JP3812686B2 - 電動車両の駆動力制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータからの駆動力を駆動輪に供給する電力駆動系を備えた電動車両の駆動力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動モータからの駆動力を駆動輪に供給する電力駆動系を備えた電動車両として、従来例えば、スロットルレバーの回動角度(開度)をポテンショメータで検出し、該ポテンショメータの出力に基づいて上記電動モータへの給電量を制御するようにしたいわゆる自走式の電動車両がある。
【0003】
また運転者からのペダル踏力を検出し、該ペダル踏力の大きさに基づいて上記電動モータからの補助動力を制御するようにしたいわゆるアシスト走行を行うようにした補助力付き電動車両がある。
【0004】
そして上記電力駆動系を備えた電動車両において、電動モータからの駆動力をペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと、上記電動モータからの駆動力をスロットルレバー等からの駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにすることが考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記電動車両では、自走モードに切り替えるための専用のスイッチが必要であり、それだけコスト高となるという問題がある。
【0006】
また、アシストモードと自走モードとの間での切替時点での駆動力の制御プログラムの如何によっては、電動モータからの駆動力が急変し、乗車フィーリング上違和感が感じられるといった問題が懸念される。
【0007】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、自走モードに切り替えるためのコストを低減でき、乗車フィーリングを向上することができる電動車両の駆動力制御装置を提供することを課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、図7に示すように、ペダル踏力を駆動輪32に供給する人力駆動系75と、電動モータ44からの駆動力を駆動輪32に供給する電力駆動系40とを備え、上記電動モータ44からの駆動力を上記ペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと上記電動モータ44からの駆動力を駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにした電動車両1の駆動力制御装置54において、上記電動モータ44からの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ80, ダウンスイッチ81と、停止中に、又は上記アシストモード走行中に上記アップスイッチ80がオンされたとき自走モードに切り替える走行モード切替え制御手段101とを備えたことを特徴としている。
【0010】
請求項2の発明は、図8に示すように、請求項2において、ペダル踏力を検出するペダル踏力検出手段102と、上記アシストモード走行中に自走モードに切り替えられた時にはそれまでのアシストモード走行中における上記ペダル踏力検出手段102からのペダル踏力,モータ駆動力,ペダル踏力とモータ駆動力の合力,車両速度の何れかに基づいて上記駆動力指示値を求める自走切替え時駆動力指示手段103とを備えたことを特徴としている。
【0011】
請求項3の発明は、図9に示すように、請求項2において、停止中に自走モードに切り替えられた時には所定の初期値を上記駆動力指示値とする自走切替え時駆動力指示手段104を備えたことを特徴としている。
【0012】
請求項4の発明は、図10に示すように、ペダル踏力を駆動輪32に供給する人力駆動系75と、電動モータ44からの駆動力を駆動輪32に供給する電力駆動系40とを備え、上記電動モータ44からの駆動力を上記ペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと上記電動モータ44からの駆動力を駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにした電動車両1の駆動力制御装置54において、上記電動モータ44からの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ80, ダウンスイッチ81と、上記自走モード走行中に上記ダウンスイッチ81のオン操作, 制動操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたとき自走モードをアシストモードに切り替えるモード切替え制御手段105を備えたことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1ないし図5は、本発明の一実施形態による電動補助自転車の駆動力制御装置を説明するための図であり、図1は上記制御装置が取り付けられた電動補助自転車の側面図、図2,図3は上記制御装置のブロック構成図、図4は上記制御装置のモードの遷移を説明するための図、図5は上記制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【0014】
