JP3985930B2 - 電動補助自転車の補助力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動補助自転車の補助力制御装置に関し、特に、低踏力時に補助力の付加を中断ないし制限してバッテリの消耗を緩和することができる電動補助自転車の補助力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペダルに加えられた踏力を後輪に伝達するための人力駆動系と、前記踏力に応じて前記人力駆動系に補助力を付加させることができるモータ駆動系とを備えた電動補助自転車が知られている。この電動補助自転車ではバッテリの消耗を緩和し、１回の充電による走行距離を延ばすことが望まれる。例えば、特開２０００−７２０８０号公報には、平坦路走行時等、補助力を必要としない状態ではモータへの電流供給を中止するか電流値を低くするかしてバッテリの消耗を抑制する電動補助自転車の補助力制御方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の制御方法では次の問題点がある。この制御方法では踏力が基準の低踏力値以下の状態が予定時間継続したときに補助力の付加（アシスト）を中断ないし制限（アシストカット）する。したがって、踏力センサへのノイズ混入があったり、平坦路でのわずかな段差を乗り越えるために瞬間的な中踏力が入力されたりしたときに、継続時間計測用のタイマがリセットされてしまい、有効なアシストカットが実行されない。
【０００４】
また、アシストカット状態は基準の高踏力が入力されたときに中断し、アシスト状態に復帰する。したがって、例えば、平坦路で徐々に加速する場合等、前記基準の高踏力に達しないまま加速するときにアシスト状態に復帰しないという問題点が生ずる。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、アシスト不要の状態で有効に電流供給を中断ないし制限してアシストカットすることができる電動補助自転車の補助力制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、ペダルに加えられた踏力の履歴により、前記踏力が、予定のアシストカットレベルで推移していることを検出する踏力レベル検出手段と、前記踏力レベル検出手段により前記踏力がアシストカットレベルで推移していると判断されたときに前記補助力の付加を停止するか踏力に対する補助力の付加割合を低減する補助力出力手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記踏力レベル検出手段が、踏力基準値に対する現在の踏力の大小を検出する踏力判断手段と、前記踏力の大小により増減される低レベルカウンタとからなり、前記低レベルカウンタのカウンタ値がカウンタ基準値になったときに前記踏力がアシストカットレベルで推移していると判断する点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記踏力が予定の踏力上限値を超えたときは前記低レベルカウンタのカウンタ値を減少させ、前記踏力が予定の踏力下限値未満のときは該カウンタ値を増加させるとともに、前記カウント値がカウンタ基準値以上になったときに前記踏力がアシストカットレベルで推移していると判断するよう構成された点に第３の特徴がある。
【０００９】
第１〜第３の特徴によれば、瞬時値ではなく、履歴により踏力が補助力を要する低レベルで推移していると判断されたときにアシストカットが実施される。特に、第２の特徴によれば、カウンタを増減させる簡単な処理で、踏力が補助力を要する低レベルで推移していることが検出される。また、第３の特徴によれば、踏力上限値と踏力下限値とにの間が不感帯となり、カウンタ値の変動範囲を小さくできる。
【００１０】
また、本発明は、前記踏力の履歴により、前記踏力が予定のアシストレベルの近傍で変動していることを検出する踏力変動レベル検出手段と、前記踏力変動レベル検出手段により前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断されたときに前記補助力の付加を開始する補助力出力手段とを具備した点に第４の特徴がある。
【００１１】
また、本発明は、前記踏力が、その連続した変動周期において踏力レベル基準値を超えているときに、前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断するよう前記踏力変動レベル検出手段が構成された点に第５の特徴がある。また、本発明は、前記踏力レベル基準値が、平坦路で徐々に加速する際の踏力に相当する値に設定された点に第６の特徴がある。
【００１２】
また、本発明は、前記踏力が、前記踏力レベル基準値を連続した周期で超えた回数を検出するアシストカウンタを有し、前記アシストカウンタのカウンタ値が予定回数を超えたときに前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断するよう構成された点に第７の特徴がある。また、本発明は、前記踏力レベル基準値が複数設定され、低いレベルほど前記カウンタ値の予定回数を多く設定した点に第８の特徴がある。
【００１３】
第４〜第８の特徴によれば、踏力がその履歴によってアシストを要するレベル近傍で変動していることが検出されたときにアシストが実施される。第５，７の特徴によれば、変動周期が連続して踏力基準レベルを超えたときにアシストを要すると判断されるので瞬間的な踏力変動による誤判断を防止できる。第６の特徴によれば、平坦路でゆっくりと加速する場合の中程度の踏力レベルを検出してアシストを開始できる。第８の特徴によれば、高レベルの踏力がかかった場合は、低レベルの踏力がかかった場合よりも、早い応答でアシストを開始できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電動補助自転車の側面図である。電動補助自転車の車体フレーム２は、車体前方に位置するヘッドパイプ２１と、ヘッドパイプ２１から下後方に延びたダウンパイプ２２と、ダウンパイプ２２の終端部近傍から上方に立上がるシートポスト２３とを備える。ダウンパイプ２２とシートポスト２３との結合部およびその周辺部は、上下に２分割されて着脱される樹脂カバー３３により覆われている。ヘッドパイプ２１の上部にはハンドルポスト２７Ａを介して操向ハンドル２７が回動自在に挿通され、ヘッドパイプ２１の下部にはハンドルポスト２７Ａに連結されたフロントフォーク２６が支承されている。フロントフォーク２６の下端には前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。
【００１５】
車体フレーム２の下部には、踏力補助用の電動モータ（図示せず）を含む駆動装置としての電動補助ユニット１が、ダウンパイプ２２の下端の連結部９２、シートポスト２３に溶接されたバッテリブラケット４９の前部に設けられた連結部９１、およびブラケット４９の後部の連結部９０の３か所でボルト締めされて懸架されている。連結部９０では電動補助ユニット１とともにチェーンステー２５が共締めされている。
【００１６】
電動補助ユニット１の電源スイッチ部２９はダウンパイプ２２上のヘッドパイプ２１の近傍に設けられている。この電源スイッチ２９は電力消費量を抑制するエコモード（詳細は後述）の選択が可能になっており、キーによって電源投入可能にできるが、例えば赤外線信号を使ったリモートコントロールスイッチによってその電源を投入するようにしてもよい。その場合、電源スイッチ部２９には、リモートコントロールスイッチから送出される赤外線信号を受信する受信機を設ける。
【００１７】
電動補助ユニット１には駆動スプロケット１３が設けられていて、クランク軸１０１の回転は駆動スプロケット１３からチェーン６を通じてリアスプロケット１４に伝達される。ハンドル２７にはブレーキレバー２７Ｂが設けられており、このブレーキレバー２７Ｂが操作されたことは、ブレーキワイヤ３９を通じて後輪ＷＲのブレーキ装置（図示せず）に伝達される。
