JP2004243921A

JP2004243921A - 電動補助車両の補助力制御装置

Info

Publication number: JP2004243921A
Application number: JP2003036553A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Miyata; 彰一郎宮田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP4365113B2

Abstract

【課題】補助力駆動系が前輪に補助力を供給するように構成されている場合に、車両の走行安定性や発進性能を改善できる電動補助車両の補助力制御装置を提供する。
【解決手段】ペダル１５に加えられた踏力を後輪９に供給する人力駆動系１３と、上記踏力に対して所定の補助比率となる補助力を電動モータ１８から前輪９に供給する補助力駆動系１４とを備えた電動補助車両の補助力制御装置において、前輪９のスリップの発生を検出するスリップ検出手段２６と、スリップの発生が検出されたとき上記補助力駆動系１４における補助比率を減少させ、上記スリップの解除が検出されたとき元の補助比率に戻す補助比率制御手段２６とを備えた。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動系と補助力駆動系とを備えた電動補助車両に関し、詳細には補助力駆動系が前輪に補助力を供給するように構成されている場合の車両の走行安定性及び発進性能の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がペダルに加えた踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に応じた補助力を電動モータに発生させ、該補助力を駆動輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両が実用化されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２４８３７８号公報
そしてこの種の電動補助車両において、上記補助力駆動系が前輪に補助力を供給するように構成することが考えられる。
【０００４】
【発明が解決すようとする課題】
ところが上述のように前輪に補助力を供給するようにした場合、例えば雨降り時のように摩擦係数の低い路面では前輪がスリップし易く、車両の走行安定性や発進性能、特に坂道における登り発進性能が十分ではなく、この点での改善が要請される。
【０００５】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたものであり、補助力駆動系が前輪に補助力を供給するように構成されている場合に、車両の走行安定性や発進性能を改善できる電動補助車両の補助力制御装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【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後輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に対して所定の補助比率となる補助力を電動モータから前輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両の補助力制御装置において、前輪のスリップの発生を検出するスリップ検出手段と、スリップの発生が検出されたとき上記補助力駆動系における補助比率を減少させ、上記スリップの解除が検出されたとき元の補助比率に戻す補助比率制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、上記スリップ検出手段は、前輪車速が後輪車速より所定値以上大の時に前輪のスリップが発生していると判断することを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１において、上記スリップ検出手段は、補助力供給開始時から所定時間経過時における上記電動モータの回転速度から求めた前輪車速が所定値以上の場合には惰性走行からの再加速状態と判断し、所定値未満の場合には車両停止からの発進状態と判断し、該発進状態と判断した後において上記電動モータの回転速度から求めた前輪車速の増加率が所定値以上のとき前輪がスリップしていると判断することを特徴としている。
