特許 7269998 電動乗り物システムおよび乗り物を駆動するための方法

(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】2023-04-26

(45)【発行日】2023-05-09

(54)【発明の名称】電動乗り物システムおよび乗り物を駆動するための方法

(51)【国際特許分類】

   B62M 6/40 20100101AFI20230427BHJP

   B62M 7/12 20060101ALI20230427BHJP

   B62J 45/20 20200101ALI20230427BHJP

   B62J 45/41 20200101ALI20230427BHJP

【ＦＩ】

B62M6/40

B62M7/12

B62J45/20

B62J45/41

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021117333

(22)【出願日】2021-07-15

(65)【公開番号】P2022019669

(43)【公開日】2022-01-27

【審査請求日】2021-11-15

(31)【優先権主張番号】63/052,657

(32)【優先日】2020-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/371,933

(32)【優先日】2021-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】594046167

【氏名又は名称】巨大機械工業股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100134577

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】▲ファン▼ 進來

(72)【発明者】

【氏名】許 孝文

(72)【発明者】

【氏名】許 勝賀

【審査官】福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０９８２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６４４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１６１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３５８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９７０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１４４９２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３７０５９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｍ ６／４０

Ｂ６２Ｍ ７／１２

Ｂ６２Ｊ ４５／２０

Ｂ６２Ｊ ４５／４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動乗り物であって、
フレームと、
前記フレームに結合された少なくとも１つの前輪と、
前記フレームに結合された少なくとも1つの後輪と、
前記フレームに結合され、ペダリングを介してユーザが前記電動乗り物と関与するように構成された1つまたは複数のペダルと、
前記１つまたは複数のペダルに結合され、逆起電力信号を生成するように構成された発電機と、
前記発電機に結合され、前記逆起電力信号に関連するペダリングコマンド信号を出力するように構成された整流回路と、
前記整流回路に結合され、前記ペダリングコマンド信号に応答して１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成されたコントローラと、
前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの１つに結合され、前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの前記１つを駆動するように構成された第１のモータと、
前記第１のモータと結合された第１のドライバであって、前記１つまたは複数の駆動信号に応答して前記第１のモータへの前記第１のドライバの電力出力を調整するように構成された第１のドライバと、
を備える、電動乗り物。

【請求項2】

前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの他の１つに結合され、前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの前記他の１つを駆動するように構成された第２のモータと、
前記第２のモータと結合された第２のドライバであって、前記１つまたは複数の駆動信号に応答して前記第２のモータへの前記第２のドライバの電力出力を調整するように構成された第２のドライバと、
をさらに備える、請求項１に記載の電動乗り物。

【請求項3】

前記フレームに結合されたハンドルバーをさらに備え、前記ハンドルバーがブレーキ制御を含み、前記コントローラが、前記ブレーキ制御からのブレーキ信号に応答して前記１つまたは複数の駆動信号を出力するようにさらに構成されている、請求項１または２に記載の電動乗り物。

【請求項4】

前記フレームに結合されたハンドルバーをさらに備え、前記ハンドルバーがシフターを含み、前記コントローラが、前記シフターからのシフト信号に応答して前記１つまたは複数の駆動信号を出力するようにさらに構成されている、
請求項１または２に記載の電動乗り物。

【請求項5】

前記第１のモータが、前記第１のモータの回転角を検出してホールセンサ信号を前記コントローラに出力するように構成されたホールセンサを備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の電動乗り物。

【請求項6】

前記コントローラに結合された1つまたは複数のセンサをさらに備え、前記コントローラが、前記１つまたは複数のセンサによって検出された走行データに応答して前記１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電動乗り物。

【請求項7】

前記走行データは、空気抵抗、風抵抗、ユーザの体重、電動乗り物の重量、現在の傾斜または勾配、前記１つまたは複数のペダル上の前記ユーザの足の位置、ペダリングレート、実効ペダリングパワー、自転車の速度、バッテリーレベルまたはバッテリーヘルスレベル、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項６に記載の電動乗り物。

【請求項8】

前記コントローラに結合された第１の電源ユニットをさらに備え、前記第１の電源ユニットは、
前記発電機と、前記整流回路と、第１の電力貯蔵装置と、を備え、
前記第１の電力貯蔵装置は、前記コントローラに結合され、前記コントローラに出力電流を提供するように構成された、請求項１～７のいずれか一項に記載の電動乗り物。

【請求項9】

前記第１のドライバに結合され、前記第１のドライバにもう１つの出力電流を提供するように構成された第２の電源ユニットをさらに備える、請求項８に記載の電動乗り物。

【請求項10】

前記コントローラからの抵抗コマンド信号に応答して複数のペダリング抵抗レベルを提供するように構成された可変抵抗制御ユニットをさらに備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の電動乗り物。

【請求項11】

乗り物を駆動するための方法であって、
前記乗り物の1つまたは複数のセンサによって、ライダー、ライダーの動き、またはライダーのサイクリングに影響を与える１つもしくは複数の環境要因、の情報を含むデータを検知するステップと、
プロセッサによって、前記１つまたは複数のセンサからの前記データ、前記乗り物のドライブモジュールからのデータ、または乗り物のメモリデバイスもしくは外部データベースからのデータを受信するステップと、
前記プロセッサによって、前記受信したデータの１つまたは複数に基づいて１つまたは複数の計算を実行し、前記乗り物の１つまたは複数のペダルに結合された発電機によって生成された逆起電力信号に関連するペダリングコマンド信号に従い、それに応じて駆動信号を１つまたは複数のドライバに出力するステップと、
前記プロセッサからの前記駆動信号に基づいて、前記１つまたは複数のドライバによって、１つまたは複数のモータを駆動するステップと、
前記１つまたは複数のドライバの駆動に応答して、前記１つまたは複数のモータによって、少なくとも１つの後輪または少なくとも１つの前輪を、前記駆動信号に対応する制御された角速度で回転させるステップと、
を含む、方法。

【請求項12】

前記１つまたは複数のドライバを介し、前記逆起電力信号に関連する前記ペダリングコマンド信号、及び前記１つまたは複数のモータによって出力された充電電流に応じて前記１つまたは複数のモータに駆動電流を出力する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記駆動信号を出力するステップは、
ブレーキ制御からのブレーキ信号に応じて前記駆動信号を出力する、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記駆動信号を出力するステップは、
シフターからのシフト信号に応じて前記駆動信号を出力する、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記乗り物のペダリング抵抗レベルを調整するために、抵抗コマンド信号を可変抵抗制御ユニットへ出力するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

乗り物を駆動するための方法を開始するために前記乗り物のプロセッサによって実行可能な命令のセットを格納する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
1つまたは複数のセンサからのデータ、前記乗り物のドライブモジュールからのデータ、または前記乗り物のメモリデバイスもしくは外部データベースからのデータを受信するステップであって、前記データは、ライダー、ライダーの動き、またはライダーのサイクリングに影響を与える1つもしくは複数の環境要因、の情報を含んでいる、ステップと、
前記受信したデータの１つまたは複数に基づいて１つまたは複数の計算を実行し、前記乗り物の１つまたは複数のペダルに結合された発電機によって生成された逆起電力信号に関連するペダリングコマンド信号に従い、それに応じて駆動信号を１つまたは複数のドライバに出力するステップと、
前記プロセッサからの前記駆動信号に基づいて１つまたは複数のモータを駆動するステップであって、前記乗り物の少なくとも１つの後輪または少なくとも１つの前輪が、前記１つまたは複数のドライバの駆動に応答して、前記１つまたは複数のモータによって、前記駆動信号に対応する制御された角速度で回転される、ステップと、
を含む、
非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項17】

前記命令のセットは、前記プロセッサによって実行可能であり、
前記１つまたは複数のドライバを介し、前記逆起電力信号に関連する前記ペダリングコマンド信号、及び前記１つまたは複数のモータによって出力された充電電流に応じて前記１つまたは複数のモータに駆動電流を出力する、請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項18】

前記命令のセットは、前記駆動信号を出力するために前記プロセッサによって実行可能であり、
前記駆動信号をブレーキ制御からのブレーキ信号に応じて出力する、請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項19】

前記命令のセットは、前記駆動信号を出力するために前記プロセッサによって実行可能であり、
前記駆動信号をシフターからのシフト信号に応じて出力する、請求項１６に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【請求項20】

前記命令のセットは、前記プロセッサによって、さらに、
前記乗り物のペダリング抵抗レベルを調整するために、抵抗コマンド信号を可変抵抗制御ユニットに出力することを行うために実行可能である、請求項１９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動乗り物、より具体的には、電動自転車および電動自転車を駆動または制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

