JP4822551B2 - 電動二輪車 - Google Patents

Description

本発明は、電動二輪車に係り、特に、エンジンを駆動源とする各種のエンジン駆動式自動二輪車の走行フィーリングを体現することができる電動二輪車に関する。

従来から、電動機（モータ）を駆動源とした種々の電動二輪車が知られている。そして、このような電動二輪車のモータの駆動制御に関して、より快適な走行を実現するための様々な工夫が試みられている。

特許文献１には、乗員や貨物の重量等に応じてモータのトルク特性を変更して省電力化を図ったり、駆動輪のスリップを検知してモータの回転数を下げることで車体の安定性を保つことができる電動二輪車が開示されている。
特開２００２−１６６８７３号公報

一方、エンジンを駆動源とする自動二輪車では、例えば、スポーツタイプには直列４気筒エンジンを搭載し、また、クルーザータイプにはＶ型２気筒エンジンを搭載するというように、車両のタイプや外観に合わせて異なる形式のエンジンが選択されることがある。これは、エンジンの出力特性や振動の出方などがその形式によって大きく異なるためで、シリンダの個数および配置等からなるエンジン形式は、自動二輪車の走行フィーリングに大きな影響を与える要素となる。

しかしながら、前記したような電動二輪車の場合、使用できるモータの形式は限られているため（例えば、ＤＣブラシレスモータ）、車体のタイプや外観等に合わせて異なる走行フィーリングを与えることは検討されていなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、エンジンを駆動源とする各種のエンジン駆動式自動二輪車の走行フィーリングを体現することができる電動二輪車を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、駆動輪を駆動するモータを備える電動二輪車において、レシプロエンジンを駆動源とする自動二輪車を走行させた際にその車体に発生するトルク変動からなるトルク変動情報を予め記録した記録手段と、前記記録手段に記録されたトルク変動情報に基づいて前記モータを駆動し、前記レシプロエンジンで駆動される自動二輪車のトルク変動を体現させるモータ制御部とを具備した点に第１の特徴がある。

また、前記記録手段には、エンジン形式毎に異なる複数のトルク変動情報が記録され、前記制御部は、前記モータの駆動に適用するトルク変動情報を、前記複数のトルク変動情報から任意に選択できるように構成されている点に第２の特徴がある。

また、前記制御部は、前記トルク変動情報に加えて、少なくともスロットル開度センサおよび車速センサからの情報に基づいて前記モータを制御する点に第３の特徴がある。

また、前記制御部は、前記トルク変動情報に加えて、車体の登坂角度を検知する傾斜センサからの情報に基づいて前記モータを制御するように構成されている点に第４の特徴がある。

さらに、前記エンジンを駆動源とする自動二輪車の変速機に対応する仮想変速機と、該仮想変速機の仮想ギヤ段数を検知するギヤポジションセンサとが設けられ、前記制御部は、前記トルク変動情報に加えて、前記ギヤポジションセンサからの情報に基づいて前記モータを制御するように構成されている点に第５の特徴がある。

第１の発明によれば、レシプロエンジンを駆動源とする自動二輪車を走行させた際にその車体に発生するトルク変動からなるトルク変動情報を予め記録した記録手段と、記録手段に記録されたトルク変動情報に基づいてモータを駆動し、レシプロエンジンで駆動される自動二輪車のトルク変動を体現させるモータ制御部とを具備したので、エンジン駆動式自動二輪車で得られる爆発パルス感等がモータによって再現されることとなり、電動二輪車の走行時にエンジン駆動式自動二輪車を運転しているかのような走行フィーリングを体現することが可能となる。

第２の発明によれば、記録手段にはエンジン形式毎に異なる複数のトルク変動情報が記録され、制御部は、モータの駆動に適用するトルク変動情報を複数のトルク変動情報から任意に選択できるように構成されているので、エンジン形式の異なる自動二輪車の走行フィーリングを任意に切り替えて体感することが可能となる。

第３の発明によれば、制御部は、トルク変動情報に加えて少なくともスロットル開度センサおよび車速センサからの情報に基づいてモータを制御するので、スロットル開度や車速に応じたトルク変動を加味してエンジン駆動式自動二輪車の走行フィーリングを体現できるようになる。

