JP3468799B2 - 電動モータ付き乗り物およびその制御方法 - Google Patents

電動モータ付き乗り物およびその制御方法

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JP3468799B2 JP17097393A JP17097393A JP3468799B2 JP 3468799 B2 JP3468799 B2 JP 3468799B2 JP 17097393 A JP17097393 A JP 17097393A JP 17097393 A JP17097393 A JP 17097393A JP 3468799 B2 JP3468799 B2 JP 3468799B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人力による駆動系と電
動モータによる駆動系とを並列に設け、これらの合力を
変速機構を介して駆動輪に伝える一方、電動モータによ
る駆動力を人力による駆動力(以下踏力という)と車速
に対応して制御するようにした電動モータ付き乗り物
とその制御方法とに関するものである。
【0002】
【従来の技術】踏力を検出し、この踏力の大小に対応し
て電動モータの駆動力を制御するものが公知である(特
開昭50−125438号、実開昭56−76590
号、特開平2−74491号等)。すなわち人力の負担
が大きい時には電動モータの駆動力も増やして人力の負
荷を減らすものである。
【0003】
発明が解決しようとする課題】この場合モータの駆動
力TMを、踏力の増減だけに対応させて増減させたので
は車速が高速になりすぎることがあり得る。そこで車速
Sの高速域では、踏力の増加に対するモータ駆動力の増
加割合を小さくすることを出願人は提案した(特願平4
−285432号)。
【0004】一方自転車などにおいては、人力の負担を
軽くするために変速機構を設けることが望ましい。そこ
でこのような変速機構を有する場合に、前記既提案のも
ののように踏力と車速Sとによって、高速域では踏力の
増加に対するモータ駆動力の増加割合を小さくするよう
モータを制御する方式を採用することが考えられる。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、踏力に基づいてモータを制御する乗り物にお
いて、変速機構を設けた場合に、モータの駆動力の増加
割合が高速域で踏力の増加に対して小さくなるように制
御することにより、モータの駆動力が常に適正範囲内に
なるようにすることができる電動モータ付き乗り物の制
御方法を提供することを第1の目的とする。またこの方
法を用いた電動モータ付き乗り物を提供することを第2
の目的とする。
【0006】
【発明の構成】本発明によれば第1の目的は、人力駆動
系と電気駆動系とを並列に設け、人力による駆動力の
化に対応して前記電気駆動系の出力を制御する電動モー
タ付き乗り物の制御方法において、人力駆動力および電
気駆動力を加算した合力を変速機構を介して駆動輪に伝
える一方、前記人力駆動系の駆動速度と前記変速機構の
変速比とに基づいて計算車速を求め、この計算車速の
速域では人力駆動力の増加に対するモータ駆動力の増加
割合が計算車速の低速域よりも小さくなるように前記電
気駆動系の出力を制御することを特徴とする電動モータ
付き乗り物の制御方法、により達成される。
【0007】本発明によれば第2の目的は、人力駆動系
と電気駆動系とを並列に設け、人力による駆動力の変化
に対応して前記電気駆動系の出力を制御する電動モータ
付き乗り物において、人力駆動力および電気駆動力を加
算して外部の伝動系に出力する動力ユニットと;この動
力ユニットのケースに収容され人力駆動力を検出する人
力駆動力検出手段と;前記人力駆動系および電気駆動系
の合力を前記動力ユニットから駆動輪に伝える伝動系に
介在された変速機構と;前記人力駆動系の駆動速度を検
出する速度センサと;前記速度センサの出力と前記変速
機構の変速比とに基づいて計算車速を求め、この計算車
速の高速域では人力駆動力の増加に対するモータ駆動力
の増加割合が計算車速の低速域よりも小さくなるように
