JP2000103382A

JP2000103382A - 補助動力付き車両

Info

Publication number: JP2000103382A
Application number: JP10277754A
Authority: JP
Inventors: Tateaki Tanaka; 建明田中; Hisahiro Kazuhara; 寿宏数原; Masanori Kamei; 正則亀井; Hiroaki Sagara; 弘明相良; Toshihiro Matsumoto; 敏宏松本; Yoshihiko Maeda; 好彦前田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】補助動力によって滑らかな走行ができると共
に、大きな補助駆動力が必要なときにはタイミング良く
補助駆動力が得られる補助動力付き車両を提供するもの
である。【解決手段】人力駆動部９と電動駆動部１２とを備え、
人力トルクの大きさに基づいて電動駆動部１２を動作す
る制御回路１７とを備え、制御回路１７は、人力トルク
の大きさに応じて電動駆動力の出力を遅延させる遅延手
段を有し、人力トルクの大きさが大きいほど電動駆動力
の応答速度を速くして、踏力が大きいときは電動駆動力
が同じタイミングで出力するようにし、踏力が小さいと
きは踏力に遅れて電動駆動力が出力するような遅延手段
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力駆動力と電動
駆動力とによって走行し、例えば電動アシスト自転車な
どのような補助動力付き車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の補助動力付き車両、例え
ば電動アシスト自転車においては、特開平８−２４４６
７２号公報（Ｂ６２Ｍ２３／０２）に記載の如く、人力
駆動力に対して電動駆動力の出力を遅らせる遅延手段、
例えば積分回路を設けて、滑らかな走行が可能になるよ
うに制御するものが知られている。この場合、積分定数
は一定であり、走行速度に反比例して電動駆動力の応答
速度を遅延させるという実施例が記載されている。

【０００３】しかしながら、上述するような構成であれ
ば、人力トルクの信号を積分器を通すことによって検出
値の真の値よりも減衰してしまい、人力駆動力と等しい
値の電動駆動力を得ることは困難であった。

【０００４】また、積分器によってあまり減衰しないと
仮定しても、人力トルクが大きくなる部分、即ち大きな
電動駆動力を必要とする部分においては、時間的に遅れ
て補助駆動力が得られるため、必要なときに補助駆動力
を得ることができなかった。

【０００５】従って、上り坂などを走行する場合におい
ては、補助力が不足してしまい、使用者が安定した走行
をすることが非常に困難であるといった問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、補助駆動力
によって滑らかな走行ができると共に、補助駆動力が必
要なときに十分得られる補助動力付き車両を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、人力によって
駆動力を発生する人力駆動部と、電動機の駆動によって
駆動力を発生する電動駆動部と、前記人力駆動部の人力
トルクを検出するトルク検出部と、該トルク検出部の検
出結果に基づいて電動駆動部を動作する制御回路とを備
え、前記制御回路は、前記人力トルクの大きさに応じて
電動駆動力の出力を遅延させる遅延手段を有することを
特徴とする。

【０００８】具体的には、前記遅延手段は、前記人力ト
ルクの大きさが大きいほど電動駆動力の応答速度を速く
することを特徴とし、踏力が大きいときは電動駆動力が
同じタイミングで出力するようにし、踏力が小さいとき
は踏力に遅れて電動駆動力が出力するような制御になる
ように遅延手段を構成する。

【０００９】さらに、前記遅延手段は、積分器で構成
し、前記人力トルクの大きさに応じて積分定数を変化さ
せることを特徴とする。そして、この積分器は、前記人
力トルクの大きさが大きいほど積分定数を小さくするこ
とを特徴とする。

【００１０】そして、電動駆動部のトルクを検出する電
動トルク検出部を設け、前記電動駆動部は、前記人力ト
ルク検出部と前記電動トルク検出部の信号を入力してこ
れらの信号の差に応じて駆動信号を出力し、人力トルク
検出部からの信号は前記遅延回路にも入力されることを
特徴とし、具体的には、遅延手段を電動駆動部と人力ト
ルク検出部との間に設けた場合や、遅延手段を、電動駆
動部と電動機との間に設けた場合が考えられる。

【００１１】以上の構成によって、遅延回路によって滑
らかな走行ができるという効果に加え、電動駆動部を駆
動するときは、人力駆動力と電動駆動力との差を電動機
に出力するように制御するので、急激なトルクの変化が
なく、更に滑らかな立ち上がり、立ち下がりをもった補
助駆動力を得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、電動アシ
スト自転車を一実施例として詳述する。

