JPH07143603A - パワーアシスト自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交差点等において一時停車しているときに、
電動モータの誤動作により急激に発進することを防止す
る。 【構成】 コントローラ２５にはペダル回転センサ１
４、ペダル踏力センサ１５、速度センサ１６およびブレ
ーキセンサ１７の各検出信号が入力される。コントロー
ラ２５は、ペダル踏力（Ｔ）＞１０（Kg) 、車速（Ｕ）
＝０、回転数（Ｎ）＝０の状態が一定時間（１秒間）以
内である場合には、一時停止時においてペダル１１を誤
って踏み込んだものとして、電動モータ１９をオフさ
せ、急激な発進を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動モータの駆動力に
より人力を補助して走行することができるパワーアシス
ト自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自転車では、重い荷物を積んで発
進する場合や、登り坂での発進時において、ペダルには
強いトルクが必要であり、特に高年齢者にとっては利用
しづらいという面があった。また、人力を用いることな
く走ることができる原動機付きの自転車もあるが、これ
では必要以上に原動機を使用することになり、バッテリ
の容量および搭載性の点で問題があった。

【０００３】このようなことから、従来、人力による駆
動系と電動モータによる駆動系とを並列に設け、人力に
よる駆動力に電動モータによる駆動力を補助として作用
させて走行する電動モータ付きの自転車が種々開発され
ている。例えば、特開平２−７４４９１号公報明細書で
は、二次電池からの電力供給を受けて車輪を回転駆動す
る原動機を備え、ペダルの踏み込み状態を検出し、その
出力状態に応じて原動機への電力供給を制御している。
また、特開平４−３５８９８７号公報明細書では、自転
車の発進状態を検出する発進検出手段を設け、自転車の
トルク、回転数および車速により、発進時の所定期間だ
け電動モータによる駆動系を不作動にし、発進時におけ
る走行感を良好にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の電
動機付きの自転車では、走行時および発進時において電
動モータの駆動制御を行っているものの、まだ運転者の
意思を十分反映したものとは言えなかった。すなわち、
従来の電動機付きの自転車では、走行中において一時停
止した場合には電動モータの誤作動が問題になってい
た。たとえば走行中に交差点に来ると、ブレーキをかけ
て一時停車し信号待ち状態となるが、このとき通常はブ
レーキを弛めるとともに、ペダルに片足若しくは両足を
置いた状態で停車する。このとき、まだ発進する意思が
なくても、何らかの拍子に足に力が入り、ペダルに負荷
がかかることがある。そして、このペダルの負荷により
トルクを伝達するためのチェーンに張力が発生し、これ
がセンサに感知されてしまい、その結果車輪がモータ駆
動による補助を受けて、急に動き出し、事故に繋がると
いう問題があった。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、一時停車時における電動モータの誤
動作を防止することができ、安全性の向上したパワーア
シスト自転車を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、人力によるト
ルク及び電動モータによるトルクを車輪に伝達して走行
するパワーアシスト自転車において、車輪の回転速度よ
り車速を検出する車速検出手段と、ペダルの踏力の大き
さを検出するペダル踏力検出手段と、ペダルの回転状態
を検出するペダル回転検出手段と、車輪のブレーキ状態
を検出するブレーキ検出手段と、前記車速検出手段、ペ
ダル踏力検出手段、ペダル回転検出手段及びブレーキ検
出手段の各出力信号を受けて、車輪の停止状態を検出す
る車輪停止状態検出手段と、この車輪停止状態検出手段
により検出された車輪の停止時間を計測する計時手段
と、前記ペダル踏力検出手段により踏力が検出され、か
つ前記計時手段により検出された計時時間が所定時間未
満のときには前記電動モータを停止させるよう制御する
とともに、前記ペダル踏力検出手段により踏力が検出さ
れ、かつ前記計時手段により検出された計時時間が所定
時間以上のときには前記電動モータを駆動させるよう制
御するモータ駆動制御手段とを備える構成としたもので
ある。

