自転車
【課題】自転車の構造を変化させることなく、自転車のハンドル操作性を制御することができる自転車を提供する。
【解決手段】自転車１は、フレーム固定部に対して回動する前輪３０と前輪３０に連結されたハンドルレバー１０との回動軸５５ａ、回動軸５５ｂに対して回動力を付与するためにフレーム固定部に配される負荷装置５０と、負荷装置５０が発生する回動力の大きさを求め、負荷装置５０が、この求めた回動力を発生するように制御する演算制御部４２と、を備える。
【解決手段】自転車１は、フレーム固定部に対して回動する前輪３０と前輪３０に連結されたハンドルレバー１０との回動軸５５ａ、回動軸５５ｂに対して回動力を付与するためにフレーム固定部に配される負荷装置５０と、負荷装置５０が発生する回動力の大きさを求め、負荷装置５０が、この求めた回動力を発生するように制御する演算制御部４２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車に関し、特に、自転車のハンドル操作性を制御する機能を有する自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、駐停車時において、ハンドルの自由回動を阻止するための自転車のハンドルストッパー装置を示す図である（特許文献１を参照）。ハンドルストッパー装置本体１０１にスライド軸１０２がセットされたハンドルストッパー装置を自転車フレーム１１０に固定バンド１０６、ボルト１１２、ナット１１３を用いて取り付けるようにしている。スライド軸１０２のスライドノブ１０３を上昇させて、荷物カゴ取り付け用ブラケット１０９の切欠け穴に挿入することで連結固定するようにしている。
【０００３】
図１４は、荷物用の籠（またはチャイルドシート）２１６が固着されるハンドル２１２の回動規制装置を示す図である（特許文献２を参照）。ハンドル２１２の回転中心に備えられたステアリング軸２１３が車体フレーム前端のヘッドパイプ２１１に回転自在に装着され、ステアリング軸２１３の軸上に荷物用の籠または子供を乗せるためのチャイルドシート２１６が取付可能なハンドル２１２を備える。籠またはチャイルドシート２１６の下方の可動部と、車体フレーム２０１との間に、ハンドル２１２の切れ込みを規制し、ハンドル２１２を中立方向に戻すためのばね部材２２６を備えている。このようにしてハンドルが大きく切れ込むことを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３１４００１６号公報
【特許文献２】特開２０００−１５９１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、自転車の駐停車時において、ハンドルの自由回動を阻止する技術が開示されている。特許文献２には、ばね部材２２６を設けて、走行時にハンドルが大きく切れ込むことを防止する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術と特許文献２に記載の技術を組み合わせて、駐停車時において、ハンドルの自由回動を阻止し、走行時に大きく切れ込むことを防止するようにすると、構造が複雑になってしまう。また、走行時における切れ込み特性を、自転車の走行速度、荷物籠またはチャイルドシートに積載する物または子供の重量に応じて変化させることはできない。すなわち、従来技術では、走行条件、積載条件に応じて自転車のハンドル操作性を制御することができない。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決して、自転車の構造を変化させることなく、自転車のハンドル操作性を制御することができる自転車を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の自転車は、フレーム固定部に対して回動する前輪と該前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するために該フレーム固定部に配される負荷装置と、前記負荷装置が発生する所望回動力の大きさを求め、該負荷装置が該所望回動力を発生するように制御する演算制御部と、を備える。
【０００８】
本発明の自転車では、負荷装置とこの負荷装置を制御する演算制御部とを備え、ハンドルレバーに回動力を付与することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自転車によれば、負荷装置を制御して、ハンドル操作性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の自転車を示す図である。
【図２】図１に示す自転車のＡ−Ａ’線を含む面の断面図である。
【図３】図１に示す自転車のＣ−Ｃ’線（ハンドル回動軸）を含む面の断面図である。
【図４】図１に示す自転車の負荷装置のＢ−Ｂ’線を含む面の断面図である。である。
【図５】自転車の負荷装置の動作原理を示す図である。
【図６】自転車の制御系の構成を示す図である。
【図７】制御系における処理のフローチャートである。
【図８】ハンドルロック制御処理のフローチャートである。
【図９】走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理のフローチャートである。
【図１０】積載重量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理のフローチャートである。
【図１１】ハンドル操作圧を一定とする制御処理のフローチャートである。
【図１２】積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。
【図１３】背景技術を示す図である。
【図１４】背景技術を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施形態の自転車は、フレーム固定部に対して回動する前輪と前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するためにフレーム固定部に固着される負荷装置と、負荷装置が発生する回動力の大きさを求め、負荷装置が回動力を発生するように制御する演算制御部と、を備える自転車である。以下、図面を参照して、具体的な実施形態について説明をする。
【００１２】
（実施形態の自転車の構造の説明）
図１は、実施形態の自転車を示す図である。図２は、図１に示す自転車のＡ−Ａ’線を含む面の断面図である。図３は、図１に示す自転車のＣ−Ｃ’線（ハンドル回動軸）を含む面の断面図である。図４は、図１に示す自転車の負荷装置のＢ−Ｂ’線を含む面の断面図である。以下、図１〜図４に沿って順に実施形態の自転車の構造の説明をする。
【００１３】
図１に示す自転車１は電動アシスト自転車である。電動アシスト自転車は、電池を動力源として走行力の一部を電動モータから得るものである。電動アシストの技術は周知の技術であるので説明を省略する。実施形態の自転車について、必要な範囲でその構造を簡単に説明する。
【００１４】
自転車１は、一般的な自転車が通常備えると同様な、前輪３０、後輪３１を有している。また、ダウンチューブ２７とシートチューブ２８とシートスティブリッジ３４とチェンスティ３５とでフレーム固定部を形成している。ダウンチューブ２７の先端には、負荷装置５０が備えられている。負荷装置５０については詳細に後述するが、負荷装置５０は誘導電動機として構成されている。負荷装置５０の内部で回動する回転子（図３の符号５４を参照）に連結される回動軸５５の一方の端部である回動軸５５ａと他方の端部である回動軸５５ｂとが負荷装置５０の外部に伸びている。図１に示す一点鎖線は回動軸５５の回動中心を示すものである。
【００１５】
回動軸５５ｂにはカップリング装置２４を介して前輪３０を支持するフォークブレード２６が連結されている。また、回動軸５５ａにはカップリング装置２２を介してステム回動軸２１が連結されている。ステム回動軸２１はステム２０と固着され、ステム回動軸２１と固着されるステム２０の底部は平板状となっている。また、ステム２０の上部はハンドルレバー１０を支持するようにされている。
【００１６】
ステム２０の底部には、荷物籠取付板１７が固着されている。荷物籠取付板１７は荷物を積載するための荷物籠１５の底面を水平にするために設けられている。荷物籠１５と荷物籠取付板１７との間には、荷物籠１５に積載する荷物の重量を検出するための積載量測定装置１６が備えられている。積載量測定装置１６は、磁歪センサ、ストレインゲージ等の通常用いられる圧力検出装置であり重量が電圧量に変換して検出される。
【００１７】
フォークブレード２６の先端部に前輪３０が支持され、ハンドルレバー１０の操作によって、フレーム固定部に対して前輪３０を一点鎖線で示す回動軸を中心として回動させて、自転車の進行方向を制御できるようにされている。
【００１８】
シートチューブ２８とシートスティブリッジ３４とチェンスティ３５とで形成される三角形の先端部分に後輪３１が支持されている。後輪３１の回転中心部にはスプロケット３８が配置され、チェンスティ３５に沿って配置されるチェン３７がスプロケット３８に駆動力を伝達して、後輪３１を回転させる。チェン３７に駆動力を与えるためにペダル３３と電動モータ部３６とが配置され、ペダルからの駆動力に加えて、電動モータ部３６に格納される電動モータ（図示せず）からの駆動力が後輪３１の回転力として合成され、ペダルからの駆動力をアシストするようになされている。
【００１９】
シートチューブ２８とシートスティブリッジ３４とチェンスティ３５とで形成される三角形の別の先端部分から、シートチューブ２８の長手方向に伸びるポストの先にサドル２９が配されている。
【００２０】
図１に示す自転車１のＡ−Ａ’線を含む面の断面図である、図２に沿って説明をする。図２（ａ）と図２（ｂ）とでは、積載量測定装置の構成が異なっている。図２（ａ）では、ストレインゲージ、磁歪センサ等を利用した１個の積載量測定装置１６を用いて荷物籠１５に積載される荷物の総重量を測定するようになされている。一方、図２（ｂ）では、積載量測定装置は、積載量測定装置１６ａと積載量測定装置１６ｂと積載量測定装置１６ｃと積載量測定装置１６ｄとの４個の積載量測定装置を備えている。
【００２１】
積載量測定装置１６ａからの検出信号と積載量測定装置１６ｂからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の前方向（進行方向）に加重される重量である前方向荷重を表し、積載量測定装置１６ｃからの検出信号と積載量測定装置１６ｄからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の後方向に加重される重量である後方向荷重を表す。また、積載量測定装置１６ｂからの検出信号と積載量測定装置１６ｄからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の右方向（進行方向に向かって右の方向）に加重される重量である右方向荷重を表す。また、積載量測定装置１６ａからの検出信号と積載量測定装置１６ｃからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の左方向に加重される重量である左方向荷重を表す。
【００２２】
前方向荷重から後方向荷重を引き算した演算結果は、積載物の荷物籠１５における前後の重心位置を表し、演算結果が０であれば、荷物籠１５の前後方向の中心位置に積載物が配置されていることを表す。演算結果が正値であれば、荷物籠１５の中心位置から前方に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。演算結果が負値であれば、荷物籠１５の中心位置から後方に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。
【００２３】
また、右方向荷重から左方向荷重を引き算した演算結果は、積載物の荷物籠１５における左右の重心位置を表し、演算結果が０であれば、荷物籠１５の左右方向の中心位置に積載物が配置されていることを表す。演算結果が正値であれば、荷物籠１５の中心位置から右に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。演算結果が負値であれば、荷物籠１５の中心位置から左に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。積載量測定装置１６、または、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄがどのように用いられるかについては後述する。
【００２４】
ハンドルレバー１０の両方の先端には、左グリップ１２Ｌ、右グリップ１２Ｒが配され、ハンドルレバー１０の回動が容易にできるようにされている。ハンドルレバー１０の回動の中心は、ステム回動軸２１の回動の中心と一致している。左ブレーキレバー１１Ｌ、右ブレーキレバー１１Ｒによって自転車１の速度を減速し、ベル１３は警告音を発することができる。
【００２５】
左ハンドル操作圧検出器１４Ｌは、ハンドルレバー１０のａ面とｂ面とに各々ストレインゲージを貼り付けて構成されている（図２を参照）。ハンドルレバー１０は金属等を材料とするが、左グリップ１２Ｌに加えられる回動力に応じて、ａ面とｂ面との各々は、一方が伸びると他方は縮むので、ａ面のストレインゲージの出力とｂ面のストレインゲージの出力との差から、左グリップ１２Ｌが与える回動力の大きさを検出することができる。
【００２６】
同様にして、右ハンドル操作圧検出器１４Ｒは、ハンドルレバー１０のａ面とｂ面とに各々ストレインゲージを貼り付けて構成されている（図２を参照）。右グリップ１２Ｒに加えられる回動力に応じて、ａ面とｂ面との各々は、一方が伸びると他方は縮むので、ａ面のストレインゲージの出力とｂ面のストレインゲージの出力との差から、右グリップ１２Ｒが与える回動力の大きさを検出することができる。
【００２７】
ハンドルレバー１０には手動入力装置４４が取り付けられている。手動入力装置４４がどのように用いられるかについては後述する。なお、荷物籠１５に替えてチャイルドシートを用いる場合においても同様な積載量測定装置１６、または、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄを用いて子供の体重を測定することができる。
【００２８】
図１に示す自転車のＣ−Ｃ’線（ハンドル回動軸）を含む面であって紙面と平行する面の断面図である、図３に沿って説明をする。図３は、負荷装置５０を中心に示す図である。負荷装置５０は固定部と回転子５４とを有している。固定部は、磁気枠部５１と、磁気鉄心５２ａ、磁気鉄心５２ｂ、磁気鉄心５２ｃ、磁気鉄心５２ｄ（磁気鉄心５２ｂ、磁気鉄心５２ｄは図４を参照）とを有している。また、磁気鉄心５２ａ〜磁気鉄心５２ｄの各々には、巻線５３ａ〜巻線５３ｄ（巻線５３ｂ、巻線５３ｄは図４を参照）が巻回されている。
【００２９】
回転子５４の中心には、負荷装置５０の外部に突出した回動軸５５ａと回動軸５５ｂとをその一部として有する回動軸５５が連結されている。回転子５４は、回動軸５５の伸びる方向の両端には短絡環を有し、両方の短絡環は二次導体で連結されている。負荷装置５０は、このような固定部と回転子５４とを有して、周知技術である誘導電動機として機能する。
【００３０】
つまり、巻線５３ａ〜巻線５３ｄに流れる電流によって生じる回転磁界の方向が右回りである場合には回転子５４に右回りの回転力を発生させ、巻線５３ａ〜巻線５３ｄに流れる電流によって生じる回転磁界の方向が左回りである場合には回転子５４に左回りの回転力を発生させる。そして、ハンドルレバー１０を右方向に手動で回動させる場合において回転子５４に右回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力をアシストし、ハンドルレバー１０を右方向に手動で回動させる場合において回転子５４に左回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力を減殺する。また、ハンドルレバー１０を左方向に手動で回動させる場合において回転子５４に左回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力をアシストし、ハンドルレバー１０を左方向に手動で回動させる場合において回転子５４に右回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力を減殺する。