第４の発明によれば、制御部は、トルク変動情報に加えて、車体の登坂角度を検知する傾斜センサからの情報に基づいてモータを制御するように構成されているので、例えば、下り坂を走行中であることを検知した際にはエンジンブレーキが発生しているような制御を実行することで、車体の登坂角度に応じたトルク変動を加味して自動二輪車の走行フィーリングを体現できるようになる。

第５の発明によれば、エンジンを駆動源とする自動二輪車の変速機に対応する仮想変速機と、該仮想変速機の仮想ギヤ段数を検知するギヤポジションセンサとが設けられ、制御部は、トルク変動情報に加えてギヤポジションセンサからの情報に基づいてモータを制御するように構成されているので、変速機を持たない電動二輪車においても、変速機を有するエンジン駆動式車両を運転しているような走行フィーリングを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動二輪車の側面図である。本実施形態に係る電動二輪車１は、複数のセルが積層されたセルスタックと、該セルスタックに燃料の水素ガスを供給する燃料（水素）ガス供給系と、該セルスタックに酸素を含む反応ガス（空気）を供給する反応ガス供給系とから構成される燃料電池発電システムを備えた燃料電池車両であり、燃料電池による発電電力および該電力を蓄積する二次電池からの供給電力によってモータを駆動して走行する。

電動二輪車１のメインフレーム２の車体前方にはヘッドパイプ３が結合されており、該ヘッドパイプ３には、左右一対のフロントフォーク５を支持するステアリングステム（不図示）が回動自在に軸支されている。フロントフォーク５の下端部には前輪ＷＦが回転自在に軸支されており、ステアリングステムに連結されたハンドル４によって前輪ＷＦを操舵することができる。また、メインフレーム２の後端部には、リヤショック１２に吊り下げられたスイングアーム１１の揺動軸であるピボット軸７が設けられ、スイングアーム１１の内部には、駆動輪である後輪ＷＲを駆動するモータ２０が収納されている。

メインフレーム２と車体下方のアンダフレーム６とに囲まれた空間には、反応ガスを強制的に圧送する過給機としてのスクロール型圧縮機１６、反応ガスの湿度を調整する加湿機１７、略直方体形状を有する燃料電池１８、該燃料電池１８の発電電圧を昇圧または降圧することにより所定の電圧に変換する電圧変換器１５、燃料電池１８から供給される電力を蓄積する二次電池（バッテリ）１９とが配設されている。また、メインフレーム２の車体前方側には、燃料電池１８の冷却水を冷却する左右一対のラジエータ１４が取り付けられている。なお、電動二輪車１の車体前方側は、外装部品としてのカウリング９で覆われている。

メインフレーム２の車体後方に連結されるシートフレーム８の上部には、略円柱状の水素ボンベ１３が配設されている。水素ボンベ１３の上部には、乗員が着座するシート１０が設けられており、シート１０の内部には、モータ２０の駆動制御を行うモータ制御部３０（以下、制御部３０）が設けられている。

図２は、制御部３０とその関連機器の構成を示すブロック図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。本実施形態に係る電動二輪車１は、モータ２０の駆動制御を所定のデータに基づいて実行することによって、主に各種のレシプロエンジンを駆動源とするエンジン駆動式自動二輪車の乗車時に得られる走行フィーリングを、擬似的に体現できるようにした点に特徴がある。

制御部３０に設けられた体感Ｔデータ記録手段３２には、レシプロエンジン（以下、エンジンという）を駆動源とする各種のエンジン駆動式自動二輪車を走行させた際に、その車体に発生する所定のトルク変動（車体前後のトルク変動および車体上下のトルク変動、ピッチングモーメントを含む。以下、体感Ｔ）からなるトルク変動情報（以下、体感Ｔデータ）が予め記録されている。前記体感Ｔは、エンジン駆動式自動二輪車の車体に取り付けたセンサの計測値や所定の演算式から導き出すことができる。本実施形態では、エンジン駆動式自動二輪車に加速度センサを取り付けて、加速時や減速時、定常運転時等の種々の走行状態において実際に計測された加速度に基づいて前記体感Ｔを作成している。また、本実施形態では、エンジン形式の違いを、排気量、シリンダの個数および配置の違いとし、エンジン形式が異なる複数の車両で計測した体感Ｔからなる体感Ｔデータを、体感Ｔデータ記録手段３２に記録している。体感Ｔデータは、エンジン形式の相違のみならず、車体の寸法や重量の違いに対応するようさらに多数が用意されてもよい。

