JP2016141396A - 電動自転車のための発進制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の欠点に鑑みて、これを解消すべく改善を行うことである。【解決手段】本発明によれば、二輪車の電動駆動のために設けられたモータのための駆動制御信号を生成する処理ユニット又は方法において、運動特性量、特に、二輪車又はその部品の運動を表す速度を検出し、二輪車のサドル上の荷重を表す重量を検出し、モータのための駆動制御信号を、二輪車の運動とサドル上の失われた荷重とに依存して、少なくとも一時的に中断することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、二輪車、特に電動自転車（又は電動アシスト自転車）の電動式駆動部のために設けられたモータの駆動制御信号を生成する処理ユニット、及び、この種の処理ユニット内で実行される方法に関している。

近年益々人気が高まってきている電動自転車やペデレック（Pedelec）等、電気駆動式二輪車の場合、電気モータが設けられており、この電気モータは、ペダルの操作に依存して、二輪車におけるマニュアルの足こぎ動力に対してさらに付加的な推進力を可能にしている。その際、電気モータが駆動のためのマニュアルの足こぎ操作に対して付加的に掛かる補助の程度は、運転者によるペダル乃至クランクの踏み込み操作に依存して設定される。

電動自転車乃至ペデレックを使用する際には、次のようなことに注意を払う必要がある。即ち、従来の自転車では起こり得ないことであるが、電動自転車の場合にはモータの活性化を引き起こす可能性のあるいくつかの固有の挙動パターンである。

それにより、特定の発進過程においては、例えば、ペダル上に片足で立つと同時に自転車を前に押し出すために地面を蹴り出すステップが続き、サドル上に腰掛けた後で、場合によってはモータの活性化が伴い、それによって不所望な自動的前進移動が引き起こされることがある。このような付加的な前進移動は予め計算に入れておかないと、発進時の思わぬトラブルになりかねない。

事前に公開されなかった独国特許出願公開第１０２０１４２１２７５８号明細書からは、運転者の認証に応じて、二輪車の駆動を阻止できる盗難防止システムが公知である。ここでの認証は、運転中の、特に発進時の、典型的な個々の挙動パターンによって行われている。

独国特許出願公開第１０２０１４２１２７５８号明細書

本発明の課題は、従来技術の欠点に鑑みて、これを解消すべく改善を行うことである。

前記課題は、本発明により、評価手段が、前記駆動制御信号を、前記二輪車の運動と前記サドル上の失われた荷重とに依存して、少なくとも一時的に中断するように構成されることによって、解決される。

本発明を用いることにより、電動自転車やペデレックのような電動二輪車の下で、冒頭に述べたような蹴り出しステップやサドルへの飛び乗りが伴う押し出しによる特定の発進状況が処理されるようになる。そのために、処理ユニット、例えば、二輪車の駆動部のための制御機器及び方法が提案され、それらの支援により、そのような特定の発進状況を識別した場合には、駆動部が少なくとも一時的に非活性化され、遅延され、又は、完全に中断される。推進力の発生を阻止することにより、二輪車の運転者が付加的駆動を想定していない状況は回避され、二輪車は自制が効くように維持される。

ここでの本発明の背景にある中心的な構想は、重量センサを用いることによって、二輪車のサドル上の荷重を検出することにある。サドル上でいずれの荷重も識別されない限り、たとえ二輪車が動いていても、冒頭に述べたような特定のタイプの発進状況は推定されることはない。それは代替的に、モータが同じく非活性化される（なぜなら、例えば障害物に当たったときの思いがけないペダルの運動が、意図しない推進を引き起こす可能性があるからである）、通常の自転車を押している過程であってもよい。

サドル上の荷重の検出の他に、本発明によれば、二輪車の運動の検出又は二輪車の部品の運動の検出も、駆動制御信号の中断に要する条件を導き出すのに重要である。このために必要な運動センサには、車輪に取り付けられる速度センサや１つ以上のペダル又は足踏みクランクの運動を検出するセンサが挙げられる。さらにその他のセンサやセンサデータも、対応する運動特性量を導出するのに適している。ここでは例えば、ＧＰＳデータや加速度センサの適用も考えられるであろう。

前述した条件が存在する場合の駆動制御信号の生成を中断する代わりに、駆動制御信号の転送を中断させることも可能である。これについては、モータ駆動部の非活性化もモータによる推進が中断されるので同等の意味を持つ。

