   は、 人力及び電動モータによる駆動トルクから負荷トルクを
   減算したトルク値を自転車機構に対する入力信号とし、
   車輪回転角度又は回転角速度に応じた信号を出力信号と
   する自転車機構伝達関数の逆関数に基づいて、前記セン
   サ検出信号から自転車機構に対する入力トルク値を導出
   する第１演算処理手段と、 前記導出された自転車機構に対する入力トルク値から電
   動モータの出力トルク値を減算して観測トルク値を導出
   する第２演算処理手段と、 前記導出された観測トルク値の変動においてペダルの回
   転周期の１／２周期で現われる極小値に基づいて、自転
   車機構に対する負荷トルク値を推定し、前記観測トルク
   値に該負荷トルク値を加算して自転車機構に与えられる
   人力トルク値を導出する第３演算処理手段と、 前記導出された人力トルク値に応じたモータトルク指令
   を作成し、電動モータへ供給するモータトルク調整手段
   とを具えたことを特徴とする電動モータ付自転車。
8. 【請求項８】 自転車機構伝達関数は、自転車機構の慣
   性力及び粘性抵抗をパラメータとする伝達関数であっ
   て、前記入力信号から回転角速度を導出するものである
   請求項７に記載の電動モータ付自転車。
9. 【請求項９】 自転車機構伝達関数は、前記入力信号か
   ら自転車走行時に受ける空気抵抗による負荷トルク成分
   を減算する減算処理部と、該減算結果に自転車機構の慣
   性力及び粘性抵抗をパラメータとする伝達関数による演
   算処理を施して回転角速度を導出する第１伝達関数部
   と、前記導出された回転角速度に基づいて、自転車走行
   時に受ける空気抵抗による負荷トルク成分を導出する第
   ２伝達関数部とから構成され、前記導出された負荷トル
   ク成分が前記減算処理部へ入力される請求項７に記載の
   電動モータ付自転車。
10. 【請求項１０】 前記第３演算処理手段とモータトルク
    調整手段の間には、制御回路の動作の安定化を図るため
    の伝達関数を有する第４演算処理手段が介在している請
    求項７乃至請求項９の何れかに記載の電動モータ付自転
    車。