JP2015514627A - ペダル駆動式車両の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ペダル駆動方式の車両、例えば自転車のモーター制御方法およびその装置に関している。この装置では、車両を少なくとも押し掛けする際に、車両内のモーターによってドライバーが支援される。この発明の中核は、車両を押し掛けする際のモーターによる自動駆動が、所定の状況において、少なくとも短時間だけ変更される、例えば、低減若しくは完全に中断されるようにした制御手段にある。

Description

本発明は、ペダル駆動式車両のモーターの制御のための方法並びにその制御装置に関している。

ここ数年来、人力駆動とモーター駆動の両方を備えた二輪車の使用が益々増えている。いわゆる“Ｅ-ｂｉｋｅ”や“Pedelec（Pedal Electric Cycle）”のような電動自転車は、ペダルを用いた駆動系のみならず、組込みモーターを用いた駆動系も有している。ここでのモーターは、電動自転車の構成に応じて、通常使用のもとでの唯一の駆動部として、あるいは、ペダル操作しているドライバーを支援する推進移動分担分の１つとして提供される。

さらに前記の組込み型モーターは、車両を押し出す際若しくは押し掛けする際のドライバーの支援も可能である。そのような押し掛けの際には、ドライバーによるペダル操作は行われないので、場合によっては電動自転車において、特殊な支援モードを設定する必要がある。

モーターを、前述したような押し出し若しくは押し掛けの際の支援用に利用するために、例えば電動自転車のＨＭＩや制御機器の相応の設定を介して所望の支援を設定することが可能である。この設定によれば、（押し出し若しくは押し掛けした）ドライバーは、引き続きスムーズに車両を推進移動させることが可能になる。なぜならこのモーターは、ドライバーによるペダル操作がなくても、ほぼ単独で当該電動自転車を推進方向に推進移動させることができるからである。このことは、ドライバーにとって、例えば側方若しくは中央に階段状の段部を有する（ベビーカーや荷物の）積み降ろし場を簡単に乗り越えて電動自転車を移動させることが可能になる利点をもたらす。しかしながらこの場合、モーターに固定的に連結され連動するペダルが、（押し掛けしている）ドライバーの下肢の高さにあることも考慮する必要がある。なぜなら、ドライバーはこのような状況（若しくは類似の状況）においては、回転するペダルに対して十分な注意を向けることができないまま当該ペダルによって簡単に下肢を怪我してしまう恐れがあり、特にこの場合はモーターがペダルをさらに動かしてしまう。

その上さらに、ペダルが突発的な障害物に衝突した場合、例えば階段状の段部や縁石に当たった場合にも、潜在的な危険が存在する。なぜなら、そのような障害物によってもはや車両の安全な押し掛けができなくなってしまうからである。

発明の開示
本発明によれば、ペダル及びモーター駆動式の車両、例えば自転車のための制御方法および制御装置に関している。この装置では、少なくとも車両の押し掛けの際に、車両内のモーターがドライバーを支援する。本願発明の中核は、車両の押し掛け過程の際に、モーターによる自動駆動が、所定の状況において、少なくとも短時間だけ変更される、例えば、低減若しくは完全に中断されるようにした制御手段にある。

この制御の利点は、ドライバーが押し掛け過程中に、一方では、モーター駆動の駆動力によって負荷の軽減を感じることができるが、但し、コントロールのできない駆動力によるペダル回転の突発的な抵抗に基づく負傷は避けられる点にある。

本発明によれば、この種の不所望な駆動力を回避するために、少なくとも１つのペダルの動作ないし状態が検出される。この少なくとも１つのペダルの動作ないし状態に依存して、モーターの駆動量ないし駆動出力が少なくとも短時間だけ変更ないし低減される。

本発明の有利な構成例によれば、ペダルの動作が、当接トルク、ペダルの（回転）速度ないし加速度若しくは制動特性量、回転数、ペダルに作用する作用力などに依存して検出される。

有利には、少なくとも１つのペダルの動作量又は状態量が、所定の閾値と比較され、当該閾値の上回り又は下回りに依存して、車両の駆動量が少なくとも短時間だけ変更される。それにより、例えば、ペダル動作の突発的な制動の際に、あるいは、ペダルが障害物に接触した際に現れる反力が検出された場合に、モーターの駆動出力が低減されるか又は完全に遮断される。