制御部３０は、体感Ｔデータ記録手段３２のほか、複数の体感Ｔデータから任意の１つを選択する体感Ｔデータ選択手段３１と、モータ２０に与えるトルクの指令値を演算するトルク指令値演算手段３３とから構成されている。また、本実施形態では、電動二輪車１の仮想的な車両形式を設定する車両形式設定手段３４が設けられており、前記体感Ｔデータ選択手段３１は、車両形式設定手段３４から入力された情報に基づいて、複数の体感Ｔデータから任意の１つを選択するように構成されている。なお、車両形式設定手段３４への入力情報は、例えば、クルーザータイプやスポーツタイプ等の車両様式または所定の車種名を選択させるほか、乗員がエンジン形式を直接選択するように構成してもよい。

トルク指令値演算手段３３には、前輪ＷＦの回転数等から車速を検知する車速センサ４０、スロットルグリップ（不図示）の開度を検知するスロットル開度センサ４１、制御部３０によって仮想的に設けられる変速機の仮想的なギヤ段数を検知するギヤポジションセンサ４２、車体の登坂角度を検知する傾斜センサ４３からの出力信号がそれぞれ入力される。トルク指令値演算手段３３は、体感Ｔデータ選択手段３１によって選択された１つの体感Ｔデータと上記各種センサからの情報とに基づいて、モータ２０に発生させるトルク指令値を演算し、モータ駆動信号導出手段３６に伝達する。そして、該モータ駆動信号導出手段３６が、ＰＷＭ制御手段９２に駆動信号を伝達し、このＰＷＭ制御手段３７によって制御されるインバータ３８がモータ２０を駆動することとなる。

モータ２０には、電流センサ４４、電圧センサ４５、トルクセンサ４６、回転数センサ４７が取り付けられており、トルク指令値演算手段３３は、各センサで検出される実際の駆動状態と演算によるトルク指令値とを常時比較して、モータ２０が演算結果通りに駆動されるようにフィードバック制御することができる。

また、トルク指令値演算手段３３には、コーナリング走行時の車体の傾斜角を検知するバンク角センサ５０、バッテリ１９の電圧を検知するバッテリ電圧センサ５１、乗員や荷物等の積載重量を検知する荷重センサ５２からの情報がそれぞれ入力されている。トルク指令値演算手段３３は、以下に説明する体感Ｔデータに基づくモータ制御を、これらのセンサからの情報に基づいて任意に停止することができる。本実施形態では、バンク角センサ５０によって車体が傾斜走行中であると検知された時に、走行性能を高めるために、体感Ｔデータに基づくモータ制御を停止するように設定されている。また、バッテリ電圧センサ５１によってバッテリ電圧が所定値以下であることが検知された場合、荷重センサ５２によって車両の積載重量が所定値以下であることが検知された場合にも、電力消費を抑えるため、体感Ｔデータに基づくモータ制御を停止するように設定されている。

図３〜図５は、所定のエンジン駆動式自動二輪車で計測された体感Ｔを電動二輪車の車体に再現する手法を示す模式図である。各図において、上段の（ａ）のグラフには、エンジン駆動式自動二輪車で計測された体感Ｔと、エンジンの点火タイミングとの関係を示している。また、下段の（ｂ）のグラフには、前記所定のエンジン駆動式自動二輪車で計測された体感Ｔに基づいて作成された体感Ｔデータと、モータの制御指令との関係の一例を示している。なお、図３は定常運転時、図４は加速時、図５は減速時に対応するグラフをそれぞれ示している。

まず、図３（ａ）を参照する。燃料の爆発力でピストンを往復動させるエンジンの発生トルクは、定常運転時においても、所定の点火タイミング幅ｔ１に応じた周期の変動を生じている。このため、エンジン駆動式自動二輪車の車体には、このトルクの変動に沿った、図示Ａ線で示すような「体感Ｔ」が発生する。エンジン駆動式自動二輪車の乗員は、エンジンが直接発生する音や振動に加えて、この「体感Ｔ」によってエンジンの鼓動感等を感じている。

上記したような「体感Ｔ」は、例えば、単気筒やＶ型２気筒等のエンジン形式の違いによって大きく変化するので、エンジン駆動式自動二輪車では、エンジン形式を変更することで走行フィーリングを変化させることができる。本発明に係る電動二輪車は、モータによってこの「体感Ｔ」を再現し、電動二輪車においても変化に富んだ走行フィーリングを得ようとするものである。

