特許 5970480 電気的ペダル補助自転車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5970480

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】電気的ペダル補助自転車

(51)【国際特許分類】

   B62M 6/45 20100101AFI20160804BHJP

   B62M 6/50 20100101ALI20160804BHJP

   B62M 6/65 20100101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   B62M6/45

   B62M6/50

   B62M6/65

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-552312(P2013-552312)

(86)(22)【出願日】2012年2月2日

(65)【公表番号】特表2014-504575(P2014-504575A)

(43)【公表日】2014年2月24日

(86)【国際出願番号】IB2012050492

(87)【国際公開番号】WO2012104810

(87)【国際公開日】20120809

【審査請求日】2015年1月22日

(31)【優先権主張番号】MI2011A000150

(32)【優先日】2011年2月3日

(33)【優先権主張国】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】501193001

【氏名又は名称】ポリテクニコ ディ ミラノ

【氏名又は名称原語表記】ＰＯＬＩＴＥＣＮＩＣＯ ＤＩ ＭＩＬＡＮＯ

(73)【特許権者】

【識別番号】513193761

【氏名又は名称】セムス エス．アール．エル．

(73)【特許権者】

【識別番号】513193772

【氏名又は名称】エフエヌエム エス．ピー．エー．

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(72)【発明者】

【氏名】スペルタ，クリスターノ

(72)【発明者】

【氏名】アリ，ジョバンニ

(72)【発明者】

【氏名】スパニョール，ピエルフランチェスコ

(72)【発明者】

【氏名】サバレシ，セルジオ マッテオ

(72)【発明者】

【氏名】バンズッリ，マッシーモ

(72)【発明者】

【氏名】ビエスズ，ジュゼッペ

【審査官】 岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２５５０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６７７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３０５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４５１６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｍ ６／００−６／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

再充電可能電池（６）によって電気的に補助される自転車（１）の電気装置を駆動するための電子システム（５０）であって、前記電気装置は、前記電池から電力供給される電動機として、または前記電池を充電する発電機として動作するように構成されており、
前記システムは、
−前記自転車のペダルアームの角速度（Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}）および前記ペダルアームのトルク（Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}）を測定するように構成された測定モジュール（８）と、
−前記電動機の角速度（Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}）を測定するように構成されたセンサーと、
−前記電池の充電状態を検出するように構成された回路（２３）と、
−プロセッサ（２０）であって、
●前記電動機の角速度の関数として自転車速度を計算するステップ、
●前記ペダルアームの測定されたトルクおよび前記ペダルアームの測定された角速度の関数として人力（Ｐ_ｕｍ）を計算するステップ、
●前記自転車の乗り手が前記電動機の角速度の関数として、かつ前記自転車速度の関数としてペダルをこぐ時に、前記乗り手および前記自転車により生じる摩擦力を表す前記自転車の摩擦力（Ｐ_ａｔｔｒ）を推定するステップであって、前記摩擦力（Ｐ_ａｔｔｒ）は、式Ｐ_ａｔｔｒ＝ｖ×Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）で計算され、式中、ｖは前記自転車の速度であり、Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）は、速度ｖの関数として前記自転車の摩擦値を示す、前記自転車のコーストダウン関数である、ステップ、
●計算された人力と推定された自転車摩擦力を比較して前記電池の充電状態をチェックするステップ（１０１）、
●前記計算された人力が前記推定された自転車摩擦力より大きいか、または等しいことを検出した場合、かつ前記電池の充電状態が第一の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}）より大きいか、または等しいことを検出した場合に、電動機として前記電気装置を動作し、かつ電動機として動作する前記電気装置を駆動するための、前記電池から供給される駆動電流値（ΔＩ_ｍｏｔ）を生成するステップ（１０３）であって、前記駆動電流値（ΔＩ_ｍｏｔ）は、前記人力（Ｐ_ｕｍ）と前記摩擦力（Ｐ_ａｔｔｒ）との差の関数として、かつ前記電池の充電状態の関数として計算される、ステップ（１０３）、ならびに
●前記計算された人力が前記推定された自転車摩擦力より小さいことを検出した場合に、発電機として前記電気装置を動作し、かつ前記人力の少なくとも一部を発電機として動作する前記電気装置によって電力に変換し、前記人力の少なくとも一部から変換された前記電力から発電機として動作する前記電気装置から前記電池を充電するための別の駆動電流値（Ｉ_ｃｈｇ）を生成するステップ（１０５）、
を実行するように構成される、プロセッサ（２０）と、
を備える、電子システム。

【請求項2】

前記自転車が走行中の道路の傾斜角を測定するように構成されたセンサー（９）をさらに備え、前記計算された人力が前記推定された自転車摩擦力より大きいか、または等しいことを検出した場合について、前記プロセッサ（２０）は、
●前記道路の推定傾斜角がゼロより大きいか、または等しい場合、電動機として動作する前記電気装置を駆動するための駆動電流値（ΔＩ_ｍｏｔ）を生成するステップ（１５３）、および
●前記道路の推定傾斜角がゼロより小さい場合、発電機として動作する前記電気装置から前記電池を充電するための別の駆動電流値（Ｉ_ｃｈｇ）を生成するステップ（１５４）、
を実行するようにさらに構成される、請求項１に記載の電子システム。

【請求項3】

前記駆動電流値（ΔＩ_ｍｏｔ）の生成は、前記第一の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}）および前記第一の閾値より大きい第二の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}）の間に含まれる範囲で前記電池の充電状態の値に正比例する（β）、請求項１または２に記載の電子システム。

【請求項4】

前記プロセッサは、前記電池充電状態が前記第二の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}）より小さいことを検出した場合、前記電池を充電するための別の駆動電流値（Ｉ_ｃｈｇ）を生成するようにさらに構成される、請求項３に記載の電子システム。

【請求項5】

前記別の駆動電流値（Ｉ_ｃｈｇ）の生成は、前記自転車速度に正比例する（Ｉ_ｃｈｇ２）か、または速度閾値（ｖ_ｔｈ）より大きい前記自転車速度の値に対して一定である（Ｉ_ｃｈｇ１）、請求項４に記載の電子システム。

【請求項6】

電気的に補助される自転車であって、
−再充電可能電池（６）と、
−前記電池から電力供給される電動機として、または前記電池を充電する発電機として動作するように構成された電気装置と、
−請求項１から５までの少なくとも１項に記載の電子システム（５０）と、
を備える、自転車。

【請求項7】

再充電可能電池（６）によって電気的に補助される自転車（１）の電気装置を駆動する方法（１００）であって、前記方法は、
ａ）前記自転車のペダルアームのトルク（Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}）および前記ペダルアームの角速度（Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}）の関数として人力（Ｐ_ｕｍ）を計算するステップと、
ｂ）前記自転車の乗り手が、前記電動機の角速度（Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}）の関数として、かつ自転車速度の関数としてペダルをこぐ時に、前記乗り手および前記自転車により生じる摩擦力を表す前記自転車の摩擦力（Ｐ_ａｔｔｒ）を推定するステップであって、前記摩擦力（Ｐ_ａｔｔｒ）は、式Ｐ_ａｔｔｒ＝ｖ×Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）で計算され、式中、ｖは前記自転車の速度であり、Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）は、速度ｖの関数として前記自転車の摩擦値を示す、前記自転車のコーストダウン関数である、ステップと、
ｃ）計算された人力と推定された自転車摩擦力を比較して前記電池の充電状態をチェックするステップ（１０１）と、
ｄ）前記計算された人力が前記推定された自転車摩擦力より大きいか、または等しいことを検出した場合、かつ前記電池充電状態が第一の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}）より大きいか、または等しいことを検出した場合に、電動機として前記電気装置を動作し、かつ前記電池から電力供給される電動機として動作する前記電気装置を駆動するための駆動電流値（ΔＩ_ｍｏｔ）を生成するステップ（１０３）であって、前記駆動電流値（ΔＩ_ｍｏｔ）は、前記人力（Ｐ_ｕｍ）と前記摩擦力（Ｐ_ａｔｔｒ）との差の関数として、かつ前記電池の充電状態の関数として計算される、ステップ（１０３）と、
ｅ）前記計算された人力が前記推定された自転車摩擦力より小さいことを検出した場合、発電機として前記電気装置を動作し、かつ前記人力の少なくとも一部を、発電機として動作する前記電気装置によって電力に変換し、前記人力の少なくとも一部から変換された前記電力から、発電機として動作する前記電気装置から前記電池を充電するための別の駆動電流値（Ｉ_ｃｈｇ）を生成するステップ（１０５）と、
を含む、方法。

