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(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】
(24)【登録日】2022-11-07
(45)【発行日】2022-11-15
(54)【発明の名称】電動補助システムおよび電動補助車両
(51)【国際特許分類】
B62M 6/50 20100101AFI20221108BHJP
【ＦＩ】
B62M6/50
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2022033242
(22)【出願日】2022-03-04
(62)【分割の表示】P 2019541605の分割
【原出願日】2017-09-15
(65)【公開番号】P2022071146
(43)【公開日】2022-05-13
【審査請求日】2022-03-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000010076
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100139930
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 亮司
(72)【発明者】
【氏名】蓮見 光晴
【審査官】渡邊 義之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－７３６３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１３２２７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１３－０１０２９２０（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７４５３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２１１３５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１６０６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２８２０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４４８６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４１０４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６２Ｍ ６／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、
回転することにより前記電動補助車両を走行させる回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサと、
前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、第１の条件下では前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の両方を用いて前記走行速度を演算し、第２の条件下では前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度の演算を行い、
前記制御装置は、前記回転センサの出力信号から得られる回転数に応じて、前記回転センサおよび前記加速度センサの中で前記走行速度の演算に用いるセンサを変更する、電動補助システム。
【請求項2】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、
回転することにより前記電動補助車両を走行させる回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサと、
前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記回転センサの出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上の場合、前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の両方を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算し、
前記回転センサの出力信号から得られる回転数が前記所定の回転数未満の場合、前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算する、電動補助システム。
【請求項3】
前記回転センサの出力信号から得られる回転数が前記所定の回転数以上の場合、前記制御装置は、
前記回転センサの出力信号を用いて第１の速度を演算し、
前記加速度センサの出力信号を用いて第２の速度を演算し、
前記第１の速度および前記第２の速度のそれぞれに重み付けを行い、
前記重み付けした第１の速度および前記重み付けした第２の速度の両方を用いて、前記電動補助車両の走行速度を演算する、請求項２に記載の電動補助システム。
【請求項4】
前記回転センサの出力信号から得られる回転数が前記所定の回転数以上の場合、前記制御装置は、
前記回転センサの出力信号を用いて第１の速度を演算し、
前記加速度センサの出力信号を用いて第２の速度を演算し、
前記第１の速度に第１の係数を乗じ、前記第２の速度に第２の係数を乗じ、
前記第１の係数を乗じた後の第１の速度および前記第２の係数を乗じた後の第２の速度の両方を用いて、前記電動補助車両の走行速度を演算する、請求項２または３に記載の電動補助システム。
【請求項5】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、
前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、
回転することにより前記電動補助車両を走行させる回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサと、
前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、第１の条件下では前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の両方を用いて前記走行速度を演算し、第２の条件下では前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度の演算を行い、
前記制御装置は、前記回転センサの出力信号から得られる速度に応じて、前記回転センサおよび前記加速度センサの中から前記走行速度の演算に用いるセンサを変更する、電動補助システム。
【請求項6】
前記回転部品は前記電動モータであり、前記回転センサは、前記電動モータの回転に応じた信号を出力する、請求項１から５のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項7】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、
前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、
回転することにより前記電動補助車両を走行させる回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサと、
前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、第１の条件下では前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の両方を用いて前記走行速度を演算し、第２の条件下では前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度の演算を行い、
前記回転部品は前記電動補助車両の車輪であり、
前記回転センサは、前記車輪の回転に応じた信号を出力し、
前記回転センサは、前記車輪が所定の角度回転するごとにパルス信号を出力し、
前記制御装置は、２つ以上の前記パルス信号を用いて前記走行速度を演算し、
前記パルス信号を検出しない期間は、前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度を演算する、電動補助システム。
【請求項8】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、
前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、
回転することにより前記電動補助車両を走行させる回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサと、
前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、第１の条件下では前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の両方を用いて前記走行速度を演算し、第２の条件下では前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度の演算を行い、
前記回転部品は前記電動補助車両の車輪であり、
前記回転センサは、前記車輪の回転に応じた信号を出力し、
前記回転センサは、前記車輪が所定の角度回転するごとにパルス信号を出力し、
前記制御装置は、２つ以上の前記パルス信号を用いて前記走行速度を演算し、
前記制御装置は、前記パルス信号を検出してから次の前記パルス信号を検出するまでの期間は、前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度を演算する、電動補助システム。
【請求項9】
前記制御装置は、前記パルス信号を検出すると、今回検出したパルス信号と前回検出したパルス信号とを用いて前記走行速度を演算し、前記加速度センサの出力信号から得られた前記走行速度の大きさを、前記パルス信号から得られた前記走行速度に補正する、請求項７または８に記載の電動補助システム。
【請求項10】
前記制御装置は、前記パルス信号を検出してから次に前記パルス信号を検出するまでの期間は、前記パルス信号から得られた前記走行速度を基準にして、前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度を演算する、請求項９に記載の電動補助システム。
【請求項11】
前記回転部品は前記電動モータであり、前記回転センサは、前記電動モータの回転に応じた信号を出力し、
前記制御装置は、前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両が備える動力伝達機構の変速比を演算する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項12】
前記電動モータの回転に応じた信号を出力する回転センサをさらに備え、前記制御装置は、前記電動モータの回転に応じた信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両が備える動力伝達機構の変速比を演算する、請求項７から１０のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項13】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、
前記電動モータの回転に応じた信号を出力する回転センサと、
前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、
前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて、前記電動補助車両が備える動力伝達機構の変速比を演算する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記演算した変速比が低い場合は、高い場合よりも、前記人力に対して発生させる補助力が小さくなるように前記電動モータを制御し、
前記変速比が低い場合は、高い場合よりも、前記電動モータの回転速度に対して前記電動補助車両の車輪の回転速度が大きく減少する、電動補助システム。
【請求項14】
請求項１から１３のいずれかに記載の電動補助システムを備えた電動補助車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動補助車両に用いられる電動補助システム、および当該電動補助システムを備えた電動補助車両に関する。
【背景技術】
【0002】