図３（ｂ）の上段には、前記「体感Ｔ」に基づいて作成された電動二輪車用体感ＴデータＡ１を示している。本実施形態では、エンジン駆動式自動二輪車で計測された体感Ｔと、モータ２０で再現する体感Ｔデータとを同一に設定しているが、体感Ｔデータは、例えば、体感Ｔに対して爆発パルス感を強調するために振幅をやや大きくする等の加工が施されたものでもよい。そして、制御部３０のトルク指令値演算手段３３は、前記したような体感Ｔデータが電動二輪車１の走行時に体現されるようにトルク指令値を導出する。なお、モータ２０に与えるトルク指令値と電動二輪車１の車体に実際に発生するトルク変動との関係は、予め実験等で求められるので、トルク指令値演算手段３３は、所定の演算式でトルク指令値を導出するほか、予め作成された３次元マップ等から対応データを順次抽出することでトルク指令値を導出することができる。図３（ｂ）の下段には、トルク指令値に基づいてモータ２０に印加される印加電圧Ａ２を示す。本実施形態では、モータ２０に印加される通電時間を制御することにより、体感Ｔ（トルク変動）を体現させている。

図４（ａ）の上段には、エンジン駆動式自動二輪車の加速時に発生する体感ＴをＢ線で示している。加速時においては、エンジンの回転上昇によって点火タイミング幅ｔ２が徐々に狭くなると共に、通常運転時に比して体感Ｔの振幅がプラス側に移動することとなる。そして、トルク指令値演算手段３３は、図３に示した定常走行時と同様にトルク指令値を演算し、該トルク指令値に基づいてモータ２０に電圧Ｂ２が印加されることで、体感ＴデータＢ１に沿ったトルク変動が電動二輪車１の車体に再現されることとなる。なお、加速時において、スロットルを急開した場合に生じるエンジンの回転上昇の遅れを再現して、スロットル操作に対するトルク指令値の上昇タイミングを所定時間だけ遅らせる等の設定も可能である。

なお、電動二輪車１はエンジン車のような変速機を有していないが、本実施形態では、制御部３０において仮想的な変速機を設定し、該仮想変速機の仮想的なギヤ段数に基づいてモータ２０の出力特性を変化できるように設定されている。この仮想的なギヤ段数は、車速に応じて自動的に切り替えられるほか、ハンドル４に設けられた所定のスイッチ等で乗員が任意に変更できるようにしてもよい。これにより、例えば、ギヤポジションセンサ４２の出力信号に基づいて、同じ車速であっても、高めのギヤ設定（例えば、６速）でスロットルを急開した場合と、低めのギヤ設定（例えば、３速）でスロットルを急開した場合とでは、トルク指令値の上昇速度に差が生じるようにし、変速機付きのエンジン駆動式自動二輪車に似た操作感や走行フィーリングを得ることが可能となる。

図５（ａ）の上段には、エンジン駆動式自動二輪車の減速時に発生する体感ＴをＣ線で示している。例えば、スロットルがオフの減速時においては、エンジン回転数の低下に伴って点火タイミング幅ｔ３が徐々に広くなると共に、体感Ｔの振幅がマイナス側に移動することとなる。そして、トルク指令値演算手段３３は、定常走行時および加速時と同様にトルク指令値を演算し、モータ２０に電圧Ｃ２が印加されることで、体感ＴデータＣ１が電動二輪車１の車体に再現されることとなる。これにより、例えば、単気筒車のエンジンブレーキが並列４気筒車より効きやすい等、エンジン車に特有の走行特性を電動二輪車１の走行フィーリングに反映させることが可能となる。

また、前記傾斜センサ４３によって電動二輪車１が下り坂を走行中であることが検知された場合には、平坦路より車体の減速度を大きくする等の調整も可能である。また、傾斜センサ４３は上り勾配の検知にも使用され、例えば、上り坂を走行中に加速操作が行われた場合には、同じスロットル操作に対するトルク指令値の上昇幅を平坦路での加速時より大きくして、上り坂でも平坦路と同様のトルク変動が得られるように設定することもできる。また、電動二輪車１に所定のセンサを取り付けて、走行中に電動二輪車１の車体に発生する実際のトルク変動を計測し、この計測値が前記体感Ｔに沿うようにフィードバック制御を行うこともできる。さらに、前記したような仮想的なギヤ段数がローギヤ側にあるほどモータの回生量を多くするように設定すれば、シフトダウン操作に応じた減速時のトルク変動を体現させることもできる。