【００１３】図１は、実施例の電動アシスト自転車の側
面図、図２はこの電動アシスト自転車の駆動系の構成説
明図である。

【００１４】これらの図において、電動アシスト自転車
本体１は、人力駆動部、即ち人力駆動手段９及び電動駆
動部、即ち電動駆動手段１２によって駆動する駆動輪２
と、走行方向を決定する前輪３を有する。さらに本体１
は、立パイプ４、上パイプ５、そして下パイプ６とによ
って構成されたフレームを備え、立パイプ４の上端には
サドル７が設けられている。そして、上パイプ５と下パ
イプ６とが交わる部分の上方に前輪３の方向を定めるハ
ンドル８が設けてある。

【００１５】駆動輪２を駆動する人力駆動手段９は一般
の自転車と同様、ペダル１０を有し、使用者がペダル１
０を足で踏んで回転させることによってチェーン１１に
駆動力（踏力）が伝達され、その駆動力がスプロケット
１１ａと一方向クラッチ１１ｂと人力トルク検出部、即
ち踏力センサ１１ｃとを介して駆動輪２に伝達されて、
駆動輪２が駆動するようになっている。

【００１６】なお、踏力センサ１１ｃには、スプロケッ
ト１１ａの回転軸と駆動輪２の回転軸とを弾性体で接続
し、弾性体の歪みによって変位する磁石を検出コイルで
検出する構成の物を使用している。

【００１７】また、一方向クラッチ１１ｂは、踏力が駆
動輪２に与えようとする回転速度よりも実際の駆動輪２
の回転速度が高いときに、駆動輪２からチェーン１１に
駆動力が伝達されないように作用する。

【００１８】人力駆動手段９と併用して駆動輪２を駆動
する電動駆動手段１２は、駆動輪２上部に設けた充電可
能なバッテリ１３を電源とし、バッテリ１３から駆動輪
２のハブに設けた電動機１４に供給する。

【００１９】電動駆動手段１２では、電動機１４からの
出力がギヤとベルトからなる減速機構１４ａにより減速
され一方向クラッチ１４ｂを介して駆動輪２に伝達され
る。一方向クラッチ１４ｂは、電動機１４が駆動輪２に
与えようとする回転速度よりも駆動輪２の実際の回転速
度の方が高いときに、駆動輪２から電動機１４に駆動力
が逆に伝達されないように作用する。

【００２０】次に、この電動アシスト自転車の制御回路
を図３を用いて説明する。

【００２１】図３に示すように、電動機１４と電動トル
ク検出部、即ち電動機電流センサ（以下電流センサとい
う）２２との直列回路に、スイッチング素子２１と電源
スイッチ１９を介してバッテリ１３の電圧が印加され、
この直列回路にフライホイルダイオード２０が接続され
ている。

【００２２】１７はＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭからなる
マイコンである。マイコン１７は、電流センサ２２と人
力トルク検出部、即ち踏力センサ１１ｃからの出力を受
けて信号処理を行い、パルスジェネレータ１８へデュー
ティ制御信号に出力する。

【００２３】パルスジェネレータ１８は、マイコン１７
からのデューティ制御信号に基づいてスイッチング素子
２１のデューティ比を制御する。

【００２４】なお、この実施例において、電動機１４に
は永久励磁式の直流ブラシモータをバッテリ１３には２
４Ｖ、５Ａｈのニッカド電池を、電流センサ２２には、
２．２５ミリオームのシャント抵抗をそれぞれ使用して
いる。

【００２５】また、マイコン１７は、スイッチング素子
２１を２４４ヘルツの周波数でオン・オフして、電動機
１４をＰＷＭ制御するようになっている。

【００２６】このような構成において、電動アシスト自
転車のペダル１０が使用者によって踏まれると、その踏
力がチェーンを介して駆動輪２へ伝達される。

【００２７】そこでマイコン１７は、踏力センサ１１ｃ
の出力信号ａ及び電流センサ２２の出力信号ｂをそれぞ
れ増幅率ＡとＢで増幅して主駆動力ＴＬと補助駆動力Ｔ
Ｍを算出し、それらの差（ＴＬ−ＴＭ）によってスイッ
チング素子２１のデューティ比を変化させ、ＴＭとＴＬ
との比率が一定になるように電動機１４の出力を制御す
る。

