JP2008162374A - Driving force control device for electric-assisted bicycle, and electric-assisted bicycle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人力駆動と併せて補助的に電力駆動によって前進方向へ走行する電動アシスト自転車、及び該電動アシスト自転車における後輪を回転させる電動アシスト自転車用駆動力制御装置に関する。 The present invention relates to an electrically assisted bicycle that travels in a forward direction by electric power driving in addition to human power driving, and an electrically assisted bicycle driving force control device that rotates a rear wheel of the electrically assisted bicycle.
自転車は、走行に伴い路面の凹凸等の影響をうけて、本体フレームに振動が発生するが、この振動を吸収するための構造が、タイヤ、サドル等に設けられたサスペンション程度であることが一般的である。また、近年普及しつつある、走行中に電動モータを駆動することによって走行中に人力駆動と併せて補助的に電動モータを駆動する、いわゆる電動アシスト自転車においても例外でない。電動アシスト自転車は、アシスト機能により、乗り手にかかる負荷が通常の自転車よりも低減されるにもかかわらず、振動吸収性能は高くないため、走行時に乗り手が振動に対して違和感を覚えることは否めない。 Bicycles are affected by road surface irregularities as they travel, causing vibrations in the body frame, but the structure for absorbing this vibration is generally the suspension provided on tires, saddles, etc. Is. In addition, there is no exception in so-called electrically assisted bicycles, which are becoming popular in recent years, in which an electric motor is driven during driving to drive the electric motor in addition to driving manually. Even though the electric assist bicycle reduces the load on the rider by the assist function compared to a normal bicycle, the vibration absorption performance is not high, so it cannot be denied that the rider feels uncomfortable when driving. .
例えば、内燃機関とともに電動機或いは発電機を搭載した、いわゆるハイブリッド自動車の分野では、電動機から逆位相のトルクを出力することにより、エンジンのトルク振動を相殺する技術が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
ところが、上述した一般的な自転車及び電動アシスト自転車では、タイヤ、サドル等に設けられたサスペンション程度では振動吸収能力が低く、自動車、自動二輪車等にみられるようにサスペンション構造を充実させるなどして振動に対処することは、コスト増の要因となるため、一部の高性能自転車のみにしか適用できないというのが現状である。また、電動アシスト自転車は、基本的な構成のみであっても重量軽減が要求されるなかで、振動吸収のための構造を充実させることは、多大な重量増大を招くことにもつながり、電動アシスト自転車の取り扱い性を高めることが困難になるという問題があった。 However, in the general bicycle and the electric assist bicycle described above, the vibration absorption capacity is low at the degree of suspension provided on a tire, saddle, etc., and the suspension structure is enhanced as seen in automobiles, motorcycles, etc. Since dealing with this causes an increase in cost, it can be applied only to some high-performance bicycles. In addition, while power-assisted bicycles require only a basic configuration to reduce weight, enriching the structure for absorbing vibration also leads to a significant increase in weight. There was a problem that it was difficult to improve the handling of the bicycle.
そこで、本発明は、上述した従来の実情に鑑みて提案されたものであり、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することが可能な電動アシスト自転車用駆動力制御装置及び電動アシスト自転車を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described conventional situation, and an electrically assisted bicycle driving force control device and an electrically assisted bicycle capable of reducing a sense of incongruity with respect to vibrations during traveling felt by a bicycle rider. The purpose is to provide a bicycle.
上述した目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、人力駆動に併せて補助的な電力駆動を発生させて前進方向へ走行する電動アシスト自転車のための駆動力制御装置において、補助的な駆動力を発生させる電動モータと、車体フレームの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段により検出された車体フレームの振動波形を解析する波形解析手段と、解析して得られた車体フレームの振動の波形と逆位相の波形を生成する波形生成手段と、生成した波形を発生させるように電動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a driving force control apparatus for an electrically assisted bicycle according to claim 1 of the present invention generates an auxiliary electric power drive in conjunction with a human power drive and travels in a forward direction. In a driving force control device for a motor, an electric motor for generating an auxiliary driving force, a vibration detecting means for detecting vibration of the vehicle body frame, and a waveform analysis for analyzing a vibration waveform of the vehicle body frame detected by the vibration detecting means Means, a waveform generating means for generating a waveform having an opposite phase to the vibration waveform of the vehicle body frame obtained by analysis, and a drive control means for controlling the driving of the electric motor so as to generate the generated waveform. It is characterized by.