【請求項8】

ステップｄ）は、前記計算された人力が前記推定された自転車摩擦力より大きいか、または等しいという前記検出の後に、
ｄ１）前記自転車が走行中の道路の傾斜角を測定するステップ（１０２）と、
ｄ２．１）前記道路の推定傾斜角がゼロより大きいか、または等しい場合、前記電池の充電状態をチェックして、前記ステップｄ）を実行するステップと、
ｄ２．２）前記道路の推定傾斜角がゼロより小さい場合、発電機として動作する前記電気装置から前記電池を充電するための別の駆動電流値（Ｉ_ｃｈｇ）を生成するステップ（１５４）と、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

ステップｅ）またはｄ２．２）は、前記電池充電状態が第二の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}）より小さく第一の閾値より大きい（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}）ことを検出した場合について、前記電池を充電するための別の駆動電流値（Ｉ_ｃｈｇ）の生成を含み、
ステップｄ）において、前記駆動電流値（ΔＩ_ｍｏｔ）の生成は、前記第一の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}）および前記第二の閾値（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}）の間に含まれる範囲で前記電池の充電状態の値に正比例する（β）、請求項７または８に記載の方法。

【請求項10】

コンピュータ上で実行される時に、請求項７から９までの少なくとも１項に記載の方法のすべてのステップを実行するように適合されたソフトウェアコードを含む、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概括的には電気自転車の分野に関する。より具体的には、本発明は、再充電可能電池によって電気的ペダル補助自転車に関する。

【背景技術】

【0002】

電池を使用する電気的ペダル補助自転車は既知であり、たとえば、欧州特許ＥＰ１６１２０８４号、ＥＰ１８８６９１３号などがその例である。この種の自転車には、長時間利用する場合に使用電池が放電し、電力網によって電池を再充電することが必要とされるため、航続距離が制限されるという不利点がある。

【0003】

欧州特許第１２３６６４０−Ｂ１号は、公開番号第２００２／２５５０８０号、公開日２００２年９月１１日、出願番号第２００１／０５５４００号、出願日２００１年２月２８日の日本特許出願の優先権を主張し、公開番号第２００２／２５５０８０１号、公開日２００２年９月１１日、出願番号第２００１／０５５４０１号、出願日２００１年２月２８日の日本特許出願の優先権を主張しており、したがって、ＥＰ１２３６６４０−Ｂ１号は上記２件の日本特許出願の主題を包含する。

【0004】

ＥＰ１２３６６４０−Ｂ１号は、最初のこぎ出しもしくは上り坂の始動時または加速時における電動機補助自転車用の制御ユニットを開示している。ＥＰ１２３６６４０−Ｂ１号は、電池１７の充電状態を監視することを開示していない。

【0005】

１９９７年７月１０日公開のドイツ特許出願ＤＥ１９６００２４３−Ａ１号は、補助駆動装置を有する自転車の電気的負荷に対する電力を計測するための制御回路を開示している。ＤＥ１９６００２４３−Ａ１号は、電池１２の充電時（図４参照：電池１２の充電状態が最大電力に対する比率として示される）および電動機１１が電力を発生している時（図５参照：同じく電池１２の充電状態が最大電力に対する比率として示される）に電池１２の充電状態を監視することを開示している（図１の信号発生器２２を参照）。ＤＥ１９６００２４３−Ａ１号はさらに、制動時または自転車１が坂を下っている時に電池１２が充電されることを開示している（図２のフローチャートを参照）。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、電気的補助自転車の電気装置を駆動するための電子システムに関し、その電子システムを添付の請求項１に規定するとともに好適な実施形態を従属請求項２〜５に記載する。

【0007】

当出願人の認識によれば、本発明による電子システムは、とくに快適である（すなわち乗員が楽に走行できる）乗員の走行状態を得ることを可能にし、それを完全に自動的な方法（すなわち乗員による手動制御をまったく必要とせず、したがって電動機のオン／オフボタンが不要）で実現するものである。本システムは、自転車の長時間の利用時にも電池の十分な充電状態を維持することができるため、自転車の航続距離が（おそらくは電力網によって電池を充電する必要なしに）増加する。

【0008】

添付の請求項６に規定された電気的ペダル補助自転車も本発明の目的である。

【0009】

添付の請求項７に規定された電気的ペダル補助自転車の電気装置を駆動する方法および従属請求項８および９に記載されたその方法の好適な実施形態も本発明の目的である。

【0010】

添付の請求項１０に規定されたコンピュータ用プログラムも本発明の目的である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

好適な実施形態とその変形に関する以下の説明は、添付の図面に基づく例示のみを目的としたものであり、これにより本発明のさらなる特徴および利点が明らかになる。

【図1】本発明の１つの実施形態による電気的ペダル補助自転車を模式的に示す図である。

【図2】本発明の１つの実施形態による電気的ペダル補助自転車の電気装置を駆動するための電子システムを模式的に示す図である。

【図3】本発明の実施形態による電子的駆動システムで使用される制御モジュールをより詳しく示す図である。

【図4a】本発明の第一の実施形態による電気的ペダル補助自転車の電気装置を駆動する方法のフローチャートを模式的に示す図である。

【図4b】本発明の第二の実施形態による電気的ペダル補助自転車の電気装置を駆動する方法のフローチャートを模式的に示す図である。

【図5】電池の充電状態の変化に伴う関数βの想定しうる傾向を模式的に示す図である。

【図6】充電電流関数の想定しうる傾向を模式的に示す図である。

【図7】本発明による駆動システムの動力信号の第一の想定しうる傾向を模式的に示す図である。

【図8】本発明による駆動システムの動力信号の第二の想定しうる傾向を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に参照する図１は、本発明の１つの実施形態による電気的補助自転車を模式的に示したものである。

【0013】

自転車１は、電池６、制御モジュール７、ペダルアームの角速度およびペダルアームのトルクを測定するための測定モジュール８、電動機ハウジング５を備える。好ましくは、自転車１は、走行中の道路の傾斜角を測定するための傾斜角センサー（図１に図示せず）を備える。たとえば、この傾斜角センサーは、ペダルアームアセンブリ内に配置される。

【0014】

電池６および制御モジュール７は、たとえば、自転車フレームの前方部をペダルアームアセンブリ支持部に接合する部分に配置される。

【0015】

測定モジュール８は、図１に模式的に示したペダルアームアセンブリ内に配置される。

【0016】

電動機ハウジング５は、たとえば、図１に示すように前輪内に取り付けられるか、あるいは後輪内に取り付けられる。電動機ハウジング５は以下を備える。
−前輪に機械的に結合する電気装置
−電動機の角速度ω_ｍｏｔ（たとえば毎分の回転数）を測定するための電動機センサー

【0017】

たとえば、電動機ハウジング５が後輪内に取り付けられる場合、電気装置は前輪のハブに結合される。代替的に、電気装置は他の種類の支持部に取り付けられ、自転車は電動機から前輪または後輪に機械的動力を伝える伝達部材を備える。

【0018】

電動機ハウジング５に取り付けられる電気装置という用語は、本記述において、第一および第二の動作モードを有するような電気装置を意味する。第一の動作モードにおいて、電気装置は、電池６によって電力供給される電動機として動作し、電池６によって供給される電力を機械的動力に変換して電動機を回転させることにより、自転車１の走行に寄与する。第二の動作モードにおいて、電気装置は、電池６を充電するための発電機として動作する。