前記電気駆動系の出力を制御するコントローラと;を備
えることを特徴とする電動モータ付き乗り物、により達
成される。
【0008】
【実施例】図1は本発明の一実施例の側面図、図2はそ
の動力系統の一実施例を示す図、図3は同じく動力系統
の他の実施例を示す図、図4は図3の実施例における正
常時の変速特性図、図5は同じく異常時の変速特性図で
ある。
【0009】図1において、符号10はメインフレーム
であり、ヘッドパイプ12から斜下後方へのびて後輪1
4の車軸に至る。このメインフレーム10にほぼ直交す
るようにシートチューブ16が固着され、このシートチ
ューブ16の上端にはサドル18を支持するシートポス
ト20が固定されている。
【0010】シートチューブ16の下部には下に開いた
筒部16aが形成され、この中に永久磁石式直流電動モ
ータ22が収容される。シートチューブ16の下端には
動力ユニット24が固定されている。この動力ユニット
24はケース(ボトムブラケットケース以下BBケー
スという)26と、このケース26から後方へのびるリ
ヤステー28とを備え、このリヤステー28の後端に後
輪14が固定されている。なお右側のリヤステー28に
は駆動軸30(図2、3参照)が挿通される。
【0011】動力ユニット24のケース26にはクラン
ク軸32が貫挿され、その両端にクランク34が固定さ
れている。クランク34にはクランクペダル36、36
が取付けられている。
【0012】後輪14の車軸38の左端は、左のリヤス
テー28に固着したエンドプレート28aに固定され、
この車軸38の右端は右のリヤステー28に固定された
傘歯車ケース(図示せず)に固定されている。車軸38
には内装式の3段手動変速機構40が保持され、後輪1
4には駆動軸30の回転が傘歯車機構、一方向クラッチ
42(図2、3)および変速機構40を介して伝えられ
る。
【0013】動力ユニット24には、クランク軸32の
回転を一方向クラッチ44(図2、3)を介して駆動軸
30に伝える傘歯車(図示せず)が内装されている。ま
たこのクランク軸32と駆動軸30との間には遊星歯車
機構が介在されている。
【0014】この遊星歯車機構は遊星歯車からペダル踏
力が入力され、リング歯車から駆動軸30に踏力が出力
される。そして中央のサン歯車に加わるトルクを人力駆
動力検出手段としてのポテンショメータ46で検出する
ことにより踏力Fを検出するように構成されている。モ
ータ22の回転は一方向クラッチ48および減速機50
を介して駆動軸30に伝えられる。
【0015】図1で52は鉛電池などの充電可能な電
池、54はコントローラであり、これらは前記メインフ
レーム10のヘッドパイプ12とシートチューブ16と
の間に収容されている。図1において56は後輪14の
回転速度から車速(実車速、実走行速度)Sを求めるた
めの車速センサ(実速度検出手段)であり、変速比を求
めるためのものである。この車速センサ56は図2に車
速検出2と示されるものである。
【0016】次に図2の実施例を説明する。この図2に
示す実施例では、後輪14から車速(実車速)Sを求め
ると共に、人力駆動系による回転速度sを同時に検出し
ている。すなわちこの図2に車速検出1として示す速度
センサ58は、動力ユニット24内でクランク軸32の
回転速度sを検出する。
【0017】ポテンショメータ46で検出した踏力F
と、車速センサ(車速検出2)56で後輪14から検出
した車速Sと、速度センサ(車速検出1)58で検出
したクランク軸32の回転速度sとは、共にコントロー
ラ54に入力される。コントローラ54は、図2に示す
ように信号比較部60において車速Sとクランク軸回転
速度sとを比較して変速機構40の変速pを検出す
る。
【0018】コントローラ54は変速比・補助力演算部
62において、メモリ64に記録したデータに基づき、
クランク軸回転速度sと変速比pとから車速(計算車
速)S C を求め、この計算車速S C 踏力Fに対するモー
タ22の補助力すなわちモータ駆動力TMを演算しこれ
に対応する制御信号qを出力する。
【0019】この図2の実施例において車速センサ56
は後輪14の車軸付近に設けられるから、実際の車速と