乗員がペダルを漕ぐ力を電動モータにより補助する電動補助自転車が知られている。電動補助自転車では、乗員がペダルに加えた人力に応じた補助力を電動モータに発生させ、人力と補助力とを足し合わせた駆動力を駆動輪に伝達する。電動モータによって人力を補助することにより、乗員がペダルを漕ぐ力を軽減させることができる（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平０９－２２６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電動補助自転車では、車両の走行速度に応じて電動モータに発生させる補助力の大きさを変化させる制御を行うことがある。そのため、電動補助自転車では、車両の走行速度を検出している。しかし、車両の走行状態によっては、走行速度を継続的に安定して検出することが容易でない場合がある。例えば、車両の発進直後および停止直前等の状態においては、走行速度を継続的に安定して検出することが容易でない場合がある。
【0005】
本発明は、走行速度を継続的に安定して検出することが可能な電動補助システムおよび当該電動補助システムを備えた電動補助車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態に係る電動補助システムは、電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、回転することにより前記電動補助車両を走行させる回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサと、前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算する制御装置とを備える。
【0007】
本発明の実施形態によれば、回転センサおよび加速度センサを併用して電動補助車両の走行速度を演算する。回転センサを用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、加速度センサを用いて走行速度を検出する。加速度センサを用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、回転センサを用いて走行速度を検出する。様々な条件下において継続して車両速度を検出することができ、走行速度に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0008】
ある実施形態において、前記制御装置は、第１の条件下では前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の両方を用いて前記走行速度を演算し、第２の条件下では前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の一方を用いて前記走行速度の演算を行ってもよい。
【0009】
条件に応じて走行速度の演算に用いるセンサを変更することで、様々な条件下において継続して車両速度を演算することができる。
【0010】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記回転センサの出力信号から得られる回転数に応じて、前記回転センサおよび前記加速度センサの中で前記走行速度の演算に用いるセンサを変更してもよい。
【0011】
走行速度の演算に用いるセンサを、現在の回転数に適したセンサに変更することで、様々な条件下において継続して車両速度を演算することができる。
【0012】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記回転センサの出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上の場合、前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号の両方を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算し、前記回転センサの出力信号から得られる回転数が前記所定の回転数未満の場合、前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両の走行速度を演算してもよい。
【0013】
車両の発進直後、車両の停止直前および電動モータが停止しているときなど、回転センサから得られる回転数が小さいまたはゼロとなる場合は、回転センサを用いた走行速度の検出が難しくなる。回転センサから得られる回転数が所定の回転数未満の場合は、加速度センサを用いて走行速度を演算する。回転センサを用いた走行速度の検出が難しい条件下においても、加速度センサを用いて走行速度を検出することで、走行速度に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0014】
ある実施形態において、前記回転センサの出力信号から得られる回転数が前記所定の回転数以上の場合、前記制御装置は、前記回転センサの出力信号を用いて第１の速度を演算し、前記加速度センサの出力信号を用いて第２の速度を演算し、前記第１の速度および前記第２の速度のそれぞれに重み付けを行い、前記重み付けした第１の速度および前記重み付けした第２の速度の両方を用いて、前記電動補助車両の走行速度を演算してもよい。
【0015】
回転センサから得られる速度および加速度センサから得られる速度のそれぞれに重み付けを行う。現在の回転数に適したセンサから得られる速度を採用する割合を大きくすることで、走行速度の検出精度を高めることができる。
【0016】
ある実施形態において、前記回転センサの出力信号から得られる回転数が前記所定の回転数以上の場合、前記制御装置は、前記回転センサの出力信号を用いて第１の速度を演算し、前記加速度センサの出力信号を用いて第２の速度を演算し、前記第１の速度に第１の係数を乗じ、前記第２の速度に第２の係数を乗じ、前記第１の係数を乗じた第１の速度および前記第２の係数を乗じた第２の速度の両方を用いて、前記電動補助車両の走行速度を演算してもよい。
【0017】
回転センサから得られる速度および加速度センサから得られる速度のそれぞれに係数を乗じる。現在の回転数に適したセンサから得られる速度を採用する割合を大きくすることで、走行速度の検出精度を高めることができる。
【0018】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記回転センサの出力信号から得られる速度に応じて、前記回転センサおよび前記加速度センサの中から前記走行速度の演算に用いるセンサを変更してもよい。
【0019】
走行速度を演算するためセンサを、現在の走行速度に適したセンサに変更することで、様々な条件下において継続して車両速度を演算することができる。
【0020】
ある実施形態において、前記回転部品は前記電動モータであり、前記回転センサは、前記電動モータの回転に応じた信号を出力してもよい。
【0021】
電動モータの回転に応じた信号および加速度センサの出力信号を併用して電動補助車両の走行速度を演算する。電動モータが停止している場合など回転センサを用いた走行速度の検出ができない条件下においても、加速度センサを用いて走行速度を検出することができ、走行速度に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0022】
ある実施形態において、前記回転部品は前記電動補助車両の車輪であり、前記回転センサは、前記車輪の回転に応じた信号を出力してもよい。
【0023】
車輪の回転に応じた信号および加速度センサの出力信号を併用して電動補助車両の走行速度を演算する。車両の発進直後および停止直前などの車輪の回転が遅いときは、回転センサを用いた走行速度の検出が難しくなる。回転センサを用いた走行速度の検出が難しい条件下においても、加速度センサを用いて走行速度を検出することで、走行速度に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0024】
ある実施形態において、前記回転センサは、前記車輪が所定の角度回転するごとにパルス信号を出力し、前記制御装置は、２つ以上の前記パルス信号を用いて前記走行速度を演算し、前記パルス信号を検出しない期間は、前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度を演算してもよい。
【0025】
回転センサがパルス信号を出力しない期間は、パルス信号を用いた走行速度の検出ができない。回転センサを用いた走行速度の検出ができない期間は、加速度センサを用いて走行速度を検出する。これにより、回転センサを用いた走行速度の検出ができない期間においても、走行速度に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0026】
ある実施形態において、前記回転センサは、前記車輪が所定の角度回転するごとにパルス信号を出力し、前記制御装置は、２つ以上の前記パルス信号を用いて前記走行速度を演算し、前記制御装置は、前記パルス信号を検出してから次の前記パルス信号を検出するまでの期間は、前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度を演算してもよい。
【0027】
回転センサがパルス信号を出力してから次にパルス信号を出力するまでの期間は、パルス信号を用いた走行速度の検出ができない。回転センサを用いた走行速度の検出ができない期間は、加速度センサを用いて走行速度を検出する。これにより、回転センサを用いた走行速度の検出ができない期間においても、走行速度に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0028】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記パルス信号を検出すると、今回検出したパルス信号と前回検出したパルス信号とを用いて前記走行速度を演算し、前記加速度センサの出力信号から得られた前記走行速度の大きさを、前記パルス信号から得られた前記走行速度に補正してもよい。
【0029】
パルス信号を検出しない期間は、加速度センサを用いて走行速度を検出する。一方、パルス信号を検出するタイミングにおいては、加速度センサよりも回転センサを用いた方が走行速度の検出精度が高い場合がある。この場合は、加速度センサを用いて得られた走行速度の大きさを、回転センサを用いて得られた走行速度に補正する。このような補正を行った上で、パルス信号を検出しない期間において加速度センサを用いた走行速度の検出を行うことで、走行速度の検出精度を高めることができる。
【0030】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記パルス信号を検出してから次に前記パルス信号を検出するまでの期間は、前記パルス信号から得られた前記走行速度を基準にして、前記加速度センサの出力信号を用いて前記走行速度を演算してもよい。
【0031】
回転センサを用いて検出した走行速度を基準にして、加速度センサの出力信号から走行速度を演算する。これにより、加速度センサを用いた走行速度の検出精度を高めることができる。
【0032】
ある実施形態において、前記回転部品は前記電動モータであり、前記回転センサは、前記電動モータの回転に応じた信号を出力し、前記制御装置は、前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両が備える動力伝達機構の変速比を演算してもよい。
【0033】
車両の発進直後および停止直前などの走行速度が遅い場合は、回転センサを用いた走行速度の検出が難しくなるが、加速度センサを用いることで走行速度を検出することができる。電動モータの回転数は回転センサの出力信号から演算できる。加速度センサを用いて検出した走行速度と回転センサを用いて検出した電動モータの回転数とから、動力伝達機構の変速比を演算する。これにより、変速比に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0034】
ある実施形態において、前記電動モータの回転に応じた信号を出力する回転センサをさらに備え、前記制御装置は、前記電動モータの回転に応じた信号および前記加速度センサの出力信号を用いて前記電動補助車両が備える動力伝達機構の変速比を演算してもよい。
【0035】
車両の発進直後および停止直前などの車輪の回転が遅いときは、車輪の回転に応じた信号がなかなか出力されず、走行速度の演算ができなかったり走行速度の演算に時間が掛かったりする。そのような場合でも、加速度センサを用いることで走行速度を検出することができる。電動モータの回転数は回転センサの出力信号から演算できる。加速度センサを用いて検出した走行速度と回転センサを用いて検出した電動モータの回転数とから、動力伝達機構の変速比を演算することができる。これにより、変速比に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0036】