【０００９】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、前輪がスリップしていることが検出されると補助力駆動系における補助比率が減少されるので、前輪のスリップを直ちに解除でき、そしてスリップが解除されると元の補助比率に戻されるので、前輪に補助力を供給できる。そのため前輪のスリップを回避して走行安定性を改善でき、また発進時においてもスリップを回避しつつ補助力を前輪に供給でき、特に坂中発進における発進性能を改善できる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、前輪回転速度が後輪回転速度より所定値以上大きくなった場合に前輪のスリップが発生していると判断するようにしたので、前輪のスリップの発生を容易確実に検出できる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、補助力供給開始時から所定時間経過時における上記電動モータの回転速度による前輪車速が所定値以上の場合には惰性走行からの再加速状態であると判断するようにしたので、モータ回転速度に基づいてスリップの発生を判断するようにした場合に、再加速をスリップの発生と誤認識するのを防止できる。
【００１２】
また所定値未満の場合には車両停止からの発進状態と判断し、この発進状態の場合には上記電動モータの回転速度から求めた前輪車速の増加率が所定値以上のとき前輪がスリップしていると判断するようにしたので、電動モータの回転速度に基づいてスリップの発生を検出でき、例えば前輪車速及び後輪車速をそれぞれ求め、両車速の差によりスリップの発生を検出する方法に比較して構成が簡単であり、また車輪速度検出センサが不要であり、コストを低減できる。
【００１３】
【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４は本発明の第１実施形態を説明するための図であり、図１は本実施形態による補助力制御装置を搭載した電動補助自転車の側面図、図２は補助力制御装置のブロック図、図３は制御動作を説明するためのフローチャート、図４はスリップ発生時の補助比率を示す特性図である。
【００１４】
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、該シートチューブ５の下端付近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の上部とを結合する左，右一対のシートステー７とを備えている。
【００１５】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク８が左右に回動可能に軸支されている。このフロントフォーク８の下端には前輪９が軸支されており、上端には操向ハンドル１０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１１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１２が軸支されている。
【００１６】
本実施形態の電動補助自転車１は、運転者によりペダル１５ｂに加えられた踏力を所定の変速比を介して後輪（駆動輪）１２に供給する人力駆動系１３と、上記踏力に応じた電動モータ１８からの補助力を前輪９に供給する補助力駆動系１４とを備えている。
【００１７】
上記人力駆動系１３は以下の構成となっている。上記車体フレーム２の中央下端部に車幅方向に向けて配置されたペダル軸１５の両端にクランクアーム１５ａが固着され、該クランクアーム１５ａの先端にペダル１５ｂが軸支されている。
【００１８】
また上記ペダル軸１５の右側クランクアーム１５ａの内側に装着された大径の駆動スプロケット１５ｃと後輪１２の後輪ハブ１６内の入力軸に装着された小径の従動スプロケット１６ａとはチェーン１７で連結されている。これにより、運転者の踏力によるペダル軸１５の回転を上記駆動，従動スプロケット１５ｃ，１６ａの歯数比に応じて増速して後輪側に伝達する増速機構１９が構成されている。
【００１９】
また上記ペダル軸１５と駆動スプロケット１５ｃとの間には運転者によりペダル１５ｂに入力された踏力（トルク）を検出するための踏力センサ２０が配設されている。詳細には、上記ペダル軸１５と駆動スプロケット１５ｃとは所定の角度範囲で相対回転可能にかつ相対回転を０とする方向にばね等で付勢して、つまりペダル踏力が大きくなるほど上記相対回転角度が大きくなるように連結されている。そしてこの相対回転角度の大きさが上記踏力として検出される。
【００２０】
具体的には例えばポテンショメータにより上記相対回転角度に比例した電圧が出力される。ここでこの電圧の波形はペダル軸１５の１回転毎に１サイクルをなす大略サイン波形であることから、この電圧波形の周期を計測することにより、ペダル軸１５の回転速度が得られる。
【００２１】
さらにまた上記後輪ハブ１６内には３段変速式の変速機構２１が内蔵されており、該変速機構は上記後輪ハブ１６内の入力軸の回転を第１速〜第３速の何れかの変速比で変速して該後輪ハブ１６内の出力軸に伝達する。この出力軸の回転はワンウェイクラッチ２２を介して後輪１２に伝達される。
【００２２】
