JP3955152B2 - 補助動力装置付き車輌及びその制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力と補助動力装置による補助動力とを用いて駆動する、補助動力装置付き車輌及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動モータなどの既知の駆動装置を補助動力装置として装備し当該補助動力装置による補助動力を操作者や使用者などの人力に基づく（以下、”人力駆動力”という）に加えて、走行駆動する補助動力装置付き車輌が知られている。具体的に言えば、例えば操作者がペダルを踏むことにより生じるペダル踏力（回転力）、あるいはハンドリムを回すことにより生じる回転力の上に、電動モータを駆動することにより生じる補助動力を加えて、車輪を回転し走行する電動モータ付き自転車、電動モータ付き車椅子または荷物搬送車等がある。このような補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出して、検出した人力駆動力に基づいて電動モータを制御することが一般的である。つまり、この補助動力装置付き車輌では、検出した人力駆動力に対する上述の補助動力の比率（以下、”補助比率”という）を制御することにより、当該車輌を駆動していた。
従来の補助動力装置付き車輌としては、例えば特開平６−２５５５６４号公報に開示された電動モータ付き自転車がある。この従来の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力の一周期内の計測をし、その値に基づいて、次の一周期間に亘って一定な電動モータの出力（トルク）を決定するモータ出力演算手段と、この求めたモータ出力を発生させる出力制御手段とを備えている。つまり、この従来の補助動力装置付き車輌では、検出した人力駆動力の変動の周期単位に電動モータの出力トルクを一定とする制御を行い、当該車輌を駆動していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の補助動力装置付き車輌では、路面の変化などの車輌の走行環境の変化に関係なく、検出した人力駆動力の変動の周期単位に一定な出力トルクの補助動力を人力駆動力に加えるよう構成していた。このため、この従来の補助動力装置付き車輌では、走行環境の変化とその変化による人力駆動力の変動に応じて、その車輌を最適に走行、駆動することができなかった。例えば、この従来の補助動力装置付き車輌が平地から上り坂に変化する路面を走行した場合、その路面の変化に対する電動モータの応答性が悪く、決定した出力トルクが上り坂を走行するには小さく、したがって補助比率が走行環境（上り坂）に適したものにならなかった。このように、この従来の補助動力装置付き車輌では、走行環境の変化や人力駆動力の変動に対して、即時に上記出力トルクを最適な値に変更し決定することができなかった。したがって、操作者等に負担や違和感を与えて車輌（自転車）としての乗り心地がその場合には低下していた。
【０００４】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、走行環境の変化や検出した人力駆動力の変動に速やかに追随適応して、常に最適な補助比率を決定して走行、駆動することができ、したがって車輌としての乗り心地においても操作者等に違和感を与えることなく、自然で滑らかな走行を行うことができる補助動力装置付き車輌及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点による補助動力装置付き車輌の制御装置は、走行を行うための車輌走行部に対し、ペダルクランクの回転運動に応じて脈動する人力駆動力と補助動力駆動部からの補助動力とを与える補助動力装置付き車輌の制御装置において、前記人力駆動力を検出する検出手段と、検出された前記人力駆動力が、前記補助動力を制限するときのしきい値以上となる期間における、前記人力駆動力による仕事量を算出する算出手段と、前記しきい値以下となる時点以降において、検出した前記人力駆動力に応じた出力電流を、算出した前記仕事量に応じて増加補正して補助動力を得る補正手段と、補正した前記補助動力を出力するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の観点による上記の補助動力装置付き車輌の制御装置は、前記しきい値を可変にする手段をさらに備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の別の観点による補助動力装置付き車輌は、走行を行うための車輌走行部に対し、人力駆動力と補助動力駆動部からの補助動力とを与える補助動力装置付き車輌において、上記の補助動力装置付き車輌の制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法を示す好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、本発明の補助動力装置付き車輌の一つの好ましい実施例として、脚力（ペダル踏力）と補助動力とを組み合わせて走行する自転車を構成した例について説明する。また、他の実施例としては、ホイールチェア（車椅子）あるいは荷物搬送車であってもよい。
【００１２】
《第１の実施例》
図１は本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図であり、図２は図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図である。
図１、及び図２に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌は、当該車輌を走行するための車輌走行部１、前記車輌走行部１を駆動するための人力駆動部２及び補助動力駆動部３、及び前記補助動力駆動部３の制御を行う制御部４を具備している。
車輌走行部１は、路面と接して車輌を走行するための車輪１ａ，１ｂ、及び車輪１ａ，１ｂを回転自在にそれぞれ支持する支持機構１ｃ，１ｄを備えている。車輌走行部１には、人力駆動部２からの人力駆動力と補助動力駆動部３からの補助動力が供給され、これにより上記車輪１ａ，１ｂが回転して車輌が走行する。
人力駆動部２は、操作者や使用者などの人力を受け取るためのペダル２ａと、その人力を人力駆動力として車輌走行部１に伝達するためのペダルクランク２ｂやチェーン、一方向クラッチ、及び合力軸などからなる伝達機構２ｃを備えている。
補助動力駆動部３は、モータ（電動機）などの既知の駆動装置３ａと当該駆動装置３ａの電源を構成する二次電池などの電池３ｂを備え、制御部４からの指示信号に基づいて作動（回転）する。さらに、補助動力駆動部３は、その回転力を補助動力として伝達機構２ｃを介して車輌走行部１に伝達する。尚、補助動力駆動部３は、例えば駆動装置３ａの通電電流などの補助動力の大きさを示すための情報を制御部４に逐次出力している。また、電池３ｂの具体例には、ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池がある。
【００１３】
制御部４は、人力駆動部２から車輌走行部１に伝達された人力に基づく力、すなわち人力駆動力を検出する人力駆動力検出部５、前記人力駆動力検出部５から検出した人力駆動力のデータと予め設定された人力駆動力のしきい値Flimとの比較を行い、その比較結果に基づいて、上記補助動力の出力を少なくとも指示する出力補正情報を生成する補助動力出力補正部６、及び人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部６からの出力補正情報とに基づいて、検出した人力駆動力に対する補助動力の比率（以下、”補助比率”という）を決定する補助比率決定部７を備えている。
人力駆動力検出部５としては、例えばクランク軸２ｂ’の外周面にアモルファス合金製で文字「ハハーーー」のパターンの形状のスリットを設けた帯状磁性膜を貼り付け、ペダルクランク２ｂにかかる人力駆動力の変化に応じてこの磁性膜の各部にねじれ歪みを生じ、それによりさらに透磁率の変化を生じ、それを２個以上の微少コイルによって検出するようにした磁歪式のトルクセンサ（同一出願人が平成９年１２月に特許出願）を、好適に用いうる。このトルクセンサによって人力駆動力を所定のサンプリング周期（例えば、１msec）で検出する。人力駆動力検出部５は、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部６、及び補助比率決定部７に出力する。
