JP2019147528A - 電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法、電動アシスト自転車用制御装置、電動アシスト自転車用パワーユニットおよび電動アシスト自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な制御方法で複数の異なるシーンに応じて好ましいアシスト力が得られる、電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法を提供する。【解決手段】電動補助自転車１のアシスト力Ｅの算出方法であって、ペダルに入力される瞬時踏力Ａを踏力センサ５７から取得し、クランク軸４１のクランク進角ωを分解能が９０°未満である進角センサ５６から取得し、少なくとも瞬時踏力Ａとクランク進角ωに基づいてアシスト力Ｅを決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法、電動アシスト自転車用制御装置、電動アシスト自転車用パワーユニットおよび電動アシスト自転車に関する。

電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法として、特許文献１の技術が知られている。特許文献１に記載の算出方法では、入力トルクに平滑化処理を施して平滑化トルクを得て、この平滑化トルクに基づいてアシスト力を算出している。入力トルクから平滑化トルクを算出するに際しては、入力トルクの１周期に相当する可変期間における入力トルクのトルク値の移動平均を平滑化トルクとしている。

ところで、走行シーンに応じて、入力トルクの変動に応じて素早くアシストトルクを変動させたい場合と、入力トルクが変動しても滑らかにアシストトルクを変動させたい場合とがある。そこで特許文献１は、入力トルクの変動に対してどの程度機敏にアシストトルクを変動させるかを、平滑度という度合いで調整している。特許文献１は、移動平均を算出する際に用いる入力トルクのトルク値の個数を減らすことによって、平滑化率を小さくしている。例えば平滑化率が大きい場合は、入力トルクの１周期のうちの４点のトルク値から求めた移動平均を平滑化トルクとして算出する。また、平滑化率が小さい場合は、入力トルクの１周期のうちの２４点のトルク値から求めた移動平均を平滑化トルクとして算出する。

つまり、特許文献１の算出方法は、移動平均を算出するための入力トルクのサンプリング時間を変動させることにより平滑化率を変更している。ペダル負荷に応じてこのサンプリング時間を変動させることにより、乗員にとって快適なアシストフィーリングを実現している。

特開2016-168894号公報

特許文献１において、ペダル負荷に応じて平滑化率が制御されている。例えば、ペダル負荷が小さいときには平滑化率が小さく設定されている。これにより、ペダル負荷が小さい状態において加速するために入力トルクが急激に増加した場合に、アシスト力を入力トルクの変化に追従させやすい。これにより、応答性がよい乗員の意思に沿った適切なアシスト力が得られる。

しかしながら、特許文献１に記載の算出方法においては、シーンごとにシーンに適した算出モードを設定する必要がある。例えば、平坦路を走行中に急に加速したい場合には、上記したように、ペダル負荷が低いほど平滑化率が低い方が好ましい。一方で、ペダル負荷が低いほど平滑化率が低いと、ペダル負荷が高い上り坂を登坂中にペダルの上死点と下死点で弱まるペダル負荷に応じてアシスト力も弱まってしまう。この場合には、ペダル負荷が高いほど平滑化率が高い方が好ましい。

このように、乗員のアシストフィーリングを高めるためには、シーンに応じてペダル負荷が高いほど平滑化率を高くするか、低くするか、平滑化率をどのくらいに設定したらよいか、といったモードを細かく設定する必要がある。あらゆるシーンを想定してあらゆるモードを設定することは煩雑である。

そこで本発明は、簡易な制御方法で複数の異なるシーンに応じて好ましいアシスト力が得られる、電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法、電動アシスト自転車用制御装置、電動アシスト自転車用パワーユニットおよび電動アシスト自転車を提供する。

本発明によれば、
電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法であって、
ペダルに入力される瞬時踏力(instant pedaling force)を踏力センサから取得し、
クランク軸のクランク進角を、分解能が９０°未満である進角センサから取得し、
少なくとも前記瞬時踏力と前記クランク進角に基づいて前記アシスト力を決定する、アシスト力の算出方法が提供される。
また、上記方法を実行可能な電動アシスト自転車用制御装置、電動アシスト自転車用パワーユニットおよび電動アシスト自転車が提供される。

本発明によれば、簡易な制御方法で複数の異なるシーンに応じて好ましいアシスト力が得られる、電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法、電動アシスト自転車用制御装置、電動アシスト自転車用パワーユニットおよび電動アシスト自転車が提供される。

本発明の実施形態に係る電動アシスト自転車の側面図である。 実施形態に係る電動アシスト自転車の機能を示すブロック図である。 実施形態に係る制御装置が出力する仮想踏力の走行シーンに応じた変動を表す概念図である。 実施形態に係る制御装置が実行する処理のフローチャートである。 クランク進角補正係数の一例を示すグラフである。（ａ）は本実施形態において用いるクランク進角補正係数を示し、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は変形例に係るクランク進角補正係数を示す。 上り坂から平坦路にかけて走行する際に出力されるアシスト力を示す図であり、（ａ）は従来例に係る制御方法により算出されるアシスト力を示し、（ｂ）は本実施形態に係る制御方法により算出されるアシスト力を示している。

以下、本発明の実施形態について、図１を参照しながら説明する。なお、図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものとは限らない。