上記補助力駆動系１４は、上記シートステー５と後輪１２の前縁との間に配設されたバッテリユニット２３と、上記前輪ハブ２７に内蔵された補助力ユニットとを備えている。この補助力ユニットは前輪ハブ２７内に配置された電動モータ１８の回転を減速機構２４によって減速し、ワンウェイクラッチ２５を介して前輪９に伝達するように構成されている。
【００２３】
また上記バッテリユニット２３内には、多数の充電式電池と、上記電動モータ１８への印加電圧，印加電流により出力を制御するコントローラ２６が内蔵されている。このコントローラ２６は上記踏力に基準補助比率を乗じて必要な補助力を演算し、該補助力が得られるように電動モータ１８への印加電圧，印加電流を制御する。
【００２４】
また上記コントローラ２６は、上記人力駆動系１３の踏力センサ２０から入力された踏力検出値（電圧波形）から人力系車速（後輪車速）Ｖｍを求め、上記補助力駆動系１４から入力されたモータ電圧，電流等から補助力系車速（前輪車速）Ｖｐを求め、この前輪車速Ｖｐが後輪車速Ｖｍより所定値以上大きい場合、前輪９においてスリップが発生していると判断し、上記基準補助比率をこれよりも小さいスリップ時補助比率に補正し、該スリップ時補助比率を検出された踏力に乗じた補助力を電動モータ１８に発生させる。
【００２５】
上記コントローラによる補助力制御装置による制御動作を図３のフローチャートに沿ってさらに詳述する。補助力制御フローがスタートすると、スリップ処理中でない、つまりスリップ処理中フラグがセットされていない場合（ステップＳ１）は、前輪車速と後輪車速とを比較し、前輪車速が後輪車速より所定速度（例えば２ｋｍ／ｈ）以上大の場合（ステップＳ２）には前輪のスリップが発生していると判定し、補助比率低下処理中フラッグをセットするとともに、補助比率低下処理を開始する（ステップＳ３）。
【００２６】
上記補助比率低下処理では、図４に示すスリップ時補助比率特性線Ａ又はＢから求めた補助比率を検出された踏力に乗じることにより補助力を求める。このスリップ時補助比率特性線Ａは、スリップ検出時（補助比率低下処理開始時）からある時間（例えば０．２秒間）は通常の基準補助比率の５％程度に減少保持し、その後徐々に増加し、補助比率低下処理開始時から一定時間（例えば０．４秒）経過時に８０％程度まで回復するように設定されている。なお、特性線Ｂでは、スリップ検出時からより早期に補助比率を増加開始させるようにしている。上記一定時間の経過により補助比率低下処理は終了となり、補助比率低下処理フラッグがクリアされる（ステップＳ４，Ｓ５）。
【００２７】
このように、本第１実施形態では、前輪９がスリップしていることが検出されると補助力駆動系における補助比率が大幅に減少されるので、前輪９のスリップを直ちに解除できる。そしてスリップが解除されると徐々に基準補助比率に戻されるので、スリップの解除に伴って直ちに前輪９に補助力を供給できる。そのため前輪９のスリップを回避して走行安定性を改善でき、また発進時においてもスリップを回避しつつ補助力を前輪９に供給でき、特に坂中発進における発進性能を改善できる。
【００２８】
また、前輪車速Ｖｐが後輪車速Ｖｍより所定値以上大きくなった場合に前輪９のスリップが発生していると判断するようにしたので、前輪９のスリップの発生を容易確実に検出できる。
【００２９】
図４〜図６は本発明の第２実施形態を説明するための図であり、図５はフローチャート、図６は再加速時と発進時との区別検出を説明するための車速−時間特性図である。
【００３０】
本第２実施形態では、電動モータの回転速度から求めた前輪車速の増加率が所定値以上の場合にスリップが発生したと判定される。一方、例えば平坦路走行時に運転者がペダルを漕ぐのを止めて惰性走行を行なうと補助力の供給が停止され、従って電動モータの回転も停止される。そしてこの状態から再びペダルを漕ぎ始める再加速状態に移行すると、この場合のペダル踏力に応じた補助力を発生すべく電動モータが回転を開始するが、この場合はその回転速度の変化率が上記所定値以上となるのが通常であり、従ってスリップ発生と誤認識される懸念がある。
【００３１】
そこで本第２実施形態では、上記電動モータの回転速度から求めた車速が、上記補助力供給開始時点から所定時間（例えば０．３秒）経過時において所定速度（例えば（４ｋｍ／ｈ）以上である場合には再加速状態であると判定し、スリップ発生とは判定しないこととした。
【００３２】
また上記車速が上記所定速度未満である場合には、発進状態であると判定し、さらにそれから一定時間経過した後において、電動モータの回転速度から求めた車速の増加率が一定値以上の場合には前輪９のスリップが発生したと判定するようになっている。
【００３３】
上記制御動作を図５に基づいてさらに詳述する。補助力供給が開始されてから所定時間（例えば０．３秒）が経過すると（ステップＳ１１）、その時点でのモータ回転数から求めた前輪車速が所定時速（例えば４ｋｍ／ｈ）以上である場合（ステップＳ１２）には、再加速状態であると判定し（図６参照）、発進フラグをクリアして（ステップＳ２２）、処理は終了する。
【００３４】
