JPH0971288A - Manual device with drive auxiliary means and its control method - Google Patents
Manual device with drive auxiliary means and its control methodInfo
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- JPH0971288A JPH0971288A JP7228935A JP22893595A JPH0971288A JP H0971288 A JPH0971288 A JP H0971288A JP 7228935 A JP7228935 A JP 7228935A JP 22893595 A JP22893595 A JP 22893595A JP H0971288 A JPH0971288 A JP H0971288A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自転車、3輪車、
車椅子、手漕ぎボート等の人力で駆動する装置に電動モ
ータ等の駆動補助手段を取り付けた人力装置及びその制
御方法に関するものであり、特に使用者に必要な負荷を
平滑化する人力装置及びその制御方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bicycle, a three-wheeled vehicle,
The present invention relates to a human power device in which a drive assisting means such as an electric motor is attached to a device driven by human power such as a wheelchair or a rowing boat, and a control method thereof, and particularly to a human power device for smoothing a load required for a user and its control Regarding the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、人力により駆動する装置に、電動
モータ等の駆動補助手段を配備し、使用者の負荷を軽減
する装置が知られている。例えば、特開平4-244496号公
報には、自転車の駆動系に電動モータを連繋し、図11
に示す如く、ペダルの踏込みによって駆動軸(11)に加え
られるトルクTcp(ステップ1)と、ペダルの回転速度N
c(ステップ2)を夫々検出し、これら値の積(ステップ
3)に比例した制御電圧を電動モータに印加し(ステップ
4、5)、使用者による駆動の補助を行なう方法が開示
されている。2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a device which is provided with a drive assisting means such as an electric motor in a device driven by human power to reduce a load on a user. For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-244496, an electric motor is connected to a drive system of a bicycle.
As shown in, the torque T cp (step 1) applied to the drive shaft (11) by depressing the pedal and the rotational speed N of the pedal are
Disclosed is a method of detecting c (step 2) and applying a control voltage proportional to the product of these values (step 3) to the electric motor (steps 4 and 5) to assist the driving by the user. .
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】自転車のペダルを経て
駆動軸に加えられる回転トルクTは、図9に示す如く、
使用者がペダルを踏む垂直方向の力Fと、ペダルを取り
付けたクランクアーム基端の回転中心からペダルまでの
水平距離L’との積(F×L’)で示される。ここで、ペ
ダルと回転中心との水平距離L’は、クランク長L(一
定値)、左側のペダル(図9に示すペダル)の垂直方向か
らの回転角度をθとすると、L’=L×sinθで示され
る。左側のペダルの回転角度が0°≦θ<180°である場
合、人力Fは、左側のペダルにのみ作用し、右側のペダ
ル(図示せず)には、人力は作用しない。又、左側のペダ
ルの回転角度が180°≦θ<360°の場合、人力Fは、右
側のペダルにのみ作用する。従って、人力Fによって駆
動系に加えられるトルクTは、使用者がペダルを一定踏
力(F=一定)且つ一定回転速度で漕いだ場合(Nc=一
定)、次式及び図10によって示される。The rotational torque T applied to the drive shaft via the pedal of the bicycle is as shown in FIG.
It is represented by the product (F × L ′) of the vertical force F by which the user steps on the pedal and the horizontal distance L ′ from the center of rotation of the crank arm base end to which the pedal is attached to the pedal. Here, if the horizontal distance L ′ between the pedal and the rotation center is the crank length L (constant value) and the rotation angle of the left pedal (pedal shown in FIG. 9) from the vertical direction is θ, then L ′ = L × It is indicated by sin θ. When the rotation angle of the left pedal is 0 ° ≦ θ <180 °, the human power F acts only on the left pedal, and the human power does not act on the right pedal (not shown). Further, when the rotation angle of the left pedal is 180 ° ≦ θ <360 °, the human power F acts only on the right pedal. Therefore, the torque T applied to the drive system by the human power F is represented by the following equation and FIG. 10 when the user pedals the pedal at a constant pedaling force (F = constant) and at a constant rotation speed (N c = constant).
【0004】[0004]
【数1】 [Equation 1]
【0005】電動モータが駆動系に加える補助トルクT
Mが、ペダルによって駆動軸(11)に加えられる人力トル
クTに比例する場合、補助トルクTMは、図10の一点
鎖線の如く示され、更に、これらを合成したトルク(T
+TM)は図10の点線にて示される。図から判る通り、
合成トルク(T+TM)は、ペダルの回転角度に応じて大
きく変動している。合成トルク(T+TM)が大きく変動
すると、自転車の速度も増減し、操作性及び乗り心地が
低下する。この問題点は、従来は人力のトルクTを基準
にして、必要な補助トルクTMを算出しているためであ
る。Auxiliary torque T applied to the drive system by the electric motor
When M is proportional to the manpower torque T applied to the drive shaft (11) by the pedal, the auxiliary torque T M is shown as the alternate long and short dash line in FIG. 10, and the combined torque (T
+ T M ) is shown by the dotted line in FIG. As you can see from the figure,
The combined torque (T + T M ) fluctuates greatly according to the rotation angle of the pedal. When the combined torque (T + T M ) fluctuates greatly, the speed of the bicycle also increases or decreases, and the operability and riding comfort deteriorate. This problem is because conventionally, the required assist torque T M is calculated with reference to the torque T of human power.