サイクリングは、輸送、旅行、レジャー、運動、スポーツ、および競技会など、その様々な役割のために常に人気があった。サイクリングは、利用者、アマチュアライダー、熱烈なライダー、プロのライダーやアスリートなど、幅広い人々を魅了している。たとえば、自転車は多くの都市や地域で輸送とレジャー旅行の両方に広く使用されている。近年、自転車シェアリングおよび関連サービスが普及しており、持続可能で健康的な交通手段やサービスを提供するために、多くのインセンティブ、プログラム、サービスが組織化されている。

【0003】

ほとんどの自転車は、チェーンを使用して後輪を駆動し、ケーブルを使用してさまざまな自転車構成要素を操作または駆動する。シフティング、ブレーキング、ショック、シート調整などの機能は、機械的に駆動または制御されることが多い。同時に、電気的構成要素を配備することに利点がある。部分的または完全な電気構成要素の代替使用は、１つまたは複数の利点をもたらし、それは、設計の選択肢の拡大、設計の柔軟性の拡大、デバイスのユーザフレンドリー化、有線、無線、またはリモート操作の有効化、運用、応答性の向上、信頼性の向上、全体コストまたは修理コストの削減、ライディングまたは競技の柔軟性の提供、ユーザのニーズ、消費者の期待、または市場の需要への対応などの１つまたは複数の考察事項によって推進され得る。たとえば、電気モータを動力源とする自転車は、走行距離、走行時間、走行困難などを延ばし、さまざまな身体レベルまたはスキルレベルのライダーのサイクリング体験を向上させ、および/または市場の需要または魅力を拡大することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ほとんどの自転車は、チェーンを使用して後輪を駆動し、ケーブルを使用してさまざまな自転車構成要素を操作または駆動する。シフティング、ブレーキング、ショック、シート調整などの機能は、機械的に駆動または制御されることが多く、柔軟性に欠ける。

【課題を解決するための手段】

【0005】

いくつかの実施形態によれば、電動乗り物が提供される。この電動乗り物は、フレーム、少なくとも１つの前輪、少なくとも１つの後輪、１つまたは複数のペダル、コントローラ、第１のモータ、および第１のドライバを含む。少なくとも１つの前輪がフレームに結合されている。少なくとも１つの後輪がフレームに結合されている。１つまたは複数のペダルがフレームに結合され、ユーザがペダリングを介して電動乗り物を操作できるように構成されている。コントローラが、１つまたは複数のペダルのペダリング動作に応答して１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成されている。第１のモータが、少なくとも１つの前輪または少なくとも１つの後輪のうちの１つに結合され、少なくとも１つの前輪または少なくとも１つの後輪のうちの１つを駆動するように構成されている。第１のドライバが、第１のモータと結合され、１つまたは複数の駆動信号に応答して、第１のモータへの第１のドライバの電力出力を調整するように構成されている。

【0006】

いくつかの実施形態によれば、乗り物を駆動するための方法が提供される。この方法には、
乗り物の１つまたは複数のセンサによって、ライダーの情報、ライダーの動き、またはライダーのサイクリングに影響を与える１つまたは複数の環境要因などのデータを検知するステップと、プロセッサによって、１つまたは複数のセンサからのデータ、乗り物の駆動モジュールからのデータ、または乗り物のメモリデバイスまたは外部データベースからのデータを受信するステップと、プロセッサによって、受信したデータの１つまたは複数に基づいて、１つまたは複数の計算を実行し、それに応じて駆動信号を１つまたは複数のドライバに出力するステップと、１つまたは複数のドライバによって、プロセッサからの駆動信号に基づいて、１つまたは複数のモータを駆動するステップと、１つまたは複数のドライバの駆動に応答して、１つまたは複数のモータによって、少なくとも１つの後輪または少なくとも１つの前輪を、駆動信号に対応する制御された角速度で回転させるステップと、を含む。

【0007】

いくつかの実施形態によれば、非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。この非一時的なコンピュータ可読媒体は、乗り物を運転するための方法を開始するために乗り物のプロセッサによって実行可能な一連の命令を格納する。この方法は、乗り物の１つまたは複数のセンサによって、ライダー、ライダーの動き、またはライダーのサイクリングに影響を与える１つまたは複数の環境要因の情報などのデータを検知するステップと、プロセッサによって、１つまたは複数のセンサからのデータ、乗り物のドライブモジュールからのデータ、または乗り物のメモリデバイスまたは外部データベースからのデータを受信するステップと、受信したデータの１つまたは複数に基づいてプロセッサによって１つまたは複数の計算を実行し、それに応じて駆動信号を１つまたは複数のドライバに出力するステップと、プロセッサからの駆動信号に基づいて、１つまたは複数のドライバによって、１つまたは複数のモータを駆動するステップと、１つまたは複数のドライバの駆動に応答して、駆動信号に対応する制御された角速度で、１つまたは複数のモータによって、少なくとも１つの後輪または少なくとも１つの前輪を回転させるステップと、を含む。

【発明の効果】

【0008】

したがって、電動乗り物は、最適化された走行効率、機械的効率、および／または生体力学的効率をもたらすことができる。

【0009】

上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示的かつ説明的なものにすぎず、本発明を請求の範囲に記載の範囲に限定するものではないことを理解されたい。

【0010】

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、いくつかの例示的な実施形態を示し、対応する説明とともに、本発明による開示の実施形態および関連する原理を説明するための例を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のいくつかの実施形態による、例示的な電動乗り物を示す斜視図である。

【図2】本発明のいくつかの実施形態による、電動乗り物の例示的な構成要素または機能ブロックを示すブロック図である。

【図3】本発明の他のいくつかの実施形態による、電動乗り物の例示的な構成要素または機能ブロックを示すブロック図である。

【図4】本発明のいくつかの実施形態による、別の例示的な電動乗り物を示す斜視図である。

【図5】本発明のいくつかの実施形態による、図４に示す電動乗り物のハブモータの制御を示すブロック図である。

【図6】本発明のいくつかの実施形態による、図４に示す電動乗り物のハブモータの制御を示すブロック図である。

【図7】本発明のいくつかの実施形態による、電動乗り物を駆動するための例示的な方法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】

【0012】

ここで、添付の図面に示され、本明細書に開示されている例示的な実施形態を詳細に参照する。例示的な実施形態の以下の説明に記載されている実施形態は、本発明に関連する態様に一致するシステムおよび方法の例であり、本発明の範囲を限定するものではない。

【0013】

図１は、本発明のいくつかの実施形態による電動乗り物１００を示す斜視図である。図１に示されるように、電動乗り物１００は、電動自転車であり得るが、本発明は、自転車に限定されず、他のタイプの乗り物、例えば単輪、三輪、四輪、またはそれより多数の車輪を含む乗り物など、に同様に適用することができる。いくつかの実施形態では、電動乗り物１００は、アクチュエートモジュール１１０、アクチュエートモジュール１１０に通信可能に結合されたドライブモジュール１２０、少なくとも１つの後輪１３０、少なくとも１つの前輪１４０、ハンドルバー１５０または方向制御のための装置、電動乗り物１００を停止するための１つまたは複数のフロントブレーキ１６０、ボトムブラケットまたはサポート１７０、クランクアーム１８０、およびペダリングのためのペダル１９０を含む。いくつかの実施形態では、ペダル１９０は、一方向または両方向に踏むことができる。図１は、電動自転車を示しており、乗り物は、様々なバリエーション、構造、および乗車位置などで実装することができる。例えば、乗り物は、単サイクル、三輪サイクル、四輪サイクル、横臥サイクルなどとして実装することができる。図示の構成要素は、必要に応じて調整、拡大、または削除することができる。

【0014】

アクチュエートモジュール１１０は、１つまたは複数の内部または外部センサを使用して、ライダーのペダリングを検出し、他の関連する走行状態情報を取得し、それに応じて、１つまたは複数の駆動信号をドライブモジュール１２０に送信することができる。駆動信号に応答して、ドライブモジュール１２０は、電動乗り物１００の動きを駆動するモータを制御することができる。駆動力は、前方向または後方向であり得、後輪１３０、前輪１４０、またはその両方に加えられ得る。ドライブモジュール１２０の一例として、１つまたは複数のハブモータを、ハブモータ内のギアリングまたはギアの有無にかかわらず、１つまたは複数のホイールと結合することができ、電動乗り物１００に可変速度制御を提供するように構成することができる。図１に示される実施形態を含むいくつかの実施形態では、電動乗り物１００は、アクチュエートモジュール１１０といずれかのホイールとの間に機械的駆動または伝達構成要素なしで実施することができる。言い換えれば、チェーンリング、チェーン、ギア、シフト装置などの１つまたは複数の駆動輪に動力を伝達するための機械的構成要素を除去することができる。機械的な駆動/シフト装置のない設計は、軽量化、メンテナンスの削減、低コスト、設計の柔軟性、外観またはスタイルの改善、汎用性など、1つまたは複数の利点を提供することができる。

