JP2009196570A - 電動自転車の自動変速方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してから実際に変速機が作動して減速操作が実行されるまでの時間差を考慮して、より確実に円滑な減速操作を可能にする。
【解決手段】クランク軸に作用する踏み込みトルクＴＯａを検出して移動平均トルクＴＯｃを求め、移動平均トルクＴＯｃが所定のトルク閾値ＴＯｄ以上になった場合、その直後の踏み込みトルクＴＯａの１番目のピークＰ１を検出すると、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してアクチュエーターを駆動させて減速を開始し、踏み込みトルクＴＯａの１番目のピークＰ１と２番目のピークＰ２との間の谷間５９において、変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられる切換途中の状態になり、２番目のピークＰ２に達する前に変速機の減速動作を終了する。
【選択図】図７

Description

本発明は、自動変速装置を備えた電動自転車の自動変速方法に関するものであり、特に、シフトダウンの制御方法に関するものである。

従来、一般に、電動自転車は、補助電動機によって踏力に応じた補助動力を発生し、踏力と補助動力との合力を後車軸に伝達して後車輪を回転駆動させている。このような電動自転車に自動変速装置を設けたものがある。

このような自動変速装置を備えた電動自転車においては、自動的に減速操作と増速操作が行われるが、自動的に減速操作が行われる時、一定値以上の駆動力が存在すると、自動変速装置に過大な負荷がかかり、減速操作を円滑に行うことができないという問題があった。このような問題を解決する自動変速方法としては、以下のような方法が知られている。

すなわち、図１１に示すように、速度と踏力とを検出し、検出された速度と踏力に応じて最適なシフトポジションを算出する（ステップＳ１）。前記最適なシフトポジションと現在のシフトポジションとが同じであるか否かを判断し（ステップＳ２）、同じである場合には再び最適シフトポジションを算出し（ステップＳ１）、異なる場合にはシフト操作が減速操作か否かを判断する（ステップＳ３）。

前記シフト操作が減速操作である場合には、踏力値が或る値以下に下がるまで待機し（ステップＳ４）、踏力値が或る値以下に下がった時点で、制御装置がシフトチェンジ指示信号（減速信号）をアクチュエータモータに送信してアクチュエータモータを駆動する（ステップＳ５）。アクチュエータモータの駆動により、シフトチェンジ装置（変速機）が作動して所望の減速操作がなされるが、この場合、踏力が低下するタイミングに合わせて減速操作を行うようにしたため、円滑な減速操作が安定してなされる。

尚、前記のような自動変速方法については下記特許文献１に開示されている。
特開２００１−１０５８１

しかしながら前記の従来形式では、踏力が低下するタイミングに合わせて減速操作を行うのであるが、具体的にどのようなタイミングでどのような減速操作を行うのかが不明である。すなわち、前記ステップＳ４に示されるように、踏力値が或る値以下に下がった時点で制御装置がシフトチェンジ指示信号をアクチュエータモータに送信した場合、制御装置がシフトチェンジ指示信号をアクチュエータモータに送信してから実際にシフトチェンジ装置が作動して減速操作が実行されるまでには若干の時間差（時間的ずれ）が生じる。

したがって、前記のような時間差によって、タイミングがずれてしまい、踏力値が或る値よりも増大した時に、実際に変速機が作動し始めて、踏力値が最も大きくなるピーク付近で減速操作が実行されてしまう虞れがある。このようにタイミングがずれて減速操作が実行された場合、シフトチェンジ装置に過大な負荷がかかり、減速操作を円滑に行うことができないという課題が生じてしまう。

本発明は、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してから実際に変速機が作動して減速操作が実行されるまでの時間差を考慮して、より確実に円滑な減速操作を可能にする電動自転車の自動変速方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本第１発明における電動自転車の自動変速方法は、ペダルによって回転されるクランク軸に作用する踏み込みトルクを検出し、前記検出された踏み込みトルクに基づいて移動平均トルクを求め、前記移動平均トルクが所定のトルク閾値以上になった場合、その直後に検出された踏み込みトルクの１番目のピークを検出し、前記踏み込みトルクの１番目のピークを検出すると、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してアクチュエーターを駆動させて減速を開始し、前記踏み込みトルクの１番目のピークとその次に検出される２番目のピークとの間の谷間において、変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられる切換途中の状態になり、踏み込みトルクの２番目のピークに達する前に変速機の減速動作を終了するものである。