図1において、1は電動補助自転車であり、該自転車1の車体フレーム10はヘッドパイプ12と、該ヘッドパイプ12から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ14と、該ダウンチューブ14の後部から上方に起立するシートチューブ16と、該ダウンチューブ14の後端から後方に延びる左, 右一対のリヤアーム20,20と、該両リヤアーム20,20の後端部と上記シートチューブ16の上端部とを結合する左, 右一対のシートステー22,22とを備えている。
【0015】
上記ヘッドパイプ12には、下端で前輪28を軸支し、上端に操向ハンドル26が固着された前フォーク24が左右へ回動自在に軸支されている。また上記シートチューブ16にはシートポスト30aが高さ調整可能に挿入されており、該シートポスト30aの上端にはサドル30が装着されている。さらにまた、上記リヤアーム20,20の後端間には後輪(駆動輪)32が回転可能に装着されており、この後輪32のハブ34には内装式変速機が内蔵されている。
【0016】
また、40は本自転車1の動力源となる動力ユニット(電力駆動系)であり、この動力ユニット40は、動力ケース42と、この動力ケース42に一体に接続され、後輪32に駆動力を伝達する永久磁石式直流電動モータ44と、該電動モータ44に電流を供給するバッテリ64と、上記電動モータ44の駆動力を制御するコントロールユニット(駆動力制御装置)54とを備えている。
【0017】
上記動力ケース42は上記ダウンチューブ14の後部14a下方に取付けられ、上記電動モータ44は斜め前上方へ突出するように車体カバー41内に配設されており、上記ダウンチューブ14の後部14aと平行になっている。また上記コントロールユニット54は上記ダウンチューブ14の前部14b下方に位置するよう車体カバー41内に取付けられている。
【0018】
上記バッテリ64は多数の電池セルを直列接続してケース内に内蔵してなるもので、上記シートチューブ16と後輪32の前縁との間の空間に配設された電池ケース60内に着脱可能に収納されている。なお、上記電池ケース60の上端開口部は上記左, 右のシートステー22の間に位置しかつ上方に突出しており、上記バッテリ64は左, 右シートステー22,22間を通って上下方向に取付け,取外し可能となっている。
【0019】
上記動力ケース42にはクランク軸46が車幅方向に貫挿され、その両端にクランクアーム48(一方のみ図示)が固定されており、この各クランクアーム48にはクランクペダル50が取付けられている。これによりクランクペダル50に加えられた踏力をチェーン52を介して後輪32に伝達する人力駆動系75が構成されている。
【0020】
上記車体フレーム10のヘッドパイプ12への接続部近傍には、メインスイッチ56が配設されており、また上記操向ハンドル26のハンドルグリップ近傍には、上記電動モータ44からの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ(UPボタン)80, ダウンスイッチ(DOWNボタン)81が配設されている。
【0021】
また図2,図3に示すように、上記自転車1には、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ82と、車速を検出する車速センサ83と、ペダル踏力を検出する踏力センサ84と、上記電動モータ44に供給される電流を検出する電流計85とを備えている。なお、上記車速の検出に当たっては車軸の回転速度から車速を直接検出しても良いし、動力ユニット40等の回転軸の回転速度から車速を間接的に検出しても良い。
【0022】
上記コントロールユニット54は、インターフェース(I/F)86を介して上記アップ,ダウンスイッチ80, 81からの切替え又は増減指示信号、及び上記ブレーキスイッチ82、スピードセンサ83,トルクセンサ84からの検出信号に基づいてモータ駆動回路87に上記電動モータ44への給電量を制御する制御信号を出力するCPU88を備えている。
【0023】
また、上記コントロールユニット54と上記電動モータ44との間には、リレー駆動回路89により制御されて、異常時等のモータ停止を行うリレー90が介設されている。なお、91は上記電流計85によりモータ電流を検出するモータ電流検出回路、92はこのコントロールユニット54用の電源回路である。