【0006】人力トルクTは、人力Fには比例せず、図
9から明らかな通り、ペダルの上死点、下死点では、人
力Fが大きくとも人力トルクTは、零又は極めて小さ
い。そのため、必要な回転力を得るには、ペダルの上死
点では、ペダルを強く踏まなければならず、使用者を疲
労させている。発明者らは、ペダルを踏む人力Fに基づ
いて、補助トルクを発生させた場合、人力Fは、殆ど一
定の儘で、必要な回転力を得ることが出来ることを着想
した。The manpower torque T is not proportional to the manpower F, and as is apparent from FIG. 9, the manpower torque T is zero or extremely small at the top dead center and the bottom dead center of the pedal even if the manpower F is large. Therefore, in order to obtain the required rotational force, the pedal must be strongly depressed at the top dead center of the pedal, which causes the user to be tired. The inventors of the present invention have conceived that, when the assist torque is generated based on the human power F on the pedal, the human power F can obtain a necessary rotational force with a substantially constant value.
【0007】本発明の目的は、使用者が人力Fを人力装
置に加えたときに、人力装置が人力Fに比例した一定の
トルクTrefで駆動するよう制御することであって、人
力によるトルクの不足分を駆動補助手段によって補な
い、使用者が人力装置に加えねばならない負荷変動をな
くし、操作性及び乗り心地の向上を図ることである。An object of the present invention is to control the human power device to drive with a constant torque T ref proportional to the human power F when the user applies the human power F to the human power device. Is not compensated by the drive assisting means, the load fluctuation that the user has to add to the human power device is eliminated, and the operability and the riding comfort are improved.
【0008】[0008]
【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため
に、本発明の駆動補助手段を具えた人力装置に於いて
は、人力Fの大きさを検出又は算出する人力検出手段
(5)と、人力Fによって駆動軸(11)に加わるトルクTを
検出し、人力検出手段(5)の測定値に応じて駆動補助手
段(3)が出力すべき動力の大きさを制御する制御手段
(4)とを具える。制御手段(4)は、人力Fに対応して駆
動軸(11)に加えるべき目標合成トルクTrefを決定し、
人力Fによって駆動軸(11)に加わるトルクTと、目標合
成トルクTrefとに応じたトルクTMを駆動補助手段(3)
が駆動軸(11)に加える制御を行なう。In order to solve the above problems, in a human power device equipped with a drive assisting means of the present invention, a human power detecting means for detecting or calculating the magnitude of human power F.
(5) and the torque T applied to the drive shaft (11) by the human power F is detected, and the magnitude of the power to be output by the drive assisting means (3) is controlled according to the measured value of the human power detecting means (5). Control means
(4) and are provided. The control means (4) determines the target combined torque T ref to be applied to the drive shaft (11) in accordance with the human power F,
The torque T M according to the target torque T ref and the torque T applied to the drive shaft (11) by the human power F is applied to the drive assisting means (3).
Controls the drive shaft (11).
【0009】又、本発明の駆動補助手段を具えた人力装
置の制御方法に於いては、駆動手段(2)に加わる人力F
を検出又は算出し、人力Fによって駆動軸(11)に加わる
トルクTを検出し、人力Fに応じて駆動軸(11)に加える
目標合成トルクTrefを決定し、人力Fによって駆動軸
(11)に加わる人力トルクTと目標合成トルクTrefに応
じたトルクTMを駆動補助手段(3)が駆動軸(11)に加え
る制御を行なう。Further, in the control method of the human power device having the drive assisting means of the present invention, the human power F applied to the driving means (2) is
Is detected or calculated, the torque T applied to the drive shaft (11) by the human power F is detected, the target combined torque T ref applied to the drive shaft (11) is determined according to the human power F, and the drive shaft is calculated by the human power F.
The drive assisting means (3) controls the drive shaft (11) to apply a torque T M corresponding to the human torque T applied to (11) and the target combined torque T ref .