以下の説明において、前方、後方、左方及び右方は、ハンドル２３を握りつつ電動アシスト自転車のシート２４に着座した運転者から見た前方、後方、左方及び右方を意味する。

まず、本発明の実施形態に係る電動アシスト自転車について説明する。
＜電動アシスト自転車の全体構成＞
図１に示すように、電動アシスト自転車１は、ペダル３３，３４と電動モータ６０とを有している。この電動アシスト自転車１は、運転者がペダル３３，３４を踏み込むことにより生じるペダルトルクと、電動モータ６０から出力されるモータトルクとを合計した駆動トルクによって駆動される。電動モータ６０のモータトルクが、運転者のペダル３３，３４の踏み込み動作をアシストするアシストトルクとなる。

電動アシスト自転車１は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。また、電動アシスト自転車１は、前輪２１、後輪２２、ハンドル２３、シート２４及びパワーユニット４０を有する。

車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンフレーム１３、シートフレーム１４、一対のチェーンステイ１６及び一対のシートステイ１７を有する。ヘッドパイプ１２は、電動アシスト自転車１の前部に配置される。ヘッドパイプ１２には、後方に延びるダウンフレーム１３の前部が接続されている。シートフレーム１４は、ダウンフレーム１３の後部に接続されている。シートフレーム１４は、ダウンフレーム１３の後端部から上方且つ斜め後方に向かって延びている。

ヘッドパイプ１２には、ハンドルステム２５が回転自在に挿入されている。ハンドルステム２５の上端部には、ハンドル２３が固定されている。ハンドルステム２５の下端部には、フロントフォーク２６が固定されている。フロントフォーク２６の下端部には、前輪２１が車軸２７によって回転可能に支持されている。フロントフォーク２６の下端部には、前輪２１の回転から車速を検出する前輪車速センサ３７が設けられている。

円筒状のシートフレーム１４の内方には、シートパイプ２８が挿入されている。シートパイプ２８の上端部には、シート２４が設けられている。

一対のチェーンステイ１６は、後輪２２を左右から挟むように設けられている。一対のチェーンステイ１６は、ダウンフレーム１３の後部から後輪２２の回転中心に向かって延びている。一対のシートステイ１７は、シートフレーム１４の上部から後輪２２の回転中心に向かって延びている。チェーンステイ１６およびシートステイ１７の後端部には、後輪２２が回転可能に支持されている。

シートフレーム１４の後方には、パワーユニット４０の電動モータ６０に電力を供給するバッテリ３５が配置されている。バッテリ３５は、図示しない充放電可能な充電池及び電池制御部を有する。電池制御部は、充電池の充放電を制御するとともに、その出力電流及び残容量等を監視する。

パワーユニット４０は、ユニットケース５０に、クランク軸４１、クランク出力軸（不図示）、駆動スプロケット４２、ペダルトルク検出部５７、クランク回転検出部５８、電動モータ６０および補助スプロケット４４を組み込み、ユニット化したものである。パワーユニット４０は、車体フレーム１１にボルトで結合されている。

クランク軸４１は、シートフレーム１４の下方に回転可能に設けられている。クランク軸４１はユニットケース５０に左右方向に貫通して支持されている。クランク軸４１の両端部にはクランクアーム３１，３２が取り付けられている。クランクアーム３１，３２の先端には、ペダル３３，３４が回転可能に取り付けられている。ペダルトルク検出部５７は、運転者がペダル３３，３４を介してクランク軸４１に入力したペダルトルクを検出する。クランク回転検出部５８は、運転者がペダル３３，３４を回転させたときのクランク軸４１の回転を検出する。クランク出力軸（不図示）はクランク軸４１と同軸円筒状に形成され、図示せぬ一方向クラッチを介してクランク軸４１と接続されている。

駆動スプロケット４２は、クランク出力軸（不図示）の右端に取り付けられている。この駆動スプロケット４２はクランク軸４１とともに回転する。従動スプロケット４５は、後輪２２の後輪軸２９と同軸に設けられている。従動スプロケット４５は、図示せぬ一方向クラッチを介して後輪２２に連結される。

無端状のチェーン４６は、駆動スプロケット４２と従動スプロケット４５とに掛け渡されている。これにより、運転者がペダル３３，３４を踏み込むと、駆動スプロケット４２が回転する。さらに駆動スプロケット４２の回転はチェーン４６を介して従動スプロケット４５に伝達され、後輪２２が駆動される。

電動モータ６０は、ユニットケース５０内であって、クランク軸４１の後方に配置されている。電動モータ６０の出力軸には補助スプロケット４４が設けられている。電動モータ６０にはバッテリ３５から電力が供給される。電動モータ６０に電力を供給すると電動モータ６０が回転する。電動モータ６０の回転は、補助スプロケット４４を介してチェーン４６に伝達される。このように、電動モータ６０に電力を供給すると、電動モータ６０にモータトルクが生じる。このモータトルクはチェーン４６を介して後輪２２に伝達される。

ハンドル２３の左右の端部にはグリップ部６３が設けられている。グリップ部６３は略前後方向に延びている。運転者は、これらのグリップ部６３を把持可能である。

グリップ部６３の近傍には、ブレーキレバー６５が設けられている。運転者が右手で、右側のブレーキレバー６５操作すると、前輪２１に制動力が付与される。運転者が左手で、左側のブレーキレバー６５を操作すると、後輪２２に制動力が付与される。

このような電動アシスト自転車１は、制御装置１００によって電動モータ６０を制御し、後輪２２にモータトルクを作用させる。

図２は、電動アシスト自転車１の機能を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置１００は、ペダルトルク算出部１０１、モータ制御部９５、モータ駆動部１０５、変速段推定部９７及びメモリ９８を備えている。