【0024】
ここで上記コントロールユニット54のCPU88は、上記電動モータ44への給電量が、上記アップスイッチ80のオン時間長が長いほど増大し、ダウンスイッチ81のオン時間長が長いほど減少するようモータ駆動回路87を制御する給電量制御手段として機能する。
【0025】
また、上記CPU88は、上記自転車1が停止中又はアシストモード走行中である場合に、上記アップスイッチ80がオンされた時は、自走モードに切り替え、かつ自走モード走行中に上記ダウンスイッチ81の所定時間以上のオン操作, ブレーキスイッチ82による制動検出, ペダル踏力の入力の何れかが検出された時はアシストモードに切り替えるモード切替え制御手段としても機能する。
【0026】
さらにまた上記CPU88は、、アシストモード走行中に自走モードに切り替えられた時は、上記モータ44からの駆動力をそれまでのアシストモード走行中における上記踏力検出センサ84からのペダル踏力,モータ駆動力,ペダル踏力とモータ駆動力の合力,車両速度の何れかに基づいて制御し、また停止中に自走モードに切り替えられた時は、上記モータ44からの駆動力が所定の初期値となるように制御する自走切替え時駆動力指示手段として機能する。
【0027】
なお、上記CPU88は、アシストモード走行中は上記モータ44からの駆動力を、ペダル踏力に対して所定のアシスト比、例えば1:1となるように制御し、かつ所定の車速以上では上記アシスト比が徐々に小さくなるよう制御する。
【0028】
次に、上記コントロールユニット54の制御状態(制御モード),及び上記自転車1の走行状態(走行モード)の遷移を、図4に基づいて説明する。なお、図4において、数字は各モード間の移行条件の番号を示している。
【0029】
まず、電源オンにより電源電圧が上昇する(条件1)と、コントロールユニット54の初期化が行われ、該初期化が正常に終了する(条件2)と、制御開始を待機するスタート待ちモードに移行する。
【0030】
なお、上記初期化中に、上記リレー90の溶着(異常発生1)が検出された時(条件3)は、予め設定された所定時間経過後に自動的に電源を切断するオートパワーオフ待ちモードに移行する。
【0031】
また、上記スタート待ちモード中で、上記所定時間内に、ペダル踏力によるアシスト指示も、上記UPボタン80, DOWNボタン81による自走指示もなく、かつ異常が検出されないとき(条件4)は、上記スタート待ちモードが継続される。
【0032】
上記スタート待ちモード中に、何らかの異常(異常発生2)が検出された時は(条件5)、上記オートパワーオフ待ちモードに移行する。
【0033】
上記スタート待ちモード中に、過電圧(異常発生3), または上記オートパワーオフの設定時間の経過が検出された時は(条件6)、オートパワーオフが実行される。
【0034】
また、上記オートパワーオフ待ちモード中で、上記設定時間内(条件7)であれば、このオートパワーオフ待ちのモードが継続され、上記設定時間が経過する(条件8)と、オートパワーオフが実行される。
【0035】
上記オートパワーオフの実行中に、電源電圧の低下が検出されない時は(条件9)、このオートパワーオフの処理が継続される。
【0036】
上記オートパワーオフの実行中や、上記スタート待ちモード中に、電源電圧の低下が検出された時(条件10, 条件11)は、パワーオフモードとなって電源の供給が停止される。
【0037】
上記スタート待ちモード中に、上記ペダルからのアシスト指示のみが検出された時(条件12)は、ペダル踏力をモータ44により補助するアシストモードに移行する。
【0038】
また、上記アシストモード中に、ペダル踏力が検出され、かつ異常が検出されない時(条件13)は、上記アシストモードが継続される。
【0039】
上記アシストモード中に、ペダルからのアシスト指示と自走指示とのいずれもが検出されず、かつ車速が所定値以下の時(条件14)は、上記スタート待ちモードに移行する。
【0040】
上記アシストモード中に、何らかの異常(異常発生2)が検出された時(条件15)は、上記オートパワーオフ待ちモードに移行する。
【0041】
上記アシストモード中に、過電圧(異常発生3)が検出された時(条件16)は、上記オートパワーオフが実行される。
【0042】
上記スタート待ちモード中に、上記UPボタン80からの自走指示入力が検出された時(条件17)は、自走モードに移行する。
【0043】
上記自走モード中に、上記UPボタン80,DOWNボタン81からの自走指示入力が連続して検出され、かつ異常が検出されない時(条件18)は、車速を増減しつつ上記自走モードが継続される。
【0044】
上記自走モード中に、上記UPボタン80又はDOWNボタン81からの入力が所定時間以上検出されずかつ上記ペダル踏力も検出されない時(条件19)は、上記スタート待ちモードに移行する。