【００１４】
補助動力出力補正部６には、ＲＡＭあるいは類似の記憶素子（図示せず）が設けられ、上述の人力駆動力のしきい値Flimが予め設定されている。補助動力出力補正部６は、しきい値Flimと人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータとの比較を行う。補助動力出力補正部６は、その比較結果に基づいて、補助動力の出力、例えば電池３ｂから駆動装置３ａに供給される電流（以下、”出力電流”という）を少なくとも指示する出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する。具体的にいえば、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上となる期間においては、補助動力出力補正部６は、出力電流を予め設定された制限値Ilimとする出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する。その後、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下となり再びしきい値Flim以上となるまでの期間においては、補助動力出力補正部６は、所定期間ＴＭを設定するための時間情報とともにこの所定期間ＴＭにおける出力電流を指示する出力補正情報を生成し、それを補助比率決定部７に出力する。所定期間ＴＭにおける出力電流は、補助動力出力補正部６に予め設定された関係式に基づいて演算されるものであり、しきい値Flim以上の期間でのしきい値Flim以上の人力駆動力の仕事量Ｓ（ｔ）と同じ仕事量となるように、所定期間ＴＭの間に人力駆動力のデータに応じた出力電流から増加したものである（詳細は後述）。また、人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭ以外の期間においては、補助動力出力補正部６は、出力電流の補正を行わずに人力駆動力のデータに応じた出力電流とする出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する。これにより、この人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭ以外の期間においては、後段の補助比率決定部７によって人力駆動力と補助動力の比率が一対一である標準の補助比率が選択、決定される。
尚、上記制限値Ilim、所定期間ＴＭ、及び関係式は、しきい値Flimと同様に、記憶素子に予め設定される。
【００１５】
補助比率決定部７は、所定の周期（例えば、１msec）毎に、人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部６からの出力補正情報に基づいて、補助比率を決定する。具体的にいえば、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上となる期間においては、出力補正情報によって出力電流が制限値Ilimに制限されるので、補助比率決定部７は標準の補助比率より小さい補助比率を決定して補助動力駆動部３に出力する。また、人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭにおいては、出力補正情報により出力電流を増加することが指示されるので、補助比率決定部７は標準の補助比率より大きい補助比率を決定して補助動力駆動部３に出力する。また、人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭ以外の期間においては、出力補正情報によって人力駆動力のデータに応じた出力電流とすることが指示されるので、補助比率決定部７は標準の補助比率を決定して補助動力駆動部３に出力する。
【００１６】
ここで、図３、及び図４を参照して、補助動力出力補正部６により生成される出力補正情報、及び補助比率決定部７により決定される補助比率について具体的に説明する。
図３は、図２に示した人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力の一例を示すグラフである。図４の（ａ）は図２に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフであり、図４の（ｂ）は図２に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の他の例を示すグラフである。尚、図４の（ａ）、及び図４の（ｂ）に示す破線は、図３に示した人力駆動力のデータに応じて出力電流を決定したときの出力電流の波形を示している。
人力駆動力検出部５（図２）により検出される人力駆動力は、図３の曲線３１に示すように、上述のペダルクランク２ｂの回転運動に応じて脈動する。
補助動力出力補正部６（図２）は、図４の（ａ）の実線４１に示すように、人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータがしきい値Flim未満である期間、つまり同図の時点０から時点Ｔａまでの期間では、人力駆動力のデータに応じた出力電流とする出力補正情報を補助比率決定部７に出力する。これにより、補助比率決定部７は、標準の補助比率を決定する。
【００１７】
続いて、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上である期間、つまり同図の時点Ｔａから時点Ｔｂの間では、出力電流を予め設定された制限値Ilimとする出力補正情報を決定して補助比率決定部７に出力する。これにより、補助比率決定部７により決定される補助比率は、標準の補助比率より小さい値が選択、決定される。このように、制限値Ilimを設定することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、電池３ｂ（図１）の寿命を向上できる。それというのは、充放電特性などの電池３ｂの特性により規定される制限電流の値より小さい値を制限値Ilimとして設定できるからである。具体的には、例えば上記制限電流の値が３０Ａのニッケル−カドミウム蓄電池を電池３ｂに用いた場合、制限値Ilimとして２５Ａを設定することが可能である。このことにより、電池３ｂの最大放電電流を抑えることができ、電池３ｂの寿命を延ばすことが可能となる。さらに、制限値Ilimを設定することにより、駆動装置３ａ（図１）の低出力化を達成でき、駆動装置３ａの小型軽量化も容易に行うことが可能となる。
【００１８】
補助動力出力補正部６は、しきい値Flim以上の期間でのしきい値Flim以上の人力駆動力による仕事量Ｓ（ｔ）（図３の斜線部にて図示）を下記の（１）式により算出する。尚、Ｆ（ｔ）は人力駆動力検出部５により検出される人力駆動力のデータと時間の関係を示した関数である。
【００１９】
【数１】
【００２０】
補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下となると、所定期間ＴＭを設定するための時間情報として、例えば図４の（ａ）に示す時点Ｔｃと時点Ｔｄを予め選択、決定する。補助動力出力補正部６は、上記所定期間ＴＭでの補助動力（出力電流）の増加分による仕事量Ｈ1（ｔ）（図４の（ａ）の斜線部にて図示）を下記の（２）式により算出する。
【００２１】
【数２】
【００２２】
尚、（２）式において、Fmaxは図３に示す人力駆動力の最大値であり、ｎは所定の定数（例えば、ｎ＝３）である。また、上記仕事量Ｓ（ｔ）と仕事量Ｈ1（ｔ）とを同じ値とするので、パラメータａは（１）式、及び（２）式から次の（３）式により算出、決定される。
【００２３】
【数３】
【００２４】
補助動力出力補正部６は、決定したパラメータａを下記の（４）式に代入して、所定期間ＴＭでの出力電流Ｉ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、出力補正情報として、所定期間ＴＭを設定するための時間情報である時点Ｔｃと時点Ｔｄとともに、算出した出力電流Ｉ（ｔ）を補助比率決定部７に出力する。尚、（４）式において、Ｋは駆動装置３ａの構成により定まる定数であり、Ｌはクランク軸２ｂ’（図１）と駆動装置３ａの回転軸との間の距離である。
