JP4040810B2

JP4040810B2 - Series hybrid electric assist bicycle

Info

Publication number: JP4040810B2
Application number: JP27374999A
Authority: JP
Inventors: 朋寛小野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2019-09-28
Also published as: JP2001103607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータによって車輪を駆動し、エンジン駆動式発電機によってバッテリーを充電する充電装置を備えたシリーズハイブリッド式電動補助自転車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータによって車輪を駆動し、エンジン駆動式発電機によってバッテリーを充電する充電装置を備えたシリーズハイブリッド式電動車両の充電装置は、バッテリーの残存容量が低下したときにスターターモータによってエンジンを始動し、このエンジンによって駆動される発電機の発電電力でバッテリーを充電している。すなわち、一つのバッテリーで走行用のモータと前記スターターモータとに給電している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように構成したシリーズハイブリッド式電動車両においては、バッテリーとして大型で容量が大きいものを搭載しなければならず、重量が重くなるとともにコストアップになってしまうという問題があった。大容量のバッテリーを搭載しなければならないのは、例えば発進時などで走行用モータの電力消費量が相対的に多くなるときに、エンジンを始動するためにスターターモータに給電することがあるからである。すなわち、走行用モータとスターターモータの両方に同時に給電できるように、バッテリーの最大放電電力を大きくしなければならないからである。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、搭載するバッテリーが小型でよいシリーズハイブリッド式電動補助自転車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】
この目的を達成するため、本発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車は、エンジン駆動式発電機によってバッテリーを充電する充電装置を備え、ペダルに加えられた踏力と、この踏力に比例して増減するように制御されたモータの動力との合力によって車輪を駆動して走行するシリーズハイブリッド式電動補助自転車であって、前記モータの動力が前記踏力に比例して増減するように制御されることにより前記モータの電力消費量が増減変動する過程においてその電力消費量が減少する運転状態を検出するエンジン始動時期検出手段と、電力消費量が少ない運転状態を前記エンジン始動時期検出手段が検出しているときにエンジンを始動させる充電制御手段とを備えたものである。
本発明によれば、走行用モータの電力消費量が少ないときにスターターモータに給電されるから、バッテリーの最大放電電力を低減することができる。
【０００６】
請求項２に記載した発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車は、請求項１に記載した発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車において、電力消費量が減少する運転状態を車速によって検出する構成としたものである。
この発明によれば、発進時を避けてエンジンを始動できる。
請求項３に記載した発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車は、請求項１または請求項２に記載した発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車において、バッテリーの残存容量を検出するバッテリー残存容量検出手段を備え、このバッテリー残存容量検出手段が検出した残存容量が予め定めた設定値より少ないときにも充電制御手段がエンジンを始動させる構成としたものである。
この発明によれば、特にバッテリーの残存容量が少ないときに大きな放電電力を出力するとバッテリーが痛み易いが、これを防止できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、本発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車の一実施の形態を図１ないし図８によって詳細に説明する。この実施の形態で説明するシリーズハイブリッド式電動補助自転車は、モータの動力で人力を助勢するものである。
図１は本発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車の充電系の構成を示すブロック図、図２は充電時の動作を説明するためのフローチャート、図３はモード判定時の動作を説明するためのフローチャート、図４は目標充電電力検出手段の動作を説明するためのフローチャート、図５は車速と発電量の関係を示すグラフである。図６は消費電力の変化を示すグラフ、図７は車速からエンジン回転数を求めるためのマップになるグラフ、図８はバッテリーの残存容量から最大発電電力を求めるためのマップになるグラフである。
【０００８】
これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による電動補助自転車である。この電動補助自転車１は、ペダルを踏込む力（踏力）と、モータ２の駆動力の合力によって後輪３を駆動して走行するものである。モータ２の動力は、踏力に比例して増減させている。また、この電動補助自転車１は、前記モータ２に給電するバッテリー４をエンジン駆動式のモータ発電機５によって充電する充電装置６を装備し、シリーズハイブリッド式の構造を採っている。
【０００９】
前記モータ発電機５は、モータと発電機の両方の機能を有し、エンジン７を始動するときにスターターモータとして使用し、バッテリー４を充電するときに発電機として使用する。このモータ発電機５とバッテリー４との間にインバータ・コンバータ８を介装し、このインバータ・コンバータ８に接続した電流制御アンプ９と速度制御アンプ１０とによってモータ発電機５の使用形態を切替える回路を採っている。前記速度制御アンプ１０は、モータ発電機５の回転数を検出する回転数検出器１１の出力値（速度フィードバック値）が入力され、電流制御アンプ９にはモータ発電機５を流れる電流値（電流フィードバック値）が入力されるようにしている。これらのアンプ９，１０は、後述するモード判定部１２から送出された指令値に基づいてインバータ・コンバータ８を流れる電流を制御する。前記指令値は、エンジン始動時や停止時と、定常運転時とにそれぞれ送出される。エンジン始動用の指令値が速度制御アンプ１０に入力されると、インバータ・コンバータ８からモータ発電機５に電力を供給してモータ発電機５をスターターモータとして機能させる。このとき、電流制御アンプ９はモータ発電機５に流れる電流をフィードバック制御によって制御する。エンジン停止用の指令値が入力されたときには、インバータ・コンバータ８を流れる電流を遮断し、バッテリー電力でモータ発電機５が回転するのを阻止する。前記速度制御アンプ１０および電流制御アンプ９が本発明に係る充電制御手段を構成している。
