JP2003104274A - 電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アシスト制御の遅れと、踏力比例のみによる
アシスト力決定の不具合とを改善して走行状態に一層適
したアシスト力を決定できるようにすること。 【解決手段】 フィルタ部５１は、検出踏力をその時の
クランク角に従って所定の踏力基準値と比較し、踏力の
ピーク値を推定する。さらに、ピーク値に基づいて平均
値を推定する。定常踏力基準値は車速に応じた平地走行
抵抗に相当する。定常アシスト計算部５３は、踏力平均
値と定常踏力基準値とによりＰＩＤ制御によって定常ア
シスト力を計算する。定常アシスト力は、踏力平均値が
増大すると増大し、定常踏力基準値が増大すると低減す
るよう算出される。比例アシスト計算部５０は、検出踏
力に比例した比例アシスト力を算出する。比例アシスト
力と定常アシスト力とが加算されてアシスト力が求めら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動補助自転車に
関し、特に、クランク軸の回転角度によって周期的に変
化する踏力を考慮して適当な電動補助力（アシスト力）
を与えることができる電動補助自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】人力でペダルに加えられた力つまり踏力
を後輪に伝達するための人力駆動系と、踏力に応じて人
力駆動系に補助動力を付加させることができるモータ駆
動系とを備えた電動補助自転車が知られている。この電
動補助自転車において、クランクペダルを用いて踏力が
与えられる場合、クランク軸の回転角度つまりクランク
角によって踏力は周期的に変化する。したがって、補助
動力を与えるモータに供給される電流も踏力の変化に伴
って変化する。このように電流が周期的に変化すると、
アシスト力も周期的に変化する上バッテリの消耗を早め
ることも考えられる。これを改善するため、クランク角
を検出し、予定クランク角における平均値としての踏力
に応じて電動補助力を決定する電動補助自転車が提案さ
れている（特許掲載公報３１０５５７０号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の電動補助自転車
では、踏力の平均値を使用するので、必要なアシスト量
の変化は小さくなり、モータに供給される電流の変化は
小さい。しかし、検出される踏力の平均値は、現時点か
ら前記予定クランク角さかのぼった過去の踏力の平均値
である。したがって、現時点で出力されるアシスト力は
過去の踏力に応じたものとなり、制御遅れが生じて、急
な踏力変化に追従できないという課題がある。

【０００４】本発明の目的は、上記課題に鑑み、頻繁な
踏力の変化に追従することなく、しかも必要なアシスト
力を適切に付与することができる電動補助自転車を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、クランク角に対応した踏力基準値を設定
した踏力基準値保持手段と、検出された踏力を該踏力検
出時のクランク角に従って前記踏力基準値と比較してそ
の後の予定期間の踏力を推定する推定手段と、前記推定
手段で推定された踏力に基づいてモータによる補助力を
決定する制御手段とを具備した点に第１の特徴がある。

【０００６】第１の特徴によれば、現に検出された踏力
と現在のクランク角とを踏力基準値と比較することによ
り、基準踏力値と現踏力との比率が検出されるので、こ
の比率に従いクランク角毎の踏力を推定できる。そし
て、予定期間、例えば、クランク軸の半回転における踏
力の推定値に基づいて補助力が決定される。

【０００７】また、本発明は、前記推定手段が、検出さ
れた踏力および該踏力検出時のクランク角に基づいてそ
の後の予定期間の踏力ピーク値を計算し、該踏力ピーク
値に基づく前記予定期間の踏力平均値を推定踏力値とし
て出力するように構成された点に第２の特徴がある。第
２の特徴によれば、過去に検出された踏力ではなく、推
定された踏力ピーク値によって踏力平均値が求められ、
踏力平均値によって補助力が計算される。

【０００８】また、本発明は、クランク軸に結合された
駆動スプロケットが楕円に形成されているとともに、前
記クランク角検出手段が、駆動スプロケットの回転数お
よび後輪の回転数によって増速比を検出する増速比検出
手段と、クランク角に対応した基準増速比を設定した基
準増速比保持手段と、検出された増速比と基準増速比と
の比較によってクランク角候補を検出する検出するクラ
ンク角検出手段と、前記増速比の変化方向によってクラ
ンク角を特定するクランク角特定手段とからなる点に第
３の特徴がある。