【0019】

電動機センサーは、たとえば、電動機の相対位置に関する情報を供給する一体型ホールセンサーを備え、その情報から電動機の相対位置を導出することによって電動機の速度が得られる。

【0020】

制御モジュール７は、電気装置および電池６を制御するための機能を有し、これにより、電気装置は第一のモードで電動機として動作するか、または第二のモードで発電機として動作する。

【0021】

次に参照する図２は、自転車１の電気装置を駆動するための電子システム５０を示す。

【0022】

電子システム５０は以下を備える。
−自転車１のペダルアームの角速度ω_ｍｏｔおよび自転車１のペダルアーム上の乗員が発生するトルクΤ_ｐｅｄの測定機能を有する測定モジュール８
−電動機の角速度ω_ｍｏｔを測定する電動機センサー（簡明のため図２には示していないが、電動機センサーは電動機ハウジング５に収納されている）
−制御モジュール７

【0023】

具体的には、測定モジュール８は、自転車１のペダルアームの角速度ω_ｍｏｔを測定するとともに、ペダルアーム速度信号Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}を生成して、自転車１のペダルアームの角速度ω_ｐｅｄの測定結果を示す働きをする。さらに、測定モジュール８は、自転車１のペダルアーム上の乗員が発生するトルクΤ_ｐｅｄを測定するとともに、自転車１のペダルアーム上の乗員が発生するトルクΤ_ｐｅｄの測定結果を示すペダルアームトルク信号Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}を生成する。

【0024】

有利点として、測定モジュール８を単一コンポーネントで実装し、ペダルアーム速度信号Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}とペダルアームトルク信号Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}の両方を出力するようにできる。たとえば、Ａｌｆｒｅｄ Ｔｈｕｎ ＧｍｂＨ（ｗｗｗ．ｔｈｕｎ．ｄｅ）が製造する「センサーＢＢカートリッジＸ−ＣＥＬＬ ＲＴ」を使用することができ、この製品は、下記リンクからダウンロード可能な文書に記載された技術的特徴を有する。
ｗｗｗ．ｔｈｕｎ．ｄｅ／ｔｈｕｎ＿ｅｎｇ／Ｄａｔｅｎｂｌａｔｔ％２０Ｘ−ＣＥＬＬ＿ＧＢ．ｐｄｆ

【0025】

電動機センサーは、電動機の角速度ω_ｍｏｔを測定するとともに、電動機の角速度ω_ｍｏｔの測定結果を示す電動機速度信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}を生成する。

【0026】

電気装置が電動機として動作する時、制御モジュール７は、入力側でペダルアーム速度信号Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}およびペダルアームトルク信号Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}を受け取り、入力側で電動機速度信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}を受け取り、同じく電池６に関連した１つ以上の電気的値を示す電池信号Ｓ_ｂａｔを電池６から受け取り、同じく電池６の出力電流を運ぶ充電／放電電流信号Ｉ_ｃｓを電池６から受け取るとともに、電動機として動作する電気装置に供給するために充電／放電電流Ｉ_ｃｓを運ぶ電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔを生成する。これらの働きについては、後述の該当箇所でより詳しく説明する。

【0027】

さらに、電気装置が発電機として動作する時、制御モジュール７は、入力側でペダルアーム速度測定信号Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}およびペダルアームトルク測定信号Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}を受け取り、同じく電動機速度測定信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}を受け取り、同じく電池信号Ｓ_ｂａｔを電池６から受け取り、同じく発電機の出力電流を運ぶ電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔを電動機ハウジング５から受け取るとともに、電池６を再充電するために電動機電流Ｉ_ｍｏｔを運ぶ充電／放電電流信号Ｉ_ｃｓを生成する。これらの働きについては、後述の該当箇所でより詳しく説明する。

【0028】

好ましくは、電子システム５０は、自転車が走行している道路の勾配θ_ｓｔｒを測定するための傾斜角センサー９をさらに備える。傾斜角センサー９は、自転車が走行中の道路勾配θ_ｓｔｒを測定するとともに、自転車が走行中の道路勾配θ_ｓｔｒの測定結果を示す勾配信号Ｓ_{θ＿ｓｔｒ}を生成する。この場合、制御モジュール７は、電気装置が電動機として動作する時に勾配信号Ｓ_{θ＿ｓｔｒ}の値をさらに考慮に入れることにより、電動機に供給するための電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔを生成する。これらの働きについては、後述の該当箇所でより詳しく説明する。

【0029】

次に参照する図３は、制御モジュール７をより詳しく示したものである。制御モジュール７は以下を備える。
−プロセッサ２０
−電流管理モジュール２２
−電池６の充電状態を検出する充電状態検出回路２３

【0030】

プロセッサ２０は、自転車１の電動機ハウジング５内の電気装置を駆動するために、図４ａに示す方法１００および図４ｂに示す方法１５０を実行する。この方法は、複数のソフトウェアコード部分を用いて実装されるアルゴリズムによって実行される。たとえば、プロセッサ２０はマイクロコントローラであり、ソフトウェアコードは「ＡＮＳＩ Ｃ」コードを用いて実装される。

【0031】

充電状態検出回路２３は、電池信号Ｓ_ｂａｔを受け取るとともに、その値の関数として、電池６の充電状態を示す充電状態信号Ｓ_ｓｄｃを計算する。たとえば、電池６は複数のセルから構成され、電池信号Ｓ_ｂａｔはそれらのセルの電圧の値であり、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃは電池６の充電状態を示す比率で表現される値である（例：１００％＝電池６が完全に充電された状態、５０％＝電池６が半分充電された状態）。

【0032】

プロセッサ２０は、入力側でペダルアーム速度信号Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}、ペダルアームトルク信号Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}、電動機速度信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}、および充電状態信号Ｓ_ｓｄｃを受け取るとともに、入力側で受け取った信号値の関数として、電動機としての第一の動作モードを示す第一の論理値（たとえば低論理値）および発電機としての第二の動作モードを示す第二の論理値（たとえば高論理値）を有する選択信号Ｓ_ｓｅｌを生成する。さらに、プロセッサ２０は、電池６を充電するための充電／放電電流信号Ｉ_ｃｓの値または電動機を駆動するための電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値を運ぶ処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂを生成する。

【0033】

電流管理モジュール２２は、電池６と電気装置の間の電流の方向を制御する機能を有する。具体的には、電流管理モジュール２２は、プロセッサ２０から処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂおよび選択信号Ｓ_ｓｅｌを受け取る。選択信号Ｓ_ｓｅｌが電動機としての第一の動作モードを示す第一の論理値を有する時、電流管理モジュール２２は、電池６から充電／放電電流Ｉ_ｃｓ信号を受け取り、その充電／放電電流信号Ｉ_ｃｓに等しく、処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂの値に応じた値を有する電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔを送出する。選択信号Ｓ_ｓｅｌが発電機としての第二の動作モードを示す第二の論理値を有する時、電流管理モジュール２２は、発電機から電動機電流Ｉ_ｍｏｔ信号を受け取り、その電動機電流Ｉ_ｍｏｔ信号に等しく、処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂの値に応じた値を有する充電／放電電流Ｉ_ｃｓ信号を送出する。

【0034】

本発明を説明するために、プロセッサ２０から電流管理モジュール２２に情報を運ぶ２つの信号（Ｓ_ｓｅｌ、Ｓ_ｅｌａｂ）について検討してきたが、これは非限定的な例として他の方法によっても実装可能な機能説明を意図したものであることに注意されたい。たとえば、プロセッサ２０を電流管理モジュール２２に接続するバスを使用することが可能である。この場合、プロセッサ２０は、たとえばＣＡＮ型（コントローラエリアネットワーク）であるバス上の通信プロトコルによって電流管理モジュール２２と情報を交換する。

