JP2002240773A - 電動補助車両の補助動力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イニシャル踏力電圧の管理をそれほど厳密に
行なう必要がなく、また電動モータや踏力センサに経年
変化が生じても所望のアシスト比を確保できる電動補助
車両の補助動力制御装置を提供する。 【解決手段】 ペダル１５ａに加えられた踏力を検出
し、該検出された踏力に応じたモータ補助電流を電動モ
ータ１８に供給することにより補助動力を発生させ、該
補助動力を上記踏力と共に駆動輪１３に伝達するように
した電動補助車両の補助動力制御装置２０において、踏
力に応じた踏力電圧を発生する踏力センサ１７を設け、
固定設定された規定イニシャル踏力電圧ａ，ａ’と上記
検出された踏力電圧との差に応じてモータ補助電流を決
定する絶対電圧値方式と、踏力電圧の極小値に応じて可
変設定される可変イニシャル踏力電圧ｄと上記検出され
た踏力電圧（ｂ−ａ），（ｂ−ｄ）との差に応じてモー
タ補助電流を決定する相対電圧値方式とを、車両の状況
に応じて切替可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、踏力に応じた補助
動力を踏力と共に駆動輪に伝達することにより、走行を
補助するようにした電動補助車両に関し、詳細には電動
モータに上記補助動力を発生させるために供給するモー
タ補助電流の決定方式の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、運転者がペダルに加えた踏力
に応じたモータ補助電流を電動モータに供給して補助動
力を発生させ、該補助動力及び上記踏力を合力して駆動
輪に伝達し、もって走行を補助するようにした電動補助
自転車や電動補助車椅子等の電動補助車両が実用化され
ている。

【０００３】ところで上記モータ補助電流を決定する際
の方式には、いわゆる絶対電圧値方式と相対電圧値方式
とがあり、従来の電動補助車両では該両方式の何れかを
採用するのが一般的である。

【０００４】上記絶対電圧値方式とは、図３（ａ）に示
すように、固定設定された固定イニシャル踏力電圧ａと
踏力センサにより検出された踏力電圧ｂとの差（ｂ−
ａ）を踏力電圧とし、該踏力電圧に基づいてモータ補助
電流を決定する方式である。また相対電圧値方式とは、
図３（ｂ）に示すように、上記検出踏力電圧ｂの極小値
ｃに応じて可変設定される可変イニシャル踏力電圧ｄと
上記検出踏力電圧ｂとの差（ｂ−ｄ）を踏力電圧とし、
これに基づいてモータ補助電流を決定する方式である。

【０００５】

【発明が解決すようとする課題】上記電動補助車両の補
助動力制御装置において、絶対電圧値方式を採用した場
合、固定イニシャル踏力電圧ａの厳密な管理は困難であ
り、該固定イニシャル踏力電圧の車両毎のばらつきによ
って、同じ踏力を与えてもモータ補助電流、ひいては補
助動力が変化してしまい、結果的にアシスト比（＝補助
動力／踏力）も変化してしまうという問題がある。