【００１８】
電動補助ユニット１にはクランク軸１０１が回転自在に支承され、クランク軸１０１の左右両端にはクランク１１を介してペダル１２が軸支されている。電動補助ユニット１から後方側に延出される左右一対のチェーンステー２５の終端間には、駆動輪としての後輪ＷＲが軸支されている。シートポスト２３の上部および両チェーンステー２５の終端間には、左右一対のシートステー２４が設けられている。シートポスト２３には、シート３０の高さを調整するため上端にシート３０を備えるシートパイプ３１がシートポスト２３内で摺動可能に装着されている。
【００１９】
シート３０の下方でシートポスト２３の後部には、バッテリ４が装着されている。バッテリ４は収納ケースに収容されてバッテリブラケット４９に取り付けられる。バッテリ４は複数のバッテリセルを含み、長手方向が略上下方向となるようシートポスト２３に沿って設置される。
【００２０】
図３は電動補助ユニット１の断面図、図４は図３のＡ−Ａ矢視図である。電動補助ユニット１のケースは本体７０、ならびにその両側面にそれぞれ取付けられる左カバー７０Ｌおよび右カバー７０Ｒからなる。ケース７０ならびに左カバー７０Ｌおよび右カバー７０Ｒは軽量化のため樹脂成型品によって製作される。ケース本体７０の周囲には前記ダウンパイプ２２やバッテリブラケット４９の連結部９０，９１，９２にそれぞれ適合するハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａが形成されている。本体７０には軸受７１が設けられ、右カバー７０Ｒには軸受７２が設けられている。軸受７１の内輪にはクランク軸１０１が内接し、軸受７２の内輪にはクランク軸１０１と同軸でクランク軸１０１に対してその外周方向に摺動自在に設けられたスリーブ７３が内接している。すなわち、クランク軸１０１は軸受７１と軸受７２によって支持されている。
【００２１】
スリーブ７３にはボス７４が固定されていて、このボス７４の外周には、例えばラチェット機構からなるワンウェイクラッチ７５を介してアシストギヤ７６が設けられている。アシストギヤ７６は軽量化の観点から樹脂製であるのが好ましく、また、静粛性等の観点からヘリカルギヤとするのがよい。
【００２２】
スリーブ７３の端部にはギヤ７３ａが形成されていて、このギヤ７３ａを太陽ギヤとしてその外周に３つの遊星ギヤ７７が配置されている。遊星ギヤ７７は支持プレート１０２に立設した軸７７ａで支持されており、さらに支持プレート１０２はワンウェイクラッチ７８を介してクランク軸１０１に支持されている。遊星ギヤ７７は踏力検知用リング７９に対して、その内周に形成されたインナギヤに噛み合っている。スリーブ７３の端部（ギヤが形成されていない側）にはチェーン６によって前記リヤスプロケット１４に結合されている駆動スプロケット１３が固定されている。
【００２３】
踏力検知用リング７９はその外周に張出したアーム７９ａ，７９ｂを有しており、アーム７９ａ，７９ｂは、アーム７９ａと本体７０との間に設けられた引張りばね８０、およびアーム７９ｂと本体７０との間に設けられた圧縮ばね８１によってクランク軸１０１の、走行時回転方向と反対の方向（図中時計方向）に付勢されている。圧縮ばね８１はリング７９のがたつき防止のために設けられる。アーム７９ｂにはリング７９の回転方向の変位を検出するためのポテンショメータ８２が設けられている。
【００２４】
アシストギヤ７６にはスプリングワッシャ８５を介して回生発電用のクラッチプレート８６が隣接配置されており、さらにクラッチプレート８６には、スプリングワッシャに抗してプレート８６をアシストギヤ７６側に押圧するためのプレッシャプレート８７が隣接配置されている。クラッチプレート８６およびプレッシャプレート８７はいずれもスリーブ７３に対してその軸方向に摺動自在に設けられている。
【００２５】
プレッシャプレート８７はそのハブ部分に形成された傾斜面に当接させたカム８８によってクラッチプレート８６寄りに偏倚される。カム８８はシャフト８９によって右カバー７０Ｒに回動自在に支持されており、このシャフト８９の端部つまり右カバー７０Ｒから外部に突出した部分にはレバー７が固着されている。レバー７はブレーキワイヤ３９に結合されていて、ブレーキがかけられたときにブレーキワイヤ３９によってレバー７が回動し、カム８８はシャフト８９を中心に回動する。
【００２６】
前記アシストギヤ７６にはモータＭの軸に固定されたピニオン８３が噛み合っている。モータＭは３相のブラシレスモータであり、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）磁石の磁極１１０を有するロータ１１１と、その外周に設けられたステータコイル１１２と、ロータ１１１の側面に設けられた磁極センサ用のゴム磁石リング（Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてリングを形成したもの）１１３と、ゴム磁石リング１１３に対向して配置され、基板１１４に取付けられたホールＩＣ１１５と、ロータ１１１の軸１１６とからなる。軸１１６は左カバー７０Ｌに設けられた軸受９８とケース本体７０に設けられた軸受９９で支持されている。
【００２７】
ケース本体７０の、車体前方寄りにはモータＭを制御するためのドライバ用のＦＥＴやコンデンサを含むコントローラ１００が設けられており、このＦＥＴを通じてステータコイル１１２に給電される。コントローラ１００は、踏力検出器としてのポテンショメータ８２で検出された踏力に応じてモータＭを動作させ、補助力を発生する。
【００２８】
ケース本体７０やカバー７０Ｌ，７０Ｒは軽量化の観点から樹脂成型品で構成するのが好ましいが、その一方で、軸受の周囲等は強度を高める必要がある。本実施形態の電動補助ユニット１では、軸受の周囲に鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金等、金属の補強部材１０５，１０６，１０７を配している。特に、ケース本体７０に配置される補強部材は、クランク軸１０１の軸受７１およびモータ軸１１６の軸受９９、ならびに車体への取付部材となるハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａ等、大きい荷重が予想される部位を補強するものであるため、各部分の補強部材を互いに連結して一体的な補強プレート１０５を形成した。この補強プレート１０５によれば、各軸受やハンガーの周囲に配置されたそれぞれの補強部材が互いに他と連絡して補強効果を一層高められる。
【００２９】
補強プレート１０５は、軸受７１および軸受９９、ならびにハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａの周囲の補強部材をすべて連結するものに限らず、これらの補強部材のうち互いに近接するもの同士、例えばハンガ９０ａの周囲の補強部材と軸受９９の周囲の補強部材とを連結したり、軸受７１の周囲の補強部材と軸受９９の周囲の補強部材またはハンガ９０ａ，９１ａ，９２ａの１つとを連結したりするものでもよい。なお、これら補強部材１０５，１０６，１０７は樹脂成型時にケース７０やカバー７０Ｌ，７０Ｒと一体で形成するのがよい。
【００３０】
上記構成の電動補助ユニット１では、クランク１１を介してクランク軸１０１に踏力が加わると、クランク軸１０１は回転する。クランク軸１０１の回転はワンウェイクラッチ７８を介して支持プレート１０２に伝達され、遊星ギヤ７７の軸７７ａを太陽ギヤ７３ａの回りに回転させ、遊星ギヤ７７を介して太陽ギヤ７３ａは回転させられる。この太陽ギヤ７３ａが回転することによってスリーブ７３に固着されている駆動スプロケット１３が回転する。
【００３１】
