JPH11348868A - 自動変速機付き動力補助自転車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車速以外に変速切換え条件を増やすことによ
り、運転感覚を向上させた自動変速機付き動力補助自転
車を提供する。 【解決手段】 踏力および車速に応じて補助動力を制御
するコントローラ１３と、駆動輪に装着された変速機構
３２とを有する動力補助自転車において、加速状態およ
び車速に応じて前記変速機構を制御する演算回路２７を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動変速機付き動力
補助自転車に関する。

【０００２】

【従来の技術】後輪に設けた変速ギヤを介して、ペダル
クランク軸と後輪の回転速度比を変更可能にした変速機
付き自転車において、変速レバー等の手動操作で変速ギ
ヤをシフトする変速機構に代えて、予め定めた変速モー
ドにしたがって、自動的に変速ギヤをシフトする自動変
速機付き自転車が実用化されている。

【０００３】従来の一般自転車の自動変速機は、車速に
応じて変速ギヤをシフトするものであり、ギヤシフト速
度の異なる複数の選択可能な変速モードを有している。
変速モードとしては、例えば低速で増速比の高いギヤ側
にシフトして車速を高めるモードや、比較的高速になっ
てから増速比の高いギヤ側にシフトし増速比の低いギヤ
側を多く使用して踏力を小さくするモード等がある。

【０００４】一方、電動モータやエンジン等の補助動力
により人力による踏力をアシストする動力補助自転車が
実用化されている。この動力補助自転車においては、車
速に応じて補助動力のアシスト比が設定され、例えば、
１５Ｋｍ／ｈまでは踏力と補助動力を１：１とし、１５
〜２４Ｋｍ／ｈではアシスト比を徐々に減少させ、２４
Ｋｍ／ｈ以上では補助動力のアシストを０とするように
設定される。

【０００５】このような動力補助自転車においても自動
変速機を備えて補助動力のアシストを有効に用いさらに
運転感覚を向上させることが望まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
一般自転車用の車速に応じた自動変速機をそのまま補助
動力自転車に適用すると、変速切換え条件が車速のみで
あるため車速のみに応じてギヤシフトされ、補助動力に
よる踏力補助との相乗効果が充分に発揮されず、良好な
運転感覚が得られず、変速車速の設定によっては違和感
を感じる場合もある。

【０００７】本発明は上記の点を考慮したものであっ
て、車速以外の変速切換え条件を増やすことにより、運
転感覚を向上させた自動変速機付き動力補助自転車の提
供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、踏力および車速に応じて補助動力を制
御する補助動力制御用コントローラと、駆動輪に装着さ
れた変速機構とを有する動力補助自転車において、加速
状態および車速に応じて前記変速機構を制御する演算回
路を有することを特徴とする自動変速機付き動力補助自
転車を提供する。この構成によれば、車速だけでなく増
速や減速等の加速状態を判定してこの加速状態に対応し
て変速シフトさせるため、同じ速度であっても、例えば
登坂時の減速状態と同じ登坂時で速度を高める増速状態
とでシフト位置を異ならせたり、あるいは一般の平坦路
走行での増速、減速によってシフト位置を異ならせて運
転状態に対応して常に最適な変速ギヤで走行することが
でき、運転感覚を高め良好な乗り心地を得ることができ
る。

【０００９】好ましい構成例では、前記演算回路は、前
記補助動力制御用コントローラ内に設けられ、前記補助
動力を制御するための車速のデータを所定のタイミング
で取込んでこの車速データから加速状態を判別すること
を特徴としている。

【００１０】この構成によれば、頻繁に書き換えられる
補助動力制御用の車速データがそのまま使われることな
く、所定のタイミングで取込まれるため、シフト位置選
定のための加速、減速のマップ切換えが煩雑に起こって
不必要な変速が行われることがなくなり、安定してスム
ーズな変速動作が達成される。

【００１１】別の好ましい構成例では、前記演算回路
は、車輪に取付けた車速検出用部材の通過周期から計算
した車速に基づいて加速状態を判別することを特徴とし
ている。

【００１２】この構成によれば、車輪とともに回転する
例えば磁石を設け、フレーム等の固定部材側に設けた検
出器によりこの磁石の通過周期を検出することにより、
車速が検出され、この車速に基づいて加速状態が演算に
より求められる。