【0035】

次に参照する図４ａは、本発明の第一の実施形態による電気的補助自転車１の電気装置を駆動する方法１００のフローチャートを模式的に示したものである。

【0036】

この方法１００は、ステップ１０１、１０３、１０５を含む。

【0037】

ステップ１０１において、人力Ｐ_ｕｍと摩擦力Ｐ_ａｔｔｒの比較が行われる。人力が摩擦力より大きいか、または等しい場合にはステップ１０３が実行され、他の場合にはステップ１０５が実行される。

【0038】

人力Ｐ_ｕｍという用語は、自転車１のペダルアーム上の乗員がペダルをこいでいる時に発生する動力を意味する。言い換えれば、これは乗員が足でペダルアームを押している時に費やすエネルギーの大きさである。たとえば、人力Ｐ_ｕｍは次式（１）で計算される。
Ｐ_ｕｍ＝Τ_ｐｅｄ×ω_ｐｅｄ （１）

【0039】

ここで、Τ_ｐｅｄは自転車１のペダルアーム上の乗員が発生するトルクであり、かつω_ｐｅｄは自転車１のペダルアームの角速度である。

【0040】

摩擦力Ｐ_ａｔｔｒという用語は、たとえば、乗員と空気の摩擦、自転車１と空気の摩擦、自転車１のホイールと地面の摩擦、ペダルの動きを後輪に伝達する自転車のギアの摩擦など、ペダルをこいでいる時に乗員および自転車によって生じる摩擦のために無駄に消費される動力の推定値を意味する。たとえば、摩擦力Ｐ_ａｔｔｒは次式（２）で計算される。
Ｐ_ａｔｔｒ＝Ｒ_ｒｔ×Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）×ω_ｒｔ （２）

【0041】

ここで、Ｒ_ｒｔは自転車１の前輪半径であり、ω_ｒｔは自転車１の前輪の角速度であり、ｖは自転車１の速度（たとえば式ｖ＝ω_ｒｔ×Ｒ_ｒｔで計算される）であり、Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）（「コーストダウン」関数として知られている）は自転車１の速度の関数としての自転車の摩擦値を示し、たとえば、停止するまでペダルをこがない自転車の下り坂試験によって実験的に求められる。たとえば、関数Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）は、Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）＝Ｆ_０＋ａ×ｖ^２という種類の放物線形状を有する（Ｆ_０およびａは所定の値）。

【0042】

本発明を説明するために、ω_ｍｏｔ＝ω_ｒｔと単純化していることに注意されたい。すなわち、自転車１の前輪の角速度ω_ｒｔが前輪の電動機ハウジング５内に取り付けられた電動機の角速度ω_ｍｏｔに等しい（たとえば、電動機の角速度と前輪の角速度の比率を低下させるギアが存在しない）と仮定している。

【0043】

さらに、図示した実施形態では、電動機ハウジング５が前輪に取り付けられていると仮定しているが、電動機ハウジング５が後輪内に取り付けられている場合にも同様の考察が可能であることに注意されたい。この場合、ω_ｒｔは後輪の角速度であり、ω_ｍｏｔは後輪の電動機ハウジング内に取り付けられた電動機の角速度になる。

【0044】

ステップ１０３では、電池６によって電力供給される電動機としての電気装置を駆動するための電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値について、時間ｔから時間（ｔ−１）までの変化量ΔＩ_ｍｏｔが計算される。すなわち、Ｉ_ｍｏｔ（ｔ）＝Ｉ_ｍｏｔ（ｔ−１）＋ΔＩ_ｍｏｔ（ｔ）となる。たとえば、時間ｔと（ｔ−１）の間隔は２０μｓよりも小さく、少なくとも５０Ｈｚの計算頻度に対応する。

【0045】

本記述において、ΔＩ_ｍｏｔ＞０は、電気装置が電動機として動作し、したがって電動機電流が電池６から電動機に向かって流れ、電池から電動機に電流が供給されることを示すものとする。このとき、電気エネルギーが自転車１の前輪を回転させるための機械的エネルギーに変換される。

【0046】

電動機電流信号ΔＩ_ｍｏｔの値の変化量ΔＩ_ｍｏｔは、人力Ｐ_ｕｍと摩擦力Ｐ_ａｔｔｒの差ΔＰの関数として、かつ充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値の関数として計算される。

【0047】

たとえば、電動機電流信号の値の変化量ΔＩ_ｍｏｔは次式（３）で計算される。
ΔＩ_ｍｏｔ＝β（Ｓ_ｓｄｃ）×［ΔＰ／（ｋ_Ｔ×ω_ｒｔ）］ （３）
上式において、
−ｋ_Ｔは電動機の電気定数
−ΔＰ＝Ｐ_ｕｍ−Ｐ_ａｔｔｒ （４）
ただし、
●Ｐ_ｕｍ＝τ_ｐｅｄ×ω_ｐｅｄ （５）
●Ｐ_ａｔｔｒ＝Ｒ_ｒｔ×Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）×ω_ｒｔ （６）
−β（Ｓ_ｓｄｃ）は、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの関数であり、電池６の充電状態に依存する。

【0048】

具体的には、関数β（Ｓ_ｓｄｃ）は、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃに正比例する。たとえば、関数β（Ｓ_ｓｄｃ）は、値０から値１に大きく増加する傾向を有し、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃが最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}（ゼロより大きい）の時に値０を取り、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃが最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}より大きい）の時に値１を取る。最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}および最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}は、あらかじめ規定されるか、または乗員によって変更可能であり、たとえば、Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}＝０．１およびＳ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}＝０．６になる。

【0049】

好ましくは、関数β（Ｓ_ｓｄｃ）は図５に示す傾向を有し、その傾向はＳ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}とＳ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}からなる範囲において実質的に線形に増加している。

【0050】

ステップ１０５では、電池６を充電する発電機としての電気装置の動作に関する電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値が計算される。本記述において、Ｉ_ｍｏｔ＜０は、電気装置が発電機として動作し、したがって電流Ｉ_ｍｏｔが発電機から電池６に向かって流れ、発電機が自転車１の前輪の機械的動力を電力に変換するとともに、再充電される電池６に向かう電流を発生させることを示すものとする。これにより、電池６において電力が化学エネルギーに変換されて電池６内に保存される。

【0051】

ステップ１０５における電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値は、自転車１の速度ｖの関数として、かつ充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値の関数として計算される。

【0052】

たとえば、電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値は次式で計算される。
Ｉ_ｍｏｔ＝［１−β（Ｓ_ｓｄｃ）］×Ｉ_ｃｈｇ（ｖ） （７）
ここで、β（Ｓ_ｓｄｃ）は先に定義した関数であり、ｖは自転車１の速度（たとえば式ｖ＝ω_ｒｔ×Ｒ_ｒｔによって計算される）であり、Ｉ_ｃｈｇ（ｖ）は自転車１の速度ｖに依存する充電電流関数である。

【0053】

たとえば、充電電流関数Ｉ_ｃｈｇ（ｖ）について、図６に示すＩ_ｃｈｇ１（破線）またはＩ_ｃｈｇ２（実線）の傾向がありえる。具体的には、充電電流関数Ｉ_ｃｈｇ１は、０から速度閾値ｖ_ｔｈ（たとえば６ｋｍ／ｈに等しい）までの範囲における自転車１の速度値として実質的にゼロの値を有し、速度閾値ｖ_ｔｈより大きい自転車１の速度値として実質的に一定な（たとえば３アンペアに等しい）値Ｉ１_ｃｈｇ１を有する。このようにして、発電機として動作する電気装置によって発生される電流は自転車の速度ｖに依存しない。充電電流関数Ｉ_ｃｈｇ２は、自転車１の速度ｖに正比例する。たとえば、充電電流関数Ｉ_ｃｈｇ２は、０に等しい速度に相当する値０を起点として実質的に線形に増加する傾向を有する。このようにして、発電機として動作する電気装置によって発生される電力が実質的に一定になる。

【0054】

次に参照する図４ｂは、本発明の第二の実施形態による電気的補助自転車１の電気装置を駆動する方法１５０のフローチャートを模式的に示したものである。図４ｂにおいて、図４ａと同一のステップおよび記号は同じ参照番号で示されていることに注意されたい。