これによると、踏み込みトルクの１番目のピークを検出した時点で、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信することにより、変速機が作動し始め、若干の時間差を経て、踏み込みトルクの１番目のピークと２番目のピークとの間の谷間において、変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられる切換途中の状態になり、踏み込みトルクの２番目のピークに達する前に変速機の減速動作が終了する。

以上のように本発明によれば、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してから実際に変速機が作動して減速操作が実行されるまでの時間差（タイムラグ）を考慮して、減速操作を制御しているため、変速機にかかる負荷が低下したタイミングに合わせて減速操作が行われ、より確実に円滑な減速操作を行うことができる。

前記目的を達成するために、本第１発明は、ペダルに作用する踏力に応じた補助動力を発生する補助電動機と自動変速装置とを備え、
自動変速装置は変速比の異なる複数の変速段に切換え自在な変速機とこの変速機を作動させるアクチュエーターとを有している電動自転車の自動変速方法であって、
ペダルによって回転されるクランク軸に作用する踏み込みトルクを検出し、
前記検出された踏み込みトルクに基づいて、現在より一定時間遡った時点における所定範囲の時間内の踏み込みトルクの積分値である移動平均トルクを求め、
前記移動平均トルクが所定のトルク閾値以上になった場合、その直後に検出された踏み込みトルクの１番目のピークを検出し、
前記踏み込みトルクの１番目のピークを検出すると、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してアクチュエーターを駆動させて減速を開始し、
前記踏み込みトルクの１番目のピークとその次に検出される２番目のピークとの間の谷間において、変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられる切換途中の状態になり、
踏み込みトルクの２番目のピークに達する前に変速機の減速動作を終了するものである。

これによると、踏み込みトルクの１番目のピークを検出した時点で、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信することにより、変速機が作動し始め、若干の時間差を経て、踏み込みトルクの１番目のピークと２番目のピークとの間の谷間において、変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられる切換途中の状態になり、踏み込みトルクの２番目のピークに達する前に変速機の減速動作が終了する。

このように、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してから実際に変速機が作動して減速操作が実行されるまでの時間差（タイムラグ）を考慮して、減速操作を制御しているため、変速機にかかる負荷が低下したタイミングに合わせて減速操作が行われ、より確実に円滑な減速操作を行うことができる。

本第２発明は、走行速度を検出し、前記検出された走行速度が所定の速度閾値以下であり且つ移動平均トルクが所定のトルク閾値以上になった場合、その直後に検出された踏み込みトルクの１番目のピークを検出するものである。

これによると、移動平均トルクが所定のトルク閾値以上になっても、検出された走行速度が所定の速度閾値よりも高ければ、変速機の減速動作は行われない。したがって、自転車の走行速度を速くするために、ペダルに対する踏力を増やしてクランク軸の回転速度を急に増やし、自転車の走行速度を所定の速度閾値よりも高くした際、急に変速機の減速動作が行われ、乗員の意図に反して走行速度が急に低下してしまうといった不具合を防止することができる。

本第３発明は、踏み込みトルクの１番目のピークを検出すると、補助電動機を停止し、
変速機の減速動作を終了した時点で、補助電動機を作動させるものである。
これにより、補助電動機を停止することで、補助電動機よる負荷が変速機にかからないため、変速機にかかる負荷をより一層低下した状態で減速操作が行われ、したがって、より確実に円滑な減速操作を行うことができる。

本第４発明は、変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられたことを検出した場合、変速機の減速動作を終了したと判断するものである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図３に示すように、１１は電動自転車であり、電動自転車１１は、フレーム２１と、フレーム２１の後端部に固定された後輪ハブ軸２２と、前後の車輪２６，２７と、補助動力を発生させる補助電動機１２と、補助電動機１２に電力を供給するバッテリー１３と、自動変速装置１４と、ペダル１５と、ペダル１５によって回転されるクランク軸１６と、クランク軸１６に作用する踏み込みトルクＴＯａを検出するトルク検出器１７（例えば磁歪センサ等）と、走行速度を検出する速度検出器１８と、制御装置１９と、表示装置２０とを備えている。