【０００６】一方、相対電圧値方式を採用した場合、基
準となるべきイニシャル踏力電圧が検出された踏力の極
小値によって変化する方式であるからアシスト比を調整
することはできず、例えば経年変化により電動モータあ
るいは踏力検出センサのゲインが劣化した場合には同じ
踏力を与えてもモータ補助電流、ひいては補助動力が小
さくなり、その結果アシスト比も小さくなってしまうと
いう問題がある。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、上記イニシャル踏力電圧の管理をそれ
ほど厳密に行なう必要がなく、また電動モータや踏力セ
ンサに経年変化が生じても所望のアシスト比を確保でき
る電動補助車両の補助動力制御装置を提供することを課
題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ペダ
ルに加えられた踏力を検出し、該検出された踏力に応じ
たモータ補助電流を電動モータに供給することにより補
助動力を発生させ、該補助動力を上記踏力と共に駆動輪
に伝達するようにした電動補助車両の補助動力制御装置
において、踏力に応じた踏力電圧を発生する踏力センサ
を設け、固定設定された固定イニシャル踏力電圧と上記
検出された踏力電圧との差に応じてモータ補助電流を決
定する絶対電圧値方式と、踏力電圧の極小値に応じて可
変設定される可変イニシャル踏力電圧と上記検出された
踏力電圧との差に応じてモータ補助電流を決定する相対
電圧値方式とを、車両の状況に応じて切替可能としたこ
とを特徴としている。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、当
該電動補助車両の工場出荷時には上記相対電圧値方式を
採用し、後に上記絶対電圧値方式に切り替えることを特
徴としている。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２において、上
記絶対電圧値方式に切り替えるとともに、上記電動モー
タの経年変化によるゲイン低下分又は上記踏力センサの
経年変化によるゲイン低下分の少なくとも何れか一方の
分に応じて上記規定イニシャル踏力電圧を小さい側に再
設定することを特徴としている。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１ないし３の何
れかにおいて、相対電圧値方式で取り得る可変イニシャ
ル踏力電圧の可変範囲外にイニシャル踏力電圧を設定す
ることにより絶対電圧値方式が採用され、上記可変範囲
内にイニシャル踏力電圧を設定することにより相対電圧
値方式が採用されることを特徴としている。

【００１２】

【発明の作用効果】請求項１の発明によれば、絶対電圧
値方式と相対電圧値方式とを車両の状況に応じて切替可
能としたので、例えば請求項２の発明のように当該車両
の工場出荷時には上記相対電圧値方式を採用し、後に上
記絶対電圧値方式に切り替えることができ、工場出荷時
には相対電圧値方式であることからイニシャル踏力電圧
を厳密に管理する必要がないとともに車両毎のばらつき
の問題も生じない。また踏力センサ等の経年変化により
アシスト比が低下した場合には絶対値方式とすることに
より規定イニシャル踏力電圧を再設定することでアシス
ト比の低下分を修正できる。

【００１３】請求項３の発明によれば、電動モータの経
年変化によるゲイン低下分又は踏力センサの経年変化に
よるゲイン低下分の少なくとも何れか一方の分に応じて
上記規定イニシャル踏力電圧を小さい側に再設定するよ
うにしたので、アシスト比の低下を回避できる。

【００１４】即ち、例えば電動モータのゲインが低下し
た場合には同じモータ補助電流を供給してもモータ補助
動力が不足し、また踏力センサのゲインが低下した場合
には同じ踏力を加えても検出される踏力電圧が低下する
ためにモータ補助動力が不足することとなる。本発明で
は、上記ゲイン低下分だけ規定イニシャル電圧が小さい
側に再設定されるので、上記モータ補助動力の不足が回
避される。

【００１５】請求項４の発明によれば、可変イニシャル
踏力電圧の可変範囲外にイニシャル踏力電圧を設定する
ことにより絶対電圧値方式に切り替えられ、上記可変範
囲内にイニシャル踏力電圧を設定することにより相対電
圧値方式に切り替えられるようにしたので、特別の部
品，機構を追加することなく上記両方式の切替を実現で
き、コスト増加を回避できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明の一実施
形態を説明するための図であり、図１は本実施形態制御
装置を搭載した電動補助自転車の模式側面図、図２は制
御装置のブロック図、図３は絶対電圧値方式及び相対電
圧値方式を説明するための時間−踏力電圧特性図、図４
は踏力電圧−モータ電流指令値特性図、図５はモータ電
流指令値−モータ補助動力特性図、図６は制御動作を示
すフローチャートである。

【００１７】図１において、１は電動補助車両としての
電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッド
パイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に
延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端
から上方に起立して延びるシートチューブ５と、上記ダ
ウンチューブ４の後端から後方に略水平に延びる左，右
一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後
端部と上記シートチューブ５の上端部とを結合する左，
右一対のシートステー７と、上記ヘッドパイプ３から水
平に延びる水平チューブ８とを備えている。