後輪ＷＲに負荷が加わると、その大きさに応じて前記踏力検知用リング７９が回動し、その回動量はポテンショメータ８２で検出される。ポテンショメータ８２の出力つまり負荷に対応した出力が予定値より大きいときはその負荷の大きさに応じてモータＭが付勢され補助力が発生される。補助力は、クランク軸１０１で発生された人力による駆動トルクと合成されて駆動スプロケット１３へ伝達される。
【００３２】
走行時、車両を減速させるためブレーキをかけると、ブレーキワイヤ３９によりカム８８がシャフト８９を中心に回動し、プレッシャプレート８７がクラッチプレート８６を押圧する。そうすると、クラッチプレート８６がアシストギヤ７６側に偏倚してボス７４とアシストギヤ７６とが結合し、ボス７４の回転はアシストギヤ７６に伝達される。したがって、制動中の駆動スプロケット１３の回転はスリーブ７３、ボス７４およびアシストギヤ７６を通じてピニオン８３に伝達される。ピニオン８３が回転することによりステータコイル１１２には起電力が生じ、回生発電が行われる。発電により生じた電流はコントローラ１００を通じてバッテリ４に供給され、バッテリ４が充電される。
【００３３】
本実施形態では、平坦路の走行時等、予定の制御基準が満足されたときにアシストカットさせる一方、他の予定の制御基準が満足されたときにアシストを再開させるモード（以下、「エコモード」という）を運転者の操作により選択できるようにした。図５は、電源スイッチ部２９の一例を示す平面図である。
【００３４】
同図において、キー穴３２に図示しないキーを差込んでこのキーを回動することによりモードを選択できる。キーが「ＯＦＦ」の位置にあれば、電動補助ユニット１の電源は切れていて、バッテリ４から電動補助ユニット１には給電されない。キーを回動して「ＯＮ」の位置に合わせれば、電動補助ユニット１に電力が供給可能であり、踏力が予定値を超過している場合に、予め設定されたマップから読み出される補助力と踏力との比（アシスト比）に従って補助力が与えられるようモータＭが制御される。また、キーを「ＥＣＯ」の位置に合わせれば「エコモード」が選択され、後で詳述するように、予定の制御基準に従ってアシストが開始されたり、アシストカットされたりする制御が可能になる。なお、電源スイッチ部２９は、「ＯＮ」位置が車体の進行方向に指向するよう車体に取り付けられるのがよい。
【００３５】
次に、エコモードにおけるアシストおよびアシストカットの制御を説明する。踏力履歴を検出して、踏力が予定値よりも低いアシスト不要レベル（以下、「アシストカットレベル」という）で推移していると判断されたときにアシストカットが実施される。図６はアシストカットの条件を説明するための踏力履歴を示す図であり、踏力の大小により更新されるカウンタのカウンタ値CNTBTを併せて示す。なお、踏力はクランクの回転周期に対応して周期的に変動する。同図において、踏力上限値TRQUP と、踏力下限値TRQBT とが設定される。踏力上限値TRQUPは例えば１４７〜１９６Ｎの範囲で設定され、踏力下限値TRQBT は例えば１２７〜１４７Ｎの範囲で設定される。踏力は、例えば１０ミリ秒毎の割込処理で検出される。
【００３６】
踏力TRQAが踏力下限値TRQBT 以下のときは低レベルカウンタのカウンタ値CNTBT をインクリメント（＋１）し、踏力TRQAが踏力上限値TRQUP 以上のときはカウンタ値CNTBT をデクリメント（−１）する。踏力TRQAが踏力下限値TRQBT 以上、かつ踏力上限値TRQUP 未満のとき、カウンタ値CNTBT は変化させない。そして、前記カウンタ値CNTBT が基準値（カウンタ基準値）TTEDを超えたときに、踏力TRQAがアシストカットレベルで推移しているとしてアシストカットが実施される。
【００３７】
なお、カウンタ値CNTBT は、踏力TRQAが、踏力上限値TRQUP より上方に設定されたリセットレベルRESET を超えとき、または後述のアシスト開始条件が成立したときにリセットすることができる。
【００３８】
次に、アシスト開始のための制御を説明する。アシストは、踏力履歴を検出して、踏力レベルが補助力を必要とするレベル（以下、「アシストレベル」という）であると判断したときにその予定レベルに応じたアシスト比に基づくアシストを実施する。図７はアシスト開始の条件を説明するための踏力履歴を示す図であり、踏力が基準値を超えるごとに更新されるカウンタ値CNTASLを併せて示す。同図において、アシスト開始の判断要素である踏力レベルの基準値TRQASLが設定され、変動する踏力TRQAのピーク値がこの基準値TRQASLを超えた回数を、アシスト開始カウンタのカウンタ値CNTASLとしてセットする。ここでは、カウンタ値CNTASLは踏力TRQAのピーク値がこの基準値TRQASLを超える毎にデクリメント（−１）するよう構成され、カウンタ値CNTASLが「０」になり、かつ踏力TRQAが基準値TRQASLを超えたときに、踏力がアシスト要求レベルにあると判断され、アシスト開始条件が成立する。
【００３９】
具体的には、図７において、カウンタ値CNTASLの初期値が「３」の例を示す。同図において、タイミングｔ１，ｔ２で踏力TRQAのピーク値が基準値TRQASLを超えてカウンタ値CNTASLが２回デクリメントされるが、次の変動周期におけるピーク値は基準値TRQASLを超えなかったので、タイミングｔ３でカウンタ値CNTASLは初期値にリセットされる。その後、カウンタ値CNTASLはタイミングｔ４，ｔ５，ｔ６でデクリメントされて「０」になり、さらに、タイミングｔ７で踏力TRQAが基準値TRQASLを超えたときにアシスト開始条件が成立してアシストが開始される。
【００４０】
前記基準値TRQASLは複数レベル設定することができ、各レベルに対応して互いに他のレベルと異なるカウンタ値CNTASLを設定することができる。図８は基準値TRQASLを複数設定したときの各基準値でのアシスト開始成立条件を説明するための踏力履歴を示す図である。同図において、基準値TRQASL１は平坦路巡航中徐々に加速したときの踏力に相当し、例えば１９６Ｎに設定され、基準値TRQASL２は緩斜面の登りにさしかかったときの踏力に相当し、例えば２９４Ｎに設定される。さらに、基準値TRQASL３は発進時、急登坂時、または巡航中急加速時の踏力に相当し、例えば３４３Ｎに設定される。また、基準値TRQASL１に対応するカウンタ値CNTASL１は「５」に、基準値TRQASL２に対応するカウンタ値CNTASL２は「３」に、基準値TRQASL３に対応するカウンタ値CNTASL３は「２」にそれぞれ設定される。これらの設定は、車両の性格やユーザに合わせて任意に設定されても良いことは言うまでもない。
【００４１】
このような設定において、図８を参照すると、平坦路巡航中徐々に加速したときはタイミングｔ１０でカウンタ値CNTASL１が「０」になっていて、かつ踏力TRQAが基準値TRQASL１を超えるので、基準値TRQASL１に対応した踏力の比（アシスト比）でアシストが開始される。また、緩斜面の登りにさしかかったときはタイミングｔ１１でカウンタ値CNTASL２は「０」になっていて、かつ踏力TRQAが基準値TRQASL２を超えるので、基準値TRQASL２に対応したアシスト比のアシストに切り替えられる。さらに、発進時は、発進開始時ｔ１２から短時間後のタイミングｔ１３でカウンタ値CNTASL３は「０」になっていて、かつ踏力TRQAが基準値TRQASL３を超えるので、基準値TRQASL３に対応したアシスト比でアシストが開始される。
【００４２】
なお、カウンタ値CNTASL１〜CNTASL３は、アシスト停止時、およびＣＰＵのリセット時に初期化される。
【００４３】
図９は、図６，図７に関して説明したアシストおよびアシストカットを含むエコモードの処理の要部をフローチャートである。ステップＳ１では踏力TRQAを検出する。ステップＳ２では踏力TRQAのピーク値を検出し、そのピーク値が基準値TRQASLを超えたときはカウンタ値CNTASLをデクリメントし、ピーク値が基準値TRQASLを超えないときはカウンタ値CNTASLをリセットする。ステップＳ３ではカウンタ値CNTASLが「０」か否かによって踏力レベルが基準値TRQASLに対応するアシストレベルになっているか否かを判断する。ステップＳ４では、踏力TRQA（現在値）が基準値TRQASLを超えているか否かを判断する。