本発明の実施形態に係る電動補助システムは、電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、前記電動補助車両の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータと、前記電動モータの回転に応じた信号を出力する回転センサと、前記電動補助車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、前記回転センサの出力信号および前記加速度センサの出力信号を用いて、前記電動補助車両が備える動力伝達機構の変速比を演算する制御装置とを備える。
【0037】
加速度センサを用いて走行速度を検出することができるとともに、回転センサを用いて電動モータの回転数を検出することができる。検出した走行速度と電動モータの回転数とから、変速機の変速比を演算することができ、変速比に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【0038】
本発明の実施形態に係る電動補助車両は、上記の電動補助システムを備える。これにより、上記の電動補助システムの特徴を備えた電動補助車両が提供される。
【発明の効果】
【0039】
本発明による例示的な実施形態によれば、電動補助車両の回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサと、車両の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサとを併用して電動補助車両の走行速度を演算する。回転センサを用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、加速度センサを用いて走行速度を検出する。加速度センサを用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、回転センサを用いて走行速度を検出する。様々な条件下において継続的に安定して車両速度を検出することができ、走行速度に応じた電動補助車両の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の実施形態に係る電動補助自転車を示す側面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る電動補助自転車の機械的構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態に係る電動補助自転車が備える回転センサを示す斜視図である。
【図4】本発明の実施形態に係る操作盤の外観図である。
【図5】本発明の実施形態に係る走行速度を演算する処理を示すフローチャートである。
【図6】本発明の実施形態に係る走行速度を演算する処理を示すフローチャートである。
【図7】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る走行速度を演算する処理を説明する図である。
【図8】本発明の実施形態に係る変速比を演算する処理を示すフローチャートである。
【図9】本発明の実施形態に係る走行速度を演算する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0041】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る電動補助システムおよび電動補助車両の実施形態を説明する。実施形態の説明においては、同様の構成要素には同様の参照符号を付し、重複する場合にはその説明を省略する。本発明の実施形態における前後、左右、上下とは、電動補助車両のサドル（シート）に乗員がハンドルに向かって着座した状態を基準とした前後、左右、上下を意味する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【0042】
図１は、本実施形態に係る電動補助自転車１を示す側面図である。電動補助自転車１は後に詳述する駆動ユニット５１を有している。電動補助自転車１は本発明の実施形態に係る電動補助車両の一例である。駆動ユニット５１は、本発明の実施形態に係る電動補助システムの一例である。
【0043】
電動補助自転車１は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンチューブ５、ブラケット６、チェーンステイ７、シートチューブ１６、シートステイ１９を含む。ヘッドパイプ１２は車体フレーム１１の前端に配置される。ハンドルステム１３は、ヘッドパイプ１２に回転可能に挿入される。ハンドル１４は、ハンドルステム１３の上端部に固定される。ハンドルステム１３の下端部にはフロントフォーク１５が固定される。フロントフォーク１５の下端部には、操舵輪である前輪２５が回転可能に支持される。フロントフォーク１５には、前輪２５を制動するブレーキ８が設けられる。ヘッドパイプ１２の前方の位置には前かご２１が設けられる。フロントフォーク１５にはヘッドランプ２２が設けられる。
【0044】
ダウンチューブ５は、ヘッドパイプ１２から後方斜め下方に向かって延びている。シートチューブ１６は、ダウンチューブ５の後端部から上方に向かって延びている。チェーンステイ７は、シートチューブ１６の下端部から後方に向かって延びている。ブラケット６は、ダウンチューブ５の後端部、シートチューブ１６の下端部、チェーンステイ７の前端部を接続する。
【0045】
シートチューブ１６にはシートポスト１７が挿入され、シートポスト１７の上端部には乗員が座るサドル２７が設けられる。チェーンステイ７の後方部は、駆動輪である後輪２６を回転可能に支持する。チェーンステイ７の後方部には、後輪２６を制動するブレーキ９が設けられる。また、チェーンステイ７の後方部には、駐輪時に車両を立てたまま保持するスタンド２９が設けられる。シートステイ１９は、シートチューブ１６の上部から後方斜め下方に向かって延びている。シートステイ１９の下端部は、チェーンステイ７の後方部に接続される。シートステイ１９は、サドル２７の後方に設けられた荷台２４を支持するとともに、後輪２６の上部を覆うフェンダー１８を支持する。フェンダー１８の後方部にはテールランプ２３が設けられる。
【0046】
車体フレーム１１の車両中央部付近に配置されたブラケット６には駆動ユニット５１が設けられる。駆動ユニット５１は、電動モータ５３、クランク軸５７、制御装置７０を含む。ブラケット６には、電動モータ５３等に電力を供給するバッテリ５６が搭載される。バッテリ５６はシートチューブ１６に支持されてもよい。
【0047】
クランク軸５７は駆動ユニット５１に左右方向に貫通して支持されている。クランク軸５７の両端部にはクランクアーム５４が設けられる。クランクアーム５４の先端には、ペダル５５が回転可能に設けられる。
【0048】
制御装置７０は、電動補助自転車１の動作を制御する。典型的には、制御装置７０はデジタル信号処理を行うことが可能なマイクロコントローラ、信号処理プロセッサ等の半導体集積回路を有する。乗員がペダル５５を足で踏んで回転させたときに発生するクランク軸５７の回転出力は、チェーン２８を介して、後輪２６に伝達される。制御装置７０は、クランク軸５７の回転出力に応じた駆動補助出力を発生するように電動モータ５３を制御する。電動モータ５３が発生した補助力は、チェーン２８を介して、後輪２６に伝達される。なお、チェーン２８の代わりにベルト、シャフト等が用いられてもよい。
【0049】
図２は、電動補助自転車１の機械的および電気的構成を示すブロック図である。駆動ユニット５１は、加速度センサ３８、制御装置７０、電動モータ５３、モータ回転センサ４６、減速機４５、ワンウェイクラッチ４４、クランク軸５７、ワンウェイクラッチ４３、トルクセンサ４１、クランク回転センサ４２、合成機構５８、駆動スプロケット５９を備える。駆動ユニット５１は、ペダル５５（図１）に加えられた乗員の人力に応じた駆動補助出力を電動モータ５３に発生させる補助出力制御システムである。
【0050】
まず、動力の伝達経路を説明する。乗員がペダル５５（図１）を踏み込んでクランク軸５７を回転させると、そのクランク軸５７の回転は、ワンウェイクラッチ４３を介して合成機構５８に伝達される。電動モータ５３の回転は、減速機４５、ワンウェイクラッチ４４を介して合成機構５８に伝達される。
【0051】
合成機構５８は、例えば筒状部材を有し、その筒状部材の内部にクランク軸５７が配置される。合成機構５８には、駆動スプロケット５９が取り付けられている。合成機構５８は、クランク軸５７および駆動スプロケット５９と同じ回転軸を中心にして回転する。
【0052】
ワンウェイクラッチ４３は、クランク軸５７の順回転を合成機構５８に伝達し、クランク軸５７の逆回転は合成機構５８に伝達させない。ここで、順回転とは、車両を前進させる駆動力を与える回転の方向である。逆回転とは、車両を前進させる駆動力を与えない回転の方向である。ワンウェイクラッチ４４は、電動モータ５３が発生した、合成機構５８を順回転させる方向の回転を合成機構５８に伝達し、合成機構５８を逆回転させる方向の回転は合成機構５８に伝達させない。また、電動モータ５３が停止している状態で、乗員がペダル５５を漕いで合成機構５８が回転した場合、ワンウェイクラッチ４４は、その回転を電動モータ５３に伝達しない。乗員がペダル５５に加えた踏力と電動モータ５３が発生した補助力は、合成機構５８に伝達されて合成される。合成機構５８で合成された合力は、駆動スプロケット５９を介してチェーン２８へ伝達される。
【0053】
チェーン２８の回転は、従動スプロケット３２を介して駆動軸３３に伝達される。駆動軸３３の回転は、変速機構３６、ワンウェイクラッチ３７を介して後輪２６に伝達される。
【0054】
変速機構３６は、乗員による変速操作器６７の操作に応じて変速比を変更する機構である。変速操作器６７は例えばハンドル１４（図１）に取り付けられる。この例では、変速機構３６は内装変速機であるが、変速機構３６は外装変速機であってもよい。変速機構３６が外装変速機である場合は、従動スプロケット３２として多段スプロケットが用いられ得る。ワンウェイクラッチ３７は、変速機構３６の出力軸の回転速度が後輪２６の回転速度よりも速い場合にのみ、変速機構３６の回転を後輪２６に伝達する。変速機構３６の出力軸の回転速度が後輪２６の回転速度よりも遅い場合には、ワンウェイクラッチ３７は変速機構３６の回転を後輪２６に伝達しない。
【0055】
このような動力伝達経路により、乗員がペダル５５に加えた踏力および電動モータ５３が発生する補助力は、後輪２６に伝達される。
【0056】
なお、乗員の踏力と電動モータ５３が発生した補助力とを合成する機構は、上記のようなクランク軸５７と同じ回転軸を中心にして回転する合成機構５８に限定されない。踏力と補助力とはチェーン２８において合成されてもよい。
【0057】
次に、制御装置７０による電動モータ５３の駆動制御を説明する。制御装置７０は、例えばＭＣＵ（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置７０は、演算回路７１、メモリ７２、モータ駆動回路７９を備える。演算回路７１は、電動モータ５３の動作を制御するとともに、電動補助自転車１の各部の動作を制御する。メモリ７２は、電動モータ５３および電動補助自転車１の各部の動作を制御するための手順を規定したコンピュータプログラムを格納している。演算回路７１は、メモリ７２からコンピュータプログラムを読み出して各種制御を行う。
【0058】
加速度センサ３８は、電動補助自転車１の車両本体の加速度を検出する。加速度センサ３８は、例えばピエゾ抵抗型、静電容量型または熱検知型の３軸加速度センサである。３軸加速度センサは、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の各方向の加速度を１つで測定することが可能である。
【0059】
なお、本明細書では、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）は絶対座標系ではなく、相対座標である。より具体的には、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の方向はそれぞれ、加速度センサ３８が搭載された電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向である。なお、電動補助自転車１の前方向はその進行方向に一致し、上下方向は路面に垂直な方向に一致する。よって、平坦路を走行中の電動補助自転車１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と、傾斜路を走行中の電動補助自転車１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とは一致しないことがある。
【0060】