【００２５】
Ｉ（ｔ） ＝ ＫＬ（Ｆ（ｔ）＋ａ Fmax Ｓｉｎ（ｎｔ）） −−−（４）
【００２６】
このように、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上となる場合、しきい値Flim以上である期間では、出力電流を予め設定された制限値Ilimに制限する。さらに、補助動力出力補正部６は、人力駆動力による上述の仕事量Ｓ（ｔ）を算出して、この算出した仕事量Ｓ（ｔ）と同じ仕事量Ｈ1（ｔ）となるように、所定期間ＴＭにおいて補助動力（出力電流）を増加する。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、たとえ平地から上り坂に変化する路面を走行する場合でも、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下である期間中の所定期間ＴＭの間に補助比率を大きくして、人力駆動力を補助することが可能となる。その結果、本実施例の補助動力装置付き車輌では、車輌としての乗り心地を向上することができ、操作者等に負担や違和感を与えることなく、自然で滑らかな走行を行うことができる。
尚、図４の（ａ）に示す時点Ｔｂから時点Ｔｃまでの期間、及び時点Ｔｄから時点Ｔａ’までの期間では、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータに応じた出力電流（（４）式での”ＫＬＦ（ｔ）”の項で算出）とする出力補正情報を補助比率決定部７に出力する。これにより、補助比率決定部７は、標準の補助比率を決定する。
【００２７】
また、図４の（ｂ）に示すように、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下となる時点Ｔｂと人力駆動力のデータが０となる時点Ｔｅを所定期間ＴＭ’を設定するための時間情報として選択、決定してもよい。この場合、補助動力出力補正部６により決定される出力電流は、同図の実線４２により示される。さらに、所定期間ＴＭ’での補助動力（出力電流）の増加分による仕事量Ｈ2（ｔ）（図４の（ｂ）の斜線部にて図示）は下記の（５）式により算出される。また、上記仕事量Ｓ（ｔ）と仕事量Ｈ2（ｔ）とを同じ値とするので、パラメータｂは（１）式、及び（５）式から次の（６）式により算出、決定される。
【００２８】
【数５】
【００２９】
【数６】
【００３０】
補助動力出力補正部６は、決定したパラメータｂを下記の（７）式に代入して、所定期間ＴＭ’での出力電流Ｉ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、出力補正情報として、所定期間ＴＭ’を設定するための時間情報である時点Ｔｂと時点Ｔｅとともに、算出した出力電流Ｉ（ｔ）を補助比率決定部７に出力する。
【００３１】
Ｉ（ｔ） ＝ ＫＬ（Ｆ（ｔ）＋ｂ Flim ｔ／ｎ） −−−（７）
【００３２】
次に、本実施例の補助動力装置付き車輌の制御方法について、図５を参照して説明する。
図５は、図１に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャートである。
図５に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、まず人力駆動力検出部５（図２）が人力駆動部２（図２）から車輌走行部１（図２）に伝達された人力駆動力を検出する（ステップＳ１）。続いて、人力駆動力検出部５は、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部６（図２）と補助比率決定部７（図２）に出力する（ステップＳ２）。
次に、補助動力出力補正部６は、人力駆動力検出部５から入力した人力駆動力のデータが予め設定されたしきい値Flim以上であるかどうかについて判定する（ステップＳ３）。
人力駆動力のデータがしきい値Flim以上である場合、補助動力出力補正部６は出力電流を制限値Ilimに制限する出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する（ステップＳ４）。その後、補助比率決定部７は、標準の補助比率より小さい補助比率を決定する（ステップＳ５）。
【００３３】
続いて、補助動力出力補正部６は、人力駆動力検出部５から入力した人力駆動力のデータが予め設定されたしきい値Flimよりも小さいかどうかについて判定する（ステップＳ６）。
人力駆動力のデータがしきい値Flimよりも大きい場合、ステップＳ４に戻る。
また、上記ステップＳ６において、人力駆動力のデータがしきい値Flimよりも小さい場合、補助動力出力補正部６は、所定期間ＴＭを設定するための時間情報と、この所定期間ＴＭにおける出力電流を指示する出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する（ステップＳ７）。その後、補助比率決定部７は、所定期間ＴＭにおいては、標準の補助比率より大きい補助比率を決定し、所定期間ＴＭ以外の期間においては、標準の補助比率を決定する（ステップＳ８）。
上記ステップＳ３において、人力駆動力のデータがしきい値Flimより小さい場合、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータに応じた出力電流とする出力補正情報を生成する（ステップＳ９）。その後、補助比率決定部７は、標準の補助比率を決定する（ステップＳ１０）。
【００３４】
以上のように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力検出部５が人力駆動部２から車輌走行部１に伝達された人力駆動力を検出し、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部６、及び補助比率決定部７に出力する。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力出力補正部６が人力駆動力のデータと人力駆動力のしきい値との比較を行い、その比較結果に基づいて出力補正情報を生成する。補助比率決定部７が、人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部６からの出力補正情報に基づいて、補助比率を決定している。これにより、本実施例の補助動力装置付き車輌は、走行環境の変化や検出した人力駆動力の変動に追随、適応して、常に最適な補助比率を決定し走行、駆動することができる。
【００３５】
尚、出力補正情報として出力電流を指示する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば電池３ｂから駆動装置３ａに供給される出力電圧を指示する構成としてもよい。また、しきい値Flim以上の期間でのしきい値Flim以上の人力駆動力のデータを積分して、その仕事量Ｓ（ｔ）を算出し出力補正情報を生成する構成について説明したが、一周期分の人力駆動力のデータを積分して、その仕事量を算出し出力補正情報を生成する構成でもよい。また、人力駆動力のしきい値Flimを予め設定する構成について説明したが、検出した人力駆動力の積分値や平均値などの測定値に基づいて、人力駆動力のしきい値を可変に設定する構成としてもよい。また、所定の時間、例えば定数倍の周期分の人力駆動力のデータに基づいて、出力補正情報を生成する構成でもよい。
【００３６】
《第２の実施例》
図６は、本発明の第２の実施例である補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図である。この実施例では、補助動力装置付き車輌の構成において、補助動力の出力補正を行う時間間隔を可変に設定するための時間設定部を設けた。それ以外の各部は、第１の実施例に示すものと同様であるのでそれらの重複した説明は省略する。