【0010】上記目標合成トルクTrefと、人力Fによ
るトルクTとの関係とは、目標合成トルクTrefとトル
クTとの差であって、駆動補助手段(3)が駆動軸(11)に
加えるトルクTMは、Tref−Tとする。[0010] and the target combined torque T ref, the relationship between the torque T according to human power F, a difference between the target combined torque T ref and the torque T, the drive assist means (3) is a drive shaft (11) The applied torque T M is T ref −T.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。以下では、人力装置(1)として自転車(6)を用
い、駆動補助手段(3)として電動モータ(30)を用いた例
について述べる。しかしながら、本発明は、自転車(6)
に限定されず、人力を駆動源として利用する装置、例え
ば3輪自転車、車椅子、手漕ぎボート等にも適用可能で
ある。尚、以下の説明で、「前」とは前輪(62)側、
「左」とは、自転車(6)を後から見た場合の左側を意味
する。電動モータ付自転車(6)は、図1に示す如く、フ
レーム(61)の前部にハンドル(60)及び前輪(62)が配備さ
れ、フレーム(61)の中央上部には、サドル(63)が設けら
れている。フレーム(61)の中央下部及び後部には、無端
状のチェーン(64)を張設したスプロケット(65)(66)が夫
々配備され、前方のスプロケット(65)(以下「駆動スプ
ロケット」)には、後述する人力検出手段(5)を具えた
クランク軸(7)を介してペダル(8)が装着される。後部
スプロケット(66)には、後輪(62a)が配備され、ペダル
(8)を回転駆動することにより、チェーン(64)が走行し
て後輪(62a)が回転する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described. In the following, an example in which the bicycle (6) is used as the human power device (1) and the electric motor (30) is used as the drive assisting means (3) will be described. However, the present invention provides a bicycle (6)
The present invention is not limited to the above, but can be applied to a device that uses human power as a drive source, such as a three-wheeled bicycle, a wheelchair, and a rowing boat. In the following description, "front" means the front wheel (62) side,
"Left" means the left side of the bicycle (6) when viewed from behind. As shown in FIG. 1, a bicycle (6) with an electric motor is provided with a handle (60) and a front wheel (62) at a front portion of a frame (61), and a saddle (63) is provided at a central upper portion of the frame (61). Is provided. Endless chain (64) tensioned sprockets (65) and (66) are respectively arranged at the lower center and rear of the frame (61), and the front sprocket (65) (hereinafter referred to as `` driving sprocket '') is A pedal (8) is mounted via a crankshaft (7) equipped with a human power detecting means (5) described later. Rear sprocket (66) has rear wheels (62a)
By rotating (8), the chain (64) runs and the rear wheels (62a) rotate.
【0012】電動モータ(30)は、直流駆動式のモータで
あって、上記チェーン(64)に減速機構(32)を介して連繋
される。電動モータ(30)には、給電機構(31)が接続さ
れ、該給電機構(31)は、制御手段(4)に接続され、制御
される。給電機構(31)、電動モータ(30)及び減速機構(3
2)は、自転車(6)中央のフレーム(61)上に配備される。The electric motor (30) is a DC drive type motor and is connected to the chain (64) through a speed reduction mechanism (32). A power supply mechanism (31) is connected to the electric motor (30), and the power supply mechanism (31) is connected to and controlled by the control means (4). Power supply mechanism (31), electric motor (30) and reduction mechanism (3
2) is placed on the frame (61) in the center of the bicycle (6).
【0013】駆動手段(2)は、図2及び図3に示す如
く、前記駆動スプロケットと、クランク軸(7)及びペダ
ル(8)とから構成される。クランク軸(7)は、フレーム
(61)に配備された軸受け(75)に回転自由に支持され、駆
動スプロケット(65)を具えた駆動軸(11)と、該駆動軸(1
1)の両端から夫々駆動軸(11)に対して垂直に突設された
クランクアーム(72)と、各クランクアーム(72)の先端か
ら駆動軸(11)と平行に突設されたクランクピン(73)とか
ら構成される。クランクピン(73)の先端には、回転自由
にペダル(8)が配備される。図2及び図3に示す如く、
駆動軸(11)とクランクピン(73)の各軸心間の距離をLと
する。As shown in FIGS. 2 and 3, the drive means (2) comprises the drive sprocket, the crankshaft (7) and the pedal (8). Crankshaft (7) is the frame
A drive shaft (11) rotatably supported by a bearing (75) provided in (61) and having a drive sprocket (65), and the drive shaft (1).
Crank arms (72) projecting perpendicularly to the drive shaft (11) from both ends of (1), and crank pins projecting parallel to the drive shaft (11) from the tip of each crank arm (72). (73) and. A pedal (8) is rotatably provided at the tip of the crank pin (73). As shown in FIGS. 2 and 3,
The distance between the axes of the drive shaft (11) and the crank pin (73) is L.
【0014】駆動軸(11)及び後述するペダル(8)の内部
には、人力検出手段(5)が配備される。駆動軸(11)の略
中央より左側の内部には、クランクアーム(72)、クラン
クピン(73)の内部を連通するオイル孔(9)が開設されて
いる。該オイル孔(9)の駆動軸(11)側端部には、オイル
孔(9)と後述するオイル溜め(91)を連通する孔(90)が貫
通開設されており、オイル孔(9)及びオイル溜め(91)に
は、オイル(94)が充填されている。又、オイル孔(9)の
クランクピン(73)側端部には、テーパーピン(93)が
摺動可能に配備され、オイル孔(9)を閉じている。テ
ーパーピン(93)は、先端にテーパーが形成されており、
他端がオイル孔(9)にスライド可能且つオイル孔(9)を
液密な状態に保って、オイル孔(9)に嵌められる。テー
パーピン(93)は、ペダル(8)に配備されたバネ(87)によ
りクランクピン(73)とは逆向きの方向に付勢されてい
る。A human power detecting means (5) is provided inside the drive shaft (11) and a pedal (8) described later. An oil hole (9) communicating with the inside of the crank arm (72) and the inside of the crank pin (73) is formed inside the drive shaft (11) on the left side of the center thereof. A hole (90) for communicating the oil hole (9) with an oil reservoir (91) described later is formed through the end of the oil hole (9) on the side of the drive shaft (11). The oil sump (91) is filled with oil (94). A taper pin (93) is slidably provided at the end of the oil hole (9) on the crank pin (73) side to close the oil hole (9). The taper pin (93) has a taper formed at the tip,
The other end is fitted into the oil hole (9) while being slidable in the oil hole (9) and keeping the oil hole (9) liquid-tight. The taper pin (93) is biased in the direction opposite to the crank pin (73) by a spring (87) provided on the pedal (8).