【０００９】第３の特徴によれば、楕円スプロケットが
円周方向で半径が異なるために、クランク角毎で増速比
が異なる。したがって、予め設定される基準増速比と検
出増速比との比較により現クランク角を検出することが
できる。

【００１０】また、本発明は、車速に対応する軽快車の
平地走行抵抗に相当する定常踏力基準値を設定した定常
踏力基準値保持手段を備え、前記制御手段が、前記推定
踏力値と前記定常踏力基準値とに基づいて、推定踏力値
が増大すると増大し、定常踏力基準値が増大すると低減
するようにＰＩＤ制御によって定常アシスト力を算出
し、踏力の周期的変化にかかわらず固定出力するように
構成された点に第４の特徴がある。

【００１１】第４の特徴によれば、推定された平均踏力
値を使用することによって制御の遅延が防止される。ま
た、定常踏力基準値は車速に対応して変化する平地走行
抵抗に相当するので、踏力が増大する割合には車速が増
大しない登坂時などでは平均踏力値が増大しても定常ア
シスト力は極端には増大しない。したがって、結果的
に、定常アシスト力は増大してアシスト力が増大する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係
る制御装置を有する電動補助自転車の側面図である。電
動補助自転車の車体フレーム１は、車体前方に位置する
ヘッドパイプ２と、ヘッドパイプ２から後下がりに延び
るダウンパイプ３と、ダウンパイプ３に連結されて後方
に延びるリヤフォーク４と、ダウンパイプ３の最下端か
ら上方に立ち上がるシートポスト５とを備える。

【００１３】ヘッドパイプ２にはフロントフォーク６が
回動自在に支持される。フロントフォーク６の下端には
前輪７が軸支され、フロントフォーク６の上端には操向
ハンドル８が取り付けられる。操向ハンドル８には、ブ
レーキレバー９が設けられ、ブレーキレバー９から引き
出されるケーブル１０は、フロントフォーク６に固定さ
れた前輪ブレーキ１１に連結される。同様に後輪ブレー
キ用のブレーキレバーも操向ハンドル８に設けられる
が、図示は省略している。また、ブレーキレバー９に
は、このブレーキレバー９が操作されたことを感知する
ブレーキセンサ（図示せず）が設けられる。

【００１４】シートポスト５の上端に連結される左右一
対のステー１２は後下がりに延び、下端近傍でリヤフォ
ーク４と結合される。リヤフォーク４とステー１２とが
結合されてなる部材には後輪１３が支持され、さらに前
記部材に支持されて後輪１３のハブと同軸上に補助動力
源としてのモータ１４が設けられる。モータ１４として
は、高トルクかつ低フリクションである三相ブラシレス
モータが好ましい。このモータ１４の具体的な構造や制
御に関しては後述する。

【００１５】シートポスト５には、上端にシート１５を
備えた支持軸１６が、シート１５の高さを調整可能に装
着される。シート１５の下方でシートポスト５と後輪１
３との間にはモータ１４に電力を供給するバッテリ１７
が設けられる。バッテリ１７は、シートポスト５に固着
されるブラケット１８に保持される。ブラケット１８に
は給電部１９が設けられ、この給電部１９は、図示しな
い電線でモータ１４に結合されるとともに、バッテリ１
７の電極に接続される。バッテリ１７の上部は、バンド
２０とバックル金具２１とからなる締結具でシートポス
ト５に支持される。

【００１６】前記ダウンパイプ３とシートポスト５との
交差部には、車体の左右に延びるクランク軸２２が支持
され、クランク軸２２には、クランク２３を介してペダ
ル２４が結合される。クランク軸２２には図示しない踏
力センサを介して駆動スプロケット２５が連結され、ペ
ダル２４に加えられた踏力は踏力センサを介して駆動ス
プロケット２５に伝達される。駆動スプロケット２５は
外周形状が楕円に形成される。