自動変速装置１４は、変速比の異なる３段（複数の変速段）に切換え自在な内装変速機２３（変速機の一例）と、この内装変速機２３を作動させるアクチュエーター２４と、内装変速機２３とアクチュエーター２４との間に設けられた連動機構２５とを有している。

内装変速機２３は、図４に示すように、後輪ハブの中に組み込まれた歯車を掛けかえることによって変速する方式であり、後輪ハブ軸２２に固定された太陽歯車２８と、後輪ハブ軸２２に回転自在に外嵌されたフリーホイール２９とコントローラー３０と遊星腕３１と、フリーホイール２９とコントローラー３０と遊星腕３１とに回転自在に外嵌された内歯車３２と、遊星腕３１に設けられて太陽歯車２８と内歯車３２とに歯合する複数の遊星歯車３３と、内歯車３２に回転自在に外嵌されたハブシェル３４とを有している。

フリーホイール２９は、内歯車３２に対して係脱自在なフリーホイールワンウェイクラッチ３６を有している。遊星腕３１は、ハブシェル３４に対して係脱自在な遊星腕ワンウェイクラッチ３７を有している。内歯車３２は、ハブシェル３４に対して係脱自在な内歯車ワンウェイクラッチ３８を有している。

ハブシェル３４には後車輪２７のスポーク４０が連結されている。また、フリーホイール２９とギヤクランクのスプロケット４１との間にはチェン４２が巻回されている。
コントローラー３０は変速ロッド３９に連結され、変速ロッド３９が押し引きされることにより、変速ロッド３９と一体に後輪ハブ軸２２の軸心方向へ移動自在である。後輪ハブ軸２２の軸心上には第１〜第３の切換位置Ｐ１〜Ｐ３が設定されており、図４（ｃ）に示すように、変速ロッド３９の押し引きによって、コントローラー３０が第１の切換位置Ｐ１に移動した場合、内装変速機２３は最もギヤ比の小さな１速段に切換えられ、図４（ａ）に示すように、第３の切換位置Ｐ３に移動した場合、最もギヤ比の大きな３速段に切換えられ、図４（ｂ）に示すように、第２の切換位置Ｐ２に移動した場合、前記１速段と３速段との中間のギヤ比の２速段に切換えられる。

図４（ａ）に示すように、コントローラー３０が第３の切換位置Ｐ３に移動した場合、フリーホイール２９とコントローラー３０と遊星腕３１とが直結し、遊星歯車３３により増速される増速経路５５が形成される。この際、内歯車３２（ハブシェル３４）の回転角速度が遊星腕３１より速くなるので、遊星腕ワンウェイクラッチ３７がフリーになる。

図４（ｂ）に示すように、コントローラー３０が第２の切換位置Ｐ２に移動した場合、コントローラー３０が遊星腕３１から外れ、フリーホイール２９と内歯車３２（ハブシェル３４）との回転角速度が同じになるノーマル経路５６が形成される。この際、内歯車３２（ハブシェル３４）の回転角速度が遊星腕３１より速くなるので、遊星腕ワンウェイクラッチ３７がフリーになる。

図４（ｃ）に示すように、コントローラー３０が第１の切換位置Ｐ１に移動した場合、コントローラー３０が内歯車ワンウェイクラッチ３８に当接して、内歯車ワンウェイクラッチ３８がハブシェル３４から外れ、減速経路５７が形成される。

尚、内装変速機２３には、変速ロッド３９をシフトダウンの方向Ａへ押し出すように付勢するスプリング（付勢部材：図示省略）が内蔵されている。
図２，図５に示すように、前記アクチュエーター２４は、減速機構を備えた変速用モータ２４ａからなる。また、連動機構２５は、変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂに設けられたピニオン４５と、ピニオン４５に歯合するラック４６と、変速ロッド３９を前記スプリングの付勢力に抗してシフトアップの方向Ｂへ押し込むベルクランク装置４７と、変速ワイヤー４８とを有している。

アクチュエーター２４とラック４６とはフレーム２１側に支持され、ラック４６は、回転軸２４ｂの回転に応じて、変速ワイヤー４８の長さ方向（前後方向）に移動する。また、ベルクランク装置４７は、フレーム２１のチェーンステー４９に取り付けられた取付板５０と、縦軸５１を介して取付板５０に回動自在に設けられたベルクランク部材５２とを有している。変速ワイヤー４８はラック４６とベルクランク部材５２との間に接続されている。