【００４４】
ステップＳ４が肯定の場合、つまり踏力が予定レベルになっていて、現在の踏力TRQAが基準値TRQASLを超えたならば、ステップＳ５に進んでアシストを許可する。このアシストにおいては、踏力の基準値TRQASLと車速とによって求められるアシスト比に基づいて補助力を算出し、この補助力が得られるようモータＭの出力を制御する。
【００４５】
ステップＳ６では踏力上限値TRQUP および踏力下限値TRQBT と踏力TRQAとの大小関係により踏力レベルがアシストカットレベルであるか否か判断する。ステップＳ７では、ステップＳ６の判断結果に従い、アシストカットレベル＋１のときにカウンタ値CNTBT をインクリメントし（ステップＳ７）、アシストカットレベル−１のときにカウンタ値CNTBT をデクリメントする（ステップＳ８）。アシストカットレベル「０」のときは、そのままステップＳ９へ進む。これとは逆に、アシストカットレベルのときにカウンタ値CNTBT をデクリメントし、そうでないときにカウンタ値CNTBT をインクリメントするよう構成してもよい。
【００４６】
ステップＳ９では、カウンタ値CNTBT が基準値TTEDになったか否かによって、踏力TRQAが予定の低レベルつまりアシストカットレベルで推移しているかどうかを判断する。アシストカットレベルのときにカウンタ値CNTBT をデクリメントする構成では初期値を基準値TTEDとし、カウンタ値CNTBT が「０」になったか否かによってアシストカットレベルで推移しているかどうかを判断する。踏力がアシストカットレベルで推移していると判断されたならば、ステップＳ１０に進み、アシストカットを実施する。
【００４７】
図１は、エコモードの処理に関するコントローラ１００の要部機能を示すブロック図である。なお、この機能はＣＰＵを含むマイクロコンピュータによって実現できる。同図において、踏力センサとしてのポテンショメータ８２の出力データ（踏力TRQA）および車速センサ４０の出力データ（車速Ｖ）は、所定の割込みタイミングで補助力マップ４１に取り込まれる。補助力マップ４１には車速Ｖと踏力TRQAとに基づき、予定のアシスト比が得られるような補助力データが設定されている。そして、車速Ｖと踏力TRQAとが入力されると、それに応答して補助力データを出力する。例えば、同一の踏力TRQAであっても、車速Ｖが大きい程、補助力が小さくなるよう、つまりアシスト比が小さくなるように補助力マップは設定される。補助力データは補助力出力部４２に入力され、補助力出力部４２はこの補助力データに従ってモータＭの出力を制御する。なお、車速センサ４０としては、例えば、電動補助ユニット１内の支持プレート１０２の外周に設けた規則的な凹凸を磁気的に検知してその検知数または検知間隔に基づいて車速Ｖを出力する手段によって構成することができる。
【００４８】
踏力判断部４３は踏力基準値（例えば、前記踏力上限値TRQUP および踏力下限値TRQBT)に対する現在の踏力TRQAの大小を判断し、その判断結果によって低レベルカウンタ４４のカウンタ値CNTBT を増減する。比較部４５は低レベルカウンタ４４のカウンタ値CNTBT を基準値TTEDと比較し、カウンタ値CNTBT が基準値TTEDに達したときにアシストカット指示ＡＣＩを補助力出力部４２に出力する。ここで、踏力判断部４３、低レベルカウンタ４４、および比較部４５が踏力レベル検出手段を構成する。
【００４９】
ピーク値検出部４６は踏力センサ８２から踏力TRQAを供給され、周期的に変動する踏力TRQAのピーク値を検出する。ピーク値は踏力レベル判断部４７に入力され、踏力レベル判断部４７はピーク値が予定の踏力レベルTRQASLを超えたと判断したときにアシストカウンタ４８のカウンタ値CNTASLを更新する。アシストカウンタ４８はカウンタ値CNTASLが予定値になったときにアシスト許可指示ＡＩを出力する。アシスト許可指示はゲートＧを通じて前記補助力出力部４２に入力される。第２踏力判断部５０は現在の踏力TRQAが踏力レベルTRQASLを超えたときに検出信号を出力する。ゲートＧは第２踏力判断部５０の検出信号が供給されたときに開かれ、アシスト許可指示が補助出力部４２に入力される。ここで、ピーク値検出部４６、踏力レベル判断部４７、およびアシストカウンタ４８が踏力変動レベル検出手段を構成する。
【００５０】
補助力出力部４２はアシスト許可指示ＡＩまたはアシストカット指示ＡＣＩに従って、アシストまたはアシストカット（アシストを中断ないし制限）するようモータＭを付勢する。つまり、前記補助力データに従ってモータＭのドライバ回路を構成するＦＥＴの導通角が決定され、補助力の大きさが制御される。つまりアシストカット時は補助力の付加を停止するか踏力に対する補助力の付加割合を低減するようにＦＥＴの導通角導通角が制御される。なお、踏力レベル判断部４７はピーク値が踏力レベルTRQASLを超えていないときにリセット信号を出力してアシストカウンタ４８のカウンタ値を初期値にリセットする。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１〜請求項３の発明によれば、瞬間的に検出された踏力ではなく、踏力の推移をみてアシスト不要もしくは大きい補助力の付加を要しないと判断されるので、ノイズや、わずかな段差を乗り越えた場合などであっても、全体的に踏力が低レベルで推移していれば有効にアシストカットできる。
【００５２】
また、請求項４〜請求項８の発明によれば、瞬間的に検出された踏力レベルではなく、踏力レベルの推移をみて、アシストを要すると判断されるので、必ずしも高い踏力が検出されないとき、例えば、平坦路をゆっくりと加速するような中踏力の連続においてもアシストを開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一形態に係る補助力制御装置の要部機能を示すブロック図である。
【図２】 電動補助自転車の側面図である。
【図３】 電動補助ユニットの要部断面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ位置での断面図である。
【図５】 電源スイッチ部の一例を示す平面図である。
【図６】 アシストカットの条件を説明するための踏力履歴を示す図である。
【図７】 アシスト開始の条件を説明するための踏力履歴を示す図である。
【図８】 複数の踏力レベルでのアシスト開始成立条件を説明するための踏力履歴を示す図である。
【図９】 アシストおよびアシストカットを含むエコモードの処理の要部をフローチャートである。
【符号の説明】
１…電動補助ユニット、 ２９…電源スイッチ部、 ４０…車速センサ、 ４１…補助力マップ、 ４２…補助力出力部、 ４３…踏力判断部、 ４４…低レベルカウンタ、 ４６…ピーク値検出部、 ４７…踏力レベル判断部、 ４８…アシストカウンタ、 ５０…第２踏力判断部、 １００…コントローラ、 １０１…ペダルクランク軸、 １１６…モータの軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動補助自転車の補助力制御装置に関し、特に、低踏力時に補助力の付加を中断ないし制限してバッテリの消耗を緩和することができる電動補助自転車の補助力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ペダルに加えられた踏力を後輪に伝達するための人力駆動系と、前記踏力に応じて前記人力駆動系に補助力を付加させることができるモータ駆動系とを備えた電動補助自転車が知られている。この電動補助自転車ではバッテリの消耗を緩和し、１回の充電による走行距離を延ばすことが望まれる。例えば、特開２０００−７２０８０号公報には、平坦路走行時等、補助力を必要としない状態ではモータへの電流供給を中止するか電流値を低くするかしてバッテリの消耗を抑制する電動補助自転車の補助力制御方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の制御方法では次の問題点がある。この制御方法では踏力が基準の低踏力値以下の状態が予定時間継続したときに補助力の付加（アシスト）を中断ないし制限（アシストカット）する。したがって、踏力センサへのノイズ混入があったり、平坦路でのわずかな段差を乗り越えるために瞬間的な中踏力が入力されたりしたときに、継続時間計測用のタイマがリセットされてしまい、有効なアシストカットが実行されない。