【0045】
上記アシストモード中に、上記UPボタン80からの自走指示入力が検出された時(条件20)は、上記自走モードに移行する。
【0046】
上記自走モード中に、ペダル踏力、またはブレーキ操作、または上記DOWNボタン81からの所定時間以上の入力の何れかが検出された時(条件21)は、上記アシストモードに移行する。
【0047】
上記自走モード中に、何らかの異常(異常発生2)の発生が検出された時(条件22)は、上記パワーオフ待ちモードに移行する。
【0048】
上記自走モード中に、過電圧(異常発生3)が検出された時のような緊急時(条件23)には、上記オートパワーオフが直ちに実行される。
【0049】
ここで、上記コントロールユニット54による上記スタート待ちモード, 自走モード, アシストモードの間の遷移制御を図5に基づいて説明する。
【0050】
上記アシストモード走行中に上記UPボタン80がオンされると、自走モードに切り替えられ、電動モータ44からのトルクがそれまでのアシスト走行におけるペダル踏力とモータ出力との合力の平均値トルクTとなるよう給電量が制御される(ステップS1, S2)。なお、アシスト走行におけるペダル踏力又はモータ出力の平均値を求め、これをN倍(例えば2倍)したトルクとなるように上記給電量を制御しても良い。またスタート待ちモード中に上記UPボタン80がオンされると、自走モードに切り替えられ、電動モータ44からのトルクが予め設定された初期トルクT0 となるよう給電量が制御される(ステップS3, S4)。
【0051】
そして上記自走モード走行中において、上記UPボタン80がオン操作されると(ステップS5)、このオン操作の継続時間tONが計測される(ステップS6)。また、上記DOWNボタン81がオンされるとこのオン操作の継続時間tOFF が計測される(ステップS7, S8)。
【0052】
そして、上記計測された時間tON, tOFF より所定の演算式
X=1+A(tON−tOFF )
に基づいて出力係数Xが演算される(ステップS9)。なお、Aは所定の定数であり、この出力係数Xは、加速時には1より大きく、減速時には1より小さく設定される。
【0053】
次に、上記出力係数Xと上記モータ44のトルクT, 又はT0 とから、上記電動モータ44から出力すべきトルクX・T, 又はX・T0 が演算され(ステップS10)、このトルク値を目標値として上記電動モータ44への給電量が制御される。
【0054】
このような自走モード走行中に、上記ブレーキスイッチ82がオンされた時は上記スタート待ちモードに移行し(ステップS11, S12)、ペダル踏力が検出された時は上記アシストモードに移行し(ステップS13, S14)、異常が検出された時は電源が停止される(ステップS15, S16)。
【0055】
なお、自走モードからアシストモードに移行した場合には、補助力指令値は、自走モードでの値からペダル踏力に応じた値に徐々に変化される。
【0056】
このように本実施形態では、アップスイッチ80のオン時間長が長いほど給電量を増大して、電動モータ44からの駆動力の増大するとともに、ダウンスイッチ81のオン時間長が長いほど給電量を減少して、駆動力を減少するようにしたので、スロットルレバーの開度を検出するための自走モード専用のポテンショメータを不要にでき、コストを低減することができる。
【0057】
また、停止中やアシストモード走行中に、アップスイッチ80のオンにより、電動モータ44のみによる自走モードに切り替えるようにしたので、従来の装置のような専用の切切替えスイッチを設ける必要がなく、それだけコストを低減できる。
【0058】
また、アシストモード走行中に自走モードに切り替えた時は、アシスト走行中のペダル踏力とモータ出力との合力の平均値に基づいて電動モータ44からの駆動力を制御するようにしたので、上記切替時に急激に電動モータからのトルクが変化して乗車感覚が低下するといった問題を防止することができる。
【0059】
また、停止中に自走モードに切り替えた時は、電動モータ44からの駆動力が所定の初期トルク値となるようにしたので、走行開始に必要な適当なトルクを発生させることができる。
【0060】
また、自走モード走行中に、ダウンスイッチ81の所定時間以上のオン操作, ブレーキ操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたときは、アシストモード走行に切り替えるようにしたので、専用の切替スイッチを不要にできる。
【0061】
また自走モードからアシストモードに切り替えたときには、それまでのモータ補助力をペダル踏力に応じた補助力に徐々に変化させるようにしたので、切り替え時にモータ補助力が急に変化することがなく、切り替えを滑らかに行なうことができる。