【0015】

いくつかの実施形態では、ドライブモジュール１２０はまた、前輪１４０に、または後輪１３０と前輪１４０の両方に配置され、前輪１４０に結合されたモータまたはハブモータ、または後輪１３０と前輪１４０の両方にそれぞれ結合された２つの別個のモータを制御することができる。いくつかの実施形態では、ドライブモジュール１２０は、有線または無線通信を介してアクチュエートモジュール１１０に通信可能に結合することができる。無線通信の例には、ＡＮＴ /ＡＮＴ＋、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ－Ｆｉ、およびＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ－Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）が含まれる。

【0016】

図２および図３は、本発明のいくつかの実施形態による、電動乗り物１００の構成要素または機能ブロックを示すブロック図である。図２に示されるように、いくつかの実施形態では、アクチュエートモジュール１１０は、信号伝送回路１１１、１つまたは複数のセンサ１１２、メモリデバイス１１３、プロセッサ１１４、可変抵抗制御ユニット１１５、および／または、信号伝送回路１１１、センサ１１２、メモリデバイス１１３、プロセッサ１１４、および／または可変抵抗制御ユニット１１５への動作電力を供給するように構成された電源ユニット１１６を含み得る。図３に示されるように、いくつかの実施形態では、アクチュエートモジュール１１０は、ボトムブラケット１７０内またはその近くに配置することができる。代わりに、いくつかの実施形態では、 アクチュエートモジュール１１０内の構成要素（例えば、１つまたは複数の信号伝送回路１１１，センサ１１２、メモリデバイス１１３、プロセッサ１１４、可変抵抗制御ユニット１１５、および電源ユニット１１６）の全てまたは一部は、ボトムブラケット１７０内またはその近くに配置することができるが、本発明はそれに限定されない。ドライブモジュール１２０は、１つまたは複数のドライバ１２２、ドライバ１２２と結合された１つまたは複数の対応するモータ１２４、有線または無線信号を介して対応する信号伝送回路１１１と通信する信号伝送回路１２６、およびドライバ１２２、モータ１２４、および／または信号伝送回路１２６に動作電力を供給するように構成された電源ユニット１２８を含み得る。

【0017】

メモリデバイス１１３は、本発明の実施形態による動作を実行するためにプロセッサ１１４によって実行されるソフトウェア命令を格納することができる。例えば、プロセッサ１１４は、ユーザが乗り物のペダルを踏むと、メモリデバイス１１３に記憶された一組の命令を実行して、乗り物（例えば、図１および図２～図３の電動乗り物１００）を駆動する方法を乗り物に実行させるように構成することができ、この点については、以下で詳しく説明される。本明細書に記載の例は例示的なものであり、信号伝送回路１１１、センサ１１２、メモリデバイス１１３、プロセッサ１１４、および／または可変抵抗制御ユニット１１５の間の通信を確立する他の手段を使用することもできることを認識されたい。たとえば、ネットワーク環境において、有線か無線かに関係なく、プログラム可能なコード、アプリケーションプログラム、ソフトウェア命令、およびデータベースの一部をリモートコンピューターまたはクラウドサーバーに保存することもできる。命令を実行することにより、プロセッサ１１４は、センサ１１２からのデータに基づいて様々な処理または計算を実行することができる。

【0018】

電動乗り物１００の動作中に、ライダーがペダルを踏むと、プロセッサ１１４は、ライダーに関する情報、ライダーの動き、および／またはライダーのサイクリングに影響を与える他の環境要因に関連するデータを受信することができる。例えば、センサ１１２は、空気抵抗／風抵抗、ライダーおよび／または自転車の重量、現在の傾斜または勾配、ペダル１９０上のライダーの足の位置、ケイデンス（またはペダリングレート）、ペダリングパワー（または有効ペダリングパワー）、自転車の速度、またはその他の適切なデータのうちの１つまたは複数を検知するように構成された対応するセンサを含み得る。いくつかの実施形態では、センサ１１２は、風抵抗センサ、近接センサ（例えば、赤外センサ）、重量センサ、圧力センサ、ケイデンスセンサ、速度センサ、パワーセンサ（例えば、パワーメーター）、画像センサ、位置センサ、モーションセンサ（例えば、慣性測定ユニット（ＩＭＵ））、またはアクチュエートモジュール１１０の物理的および／または電気的特性を検出するための他のセンサ、等のうちの１つまたは複数を含むことができる。センサ１１２は、電動乗り物１００の個別の場所に組み込むか、取り付けることができ、または必要に応じて、電動乗り物１００に乗るライダーに取り付けることができる。例えば、モーションセンサは、ライダー装着型ＩＭＵとすることができる。

【0019】

いくつかの実施形態では、プロセッサ１１４は、ドライブモジュール１２０から、または有線または無線通信を介して外部センサまたはデータベースから、信号伝送回路１１１を介して関連情報に関連するデータを受信することができる。例えば、プロセッサ１１４は、無線通信を介してＧＩＳデータベースから地理情報システム（ＧＩＳ）データを受信することができる。さらに、プロセッサ１１４は、信号伝送回路１１１および１２６を介して、モータ１２４の回転速度またはドライブモジュール１２０で検知された自転車速度を受信することができる。さらに、プロセッサ１１４は、メモリデバイス１１３に格納されたデータを検索することもできる。例えば、メモリデバイス１１３は、過去のセンサデータ、ＧＩＳデータ、または他のライダーの個人情報、例えばライダーの体重または個別のライディングの好みなど、を格納することができる。

【0020】

上記の受信データによれば、プロセッサ１１４は、ライダーの現在のサイクリング状態、および風速および現在の傾斜または勾配などの環境要因に基づいて、電動乗り物１００を制御または駆動することができる。したがって、プロセッサ１１４は、信号伝送回路１１１および１２６を介して、対応する駆動信号をドライブモジュール１２０内のドライバ１２２に送信して、それに応じてモータ１２４の回転を加速、減速、または終了させる駆動コマンドを提供することができる。電動乗り物１００の制御または駆動は、ソフトウェアで、アルゴリズムで、機械学習で、またはそれらの任意の組み合わせで行うことができる。制御戦略は、異なるライダー、異なるライディング習慣、異なるライディングルートまたは通勤ルート、ペダリングパワーおよび/または速度、バッテリー残量、走行および気象条件などによって変化し得る。

【0021】

いくつかの実施形態では、可変抵抗制御ユニット１１５が、有線または無線通信手段を介してプロセッサ１１４に通信可能に接続され、プロセッサ１１４の動作によって制御される。可変抵抗制御ユニット１１５は、電動乗り物の支持構造またはフレームのボトムブラケット１７０または別の部分と係合または装着することができる。可変抵抗制御ユニット１１５は、プロセッサ１１４から受信した１つまたは複数のコマンド信号に基づいて、ペダリングに可変の実効転がり抵抗を提供することができる。したがって、ライダーがペダリングしているとき、可変抵抗制御ユニット１１５は、ペダリングフィードバックを提供することができ、さまざまなライディング体験をシミュレートまたは実行するように適応フィードバックを調整または制御することができる。

【0022】

例えば、可変抵抗制御ユニット１１５は、内部磁気固定部材および外部磁気固定部材と、内部磁気固定部材と外部磁気固定部材との間の半硬質磁性回転部材と、導電性コイルを有するヒステリシス抵抗発生モジュールを含み得る。導電性コイルは、プロセッサ１１４からのコマンド信号および電源ユニット１１６からの電力を受け取り、内部磁気固定部材および外部磁気固定部材が発生する反対磁気を検知する。したがって、半硬質磁性回転部材は、ヒステリシス効果に応答して、回転時にヒステリシス抵抗を発生させる。

【0023】

いくつかの実施形態では、電源ユニット１１６は、発電機（例えば、オルタネータ）、該発電機と結合された整流／調整回路（例えば、整流器、ＤＣフィルタ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ、などを含む回路）、および該整流/調整回路と結合された電力貯蔵装置（例えば、バッテリー）を含み得る。

【0024】

ライダーがペダルを踏むと、回転軸に結合された発電機の回転子部が駆動され、それに応じて回転して、その運動により交流電流（ＡＣ）を生成する。整流／調整回路は、生成されたＡＣ電力を整流および調整し、整流および調整された電力を電力貯蔵装置に送る。電力貯蔵装置は、アクチュエートモジュール１１０内の電気構成要素に必要な電力を供給することができる。例えば、電力貯蔵装置は、反対磁気を生成するために可変抵抗制御ユニット１１５に電力を供給することができる。これにより、ライダーのペダリングで発生した動力を電力に変換して蓄え、自給自足を達成することができる。