なお、加速度センサ３８が、電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向の加速度値を測定できるようにするためには種々の方法が考えられる。例えば、加速度センサ３８のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が、それぞれ車両の前後方向、左右方向、および、上下方向に一致するよう、加速度センサ３８を駆動ユニット５１に取り付ければよい。このような加速度センサ３８の取り付け方は、加速度センサ３８を水平面に載置することを意味する。
【0061】
加速度センサ３８は不図示の電子回路基板上に載置される。電子回路基板には、バッテリ５６からの電力を電動補助自転車１の各電子部品に送電するための電源部、モータ駆動回路７９、演算回路７１、メモリ７２等の種々のＩＣチップを含む制御部も配置される。
【0062】
このような電子回路基板は、サイズの制約等により、駆動ユニット５１内に垂直に立てた状態で配置される場合がある。その場合、加速度センサ３８は水平面に載置された状態ではなくなる。そこで、加速度センサ３８には、駆動ユニット５１への加速度センサ３８の取り付け角度相当分のずれを差し引いて信号を出力させる必要がある。換言すると、検出方向補正を行う必要がある。 検出方向補正の具体的な処理の内容は公知であるため、本明細書での詳細な説明は省略する。加速度センサ３８の出力値を予め補正しておくことにより、加速度センサ３８のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の出力値を、電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向の加速度値として測定することができる。
【0063】
なお、加速度センサ３８は、電動補助自転車１の重心に近い位置に設置されることがより好ましい。図１から理解されるように、駆動ユニット５１はペダル５５の近傍に配置されているため、加速度センサ３８は電動補助自転車１の重心の近傍に配置されていると言える。
【0064】
電子回路基板の設置方向に関する制約を受けないようにするために、加速度センサ３８を電子回路基板とは別体にすることも考えられる。両者を別体にすることで、加速度センサ３８が設置される位置をより精度よく電動補助自転車１の静止時の重心に近付けることができる。
【0065】
なお、３軸加速度センサは加速度センサ３８の一例である。加速度センサ３８として、Ｘ軸の加速度ＧｘおよびＺ軸方向の加速度Ｇｚを測定可能な２軸加速度センサを採用してもよい。加速度センサ３８として、Ｘ軸の加速度Ｇｘを測定可能な１軸加速度センサを採用してもよい。加速度センサ３８は、車両の進行方向に沿ったＸ軸の加速度Ｇｘを少なくとも測定可能であればよい。なお、複数の加速度センサを用いて、それぞれが異なる軸方向の加速度を検出してもよい。図２に示す例では、加速度センサ３８は、駆動ユニット５１内に配置されているが、配置位置はそれに限定されず、電動補助自転車１の任意の位置に配置されてもよい。
【0066】
演算回路７１は、加速度センサ３８から出力された検出信号から、例えば、車両の進行方向の加速度を演算する。また、演算回路７１は、車両の進行方向の加速度を積分することで、車両の走行速度を取得することができる。
【0067】
トルクセンサ４１は、乗員がペダル５５に加えた人力（踏力）を、クランク軸５７に発生するトルクとして検出する。トルクセンサ４１は、例えば磁歪式トルクセンサである。トルクセンサ４１は、検出したトルクの大きさに応じた振幅の電圧信号を演算回路７１に出力する。演算回路７１は、トルクセンサ４１からの電圧信号をトルク値に換算する。例えば、トルクセンサ４１から入力されるアナログ電圧信号をデジタル値に変換し、デジタル値の大きさからトルクを算出する。
【0068】
トルクセンサ４１は、電圧信号をトルク値に換算するトルク演算回路（図示せず）を有していてもよい。トルク演算回路は、例えば出力されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。検出されたトルクの大きさは、デジタル電圧信号の値の大きさとして出力される。トルクセンサ４１は、アナログ信号を出力してもよいし、デジタル信号を出力してもよい。
【0069】
クランク回転センサ４２は、クランク軸５７の回転角を検出する。クランク回転センサ４２は、クランク軸５７の回転角に応じた信号を演算回路７１に出力する。例えばクランク回転センサ４２は、クランク軸５７の回転を所定の角度毎に検出し、矩形波信号または正弦波信号を出力する。出力された信号を用いてクランク軸５７の回転角および回転速度が算出され得る。例えば、クランク軸５７の周りに磁極（Ｎ極、Ｓ極）を有する磁性体を複数個配置する。位置が固定されたホールセンサで、クランク軸５７の回転に伴う磁界の極性の変化を電圧信号に変換する。演算回路７１は、ホールセンサからの出力信号を用いて、磁界の極性の変化をカウントし、クランク軸５７の回転角および回転速度を算出する。クランク回転センサ４２は、得られた信号からクランク軸５７の回転角および回転速度を算出する演算回路を有していてもよい。演算回路７１は、クランク軸５７のトルクと回転速度とを乗じて、クランク回転出力を算出する。
【0070】
電動モータ５３には、モータ回転センサ４６が設けられている。モータ回転センサ４６は例えばエンコーダである。モータ回転センサ４６は、電動モータ５３のロータの回転角を検出し、回転角に応じた信号を演算回路７１およびモータ駆動回路７９へ出力する。例えば、モータ回転センサ４６は、ロータの回転を所定の角度毎に検出し、矩形波信号または正弦波信号を出力する。演算回路７１およびモータ駆動回路７９は、モータ回転センサ４６の出力信号から電動モータ５３の回転数および回転速度を算出する。
【0071】
車輪回転センサ３５は、例えば、後輪２６の回転角を検出し、回転角に応じた信号を演算回路７１へ出力する。例えば、車輪回転センサ３５は、後輪２６の回転を所定の角度毎に検出し、矩形波信号または正弦波信号を出力する。演算回路７１は、車輪回転センサ３５の出力信号から後輪２６の回転数および回転速度を算出する。
【0072】
図３は、車輪回転センサ３５の一例を示す斜視図である。この例では、車輪回転センサ３５は、ホールセンサ３５ｓと永久磁石３５ｍとを有する。ホールセンサ３５ｓは、例えば、後輪２６を支持する一対のチェーンステイ７（図１）の一方に設けられる。永久磁石３５ｍは、例えば、後輪２６のスポーク３４に設けられる。後輪２６には永久磁石３５ｍが１個以上設けられ得る。この例では、後輪２６に永久磁石３５ｍが１個設けられている。後輪２６が１回転する毎に、永久磁石３５ｍはホールセンサ３５ｓの近傍を１回通過する。ホールセンサ３５ｓは、永久磁石３５ｍが近づくと永久磁石３５ｍにより発生する磁気を検出し、パルス信号を出力する。ホールセンサ３５ｓは、その近傍を永久磁石３５ｍが通過する毎に１個のパルス信号を出力する。すなわち、この例では、ホールセンサ３５ｓは、後輪２６が１回転する毎に１個のパルス信号を出力する。演算回路７１は、ホールセンサ３５ｓからの出力信号を用いて、後輪２６の回転数および回転速度を算出する。
【0073】
なお、車輪回転センサ３５は、前輪２５の回転を検出してもよい。この場合、例えば、ホールセンサ３５ｓはフロントフォーク１５（図１）に設けられ、永久磁石３５ｍは前輪２５のスポークに設けられる。演算回路７１は、ホールセンサ３５ｓからの出力信号を用いて、前輪２５の回転数および回転速度を算出する。
【0074】
変速段センサ４８は、変速機構３６の変速段を示すデータを演算回路７１へ出力する。演算回路７１は、変速段を示すデータから、クランク軸５７と後輪２６との間の動力伝達機構の変速比を演算する。なお、演算回路７１は、後述するように電動モータ５３の回転速度と車両本体の走行速度から変速比を演算してもよい。この場合は、変速段センサ４８は省略されてもよい。
【0075】
演算回路７１は、クランク軸５７のトルクおよび回転速度、車両の走行速度、変速比、乗員による操作装置８０のスイッチ操作、およびメモリ７２に格納されている情報などから、適切な駆動補助出力を発生させるための指令値を算出し、モータ駆動回路７９へ送信する。演算回路７１は、例えば、ペダル５５に加えられた乗員の人力により発生するクランク回転出力と、電動モータ５３が発生する駆動補助出力の関係等に基づいて作成されたマップを参照することにより指令値を算出する。メモリ７２には複数種類のマップが格納されている。演算回路７１は、メモリ７２から条件に合ったマップを読み出し、読み出したマップを参照することにより指令値を算出する。
【0076】
モータ駆動回路７９は、例えばインバータである。モータ駆動回路７９は、演算回路７１からの指令値に応じた振幅、周波数、流れる向き等を有する電流を、バッテリ５６から電動モータ５３に供給する。当該電流を供給された電動モータ５３は回転し、所定の駆動補助出力を発生させる。このように、演算回路７１は、走行時の乗員のペダル５５を漕ぐ動作をアシストするように、電動モータ５３に補助力を発生させる。
【0077】
電動モータ５３が発生させる補助力の大きさは、現在選択されているアシストモードによって変動し得る。アシストモードは、乗員が操作盤６０を操作して選択され得る。
【0078】
操作盤６０は、電動補助自転車１のハンドル１４（図１）に取り付けられて、例えば有線ケーブルによって制御装置７０と接続される。操作盤６０は、乗員が行った操作を示す操作信号を制御装置７０に送信し、また、制御装置７０から乗員に提示するための各種情報を受信する。
【0079】
図４は、例示的な操作盤６０の外観図である。操作盤６０は、例えばハンドル１４の左グリップの近傍に取り付けられる。
【0080】
操作盤６０は、表示パネル６１と、アシストモード操作スイッチ６２と、電源スイッチ６５とを備える。
【0081】
表示パネル６１は例えば液晶パネルである。表示パネル６１には、制御装置７０から提供された、電動補助自転車１の速度、バッテリ５６の残容量、アシスト比率を変動させる範囲に関する情報、アシストモードおよびその他の走行情報を含む情報が表示される。
【0082】
表示パネル６１は、速度表示エリア６１ａ、バッテリ残容量表示エリア６１ｂ、アシスト比率変動範囲表示エリア６１ｃおよびアシストモード表示エリア６１ｄを有する。表示パネル６１は、それらの情報等を乗員に報知する報知装置として機能し、この例では情報を表示するが、音声を出力して乗員に報知してもよい。
【0083】
速度表示エリア６１ａには、電動補助自転車１の車速が数字で表示される。本実施形態の場合、電動補助自転車１の車速は、後輪２６または前輪２５に設けられた車輪回転センサ３５を用いて検出される。
【0084】
バッテリ残容量表示エリア６１ｂには、バッテリ５６から制御装置７０に出力される電池残容量の情報に基づいて、バッテリ５６の残容量がセグメントによって表示される。これにより、乗員はバッテリ５６の残容量を直感的に把握することができる。
【0085】
アシスト比率変動範囲表示エリア６１ｃには、制御装置７０が設定したアシスト比率を変動させる範囲がセグメントによって表示される。また、その変動範囲において現在実行中のアシスト比率をさらに表示してもよい。
【0086】
アシストモード表示エリア６１ｄには、乗員がアシストモード操作スイッチ６２を操作して選択したアシストモードが表示される。アシストモードは、例えば“強”、“標準”、“オートエコ”である。乗員がアシストモード操作スイッチ６２を操作してアシストモードオフを選択した場合は、アシストモード表示エリア６１ｄには“アシストなし”と表示される。
【0087】
アシストモード操作スイッチ６２は、上述した複数のアシストモード（アシストモードオフを含む。）のうちの一つを乗員が選択するためのスイッチである。複数のアシストモードのうちの一つが選択されたとき、操作盤６０の内部に設けられたマイコン（図示せず）は、選択されたアシストモードを特定する操作信号を制御装置７０に送信する。
【0088】
電源スイッチ６５は、電動補助自転車１の電源のオン／オフを切り替えるスイッチである。乗員は電源スイッチ６５を押して、電動補助自転車１の電源のオン／オフを切り替える。
【0089】
操作盤６０は、乗員に必要な情報を音により発信するスピーカ６３と光により発信するランプ６４とをさらに備える。例えば、制御装置７０は、乗員がペダル５５を漕ぐ動作に連動した加速度の変化に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変更する。このとき、音声の出力および／または光の点滅等により、補助力の大きさを変更したことを乗員に報知する。これにより、乗員は例えば大きな補助力が発生していることを認識することができる。また、例えばハンドル１４および／またはサドル２７に振動を発生させることにより、補助力の大きさを変更したことを乗員に報知してもよい。
【0090】
また、補助力を大きくしているときは、電動補助自転車１の周囲の人々に聞こえる音量の音をスピーカ６３に発生させたり、ヘッドランプ２２およびテールランプ２３を点灯または点滅させたりしてもよい。これにより、電動補助自転車１の周囲の人々は、電動補助自転車１が通常の補助力よりも大きな補助力を発生させていることを認識することができる。
【0091】
電動モータ５３の補助力は、クランク回転出力に対して、“強”、“標準”、“オートエコ”の順に小さくなる。