＜動力の伝達経路＞
次に、動力の伝達経路について説明する。
運転者がペダル３３，３４を踏み込んでクランク軸４１を回転させると、そのクランク軸４１の回転が一方向クラッチ５５を介してチェーン４６に伝達される。一方向クラッチ５５は、クランク軸４１の順回転のみをチェーン４６に伝達し、クランク軸４１の逆回転はチェーン４６に伝達させない。

チェーン４６の回転は後輪２２側の従動スプロケット４５に伝達される。従動スプロケット４５の回転は、変速機構９１および一方向クラッチ９２を介して後輪２２に伝達される。

変速機構９１は運転者によって操作される変速操作器９３に応じて変速段を変更できる機構である。一方向クラッチ９２は、従動スプロケット４５の回転速度が後輪２２の回転速度よりも速い場合にのみ、従動スプロケット４５の回転を後輪２２に伝える。従動スプロケット４５の回転速度が後輪２２の回転速度よりも遅い場合には、一方向クラッチ９２は従動スプロケット４５の回転を後輪２２に伝えない。

電動モータ６０の回転は、減速機８２を介して一方向クラッチ８５に伝達される。一方向クラッチ８５は、減速機８２がチェーン４６を順回転させる方向の回転のみをチェーン４６に伝達し、減速機８２がチェーン４６を逆回転させる方向の回転はチェーン４６に伝達させない。

このように本実施形態に係る電動アシスト自転車１においては、クランク軸４１に入力されるペダルトルクと電動モータ６０のモータトルクは、チェーン４６で合成される。

＜信号の経路＞
次に、信号の経路を説明する。
運転者がクランク軸４１を回転させると、車両に設けられたペダルトルク検出部５７が、クランク軸４１に入力されたペダルトルクに応じた信号を発生させる。ペダルトルク検出部５７は、その信号をペダルトルク算出部１０１に入力する。

ペダルトルク算出部１０１は、ペダルトルク検出部５７からの信号を運転者がペダル３３，３４に与えたペダルトルクに換算する。ペダルトルク算出部１０１は、そのペダルトルクの値をモータ制御部９５に入力する。

クランク回転検出部５８は、クランク軸４１の位相を検出するセンサである。クランク回転検出部５８は、クランク軸４１の位相に応じた信号を発生させる。クランク回転検出部５８は、その信号をモータ制御部９５に入力する。

前輪車速センサ３７は、変速段推定部９７に前輪２１の回転速度の信号を送信する。変速段推定部９７は、前輪２１の回転速度から変速段を推定し、その情報をモータ制御部９５へ送信する。

電動モータ６０には、モータ回転センサ９９が設けられている。このモータ回転センサ９９は、電動モータ６０の回転数を検知し、変速段推定部９７及びモータ駆動部１０５へ送信する。

モータ制御部９５は、後述する制御方法により適切なアシスト力を付与するための指令値を算出し、モータ駆動部１０５へ送信する。

モータ駆動部１０５は、モータ制御部９５からの指令値に基づいて、その指令値に応じた電力をバッテリ３５から電動モータ６０に供給する。これにより、電力が供給された電動モータ６０が駆動し、所定のモータトルクを発生させる。

本実施形態に係る電動アシスト自転車１は、図２に示したように、進角センサ５６を備えている。進角センサ５６は、クランク軸４１の回転角度のある時間からある時間までの変化量（角度）を検出する。進角センサ５６は、分解能が９０°未満であるものを採用できる。進角センサ５６の分解能は６０度以下が好ましく、３０°以下、１５°以下、１０°以下、５°以下、１°以下がさらに好ましい。進角センサ５６はモータ制御部９５にクランク軸４１の回転角度の変化量を出力する。

図３は実施形態に係る制御装置１００が出力する仮想踏力の走行シーンに応じた変動を表す概念図である。図３は走行シーンに応じた仮想踏力の概念図である。図５の（ａ）はクランク進角補正係数の一例を示すグラフである。図３と図５の（ａ）を用いて制御装置１００が実行する電動アシスト自転車のアシスト力の算出方法を説明する。

図３を用いて本実施形態に係る制御装置１００が出力する仮想踏力の概要を説明する。制御装置１００のモータ制御部９５は、アシスト力の算出に先だって仮想踏力を算出する。モータ制御部９５は、例えば仮想踏力に比例するなど仮想踏力に応じたアシスト力が電動モータ６０から出力されように、モータ駆動部１０５へ指令値を出力するように構成されている。

モータ制御部９５は、進角センサ出力θ［ｔ］、クランク進角ω［ｔ］と、瞬時踏力Ａ［ｔ］、参照踏力Ｂ［ｔ］、ピーク踏力Ｃに基づいて、仮想踏力Ｄ［ｔ］を算出する。ここで、進角センサ出力θ［ｔ］、クランク進角ω［ｔ］と、瞬時踏力Ａ［ｔ］、参照踏力Ｂ［ｔ］、仮想踏力Ｄ［ｔ］は時刻に応じて変動する値である。

瞬時踏力Ａ［ｔ］はペダルトルク算出部１０１がモータ制御部９５に入力する値である。

クランク進角ω［ｔ］は、進角センサ出力θ［ｔ］に応じて算出される角度である。クランク進角ω［ｔ］は、瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点となるクランク軸４１の角度からの進角量である。瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点となる度にクランク進角ω［ｔ］は０°にリセットされる。例えば乗員が一定の脚力で平坦路を走行する場合、瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点となる点は、ペダル３３の位置が上死点または下死点からおよそ９０°回転した時点である。あるいは、乗員がペダル３３を漕ぎ始めてすぐ漕ぐのを停止した場合、停止直前の瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点となることもある。