【0025】

あるいは、いくつかの実施形態では、電源ユニット１１６は、自己給電機構を含み得る。例えば、ダイナモまたは他の発電機構は、電動乗り物１００のボトムブラケット１７０および／またはボトムブラケット１７０内またはその近くに設置されるペダル１９０と結合することができる。ライダーがペダルを踏むと、ボトムブラケット１７０およびクランクアーム１８０の両方における回転運動またはペダリングパワーによって電気が発生され、発生された電気は、アクチュエートモジュール１１０の電気的構成要素に必要な電力を供給するために、または電源ユニット１１６のバッテリーに蓄えるために使用することができる。いくつかの実施形態では、電源ユニット１１６はまた、アクチュエートモジュール１１０内の異なる電気的構成要素のための電力要件を満たすために、異なる電圧、電流、または他のレベルの電力を出力するように、ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＰＷＭコントローラなどの１つまたは複数の電力変換回路を含むことができる。

【0026】

ドライブモジュール１２０では、受信駆動信号に応答して、ドライバ１２２が、電動乗り物１００の前進移動のための対応する駆動コマンドに基づいてモータ１２４を駆動し、それに応じてモータ１２４の回転を加速、減速、または終了させるように構成することができる。このメカニズムにより、電動乗り物１００は電動乗り物１００を操作するための直感的な方法を提供し、その感覚は機械的動力伝達構成要素を備えた自転車のサイクリングのライディング経験と一致する。すなわち、サイクリストがペダル速度を下げ始めると、それに応じてモータ１２４の回転速度が低下して自転車速度が低下し、サイクリストがペダル速度を上げ始めると、モータ１２４の回転速度がそれに応じて増加して自転車の速度が増加し、そしてサイクリストがペダリングを停止すると、モータ１２４の回転速度がゼロになるまで徐々に低下し、自転車が停止するまで自転車の速度が減少し得る。いくつかの他の実施形態では、モータ１２４の回転への電力も、サイクリストがペダリングを停止したときに遮断され得る。

【0027】

さらに、モータ１２４および／または対応するセンサ、例えばモータ１２４またはドライブモジュール１２０のホイール領域に配置されたホールセンサがモータの回転速度または電動乗り物１００の検知自転車速度を信号伝送回路１１１および１２６を介してプロセッサ１１４へフィードバックすることができる。したがって、プロセッサ１１４は、それに応じてフィードバック制御を実行して、モータ１２４の回転速度および自転車速度を調整することができる。

【0028】

同様に、いくつかの実施形態では、電源ユニット１２８は自己給電機構も含み得る。例えば、ダイナモまたは他の発電機構を前輪１４０に設置することができる。前輪１４０が回転すると、電気を発生し、ドライブモジュール１２０の電気構成要素に必要な電力を供給するために使用するか、または電源ユニット１２８のバッテリーに蓄えることができる。いくつかの実施形態では、電源ユニット１２８はまた、異なる電気構成要素の電力要件を満たすために、異なる電圧レベルの電力を出力するための１つまたは複数の電力変換回路を含むこともできる。

【0029】

図４は、本発明のいくつかの実施形態による電動乗り物４００を示す斜視図である。図４に示すように、電動乗り物４００は電動自転車であり得るが、本発明はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、電動乗り物４００は、フレーム４１０、ハンドルバー４２０、シート４３０、電子スロットル（「ｅスロットル」）制御モジュール４４０、フレームに結合された少なくとも１つの前輪４５０、フレームに結合された少なくとも１つの後輪４６０、クランクアームを介してフレームに結合されたペダル４７０、前輪４５０に結合された前輪ハブモータ４８０、および後輪４６０に結合された後輪ハブモータ４９０を含む。

【0030】

図４に示されるように、いくつかの実施形態では、フレーム４１０は、ヘッドチューブ部分、トップチューブ部分、ダウンチューブ部分、シートチューブ部分、シートステー部分、チェーンステー部分、およびフォークを含み得るが、本発明は、これに限定されない。様々な実施形態において、電動乗り物４００のフレーム４１０は、異なる設計を有し得る。

【0031】

いくつかの実施形態では、前輪ハブモータ４８０および後輪ハブモータ４９０は、３６Ｖの動作電圧および２５０Ｗの定格出力電力および５００Ｗの最大出力電力を有する直接駆動ハブモータによって実装することができる。さらに、前輪ハブモータ４８０および後輪ハブモータ４９０の定格出力速度は２００ＲＰＭで、１１．９５Ｎｍの定格トルクとすることができる。２．０９６メートルのタイヤ円周を有する７００×２３ｃタイヤ（直径約７００ｍｍ、タイヤ幅約２３ｍｍ）の場合、前輪ハブモータ４８０と後輪ハブモータ４９０は、国または地域の規制および自転車の分類に従って、約２５キロメートル／時間（ＫＰＨ）の最大自転車速度、または２０または２８ｍｐｈ、またはその他の速度を提供することができる。上記で提示した動作電圧、定格電力、および他のパラメータは、単なる例示であり、本発明を制限することを意図するものではないことを理解されたい。様々な実施形態において、異なるタイプまたはモデルのハブモータまたはハブまたは他の駆動設計をユーザのニーズ、設計上の考慮事項、および他のファクタに基づいて採用することができる。

【0032】

図４に示すように、ハンドルバー４２０が、フレーム４１０のヘッドチューブ部分に結合される。シート４３０が、フレーム４１０のシートチューブ部分に結合される。Ｅスロットル制御モジュール４４０が、フレーム４１０のシートチューブ部分とチェーンステーとダウンチューブ部分とにつながるボトムブラケットシェル結合される。ペダル４７０が、対応するクランクアームを介して電子スロットル制御モジュール４４０およびフレーム４１０に結合され、ユーザがペダリングを介して電動乗り物４００と連携するように構成されている。前輪４５０は、フレーム４１０のフォークによって支持される。後輪４６０は、フレーム４１０のシートステー部分およびチェーンステー部分によって支持される。いくつかの実施形態では、電動乗り物４００は、チェーンレス電動自転車である。前輪４５０および後輪４６０は、それぞれ、ライダーのペダリングに応答する対応する電子制御信号および／またはハンドルバー４２０に取り付けられた電子シフター（「ｅシフタ」）および電子ブレーキ（ｅブレーキ」）に関連する制御信号に従って、前輪ハブモータ４８０および後輪ハブモータ４９０によって駆動される。言い換えれば、ハブモータ４８０および４９０の回転速度およびバイク速度は、ライダーのペダリングおよびライダーにより実行されるブレーキまたはシフト操作に応答して適切な電気コマンド信号によって制御することができる。

【0033】

図５は、本発明のいくつかの実施形態による、図４に示す電動自動車４００のハブモータ４８０および４９０の制御を示すブロック図である。図５に示されるように、ｅスロットル制御モジュール４４０は、可変抵抗制御ユニット１１５および電源ユニット１１６（それらの例は図２および図３に示されている）、およびモータコントローラ４４８を含み得る。いくつかの実施形態ではモータコントローラ４４８は、図２に示されるメモリデバイス１１３およびプロセッサ１１４によって実装し得る。図２に示される実施形態と同様に、メモリデバイス１１３は、開示の実施形態による動作を実行するためにプロセッサ１１４によって実行されるソフトウェア命令を格納することができる。例えば、プロセッサ１１４は、メモリデバイス１１３に記憶された一組の命令を実行し、ユーザが乗り物のペダルを踏むと対応するドライバ１２２ａおよび１２２ｂに駆動信号を出力することによって、乗り物（例えば、図４の電動自動車４００）を駆動する方法を乗り物に実行させるように構成することができ、これについては、以下で詳細に説明する。

【0034】

特に、図５に示されるように、電源ユニット１１６は、発電機４４２（例えば、ＤＣモータ、発電機、またはオルタネータ）、発電機４４２に結合された整流／調整回路４４４（例えば、整流器、ＤＣフィルタ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラなどを含む回路）、および整流／調整回路４４４と結合された電力貯蔵装置４４６（例えば、バッテリ）を含み得る。例えば、発電機４４２は、５００Ｗの定格出力電力を有する発電機とし得る。電力貯蔵装置４４６は、３６Ｖの出力電圧および１０Ａｈの定格容量を有する１つまたは複数のリチウム電池パックを含み得るが、本開示はそれに限定されない。ユーザがペダル４７０をペダリングしているとき、ペダリングによって生成された動力は、発電機４４２によって機械的エネルギーから電気的エネルギーに変換され得る。したがって、発電機４４２は、対応する逆起電力信号Ｅｍｆを整流／調整回路４４４へ発生するように構成される。

