JP2012121338A - ナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測位による地形情報や傾斜センサ、ペダル回転数、スピードセンサ等の各情報を用いて電動アシスト自転車を制御するナビゲーション装置を提供する。
【解決手段】現在位置を検出する現在位置検出手段と、道路の形状や道路の傾斜角の詳細な地図データが記録された地図データ保存手段と、傾斜角度を算出する傾斜検出手段１ｂと、電動アシスト自転車の速度を算出する速度検出手段２ａと、電動アシスト自転車のケイデンスを検出するケイデンス検出手段２ｂと、変速機の状態を検出する変速機検出手段２ｃと、走行時における負荷を検出するトルク検出手段２ｄと、各検出手段で検出される検出結果を記憶する記憶手段１ｅと、装置の各部を制御する制御手段１ｇと、現在位置の前方における道路の情報を地図データ保存手段から読み出し記憶手段１ｅに記憶された検出結果に基づいて電動アシスト自転車の駆動力を制御するアシスト量演算手段１ｆを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は電動アシスト自転車と連携して動作するナビゲーション装置に関するものである。

従来の電動アシスト自転車の構成としては、トルクセンサを備えると共に電動アシスト自転車に設けられ人力トルクを検出することによってアシスト駆動力を制御するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−１１８４８１号公報

このような電動アシスト自転車においてアシスト駆動力を制御する制御方法は、人力トルクを検出した後アシスト駆動を開始するように構成されているため、人体に直接負荷が発生した後にアシスト駆動を行うため足やひざに負荷変動のたびに重さや苦しさを与えてしまうという問題があった。

そこで本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであって、測位による地形情報や傾斜センサ、ペダル回転数（以下ケイデンス）、スピードセンサ、トルクセンサ、変速器段検出部からの各情報を用いて電動アシスト自転車を制御することができるナビゲーション装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、目的地までの経路を案内することができると共に走行状況に合わせて電動アシスト自転車の駆動力を制御することができるナビゲーション装置であって、現在位置を検出する現在位置検出手段と、道路の形状や道路の傾斜角の詳細な地図データが記録された地図データ保存手段と、傾斜角度を算出する傾斜検出手段と、前記電動アシスト自転車の速度を算出する速度検出手段と、前記電動アシスト自転車のケイデンスを検出するケイデンス検出手段と、前記電動アシスト自転車の変速機の状態を検出する変速機検出手段と、前記電動アシスト自転車の走行時における負荷を検出するトルク検出手段と、前記傾斜検出手段、前記速度検出手段、前記ケイデンス検出手段、前記変速機検出手段、前記トルク検出手段から検出される少なくとも１つ以上の検出結果を記憶する記憶手段と、前記ナビゲーション装置の各部を制御する制御手段と、前記現在位置検出手段で検出された現在位置の前方における道路の情報を前記地図データ保存手段から読み出すと共に前記記憶手段に記憶された検出結果に基づいて前記電動アシスト自転車の前記駆動力を制御するアシスト量演算手段を備えることを特徴とする。

また、本発明の前記ナビゲーション装置は、前記制御手段の制御に応じて通知する通知手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＧＰＳ受信部と表示部に接続された制御部からなるナビゲーション装置を構成し、その制御部に接続された傾斜センサ、スピードセンサ、ケイデンスセンサ、変速器段検出部、トルクセンサ及び運動パターン記憶部を備え、前記制御部に接続された
アシスト量演算部からのアシスト量出力に応じて、バッテリに蓄えられた電力でアシストモータを駆動する、駆動部とからなる構成とすることにより、進路の地形データ及び各センサからの現在の状態を示すデータを比較することによって、負荷変化を予測し、乗車者の運動能力に最適な、より足やひざに対して負担をかけにくいアシスト機能を得ることができる。

本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置の構成示すブロック図 本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置を装着した電動アシスト自転車を示す模式図 本発明の実施の形態における自転車のペダル回転数と速度及び理論アシスト量の関係を示す模式図 本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置の動作を示すフロー図

以下、本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置を装着した電動アシスト自転車について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本願発明のナビゲーション装置１は、ＧＰＳ受信部１ａと、傾斜センサ１ｂと、表示部１ｃと、記憶部１ｅと、アシスト量演算部１ｆとを備えて構成されている。

ここでＧＰＳ受信部１ａは、衛星から電波を受信し緯度経度を求めることができるように構成されている。
傾斜センサ１ｂは、ナビゲーション装置１が水平面に対してどれくら傾いているか測定することができるように構成されている。