変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂが一方向ｂ１へ回転することによって、変速ワイヤー４８が一方向ｂ２へ引っ張られ、ベルクランク部材５２が一方向ｂ３へ回動して、変速ロッド３９がシフトアップの方向Ｂへ押し込まれる。これにより、１速段→２速段→３速段の順でシフトアップされる。

また、変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂが逆の他方向ａ１へ回転することによって、変速ワイヤー４８が他方向ａ２へ弛められて、変速ロッド３９がスプリング（図示省略）の付勢力によってシフトダウンの方向Ａへ押し出される。これにより、３速段→２速段→１速段の順でシフトダウンされる。

尚、変速用モータ２４ａには、回転軸２４ｂの回転角度（又は回転数）を検出する回転角度検出器５４（パルスエンコーダー等）が設けられている。変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂの回転角度（又は回転数）とコントローラー３０の第１〜第３の各切換位置Ｐ１〜Ｐ３とが対応しているため、回転角度検出器５４によって回転軸２４ｂの回転角度（又は回転数）を検出することによって、コントローラー３０が第１〜第３のいずれの切換位置Ｐ１〜Ｐ３に移動しているかが判明し、これに基づいて内装変速機２３が１速段〜３速段のいずれの変速段に切換えられているのかを検出することができる。

すなわち、図６に示すように、回転角度検出器５４が第１の回転角度Ｃ１（例えばＣ１＝９０°）を検出した場合、コントローラー３０が第１の切換位置Ｐ１に移動して１速段に切換えられたことが検出され、回転角度検出器５４が第２の回転角度Ｃ２（例えばＣ２＝１８０°）を検出した場合、コントローラー３０が第２の切換位置Ｐ２に移動して２速段に切換えられたことが検出され、回転角度検出器５４が第３の回転角度Ｃ３（例えばＣ３＝２７０°）を検出した場合、コントローラー３０が第３の切換位置Ｐ３に移動して３速段に切換えられたことが検出される。

また、表示装置２０は前記検出された内装変速機２３の変速段やバッテリー１３の残量等を表示するものである。図３に示すように、制御装置１９は補助電動機用制御部１９ａと自動変速装置用制御部１９ｂとからなる。

補助電動機用制御部１９ａは、トルク検出器１７で検出された踏み込みトルクのデーターに基づいて補助電動機１２を制御し、且つ、前記踏み込みトルクのデーターを自動変速装置用制御部１９ｂに送信する。

自動変速装置用制御部１９ｂは、前記補助電動機用制御部１９ａから送信された踏み込みトルクのデーターと速度検出器１８で検出された走行速度のデーターと回転角度検出器５４で検出された変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂの回転角度のデーターとに基づいて、アクチュエーター２４と表示装置２０とを制御するものである。

また、自動変速装置用制御部１９ｂは、シフトダウンを行う場合、減速信号をアクチュエーター２４に送信し、シフトアップを行う場合、増速信号をアクチュエーター２４に送信し、アクチュエーター２４を停止させる場合、停止信号をアクチュエーター２４に送信し、さらに、補助電動機用制御部１９ａに対して、補助電動機１２を停止させる補助電動機停止信号と補助電動機１２を駆動させる補助電動機駆動信号とを送信する。

次に、前記のような構成を有する電動自転車１１の自動変速方法（シフトダウンの制御方法）について、図７〜図９のグラフと図１０のフローチャートを参照しながら説明する。

乗員が電動自転車１１を運転している際、ペダル１５によって回転されるクランク軸１６に作用する踏み込みトルクＴＯａ（図７の実線参照）をトルク検出器１７によって検出する。検出された踏み込みトルクＴＯａのデーターを、補助電動機用制御部１９ａに送信し、さらに、補助電動機用制御部１９ａから自動変速装置用制御部１９ｂにも送信する。