【0055】

方法１５０は、ステップ１０１、１０２、１５３、１５４、１０５を含む。

【0056】

ステップ１０１では、人力Ｐ_ｕｍと摩擦力Ｐ_ａｔｔｒの比較が行われる。人力が摩擦力より大きいか、または等しい場合にはステップ１０２が実行され、他の場合にはステップ１０５が実行される。

【0057】

ステップ１０２では、自転車１が走行している道路の勾配θ_ｓｔｒ（言い換えれば地面の勾配）が評価される。道路勾配θ_ｓｔｒがゼロより大きい（すなわち、乗員が上り坂を走行している）か、またはゼロに等しい（すなわち、乗員が平坦な道路を走行している）時は、ステップ１５３が実行される。道路勾配θ_ｓｔｒがゼロより小さい（すなわち、乗員が下り坂を走行している）場合には、ステップ１５４が実行される。

【0058】

ステップ１５３は、第一の実施形態による方法１００のステップ１０３と同様であるが、異なる点として、ステップ１５３では、電池６によって電力供給される電動機としての電気装置を駆動するための電動機電流信号の値の変化量ΔＩ_ｍｏｔ’も、勾配動力Ｐ_ｐｅｎｄの関数として、かつ勾配動力の時間変化量ｄＰ_ｐｅｎｄ／ｄｔの関数として計算される。勾配動力という用語は、勾配に関連した動力、すなわち重力が車両に伝達する動力を意味し、次式で計算される。
Ｐ_ｐｅｎｄ＝ｍ×ｇ×ｓｅｎ（θ_ｓｔｒ）×Ｒ_ｒｔ×ω_ｒｔ （８）
ここで、ｍは自転車の質量と乗員の平均質量（たとえば乗員の平均質量は７０ｋｇに等しいと推定される）の和であり、ｇは重力加速度（９．８１ｍ／ｓ^２）、θ_ｓｔｒは自転車が走行中の道路の勾配（すなわち道路と地平線のなす角度）である。

【0059】

したがって、電動機電流信号の値の変化量ΔＩ_ｍｏｔ’は、人力Ｐ_ｕｍと摩擦力Ｐ_ａｔｔｒおよび勾配動力Ｐ_ｐｅｎｄの差ΔＰ’の関数として、勾配動力の時間変化量ｄＰ_ｐｅｎｄ／ｄｔの関数として、かつ充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値の関数として計算される。

【0060】

たとえば、電動機電流信号の値の変化量ΔＩ_ｍｏｔ’は次式（９）で計算される。
ΔＩ_ｍｏｔ’＝β（Ｓ_ｓｄｃ）×［ΔＰ’／（ｋ_Ｔ×ω_ｒｔ）＋α×（ｄＰ_ｐｅｎｄ／ｄｔ）］ （９）
ここで、
−勾配動力Ｐ_ｐｅｎｄは式（８）で計算された値である。
−ｋ_Ｔは電動機の電気定数である。
−αは所定の定数であり、上りの開始段階で乗員に与えられる補助の値に依存する。
−ΔＰ’＝Ｐ_ｕｍ−Ｐ_ａｔｔｒ−Ｐ_ｐｅｎｄ
ただし、
●Ｐ_ｕｍは式（１）で定義された値である。
●Ｐ_ａｔｔｒは式（２）で定義された値である。
●Ｐ_ｐｅｎｄは式（８）で定義された値である。
−β（Ｓ_ｓｄｃ）は、本発明の第一の実施形態による方法１００の説明において先に定義した充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの関数である。

【0061】

ステップ１５４では、電池６を充電する発電機としての電気装置の動作に関する電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値が本発明の第一の実施形態による方法１００ステップ１０５と同じ方法で計算される。

【0062】

ステップ１５４における電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値は、自転車１の速度ｖの関数として、かつ充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値の関数として計算される。簡明のため、ステップ１５４における電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔ値はステップ１０５と同様に、すなわち式（７）によって計算されるものと仮定する。

【0063】

次に参照する図７は、駆動システム５０の動力信号の第一の想定しうる傾向を示したものである。具体的には、図７の上側部分は、人力信号Ｐ_ｕｍおよび電動機出力信号Ｐ_ｍｏｔの所要動力信号Ｐ_ｒｅｑの傾向を示し、図７の下側部分は、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの傾向を示す。電動機出力Ｐ_ｍｏｔという用語は、自転車１の電気装置が電動機として動作する時に発生する機械的動力（この場合はＰ_ｍｏｔ＞０と仮定する）および自転車１の電気装置が発電機として動作する時に発生する電力（この場合はＰ_ｍｏｔ＜０と仮定する）を意味する。所要動力Ｐ_ｒｅｑという用語は、自転車１によって道路の特定部分を走破するために乗員にとって必要とされる機械的動力の値を意味し、人力Ｐ_ｕｍと電動機出力Ｐ_ｍｏｔの和として定義される。すなわち、Ｐ_ｒｅｑ＝Ｐ_ｕｍ＋Ｐ_ｍｏｔになる。言い換えれば、人力Ｐ_ｕｍを発生する乗員と電動機出力Ｐ_ｍｏｔを発生する電動機の両方によって自転車１が駆動されるということである。

【0064】

時間ｔ_０からｔ_１までの期間において、乗員は高い疲労感を知覚している。たとえば、乗員は直立の状態で出発したか、または道路の上り坂部分を走行している。この場合、自転車１の電動機ハウジング５に取り付けられた電気装置は電動機として動作するため、乗員が知覚する疲労感を低減することによって自転車１の走行中に乗員を補助する。したがって、この期間には、電池６によって供給される電気エネルギーが電動機を動作させるために使用される。電動機は、その電気エネルギーを、電動機を回転させるための機械的エネルギーに変換し、電動機出力Ｐ_ｍｏｔ＞０を発生して（乗員が発生する人力Ｐ_ｕｍとともに）自転車１の前輪の走行に寄与する。

【0065】

したがって、ｔ_０からｔ_１までの期間において、電気装置なしの人力Ｐ_ｕｍ’（図示せず）、すなわち、自転車１の走行と同じ道路状況で電気的補助のない（電気装置を備えていない）自転車をこいでいる時にペダルアーム上の乗員が発生する動力は、電気装置を伴う人力Ｐ_ｕｍよりも明らかに大きい。図から確認されるように、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃは減少傾向を有する。これは、高い疲労感を知覚している乗員を補助するために電池６が電動機に電力を供給し、放電し続けている状態である。図からさらに確認されるように、時間ｔ_１における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値は、最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}より大きい。

【0066】

時間ｔ_１からｔ_２までの期間において、乗員は低い疲労感を知覚している（たとえば道路の平坦部分を走行中）。この場合、時間ｔ_１における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値は最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}より小さく、電気装置は発電機として動作するため、電池６を充電する電流Ｉ_ｃｓを発生する。これにより、乗員の疲労感がわずかに増加するが、この増加は疲労感が低い動作状態（ｔ_１からｔ_２の期間）で生じるため、乗員がそれを知覚することはない。したがって、この期間には、ペダルアーム上の圧力によって人間が供給する動力Ｐ_ｕｍの一部が電気装置を発電機として動作させるための機械的動力に変換され、その発電機が人間による動力Ｐ_ｕｍの一部を電力に変換し、それによって電池６が充電される。

【0067】

したがって、ｔ_１からｔ_２までの期間には、電気装置なしの人力Ｐ_ｕｍ’（図示せず）は電気装置を伴う人力Ｐ_ｕｍよりもわずかに小さくなる。図から確認されるように、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃは増加傾向を有する。これは、発電機の機械的動力が電力に変換され、続いて電池６に保存するための化学エネルギーに変換されるというプロセスにより、乗員が発生する人力Ｐ_ｕｍの一部が電池６の充電に使用され、電池６が充電されている状態である。図からさらに確認されるように、時間ｔ_２における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値は最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}より小さい。