【0015】又、駆動軸(11)の左端付近の外周には、歯
車(74)が切られており、該歯車(74)にクランク軸(7)の
回転角度θを検出する公知の回転型のポテンショメータ
(52)の軸(52a)に配備された歯車(52b)が噛合している。
ポテンショメータ(52)は、後述する電気回路(42)に電気
的に接続されている。尚、クランク軸(7)の回転角度θ
は、図3に示す如く、駆動軸(11)を通る平面とクランク
アーム(72)とのなす角度であって、クランクアーム(72)
と該平面が平行且つ左側のクランクアーム(72)が上方に
位置しているときを0度とする。A gear (74) is cut on the outer periphery near the left end of the drive shaft (11), and a known rotary type for detecting the rotation angle θ of the crankshaft (7) on the gear (74). Potentiometer
The gear (52b) provided on the shaft (52a) of (52) is meshed.
The potentiometer (52) is electrically connected to an electric circuit (42) described later. The rotation angle θ of the crankshaft (7)
Is the angle between the plane passing through the drive shaft (11) and the crank arm (72) as shown in FIG.
When the planes are parallel to each other and the left crank arm (72) is located above, the degree is 0 degree.
【0016】オイル溜め(91)は、駆動軸(11)の周囲に配
備された筒体であって、内部にオイル(94)が充填され、
筒体の両端に設けられたオイルシールを具えた軸受け(9
1a)にて、駆動軸(11)を回転自由に支持している。筒体
の側面には、クランク軸(7)内部のオイル孔(9)の径よ
りも小径の検出孔(92)が貫通開設され、該検出孔(92)に
は、踏力を検出するポテンショメータ(53)が摺動可能に
配備されている。踏力検出用のポテンショメータ(53)
は、公知の直動型のポテンショメータ(53)であって、後
述する電気回路(42)に電気的に接続され、ポテンショメ
ータ(53)の軸(53a)がオイル溜め(91)の油圧の変化に比
例して検出孔(92)を摺動する。踏力検出用のポテンショ
メータ(53)をクランク軸(7)に直接配備しないのは、ク
ランク軸(7)は回転するため、クランク軸(7)に取り付
けると配線が複雑となるからである。又、検出孔(92)を
クランク軸(7)内部のオイル孔(9)よりも小径としたの
は、テーパーピン(93)の摺動による位相量を検出孔(92)
にて敏感に精度良く検出するためである。The oil sump (91) is a cylinder provided around the drive shaft (11), and is filled with oil (94) inside,
Bearings with oil seals at both ends of the cylinder (9
The drive shaft (11) is rotatably supported by 1a). A detection hole (92) having a diameter smaller than the diameter of the oil hole (9) inside the crankshaft (7) is formed through the side surface of the cylindrical body, and the detection hole (92) has a potentiometer ( 53) is slidably provided. Potentiometer for detecting pedal force (53)
Is a known direct-acting potentiometer (53), which is electrically connected to an electric circuit (42) described later, and the shaft (53a) of the potentiometer (53) changes the oil pressure in the oil sump (91). Sliding in the detection hole (92) in proportion. The reason why the potentiometer (53) for detecting the pedaling force is not directly arranged on the crankshaft (7) is that the crankshaft (7) rotates, so that the wiring becomes complicated when it is attached to the crankshaft (7). The detection hole (92) has a smaller diameter than the oil hole (9) inside the crankshaft (7) because the phase amount due to the sliding of the taper pin (93) is detected in the detection hole (92).
This is for sensitive and accurate detection.
【0017】クランクピン(73)の先端には、図2及び図
3に示す如く、ペダル(8)が回転自由に配備される。ペ
ダル(8)は、使用者の踏力が加わる踏み板(81)を具えて
いる。踏み板(81)は、左右の側板(84)に開設された溝(8
4a)に沿って上下方向にスライド可能であって、各踏み
板(81)の筐体内部略中央には、端部の略中央に断面が半
円径のテーパー受溝(83)を開設したテーパー板(82)が配
備され、クランク軸(7)の先端にスライド可能に配備さ
れたテーパーピン(93)が摺動する。又、左側の側板(84)
には内側方向に板片(85)が突設されており、該板片(85)
に踏み板(81)を夫々外側に押し出す方向に付勢するバネ
(86)が配備されている。更に、板片(85)の左端とテーパ
ーピン(93)のテーパー先端の間にバネ(87)が配備され、
テーパーピン(93)をクランクピン(73)とは逆向きの
方向、即ち板片(85)方向に付勢している。A pedal (8) is rotatably provided at the tip of the crank pin (73) as shown in FIGS. 2 and 3. The pedal (8) has a tread plate (81) to which a user's treading force is applied. The tread (81) has grooves (8) formed in the left and right side plates (84).
