JP4623864B2

JP4623864B2 - 電動アシスト自転車

Info

Publication number: JP4623864B2
Application number: JP2001165537A
Authority: JP
Inventors: 寿宏数原; 弘明相良; 敏宏松本; 乾　　誠貴
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002356191A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動系を電動駆動系で補助する電動アシスト自転車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動アシスト自転車として、ペダルを踏む人の踏力により駆動される人力駆動系と、バッテリを電源とするモータにより駆動される電動駆動系とを並列に設け、踏力による人力トルクとモータトルクを検出し、踏力による人力トルクとモータトルクとのアシスト比率が１対１になる快走モードと、このアシスト比率を小さくした（例えば人力トルク１に対してモータトルクを０．４とする）省エネオートモードとを手動スイッチで切り替えるものが知られている。
【０００３】
このアシスト自転車は、坂道等モータにより比較的大きな補助が必要な場合に手動スイッチで快走モードに切り替えることで、人力トルクを軽減して快適に走行でき、平地等モータによる補助が比較的小さくても走行できる場合に手動スイッチで省エネオートモードに切り替えることで、電動駆動系で補助して走行可能な距離を伸ばすことができる。
【０００４】
しかしながら、運転者が走行路の状況に応じてその都度スイッチを切り替える必要があるため、面倒であり使い勝手が悪いものであった。
【０００５】
また、アシスト比率が走行速度に関係なく一定のため、低速で走行している場合にはモータによる補助が不足して快適に走行できず、高速で走行している場合にはモータによる補助が過剰となり、電力の消費が大きくなっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、使い勝手を損なうことなく、快適に、且つ、モータ補助が可能な走行距離を長くすることができる電動アシスト自転車を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段は、人力により駆動される人力駆動系と電動駆動系を並列に設け、人力駆動系の負荷に応じて電動駆動系の出力を制御する電動アシスト自転車において、前記電動駆動系の出力増加時における電動駆動系出力の応答速度と、出力減少時における電動駆動系出力の応答速度とをそれぞれ制御可能な制御手段を設け、前記制御手段は、前記出力増加時の応答速度を減少時の応答速度より遅くする省エネ運転と、所定の条件で前記増加時の応答速度と減少時の応答速度とをほぼ同じとする快走運転とを切り替える省エネオートモードでの制御が可能とすると共に、前記負荷が第１の所定負荷以下の場合に前記省エネ運転で制御を行い、前記第１の所定負荷を越えた場合に前記省エネ運転から快走運転へ切り替えるものである。
【０００８】
上記構成において、前記電動駆動系の出力増加時における電動駆動系出力の応答速度を、出力減少時における電動駆動系出力の応答速度より遅くしたものである。
【００１１】
また、前記制御手段は、第２の所定負荷以下になった際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えられるものである。
【００１２】
また、前記制御手段は、前記負荷が第２の所定負荷以下である状態が所定時間継続した際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えるものである。
【００１３】
そして、前記第２の所定負荷を第１の所定負荷より小さくすることが望ましい。
【００１４】
また、前記制御手段は、前記快走運転から省エネ運転へ切り替えた際に、前記電動駆動系の出力増加時の応答速度を、前記快走運転での応答速度から徐々に遅らせて前記省エネ運転での応答速度へ切り替えるものである。