また任意のオプションとして、前記モーターないし駆動部を短時間だけ中断し、所定の持続時間が経過した後で、ペダルの動作量ないし状態量を改めて検査してみてもよい。

本発明のさらに別の利点は、以下の明細書で説明する実施例や従属請求項の記載からも明らかとなる。

本発明による装置の構造を概略的に示した図 本発明による制御方法の可能な実施例を示した図

本発明の実施形態
既に冒頭でも述べたように、本発明は、ペダルとモーターとが相互に連結され、支援モードとしてモーターによる押し掛けアシストが設けられている、ペダル及びモーター駆動式車両、例えば電動自転車に適用される。そこでは、ペダル動作量ないしペダル状態量の監視のために、制御装置１００が設けられており、この制御装置は、ＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）の中に、又は、別個の制御ユニット内に収容されていてもよい。図１に示すように、この制御装置１００内には、処理ユニット１１０が設けられており、この処理ユニット１１０は、一方では、少なくとも１つのセンサ１３０に接続され、他方では任意にメモリ１２０と接続されている。センサ特性量、例えばトルクセンサ１３０によって検出されたトルク１３５から出発して、前記処理ユニット１１０は、記憶されている閾値ＳＷ_Drehとの比較を実施する。引き続き、この結果に応じて、モーター１６０が駆動制御され、そこでは例えば駆動トルクないし総駆動出力が、部分的に若しくは完全に低減される。前記ペダルのトルク１３５の代わりに、適切なセンサ１４０を用いて、ペダルの（回転）速度、回転数、又は加速度が監視されてもよい。これらの特性量１４５を用いることでも、ペダルが障害物に接触しているか否か、突発的に制動されたか否かを検知することが可能である。最後に、ペダルが障害物に遭遇したときにペダルに作用する力１５５を直接検出する応力センサ１５０が利用されてもよい。この種の応力センサ１５０は、既にいくつかの電動自転車には既存のものであり、運転者によるアクセルペダルの操作量とモーターによる駆動力の支援の度合いを推定するために用いられている。もちろんメモリ１２０内に、検出された特性量毎に相応の閾値を記憶し、呼び出すようにすることも可能である。

次に本発明の監視方法ないし制御方法の可能なフローチャートを図２に示す。ここでは、支援モード若しくは押し掛けモードの初期化と共に、所定のアルゴリズムが自動的に開始されるようにしてもよい。しかしながら、代替的に、さらなる検査ステップ、すなわち、自転車の速度が、例えば典型的な押し掛け動作に相応する所定の閾値を下回っているか否かを検査する検査ステップを先行して行うようにしてもよい。この場合の閾値として、例えば時速４〜６ｋｍの値が考えられる。この検査ステップを用いることにより、通常の走行過程中の駆動の不所望な中断が回避される。

図２のフローチャートにおいて、アルゴリズムがスタートした後の最初のオプショナルステップ２００においては、自転車が完全に動きだしたか否かが検査される。自転車が停止している場合には、当該アルゴリズムは中断可能である。但しこのケースでは、支援モードないし押し掛けモードがスイッチオフされていることが前提とされる。続くステップ２１０では、ペダルの移動ないしは運動状態を特徴付ける特性量が検出される。既に述べたように、このようなペダルの移動ないし運動は、トルク１３５の検出、（回転）速度１４５の検出、回転数の検出、加速度の検出、又は、ペダルに作用する力１５５の検出によって、識別することができる。例えばペダルが障害物（例えば、階段、縁石、すね）に当たったことに起因するペダルの運動量の変化を検出するために、次のステップ２２０では、検出された特性量が突発的な変化を伴っているか否かが検査される。このことは、当該特性量が所定の閾値を上回っているかどうか、若しくは、下回っているかどうかを検査することによって達成される。例えば、急激な制動ないし減速に基づいて、ペダル運動の障害発生を検出することができるようになる。さらにトルクを考慮すれば、特性量の増加によって、ペダルが障害物に衝突したことを検出することができるようになる。ここでは、比較的小さな障害物を看過するために、必要に応じて、ゼロよりも大きな閾値を使用してもよい。しかしながら一般的には、この検査のために、閾値には、ゼロか又はゼロとは僅かに異なる値が使用され得る。閾値を超えていないこと、すなわちペダルが阻害されることなく動いていること、ないしは阻害が重要な影響を及ぼすほどではないことが検出された場合には、当該アルゴリズムが終了される。そうでない場合には、ステップ２３０においてモーター１６０が駆動制御される。このモーター１６０は、押し掛け支援のための推進力を提供する。この場合のモーター出力は、信号エッジを利用して、徐々に低減するか、あるいは直ちに低減してもよいし、完全に遮断してもよい。