【００１０】
また、定常運転用の指令値が入力されたときには、図１において符号１３で示す車速−発電機回転数マップ参照部から送出される発電機回転数データに対応する回転数でモータ発電機５が回転し、モータ発電機５から発電電力がバッテリー４に供給されるように、インバータ・コンバータ８を制御する。前記車速−発電機回転数マップ参照部１３は、図７に示す車速−回転数指令値マップから現在の車速に対応するモータ発電機５の回転数を読出し、発電機回転数データとして速度制御アンプ１０に送出する。このマップは、車速が予め定めた速度に達するまではモータ発電機５の回転数（目標充電電力）が車速に比例して増大し、車速が前記設定車速を上回った後はモータ発電機５の回転数が一定になるように設定してある。また、車速が予め定めたエンジン始動・停止速度より低いときには、モータ発電機５を回転させない、言い換えればエンジン７を停止させるように設定している。このマップは予めメモリ１４に記憶させておく。車速は、車速センサ１５によって検出する。
【００１１】
前記エンジン７は、図示していない燃料供給弁とスロットル弁を電動式のアクチュエータ１６，１７によって駆動するようにしている。これらのアクチュエータ１６，１７とエンジンの点火装置（図示せず）は、図１中に符号１８で示す出力要求生成部が生成した出力要求値（目標充電電力）と、モータ発電機５の発電電力（バッテリー４に供給される充電電力）とが一致するように制御する。出力要求生成部１８は、図７に示す車速−発電機回転数マップから現在の車速に対応するモータ発電機５の回転数を読出し、この回転数に対応した目標充電電力を示す出力要求信号を発電量制御アンプ１９に送出する。発電量制御アンプ１９は、出力要求生成部１８から送出された出力要求値を指令値としてバッテリー出力フィードバック値の差がなくなるようにＰＩ制御を実施し、アクチュエータ駆動部２０に制御信号を送出する。アクチュエータ駆動部２０は、前記制御信号に従って前記両アクチュエータ１６，１７と点火装置を駆動する。前記バッテリー出力フィードバック値は、バッテリー４の端子間電圧と充放電電流とに基づいて出力計算部２１が算出し、発電量制御アンプ１９に送出する。すなわち、発電量制御アンプ１９は、充電電力が前記目標充電電力と一致するように充電装置６を制御する。
【００１２】
出力要求生成部１８が出力要求信号を生成するときには、この実施の形態では、バッテリー４が過充電になるのを阻止するために、バッテリー４の残存容量（ＳＯＣ）が７０％を保つようにしている。前記残存容量は、バッテリー残量検出部２２がバッテリー４の端子間電圧、充放電電流およびバッテリー温度に基づいて求める。このバッテリー残量検出部２２が本発明に係るバッテリー残存容量検出手段を構成している。残存容量が７０％に満たない場合には、図８に示すバッテリー残存容量−発電出力指令値マップに基づいて充電電力を設定する。このマップは、残存容量に対する充電可能電力量を示すもので、前記メモリ１４に予め記憶させておく。
【００１３】
前記モード判定部１２は、電動補助自転車１の運転状態を複数の運転モードに分けてモード毎に前記速度制御アンプ１０と出力要求生成部１８に各種の指令値を送出する。モード判定部１２に入力されるデータは、前記車速センサ１５が検出した車速データと、バッテリー残量検出部２２が検出したバッテリー４の残存容量と、モータ発電機５の回転数検出器１１が検出した回転数データと、スタンドセンサ２３が検出したスタンド位置データなどである。このモード判定部１２が本発明に係るエンジン始動時期検出手段を構成している。前記スタンドセンサ２３は、スタンド２４を使用している状態であるか否かを検出する。
【００１４】
次に、上述したように構成した電動補助自転車１の動作を前記モード判定部１２のさらに詳細な構成の説明と合わせて図２ないし図４に示すフローチャートによって説明する。
この電動補助自転車１の図示していないメインスイッチ（電源スイッチ）がＯＮ操作されると、先ず、図２に示すフローチャートのステップＳ１で初期設定を実施し、ステップＳ２で５ｍｓ待機した後にステップＳ３でモード判定部１２がモード判定を実施する。
【００１５】
モード判定は、図３のフローチャートに示すように実施する。先ず、同図のステップ１００で示すように、スタンド２４が使用状態であるか否かと、バッテリー４の残存容量が８０％を越えているか否かを判定する。これらの条件のうち何れか一方が満たされている場合には、ＹＥＳと判定されてステップ１０１に進む。
ステップ１０１では、モータ発電機５の回転速度（回転数）を０に設定し、エンジン７の燃料供給弁とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに、点火装置をＯＦＦに設定する。そして、ステップ１０２に進んで現在のモードをエンジン停止モードに設定する。前記ステップ１００でＮＯと判定された場合には、ステップ１０３で現在のモードがエンジン停止モードであるか否かを判定し、ＹＥＳと判定された場合にはステップ１０４に進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１０５へ進む。ステップ１０４では、モータ発電機５の回転速度を０に設定し、エンジン７の燃料供給弁とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに、点火装置をＯＦＦに設定する。そして、ステップ１０６で現在の車速がエンジン始動速度を上回っているか否かを判定する。ＹＥＳと判定された場合にはステップ１０７へ進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１０２に進む。
【００１６】
前記エンジン始動速度は、走行用モータ２の電力消費量が少なくなるときの速度に設定している。この実施の形態では、発進時において車輪が停止状態から回転を開始し、車速が０から徐々に上昇するような運転域での車速より高い車速であって、走行開始後にモータ４の電力消費量が一時的に減少するときの車速に設定している。発進直後はモータ２の電力消費量が著しく増加しているから、エンジン始動のためにモータ発電機５（スターターモータ）に給電するとバッテリー４の放電電流が過大になってしまうが、上述したように制御することによって、バッテリー４の放電電流を必要最小限度に抑えることができる。
【００１７】