【００３１】
また、負荷装置５０は回動角度測定装置５８を有している。回動角度測定装置５８は回動軸５５とともに回動する回動角度測定装置回動部５８ｂと固定部である磁気枠部５１に固着された回動角度測定装置固定部５８ａとを有している。回動角度測定装置５８は、周知技術であり、磁気方式、光学方式等の種々の周知技術に基づくものとすることができる。回転子５４、すなわち、回動軸５５の回動角度は、回動角度測定装置固定部５８ａから電気信号として検出することができる。
【００３２】
回動軸５５ａはカップリング装置２２に挿入されてビス２３ｂによって係止され、ステム回動軸２１はカップリング装置２２に挿入されてビス２３ａによって係止されている。また、回動軸５５ｂはカップリング装置２４に挿入されてビス２５ａによって係止され、フォークブレード２６はカップリング装置２４に挿入されてビス２５ｂによって係止されている。また、磁気枠部５１には、取付部５６ａと取付部５６ｂ（図４を参照）とが一体成型されており、取付部５６ａと取付部５６ｂとの各々がボルトとナットとでダウンチューブ２７と連結されている。
【００３３】
図１、図３に示す負荷装置５０のＢ−Ｂ’線を含む面の断面図である、図４に沿って誘導電動機である負荷装置５０の構造をさらに説明する。図４に付した符号が示す各部は、図３に示す同一符号を付した部分と同一部分を指し示すのでその説明は省略する。巻線５３ａ〜巻線５３ｄに流れる電流を制御することによって、磁気鉄心５２ａ〜磁気鉄心５２ｄに回転磁界を発生させ、回転子５４の二次導体に流れる電流との相互作用で回転子５４に回転力を得ることができる。
【００３４】
（実施形態の負荷装置の制御系の説明）
図５を参照して、負荷装置５０の動作原理を説明する。負荷装置５０の巻線５３ａ〜巻線５３ｄの各々は巻線駆動部４１の４個のドライバーの各々に接続されている。巻線駆動部４１に対しては、演算制御部４２から巻線制御信号Ｓdが送出される。演算制御部４２は、回動角度測定装置固定部５８ａから回動軸５５の回動角度を得て、演算制御部４２の内部で演算して巻線制御信号Ｓdを発生させる。
【００３５】
ここで、演算制御部４２でおこなう演算は、誘導電動機の制御技術に基づく演算である。例えば、一次電圧制御の演算、または、周波数制御の演算、または、Ｖ／ｆ一定制御の演算、さらに、瞬時の応答を良くするために、ベクトル制御の演算のいずれかである。以上の制御の方法はいずれも周知の技術である。このようにして、各種の演算によって回動軸５５に発生するトルク、すなわち、ハンドルレバー１０を通じてハンドルを介して自転車を操作する者が感知するトルクの大きさの制御をおこなうことができ、ハンドル操作性を所望のものとすることができる。
【００３６】
（実施形態の自転車の全体の制御系の説明）
演算制御部４２は、上述したように負荷装置５０を制御する制御系の一部として機能するのみならず、各種の制御機能を有する。
【００３７】
図６は、自転車の制御系の構成を示す図である。図６を参照して制御系の説明をする。制御系においては、演算制御部４２が中心となって制御をおこなう。なお、実施形態では自転車１は電動アシスト自転車であるとして説明をしているので、電動アシストの機能も演算制御部４２でおこなうが、電動アシストの技術は周知技術であるので、説明を省略する。アシストモータを備えない自転車、常時、電動モータで駆動力が与えられる電動二輪車においても、図６に示す実施形態の制御系は適用できるものである。
【００３８】
演算制御部４２は、いずれも図示しない、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ラム）、書き換え可能な不揮発性メモリ、ＲＯＭ（ロム）、Ｉ／Ｏインターフェイス回路（入出力インターフェイス回路）を有している。ＣＰＵのバスライン（アドレスバスライン・データバスライン）にはＣＰＵ、ＲＡＭ（ラム）、ＲＯＭ（ロム）、Ｉ／Ｏインターフェイス回路が接続されている。
【００３９】
ＲＯＭはＣＰＵで実行されるプログラムを記憶し、ＲＡＭはＣＰＵでの演算データを一時記憶する。また、Ｉ／Ｏインターフェイス回路は外部回路とＣＰＵとの間での信号の入出力のためのＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有している。また、ＲＯＭには、負荷装置５０の制御のためのルックアップテーブルが格納されている。不揮発性メモリには、記憶内容の書き換え後、電源を切断した後でも、記憶内容が保持される。
【００４０】
ハンドル操作圧検出装置４６は、ハンドルレバー１０を回動するためのハンドル操作圧信号Ｓｈを検出する。ハンドル操作圧信号Ｓｈは、左グリップ１２Ｌに加わる操作圧信号と右グリップ１２Ｒに加わる操作圧信号との差分として求められる。そして、後述するハンドル操作圧を一定とする制御処理では、この差分信号が前輪３０に連結される回動軸５５を回動させる回動力を負荷装置５０に発生させるのである。
【００４１】
速度測定装置４５は、チェン３７の走行速度、または、後輪３１の回転角速度から自転車の走行速度に応じた速度信号Ｓｖを求める。
【００４２】
演算制御部４２には、入力信号として、ハンドル操作圧検出装置４６からのハンドル操作圧信号Ｓｈが入力される。また、積載量測定装置１６、または、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄからの積載量信号Ｓｗが入力される。また、回動角度測定装置５８の回動角度測定装置固定部５８ａからの回動角度信号Ｓａが入力される。また、手動入力装置４４からの手動入力信号Ｓｍが入力される。また、速度測定装置４５からの速度信号Ｓｖが入力される。そして、上述したように、演算制御部４２からは、巻線制御信号Ｓｄが出力され、巻線制御信号Ｓｄは巻線駆動部４１に入力される。
【００４３】
（実施形態における制御系の作用）
実施形態の自転車１は、図６に示すような制御系を有して、自転車１の回動軸５５の動きを様々に制御することが可能となる。以下に実施例としていくつかの制御方法を述べる。
【００４４】
図７は、自転車１の制御系におけるＣＰＵがおこなう処理のフローチャートである。図７のフローチャートに沿って、演算制御部４２のＣＰＵがおこなう処理の内容を説明する。
【００４５】
演算制御部４２の電源が電源ＯＮ（オン）とされることによって、処理は開始する。
所定の周期毎にステップＳＴ１０の処理が開始されるタイマー割込み処理とされている。
【００４６】
ステップＳＴ１１では、ＣＰＵは駐輪モードを選択するか否かを判断する。
駐輪モードとは自転車を走行させることなく、スタンドを立てて自転車を自立させるモードである。
駐輪モードであるか否かの判断は、ＣＰＵが手動入力装置４４の駐輪ボタンが押されたことを検出して駐輪モードであると判断しても良く、また、所定時間、例えば、３０秒間、速度測定装置４５からの速度信号Ｓｖが速度０であることを示す場合に駐輪モードであると判断するようにしても良い。
ステップＳＴ１１において、ＣＰＵが駐輪モードであると判断する場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１２に移動し、ＣＰＵが駐輪モードであると判断しない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１３に移動する。
【００４７】
ステップＳＴ１２では、ＣＰＵはハンドルロック制御処理をおこなう。
ハンドルロック制御処理は、前輪３０が直進方向（回動角度０度）に向くようにハンドルレバーを維持する処理である。ここで、回動角度０度であるということは、サドルの中心位置にある点（中心点）から左グリップ１２Ｌまでの距離と、サドルの中心点から右グリップ１２Ｒまでの距離とが等しくなった状態である。
ハンドルロック状態では、自転車の地面に対する射影面積が最小となり、複数台の自転車を並列に駐輪するには最も効率的である。また、重い荷物を荷物籠１５に積載する場合には、重心位置の僅かなアンバランスで前輪３０とハンドルレバー１０が大きく回動する可能性が大きいが、ハンドルロック制御処理はこのような場合に回動角度０度に維持するものである。
ステップＳＴ１２でおこなうハンドルロック制御処理の内容については後述する。
ステップＳＴ１２での処理が完了すると処理はステップＳＴ１０に移動する。
【００４８】
ステップＳＴ１３では、ＣＰＵは操作圧一定モードを選択するか否かを判断する。
操作圧一定モードとは自転車を走行中にハンドル操作をおこなう場合において、荷物籠１５の荷物の重量が重い場合でも、荷物の重量が軽い場合と同様のハンドルレバー１０の操作感を得ることができるようにするモードである。
駐輪モードであるか否かの判断は、ＣＰＵが、手動入力装置４４によって操作圧一定モードとされたことを検出することによっておこなわれる。
ステップＳＴ１３において、ＣＰＵが操作圧一定モードであると判断する場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１７に移動し、ＣＰＵが操作圧一定モードであると判断しない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１４に移動する。
【００４９】
ステップＳＴ１７では、ＣＰＵは操作圧一定モード処理、すなわち、ハンドル操作圧を一定とする制御処理をおこなう。
ハンドル操作圧を一定とする制御処理の内容は後述する。
ステップＳＴ１７での処理が完了すると処理はステップＳＴ１０に移動する。
【００５０】
ステップＳＴ１４では、ＣＰＵは走行状況検出をおこなう。
ＣＰＵは、回動角度信号Ｓａから現在のハンドル回動量（回動角度）を検出し、速度信号Ｓｖから現在の自転車の走行速度を検出し、積載量信号Ｓｗから荷物籠１５に積載された荷物の現在の重量を検出する。
ステップＳＴ１４での処理が完了すると処理はステップＳＴ１５に移動する。
【００５１】
ステップＳＴ１５では、ＣＰＵは走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理をおこなう。
ハンドル回動角速度制御処理と、ハンドル回動量制限処理とは、別個独立の２つの処理である。どちらか一方の処理をおこなった後に他方の処理をおこなうようにしても良く、また、選択的にどちらか一方の処理のみをおこなうようにしても良い。
【００５２】
ステップＳＴ１５での処理は、自転車の走行速度が遅いときに前輪３０（ハンドルレバー１０）に直線方向に進路を戻す復元力が働かないために操作が安定しないことに鑑みおこなわれる処理である。または、走行速度が速いときの急激（高回転角速度）なるハンドル操作、大（大きな回転角度）なるハンドル操作の危険性に鑑みて行われる処理である。例えば、負荷装置５０を備えない自転車では、自転車の走行速度が遅いときには、前輪３０（ハンドルレバー１０）が小さな回動力（例えば、地面の凹凸によって生じる回動力、人がハンドルレバー１０を操作することによる回動力、荷物籠１５の荷物のアンバランスによる回動力）で簡単に回動してしまう（前輪の切れ込み）。このような急激な前輪３０の切れ込みは、自転車の走行を不安定とする。一方、自転車が比較的高速で走行する場合には、ジャイロ作用によって前輪３０の走行方向は安定しているので、急に切れ込みが生じることは少なくなるが、急激、大なるハンドル操作には危険性が伴う。
【００５３】
負荷装置５０を備える実施形態の自転車では、ステップＳＴ１５において、ハンドル回動角速度制御処理をおこない、自転車の走行速度に応じて前輪３０の動き易さを制御し、または、自転車の走行速度によらず一定の動き易さを得るようにしている。そして、急激な前輪３０の切れ込みを防止して良好なる自転車の操作感が得られることとなる。
また、ステップＳＴ１５において、自転車の走行速度に応じて、ハンドルの回動角度の量を制限するハンドル回動量制限処理をおこない、前輪３０の回動角度の範囲を制限することによって、急激な前輪３０の切れ込みを防止して良好なる自転車の操作感が得られることとなる。
ステップＳＴ１５の処理の詳細な内容は後述する。
ステップＳＴ１５の処理が完了すると処理はステップＳＴ１６に移動する。
【００５４】
ステップＳＴ１６での処理は、荷物籠１５に大きな荷物が積載されている場合において、特に、力が弱い女性、高齢者、低年齢者が自転車を操作する場合、荷物の重量によって、前輪３０が急に切れ込む事態が生じることに鑑みおこなわれる処理である。例えば、負荷装置５０を備えない自転車では、積載物の重量が重い場合に、積載物の重心位置の移動、路面の不安定によって、前輪３０（ハンドルレバー１０）が急速に回転する切れ込みが発生する。
【００５５】
負荷装置５０を備える実施形態の自転車では、ステップＳＴ１６において、ハンドル回動角速度制御処理をおこない、荷物籠１５の積載物の重量に応じて前輪３０の回動角速度を制御し、または、積載物の重量よらず前輪３０の回動角速度を一定として、急激な前輪３０の切れ込みを防止して良好なる自転車の操作感が得られることとなる。
また、ステップＳＴ１６において、積載物の重量に応じて回動角度の範囲を定めるハンドル回動量制限処理をおこない、前輪３０（ハンドルレバー１０）の回動範囲を制限して、積載物の重量に振られて前輪３０が急激に切れ込むことがないようにする。
ステップＳＴ１６の処理の内容は後述する。
ステップＳＴ１６の処理が完了すると処理はステップＳＴ１０に移動する。
【００５６】
上述したようにして、実施形態の自転車では、走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理の後で、積載量に応じたハンドルハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理をおこなうようにしたが、ステップＳＴ１５の処理とステップＳＴ１６の処理のどちらを先に処理するかは任意に選択が可能であり、また、どちらか一方のみをおこなうようにしても良い。
さらに、自転車の走行速度と積載物の重量のどちらを重要視するか、両者の各々の値の大きさを考慮して、例えば、走行速度と重量を変数とする連立方程式によって、回動角速度を制御し、ハンドル回動量の制限範囲を定めるようにしても良い。
【００５７】
以下において、図８を参照してハンドルロック制御処理の説明をし、図９を参照して走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理の説明をし、図１０を参照して積載量に応じたハンドルハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理の説明をし、図１１を参照してハンドル操作圧を一定とする制御処理の説明をする。
【００５８】
（ハンドルロック制御処理）
図８は、ステップＳＴ１２でおこなわれるハンドルロック制御処理のフローチャートである。図８を参照して、ハンドルロック制御処理の内容を説明する。
【００５９】
ステップＳＴ１２０では、ＣＰＵはハンドルレバー１０の回動量（回動角度）であるハンドル回動量の目標値を０°（度）に設定する。
ここで、０°とは、上述したようにサドルの中心位置にある点（中心点）から左グリップ１２Ｌまでの距離と、サドルの中心点から右グリップ１２Ｒまでの距離とが等しくなった状態であり、自転車が直進する向きに前輪３０がされる状態である。サドルの中心点からの右グリップ１２Ｒまでの距離が、サドルの中心点からの左グリップ１２Ｌまでの距離よりも短くなった状態（自転車が右手方向に旋回する状態）では、ハンドル回動量（回動角度）は正の値であり、サドルの中心点からの右グリップ１２Ｒまでの距離が、サドルの中心点からの左グリップ１２Ｌまでの距離よりも長くなった状態（自転車が左手方向に旋回する状態）では、ハンドル回動量（回動角度）は負の値である。