【００１３】別の好ましい構成例では、前記演算回路
は、前記補助動力制御用コントローラ内に設けられたこ
とを特徴としている。

【００１４】この構成によれば、演算回路が補助動力制
御用コントローラ内に設けられるため、スペースが効率
よく利用される。

【００１５】別の好ましい構成例では、前記補助動力制
御用コントローラとは別に前記演算回路を組込んだ変速
制御用コントローラを備えたことを特徴としている。

【００１６】この構成によれば、既存の車速制御用コン
トローラを備えた自動変速装置のコントローラ部分をそ
の内部の制御プログラムを変更して部品自体をそのまま
搭載することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される動力
補助自転車の側面図である。動力補助自転車１は、左右
のハンドル２の中央のステアリング軸３が挿通するヘッ
ドパイプ４を有し、ステアリング軸３が左右のフロント
フォーク５に連結され前輪６の方向を操作する。ヘッド
パイプ４にはダウンチューブ７が接合され、サドル８の
下方のシートチューブ９に連結される。これらのダウン
チューブ７およびシートチューブ９の下端部にカバー１
０に上部を覆われた走行用電動モータ３７等の電気駆動
系とペダルクランク軸等の人力駆動系とを一体化したパ
ワーユニット１１が支持される。このパワーユニット１
１において、ペダルクランク軸１２と同軸的に配置され
た合力機構（図示しない）により、ペダル１５からの踏
力とモータ力が融合される。この合力機構は遊星歯車機
構からなり、この遊星歯車機構に連結してペダル１５か
らの踏力に応じて変位する踏力検出機構が設けられる。
遊星歯車機構にはさらにこの遊星歯車機構の回転により
パルス信号を発し、このパルスにより車速を検出する車
速センサ（図示しない）が設けられる。

【００１８】パワーユニット１１の後部には補助動力制
御用コントローラ１３が設けられる。このコントローラ
１３は、車速センサにより検出した車速に基づいて、前
述のように速度に応じたアシスト比となるようにモータ
３７を駆動制御するためのマイクロコンピュータにより
構成される。このようなコントローラ１３の設置位置
は、図の例に限らず、ダウンチュープ７の途中あるいは
カバー１０の内部、フロントフォーク５、チェーンステ
ー３８、シートステー３９の途中その他の適当な位置で
あってもよい。

【００１９】サドル８の下部のシートチューブ９の後方
にはバッテリケース１４が上方に着脱自在に設けられ内
部にモータ３７駆動用のバッテリが収納される。ペダル
クランク軸１２上で合力機構により融合された踏力と補
助動力は、チェーン１６により後輪１７に伝達されこれ
を回転駆動する。後輪１７のハブ１８には、チェーン１
６の回転を伝達するスプロケット（図示しない）、ロー
タリ式またはスライド式の変速ギヤ機構（図示しない）
が設けられ、これに近接したフレーム側にはこの変速ギ
ヤ機構を駆動するモータあるいはソレノイドからなるア
クチュエータが装着される。

【００２０】変速ギヤ機構の自動変速制御を行うマイク
ロコンピュータおよびアクチュエータ駆動用のバッテリ
はカバー１０内の適当な位置に取付けられる。あるいは
図１に示すように、このアクチュエータ駆動用のバッテ
リ４１を補助動力制御用のコントローラ１３の後方でチ
ェーンステー３８に支持させて取付けてもよい。自動変
速制御用のマイクロコンピュータはコントローラ１３内
に設けてもよい。また、アクチュエータ駆動用のバッテ
リは個別に設けずに、バッテリケース１４内の走行用モ
ータ駆動用のバッテリと兼用であってもよい。ペダルク
ランク軸に設けた補助動力制御用の車速センサの車速デ
ータを用いて変速制御が行われる。この場合、自動変速
制御用のマイクロコンピュータは動力補助制御用のマイ
クロコンピュータとともにコントローラ１３内に設けて
もよいし、または別体として例えばアクチュエータ駆動
用のバッテリ４１とともに別の位置に設けてもよい。

【００２１】本発明の自動変速制御においては、後述の
ように、加速状態に応じて変速車速の異なる複数のマッ
プ群を有し、このマップ群により１つの変速モードを構
成する。さらに別のマップ群により別の変速モードを構
成する。このような変速モードの選択は手動で行う。変
速モードを手動で切換える場合には、その操作スイッチ
は例えば右側のハンドル２のグリップ付近に取付けられ
る。