4a) is slidable in the vertical direction, and a taper receiving groove (83) with a semicircular cross section is provided at the approximate center of the end of the footboard (81) inside the housing. The plate (82) is provided, and the tapered pin (93) slidably provided on the tip of the crankshaft (7) slides. Also, the left side plate (84)
A plate piece (85) is projected on the inner side of the plate piece (85).
Springs that push the treads (81) outwards
(86) has been deployed. Furthermore, a spring (87) is arranged between the left end of the plate piece (85) and the tapered tip of the tapered pin (93),
The taper pin (93) is urged in the direction opposite to the crank pin (73), that is, in the direction of the plate piece (85).
【0018】上記構成の人力検出手段(5)のポテンショ
メータ(52)(53)は、制御手段(4)である電気回路(42)に
よって制御される。図4に示す如く、電気回路(42)は、
中央演算回路(CPU(43))を主体に構成されており、該
CPU(43)には、比較演算回路(44)と、検出される人力
Fとそれに対応する目標合成トルクTref等のデータが
格納されたメモリ(45)と、給電機構(31)を制御する駆動
制御回路(46)が接続される。比較演算回路(44)には、前
記踏力検出用ポテンショメータ(53)とクランク角度検出
用のポテンショメータ(52)が図示省略する増幅回路及び
A/D変換回路を介して接続されている。メモリ(45)に
は、上記データの他に、後述する補助トルクデータを格
納する機能を有している。The potentiometers (52) and (53) of the human power detection means (5) having the above-mentioned structure are controlled by the electric circuit (42) which is the control means (4). As shown in FIG. 4, the electric circuit (42) is
It is mainly composed of a central processing circuit (CPU (43)), and the CPU (43) has a comparison processing circuit (44), detected human power F, and data such as a target combined torque T ref corresponding thereto. The memory (45) in which is stored is connected to the drive control circuit (46) that controls the power supply mechanism (31). The pedaling force detection potentiometer (53) and the crank angle detection potentiometer (52) are connected to the comparison operation circuit (44) via an amplification circuit and an A / D conversion circuit (not shown). The memory (45) has a function of storing auxiliary torque data described later in addition to the above data.
【0019】上記構成の電動モータ付自転車(6)の動作
について、フローチャート図5に沿って説明する。尚、
以下の制御では、左側のペダル(8)が前方、即ち0°≦
θ<180°(以下「前半周期」)である場合に、人力Fを
測定し、180°≦θ<360°(以下「後半周期」)である場
合には、直前の前半周期と同一の人力Fが加わわるもの
と仮定して、後半周期の電動モータ(30)によるトルクの
補助は、前半周期と同一のトルクの補助を行なうものと
する。使用者がペダル(8)に足を載せペダル(8)を漕ぐ
と、踏み板(81)に使用者の踏力が加わる。このときのク
ランクアーム(72)の回転角度θをクランク角度検出用の
ポテンショメータ(52)で測定する(ステップ1)。上述し
た通り、自転車(6)は、前方に位置するペダル(8)にの
み、使用者の力が加わる。回転角度θは、クランク角度
検出用ポテンショメータ(52)により抵抗値として測定さ
れ、電気回路(42)に送られる。測定されたクランク角度
θが前半周期である場合、以下に示す通り、ペダル(8)
にかかる踏力を測定する(ステップ2)。測定されたクラ
ンク角度θが後半周期である場合については、後述す
る。The operation of the electric motor-operated bicycle (6) having the above structure will be described with reference to the flowchart of FIG. still,
In the following control, the left pedal (8) is forward, that is, 0 ° ≤
When θ <180 ° (hereinafter “first half cycle”), the human power F is measured, and when 180 ° ≦ θ <360 ° (hereinafter “second half cycle”), the same human power as the immediately preceding first half cycle is measured. Assuming that F is added, the torque assistance by the electric motor (30) in the second half cycle is the same as the torque assistance in the first half cycle. When the user puts his / her foot on the pedal (8) and pedals the pedal (8), the pedal force of the user is applied to the tread plate (81). The rotation angle θ of the crank arm (72) at this time is measured by the potentiometer (52) for crank angle detection (step 1). As described above, in the bicycle (6), the force of the user is applied only to the pedal (8) located in front. The rotation angle θ is measured as a resistance value by the crank angle detecting potentiometer (52) and sent to the electric circuit (42). If the measured crank angle θ is in the first half cycle, the pedal (8)
Measure the pedaling force applied to (step 2). The case where the measured crank angle θ is in the second half period will be described later.
【0020】クランク角度が前半周期である場合、上記
動作と平行して、ペダル(8)にかかる踏力Fを測定する
(ステップ3)。使用者がペダル(8)を踏むことにより、
踏み板(81)がバネ(86)の抗力に反して下方に押し下げら
れ、テーパー板(82)のテーパー受け溝(83)に沿ってテー
パーピン(93)がオイル孔(9)内部に後退する。テーパー
ピン(93)の移動によってオイル孔(9)内のオイル(94)の
一部がオイル溜め(91)に流出し、踏力検出用のポテンシ
ョメータ(53)の軸(53a)を押し上げる。踏力検出用のポ
テンショメータ(53)の軸(53a)の移動は、抵抗値として
電気回路(42)に送られる。比較演算回路(44)には、踏力
検出用ポテンショメータ(53)及びクランク角度検出用の
ポテンショメータ(52)の測定値が抵抗値として入力され
る。これら抵抗値は、増幅され、A/D変換された後、
比較演算回路(44)に入力される。When the crank angle is in the first half cycle, the pedaling force F applied to the pedal (8) is measured in parallel with the above operation.