【0068】

時間ｔ_２からｔ_３までの期間において、自転車１の電気装置は、ｔ_０からｔ_１の期間と同様に電動機として動作し、乗員を補助する。

【0069】

時間ｔ_３からｔ_４までの期間において、自転車１の電気装置は、ｔ_１からｔ_２の期間と同様に発電機として動作し、電池６を充電する電流Ｉ_ｃｓを生成する。図から確認されるように、時間ｔ_４における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃは最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}に達しており、電池６は最大閾値で充電されている。

【0070】

時間ｔ_４からｔ_５までの期間において、乗員は低い疲労感を知覚している（たとえば道路の平坦部分を走行中）。この場合、時間ｔ_４における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値は最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}に等しいため、自転車１の発電機が電流Ｉ_ｃｓをさらに発生することはなく、したがって、すでに最大閾値で充電されている電池６をさらに再充電することはない。

【0071】

図から確認されるように、時間ｔ_０からｔ_５までの期間における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値は、つねに最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}から最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}までの範囲である。このようにして自転車１の航続距離が増加するとともに、有利点として、自転車１の外部電源に接続して電池６を再充電する必要がなくなる（たとえば、電力網を電池６に接続する外部の充電器を使用する必要がない）。

【0072】

次に参照する図８は、駆動システム５０の動力信号の第二の想定しうる傾向を示したものである。図７と同様、図８の上側部分も人力信号Ｐ_ｕｍおよび電動機出力信号Ｐ_ｍｏｔの所要動力信号Ｐ_ｒｅｑの傾向を示し、下側部分は、充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの傾向を示す。

【0073】

時間ｔ_０からｔ_１０までの期間において、乗員は高い疲労感を知覚している。自転車１の電動機ハウジング５内に取り付けられた電気装置は、図７のｔ_０からｔ_１の期間と同様に電動機として動作し、乗員の知覚する疲労感を低減することによって自転車１の走行中に乗員を補助する。

【0074】

時間ｔ_１０からｔ_１１までの期間において、乗員は低い疲労感を知覚している。電気装置は、図７のｔ_１からｔ_２の期間と同様に発電機として動作し、電池６を充電する電流Ｉ_ｃｓを発生する。

【0075】

時間ｔ_１１からｔ_１２までの期間において、自転車１の電気装置は、ｔ_０からｔ_１０の期間と同様に電動機として動作し、自転車１の走行中に乗員を補助する。図から確認されるように、時間ｔ_１２における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃは最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}に達しており、電池６は最小閾値で放電されている。

【0076】

時間ｔ_１２からｔ_１３までの期間において、乗員は高い疲労感を知覚している。この場合、時間ｔ_１２における充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの値は最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}に等しいため、自転車１の電気装置はもはや発電機として動作せず、乗員が高い疲労感を知覚している場合であれ、自転車１の走行中に乗員を補助することはない。これにより、電池６の過放電を防ぎ、自転車１の航続距離を増加させるとともに、有利点として、電池６を自転車１の外部電源に接続して再充電しなければならないほどの過放電が防止される。

【0077】

次に図２、図３、図４ａ、図５、図６および図７を参照し、電子システム５０の動作について説明する。

【0078】

プロセッサ２０は、自転車１の前輪の半径Ｒ_ｒｔの値、自転車１の速度ｖの変化に伴う自転車１の摩擦Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ）の値、電動機の電気定数ｋ_Ｔの値、最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}および最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}を（たとえば接続メモリから）読み出すことができるものと仮定する。たとえば、上記の値は、自転車１の走行が開始される時間ｔ_０よりも前の構成段階で定義される。

【0079】

簡明のため、さらにω_ｒｔ＝ω０_ｍｏｔと仮定する。

【0080】

時間ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５は、プロセッサ２０が方法１００を実行して、電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔおよび充電／放電電流信号Ｉ_ｃｓの値を計算する各時点を表す。各時点の間隔はプロセッサ２０が用いる計算周期（たとえば２０μｓ）と必ずしも一致しない。連続する２つの時点間（たとえばｔ_０とｔ_１の間）で、プロセッサ２０は方法１００を１回または複数回実行することができるが、単純化してこれらの実行を無視する。

【0081】

時間ｔ_０において、自転車１の乗員は直立の状態でペダルをこぎ始めるため、かなり高い疲労感を知覚する。

【0082】

測定モジュール８は、自転車１のペダルアームの角速度の第一の値ω０_ｐｅｄを測定するとともに、自転車１のペダルアーム上の乗員が発生するトルクの第一の値τ０_ｐｅｄを測定する。

【0083】

プロセッサ２０は、プロセッサ２０を実行するコンピュータプログラムおよび複数のソフトウェアコード部分によって方法１００を実行する。たとえば、ソフトウェアコードに使用されるプログラミング言語は「ＡＮＳＩ Ｃ」言語である。

【0084】

具体的には、プロセッサ２０は、ペダルアーム角速度の第一の値ω０_ｐｅｄを有するペダルアーム速度信号Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}を受け取り、発生トルクの第一の値τ０_ｐｅｄを有するペダルアームトルク信号Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}を受け取るとともに、式Ｐ０_ｕｍ＝τ０_ｐｅｄ×ω０_ｐｅｄによって人力の第一の値Ｐ０_ｕｍを計算する。

【0085】

電動機センサーは、電動機角速度の第一の値ω０_ｍｏｔを測定し、プロセッサ２０は、電動機角速度の第一の値ω０_ｍｏｔを有する電動機速度信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}を受け取り、その値から、たとえば式ｖ０＝ω_ｒｔ×Ｒ_ｒｔ＝ω０_ｍｏｔ×Ｒ_ｒｔを用いて自転車１の速度ｖ０を得る。

【0086】

プロセッサ２０は、電動機角速度の第一の値ω０_ｍｏｔを有する電動機速度信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}を受け取り、半径Ｒ_ｒｔの値および自転車速度ｖ０の関数である摩擦Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ０）の値（すなわちＦ_ａｔｔｒ（ｖ０）＝Ｆ０_ａｔｔｒ）を読み出し、式Ｐ０_ａｔｔｒ＝Ｒ_ｒｔ×Ｆ０_ａｔｔｒ×ω_ｒｔ＝Ｒ_ｒｔ×Ｆ０_ａｔｔｒ×ω０_ｍｏｔによって摩擦力推定値の第一の値Ｐ０_ａｔｔｒを計算する。

【0087】

ステップ１０１において、プロセッサ２０は、第一の人力値Ｐ０_ｕｍと第一の摩擦力推定値Ｐ０_ａｔｔｒの比較を行い、Ｐ０_ｕｍ＞Ｐ０_ａｔｔｒであることを検出する。

【0088】

充電状態検出回路２３は、電池信号Ｓ_ｂａｔを受け取り、その値の関数として、電池６の充電状態を示す充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの第一の値Ｓ０_ｓｄｃを計算する。

【0089】

ステップ１０３において、プロセッサ２０は、充電状態信号の第一の値Ｓ０_ｓｄｃが最小閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍｉｎ}より大きいことを検出し、電動機としての第一の動作モードを示す第一の低論理値を有する選択信号Ｓ_ｓｅｌを生成する。

【0090】

さらに、ステップ１０３において、プロセッサ２０は、充電状態信号の第一の値Ｓ０_ｓｄｃに対応する関数βの第一の値β０を計算する（図５参照）。すなわち、β０＝β（Ｓ０_ｓｄｃ）となる。

【0091】

さらに、ステップ１０３において、プロセッサ２０は、人力Ｐ０_ｕｍと摩擦力Ｐ０_ａｔｔｒの差ΔＰ０を次式によって計算する。
ΔＰ０＝Ｐ０_ｕｍ−Ｐ０_ａｔｔｒ＝τ０_ｐｅｄ×ω０_ｐｅｄ−Ｒ_ｒｔ×Ｆ０_ａｔｔｒ×ω０_ｍｏｔ