図６に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、テンキーなどの入力機器により構成された時間設定部８が制御部１４の内に設けられている。この時間設定部８には、操作者等の入力、操作によって操作者等が所望する時間間隔Ｔsetが設定され、補助動力出力補正部６に出力される。補助動力出力補正部６では、上述の（１）式により算出した人力駆動力の仕事量Ｓ（ｔ）と同じ仕事量を、入力した時間間隔Ｔsetの間に振り分けて、補助動力を増加する出力補正情報を生成する。この出力補正情報は、第１の実施例のものと同様に、出力電流を指定する情報により構成される。尚、時間設定部８では、開始時点ＴS1と終了時点ＴS2、あるいは開始時点ＴS1と継続時間が設定され、時間間隔Ｔsetが指定される。このように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、操作者等が所望する時間間隔Ｔsetが時間設定部８に設定され、補助動力出力補正部６が設定された時間間隔Ｔsetを用いて、出力電流を決定し出力補正情報として補助比率決定部７に出力している。これにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力の変動に応じて、補助動力の出力を補正することが可能となる。
【００３７】
ここで、図７を参照して、時間設定部８により設定された時間間隔Ｔsetでの補助動力出力補正部６により生成される出力補正情報について具体的に説明する。
図７は、図６に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフである。尚、図７に示す破線は、図３に示した人力駆動力のデータに応じて出力電流を決定したときの出力電流の波形を示している。
補助動力出力補正部６（図６）は、時間設定部８（図６）から時間間隔Ｔsetを入力したとき、後述の関係式を用いて図７の実線４３に示す出力電流を決定する。具体的にいえば、補助動力出力補正部６は、第１の実施例と同様に、上述の（１）式を用いて人力駆動力の仕事量Ｓ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、上記時間間隔Ｔsetでの補助動力（出力電流）の増加分による仕事量Ｈ3（ｔ）を下記の（８）式により算出する。
【００３８】
【数８】
【００３９】
尚、（８）式において、ｃは所定の定数（例えば、ｃ＝０.２）である。また、上記仕事量Ｓ（ｔ）と仕事量Ｈ3（ｔ）とを同じ値とするので、パラメータｄは（１）式、及び（８）式から次の（９）式により算出、決定される。
【００４０】
【数９】
【００４１】
補助動力出力補正部６は、決定したパラメータｄを下記の（１０）式に代入して、時間間隔Ｔsetでの出力電流Ｉ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、出力補正情報として、時間期間Ｔsetを設定するための時間情報である時点ＴS1と時点ＴS2とともに、算出した出力電流Ｉ（ｔ）を補助比率決定部７に出力する。
【００４２】
Ｉ（ｔ） ＝ ＫＬ（ｃ Ｆ（ｔ）＋d Fmax ） −−−（１０）
【００４３】
次に、本実施例の補助動力装置付き車輌の制御方法について、図８を参照して説明する。尚、第１の実施例と同一の動作については、同じステップ番号を付してその重複した説明は省略する。
図８は、図６に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャートである。
図８に示すように、この実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力検出部５（図６）からの人力駆動力のデータがしきい値Flimより小さい値となると、補助動力出力補正部６（図６）は、時間設定部８から時間間隔Ｔsetが設定されているかどうかについて判別する（ステップＳ１１）。
時間間隔Ｔsetが設定されている場合、補助動力出力補正部６は設定された時間間隔Ｔsetを用いて、出力電流を決定し出力補正情報として補助比率決定部７（図６）に出力する（ステップＳ１２）。その後、補助比率決定部７は、補助動力出力補正部６の出力補正情報に基づいて、補助比率を決定する（ステップＳ１３）。
時間間隔Ｔsetが設定されていない場合、補助動力出力補正部６は、第１の実施例のものと同様に、ステップＳ７，Ｓ８に示す動作を行う。
【００４４】
以上のように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力出力補正部６に時間間隔を設定するための時間設定部８を設けて、補助動力の出力補正を行う時間間隔を可変に設定するよう構成している。このため、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力の変動に応じて、補助動力の出力を補正することができ、常に最適な補助比率を決定し走行、駆動することができる。
【００４５】
尚、上述の第１、及び第２の実施例では、標準の補助比率として、人力駆動力と補助動力の比率が一対一である場合について説明したが、この比率に限定されるものでない。
また、しきい値以上の人力駆動力の仕事量と同じ仕事量となるように、出力電流とその出力電流を供給する期間を決定して出力補正情報を生成する構成について説明したが、必ずしも同じ仕事量とする必要はなく、算出（検出）した人力駆動力の仕事量に所定の定数を乗じた値となるように、出力電流とその出力電流を供給する期間を決定して出力補正情報を生成する構成でもよい。
また、人力駆動力のデータがしきい値以上となる期間において、出力電流を予め設定した制限値に制限する構成について説明した。しかしながら、出力電流を制限値に制限する構成に限定されるものではなく、例えば人力駆動力のしきい値を小さい値に設定して、出力電流を制限値に制限することなく、出力補正情報と補助比率を人力駆動力のデータに基づいて決定する構成でもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、人力駆動力検出部が人力駆動部から車輌走行部に伝達された人力駆動力を検出し、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部、及び補助比率決定部に出力する。さらに、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、補助動力出力補正部が人力駆動力のデータと人力駆動力のしきい値との比較を行い、その比較結果に基づいて出力補正情報を生成する。補助比率決定部が、人力駆動力検出部からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部からの出力補正情報に基づいて、補助比率を決定している。これにより、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、走行環境の変化や検出した人力駆動力の変動に速やかに追随、適応して、常に最適な補助比率を決定し走行、駆動することができる。したがって、車輌としての乗り心地においても操作者等に違和感を与えることなく、自然で滑らかな走行を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図
【図２】図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図
【図３】図２に示した人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力の一例を示すグラフ
【図４】図２に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフ
【図５】図１に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の第２の実施例である補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図
【図７】図６に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフ
【図８】図６に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 車輌走行部
２ 人力駆動部
３ 補助動力駆動部
４，１４ 制御部
５ 人力駆動力検出部
６ 補助動力出力補正部
７ 補助比率決定部