(Step 3). When the user depresses the pedal (8),
The step plate (81) is pushed down against the resistance of the spring (86), and the taper pin (93) retracts inside the oil hole (9) along the taper receiving groove (83) of the taper plate (82). By the movement of the taper pin (93), a part of the oil (94) in the oil hole (9) flows out to the oil sump (91) and pushes up the shaft (53a) of the potentiometer (53) for detecting the pedaling force. The movement of the shaft (53a) of the pedal force detecting potentiometer (53) is sent to the electric circuit (42) as a resistance value. The measured values of the pedaling force detection potentiometer (53) and the crank angle detection potentiometer (52) are input to the comparison calculation circuit (44) as resistance values. After these resistance values are amplified and A / D converted,
It is input to the comparison operation circuit (44).
【0021】比較演算回路(44)では、これら抵抗値から
踏力F及びクランク回転角度θを求め、人力Fがクラン
ク軸(7)に加えるトルクT=Fsinθ×Lを算出する。
尚、左側のペダル(8)の踏力Fは図7に、トルクTは図
8の実線にて示される。同時に、踏力Fに対する目標合
成トルクTref(図8の点線)をメモリ(45)から導出する
(ステップ4)。次に、トルクTとの差(Tref−T、図8
のA)から電動モータ(30)による補助トルクTM=Tref
−Tを算出し(ステップ5、図8の一点鎖線)、補助トル
クデータとしてメモリ(45)に格納する(ステップ6)と共
に、補助トルクTMを電動モータ(30)がクランク軸(7)
に供給するために必要な電流値I=TM/K(K:トルク
定数)を算出し、駆動制御回路(46)に送信する(ステップ
7)。駆動制御回路(46)は、給電機構(31)がその時点で
給電中の電流値I0に、送信された電流値Iを加えた電
流値I’=I0+Iを流す指令を給電機構(31)に送信す
る。電動モータ(30)によってクランク軸(7)にトルクT
Mを加えられる(ステップ8)と、補助トルクTMとトルク
Tとの和が目標合成トルクTrefに一致する。従って、
電動モータ付自転車(6)がトルクTrefにて走行する。In the comparison operation circuit (44), the pedaling force F and the crank rotation angle θ are obtained from these resistance values, and the torque T = Fsinθ × L that the human force F applies to the crankshaft (7) is calculated.
The pedaling force F of the left pedal (8) is shown in FIG. 7, and the torque T is shown by the solid line in FIG. At the same time, the target combined torque T ref (dotted line in FIG. 8) for the pedal effort F is derived from the memory (45).
(Step 4). Next, the difference from the torque T (T ref −T, FIG.
A) to auxiliary torque T M = T ref from the electric motor (30)
-T is calculated (step 5, dashed-dotted line in FIG. 8) and stored in the memory (45) as auxiliary torque data (step 6), and the auxiliary torque T M is supplied to the crankshaft (7) by the electric motor (30).
A current value I = T M / K (K: torque constant) required to supply the current is calculated and transmitted to the drive control circuit (46) (step 7). The drive control circuit (46) issues a command to flow a current value I ′ = I 0 + I obtained by adding the transmitted current value I to the current value I 0 being fed by the power feeding mechanism (31) at that time. Send to 31). The torque T is applied to the crankshaft (7) by the electric motor (30).
When M is added (step 8), the sum of the auxiliary torque T M and the torque T matches the target combined torque T ref . Therefore,
The electric motorized bicycle (6) runs with torque T ref .
【0022】クランク角度が後半周期である場合、電動
モータ(30)が前半周期の補助トルクTMを継続して加え
る。即ち、上記ステップ6にてメモリ(45)に格納された
補助トルクデータを用い、前半周期と同一の電流値I’
にて電動モータ(30)を駆動する(ステップ7)。When the crank angle is in the second half cycle, the electric motor (30) continuously applies the auxiliary torque T M in the first half cycle. That is, using the auxiliary torque data stored in the memory (45) in step 6 above, the same current value I ′ as in the first half cycle is used.
The electric motor (30) is driven by (step 7).
【0023】使用者が自転車(6)を漕ぐ間、上記動作を
繰り返す。これにより、使用者の踏力に基づいて決定さ
れるトルクによって自転車(6)が駆動される。踏力によ
って発生するトルクが目標トルクに満たない場合には、
電動モータ(30)によってクランク軸(7)の駆動を補助さ
れる。The above operation is repeated while the user pedals the bicycle (6). As a result, the bicycle (6) is driven by the torque determined based on the pedal effort of the user. If the torque generated by the pedaling force is less than the target torque,
Driving of the crankshaft (7) is assisted by the electric motor (30).