【００１８】上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク
９が左右に回動可能に支持されている。このフロントフ
ォーク９の下端には前輪１０が軸支されており、上端に
は操向ハンドル１１が固着されている。また上記シート
チューブ５の上端にはサドル１２が装着されている。さ
らに上記チェーンステー６の後端には後輪１３が軸支さ
れている。

【００１９】上記車体フレーム２の中央下端部には変速
機構を内蔵するペダルユニット１４が配設されている。
このペダルユニット１４は、運転者によりペダル１５ａ
に加えられた踏力によりクランクアーム１５ｂを介して
クランク軸１５ｃを回転駆動し、該クランク軸１５ｃの
回転を内蔵する変速機構の変速段に応じた変速比で変速
してチェーン１６に出力し、該出力をチェーン１６によ
り後輪軸１３ａに伝達するようになっている。

【００２０】本実施形態では、上記変速機構として、第
１速及び第２速を有する２段変速式のものを採用してい
る。なお、２段変速式に限らず、３段以上の変速段を有
するものでも勿論構わない。上記操向ハンドル１１に配
設された切替レバー１１ａを運転者が回動させることに
より何れかの変速段が選択されるようになっている。そ
して第１速が選択されると、クランク軸１５ｃの回転が
１／１．４１５に減速されて出力され、第２速の場合に
はクランク軸１５ｃの回転がそのまま出力される。な
お、上記減速比は上記例に限られないことは勿論であ
る。

【００２１】また上記ペダルユニット１４内には、上記
ペダル１５ａに加えられる踏力を連続的に検出する踏力
センサ１７が配設されている。この踏力センサ１７は上
記踏力の大きさに比例した踏力電圧を発生する。

【００２２】上記後輪１３のハブ１８内には電動モータ
が配設されている。この電動モータは、バッテリ１９か
ら供給されるモータ補助電流値に応じた補助動力を発生
する。この補助動力と上記変速機構を経た後チェーン１
６を介して伝達された踏力とが合力されて上記ハブ１８
ひいては後輪１３を駆動することとなる。

【００２３】２０はコントローラであり、これは上記踏
力センサ１７で検出された検出踏力電圧ｂが入力され、
該検出踏力電圧ｂと基準となるイニシャル踏力電圧ａ又
はｄとから踏力電圧（ｂ−ａ）又は（ｂ−ｄ）を求め、
内蔵する踏力電圧−モータ指令電流値変換マップ（図４
の特性線Ａ）によって上記踏力電圧値に応じたモータ電
流指令値（モータ補助電流）を求め、これを電動モータ
に供給することにより踏力に所定のアシスト比（通常
１．０）を乗じてなるモータ補助動力（図５の特性線
Ｂ）を発生させ、該補助動力を上記踏力と共に駆動輪１
３に伝達するように構成されている。

【００２４】ここで本実施形態制御装置では、上記踏力
電圧は絶対電圧値方式又は相対電圧値方式によって求め
られる。上記絶対電圧値方式は、図３（ａ）に示すよう
に、固定設定された固定イニシャル踏力電圧ａと上記検
出された検出踏力電圧ｂとの差（ｂ−ａ）を図４におけ
る踏力電圧とする方式である。

【００２５】また上記相対電圧値方式は、図３（ｂ）に
示すように、検出された踏力電圧ｂの極小値ｃに応じて
可変設定される可変イニシャル踏力電圧ｄと上記検出さ
れた踏力電圧ｂとの差（ｂ−ｄ）を図４における踏力電
圧とする方式である。