異なる車速を実車速として出力するように改造されるこ
とがあり得る。また障害物に当って誤動作することがあ
り得る。このような時にはコントローラ54で求めた変
速比が設定した変速比に一致しなくなる。
【0020】すなわちクランク軸回転速度と予め設定
した変速比とを乗算して求めた計算走行速度 C は、車
速センサ56で求めた実走行速度とは、設定した変速
比のどれを用いても一致することがない。コントローラ
54はこのような時には車速センサ56などに異常があ
ると判断し、モータ出力を踏力と車速により決まるモー
タ出力よりも減らすように制御する。
【0021】次に図3に示す実施例について説明する。
この実施例では、変速機構40の変速pをその手動の
変速操作器66に設けた変速動作検出センサ68により
検出する。一方クランク軸32の回転速度sは図3に
車速検出と示した速度センサ58Aで検出される。
この回転速度sと変速pとを示す信号はコントローラ
54Aの変速比決定・信号補正部70に入力され、ここ
で変速比が決定される。
【0022】ここに変速動作検出センサ68はコントロ
ーラ54Aの外にあるため、運転者などにより改造され
易い。例えばモータの駆動力を増大させるために高速段
に固定することが考えられる。このような場合には、後
記するように計算で求めた車速(計算車速)C変速
の度ごとに発生する段状の変化から改造されたことと判
断し、コントローラ54Aの変速比決定・信号補正部7
0では変速pを低速1に補正する。
【0023】補助力演算部72は、踏力Fと、クランク
軸回転速度sを変速比決定・信号補正部70で検出した
変速あるいは補正した変速比pで修正した速度(計算
速度)S C に対するモータ22の制御信号qを、メモリ
74のデータを用いて演算する。なお図3では図2と同
一部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さな
い。
【0024】この図3の実施例において、変速動作検出
センサ68に改造が行われない正常な状態での変速特性
は図4のようになる。この図4で横軸tは発進後の経過
時間を示す。この正常な場合には変速機構40の変速
pを検出する変速動作検出センサ68の出力である変速
検出信号は実際の変速1、p2、p3と一致してい
る。従って実際の車速SRは、クランク軸回転速度sと
変速比とを用いて算出される計算車速SCと一致する。
【0025】図5は変速動作検出センサ(変速段検出手
段)68を高速側変速比3に固定する改造を行った場
合の変速特性を示す。この場合には検出した変速pは
常に高速側の変速比3であるから、これを用いた計算
車速SCは実際の変速が行われる度に段状に変化する。
従ってこの計算車速SCが変速時に段状に変化すること
から、逆に改造が行われたと判定し、前記したように変
速比決定・信号補正部70で変速pを低速側の変速比
1に固定し、モータ22の駆動力TM踏力と計算車速
C とで決まる駆動力よりも小さくする。
【0026】なお変速機構40の変速動作を検出した時
には、モータ駆動力TMを一時的に減少させるのが望ま
しい。これは変速動作を円滑にし変速の衝撃を小さくす
るためである。
【0027】
【発明の効果】請求項1の発明は以上のように、人力駆
動系の駆動速度と変速比とに基づいて車速(計算車速)
を求め、高速域では人力駆動力の増加に対するモータ駆
動力の増加割合が小さくなるようにモータ駆動力を制御
するものであるから、常にモータの駆動力を適範囲内
にすることができる。
【0028】請求項2の発明によれば、この請求項1の
制御方法の実施に直接使用する電動モータ付き乗り物が
得られる。
【0029】ここにコントローラは、変速比を人力駆動
系の駆動速度と実走行速度との比から求めることができ
る(請求項3)。このようにして求めた変速比が変速機
構により設定される変速比に一致しない時には、実走行
速度の検出手段などに異常が発生したものとしてモータ
出力を減少させるのがよい(請求項4)。
【0030】変速比は変速機構の変速比を検出すること
によって求めてもよい(請求項5)。この場合に、人力
駆動系の駆動速度と変速比とによって求めた計算車速が