【００１５】
また、前記電動駆動系の出力増加時の応答速度と減少時の応答速度とを常時ほぼ同じとする快走快走モードを設け、該快走モードと前記省エネオートモードとを切り替える手段を設けたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５に本発明の実施の形態の電動アシスト自転車を示し、以下、これらの図に基づき説明する。
【００１７】
図１は後輪駆動タイプの電気アシスト自転車の全体図である。
【００１８】
電気自転車本体１のフレーム２には前輪３、後輪４、ハンドル５及びサドル６が取付けてあり、前輪３はハンドル５によって操舵されるようになっている。
【００１９】
７は人力駆動系としての人力駆動部で、ペダル８及びチェーン９を備えており、使用者がペダル８を踏むことで、チェーン９を介して後輪４を回転させる。この例ではチェーン９を人力の伝達部材としたが、これに限らずチェーン９の代わりにベルト、回転軸等によるものでも構わない。
【００２０】
後輪４の回転軸の部分には電動駆動系としての電動駆動部１０が設けられている。この電動駆動部１０には後述するモータ１９が内蔵されており、電動駆動が必要なときにモータ１９を駆動して人力駆動部７と共に後輪４を回転させる。
【００２１】
前輪３の操舵をするハンドル５の左右両端にはブレーキレバ１１がそれぞれ取付けており、前輪３及び後輪４のブレーキ装置１２、１３とワイヤ１４、１５によってそれぞれ連結されている。このワイヤ１４、１５の途中には図示しないブレーキスイッチが設けてあり、ブレーキレバ１１を操作したときにモータ１９への通電が停止する機構になっている。
【００２２】
ハンドル５の前方にはかご１６が設けられており、このかご１６の下にモータ１９の電源となるバッテリ部１７が着脱自在に取付けている。このバッテリ部１７の電源電圧は略２４ボルトである。尚、バッテリ部１７はフレーム２の他の場所に設けてもよい。
【００２３】
次に、電動駆動部１０の制御装置１８の構成を図２に基づいて説明する。
【００２４】
制御装置１８は制御回路３０とモータ１９と電源としてのバッテリ部１７で構成されており、バッテリ部１７は降圧回路２０を介してマイコン２１に給電すると共にモータ駆動回路２２にも給電する。
【００２５】
２３は電動駆動部１０内に内蔵された人力トルクセンサで、人力駆動部７の負荷としての踏力による人力トルクＴｃを検出し、マイコン２１に出力する。
【００２６】
２４はモータ１９のトルクＴｍを検出するモータトルクセンサで、検出されたモータトルクＴｍがマイコン２１に出力される。
【００２７】
前記マイコン２１は人力トルクセンサ２３からの出力とモータトルクセンサ２４からの出力に基づいてモータ駆動回路２２を制御する。モータ駆動回路２２はパルス変調（ＰＷＭ）によりモータ１９へ供給する駆動電流を制御する。
【００２８】
モータ１９はＤＣブラシレスモータを使用しており、ホールＩＣ２５によりモータ１９の回転位置が逐次マイコン２１に出力され、その信号を基に通電が切り替えられて駆動するようになっている。
【００２９】
上記電動アシスト自転車１はアシスト比率が１対１の快走モードでの制御と、以下に説明する図３のフローチャートに基づく省エネオートモードでの制御とが図示しないモード切替スイッチにて切り替えられる。
【００３０】
ここで、前記省エネオートモードはモータ１９の出力増加時の応答速度を遅くしてモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに遅れて追従する省エネ運転と、モータ出力の増加時の応答速度も速くしてモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに速く追従する快走運転から構成されている。
【００３１】
次に、図３のフローチャートに基づいて省エネオートモードの動作を説明する。
【００３２】
ステップＳ１において、応答速度を変化させる係数としての応答速度調整値ａに省エネ運転時の初期値ａ１（ここではａ１＝０．２）を代入する。ステップＳ２において人力トルクセンサ２３により人力トルクＴｃを検出し、ステップＳ３においてモータトルクセンサ２４によりモータトルクＴｍを検出する。