本発明の請求項1に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、振動検出手段によって車体フレームの振動を検出し、検出された車体フレームの振動波形を波形解析手段によって解析し、解析して得た車体フレームの振動波形と逆位相の波形を波形生成手段によって生成し、波形生成手段において生成した逆位相の波形を、補助的な駆動力を発生させる電動モータにおいて発生させる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a driving force control apparatus for an electrically assisted bicycle that detects vibrations of a vehicle body frame by vibration detection means, and analyzes and analyzes the detected vibration waveforms of the vehicle body frame by waveform analysis means. A waveform having a phase opposite to the vibration waveform of the vehicle body frame is generated by the waveform generation unit, and the waveform having the opposite phase generated by the waveform generation unit is generated by an electric motor that generates an auxiliary driving force.
したがって、本発明の請求項1に記載の発明によれば、車体フレームに発生する振動の逆位相を有する波形を電動モータにより発生させて、車体フレームで干渉させて相殺することにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。 Therefore, according to the invention described in claim 1 of the present invention, a waveform having an antiphase of vibration generated in the body frame is generated by the electric motor and is canceled by interference with the body frame, thereby It is possible to reduce a sense of incongruity with respect to vibration during traveling.
また、本発明の請求項2に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、電動モータのトルクを検出するモータトルク検出手段を備え、駆動制御手段は、モータトルク検出手段によって検出されたトルクが0のとき、生成した波形を発生させるように電動モータを前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electric assist bicycle driving force control device comprising motor torque detection means for detecting the torque of the electric motor, wherein the drive control means has a torque detected by the motor torque detection means. When 0, the electric motor is driven in the direction opposite to that in the forward direction so as to generate the generated waveform.
本発明の請求項2に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置は、モータトルク検出手段によって検出される電動モータのトルクが0のとき、車体フレームに発生する振動の逆位相を有する波形を電動モータにより発生させて、車体フレームで干渉させて相殺することにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。 According to a second aspect of the present invention, when the torque of the electric motor detected by the motor torque detecting means is zero, the electric assist bicycle driving force control device according to the second aspect of the present invention electrically drives a waveform having a reverse phase of vibration generated in the body frame. By generating by the motor and causing the body frame to interfere and cancel, it is possible to reduce a sense of incongruity with respect to the vibration during traveling that is felt by the rider of the bicycle.
また、上述した目的を達成するために、本発明の請求項3に記載の電動アシスト自転車は、補助的な駆動力を発生させる電動モータと、車体フレームの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段により検出された車体フレームの振動を解析する振動解析手段と、解析して得られた車体フレームの振動の波形と逆位相の波形を生成する波形生成手段と、生成した波形を発生させるように電動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを有する制御装置を備える。
In order to achieve the above-described object, an electrically assisted bicycle according to
本発明の請求項3に記載の電動アシスト自転車は、制御装置により、車体フレームの振動が検出され、検出された車体フレームの振動波形が解析され、解析によって得た車体フレームの振動波形と逆位相の波形が生成され、生成された逆位相の波形を電動モータで発生させる。
In the electrically assisted bicycle according to
したがって、本発明の請求項3に記載の発明によれば、車体フレームに発生する振動の逆位相を有する波形を電動モータにより発生させて、車体フレームで干渉させて相殺することにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。
Therefore, according to the invention described in
本発明によれば、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the discomfort with respect to the vibration at the time of the driving | running | working which the rider of a bicycle can feel can be reduced.
以下、本発明の実施形態として示す電動アシスト自転車とその制御装置について、図面を用いて詳細に説明する。図1に、電動アシスト自転車の側面外観を示す。図中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指している。 Hereinafter, an electrically assisted bicycle and its control device shown as embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side appearance of the electrically assisted bicycle. In the figure, “F” indicates the forward direction, and “R” indicates the backward direction.
