JP7073412B2 - 電動アシスト自転車のためのアシスト制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動アシスト自転車のためのアシスト制御方法に関する。また、本発明は、電動アシスト自転車のためのアシスト制御装置に関する。

電動アシスト自転車は、ますます広く使用されている。モータから供給される動力は、クランクセットを介してサイクリストから供給される力に結合され、それに相応してサイクリストの作用力が低減する。このような自転車は、例えば、サイクリストの作用力を低減することで長い走行を行うこと、あるいは著しい高度差のある走行を可能にする。

電動アシスト自転車は、一般に電気モータ、バッテリ、及びアシスト駆動又は管理手段を備え、サイクリストは、アシストを活性化又は不活性化すること、場合によっては、アシスト強度レベルを管理することができる。多くの場合、制御手段は、指による手動作動のために自転車のハンドルレバーに配置される。

例えば、米国特許公開第２００９１８１８２６号には、電動自転車を制御するための制御システムが記載されており、これは、電動自転車、情報処理ユニット、監視装置、入力装置及び表示装置を備える。電動自転車及び情報処理ユニットは、情報を交換する。情報としては、電動自転車からのデータ、電動自転車制御データ、何らかの可能性のある運動ルーチンを含む。監視装置は、サイクリストの身体的状態を監視して、監視データを情報処理ユニットに伝える。また、この装置は、サイクリストの心拍数を目標心拍数に維持するように電動自転車を制御するためにも使用される。

欧州特許第２８０１４９５号には、ハンドルバー上に設けられた「スマート」装置が組み込まれている電動自転車の電気機械制御システムが記載されている。ユーザインタフェースによって、自転車制御パラメータを設定することができる。サイクリストからの情報及び自転車に関する情報は、スマート携帯周辺機器上に表示することができる。

欧州特許第２９７９９６７号には、少なくとも１つの車輪と；車輪を駆動するのに適した電気モータと；電気モータを制御するのに適した制御装置と；電気モータに電力を供給するのに適した充電式の取り外し可能なバッテリとを備える電動アシスト自転車が記載されている。バッテリは、ユーザの個人電子装置と通信するのに適した通信インタフェースに接続された電子中央ユニットを備え、このバッテリの電子中央ユニットは、電気モータを複数の制御モードで制御するのに、及び制御モードを個人電子装置から受け取った設定信号に応じて変更するのに適している。

これらの自転車制御及び管理システムは、理解して使用するには複雑であり直感的でない場合が多い。さらに、これらは、運転時にサイクリストの注目の的になる。最後に、これらは、ハンドルレバー上で利用できる制限された空間を取り散らかす。

欧州特許第３０６４４２３号には、クランクセットの動きを使用して種々の電気的アシストレベルを制御する、電動アシスト自転車のための制御インタフェースが記載されている。センサによって、クランクセットの回転方向、並びに付与トルクの強度を決定することができる。この文献は、一連の識別可能な典型的な状況、及び対応する指令コードを例示する。提供される管理状況、すなわち「低」「中間」「高」は、ユーザのニーズに応じて様々なアシストレベルに対応する。この文献には、アシストを作動／非作動にできるモードは記載されていない。反対に、この文献には、アシストがユーザからの指令に対応したレベルで常にアクティブであることが示されている。

米国特許公開第２００９１８１８２６号 欧州特許第２８０１４９５号 欧州特許第２９７９９６７号 欧州特許第３０６４４２３号

従って、より単純でより直感的かつ小型のシステムに対するニーズがある。これら様々な欠点を解決するために、本発明は種々の技術的手段を提供する。

最初に、本発明の第１の目的は、単純で信頼性が高く、嵩張らない制御装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ユーザにとって直感的であるアシストを制御するための装置及び方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、ユーザに不利益をもたらさない応答時間をもつ装置を提供することである。

そのために、本発明は、電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御方法を提供し、
Ａ）自転車が非アシストモードの場合、
（ｉ）自転車のクランクセット（３）が、自転車の前進方向とは逆方向の作動力ＦＡを受けるステップ（１００）と、
（ｉｉ）クランクセット（３）が、活性化しきい値に対応する角度範囲αを超える角度移動を行うステップ（１０１）と、
（ｉｉｉ）検出システム（１０）が、クランクセット（３）の逆回転を検出する（１０２）及び移動角度を検出するステップ（１０３）と、
（ｉｖ）活性化しきい値を超えた場合、検出システムが、しきい値を超えたことを検出し、アシスト制御手段（１３）が、アシストを活性化するステップ（１０４）と、
（ｖ）クランクセット（３）が、自転車の前進方向の作動力を受け（１０５）、自転車が、アシストモード（ペダリング力が電気モータと一緒になった）に進むステップ（１０６）と、
Ｂ）自転車がアシストモードの場合、
（ｉ）自転車のクランクセット（３）が、自転車の前進方向とは逆方向の作動力ＦＡを受けるステップ（１００）と、
（ｉｉ）クランクセット（３）が、不活性化しきい値に対応する角度範囲βを超える角度移動を行うステップ（１０１）と、
（ｉｉｉ）検出システム（１０）が、クランクセット（３）の逆回転を検出する（１０２）及び移動角度を検出するステップ（１０３）と、
（ｉｖ）不活性化しきい値を超えた場合、検出システムが、しきい値を超えたこと検出し、アシスト制御手段（１３）が、アシストを不活性化するステップ（１０４）と、
（ｖ）クランクセット（３）が、自転車の前進方向の作動力を受け（１０５）、自転車が、非アシストモード（ユーザのペダリング作用の力のみ）に進むステップ（１０６）と、
を含む。