参照踏力Ｂ［ｔ］は仮想踏力Ｄ［ｔ］の算出に用いるための値である。参照踏力Ｂ［ｔ］はピーク踏力Ｃとクランク進角ω［ｔ］で求まる値である。詳細は後に説明する。

仮想踏力Ｄ［ｔ］は、瞬時踏力Ａ［ｔ］とピーク踏力Ｃとクランク進角ω［ｔ］とに基づいて求まる。仮想踏力Ｄ［ｔ］は瞬時踏力Ａ［ｔ］と、ピーク踏力Ｃとクランク進角ω［ｔ］から求まる参照踏力Ｂ［ｔ］とに基づいて求まる。本実施形態において瞬時踏力Ａ［ｔ］と参照踏力Ｂ［ｔ］の値を混ぜ合わせた値として出力される。

図４に示すように、まず制御装置１００のモータ制御部９５は、瞬時踏力Ａ［ｔ］と進角センサ出力θ［ｔ］を取得する（ステップＳ０１）。モータ制御部９５は、ペダルトルク算出部１０１から瞬時踏力Ａ［ｔ］を取得し、進角センサ５６から進角センサ出力θ［ｔ］を取得する。

次にモータ制御部９５は、瞬時踏力Ａ［ｔ］が前回の参照踏力Ｂ［ｔ−１］より大きいか否かを判定する（ステップＳ０２）。
瞬時踏力Ａ［ｔ］が前回の参照踏力Ｂ［ｔ−１］より小さい場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）、モータ制御部９５はクランク進角ω［ｔ］を進めて（ステップＳ０３）、ステップＳ０６に移る。
一方、瞬時踏力Ａ［ｔ］が前回の参照踏力Ｂ［ｔ−１］より大きい場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）、モータ制御部９５はピーク踏力Ｃを瞬時踏力Ａ［ｔ］で更新する（Ｃ＝Ａ［ｔ］）（ステップＳ０４）。さらにモータ制御部９５はクランク進角ω［ｔ］をリセットし（ω［ｔ］＝０）（ステップＳ０５）、ステップＳ０６に移る。

ステップＳ０６においてモータ制御部９５は、クランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）とピーク踏力Ｃから参照踏力Ｂ［ｔ］を求める。クランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）は、クランク進角ω［ｔ］に応じた係数である。クランク進角補正係数ｆは、例えば図５の（ａ）に示すように定めることができる。図５の（ａ）に示すように、クランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）はクランク進角ω［ｔ］が０°から第一の所定のクランク進角となるまで（図示の例では１８０°）１の値を維持し、それ以降は第二の所定のクランク進角（図示の例では３６０°）となるまで直線的に減少し、第二の所定のクランク進角以降は０となるように設定されている。つまり、参照踏力Ｂ［ｔ］はクランク軸４１が第一の所定のクランク進角になるまではピーク踏力Ｃの値を示し、それ以降は減少する値である。

ステップＳ０６で参照踏力Ｂ［ｔ］を求めたら、モータ制御部９５は、瞬時踏力Ａ［ｔ］と参照踏力Ｂ［ｔ］から仮想踏力Ｄ［ｔ］を算出する（ステップＳ０７）。仮想踏力Ｄ［ｔ］は、Ｄ［ｔ］＝α×Ａ［ｔ］＋β×Ｂ［ｔ］の式から算出される。α、βは任意の定数である。

モータ制御部９５は仮想踏力Ｄ［ｔ］に基づいてアシスト力Ｅ［ｔ］を決定する（ステップＳ０８）。アシスト力Ｅ［ｔ］は、Ｅ［ｔ］＝γ×Ｄ［ｔ］の式から算出される。γは任意の定数である。モータ制御部９５はステップＳ０８まで実行したら次の時刻についてステップＳ０１を繰り返し実行する。

瞬時踏力Ａ［ｔ］は時々刻々と変動する値であり、乗員のペダル踏力の変動に対して仮想踏力Ｄ［ｔ］を迅速に変動させる成分となる。これに対して参照踏力Ｂ［ｔ］は、ある時刻の近傍の最大の瞬時踏力Ａ［ｔ］が一定期間キープされる値であり、乗員のペダル踏力の変動に対して仮想踏力Ｄ［ｔ］を変動させない成分となる。仮想踏力Ｄ［ｔ］はこれら瞬時踏力Ａ［ｔ］と参照踏力Ｂ［ｔ］とを混ぜ合わせることにより、乗員のペダル踏力の変動に対して適度に追従して変動するアシスト力Ｅ［ｔ］を出力することができる。

図３に戻り、走行シーン毎に具体的に上記アシスト力の算出方法を説明する。
図３は、電動アシスト自転車１が平坦路で発進し、上り坂、平坦路、下り坂、平坦路と走行するときの瞬時踏力Ａ［ｔ］、参照踏力Ｂ［ｔ］、ピーク踏力Ｃ、仮想踏力Ｄ［ｔ］の変遷を示している。また、以降の説明においては、仮にα、βを０．５、γを１とする。