【０００７】このパワーアシスト自転車では、車輪停止
状態検出手段により停止状態が検出されると同時に計時
手段により停止時間が検出される。そしてペダル踏力検
出手段により踏力が検出され、かつこの検出された停止
時間が所定時間（たとえば１秒）未満のときには、たと
えば交差点における一時停車時に誤ってペダルに負荷が
かかったとして電動モータの駆動が停止され、急激な発
進が防止される。

【０００８】なお、停止状態であって、かつペダルに負
荷がかかる状態は、上記一時停車時の場合だけでなく、
急な坂道を登っている途中において人力が足らずに車輪
が停止状態となる場合にも考えられるので、その場合と
の区別が必要になる。通常、登坂時には人間の前に進み
たいという意志が続くものであり、ペダルに負荷がかか
った状態のままで、ある程度の時間が経過する。したが
って、本発明では、ペダル踏力検出手段により踏力が検
出され、かつ停止時間が所定時間（たとえば１秒）以上
になったときには、一時停車時ではなく登坂時であると
判断し、電動モータを駆動させて補助走行を行うように
している。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１０】図１は本発明の一実施例に係るパワーアシ
スト自転車１の外観構成を表すものである。

【００１１】このパワーアシスト自転車１は２つの前輪
９および１つの後輪１０を備えた前２輪型の三輪車であ
る。人力により得られたペダル１１の踏力はチェーン１
２および歯付きチェーンホイール１０ａを介して後輪１
０に伝達されるようになっている。このペダル１１の回
転状態はフレーム１３ａに取り付けられたペダル回転セ
ンサ１４により検出され、また踏力の大きさはフレーム
１３ｂに取り付けられたペダル踏力センサ１５により検
出されるようになっている。

【００１２】図２はこのペダル踏力センサ１５の取付部
の構造を拡大して表すものである。ペダル踏力センサ１
５は、図２では図示しないが２つの近接スイッチ１５
Ａ、１５Ｂにより構成されている。フレーム１３ｂには
このペダル踏力センサ１５の下部近傍位置に取付部材３
１が固定され、この取付部材３１には揺動部材３２の基
部が回動自在に取り付けられている。揺動部材３２には
スイッチ駆動片３３が取り付けられるとともに、その先
端部にはアイドラプーリ３４が回動自在に取り付けられ
ている。一方、フレーム１３ａにはスプリング取付部３
５が設けられ、このスプリング取付部３５の一端部とア
イドラプーリ３４の軸部３４ａとの間にスプリング３６
が張設されている。このスプリング３６の付勢力により
アイドラプーリ３４の周縁部が、ペダル１１のトルクを
後輪１０へ伝達するためのチェーン１２の上面に当接
し、チェーン１２に対して一定の張力が付与される。そ
してペダル１１の踏力が変化してチェーン１２の張力が
大きくなると、それに伴いアイドラプーリ３４が上方に
変位すると同時に、揺動部材３２が軸部３２ａを中心に
回動し、スイッチ駆動片３３が近接スイッチ１５Ａ、１
５Ｂを異なるタイミングで駆動させる。ペダル踏力セン
サ１５はこれら近接スイッチ１５Ａ、１５Ｂのオン・オ
フの組み合わせにより異なるパターンの信号を発生す
る。次表はペダル１１の踏力の大きさとこの信号パター
ンとの関係を表すものである。

【００１３】

【００１４】図１に戻って説明を続ける。フレーム１３
ａには更に後輪１０の回転速度すなわち車速を検出する
ための車速センサ１６が取り付けられている。また、後
輪１０側には、さらにチェーン１８および歯付きチェー
ンホイール１８ａを介して後輪１０を駆動するためのモ
ータ駆動機構１９が設けられている。

【００１５】本実施例では、前輪９側の荷物籠２０の下
部位置にコントロールボックス２１が取り付けられてい
る。ハンドル２２には電源スイッチ２３が設けられてお
り、この電源スイッチ２３のオン時においてモータ駆動
機構１９が作動可能状態になるようになっている。さら
にハンドル２２には表示部２４が設けられ、この表示部
２４に車速表示、およびモータによるアシストオン表示
がなされるようになっている。また、ブレーキセンサ１
７によりブレーキがかかっているか否かが検出されるよ
うになっている。