【0024】図6は、ペダル(8)の踏力を検出する手段
の他の実施例である。上記クランク軸(7)のオイル孔
(9)にオイル(94)に代えてワイヤ(95)を配備し、該ワイ
ヤの一端をテーパーピン(93)に連繋し、他端を駆動軸(1
1)の壁面に開設された孔(90)に揺動可能に軸支されたて
こ(96)の一端に連繋している。てこ(96)の他端は、駆動
軸(11)をスライド可能に配備された円板(97)に当接して
おり、該円板(97)に直動型のポテンショメータ(53)の軸
(53a)が円板(97)を常に付勢した状態で当接した構成と
している。踏力がペダル(8)に加わると、円板(97)がて
こ(96)によって押されて移動し、ポテンショメータ(53)
の軸(53a)を押し込む。ポテンショメータ(53)の軸(53a)
の移動量は、上記と同様、抵抗値として電気回路に送信
され、上記と同様ペダル(8)の踏力が演算される。FIG. 6 shows another embodiment of means for detecting the pedaling force of the pedal (8). Oil hole in the crankshaft (7)
A wire (95) is provided instead of the oil (94) in (9), one end of the wire is connected to the taper pin (93), and the other end is connected to the drive shaft (1
It is connected to one end of a lever (96) pivotally supported by a hole (90) opened in the wall surface of 1). The other end of the lever (96) is in contact with a disc (97) slidably arranged on the drive shaft (11), and the disc (97) has a shaft of a direct acting potentiometer (53).
The disc (97) is in contact with the disc (97) in a constantly biased state. When the pedaling force is applied to the pedal (8), the disc (97) is pushed and moved by the lever (96), and the potentiometer (53) is moved.
Push in the shaft (53a). Axis (53a) of potentiometer (53)
Similarly to the above, the movement amount of is transmitted to the electric circuit as a resistance value, and the pedaling force of the pedal (8) is calculated in the same manner as above.
【0025】上記発明の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例に限らず、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。The above description of the embodiments of the present invention is for explaining the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or reducing the scope. Further, it goes without saying that the configuration of each part of the present invention is not limited to the above example, and various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
【0026】例えば、上記実施例では、踏力を検出する
手段をクランク軸(7)の左側に配備したが、人力検出手
段(5)は、右側又は両方に取り付けてもよい。又、駆動
軸(11)に歪センサー等を取り付け、クランク角度を検出
する手段と歪センサーの検出値より、踏力を算出し、上
記制御を行なうことも出来る。For example, in the above embodiment, the means for detecting the pedal effort is provided on the left side of the crankshaft (7), but the human power detecting means (5) may be attached on the right side or both. It is also possible to mount a strain sensor or the like on the drive shaft (11), calculate the pedaling force from the means for detecting the crank angle and the detection value of the strain sensor, and perform the above control.
【0027】[0027]
【発明の効果】上記構成の駆動補助手段(3)を具えた人
力装置(1)及びその制御方法によれば、使用者が人力装
置(1)を駆動する力Fに基づいて補助トルクTMを発生
させ、人力FによるトルクT及び補助トルクMによって
人力装置(1)を一定のトルクTr efで駆動することが出
来る。使用者によって発生するトルクTが目標トルクT
refに達しない場合は、駆動補助手段(3)によって駆動
力の補助を行なって、駆動トルクを目標トルクTrefに
一致させる。従って、人力装置(1)を一定のトルクT
refで駆動する場合に、使用者が加えねばならない負荷
の変動がなくなり、使用者の疲労が軽減され、操作性及
び乗り心地が向上する。According to the human power device (1) having the drive assisting means (3) and the control method thereof, the auxiliary torque T M is generated based on the force F by which the user drives the human power device (1). It was generated, manpower device (1) by a torque T and assist torque M by human power F can be made to drive at a constant torque T r ef. The torque T generated by the user is the target torque T
When it does not reach the ref , the drive assisting means (3) assists the drive force to match the drive torque with the target torque T ref . Therefore, the manpower device (1) is operated with a constant torque T
When the vehicle is driven by ref , the load that the user has to add does not fluctuate, fatigue of the user is reduced, and operability and riding comfort are improved.
【図1】電動モータ付自転車の側面図である。FIG. 1 is a side view of a bicycle with an electric motor.
【図2】クランク軸の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a crankshaft.
【図3】ペダルの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a pedal.
【図4】電気回路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an electric circuit.
【図5】本発明の動作の流れを示すフローチャート図で
ある。FIG. 5 is a flowchart showing a flow of operations of the present invention.
【図6】駆動手段の一部断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view of driving means.
【図7】踏力Fを示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a pedaling force F.
【図8】トルクT、Tref及びTMを示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing torques T, T ref and T M.
【図9】駆動軸及びペダルの側面図である。FIG. 9 is a side view of a drive shaft and a pedal.
【図10】従来のトルクTと補助トルクTMを示すグラ
フである。FIG. 10 is a graph showing conventional torque T and auxiliary torque T M.
【図11】従来の動作の流れを示すフローチャート図で
ある。FIG. 11 is a flowchart showing a flow of a conventional operation.