【００１７】駆動スプロケット２５と後輪１３のハブに
設けられた従動スプロケット２６間にはチェーン２７が
掛け渡される。チェーン２７の張り側および駆動スプロ
ケット２５はチェーンカバー２８で覆われる。クランク
軸２２には、クランク軸２２の回転センサが設けられる
（図示せず）。回転センサとしては、自動車用エンジン
のクランク軸回転検出に用いられるセンサ等、公知のも
のを使用できる。

【００１８】続いて、クランク軸２２に装着された踏力
検出装置を説明する。図３はクランク軸２２周辺の断面
図であり、図４は図３のＡ−Ａ矢視図である。ダウンパ
イプ３に固着された支持パイプ１００の両端に螺挿され
たキャップ１０１Ｌ，１０１Ｒとクランク軸２２に形成
された段差との間にはボールベアリング１０２Ｌ，１０
２Ｒがそれぞれ嵌挿され、クランク軸２２を回転自在に
支承する。

【００１９】クランク軸２２の左右端には、ボルト１０
３Ｂに適合するナット１０３Ｃでクランク２３がそれぞ
れ固定される（右側のみ図示）。クランク２３と支持パ
イプ１００との間にはワンウェイクラッチ１０４の内輪
１０５が固定される。内輪１０５の外周には駆動スプロ
ケット２５がブッシュ１０５Ａを介して回動自在に支承
されている。駆動スプロケット２５のスラスト方向の位
置はナット１０６Ａとプレート１０６Ｂとによって規制
されている。

【００２０】駆動スプロケット２５には蓋体１０７が一
体的に設けられていて、これら駆動スプロケット２５と
蓋体１０７で囲繞された空間には、伝達プレート１０８
が配設されている。伝達プレート１０８は駆動スプロケ
ット２５に対して同軸で、かつクランク軸２２を軸とし
た回転方向では互いに予定量のずれが許容されるよう支
持されている。

【００２１】駆動スプロケット２５および伝達プレー１
０８にまたがって、複数（ここでは６個）の窓１０９が
穿設されており、この窓１０９の内側には圧縮コイルば
ね１１０がそれぞれ収容されている。圧縮コイルばね１
１０は駆動スプロケット２５および伝達プレート１０８
間で、互いに回転方向のずれが生じたときに、ずれに対
する抗力を生ずるように作用する。

【００２２】伝達プレート１０８のハブの内周にはワン
ウェイクラッチ１０４の外輪としてのラチェット歯１１
１が形成されていて、このラチェット歯１１１は前記内
輪１０５に支持されて放射方向にばね１１２で付勢され
ているラチェット爪１１３と係合する。ワンウェイクラ
ッチ１０４には防塵のためのカバー１１４が設けられ
る。

【００２３】伝達プレート１０８には、踏力伝達リング
１２４に固着された踏力伝達用の突起部１１５が係合す
る係止孔１１６が設けられる。駆動用スプロケット２５
には、突起部１１５を係止孔１１６に係合可能にするた
めの窓１１７が設けられていて、突起部１１５はこの窓
１１７を貫通して、係止孔１１６に嵌合される。

【００２４】駆動スプロケット２５および伝達プレート
１０８にまたがって、前記窓１０９とは別の小窓が複数
（ここでは３個）穿設されており、この小窓の内側には
圧縮コイルばね１１８がそれぞれ収容される。圧縮コイ
ルばね１１８は伝達プレート１０８をその回転方向１１
９側に付勢するように配置されている。すなわち、駆動
スプロケット２５と伝達プレート１０８との結合部のガ
タを吸収する方向に作用しており、伝達プレート１０８
の変位が駆動スプロケット２５へ良好な応答性で伝達さ
れるように機能する。

【００２５】駆動スプロケット２５の、車体寄りつまり
ダウンパイプ３側には、踏力検知装置のセンサ部分（踏
力センサ）４７が装着されている。踏力センサ４７は駆
動スプロケット２５に固定された外側リング１２０と、
この外側リング１２０に対して回転自在に設けられ、磁
気回路を形成するためのセンサ本体１２１とを有する。