二輪車の通常運転中のその他の走行状況に対して特定の発進状況を限定するために、モータ駆動制御の中断は、所定の速度限界を下回った場合にのみ行われるようにしてもよい。これに対しては、典型的な速度に相応する時速２ｋｍ乃至時速７ｋｍの速度閾値が提案される。

さらに、二輪車の運動は存在するがサドルに荷重が掛かっていない場合に、モータの駆動制御を、例えば２秒、５秒又は１０秒だけ遅延させることも可能である。この遅延過程により、乗った瞬間に次のような推進力が発生することが回避される。即ち、運転者がまだ確実に二輪車に乗れていない状況で二輪車の操縦が困難になるような推進力が発生することである。但し、所定の時間が経過した後では、運転者はサドル上に着座してハンドルをしっかり握り、それによって付加的な推進力を十分にコントロールできる状況になることは想定することができる。

特定の発進状況が識別された場合に、二輪車の電動駆動部の段階的な運転開始が行われるようにしてもよい。そのために、まず第１の段階において、二輪車の付加的電動駆動が中断される。第２の段階では、二輪車に設けられたモータによって低減された駆動出力が可能となる。ここでの通常の駆動出力、即ち、低減されていない駆動出力とは、二輪車の使用に基づき通常モードでの支援レベルとして想定される計画的駆動出力である。第３の段階では、全ての計画的駆動出力がモータによって得られる。それは設定された支援レベルに従い、例えばクランクやペダルの踏込力に応じて得られるものであってもよい。

第１段階から第３段階まで明確に段階付けられた駆動出力の適応化の代わりに、連続的な適応化、例えば１０秒間に亘る適応化を行ってもよい。その際の第１の段階は、駆動力の完全な抑制を伴うものであってもよいし、非常に僅かな上昇を伴うものであってもよい。この僅かな上昇とは、例えば次のように構成され得る。即ち、二輪車の運転者は、そのような付加的推進力からはほとんど影響を受けることはないが、モータは所望の推進力を素早く供給できるように既に回転を始めるような構成である。

さらに任意付加的に、モータを、特定の発進状況の場合に、例えば第１の段階でアイドリング動作させることも可能である。

本発明のさらに別の実施形態によれば、二輪車の運動の時間的な特性を考慮することも可能である。その際には、二輪車が既に長時間に亘って動いていたか否か、又は、止まっていたか否かが識別されてもよい。これにより、例えば、信号機を前にした一時停止からの発進状況か否か、又は、二輪車の運転を初めて開始する時の発進状況か否かの予測が導出できるようになる。最初の発進状況においては駆動部活性化の比較的短い中断が必要であるのに対して、第２の状況では比較的長い中断が有利である。

さらに、運動特性量の時間的特性は、特定の発進状況に対する徴候にもなり得る。例えばペダルに足を載せ、自転車の押し出し過程がそれに伴い、引き続き乗車する時に他方の脚がサドルを超えるような場合、二輪車における典型的な運動のパターンが識別可能となる。これに対しては、例えばペダルやクランクに設けられた加速度センサ、踏込み周波数センサ又はトルクセンサからの各信号が役立つ。

さらに傾きも、相応のセンサを用いることによって、走行路に対する側方方向でも又は勾配の形態でも検出することができ、特定の発進状況の識別に含ませることが可能である。例えば、運転者がちょうど上り坂にさしかかり、より大きな踏込み力でペダルをこぐためにサドルから腰を上げると、もはやサドルには全く荷重が掛からなくなることが起こり得る。このようなケースでは、速度が過度に緩慢な運動を示すように変化するため、場合によっては駆動部による支援が非活性化される。それに対して、運動の時間的履歴だけでなく勾配も考慮するならば、このような状況は相互に制限できる。同様に二輪車の両側面に対する大きな揺動も、発進しているときや乗り込むときの状況に対する徴候になり得る。

また、駆動部の駆動制御の中断が、手動のキー操作又は電子キーを用いて任意に行われるようにしてもよい。それにより、駆動部の制御機器のスイッチオンによって既に駆動部の所定期間の非活性化が誘起される。このことは、例えば、二輪車のキーホール内のキーの存在の検出によって、又は、駆動システムのＰｉｎコード方式の活性化キーの検出によって行われてもよい。