＜時刻ａ＞
まず図３における時刻ａの場合を説明する。時刻ａは平坦路で発進した直後を示している。図４に示したように、ステップＳ０１において、モータ制御部９５は時刻ａにおける瞬時踏力Ａ［ａ］と進角センサ出力θ［ａ］を取得する。
ステップＳ０２において、モータ制御部９５は前回の参照踏力Ｂ［ａ−１］と瞬時踏力Ａ［ａ］とを比較する。ここでは発進した直後なので前回の参照踏力Ｂ［ａ−１］はゼロである。したがって、瞬時踏力Ａ［ａ］は前回の参照踏力Ｂ［ａ−１］より大きい（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）。
ステップＳ０４において、モータ制御部９５はピーク踏力Ｃを瞬時踏力Ａ［ａ］で更新する。
ステップＳ０５において、モータ制御部９５はクランク進角ω［ａ］を０°にリセットする。
ステップＳ０６において、モータ制御部９５は参照踏力Ｂ［ａ］を算出する。ω［ａ］は０°であるから、図５の（ａ）よりクランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）は１である。そこでＢ［ａ］＝１×Ａ［ａ］＝Ａ［ａ］となる。
ステップＳ０７において、モータ制御部９５は仮想踏力Ｄ［ａ］を算出する。Ｄ［ａ］＝０．５×Ａ［ａ］＋０．５×Ｂ［ａ］＝０．５×Ａ［ａ］＋０．５×Ａ［ａ］＝Ａ［ａ］である。
ステップＳ０８において、モータ制御部９５はアシスト力Ｅ［ａ］を算出する。Ｅ［ａ］＝１×Ｄ［ａ］＝１×Ａ［ａ］＝Ａ［ａ］となる。
つまり、発進時には乗員のペダル踏力の変動と同時に変動するアシスト力が得られる。

＜時刻ｂ＞
次に図３における時刻ｂの場合を説明する。時刻ｂは平坦路で発進した後に瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点Ｐ１となった時刻である。時刻ｂは上死点または下死点からクランク軸４１がおよそ９０°回転した時点である。
図４に示したように、ステップＳ０１において、モータ制御部９５は時刻ｂにおける瞬時踏力Ａ［ｂ］＝Ｐ１と進角センサ出力θ［ｂ］を取得する。
ステップＳ０２において、モータ制御部９５は前回の参照踏力Ｂ［ｂ−１］と瞬時踏力Ａ［ｂ］とを比較する。ここで、時刻ｂで瞬時踏力が極大点Ｐ１を示しているので、瞬時踏力Ａ［ｂ］（値Ｐ１）は前回の参照踏力Ｂ［ｂ−１］より大きい（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）。
ステップＳ０４において、モータ制御部９５はピーク踏力Ｃを瞬時踏力Ａ［ｂ］（値Ｐ１）で更新する。すなわち、Ｃ＝Ｐ１である。
ステップＳ０５において、モータ制御部９５はクランク進角ω［ｂ］を０°にリセットする。
ステップＳ０６において、モータ制御部９５は参照踏力Ｂ［ｂ］を算出する。ω［ｂ］は０°であるから、図５の（ａ）よりクランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）は１である。そこでＢ［ｂ］＝１×Ｃ＝Ｐ１となる。
ステップＳ０７において、モータ制御部９５は仮想踏力Ｄ［ｂ］を算出する。Ｄ［ｂ］＝０．５×Ａ［ｂ］＋０．５×Ｂ［ｂ］＝０．５×Ｐ１＋０．５×Ｐ１＝Ｐ１である。
ステップＳ０８において、モータ制御部９５はアシスト力Ｅ［ｂ］を算出する。Ｅ［ｂ］＝１×Ｄ［ｂ］＝１×Ｐ１＝Ｐ１となる。

＜時刻ｂ＋１＞
次に図３における時刻ｂ＋１の場合を説明する。時刻ｂ＋１において、瞬時踏力Ａ［ｔ］は極大点Ｐ１を記録した後に減少している。時刻ｂ＋１は時刻ｔからクランク軸４１がおよそ１８°回転した時点である。すなわち、θ［ｂ＋１］＝１８［°］である。
図４に示したように、ステップＳ０１でモータ制御部９５は時刻ｂ＋１における瞬時踏力Ａ［ｂ＋１］と進角センサ出力θ［ｂ＋１］＝１８［°］を取得する。
ステップＳ０２において、モータ制御部９５は前回の参照踏力Ｂ［ｂ］と瞬時踏力Ａ［ｂ＋１］とを比較する。ここでは前回の参照踏力Ｂ［ｂ］はピーク踏力ＣのＰ１である。瞬時踏力Ａ［ｂ＋１］は前回の参照踏力Ｂ［ｂ］＝Ｐ１より小さい（ステップＳ０２：Ｎｏ）。
ステップＳ０３において、モータ制御部９５はクランク進角ω［ｔ］を進める。すなわち、ω［ｂ＋１］＝ω［ｂ］＋θ［ｂ＋１］＝０＋１８＝１８［°］である。
ステップＳ０６において、モータ制御部９５は参照踏力Ｂ［ｂ＋１］を算出する。ω［ｂ＋１］は１８°であるから、図５の（ａ）よりクランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）は１である。そこでＢ［ｂ＋１］＝１×Ｃ＝Ｐ１となる。
ステップＳ０７において、モータ制御部９５は仮想踏力Ｄ［ｂ＋１］を算出する。Ｄ［ｂ＋１］＝０．５×Ａ［ｂ＋１］＋０．５×Ｂ［ｂ＋１］＝０．５×Ａ［ｂ＋１］＋０．５×Ｐ１である。
ステップＳ０８において、モータ制御部９５はアシスト力Ｅ［ｂ＋１］を算出する。Ｅ［ｂ＋１］＝１×Ｄ［ｂ＋１］＝０．５×Ａ［ｂ＋１］＋０．５×Ｐ１となる。
つまり、時刻ｂ＋１において、瞬時踏力Ａ［ｔ］と直前のピーク踏力Ｃとを混ぜ合わせたアシスト力が得られる。本実施形態においてはα＝β＝０．５であるので、瞬時踏力Ａ［ｔ］と直前のピーク踏力Ｃを平均したアシスト力が得られる。すなわち時刻ｂ＋１において、瞬時踏力Ａ［ｔ］が減少してもその減少にアシスト力は１００％追従するわけではなく、滑らかな乗り心地のアシストフィーリングが得られる。瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点となった時点（＝ピーク踏力）から第一の所定のクランク進角（本例では１８０°）の範囲内においては、このように瞬時踏力Ａ［ｔ］と直前のピーク踏力Ｃとを混ぜ合わせたアシスト力が得られる。