一方、ステップＳ１２で、前輪車速が上記所定速度未満である場合には、発進状態であると判定し、発進フラグをセットする（ステップＳ１４）。なお、上記ステップＳ１１において、補助力供給開始から０．３秒が経過していない場合にはステップＳ１９に移行し、上記補助力供給開始から十分な時間、例えば３秒が経過すると発進状態と設定するとともに発進フラグをセットし（ステップＳ２０，Ｓ２１）、しかる後にステップＳ１４に移行する。
【００３５】
そしてステップＳ１４において、スリップ処理中でない、つまりスリップ処理中フラグがセットされていない場合には、前輪車速の増減を所定時間（例えば５０ｍｓ）毎に求め、前輪車速の５０ｍｓ毎の増加率が所定値（例えば＋０．８ｋｍ／ｈ）以上か否かを判断する（ステップＳ１５）。車速増加率が上記所定値以上である場合には、前輪９にスリップが発生したと判定し、スリップ処理フラグをセットするとともに図４のスリップ時補助比率特性線Ａ又はＢに沿って補助比率低下処理を行なう（ステップＳ１６）。そしてこの補助比率低下処理開始時から所定時間が経過すると補助比率低下処理は終了し、スリップ処理中フラグをクリアし（ステップＳ１７）、処理は終了する。
【００３６】
本第２実施形態によれば、電動モータの回転速度に基づいて前輪９の車速を求めるとともに、該前輪車速の増加率が所定値以上の場合に前輪がスリップしていると判断するようにしたので、例えば前輪速度と後輪速度を回転速度センサ等により別個に求め、両速度の差によりスリップの発生を検出する方法に比較して構成が簡単であり、また車輪速度検出センサが不要であり、コストを低減できる。
【００３７】
そして補助力供給開始時から所定時間経過時における上記電動モータの回転速度から求めた前輪車速が所定値以上の場合には惰性走行からの再加速状態であるつと判断するようにしたので、モータ回転速度に基づいてスリップの発生を判断するようにした場合に、再加速をスリップの発生と誤認識するのを防止できる。
【００３８】
また上記前輪速度が所定値未満の場合には車両停止からの発進状態と判断し、補助力供給開始から十分に長い時間（例えば３秒）経過後において、上記電動モータの回転速度から求めた前輪車速の一定時間毎の増加量が所定値以上のとき前輪がスリップしていると判断するようにしたので、電動モータの回転速度に基づいてスリップの発生を確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による補助力制御装置を備えた電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記補助力制御装置のブロック図である。
【図３】上記制御装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】上記補助力制御装置における補助比率特性を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態における補助力制御装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】上記第２実施形態装置における再加速と発進とを区別するための車速変化図である。
【符号の説明】
１電動補助自転車
９前輪
１３人力駆動系
１４補助力駆動系
１５ペダル
１８電動モータ
２６コントローラ（スリップ検出手段，補助比率制御手段）

Claims

ペダルに加えられた踏力を後輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に対して所定の補助比率となる補助力を電動モータから前輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両の補助力制御装置において、前輪のスリップの発生を検出するスリップ検出手段と、スリップの発生が検出されたとき上記補助力駆動系における補助比率を減少させ、上記スリップの解除が検出されたとき元の補助比率に戻す補助比率制御手段とを備えたことを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
請求項１において、上記スリップ検出手段は、前輪車速が後輪車速より所定値以上大の時に前輪のスリップが発生していると判断することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
請求項１において、上記スリップ検出手段は、補助力供給開始時から所定時間経過時における上記電動モータの回転速度から求めた前輪車速が所定値以上の場合には惰性走行からの再加速状態と判断し、所定値未満の場合には車両停止からの発進状態と判断し、該発進状態と判断した後において上記電動モータの回転速度から求めた前輪車速の増加率が所定値以上のとき前輪がスリップしていると判断することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。