【0092】
アシストモードが“標準”の場合、電動モータ５３は、例えば電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に補助力を発生させる。アシストモードが“強”の場合、電動モータ５３は、“標準”の場合と同様、例えば電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に補助力を発生させる。電動モータ５３は、アシストモードが“強”の場合には、同じクランク回転出力に対して"標準"の場合よりも大きな補助力を発生させる。アシストモードが“オートエコ”の場合、平坦路や下り坂の走行などでペダル踏力が小さいときは、電動モータ５３は“標準”の場合よりも補助力を小さくしたり補助力の発生を停止したりして、電力消費量を抑える。アシストモードが“アシストなし”の場合、電動モータ５３は、補助力を発生しない。
【0093】
このように、上述のアシストモードに応じて、クランク回転出力に対する補助力が変わる。この例では、アシストモードを４段階に切り替えている。しかしながら、アシストモードの切替えは３段階以下であってもよいし、５段階以上であってもよい。
【0094】
次に、本実施形態に係る回転センサの出力信号および加速度センサの出力信号を用いて電動補助自転車１の走行速度を演算する処理を説明する。
【0095】
上述したように、電動補助自転車１では、車両の走行速度に応じて電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを変化させる制御を行う。そのため、演算回路７１は、例えば車輪回転センサ３５の出力信号を用いて走行速度を演算する。しかし、車輪回転センサ３５の出力信号から走行速度を演算する方法では、車両の発進直後および停止直前等の車両の走行状態によっては、走行速度を継続的に安定して演算することが難しい場合がある。
【0096】
本実施形態では、電動補助自転車１の回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサの出力信号と、加速度センサ３８の出力信号とを用いて、電動補助自転車１の走行速度を演算する。
【0097】
ここで、回転部品とは、電動補助自転車１を走行させるために回転する部品である。回転部品は、例えば、電動モータ５３、後輪２６または前輪２５である。なお、回転部品は、電動モータ５３と後輪２６との間の動力伝達経路におけるいずれかの部品であってもよい。例えば、回転部品は、減速機４５内のギアまたは変速機構３６内のギアであってもよい。また、回転センサの出力信号および加速度センサ３８の出力信号を用いる演算とは、例えば、回転センサおよび加速度センサ３８の両方の出力信号を用いた演算と、一方のセンサの出力信号を用いた演算とが混在した処理を指す。
【0098】
本実施形態では、例えば、車輪回転センサ３５および加速度センサ３８を併用して電動補助自転車１の走行速度を演算する。車輪回転センサ３５を用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出する。加速度センサ３８を用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、車輪回転センサ３５を用いて走行速度を検出する。また、例えば、モータ回転センサ４６および加速度センサ３８を併用して電動補助自転車１の走行速度を演算する。回転センサ４６を用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出する。加速度センサ３８を用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、回転センサ４６を用いて走行速度を検出する。これにより、様々な条件下において継続して車両速度を検出することができ、走行速度に応じた電動補助自転車１の制御を適切に行うことができる。
【0099】
【0100】
電動モータ５３の回転数と電動補助自転車１の走行速度との関係は、例えば、以下の式１のように表すことができる。
Ｖ1＝６０×Ｒ53×ｒ45×ｒ36×Ｃ26 ・・・（式１）
ここで、Ｖ1は車両の走行速度（ｋｍ／ｈ）、Ｒ53は電動モータ５３の回転数（ｒｐｍ）、ｒ45は減速機４５の減速比、ｒ36は減速機４５の出力軸と後輪２６との間の変速比、Ｃ26は後輪２６の外周の長さである。
Ｖ1＝６０×Ｒ53×ｒ45×ｒ36×Ｃ26 ・・・（式１）
ここで、Ｖ1は車両の走行速度（ｋｍ／ｈ）、Ｒ53は電動モータ５３の回転数（ｒｐｍ）、ｒ45は減速機４５の減速比、ｒ36は減速機４５の出力軸と後輪２６との間の変速比、Ｃ26は後輪２６の外周の長さである。
【0101】
演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から電動モータ５３の回転数Ｒ53を演算することができる。減速機４５の減速比ｒ45および後輪２６の外周の長さＣ26は、固定値であり、演算回路７１は、これらの固定値を予め記憶している。
【0102】
演算回路７１は、変速段センサ４８が出力する変速機構３６の変速段を示す信号を用いて、変速比ｒ36を演算することができる。例えば、変速機構３６以外の減速機４５の出力軸と後輪２６との間の各部品の歯数等は固定値であるとする。すなわち、変速機構３６以外の減速機４５の出力軸と後輪２６との間の動力伝達機構の減速比または増速比は固定値であり、演算回路７１は、このような固定値を予め記憶している。また、演算回路７１は、変速機構３６の複数の変速段それぞれの減速比または増速比を予め記憶している。演算回路７１は、上記のような固定値と変速段センサ４８の出力信号とを用いて、変速比ｒ36を演算することができる。また、演算回路７１は、変速機構３６の変速段と、電動モータ５３の回転数と、電動補助自転車１の走行速度との関係を示すテーブルを予め記憶していてもよい。この場合、演算回路７１は、テーブルを参照することで走行速度を演算することができる。
【0103】
上記のように、電動モータ５３の回転数から電動補助自転車１の走行速度を演算することができる。このため、例えば、電動補助自転車１が車輪回転センサ３５を備えていない形態においても、演算回路７１は、電動補助自転車１の走行速度を得ることができる。また、例えば、車輪回転センサ３５が故障した場合においても、演算回路７１は、電動補助自転車１の走行速度を得ることができる。
【0104】
しかしながら、車両の発進直後、車両の停止直前および電動モータ５３が停止しているときなど、モータ回転センサ４６から得られる回転数が小さいまたはゼロとなる場合は、モータ回転センサ４６を用いた走行速度の検出は難しい、または検出することはできない。そこで、本実施形態では、演算回路７１は、モータ回転センサ４６から得られる回転数が所定の回転数未満の場合は、加速度センサ３８を用いて走行速度を演算する。演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号から得られる車両の進行方向の加速度を積分することで、車両の走行速度を取得することができる。モータ回転センサ４６を用いた走行速度の検出が難しい条件下においても、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出することで、走行速度に応じた電動補助自転車１の制御を行うことができる。
【0105】
図５に示すステップＳ１０１において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号を用いて電動モータ５３の回転数を演算する。次に、ステップＳ１０２において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上であるか判定する。
【0106】
ここで、所定の回転数とは、例えば、電動補助自転車１が徐行しているときの電動モータ５３の回転数である。例えば、所定の回転数は、車両の走行速度２ｋｍ／ｈに相当する電動モータ５３の回転数である。一例として、走行速度Ｖ1＝２（ｋｍ／ｈ）、減速比ｒ45＝１／４０、変速比ｒ36＝３８／２５、後輪外周の長さＣ26＝２（ｍ）としたとき、上記の式１から電動モータ５３の回転数Ｒ53は４３９（ｒｐｍ）となる。すなわち、この例では、所定の回転数は、４３９（ｒｐｍ）となる。なお、この回転数の値は一例であり、本発明はこれに限定されない。
【0107】
ステップＳ１０２において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上であると判定すると、ステップＳ１０３の処理に進む。ステップＳ１０３では、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号および加速度センサ３８の出力信号の両方を用いて車両の走行速度を演算する。
【0108】
例えば、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から演算した速度、および加速度センサ３８の出力信号から演算した速度のそれぞれに重み付けを行う。演算回路７１は、重み付けしたそれら２つの速度を用いて、車両の走行速度を演算する。例えば、演算回路７１は、以下の式２に示すように車両の走行速度Ｖ1を演算する。
Ｖ1＝ａ×Ｖm＋（１－ａ）×Ｖg ・・・（式２）
ここで、Ｖmはモータ回転センサ４６の出力信号から演算した速度、Ｖgは加速度センサ３８の出力信号から演算した速度、ａは０＜ａ＜１を満たす任意の数である。演算した速度ＶmおよびＶgのそれぞれに係数を乗じている。係数の値を調整し、現在の電動モータ５３の回転数に適したセンサから得られる速度を採用する割合を大きくすることで、走行速度の検出精度を高めることができる。
Ｖ1＝ａ×Ｖm＋（１－ａ）×Ｖg ・・・（式２）
ここで、Ｖmはモータ回転センサ４６の出力信号から演算した速度、Ｖgは加速度センサ３８の出力信号から演算した速度、ａは０＜ａ＜１を満たす任意の数である。演算した速度ＶmおよびＶgのそれぞれに係数を乗じている。係数の値を調整し、現在の電動モータ５３の回転数に適したセンサから得られる速度を採用する割合を大きくすることで、走行速度の検出精度を高めることができる。
【0109】
ａの値は固定であってもよいし、可変であってもよい。例えば、電動モータ５３の回転数が大きいときは、電動モータ５３の回転数から演算する走行速度の精度は、加速度センサ３８の出力信号から演算する走行速度の精度よりも高くなる。このため、電動モータ５３の回転数が大きいときはａの値を大きくし、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる速度を採用する割合を大きくする。一方、電動モータ５３の回転数が小さいときは、電動モータ５３の回転数から演算する走行速度の精度は低くなる。このため、電動モータ５３の回転数が小さいときはａの値を小さくし、加速度センサ３８の出力信号から得られる速度を採用する割合を大きくする。これにより、走行速度の検出精度を高くすることができる。
【0110】
ステップＳ１０２において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数未満であると判定すると、ステップＳ１０４の処理に進む。ステップＳ１０４では、演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号を用いて車両の走行速度を演算する。ステップＳ１０４では、演算回路７１は、走行速度の演算にモータ回転センサ４６の出力信号は用いない。
【0111】
乗員が電動補助自転車１のペダル５５を漕がずに慣性走行したり、ペダル５５を漕がずに下り坂を走行したりしているときは、電動モータ５３は停止しており、そのときの電動モータ５３の回転数はゼロになる。この場合は、電動モータ５３の回転数から求められる走行速度はゼロになり、実際の車両の走行速度とは異なった値になる。
【0112】
また、ワンウェイクラッチ３７（図２）が電動モータ５３の回転を後輪２６に伝達しない条件下では、電動モータ５３の回転数から求められる走行速度と、実際の車両の走行速度とは異なった値になり得る。例えば、慣性走行中や下り坂を走行中に乗員がペダル５５を僅かに動かした場合、電動モータ５３が少し回転することがある。しかし、変速機構３６の出力軸の回転速度が後輪２６の回転速度よりも遅い場合は、ワンウェイクラッチ３７は、電動モータ５３の回転を後輪に伝達しない。このような条件下において電動モータ５３の回転数から求められる走行速度は、実際の車両の走行速度とは異なった値になり得る。
【0113】
そのため、ステップＳ１０４では、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号は用いずに、加速度センサ３８の出力信号を用いて車両の走行速度を演算する。演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号から得られる車両の進行方向の加速度を積分することで、車両の走行速度を取得することができる。
【0114】