＜時刻ｃ＞
次に時刻ｃの場合を説明する。時刻ｃは上り坂から平坦路に移った後に瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点Ｐ１となった時である。時刻ｃはｔ＝ｃ−１のときのクランク軸４１の位置から１８°回転し、時刻ｃ＋１はｔ＝ｃのときのクランク軸４１の位置から１８°回転したとする。すなわち、θ［ｃ］＝１８［°］である。なお、時刻ｃより前にはピーク踏力Ｃが極大点Ｐ２を示しており、このＰ２を記録した時点から時刻ｃ−１までの間にクランク軸４１が１６２°回転したものとする。すなわち、ω［ｃ−１］＝１６２［°］である。

図４に示したように、ステップＳ０１でモータ制御部９５は時刻ｃにおける瞬時踏力Ａ［ｃ］＝Ｐ１と進角センサ出力θ［ｃ］＝１８［°］を取得する。
ステップＳ０２において、モータ制御部９５は前回の参照踏力Ｂ［ｃ−１］と瞬時踏力Ａ［ｃ］とを比較する。ここでは前回の参照踏力Ｂ［ｃ−１］はピーク踏力ＣのＰ２である。瞬時踏力Ａ［ｃ］は参照踏力Ｂ［ｃ−１］より小さい（ステップＳ０２：Ｎｏ）。
ステップＳ０３において、モータ制御部９５はクランク進角ω［ｔ］を進める。すなわち、ω［ｃ］＝ω［ｃ−１］＋θ［ｃ］＝１６２＋１８＝１８０［°］である。
ステップＳ０６において、モータ制御部９５は参照踏力Ｂ［ｃ］を算出する。ω［ｃ］は１８０°であるから、図５の（ａ）よりクランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）は１である。そこでＢ［ｃ］＝１×Ｃ＝Ｐ２となる。
ステップＳ０７において、モータ制御部９５は仮想踏力Ｄ［ｃ］を算出する。Ｄ［ｃ］＝０．５×Ａ［ｃ］＋０．５×Ｂ［ｃ］＝０．５×Ａ［ｃ］＋０．５×Ｐ２である。
ステップＳ０８において、モータ制御部９５はアシスト力Ｅ［ｃ］を算出する。Ｅ［ｃ］＝１×Ｄ［ｃ］＝０．５×Ａ［ｃ］＋０．５×Ｐ２となる。

＜時刻ｃ＋１＞
続いて時刻ｃ＋１の場合を説明する。
図４に示したように、ステップＳ０１でモータ制御部９５は時刻ｃ＋１における瞬時踏力Ａ［ｃ＋１］と進角センサ出力θ［ｃ＋１］＝１８［°］を取得する。
ステップＳ０２において、モータ制御部９５は前回の参照踏力Ｂ［ｃ］と瞬時踏力Ａ［ｃ＋１］とを比較する。ここでは前回の参照踏力Ｂ［ｃ］はＰ２である。瞬時踏力Ａ［ｃ＋１］は前回の参照踏力Ｂ［ｃ］＝Ｐ２より小さい（ステップＳ０２：Ｎｏ）。
ステップＳ０３において、モータ制御部９５はクランク進角ω［ｔ］を進める。すなわち、ω［ｃ＋１］＝ω［ｃ］＋θ［ｃ＋１］＝１８０＋１８＝１９８［°］である。
ステップＳ０６において、モータ制御部９５は参照踏力Ｂ［ｃ＋１］を算出する。ω［ｃ＋１］は１９８°であるから、図５の（ａ）よりクランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）は０．９である。そこでＢ［ｃ＋１］＝０．９×Ｃ＝０．９×Ｐ２となる。
ステップＳ０７において、モータ制御部９５は仮想踏力Ｄ［ｃ＋１］を算出する。Ｄ［ｃ＋１］＝０．５×Ａ［ｃ＋１］＋０．５×Ｂ［ｃ＋１］＝０．５×Ａ［ｃ＋１］＋０．４５×Ｐ２である。
ステップＳ０８において、モータ制御部９５はアシスト力Ｅ［ｃ＋１］を算出する。Ｅ［ｃ＋１］＝１×Ｄ［ｃ＋１］＝０．５×Ａ［ｃ＋１］＋０．４５×Ｐ２となる。

このように瞬時踏力Ａ［ｔ］が極大点となる時点からのクランク軸４１の回転角度が第一の所定値（本例では１８０°）を上回ると、仮想踏力Ｄ［ｔ］における参照踏力Ｂ［ｔ］の影響度が低下していく。これにより、乗員がクランク軸４１を回転させるにつれて乗員のペダル踏力の変動に適合するようなアシスト力を提供することができる。

時刻ｃ＋１のシーンについてさらに詳しく説明する。図６は、上り坂から平坦路を進むときの瞬時踏力Ａ［ｔ］の変動およびアシスト力の変動の様子を示す概念図である。図６の（ａ）は特許文献１の方法により得られるアシスト力を示し、図６の（ｂ）は本実施形態の方法により得られるアシスト力Ｅを示している。