【００２６】外側リング１２０は電気絶縁性を有する材
料で形成されており、図示しないボルトで駆動スプロケ
ット２５に固定される。外側リング１２０の、駆動スプ
ロケット２５側にはカバー１２２が設けられ、止めねじ
１２３で外側リング１２０に固定されている。

【００２７】図５は、センサ本体１２１の拡大断面図で
ある。前記クランク軸２２と同心にコイル１２５が設け
られ、このコイル１２５の軸方向両側に配置されて、コ
イル１２５の外周方向に張り出した一対のコア１２６
Ａ，１２６Ｂが設けられる。また、前記コア１２６Ａ，
１２６Ｂ間には、環状の第１誘導体１２７と第２誘導体
１２８が設けられる。第１誘導体１２７と第２誘導体１
２８とは、踏力伝達リング１２４から伝達される踏力に
応じて互いに円周方向で変位可能であり、この変位によ
って、コア１２６Ａ，１２６Ｂ間における部分での互い
の重なり量が変化するように構成される。その結果、コ
イル１２５に通電したとき、コア１２６Ａ，１２６Ｂお
よびコアカラー１２９、ならびに第１誘導体１２７およ
び第２誘導体１２８を含む磁気回路の磁束は踏力に応じ
て変化する。そこで、この磁束の関数であるコイル１２
５のインダクタンス変化を検出して踏力検出することが
できる。なお、図５において、符号１３０，１３１はセ
ンサ本体１２１の支持部材、符号１３２はベアリング、
符号１３３はコイル１２５から引き出されるリード線で
ある。

【００２８】上記踏力センサは、本出願人による先願
（特願平１１−２５１８７０号（整理番号Ａ９９−１０
２６））の明細書にさらに詳細に説明されている。な
お、踏力センサは上記構造を有するものに限らず、公知
のものを使用することもできる。

【００２９】図６は、モータ１４の断面図である。リヤ
フォーク４の後端およびステー１２の下端の接合部から
後方に張り出したプレート２９には、変速機を組み込ん
だシリンダ３０が軸３１で支持される。シリンダ３０の
外周にはホイールハブ３２が嵌合される。ホイールハブ
３２は内筒および外筒を有する環状体であり、内筒の内
周面がシリンダ３０の外周に当接する。ホイールハブ３
２の側面には、シリンダ３０から張り出した連結板３３
がボルト３４によって固定される。ホイールハブ３２の
外筒の内周にはモータ１４のロータ側磁極を構成するネ
オジウム磁石３５が所定間隔をおいて配置される。すな
わち外筒は磁石３５を保持したロータコアを構成する。

【００３０】ホイールハブ３２の内筒の外周には軸受３
６が嵌合し、この軸受３６の外周にはステータ支持板３
７が嵌合する。ステータ支持板３７の外周にはステータ
３８が配置され、ボルト４０によって取り付けられる。
ステータ３８はロータコアつまりホイールハブ３２の外
筒と所定の細隙を有するように配置され、このステータ
３８には、三相コイル３９が巻装される。

【００３１】ステータ支持板３７の側面には、光センサ
４１が設けられる。光センサ４１はホイールハブ３２が
回転したときに、このホイールハブ３２に設けられるリ
ング状部材４２によって光路が断続的に遮断され、その
結果、パルス波形信号を出力する。リング状部材４２は
回転時に光センサ４１の光路を断続的に遮断できるよ
う、規則的な矩形歯形状を有する。前記パルス波形信号
に基づいてロータとしてのホイールハブ３２の位置信号
が検出される。光センサ４１はモータ１４の各相に対応
して３カ所に設けられ、モータ１４の磁極センサおよび
回転センサとして機能する。

【００３２】また、ステータ支持板３７の側面には、制
御基板４３が設けられ、磁極センサとしての光センサ４
１からの位置信号に従って前記三相コイル３９への通電
制御を行う。この制御基板４３上にはＣＰＵやＦＥＴ等
の制御素子が装着される。なお、制御基板４３は光セン
サ４１用の取り付け基板と一体化できる。