【００３３】
ステップＳ４において人力トルクＴｃが第１の所定トルクＴ１より大きいかどうかを判断し、大きい場合にはステップＳ５において応答速度調整値ａに快走運転時の最大値ａ２（ここではａ２＝１．０）を代入してステップＳ６に移行し、Ｔ１以下の場合には応答速度調整値ａはそのままの状態でステップＳ６に移行する。
【００３４】
ステップＳ６において人力トルクＴｃが第２の所定トルクＴ２より小さいかどうかが判断され、Ｔ２より小さい場合にはステップＳ７でマイコン２１のタイマーのカウントが開始され、Ｔ２以上であればタイマーを初期化して後述するステップＳ１２に移行する。
【００３５】
ステップＳ９においてタイマーの時間が所定時間ｔ１経過したかどうか、即ち、人力トルクＴｃが第２の所定トルクＴ２より小さい状態が所定時間ｔ１続いたかどうかが判断され、所定時間ｔ１経過している場合にはステップＳ１０に移行し、経過していない場合にはステップＳ１２に移行する。
【００３６】
ステップＳ１０において応答速度調整値ａが初期値ａ１以下かどうかが判断され、初期値ａ１より大きい場合には、ステップＳ１１において新たな応答速度調整値ａに現在の応答速度調整値ａから所定値ａ３（ここでは０．１）を引いた値が代入される。
【００３７】
また、初期値ａ１以下の場合には、応答速度調整値ａの値は変更されずにステップＳ１２に移行する。これにより、応答速度調整値ａが初期値ａ１より小さくならないようにしている。
【００３８】
ステップＳ１２においてモータトルクＴｍが人力トルクＴｃより小さいかどうか、即ち、モータ１９の出力が増加中かどうかが判断される。小さい場合、ステップＳ１３に示す式でパルス変調制御における新たなデューティが決定され、応答速度調整値ａに応じた応答速度でモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに追従するようにモータへの出力が増加され、ステップＳ２に戻る。ここで、Ｋは定数である。
【００３９】
この際、詳述すれば、応答速度調整値ａが大きいほど新たなデューティが速く大きくなって応答速度が速くなり、モータトルクＴｍが人力トルクＴｃに速く追従し、小さいほど新たなデューティがゆっくり増加して応答速度が遅くなり、モータトルクＴｍが人力トルクＴｃに遅れて追従する。
【００４０】
モータトルクＴｍが人力トルクＴｃ以上の場合には、ステップＳ１４に示す式によりパルス変調制御における新たなデューティが決定され、速い応答速度で人力トルクＴｃに速く追従するように制御されてステップＳ２に戻る。
【００４１】
図４は省エネオートモードで走行中の人力トルクＴｃとモータトルクＴｍとの関係の一例を示すものである。
【００４２】
ＯＡ間は人力トルクＴｃの最大値Ｘ１が第１の所定トルクＴ１以下で走行されている。この間、応答速度調整値ａは初期値ａ１に設定され（ステップＳ１）、省エネ運転が行われる。この運転中、モータ１９の出力増加時の応答速度が遅く、人力トルクＴｃに対して遅れてモータトルクＴｍが上昇し、モータトルクＴｍが人力トルクＴｃより大きくなった（図中のＹ）後は、モータトルクＴｍはステップＳ１４に示す式により応答速度が速くなり、人力トルクＴｃに速く追従して減少する。この結果モータトルクＴｍの最大値Ｙが小さくなり、見かけ上のアシスト比率が減少する。これにより、モータ１９による消費電力を抑えて、モータ１９で補助して走行可能な距離を長くすることができる。
【００４３】
ＡＢ間は周期的に変化する人力トルクＴｃの最大値Ｘ２が第１の所定トルクＴ１以上である区間で、人力トルクＴｃが第１の所定トルクＴ１を越える図中のＡにおいて、応答速度調整値ａに最大値ａ２の値が代入されて（ステップＳ５）快走運転に切り替わる。快走運転に切り替わると、速い応答速度でモータ１９の出力上昇時でもモータトルクＴｍが人力トルクＴｃに速く追従するようになり、アシスト比率が大きく（ほぼ１対１）になる。
【００４４】
これにより、省エネオートモードで走行中に坂道等の大きな補助が必要な箇所にさしかかっても、自動的にモータ１９によるアシスト比率が大きくなり、人力トルクＴｃを軽減して快適に走行できる。