前記ステップ１０５では、現在のモードがエンジン始動中モードであるか否かを判定する。ステップ１０５でＹＥＳと判定された場合にはステップ１０７へ進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１０８に進む。ステップ１０７では、モータ発電機５の回転数をエンジン始動時の回転数に設定し、エンジン７の燃料供給弁と点火装置をＯＮ状態に設定するとともに、スロットル弁の開度を始動時の開度に設定する。その後、ステップ１０９に進み、モータ発電機５を流れる電流を検出して発電しているか否かを判定する。モータ発電機５が発電している場合にはステップ１１０に進み、モータ発電機５がスターターモータとして機能している場合には、ステップ１１１に進んで現在のモードをエンジン始動中モードに設定する。
【００１８】
前記ステップ１０８では、現在のモードがエンジン定常モードであるか否かを判定し、ＹＥＳと判定された場合にはステップ１１０に進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１１２に進む。ステップ１１０では、モータ発電機５の回転数を図７に示す車速−モータ回転数マップに基づく回転数に設定し、エンジン７の燃料供給弁と点火装置をＯＮ状態に設定するとともに、スロットル弁の開度を出力要求値に対応する開度に設定する。その後、ステップ１１３で現在の車速がエンジン停止速度を下回っているか否かを判定する。ステップ１１３でＹＥＳと判定された場合にはステップ１１４に進み、ＮＯと判定された場合にはステップ１１５に進んで現在のモードを定常モードに設定する。
【００１９】
前記ステップ１１２では、現在のモードがエンジン停止中モードであるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合にはステップ１１４に進み、ＮＯの場合にはステップ１１６に進む。ステップ１１４では、モータ発電機５の回転数を０に設定し、燃料供給弁とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに点火装置をＯＦＦに設定する。そして、ステップ１１７に進んで現在のモードをエンジン停止中モードに設定する。
前記ステップ１１６では異常処理を実施する。この異常処理は、充電装置６の全てのアクチュエータと点火装置をＯＦＦにするとともに、車体に設けたアラームランプ（図示せず）を点灯させる。このように異常処理制御を実施した後、ステップ１１８で現在のモードを異常モードに設定する。
【００２０】
図３のフローチャートのステップ１０２，１１１，１１５，１１７，１１８においてそれぞれ現在のモードを設定した後、図２のフローチャートのステップＳ４に進み、速度制御アンプ１０と電流制御アンプ９がモータ発電機５の速度（充電電力）を制御する。次に、ステップＳ５で出力要求生成部１８が出力要求値を求める。出力要求値は、図４に示すフローチャートに示すように求める。先ず、図４に示すフローチャートのステップ２００でエンジン７を停止させる指令が発生しているか否かを判定する。ＹＥＳと判定された場合には、ステップ２０１に進んでモータ発電機５の出力要求値を０に設定し、ＮＯと判定された場合には、ステップ２０２に進んでバッテリー温度が上限値と下限値の間の温度であるか否かを判定する。
【００２１】
ステップ２０２でＮＯと判定された場合にはステップ２０１に進み、ＹＥＳと判定された場合には、ステップ２０３に進んでバッテリー４の残存容量が７０％を上回っているか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳである場合にはステップ２０１に進み、ＮＯである場合にはステップ２０４に進む。ステップ２０４では、モータ発電機５の出力要求値を図７に示す車速−モータ発電機回転数マップに基づいて決まる値と、図８に示すバッテリー残存容量−発電出力指令値マップに基づいて決まる値のうち小さい方に設定する。
【００２２】
このように出力要求値を設定した後、図２に示すフローチャートのステップＳ６において、前記出力要求値を目標として発電量制御アンプ１９がエンジンの燃料供給弁、スロットル弁の開度と、点火装置での点火時期などの制御値を求め、ステップＳ７でアクチュエータ駆動部２０に制御信号を送出してアクチュエータ１６，１７と点火装置を制御する。そして、ステップＳ２に戻り、上述した制御を繰返す。
【００２３】
上述したように充電装置６を制御することによって、エンジン回転数と発電量は図５に示すように変化する。図５は、横軸に時間をとるとともに縦軸にエンジン回転数、車速、発電量、電力消費量をとっている。同図から分かるように、車速がエンジン始動・停止速度を上回っている状態でエンジン７が運転され、エンジン回転数が車速に対応して増減する。車速がエンジン始動・停止速度に達したときのモータ２の電力消費量は一時的に低下しており、このときにエンジン７を始動することによって、バッテリー４の放電電流が過度に大きくなるのを阻止することができる。発進後にエンジンを始動するときの消費電力は、図６に示すように、車速がエンジン始動速度に達する以前でモータ２の電力消費量が急増するときの最大値に較べて小さくなる。
エンジン始動後のエンジン回転数は、低速で走行しているときには、相対的に減少し、高速で走行しているときには、相対的に増大する。このエンジン回転数の変化に対応するように、モータ発電機５での発電量が増減する。図５において電力消費量を示す曲線が波状になっているのは、ペダルを踏込むときにモータ２の動力で助勢しており、モータ２の出力が脈動するように増減するからである。
【００２４】
したがって、この電動補助自転車１は、電力消費量が少ない運転状態のときにエンジン７を始動させる構成を採っているから、モータ２の電力消費量が少ないときにモータ発電機５（スターターモータ）に給電され、バッテリー４の最大放電電力を低減することができる。このため、バッテリー４として容量が少なく小型のものを用いることができる。
また、電力消費量が少ない運転状態を車速によって検出しているから、発進時を避けてエンジン７を始動できる。このため、小容量のバッテリー４でも過放電になるのを確実に阻止することができる。
【００２５】
この実施の形態では、車速が大きくなるにしたがって増大するように設定した目標充電電力と、モータ発電機５が発電する充電電力とが一致するようにエンジン駆動式の充電装置６を制御しているから、停車時や低速走行時にエンジン回転数が低減し、高速で走行するときにエンジン７が運転されてバッテリー４が充電される。このため、停車時や低速走行時のエンジン音や振動を低減することができる。
また、車速が予め定めたエンジン始動速度を上回ったときにエンジン７を始動し、車速が予め定めたエンジン停止速度を下回ったときにエンジン７を停止させる構成を採っているから、停止時や、車速が設定車速より下回る徐行時には、エンジン７が停止してエンジン音や振動が発生することがなくなる。
【００２６】
第２の実施の形態
