JP2011168181A - 電動アシスト自転車用モータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動アシストが付加され、踏み力Tが周期的に変化する自転車の走行時において、踏み力Tが低化する周期であっても、モータ出力の算出に用いる仮想踏み力Tvの最小値を引き上げることにより、モータ出力の低化を抑制することができ、自転車出力の振幅を低減することが可能となる。
【選択図】図3
Description
図7は従来のモータ制御方法における踏み力とモータ出力の推移を示す概略図である。
図7に示すように、電動アシスト自転車における自転車出力は、ペダルの踏み力と、踏み力に応じたモータ出力とを合計した出力となる。通常、モータ出力は自転車の速度によってアシスト率を変化させるが、図7では、速度が一定の場合の出力変化を例示している。
例えば、図7のBにおいて、踏み力は0であり、モータ出力および自転車出力はいずれも0となる。また、踏み力が最大となるCにおける踏み力xとすると、モータ出力が加算されて自転車出力はXとなる。したがって、一定の速度で走行しようとしても、踏み力の周期的な変化により、自転車出力は走行中に最大Xの幅で変化していた。アシストがない場合には自転車出力の振幅がxであったのに対し、電動アシストを付加することにより、自転車出力の振幅がXとなり、電動アシストにより自転車出力の振幅も増大されていた。
また、前記第1の係数が1.4、前記第2の係数が1.4、前記第3の係数が0.8であっても良い。
また、車速を細かく制御する走行状況では、前記第3の係数を0.5とすることが好ましい。
以上により、電動アシストを付加した場合であっても、自転車出力の振幅の増大を抑制することができる。
図1は本発明のモータ制御方法で制御されたモータ出力および自転車出力の推移を踏み力との関係で示す概略図である。
(実施の形態1)
図1に示すように、自転車のペダルを踏む場合、踏み力は、0から最大値xの間を周期的に変化する。一般的に、電動アシスト自転車においては、この踏み力にアシスト率をかけて求めた電動モータの出力を自転車の駆動に付加して自転車出力とすることにより、自転車の駆動力をアシストしている。
図2は実施の形態1におけるモータ制御方法を説明する図である。
図2に示すように、踏み力を以下に説明する所定の条件で補正して仮想踏み力を算出し、仮想踏み力に一定のアシスト率をかけてモータ出力する。まず、停止状態等の踏み力が最小値である状態からペダルを踏み込んでいくと、踏み力が最大値xとなる時間Aまでの間は、踏み力を仮想踏み力とし、仮想踏み力に比例してモータ出力が大きくなっていき、Aにおけるモータ出力はx1になる。その後、踏み力はxから小さくなっていくが、本発明では、踏み力がxから小さくなったとしても、所定の時間t_holdの間、仮想踏み力をxに維持してモータ出力をx1で維持する。そして、所定の時間t_hold経過後、所定の傾きで時間に比例して低化させた直線を用いて仮想踏み力を算出し、仮想踏み力からモータ出力を算出する。その後踏み力が上昇に転じ、一定の傾きで低化させた仮想踏み力を超える場合には、再び仮想踏み力を踏み力と一致させる。そして、求めた仮想踏み力からモータ出力を算出する。このように、踏み力の上昇過程から最大値までは仮想踏み力を踏み力と一致させ、踏み力が低化していく過程では、踏み力を補正して最小値を引き上げた仮想踏み力を算出する。そして、このように定めた仮想踏み力に所定の比率αをかけることによりモータ出力を算出している。このため、モータ出力の最大値を変化させずに最小値を引き上げすることができ、踏み力とモータ出力を合わせた自転車出力の最大値と最小値との差を低減することができる。これにより、走行時のギクシャク感を低減して乗り味を向上させると共に、安全性を確保することができる。
図3は本発明の仮想踏み力を算出する方法を例示する図、図3は本発明の仮想踏み力を算出する方法を例示するフロー図である。
以上のように、踏み力Tが0になる場合であっても、少なくとも仮想踏み力TvがTdec以上を確保することができる仮想踏み力Tvを用いてモータ出力を算出し、踏み力Tとモータ出力とを合算してその時点の自転車出力として自転車を走行させることができる。モータ出力の最小値を引き上げることにより、自転車出力の最小値を引き上げることができるため、踏み力より求めた駆動力の振幅を小さくすることができ、ギクシャク感を低減することができる。これにより、走行時のギクシャク感を低減して乗り味を向上させると共に、安全性を確保することができる。
まず、図3を用いて、時間t_holdの算出方法の例を詳細に説明する。
図3に示すように、まず、踏み力Tが上昇を始めてから踏み力Tが最大値Tmaxとなる時間Aまでの踏み力Tを表すグラフの面積S1を算出する。次に、時間Aから最大値Tmaxを時間t_hold維持し、その後、あらかじめ定めた傾きaで低化する直線Tdecを定義する。そして、最大値Tmaxを維持した直線と直線Tdecと踏み力Tを表すグラフとで囲まれた領域の面積S2が面積S1のβ’倍となるように時間t_holdを算出する。ここで、β’はその後算出する半サイクル中の仮踏み力Tvを表すグラフの面積が半サイクル中の踏み力Tを表すグラフの面積に係数βをかけた値になるように経験的に求めた値を用いる。また、係数αと係数βと係数β’を用いて仮踏み力Tvおよびモータ出力を算出することにより、踏み力Tに所定のアシスト率をかけたモータ出力を算出している。例えば、α=1.4,β=1.4,β’=0.8とすることにより、アシスト率をおよそ2とすることができる。