【００４５】
また、この区間において、周期的に変化する人力トルクＴｃが第２の所定トルクＴ２よりも小さくなってタイマーのカウントが開始（ステップＳ７）されても所定時間ｔ１時間以内に第２の所定トルク以上Ｔ２になってタイマーがクリア（ステップＳ８）される。これにより、快走運転で走行中に、人力トルクＴｃが周期的な変化により一時的に第２の所定トルクＴ２以下になった際に省エネ運転に切り替わるのを防止でき、快適運転と省エネ運転が短時間で繰り返されることなく、快適に走行できる。
【００４６】
快走運転から省エネ運転へ切り替える基準となる第２の所定トルクＴ２を、省エネ運転から快走運転へ切り替える第１の所定トルクＴ１より小さい値に設定したことで、人力トルクＴ１の最大値が第１の所定トルクＴ１付近でばらついた際に、省エネ運転と快走運転とが短時間の内に繰り返し切り替えられるのを防止でき、快適に走行できる。
【００４７】
ＢＤ間は人力トルクＴｃの最大値Ｘ３が再び第２の所定トルクＴ２より小さくなった区間で、人力トルクが第２の所定トルクＴ２以下となったＢから所定時間ｔ１この状態が維持された点（図中のＣ）で省エネ運転へ再び切り替えられる。そして、応答速度調整値ａは快走運転時の最大値ａ２から省エネ運転時の初期値ａ１まで徐々に小さくされ（ステップＳ１１）、省エネ運転時の初期値ａ１に達した後は初期値ａ１となる。
【００４８】
このように、快走運転から省エネ運転への切り替えの際に応答速度を、快走運転時の応答速度から省エネ運転時の応答速度へすぐに切り替えるのではなく、徐々に小さくして切り替えるようにしたので、モータトルクＴｍが急に減少して乗り心地が損なわれるのを防止できる。
【００４９】
また、省エネ運転において走行速度が図４のＯＡ間より遅い（人力トルクＴｃの周期が長い）場合には図５に示すように人力トルクＴｃの最大値Ｘが同一であってもモータトルクＴｍの最大値は大きく（Ｙ２＞Ｙ１）なり、見かけ上のアシスト比率が大きくなる。
【００５０】
これにより、同一トルクでも速度の遅い場合に見かけ上のアシスト比率を大きくして快適に走行でき、低速の場合に比べてモータ１９による補助を必要としない高速の場合にアシスト比率を小さくして消費電力を小さくできる。
【００５１】
尚、上記実施の形態では、人力トルクＴｃを検出し、この人力トルクＴｃに応じてモータトルクＴｍを制御したが、ペダルを踏む踏力を検出し、この踏力に応じてモータトルクＴｍを制御してもよい。また、人力トルクＴｃや踏力等の人力による負荷を検出する代わりに、人力駆動部７による仕事率（人力トルクとペダルの回転数の積等）を検出し、この仕事率に基づいてモータトルクＴｍを制御するようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、電動駆動系の出力増加時の応答速度と減少時の応答速度をそれぞれ変更可能とすることで、見かけのアシスト比率を変更して走行状況に適した電動駆動系の出力で人力駆動系を補助することができる。また、電動駆動系の出力増加時の応答速度を変えることで、省エネ運転と快走運転を自動的に切り替えることができ、電動駆動系の補助が大きい快適モードにより快適に走行できると共に、電動駆動系の補助が比較的少なくてもいい場合には省エネ運転を行い、電力の消費を抑えて電動駆動系で補助して走行可能な距離を伸ばすことができる。人力駆動系の負荷が第１の所定負荷より大きくなった場合に省エネ運転から快走運転に自動的に切り替えられるので、省エネオートモードで走行中に坂道等の電動駆動系で比較的大きな補助が必要な場所を走行した場合でも、快適に走行できる。
【００５３】
本発明の請求項２によれば、電動駆動系の出力増加時の応答速度を遅らすことで、見かけのアシスト比率を小さくして電力の消費を抑えることができる。更に、低速で走行中の場合には見かけのアシスト比率が自動的に大きくなり、高速で走行中には見かけのアシスト比率が自動的に小さくなるので、電力の消費を抑えて快適に走行できる。
【００５６】
本発明の請求項３によれば、省エネモードで走行中に、人力駆動系の負荷が第２の所定負荷より小さくなると、自動的に快走運転から省エネ運転に切り替わるので、無駄な電力の消費を抑えて電動駆動系で補助して走行可能な距離を伸ばすことができる。