【００６０】
ステップＳＴ１２１では、ＣＰＵは回動角度信号Ｓａから現在の回動角度を検出する。そして、ハンドル回動量の目標値である０°から現在の回動角度を引き算した差である回動角度誤差信号を求める演算をおこなう。
【００６１】
ステップＳＴ１２２では、ＣＰＵは、得られた回動角度誤差信号に応じた巻線制御信号Ｓｄを求める、そして、ＣＰＵはこの巻線制御信号Ｓｄを巻線駆動部４１に出力する。
例えば、現在の回動角度が正値である場合（自転車が右手方向に旋回する状態）には、負荷装置５０の巻線５３ａ〜巻線５３ｄに、自転車を左手方向に旋回させるような回転磁界を生じさせる。
また、回動角度誤差信号の大きさの絶対値が大きくなる程、回動軸５５を駆動する力（トルク）を大きくするような巻線制御信号Ｓｄを発生させる。
具体的には、ＣＰＵの指令に従い演算制御部４２が、巻線５３ａ〜巻線５３ｄに与える駆動電力の周波数、駆動電圧、または、駆動電流、もしくは、これらの２以上を同時に制御する。この際に、上述した周知技術である、一次電圧制御、周波数制御、Ｖ／ｆ一定制御、ベクトル制御等が採用される。
【００６２】
ステップＳＴ１２０〜ステップＳＴ１２２の処理はフィードバック処理であり、タイマー割込みごとに、ステップＳＴ１２０〜ステップＳＴ１２２の処理が繰り返されることによって、回動角度誤差信号は０に収束し、回動角度も０°に収束する。
【００６３】
このようにして、ハンドルレバー１０の回動量が０°とされ、前輪３０は直進する向きに制御されて駐輪をする。負荷装置５０を備えない場合には、荷物籠１５に積載する荷物の重量が重くその重心位置が左右のいずれかの一方向にずれている場合に、前輪３０が重心のずれている方向に回動し、その結果、自転車の全体の重量バランスが崩れて自転車が転倒することがある。しかしながら、負荷装置５０を備え、ハンドルロック制御処理を採用する実施形態の自転車では、前輪３０は直進する向きに維持されるので自転車が転倒する事態は生じない。特に、自転車のスタンドを用いて自立させ、重い荷物を両手で運び、荷物籠１５に積載するに際して、常時、前輪３０は直進する向きに維持されるので、自転車に手を触れないでも自転車の自立状態は維持される。
【００６４】
（走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理）
図９は、走行速度に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。図９を参照して、ステップＳＴ１５でおこなわれる走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理について説明をする。ステップＳＴ１５０からステップＳＴ１５３までが、走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理であり、ステップＳＴ１５４からステップＳＴ１５５までが、走行速度に応じたハンドル回動量制限処理である。
【００６５】
ステップＳＴ１５０では、ＣＰＵは現在の走行速度に対応する、所望の制限回動角速度をテーブルから読み出す。
現在の走行速度は、速度測定装置４５から入力される速度信号ＳｖをＣＰＵが検出して得る。
所望の制限回動角速度が書き込まれているテーブルは、不揮発性メモリ、または、ＲＯＭ（ロム）とされる。ＣＰＵはこれらから所望の制限回動角速度を得る。不揮発性メモリに、予め、所望の制限回動角速度を書き込むに際しては手動入力装置４４が用いられる。
【００６６】
ステップＳＴ１５１では、ＣＰＵは現在のハンドル回動角速度を演算する。
現在のハンドル回動角速度は、回動角度を時間微分して得られるが、実施形態では、ＣＰＵを用いる離散制御系とされているので、ＣＰＵが回動角度測定装置５８から得られる回動角度信号Ｓａ（現在のハンドル回動角度）から前回の割り込み処理において得た回動角度を引き算して時間差分を得て、これを時間微分に替えて用いる。
【００６７】
ステップＳＴ１５２では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度か否かを判断する。
｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１５３へ移動し、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度でない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１５４へ移動する。つまり、｜現在のハンドル回動角速度｜が制限回動角度の範囲である場合には、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００６８】
ステップＳＴ１５３では、ＣＰＵは｜現在のハンドル回動角速度｜から制限回動角速度を引く差分信号を得る演算をおこない、｜現在のハンドル回動角速度｜を減少させる向きの極性を付してこの差分信号の大きさに応じた巻線制御信号Ｓｄを出力する。
つまり、巻線駆動部４１は、回転子５４が現在回転している方向と反対側に回転する回転磁界を発生するように巻線５３ａ〜巻線５３ｄに電力を供給する。これによってハンドル回動角速度は減殺され、｜現在のハンドル回動角速度｜は制限回動角速度に近づく。そして、最終的にはハンドル回動角速度誤差信号の値を０にする方向に制御（フィードバック制御）がおこなわれるようにされている。
【００６９】
ここで、現在の走行速度に対応する、所望の制限回動角速度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。制限回動角速度を小さく設定する場合には、急激なハンドル操作がし難くなる一方、外力、例えば、路面の凹凸によってハンドルが不安定に動くという事態の発生を軽減することができる。
【００７０】
例えば、走行速度が遅い場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、走行速度が遅い場合に、制限回動角速度を小さくして、急速なハンドル操作ができないようにすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、走行速度が（８００ｍ／時）未満のときは制限回動角速度を（９°／秒）以内として、走行速度に比例して制限回動角速度を大きくし、または、走行速度が（８００ｍ／時）以上の場合には制限回動角速度を設けない等である。さらには、走行速度によらず制限回動角速度を一定値の比較的に小さな値とすることによっても同様の効果を得ることができる。
【００７１】
一方、走行速度が遅い場合の前輪３０の切れ込みにはあまり不安を感ぜず、むしろ、高速での急激なハンドル操作を危険防止の観点から好まない者は、走行速度が速い場合に、制限回動角速度を小さくする設定とすることができる。例えば、走行速度が（２０ｋｍ／時）以上のときは制限回動角速度を（４５°／秒）以内とする等である。なお、所望の制限回動角速度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１５３での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１５２からステップＳＴ１５４へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角速度の制御はおこなわれないこととなる。
【００７２】
ステップＳＴ１５４では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度か否かを判断する。
ＣＰＵは、回動角度測定装置５８からの回動角度信号Ｓａを検出して現在のハンドル回動量（回動角度）を得る。
｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１５５へ移動し、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度ではない場合（Ｎｏ）には処理は終了する。つまり、｜現在のハンドル回動量｜が制限回動角度の範囲であれば、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００７３】
ステップＳＴ１５５では、ＣＰＵは現在のハンドル回動量が正であればハンドル回動量を負方向とする所定の巻線制御信号を出力する。また、現在のハンドル回動量が負であればハンドル回動量を正方向とする所定の巻線制御信号を出力する。
このように巻線制御信号Ｓｄの極性は定められ、ハンドル回動角度を所定の範囲に抑えるように負荷装置５０は作用する。つまり、急激な前輪３０の切れ込みが、ステップＳＴ１５５における処理で抑えられる。
【００７４】
ここで、現在の走行速度に対応する、所望の制限回動角度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。例えば、走行速度が遅い場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、走行速度が遅い場合に、制限回動角度を小さくすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、走行速度が（８００ｍ／時）未満のときは制限回動角度を（３０°）以内として、走行速度に比例して制限回動角度を大きくする等である。さらには、走行速度によらず制限回動角度を一定値、例えば６０°に制限することもできる。
【００７５】
一方、走行速度が遅い場合の前輪３０の切れ込みにはあまり不安を感ぜず、むしろ、高速での大きな角度のハンドル操作を危険防止の観点から好まない者は、走行速度が速い場合に、制限回動角度を小さくする設定とすることができる。例えば、走行速度が（２０ｋｍ／時）以上のときは制限回動角速度を（４５°）以内とする等である。なお、所望の制限回動角度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１５５での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１５４で終了して、ステップＳＴ１６へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角度の制御はおこなわれないこととなる。
【００７６】
（積載重量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理）
図１０は、積載重量に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。図１０を参照して、ステップＳＴ１６でおこなわれる積載量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理について説明をする。ステップＳＴ１６０からステップＳＴ１６３までが、積載量に応じたハンドル回動角速度制御処理であり、ステップＳＴ１６４からステップＳＴ１６５までが、積載量に応じたハンドル回動量制限処理である。
【００７７】
ステップＳＴ１６０では、ＣＰＵは積載重量に対応する、所望の制限回動角速度をテーブルから読み出す。
積載重量は、積載量測定装置１６（図２（ａ）を参照）から入力される積載量信号ＳｗをＣＰＵが検出して得る。また、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄ（図２（ｂ）を参照）のすべてから得られる信号を加算した和信号を積載量信号Ｓｗとして用いるようにしても良い。
所望の制限回動角速度が書き込まれているテーブルは、不揮発性メモリ、または、ＲＯＭ（ロム）に配される。ＣＰＵはこれらから所望の制限回動角速度を得る。不揮発性メモリに、予め、所望の制限回動角速度を書き込むに際しては手動入力装置４４が用いられる。
【００７８】
ステップＳＴ１６１では、ＣＰＵは現在のハンドル回動角速度を演算する。
現在のハンドル回動角速度は、回動角度を時間微分して得られるが、実施形態では、ＣＰＵを用いる離散制御系とされているので、ＣＰＵが回動角度測定装置５８から得られる回動角度信号Ｓａ（現在のハンドル回動角度）から前回の割り込み処理において得た回動角度を引き算して時間差分を得て、これを時間微分に替えて用いる。
【００７９】
ステップＳＴ１６２では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度か否かを判断する。
｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１６３へ移動し、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度でない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１６４へ移動する。つまり、｜現在のハンドル回動角速度｜が制限回動角度の範囲である場合には、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００８０】
ステップＳＴ１６３では、ＣＰＵは｜現在のハンドル回動角速度｜から制限回動角速度を引く差分信号を得る演算をおこない、｜現在のハンドル回動角速度｜を減少させる向きの極性を付してこの差分信号の大きさに応じた巻線制御信号Ｓｄを出力する。
つまり、巻線駆動部４１は、回転子５４が現在回転している方向と反対側に回転する回転磁界を発生するように巻線５３ａ〜巻線５３ｄに電力を供給する。これによってハンドル回動角速度は減殺され、｜現在のハンドル回動角速度｜は制限回動角速度に近づく。
【００８１】
ここで、積載重量に対応する、所望の制限回動角速度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。制限回動角速度を小さく設定する場合には、急激なハンドル操作がし難くなる一方、外力、例えば、路面の凹凸によってハンドルが不安定に動くという事態の発生を軽減することができる。
【００８２】
例えば、積載重量が大きい場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、積載重量が大きい場合に、制限回動角速度を小さくして、急速なハンドル操作ができないようにすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、積載重量が（２０ｋｇ）以上のときは制御回動角速度を（１０°／秒）以内とする等である。また、積載重量に比例して制限回動角速度を小さくするようにしても良い。
【００８３】
なお、所望の制限回動角速度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１６３での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１６２からステップＳＴ１６４へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角速度の制御はおこなわれないこととなる。
【００８４】
ステップＳＴ１６４では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度か否かを判断する。
ＣＰＵは、回動角度測定装置５８からの回動角度信号Ｓａを検出して現在のハンドル回動量（回動角度）を得る。
｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１６５へ移動し、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度ではない場合（Ｎｏ）には処理は終了する。つまり、｜現在のハンドル回動量｜が制限回動角度の範囲であれば、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００８５】