異常を示した時には、変速比を検出する手段に異常有り
としてモータ出力を減少させるのがよい(請求項6)。
【0031】 また変速機構の変速動作を検出した時に
は、モータの駆動力を一時的に減少させることにより、
変速動作を円滑にし変速の衝撃を小さくすることができ
る(請求項7)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の側面図
【図2】その動力系統の一実施例を示す図
【図3】同じく動力系統の他の実施例を示す図
【図4】図3の実施例における正常時の変速特性図
【図5】図3の実施例における異常時の変速特性図
【符号の説明】
14 駆動輪としての後輪 22 電動モータ24 動力ユニット 26 ケース 36 クランクペダル 40 変速機構 46 人力駆動力検出手段としてのポテンショメータ 54、54A コントローラ 56 速度センサ(実速度検出手段) 58 速度センサ(人力駆動系の駆動速度検出手段) 68 変速動作検出センサ(変速段検出手段) S 車速(実車速) C 計算車速 F 人力駆動力としての踏力 TM モータ駆動力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62M 23/02 B62K 11/00 B62M 7/06 B62M 9/12

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
    け、人力による駆動力の変化に対応して前記電気駆動系
    の出力を制御する電動モータ付き乗り物の制御方法にお
    いて、 人力駆動力および電気駆動力を加算した合力を変速機構
    を介して駆動輪に伝える一方、 前記人力駆動系の駆動速度と前記変速機構の変速比とに
    基づいて計算車速を求め、この計算車速の高速域では人
    力駆動力の増加に対するモータ駆動力の増加割合が計算
    車速の低速域よりも小さくなるように前記電気駆動系の
    出力を制御することを特徴とする電動モータ付き乗り物
    の制御方法。
  2. 【請求項2】 人力駆動系と電気駆動系とを並列に設
    け、人力による駆動力の変化に対応して前記電気駆動系
    の出力を制御する電動モータ付き乗り物において、 人力駆動力および電気駆動力を加算して外部の伝動系に
    出力する動力ユニットと; この動力ユニットのケースに収容され人力駆動力を検出
    する人力駆動力検出手段と; 前記人力駆動系および電気駆動系の合力を前記動力ユニ
    ットから駆動輪に伝える伝動系に介在された変速機構
    と; 前記人力駆動系の駆動速度を検出する速度センサと; 前記速度センサの出力と前記変速機構の変速比とに基づ
    いて計算車速を求め、この計算車速の高速域では人力駆
    動力の増加に対するモータ駆動力の増加割合が計算車速
    の低速域よりも小さくなるように前記電気駆動系の出力
    を制御するコントローラと; を備えることを特徴とする電動モータ付き乗り物。
  3. 【請求項3】 コントローラは、変速比を前記人力駆動
    系の駆動速度を検出する速度センサの出力と実走行速度
    を検出する実速度検出手段の出力から求める請求項2の
    電動モータ付き乗り物。
  4. 【請求項4】 コントローラは、求めた変速比が設定し
    た変速比に一致しないときモータ出力を減少させる請求
    項3の電動モータ付き乗り物。
  5. 【請求項5】 コントローラは、変速比を前記変速機構
    の変速段を検出する手段の出力から求める請求項2の電
    動モータ付き乗り物。
  6. 【請求項6】 コントローラは、前記人力駆動系の駆動
    速度と変速比とから求めた計算車速が異常を示したとき
    にモータ出力を減少させる請求項5の電動モータ付き乗
    り物。
  7. 【請求項7】 コントローラは、変速機構の変速動作時
    にモータ駆動力を一時的に減少させる請求項2〜6のい
    ずれかの電動モータ付き乗り物。
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