表示部１ｃは、ナビゲーション装置１における地図データの表示、目的地までの経路の表示、注意地点の表示、案内表示などを行うことができるように構成されている。
入力部１ｄは、ナビゲーション装置１に対して操作入力を行うことができるように構成されている。例えば、条件設定や目的地設定などの項目を入力又は選択することができるように構成されている。なお、入力部１ｄの変わりに、表示部１ｃの表面にタッチパネルを設け、このタッチパネルをタッチ操作することで入力を行うように構成しても同様の効果を得ることができる。

記憶部１ｅは、地図データが記憶されており、この地図データには、道路のリンク情報や、道路毎の勾配、傾斜情報、曲折情報等が記憶されている。また、電動アシスト自転車に設けられているスピードセンサ、ケイデンスセンサ、変速機検出部、トルクセンサからの出力を道路リンク毎に制御部１ｇの指示に基づいて記憶するように構成されている。

アシスト量演算部１ｆは、電動アシスト自転車の駆動部２ｆに対してどの程度アシストするほうが最適であるか演算することができるように構成されており、記憶部１ｅに記憶された道路リンク毎の勾配や傾斜情報、曲折情報に基づいて最適なアシストを行うことができるように駆動部２ｆを制御することができるように構成されている。また、アシスト
量演算部１ｆは、電動アシスト自転車に搭載された駆動系の方式や能力にあった信号に変換され出力することができるように構成されている。

制御部１ｇは、ナビゲーション装置１を構成する各部を制御することができるように構成されており、図示しないが、経路探索部や経路案内部の機能を備え、入力部１ｄから入力される目的地までの経路を探索したりすることができるように構成されている。また、制御部１ｇはＧＰＳ受信部１ａから得られる緯度経度情報から記憶部１ｅに保存されている地図データを用いて現在地周辺の地形及び、現在進んでいる方位の地形データ、すなわち進路の起伏やカーブなどの情報を得ることができ、また傾斜センサ１ｂから現在地の進行方向の傾斜角を得ることができるように構成されている。また、制御部１ｇは電動アシスト自転車の現在の情報とこの自転車の乗り手の運動能力や走行パターンを過去の走行から解析、蓄積した運動パターンの記録を記憶部１ｅから読み出してデータを比較することにより最適なアシスト量情報を出力することができるように構成されている。なお、制御部１ｇは自転車の乗り手の運動能力や走行パターンを学習して記憶部１ｅに記憶するように構成することで、アシスト量演算部１ｆで最適なアシスト量を演算させるための情報を提供することができるように構成されている。

また、本願発明のナビゲーション装置１は、図２に示すように電動アシスト自転車２に接続して、各部から必要な情報を取得することで電動アシスト自転車２の駆動力を制御することができるように構成されている。次に本発明のナビゲーション装置１を備えた電動アシスト自転車２の構成について図面を用いて説明する。図２は、電動アシスト自転車の構成を示す模式図である。図２に示すように、スピードセンサ２ａと、ケイデンスセンサ２ｂと、変速器段検出部２ｃと、トルクセンサ２ｄと、駆動部２ｆと、アシストモータ２ｇと、バッテリ２ｅとナビゲーション装置１とを備えて構成されている。

ここでスピードセンサ２ａは、自転車の走行速度を検出することが出来るように構成されており、例えば、車輪の回転からスピードを検出することができるように構成されている。
ケイデンスセンサ２ｂは、ペダルの回転数を測定できるように構成されている。
変速器段検出部２ｃは、電動アシスト自転車２に搭載されている変速機段の位置の状態を検出することができるように構成されており、変速機のギア等の段を検出することで、電動アシスト自転車がどのような速度で走行しているか把握することができるように構成されている。なお変速機段が無い電動アシスト自転車の場合でも本願発明の構成に特に影響することはなく、適切な状況でアシストすることができるように構成されている。

トルクセンサ２ｄは、電動アシスト自転車２が走行しているときにかかる荷重を検出することができるように構成されたものであって、このトルクセンサ２ｄを設けてあることで、例えば、坂道などによってどの程度の負荷がかかっているか検出することができるように構成されている。

駆動部２ｆは、バッテリ２ｅからアシストモータ２ｇに供給する電力量を制御することができるように構成されると共に、ナビゲーション装置１のアシスト量演算部１ｆからの指示に基づいてアシストモータ２ｇに流すバッテリの電力量を制御することができるように構成されている。なお、電動アシスト自転車にナビゲーション装置１が接続されていないときは、スピードセンサ２ａ、トルクセンサ２ｄ、変速器段検出部２ｃ、トルクセンサ２ｄから出力される数値に基づいてアシストモータ２ｇを制御するようにバッテリ２ｅの供給量を調整することが出来るように構成されている。