ステップＳＴ１６５では、ＣＰＵは現在のハンドル回動量が正であればハンドル回動量を負方向とする所定の巻線制御信号を出力する。また、現在のハンドル回動量が負であればハンドル回動量を正方向とする所定の巻線制御信号を出力する。
このように巻線制御信号Ｓｄの極性は定められ、ハンドル回動角度を所定の範囲に抑えるように負荷装置５０は作用する。つまり、急激な前輪３０の切れ込みが、ステップＳＴ１６５における処理で抑えられる。
そして、ステップＳＴ１６５の処理が終了すると、処理はステップＳＴ１０へ移動する。
【００８６】
ここで、積載重量に対応する、所望の制限回動角度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。例えば、積載重量が重い場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、積載重量が重い程、制限回動角度を小さくすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、積載重量が（２０ｋｇ）以上のときは制限回動角度を（４５°）以内とする等である。また、積載重量に比例して制限回動角度を小さくするようにしても良い。
【００８７】
なお、所望の制限回動角度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１６５での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１６４で終了し、処理はステップＳＴ１０へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角度の制御はおこなわれないこととなる。
【００８８】
（ハンドル操作圧を一定とする制御処理）
図１１は、ハンドル操作圧を一定とする制御処理のフローチャートである。図１１を参照して、ステップＳＴ１７でおこなわれるハンドル操作圧を一定とする制御処理について説明をする。
【００８９】
ハンドルレバー１０の操作に際して、荷物籠１５に積載する荷物の重量、自転車の走行速度にかかわらず、一定の操作圧でハンドルレバー１０を操作することができれば、自転車を操作する者は快適な操作感を得ることができる。また、走行路面が左右方向に傾いた面であるか否か、走行路面が走行方向に傾いた坂道であるか否か、走行路面がコンクリート面であるか、泥道であるか等の路面状況に関係なく、一定の操作圧でハンドルレバー１０を操作することができれば、自転車を操作する者は快適な操作感を得ることができる。ハンドル操作圧を一定とする制御処理は、このような操作感を得ることができる処理である。
【００９０】
ハンドル操作圧を一定とする制御処理をおこなうために、ハンドルレバー１０と人体（例えば、掌）との間の圧力を検出するためのハンドル操作圧検出装置４６と、左ハンドル操作圧検出器１４Ｌと、右ハンドル操作圧検出器１４Ｒとが設けられている。
【００９１】
ステップＳＴ１７０では、ＣＰＵは手動入力装置４４によって設定された所望のハンドル操作圧を読み出す。
所望のハンドル操作圧は個人の好みによる大きさに設定することができる。例えば、女性、高齢者が、比較的に小さな力でハンドルレバー１０を操作することを好む場合には、手動入力装置４４によって所望のハンドル操作圧を小さく設定する。例えば、１００ｇに設定する。一方、ハンドルレバー１０の感触が、ずっしりと重いことを好む場合には、手動入力装置４４によって所望のハンドル操作圧を大きく設定する。例えば、５００ｇに設定する。
【００９２】
ステップＳＴ１７１では、ＣＰＵは所望のハンドル操作圧と現在のハンドル操作圧との差（ハンドル操作圧誤差信号）を演算する。
具体的には、ＣＰＵは、ハンドル操作圧検出装置４６からのハンドル操作圧信号Ｓｈから現在のハンドル操作圧を得て、所望のハンドル操作圧から現在のハンドル操作圧を引き算して、ハンドル操作圧誤差信号を得る。
【００９３】
ステップＳＴ１７２では、ＣＰＵはハンドル操作圧誤差信号に応じた信号を巻線制御信号Ｓｄとして出力する。
ここで、不感帯を設け、ハンドル操作圧信号Ｓｈの絶対値が所定範囲内である場合には、ＣＰＵは、回転子５４に駆動力を与える大きさの巻線制御信号Ｓｄを出力しないようにする。例えば、不感帯の幅を±５０ｇに設定し、所望のハンドル操作圧を１００ｇに設定する場合には、ハンドル操作圧信号Ｓｈが±５０ｇに対応する範囲内では負荷装置５０の回転子５４は自由に回動する。一方ハンドル操作圧信号Ｓｈが±５０ｇに対応する範囲を超えた途端にハンドルレバー１０が、１００ｇの力で、回動させようとする方向と反対の方向に押し返してくる感触を掌が感じることとなる。不感帯の中の操作としては、積極的にハンドルレバー１０を操作することなく、単に掌を左グリップ１２Ｌ、右グリップ１２Ｒに軽く触れている場合がある。このようにすれば、回転子５４および前輪３０は無駄な動きをすることがなく、また、無駄な電力を消費しない。
【００９４】
ステップＳＴ１７０〜ステップＳＴ１７２までの処理はフィードバック処理であり、タイマー割込みごとに、ステップＳＴ１７０〜ステップＳＴ１７２の処理が繰り返されることによって、ハンドルレバー１０を操作する者の掌に所望のハンドル操作圧を与えながら、所望の方向に前輪３０の回動角度を制御することができる。
【００９５】
負荷装置５０を備えない自転車においては、例えば、泥道で走行方向の変更をおこなう場合にはコンクリート道で走行方向の変更をおこなう場合に比べて大きな力が必要とされるが、負荷装置５０を備え、ハンドル操作圧を一定とする制御を採用する実施形態の自転車においては、泥道では人の手による回動力がアシストされるので容易に走行方向の変更をおこなうことができる。つまり、負荷装置５０を備えることによって、路面状況に左右されることがない操作感を得ることができる。
【００９６】
また、負荷装置５０を備えない自転車においては、荷物籠１５に長さが長い重量物を積載する場合には左右方向の重心のアンバランスによって、所謂、左右の重心の移動した側にハンドルが取られる現象が生じるが、負荷装置５０を備え、ハンドル操作圧を一定とする制御を採用する実施形態の自転車においては、このような現象は生じない。
【００９７】
また、左右の一方の側に傾いた斜面を走行する場合にも、傾いた一方の側にハンドルが取られる現象が生じるが、負荷装置５０を備え、ハンドル操作圧を一定とする制御を採用する実施形態の自転車においては、このような現象は生じない。
【００９８】
（荷物籠の積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理）
荷物籠１５に積載物を積載するに際して、積載物の重量の大きさに応じて自転車全体の重心位置が変化して、ハンドル操作性を損なうので、積載物の重量に応じたハンドル回動制限処理をおこないハンドル操作性を改善することについては既に述べた。しかしながら、積載物の重量のみならず、その積載物の荷物籠１５における重心位置が前輪３０（ハンドルレバー１０）の回動特性に大きく影響を与える場合がある。
【００９９】
例えば、積載物の重量は比較的小さくとも、積載物の重心位置が大きく右によっている場合には、前輪３０が右方向に回動し易くなる。つまり、ハンドルが右に取られ易くなる。反対に積載物の重量は比較的小さくとも、積載物の重心位置が大きく左によっている場合には、ハンドルが左に取られ易くなる。また、積載物の重心位置が大きく前方によっている場合には、実際の積載物の重量以上にハンドルが右または左に取られ易くなる。このような場合にも安定した走行を可能にするのが、荷物籠の積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理である。
【０１００】
図１２は、積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。図１２を参照して処理の内容について説明をする。図１０に示す積載重量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理のフローチャートのステップＳＴ１６０の処理内容が、図１２では、ステップＳＴ２６０で示す処理内容に変更されている点が、図１０と図１２とでは異なるので、この点について説明をする。
【０１０１】
ステップＳＴ２６０ではＣＰＵは、以下の処理をおこなう。
ＣＰＵは、積載物の、前後の重心位置を表す第１係数を求め、左右の重心位置を表す第２係数を求める。
また、ＣＰＵは、積載重量に第１係数と第２係数を掛けて、これに対応する所望の制限回動角速度をテーブルから読み出す。
【０１０２】
積載物の、前後の重心位置を表す第１係数、左右の重心位置を表す第２係数について説明をする。第１係数、第２係数を求めるに際しては、図２（ｂ）に示す積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ａが用いられる。ＣＰＵに入力される積載量信号Ｓｗには、この場合には、積載量測定装置１６ａから得られる積載量信号Ｓｗａ、積載量測定装置１６ｂから得られる積載量信号Ｓｗｂ、積載量測定装置１６ｃから得られる積載量信号Ｓｗｃ、積載量測定装置１６ｄから得られる積載量信号Ｓｗｄ の各々が含まれる。
【０１０３】
第１係数は以下の式で得られる。
第１係数＝１
ただし（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）＜１の場合
第１係数＝｛１＋（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）｝
ただし（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）＞１の場合、また、第１係数の値は２以上の場合は、例えば、２とする。
【０１０４】
第２係数は以下の式で得られる。
第２係数＝｛１＋（Ｓｗａ＋Ｓｗｃ）／（Ｓｗｂ＋Ｓｗｄ）｝、
または、｛１＋（Ｓｗｂ＋Ｓｗｄ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｃ）｝のいずれかの値が大きい方。
また、第２係数の値は３以上の場合は、例えば、３とする。
【０１０５】
第１係数が大きいことは、自転車全体の重心の位置が、より前方に移動することであるので、前輪３０（ハンドルレバー１０）は切れ込みを生じ易くなる。また、第２係数は左右のいずれかに重心が移動した場合に大きくなる係数であり、第２係数が大きいことは、重心の位置が左右に移動することであるので、前輪３０（ハンドルレバー１０）は切れ込みを生じ易くなる。このように、第１係数、第２係数の値が大きくなる場合には、実際の重量に比べてより大きな重量を積載したと同様の効果が生じる。
【０１０６】
そこで、以下のように実際の重量に第１係数と第２係数を掛けた得られた値が切れ込みに影響を与える重量と見なしている。ここで、第１係数の値の上限を２とし、第２係数の値を３とするのは、補正のための第１係数、第２係数の値が過大になりすぎるのを防止するためである。上限値である、２、３は、実験によって、自転車の特性に合わせて他の値とすることができる。
【０１０７】
切れ込みに影響を与える重量＝実際の重量×第１係数×第２係数
【０１０８】
なお、実際の重量は、以下の式で求められる。
実際の重量＝Ｓｗａ＋Ｓｗｃ＋Ｓｗｂ＋Ｓｗｄ
【０１０９】
このようにして、実際の重量を上述した補正式によって補正して、切れ込みに影響を与える重量に対応する制限回動角速度をテーブルから読み出すことによって、回動制限処理の効果をより良好なものとできる。この補正式は、一例に過ぎず、実験によって、個々の自転車ごとに、最も良好な効果が得られる他の式を用いても良い。
【０１１０】
実施形態の自転車は、フレーム固定部に対して回動する前輪とこの前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するためにフレーム固定部に固着される負荷装置をそなえている。また、負荷装置が発生する回動力の大きさを求め、負荷装置が該回動力を発生するように制御する演算制御部を備えている。
【０１１１】
この負荷装置を備える実施形態の自転車の技術は、通常の自転車であっても、アシスト自転車であっても、電動二輪車であっても実施が可能である。また、負荷装置としては、発生するトルク量が調整できる機構であれば、誘導電動機のみならず、直流電動機、同期機等も使用することが可能である。また、制御演算部でおこなう制御演算に関しては、上述した演算則は、一実施例であり、単に回動角速度をフィードバックする制御、自転車の走行状態に応じた種々の制御、積載物の重量に応じた種々の制御等、広範囲な制御の演算則を採用することができる。
【０１１２】
実施形態の自転車は、自転車の構造を変えることなく、自転車のハンドル操作性を制御する機能を有するものである。例えば、自転車の駐停車時においてはハンドルの自由回動を阻止するハンドル操作特性とすることができ、自転車の走行時においては、自転車の走行速度、籠に積載する荷物またはチャイルドシートに乗車する子供の重量に応じて切れ込み特性を制御することができる。そして、前輪が必要以上に切られてしまい、駐停車時に転倒し、走行時に操作性が低減してしまう事態が生じることを防止できる。さらに、高速走行時において安全な操作が可能となる。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 自転車、 １０ ハンドルレバー、 １１Ｌ 左ブレーキレバー、 １１Ｒ 右ブレーキレバー、 １２Ｌ 左グリップ、 １２Ｒ 右グリップ、 １３ ベル、 １４Ｌ 左ハンドル操作圧検出器、 １４Ｒ 右ハンドル操作圧検出器、 １５ 荷物籠、 １６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 積載量測定装置、 １７ 荷物籠取付板、 ２０ ステム、 ２１ ステム回動軸、 ２２、２４ カップリング装置、 ２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ ビス、 ２６ フォークブレード、 ２７ ダウンチューブ、 ２８ シートチューブ、 ２９ サドル、 ３０ 前輪、 ３１ 後輪、 ３３ ペダル、 ３４ シートスティブリッジ、 ３５ チェンスティ、 ３６ 電動モータ部、 ３７ チェン、 ３８ スプロケット、 ４１ 巻線駆動部、 ４２ 演算制御部、 ４４ 手動入力装置、 ４５ 速度測定装置、 ４６ ハンドル操作圧検出装置、
５０ 負荷装置、 ５１ 磁気枠部、 ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ 磁気鉄心、 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 巻線、 ５４ 回転子、 ５５、５５ａ、５５ｂ 回動軸、 ５６ａ、５６ｂ 取付部、 ５８ 回動角度測定装置、 ５８ａ 回動角度測定装置固定部、 ５８ｂ 回動角度測定装置回動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転車に関し、特に、自転車のハンドル操作性を制御する機能を有する自転車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、駐停車時において、ハンドルの自由回動を阻止するための自転車のハンドルストッパー装置を示す図である（特許文献１を参照）。ハンドルストッパー装置本体１０１にスライド軸１０２がセットされたハンドルストッパー装置を自転車フレーム１１０に固定バンド１０６、ボルト１１２、ナット１１３を用いて取り付けるようにしている。スライド軸１０２のスライドノブ１０３を上昇させて、荷物カゴ取り付け用ブラケット１０９の切欠け穴に挿入することで連結固定するようにしている。
【０００３】