【0035】

整流／調整回路４４４によって実行された信号処理の後、逆起電力信号Ｅｍｆに関連付けられたペダリングコマンド信号ＣＳ１が、電源ユニット１１６に結合されたモータコントローラ４４８に出力される。いくつかの実施形態では、モータコントローラ４４８はさらに充電制御回路を含んでいる。ペダリング速度が逆起電力信号Ｅｍｆを誘導し、充電電流Ｉ１を生成するのに十分である場合、充電電流Ｉ１は、整流／調整回路４４４によって整流される。それに応じて、モータコントローラ４４８内の充電制御回路を介して、充電電流Ｉｃが電力貯蔵装置４４６を充電するためにモータコントローラ４４８から提供される。

【0036】

ペダリングコマンド信号ＣＳ１を受信した後、モータコントローラ４４８は、ペダル４７０のペダリング動作に応答して、１つまたは複数の駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２を、それぞれ前輪ハブモータ４８０および後輪ハブモータ４９０に結合された対応するドライバ１２２ａおよび１２２ｂに出力するように構成される。特に、モータコントローラ４４８は、適切な駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２を生成するために、閉ループトルク制御回路および／または閉ループ速度制御回路などの１つまたは複数のモータ制御回路を含み得る。ドライバ１２２ａおよび１２２ｂは、駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２を受信し、駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２に応答して適切な駆動電流Ｉｄ１、Ｉｄ２を前輪ハブモータ４８０および後輪に出力して回転速度を制御するする。したがって、前輪ハブモータ４８０および後輪ハブモータ４９０は、それぞれ、駆動電流Ｉｄ１、Ｉｄ２に従って前輪４５０および後輪４６０を駆動するように構成されている。言い換えれば、ドライバ１２２ａおよび１２２ｂは、駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２に応答して、ハブモータ４８０および４９０へのそれらの電力出力をそれぞれ調整するように構成される。いくつかの実施形態では、ハブモータ４８０および４９０を駆動するために必要な電力はまた、電力貯蔵装置４４６によりモータコントローラ４４８に提供される出力電流Ｉｏによって供給される。

【0037】

図５に示されるように、いくつかの実施形態では、ハブモータ４８０および４９０はそれぞれ、ハブモータ４８０および４９０の回転角度、例えば０～３６０度など、を検出するように構成されたホールセンサ４８２および４９２を含み、検知された情報はさらなる制御、監視、較正、またはその他の目的のために使用され得る。ホールセンサ４８２および４９２からのホールセンサ信号ＨＳ１およびＨＳ２は、適切なモータ制御を実行するためにモータコントローラ４４８に送信される。いくつかの実施形態では、ホールセンサ４８２および４９２は、ホールセンサ信号ＨＳ１およびＨＳ２信号を送信するために、ＡＮＴ／ＡＮＴ＋、ブルートゥース、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ?Ｆｉ、および／または超広帯域（ＵＷＢ）などの有線または無線通信を介してモータコントローラ４４８に通信可能に結合され得る。さらに、下り坂の走行中、ハブモータ４８０および４９０は、発電機として使用し、モータコントローラ４４８へ充電電流Ｉ２およびＩ３を発生することができる。したがって、モータコントローラ４４８から、モータコントローラ４４８内の充電制御回路を介して、電力貯蔵装置４４６を充電する充電電流Ｉｃを供給することができる。

【0038】

例えば、上り坂の走行中、電動乗り物４００のハブモータ４８０および４９０は駆動モードで動作し、モータとして機能し、傾斜または勾配に応じて、勾配による抵抗および力に打ち勝つために十分なトルクを提供する必要がある。自転車の速度は、電子スロットル制御モジュール４４０内でペダリングコマンド信号ＣＳ１がライダーのペダリングに応答して発生されるとき、ケイデンスおよび現在の傾斜または勾配に基づいて決定することができる。いくつかの実施形態では、駆動電流Ｉｄ１およびＩｄ２を、上り坂の走行中に検出される現在の傾斜または勾配に従って動的に調整し、ハブモータ４８０および４９０によって提供されるトルクを増減して、一定の自転車速度を達成するか、または自転車速度を傾斜や勾配に関係なく所定の範囲内に制御することができる。

【0039】

一方、下り坂の走行中は、通常、ペダリングは必要ない。電動乗り物４００のハブモータ４８０および４９０は、発電機モードで動作し、発電機として機能することができる。駆動電流Ｉｄ１とＩｄ２は、発電機の抵抗力および関連する出力電力を決定するために使用される。いくつかの実施形態では、駆動電流Ｉｄ１およびＩｄ２を、下り坂の走行中に傾斜または勾配に従って動的に調整し、その結果、ハブモータ４８０および４９０の抵抗力を変化させて、安定したまたは制御された自転車速度を達成するか、または自転車速度を勾配や勾配に関係なく、所定の範囲内に制御することができる。下り坂走行中にライダーがペダルを漕ぐと、ハブモータ４８０および４９０も駆動モードに戻され、生成されるペダリングコマンド信号ＣＳ１に応答してモータとして機能することができる。

【0040】

いくつかの実施形態では、ハンドルバー４２０は、ブレーキ制御、例えば、電子ブレーキ（ｅブレーキ）４２２およびシフター、例えば、電子シフター（ｅシフター）４２４を含む。ｅブレーキ４２２もモータコントローラ４４８に電気的に結合され、ユーザがハンドルバー４２０のブレーキレバーを引くとブレーキ信号ＣＳ２を発生するように構成される。いくつかの実施形態では、ブレーキ信号ＣＳ２は、ユーザの操作に応答して所望のブレーキ力の量に関連付けられる。ｅブレーキ４２２からブレーキ信号ＣＳ２を受信した後、モータコントローラ４４８は、出力される駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２をそれに応じて調整して、駆動電流Ｉｄ１、Ｉｄ２を低減し、したがって自転車の速度を低減するか、または例えば徐々に減速して自転車を停止するように構成される。たとえば、最大ブレーキトルク（６０ｒｐｍのペダリングケイデンスでの）は約３２．５Ｎｍとすることができる。

【0041】

ｅブレーキ４２２と同様に、ｅシフター４２４もまた、モータコントローラ４４８に電気的に結合される。Ｅシフター４２４は、ユーザがシフターをトリガーすると、対応するシフト信号ＣＳ３を発生するように構成され、このシフター４２４はハンドルバー４２０を囲むクリックストップを備えたホイール、ハンドルバー４２０に配置されたシフトレバー、サムシフター等とすることができる。したがって、ｅシフター４２４からのシフト信号ＣＳ３を受信した後、モータコントローラ４４８は、出力駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２を適宜調整して駆動電流Ｉｄ１、Ｉｄ２を調整し、ペダリング中の自転車の速度を変更するように構成される。したがって、自転車の速度に対するペダリング力の比率は、ユーザの好みに基づいて調整する、または異なるサイクリングシーンのニーズに合わせて調整することができる。いくつかの実施形態では、ｅブレーキ４２２およびｅシフター４２４は、ブレーキ信号ＣＳ２およびシフト信号ＣＳ３をそれぞれ送信するために、ＡＮＴ／ＡＮＴ＋、ブルートゥース、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ-Ｆｉ、および／または超広帯域（ＵＷＢ）などの有線または無線通信を介してモータコントローラ４４８に通信可能に結合することができる。

【0042】

いくつかの実施形態では、モータコントローラ４４８はまた、現在の傾斜または勾配に従って自動シフトを実行することができる。例えば、ライダーが下り坂または上り坂を走行している場合、自動シフトを実現するためのシフト基準として、自転車の速度、トルク、ペダリングケイデンスなどの変数を使用することができる。上で説明したように、モータコントローラ４４８は、現在の傾斜または勾配に従って速度調整を実行することができ、その結果、自転車の速度は、下り坂（または上り坂）の走行中に一定値または所定の範囲内に制御される。あるいは、モータコントローラ４４８は、モータコントローラ４４８に結合されたセンサ１１２によって検出された走行データに応答して駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２を出力するように構成することもできる。上記のように、いくつかの実施形態では、モータコントローラ４４８はまた、ＧＩＳデータベースからのＧＩＳデータまたは外部データベースからのその他の外部データをワイヤレス通信経由で受信し、それに応じて駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２を出力することもできる。ライディングデータは、空気抵抗／風抵抗、ライダーおよび／または自転車の重量、現在の傾斜または勾配、ペダル上のライダーの足の位置、ケイデンス（またはペダリングレート）、ペダリング力（または有効ペダリングパワー）、自転車の速度、現在のバッテリーレベルまたはバッテリーヘルスレベル、その他の適切なデータ、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。