図６の（ａ）の曲線Ｆ１１，Ｆ１２は、特許文献１において滑らかなアシストフィーリングを乗員に与えたいときに実行する方法で得られるアシスト力を示している。具体的には、平滑化率を低く設定して行う方法である。Ｆ１１で示すように登り坂を登る際には滑らかなアシストフィーリングを与えることができるが、Ｆ１２で示すように平坦路に移った際に瞬時踏力に対して過剰なアシスト力を出力する期間が長期間に亘ってしまう。

図６の（ａ）の曲線Ｆ２１，Ｆ２２は、過剰なアシスト力が出力される期間を短くすることを狙って行われる方法で得られるアシスト力を示している。具体的には、平滑化率を高く設定して行う方法である。Ｆ２２で示すように過剰なアシスト力が出力される期間を短くできるが、Ｆ２１で示すように登り坂を登る際にアシスト力が過剰に瞬時踏力に追従してしまい、滑らかなアシストフィーリングを与えることができない。

そこで特許文献１では、走行シーンに応じて異なる平滑化率を設定してアシスト力を算出しなければならない。具体的には、特許文献１の方法では、車両が登り坂を登っているのか、平坦路を走行しているのか、といった車両の走行状態を検出する各種センサの出力を取得し、これらの情報を考慮して平均化率を切り替える必要がある。つまり特許文献１の方法では、各種センサからの入力が必要であり、また、各種センサからの入力から走行シーンを特定する必要があり、さらには各走行シーンに応じた複数のモード（例えば平均化率）の設定が必要である。このような複雑な処理を実行するために高性能の処理装置が必要になることもある。

これに対して図６の（ｂ）に示すように、本実施形態に係るアシスト力の算出方法によれば、瞬時踏力とクランク進角に基づいて仮想踏力が算出され、常に一定の計算式を用いながら走行シーンに応じて異なるアシストフィーリングを乗員に与えることができる。
すなわち、大きな力でペダルを踏み込む際にはペダル踏力の変動と同じように変動するアシスト力を提供し、大きなアシスト力が求められる際に即座にこの要求に応えることができる。
あるいは、平坦路を走行する際には瞬時踏力と参照踏力をαとβに応じて混ぜ合わせた値を取ることにより瞬時踏力の変動に対して適度に変動するアシスト力を与えることができ、滑らかなアシストフィーリングを乗員に与えることができる。
さらに上記のように走行シーンに応じて異なるアシストフィーリングを与えることを可能としながらも、上記特許文献１のように車両の走行状態を検出する各種センサの出力を取得する必要がなく、走行シーンを判別する必要がない。さらに走行シーンに応じた複数のモードの設定も不要である。このように、本実施形態のアシスト力の算出方法によれば、簡易な制御方法で複数の異なるシーンに応じて好ましいアシスト力が得られる。

なお、図５に示したクランク進角補正係数ｆ（ω［ｔ］）によって、アシストフィーリングを調整することができる。
図５の（ａ）に示した例では、クランク進角補正係数を０とする第二の所定のクランク進角は３６０°としたが、例えば９０°〜１０８０°の範囲で任意に設定することができる。例えば第二の所定のクランク進角を１０８０°とすれば、登り坂から平坦路に移ってクランク軸４１が３回転する前に過剰なアシスト力が出力されなくなる。
図５の（ａ）に示した例では、クランク進角補正係数を１から減少させ始める第一の所定のクランク進角は１８０°としたが、例えば９０°〜７２０°の範囲で任意に設定することができる。

また、図５の（ａ）に示した例では、クランク進角補正係数を１の値に維持する期間を設けたが、これに限られない。例えば図５の（ｂ）に示したように、クランク進角が０°の直後からクランク進角補正係数を減少させ、第一の所定のクランク進角から第二の所定のクランク進角まで、第一の所定のクランク進角までの勾配と異なる勾配でクランク進角補正係数を減少させてもよい。第一の所定のクランク進角までの勾配は、第一の所定のクランク進角から第二の所定のクランク進角までの勾配よりも小さくてもよいし、大きくてもよい。
あるいは図５の（ｃ）に示したように、クランク進角が０°の直後から滑らかな曲線を描くようにクランク進角補正係数が０の値になるように減少させてもよい。
さらには、例えば図５の（ｄ）に示したように、クランク進角が０°の直後からクランク進角補正係数が０の値になるように直線的に減少させてもよい。図５の（ｂ）〜（ｄ）において、クランク進角補正係数の値を０にする第二の所定のクランク進角は、上記したように９０°〜１０８０°の範囲で任意に設定することができる。