【００２２】図２は、本発明に係る自動変速機構を備え
た動力補助機構のブロック図である。ペダルクランク軸
２０から人力（踏力）が付与され一方向クラッチ２１お
よび遊星歯車機構４０を介して合力軸２２に伝達され
る。この際、遊星歯車機構４０のサンギヤが人力による
反力を受けて回転するが、この動きから踏力検出器２３
が踏力の大きさを検出する。さらに遊星歯車機構４０の
リングギヤの回転から車速センサ２４により車速が検出
される。これらの踏力および車速のデータはコントロー
ラ１３の演算回路２７に入力され、複数のマップ２６の
うちアシスト比のマップを用いて補助動力が演算され
る。演算された補助動力値に基づいて走行用モータ２８
が駆動され、減速機２９で減速され一方向クラッチ３０
を介して合力軸２２に伝達される。この合力軸２２で、
踏力と補助動力が融合され合力となって、後輪側の一方
向クラッチ３１および変速機構３２を介して後輪１７を
回転駆動する。

【００２３】コントローラ１３の演算回路２７はさら
に、後述のように車速データから加速状態を判断し、こ
の加速状態と車速に基づいて、マップ２６のうちの別の
マップを用いて、変速シフト位置を演算し、アクチュエ
ータ３４を介して変速機構３２を駆動する。

【００２４】図３は、本発明の実施例に係る変速演算動
作のフローチャートである。本実施例では、図２に示し
たように、人力駆動系の途中に設けた車速センサ２４か
らの車速データを用いて変速制御を行うものである。

【００２５】まず、コントローラ１３（図２）内の演算
回路２７は、車速データの取込みタイミングかどうかを
判別し（ステップＳ１）、所定の取込みタイミングのと
きのみ車速センサ２４からの車速データを取込む。この
場合、車速センサからの車速データを一旦メモリに格納
してそこから取込んでもよいし、または所定のタイミン
グで直接取込んでもよい。このように所定のタイミング
で車速データを取込む理由は、補助動力制御用の車速セ
ンサからの車速データは高頻度で書き換えられるため、
車速データをそのまま用いると以下のような不具合を生
じるためである。

【００２６】すなわち、登坂での立ち漕ぎ状態などペダ
ルの踏み込みがギクシャクして速度変動が大きい場合に
は、加速、減速のマップ切換えが煩雑に起こり、その結
果不必要な変速が行われるおそれがある。また、ほぼ一
定速度で走行している場合でも、ペダルを漕ぐ動作に合
わせて絶えず細かい加速、減速が繰り返されており、こ
のため加速、減速のマップ切換えが多発し、速度域によ
ってはシフトアップ／ダウンが繰り返されることが考え
られるからである。

【００２７】上記車速データを取込むタイミングは、ペ
ダルクランク軸または車輪１回転につき１〜数回の頻度
で取込むことが好ましい。この場合、ペダルクランク軸
または車輪に磁石を設け、この磁石を検出することによ
り、ペダルクランク軸または車輪に同期して車速データ
を所定のタイミングで取込むことができる（図２の一点
鎖線参照）。

【００２８】次にフローチャートのステップＳ３におい
て、所定のタイミングで順番に取込んだ２つの速度デー
タＶn，Ｖn-1を比較して加速状態を判断する。速度が増
えていれば（Ｖn−Ｖn-1＞０）増速時のマップを選択し
（ステップＳ５）、速度が増えていなければ減速時のマ
ップを選択する（ステップＳ４）。

【００２９】次に、選択されたマップに基づいて、現在
の車速データＶn から変速シフト位置を求め、変速を実
施する車速かどうかを判断し（ステップＳ６）、変速実
施車速であればアクチュエータを駆動して変速機構をシ
フトさせる（ステップＳ７）。

【００３０】上記実施例は、補助動力制御用の車速セン
サからの車速データに基づいて変速制御を行っていた
が、この車速センサとは別に変速制御用の車速を検出す
るための車速検出手段を設けてもよい。このような車速
検出手段として、磁石とその磁束を検出するセンサとか
らなる車速センサユニットを設けることができる。この
場合には、例えば後輪１７に磁石およびその磁束検出器
からなる変速制御のための車速検出用センサユニット等
が装着される。磁石は後輪１７のスポーク（図示しな
い）に設けそのセンサをフレーム（シートステーまたは
チェーンステー）に設けてもよい。図１の例ではチェー
ンステー３８にこの車速検出用の磁気センサ５０が設け
られている。あるいは、磁石を前輪６のスポークに設け
そのセンサをフロントフォーク５に設けてもよい。

【００３１】このような磁石を用いて車速を検出する自
動変速機のブロック図を図４に示す。後輪１７の例えば
スポークに磁石３５が取付けられ、この磁石３５を例え
ばシートステー等のフレームに固定したセンサ３６で検
出することにより車速に応じたパルス信号が得られる。
このパルス信号から車速が演算により求められ、さらに
車速から前述のように加速状態が判別できる。この場
合、補助動力制御用のコントローラ１３とは別に変速制
御用の専用のコントローラ５１を備えてもよい。その他
の構成および作用は図２の例と同様である。