図６は、体感Ｔデータ記録手段３２に記録された体感Ｔデータの種類を示す一覧表である。本実施形態では、表（ａ）に示すように、エンジン形式を、レシプロ式およびロータリー式を含む９種のシリンダ個数および配置と、３種の排気量との組み合わせから選択できる。さらに、表（ｂ）に示すように、仮想変速機のトランスミッション形式は、ギヤ段数が任意に選択可能な「セミオートマチック」、ギヤ段数が自動的に選択される「オートマチック」、無段変速機である「ＣＶＴ」の３種から選択可能である。これにより、同一の電動二輪車においても、例えば、「並列４気筒の４００ｃｃ＋セミオートマチック」を選択したり、「Ｖ型４５度の１０００ｃｃ＋オートマチック」を選択する等により、種々のエンジン駆動式自動二輪車における走行フィーリングを体感することが可能となる。なお、前記したような体感Ｔデータを、制御部３０や車体の一部に対して着脱可能としたＲＯＭカード等の記録手段に記録するようにし、この記録手段を差し替えることで任意の体感Ｔデータが適用されるように構成することもできる。また、前後輪に駆動モータを設けている場合は、前後モータによりトルクを変動させ、ピッチングを体現させることもできる。

なお、電動二輪車や制御部の構成、体感Ｔの計測方法、体感Ｔデータ記録手段に記録される体感Ｔデータの形態、車両形式設定手段への入力情報の種類等は、上記実施形態に限られず種々の変更が可能である。例えば、仮想的な車両重量を任意に設定する手段を設けて、この仮想車両重量に基づいてモータのトルク指令値が補正されるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る電動二輪車の側面図である。 制御部とその関連機器の構成を示すブロック図である。 所定のエンジン駆動式自動二輪車で計測された体感Ｔを電動二輪車の車体に再現する手法を示す模式図である（定常走行時）。 所定のエンジン駆動式自動二輪車で計測された体感Ｔを電動二輪車の車体に再現する手法を示す模式図である（加速時）。 所定のエンジン駆動式自動二輪車で計測された体感Ｔを電動二輪車の車体に再現する手法を示す模式図である（減速時）。 体感Ｔデータの種類を示す一覧表である。

符号の説明

１…電動二輪車、１９…バッテリ、２０…モータ、３０…制御部（モータ制御部）、３１…体感Ｔデータ選択手段、３２…体感Ｔデータ記録手段（記録手段）、３３…トルク指令値演算手段、３４…車両形式設定手段、４０…車速センサ、４１…スロットル開度センサ、４２…ギヤポジションセンサ、４３…傾斜センサ、ＷＲ…後輪（駆動輪）

Claims (5)

1. 駆動輪を駆動するモータを備える電動二輪車において、
   レシプロエンジンを駆動源とする自動二輪車を走行させた際にその車体に発生するトルク変動からなるトルク変動情報を予め記録した記録手段と、
   前記記録手段に記録されたトルク変動情報に基づいて前記電動二輪車のモータを駆動し、前記レシプロエンジンで駆動される自動二輪車のトルク変動を体現させるモータ制御部とを具備したことを特徴とする電動二輪車。
2. 前記記録手段には、エンジン形式毎に異なる複数のトルク変動情報が記録され、
   前記モータ制御部は、前記モータの駆動に適用するトルク変動情報を、前記複数のトルク変動情報から任意に選択できるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動二輪車。
3. 前記モータ制御部は、前記トルク変動情報に加えて、少なくともスロットル開度センサおよび車速センサからの情報に基づいて前記モータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電動二輪車。
4. 前記モータ制御部は、前記トルク変動情報に加えて、車体の登坂角度を検知する傾斜センサからの情報に基づいて前記モータを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動二輪車。
5. 前記エンジンを駆動源とする自動二輪車の変速機に対応する仮想変速機と、該仮想変速機の仮想ギヤ段数を検知するギヤポジションセンサとが設けられ、
   前記モータ制御部は、前記トルク変動情報に加えて、前記ギヤポジションセンサからの情報に基づいて前記モータを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動二輪車。

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