【００２６】そして本実施形態では、上記相対電圧値方
式と絶対電圧値方式の何れにも切り替え可能となってい
る。具体的には、あらかじめ上記コントローラ２０の相
対電圧値／絶対電圧値方式決定部２０ｃには、上記相対
電圧値方式で取り得る極小値の電圧範囲（想定値例えば
０．３〜０．８Ｖ）が記憶されている。そして想定範囲
外（例えば０．８超〜１．０Ｖ）にポテンショメータの
０点調整によりイニシャル踏力電圧を設定して上記バッ
テリ１９に設けられた押しボタンスイッチ１９ａを規定
時間（例えば１０秒）押圧することによりこの時の電圧
が絶対電圧値方式に該当するイニシャル踏力電圧として
ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶される。一方、上記想定範囲内
にポテンショメータの０点調整によりイニシャル踏力電
圧を設定して上記バッテリ１９に設けられた押しボタン
スイッチ１９ａを規定時間押圧することによりその時の
電圧が相対電圧値方式に該当するイニシャル踏力電圧と
してＥＥＰＲＯＭ２１に記憶される。

【００２７】そしてコントローラ２０の立ち上がり時に
イニシャル踏力電圧読み出し部２０ｂが上記ＥＥＰＲＯ
Ｍ２１に現在記憶されているイニシャル踏力電圧を読み
出し、その値を方式決定部２０ｃがこれに記憶されてい
る極小値の電圧範囲（想定値）と比較して相対電圧値方
式か絶対電圧値方式かの何れを採用するかを決定し、こ
れに基づいて上述の踏力電圧，モータ電流指令値の制御
動作が行なわれる。

【００２８】そして本実施形態では、該自転車の工場出
荷時には上記相対電圧値方式が採用されており、使用年
月の経過後に上記絶対電圧値方式に切り替えられる。

【００２９】具体的には、図６に示すように、上記コン
トローラ２０が立ち上がると、ＥＥＰＲＯＭ２１からイ
ニシャル電圧が読み出され（ステップＳ１）、該イニシ
ャル電圧が上述の想定範囲、即ち相対電圧値設定範囲内
か又は上述の想定範囲外、即ち絶対電圧値設定範囲内か
の何れに入るかが判断され、これによりいずれの方式か
が決定される（ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ７）。

【００３０】そしてバッテリ１９のスイッチ１９ａが規
定時間連続して押された場合で、かつアシスト中でない
場合には、そのとき設定されているイニシャル電圧が上
記ＥＥＰＲＯＭ２１に記憶される（ステップＳ４〜Ｓ
６）。また上記、ステップＳ５において、アシスト中で
ある場合、つまり自転車を漕ぎながらバッテリスイッチ
１９ａを押した場合には上記ＥＥＰＯＭ２１への記憶は
なされない。

【００３１】なお、上記ステップＳ５において、アシス
ト中である場合はイニシャル電圧を記憶しないとした
が、これを代えて、上記バッテリスイッチの押圧により
設定されたイニシャル電圧が上記絶対電圧値設定範囲よ
りさらに大きい場合にはこれを記憶しないようにしても
良い。

【００３２】ここで上記相対電圧値方式が採用されてい
る場合に、上記踏力センサ１７のゲインが経年変化によ
り低下すると、図３（ｃ）に示すように、検出踏力電圧
がｂからｂ′に低下し、踏力電圧が（ｂ−ｄ）から（ｂ
−ｄ）′に減少してしまう場合がある。このように踏力
電圧が低下すると、図４に特性線Ａ′で示すようにモー
タ電流指令値が減少し、結果的にモータ補助動力が不足
する場合が考えられる。

【００３３】そこで本実施形態では、図３（ｄ）に示す
ように、絶対電圧値方式に切り替えるとともに、規定イ
ニシャル踏力電圧ａを上記ゲイン低下に応じた大きさだ
け小さく再設定した規定イニシャル踏力電圧ａ′を採用
する。これにより踏力電圧値は（ｂ−ａ）′から上記ゲ
イン低下がない場合と同じ（ｂ−ａ）となり、その結
果、図４の特性線Ａに基づいてモータ電流指令値が求め
られ、モータ補助力の不足が解消される。

【００３４】また電動モータ自体のゲインが低下した場
合には、図５に特性線Ｂ′で示すように、同じモータ電
流指令値に対してモータ補助動力が減少してしまうこと
が考えられる。この場合には、踏力センサ１７のゲイン
低下に電動モータのゲイン低下分を加えた特性曲線Ｃに
沿ってモータ電流指令値が求められ、これにより図５の
特性線Ｂに応じたモータ補助力が得られる。