【0043】

さらに、いくつかの実施形態では、モータコントローラ４４８はさらに、対応する抵抗コマンド信号ＲＳを可変抵抗制御ユニット１１５に出力して、可変抵抗制御ユニット１１５によって提供されるペダリング抵抗力を増加または減少させるように構成することができる。可変抵抗制御ユニット１１５は、対応する抵抗コマンド信号ＲＳに応答して、複数のペダリング抵抗レベル（例えば、０Ｎｍから３４Ｎｍ）を提供するように構成することができる。したがって、可変抵抗制御ユニット１１５は、適応フィードバックを提供し、異なる電子シフト構成に応答してライディング体験をシミュレートすることができるが、本開示はそれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、ペダリング抵抗力は、異なる電子シフト構成の下で同じままとすることができる。また、ペダリング抵抗力は、センサ１１２によって検出されたライディングデータ、例えば、現在の傾斜または勾配、ケイデンス（またはペダリング速度）、ペダリング力（または有効ペダリングパワー）、自転車の速度、またはその他の適切なデータ、に基づいて調整することができる。モータコントローラ４４８は、受信したライディングデータおよび／またはユーザの個人的な好みに従って適切なペダリング抵抗を計算するように構成することができる。同様に、抵抗コマンド信号ＲＳも、有線または無線通信を介して、モータコントローラ４４８から可変抵抗制御ユニット１１５に送信することができる。

【0044】

例えば、ユーザは、第１のライディングモード（例えば、シミュレーションモード）を選択して、ユーザが特定のペダリング抵抗を経験できるようにすることができ、これによりユーザは従来の自転車（機械式トランスミッションを含むものまたはモータパワーを含まないもの）のライディングまたはペダリング時に遭遇する力またはそれと同類の力をシミュレートすることができる。この抵抗は、例えば現在のギア、現在の傾斜または勾配、風、およびその他の考慮事項に基づいて変更することもできる。ユーザはまた、第１のライディングモードとは異なる第２のライディングモード（例えば、自動調整モード）を選択またはそのモードに切り替えて、ペダリング抵抗および／または自転車の速度が異なる状況下において同じままになる（または従来の自転車でのサイクリングと比較して小さい変化になる）ようにすることもできる。例えば、いくつかの実施形態では、ハブモータ４８０および４９０は、現在の傾斜または勾配および／またはペダリングパワーに関係なく、一定速度または所定の速度範囲内で動作するように制御することもできる。

【0045】

言い換えれば、ユーザがペダリングしている限り、自転車は、電力貯蔵装置４４６に蓄えられた電気によって駆動され、速度は、モータコントローラ４４８によって制御され得る。様々な実施形態において、速度は、選択されライディングモードまたはユーザの好みに基づいてカスタマイズされた設定に応じて、センサ１１２によって検出された１つまたは複数のペダリング速度、１つまたは複数のライディングデータ（例えば、現在の傾斜または勾配、現在のバッテリーレベルなど）、ｅシフター４２４によって設定されたシフトレベル、ｅブレーキ４２２によって選択されたブレーキレベル、またはそれらの任意の組み合わせによって、決定され得る。

【0046】

いくつかのライディングモードでは、シフトレベルは、センサ１１２によって検知されたデータまたはＧＩＳデータベースからのＧＩＳデータに基づいて、モータコントローラ４４８によって自動的に調整され得る。例えば、センサ１１２は、電力センサ、ケイデンスセンサ、位置センサ、速度センサ、運動センサ、筋電図センサ、心拍数センサ、圧力センサ、呼吸センサ、慣性測定ユニットセンサ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、ライダーの酸素摂取量、心拍数などの１つまたは複数の生理学的パラメータをサイクリング中に対応するセンサ１１２によって監視することができる。上述した生理学的パラメータの１つ以上が所与の範囲を超えるか下回るとき、モータコントローラ４４８は、それに応じてシフトレベルを切り替え、生理学的パラメータが所与の時間内に正常状態に回復するかどうかを監視することができる。例えば、検出された心拍数（または酸素摂取量）が安全値を超える場合、モータコントローラ４４８は、抵抗コマンド信号ＲＳを可変抵抗制御ユニット１１５に送信してシフトレベルを調整し、フィードバック力をライダーにかかるペダリング抵抗が低減するように変更することができる。したがって、ライダーは休むことができ、それによって以前の労作から回復することができる。

【0047】

いくつかの他の実施形態では、センサ１１２は、シート４３０の上またはその近くに配置され、ライダーの体重を検出するように構成された圧力センサを含み得る。いくつかの他の実施形態では、センサ１１２は、圧力センサまたはタイヤ圧力センサなどの他のタイプのセンサをさらに含むか、または使用することができる。いくつかの実施形態では、電動自転車４００の少なくとも１つのタイヤの内部に配置された１つまたは複数のタイヤ空気圧センサは、タイヤ空気圧を測定し、時折またはリアルタイムのデータを提供するように構成することができる。したがって、モータコントローラ４４８は、駆動電流Ｉｄ１、Ｉｄ２の振幅を調整し、ライダーに適した電力出力またはトルクを提供するために、ライダーの体重またはタイヤ空気圧に基づいて対応する駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２を出力することができる。

【0048】

いくつかの他の実施形態では、モータコントローラ４４８はまた、電動乗り物４００を駆動するために、ＧＩＳデータベースから得られる、または他の外部データに基づくリアルタイムの地理的または他の情報（例えば、道路のリアルタイムの上り坂または下り坂傾斜または勾配）を用いて自動的にまたはユーザ設定または好みに基づいて、シフトモードまたはライディングモードを調整することもできる。あるいは、モータコントローラ４４８およびモータコントローラ４４８内のプロセッサ１１４は、電動乗り物４００のセンサ１１２、電動乗り物４００に無線で接続されたリモートまたはクラウドデータベース、またはそれらの任意の組み合わせから得られるサイクリング状態および環境要因（例えば、気象条件および／または現在の傾斜または勾配）に基づいて電動乗り物４００を制御または駆動することができる。

【0049】

いくつかの他の実施形態では、モータコントローラ４４８はまた、走行状態を監視し、現在の傾斜または勾配、自転車の速度、ペダリングケイデンス、またはそれらの任意の組み合わせなどの１つまたは複数のパラメータが安全値を超えた場合、それに応じてブレーキレベルを調整するか、または出力駆動信号ＤＳ１，ＤＳ２を調整することによって、ｅブレーキ４２２のトリガーなしで（例えば、ブレーキレバーによらずに）プリブレーキ操作を自動的に実行するように構成することもできる。モータコントローラ４４８はまた、無線通信を介して、サイクリングコンピュータ、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、または他の任意の適切な電子デバイスに警告指示を送信することによって、ブレーキをかけて自転車を減速するようにライダーに気付かせるか通知するように構成することもできる。

【0050】

図６は、本発明の他のいくつかの実施形態による、図４に示される電動乗り物４００のハブモータ４８０および４９０の制御を示すブロック図である。図５の実施形態と比較して、電動乗り物４００は、電源ユニット１２８ａおよび１２８ｂを含み得る。いくつかの実施形態では、電源ユニット１２８ａおよび１２８ｂは、それぞれ、ハブモータ４８０および４９０と結合された整流／調整回路（例えば、整流器、ＤＣフィルタ、ＤＣ ／ ＤＣコンバータ、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラなどを含む回路）、および整流／調整回路と結合された電力貯蔵装置（例えば、バッテリー）を含む。ドライバ１２２ａ、電源ユニット１２８ａ、およびハブモータ４８０は、全体で、前輪４５０を駆動するためのドライブモジュール６１０を形成する。一方、ドライバ１２２ｂ、電源ユニット１２８ｂ、およびハブモータ４９０は、全体で、後輪４６０を駆動するための別のドライブモジュール６２０を形成する。

【0051】

いくつかの実施形態では、前輪４５０または後輪４６０のうちの一方のみが電気的に制御され、駆動されることを理解されたい。あるいは、いくつかの実施形態では、電動乗り物４００は、ドライブモジュール６１０または６２０のうちの１つのみを含んでもよい。

【0052】

図６に示されるように、下り坂の走行中に、ハブモータ４８０（発電機として使用される）によって発生される充電電流Ｉ２が電源ユニット１２８ａにフィードバックされて、電源ユニット１２８ａ内の電力貯蔵装置を充電することができる。したがって、電源ユニット１２８ａを使用して、ドライブモジュール６１０内の構成要素が必要とする電力を供給することができ、その結果、ドライバ１２２ａは、駆動電流Ｉｄ１を出力して、ハブモータ４８０を適切に駆動することができる。同様に、下り坂の走行中ハブモータ４９０によって発生される充電電流Ｉ３も、電源ユニット１２８ｂにフィードバックされ、電源ユニット１２８ｂ内の電力貯蔵装置を充電して、ドライブモジュール６２０内の構成要素が必要とする電力を供給することができ、よって、ドライバ１２２ｂは、駆動電流Ｉｄ２を出力して、ハブモータ４９０を適切に駆動することができる。