また、車体の振動が大きかったり、傾斜路を走行したりしている場合は、加速度センサ３８の出力信号から車両の走行速度を演算することは難しくなる。この場合は、演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号は用いずに、モータ回転センサ４６の出力信号を用いて車両の走行速度を演算してもよい。あるいは、演算回路７１は、上記式２のａの値を大きくして走行速度を演算してもよい。
【0115】
上記のように、モータ回転センサ４６の出力信号および加速度センサ３８の出力信号を使い分けることで、様々な条件下において車両速度を継続的に安定して検出することができる。これにより、様々な条件下において走行速度に応じた電動補助自転車１の制御を適切に行うことができる。
【0116】
上記の例では、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる回転数に応じて、モータ回転センサ４６および加速度センサ３８の中で走行速度の演算に用いるセンサを変更していた。演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる電動モータ５３の回転速度またはその周囲の回転部品の回転速度に応じて、モータ回転センサ４６および加速度センサ３８の中から走行速度の演算に用いるセンサを変更してもよい。また、走行速度の演算に用いるセンサを変更することは、モータ回転センサ４６および加速度センサ３８の一方を用いる演算と、両方を用いる演算とを切り替えることに限定されない。センサの変更とは、モータ回転センサ４６および加速度センサ３８の一方を用いる演算と、他方を用いる演算とを切り替えることも含まれる。
【0117】
また、上記の例では、走行速度の単位をｋｍ／ｈ、回転数の単位をｒｐｍとしたが、それら以外の単位を採用した演算を行ってもよい。例えば、走行速度の単位をメートル毎分としてもよいし、回転数の単位をｒｐｓとしてもよい。
【0118】
次に、後輪２６の回転を検出する車輪回転センサ３５（図２）および加速度センサ３８を併用して電動補助自転車１の走行速度を演算する処理を説明する。
【0119】
図６は、車輪回転センサ３５および加速度センサ３８を用いて電動補助自転車１の走行速度を演算する処理を示すフローチャートである。図７は、車輪回転センサ３５および加速度センサ３８を用いて電動補助自転車１の走行速度を演算する処理を示す図である。
【0120】
上述したように、車輪回転センサ３５は、後輪２６が所定の角度回転するごとにパルス信号を出力する。例えば、図３を用いて上述したように、後輪２６に車輪回転センサ３５の永久磁石３５ｍが１個設けられている形態では、車輪回転センサ３５は、後輪２６が１回転する毎に１個のパルス信号を出力する。車輪回転センサ３５が１個のパルス信号を出力してから次の１個のパルス信号を出力する間に、電動補助自転車１は後輪２６の外周の長さ分だけ移動したことになる。演算回路７１は、車輪回転センサ３５が出力する１個のパルス信号を検出してから次の１個のパルス信号を検出するまでの時間と、後輪２６の外周の長さとを用いて、車両の走行速度を演算することができる。
【0121】
しかし、車両の発進直後および停止直前等の後輪２６の回転速度が遅い状態では、演算回路７１がパルス信号を検出してから次にパルス信号を検出するまでに時間が掛かり、その間は走行速度を更新することができない。本実施形態では、パルス信号を検出しない期間は、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算し、走行速度を継続的に更新する。これにより、車輪回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間においても、そのときの走行速度に応じた電動補助自転車１の制御を行うことができる。
【0122】
図７（ａ）の縦軸は、電動補助自転車１の進行方向における走行速度を示している。図７（ａ）の横軸は時間を示している。図７（ｂ）の縦軸は、加速度センサ３８の出力信号から得られる電動補助自転車１の進行方向の加速度を示している。図７（ｂ）の横軸は時間を示している。図７（ａ）の点線は、加速度センサ３８の出力信号から得られる車両の走行速度８１（以下、加速度センサ速度と表現する）を示している。図７（ａ）の破線は、車輪回転センサ３５の出力信号から得られる車両の走行速度８２（以下、回転センサ速度と表現する）を示している。図７（ａ）の実線は、加速度センサ３８の出力信号および車輪回転センサ３５の出力信号の両方を用いて演算して得られた車両の走行速度８３（以下、推定速度と表現する）を示している。
【0123】
図６および図７を参照して、時間がゼロのとき電動補助自転車１は停止している。電動補助自転車１が停止しているときは、演算回路７１は、車輪回転センサ３５からのパルス信号を検出せず、加速度センサ３８の出力信号を用いて加速度センサ速度８１を演算する（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）。その加速度センサ速度８１が推定速度８３となる。外乱等により、加速度センサ速度８１は完全なゼロにはならない場合があるが、ゼロもしくはゼロに近い値になる。
【0124】
時間ｔ１１において、電動補助自転車１が発進すると、加速度センサ速度８１は大きくなっていく。電動補助自転車１が発進して後輪２６が少なくとも１回転より多く回転する（例えば２回転する）までは、演算回路７１は、パルス信号を複数個検出していないため、推定速度８３を加速度センサ速度８１に一致させる。このように、車輪回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間は、演算回路７１は、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出する。
【0125】
後輪２６が１回転より多く回転し、時間ｔ１２において演算回路７１はパルス信号を２個検出すると、それらパルス信号を用いて回転センサ速度８２を演算する（ステップＳ１１３）。演算回路７１は、加速度センサ速度８１に一致させていた推定速度８３を回転センサ速度８２に一致させる補正を行う（ステップＳ１１４）。時間ｔ１２における回転センサ速度８２の大きさはｓ１２であり、演算回路７１は、推定速度８３の大きさをｓ１２に補正する。
【0126】
時間ｔ１２でパルス信号を検出してから次に時間ｔ１３でパルス信号を検出するまでの間の期間は、演算回路７１は、パルス信号を検出しない。このパルス信号を検出しない期間では、演算回路７１は、加速度センサ速度８１を用いて推定速度８３を演算する（ステップＳ１１５、Ｓ１１６）。このとき、演算回路７１は、回転センサ速度８２の大きさｓ１２を基準にして、加速度センサ速度８１を用いて推定速度８３を演算する。具体的には、図７（ａ）のグラフにおいて、点線で示す加速度センサ速度８１の傾きと同じ傾きになるように、速度ｓ１２から推定速度８３を上昇させていく。
【0127】
時間ｔ１３において、演算回路７１は新たにパルス信号を検出する。演算回路７１は、今回検出したパルス信号と前回検出したパルス信号とを用いて回転センサ速度８２を演算する（ステップＳ１１３）。演算回路７１は、速度ｓ１２を基準として加速度センサ速度８１を用いて演算していた推定速度８３を、新たな回転センサ速度８２に一致させる補正を行う（ステップＳ１１４）。時間ｔ１３における回転センサ速度８２の大きさはｓ１３であり、演算回路７１は、推定速度８３の大きさをｓ１３に補正する。
【0128】
演算回路７１は、パルス信号を検出しない期間は、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算する。一方、パルス信号を検出するタイミングにおいては、加速度センサ３８よりも車輪回転センサ３５を用いた方が走行速度の検出精度が高い場合がある。このため、パルス信号を検出するタイミングにおいては、加速度センサ３８を用いて得られた走行速度を、車輪回転センサ３５を用いて得られた走行速度に補正する。このような補正を行った上で、パルス信号を検出しない期間において加速度センサ３８を用いた走行速度の演算を行う。これにより、加速度センサ３８の出力信号を用いて継続的に更新する走行速度の精度を高めることができる。
【0129】
時間ｔ１３でパルス信号を検出してから次に時間ｔ１４でパルス信号を検出するまでの間の期間は、演算回路７１は、パルス信号を検出しない。このパルス信号を検出しない期間では、演算回路７１は、加速度センサ速度８１を用いて推定速度８３を演算する（ステップＳ１１５、Ｓ１１６）。上記と同様に、演算回路７１は、回転センサ速度８２の大きさｓ１３を基準にして、加速度センサ速度８１を用いて推定速度８３を演算する。
【0130】
時間ｔ１４において、演算回路７１は、新たにパルス信号を検出し、回転センサ速度８２を演算する（ステップＳ１１３）。演算回路７１は、速度ｓ１３を基準として加速度センサ速度８１を用いて演算していた推定速度８３を、新たな回転センサ速度８２の大きさｓ１４に一致させる補正を行う（ステップＳ１１４）。このように、演算回路７１は、加速度センサ速度８１および回転センサ速度８２を用いて推定速度８３の演算を継続する。
【0131】
時間ｔ１５において、電動補助自転車１の走行速度は減速に転じる。時間ｔ１６においてパルス信号を検出すると、演算回路７１は、回転センサ速度８２を演算する。演算回路７１は、推定速度８３を、新たな回転センサ速度８２の大きさｓ１６に一致させる補正を行う。
【0132】
時間ｔ１６でパルス信号を検出してから次に時間ｔ１７でパルス信号を検出するまでの間の期間は、演算回路７１は、パルス信号を検出しない。このパルス信号を検出しない期間では、演算回路７１は、加速度センサ速度８１を用いて推定速度８３を演算する。上記と同様に、演算回路７１は、回転センサ速度８２の大きさｓ１６を基準にして、加速度センサ速度８１を用いて推定速度８３を演算する。時間ｔ１７においてパルス信号を検出すると、演算回路７１は、回転センサ速度８２を演算する。演算回路７１は、推定速度８３を、新たな回転センサ速度８２の大きさｓ１７に一致させる補正を行う。このように、演算回路７１は、加速度センサ速度８１および回転センサ速度８２を用いて推定速度８３の演算を継続する。
【0133】
本実施形態では、パルス信号を検出しない期間は、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算し、走行速度を継続的に更新する。これにより、車輪回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間においても、そのときの走行速度に応じた電動補助自転車１の制御を行うことができる。
【0134】
なお、車輪回転センサ３５は、後輪２６の回転を検出していたが、前輪２５の回転を検出してもよい。車輪回転センサ３５が前輪２５の回転を検出する形態においても、上記と同様に電動補助自転車１の走行速度を演算することができる。
【0135】
次に、モータ回転センサ４６の出力信号および加速度センサ３８の出力信号を用いて電動補助自転車１の動力伝達機構の変速比を演算する処理を説明する。
【0136】
上記の例では、電動補助自転車１は、変速機構３６の変速段を示す信号を出力する変速段センサ４８を備えていた。以下に説明する例では、電動補助自転車１が変速段センサ４８を備えていない場合、あるいは変速段センサ４８が故障した場合において、演算により変速比を取得する処理を説明する。
【0137】
本実施形態の電動補助自転車１では、動力伝達機構の変速比に応じて、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを制御する。例えば、変速比が低い場合は、補助力の大きさを小さくする。ここで、「変速比が低い」とは、「ローギア」とも表現され、電動モータ５３の回転速度に対して後輪２６の回転速度が大きく減少する変速比であることを示している。一方、「変速比が高い」とは、「ハイギア」とも表現され、電動モータ５３の回転速度に対して後輪２６の回転速度が減少する割合が小さい変速比であることを示している。
【0138】
変速比が低くなるほど、ペダル５５に加えた人力に対してペダル５５は回転しやすくなるといえる。そのため、変速比が低い場合に大きな補助力を発生させると、乗員は違和感を覚える場合がある。そこで、変速機構３６が低い変速比に設定されている場合は、補助力の大きさを小さくすることで、乗員の違和感を低減させる。例えば、メモリ７２（図２）には、変速比を複数のパラメータのうちの１つとするマップが格納されている。演算回路７１は、そのようなマップを参照することにより、電動モータ５３を駆動させるための指令値を算出する。
【0139】
演算により変速比を取得する処理を説明する。電動補助自転車１が内装変速機を備える形態では、動力伝達機構の変速比は、例えば、駆動スプロケット５９、チェーン２８、従動スプロケット３２、駆動軸３３、変速機構３６の間の変速比である。電動補助自転車１が外装変速機を備える形態では、動力伝達機構の変速比は、例えば、駆動スプロケット５９、チェーン２８、従動スプロケット３２の間の変速比である。ここでは、減速機４５の出力軸と駆動スプロケット５９の回転速度は同じとする。動力伝達機構の変速比として、減速機４５の出力軸と後輪２６との間の変速比ｒ36を演算により求める。