【００３３】ホイールハブ３２の外周には図示しない後
輪のリムと連結されるスポーク４４が固着される。さら
に、ステータ支持板３７の、前記制御基板４３等が装着
された側とは反対側には、ボルト４５によってブラケッ
ト４６が固定され、ブラケット４６は前記車体フレーム
のプレート２９に図示しないボルトで結合される。

【００３４】ホイールハブ３２には、透明樹脂（クリア
レンズ）３２Ａがはめ込まれた窓が設けられ、ステータ
支持板３７に固定された固定カバー３７Ａにも同様にク
リアレンズ３７Ｂがはめ込まれた窓が設けられる。これ
らのクリアレンズ３２Ａや３７Ｂにより、外側からモー
タ１４内部を見透かせるので、格別な美観上の効果が得
られるとともに、ホイールハブ３２や固定カバー３７Ａ
を部分的に樹脂で形成することによる重量の軽減効果を
得ることもできる。

【００３５】このように、後輪１３の軸３１と同軸上に
配置したステータとロータとからなる三相ブラシレスモ
ータ１４が設けられ、チェーン２７と従動スプロケット
２６とによって伝達される人力に付加される補助動力を
発生する。

【００３６】上記電動補助自転車の制御装置の要部機能
を説明する。図１の制御ブロック図において、踏力セン
サ４７で検出された人力つまり踏力は比例アシスト計算
部５０およびフィルタ部５１に入力される。フィルタ部
５１は後で詳述する手段で踏力平均値を計算して出力す
る。比例アシスト計算部５０は入力された踏力に予定の
係数を掛けて比例アシスト力を出力する。例えば、車速
が１５ｋｍ／時までは踏力との比率が１対１となるよう
にし、車速が１５ｋｍ／時以上では、超過分に応じて例
えば車速２４ｋｍ／時まで比例的に比例アシスト力をゼ
ロまで漸減するように、係数を設定することができる。

【００３７】定常踏力計算部５２は、平地走行時の踏力
基準値（定常踏力基準値）を車速の関数として計算し、
出力する。定常アシスト計算部５３は、前記踏力平均値
と定常踏力基準値とに基づいて定常アシスト力をＰＩＤ
演算により算出して出力する。加算部５４では、比例ア
シスト力と定常アシスト力とを加算してアシスト力とし
て出力する。

【００３８】フィルタ回路５１を説明する。フィルタ回
路５１で計算される踏力平均値は現時点までの予定期間
の踏力の積算値の平均値ではなく、現在の踏力とクラン
ク角とに基づいて現在からクランク角１８０°回転する
間、つまりクランク軸２２の半回転における踏力ピーク
値を推定し、その推定値に予定の係数を掛けた値に基づ
いて計算される値である。次のようにして踏力平均値が
推定される。

【００３９】図７はクランク角と踏力との関係を示す図
であり、強く漕いだときと弱く漕いだときのそれぞれに
ついての図である。図中、縦軸が踏力、横軸がクランク
角である。ペダル２４を強く漕いだときの踏力（強踏
力）と弱く漕いだときとの踏力（弱踏力）の比の値は一
定である。したがって、クランク角毎の強踏力を測定し
て踏力基準値として保持しておくことにより、この踏力
基準値を使用して同じクランク角毎で弱踏力のピーク値
を計算により推定することができる。

【００４０】クランク角Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれで弱踏力
ｂ’，ｃ’，ｄ’が検出された場合、同じクランク角
Ｂ，Ｃ，Ｄの強踏力ｂ，ｃ，ｄと強踏力のピーク値ａと
により、次の式を使用して弱踏力のピーク値を推定でき
る。ｂ’×ａ／ｂ…（式１）、ｃ’×ａ／ｃ…（式
２）、ｄ’×ａ／ｄ…（式３）。

【００４１】図８は、踏力基準値のピーク値ａとクラン
ク角に対応する踏力ｂ、ｃ、ｄとの比の値（係数ｆ１）
を示す図である。式（１）〜式（３）から理解できるよ
うに、踏力センサ４７の出力（踏力値）に係数ｆ１を乗
算して得られる値が、該踏力検出時点の踏力ピーク値と
推定できる。係数ｆ１は、踏力の大小や踏力の変化（歪
み）を考慮して設定してもよい。