ステップ２１０およびステップ２２０では、代替的実施例として、２つ以上の特性量の検出を行い、相応の閾値との比較を実施するようにしてもよい。このことは、２つの独立した値の検出によって、モーター制御への介入決定の際のペダルの障害に関する識別精度を高める利点となる。

図２のアルゴリズムの実行の際には、代替的に、ステップ２２０の前に、又は、ステップ２３０におけるモーターの駆動制御後に、ステップ２００若しくは２１０へのフィードバックループを実行するようにしてもよい。

Claims (11)

1. 車両を押し掛けする際にモーター（１６０）によってドライバーが支援される支援モードを備えている、ペダル駆動式車両のモーターの制御のための方法において、
   前記支援モードにて、
   少なくとも１つのペダルの状態量（１３５，１４５，１５５）を検出し、
   前記状態量に依存して、前記車両の前記モーター（１６０）による駆動ないし駆動出力を、少なくとも短時間だけ変更するようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記状態量は、
   トルク（１３５）、
   及び／又は
   （回転）速度（１４５）、
   及び／又は
   加速度、
   及び／又は
   回転数、
   及び／又は
   少なくとも１つのペダルに作用する作用力（１５５）
   を表している、請求項１記載の方法。
3. 前記状態量（１３５，１４５，１５５）は、所定の閾値と比較され、前記閾値を上回るかないしは下回った場合に、前記車両の駆動が少なくとも短時間だけ変更され、特に前記閾値は、ゼロないしはゼロ近傍の正の特性値である、請求項１または２記載の方法。
4. 前記支援モードにおいて、前記車両に作用する前記モーター（１６０）による駆動を低減させ、特に、前記駆動をゼロまで低減させる、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 前記モーター（１６０）を、前記ペダルの状態量に依存してクロック制御し、その際に、前記駆動の低減ないしは中断の後で、状態量の検査を改めて行う、請求項４記載の方法。
6. 前記支援モードにおいて、少なくとも１つのペダルが障害物に当たった場合に、前記車両に作用する前記モーター（１６０）による駆動を中断する、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 請求項１から６いずれか１項記載のペダル駆動式車両のモーターの制御のための方法を備えた制御装置であって、
   前記モーター（１６０）は、車両を押し掛けする際に当該モーター（１６０）によってドライバーが支援される支援モードを備えている、制御装置において、
   前記制御装置（１００）により、前記支援モードにおいて、
   少なくとも１つのペダルの状態量（１３５，１４５，１５５）が検出され、
   前記状態量に依存して、前記モーター（１６０）による前記車両の駆動ないし駆動出力が、少なくとも短時間だけ変更されるように構成されていることを特徴とする制御装置。
8. 前記制御装置（１００）は、前記状態量として、
   トルク（１３５）、
   及び／又は
   （回転）速度（１４５）、
   及び／又は
   加速度、
   及び／又は
   回転数、
   及び／又は
   少なくとも１つのペダルに作用する作用力（１５５）、
   を検出する、請求項７記載の制御装置。
9. 前記制御装置（１００）は、前記状態量（１３５，１４５，１５５）を所定の閾値、特に、ゼロないしはほぼゼロの大きさを有する閾値と比較し、前記閾値を上回るかないしは下回った場合に、前記制御装置（１００）は、前記車両の駆動を少なくとも短時間だけ変更するように構成されている、請求項７または８記載の制御装置。
10. 前記制御装置（１００）は、前記支援モードにおいて、少なくとも１つのペダルが障害物に当たっていることを識別した場合に、前記車両に作用する前記モーター（１６０）による駆動を少なくとも一時的に中断する、請求項７から９いずれか１項記載の制御装置。
11. 請求項７から１０いずれか１項記載の制御装置（１００）を備えていることを特徴とするペダル駆動式車両。

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