【００１６】図３はコントロールボックス２１およびそ
の周辺部のブロック構成を表すものである。コントロー
ルボックス２１は、タイマ２５ａを内蔵したコントロー
ラ２５を備えている。コントローラ２５にはペダル回転
センサ１４、ペダル踏力センサ１５、速度センサ１６お
よびブレーキセンサ１７の各検出信号が入力されるよう
になっており、車輪（前輪９および後輪１０）の停止状
態を検出するための車輪停止状態検出手段、この車輪停
止状態検出手段により検出された車輪の停止時間を計測
する計時手段（タイマ２５ａ）、およびこの計時手段に
よる計時時間が所定時間未満のとき（例えば信号待ちの
一時停止時）にはモータ駆動機構１９を停止させ、所定
時間以上のとき（例えば登坂時）にはモータ駆動機構１
９を駆動させるよう制御するモータ駆動制御手段の各機
能を果たすようになっている。

【００１７】また、このコントローラ２５は、モータ駆
動機構１９による補助を解除して停止させる場合に、た
とえば車速が６、５、４（Km／ｈ）と低下するに従っ
て、各段階においてモータ駆動機構１９への供給電力を
制御しモータのトルクを減らすようになっている。これ
により、特に、登坂時において車速が上がりにくくなる
とともに、モータ駆動機構１９による補助が切れにくく
なり、またモータ補助が切れてもペダル１１の負荷の急
激な変化が抑えられる。逆に、車速が例えば４、５、６
（Km／ｈ）と上昇する場合においても、コントローラ２
５は、各段階においてモータ駆動機構１９への供給電力
を制御しモータのトルクを減らすようになっている。こ
れにより、一般走行時に、車輪の速度が急激に上昇する
ことがなくなる。また、モータ機構１９による補助が切
れても、補助が切れるまでの人力による補助と殆ど変わ
らない力で車輪を動かすことが可能になる。また、コン
トローラ２５には、モータ駆動機構１９によるアシスト
を作動させたり解除したりする場合のハンチングを防止
するために、ヒステレシスが設けられている。これによ
ってモータのオン・オフが切り換えられる領域でも、運
転者が違和感を感じることなく走行することができる。

【００１８】コントローラ２５から出力される制御信号
は、表示部２４へ送られると同時に、モータドライバ２
６、およびモータに対する急激な大電流の流入を防止す
るためのサーマルリレー２７を介してモータ駆動機構１
９へ供給されるようになっている。コントローラ２５お
よびモータドライバ２６にはそれぞれ電源スイッチ２３
を介してバッテリ２８からの直流電力が供給されるよう
になっている。

【００１９】モータ駆動機構１９は、トルクを発生する
ための電動モータ１９ａを備え、この電動モータ１９ａ
により発生したトルクはギア機構２９およびワンウエイ
クラッチ３０を介して後輪１０に伝達されるようになっ
ている。

【００２０】本実施例のパワーアシスト自転車では、電
源スイッチ２３をオンした状態で、ペダル１１を正転方
向に漕ぐと、電動モータ１９ａによる補助動力がギア機
構２９、ワンウェイクラッチ３０およびチェーン１８を
介して後輪１０に伝達され、これにより走行を始める。

【００２１】そして、本実施例では、特に、例えば交差
点における一時停止時において、図４に示す流れ図に従
ってモータ制御が行われる。すなわちコントローラ２５
ではペダル回転センサ１４、ペダル踏力センサ１５、速
度センサ１６およびブレーキセンサ１７の各検出信号
（Ｔ、Ｕ、Ｎ、Ｂ）の各データを入力し（ステップＳ１
００）、まずブレーキ信号（Ｂ）がオンしたか否かを判
断（ステップＳ１０１）し、オンすなわちブレーキがか
かった場合（Ｙ）には、電動モータ１９ａをオフさせて
停車させる（ステップＳ１０２）。一方、ブレーキがか
かっていない場合、すなわち一時停車しブレーキを弛め
た場合（ステップＳ１０１；Ｎ）には、次にペダル踏力
（Ｔ）が所定の大きさ、例えば１０(Kg)より大きく、か
つ、車速（Ｕ）および回転数（Ｎ）が共に零の条件を充
足しているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