８ 時間設定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力と補助動力装置による補助動力とを用いて駆動する、補助動力装置付き車輌及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動モータなどの既知の駆動装置を補助動力装置として装備し当該補助動力装置による補助動力を操作者や使用者などの人力に基づく（以下、”人力駆動力”という）に加えて、走行駆動する補助動力装置付き車輌が知られている。具体的に言えば、例えば操作者がペダルを踏むことにより生じるペダル踏力（回転力）、あるいはハンドリムを回すことにより生じる回転力の上に、電動モータを駆動することにより生じる補助動力を加えて、車輪を回転し走行する電動モータ付き自転車、電動モータ付き車椅子または荷物搬送車等がある。このような補助動力装置付き車輌では、人力駆動力を検出して、検出した人力駆動力に基づいて電動モータを制御することが一般的である。つまり、この補助動力装置付き車輌では、検出した人力駆動力に対する上述の補助動力の比率（以下、”補助比率”という）を制御することにより、当該車輌を駆動していた。
従来の補助動力装置付き車輌としては、例えば特開平６−２５５５６４号公報に開示された電動モータ付き自転車がある。この従来の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力の一周期内の計測をし、その値に基づいて、次の一周期間に亘って一定な電動モータの出力（トルク）を決定するモータ出力演算手段と、この求めたモータ出力を発生させる出力制御手段とを備えている。つまり、この従来の補助動力装置付き車輌では、検出した人力駆動力の変動の周期単位に電動モータの出力トルクを一定とする制御を行い、当該車輌を駆動していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の補助動力装置付き車輌では、路面の変化などの車輌の走行環境の変化に関係なく、検出した人力駆動力の変動の周期単位に一定な出力トルクの補助動力を人力駆動力に加えるよう構成していた。このため、この従来の補助動力装置付き車輌では、走行環境の変化とその変化による人力駆動力の変動に応じて、その車輌を最適に走行、駆動することができなかった。例えば、この従来の補助動力装置付き車輌が平地から上り坂に変化する路面を走行した場合、その路面の変化に対する電動モータの応答性が悪く、決定した出力トルクが上り坂を走行するには小さく、したがって補助比率が走行環境（上り坂）に適したものにならなかった。このように、この従来の補助動力装置付き車輌では、走行環境の変化や人力駆動力の変動に対して、即時に上記出力トルクを最適な値に変更し決定することができなかった。したがって、操作者等に負担や違和感を与えて車輌（自転車）としての乗り心地がその場合には低下していた。
【０００４】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、走行環境の変化や検出した人力駆動力の変動に速やかに追随適応して、常に最適な補助比率を決定して走行、駆動することができ、したがって車輌としての乗り心地においても操作者等に違和感を与えることなく、自然で滑らかな走行を行うことができる補助動力装置付き車輌及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点による補助動力装置付き車輌の制御装置は、走行を行うための車輌走行部に対し、ペダルクランクの回転運動に応じて脈動する人力駆動力と補助動力駆動部からの補助動力とを与える補助動力装置付き車輌の制御装置において、前記人力駆動力を検出する検出手段と、検出された前記人力駆動力が、前記補助動力を制限するときのしきい値以上となる期間における、前記人力駆動力による仕事量を算出する算出手段と、前記しきい値以下となる時点以降において、検出した前記人力駆動力に応じた出力電流を、算出した前記仕事量に応じて増加補正して補助動力を得る補正手段と、補正した前記補助動力を出力するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の観点による上記の補助動力装置付き車輌の制御装置は、前記しきい値を可変にする手段をさらに備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の別の観点による補助動力装置付き車輌は、走行を行うための車輌走行部に対し、人力駆動力と補助動力駆動部からの補助動力とを与える補助動力装置付き車輌において、上記の補助動力装置付き車輌の制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法を示す好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、本発明の補助動力装置付き車輌の一つの好ましい実施例として、脚力（ペダル踏力）と補助動力とを組み合わせて走行する自転車を構成した例について説明する。また、他の実施例としては、ホイールチェア（車椅子）あるいは荷物搬送車であってもよい。
【００１２】
《第１の実施例》
図１は本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図であり、図２は図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図である。
図１、及び図２に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌は、当該車輌を走行するための車輌走行部１、前記車輌走行部１を駆動するための人力駆動部２及び補助動力駆動部３、及び前記補助動力駆動部３の制御を行う制御部４を具備している。
車輌走行部１は、路面と接して車輌を走行するための車輪１ａ，１ｂ、及び車輪１ａ，１ｂを回転自在にそれぞれ支持する支持機構１ｃ，１ｄを備えている。車輌走行部１には、人力駆動部２からの人力駆動力と補助動力駆動部３からの補助動力が供給され、これにより上記車輪１ａ，１ｂが回転して車輌が走行する。
人力駆動部２は、操作者や使用者などの人力を受け取るためのペダル２ａと、その人力を人力駆動力として車輌走行部１に伝達するためのペダルクランク２ｂやチェーン、一方向クラッチ、及び合力軸などからなる伝達機構２ｃを備えている。
補助動力駆動部３は、モータ（電動機）などの既知の駆動装置３ａと当該駆動装置３ａの電源を構成する二次電池などの電池３ｂを備え、制御部４からの指示信号に基づいて作動（回転）する。さらに、補助動力駆動部３は、その回転力を補助動力として伝達機構２ｃを介して車輌走行部１に伝達する。尚、補助動力駆動部３は、例えば駆動装置３ａの通電電流などの補助動力の大きさを示すための情報を制御部４に逐次出力している。また、電池３ｂの具体例には、ニッケル−カドミウム蓄電池やニッケル−水素蓄電池がある。
【００１３】
制御部４は、人力駆動部２から車輌走行部１に伝達された人力に基づく力、すなわち人力駆動力を検出する人力駆動力検出部５、前記人力駆動力検出部５から検出した人力駆動力のデータと予め設定された人力駆動力のしきい値Flimとの比較を行い、その比較結果に基づいて、上記補助動力の出力を少なくとも指示する出力補正情報を生成する補助動力出力補正部６、及び人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部６からの出力補正情報とに基づいて、検出した人力駆動力に対する補助動力の比率（以下、”補助比率”という）を決定する補助比率決定部７を備えている。
人力駆動力検出部５としては、例えばクランク軸２ｂ’の外周面にアモルファス合金製で文字「ハハーーー」のパターンの形状のスリットを設けた帯状磁性膜を貼り付け、ペダルクランク２ｂにかかる人力駆動力の変化に応じてこの磁性膜の各部にねじれ歪みを生じ、それによりさらに透磁率の変化を生じ、それを２個以上の微少コイルによって検出するようにした磁歪式のトルクセンサ（同一出願人が平成９年１２月に特許出願）を、好適に用いうる。このトルクセンサによって人力駆動力を所定のサンプリング周期（例えば、１msec）で検出する。人力駆動力検出部５は、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部６、及び補助比率決定部７に出力する。
【００１４】