【０００４】
また、アシストカット状態は基準の高踏力が入力されたときに中断し、アシスト状態に復帰する。したがって、例えば、平坦路で徐々に加速する場合等、前記基準の高踏力に達しないまま加速するときにアシスト状態に復帰しないという問題点が生ずる。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、アシスト不要の状態で有効に電流供給を中断ないし制限してアシストカットすることができる電動補助自転車の補助力制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、ペダルに加えられた踏力の履歴により、前記踏力が、予定のアシストカットレベルで推移していることを検出する踏力レベル検出手段と、前記踏力レベル検出手段により前記踏力がアシストカットレベルで推移していると判断されたときに前記補助力の付加を停止するか踏力に対する補助力の付加割合を低減する補助力出力手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記踏力レベル検出手段が、踏力基準値に対する現在の踏力の大小を検出する踏力判断手段と、前記踏力の大小により増減される低レベルカウンタとからなり、前記低レベルカウンタのカウンタ値がカウンタ基準値になったときに前記踏力がアシストカットレベルで推移していると判断する点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記踏力が予定の踏力上限値を超えたときは前記低レベルカウンタのカウンタ値を減少させ、前記踏力が予定の踏力下限値未満のときは該カウンタ値を増加させるとともに、前記カウント値がカウンタ基準値以上になったときに前記踏力がアシストカットレベルで推移していると判断するよう構成された点に第３の特徴がある。
【０００９】
第１〜第３の特徴によれば、瞬時値ではなく、履歴により踏力が補助力を要する低レベルで推移していると判断されたときにアシストカットが実施される。特に、第２の特徴によれば、カウンタを増減させる簡単な処理で、踏力が補助力を要する低レベルで推移していることが検出される。また、第３の特徴によれば、踏力上限値と踏力下限値とにの間が不感帯となり、カウンタ値の変動範囲を小さくできる。
【００１０】
また、本発明は、前記踏力の履歴により、前記踏力が予定のアシストレベルの近傍で変動していることを検出する踏力変動レベル検出手段と、前記踏力変動レベル検出手段により前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断されたときに前記補助力の付加を開始する補助力出力手段とを具備した点に第４の特徴がある。
【００１１】
また、本発明は、前記踏力が、その連続した変動周期において踏力レベル基準値を超えているときに、前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断するよう前記踏力変動レベル検出手段が構成された点に第５の特徴がある。また、本発明は、前記踏力レベル基準値が、平坦路で徐々に加速する際の踏力に相当する値に設定された点に第６の特徴がある。
【００１２】
また、本発明は、前記踏力が、前記踏力レベル基準値を連続した周期で超えた回数を検出するアシストカウンタを有し、前記アシストカウンタのカウンタ値が予定回数を超えたときに前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断するよう構成された点に第７の特徴がある。また、本発明は、前記踏力レベル基準値が複数設定され、低いレベルほど前記カウンタ値の予定回数を多く設定した点に第８の特徴がある。
【００１３】
第４〜第８の特徴によれば、踏力がその履歴によってアシストを要するレベル近傍で変動していることが検出されたときにアシストが実施される。第５，７の特徴によれば、変動周期が連続して踏力基準レベルを超えたときにアシストを要すると判断されるので瞬間的な踏力変動による誤判断を防止できる。第６の特徴によれば、平坦路でゆっくりと加速する場合の中程度の踏力レベルを検出してアシストを開始できる。第８の特徴によれば、高レベルの踏力がかかった場合は、低レベルの踏力がかかった場合よりも、早い応答でアシストを開始できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電動補助自転車の側面図である。電動補助自転車の車体フレーム２は、車体前方に位置するヘッドパイプ２１と、ヘッドパイプ２１から下後方に延びたダウンパイプ２２と、ダウンパイプ２２の終端部近傍から上方に立上がるシートポスト２３とを備える。ダウンパイプ２２とシートポスト２３との結合部およびその周辺部は、上下に２分割されて着脱される樹脂カバー３３により覆われている。ヘッドパイプ２１の上部にはハンドルポスト２７Ａを介して操向ハンドル２７が回動自在に挿通され、ヘッドパイプ２１の下部にはハンドルポスト２７Ａに連結されたフロントフォーク２６が支承されている。フロントフォーク２６の下端には前輪ＷＦが回転自在に軸支されている。
【００１５】
車体フレーム２の下部には、踏力補助用の電動モータ（図示せず）を含む駆動装置としての電動補助ユニット１が、ダウンパイプ２２の下端の連結部９２、シートポスト２３に溶接されたバッテリブラケット４９の前部に設けられた連結部９１、およびブラケット４９の後部の連結部９０の３か所でボルト締めされて懸架されている。連結部９０では電動補助ユニット１とともにチェーンステー２５が共締めされている。
【００１６】
電動補助ユニット１の電源スイッチ部２９はダウンパイプ２２上のヘッドパイプ２１の近傍に設けられている。この電源スイッチ２９は電力消費量を抑制するエコモード（詳細は後述）の選択が可能になっており、キーによって電源投入可能にできるが、例えば赤外線信号を使ったリモートコントロールスイッチによってその電源を投入するようにしてもよい。その場合、電源スイッチ部２９には、リモートコントロールスイッチから送出される赤外線信号を受信する受信機を設ける。
【００１７】
電動補助ユニット１には駆動スプロケット１３が設けられていて、クランク軸１０１の回転は駆動スプロケット１３からチェーン６を通じてリアスプロケット１４に伝達される。ハンドル２７にはブレーキレバー２７Ｂが設けられており、このブレーキレバー２７Ｂが操作されたことは、ブレーキワイヤ３９を通じて後輪ＷＲのブレーキ装置（図示せず）に伝達される。
【００１８】
電動補助ユニット１にはクランク軸１０１が回転自在に支承され、クランク軸１０１の左右両端にはクランク１１を介してペダル１２が軸支されている。電動補助ユニット１から後方側に延出される左右一対のチェーンステー２５の終端間には、駆動輪としての後輪ＷＲが軸支されている。シートポスト２３の上部および両チェーンステー２５の終端間には、左右一対のシートステー２４が設けられている。シートポスト２３には、シート３０の高さを調整するため上端にシート３０を備えるシートパイプ３１がシートポスト２３内で摺動可能に装着されている。
【００１９】
シート３０の下方でシートポスト２３の後部には、バッテリ４が装着されている。バッテリ４は収納ケースに収容されてバッテリブラケット４９に取り付けられる。バッテリ４は複数のバッテリセルを含み、長手方向が略上下方向となるようシートポスト２３に沿って設置される。
【００２０】