本発明の実施形態として示す電動アシスト自転車1は、図1に示すように、人力駆動と併せて補助的に電力駆動によって前進方向へ走行する自転車であって、車体フレーム3をベースとして備えている。また、車体フレーム3の前部には、前輪5が回転自在に設けらており、車体フレーム3の後部には、後輪7が回転自在に設けられている。そして、車体フレーム3のハンガー部3aには、後輪7を補助的に回転させるための駆動力制御装置9が設けられている。
As shown in FIG. 1, an electrically assisted bicycle 1 shown as an embodiment of the present invention is a bicycle that travels in the forward direction by electric power driving in addition to human power driving, and includes a
駆動力制御装置9には、ペダルクランク軸がベアリングを介して回転自在に設けられている。なお、ペダルクランク軸の両端部は、ペダル11がクランク15を介して偏心してそれぞれ取り付けられている。ペダルクランク軸には、円形の駆動プレート17が図示しない一方向クラッチ(ワンウェイクラッチともいう)を介して同心状に設けられている。一方向クラッチとは、ペダルクランク軸が一方向(図1において時計回り方向、自転車がF方向へ進行するときの回転方向)へ回転するときにのみ、ペダルクランク軸と駆動プレート17とを連結するものである。また、駆動プレート17の外縁部には、後輪7側に回転力を伝達するエンドレス状のベルト(動力伝達部材)19を巻回可能な巻回部が形成されている。ベルト19は、後輪7に同心状に設けられた後輪プーリ21にも巻回されている。また、駆動力制御装置9に電力を供給するためのバッテリー23が設けられている。バッテリー23は、車体フレーム3に対して着脱可能であり、充電して使用することができる。
The driving
次に、駆動力制御装置9の構成の一例について、図2を用いて説明する。駆動力制御装置9は、主として、補助的な駆動力を発生させるための電動モータ31と、車体フレーム3の振動を検出する振動検出手段としての3軸加速度センサ32と、モータトルクを検出するモータトルク検出センサ37と、モータ回転数検出センサ38とを備えており、各種センサによる検知結果に基づいて該電動モータ31の駆動を制御するコントローラ30によって制御されている。
Next, an example of the configuration of the driving
電動モータ31は、乗り手がペダル11を踏み込む人力駆動に併せて補助的な電力駆動を発生させる装置である。
The
3軸加速度センサ32は、横方向(左右方向)の加速度及び前後方向の加速度を検出するセンサであり、車体フレーム3の振動を検出する振動検出手段として用いられている。この3軸加速度センサ32は、車体フレーム3の適宜位置に設けられている。
The
コントローラ30には、上述した3軸加速度センサ32と、モータトルク検出センサ37、モータ回転数検出センサ38とが電気的に接続されている。また、コントローラ30は、電動モータ31の制御を行うためのモータ制御プログラム等を記憶するROM(図示省略)と、このROMに記憶されたモータ制御プログラム等を読み取ってモータの制御を実行するCPU(図示省略)と、このCPUの作業領域を提供するRAM(図示省略)とを備えている。また、コントローラ30は、波形解析部33としての機能、波形生成部34としての機能、モータトルク指令値演算部35としての機能、モータ制御部36としての機能を有している。各機能の詳細は、次のようになる。
The
波形解析部33は、振動検出手段としての3軸加速度センサ32により検出された車体フレーム3の振動波形を解析し、解析結果を波形生成部34に供給する。
The
波形生成部34は、波形解析部33から供給される車体フレーム3の振動波形と逆位相の波形を生成し、生成した逆位相の波形を発生させるための信号をモータトルク指令値演算部35に供給する。
The
モータトルク指令値演算部35は、波形生成部34によって生成された、車体フレーム3の振動波形と逆位相の波形を発生させるための信号に基づいて、電動モータ31のトルクを指定するモータトルク指令値TPを算出する。
The motor torque command
モータ制御部36は、モータトルク指令値演算部37によって算出されたモータトルク指令値TPに基づいて電動モータ31を制御している。より具体的には、モータ制御部36は、電動モータ31に供給される電流値を制御している。
The
また、コントローラ30には、モータトルク検出センサ37と、モータ回転数検出センサとが接続されている。より具体的な制御として、モータトルク指令値演算部35は、モータトルク検出センサ37によって検出されたモータトルクが0のとき、波形生成部34によって生成された、車体フレーム3の振動波形とは逆位相の波形を、電動モータ31を前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させて発生させるような信号と、このときの逆方向のトルクを指定するモータトルク指令値TPを算出する。
The
続いて、コントローラ30におけるCPUによる一連の制振動作について図3を参照して説明する。なお、コントローラ30におけるCPUによる一連のモータ制御処理は、所定の周期(例えば4msec)毎に実行されるものとする。
Next, a series of vibration control operations by the CPU in the
まず、コントローラ30におけるCPUは、各種の検出センサの入力信号検知処理を実行する(ステップS1)。具体的には、車体フレームの振動を3軸加速度センサ32によって検出し、モータの回転数をモータ回転数検出センサ38によって検出し、モータトルク検出センサ37によってモータトルクを検出する。モータの回転数からは、当該電動アシスト自転車の車体速度を求めることができ、モータトルクからは、乗り手のペダル11に対する踏み負荷を求めることができる。