さらなる利点は、以下の実施例の説明乃至従属請求項から明らかとなる。

本発明の実施が可能な実施形態のブロック回路図。 本発明を実行に移すことが可能なアルゴリズムを説明するためのフローチャート。 本発明を実行に移すことが可能なアルゴリズムを説明するためのフローチャート。

少なくとも部分的に電気的駆動が可能な二輪車、例えば電動自転車又はペデレックの発進制御のための本発明に係る装置１００は、例えば制御機器内において実現可能となるように、図１に示されているような評価ユニット１１０を有している。この評価ユニット１１０内では、図２又は図３のフローチャートに従った方法の少なくとも１つが実行可能であり、それらを用いて発進条件が検出され、二輪車のモータ１７０のための駆動制御信号が導出される。

冒頭に述べたような二輪車の特定の発進条件を識別するために、評価ユニット１１０は、１つ以上の異なるセンサのセンサ量を受け取る。これらのセンサは、他の開ループ及び／又は閉ループ制御の目的で当該電気的駆動が可能な二輪車に既存のものであり、又は、発進条件の識別のために特別に設けられている。

ペダルセンサ１２０、例えばトルクセンサ、応力センサ又は運動センサを用いて、ペダルの運動とペダルの回転とが検出される。重量センサ１３０を用いて、サドル上の荷重が検出される。この重量センサ１３０を用いて、最低重量の検出、又は、サドル平面上に分散した重量の検出が行われる。さらに、相応の傾きセンサ１４０を用いて二輪車の傾きを検出することも可能である。例えば発進の際に所定の閾値を下回って存在する運動や速度は、速度センサ１５０によって検出可能である。さらに速度信号の時間特性を考慮することによって、冒頭に述べたような片足による押し出しの技法が識別される。さらにその支援によって発進状況又は押し出し状況が推測可能なその他のセンサ１６０の信号も検出可能である。ここでは例示的に加速度センサ又はＧＰＳセンサを取り上げる。また、二輪車を最初に運転開始するときの徴候も（例えば、キーの検出、又は、エンジン制御部内のスタート命令の存在）、これらの状況識別に利用することが可能である。この種の情報は、別個のセンサなしでも電子信号の形態で、評価ユニット１１０における評価が可能である。

図２によるアルゴリズムを用いることにより、二輪車の識別された特定の発進状況乃至一般的な押し出し状況から出発して、モータの活性化及び／又はモータの運転が、中断、低減又は延期される。これについては、第１のステップ２００において、二輪車の運動が、例えばイエス／ノー情報の形態で検出される。次のステップ２１０において、発進条件又は押し出し状況が識別されると、次のステップ２２０において、二輪車の電動駆動部の遮断、非活性化又は遅延がアルゴリズムの終了前に行われる。一方、例えば二輪車の運転の時間履歴が考慮されて発進条件の存在が何も確認できない場合には、前記ステップ２２０が省略されて、当該アルゴリズムが終了され得る。

図２のアルゴリズムは、任意に規則的な時間間隔で、又は、識別された特定の発進状況乃至押し出し状況に基づいて、開始させることが可能である。また代替的に、当該アルゴリズムの終了前に、新たにステップ２００において二輪車の運動を検出する、制御ループを設けてもよい。

発進又は押し出し状況の識別の最も簡単なケースは、ステップ２１０において、サドル上の荷重の有無を検査することからなる。このために重量センサ１３０のセンサ信号が検出され、検査される。それにより、運転者がサドルに着座してないことが識別された場合には、駆動が遮断、非活性化又は遅延される。

発進又は押し出し状況のさらに別の識別（この場合もモータの活性化は中断されるべきである。）は、図３のフローチャートに基づいて例示的に説明する。この場合、第１のステップ３００では、二輪車の運動、速度、及び／又は、傾きを表す特性量が検出される。一方、ステップ２００では、発進又は押し出し状況がそこから導出可能な少なくとも１つの具体的な運動特性量が検出される。この場合の典型的な量は、二輪車の速度信号の他に、ペダルの回転速度及び／又は回転トルク、乃至、二輪車の加速度であってもよい。さらに付加的に、サドルの占有状態が例えば前述の重量センサ１３０を用いて検出されてもよい。また、二輪車の電気的駆動部のスタート条件を、例えばキーによる活性化又はシステム制御機器内若しくは評価素子内のＰｉｎコードの検出によって、任意に識別することも可能である。さらに別の実施形態によれば、二輪車の実際の利用状況についての予測を立てるために、時間的な特性、即ち、運動、速度、傾き、シート占有状態、及び／又は、駆動システムの活性化の履歴を検出することも可能である。

