JP2000103382A - 補助動力付き車両 - Google Patents

補助動力付き車両

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JP2000103382A
JP2000103382A JP10277754A JP27775498A JP2000103382A JP 2000103382 A JP2000103382 A JP 2000103382A JP 10277754 A JP10277754 A JP 10277754A JP 27775498 A JP27775498 A JP 27775498A JP 2000103382 A JP2000103382 A JP 2000103382A
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electric
driving force
torque
driving
human
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JP10277754A
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English (en)
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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
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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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 (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
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Cited By (4)

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