エンジンの始動は走行を開始する以前に実施することができる。このように制御する場合の一実施の形態を図９によって詳細に説明する。図９は発進前にエンジンを始動する他の実施の形態の一例を示すフローチャートである。この実施の形態において前記第１の実施の形態で説明した部材と同一もしくは同等の部材については、同一符号を示し詳細な説明は省略する。
【００２７】
走行を開始する以前にエンジンを始動するシリーズハイブリッド式電動補助自転車は、前記第１の実施の形態を採るときのモード判定部１２の構成を僅かに変更することによって実現できる。すなわち、車体が停止しているときにエンジン７を始動するようにモード判定部１２の構成を変更する。また、図１中に二点鎖線で示すようにモード判定部１２とモータ２（モータ用コントローラ）とを接続するとともに、モード判定部１２にエンジン始動が完了するまでの間はモータ２に給電する電力を制限する機能をもたせ、電力消費量が増大することがないようにする。
【００２８】
この形態を採るときのモード判定部１２は、図９に示すように、ステップ１０４でモータ発電機５の回転速度を０に設定し、エンジン７の燃料供給弁とスロットル弁の開度を全閉に設定するとともに、点火装置をＯＦＦに設定した後に、ステップ１０６ａで車体が停止しているか否かを判定する。停車中である場合には、ステップ１０６ｂでモータ２に給電する電力を制限する。その後の制御は第１の実施の形態を採るときと同等である。
このように停車時にエンジン７を始動することによって、バッテリー４の放電電流が過大になるのを確実に阻止することができる。
【００２９】
上述した第１および第２の実施の形態で示した電動補助自転車１において、電力消費量が少ない運転状態は、車速によって検出することに限定されることはなく、例えばバッテリー４の放電電力やモータ２の出力などによって検出してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、走行用モータの電力消費量が少ないときにスターターモータに給電されるから、バッテリーの最大放電電力を低減することができる。したがって、バッテリーとして容量が少なく小型のものを用いることができるから、重量低減およびコストダウンを図ることができる。また、バッテリーが小型になるため、バッテリーを搭載する位置の自由度が増大する。しかも、バッテリーに接続する配線も相対的に細くすることができる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、走行用モータの電力消費量が多くなる発進時を避けてスターターモータを作動させることができるから、小容量のバッテリーでも過放電になるのを確実に阻止することができる。
請求項３記載の発明によれば、特にバッテリーの残存容量が少ないときに大きな放電電力を出力するとバッテリーが痛み易いが、これを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリーズハイブリッド式電動補助自転車の充電系の構成を示すブロック図である。
【図２】充電時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】モード判定時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】目標充電電力検出手段の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】車速と発電量の関係を示すグラフである。
【図６】消費電力の変化を示すグラフである。
【図７】車速からエンジン回転数を求めるためのマップになるグラフである。
【図８】バッテリーの残存容量から最大発電電力を求めるためのマップになるグラフである。
【図９】発進前にエンジンを始動する他の実施の形態の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…電動補助自転車、２…モータ、４…バッテリー、５…モータ発電機、６…充電装置、７…エンジン、９…電流制御アンプ、１０…速度制御アンプ、１２…モード判定部、１５…車速センサ、２２…バッテリー残量検出部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a series hybrid electrically assisted bicycle including a charging device that drives wheels by a motor and charges a battery by an engine-driven generator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a charging device for a series hybrid electric vehicle having a charging device that drives a wheel by a motor and charges a battery by an engine-driven generator starts the engine by a starter motor when the remaining capacity of the battery decreases. The battery is charged with the power generated by the generator driven by this engine. That is, power is supplied to the running motor and the starter motor with a single battery.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the series hybrid electric vehicle configured as described above, a battery having a large size and a large capacity has to be mounted, which increases the weight and the cost. A large-capacity battery must be installed because the starter motor may be powered to start the engine when the power consumption of the driving motor is relatively high, for example when starting. is there. That is, the maximum discharge power of the battery must be increased so that power can be supplied to both the running motor and the starter motor simultaneously.