図３は電動補助ユニット１の断面図、図４は図３のＡ−Ａ矢視図である。電動補助ユニット１のケースは本体７０、ならびにその両側面にそれぞれ取付けられる左カバー７０Ｌおよび右カバー７０Ｒからなる。ケース７０ならびに左カバー７０Ｌおよび右カバー７０Ｒは軽量化のため樹脂成型品によって製作される。ケース本体７０の周囲には前記ダウンパイプ２２やバッテリブラケット４９の連結部９０，９１，９２にそれぞれ適合するハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａが形成されている。本体７０には軸受７１が設けられ、右カバー７０Ｒには軸受７２が設けられている。軸受７１の内輪にはクランク軸１０１が内接し、軸受７２の内輪にはクランク軸１０１と同軸でクランク軸１０１に対してその外周方向に摺動自在に設けられたスリーブ７３が内接している。すなわち、クランク軸１０１は軸受７１と軸受７２によって支持されている。
【００２１】
スリーブ７３にはボス７４が固定されていて、このボス７４の外周には、例えばラチェット機構からなるワンウェイクラッチ７５を介してアシストギヤ７６が設けられている。アシストギヤ７６は軽量化の観点から樹脂製であるのが好ましく、また、静粛性等の観点からヘリカルギヤとするのがよい。
【００２２】
スリーブ７３の端部にはギヤ７３ａが形成されていて、このギヤ７３ａを太陽ギヤとしてその外周に３つの遊星ギヤ７７が配置されている。遊星ギヤ７７は支持プレート１０２に立設した軸７７ａで支持されており、さらに支持プレート１０２はワンウェイクラッチ７８を介してクランク軸１０１に支持されている。遊星ギヤ７７は踏力検知用リング７９に対して、その内周に形成されたインナギヤに噛み合っている。スリーブ７３の端部（ギヤが形成されていない側）にはチェーン６によって前記リヤスプロケット１４に結合されている駆動スプロケット１３が固定されている。
【００２３】
踏力検知用リング７９はその外周に張出したアーム７９ａ，７９ｂを有しており、アーム７９ａ，７９ｂは、アーム７９ａと本体７０との間に設けられた引張りばね８０、およびアーム７９ｂと本体７０との間に設けられた圧縮ばね８１によってクランク軸１０１の、走行時回転方向と反対の方向（図中時計方向）に付勢されている。圧縮ばね８１はリング７９のがたつき防止のために設けられる。アーム７９ｂにはリング７９の回転方向の変位を検出するためのポテンショメータ８２が設けられている。
【００２４】
アシストギヤ７６にはスプリングワッシャ８５を介して回生発電用のクラッチプレート８６が隣接配置されており、さらにクラッチプレート８６には、スプリングワッシャに抗してプレート８６をアシストギヤ７６側に押圧するためのプレッシャプレート８７が隣接配置されている。クラッチプレート８６およびプレッシャプレート８７はいずれもスリーブ７３に対してその軸方向に摺動自在に設けられている。
【００２５】
プレッシャプレート８７はそのハブ部分に形成された傾斜面に当接させたカム８８によってクラッチプレート８６寄りに偏倚される。カム８８はシャフト８９によって右カバー７０Ｒに回動自在に支持されており、このシャフト８９の端部つまり右カバー７０Ｒから外部に突出した部分にはレバー７が固着されている。レバー７はブレーキワイヤ３９に結合されていて、ブレーキがかけられたときにブレーキワイヤ３９によってレバー７が回動し、カム８８はシャフト８９を中心に回動する。
【００２６】
前記アシストギヤ７６にはモータＭの軸に固定されたピニオン８３が噛み合っている。モータＭは３相のブラシレスモータであり、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）磁石の磁極１１０を有するロータ１１１と、その外周に設けられたステータコイル１１２と、ロータ１１１の側面に設けられた磁極センサ用のゴム磁石リング（Ｎ極とＳ極とが交互に配置されてリングを形成したもの）１１３と、ゴム磁石リング１１３に対向して配置され、基板１１４に取付けられたホールＩＣ１１５と、ロータ１１１の軸１１６とからなる。軸１１６は左カバー７０Ｌに設けられた軸受９８とケース本体７０に設けられた軸受９９で支持されている。
【００２７】
ケース本体７０の、車体前方寄りにはモータＭを制御するためのドライバ用のＦＥＴやコンデンサを含むコントローラ１００が設けられており、このＦＥＴを通じてステータコイル１１２に給電される。コントローラ１００は、踏力検出器としてのポテンショメータ８２で検出された踏力に応じてモータＭを動作させ、補助力を発生する。
【００２８】
ケース本体７０やカバー７０Ｌ，７０Ｒは軽量化の観点から樹脂成型品で構成するのが好ましいが、その一方で、軸受の周囲等は強度を高める必要がある。本実施形態の電動補助ユニット１では、軸受の周囲に鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金等、金属の補強部材１０５，１０６，１０７を配している。特に、ケース本体７０に配置される補強部材は、クランク軸１０１の軸受７１およびモータ軸１１６の軸受９９、ならびに車体への取付部材となるハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａ等、大きい荷重が予想される部位を補強するものであるため、各部分の補強部材を互いに連結して一体的な補強プレート１０５を形成した。この補強プレート１０５によれば、各軸受やハンガーの周囲に配置されたそれぞれの補強部材が互いに他と連絡して補強効果を一層高められる。
【００２９】
補強プレート１０５は、軸受７１および軸受９９、ならびにハンガー９０ａ，９１ａ，９２ａの周囲の補強部材をすべて連結するものに限らず、これらの補強部材のうち互いに近接するもの同士、例えばハンガ９０ａの周囲の補強部材と軸受９９の周囲の補強部材とを連結したり、軸受７１の周囲の補強部材と軸受９９の周囲の補強部材またはハンガ９０ａ，９１ａ，９２ａの１つとを連結したりするものでもよい。なお、これら補強部材１０５，１０６，１０７は樹脂成型時にケース７０やカバー７０Ｌ，７０Ｒと一体で形成するのがよい。
【００３０】
上記構成の電動補助ユニット１では、クランク１１を介してクランク軸１０１に踏力が加わると、クランク軸１０１は回転する。クランク軸１０１の回転はワンウェイクラッチ７８を介して支持プレート１０２に伝達され、遊星ギヤ７７の軸７７ａを太陽ギヤ７３ａの回りに回転させ、遊星ギヤ７７を介して太陽ギヤ７３ａは回転させられる。この太陽ギヤ７３ａが回転することによってスリーブ７３に固着されている駆動スプロケット１３が回転する。
【００３１】
後輪ＷＲに負荷が加わると、その大きさに応じて前記踏力検知用リング７９が回動し、その回動量はポテンショメータ８２で検出される。ポテンショメータ８２の出力つまり負荷に対応した出力が予定値より大きいときはその負荷の大きさに応じてモータＭが付勢され補助力が発生される。補助力は、クランク軸１０１で発生された人力による駆動トルクと合成されて駆動スプロケット１３へ伝達される。
【００３２】
走行時、車両を減速させるためブレーキをかけると、ブレーキワイヤ３９によりカム８８がシャフト８９を中心に回動し、プレッシャプレート８７がクラッチプレート８６を押圧する。そうすると、クラッチプレート８６がアシストギヤ７６側に偏倚してボス７４とアシストギヤ７６とが結合し、ボス７４の回転はアシストギヤ７６に伝達される。したがって、制動中の駆動スプロケット１３の回転はスリーブ７３、ボス７４およびアシストギヤ７６を通じてピニオン８３に伝達される。ピニオン８３が回転することによりステータコイル１１２には起電力が生じ、回生発電が行われる。発電により生じた電流はコントローラ１００を通じてバッテリ４に供給され、バッテリ４が充電される。
【００３３】
本実施形態では、平坦路の走行時等、予定の制御基準が満足されたときにアシストカットさせる一方、他の予定の制御基準が満足されたときにアシストを再開させるモード（以下、「エコモード」という）を運転者の操作により選択できるようにした。図５は、電源スイッチ部２９の一例を示す平面図である。