また、仮想踏力Ｄ［ｔ］＝α×Ａ［ｔ］＋β×Ｂ［ｔ］の式におけるαとβの値を調整することでアシストフィーリングを調整することができる。例えばα／βの比率を大きくすると瞬時踏力の影響が大きくなる。すると、乗員のペダル踏力の変動に対して機敏に変動するアシスト力を出力できる。あるいはα／βの比率を小さくすると参照踏力の影響が大きくなる。すると、乗員のペダル踏力の変動に対して変動しにくく滑らかに変動するアシスト力を出力できる。電動アシスト自転車の商品性に応じて電動アシスト自転車の出荷時にα／βを調整したり、あるいは乗員の操作などに応じてα／βの比率を変更可能に電動アシスト自転車を構成してもよい。
あるいは、ピーク踏力Ｃに応じてα／βを調整してもよい。例えば、ピーク踏力Ｃが高いほど仮想踏力における参照踏力に依存する程度を高くしてもよいし、逆に、ピーク踏力Ｃが高いほど仮想踏力における参照踏力に依存する程度を低くしてもよい。あるいは、ケイデンスに応じてα／βを調整してもよい。例えば、ケイデンスが低いほど仮想踏力における参照踏力に依存する程度を高くしてもよいし、逆に、ケイデンスが低いほど仮想踏力における参照踏力に依存する程度を低くしてもよい。
また、車速、傾斜角度、ギア比、乗員重量、加速度、走行モード（アシストモード）、バッテリ残量、基板温度、の少なくとも一つに応じて、仮想踏力における参照踏力の依存割合（β／（α＋β））を変動させてもよい。すなわち、係数αと係数βとの関係は、車速、傾斜角度、ギア比、乗員重量、加速度、走行モード（アシストモード）、バッテリ残量、基板温度、の少なくとも一つに応じて変動させてもよい。

なお、上述した実施形態では、アシスト力が後輪２２に付与される車両を説明したが、アシスト力が前輪２１に付与されるように構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、瞬時踏力Ａ［ｔ］とクランク進角θ［ｔ］に基づいて仮想踏力Ｄ［ｔ］を求め、仮想踏力Ｄ［ｔ］からアシスト力Ｅ［ｔ］を求める例を説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、瞬時踏力Ａ［ｔ］に係数を掛けて仮想モータ出力を求め、仮想モータ出力とクランク進角θ［ｔ］に基づいてアシスト力を算出するように構成してもよい。

なお、図２に示した例では、進角センサ５６とクランク回転検出部５８とをそれぞれ設けた構成を説明したが、例えばクランク回転検出部５８を搭載せず、進角センサ５６からクランク軸４１の回転速度を算出するように構成してもよい。なお、クランク軸４１の回転速度を算出するクランク回転検出部５８として分解能が９０°以上の一般的なセンサを用いることができるが、進角センサ５６としては少なくとも分解能が９０°未満のセンサを用いる。したがって、進角センサ５６とクランク回転検出部５８とを共通のセンサで構成する場合には、分解能が９０°未満のセンサを用いる必要があることに留意されたい。

１，１Ａ，１Ｂ：電動アシスト自転車、２２：後輪（車輪）、５６：進角センサ、６０：電動モータ、９５：モータ制御部（制御部）、Ａ：瞬時踏力、Ｂ：参照踏力、Ｃ：ピーク踏力、Ｄ：仮想踏力、Ｅ：アシスト力、ω：クランク進角、θ：進角センサ出力

Claims (12)

1. 電動補助自転車のアシスト力の算出方法であって、
   ペダルに入力される瞬時踏力を踏力センサから取得し、
   クランク軸のクランク進角を、分解能が９０°未満である進角センサから取得し、
   少なくとも前記瞬時踏力と前記クランク進角に基づいて前記アシスト力を決定する、アシスト力の算出方法。
2. 前記瞬時踏力の極大点をピーク踏力として設定し、
   前記ピーク踏力となる前記クランク軸の角度からの進角量を前記クランク進角として定義し、
   前記瞬時踏力と前記ピーク踏力と前記クランク進角とに基づいて仮想踏力を求め、
   前記仮想踏力に基づいて前記アシスト力を決定する、請求項１に記載の方法。
3. 前記瞬時踏力が極大点となる前記クランク軸の角度からの進角量を前記クランク進角として定義し、
   前記瞬時踏力の極大点をピーク踏力として設定し、
   前記ピーク踏力と前記クランク進角から参照踏力を求め、
   前記瞬時踏力と前記参照踏力とに基づいて仮想踏力を求め、
   前記仮想踏力に基づいて前記アシスト力を決定する、請求項１に記載の方法。
4. 今回の前記瞬時踏力が前記参照踏力を上回ったら前記ピーク踏力を今回の前記瞬時踏力で更新する処理を繰り返す、請求項３に記載の方法。
5. 前記ピーク踏力が高いほど、前記仮想踏力における前記参照踏力に依存する程度を高くする、請求項３に記載の方法。
6. 前記ピーク踏力が高いほど、前記仮想踏力における前記参照踏力に依存する程度を低くする、請求項３に記載の方法。
7. ケイデンスが低いほど、前記仮想踏力における前記瞬時踏力に依存する程度を高くする、請求項３に記載の方法。
8. ケイデンスが低いほど、前記仮想踏力における前記瞬時踏力に依存する程度を低くする、請求項３に記載の方法。
9. 前記クランク進角が所定角度進むたびに、今回の前記瞬時踏力が前記参照踏力を上回らない場合に、前記クランク進角が９０°以上１０８０°以下の間に、前記参照踏力を前記ピーク踏力の５０％以下となるようにする、請求項３に記載の方法。
10. 電動モータによってアシスト力を発生させる電動補助自転車用の制御装置であって、
    前記制御装置は、
    踏力センサから瞬時踏力を取得し、
    クランク軸のクランク進角を取得する、分解能が９０°未満である進角センサからクランク進角を取得し、
    前記瞬時踏力と前記クランク進角に基づいて前記アシスト力を決定する、ように構成されている電動補助自転車用制御装置。
11. 請求項１０に記載の制御装置と、
    前記制御装置で決定された前記アシスト力を駆動輪に発生させる前記電動モータと、を備えた電動補助自転車用のパワーユニット。
12. 請求項１１に記載の前記パワーユニットと、
    前記パワーユニットにより前記アシスト力が付与される前記駆動輪とを備えた、電動補助自転車。

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