【0092】

その後、ステップ１０３において、プロセッサ２０は、式（３）によって電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの変化量ΔＩ０_ｍｏｔを計算する。
ΔＩ０_ｍｏｔ＝β０×［ΔＰ０／（ｋ_Ｔ×ω_ｒｔ）］＝β０×［ΔＰ０／（ｋ_Ｔ×ω０_ｍｏｔ）］ （３’）

【0093】

最後に、ステップ１０３において、プロセッサ２０は、値ΔＩ０_ｍｏｔを運ぶ処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂを生成する。

【0094】

電流管理モジュール２２は、電動機としての第一の動作モードを示す第一の低論理値を有する選択信号Ｓ_ｓｅｌを受け取り、値ΔＩ０_ｍｏｔを運ぶ処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂを受け取り、電動機としての動作モードで電動機ハウジング５内の電気装置を起動し、電池６から電動機ハウジング５内の電動機に向かう方向で充電／放電電流Ｉ_ｃｓに等しい電動機電流Ｉ_ｍｏｔを送るために必要な回路を作動させ、これにより、値ΔＩ０_ｍｏｔに等しい電動機電流Ｉ_ｍｏｔを発生する。すなわち、Ｉ_ｍｏｔ＝Ｉ０_ｍｏｔ＝ΔＩ０_ｍｏｔとなる。

【0095】

電動機ハウジング５内の電動機は、電動機電流Ｉ_ｍｏｔの値Ｉ０_ｍｏｔを受け取り、角速度が値ω０_ｍｏｔ’に等しい（ω０_ｍｏｔとは異なる）電動機の回転を生じさせる。

【0096】

電動機は自転車１の前輪に機械的に結合され、たとえば前輪のハブ内に取り付けられる。この場合、電動機の回転は、時間ｔ_０においてペダルをこぐ乗員が発生する人力Ｐ０_ｕｍに加えて前輪の回転に寄与し、したがって乗員が知覚する疲労を低減させる。

【0097】

ｔ_０からｔ_１までの（境界値を含まない）時間において、プロセッサ２０は、引き続き、人力Ｐ_ｕｍの値が摩擦力Ｐ_ａｔｔｒの推定値より大きいことを検出する。その結果、ｔ_０からｔ_１までの（境界値を含まない）時間における電子システム５０の動作は、時間ｔ_０における動作と同様になり、したがって電動機はペダルをこいでいる乗員を補助する。このとき電動機を作動させる電力として電池６の電気エネルギーが消費されるため、電池６は放電して充電状態信号の第一の値Ｓ０_ｓｄｃから充電状態信号の第二の値Ｓ１_ｓｄｃまで減少する（図７の下側部分を参照）。

【0098】

時間ｔ_１において、自転車１の乗員はほぼ平坦な道路でペダルをこいでおり、低い疲労感を知覚する。

【0099】

測定モジュール８は、自転車１のペダルアーム角速度の第二の値ω１_ｐｅｄを測定するとともに、自転車１のペダルアーム上の乗員が発生するトルクの第二の値τ１_ｐｅｄを測定する。

【0100】

先と同様、プロセッサ２０は、プロセッサ２０上で動作するコンピュータプログラムによって方法１００を実行する。

【0101】

具体的には、プロセッサ２０は、ペダルアーム角速度ω１_ｐｅｄの第二の値を有するペダルアーム信号Ｓ_{ω＿ｐｅｄ}を受け取り、発生トルクτ１_ｐｅｄの第二の値を有するペダルアームトルク信号Ｓ_{τ＿ｐｅｄ}を受け取って、人力の第二の値Ｐ１_ｕｍを式Ｐ１_ｕｍ＝τ１_ｐｅｄ×ω１_ｐｅｄによって計算する。

【0102】

電動機センサーは、電動機角速度の第二の値ω１_ｍｏｔを測定し、プロセッサ２０は、電動機角速度の第二の値ω１_ｍｏｔを有する電動機速度信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}を受け取って、その値から、たとえば式ｖ１＝ω_ｒｔ×Ｒ_ｒｔ＝ω１_ｍｏｔ×Ｒ_ｒｔを用いて自転車１の速度ｖ１を得る。

【0103】

プロセッサ２０は、電動機角速度の第二の値ω１_ｍｏｔを有する電動機速度信号Ｓ_{ω＿ｍｏｔ}を受け取り、半径Ｒ_ｒｔおよび自転車の速度ｖ１の関数である摩擦Ｆ_ａｔｔｒ（ｖ１）の値（すなわちＦ_ａｔｔｒ（ｖ１）＝Ｆ１_ａｔｔｒ）を読み出し、式Ｐ１_ａｔｔｒ＝Ｒ_ｒｔ×Ｆ１_ａｔｔｒ×ω_ｒｔ＝Ｒ_ｒｔ×Ｆ１_ａｔｔｒ×ω１_ｍｏｔによって摩擦力推定値の第二の値Ｐ１_ａｔｔｒを計算する。

【0104】

ステップ１０１において、プロセッサ２０は、人力Ｐ１_ｕｍの第二の値と摩擦力推定値の第二の値Ｐ１_ａｔｔｒの比較を行い、Ｐ１_ｕｍ＜Ｐ１_ａｔｔｒであることを検出する。

【0105】

充電状態検出回路２３は、電池信号Ｓ_ｂａｔを受け取り、その値の関数として、電池６の充電状態を示す充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの第二の値Ｓ１_ｓｄｃを計算する。

【0106】

ステップ１０５において、プロセッサ２０は、充電状態信号の第二の値Ｓ１_ｓｄｃが最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}より小さいことを検出し、発電機としての第二の動作モードを示す第二の高論理値を有する選択信号Ｓ_ｓｅｌを生成する。

【0107】

さらに、ステップ１０５において、プロセッサ２０は、充電状態信号の第二の値Ｓ１_ｓｄｃに対応する関数βの第二の値β１、すなわちβ１＝β（Ｓ１_ｓｄｃ）を計算する（図５参照）。さらに、プロセッサ２０は、速度ｖ２の第二の値に対応する充電電流関数Ｉ_ｃｈｇ１（ｖ）の値Ｉ１_ｃｈｇ１を計算する（図６参照）。すなわちＩ_ｃｈｇ１（ｖ１）＝Ｉ１_ｃｈｇ１となる。

【0108】

その後、プロセッサ２０は、ステップ１０５で充電／放電信号Ｉ_ｃｓの値を式（７）により、次のように計算する。
Ｉ１_ｍｏｔ＝［１−β１］×Ｉ１_ｃｈｇ１

【0109】

したがって、プロセッサ２０は、値Ｉ１_ｍｏｔを運ぶ処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂを生成する。

【0110】

電流管理モジュール２２は、発電機としての第二の動作モードを示す第二の高論理値を有する選択信号Ｓ_ｓｅｌを受け取り、電動機ハウジング５内の電気装置を電動機としての動作から発電機としての動作に切り替え、値Ｉ１_ｍｏｔを運ぶ処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂを受け取り、電動機ハウジング５内の電動機から電池６に向かう方向で電動機電流Ｉ_ｍｏｔに等しい充電／放電電流Ｉ_ｃｓを送るために必要な回路を作動させ、これにより、値Ｉ１_ｍｏｔに等しい充電／放電電流Ｉ_ｃｓを発生する。すなわち、Ｉ_ｃｓ＝Ｉ１_ｍｏｔとなる。

【0111】

電池６は、充電／放電電流Ｉ_ｃｓの値Ｉ１_ｍｏｔを受け取り、充電を開始する。

【0112】

したがって、乗員は、自転車１の走行中、時間ｔ_１で人力Ｐ１_ｕｍを発生し、その一部が電動機ハウジング５内の発電機を動かすために使用される。発電機は充電／放電電流Ｉ_ｃｓを発生し、電池６の充電が開始される。