【００２８】また、マイコン１７は、電動アシスト自転
車の走行を滑らかにするため、図８のように、主駆動力
ＴＬに対して、補助駆動力ＴＭが遅れて出力されるよう
に電動機１４を制御する。この時の補助駆動力ＴＭの遅
れを制御するために、マイコン１７内に遅延手段を備え
ている。この遅延手段については、前記踏力センサ１１
ｃの大きさに応じて電動駆動力との遅延時間を変化させ
るのであるが、この制御の内容については後述する。

【００２９】図４及び図５はマイコン１７の制御機能を
表す２種類の等価回路である。

【００３０】図４及び図５では、踏力センサ１１ｃの出
力ａを増幅器Ａ２で増幅して主駆動力ＴＬを算出する一
方、電流センサ２２の出力ｂを増幅器Ａ２で増幅して補
助駆動力ＴＭを算出し、減算器Ｆで（ＴＬ−ＴＭ）を演
算し、その演算値に対応するデューティ比のパルスをパ
ルスジェネレータ１８に出力させ、そのパルス比によっ
てスイッチング素子２１をオン・オフして電動機１４を
駆動する。

【００３１】そして、踏力センサ１１ｃの出力する踏力
ａにほぼ比例して遅延時間（時定数）が変化する遅延回
路（積分器）Ｐが、図４においては、増幅器Ａ１と減算
器Ｆとの間に挿入され、図５においては、減算器Ｆとパ
ルスジェネレータ１８との間に挿入される。また、踏力
センサ１１ｃの出力する踏力aは図４、図５共に遅延回
路Ｐに入力されている。従って、図４及び図５のいづれ
の等価回路においても、電動機１４の出力する補助駆動
回路ＴＭは、主駆動力ＴＦの大きさに対してほぼ比例し
て遅延することになる。

【００３２】上記動作をマイコン１７に内蔵するプログ
ラムによって実行する場合の例について、図６のフロー
チャートを用いて説明する。

【００３３】先ず、ステップＳ１において、スイッチン
グ素子２１のデューティ比Ｄを適宜設定し、踏力センサ
１１ｃの出力ａおよび電流センサ２２の出力ｂを読み込
んで主駆動力ＴＬと補助駆動力ＴＭとを算出する（ステ
ップＳ２、Ｓ３）。

【００３４】次に、読み込んだ踏力ａに比例する値、つ
まり時定数τを演算する（ステップＳ４）。この時定数
の演算については図７に示すグラフを表す式、τ＝ｂ−
ａ・Ｋで演算される。そして、主駆動力ＴＬと補助駆動
力ＴＭとの差を時定数τで除した値を、ステップＳ１で
設定したデューティ比Ｄに加算してデューティ比Ｄ１を
算出する（ステップＳ５）。

【００３５】このデューティ比Ｄ１を新しいデューティ
比Ｄとして（ステップＳ７）、スイッチング素子２１を
駆動する。ステップＳ２〜ステップＳ６の工程を繰り返
すことにより、電動機１４は、主駆動力ＴＬに対応する
補助駆動力ＴＭを、補助駆動力ＴＭの大きさに比例して
出力することになる。

【００３６】このように、ステップＳ４で示す数式によ
って演算した結果に基づいて制御することによって、図
８に示す如く、踏力が大きいときは遅延時間がほとんど
なく、補助駆動力が追随して出力される。しかし、踏力
が小さくなるに従って踏力に対する電動駆動力の出力の
遅延時間が大きくなる。

【００３７】具体的にこの状態について説明をすると、
図８（Ｂ）に示す如く、通常、平地などあまり補助駆動
力を必要としない場合は、遅延手段の働きにより、踏力
に遅れて電動駆動力が出力するようになり、走行する感
じが非常に滑らかになるという効果がある。また、図８
（Ａ）に示す如く、発進時や登り坂などを走行する場
合、踏力は非常に大きく、大きな補助駆動力が必要とな
る。このようなとき、遅延手段は、踏力に対する電動駆
動力の出力の遅延時間がほとんどないように制御される
ため、ほとんど遅れることなく、踏力に追随して電動駆
動力が出力されることになり、大きな補助駆動力が必要
なときには、補助駆動力が遅れることなく得ることがで
きる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の制御回路は、人力トルクの大き
さに応じて電動駆動力の出力を遅延させる遅延手段を有
するので、人力トルクの大きさに応じて補助駆動力であ
る電動駆動力の出力の遅延時間が変化するので、踏力が
大きく、即ち補助駆動力が必要なときは遅れることなく
補助駆動力が得られ、踏力が小さく、即ち補助駆動力が
あまり必要でないときはその大きさに応じて遅らせるこ
とで、滑らかな走行感を得ることができるという効果を
奏する。