【0063】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、停止中やアシスト走行中に、アップスイッチのオンにより自走モード走行に切り替えるようにしたので、専用の切替スイッチ等を不要にでき、コストを低減することができる効果がある。
【0064】
請求項2の発明によれば、アシストモード走行中に自走モード走行に切り替えた時には、モータ駆動力をそれまでのアシストモード走行中におけるペダル踏力,モータ駆動力,ペダル踏力とモータ駆動力の合力,車両速度の何れかに基づいて制御するようにしたので、上記モータの駆動力が急激に変化することを防止でき、上記自走モード切替時の走行フィーリングを向上することができる効果がある。
【0065】
請求項3の発明によれば、停止中に自走モード走行に切り替えた時は、所定の初期トルクをモータから出力するようにしたので、スタート時に適当なトルクを得られ、スタートを容易に行うことができる効果がある。
【0066】
請求項4の発明によれば、自走モード走行中に、ダウンスイッチの所定時間以上のオン操作, 制動操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたときは、アシストモード走行に切り替えるようにしたので、専用の切り替えスイッチを不要にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による駆動力制御装置を備えた電動補助自転車の側面図である。
【図2】上記制御装置のブロック構成図である。
【図3】上記制御装置のブロック構成図である。
【図4】上記制御装置のモードの遷移を説明するための図である。
【図5】上記制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図6】請求項1の発明のクレーム構成図である。
【図7】請求項2の発明のクレーム構成図である。
【図8】請求項3発明のクレーム構成図である。
【図9】請求項4の発明のクレーム構成図である。
【図10】請求項5の発明のクレーム構成図である。
【符号の説明】
1 電動補助自転車(電動車両)
32 駆動輪
40 電力駆動系
44 電動モータ
54 駆動力制御装置
75 人力駆動系
80 アップスイッチ
81 ダウンスイッチ
100 給電量制御手段
101 走行モード切替え制御手段
102 ペダル踏力検出手段
103 自走切替え時駆動力指示手段
104 自走切替え時駆動力指示手段
105 モード切替え制御手段
Claims (4)
- ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、電動モータからの駆動力を駆動輪に供給する電力駆動系とを備え、上記電動モータからの駆動力を上記ペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと上記電動モータからの駆動力を駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにした電動車両の駆動力制御装置において、上記電動モータからの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ, ダウンスイッチと、停止中に、又は上記アシストモード走行中に上記アップスイッチがオンされたとき自走モードに切り替える走行モード切替え制御手段とを備えたことを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
- 請求項1において、ペダル踏力を検出するペダル踏力検出手段と、上記アシストモード走行中に自走モードに切り替えられた時にはそれまでのアシストモード走行中におけるペダル踏力,モータ駆動力,ペダル踏力とモータ駆動力の合力,車両速度の何れかに基づいて上記駆動力指示値を求める自走切替え時駆動力指示手段とを備えたことを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
- 請求項1において、停止中に自走モードに切り替えられた時には所定の初期値を上記駆動力指示値とする自走切替え時駆動力指示手段を備えたことを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
- 請求項1において、上記走行モード切替え手段は、上記自走モード走行中に上記ダウンスイッチの所定時間以上のオン操作, 制動操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたとき自走モードをアシストモードに切り替えることを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
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