補助動力出力補正部６には、ＲＡＭあるいは類似の記憶素子（図示せず）が設けられ、上述の人力駆動力のしきい値Flimが予め設定されている。補助動力出力補正部６は、しきい値Flimと人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータとの比較を行う。補助動力出力補正部６は、その比較結果に基づいて、補助動力の出力、例えば電池３ｂから駆動装置３ａに供給される電流（以下、”出力電流”という）を少なくとも指示する出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する。具体的にいえば、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上となる期間においては、補助動力出力補正部６は、出力電流を予め設定された制限値Ilimとする出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する。その後、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下となり再びしきい値Flim以上となるまでの期間においては、補助動力出力補正部６は、所定期間ＴＭを設定するための時間情報とともにこの所定期間ＴＭにおける出力電流を指示する出力補正情報を生成し、それを補助比率決定部７に出力する。所定期間ＴＭにおける出力電流は、補助動力出力補正部６に予め設定された関係式に基づいて演算されるものであり、しきい値Flim以上の期間でのしきい値Flim以上の人力駆動力の仕事量Ｓ（ｔ）と同じ仕事量となるように、所定期間ＴＭの間に人力駆動力のデータに応じた出力電流から増加したものである（詳細は後述）。また、人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭ以外の期間においては、補助動力出力補正部６は、出力電流の補正を行わずに人力駆動力のデータに応じた出力電流とする出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する。これにより、この人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭ以外の期間においては、後段の補助比率決定部７によって人力駆動力と補助動力の比率が一対一である標準の補助比率が選択、決定される。
尚、上記制限値Ilim、所定期間ＴＭ、及び関係式は、しきい値Flimと同様に、記憶素子に予め設定される。
【００１５】
補助比率決定部７は、所定の周期（例えば、１msec）毎に、人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部６からの出力補正情報に基づいて、補助比率を決定する。具体的にいえば、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上となる期間においては、出力補正情報によって出力電流が制限値Ilimに制限されるので、補助比率決定部７は標準の補助比率より小さい補助比率を決定して補助動力駆動部３に出力する。また、人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭにおいては、出力補正情報により出力電流を増加することが指示されるので、補助比率決定部７は標準の補助比率より大きい補助比率を決定して補助動力駆動部３に出力する。また、人力駆動力のデータがしきい値Flim未満であって、所定期間ＴＭ以外の期間においては、出力補正情報によって人力駆動力のデータに応じた出力電流とすることが指示されるので、補助比率決定部７は標準の補助比率を決定して補助動力駆動部３に出力する。
【００１６】
ここで、図３、及び図４を参照して、補助動力出力補正部６により生成される出力補正情報、及び補助比率決定部７により決定される補助比率について具体的に説明する。
図３は、図２に示した人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力の一例を示すグラフである。図４の（ａ）は図２に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフであり、図４の（ｂ）は図２に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の他の例を示すグラフである。尚、図４の（ａ）、及び図４の（ｂ）に示す破線は、図３に示した人力駆動力のデータに応じて出力電流を決定したときの出力電流の波形を示している。
人力駆動力検出部５（図２）により検出される人力駆動力は、図３の曲線３１に示すように、上述のペダルクランク２ｂの回転運動に応じて脈動する。
補助動力出力補正部６（図２）は、図４の（ａ）の実線４１に示すように、人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータがしきい値Flim未満である期間、つまり同図の時点０から時点Ｔａまでの期間では、人力駆動力のデータに応じた出力電流とする出力補正情報を補助比率決定部７に出力する。これにより、補助比率決定部７は、標準の補助比率を決定する。
【００１７】
続いて、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上である期間、つまり同図の時点Ｔａから時点Ｔｂの間では、出力電流を予め設定された制限値Ilimとする出力補正情報を決定して補助比率決定部７に出力する。これにより、補助比率決定部７により決定される補助比率は、標準の補助比率より小さい値が選択、決定される。このように、制限値Ilimを設定することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、電池３ｂ（図１）の寿命を向上できる。それというのは、充放電特性などの電池３ｂの特性により規定される制限電流の値より小さい値を制限値Ilimとして設定できるからである。具体的には、例えば上記制限電流の値が３０Ａのニッケル−カドミウム蓄電池を電池３ｂに用いた場合、制限値Ilimとして２５Ａを設定することが可能である。このことにより、電池３ｂの最大放電電流を抑えることができ、電池３ｂの寿命を延ばすことが可能となる。さらに、制限値Ilimを設定することにより、駆動装置３ａ（図１）の低出力化を達成でき、駆動装置３ａの小型軽量化も容易に行うことが可能となる。
【００１８】
補助動力出力補正部６は、しきい値Flim以上の期間でのしきい値Flim以上の人力駆動力による仕事量Ｓ（ｔ）（図３の斜線部にて図示）を下記の（１）式により算出する。尚、Ｆ（ｔ）は人力駆動力検出部５により検出される人力駆動力のデータと時間の関係を示した関数である。
【００１９】
【数１】
補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下となると、所定期間ＴＭを設定するための時間情報として、例えば図４の（ａ）に示す時点Ｔｃと時点Ｔｄを予め選択、決定する。補助動力出力補正部６は、上記所定期間ＴＭでの補助動力（出力電流）の増加分による仕事量Ｈ1（ｔ）（図４の（ａ）の斜線部にて図示）を下記の（２）式により算出する。
【００２１】
【数２】
尚、（２）式において、Fmaxは図３に示す人力駆動力の最大値であり、ｎは所定の定数（例えば、ｎ＝３）である。また、上記仕事量Ｓ（ｔ）と仕事量Ｈ1（ｔ）とを同じ値とするので、パラメータａは（１）式、及び（２）式から次の（３）式により算出、決定される。
【００２３】
【数３】
補助動力出力補正部６は、決定したパラメータａを下記の（４）式に代入して、所定期間ＴＭでの出力電流Ｉ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、出力補正情報として、所定期間ＴＭを設定するための時間情報である時点Ｔｃと時点Ｔｄとともに、算出した出力電流Ｉ（ｔ）を補助比率決定部７に出力する。尚、（４）式において、Ｋは駆動装置３ａの構成により定まる定数であり、Ｌはクランク軸２ｂ’（図１）と駆動装置３ａの回転軸との間の距離である。
【００２５】
Ｉ（ｔ） ＝ ＫＬ（Ｆ（ｔ）＋ａ Fmax Ｓｉｎ（ｎｔ）） −−−（４）
【００２６】