補助電動機用制御部１９ａは、補助電動機１２を駆動し、検出された踏み込みトルクＴＯａと同じ大きさの補助トルクＴＯｂ（図７の点線参照）を発生させる。
自動変速装置用制御部１９ｂは、検出された踏み込みトルクＴＯａに基づいて、移動平均トルクＴＯｃ（図７の二点鎖線参照）を求める（ステップ−１）。尚、移動平均トルクＴＯｃとは、図８に示すように、現在より一定時間ｔ１（例えば０．５秒間）遡った時点における所定範囲の時間ｔ２（例えば０．４秒間）内の踏み込みトルクＴＯａの積分値（斜線部分）である。ここで、所定範囲の時間ｔ２は一定時間ｔ１以下（ｔ２≦ｔ１）である。

さらに、電動自転車１１の走行速度を速度検出器１８によって検出する（ステップ−２）。自動変速装置用制御部１９ｂは、前記検出された走行速度が所定の速度閾値以下かどうかを判断し（ステップ−３）、所定の速度閾値よりも高い場合は前記（ステップ−１）に戻る。

また、所定の速度閾値以下の場合、自動変速装置用制御部１９ｂは、前記移動平均トルクＴＯｃが所定のトルク閾値ＴＯｄ（図７参照）以上かどうかを判断し（ステップ−４）、所定のトルク閾値ＴＯｄよりも低い場合は前記（ステップ−１）に戻る。

また、図７の点（イ）に示すように、移動平均トルクＴＯｃが所定のトルク閾値ＴＯｄ以上になった場合、自動変速装置用制御部１９ｂは、その直後に検出された踏み込みトルクＴＯａの１番目のピークＰ１を検出したかを判断する（ステップ−５）。尚、図９に示すように、自動変速装置用制御部１９ｂは、検出された踏み込みトルクＴＯａの３つのデータを比較し、２番目に検出された踏み込みトルク値ＴＯａ２が１番目に検出された踏み込みトルク値ＴＯａ１以上であり、且つ、３番目に検出された踏み込みトルク値ＴＯａ３が２番目に検出された踏み込みトルク値ＴＯａ２よりも小さい場合、踏み込みトルクＴＯａのピークＰ１を検出したと判断する。

１番目のピークＰ１を検出した場合、自動変速装置用制御部１９ｂは、回転角度検出器５４によって検出される変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂの回転角度に基づいて、内装変速機２３の現在の変速段を求め、現在の変速段が１速段かどうかを判断する（ステップ−６）。

現在の変速段が例えば３速段の場合、図７の点（ロ）に示すように、自動変速装置用制御部１９ｂは、アクチュエーター２４に減速信号を送信するとともに、補助電動機用制御部１９ａに補助電動機停止信号を送信する（ステップ−７）。

これにより、補助電動機１２が停止し、補助電動機１２から発生していた補助トルクＴＯｂが０になる。また、図６に示すように、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂが第３の回転角度Ｃ３（３速段に対応）から第２の回転角度Ｃ２（２速段に対応）に他方向ａ１へ回転する（ステップ−８）。これにより、図２に示すように、変速ワイヤー４８が他方向ａ２へ弛められて、変速ロッド３９がスプリング（図示省略）の付勢力によってシフトダウンの方向Ａへ押し出され、図４（ｂ）に示すように、コントローラー３０が遊星腕３１から外れて第３の切換位置Ｐ３から第２の切換位置Ｐ２に移動し、３速段から２速段へシフトダウンされる。

このように、前記踏み込みトルクＴＯａの１番目のピークＰ１を検出した時点で、自動変速装置用制御部１９ｂがアクチュエーター２４に減速信号を送信することによって、図７の点（ハ）に示すように、若干の時間差ｔ３を経て、前記踏み込みトルクＴＯａの１番目のピークＰ１とその次に検出される２番目のピークＰ２との間の谷間５９において、内装変速機２３が３速段（現在の変速段）から２速段（一段減速側の変速段）へ切換えられる切換途中の状態になる。この場合、前記切換途中の状態とは、コントローラー３０が第３の切換位置Ｐ３と第２の切換位置Ｐ２との間に位置して遊星腕３１から外れた瞬間の状態である。

自動変速装置用制御部１９ｂは、回転角度検出器５４によって検出された回転軸２４ｂの回転角度が第２の切換位置Ｐ２に対応した第２の回転角度Ｃ２に達したかを判断し（ステップ−９）、第２の回転角度Ｃ２に達した場合、アクチュエーター２４から送信される変速完了信号によって、３速段から２速段へシフトダウンされたと判断し、アクチュエーター２４に停止信号を送信するとともに、補助電動機用制御部１９ａに補助電動機駆動信号を送信する（ステップ−１０）。これにより、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａが停止して、図７の点（ニ）に示すように、踏み込みトルクＴＯａの２番目のピークＰ２に達する前に内装変速機２３の３速段から２速段への減速動作が終了するとともに、補助電動機１２が作動して補助トルクＴＯｂを発生させる（ステップ−１１）。