図１４は、荷物用の籠（またはチャイルドシート）２１６が固着されるハンドル２１２の回動規制装置を示す図である（特許文献２を参照）。ハンドル２１２の回転中心に備えられたステアリング軸２１３が車体フレーム前端のヘッドパイプ２１１に回転自在に装着され、ステアリング軸２１３の軸上に荷物用の籠または子供を乗せるためのチャイルドシート２１６が取付可能なハンドル２１２を備える。籠またはチャイルドシート２１６の下方の可動部と、車体フレーム２０１との間に、ハンドル２１２の切れ込みを規制し、ハンドル２１２を中立方向に戻すためのばね部材２２６を備えている。このようにしてハンドルが大きく切れ込むことを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３１４００１６号公報
【特許文献２】特開２０００−１５９１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、自転車の駐停車時において、ハンドルの自由回動を阻止する技術が開示されている。特許文献２には、ばね部材２２６を設けて、走行時にハンドルが大きく切れ込むことを防止する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術と特許文献２に記載の技術を組み合わせて、駐停車時において、ハンドルの自由回動を阻止し、走行時に大きく切れ込むことを防止するようにすると、構造が複雑になってしまう。また、走行時における切れ込み特性を、自転車の走行速度、荷物籠またはチャイルドシートに積載する物または子供の重量に応じて変化させることはできない。すなわち、従来技術では、走行条件、積載条件に応じて自転車のハンドル操作性を制御することができない。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決して、自転車の構造を変化させることなく、自転車のハンドル操作性を制御することができる自転車を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の自転車は、フレーム固定部に対して回動する前輪と該前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するために該フレーム固定部に配される負荷装置と、前記負荷装置が発生する所望回動力の大きさを求め、該負荷装置が該所望回動力を発生するように制御する演算制御部と、を備える。
【０００８】
本発明の自転車では、負荷装置とこの負荷装置を制御する演算制御部とを備え、ハンドルレバーに回動力を付与することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自転車によれば、負荷装置を制御して、ハンドル操作性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の自転車を示す図である。
【図２】図１に示す自転車のＡ−Ａ’線を含む面の断面図である。
【図３】図１に示す自転車のＣ−Ｃ’線（ハンドル回動軸）を含む面の断面図である。
【図４】図１に示す自転車の負荷装置のＢ−Ｂ’線を含む面の断面図である。である。
【図５】自転車の負荷装置の動作原理を示す図である。
【図６】自転車の制御系の構成を示す図である。
【図７】制御系における処理のフローチャートである。
【図８】ハンドルロック制御処理のフローチャートである。
【図９】走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理のフローチャートである。
【図１０】積載重量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理のフローチャートである。
【図１１】ハンドル操作圧を一定とする制御処理のフローチャートである。
【図１２】積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。
【図１３】背景技術を示す図である。
【図１４】背景技術を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施形態の自転車は、フレーム固定部に対して回動する前輪と前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するためにフレーム固定部に固着される負荷装置と、負荷装置が発生する回動力の大きさを求め、負荷装置が回動力を発生するように制御する演算制御部と、を備える自転車である。以下、図面を参照して、具体的な実施形態について説明をする。
【００１２】
（実施形態の自転車の構造の説明）
図１は、実施形態の自転車を示す図である。図２は、図１に示す自転車のＡ−Ａ’線を含む面の断面図である。図３は、図１に示す自転車のＣ−Ｃ’線（ハンドル回動軸）を含む面の断面図である。図４は、図１に示す自転車の負荷装置のＢ−Ｂ’線を含む面の断面図である。以下、図１〜図４に沿って順に実施形態の自転車の構造の説明をする。
【００１３】
図１に示す自転車１は電動アシスト自転車である。電動アシスト自転車は、電池を動力源として走行力の一部を電動モータから得るものである。電動アシストの技術は周知の技術であるので説明を省略する。実施形態の自転車について、必要な範囲でその構造を簡単に説明する。
【００１４】
自転車１は、一般的な自転車が通常備えると同様な、前輪３０、後輪３１を有している。また、ダウンチューブ２７とシートチューブ２８とシートスティブリッジ３４とチェンスティ３５とでフレーム固定部を形成している。ダウンチューブ２７の先端には、負荷装置５０が備えられている。負荷装置５０については詳細に後述するが、負荷装置５０は誘導電動機として構成されている。負荷装置５０の内部で回動する回転子（図３の符号５４を参照）に連結される回動軸５５の一方の端部である回動軸５５ａと他方の端部である回動軸５５ｂとが負荷装置５０の外部に伸びている。図１に示す一点鎖線は回動軸５５の回動中心を示すものである。
【００１５】
回動軸５５ｂにはカップリング装置２４を介して前輪３０を支持するフォークブレード２６が連結されている。また、回動軸５５ａにはカップリング装置２２を介してステム回動軸２１が連結されている。ステム回動軸２１はステム２０と固着され、ステム回動軸２１と固着されるステム２０の底部は平板状となっている。また、ステム２０の上部はハンドルレバー１０を支持するようにされている。
【００１６】
ステム２０の底部には、荷物籠取付板１７が固着されている。荷物籠取付板１７は荷物を積載するための荷物籠１５の底面を水平にするために設けられている。荷物籠１５と荷物籠取付板１７との間には、荷物籠１５に積載する荷物の重量を検出するための積載量測定装置１６が備えられている。積載量測定装置１６は、磁歪センサ、ストレインゲージ等の通常用いられる圧力検出装置であり重量が電圧量に変換して検出される。
【００１７】
フォークブレード２６の先端部に前輪３０が支持され、ハンドルレバー１０の操作によって、フレーム固定部に対して前輪３０を一点鎖線で示す回動軸を中心として回動させて、自転車の進行方向を制御できるようにされている。
【００１８】
シートチューブ２８とシートスティブリッジ３４とチェンスティ３５とで形成される三角形の先端部分に後輪３１が支持されている。後輪３１の回転中心部にはスプロケット３８が配置され、チェンスティ３５に沿って配置されるチェン３７がスプロケット３８に駆動力を伝達して、後輪３１を回転させる。チェン３７に駆動力を与えるためにペダル３３と電動モータ部３６とが配置され、ペダルからの駆動力に加えて、電動モータ部３６に格納される電動モータ（図示せず）からの駆動力が後輪３１の回転力として合成され、ペダルからの駆動力をアシストするようになされている。
【００１９】
シートチューブ２８とシートスティブリッジ３４とチェンスティ３５とで形成される三角形の別の先端部分から、シートチューブ２８の長手方向に伸びるポストの先にサドル２９が配されている。
【００２０】
図１に示す自転車１のＡ−Ａ’線を含む面の断面図である、図２に沿って説明をする。図２（ａ）と図２（ｂ）とでは、積載量測定装置の構成が異なっている。図２（ａ）では、ストレインゲージ、磁歪センサ等を利用した１個の積載量測定装置１６を用いて荷物籠１５に積載される荷物の総重量を測定するようになされている。一方、図２（ｂ）では、積載量測定装置は、積載量測定装置１６ａと積載量測定装置１６ｂと積載量測定装置１６ｃと積載量測定装置１６ｄとの４個の積載量測定装置を備えている。
【００２１】
積載量測定装置１６ａからの検出信号と積載量測定装置１６ｂからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の前方向（進行方向）に加重される重量である前方向荷重を表し、積載量測定装置１６ｃからの検出信号と積載量測定装置１６ｄからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の後方向に加重される重量である後方向荷重を表す。また、積載量測定装置１６ｂからの検出信号と積載量測定装置１６ｄからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の右方向（進行方向に向かって右の方向）に加重される重量である右方向荷重を表す。また、積載量測定装置１６ａからの検出信号と積載量測定装置１６ｃからの検出信号との和の検出信号は荷物籠１５の左方向に加重される重量である左方向荷重を表す。
【００２２】
前方向荷重から後方向荷重を引き算した演算結果は、積載物の荷物籠１５における前後の重心位置を表し、演算結果が０であれば、荷物籠１５の前後方向の中心位置に積載物が配置されていることを表す。演算結果が正値であれば、荷物籠１５の中心位置から前方に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。演算結果が負値であれば、荷物籠１５の中心位置から後方に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。
【００２３】
また、右方向荷重から左方向荷重を引き算した演算結果は、積載物の荷物籠１５における左右の重心位置を表し、演算結果が０であれば、荷物籠１５の左右方向の中心位置に積載物が配置されていることを表す。演算結果が正値であれば、荷物籠１５の中心位置から右に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。演算結果が負値であれば、荷物籠１５の中心位置から左に重心位置が移動して積載物が配置されていることを表す。積載量測定装置１６、または、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄがどのように用いられるかについては後述する。
【００２４】
ハンドルレバー１０の両方の先端には、左グリップ１２Ｌ、右グリップ１２Ｒが配され、ハンドルレバー１０の回動が容易にできるようにされている。ハンドルレバー１０の回動の中心は、ステム回動軸２１の回動の中心と一致している。左ブレーキレバー１１Ｌ、右ブレーキレバー１１Ｒによって自転車１の速度を減速し、ベル１３は警告音を発することができる。
【００２５】
左ハンドル操作圧検出器１４Ｌは、ハンドルレバー１０のａ面とｂ面とに各々ストレインゲージを貼り付けて構成されている（図２を参照）。ハンドルレバー１０は金属等を材料とするが、左グリップ１２Ｌに加えられる回動力に応じて、ａ面とｂ面との各々は、一方が伸びると他方は縮むので、ａ面のストレインゲージの出力とｂ面のストレインゲージの出力との差から、左グリップ１２Ｌが与える回動力の大きさを検出することができる。
【００２６】
同様にして、右ハンドル操作圧検出器１４Ｒは、ハンドルレバー１０のａ面とｂ面とに各々ストレインゲージを貼り付けて構成されている（図２を参照）。右グリップ１２Ｒに加えられる回動力に応じて、ａ面とｂ面との各々は、一方が伸びると他方は縮むので、ａ面のストレインゲージの出力とｂ面のストレインゲージの出力との差から、右グリップ１２Ｒが与える回動力の大きさを検出することができる。
【００２７】
ハンドルレバー１０には手動入力装置４４が取り付けられている。手動入力装置４４がどのように用いられるかについては後述する。なお、荷物籠１５に替えてチャイルドシートを用いる場合においても同様な積載量測定装置１６、または、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄを用いて子供の体重を測定することができる。
【００２８】
図１に示す自転車のＣ−Ｃ’線（ハンドル回動軸）を含む面であって紙面と平行する面の断面図である、図３に沿って説明をする。図３は、負荷装置５０を中心に示す図である。負荷装置５０は固定部と回転子５４とを有している。固定部は、磁気枠部５１と、磁気鉄心５２ａ、磁気鉄心５２ｂ、磁気鉄心５２ｃ、磁気鉄心５２ｄ（磁気鉄心５２ｂ、磁気鉄心５２ｄは図４を参照）とを有している。また、磁気鉄心５２ａ〜磁気鉄心５２ｄの各々には、巻線５３ａ〜巻線５３ｄ（巻線５３ｂ、巻線５３ｄは図４を参照）が巻回されている。
【００２９】
回転子５４の中心には、負荷装置５０の外部に突出した回動軸５５ａと回動軸５５ｂとをその一部として有する回動軸５５が連結されている。回転子５４は、回動軸５５の伸びる方向の両端には短絡環を有し、両方の短絡環は二次導体で連結されている。負荷装置５０は、このような固定部と回転子５４とを有して、周知技術である誘導電動機として機能する。
【００３０】
つまり、巻線５３ａ〜巻線５３ｄに流れる電流によって生じる回転磁界の方向が右回りである場合には回転子５４に右回りの回転力を発生させ、巻線５３ａ〜巻線５３ｄに流れる電流によって生じる回転磁界の方向が左回りである場合には回転子５４に左回りの回転力を発生させる。そして、ハンドルレバー１０を右方向に手動で回動させる場合において回転子５４に右回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力をアシストし、ハンドルレバー１０を右方向に手動で回動させる場合において回転子５４に左回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力を減殺する。また、ハンドルレバー１０を左方向に手動で回動させる場合において回転子５４に左回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力をアシストし、ハンドルレバー１０を左方向に手動で回動させる場合において回転子５４に右回りの回転力を発生させる場合には手動による回動力を減殺する。
【００３１】
また、負荷装置５０は回動角度測定装置５８を有している。回動角度測定装置５８は回動軸５５とともに回動する回動角度測定装置回動部５８ｂと固定部である磁気枠部５１に固着された回動角度測定装置固定部５８ａとを有している。回動角度測定装置５８は、周知技術であり、磁気方式、光学方式等の種々の周知技術に基づくものとすることができる。回転子５４、すなわち、回動軸５５の回動角度は、回動角度測定装置固定部５８ａから電気信号として検出することができる。
【００３２】
回動軸５５ａはカップリング装置２２に挿入されてビス２３ｂによって係止され、ステム回動軸２１はカップリング装置２２に挿入されてビス２３ａによって係止されている。また、回動軸５５ｂはカップリング装置２４に挿入されてビス２５ａによって係止され、フォークブレード２６はカップリング装置２４に挿入されてビス２５ｂによって係止されている。また、磁気枠部５１には、取付部５６ａと取付部５６ｂ（図４を参照）とが一体成型されており、取付部５６ａと取付部５６ｂとの各々がボルトとナットとでダウンチューブ２７と連結されている。
【００３３】
図１、図３に示す負荷装置５０のＢ−Ｂ’線を含む面の断面図である、図４に沿って誘導電動機である負荷装置５０の構造をさらに説明する。図４に付した符号が示す各部は、図３に示す同一符号を付した部分と同一部分を指し示すのでその説明は省略する。巻線５３ａ〜巻線５３ｄに流れる電流を制御することによって、磁気鉄心５２ａ〜磁気鉄心５２ｄに回転磁界を発生させ、回転子５４の二次導体に流れる電流との相互作用で回転子５４に回転力を得ることができる。