[0004]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a series hybrid type electric assist bicycle that can be mounted with a small battery.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, a series hybrid electric assist bicycle according to the present invention includes a charging device that charges a battery with an engine-driven generator, and increases or decreases in proportion to the pedaling force applied to the pedal and the pedaling force. A series hybrid electric assist bicycle that travels by driving wheels by the resultant force of the motor power controlled as described above, and the motor power is controlled so as to increase or decrease in proportion to the pedaling force. When the engine start timing detecting means detects an operation state in which the power consumption of the motor is increased or decreased and detects an operation state in which the power consumption is reduced, and an operation state in which the power consumption is low And charging control means for starting the engine.
According to the present invention, since the power is supplied to the starter motor when the power consumption of the traveling motor is small, the maximum discharge power of the battery can be reduced.
[0006]
The series hybrid type electric bicycle according to the invention described in claim 2 is configured to detect the driving state in which the power consumption is reduced by the vehicle speed in the series hybrid type electric bicycle according to the invention described in claim 1. Is.
According to the present invention, the engine can be started while avoiding starting.
The series hybrid type electric assist bicycle according to the invention described in claim 3 is the battery remaining capacity detecting means for detecting the remaining capacity of the battery in the series hybrid type electric assist bicycle according to the invention described in claim 1 or claim 2. And the charge control means starts the engine even when the remaining capacity detected by the battery remaining capacity detection means is smaller than a predetermined set value.
According to the present invention, the battery is easily damaged when a large discharge power is output particularly when the remaining capacity of the battery is small, but this can be prevented.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First Embodiment Hereinafter, an embodiment of a series hybrid electric assist bicycle according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The series hybrid type electric assist bicycle described in this embodiment assists human power with the power of a motor .
FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a charging system of a series hybrid type electric assist bicycle according to the present invention, FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation at the time of charging, and FIG. 3 is for explaining the operation at the time of mode determination. FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the target charging power detection means, and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the vehicle speed and the power generation amount. FIG. 6 is a graph showing changes in power consumption, FIG. 7 is a graph that becomes a map for obtaining the engine speed from the vehicle speed, and FIG. 8 is a graph that becomes a map for obtaining the maximum generated power from the remaining capacity of the battery.
[0008]
In these drawings, what is indicated by reference numeral 1 is a battery-assisted bicycle according to this embodiment. The battery-assisted bicycle 1 travels by driving the rear wheel 3 by the resultant force of stepping on the pedal (stepping force) and the driving force of the motor 2. The power of the motor 2 is increased or decreased in proportion to the pedal effort. The battery-assisted bicycle 1 is equipped with a charging device 6 for charging a battery 4 for supplying power to the motor 2 with an engine-driven motor generator 5 and has a series hybrid structure.
[0009]
The motor generator 5 has both functions of a motor and a generator, and is used as a starter motor when starting the engine 7 and used as a generator when charging the battery 4. An inverter / converter 8 is interposed between the motor generator 5 and the battery 4, and a circuit for switching the mode of use of the motor generator 5 by the current control amplifier 9 and the speed control amplifier 10 connected to the inverter converter 8. Is adopted. The speed control amplifier 10 receives the output value (speed feedback value) of the rotation speed detector 11 that detects the rotation speed of the motor generator 5, and the current control amplifier 9 has a current value (current) flowing through the motor generator 5. Feedback value) is input. These amplifiers 9 and 10 control the current flowing through the inverter / converter 8 based on a command value sent from a mode determination unit 12 described later. The command value is sent out when the engine is started or stopped, and during steady operation. When an engine start command value is input to the speed control amplifier 10, electric power is supplied from the inverter / converter 8 to the motor generator 5 to cause the motor generator 5 to function as a starter motor. At this time, the current control amplifier 9 controls the current flowing through the motor generator 5 by feedback control. When a command value for stopping the engine is input, the current flowing through the inverter / converter 8 is interrupted, and the motor generator 5 is prevented from rotating by battery power. The speed control amplifier 10 and the current control amplifier 9 constitute charge control means according to the present invention.