また、前記ステップ−６において、現在の変速段が例えば２速段の場合、同様に、図７の点（ロ）に示すように、自動変速装置用制御部１９ｂは、アクチュエーター２４に減速信号を送信するとともに、補助電動機用制御部１９ａに補助電動機停止信号を送信する（ステップ−７）。

これにより、補助電動機１２が停止し、補助電動機１２から発生していた補助トルクＴＯｂが０になる。また、図６に示すように、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａが第２の回転角度Ｃ２（２速段に対応）から第１の回転角度Ｃ１（１速段に対応）に他方向ａ１へ回転する（ステップ−８）。これにより、図２に示すように、変速ワイヤー４８が他方向ａ２へ弛められて、変速ロッド３９がスプリング（図示省略）の付勢力によってシフトダウンの方向Ａへ押し出され、図４（ｃ）に示すように、コントローラー３０が第２の切換位置Ｐ２から第１の切換位置Ｐ１に移動して内歯車ワンウェイクラッチ３８に当接し、内歯車ワンウェイクラッチ３８がハブシェル３４から外れて、２速段から１速段へシフトダウンされる。

この際、図７の点（ハ）に示すように、若干の時間差ｔ３を経て、前記踏み込みトルクＴＯａの１番目のピークＰ１とその次に検出される２番目のピークＰ２との間の谷間５９において、内装変速機２３が２速段（現在の変速段）から１速段（一段減速側の変速段）へ切換えられる切換途中の状態になる。この場合、前記切換途中の状態とは、コントローラー３０が第２の切換位置Ｐ２と第１の切換位置Ｐ１との間に位置して内歯車ワンウェイクラッチ３８に接触した瞬間の状態である。

自動変速装置用制御部１９ｂは、回転角度検出器５４によって検出された回転軸２４ｂの回転角度が第１の切換位置Ｐ１に対応した第１の回転角度Ｃ１に達したかを判断し（ステップ−９）、第１の回転角度Ｃ１に達した場合、アクチュエーター２４から送信される変速完了信号によって、２速段から１速段へシフトダウンされたと判断し、アクチュエーター２４に停止信号を送信するとともに、補助電動機用制御部１９ａに補助電動機駆動信号を送信する（ステップ−１０）。これにより、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａが停止して、図７の点（ニ）に示すように、踏み込みトルクＴＯａの２番目のピークＰ２に達する前に内装変速機２３の２速段から１速段への減速動作が終了するとともに、補助電動機１２が作動して補助トルクＴＯｂを発生させる（ステップ−１１）。

このように、自動変速装置用制御部１９ｂが減速信号をアクチュエーター２４に送信してから実際に内装変速機２３が作動して減速操作が実行されるまでの時間差ｔ３（タイムラグ）を考慮して、減速操作を制御しているため、内装変速機２３にかかる負荷が低下したタイミングで減速操作が行われ、より確実に円滑な減速操作を行うことができる。

また、前記ステップ−６において、現在の変速段が例えば１速段の場合、これ以上シフトダウンできないため、一連の制御を終了する。
また、前記ステップ−１において、移動平均トルクＴＯｃを求めることにより、路面の状態をある程度まで検知することができる。例えば、急な上り坂を走行する場合等において、移動平均トルクＴＯｃが増大する。

また、前記ステップ−３，４において、検出された走行速度が所定の速度閾値よりも高ければ、移動平均トルクＴＯｃが所定のトルク閾値ＴＯｄ以上になっても、内装変速機２３の減速動作は行われない。したがって、電動自転車１１の走行速度を速くするために、ペダル１５に対する踏力を増やしてクランク軸１６の回転速度を急に増やし、電動自転車１１の走行速度を所定の速度閾値よりも高くした場合等において、急に内装変速機２３の減速動作が行われ、乗員の意図に反して走行速度が急に低下してしまうといった不具合を防止することができる。