【００３２】なお、上記各実施例において、加速状態を
判別するために車速データに基づいて加速度を演算した
が、このような車速からの演算に代えて、加速度計等に
より直接加速度を検出し、加速状態を判別してもよい。

【００３３】図５は、磁石を用いて車速を検出して変速
制御を行う場合の説明図である。（Ａ）のフローチャー
トにおいて、この例では、車輪に取付けた磁石がセンサ
を通過する時間を検出してこれをメモリに格納してお
く。（Ａ）に示すように、前回磁石がセンサを通過した
時間をメモリから読み出し（ステップＳ１０）、今回の
磁石の通過時間を読み出し（ステップＳ１１）、これら
の時間差から車速Ｖが求められこの車速Ｖの範囲が定ま
る（ステップＳ１２）。一方、前回と今回の磁石通過時
間の時間差の微分を演算することにより、加速度αが求
まる（ステップＳ１３）。これにより、加速度の大きさ
に応じてマップが選択される。図の例では加速度を４段
階に分けてそれぞれのマップＡ〜Ｄを対応させて作成し
ておく。演算された加速度αに応じてマップを選択し、
さらにそのマップを用いて速度Ｖに応じて変速シフト位
置を求め、シフト動作すべき変速車速かどうかを判断す
る（ステップＳ１４）。この後、シフトすべき車速であ
ればアクチュエータを駆動して変速機構を動作させ演算
した変速位置にシフトさせる。

【００３４】（Ｂ）はマップの例であり、前述の加速度
αに応じた４種類のマップＡ〜Ｄのそれぞれについて、
４段階の変速ギヤのシフト位置（LOW,2nd,3rd,TOP）の
切換え速度が設定されている。前述のステップＳ１３で
加速度αを求めてマップを選択し、加速度αに応じて選
択したマップを用いて、ステップＳ１２で演算した車速
Ｖに応じてシフト切換え位置かどうかが判断される（ス
テップＳ１４）。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、車速
だけでなく増速や減速等の加速状態を判定してこの加速
状態に対応して変速シフトさせるため、同じ速度であっ
ても、例えば登坂時の減速状態と同じ登坂時で速度を高
める増速状態とでシフト位置を異ならせたり、あるいは
一般の平坦路走行での増速、減速によってシフト位置を
異ならせて運転状態に対応して常に最適な変速ギヤで走
行することができ、運転感覚を高め良好な乗り心地を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用される動力補助自転車の側面
図。

【図２】 本発明の自動変速機付き動力補助自転車のブ
ロック図。

【図３】 図２のブロック図のフローチャート。

【図４】 本発明の自動変速機付き動力補助自転車の別
の例のブロック図。

【図５】 本発明の自動変速制御の別の例の説明図。

【符号の説明】

１：動力補助自転車、２：ハンドル、３：ステアリング
軸、４：ヘッドパイプ、５：フロントフォーク、１１：
パワーユニット、１２：ペダルクランク軸、１３：コン
トローラ、１４：バッテリ、１７：後輪、１８：ハブ、
２６：マップ、２７：演算回路、３２：変速機構、３
４：アクチュエータ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】踏力および車速に応じて補助動力を制御す
   る補助動力制御用コントローラと、 駆動輪に装着された変速機構とを有する動力補助自転車
   において、 加速状態および車速に応じて前記変速機構を制御する演
   算回路を有することを特徴とする自動変速機付き動力補
   助自転車。
2. 【請求項２】前記演算回路は前記補助動力制御用コント
   ローラ内に設けられ、前記補助動力を制御するための車
   速のデータを所定のタイミングで取込んでこの車速デー
   タから加速状態を判別することを特徴とする請求項１に
   記載の自動変速機付き動力補助自転車。
3. 【請求項３】前記演算回路は、車輪に取付けた車速検出
   用部材の通過周期から計算した車速に基づいて加速状態
   を判別することを特徴とする請求項１に記載の自動変速
   機付き動力補助自転車。
4. 【請求項４】前記演算回路は、前記補助動力制御用コン
   トローラ内に設けられたことを特徴とする請求項３に記
   載の自動変速機付き動力補助自転車。
5. 【請求項５】前記補助動力制御用コントローラとは別に
   前記演算回路を組込んだ変速制御用コントローラを備え
   たことを特徴とする請求項３に記載の自動変速機付き動
   力補助自転車。