バッテリ２ｅは、駆動部２ｆからの指示に基づいてアシストモータ２ｇに電力供給を行うことはできるように構成されている。また、電動アシスト自転車２が停止する際にアシ
ストモータ２ｇが発生する回生電力を駆動部２ｆの制御に基づいて充電することもできるように構成されている。
アシストモータ２ｇは、駆動部２ｆからの制御によってバッテリ２ｅの電力を用いて駆動させることができるように構成されている。また、電動アシスト自転車の停止時に発生する回生電力は、駆動部２ｆを介してバッテリ２ｅに充電を行うことができるように構成されている。なお、充電管理は、駆動部２ｆで処理を行うことができるように構成されている。

このように構成された電動アシスト自転車２に取り付けられたナビゲーション装置１は、図２に示すように、ナビゲーション装置１は自転車のハンドル部に装着され、自転車に取り付けられたスピードセンサ２ａ、ケイデンスセンサ２ｂ、変速器段検出部２ｃとトルクセンサ２ｄからの情報信号をナビゲーション装置１に、またナビゲーション装置１のアシスト量演算部１ｆが出力するアシスト量信号を駆動部２ｆに伝送するために、バスライン３とコネクタ２ｈによって、ナビゲーション装置１と自転車本体とが接続されて構成されている。

次に、本発明において、自転車のペダル回転数と理論速度及び実測速度の関係に関して図を用いて説明する。図３は、ペダル回転数と理論速度及び実測速度の関係を示す模式図である。
図３に示すのは、本発明のナビゲーション装置１は、スピードセンサ２ａとケイデンスセンサ２ｂ及び、変速器段検出部２ｃから各検出された出力を用いて、現在の走行状況を推測するための考え方の１例を示すものである。

電動アシスト自転車２の変速器段検出部２ｃで検出された変速器段に対してケイデンスセンサ２ｂで測定したケイデンスが測定されると、例えば、平地で等速運動をしている場合、理論速度と実測速度は一致すると考えられる。一方、坂道や風による負荷変動が発生した場合や下り坂や追い風の場合には、実測速度が理論速度より大きくなり、上り坂や向かい風の場合実測速度が理論速度より小さくなる。
また、乗車者の運動能力は、この図上運動能力のカーブのように表現することができ、過去の走行時のデータより蓄積する。

次に、本発明のナビゲーション装置１を備えた電動アシスト自転車２の動作についてフローチャートを用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置を装着した電動アシスト自転車の制御を示すフロー図である。

図４に示すように、本発明のナビゲーション装置１を搭載した電動アシスト自転車２は、スピードセンサ２ａで実速度を測定し（Ｓ１）、ケイデンスセンサ２ｂでケイデンスを計測し（Ｓ２）、変速器段検出部２ｃで変速器の段を計測し（Ｓ３）、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３で測定した値の実速度と理論値とではどちらが大きいかを判断し（Ｓ４）、Ｓ４において理論値よりも実速度が大きいと判断した場合には（Ｓ４、Ｎｏ）、アシスト不要と判断しアシスト量を「０」として出力する（Ｓ１５）。また、Ｓ４において理論値よりも実速度が小さいと判断した場合には（Ｓ４、ＹＥＳ）、次に傾斜センサ１ｂを用いて走行している道路の傾斜角度を測定する（Ｓ５）。Ｓ５において傾斜センサ１ｂから得られた数値から現在地が下り坂であると判断すると（Ｓ６、Ｙｅｓ）、安全のためアシスト量を「０」として出力する（Ｓ１５）。また、Ｓ６において下り坂ではないと判断した場合には（Ｓ６、Ｎｏ）、ＧＰＳ受信部１ａで取得したＧＰＳ測位で得られた進路先情報よりこの先勾配がどのように変化するかを推定し（Ｓ７）、負荷換算テーブルＳ８ａを用いて負荷予測を算出する（Ｓ８）。

次に、Ｓ８で負荷予測を算出後、トルクセンサ２ｄで実負荷を計測する（Ｓ９）。Ｓ９
でトルクセンサ２ｄで計測された実負荷が「０」であった場合は（Ｓ１０、Ｙｅｓ）、走行状態ではないと判断することができペダルを漕いでいない状態のため、アシスト量を「０」として出力する（Ｓ１５）。また、Ｓ１０においてトルクセンサ２ｄの値においてトルク値が「０」でない場合には（Ｓ１０、Ｎｏ）、運動パターンＳ１１ａを用いてアシスト量を算出する（Ｓ１１）。このとき、Ｓ１１ａにおいて負荷変化予測値及び乗車者の運動パターン（運動能力）データにより次回のアシスト量に対して変化が滑らかになるように、かつ、乗車者の運動能力に応じたアシスト量を加減算するようなアシスト量を算出するように構成されている（Ｓ１１）。