(1) 人力装置 (2) 駆動手段 (3) 駆動補助手段 (30) 電動モータ (4) 制御手段 (5) 人力検出手段 (42) 電気回路 (6) 電動モータ付自転車 (7) クランク軸 (8) ペダル (1) Human power device (2) Drive means (3) Drive assist means (30) Electric motor (4) Control means (5) Human power detection means (42) Electric circuit (6) Bicycle with electric motor (7) Crankshaft ( 8) Pedal
Claims (4)
駆動軸(11)を駆動する人力駆動手段(2)及び、駆動軸(1
1)に連繋して人力駆動手段による駆動軸(11)の駆動に対
し、動力によって補助する駆動補助手段(3)を具えた人
力装置であって、 人力Fの大きさを検出又は算出する人力検出手段(5)
と、 人力FによるトルクTを検出し、人力検出手段(5)によ
る人力Fの測定値に応じて駆動補助手段(3)が出力すべ
き動力の大きさを制御する制御手段(4)とを具え、 該制御手段(4)は、人力Fに対応して駆動軸(11)に加え
るべき目標合成トルクTrefを決定し、人力Fによって
駆動軸(11)に加わるトルクTと、目標合成トルクTref
とに応じたトルクTMを駆動補助手段(3)が駆動軸(11)
に加える制御を行なうことを特徴とする駆動補助手段を
具えた人力装置。1. A human power drive means (2) for driving the drive shaft (11) by a human power connected to the drive shaft (11), and a drive shaft (1).
A human-powered device comprising a drive assisting means (3) which is linked to 1) and assists the drive of a drive shaft (11) by a human-powered driving means by power, and which detects or calculates the magnitude of the human power F. Detection means (5)
And a control means (4) for detecting the torque T by the human power F and controlling the magnitude of the power to be output by the drive assisting means (3) according to the measured value of the human power F by the human power detection means (5). The control means (4) determines a target combined torque T ref to be applied to the drive shaft (11) in accordance with the human force F, and a torque T applied to the drive shaft (11) by the human force F and a target combined torque. T ref
The drive assisting means (3) produces the torque T M according to
A human-powered device having a drive assisting means characterized by performing control to be added to the power source.
トルクTとの関係とは、目標合成トルクTrefとトルク
Tとの差であって、駆動補助手段(3)が駆動軸(11)に加
えるトルクTMは、Tref−Tであることを特徴とする請
求項1に記載の装置。2. A target combined torque T ref, the relationship between the torque T according to human power F, a difference between the target combined torque T ref and the torque T, the drive assist means (3) is a drive shaft (11) The device of claim 1, wherein the torque T M applied to T ref is T ref −T.
駆動軸(11)を駆動する人力駆動手段(2)及び、駆動軸(1
1)に連繋して、人力駆動手段による駆動軸(11)の駆動に
対し、動力によって補助する駆動補助手段(3)を制御す
る方法であって、 駆動手段(2)に加わる人力Fの大きさを検出又は算出
し、人力トルクTを検出し、人力Fに応じて駆動軸(11)
に加える目標合成トルクTrefを決定し、人力Fによっ
て駆動軸(11)に加わるトルクTと、目標合成トルクT
refとに応じたトルクTMを駆動補助手段(3)が駆動軸(1
1)に加える制御を行なうことを特徴とする人力装置の制
御方法。3. A human-powered driving means (2) for driving the drive shaft (11) by human power connected to the drive shaft (11), and a drive shaft (1).
A method of controlling a drive assisting means (3) for assisting the drive of a drive shaft (11) by a human-powered driving means by a power in cooperation with 1), and a magnitude of a human power F applied to the driving means (2). Is calculated or calculated, the human torque T is detected, and the drive shaft (11) is detected according to the human power F.
The target combined torque T ref to be applied to the drive shaft (11) is determined by the human power F and the target combined torque T
The drive assisting means (3) applies the torque T M according to ref to the drive shaft (1
A method for controlling a human-powered device, characterized by performing control in addition to 1).
駆動軸(11)に加わるトルクTとの関係とは、目標合成ト
ルクTrefとトルクTとの差であって、駆動補助手段
(3)が駆動軸(11)に加えるトルクTMは、Tref−Tに一
致することを特徴とする請求項3に記載の制御方法。4. The relationship between the torque T applied to the drive shaft by a target combined torque T ref and human power F (11), a difference between the target combined torque T ref and the torque T, the drive assist means
The control method according to claim 3, wherein the torque T M applied to the drive shaft (11) by (3) matches T ref −T.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7228935A JPH0971288A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Manual device with drive auxiliary means and its control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7228935A JPH0971288A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Manual device with drive auxiliary means and its control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0971288A true JPH0971288A (en) | 1997-03-18 |
Family
ID=16884171
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7228935A Withdrawn JPH0971288A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Manual device with drive auxiliary means and its control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0971288A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008254592A (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Sunstar Engineering Inc | Power-assisted bicycle |
CN104417708A (en) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 株式会社岛野 | Bicycle control device |
CN104554596A (en) * | 2013-10-29 | 2015-04-29 | 株式会社岛野 | Bicycle control apparatus |
-
1995
- 1995-09-06 JP JP7228935A patent/JPH0971288A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015051731A (en) * | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 株式会社シマノ | Bicycle control device |
TWI601660B (en) * | 2013-09-09 | 2017-10-11 | Shimano Kk | Bicycle control device |
CN104554596A (en) * | 2013-10-29 | 2015-04-29 | 株式会社岛野 | Bicycle control apparatus |
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---|---|---|---|
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