【００４２】踏力ピーク値が推定できれば、この踏力ピ
ーク値に係数ｆ２を乗じて踏力平均値を推定することが
できる。例えば、推定された踏力ピーク値に係数ｆ２と
して１／２を乗算して踏力平均値の推定値とする。な
お、係数ｆ２に関しても、踏力の大小や踏力の変化を考
慮した値とすることができる。

【００４３】クランク角は駆動スプロケット２５の回転
数に基づいて検出することができる。駆動スプロケット
２５は楕円であるので、駆動スプロケット２５の歯数は
等価的に長径ｒ１から短径ｒ２の間で変化する。すなわ
ち、クランク角に応じて長径ｒ１から短径ｒ２の関数と
して検出できる。クランク軸２２の回転を検出する回転
センサの出力に基づいて得られる駆動スプロケット２５
の回転数と、モータ１４に設けられる光センサ４１の出
力に基づいて得られる後輪１３の回転数つまり車速とに
より増速比が計算できる。一方、駆動スプロケット２５
の径ｒ１〜ｒ２および従動スプロケット２６の径ｒ３に
基づいて、クランク角に対応する増速比を予め計算でき
る。したがって、センサ出力に基づく増速比とスプロケ
ットの径に基づく増速比とを比較することによって、ク
ランク角を検出することができる。

【００４４】図９はクランク角に対応する増速比を示す
図である。増速比は駆動スプロケット２５の径ｒ１〜ｒ
２および従動スプロケット２６の径ｒ３に従って決定さ
れる。増速比ｒ１／ｒ３が最大値であり、増速比ｒ２／
ｒ３が最小値である。なお、半回転の間の２点で同じ増
速比となる。そこで、増速比の変化の向きを監視し、増
減いずれの方向に変化しているかを検出して、２つの検
出クランク角のうち１つを特定する。

【００４５】図１０は、車速に対応する定常踏力基準値
を示す図である。定常踏力基準値TqRは平地走行時の走
行抵抗に相当し、車速vの増大に伴って増大する。定常
踏力基準値TqRは平地走行抵抗を考慮して決定するとと
もに、実験的に得られる係数を乗じて決定することがで
きる。定常踏力基準値TqRは、例えば軽快車の平地走行
抵抗の関数であり、図１０に一例を示すように、車速va
（１５ｋｍ／時）では７ｋｇｆ、車速vb（２４ｋｍ／
時）では１３ｋｇｆである。ここで、軽快車とは車体重
量が１５ｋｇ〜２０ｋｇの車両をいう。

【００４６】定常踏力基準値TqRは平地走行抵抗に基づ
いて決定したが、図１０に鎖線で示すように変形しても
よい。車速vaで値を上昇傾向に変化されば（線ｍ）、車
速va以上でアシスト力が低減し、車速vbで値を上昇傾向
に変化させれば（線ｎ）、車速vb以上でアシスト力が急
減し実質的にアシスト停止として作用する。

【００４７】図１に戻り、定常アシスト力計算部５３の
動作を説明する。同図に示すように、定常アシスト力
は、踏力Tqが増大すると増大し、定常踏力基準値TqRが
増大すると低減するように演算される。走行抵抗に変化
がなければ、つまり定常踏力基準値TqRに変化がなけれ
ば、アシスト力の増大によって踏力Tqは低減する。すな
わち、踏力平均値TqAVが定常踏力基準値TqRと等しくな
るように制御される。

【００４８】ここで、定常踏力基準値TqRは平地の走行
抵抗の関数であることから、路面が登坂になると定常踏
力基準値TqRは、踏力Tqに対応しない。つまり踏力Tqに
よる定常アシスト力増加分が定常踏力基準値TqRによる
定常アシスト力低減分より大きくなる。したがって、定
常アシスト力は増大傾向になり、踏力Tqは小さくてすむ
ことになる。換言すれば、登坂になっても平地走行に要
する踏力Tqになるようアシスト力が出力される。