[0010]
When a command value for steady operation is input, the motor generator 5 is rotated at a rotational speed corresponding to the generator rotational speed data sent from the vehicle speed-generator rotational speed map reference section indicated by reference numeral 13 in FIG. The inverter / converter 8 is controlled so that the motor 4 rotates and the generated power is supplied from the motor generator 5 to the battery 4. The vehicle speed-generator rotation speed map reference unit 13 reads the rotation speed of the motor generator 5 corresponding to the current vehicle speed from the vehicle speed-rotation speed command value map shown in FIG. 7, and a speed control amplifier as generator rotation speed data. 10 to send. This map shows that the rotation speed (target charging power) of the motor generator 5 increases in proportion to the vehicle speed until the vehicle speed reaches a predetermined speed, and after the vehicle speed exceeds the set vehicle speed, the motor generator 5 The rotation speed is set to be constant. Further, when the vehicle speed is lower than a predetermined engine start / stop speed, the motor generator 5 is set not to rotate, in other words, the engine 7 is stopped. This map is stored in the memory 14 in advance. The vehicle speed is detected by a vehicle speed sensor 15.
[0011]
The engine 7 drives a fuel supply valve and a throttle valve (not shown) by electric actuators 16 and 17. These actuators 16 and 17 and an engine ignition device (not shown) include an output request value (target charging power) generated by an output request generator indicated by reference numeral 18 in FIG. 1 and generated power of the motor generator 5. (Charging power supplied to the battery 4) is controlled to match. The output request generator 18 reads the rotation speed of the motor generator 5 corresponding to the current vehicle speed from the vehicle speed-generator rotation speed map shown in FIG. 7, and outputs an output request signal indicating the target charging power corresponding to this rotation speed. It is sent to the power generation amount control amplifier 19. The power generation amount control amplifier 19 performs PI control so that there is no difference in the battery output feedback value using the output request value sent from the output request generator 18 as a command value, and sends a control signal to the actuator driver 20. The actuator driver 20 drives the actuators 16 and 17 and the ignition device according to the control signal. The battery output feedback value is calculated by the output calculation unit 21 based on the inter-terminal voltage of the battery 4 and the charge / discharge current, and is sent to the power generation amount control amplifier 19. In other words, the power generation amount control amplifier 19 controls the charging device 6 so that the charging power matches the target charging power.
[0012]
In this embodiment, when the output request generator 18 generates the output request signal, the remaining capacity (SOC) of the battery 4 is maintained at 70% in order to prevent the battery 4 from being overcharged. Yes. The remaining capacity is determined by the battery remaining amount detection unit 22 based on the voltage between the terminals of the battery 4, the charge / discharge current, and the battery temperature. The remaining battery capacity detection unit 22 constitutes a remaining battery capacity detection means according to the present invention. When the remaining capacity is less than 70%, the charging power is set based on the battery remaining capacity-power generation output command value map shown in FIG. This map indicates the amount of chargeable power with respect to the remaining capacity, and is stored in the memory 14 in advance.
[0013]
The mode determination unit 12 divides the driving state of the battery-assisted bicycle 1 into a plurality of driving modes and sends various command values to the speed control amplifier 10 and the output request generation unit 18 for each mode. The data input to the mode determination unit 12 is detected by the vehicle speed data detected by the vehicle speed sensor 15, the remaining capacity of the battery 4 detected by the battery remaining amount detection unit 22, and the rotation speed detector 11 of the motor generator 5. Rotation number data, stand position data detected by the stand sensor 23, and the like. This mode determination unit 12 constitutes the engine start timing detection means according to the present invention. The stand sensor 23 detects whether or not the stand 24 is in use.
[0014]
Next, the operation of the battery-assisted bicycle 1 configured as described above will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
When a main switch (power switch) (not shown) of the battery-assisted bicycle 1 is turned ON, first, initial setting is performed in step S1 of the flowchart shown in FIG. 2, and after waiting for 5 ms in step S2, in step S3. The mode determination unit 12 performs mode determination.
[0015]
The mode determination is performed as shown in the flowchart of FIG. First, as shown in step 100 of FIG. 10, it is determined whether or not the stand 24 is in use and whether or not the remaining capacity of the battery 4 exceeds 80%. When any one of these conditions is satisfied, it is determined as YES and the process proceeds to Step 101.
In step 101, the rotational speed (rotation speed) of the motor generator 5 is set to 0, the fuel supply valve and throttle valve opening of the engine 7 are set to fully closed, and the ignition device is set to OFF. In step 102, the current mode is set to the engine stop mode. If NO is determined in step 100, it is determined in step 103 whether the current mode is the engine stop mode. If YES is determined, the process proceeds to step 104, where NO is determined. If so, go to Step 105. In step 104, the rotational speed of the motor generator 5 is set to 0, the opening of the fuel supply valve and the throttle valve of the engine 7 is fully closed, and the ignition device is set to OFF. In step 106, it is determined whether or not the current vehicle speed exceeds the engine start speed. If YES is determined, the process proceeds to step 107, and if NO is determined, the process proceeds to step 102.
[0016]
The engine start speed is set to a speed at which the power consumption of the traveling motor 2 decreases. In this embodiment, the vehicle speed is higher than the vehicle speed in the driving range in which the wheels start to rotate from a stopped state at the time of start and the vehicle speed gradually increases from 0, and the electric power consumption of the motor 4 after the start of traveling. The vehicle speed is set when it temporarily decreases. Immediately after starting, the power consumption of the motor 2 has increased remarkably. Therefore, if the motor generator 5 (starter motor) is supplied to start the engine, the discharge current of the battery 4 becomes excessive. By controlling, the discharge current of the battery 4 can be suppressed to the minimum necessary level.