このように、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータがしきい値Flim以上となる場合、しきい値Flim以上である期間では、出力電流を予め設定された制限値Ilimに制限する。さらに、補助動力出力補正部６は、人力駆動力による上述の仕事量Ｓ（ｔ）を算出して、この算出した仕事量Ｓ（ｔ）と同じ仕事量Ｈ1（ｔ）となるように、所定期間ＴＭにおいて補助動力（出力電流）を増加する。このように構成することにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、たとえ平地から上り坂に変化する路面を走行する場合でも、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下である期間中の所定期間ＴＭの間に補助比率を大きくして、人力駆動力を補助することが可能となる。その結果、本実施例の補助動力装置付き車輌では、車輌としての乗り心地を向上することができ、操作者等に負担や違和感を与えることなく、自然で滑らかな走行を行うことができる。
尚、図４の（ａ）に示す時点Ｔｂから時点Ｔｃまでの期間、及び時点Ｔｄから時点Ｔａ’までの期間では、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータに応じた出力電流（（４）式での”ＫＬＦ（ｔ）”の項で算出）とする出力補正情報を補助比率決定部７に出力する。これにより、補助比率決定部７は、標準の補助比率を決定する。
【００２７】
また、図４の（ｂ）に示すように、人力駆動力のデータがしきい値Flim以下となる時点Ｔｂと人力駆動力のデータが０となる時点Ｔｅを所定期間ＴＭ’を設定するための時間情報として選択、決定してもよい。この場合、補助動力出力補正部６により決定される出力電流は、同図の実線４２により示される。さらに、所定期間ＴＭ’での補助動力（出力電流）の増加分による仕事量Ｈ2（ｔ）（図４の（ｂ）の斜線部にて図示）は下記の（５）式により算出される。また、上記仕事量Ｓ（ｔ）と仕事量Ｈ2（ｔ）とを同じ値とするので、パラメータｂは（１）式、及び（５）式から次の（６）式により算出、決定される。
【００２８】
【数５】
【数６】
補助動力出力補正部６は、決定したパラメータｂを下記の（７）式に代入して、所定期間ＴＭ’での出力電流Ｉ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、出力補正情報として、所定期間ＴＭ’を設定するための時間情報である時点Ｔｂと時点Ｔｅとともに、算出した出力電流Ｉ（ｔ）を補助比率決定部７に出力する。
【００３１】
Ｉ（ｔ） ＝ ＫＬ（Ｆ（ｔ）＋ｂ Flim ｔ／ｎ） −−−（７）
【００３２】
次に、本実施例の補助動力装置付き車輌の制御方法について、図５を参照して説明する。
図５は、図１に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャートである。
図５に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、まず人力駆動力検出部５（図２）が人力駆動部２（図２）から車輌走行部１（図２）に伝達された人力駆動力を検出する（ステップＳ１）。続いて、人力駆動力検出部５は、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部６（図２）と補助比率決定部７（図２）に出力する（ステップＳ２）。
次に、補助動力出力補正部６は、人力駆動力検出部５から入力した人力駆動力のデータが予め設定されたしきい値Flim以上であるかどうかについて判定する（ステップＳ３）。
人力駆動力のデータがしきい値Flim以上である場合、補助動力出力補正部６は出力電流を制限値Ilimに制限する出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する（ステップＳ４）。その後、補助比率決定部７は、標準の補助比率より小さい補助比率を決定する（ステップＳ５）。
【００３３】
続いて、補助動力出力補正部６は、人力駆動力検出部５から入力した人力駆動力のデータが予め設定されたしきい値Flimよりも小さいかどうかについて判定する（ステップＳ６）。
人力駆動力のデータがしきい値Flimよりも大きい場合、ステップＳ４に戻る。
また、上記ステップＳ６において、人力駆動力のデータがしきい値Flimよりも小さい場合、補助動力出力補正部６は、所定期間ＴＭを設定するための時間情報と、この所定期間ＴＭにおける出力電流を指示する出力補正情報を生成して補助比率決定部７に出力する（ステップＳ７）。その後、補助比率決定部７は、所定期間ＴＭにおいては、標準の補助比率より大きい補助比率を決定し、所定期間ＴＭ以外の期間においては、標準の補助比率を決定する（ステップＳ８）。
上記ステップＳ３において、人力駆動力のデータがしきい値Flimより小さい場合、補助動力出力補正部６は、人力駆動力のデータに応じた出力電流とする出力補正情報を生成する（ステップＳ９）。その後、補助比率決定部７は、標準の補助比率を決定する（ステップＳ１０）。
【００３４】
以上のように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力検出部５が人力駆動部２から車輌走行部１に伝達された人力駆動力を検出し、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部６、及び補助比率決定部７に出力する。さらに、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力出力補正部６が人力駆動力のデータと人力駆動力のしきい値との比較を行い、その比較結果に基づいて出力補正情報を生成する。補助比率決定部７が、人力駆動力検出部５からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部６からの出力補正情報に基づいて、補助比率を決定している。これにより、本実施例の補助動力装置付き車輌は、走行環境の変化や検出した人力駆動力の変動に追随、適応して、常に最適な補助比率を決定し走行、駆動することができる。
【００３５】
尚、出力補正情報として出力電流を指示する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば電池３ｂから駆動装置３ａに供給される出力電圧を指示する構成としてもよい。また、しきい値Flim以上の期間でのしきい値Flim以上の人力駆動力のデータを積分して、その仕事量Ｓ（ｔ）を算出し出力補正情報を生成する構成について説明したが、一周期分の人力駆動力のデータを積分して、その仕事量を算出し出力補正情報を生成する構成でもよい。また、人力駆動力のしきい値Flimを予め設定する構成について説明したが、検出した人力駆動力の積分値や平均値などの測定値に基づいて、人力駆動力のしきい値を可変に設定する構成としてもよい。また、所定の時間、例えば定数倍の周期分の人力駆動力のデータに基づいて、出力補正情報を生成する構成でもよい。
【００３６】
《第２の実施例》
図６は、本発明の第２の実施例である補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図である。この実施例では、補助動力装置付き車輌の構成において、補助動力の出力補正を行う時間間隔を可変に設定するための時間設定部を設けた。それ以外の各部は、第１の実施例に示すものと同様であるのでそれらの重複した説明は省略する。
図６に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、テンキーなどの入力機器により構成された時間設定部８が制御部１４の内に設けられている。この時間設定部８には、操作者等の入力、操作によって操作者等が所望する時間間隔Ｔsetが設定され、補助動力出力補正部６に出力される。補助動力出力補正部６では、上述の（１）式により算出した人力駆動力の仕事量Ｓ（ｔ）と同じ仕事量を、入力した時間間隔Ｔsetの間に振り分けて、補助動力を増加する出力補正情報を生成する。この出力補正情報は、第１の実施例のものと同様に、出力電流を指定する情報により構成される。尚、時間設定部８では、開始時点ＴS1と終了時点ＴS2、あるいは開始時点ＴS1と継続時間が設定され、時間間隔Ｔsetが指定される。このように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、操作者等が所望する時間間隔Ｔsetが時間設定部８に設定され、補助動力出力補正部６が設定された時間間隔Ｔsetを用いて、出力電流を決定し出力補正情報として補助比率決定部７に出力している。これにより、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力の変動に応じて、補助動力の出力を補正することが可能となる。