【００３９】また、遅延手段は、積分器で構成し、人力
トルクの大きさに応じて積分定数を変化させるように構
成したので、簡単な構成で上記の効果を得ることができ
る。

【００４０】更に、人力トルクの大きさに応じて、積分
器の積分定数を変化させるようにしたので、上記効果に
加え非常に構成が簡単になるという効果を奏する。

【００４１】そして、電動駆動部は、人力トルク検出部
と電動トルク検出部の信号を入力してこれらの信号の差
に応じて駆動信号を出力し、人力トルク検出部からの信
号は遅延手段にも入力されることを特徴とし、遅延回路
によって滑らかな走行ができる効果に加え、電動駆動部
を駆動するときは、人力駆動力と電動駆動力との差を電
動機に出力するように制御するので、常に実際のデュー
ティの差に基づいて制御され、急激なトルクの変化がな
く、滑らかな立ち上がり、立ち下がりをもった補助駆動
力を得ることができるという効果を奏する。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【００４３】

【図１】この発明の実施例を示す電動アシスト自転車の
側面図である。

【００４４】

【図２】図１の電動アシスト自転車の駆動系を示す構成
説明図である。

【００４５】

【図３】実施例の制御回路である。

【００４６】

【図４】実施例の制御回路の等価回路の例を示す回路図
である。

【００４７】

【図５】実施例の制御回路の等価回路の他の例を示す回
路図である。

【００４８】

【図６】実施例の動作を示すフローチャートである。

【００４９】

【図７】実施例の踏力に対する積分器の定数の変化を示
すグラフである。

【００５０】

【図８】（Ａ）は、実施例のトルクが大きい場合の動作
を示すグラフで、（Ｂ）は、実施例のトルクが小さい場
合の動作を示すグラフである。

【００５１】

【符号の説明】

９人力駆動部１４電動機１２電動駆動部１１ｃ人力トルク検出部１７制御回路Ｐ積分器（遅延手段）２２電流センサ（電動トルク検出部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者亀井正則大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者相良弘明大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者松本敏宏大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者前田好彦大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人力によって駆動力を発生する人力駆動
部と、電動機の駆動によって駆動力を発生する電動駆動
部と、前記人力駆動部の人力トルクを検出する人力トル
ク検出部と、該人力トルク検出部の検出結果に基づいて
電動駆動部を動作する制御回路とを備え、前記制御回路
は、前記人力トルクの大きさに応じて電動駆動力の出力
を遅延させる遅延手段を有することを特徴とする補助動
力付き車両。
【請求項２】前記遅延手段は、前記人力トルクの大き
さが大きいほど電動駆動力の応答速度を速くすることを
特徴とする請求項１記載の補助動力付き車両。
【請求項３】前記遅延手段は、積分器で構成し、前記
人力トルクの大きさに応じて積分定数を変化させること
を特徴とする請求項１記載の補助動力付き車両。
【請求項４】前記積分器は、前記人力トルクの大きさ
が大きいほど積分定数を小さくすることを特徴とする請
求項３記載の補助動力付き車両。
【請求項５】前記電動駆動部のトルクを検出する電動
トルク検出部を設け、前記電動駆動部は、前記人力トル
ク検出部と前記電動トルク検出部の信号を入力してこれ
らの信号の差に応じて駆動信号を出力し、人力トルク検
出部からの信号は前記遅延手段にも入力されることを特
徴とする請求項１記載の補助動力付き車両。
【請求項６】前記遅延手段は、電動駆動部と人力トル
ク検出部との間に設けたことを特徴とする請求項５記載
の補助動力付き車両。
【請求項７】前記遅延手段は、電動駆動部と電動機と
の間に設けたことを特徴とする請求項５記載の補助動力
付き車両。