【００３４】
（実施形態の負荷装置の制御系の説明）
図５を参照して、負荷装置５０の動作原理を説明する。負荷装置５０の巻線５３ａ〜巻線５３ｄの各々は巻線駆動部４１の４個のドライバーの各々に接続されている。巻線駆動部４１に対しては、演算制御部４２から巻線制御信号Ｓdが送出される。演算制御部４２は、回動角度測定装置固定部５８ａから回動軸５５の回動角度を得て、演算制御部４２の内部で演算して巻線制御信号Ｓdを発生させる。
【００３５】
ここで、演算制御部４２でおこなう演算は、誘導電動機の制御技術に基づく演算である。例えば、一次電圧制御の演算、または、周波数制御の演算、または、Ｖ／ｆ一定制御の演算、さらに、瞬時の応答を良くするために、ベクトル制御の演算のいずれかである。以上の制御の方法はいずれも周知の技術である。このようにして、各種の演算によって回動軸５５に発生するトルク、すなわち、ハンドルレバー１０を通じてハンドルを介して自転車を操作する者が感知するトルクの大きさの制御をおこなうことができ、ハンドル操作性を所望のものとすることができる。
【００３６】
（実施形態の自転車の全体の制御系の説明）
演算制御部４２は、上述したように負荷装置５０を制御する制御系の一部として機能するのみならず、各種の制御機能を有する。
【００３７】
図６は、自転車の制御系の構成を示す図である。図６を参照して制御系の説明をする。制御系においては、演算制御部４２が中心となって制御をおこなう。なお、実施形態では自転車１は電動アシスト自転車であるとして説明をしているので、電動アシストの機能も演算制御部４２でおこなうが、電動アシストの技術は周知技術であるので、説明を省略する。アシストモータを備えない自転車、常時、電動モータで駆動力が与えられる電動二輪車においても、図６に示す実施形態の制御系は適用できるものである。
【００３８】
演算制御部４２は、いずれも図示しない、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ラム）、書き換え可能な不揮発性メモリ、ＲＯＭ（ロム）、Ｉ／Ｏインターフェイス回路（入出力インターフェイス回路）を有している。ＣＰＵのバスライン（アドレスバスライン・データバスライン）にはＣＰＵ、ＲＡＭ（ラム）、ＲＯＭ（ロム）、Ｉ／Ｏインターフェイス回路が接続されている。
【００３９】
ＲＯＭはＣＰＵで実行されるプログラムを記憶し、ＲＡＭはＣＰＵでの演算データを一時記憶する。また、Ｉ／Ｏインターフェイス回路は外部回路とＣＰＵとの間での信号の入出力のためのＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有している。また、ＲＯＭには、負荷装置５０の制御のためのルックアップテーブルが格納されている。不揮発性メモリには、記憶内容の書き換え後、電源を切断した後でも、記憶内容が保持される。
【００４０】
ハンドル操作圧検出装置４６は、ハンドルレバー１０を回動するためのハンドル操作圧信号Ｓｈを検出する。ハンドル操作圧信号Ｓｈは、左グリップ１２Ｌに加わる操作圧信号と右グリップ１２Ｒに加わる操作圧信号との差分として求められる。そして、後述するハンドル操作圧を一定とする制御処理では、この差分信号が前輪３０に連結される回動軸５５を回動させる回動力を負荷装置５０に発生させるのである。
【００４１】
速度測定装置４５は、チェン３７の走行速度、または、後輪３１の回転角速度から自転車の走行速度に応じた速度信号Ｓｖを求める。
【００４２】
演算制御部４２には、入力信号として、ハンドル操作圧検出装置４６からのハンドル操作圧信号Ｓｈが入力される。また、積載量測定装置１６、または、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄからの積載量信号Ｓｗが入力される。また、回動角度測定装置５８の回動角度測定装置固定部５８ａからの回動角度信号Ｓａが入力される。また、手動入力装置４４からの手動入力信号Ｓｍが入力される。また、速度測定装置４５からの速度信号Ｓｖが入力される。そして、上述したように、演算制御部４２からは、巻線制御信号Ｓｄが出力され、巻線制御信号Ｓｄは巻線駆動部４１に入力される。
【００４３】
（実施形態における制御系の作用）
実施形態の自転車１は、図６に示すような制御系を有して、自転車１の回動軸５５の動きを様々に制御することが可能となる。以下に実施例としていくつかの制御方法を述べる。
【００４４】
図７は、自転車１の制御系におけるＣＰＵがおこなう処理のフローチャートである。図７のフローチャートに沿って、演算制御部４２のＣＰＵがおこなう処理の内容を説明する。
【００４５】
演算制御部４２の電源が電源ＯＮ（オン）とされることによって、処理は開始する。
所定の周期毎にステップＳＴ１０の処理が開始されるタイマー割込み処理とされている。
【００４６】
ステップＳＴ１１では、ＣＰＵは駐輪モードを選択するか否かを判断する。
駐輪モードとは自転車を走行させることなく、スタンドを立てて自転車を自立させるモードである。
駐輪モードであるか否かの判断は、ＣＰＵが手動入力装置４４の駐輪ボタンが押されたことを検出して駐輪モードであると判断しても良く、また、所定時間、例えば、３０秒間、速度測定装置４５からの速度信号Ｓｖが速度０であることを示す場合に駐輪モードであると判断するようにしても良い。
ステップＳＴ１１において、ＣＰＵが駐輪モードであると判断する場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１２に移動し、ＣＰＵが駐輪モードであると判断しない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１３に移動する。
【００４７】
ステップＳＴ１２では、ＣＰＵはハンドルロック制御処理をおこなう。
ハンドルロック制御処理は、前輪３０が直進方向（回動角度０度）に向くようにハンドルレバーを維持する処理である。ここで、回動角度０度であるということは、サドルの中心位置にある点（中心点）から左グリップ１２Ｌまでの距離と、サドルの中心点から右グリップ１２Ｒまでの距離とが等しくなった状態である。
ハンドルロック状態では、自転車の地面に対する射影面積が最小となり、複数台の自転車を並列に駐輪するには最も効率的である。また、重い荷物を荷物籠１５に積載する場合には、重心位置の僅かなアンバランスで前輪３０とハンドルレバー１０が大きく回動する可能性が大きいが、ハンドルロック制御処理はこのような場合に回動角度０度に維持するものである。
ステップＳＴ１２でおこなうハンドルロック制御処理の内容については後述する。
ステップＳＴ１２での処理が完了すると処理はステップＳＴ１０に移動する。
【００４８】
ステップＳＴ１３では、ＣＰＵは操作圧一定モードを選択するか否かを判断する。
操作圧一定モードとは自転車を走行中にハンドル操作をおこなう場合において、荷物籠１５の荷物の重量が重い場合でも、荷物の重量が軽い場合と同様のハンドルレバー１０の操作感を得ることができるようにするモードである。
駐輪モードであるか否かの判断は、ＣＰＵが、手動入力装置４４によって操作圧一定モードとされたことを検出することによっておこなわれる。
ステップＳＴ１３において、ＣＰＵが操作圧一定モードであると判断する場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１７に移動し、ＣＰＵが操作圧一定モードであると判断しない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１４に移動する。
【００４９】
ステップＳＴ１７では、ＣＰＵは操作圧一定モード処理、すなわち、ハンドル操作圧を一定とする制御処理をおこなう。
ハンドル操作圧を一定とする制御処理の内容は後述する。
ステップＳＴ１７での処理が完了すると処理はステップＳＴ１０に移動する。
【００５０】
ステップＳＴ１４では、ＣＰＵは走行状況検出をおこなう。
ＣＰＵは、回動角度信号Ｓａから現在のハンドル回動量（回動角度）を検出し、速度信号Ｓｖから現在の自転車の走行速度を検出し、積載量信号Ｓｗから荷物籠１５に積載された荷物の現在の重量を検出する。
ステップＳＴ１４での処理が完了すると処理はステップＳＴ１５に移動する。
【００５１】
ステップＳＴ１５では、ＣＰＵは走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理をおこなう。
ハンドル回動角速度制御処理と、ハンドル回動量制限処理とは、別個独立の２つの処理である。どちらか一方の処理をおこなった後に他方の処理をおこなうようにしても良く、また、選択的にどちらか一方の処理のみをおこなうようにしても良い。
【００５２】
ステップＳＴ１５での処理は、自転車の走行速度が遅いときに前輪３０（ハンドルレバー１０）に直線方向に進路を戻す復元力が働かないために操作が安定しないことに鑑みおこなわれる処理である。または、走行速度が速いときの急激（高回転角速度）なるハンドル操作、大（大きな回転角度）なるハンドル操作の危険性に鑑みて行われる処理である。例えば、負荷装置５０を備えない自転車では、自転車の走行速度が遅いときには、前輪３０（ハンドルレバー１０）が小さな回動力（例えば、地面の凹凸によって生じる回動力、人がハンドルレバー１０を操作することによる回動力、荷物籠１５の荷物のアンバランスによる回動力）で簡単に回動してしまう（前輪の切れ込み）。このような急激な前輪３０の切れ込みは、自転車の走行を不安定とする。一方、自転車が比較的高速で走行する場合には、ジャイロ作用によって前輪３０の走行方向は安定しているので、急に切れ込みが生じることは少なくなるが、急激、大なるハンドル操作には危険性が伴う。
【００５３】
負荷装置５０を備える実施形態の自転車では、ステップＳＴ１５において、ハンドル回動角速度制御処理をおこない、自転車の走行速度に応じて前輪３０の動き易さを制御し、または、自転車の走行速度によらず一定の動き易さを得るようにしている。そして、急激な前輪３０の切れ込みを防止して良好なる自転車の操作感が得られることとなる。
また、ステップＳＴ１５において、自転車の走行速度に応じて、ハンドルの回動角度の量を制限するハンドル回動量制限処理をおこない、前輪３０の回動角度の範囲を制限することによって、急激な前輪３０の切れ込みを防止して良好なる自転車の操作感が得られることとなる。
ステップＳＴ１５の処理の詳細な内容は後述する。
ステップＳＴ１５の処理が完了すると処理はステップＳＴ１６に移動する。
【００５４】
ステップＳＴ１６での処理は、荷物籠１５に大きな荷物が積載されている場合において、特に、力が弱い女性、高齢者、低年齢者が自転車を操作する場合、荷物の重量によって、前輪３０が急に切れ込む事態が生じることに鑑みおこなわれる処理である。例えば、負荷装置５０を備えない自転車では、積載物の重量が重い場合に、積載物の重心位置の移動、路面の不安定によって、前輪３０（ハンドルレバー１０）が急速に回転する切れ込みが発生する。
【００５５】
負荷装置５０を備える実施形態の自転車では、ステップＳＴ１６において、ハンドル回動角速度制御処理をおこない、荷物籠１５の積載物の重量に応じて前輪３０の回動角速度を制御し、または、積載物の重量よらず前輪３０の回動角速度を一定として、急激な前輪３０の切れ込みを防止して良好なる自転車の操作感が得られることとなる。
また、ステップＳＴ１６において、積載物の重量に応じて回動角度の範囲を定めるハンドル回動量制限処理をおこない、前輪３０（ハンドルレバー１０）の回動範囲を制限して、積載物の重量に振られて前輪３０が急激に切れ込むことがないようにする。
ステップＳＴ１６の処理の内容は後述する。
ステップＳＴ１６の処理が完了すると処理はステップＳＴ１０に移動する。
【００５６】
上述したようにして、実施形態の自転車では、走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理の後で、積載量に応じたハンドルハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理をおこなうようにしたが、ステップＳＴ１５の処理とステップＳＴ１６の処理のどちらを先に処理するかは任意に選択が可能であり、また、どちらか一方のみをおこなうようにしても良い。
さらに、自転車の走行速度と積載物の重量のどちらを重要視するか、両者の各々の値の大きさを考慮して、例えば、走行速度と重量を変数とする連立方程式によって、回動角速度を制御し、ハンドル回動量の制限範囲を定めるようにしても良い。
【００５７】
以下において、図８を参照してハンドルロック制御処理の説明をし、図９を参照して走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理の説明をし、図１０を参照して積載量に応じたハンドルハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理の説明をし、図１１を参照してハンドル操作圧を一定とする制御処理の説明をする。
【００５８】
（ハンドルロック制御処理）
図８は、ステップＳＴ１２でおこなわれるハンドルロック制御処理のフローチャートである。図８を参照して、ハンドルロック制御処理の内容を説明する。
【００５９】
ステップＳＴ１２０では、ＣＰＵはハンドルレバー１０の回動量（回動角度）であるハンドル回動量の目標値を０°（度）に設定する。
ここで、０°とは、上述したようにサドルの中心位置にある点（中心点）から左グリップ１２Ｌまでの距離と、サドルの中心点から右グリップ１２Ｒまでの距離とが等しくなった状態であり、自転車が直進する向きに前輪３０がされる状態である。サドルの中心点からの右グリップ１２Ｒまでの距離が、サドルの中心点からの左グリップ１２Ｌまでの距離よりも短くなった状態（自転車が右手方向に旋回する状態）では、ハンドル回動量（回動角度）は正の値であり、サドルの中心点からの右グリップ１２Ｒまでの距離が、サドルの中心点からの左グリップ１２Ｌまでの距離よりも長くなった状態（自転車が左手方向に旋回する状態）では、ハンドル回動量（回動角度）は負の値である。
【００６０】
ステップＳＴ１２１では、ＣＰＵは回動角度信号Ｓａから現在の回動角度を検出する。そして、ハンドル回動量の目標値である０°から現在の回動角度を引き算した差である回動角度誤差信号を求める演算をおこなう。
【００６１】
ステップＳＴ１２２では、ＣＰＵは、得られた回動角度誤差信号に応じた巻線制御信号Ｓｄを求める、そして、ＣＰＵはこの巻線制御信号Ｓｄを巻線駆動部４１に出力する。
例えば、現在の回動角度が正値である場合（自転車が右手方向に旋回する状態）には、負荷装置５０の巻線５３ａ〜巻線５３ｄに、自転車を左手方向に旋回させるような回転磁界を生じさせる。
また、回動角度誤差信号の大きさの絶対値が大きくなる程、回動軸５５を駆動する力（トルク）を大きくするような巻線制御信号Ｓｄを発生させる。
具体的には、ＣＰＵの指令に従い演算制御部４２が、巻線５３ａ〜巻線５３ｄに与える駆動電力の周波数、駆動電圧、または、駆動電流、もしくは、これらの２以上を同時に制御する。この際に、上述した周知技術である、一次電圧制御、周波数制御、Ｖ／ｆ一定制御、ベクトル制御等が採用される。
【００６２】
ステップＳＴ１２０〜ステップＳＴ１２２の処理はフィードバック処理であり、タイマー割込みごとに、ステップＳＴ１２０〜ステップＳＴ１２２の処理が繰り返されることによって、回動角度誤差信号は０に収束し、回動角度も０°に収束する。
【００６３】
このようにして、ハンドルレバー１０の回動量が０°とされ、前輪３０は直進する向きに制御されて駐輪をする。負荷装置５０を備えない場合には、荷物籠１５に積載する荷物の重量が重くその重心位置が左右のいずれかの一方向にずれている場合に、前輪３０が重心のずれている方向に回動し、その結果、自転車の全体の重量バランスが崩れて自転車が転倒することがある。しかしながら、負荷装置５０を備え、ハンドルロック制御処理を採用する実施形態の自転車では、前輪３０は直進する向きに維持されるので自転車が転倒する事態は生じない。特に、自転車のスタンドを用いて自立させ、重い荷物を両手で運び、荷物籠１５に積載するに際して、常時、前輪３０は直進する向きに維持されるので、自転車に手を触れないでも自転車の自立状態は維持される。