(実施の形態2)
実施の形態1においては、仮想踏み力Tvを求める際に、面積S1と面積S2の面積比がS1:S2=1:0.8となるようにモータ出力の維持時間t_holdを算出したが、走行開始直後や車速を細かく制御している場合等の走行が安定していない状況では、面積比をより小さくし、S1:S2=1:0.5程度に制御することが好ましい。面積比を小さくすることにより維持時間t_holdが小さくなる。そのため、踏み力を弱めた時のモータ出力の低化が早くなり、ペダルの踏み力に対するレスポンスが向上し、車速の細かい制御を容易に行うことが可能となる。
実施の形態1と同様に、まず、踏み力Tが上昇を始めてから踏み力Tが最大値Tmaxとなる時間Aまでの踏み力Tを表すグラフの面積S1を算出する。次に、時間Aから最大値Tmaxを時間t_hold2維持し、その後、あらかじめ定めた傾きaで低化する直線Tdecを定義する。そして、最大値Tmaxを維持した直線と直線Tdecと踏み力Tを表すグラフとで囲まれた領域の面積S2が面積S1のβ”倍となるように時間t_hold2を算出する。ここで、β”はβ’よりも小さい値とし、例えば、β’が0.8であればβ”を0.5程度とする。以後、実施の形態1と同様に仮想踏み力Tvを算出する。そして、仮想踏み力Tvからモータ出力を算出し、踏み力Tvとモータ出力とを合わせて自転車出力とする。
Claims (9)
- ペダルの踏み力の時間的推移を測定すると共に前記踏み力の最大値を検出する踏み力測定工程と、
最小値が前記踏み力の最小値より大きくなる仮想踏み力を前記踏み力から算出する仮想踏み力算出工程と、
前記仮想踏み力に第2の係数をかけてモータ出力を算出するモータ出力算出工程と、
前記踏み力と前記モータ出力とを合わせた自転車出力を自転車の駆動力として算出する自転車出力算出工程と
を有し、前記仮想踏み力の増加中では前記踏み力が最大値となるまでは前記踏み力と前記仮想踏み力を一致させると共に、前記ペダルの半回転中において、前記仮想踏み力の総和が前記踏み力の総和に対して1より大きい第1の係数をかけた量となり、前記第1の係数と前記第2の係数を合わせてアシスト率となることを特徴とする電動アシスト自転車用モータ制御方法。 - 前記仮想踏み力算出工程が、
前記踏み力の最大値までは前記踏み力を前記仮想踏み力とする第1の工程と、
前記仮想踏み力として所定の維持時間前記踏み力の最大値を維持する第2の工程と、
前記踏み力の最大値を維持した後に前記踏み力を一定の割合で減少させる仮想直線を想定する第3の工程と、
時間毎に前記踏み力と前記仮想直線の値を加算して加算値を算出する第4の工程と、
前記加算値が前記踏み力の最大値を超える時間では前記踏み力の最大値を前記仮想踏み力とし、前記加算値が前記踏み力より小さい時間では前記踏み力を前記仮想踏み力とし、前記加算値が前記踏み力の最大値と前記踏み力の間となる時間では前記加算値を前記仮想踏み力とする第5の工程と
を有することを特徴とする請求項1記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。 - 前記第4の工程において、
前記踏み力が前記仮想直線より大きくなる時間から前記踏み力が前記加算値より大きくなる時間までの間に関しては、前記仮想踏み力を前記仮想直線の2倍とすることを特徴とする請求項2記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。 - 前記維持時間を求める際に、
前記踏み力の増加開始から前記踏み力の最大値を検出するまでの前記踏み力の総和を第1の面積として算出する工程と、
前記踏み力の最大値を維持した部分の前記仮想踏み力,前記仮想直線および前記踏み力とで囲まれた第2の面積が前記第1の面積に第3の係数をかけた面積となるように前記維持時間を求める工程と
を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。 - 前記第1の係数が1.4、前記第2の係数が1.4であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。
- 前記第1の係数が1.4、前記第2の係数が1.4、前記第3の係数が0.8であることを特徴とする請求項4記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。
- 前記第1の係数が1.4、前記第2の係数が1.4、前記第3の係数が0.5であることを特徴とする請求項4記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。
- 車速を細かく制御する走行状況では、前記第3の係数を0.5とすることを特徴とする請求項6記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。
- 前記車速を細かく制御する走行状況の判断を、車速,ペダルの回転数または車速の変化率があらかじめ定めた範囲内であるかどうかにより行うことを特徴とする請求項8記載の電動アシスト自転車用モータ制御方法。
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