【0140】
上記の式１から、変速比ｒ36は、以下の式３のように表すことができる。
ｒ36＝Ｖ1／（６０×Ｒ53×ｒ45×Ｃ26） ・・・（式３）
ｒ36＝Ｖ1／（６０×Ｒ53×ｒ45×Ｃ26） ・・・（式３）
【0141】
減速機４５の減速比ｒ45と後輪２６の外周の長さＣ26は固定値であるため、定数をＡとすると、変速比ｒ36は、以下の式４のように表すことができる。
ｒ36＝Ａ×Ｖ1／Ｒ53 ・・・（式４）
ｒ36＝Ａ×Ｖ1／Ｒ53 ・・・（式４）
【0142】
すなわち、変速比ｒ36は、電動補助自転車１の走行速度Ｖ1と電動モータ５３の回転数Ｒ53とが分かれば演算により求めることができる。
【0143】
しかし、上述したように、電動補助自転車１の発進直後および停止直前等の後輪２６の回転速度が遅い状態では、車輪回転センサ３５がパルス信号を出力するのに時間が掛かる。このため、車輪回転センサ３５のみを用いて車両の走行速度を演算する場合、演算回路７１は走行速度Ｖ1をなかなか求めることができない。そのため、演算回路７１は変速比ｒ36もなかなか求めることができない。そこで、本実施形態では、加速度センサ３８の出力信号を用いて演算した走行速度Ｖ1を用いて、変速比ｒ36を演算する。これにより、後輪２６の回転速度が遅い状態でも、演算回路７１は、変速比に応じた電動モータ５３の制御を行うことができる。
【0144】
図８は、変速比を演算する処理を示すフローチャートである。ステップＳ１２１において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号を用いて電動モータ５３の回転数Ｒ53を演算する。次に、ステップＳ１２２において、演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度Ｖ1を演算する。演算回路７１は、加速度センサ３８の出力信号から得られる車両の進行方向の加速度を積分することで、走行速度Ｖ1を取得することができる。次に、ステップＳ１２３において、演算回路７１は、電動モータ５３の回転数Ｒ53と車両の走行速度Ｖ1を用いて変速比ｒ36を演算する。
【0145】
このように、加速度センサ３８の出力信号を用いて変速比ｒ36を演算する。このため、電動補助自転車１の発進直後および停止直前等の後輪２６の回転速度が遅い状態でも、変速比ｒ36を演算により求めることができる。変速比ｒ36が求まることにより、演算回路７１は、後輪２６の回転速度が遅い状態でも変速比に応じた電動モータ５３の制御を行うことができる。
【0146】
次に、モータ回転センサ４６、車輪回転センサ３５および加速度センサ３８を用いて電動補助自転車１の走行速度を演算する処理を説明する。
【0147】
図９は、モータ回転センサ４６、車輪回転センサ３５および加速度センサ３８を用いて電動補助自転車１の走行速度を演算する処理を示すフローチャートである。
【0148】
上述した例から理解されるように、モータ回転センサ４６の出力信号を用いて演算した車両の走行速度の精度は相対的に高い。しかし、ワンウェイクラッチ３７（図２）が電動モータ５３の回転を後輪２６に伝達しない条件下では、電動モータ５３の回転数から求められる走行速度と、実際の車両の走行速度とは異なった値になり得る。車輪回転センサ３５の出力信号を用いて演算した走行速度の精度は、高速度域では高いが、低速度域では低くなる。加速度センサ３８の出力信号を用いて演算した走行速度の精度は相対的に低いが、走行速度を常時演算することができる。本実施形態では、モータ回転センサ４６、車輪回転センサ３５および加速度センサ３８のそれぞれの短所を互いに補い合うようして走行速度を演算する。これにより、様々な条件下において車両の走行速度を継続的に安定して検出することができる。
【0149】
【0150】
次に、ステップＳ１３２において、演算回路７１は、トルクセンサ４１の出力信号に基づいて、クランク軸５７に所定以上のトルクが発生しているか判定する。乗員がペダル５５を足で踏んだとき、クランク軸５７には所定以上のトルクが発生する。上述したように、トルクセンサ４１は、乗員がペダル５５に加えた人力を、クランク軸５７に発生するトルクとして検出する。クランク軸５７に所定以上のトルクが発生している場合、制御装置７０は、電動モータ５３に補助力を発生させる制御を行う。
【0151】
演算回路７１は、クランク軸５７に所定以上のトルクが発生していると判定した場合、モータ回転センサ４６の出力信号を用いて電動モータ５３の回転数を演算する（ステップＳ１３３）。次に、ステップＳ１３４において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上であるか判定する。
【0152】
所定の回転数は、例えば、電動補助自転車１が実質的に停車しているとみなされ得る走行速度に相当する電動モータ５３の回転数である。例えば、所定の回転数は、秒速１０ｃｍ未満程度の走行速度に相当する電動モータ５３の回転数である。一例として、所定の回転数は６０（ｒｐｍ）である。なお、この回転数の値は一例であり、本発明はこれに限定されない。
【0153】
ステップＳ１３４において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上であると判定すると、ステップＳ１３５の処理に進む。ステップＳ１３５では、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号を用いて車両の走行速度を演算する。演算回路７１は、走行速度を演算すると、ステップＳ１４０の処理に進む。
【0154】
ステップＳ１４０において、演算回路７１は、電動補助自転車１のシステムをオフにする操作がなされたか判定する。システムをオフにする操作は、例えば乗員が電源スイッチ６５を押す操作である。システムをオフにする操作がなされていない場合は、ステップＳ１３２に戻る。システムをオフにする操作がなされた場合は、走行速度を演算する処理を終了する。
【0155】
ステップＳ１３４において、演算回路７１は、モータ回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数未満であると判定すると、車両の走行速度をゼロとする。例えば、傾斜が急な登坂路において、乗員はペダル５５を踏んではいるが、電動補助自転車１は動かずに停止したままという状態について考える。この場合、電動モータ５３に駆動電流は流れているが電動モータ５３は停止していることが起こり得る。また、例えば、歩道の段差に前輪２５を突き当てた状態、または信号待ちでブレーキをかけたままペダル５５に足を乗せている状態等においても同様に、電動モータ５３に駆動電流は流れているが電動モータ５３は停止していることが起こり得る。このように、乗員がペダル５５を踏んではいるが、電動補助自転車１が実質的に停止している状態では、演算回路７１は車両の走行速度をゼロと判断する。演算回路７１は、走行速度ゼロと判断すると、ステップＳ１４０の処理に進む。
【0156】
ステップＳ１３２において、演算回路７１は、クランク軸５７に所定以上のトルクが発生していないと判定した場合、ステップＳ１３７の処理に進む。
【0157】
ステップＳ１３７において、演算回路７１は、車輪回転センサ３５からのパルス信号を、所定時間内に複数個検出したか判定する。一例として、所定時間は５秒である。なお、この時間の値は一例であり、本発明はこれに限定されない。
【0158】
演算回路７１は、車輪回転センサ３５からのパルス信号を、所定時間内に複数個検出した場合、それらパルス信号を用いて車両の走行速度を演算する（ステップＳ１３８）。次に、ステップＳ１３９において、演算した現在の走行速度を基準として、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算する。図６および図７を用いて上述したように、パルス信号を検出しない期間においては、加速度センサ３８を用いた走行速度の演算を行う。これにより、パルス信号を検出しない期間においても走行速度を継続的に更新することができる。演算回路７１は、走行速度を演算すると、ステップＳ１４０の処理に進む。
【0159】
ステップＳ１３７において、演算回路７１は、車輪回転センサ３５からのパルス信号を、所定時間内に複数個検出しない場合、ステップＳ１３９の処理に進む。この場合、演算回路７１は、既に演算済みの現在の走行速度を基準として、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算する。なお、現在の走行速度がゼロである場合は、ゼロを基準して走行速度を演算する。上述したように、後輪２６の回転速度が遅い状態では、演算回路７１がパルス信号を検出してから次にパルス信号を検出するまでに時間が掛かり、その間は走行速度を更新することができない。この場合は、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算することにより、走行速度を継続的に更新することができる。これにより、車輪回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間においても、そのときの走行速度に応じた電動補助自転車１の制御を行うことができる。
【0160】
演算回路７１は、走行速度を演算すると、ステップＳ１４０の処理に進む。システムをオフにする操作がなされるまで、上記の処理を継続する。
【0161】
このように、モータ回転センサ４６の出力信号、車輪回転センサ３５の出力信号および加速度センサ３８の出力信号を使い分けることで、様々な条件下において車両の走行速度を継続的に安定して検出することができる。これにより、様々な条件下において走行速度に応じた電動補助自転車１の制御を適切に行うことができる。
【0162】
上記の説明では、電動補助自転車として二輪の電動補助自転車を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電動補助自転車は三輪以上の電動補助自転車であってもよい。
【0163】
また、上記の説明では、乗員がペダルを踏んで発生させる人力および電動モータが発生させる補助力が伝達される駆動輪は後輪であったが、本発明はこれに限定されない。電動補助自転車の形態に応じて、それら人力および補助力は前輪に伝達されてもよいし、前輪および後輪の両方に伝達されてもよい。
【0164】
以上、本発明の例示的な実施形態を説明した。
【0165】
上述したように、本発明の実施形態に係る電動補助システム５１は、電動補助車両１の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータ５３と、回転することにより電動補助車両１を走行させる回転部品の回転に応じた信号を出力する回転センサ３５および４６と、電動補助車両１の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサ３８とを備える。電動補助システム５１は、回転センサ３５および４６の出力信号の少なくとも一方と、加速度センサ３８の出力信号とを用いて電動補助車両１の走行速度を演算する制御装置７０をさらに備える。
【0166】
本発明の実施形態によれば、回転センサ３５および４６の少なくとも一方と、加速度センサ３８とを併用して、電動補助車両１の走行速度を演算する。回転センサ３５または４６を用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出する。加速度センサ３８を用いた走行速度の検出が難しい条件下においては、回転センサ３５および４６の少なくとも一方を用いて走行速度を検出する。様々な条件下において継続して車両速度を検出することができ、走行速度に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0167】
ある実施形態において、制御装置７０は、第１の条件下では、回転センサ３５または４６の出力信号、および加速度センサ３８の出力信号の両方を用いて走行速度を演算する。第２の条件下では、回転センサ３５または４６の出力信号、および加速度センサ３８の出力信号の一方を用いて走行速度の演算を行う。
【0168】
条件に応じて走行速度の演算に用いるセンサを変更することで、様々な条件下において継続して車両速度を演算することができる。
【0169】
ある実施形態において、制御装置７０は、回転センサ４６の出力信号から得られる回転数に応じて、回転センサ４６と加速度センサ３８とのうちで走行速度の演算に用いるセンサを変更する。
【0170】
走行速度の演算に用いるセンサを、現在の回転数に適したセンサに変更することで、様々な条件下において継続して車両速度を演算することができる。
【0171】