本方法は、サイクリストに実装するのが簡単で信頼性が高く、自転車のハンドルバーの操作を単純にすることができる。

好都合な実施形態によれば、アシスト活性化又は不活性化しきい値は、９０度、より好ましくは１８０度の最小移動角度に対応する。

しきい値によって、サイクリストが真に意図することなくアシストが活性化されること又は不活性化されることを防ぐことができる。しきい値を超える例えば２秒、より好ましくは１秒の時間に対応する最小の逆ペダリング速度を設けることができる。

例えば、繰り返される複数のアシストモードを設けることができる（例えば、「アシスト特性Ａ」、「アシスト特性Ｂ」など、その後、不活性モード）。異なるアシストモードを制御するのに必要な角度移動は、活性化又は不活性化しきい値と同一とすること又は異なることができる。例えば、１８０度は、アシストを活性化／不活性化するために設けられ、３６０度は、アシスト特性の変更を指令するために設けられる。

また、本発明は、前述のような電動アシスト自転車のためのアシスト制御装置を提供し、自転車は、クランクセット、車輪、車輪の２つのうちの少なくとも１つ接続したモータ、及びクランクセットを車輪の少なくとも１つに接続する動力伝達手段を備え、アシスト制御装置は、
ｉ）クランクセットの回転方向、活性化しきい値に対応する角度範囲α、及び不活性化しきい値に対応する角度範囲βを検出するための検出システムと、
ｉｉ）アシストの活性化及び／又は不活性化を制御するために、一方で検出システムに接続すると共に他方でモータに接続したアシスト制御モジュールと、を備える。

この装置によって、簡単かつ無意識にアシストを始動及び関与させることができる。最小回転しきい値によって、偶発的作動を防ぐことができる。

好都合な実施形態によれば、検出システムは、自転車のフレームに固定された少なくとも１つのセンサと、クランクセットの内部チェーンリングの外周上に円周方向に分散配置された複数の磁石（又は他の検出可能要素）とを備える。変形例として、回転要素は、ペダル軸にもしくはチェーン又はベルト上に配置される。

好都合には、この装置は、上記の方法で配置された２つのセンサを備え、２つのセンサは、クランクセットの回転方向を検出することができる。

さらに好都合には、アシスト活性化又は不活性化しきい値は、９０度、より好ましくは１８０度の最小移動角度に対応する。

活性化角度及び不活性化角度の値は同一とすること又は異なることができる。

好都合には、検出システム及び制御モジュールは、アシストの強度を制御することもできる。

全ての実施形態の詳細内容は、以下の明細書に示されており、非限定的に示された図１から５で補完される。

アシストの活性化又は不活性化を制御するためのメインステップを示す機能フローチャートである。 電動アシスト自転車の実施例の概略的側面図である。 アシスト制御装置を備えるクランクセットの実施例の概略図である。 アシスト制御装置の第１の例示的な実施形態の概略図である。 アシスト制御装置の第２の例示的な実施形態の概略図である。

図１は、動作の実施例を示す機能フローチャートであり、各メインステップは、自転車の電気的アシストを制御する方法を実行するのを可能にする。

ステップ１００から１０６は、電気的活性化／不活性化操作を示す。ステップ１００において、サイクリストは、通常の前進ペダリングから逆方向の活性化／不活性化ペダリングに切り替える。次に、クランクセットは、逆回転方向の作動力ＦＡを受ける。ステップ１０１において、クランクセットは、角度移動α（活性化モード用）又はβ（不活性化モード用）を行い、検出システム１０（以下に詳細に説明する）は、逆ペダリング操作の検出（ステップ１０２）、並びに移動した角度範囲の検出（ステップ１０３）を可能にする。