【0053】

一方、発電機４４２によって生成された出力電流Ｉ１は、モータコントローラ４４８を含むｅ－スロットル制御モジュール４４０内の構成要素が必要とする電力を供給するために、電力供給ユニット１１６内の電力貯蔵装置４４６に帰還され、それを充電することができるため、モータコントローラ４４８は、受信したコマンド信号ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ホールセンサ信号ＨＳ１、ＨＳ２、センサ１１２からのデータ、ＧＩＳデータまたは外部データ、あるいはそれらの任意の組み合わせに応答して、駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２、および／または抵抗コマンド信号ＲＳを出力する動作を実行することができる。図６に示される実施形態では、駆動信号ＤＳ１およびＤＳ２は、有線または無線通信を介して対応するドライブモジュール６１０および６２０に送信され得る。

【0054】

いくつかの実施形態では、図５および図６に示される電子スロットル制御モジュール４４０、ドライブモジュール６１０および６２０内の構成要素は、電動乗り物４００の適切な部分内に配置することができる。例えば、いくつかの実施形態では、可変抵抗制御ユニット１１５、整流／調整回路４４４、電力貯蔵装置４４６、モータコントローラ４４８、および／またはドライバ１２２ａ、１２２ｂは、フレーム４１０のダウンチューブ部分またはシートチューブ部分内に配置することができるが、本開示はそれに限定されない。

【0055】

いくつかの実施形態では、前輪４５０を駆動するためのドライブモジュール６１０内の構成要素は、前輪４５０内または前輪４５０に隣接して配置され得る。例えば、ドライバ１２２ａおよび電源ユニット１２８ａは、前輪４５０のハブまたはホイール部分内、またはフレーム４１０のフォークおよびヘッドチューブの空間内に配置され得る。同様に、後輪４６０を駆動するためのドライブモジュール６２０内の構成要素は、後輪４６０内または後輪４６０に隣接して配置され得る。例えば、ドライバ１２２ｂおよび電源ユニット１２８ｂは、後輪４６０のハブまたはホイール部分内、またはフレーム４１０のシートステー部分またはチェーンステー部分の空間内に配置され得る。ペダル４７０の周りのｅスロットル制御モジュール４４０と、前輪４５０および後輪４６０の近くのドライブモジュール６１０および６２０との間の通信は、各モジュール内の対応する信号送信回路（例えば、図２および図３に示される信号送信回路１１１および１２６）を介して上記の様々な無線通信によって達成することができる。

【0056】

図７を参照すると、この図は本発明のいくつかの実施形態による、乗り物を駆動するための例示的な方法７００のフローチャートである。方法７００は、電動自転車（例えば、図１の電動乗り物１００または図４の電動乗り物４００）によって実行することができるが、本発明はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、プロセッサ１１４は、メモリデバイス１１３に格納された命令を実行して、電動乗り物１００または４００に方法７００のステップを実行させるように構成することができる。方法７００は、ステップ７１０～７５０を含む。

【0057】

ステップ７１０において、センサ１１２が、対応するデータをそれぞれ検知してプロセッサ１１４に提供し、そのデータは、ライダー、ライダーの動き、および／または他の環境要因に関する情報を含む。

【0058】

ステップ７２０において、プロセッサ１１４が、センサ１１２からのデータ、ドライブモジュール１２０からのデータ、および／またはメモリデバイス１１３または外部データベースからのデータを受信する。受信したデータには、自転車、ライダーの生理学的パラメータ、ライダーの動き、および/またはライダーのサイクリングに影響を与えるその他の環境要因に関連する情報が含まれ得る。

【0059】

ステップ７３０において、プロセッサ１１４が、受信したデータの１つまたは複数に基づいて１つまたは複数の計算を実行し、それに応じて、駆動信号をドライバ（例えば、ドライバ１２２、１２２ａ、および／または１２２ｂ）に出力する。例えば、いくつかの実施形態では、駆動信号は、乗り物の１つまたは複数のペダル（例えば、図５～６のペダル４７０）に結合された発電機（例えば、図５～６の発電機４４２）により発生される逆起電力信号（例えば、図５～６の信号Ｅｍｆ）に関連するペダリングコマンド信号（例えば、図５～６の信号ＣＳ１）に従って出力される。

【0060】

いくつかの実施形態では、駆動信号は、ブレーキ制御（例えば、図５～図６のｅブレーキ４２２）からのブレーキ信号（例えば、図５～６の信号ＣＳ２）に従ってさらに出力される。いくつかの実施形態では、駆動信号は、シフター（例えば、図５～図６のｅブレーキ４２２）からのシフト信号（例えば、図５～図６の信号ＣＳ３）に従ってさらに出力される。

【0061】

いくつかの実施形態では、ステップ７３０において、駆動信号に加えて、プロセッサ１１４がまた、１つまたは複数の計算を実行し、抵抗コマンド信号（例えば、図５～図６の信号ＲＳ）を可変抵抗制御ユニットに出力する。（例えば、図５～図６の可変抵抗制御ユニット１１５）は、乗り物のペダリング抵抗レベルを調整する。例えば、抵抗コマンド信号は、シフターからのシフト信号に関連するものとしても、または現在の勾配または勾配に関連するものとしてもよい。

【0062】

ステップ７４０において、ドライバ（例えば、ドライバ１２２、１２２ａ、または１２２ｂ）が、プロセッサ１１４からの駆動信号に基づいて、モータ（例えば、モータ１２４、ハブモータ４８０および／または４９０）を駆動する。

【0063】

ステップ７５０において、ドライバの駆動に応答して、モータが、後輪（例えば、図１の後輪１３０または図４の後輪４６０）および／または前輪（例えば、図１の前輪１４０または図４の前輪４５０）を駆動信号に対応する制御された角速度で駆動する。

【0064】

上記の実施形態に記載の乗り物（例えば、図１～図３の電動乗り物１００または図４～図６の電動乗り物４００）を駆動するための方法７００を適用することによって、アクチュエートモジュール１１０（または電子スロットル制御モジュール４４０）は、様々な内部または外部センサから得られる統合データ、電動乗り物１００または４００内のメモリデバイス１１３または他の記憶デバイスからのデータ、および／またはワイヤレス通信を介してアクセス可能なクラウドデータベースからのデータに基づいて、ドライブモジュール１２０（またはドライブモジュール６１０、６２０）の動作を調節および調整することができる。したがって、電動乗り物１００または４００は、最適化されたライディング効率、機械的効率、および／または生体力学的効率を提供することができる。

【0065】

さらに、電動乗り物１００または４００はまた、カスタマイズされた調整を提供することによって、ライダーの快適さを改善することができる。さらに、いくつかの実施形態では、機械的力を伝達するためのいくつかの構成要素（例えば、チェーン、フリーホイール、ディレイラーなど）を電動乗り物１００または４００から除去することができ、自転車の設計に多くの自由度および柔軟性を提供することができる。あるいは、いくつかの実施形態では、電動乗り物１００および４００は、チェーンレス電動自転車とし得る。

【0066】

本明細書に記載の様々な例示的な実施形態は、プログラムコードなどのコンピュータ実行可能命令を含む一時的または非一時的なコンピュータ可読媒体に具現化されたコンピュータプログラム製品によって一態様で実施され得る方法のステップまたはプロセスの一般的な文脈で説明されている。非一時的媒体の一般的な形態には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ、または他の任意の磁気データ記憶媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、他の任意の光学データ記憶媒体、孔パターンを持つ物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭまたはその他のフラッシュメモリ、ＮＶＲＡＭ、キャッシュ、レジスタ、その他のメモリチップまたはカートリッジ、およびそれらのネットワークバージョンが含まれる。一般に、プログラムモジュールには、特定のタスクを実行したり、特定の抽象データ型を実施したりするルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などが含まれる。コンピュータ実行可能命令、関連するデータ構造、およびプログラムモジュールは、本明細書に開示した方法のステップを実行するプログラムコードの例を示す。コンピュータ可読媒体は、上記の乗り物を運転するための方法を開始するために、乗り物の１つまたは複数のプロセッサによって実行可能な一連の命令を格納することができる。そのような実行可能命令または関連するデータ構造の特定のシーケンスは、そのようなステップまたはプロセスで説明した機能を実施するための対応するアクトの例を示す。

【0067】

本明細書で使用される場合、「または」という用語は、実行不可能な場合を除いて、すべての可能な組み合わせを包含する。例えば、デバイス、構造、またはモジュールがＡまたはＢを含み得ると述べられている場合、特に明記しない限り、または実行不可能でない限り、デバイス、構造、またはモジュールは、Ａ、またはＢ、またはＡとＢを含み得る。第２の例は、デバイス、構造、またはモジュールがＡ、Ｂ、またはＣを含み得ると述べられている場合、特に明記しない限り、または実行不可能でない限り、それはＡ、またはＢ、またはＣ、またはＡとＢ、またはAとC、またはBとC、またはAとBとCを含み得る。