それに続くステップ３１０では、個々の特性量から、又は、ステップ３００において挙げられた特性量の全ての総観から、前述した特定の発進状況及び／又は押し出し状況を識別するために、利用状況の評価がそこから導出される。この種の特定の発進状況が識別された場合には、次のステップ３２０において、モータを駆動制御するための相応の情報が生成される。これらの特性量から発進状況及び／又は押し出し状況が全く識別できない場合には、当該アルゴリズムが終了される、又は、ステップ３００でもって新たに開始される。また、特定の発進状況及び／又は押し出し状況が識別された場合であって、駆動部の非活性化が必ずしも必要でない場合に、当該アルゴリズム自体を、ステップ３００によって継続させることを任意に行うことも可能である。

発進状況の特定のタイプを識別するための実質的な徴候は、サドル上の荷重状態である。例えばサドル上の着座は、ペダル上の片足立ちと押し出しとによって二輪車が既に動き出した後で初めて行われる。似たような条件は、通常の押し出し過程においても存在する。それ故、二輪車の運動が識別され、サドル上で荷重が全く記録されないときには、推進力の抑制のために、駆動部が完全に非活性化されて出力の低減がなされ、又は、時間的に遅延されて駆動制御される。そのため、例えば、特定の発進状況を識別した後で最初の２．５秒後又は１０秒後に、駆動部を、完全に、段階的に又は連続的に、増加する出力で動作させることも可能である。

その際、二輪車の電気モータによる駆動部は、例えば、第１の段階において完全に中断される。第２の段階では、設定型支援プロファイルの通常の駆動出力と比較して低減された駆動出力が、例えばクランクの回転周波数又は回転トルクに依存して生成される。最後に第３の段階では、設定すべき支援に相当する完全な駆動出力が生成される。例えば、この駆動制御は、第１の段階に対しては２秒乃至３秒間持続され、第２の段階に対しては３秒乃至７秒間持続されるようにしてもよい。引き続き第３の段階に対しては、当該分野で公知である設定型支援レベルに相当するように、二輪車の、特に電動自転車の正規の駆動制御が行われる。

別の実施形態によれば、さらに付加的に、二輪車の速度を考慮することも可能であり、その際には例えば加速度量から、あるいはＧＰＳデータに基づいて速度が推定される。それにより、例えば運転者が乗り込む際に短時間だけサドルから体を持ち上げた場合等の走行中にモータが非活性化されることが除外される。さらに、駆動部の非活性化、低減又は遅延を、この種の特定の発進状況に対する典型となる所定の速度閾値を下回った場合にだけ行うようにしてもよい。この速度閾値に対する典型的な値は、時速２ｋｍ、時速５ｋｍ又は時速７ｋｍであり得る。

代替的に又は付加的に、二輪車の運動の時間的な特性を考慮することも可能である。それにより前述したような発進のタイプでは、二輪車の速度乃至加速度の変動が監視される。なぜなら、着座したままの押し出しは連続的ではなく、断続的に起こるからである。それ故、運動特性量を用いてこの種の速度及び／又は加速度の突発的乃至変動的な変化が検出された場合には、特定の発進状況が示唆され得る。例えば加速度量の場合には、この種の発進の際に正又は負の値が監視され得る。

さらに特定の発進状況を識別するために、ペダルの運動及び／又は位置が考慮されてもよい。それにより、片足立ちのもとで発進の間にペダルが下方の位置からわずかだけ動く。その上さらにペダルは、（自転車を）前後に押して移動させている間は小さな円半径の中で運動している。また、特定の発進条件の識別のために、傾きを任意に利用することも可能である。その際には、側方の傾斜だけでなく長手方向の傾斜も、即ち、勾配も考慮することが可能である。既述の発進状況の場合には、長手軸周りのローリングが監視されてもよい。なぜなら、二輪車の運転者は、まだバランスが取れていないからである。同じように勾配の考慮の下では、運転者が例えば乗り込むときに短時間だけサドルから体を浮かせている走行状況が識別され得る。この考慮により、サドルの占有が伴わない緩慢な上り坂走行も、特定の発進状況から区別することができるようになる。