偶発的及び／又は不慮のモード切り替えを回避するために最小逆ペダリング範囲が与えられる。この範囲は、活性化／不活性化しきい値を生じる。例えば、１つのモードから他のモードに切り替え得るためには最小角度範囲９０度、より好ましくは１８０度が必要である。第１の実施形態によれば、しきい値α（活性化モード用）及びβ（不活性化モード用）の値は異なる。変形例として、これらのしきい値は同一とすることができる。

クランクセットがしきい値を超えるのに必要な角度移動を行った場合、検出システムはそれを検出し、制御モジュール１３は自転車の電気的アシストを活性化／不活性化する（ステップ１０４）。

新たに選択されたモードからの利益を得るために、その後、サイクリストは、通常の前進ペダリングモードに切り替える（ステップ１０５）。その後、自転車は、新たに選択されたモード（アシストされた又はアシストされない）に従って進む（ステップ１０６）。

モードを変更するために、サイクリストは、何回でも好みに応じて望み通りに本方法の各ステップを繰り返す。

本方法の運転モードは単純であり、特にサイクリストには直感的であり、サイクリストは、単に脚の操作によって、自転車の推進力に関連した全ての操作を指令することができる。従って、ハンドレベルでの操作は、従来の電気的アシストをもたない自転車と同様に運転及び制動に制限される。

図２及び図３は、電気的アシスト制御装置を備えた自転車の実施例を示す。従来通り、自転車１は、フレーム２、クランクセット３、車輪４、ハンドルバー５、及び動力伝達手段６を備え、動力伝達手段６は、例えば、チェーン、ベルト、又はシャフトであり、クランクセットを駆動輪に接続する。

電気モータ７は組立体を補完する。電気モータは、クランクセット３を介してサイクリストが供給する作用力に加えて作用する。アシストモードにおいて、モータは、並列に作用し、サイクリストは、アシスト無しのモードに比べて作用力を抑えること又は低減することができる。また、サイクリストは、モータが非作動であるか又は動力伝達チェーンに接続されていない非アシストモードを利用することもできる。

サイクリストが１つのモードから他のモードに切り替えるのを管理できるように、自転車は検出システム１０を備える。検出システムは、実施形態に応じて複数の形態をとることができる。図示の実施例において、検出システムは、例えば、内部チェーンリング８に近接してフレーム２に固定して取り付けられた１又は２以上のセンサ１１を備える。磁石１２は、内部チェーンリング８の外周上に円周方向に分散配置される。制御モジュール１３は、好ましくはモータ７に近接して配置され、モータに作用して電気的アシストを活性化又は不活性化することを可能にする。

図４は、検出システム１０の第１の実施例を概略的に示す。このシステムは、電動アシスト自転車に一般的に使用される、マイクロエレクトロニクスが組み込まれたペダリングセンサ１１を用いる。各センサは、接地線、例えば５Ｖの電源線、及び例えば０から５Ｖの信号線の３線を備える。クランクセット３の停止時又はこれが正方向に回転する場合、出力電圧は０Ｖである。クランクセット３が正方向に回転する場合、出力電圧は非ゼロ、例えばペダリング速度に比例して１から５Ｖの間である。第１のセンサ１１は、従来の方向に配置され、正方向のペダリングを感知する。第２のセンサ１２は、負方向（逆ペダリング）のペダリングの検出を可能にするために、第１のセンサに対して１８０度だけ転向する。

図５は、検出システム１０の第２の実施形態を概略的に示す。２つのセンサ１１により、逆ペダリング検出機能を保証することができる。第１の磁石１２が１つのセンサ１１の近くを通過すると、センサ内の内部マイクロコンタクトが閉じる（例えば、検出信号が０から１に切り替わる）。この実施構成によれば、磁石１２がセンサ１１の前を通過すると信号は「１」に切り替わり、磁石１２がもはやセンサ１１の前に無い場合には信号は「０」に戻る。

図５の各センサからの信号の図に示すように、第１のセンサからの信号がすでに「１」である間に第２のセンサ１１からの信号が「１」に切り替わる場合、ペダリング方向は正である。第１のセンサからの信号が依然として「０」であった間に第２のセンサからの信号が「１」に切り替わる場合、ペダリング方向は負である。

好ましい実施形態によれば、検出システム１０によって、クランクセット３が移動した角度範囲を検出することもできる。この角度範囲が予定された最小しきい値に達すると、アシストモードが変更される。この活性化しきい値によって、モードの不要な変更を回避することができる。また、逆方向の最小回転速度は、アシストを活性化／不活性化するために必要な可能性もある。

変形例として、検出システム１０によって、ペダルに作用した作動力ＦＡを評価することもできる。作動力が大きいほどアシストはより高いことになる。反対に、作動力が小さい場合、アシストレベルはそれほど高くない。この実施形態により、サイクリストから供給された作用力に適合したアシストを得ることができる。