【００３５】このように、本実施形態では、絶対電圧値
方式と相対電圧値方式とを状況に応じて切替可能とし、
工場出荷時には上記相対電圧値方式を採用し、踏力セン
サ１７又は電動モータのゲインが経年変化により低下し
た時には絶対電圧値方式に切り替えるようにしたので、
工場出荷時には相対電圧値方式であることからイニシャ
ル踏力電圧を厳密に管理する必要がないとともに車両毎
のばらつきの問題も生じない。また踏力センサ１７等の
経年変化によりゲインが低下した場合でもアシスト比が
低下してしまう問題を回避できる。

【００３６】また上記相対電圧値方式と絶対電圧値方式
と切り替えにおいては、可変イニシャル踏力電圧の想定
範囲外にイニシャル踏力電圧を設定してバッテリ１９の
スイッチ１９ａを押すと、次回のコントローラ立ち上が
り時に絶対電圧値方式に切り替えられ、また上記想定範
囲内にイニシャル踏力電圧を設定してスイッチ１９ａを
押した場合にはコントローラの立ち上がり時に相対電圧
値方式に切り替えられるようにしたので、特別の部品，
機構を追加することなく上記両方式の切替を実現でき、
コスト増加を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による補助動力制御装置を
備え電動補助自転車の側面図である。

【図２】上記補助動力制御装置のブロック図である。

【図３】上記制御装置の絶対電圧値方式及び相対電圧値
方式を説明するための踏力電圧特性図である。

【図４】上記制御装置の踏力電圧−モータ電流指令値特
性図である。

【図５】上記制御装置のモータ電流指令値−モータ補助
動力特性図である。

【図６】上記制御装置の制御方式切替動作を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１ 電動補助自転車 １３ 駆動輪 １５ａ ペダル １７ 踏力センサ １８ 電動モータ ２０ ＥＣＵ（補助動力制御装置） ａ，ａ′ 固定イニシャル踏力電圧 ｂ 検出踏力電圧 ｃ 検出踏力電圧の極小値 ｄ 可変イニシャル踏力電圧 （ｂ−ａ），（ｂ−ｄ） 踏力電圧

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダルに加えられた踏力を検出し、該検
   出された踏力に応じたモータ補助電流を電動モータに供
   給することにより補助動力を発生させ、該補助動力を上
   記踏力と共に駆動輪に伝達するようにした電動補助車両
   の補助動力制御装置において、踏力に応じた踏力電圧を
   発生する踏力センサを設け、固定設定された固定イニシ
   ャル踏力電圧と上記検出された踏力電圧との差に応じて
   モータ補助電流を決定する絶対電圧値方式と、踏力電圧
   の極小値に応じて可変設定される可変イニシャル踏力電
   圧と上記検出された踏力電圧との差に応じてモータ補助
   電流を決定する相対電圧値方式とを、車両の状況に応じ
   て切替可能としたことを特徴とする電動補助車両の補助
   動力制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、当該電動補助車両の
   工場出荷時には上記相対電圧値方式を採用し、後に上記
   絶対電圧値方式に切り替えることを特徴とする電動補助
   車両の補助動力制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、上記絶対電圧値方式
   に切り替えるとともに、上記電動モータの経年変化によ
   るゲイン低下分又は上記踏力センサの経年変化によるゲ
   イン低下分の少なくとも何れか一方の分に応じて上記規
   定イニシャル踏力電圧を小さい側に再設定することを特
   徴とする電動補助車両の補助動力制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３の何れかにおいて、相
   対電圧値方式で取り得る可変イニシャル踏力電圧の可変
   範囲外にイニシャル踏力電圧を設定することにより絶対
   電圧値方式が採用され、上記可変範囲内にイニシャル踏
   力電圧を設定することにより相対電圧値方式が採用され
   ることを特徴とする電動補助車両の補助動力制御装置。