【００３４】
同図において、キー穴３２に図示しないキーを差込んでこのキーを回動することによりモードを選択できる。キーが「ＯＦＦ」の位置にあれば、電動補助ユニット１の電源は切れていて、バッテリ４から電動補助ユニット１には給電されない。キーを回動して「ＯＮ」の位置に合わせれば、電動補助ユニット１に電力が供給可能であり、踏力が予定値を超過している場合に、予め設定されたマップから読み出される補助力と踏力との比（アシスト比）に従って補助力が与えられるようモータＭが制御される。また、キーを「ＥＣＯ」の位置に合わせれば「エコモード」が選択され、後で詳述するように、予定の制御基準に従ってアシストが開始されたり、アシストカットされたりする制御が可能になる。なお、電源スイッチ部２９は、「ＯＮ」位置が車体の進行方向に指向するよう車体に取り付けられるのがよい。
【００３５】
次に、エコモードにおけるアシストおよびアシストカットの制御を説明する。踏力履歴を検出して、踏力が予定値よりも低いアシスト不要レベル（以下、「アシストカットレベル」という）で推移していると判断されたときにアシストカットが実施される。図６はアシストカットの条件を説明するための踏力履歴を示す図であり、踏力の大小により更新されるカウンタのカウンタ値CNTBTを併せて示す。なお、踏力はクランクの回転周期に対応して周期的に変動する。同図において、踏力上限値TRQUP と、踏力下限値TRQBT とが設定される。踏力上限値TRQUPは例えば１４７〜１９６Ｎの範囲で設定され、踏力下限値TRQBT は例えば１２７〜１４７Ｎの範囲で設定される。踏力は、例えば１０ミリ秒毎の割込処理で検出される。
【００３６】
踏力TRQAが踏力下限値TRQBT 以下のときは低レベルカウンタのカウンタ値CNTBT をインクリメント（＋１）し、踏力TRQAが踏力上限値TRQUP 以上のときはカウンタ値CNTBT をデクリメント（−１）する。踏力TRQAが踏力下限値TRQBT 以上、かつ踏力上限値TRQUP 未満のとき、カウンタ値CNTBT は変化させない。そして、前記カウンタ値CNTBT が基準値（カウンタ基準値）TTEDを超えたときに、踏力TRQAがアシストカットレベルで推移しているとしてアシストカットが実施される。
【００３７】
なお、カウンタ値CNTBT は、踏力TRQAが、踏力上限値TRQUP より上方に設定されたリセットレベルRESET を超えとき、または後述のアシスト開始条件が成立したときにリセットすることができる。
【００３８】
次に、アシスト開始のための制御を説明する。アシストは、踏力履歴を検出して、踏力レベルが補助力を必要とするレベル（以下、「アシストレベル」という）であると判断したときにその予定レベルに応じたアシスト比に基づくアシストを実施する。図７はアシスト開始の条件を説明するための踏力履歴を示す図であり、踏力が基準値を超えるごとに更新されるカウンタ値CNTASLを併せて示す。同図において、アシスト開始の判断要素である踏力レベルの基準値TRQASLが設定され、変動する踏力TRQAのピーク値がこの基準値TRQASLを超えた回数を、アシスト開始カウンタのカウンタ値CNTASLとしてセットする。ここでは、カウンタ値CNTASLは踏力TRQAのピーク値がこの基準値TRQASLを超える毎にデクリメント（−１）するよう構成され、カウンタ値CNTASLが「０」になり、かつ踏力TRQAが基準値TRQASLを超えたときに、踏力がアシスト要求レベルにあると判断され、アシスト開始条件が成立する。
【００３９】
具体的には、図７において、カウンタ値CNTASLの初期値が「３」の例を示す。同図において、タイミングｔ１，ｔ２で踏力TRQAのピーク値が基準値TRQASLを超えてカウンタ値CNTASLが２回デクリメントされるが、次の変動周期におけるピーク値は基準値TRQASLを超えなかったので、タイミングｔ３でカウンタ値CNTASLは初期値にリセットされる。その後、カウンタ値CNTASLはタイミングｔ４，ｔ５，ｔ６でデクリメントされて「０」になり、さらに、タイミングｔ７で踏力TRQAが基準値TRQASLを超えたときにアシスト開始条件が成立してアシストが開始される。
【００４０】
前記基準値TRQASLは複数レベル設定することができ、各レベルに対応して互いに他のレベルと異なるカウンタ値CNTASLを設定することができる。図８は基準値TRQASLを複数設定したときの各基準値でのアシスト開始成立条件を説明するための踏力履歴を示す図である。同図において、基準値TRQASL１は平坦路巡航中徐々に加速したときの踏力に相当し、例えば１９６Ｎに設定され、基準値TRQASL２は緩斜面の登りにさしかかったときの踏力に相当し、例えば２９４Ｎに設定される。さらに、基準値TRQASL３は発進時、急登坂時、または巡航中急加速時の踏力に相当し、例えば３４３Ｎに設定される。また、基準値TRQASL１に対応するカウンタ値CNTASL１は「５」に、基準値TRQASL２に対応するカウンタ値CNTASL２は「３」に、基準値TRQASL３に対応するカウンタ値CNTASL３は「２」にそれぞれ設定される。これらの設定は、車両の性格やユーザに合わせて任意に設定されても良いことは言うまでもない。
【００４１】
このような設定において、図８を参照すると、平坦路巡航中徐々に加速したときはタイミングｔ１０でカウンタ値CNTASL１が「０」になっていて、かつ踏力TRQAが基準値TRQASL１を超えるので、基準値TRQASL１に対応した踏力の比（アシスト比）でアシストが開始される。また、緩斜面の登りにさしかかったときはタイミングｔ１１でカウンタ値CNTASL２は「０」になっていて、かつ踏力TRQAが基準値TRQASL２を超えるので、基準値TRQASL２に対応したアシスト比のアシストに切り替えられる。さらに、発進時は、発進開始時ｔ１２から短時間後のタイミングｔ１３でカウンタ値CNTASL３は「０」になっていて、かつ踏力TRQAが基準値TRQASL３を超えるので、基準値TRQASL３に対応したアシスト比でアシストが開始される。
【００４２】
なお、カウンタ値CNTASL１〜CNTASL３は、アシスト停止時、およびＣＰＵのリセット時に初期化される。
【００４３】
図９は、図６，図７に関して説明したアシストおよびアシストカットを含むエコモードの処理の要部をフローチャートである。ステップＳ１では踏力TRQAを検出する。ステップＳ２では踏力TRQAのピーク値を検出し、そのピーク値が基準値TRQASLを超えたときはカウンタ値CNTASLをデクリメントし、ピーク値が基準値TRQASLを超えないときはカウンタ値CNTASLをリセットする。ステップＳ３ではカウンタ値CNTASLが「０」か否かによって踏力レベルが基準値TRQASLに対応するアシストレベルになっているか否かを判断する。ステップＳ４では、踏力TRQA（現在値）が基準値TRQASLを超えているか否かを判断する。
【００４４】
ステップＳ４が肯定の場合、つまり踏力が予定レベルになっていて、現在の踏力TRQAが基準値TRQASLを超えたならば、ステップＳ５に進んでアシストを許可する。このアシストにおいては、踏力の基準値TRQASLと車速とによって求められるアシスト比に基づいて補助力を算出し、この補助力が得られるようモータＭの出力を制御する。
【００４５】
ステップＳ６では踏力上限値TRQUP および踏力下限値TRQBT と踏力TRQAとの大小関係により踏力レベルがアシストカットレベルであるか否か判断する。ステップＳ７では、ステップＳ６の判断結果に従い、アシストカットレベル＋１のときにカウンタ値CNTBT をインクリメントし（ステップＳ７）、アシストカットレベル−１のときにカウンタ値CNTBT をデクリメントする（ステップＳ８）。アシストカットレベル「０」のときは、そのままステップＳ９へ進む。これとは逆に、アシストカットレベルのときにカウンタ値CNTBT をデクリメントし、そうでないときにカウンタ値CNTBT をインクリメントするよう構成してもよい。