【0113】

ｔ_１からｔ_２までの（境界値を含まない）時間において、プロセッサ２０は、引き続き、人力Ｐ_ｕｍの値が摩擦力Ｐ_ａｔｔｒの推定値より小さいことを検出する。その結果、ｔ_１からｔ_２までの（境界値を含まない）時間における電子システム５０の動作は時間ｔ_１における動作と同様になり、したがって発電機は電池６を再充電する。このときペダルアーム上の乗員が発生する動力の一部が電池６を再充電するために使用されるため、電池６の再充電によって充電状態信号の第二の値Ｓ１_ｓｄｃから充電状態信号の第三の値Ｓ２_ｓｄｃまで増加する（図７の下側部分を参照）。

【0114】

時間ｔ_２からｔ_３までの（境界値を含まない）期間において、電動機ハウジング５内の電気装置は、ｔ_０からｔ_１の期間と同様、乗員を補助する電動機として動作する。したがって、ｔ_０からｔ_１の期間における動作について行った考察がｔ_２からｔ_３の期間についても同様に適用される。

【0115】

時間ｔ_３からｔ_４までの（境界値を含まない）期間において、電動機ハウジング５内の電気装置は、ｔ_１からｔ_２の期間と同様、電池６を再充電する発電機として動作する。したがって、ｔ_１からｔ_２の期間における動作について行った考察がｔ_３からｔ_４の期間についても同様に適用される。時間ｔ_４において充電状態信号Ｓ_ｓｄｃが最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}に達しており、電池６が最大閾値で充電されていることに注意されたい。

【0116】

時間ｔ_４において、乗員は低い疲労感を知覚している。充電状態検出回路２３は電池信号Ｓ_ｂａｔを受け取り、その値の関数として、電池６の充電状態を示す充電状態信号Ｓ_ｓｄｃの第四の値Ｓ４_ｓｄｃを計算する。プロセッサ２０は、充電状態信号の第四の値Ｓ４_ｓｄｃが最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}に等しいことを検出し、最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}に対応する関数βの値を計算する（図５参照）。すなわち、β４＝β（Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}）＝１となる。さらに、プロセッサ２０は、速度ｖ４の第四の値に対応する充電電流関数Ｉ_ｃｈｇ１（ｖ）の値Ｉ１_ｃｈｇ１を計算する（図６参照）。すなわち、Ｉ_ｃｈｇ１（ｖ４）＝Ｉ４_ｃｈｇ１となる。その後、プロセッサ２０は、式（７）により、次のように充電／放電電流信号Ｉ_ｃｓの値を計算する。
Ｉ４_ｍｏｔ＝［１−β４］×Ｉ４_ｃｈｇ１＝［１−１］×Ｉ４_ｃｈｇ１＝０

【0117】

したがって、充電／放電電流Ｉ_ｃｓの値も０に等しくなり、電池６はそれ以上再充電されない。

【0118】

ｔ_４からｔ_５までの時間において、プロセッサ２０は、引き続き、充電状態信号の第四の値Ｓ４_ｓｄｃが最大閾値Ｓ_{ｓｄｃ＿ｍａｘ}に等しいことを検出し、ｔ_４からｔ_５までの時間における電子システム５０の動作は時間ｔ_４における動作と同様になり、電池６はすでに最大値まで充電されているため、それ以上再充電されない。

【0119】

ｔ_０からｔ_１までの時間における図４ｂに示す方法１５０のステップ１０１、１０２、１５３を実行中のプロセッサ２０の動作は、先に示した方法１００のステップ１０１、１０３の中の１つと同様であるが、以下の違いがある。

【0120】

ステップ１０１の後でステップ１０２が実行され、自転車１が走行中の道路勾配の第一の値θ０_ｓｔｒを傾斜角センサー９が測定する。さらに、プロセッサ２０は、第一の勾配値θ０_ｓｔｒを有する勾配信号Ｓ_{θ＿ｓｔｒ}を受け取り、θ０_ｓｔｒ＞０（すなわち乗員が上り坂を走行中）であることを検出して、ステップ１５３を実行する。

【0121】

ステップ１５３は方法１００のステップ１０３と同様であるが、以下の違いがある。プロセッサ２０は、式（８）によって勾配動力の第一の値Ｐ０_ｐｅｎｄを計算する。
Ｐ０_ｐｅｎｄ＝ｍ×ｇ×ｓｅｎ（θ０_ｓｔｒ）×Ｒ_ｒｔ×ω_ｒｔ （８’）

【0122】

プロセッサ２０は、次式によって人力Ｐ０_ｕｍと摩擦力Ｐ０_ａｔｔｒおよび勾配動力Ｐ０_ｐｅｎｄの差ΔＰ０’を計算する。
ΔＰ０’＝Ｐ０_ｕｍ−Ｐ０_ａｔｔｒ−Ｐ０_ｐｅｎｄ＝τ０_ｐｅｄ×ω０_ｐｅｄ−Ｒ_ｒｔ×Ｆ０_ａｔｔｒ×ω０_ｍｏｔ−ｍ×ｇ×ｓｅｎ（θ０_ｓｔｒ）×Ｒ_ｒｔ×ω_ｒｔ

【0123】

プロセッサ２０は、式（９）によって電動機電流信号Ｉ_ｍｏｔの値の変化量ΔＰ０’を計算する。
ΔＩ０_ｍｏｔ’＝β０×［ΔＰ０’／（ｋ_Ｔ×ω_ｒｔ）＋α×（ｄＰ０_ｐｅｎｄ／ｄｔ）］＝β０×［ΔＰ０’／（ｋ_Ｔ×ω０_ｍｏｔ）＋α×（ｄＰ０_ｐｅｎｄ／ｄｔ）］ （９’）

【0124】

したがって、プロセッサ２０は、値ΔＩ０_ｍｏｔ’を運ぶ処理済み信号Ｓ_ｅｌａｂを生成し、電流管理モジュール２２は、値ΔＩ０_ｍｏｔ’に等しい電動機電流Ｉ_ｍｏｔを生成する。

【0125】

再充電可能電池によって電気的に補助される自転車の電気装置を駆動する方法も本発明の目的である。本方法は、自転車ペダルアームのトルクおよび自転車ペダルアームの角速度の関数として人力を計算するステップａ）を含み、電動機の角速度の関数として、かつ自転車速度の関数として自転車の摩擦力を推定するステップｂ）を含み、人力の計算値を自転車摩擦力の推定値と比較して電池の充電状態をチェックするステップｃ）を含む。人力の計算値が自転車摩擦力の推定値より大きいか、または等しいことを検出した場合、および電池充電状態が第一の閾値より大きいか、または等しいことを検出した場合について、本方法は、電動機として動作する電気装置を駆動するための、電池から供給される駆動電流値を生成するステップｄ）を含む。人力の計算値が自転車摩擦力の推定値より小さいことを検出した場合について、本方法は、発電機として動作する電気装置から電池を充電するための別の駆動電流値を生成するステップｅ）を含む。

【0126】

有利点として、ステップｄ）は、人力の計算値が自転車摩擦力の推定値より大きいか、または等しいという検出後に、自転車が走行中の道路の傾斜角を測定するステップをさらに含む。推定傾斜角がゼロより大きいか場合、または等しいについて、本方法は、電池の充電状態をチェックするとともにステップｄ）を実行するステップｄ２．１）を含む。推定傾斜角がゼロより小さい場合について、本方法は、発電機として動作する電気装置から電池を充電するための別の駆動電流値を生成するステップｄ２．２）を含む。

【0127】

有利点として、ステップｅ）またはｄ２．２）は、電池充電状態が第一の閾値より大きい第二の閾値よりも低いことを検出した場合について、電池を充電するための別の駆動電流値の生成を含む。

【0128】

有利点として、ステップｄ）において、駆動電流値の生成は、第一の閾値から第二の閾値までの範囲で電池の充電状態の値に正比例する。

【0129】

本発明による本方法の各ステップは、ソフトウェアコードからなり、プロセッサ２０上で動作するコンピュータプログラムによって実行することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】