【００４９】上記制御装置の動作を、タイムチャートに
従って説明する。図１１（ａ）は平地定常走行時、図１
１（ｂ）は平地加速走行時、図１１（ｃ）は平地から登
坂への移行時における動作のタイムチャートである。こ
れらの図において、線ＳＡは定常アシスト力、線ＳＢは
踏力、線ＳＣは定常アシスト力と踏力と比例アシスト力
との総和であるアシスト力を示す。すなわち、比例アシ
スト力は線ＳＣと線ＳＢとの差で表される。なお、図１
１において、線ＳＢは踏力Tqの変化を表しているが、定
常アシスト力の計算には、踏力Tqの平均値（推定値）が
使用される。

【００５０】図１１（ａ）に示す平地定常走行時は、比
例アシスト力は踏力Tqに係数を乗じた値である。一方、
定常アシスト力は踏力Tqの平均値に対応する分から定常
踏力基準値TqRに対応する分が差し引かれて小さい値と
なっている。

【００５１】図１１（ｂ）に示す平地加速走行時は、加
速しようとして踏力Tqが増大すると、比例アシスト力は
踏力Tqの増大に伴って増大するのでアシスト力は増大す
る。したがって、小さい踏力で加速が可能となる。加速
後は加速前より踏力が大きくなり、定常アシスト力が増
加されようとするが、加速による車速の増大によって定
常踏力基準値TqRが増大するので、結果的に定常アシス
ト力は変化しない。すなわち、加速時は踏力の増大に見
合った比例アシスト力の変化によるアシスト力の増大が
図られる。

【００５２】図１１（ｃ）に示す平地から登坂部への移
行時は、踏力Tqが増大するが、車速は変化しないかわず
かな減速傾向となる。比例アシスト力は踏力Tqの増大分
に応じて増大する。車速に変化がないので定常踏力基準
値TqRは変化がない。したがって、踏力Tqの平均値の増
大分に対応して定常アシスト力は増大し、その結果、ア
シスト力は増大して踏力Tqの平均値は元の値つまり平地
の走行時のものに戻る。登坂に必要な力と定常アシスト
力とが一致した後は、踏力および比例アシスト力は共に
元の値に戻って平地走行時と同様の踏力で走行が可能で
ある。

【００５３】本実施形態は変形が可能である。例えば、
図１の制御装置では、各制御値の単純な加算や係数を単
純に乗算する例を説明した。しかし、この演算は、例え
ば、走行路面（例えば傾斜の状態）に応じて最適なアシ
スト力となるよう、制御値の加算の有無の切換えを行っ
てもよいし、走行路面の関数として係数を決定するよう
にしてもよい。

【００５４】また、踏力ピーク値は、クランク角がどこ
にあるかにかかわらず計算することとしたが、推定の誤
差を小さくするため、上下死点付近では推定を行わない
ようにしてもよい。この場合、例えば上死点付近では検
出踏力をそのまま踏力ピーク値の推定値とし、下死点付
近では直前の推定踏力ピーク値を代替使用するようにす
ればよい。

【００５５】また、アシスト力が負の値になった場合、
例えば、下り坂では踏力Tqがゼロになり車速vは増大し
て定常踏力基準値TqRは大きくなるので、アシスト力が
負になる。このような場合は、モータ１４の出力をゼロ
にするほか、モータ１４を回生制動に切り換えるように
してもよい。こうすることにより、下り坂での惰行速度
を制限することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなとおり、請求項
１〜４の発明によれば、推定された踏力によってアシス
ト力が決定されるので、制御の遅れが解消される。特
に、請求項２の発明によれば、平均踏力値に基づいてア
シスト力が決定されるのでクランク軸の回転よって生じ
る周期的な変動に追従しない、安定したアシストを実行
できる。

【００５７】また、請求項３の発明によれば、駆動スプ
ロケットの形状による回転の特性を利用してクランク角
を検出できるので、クランク角検出センサを専用に設け
なくてもよい。