【0068】

上記の実施形態は、さらに次項で表現することができる。
１．電動乗り物であり、
フレームと、
前記フレームに結合された少なくとも１つの前輪と、
前記フレームに結合された少なくとも1つの後輪と、
前記フレームに結合され、ペダリングを介してユーザが前記電動乗り物と関与するように構成された1つまたは複数のペダルと、
前記１つまたは複数のペダルのペダリング動作に応答して１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成されたコントローラと、
前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの１つに結合され、前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの前記１つを駆動するように構成された第１のモータと、
前記第１のモータと結合された第１のドライバであって、前記第１の駆動信号に応答して前記第１のモータへの第１のドライバの電力出力を調整するように構成された第１のドライバと、
を備える。
２．項１の電動乗り物は、さらに、
前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの他の１つに結合され、前記少なくとも１つの前輪または前記少なくとも１つの後輪のうちの前記他の１つを駆動するように構成された第２のモータと、
前記第２のモータと結合された第２のドライバであって、前記１つまたは複数の駆動信号に応答して前記第２のモータへの第２のドライバの電力出力を調整するように構成された第２のドライバと、
を備える。
３．項１または項２の電動乗り物は、さらに、
前記フレームに結合されたハンドルバーを備え、前記ハンドルバーがブレーキ制御を含み、前記コントローラが、前記ブレーキ制御からのブレーキ信号に応答して前記１つまたは複数の駆動信号を出力するようにさらに構成されている。
４．項１～３のいずれかの電動乗り物は、さらに、
前記フレームに結合されたハンドルバーを備え、前記ハンドルバーがシフターを含み、前記コントローラが、前記シフターからのシフト信号に応答して前記１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成されている。
５．項１～４のいずれかの電動乗り物は、
前記第１のモータが、前記第１のモータの回転角を検出してホールセンサ信号を前記コントローラに出力するように構成されたホールセンサを備える。
６．項１～４のいずれかの電動乗り物は、さらに、
前記コントローラに結合された1つまたは複数のセンサをさらに備え、前記コントローラが、前記１つまたは複数のセンサによって検出された走行データに応答して前記１つまたは複数の駆動信号を出力するように構成されている。
７．項６の電動乗り物は、前記走行データが、空気抵抗、風抵抗、ユーザの体重、電動乗り物の重量、現在の傾斜または勾配、前記１つまたは複数のペダル上のユーザの足の位置、ペダリングレート、実効ペダリングパワー、自転車の速度、バッテリーレベルまたはバッテリーヘルスレベル、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
８．項１～７のいずれかの電動乗り物は、さらに、
前記コントローラに結合された第１の電源ユニットを備え、前記第１の電源ユニットは、
前記１つまたは複数のペダルに結合され、逆起電力信号を生成するように構成された発電機と、
前記発電機に結合され、前記逆起電力信号に関連するペダリングコマンド信号を前記コントローラに出力するように構成された整流回路と、
前記コントローラに結合され、前記コントローラに出力電流を提供するように構成された第１の電力貯蔵装置と、
を備える。
９．項８の電動乗り物は、さらに、
前記第１のドライバに結合され、前記第１のドライバに出力電流を提供するように構成された第２の電源ユニットを備える。
１０．項１～９のいずれかの電動乗り物は、さらに、
前記コントローラからの抵抗コマンド信号に応答して複数のペダリング抵抗レベルを提供するように構成された可変抵抗制御ユニットを備える。
１１．乗り物を駆動するための方法であり、
前記乗り物の１つまたは複数のセンサによって、ライダー、ライダーの動き、またはライダーのサイクリングに影響を与える１つまたは複数の環境要因の情報を含むデータを検知するステップ、
プロセッサによって、前記１つまたは複数のセンサからのデータ、前記乗り物のドライブモジュールからのデータ、または前記乗り物のメモリデバイスまたは外部データベースからのデータを受信するステップ、
前記プロセッサによって、前記受信したデータの１つまたは複数に基づいて１つまたは複数の計算を実行し、それに応じて駆動信号を１つまたは複数のドライバに出力するステップ、
前記プロセッサからの駆動信号に基づいて、前記１つまたは複数のドライバによって、１つまたは複数のモータを駆動するステップ、および
前記１つまたは複数のドライバの駆動に応答して、前記１つまたは複数のモータによって、少なくとも１つの後輪または少なくとも１つの前輪を、前記駆動信号に対応する制御された角速度で回転させるステップ、
を含む。
１２．項１１の方法において、前記駆動信号を出力するステップは、
前記乗り物の１つまたは複数のペダルに結合された発電機によって生成された逆起電力信号に関連するペダリングコマンド信号に応じて前記駆動信号を出力する。
１３．項１１または項１２の方法において、前記駆動信号を出力ステップは、
ブレーキ制御からのブレーキ信号に応じて前記駆動信号を出力する。
１４．項１１～１３のいずれかの方法において、前記駆動信号を出力するステップは、
シフターからのシフト信号に応じて前記駆動信号を出力する。
１５．項１４の方法は、さらに、
前記乗り物のペダリング抵抗レベルを調整するために、抵抗コマンド信号を可変抵抗制御ユニットに出力するステップを含む。
１６．乗り物を駆動する方法を開始するために乗り物のプロセッサにより実行可能な命令のセットを格納する非一時的なコンピュータ可読媒体であり、前記方法は、
1つまたは複数のセンサからのデータ、前記乗り物のドライブモジュールからのデータ、または前記乗り物のメモリデバイスまたは外部データベースからのデータを受信するステップで、前記データは、ライダー、ライダーの動き、またはライダーのサイクリングに影響を与える1つまたは複数の環境要因を含んでいる、ステップと、
前記受信したデータの１つまたは複数に基づいて１つまたは複数の計算を実行し、それに応じて駆動信号を１つまたは複数のドライバに出力するステップと、
前記プロセッサからの前記駆動信号に基づいて１つまたは複数のモータを駆動するステップで、前記乗り物の少なくとも１つの後輪または少なくとも１つの前輪が、前記１つまたは複数のドライバの駆動に応答して、前記１つまたは複数のモータによって、前記駆動信号に対応する制御された角速度で回転される、ステップと、
を含む。
１７．項１６の非一時的なコンピュータ可読媒体において、前記命令のセットは、前記駆動信号を出力するために前記プロセッサによって実行可能であり、
前記乗り物の１つまたは複数のペダルに結合された発電機によって生成される逆起電力信号に関連するペダリングコマンド信号に応じて前記駆動信号を出力する。
１８．項１６または項１７の非一時的なコンピュータ可読媒体において、
前記命令のセットは、前記駆動信号を出力するために前記プロセッサによって実行可能であり、
ブレーキ制御からのブレーキ信号に応じて前記駆動信号を出力する。
１９．項１６～１８のいずれかに記載の非一時的なコンピュータ可読媒体において、
前記命令のセットは、前記駆動信号を出力するために前記プロセッサによって実行可能であり、
シフターからのシフト信号に応じて前記駆動信号を出力する。
２０．項１９の非一時的なコンピュータ可動媒体において、
前記命令のセットは、前記プロセッサによって、さらに、
前記乗り物のペダリング抵抗レベルを調整するために抵抗コマンド信号を可変抵抗制御ユニットに出力することをさらに行うために実行可能である。

【0069】

図面および明細書において、例示的な実施形態を開示した。開示のシステムおよび関連する方法に様々な修正および変更を行うことができることは当業者に明らかであろう。開示のシステムおよび関連する方法の仕様および実施を考慮することにより他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。明細書および実施例は例示としてのみ考慮されることが意図されており、本発明の真の範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物によって示される。

【符号の説明】

【0070】

１００：電動乗り物
１１０：アクチュエートモジュール
１１１：信号伝送回路
１１２：センサ
１１３：メモリデバイス
１１４：プロセッサ
１１５：可変抵抗制御ユニット
１１６：電源ユニット
１２０：ドライブモジュール
１２２、１２２ａ、１２２ｂ：ドライバ
１２４：モータ
１２６：信号伝送回路
１２８、１２８ａ、１２８ｂ：電源ユニット
１３０：後輪
１４０：前輪
１５０：ハンドルバー
１６０：フロントブレーキ
１７０：ボトムブラケットまたはサポート
１８０：クランクアーム
１９０：ペダル
４００：電動乗り物
４１０：フレーム
４２０：ハンドルバー
４２２：電子ブレーキ
４２４：電子シフター
４３０：シート
４４０：ｅ－スロットルコントロールモジュール
４４２：発電機
４４４：整流/調整回路
４４６：電力貯蔵装置
４４８：モータコントローラ
４５０：前輪
４６０：後輪
４７０：ペダル
４８０、４９０：ハブモータ
４８２、４９２：ホールセンサ
６１０、６２０：ドライブモジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】