【００６４】
（走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理）
図９は、走行速度に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。図９を参照して、ステップＳＴ１５でおこなわれる走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理について説明をする。ステップＳＴ１５０からステップＳＴ１５３までが、走行速度に応じたハンドル回動角速度制御処理であり、ステップＳＴ１５４からステップＳＴ１５５までが、走行速度に応じたハンドル回動量制限処理である。
【００６５】
ステップＳＴ１５０では、ＣＰＵは現在の走行速度に対応する、所望の制限回動角速度をテーブルから読み出す。
現在の走行速度は、速度測定装置４５から入力される速度信号ＳｖをＣＰＵが検出して得る。
所望の制限回動角速度が書き込まれているテーブルは、不揮発性メモリ、または、ＲＯＭ（ロム）とされる。ＣＰＵはこれらから所望の制限回動角速度を得る。不揮発性メモリに、予め、所望の制限回動角速度を書き込むに際しては手動入力装置４４が用いられる。
【００６６】
ステップＳＴ１５１では、ＣＰＵは現在のハンドル回動角速度を演算する。
現在のハンドル回動角速度は、回動角度を時間微分して得られるが、実施形態では、ＣＰＵを用いる離散制御系とされているので、ＣＰＵが回動角度測定装置５８から得られる回動角度信号Ｓａ（現在のハンドル回動角度）から前回の割り込み処理において得た回動角度を引き算して時間差分を得て、これを時間微分に替えて用いる。
【００６７】
ステップＳＴ１５２では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度か否かを判断する。
｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１５３へ移動し、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度でない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１５４へ移動する。つまり、｜現在のハンドル回動角速度｜が制限回動角度の範囲である場合には、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００６８】
ステップＳＴ１５３では、ＣＰＵは｜現在のハンドル回動角速度｜から制限回動角速度を引く差分信号を得る演算をおこない、｜現在のハンドル回動角速度｜を減少させる向きの極性を付してこの差分信号の大きさに応じた巻線制御信号Ｓｄを出力する。
つまり、巻線駆動部４１は、回転子５４が現在回転している方向と反対側に回転する回転磁界を発生するように巻線５３ａ〜巻線５３ｄに電力を供給する。これによってハンドル回動角速度は減殺され、｜現在のハンドル回動角速度｜は制限回動角速度に近づく。そして、最終的にはハンドル回動角速度誤差信号の値を０にする方向に制御（フィードバック制御）がおこなわれるようにされている。
【００６９】
ここで、現在の走行速度に対応する、所望の制限回動角速度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。制限回動角速度を小さく設定する場合には、急激なハンドル操作がし難くなる一方、外力、例えば、路面の凹凸によってハンドルが不安定に動くという事態の発生を軽減することができる。
【００７０】
例えば、走行速度が遅い場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、走行速度が遅い場合に、制限回動角速度を小さくして、急速なハンドル操作ができないようにすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、走行速度が（８００ｍ／時）未満のときは制限回動角速度を（９°／秒）以内として、走行速度に比例して制限回動角速度を大きくし、または、走行速度が（８００ｍ／時）以上の場合には制限回動角速度を設けない等である。さらには、走行速度によらず制限回動角速度を一定値の比較的に小さな値とすることによっても同様の効果を得ることができる。
【００７１】
一方、走行速度が遅い場合の前輪３０の切れ込みにはあまり不安を感ぜず、むしろ、高速での急激なハンドル操作を危険防止の観点から好まない者は、走行速度が速い場合に、制限回動角速度を小さくする設定とすることができる。例えば、走行速度が（２０ｋｍ／時）以上のときは制限回動角速度を（４５°／秒）以内とする等である。なお、所望の制限回動角速度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１５３での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１５２からステップＳＴ１５４へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角速度の制御はおこなわれないこととなる。
【００７２】
ステップＳＴ１５４では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度か否かを判断する。
ＣＰＵは、回動角度測定装置５８からの回動角度信号Ｓａを検出して現在のハンドル回動量（回動角度）を得る。
｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１５５へ移動し、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度ではない場合（Ｎｏ）には処理は終了する。つまり、｜現在のハンドル回動量｜が制限回動角度の範囲であれば、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００７３】
ステップＳＴ１５５では、ＣＰＵは現在のハンドル回動量が正であればハンドル回動量を負方向とする所定の巻線制御信号を出力する。また、現在のハンドル回動量が負であればハンドル回動量を正方向とする所定の巻線制御信号を出力する。
このように巻線制御信号Ｓｄの極性は定められ、ハンドル回動角度を所定の範囲に抑えるように負荷装置５０は作用する。つまり、急激な前輪３０の切れ込みが、ステップＳＴ１５５における処理で抑えられる。
【００７４】
ここで、現在の走行速度に対応する、所望の制限回動角度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。例えば、走行速度が遅い場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、走行速度が遅い場合に、制限回動角度を小さくすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、走行速度が（８００ｍ／時）未満のときは制限回動角度を（３０°）以内として、走行速度に比例して制限回動角度を大きくする等である。さらには、走行速度によらず制限回動角度を一定値、例えば６０°に制限することもできる。
【００７５】
一方、走行速度が遅い場合の前輪３０の切れ込みにはあまり不安を感ぜず、むしろ、高速での大きな角度のハンドル操作を危険防止の観点から好まない者は、走行速度が速い場合に、制限回動角度を小さくする設定とすることができる。例えば、走行速度が（２０ｋｍ／時）以上のときは制限回動角速度を（４５°）以内とする等である。なお、所望の制限回動角度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１５５での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１５４で終了して、ステップＳＴ１６へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角度の制御はおこなわれないこととなる。
【００７６】
（積載重量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理）
図１０は、積載重量に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。図１０を参照して、ステップＳＴ１６でおこなわれる積載量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理について説明をする。ステップＳＴ１６０からステップＳＴ１６３までが、積載量に応じたハンドル回動角速度制御処理であり、ステップＳＴ１６４からステップＳＴ１６５までが、積載量に応じたハンドル回動量制限処理である。
【００７７】
ステップＳＴ１６０では、ＣＰＵは積載重量に対応する、所望の制限回動角速度をテーブルから読み出す。
積載重量は、積載量測定装置１６（図２（ａ）を参照）から入力される積載量信号ＳｗをＣＰＵが検出して得る。また、積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ｄ（図２（ｂ）を参照）のすべてから得られる信号を加算した和信号を積載量信号Ｓｗとして用いるようにしても良い。
所望の制限回動角速度が書き込まれているテーブルは、不揮発性メモリ、または、ＲＯＭ（ロム）に配される。ＣＰＵはこれらから所望の制限回動角速度を得る。不揮発性メモリに、予め、所望の制限回動角速度を書き込むに際しては手動入力装置４４が用いられる。
【００７８】
ステップＳＴ１６１では、ＣＰＵは現在のハンドル回動角速度を演算する。
現在のハンドル回動角速度は、回動角度を時間微分して得られるが、実施形態では、ＣＰＵを用いる離散制御系とされているので、ＣＰＵが回動角度測定装置５８から得られる回動角度信号Ｓａ（現在のハンドル回動角度）から前回の割り込み処理において得た回動角度を引き算して時間差分を得て、これを時間微分に替えて用いる。
【００７９】
ステップＳＴ１６２では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度か否かを判断する。
｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１６３へ移動し、｜現在のハンドル回動角速度｜＞制限回動角速度でない場合（Ｎｏ）には処理はステップＳＴ１６４へ移動する。つまり、｜現在のハンドル回動角速度｜が制限回動角度の範囲である場合には、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００８０】
ステップＳＴ１６３では、ＣＰＵは｜現在のハンドル回動角速度｜から制限回動角速度を引く差分信号を得る演算をおこない、｜現在のハンドル回動角速度｜を減少させる向きの極性を付してこの差分信号の大きさに応じた巻線制御信号Ｓｄを出力する。
つまり、巻線駆動部４１は、回転子５４が現在回転している方向と反対側に回転する回転磁界を発生するように巻線５３ａ〜巻線５３ｄに電力を供給する。これによってハンドル回動角速度は減殺され、｜現在のハンドル回動角速度｜は制限回動角速度に近づく。
【００８１】
ここで、積載重量に対応する、所望の制限回動角速度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。制限回動角速度を小さく設定する場合には、急激なハンドル操作がし難くなる一方、外力、例えば、路面の凹凸によってハンドルが不安定に動くという事態の発生を軽減することができる。
【００８２】
例えば、積載重量が大きい場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、積載重量が大きい場合に、制限回動角速度を小さくして、急速なハンドル操作ができないようにすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、積載重量が（２０ｋｇ）以上のときは制御回動角速度を（１０°／秒）以内とする等である。また、積載重量に比例して制限回動角速度を小さくするようにしても良い。
【００８３】
なお、所望の制限回動角速度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１６３での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１６２からステップＳＴ１６４へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角速度の制御はおこなわれないこととなる。
【００８４】
ステップＳＴ１６４では、ＣＰＵは、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度か否かを判断する。
ＣＰＵは、回動角度測定装置５８からの回動角度信号Ｓａを検出して現在のハンドル回動量（回動角度）を得る。
｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度である場合（Ｙｅｓ）には処理はステップＳＴ１６５へ移動し、｜現在のハンドル回動量｜＞制限回動角度ではない場合（Ｎｏ）には処理は終了する。つまり、｜現在のハンドル回動量｜が制限回動角度の範囲であれば、負荷装置５０は、なにもしないで、前輪３０の負荷とならないように回転子５４を自由に回転させる状態にしておく。
【００８５】
ステップＳＴ１６５では、ＣＰＵは現在のハンドル回動量が正であればハンドル回動量を負方向とする所定の巻線制御信号を出力する。また、現在のハンドル回動量が負であればハンドル回動量を正方向とする所定の巻線制御信号を出力する。
このように巻線制御信号Ｓｄの極性は定められ、ハンドル回動角度を所定の範囲に抑えるように負荷装置５０は作用する。つまり、急激な前輪３０の切れ込みが、ステップＳＴ１６５における処理で抑えられる。
そして、ステップＳＴ１６５の処理が終了すると、処理はステップＳＴ１０へ移動する。
【００８６】
ここで、積載重量に対応する、所望の制限回動角度をどのように決定するかであるが、自転車に乗る者の好みによって種々に決定することができる。例えば、積載重量が重い場合には、前輪３０が振られやすく、切れ込みが発生し易くなるので、積載重量が重い程、制限回動角度を小さくすることを好む者は、このように設定することができる。例えば、積載重量が（２０ｋｇ）以上のときは制限回動角度を（４５°）以内とする等である。また、積載重量に比例して制限回動角度を小さくするようにしても良い。
【００８７】
なお、所望の制限回動角度の値を非常に大きく設定する場合には、ステップＳＴ１６５での処理は常にスキップされ、処理は、常にステップＳＴ１６４で終了し、処理はステップＳＴ１０へ移動することとなる。つまり、ハンドル回動角度の制御はおこなわれないこととなる。
【００８８】
（ハンドル操作圧を一定とする制御処理）
図１１は、ハンドル操作圧を一定とする制御処理のフローチャートである。図１１を参照して、ステップＳＴ１７でおこなわれるハンドル操作圧を一定とする制御処理について説明をする。
【００８９】
ハンドルレバー１０の操作に際して、荷物籠１５に積載する荷物の重量、自転車の走行速度にかかわらず、一定の操作圧でハンドルレバー１０を操作することができれば、自転車を操作する者は快適な操作感を得ることができる。また、走行路面が左右方向に傾いた面であるか否か、走行路面が走行方向に傾いた坂道であるか否か、走行路面がコンクリート面であるか、泥道であるか等の路面状況に関係なく、一定の操作圧でハンドルレバー１０を操作することができれば、自転車を操作する者は快適な操作感を得ることができる。ハンドル操作圧を一定とする制御処理は、このような操作感を得ることができる処理である。