ある実施形態において、制御装置７０は、回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上の場合、回転センサ４６の出力信号および加速度センサ３８の出力信号の両方を用いて電動補助車両１の走行速度を演算する。制御装置７０は、回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数未満の場合、加速度センサ３８の出力信号を用いて電動補助車両１の走行速度を演算する。
【0172】
車両の発進直後、車両の停止直前および電動モータ５３が停止しているときなど、回転センサ４６から得られる回転数が小さいまたはゼロとなる場合は、回転センサ４６を用いた走行速度の検出が難しくなる。回転センサ４６から得られる回転数が所定の回転数未満の場合は、加速度センサ３８を用いて走行速度を演算する。回転センサ４６を用いた走行速度の検出が難しい条件下においても、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出することで、走行速度に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0173】
ある実施形態において、回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上の場合、制御装置７０は、回転センサ４６の出力信号を用いて第１の速度を演算し、加速度センサ３８の出力信号を用いて第２の速度を演算する。制御装置７０は、第１の速度および第２の速度のそれぞれに重み付けを行い、重み付けした第１の速度および重み付けした第２の速度の両方を用いて、電動補助車両１の走行速度を演算する。
【0174】
回転センサ４６から得られる速度および加速度センサ３８から得られる速度のそれぞれに重み付けを行う。現在の回転数に適したセンサから得られる速度を採用する割合を大きくすることで、走行速度の検出精度を高めることができる。
【0175】
ある実施形態において、回転センサ４６の出力信号から得られる回転数が所定の回転数以上の場合、制御装置７０は、回転センサ４６の出力信号を用いて第１の速度を演算し、加速度センサ３８の出力信号を用いて第２の速度を演算する。制御装置７０は、第１の速度に第１の係数を乗じ、第２の速度に第２の係数を乗じ、第１の係数を乗じた第１の速度および第２の係数を乗じた第２の速度の両方を用いて、電動補助車両１の走行速度を演算する。
【0176】
回転センサ４６から得られる速度および加速度センサ３８から得られる速度のそれぞれに係数を乗じる。現在の回転数に適したセンサから得られる速度を採用する割合を大きくすることで、走行速度の検出精度を高めることができる。
【0177】
ある実施形態において、制御装置７０は、回転センサ４６の出力信号から得られる速度に応じて、回転センサ４６および加速度センサ３８の中から走行速度の演算に用いるセンサを変更する。
【0178】
走行速度を演算するためセンサを、現在の走行速度に適したセンサに変更することで、様々な条件下において継続して車両速度を演算することができる。
【0179】
ある実施形態において、回転部品は電動モータ５３であり、回転センサ４６は、電動モータ５３の回転に応じた信号を出力する。
【0180】
電動モータ５３の回転に応じた信号および加速度センサ３８の出力信号を併用して電動補助車両１の走行速度を演算する。電動モータ５３が停止している場合など、回転センサ４６を用いた走行速度の検出ができない条件下においても、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出することができ、走行速度に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0181】
ある実施形態において、回転部品は電動補助車両１の車輪２５または２６であり、回転センサ３５は、車輪２５または２６の回転に応じた信号を出力する。
【0182】
車輪２５または２６の回転に応じた信号および加速度センサ３８の出力信号を併用して電動補助車両１の走行速度を演算する。車両の発進直後および停止直前などの車輪２５および２６の回転が遅いときは、回転センサ３５を用いた走行速度の検出が難しくなる。回転センサ３５を用いた走行速度の検出が難しい条件下においても、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出することで、走行速度に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0183】
ある実施形態において、回転センサ３５は、車輪２５または２６が所定の角度回転するごとにパルス信号を出力する。制御装置７０は、２つ以上のパルス信号を用いて走行速度を演算する。制御装置７０は、パルス信号を検出しない期間は、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算する。
【0184】
回転センサ３５がパルス信号を出力しない期間は、パルス信号を用いた走行速度の検出ができない。回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間は、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出する。これにより、回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間においても、走行速度に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0185】
ある実施形態において、回転センサ３５は、車輪２５または２６が所定の角度回転するごとにパルス信号を出力する。制御装置７０は、２つ以上のパルス信号を用いて走行速度を演算する。制御装置７０は、パルス信号を検出してから次のパルス信号を検出するまでの期間は、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算する。
【0186】
回転センサ３５がパルス信号を出力してから次にパルス信号を出力するまでの期間は、パルス信号を用いた走行速度の検出ができない。回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間は、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出する。これにより、回転センサ３５を用いた走行速度の検出ができない期間においても、走行速度に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0187】
ある実施形態において、制御装置７０は、パルス信号を検出すると、今回検出したパルス信号と前回検出したパルス信号とを用いて走行速度を演算する。そして、制御装置７０は、加速度センサ３８の出力信号から得られた走行速度の大きさを、パルス信号から得られた走行速度に補正する。
【0188】
パルス信号を検出しない期間は、加速度センサ３８を用いて走行速度を検出する。一方、パルス信号を検出するタイミングにおいては、加速度センサ３８よりも回転センサ３５を用いた方が走行速度の検出精度が高い場合がある。この場合は、加速度センサ３８を用いて得られた走行速度の大きさを、回転センサ３５を用いて得られた走行速度に補正する。このような補正を行った上で、パルス信号を検出しない期間において加速度センサ３８を用いた走行速度の検出を行うことで、走行速度の検出精度を高めることができる。
【0189】
ある実施形態において、制御装置７０は、パルス信号を検出してから次にパルス信号を検出するまでの期間は、パルス信号から得られた走行速度を基準にして、加速度センサ３８の出力信号を用いて走行速度を演算する。
【0190】
回転センサ３５を用いて検出した走行速度を基準にして、加速度センサ３８の出力信号から走行速度を演算する。これにより、加速度センサ３８を用いた走行速度の検出精度を高めることができる。
【0191】
ある実施形態において、回転部品は電動モータ５３であり、回転センサ４６は、電動モータ５３の回転に応じた信号を出力する。制御装置７０は、回転センサ４６の出力信号および加速度センサ３８の出力信号を用いて電動補助車両１が備える動力伝達機構の変速比を演算する。
【0192】
車両の発進直後および停止直前などの走行速度が遅い場合は、回転センサ３５を用いた走行速度の検出が難しくなるが、加速度センサ３８を用いることで走行速度を検出することができる。電動モータ５３の回転数は回転センサ４６の出力信号から演算できる。加速度センサ３８を用いて検出した走行速度と回転センサ４６を用いて検出した電動モータ５３の回転数とから、動力伝達機構の変速比を演算する。これにより、変速比に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0193】
ある実施形態において、電動補助システム５１は、電動モータ５３の回転に応じた信号を出力する回転センサ４６を備える。制御装置７０は、電動モータ５３の回転に応じた信号および加速度センサ３８の出力信号を用いて電動補助車両１が備える動力伝達機構の変速比を演算する。
【0194】
車両の発進直後および停止直前などの車輪２５および２６の回転が遅いときは、車輪２５または２６の回転に応じた信号がなかなか出力されず、走行速度の演算ができなかったり走行速度の演算に時間が掛かったりする。そのような場合でも、加速度センサ３８を用いることで走行速度を検出することができる。電動モータ５３の回転数は回転センサ４６の出力信号から演算できる。加速度センサ３８を用いて検出した走行速度と回転センサ４６を用いて検出した電動モータ５３の回転数とから、動力伝達機構の変速比を演算することができる。これにより、変速比に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0195】
本発明のある実施形態に係る電動補助システム５１は、電動補助車両１の乗員の人力を補助する補助力を発生させる電動モータ５３と、電動モータ５３の回転に応じた信号を出力する回転センサ４６と、電動補助車両１の進行方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサ３８とを備える。電動補助システム５１は、回転センサ４６の出力信号および加速度センサ３８の出力信号を用いて、電動補助車両１が備える動力伝達機構の変速比を演算する制御装置７０をさらに備える。
【0196】
加速度センサ３８を用いて走行速度を検出することができるとともに、回転センサ４６を用いて電動モータ５３の回転数を検出することができる。検出した走行速度と電動モータ５３の回転数とから、変速機の変速比を演算することができ、変速比に応じた電動補助車両１の制御を行うことができる。
【0197】
本発明の実施形態に係る電動補助車両１は、上記の電動補助システム５１を備える。これにより、上記の電動補助システム５１の特徴を備えた電動補助車両１が提供される。
【0198】
以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は、本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。また、上述の実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施形態も可能である。本発明は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、改変、置き換え、付加および省略などが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0199】
本発明は、加速度センサを有し、人力に補助力を加えて駆動される車両に特に有用である。
【符号の説明】
【0200】
１：電動補助自転車（電動補助車両）、 ５：ダウンチューブ、 ６：ブラケット、 ７：チェーンステイ、 ８：ブレーキ、 ９：ブレーキ、 １１：車体フレーム、 １２：ヘッドパイプ、 １３：ハンドルステム、 １４：ハンドル、 １５：フロントフォーク、 １６：シートチューブ、 １７：サドルパイプ、 １８：フェンダー、 １９：シートステイ、 ２１：前かご、 ２２：ヘッドランプ、 ２３：テールランプ、 ２４：荷台、 ２５：前輪、 ２６：後輪、 ２７：サドル、 ２８：チェーン、 ２９：スタンド、 ３４：スポーク、 ３５：車輪回転センサ、 ３８：加速度センサ、 ４１：トルクセンサ、 ４２：クランク回転センサ、 ４６：モータ回転センサ、 ５１：駆動ユニット（電動補助システム）、 ５３：電動モータ、 ５４：クランクアーム、 ５５：ペダル、 ５６：バッテリ、 ５７：クランク軸、 ６０：操作盤、 ６１：表示パネル、 ６２：アシストモード操作スイッチ、 ６３：スピーカ、 ６４：ランプ、 ６５：電源スイッチ、 ７０：制御装置、 ７１：演算回路、 ７２：メモリ、 ７９：モータ駆動回路、 ８１：加速度センサを用いて演算した走行速度、 ８２：回転センサを用いて演算した走行速度、 ８３：推定速度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】