特定の発進状況の存在に対するさらに別の示唆は、駆動システムの活性化を検出することにある。これによれば、駆動システムを活性化させるキー、又は、駆動モータだけを活性化させるキーに依存して、前述したような駆動システムの運転状態を推定することが可能である。同じような機能は、多くの電動自転車において電気モータの制御部として用いられているＨＭＩ、即ち、ヒューマンマシンインタフェースの活性化でも実現する。

前述した全ての実施形態は、個別に用いることも、組み合わせにより用いることも可能であることを述べておく。

１００ 処理ユニット
１１０ 評価手段
１２０ ペダルセンサ
１３０ 重量センサ
１４０ 傾きセンサ
１５０ 速度センサ
１６０ その他のセンサ
１７０ モータ

Claims (11)

1. 二輪車の電動駆動のために用いられるモータ（１７０）のための駆動制御信号を生成する処理ユニット（１００）であって、
   評価手段（１１０）が設けられており、
   前記評価手段（１１０）は、
   運動センサ（１２０，１４０，１５０，１６０）を用いて運動特性量、特に、前記二輪車又はその部品の運動を表す速度を検出し、かつ、
   重量センサ（１３０）を用いて、前記二輪車のサドル上の荷重を表す重量を検出し、かつ、
   前記モータ（１７０）のための駆動制御信号を生成する、処理ユニット（１００）において、
   前記評価手段（１１０）は、前記駆動制御信号を、前記二輪車の運動と前記サドル上の失われた荷重とに依存して、少なくとも一時的に中断するように構成されていることを特徴とする、処理ユニット（１００）。
2. 前記評価手段（１１０）は、前記二輪車の速度が時速７ｋｍ未満の場合に、前記モータ（１７０）のための前記駆動制御信号を中断する、請求項１に記載の処理ユニット（１００）。
3. 前記評価手段（１１０）は、前記モータ（１７０）の駆動制御を、２秒、５秒又は１０秒遅延させる、請求項１又は２に記載の処理ユニット（１００）。
4. 前記評価手段（１１０）は、前記駆動制御信号を用いて前記モータ（１７０）の駆動出力を、少なくとも３つの順次連続する段階において増加させ、第１の段階においては、駆動制御を中断し、第２の段階においては、設定される支援モードよりも低減された駆動出力のための駆動制御信号を生成し、第３の段階においては、前記設定される支援モードのための完全な駆動出力を発生させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の処理ユニット（１００）。
5. 前記評価手段（１１０）は、前記運動特性量及び／又は前記重量の時間変化を検出し、前記時間変化に依存して前記駆動制御信号を中断する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の処理ユニット（１００）。
6. 前記評価手段（１１０）は、前記駆動制御信号を、さらに付加的に、駆動システムの検出された活性化信号の存在に依存して中断し、特に活性化キー又はピンコードが検出されたときに中断する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の処理ユニット（１００）。
7. 二輪車の電動駆動のために設けられたモータ（１７０）のための駆動制御信号を生成する、特に請求項１乃至６のいずれか一項に記載の処理ユニット（１００）乃至評価手段（１１０）において実施される方法であって、
   運動特性量、特に、前記二輪車又はその部品の運動を表す速度を検出し、かつ、
   前記二輪車のサドル上の荷重を表す重量を検出する、方法において、
   前記モータ（１７０）のための駆動制御信号を、前記二輪車の識別された運動と前記サドル上の失われた荷重とに依存して、少なくとも一時的に中断することを特徴とする方法。
8. 前記モータ（１７０）のための前記駆動制御信号を、前記二輪車の速度が時速２ｋｍ未満の場合に中断する、請求項７に記載の方法。
9. 前記モータ（１７０）への前記駆動制御信号の生成及び／又は転送を、２秒、５秒又は１０秒遅延させる、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記駆動制御信号は、前記モータ（１７０）の駆動出力が少なくとも３つの順次連続する段階において増加されるように生成され、第１の段階においては、駆動制御が中断され、第２の段階においては、設定される支援モードよりも低減された駆動出力のための駆動制御信号が生成され、第３の段階においては、前記設定される支援モードのための完全な駆動出力が発生する、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記運動特性量及び／又は前記重量の時間変化を検出し、前記時間変化に依存して前記駆動制御信号を中断する、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の方法。

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