Ｓ１１で算出されたアシスト量の値が、乗車者の運動能力と自転車のアシスト能力を加算したものに対して大きいか判定を行う（Ｓ１２）。Ｓ１２において、Ｓ１１で算出されたアシスト量の値が大きいと判定されると（Ｓ１２、Ｙｅｓ）、現在いる場所の進路に急坂などがあることにより電動アシスト自転車２に乗車して走行することは不可能と予測されるため降車を指示して、坂にかかる前に停車を促しアシストを弱める動作を行う（Ｓ１３）。また、Ｓ１２においてＳ１１で算出されたアシスト量の値が小さいと判定されると（Ｓ１２、Ｎｏ）、十分アシスト可能と判断し、Ｓ１１で算出したアシスト量を駆動部２ｆに伝送しアシストモータ２ｇを制御することができるよう構成されている。また、Ｓ１３、１４、Ｓ１５の処理の後、ナビゲーション装置１が電動アシスト自転車２から取り外されたか否かを判断し（Ｓ１６）、Ｓ１６においてナビゲーション装置１が電動アシスト自転車２から取り外されていないと判断したときは（Ｓ１６、Ｎｏ）、Ｓ１に戻り処理を繰り返し、Ｓ１６においてナビゲーション装置１が電動アシスト自転車２から取り外されたと判断したときは（Ｓ１６、Ｙｅｓ）、処理を終了する。

以上のように本発明のナビゲーション装置は、電動アシスト自転車２に設けられた傾斜センサ１ｂ、スピードセンサ２ａ、ケイデンスセンサ２ｂ、変速器段検出部２ｃ、トルクセンサ２ｄから情報を取得し、取得した情報から制御部に接続されたアシスト量演算部を用いてアシスト量出力を算出し、算出したアシスト量を、電動アシスト自転車２に搭載された駆動部２ｆに伝送し、伝送された情報に基づいて駆動部２ｆからアシストモータ２ｇを動作させることができる。このため、進路の地形データ及び各センサからの現在の状態を示すデータを比較することによって、負荷変化を予測し、乗車者の運動能力に最適な、より足やひざに対して負担をかけにくいアシスト機能を得ることができる。また、本実施の形態において、ナビゲーション装置１による目的地へのルート案内において高低さの少ないルートを選択させることもできるので足やひざへの負担をかけにくいという効果を得ることができる。

本発明の自転車アシスト及びナビゲーション装置は、人力による移動手段、装置として有用である。

１ ナビゲーション装置
１ａ ＧＰＳ受信部
１ｂ 傾斜センサ
１ｃ 表示部
１ｄ 入力部
１ｅ 記憶部
１ｆ アシスト量演算部
１ｇ 制御部
２ 電動アシスト自転車
２ａ スピードセンサ
２ｂ ケイデンスセンサ（ペダル回転数センサ）
２ｃ 変速器段検出部
２ｄ トルクセンサ
２ｅ バッテリ
２ｆ 駆動部
２ｇ アシストモータ
２ｈ コネクタ
３ バスライン

Claims (2)

1. 目的地までの経路を案内することができると共に走行状況に合わせて電動アシスト自転車の駆動力を制御することができるナビゲーション装置であって、
   現在位置を検出する現在位置検出手段と、
   道路の形状や道路の傾斜角の詳細な地図データが記録された地図データ保存手段と、
   傾斜角度を算出する傾斜検出手段と、
   前記電動アシスト自転車の速度を算出する速度検出手段と、
   前記電動アシスト自転車のケイデンスを検出するケイデンス検出手段と、
   前記電動アシスト自転車の変速機の状態を検出する変速機検出手段と、
   前記電動アシスト自転車の走行時における負荷を検出するトルク検出手段と、
   前記傾斜検出手段、前記速度検出手段、前記ケイデンス検出手段、前記変速機検出手段、前記トルク検出手段から検出される少なくとも１つ以上の検出結果を記憶する記憶手段と、
   前記ナビゲーション装置の各部を制御する制御手段と、
   前記現在位置検出手段で検出された現在位置の前方における道路の情報を前記地図データ保存手段から読み出すと共に前記記憶手段に記憶された検出結果に基づいて前記電動アシスト自転車の前記駆動力を制御するアシスト量演算手段を備えることを特徴とするナビゲーション装置。
2. 前記ナビゲーション装置は、前記制御手段の制御に応じて通知する通知手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。

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