First, the CPU in the
次に、コントローラ30におけるCPUは、モータトルクが0か否か判別する(ステップS2)。モータトルクが0でなければ(ステップS2:NO)、ステップS1の工程から繰り返す。モータトルクが0であれば(ステップS2:YES)、ステップS3において、コントローラ30は、3軸加速度センサ32からの検出結果に基づいて、車体フレーム3の振動が所定の閾値以上であるか否か判別する。すなわち、3軸加速度センサ32における検出信号が所定の閾値を超えていれば、制振動作を行う必要がないものとして、ステップS1の工程から繰り返す。一方、3軸加速度センサ32における検出信号が閾値を超えていなければ、制振動作を行う。したがって、本実施形態では、コントローラ30におけるCPUは、所定の閾値を超える振幅を有する突発的な振動に対しては制振動作を行わず、継続する振動に対して制振動作を実行するようになっている。なお、本実施形態では、ステップS2では、モータトルクが0であるか否かを判別しているが、モータトルクの閾値は、0でなくてもよい。すなわち、完全な無負荷時以外で制振動作を行うような設定になっていてもよい。
Next, the CPU in the
コントローラ30におけるCPUは、ステップS4において、3軸加速度センサ32により検出された車体フレーム3の振動波形を解析する。続いて、ステップS5において、コントローラ30におけるCPUは、波形解析部33で解析された車体フレーム3の振動波形と逆位相の波形を生成する。コントローラ30におけるCPUは、ステップS6において、生成した逆位相の波形を発生させるための信号を、モータトルク指令値演算部35に供給する。コントローラ30におけるCPUは、続くステップS7において、波形生成部34によって生成された、車体フレーム3の振動波形と逆位相の波形を発生させるための信号に基づいて、電動モータ31のトルクを指定するモータトルク指令値TPを算出し、モータ制御部36に供給する。
The CPU in the
特に、モータトルク指令値演算部35は、モータトルク検出センサ37によって検出されたモータトルクが0のとき、波形生成部34によって生成された、車体フレーム3の振動波形とは逆位相の波形を、電動モータ31を前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させて発生させるようなモータトルク指令値TPを算出する。すなわち、本実施形態では、ペダル11に負荷がかかってない非アシスト時(又は無負荷時という)に、電動モータ31を逆方向に駆動させて制振動作が行われる。電動モータ31がモータトルク指令値TPに基づいて駆動されるとき、上述した生成した波形を有する振動を発生させることができる。
In particular, when the motor torque detected by the motor
図4に、3軸加速度センサ32により検出された車体フレーム3の振動波形(fin:細実線)と、波形を解析した後、生成された逆位相の波形(fout:太実線)の一例を示す。実際には、逆位相の波形を演算するタイムラグが存在するので、予測波形パターンを用意しておき、3軸加速度センサ32において所定の検出信号パターンが検出されたときに、予め用意された波形を発生させるモータトルク指令値TPをモータ制御部に供給してもよい。また、コントローラ30が、常に、振動波形のデータをRAM等に蓄積し、新たな予測波形パターンを算出するようにしてもよい。
FIG. 4 shows an example of a vibration waveform (f in : thin solid line) of the
以上説明したように、本発明の実施形態として示す駆動力制御装置9では、車体フレーム3の振動を検出し、検出された車体フレーム3の振動波形を波形解析部33によって解析し、解析して得た車体フレーム3の振動波形と逆位相の波形を波形生成部34によって生成し、波形生成部34において生成した逆位相の波形を電動モータ31に発生させるモータトルク指令値を算出することにより、電動モータにより発生される振動と、車体フレームに発生する振動とを干渉させて相殺することができる。これにより、自転車の乗り手が感じる走行時の振動に対する違和感を低減することができる。また、駆動力制御装置9は、電動モータ31のトルクを検出し、トルク0のとき、電動モータ31を前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させて車体フレーム3の振動とは逆位相の振動を発生させることにより、特に、乗り手がペダルをこがずに自転車が走行しているときの振動に対する乗り手の違和感を低減することができる。
As described above, in the driving
また、駆動力制御装置9を備える電動アシスト自転車1は、振動吸収のための充実した構造を備えなくともよいので、重量軽減につながり、電動アシスト自転車の取り扱い性を高めることができる。
Moreover, since the electric assist bicycle 1 provided with the driving
なお、本発明は、上述した実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 In addition, this invention is not restricted to description of embodiment mentioned above, In addition, it can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
1 電動アシスト自転車
3 車体フレーム
3a ハンガー部
5 前輪
7 後輪
9 電動アシスト自転車用駆動力制御装置
11 ペダル
15 クランク
17 駆動プレート
19 ベルト(動力伝達部材)
21 後輪プーリ
23 バッテリー
31 電動モータ
32 3軸加速度センサ
33 波形解析部
34 波形生成部