また、前記ステップ−５，７において、踏み込みトルクＴＯａの１番目のピークＰ１を検出した場合、補助電動機１２が停止し、ステップ−１１において、内装変速機２３の減速動作を終了した時点で、補助電動機１２が作動するため、補助電動機１２による負荷が内装変速機２３にかからない状態で減速操作が行われる。したがって、内装変速機２３にかかる負荷をより一層低下した状態で減速操作が行われ、より確実に円滑な減速操作を行うことができる。

以上がシフトダウンの制御方法であり、また、シフトアップの制御方法は例えば下記のように行われる。
（１）前記速度検出器１８によって検出された走行速度の移動平均値を微分して加速度を求め、電動自転車１１の加減速の状態を検知する。

（２）電動自転車１１の走行状態が加速状態である場合、検出された現在の走行速度が第１の速度設定値以上になると、自動変速装置用制御部１９ｂがアクチュエーター２４に増速信号を送信する。

これにより、例えば現在の変速段が１段速の場合、図６に示すように、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂが第１の回転角度Ｃ１から第２の回転角度Ｃ２に一方向ｂ１へ回転する。これにより、図２に示すように、変速ワイヤー４８が一方向ｂ２へ引っ張られて、変速ロッド３９がスプリングの付勢力に抗してシフトアップの方向Ｂへ押し込まれ、図４（ｂ）に示すように、コントローラー３０が第１の切換位置Ｐ１から第２の切換位置Ｐ２に移動して、内装変速機２３が１段速から２段速へ切換えられる。

また、現在の変速段が２段速の場合、図６に示すように、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂが第２の回転角度Ｃ２から第３の回転角度Ｃ３に一方向ｂ１へ回転する。これにより、図２に示すように、変速ワイヤー４８が一方向ｂ２へ引っ張られて、変速ロッド３９がスプリングの付勢力に抗してシフトアップの方向Ｂへ押し込まれ、図４（ａ）に示すように、コントローラー３０が第２の切換位置Ｐ２から第３の切換位置Ｐ３に移動して、内装変速機２３が２段速から３段速へ切換えられる。

尚、現在の変速段が３段速の場合、これ以上シフトアップできないため、一連の制御を終了する。
（３）また、電動自転車１１の走行状態が加速状態ではなく一定速度で走行している状態である場合、検出された現在の走行速度が第２の速度設定値以上になり且つ算出された移動平均トルクＴＯｃが所定のトルク設定値以下になると、自動変速装置用制御部１９ｂがアクチュエーター２４に増速信号を送信する。

これにより、例えば現在の変速段が１段速の場合、図６に示すように、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂが第１の回転角度Ｃ１から第２の回転角度Ｃ２に一方向ｂ１に回転する。これにより、図２に示すように、変速ワイヤー４８が一方向ｂ２へ引っ張られて、変速ロッド３９がスプリングの付勢力に抗してシフトアップの方向Ｂへ押し込まれ、図４（ｂ）に示すように、コントローラー３０が第１の切換位置Ｐ１から第２の切換位置Ｐ２に移動して、内装変速機２３が１段速から２段速へ切換えられる。

また、現在の変速段が２段速の場合、図６に示すように、アクチュエーター２４の変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂが第２の回転角度Ｃ２から第３の回転角度Ｃ３へ一方向ｂ１に回転する。これにより、変速ワイヤー４８が一方向ｂ２へ引っ張られて、変速ロッド３９がスプリングの付勢力に抗してシフトアップの方向Ｂへ押し込まれ、図４（ａ）に示すように、コントローラー３０が第２の切換位置Ｐ２から第３の切換位置Ｐ３に移動して、内装変速機２３が２段速から３段速へ切換えられる。

尚、現在の変速段が３段速の場合、これ以上シフトアップできないため、一連の制御を終了する。
（４）また、電動自転車１１の走行状態が減速状態である場合、自動変速装置用制御部１９ｂはアクチュエーター２４に増速信号を送信せず、シフトアップは行われない。

尚、前記実施の形態では、変速機の一例として、３段の内装変速機２３を挙げたが、３段に限定されるものではなく、３段以外の複数段であってもよい。また、内装変速機２３に限定されるものではなく、外装変速機を用いたものであってもよい。