[0017]
In step 105, it is determined whether or not the current mode is the engine starting mode. If YES is determined in step 105, the process proceeds to step 107, and if NO is determined, the process proceeds to step 108. In step 107, the rotational speed of the motor generator 5 is set to the rotational speed at the start of the engine, the fuel supply valve and the ignition device of the engine 7 are set to the ON state, and the opening of the throttle valve is set to the opening at the start. Set to. Thereafter, the process proceeds to step 109, and it is determined whether or not the current is flowing through the motor generator 5 to generate power. If the motor generator 5 is generating power, the process proceeds to step 110. If the motor generator 5 is functioning as a starter motor, the process proceeds to step 111 to set the current mode to the engine starting mode.
[0018]
In step 108, it is determined whether or not the current mode is the engine steady mode. If YES is determined, the process proceeds to step 110. If NO is determined, the process proceeds to step 112. In step 110, the rotational speed of the motor generator 5 is set to a rotational speed based on the vehicle speed-motor rotational speed map shown in FIG. 7, the fuel supply valve and the ignition device of the engine 7 are set to the ON state, and the throttle valve Set the opening to the opening corresponding to the required output value. Thereafter, in step 113, it is determined whether or not the current vehicle speed is lower than the engine stop speed. If YES is determined in step 113, the process proceeds to step 114. If NO is determined, the process proceeds to step 115 and the current mode is set to the steady mode.
[0019]
In step 112, it is determined whether or not the current mode is the engine stop mode. If the determination result is YES, the process proceeds to step 114, and if the determination result is NO, the process proceeds to step 116. In step 114, the rotational speed of the motor generator 5 is set to 0, the opening degrees of the fuel supply valve and the throttle valve are set to fully closed, and the ignition device is set to OFF. In step 117, the current mode is set to the engine stop mode.
In step 116, abnormality processing is performed. In this abnormality process, all the actuators and the ignition device of the charging device 6 are turned off and an alarm lamp (not shown) provided on the vehicle body is turned on. After performing the abnormal process control in this way, in step 118, the current mode is set to the abnormal mode.
[0020]
After the current mode is set in steps 102, 111, 115, 117, and 118 in the flowchart of FIG. 3, the process proceeds to step S4 in the flowchart of FIG. 2, and the speed control amplifier 10 and the current control amplifier 9 are connected to the motor generator 5. Control speed (charging power). Next, the output request generation part 18 calculates | requires an output request value by step S5. The output request value is obtained as shown in the flowchart shown in FIG. First, it is determined in step 200 of the flowchart shown in FIG. 4 whether or not a command for stopping the engine 7 is generated. If it is determined YES, the process proceeds to step 201 to set the required output value of the motor generator 5 to 0, and if it is determined NO, the process proceeds to step 202 and the battery temperature is set to the upper limit value and the lower limit value. It is determined whether the temperature is between.
[0021]
If NO is determined in step 202, the process proceeds to step 201. If YES is determined, the process proceeds to step 203, and it is determined whether or not the remaining capacity of the battery 4 exceeds 70%. If the determination result is YES, the process proceeds to step 201, and if the determination result is NO, the process proceeds to step 204. In step 204, the output request value of the motor generator 5 is determined based on the vehicle speed-motor generator rotational speed map shown in FIG. 7, and the value determined based on the remaining battery capacity-power generation output command value map shown in FIG. Set to the smaller of the two.
[0022]
After setting the required output value in this way, in step S6 of the flowchart shown in FIG. 2, the power generation amount control amplifier 19 sets the fuel supply valve of the engine, the opening degree of the throttle valve, and the ignition device with the output required value as a target. A control value such as the ignition timing is obtained and a control signal is sent to the actuator drive unit 20 in step S7 to control the actuators 16 and 17 and the ignition device. And it returns to step S2 and repeats the control mentioned above.
[0023]
By controlling the charging device 6 as described above, the engine speed and the power generation amount change as shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents engine speed, vehicle speed, power generation amount, and power consumption. As can be seen from the figure, the engine 7 is operated in a state in which the vehicle speed exceeds the engine start / stop speed, and the engine speed increases or decreases according to the vehicle speed. When the vehicle speed reaches the engine start / stop speed, the electric power consumption of the motor 2 is temporarily reduced, and the discharge current of the battery 4 becomes excessively large by starting the engine 7 at this time. Can be blocked. As shown in FIG. 6, the power consumption when starting the engine after the start is smaller than the maximum value when the power consumption of the motor 2 rapidly increases before the vehicle speed reaches the engine start speed.
The engine speed after engine startup decreases relatively when traveling at a low speed, and relatively increases when traveling at a high speed. The amount of power generated by the motor generator 5 increases or decreases so as to correspond to the change in the engine speed. The reason why the curve indicating the power consumption in FIG. 5 is wavy is that the power of the motor 2 assists when the pedal is depressed, and the output of the motor 2 increases or decreases so as to pulsate.
[0024]
Therefore, the motor-assisted bicycle 1, since adopts a configuration to start the engine 7 when the power consumption of a small operating state, the motor generator 5 (starter motor) when the power consumption of the motor 2 is small Power is supplied and the maximum discharge power of the battery 4 can be reduced. For this reason, the battery 4 having a small capacity and a small size can be used.