さらに変形例として、制御装置は、クランクセット３の回転速度が所定時間より長い時間にわたって所定値を超える場合にアシストを不活性にすることもできる。

制御装置により、自転車は、ハンドルバー上に手動インタフェースを追加することなく作動することができ、全てのモードはクランクセットを介して直接、管理及び制御される。

１ 電動アシスト自転車
２ フレーム
３ クランクセット
４ 車輪
５ ハンドルバー
６ 動力伝達手段（例えば、チェーン、ベルト、又はシャフト）
７ モータ（車輪内、クランクセット内又は他の場所に配置される）
８ 内部チェーンリング
１０ 検出システム
１１ センサ
１２ 磁石
１３ 制御モジュール

Claims (11)

1. 電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御方法であって、
   Ａ）前記自転車が非アシストモードの場合、
   （ｉ）前記自転車のクランクセット（３）が、前記自転車の前進方向とは逆方向の作動力ＦＡを受けるステップ（１００）と、
   （ｉｉ）前記クランクセット（３）が、活性化しきい値に対応する角度範囲αを超える角度移動を行うステップ（１０１）と、
   （ｉｉｉ）検出システム（１０）が、前記クランクセット（３）の逆回転を検出する（１０２）及び移動角度を検出するステップ（１０３）と、
   （ｉｖ）活性化しきい値を超えた場合、前記検出システムが、前記しきい値を超えたことを検出し、アシスト制御手段（１３）が、前記アシストを活性化するステップ（１０４）と、
   （ｖ）前記クランクセット（３）が、前記自転車の前進方向の作動力を受け（１０５）、前記自転車が、アシストモードに進むステップ（１０６）と、
   Ｂ）前記自転車がアシストモードの場合、
   （ｉ）前記自転車の前記クランクセット（３）が、前記自転車の前進方向とは逆方向の作動力ＦＡを受けるステップ（１００）と、
   （ｉｉ）前記クランクセット（３）が、不活性化しきい値に対応する角度範囲βを超える角度移動を行うステップ（１０１）と、
   （ｉｉｉ）検出システム（１０）が、前記クランクセット（３）の逆回転を検出する（１０２）及び移動角度を検出するステップ（１０３）と、
   （ｉｖ）不活性化しきい値を超えた場合、前記検出システムが、前記しきい値を超えたことを検出し、アシスト制御手段（１３）が、前記アシストを不活性化するステップ（１０４）と、
   （ｖ）前記クランクセット（３）が、前記自転車の前進方向の作動力を受け（１０５）、前記自転車が、非アシストモードに進むステップ（１０６）と、
   を含み、
   前記アシスト活性化又は不活性化しきい値は、９０度の最小移動角度に対応する、
   電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御方法。
2. 前記アシスト活性化又は不活性化しきい値は、１８０度の最小移動角度に対応する、
   請求項１に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御方法。
3. 前記活性化角度及び不活性化角度しきい値は同一である、
   請求項１又は２に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御方法。
4. 前記検出システム（１０）及び前記アシスト制御手段（１３）は、前記アシストの強度を制御することもできる、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置であって、前記自転車は、クランクセット（３）、車輪（４）、前記車輪（４）の２つのうちの少なくとも１つ接続したモータ（７）、及び前記クランクセット（３）を前記車輪（４）の少なくとも１つに接続する動力伝達手段（６）を備え、
   ｉ）前記クランクセット（３）の回転方向、活性化しきい値に対応する角度範囲α、及び不活性化しきい値に対応する角度範囲βを検出するための検出システム（１０）と、
   ｉｉ）前記アシストの活性化及び／又は不活性化を制御するために、一方で前記検出システム（１０）に接続すると共に他方でモータ（７）に接続したアシスト制御モジュール（１３）と、を備え、
   前記アシスト活性化又は不活性化しきい値は、９０度の最小移動角度に対応する、
   電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置。
6. 前記検出システム（１０）は、前記自転車（１）のフレーム（２）に固定された少なくとも１つのセンサ（１１）と、前記クランクセットの内部チェーンリング（８）の外周上に円周方向に分散配置された複数の磁石（１２）とを備える、
   請求項５に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置。
7. 上記の方法で配置された２つのセンサ（１２）を備え、前記２つのセンサは、前記クランクセット（３）の回転方向を検出することができる、
   請求項６に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置。
8. 前記アシスト活性化又は不活性化しきい値は、１８０度の最小移動角度に対応する、
   請求項５ないし７のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置。
9. 前記活性化角度及び不活性化角度の値は同一である、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置。
10. 前記活性化角度及び不活性化角度の値は異なる、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置。
11. 前記検出システム（１０）及び前記制御モジュール（１３）は、前記アシストの強度を制御することもできる、請求項５ないし１０のいずれか１項に記載の電動アシスト自転車（１）のためのアシスト制御装置。

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