35 モータトルク指令値演算部
36 モータ制御部
37 モータトルク検出センサ
38 モータ回転数検出センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric assist
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記補助的な駆動力を発生させる電動モータと、
車体フレームの振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段により検出された前記車体フレームの振動波形を解析する波形解析手段と、
前記解析して得られた前記車体フレームの振動の波形と逆位相の波形を生成する波形生成手段と、
生成した前記波形を発生させるように前記電動モータの駆動を制御する駆動制御手段と
を備える電動アシスト自転車用駆動力制御装置。 In a driving force control device for an electrically assisted bicycle that travels in the forward direction by generating auxiliary power driving in conjunction with human power driving,
An electric motor for generating the auxiliary driving force;
Vibration detecting means for detecting vibration of the body frame;
Waveform analysis means for analyzing the vibration waveform of the vehicle body frame detected by the vibration detection means;
A waveform generating means for generating a waveform having a phase opposite to that of the vibration of the vehicle body frame obtained by the analysis;
And a drive control means for controlling the drive of the electric motor so as to generate the generated waveform.
前記駆動制御手段は、前記モータトルク検出手段によって検出されたトルクが0のとき、生成した前記波形を発生させるように前記電動モータを前記前進方向の駆動時とは逆の方向に駆動させることを特徴とする請求項1に記載の電動アシスト自転車用駆動力制御装置。 Motor torque detecting means for detecting the torque of the electric motor;
When the torque detected by the motor torque detecting means is 0, the drive control means drives the electric motor in a direction opposite to the forward driving direction so as to generate the generated waveform. The driving force control apparatus for an electrically assisted bicycle according to claim 1, characterized in that:
を備える電動アシスト自転車。 The electric motor for generating the auxiliary driving force; vibration detecting means for detecting vibration of the vehicle body frame; waveform analyzing means for analyzing the vibration waveform of the vehicle body frame detected by the vibration detecting means; Driving force control comprising: waveform generating means for generating a waveform having an opposite phase to the vibration waveform of the vehicle body frame obtained in the above; and drive control means for controlling the drive of the electric motor so as to generate the generated waveform Electric assist bicycle equipped with a device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006353134A JP2008162374A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Driving force control device for electric-assisted bicycle, and electric-assisted bicycle |
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2006
- 2006-12-27 JP JP2006353134A patent/JP2008162374A/en active Pending
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