【００９０】
ハンドル操作圧を一定とする制御処理をおこなうために、ハンドルレバー１０と人体（例えば、掌）との間の圧力を検出するためのハンドル操作圧検出装置４６と、左ハンドル操作圧検出器１４Ｌと、右ハンドル操作圧検出器１４Ｒとが設けられている。
【００９１】
ステップＳＴ１７０では、ＣＰＵは手動入力装置４４によって設定された所望のハンドル操作圧を読み出す。
所望のハンドル操作圧は個人の好みによる大きさに設定することができる。例えば、女性、高齢者が、比較的に小さな力でハンドルレバー１０を操作することを好む場合には、手動入力装置４４によって所望のハンドル操作圧を小さく設定する。例えば、１００ｇに設定する。一方、ハンドルレバー１０の感触が、ずっしりと重いことを好む場合には、手動入力装置４４によって所望のハンドル操作圧を大きく設定する。例えば、５００ｇに設定する。
【００９２】
ステップＳＴ１７１では、ＣＰＵは所望のハンドル操作圧と現在のハンドル操作圧との差（ハンドル操作圧誤差信号）を演算する。
具体的には、ＣＰＵは、ハンドル操作圧検出装置４６からのハンドル操作圧信号Ｓｈから現在のハンドル操作圧を得て、所望のハンドル操作圧から現在のハンドル操作圧を引き算して、ハンドル操作圧誤差信号を得る。
【００９３】
ステップＳＴ１７２では、ＣＰＵはハンドル操作圧誤差信号に応じた信号を巻線制御信号Ｓｄとして出力する。
ここで、不感帯を設け、ハンドル操作圧信号Ｓｈの絶対値が所定範囲内である場合には、ＣＰＵは、回転子５４に駆動力を与える大きさの巻線制御信号Ｓｄを出力しないようにする。例えば、不感帯の幅を±５０ｇに設定し、所望のハンドル操作圧を１００ｇに設定する場合には、ハンドル操作圧信号Ｓｈが±５０ｇに対応する範囲内では負荷装置５０の回転子５４は自由に回動する。一方ハンドル操作圧信号Ｓｈが±５０ｇに対応する範囲を超えた途端にハンドルレバー１０が、１００ｇの力で、回動させようとする方向と反対の方向に押し返してくる感触を掌が感じることとなる。不感帯の中の操作としては、積極的にハンドルレバー１０を操作することなく、単に掌を左グリップ１２Ｌ、右グリップ１２Ｒに軽く触れている場合がある。このようにすれば、回転子５４および前輪３０は無駄な動きをすることがなく、また、無駄な電力を消費しない。
【００９４】
ステップＳＴ１７０〜ステップＳＴ１７２までの処理はフィードバック処理であり、タイマー割込みごとに、ステップＳＴ１７０〜ステップＳＴ１７２の処理が繰り返されることによって、ハンドルレバー１０を操作する者の掌に所望のハンドル操作圧を与えながら、所望の方向に前輪３０の回動角度を制御することができる。
【００９５】
負荷装置５０を備えない自転車においては、例えば、泥道で走行方向の変更をおこなう場合にはコンクリート道で走行方向の変更をおこなう場合に比べて大きな力が必要とされるが、負荷装置５０を備え、ハンドル操作圧を一定とする制御を採用する実施形態の自転車においては、泥道では人の手による回動力がアシストされるので容易に走行方向の変更をおこなうことができる。つまり、負荷装置５０を備えることによって、路面状況に左右されることがない操作感を得ることができる。
【００９６】
また、負荷装置５０を備えない自転車においては、荷物籠１５に長さが長い重量物を積載する場合には左右方向の重心のアンバランスによって、所謂、左右の重心の移動した側にハンドルが取られる現象が生じるが、負荷装置５０を備え、ハンドル操作圧を一定とする制御を採用する実施形態の自転車においては、このような現象は生じない。
【００９７】
また、左右の一方の側に傾いた斜面を走行する場合にも、傾いた一方の側にハンドルが取られる現象が生じるが、負荷装置５０を備え、ハンドル操作圧を一定とする制御を採用する実施形態の自転車においては、このような現象は生じない。
【００９８】
（荷物籠の積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理）
荷物籠１５に積載物を積載するに際して、積載物の重量の大きさに応じて自転車全体の重心位置が変化して、ハンドル操作性を損なうので、積載物の重量に応じたハンドル回動制限処理をおこないハンドル操作性を改善することについては既に述べた。しかしながら、積載物の重量のみならず、その積載物の荷物籠１５における重心位置が前輪３０（ハンドルレバー１０）の回動特性に大きく影響を与える場合がある。
【００９９】
例えば、積載物の重量は比較的小さくとも、積載物の重心位置が大きく右によっている場合には、前輪３０が右方向に回動し易くなる。つまり、ハンドルが右に取られ易くなる。反対に積載物の重量は比較的小さくとも、積載物の重心位置が大きく左によっている場合には、ハンドルが左に取られ易くなる。また、積載物の重心位置が大きく前方によっている場合には、実際の積載物の重量以上にハンドルが右または左に取られ易くなる。このような場合にも安定した走行を可能にするのが、荷物籠の積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理である。
【０１００】
図１２は、積載物の重心位置に応じたハンドル回動制限処理のフローチャートである。図１２を参照して処理の内容について説明をする。図１０に示す積載重量に応じたハンドル回動角速度制御処理・ハンドル回動量制限処理のフローチャートのステップＳＴ１６０の処理内容が、図１２では、ステップＳＴ２６０で示す処理内容に変更されている点が、図１０と図１２とでは異なるので、この点について説明をする。
【０１０１】
ステップＳＴ２６０ではＣＰＵは、以下の処理をおこなう。
ＣＰＵは、積載物の、前後の重心位置を表す第１係数を求め、左右の重心位置を表す第２係数を求める。
また、ＣＰＵは、積載重量に第１係数と第２係数を掛けて、これに対応する所望の制限回動角速度をテーブルから読み出す。
【０１０２】
積載物の、前後の重心位置を表す第１係数、左右の重心位置を表す第２係数について説明をする。第１係数、第２係数を求めるに際しては、図２（ｂ）に示す積載量測定装置１６ａ〜積載量測定装置１６ａが用いられる。ＣＰＵに入力される積載量信号Ｓｗには、この場合には、積載量測定装置１６ａから得られる積載量信号Ｓｗａ、積載量測定装置１６ｂから得られる積載量信号Ｓｗｂ、積載量測定装置１６ｃから得られる積載量信号Ｓｗｃ、積載量測定装置１６ｄから得られる積載量信号Ｓｗｄ の各々が含まれる。
【０１０３】
第１係数は以下の式で得られる。
第１係数＝１
ただし（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）＜１の場合
第１係数＝｛１＋（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）｝
ただし（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｂ）＞１の場合、また、第１係数の値は２以上の場合は、例えば、２とする。
【０１０４】
第２係数は以下の式で得られる。
第２係数＝｛１＋（Ｓｗａ＋Ｓｗｃ）／（Ｓｗｂ＋Ｓｗｄ）｝、
または、｛１＋（Ｓｗｂ＋Ｓｗｄ）／（Ｓｗａ＋Ｓｗｃ）｝のいずれかの値が大きい方。
また、第２係数の値は３以上の場合は、例えば、３とする。
【０１０５】
第１係数が大きいことは、自転車全体の重心の位置が、より前方に移動することであるので、前輪３０（ハンドルレバー１０）は切れ込みを生じ易くなる。また、第２係数は左右のいずれかに重心が移動した場合に大きくなる係数であり、第２係数が大きいことは、重心の位置が左右に移動することであるので、前輪３０（ハンドルレバー１０）は切れ込みを生じ易くなる。このように、第１係数、第２係数の値が大きくなる場合には、実際の重量に比べてより大きな重量を積載したと同様の効果が生じる。
【０１０６】
そこで、以下のように実際の重量に第１係数と第２係数を掛けた得られた値が切れ込みに影響を与える重量と見なしている。ここで、第１係数の値の上限を２とし、第２係数の値を３とするのは、補正のための第１係数、第２係数の値が過大になりすぎるのを防止するためである。上限値である、２、３は、実験によって、自転車の特性に合わせて他の値とすることができる。
【０１０７】
切れ込みに影響を与える重量＝実際の重量×第１係数×第２係数
【０１０８】
なお、実際の重量は、以下の式で求められる。
実際の重量＝Ｓｗａ＋Ｓｗｃ＋Ｓｗｂ＋Ｓｗｄ
【０１０９】
このようにして、実際の重量を上述した補正式によって補正して、切れ込みに影響を与える重量に対応する制限回動角速度をテーブルから読み出すことによって、回動制限処理の効果をより良好なものとできる。この補正式は、一例に過ぎず、実験によって、個々の自転車ごとに、最も良好な効果が得られる他の式を用いても良い。
【０１１０】
実施形態の自転車は、フレーム固定部に対して回動する前輪とこの前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するためにフレーム固定部に固着される負荷装置をそなえている。また、負荷装置が発生する回動力の大きさを求め、負荷装置が該回動力を発生するように制御する演算制御部を備えている。
【０１１１】
この負荷装置を備える実施形態の自転車の技術は、通常の自転車であっても、アシスト自転車であっても、電動二輪車であっても実施が可能である。また、負荷装置としては、発生するトルク量が調整できる機構であれば、誘導電動機のみならず、直流電動機、同期機等も使用することが可能である。また、制御演算部でおこなう制御演算に関しては、上述した演算則は、一実施例であり、単に回動角速度をフィードバックする制御、自転車の走行状態に応じた種々の制御、積載物の重量に応じた種々の制御等、広範囲な制御の演算則を採用することができる。
【０１１２】
実施形態の自転車は、自転車の構造を変えることなく、自転車のハンドル操作性を制御する機能を有するものである。例えば、自転車の駐停車時においてはハンドルの自由回動を阻止するハンドル操作特性とすることができ、自転車の走行時においては、自転車の走行速度、籠に積載する荷物またはチャイルドシートに乗車する子供の重量に応じて切れ込み特性を制御することができる。そして、前輪が必要以上に切られてしまい、駐停車時に転倒し、走行時に操作性が低減してしまう事態が生じることを防止できる。さらに、高速走行時において安全な操作が可能となる。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 自転車、 １０ ハンドルレバー、 １１Ｌ 左ブレーキレバー、 １１Ｒ 右ブレーキレバー、 １２Ｌ 左グリップ、 １２Ｒ 右グリップ、 １３ ベル、 １４Ｌ 左ハンドル操作圧検出器、 １４Ｒ 右ハンドル操作圧検出器、 １５ 荷物籠、 １６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 積載量測定装置、 １７ 荷物籠取付板、 ２０ ステム、 ２１ ステム回動軸、 ２２、２４ カップリング装置、 ２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ ビス、 ２６ フォークブレード、 ２７ ダウンチューブ、 ２８ シートチューブ、 ２９ サドル、 ３０ 前輪、 ３１ 後輪、 ３３ ペダル、 ３４ シートスティブリッジ、 ３５ チェンスティ、 ３６ 電動モータ部、 ３７ チェン、 ３８ スプロケット、 ４１ 巻線駆動部、 ４２ 演算制御部、 ４４ 手動入力装置、 ４５ 速度測定装置、 ４６ ハンドル操作圧検出装置、
５０ 負荷装置、 ５１ 磁気枠部、 ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ 磁気鉄心、 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 巻線、 ５４ 回転子、 ５５、５５ａ、５５ｂ 回動軸、 ５６ａ、５６ｂ 取付部、 ５８ 回動角度測定装置、 ５８ａ 回動角度測定装置固定部、 ５８ｂ 回動角度測定装置回動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム固定部に対して回動する前輪と該前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するために該フレーム固定部に配される負荷装置と、
前記負荷装置が発生する所望回動力の大きさを求め、該負荷装置が該所望回動力を発生するように制御する演算制御部と、
を備える自転車。
【請求項２】
前記回動軸と共に回動し、積載物の重量を検出する荷物籠を備え、
前記演算制御部は、
前記荷物籠に積載する積載物の重量に応じた回動力を求め、前記負荷装置が該回動力を発生するように制御する、請求項１に記載の自転車。
【請求項３】
前記回動軸と共に回動し、積載物の重量を検出する荷物籠を備え、
前記演算制御部は、
前記荷物籠に積載する積載物の重量と走行速度とに応じた回動力を求め、前記負荷装置が該回動力を発生するように制御する、請求項１に記載の自転車。
【請求項４】
さらに、前記荷物籠に積載する積載物の重心位置に応じた大きさの回動力を求め、前記負荷装置が該回動力を発生するように制御する、請求項２または請求項３に記載の自転車。
【請求項５】
前記回動軸と共に回動し、積載物の重量を検出する荷物籠を備え、
前記演算制御部は、
前記荷物籠に積載する積載物の重量に応じて前記回動軸の回動角度範囲を求め、該回動角度範囲に該回転軸の回動力を維持するように前記負荷装置が回動力を発生するように制御する、請求項１に記載の自転車。
【請求項６】
手動入力装置を備え、
前記演算制御部は、
前記手動入力装置からの操作によって、前記回動角度をゼロ度に保つ駐輪モードを選択することができる、請求項１に記載の自転車。
【請求項１】
フレーム固定部に対して回動する前輪と該前輪に連結されたハンドルレバーとの回動軸に対して回動力を付与するために該フレーム固定部に配される負荷装置と、
前記負荷装置が発生する所望回動力の大きさを求め、該負荷装置が該所望回動力を発生するように制御する演算制御部と、
を備える自転車。
【請求項２】
前記回動軸と共に回動し、積載物の重量を検出する荷物籠を備え、
前記演算制御部は、
前記荷物籠に積載する積載物の重量に応じた回動力を求め、前記負荷装置が該回動力を発生するように制御する、請求項１に記載の自転車。
【請求項３】
前記回動軸と共に回動し、積載物の重量を検出する荷物籠を備え、
前記演算制御部は、
前記荷物籠に積載する積載物の重量と走行速度とに応じた回動力を求め、前記負荷装置が該回動力を発生するように制御する、請求項１に記載の自転車。
【請求項４】
さらに、前記荷物籠に積載する積載物の重心位置に応じた大きさの回動力を求め、前記負荷装置が該回動力を発生するように制御する、請求項２または請求項３に記載の自転車。
【請求項５】
前記回動軸と共に回動し、積載物の重量を検出する荷物籠を備え、
前記演算制御部は、
前記荷物籠に積載する積載物の重量に応じて前記回動軸の回動角度範囲を求め、該回動角度範囲に該回転軸の回動力を維持するように前記負荷装置が回動力を発生するように制御する、請求項１に記載の自転車。
【請求項６】
手動入力装置を備え、
前記演算制御部は、
前記手動入力装置からの操作によって、前記回動角度をゼロ度に保つ駐輪モードを選択することができる、請求項１に記載の自転車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−５９３５（Ｐ２０１１−５９３５Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５０７３４（Ｐ２００９−１５０７３４）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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