【００２２】ペダル踏力（Ｔ）が１０(Kg)より大きく、
かつ、車速（Ｕ）および回転数（Ｎ）が共に零の条件を
充足している場合（ステップＳ１０３；Ｙ）には、コン
トローラ２５は内蔵のタイマ２５ａをオンさせる（ステ
ップＳ１０４）。このペダル１１への負荷があるにもか
かわらず停止状態である時間ｔが一定時間（例えば１秒
間）より長い場合（ステップＳ１０５；Ｙ）には、たと
えば登坂時であると考えられるので、コントローラ２５
は電動モータ２９をオンさせる（ステップＳ１０６）。
一方、この時間ｔが一定時間（例えば１秒間）内である
場合（ステップＳ１０５；Ｎ）には、一時停止時におい
てペダル１１が誤って瞬間的に踏み込まれたものとし
て、電動モータ１９ａをオフさせる（ステップＳ１０
７）。

【００２３】このように本実施例のパワーアシスト自転
車１では、停止状態であってペダル１１の踏力が瞬間的
に変化した場合には、交差点における信号待ち状態であ
るとして、電動モータ１９ａの駆動を強制的に停止させ
るようにしている。したがって車輪がモータ駆動による
補助を受けて急に動き出すようなことがなく、事故の発
生を未然に防止できる。一方、車速等が零であってペダ
ル１１に負荷がかかった状態が一定時間（例えば１秒
間）以上続く場合には、登坂時であるとして電動モータ
１９ａによる補助走行が行われるので、一時停車時の場
合と区別がなされる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のパワーアシ
スト自転車によれば、車輪の停止状態が検出されると同
時に計時手段より停止状態の時間を検出し、この検出さ
れた停止時間が所定時間未満のときには電動モータの駆
動を停止させて電動モータによる補助走行を阻止するよ
うにしたので、交差点等における一時停車時において急
に発進して事故が発生するようなことがなくなり、安全
性が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るパワーアシスト自転車
の外観構成を表す側面図である。

【図２】図１の自転車のペダル踏力センサの取付け部の
構成を表す側面図である。

【図３】図１の自転車の制御部およびその周辺の構成を
表すブロック図である。

【図４】図１の自転車の動作を説明するための流れ図で
ある。

【符号の説明】

１０ａ 前輪 １０ｂ 後輪 １１ ペダル １４ ペダル回転センサ １５ ペダル踏力センサ １６ 車速センサ １７ ブレーキセンサ １９ モータ駆動機構 １９ａ 電動モータ ２１ コントロールボックス ２５ コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力によるトルク及び電動モータによる
   トルクを車輪に伝達して走行するパワーアシスト自転車
   において、 車輪の回転速度より車速を検出する車速検出手段と、 ペダルの踏力の大きさを検出するペダル踏力検出手段
   と、 ペダルの回転状態を検出するペダル回転検出手段と、 車輪のブレーキ状態を検出するブレーキ検出手段と、 前記車速検出手段、ペダル踏力検出手段、ペダル回転検
   出手段及びブレーキ検出手段の各出力信号を受けて、車
   輪の停止状態を検出する車輪停止状態検出手段と、 この車輪停止状態検出手段により検出された車輪の停止
   時間を計測する計時手段と、 前記ペダル踏力検出手段により踏力が検出され、かつ前
   記計時手段により検出された計時時間が所定時間未満の
   ときには前記電動モータを停止させるよう制御するとと
   もに、前記ペダル踏力検出手段により踏力が検出され、
   かつ前記計時手段により検出された計時時間が所定時間
   以上のときには前記電動モータを駆動させるよう制御す
   るモータ駆動制御手段とを具備したことを特徴とするパ
   ワーアシスト自転車。