また、前記実施の形態では、変速用モータ２４ａの回転軸２４ｂの回転角度（又は回転数）を回転角度検出器５４で検出することによって、内装変速機２３が１速段〜３速段のいずれの変速段に切換えられているのかを検出しているが、変速ロッド３９の先端の位置を検出することによって、内装変速機２３が１速段〜３速段のいずれの変速段に切換えられているのかを検出してもよい。

また、前記実施の形態では、図８に示すように、移動平均トルクＴＯｃを、現在より一定時間ｔ１（例えば０．５秒間）遡った時点における所定範囲の時間ｔ２（例えば０．４秒間）内の踏み込みトルクＴＯａの積分値（斜線部分）と定義しているが、この場合、前記一定時間ｔ１＝所定範囲の時間ｔ２としてもよい。すなわち、ｔ１＝ｔ２とした場合は、移動平均トルクＴＯｃは、現在より一定時間ｔ１（例えば０．５秒間）遡った時点から現在までの踏み込みトルクＴＯａの積分値（斜線部分）となる。

本発明は、自動変速装置を備えた電動自転車の自動変速方法に関するものであり、特に、シフトダウンの制御方法に有効である。

本発明の実施の形態における電動自転車の側面図 同、電動自転車の自動変速装置の平面図 同、電動自転車の自動変速装置の制御系のブロック図 同、電動自転車の自動変速装置の変速機の切換動作を示す断面図 同、電動自転車の自動変速装置の連動機構の構成を示す模式図 同、電動自転車の自動変速装置のアクチュエーターの回転軸の回転角度と変速機の変速段との対応関係を示す図 同、電動自転車の自動変速方法（シフトダウン）を示すグラフ 同、電動自転車の自動変速方法における移動平均トルクを示すグラフ 同、電動自転車の自動変速方法における踏み込みトルクのピークを検出する方法を説明する図 同、電動自転車の自動変速方法（シフトダウン）を示すフローチャート 従来の電動自転車の自動変速方法（シフトダウン）を示すフローチャート

符号の説明

１１ 電動自転車
１２ 補助電動機
１４ 自動変速装置
１５ ペダル
１６ クランク軸
１９ 制御装置
２３ 内装変速機
２４ アクチュエーター
５９ 谷間
ＴＯａ 踏み込みトルク
ＴＯｃ 移動平均トルク
ＴＯｄ トルク閾値
ｔ１ 一定時間
ｔ２ 所定範囲の時間
Ｐ１ １番目のピーク
Ｐ２ ２番目のピーク

Claims (4)

1. ペダルに作用する踏力に応じた補助動力を発生する補助電動機と自動変速装置とを備え、
   自動変速装置は変速比の異なる複数の変速段に切換え自在な変速機とこの変速機を作動させるアクチュエーターとを有している電動自転車の自動変速方法であって、
   ペダルによって回転されるクランク軸に作用する踏み込みトルクを検出し、
   前記検出された踏み込みトルクに基づいて、現在より一定時間遡った時点における所定範囲の時間内の踏み込みトルクの積分値である移動平均トルクを求め、
   前記移動平均トルクが所定のトルク閾値以上になった場合、その直後に検出された踏み込みトルクの１番目のピークを検出し、
   前記踏み込みトルクの１番目のピークを検出すると、制御装置が減速信号をアクチュエーターに送信してアクチュエーターを駆動させて減速を開始し、
   前記踏み込みトルクの１番目のピークとその次に検出される２番目のピークとの間の谷間において、変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられる切換途中の状態になり、
   踏み込みトルクの２番目のピークに達する前に変速機の減速動作を終了する
   ことを特徴とする電動自転車の自動変速方法。
2. 走行速度を検出し、
   前記検出された走行速度が所定の速度閾値以下であり且つ移動平均トルクが所定のトルク閾値以上になった場合、その直後に検出された踏み込みトルクの１番目のピークを検出することを特徴とする請求項１記載の電動自転車の自動変速方法。
3. 踏み込みトルクの１番目のピークを検出すると、補助電動機を停止し、
   変速機の減速動作を終了した時点で、補助電動機を作動させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動自転車の自動変速方法。
4. 変速機が現在の変速段から一段減速側の変速段へ切換えられたことを検出した場合、変速機の減速動作を終了したと判断することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動自転車の自動変速方法。

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