【００４６】
ステップＳ９では、カウンタ値CNTBT が基準値TTEDになったか否かによって、踏力TRQAが予定の低レベルつまりアシストカットレベルで推移しているかどうかを判断する。アシストカットレベルのときにカウンタ値CNTBT をデクリメントする構成では初期値を基準値TTEDとし、カウンタ値CNTBT が「０」になったか否かによってアシストカットレベルで推移しているかどうかを判断する。踏力がアシストカットレベルで推移していると判断されたならば、ステップＳ１０に進み、アシストカットを実施する。
【００４７】
図１は、エコモードの処理に関するコントローラ１００の要部機能を示すブロック図である。なお、この機能はＣＰＵを含むマイクロコンピュータによって実現できる。同図において、踏力センサとしてのポテンショメータ８２の出力データ（踏力TRQA）および車速センサ４０の出力データ（車速Ｖ）は、所定の割込みタイミングで補助力マップ４１に取り込まれる。補助力マップ４１には車速Ｖと踏力TRQAとに基づき、予定のアシスト比が得られるような補助力データが設定されている。そして、車速Ｖと踏力TRQAとが入力されると、それに応答して補助力データを出力する。例えば、同一の踏力TRQAであっても、車速Ｖが大きい程、補助力が小さくなるよう、つまりアシスト比が小さくなるように補助力マップは設定される。補助力データは補助力出力部４２に入力され、補助力出力部４２はこの補助力データに従ってモータＭの出力を制御する。なお、車速センサ４０としては、例えば、電動補助ユニット１内の支持プレート１０２の外周に設けた規則的な凹凸を磁気的に検知してその検知数または検知間隔に基づいて車速Ｖを出力する手段によって構成することができる。
【００４８】
踏力判断部４３は踏力基準値（例えば、前記踏力上限値TRQUP および踏力下限値TRQBT)に対する現在の踏力TRQAの大小を判断し、その判断結果によって低レベルカウンタ４４のカウンタ値CNTBT を増減する。比較部４５は低レベルカウンタ４４のカウンタ値CNTBT を基準値TTEDと比較し、カウンタ値CNTBT が基準値TTEDに達したときにアシストカット指示ＡＣＩを補助力出力部４２に出力する。ここで、踏力判断部４３、低レベルカウンタ４４、および比較部４５が踏力レベル検出手段を構成する。
【００４９】
ピーク値検出部４６は踏力センサ８２から踏力TRQAを供給され、周期的に変動する踏力TRQAのピーク値を検出する。ピーク値は踏力レベル判断部４７に入力され、踏力レベル判断部４７はピーク値が予定の踏力レベルTRQASLを超えたと判断したときにアシストカウンタ４８のカウンタ値CNTASLを更新する。アシストカウンタ４８はカウンタ値CNTASLが予定値になったときにアシスト許可指示ＡＩを出力する。アシスト許可指示はゲートＧを通じて前記補助力出力部４２に入力される。第２踏力判断部５０は現在の踏力TRQAが踏力レベルTRQASLを超えたときに検出信号を出力する。ゲートＧは第２踏力判断部５０の検出信号が供給されたときに開かれ、アシスト許可指示が補助出力部４２に入力される。ここで、ピーク値検出部４６、踏力レベル判断部４７、およびアシストカウンタ４８が踏力変動レベル検出手段を構成する。
【００５０】
補助力出力部４２はアシスト許可指示ＡＩまたはアシストカット指示ＡＣＩに従って、アシストまたはアシストカット（アシストを中断ないし制限）するようモータＭを付勢する。つまり、前記補助力データに従ってモータＭのドライバ回路を構成するＦＥＴの導通角が決定され、補助力の大きさが制御される。つまりアシストカット時は補助力の付加を停止するか踏力に対する補助力の付加割合を低減するようにＦＥＴの導通角導通角が制御される。なお、踏力レベル判断部４７はピーク値が踏力レベルTRQASLを超えていないときにリセット信号を出力してアシストカウンタ４８のカウンタ値を初期値にリセットする。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１〜請求項３の発明によれば、瞬間的に検出された踏力ではなく、踏力の推移をみてアシスト不要もしくは大きい補助力の付加を要しないと判断されるので、ノイズや、わずかな段差を乗り越えた場合などであっても、全体的に踏力が低レベルで推移していれば有効にアシストカットできる。
【００５２】
また、請求項４〜請求項８の発明によれば、瞬間的に検出された踏力レベルではなく、踏力レベルの推移をみて、アシストを要すると判断されるので、必ずしも高い踏力が検出されないとき、例えば、平坦路をゆっくりと加速するような中踏力の連続においてもアシストを開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一形態に係る補助力制御装置の要部機能を示すブロック図である。
【図２】 電動補助自転車の側面図である。
【図３】 電動補助ユニットの要部断面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ位置での断面図である。
【図５】 電源スイッチ部の一例を示す平面図である。
【図６】 アシストカットの条件を説明するための踏力履歴を示す図である。
【図７】 アシスト開始の条件を説明するための踏力履歴を示す図である。
【図８】 複数の踏力レベルでのアシスト開始成立条件を説明するための踏力履歴を示す図である。
【図９】 アシストおよびアシストカットを含むエコモードの処理の要部をフローチャートである。
【符号の説明】
１…電動補助ユニット、 ２９…電源スイッチ部、 ４０…車速センサ、 ４１…補助力マップ、 ４２…補助力出力部、 ４３…踏力判断部、 ４４…低レベルカウンタ、 ４６…ピーク値検出部、 ４７…踏力レベル判断部、 ４８…アシストカウンタ、 ５０…第２踏力判断部、 １００…コントローラ、 １０１…ペダルクランク軸、 １１６…モータの軸
Claims (2)
- ペダルに加えられた踏力を伝達する人力駆動系と、前記踏力に応じて前記人力駆動系に補助力を付加させるモータ駆動系とを備えた電動補助自転車の補助力制御装置において、
予定の踏力基準値に対する現在の踏力の大小により増減される低レベルカウンタのカウンタ値がカウンタ基準値以上になったときに、前記踏力が予定のアシストカットレベルで推移していることを検出する踏力レベル検出手段と、
前記踏力レベル検出手段により前記踏力がアシストカットレベルで推移していると判断されたときに前記補助力の付加を停止するか踏力に対する補助力の付加割合を低減する補助力出力手段とを具備し、
前記踏力基準値が、踏力上限値と踏力下限値とからなり、前記踏力が、踏力上限値を超えたときは前記低レベルカウンタのカウンタ値を減少させ、踏力下限値未満のときは該カウンタ値を増加させることを特徴とする電動補助自転車の補助力制御装置。 - ペダルに加えられた踏力を伝達する人力駆動系と、前記踏力に応じて前記人力駆動系に補助力を付加させるモータ駆動系とを備えた電動補助自転車の補助力制御装置において、
前記踏力の履歴により、前記踏力が、その連続した変動周期において踏力レベル基準値を超えているときに、予定のアシストレベルの近傍で変動していると判断するように構成された踏力変動レベル検出手段と、
前記踏力変動レベル検出手段により前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断されたときに前記補助力の付加を開始する補助力出力手段とを具備し、
前記踏力変動レベル検出手段が、前記踏力が、前記踏力レベル基準値を連続した周期で超えた回数を検出するアシストカウンタを有し、前記アシストカウンタのカウンタ値が予定回数を超えたときに前記踏力がアシストレベルの近傍で変動していると判断するよう構成されるとともに、
前記踏力レベル基準値が複数設定され、低いレベルほど前記カウンタ値の予定回数を多く設定したことを特徴とする電動補助自転車の補助力制御装置。
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