【００５７】
本発明の請求項４によれば、省エネモード走行中に、周期的に変動する人力駆動系の負荷が一時的に第２の所定負荷を下回っても快走運転が維持されるので、短時間の間に快走運転と省エネ運転が繰り返し切り替えられるのを防止でき、快適な走行を行うことができる。
【００５８】
本発明の請求項５によれば、人力駆動系の負荷の最大値が第１の所定負荷付近でばらついた際に、省エネ運転と快走運転とが短時間の内に繰り返し切り替えられるのを防止でき、快適に走行できる。
【００５９】
本発明の請求項６によれば、快走運転から省エネ運転へ切り替わる際に、電動駆動系による補助を徐々に小さくできるので、乗り心地を損なうことなく快適に走行できる。
【００６０】
本発明の請求項７によれば、使用者の好みに応じてモードを切り替えて走行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す電動アシスト自転車の側面図である。
【図２】同電動アシスト自転車の制御装置の回路図である。
【図３】同電動アシスト自転車の平省エネオートモードでのフローチャートである。
【図４】同電動アシスト自転車の省エネオートモード時の人力トルクとモータトルクとの関係を示す一例である。
【図５】同電動アシスト自転車の省エネ運転時の走行速度が遅い場合の人力トルクとモータトルクの関係を示す図である。
【符号の説明】
７人力駆動系
１０電動駆動部（電動駆動系）
２１マイコン（制御手段）
Ｔｃ人力トルク（人力による負荷）
Ｔｍモータトルク（電動駆動系の出力）
Ｔ１第１の所定のトルク（第１の所定負荷）
Ｔ２第２の所定のトルク（第２の所定負荷）
ｔ１所定時間

Claims

人力により駆動される人力駆動系と電動駆動系を並列に設け、人力駆動系の負荷に応じて電動駆動系の出力を制御する電動アシスト自転車において、前記電動駆動系の出力増加時における電動駆動系出力の応答速度と、出力減少時における電動駆動系出力の応答速度とをそれぞれ制御可能な制御手段を設け、前記制御手段は、前記出力増加時の応答速度を減少時の応答速度より遅くする省エネ運転と、所定の条件で前記増加時の応答速度と減少時の応答速度とをほぼ同じとする快走運転とを切り替える省エネオートモードでの制御が可能とすると共に、前記負荷が第１の所定負荷以下の場合に前記省エネ運転で制御を行い、前記第１の所定負荷を越えた場合に前記省エネ運転から快走運転へ切り替えることを特徴とする電動アシスト自転車。
前記電動駆動系の出力増加時における電動駆動系出力の応答速度を、出力減少時における電動駆動系出力の応答速度より遅くしたことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
前記制御手段は、第２の所定負荷以下になった際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
前記制御手段は、前記負荷が第２の所定負荷以下である状態が所定時間継続した際に前記快走運転から省エネ運転へ切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
前記第２の所定負荷を第１の所定負荷より小さくしたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電動アシスト自転車。
前記制御手段は、前記快走運転から省エネ運転へ切り替えた際に、前記電動駆動系の出力増加時の応答速度を、前記快走運転での応答速度から徐々に遅らせて前記省エネ運転での応答速度へ切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項３又は請求項４又は請求項５のいずれかに記載の電動アシスト自転車。
前記電動駆動系の出力増加時の応答速度と減少時の応答速度とを常時ほぼ同じとする快走モードを設け、該快走モードと前記省エネオートモードとを手動で切り替える手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の電動アシスト自転車。