【００５８】さらに、請求項４の発明によれば、車速や
路面状態など走行条件に適合したアシストが得られる。
また、制御遅れの解消により、踏力変化と実際の車両の
走行速度の変化とにずれが生じないので、走行感覚がよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る電動補助自転車の
制御装置の構成をお示すブロック図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係る電動補助自転車の
側面図である。

【図３】 踏力検出装置を含む人力駆動部の要部断面図
である。

【図４】 図３のＡ−Ａ矢視図である。

【図５】 図３の要部拡大断面図である。

【図６】 本発明の一実施形態に係る電動補助自転車に
使用されるモータの断面図である。

【図７】 クランク角と踏力との関係を示す図である。

【図８】 強踏力のピーク値とクランク角に対応する踏
力との比の値（係数ｆ１）を示す図である。

【図９】 クランク角に対応する増速比を示す図であ
る。

【図１０】 車速に対応する定常踏力基準値を示す図で
ある。

【図１１】 平地定常走行時、平地加速走行時、および
平地から登坂への移行時における動作のタイムチャート
である。

【符号の説明】

１…車体フレーム、 ５…シートポスト、 ８…操向ハ
ンドル、 ９…ブレーキレバー、 １４…モータ、 １
７…バッテリ、 ２２…クランク軸、 ２４…ペダル、
２７…チェーン、 ３２…ホイールハブ（アウタロー
タ）、 ４１…光センサ、 ４７…踏力センサ、 ５０
…比例アシスト計算部、 ５１…フィルタ部、 ５２…
定常踏力計算部、 ５３…定常アシスト計算部、 ５４
…加算部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PA01 PC06 PG10 PI16 PU11 PU30 PV09 QE01 QE02 QE03 QE04 QE05 QE06 QI04 QN05 QN15 QN22 QN27 QN28 RB26 SE03 SF30 SJ12 TD10 TD17 TO04 TO30 UI17 UI32 UI35

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸に加えられる踏力を補助する
   ためのモータを備えた電動補助自転車において、 踏力を検出する踏力検出手段と、 クランク角を検出するクランク角検出手段と、 クランク角に対応した踏力基準値を設定した踏力基準値
   保持手段と、 検出された踏力を該踏力検出時のクランク角に従って前
   記踏力基準値と比較してその後の予定期間の踏力を推定
   する推定手段と、 前記推定手段で推定された踏力に基づいて前記モータに
   よる補助力を決定する制御手段とを具備したことを特徴
   とする電動補助自転車。
2. 【請求項２】 前記推定手段が、 検出された踏力および該踏力検出時のクランク角に基づ
   いてその後の予定期間の踏力ピーク値を計算し、該踏力
   ピーク値に基づく前記予定期間の踏力平均値を推定踏力
   値として出力するように構成されたことを特徴とする請
   求項１記載の電動補助自転車。
3. 【請求項３】 前記クランク軸に結合された駆動スプロ
   ケットが楕円に形成されているとともに、 前記駆動スプロケットの回転数を第１回転数として検出
   する第１回転数手段と、 前記駆動スプロケットで駆動される後輪の回転数を第２
   回転数として検出する第２回転数検出手段とを備え、 前記クランク角検出手段が、 前記第１回転数および前記第２回転数によって増速比を
   検出する増速比検出手段と、 クランク角に対応した基準増速比を設定した基準増速比
   保持手段と、 検出された増速比と基準増速比との比較によってクラン
   ク角候補を検出する検出するクランク角検出手段と、 前記増速比の変化方向によってクランク角を特定するク
   ランク角特定手段とからなることを特徴とする請求項１
   記載の電動補助自転車。
4. 【請求項４】 車速に対応する軽快車の平地走行抵抗に
   相当する定常踏力基準値を設定した定常踏力基準値保持
   手段を備え、 前記制御手段が、前記推定踏力値と前記定常踏力基準値
   とに基づいて、推定踏力値が増大すると増大し、定常踏
   力基準値が増大すると低減するようにＰＩＤ制御によっ
   て定常アシスト力を算出し、踏力の周期的変化にかかわ
   らず固定出力するように構成されたことを特徴とする請
   求項２記載の電動補助自転車。