【００３７】
ここで、図７を参照して、時間設定部８により設定された時間間隔Ｔsetでの補助動力出力補正部６により生成される出力補正情報について具体的に説明する。
図７は、図６に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフである。尚、図７に示す破線は、図３に示した人力駆動力のデータに応じて出力電流を決定したときの出力電流の波形を示している。
補助動力出力補正部６（図６）は、時間設定部８（図６）から時間間隔Ｔsetを入力したとき、後述の関係式を用いて図７の実線４３に示す出力電流を決定する。具体的にいえば、補助動力出力補正部６は、第１の実施例と同様に、上述の（１）式を用いて人力駆動力の仕事量Ｓ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、上記時間間隔Ｔsetでの補助動力（出力電流）の増加分による仕事量Ｈ3（ｔ）を下記の（８）式により算出する。
【００３８】
【数８】
尚、（８）式において、ｃは所定の定数（例えば、ｃ＝０.２）である。また、上記仕事量Ｓ（ｔ）と仕事量Ｈ3（ｔ）とを同じ値とするので、パラメータｄは（１）式、及び（８）式から次の（９）式により算出、決定される。
【００４０】
【数９】
補助動力出力補正部６は、決定したパラメータｄを下記の（１０）式に代入して、時間間隔Ｔsetでの出力電流Ｉ（ｔ）を算出する。補助動力出力補正部６は、出力補正情報として、時間期間Ｔsetを設定するための時間情報である時点ＴS1と時点ＴS2とともに、算出した出力電流Ｉ（ｔ）を補助比率決定部７に出力する。
【００４２】
Ｉ（ｔ） ＝ ＫＬ（ｃ Ｆ（ｔ）＋d Fmax ） −−−（１０）
【００４３】
次に、本実施例の補助動力装置付き車輌の制御方法について、図８を参照して説明する。尚、第１の実施例と同一の動作については、同じステップ番号を付してその重複した説明は省略する。
図８は、図６に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャートである。
図８に示すように、この実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力検出部５（図６）からの人力駆動力のデータがしきい値Flimより小さい値となると、補助動力出力補正部６（図６）は、時間設定部８から時間間隔Ｔsetが設定されているかどうかについて判別する（ステップＳ１１）。
時間間隔Ｔsetが設定されている場合、補助動力出力補正部６は設定された時間間隔Ｔsetを用いて、出力電流を決定し出力補正情報として補助比率決定部７（図６）に出力する（ステップＳ１２）。その後、補助比率決定部７は、補助動力出力補正部６の出力補正情報に基づいて、補助比率を決定する（ステップＳ１３）。
時間間隔Ｔsetが設定されていない場合、補助動力出力補正部６は、第１の実施例のものと同様に、ステップＳ７，Ｓ８に示す動作を行う。
【００４４】
以上のように、本実施例の補助動力装置付き車輌では、補助動力出力補正部６に時間間隔を設定するための時間設定部８を設けて、補助動力の出力補正を行う時間間隔を可変に設定するよう構成している。このため、本実施例の補助動力装置付き車輌では、人力駆動力の変動に応じて、補助動力の出力を補正することができ、常に最適な補助比率を決定し走行、駆動することができる。
【００４５】
尚、上述の第１、及び第２の実施例では、標準の補助比率として、人力駆動力と補助動力の比率が一対一である場合について説明したが、この比率に限定されるものでない。
また、しきい値以上の人力駆動力の仕事量と同じ仕事量となるように、出力電流とその出力電流を供給する期間を決定して出力補正情報を生成する構成について説明したが、必ずしも同じ仕事量とする必要はなく、算出（検出）した人力駆動力の仕事量に所定の定数を乗じた値となるように、出力電流とその出力電流を供給する期間を決定して出力補正情報を生成する構成でもよい。
また、人力駆動力のデータがしきい値以上となる期間において、出力電流を予め設定した制限値に制限する構成について説明した。しかしながら、出力電流を制限値に制限する構成に限定されるものではなく、例えば人力駆動力のしきい値を小さい値に設定して、出力電流を制限値に制限することなく、出力補正情報と補助比率を人力駆動力のデータに基づいて決定する構成でもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、人力駆動力検出部が人力駆動部から車輌走行部に伝達された人力駆動力を検出し、検出した人力駆動力のデータを補助動力出力補正部、及び補助比率決定部に出力する。さらに、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、補助動力出力補正部が人力駆動力のデータと人力駆動力のしきい値との比較を行い、その比較結果に基づいて出力補正情報を生成する。補助比率決定部が、人力駆動力検出部からの人力駆動力のデータと補助動力出力補正部からの出力補正情報に基づいて、補助比率を決定している。これにより、本発明の補助動力装置付き車輌及びその制御方法では、走行環境の変化や検出した人力駆動力の変動に速やかに追随、適応して、常に最適な補助比率を決定し走行、駆動することができる。したがって、車輌としての乗り心地においても操作者等に違和感を与えることなく、自然で滑らかな走行を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である補助動力装置付き車輌の概略構成を示す構造図
【図２】図１に示した補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図
【図３】図２に示した人力駆動力検出部によって検出した人力駆動力の一例を示すグラフ
【図４】図２に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフ
【図５】図１に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャート
【図６】本発明の第２の実施例である補助動力装置付き車輌の構成を示すブロック図
【図７】図６に示した補助動力出力補正部によって決定された出力電流の一例を示すグラフ
【図８】図６に示した補助動力装置付き車輌の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 車輌走行部
２ 人力駆動部
３ 補助動力駆動部
４，１４ 制御部
５ 人力駆動力検出部
６ 補助動力出力補正部
７ 補助比率決定部
８ 時間設定部
Claims (3)
- 走行を行うための車輌走行部に対し、ペダルクランクの回転運動に応じて脈動する人力駆動力と補助動力駆動部からの補助動力とを与える補助動力装置付き車輌の制御装置において、
前記人力駆動力を検出する検出手段と、
検出された前記人力駆動力が、前記補助動力を制限するときのしきい値以上となる期間における、前記人力駆動力による仕事量を算出する算出手段と、
前記しきい値以下となる時点以降において、検出した前記人力駆動力に応じた出力電流を、算出した前記仕事量に応じて増加補正して補助動力を得る補正手段と、
補正した前記補助動力を出力するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする補助動力装置付き車輌の制御装置。 - 前記しきい値を可変にする手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の補助動力装置付き車輌の制御装置。
- 走行を行うための車輌走行部に対し、人力駆動力と補助動力駆動部からの補助動力とを与える補助動力装置付き車輌において、
請求項１又は２記載の補助動力装置付き車輌の制御装置を備えたことを特徴とする補助動力装置付き車輌。
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