In addition, since the driving state with low power consumption is detected based on the vehicle speed, the engine 7 can be started while avoiding the start. For this reason, even if the battery 4 has a small capacity, it is possible to reliably prevent overdischarge.
[0025]
In this embodiment, the engine-driven charging device 6 is controlled so that the target charging power set so as to increase as the vehicle speed increases matches the charging power generated by the motor generator 5. Therefore, when the vehicle stops or travels at a low speed, the engine speed is reduced, and when traveling at a high speed, the engine 7 is operated and the battery 4 is charged. For this reason, it is possible to reduce engine noise and vibration when the vehicle is stopped or traveling at a low speed.
Further, since the engine 7 is started when the vehicle speed exceeds a predetermined engine start speed and the engine 7 is stopped when the vehicle speed falls below a predetermined engine stop speed, When the vehicle speed is lower than the set vehicle speed, the engine 7 stops and engine noise and vibration are not generated.
[0026]
Second Embodiment The engine can be started before starting running. An embodiment in the case of such control will be described in detail with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing an example of another embodiment for starting the engine before starting. In this embodiment, members that are the same as or equivalent to those described in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0027]
The series hybrid type electric assist bicycle that starts the engine before the start of traveling can be realized by slightly changing the configuration of the mode determination unit 12 when the first embodiment is adopted. That is, the configuration of the mode determination unit 12 is changed so that the engine 7 is started when the vehicle body is stopped. Further, as shown by a two-dot chain line in FIG. 1, the mode determination unit 12 and the motor 2 (motor controller) are connected, and power is supplied to the motor 2 until the engine determination is completed in the mode determination unit 12. Provide a function to limit power so that power consumption does not increase.
[0028]
As shown in FIG. 9, the mode determination unit 12 when adopting this configuration sets the rotational speed of the motor generator 5 to 0 in step 104 and fully closes the opening of the fuel supply valve and the throttle valve of the engine 7. In step 106a, it is determined whether or not the vehicle body is stopped. When the vehicle is stopped, the power supplied to the motor 2 is limited at step 106b. Subsequent control is equivalent to the case of adopting the first embodiment.
Thus, by starting the engine 7 when the vehicle is stopped, it is possible to reliably prevent the discharge current of the battery 4 from becoming excessive.
[0029]
In the battery- assisted bicycle 1 shown in the first and second embodiments described above, the driving state with low power consumption is not limited to detection by the vehicle speed. For example, the discharge power of the battery 4 and the motor You may detect by the output of 2 etc.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the power is supplied to the starter motor when the power consumption of the traveling motor is small, the maximum discharge power of the battery can be reduced. Therefore, since a small battery with a small capacity can be used, weight reduction and cost reduction can be achieved. In addition, since the battery is small, the degree of freedom of the position where the battery is mounted increases. Moreover, the wiring connected to the battery can also be made relatively thin.
[0031]
According to the second aspect of the present invention, since the starter motor can be operated while avoiding starting when the power consumption of the traveling motor increases, it is possible to reliably prevent overdischarge even with a small capacity battery. be able to.
According to the third aspect of the invention, the battery is easily painful when a large discharge power is output particularly when the remaining capacity of the battery is small, but this can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charging system of a series hybrid type battery- assisted bicycle according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation during charging.
FIG. 3 is a flowchart for explaining an operation at the time of mode determination.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of target charging power detection means;
FIG. 5 is a graph showing the relationship between vehicle speed and power generation amount.
FIG. 6 is a graph showing changes in power consumption.
FIG. 7 is a graph that becomes a map for obtaining the engine speed from the vehicle speed.
FIG. 8 is a graph that becomes a map for obtaining the maximum generated power from the remaining capacity of the battery.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of another embodiment for starting an engine before starting.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Motor-assisted bicycle, 2 ... Motor, 4 ... Battery, 5 ... Motor generator, 6 ... Charging device, 7 ... Engine, 9 ... Current control amplifier, 10 ... Speed control amplifier, 12 ... Mode determination part, 15 ... Vehicle speed Sensor, 22... Battery remaining amount detection unit.

Claims

It is equipped with a charging device that charges the battery with an engine- driven generator, and travels by driving the wheels by the resultant force of the pedal force applied to the pedal and the power of the motor controlled to increase or decrease in proportion to the pedal force Series hybrid electric assist bicycle,
Engine start timing detecting means for detecting an operating state in which the power consumption of the motor decreases in the process of increasing or decreasing the power consumption of the motor by controlling the power of the motor to increase or decrease in proportion to the pedaling force ; And a series hybrid type electric assist bicycle, comprising: charge control means for starting the engine when the engine start time detecting means detects an operation state with low power consumption.

In the series hybrid type electric assist bicycle according to claim 1, the series hybrid type electric assisted bicycle being characterized in that is configured to be detected by the vehicle speed operating state in which power consumption is reduced.

3. The series hybrid type electric assist bicycle according to claim 1 or 2, further comprising battery remaining capacity detecting means for detecting a remaining capacity of the battery, wherein the remaining capacity detected by the remaining battery capacity detecting means is based on a predetermined set value. A series hybrid type electric auxiliary bicycle characterized in that the charging control means starts the engine even when there are few.