JP5025851B2

JP5025851B2 - 電動補助車両の補助動力制御装置

Info

Publication number: JP5025851B2
Application number: JP2001037516A
Authority: JP
Inventors: 孝幸渥美
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: JP2002240772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、踏力に所定のアシスト比を乗じた補助動力を踏力と共に駆動輪に伝達することにより、走行を補助するようにした電動補助車両に関し、詳細には上記アシスト比を適正な値に制御できるようにした補助動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がペダルに加えた踏力に規定のアシスト比を乗じた補助動力を電動モータに発生させ、該電動モータの補助動力及び上記踏力を合力して駆動輪に伝達し、もって走行を補助するようにした電動補助自転車や電動補助車椅子等の電動補助車両が実用化されている。
【０００３】
なお、本明細書におけるアシスト比とは、補助動力／踏力の比率を意味している。道路交通法上の電動補助自転車として認められるためには、上記アシスト比が規定値（通常１．０）を越えてはならないとされている。なお、アシスト比が１．０を越えると道路交通法上の原動機付自転車とみなされる。
【０００４】
【発明が解決すようとする課題】
ところで変速機構を備えた電動補助車両の場合、踏力検出部及び合力部の下流に変速機構を設けるのであれば、変速段にかかわらずアシスト比は変化しないのだが、踏力検出部と合力部の間に変速機構を設けると、変速段によってアシスト比が変化することとなる。そのため高速側の変速段にあるときに上記規定のアシスト比を越えないように設定すると、低速側の変速段においてアシスト比が必要以上に低下してしまい、必要な補助動力が得られないという問題がある。なお、逆に低速側変速段において上記規定のアシスト比を確保すると高速側変速段においてアシスト比が上記規定値を越えてしまう。
【０００５】
また上記のような変速機構の配置とは無関係に、従来の電動補助車両の場合、同じ変速段でみた場合、アシスト比は一定の値（通常１．０）に固定されており、運転者のペダルの漕ぎ方に関わらず踏力の大きさのみによって補助動力の大きさが決まってしまうようになっている。そのため例えば、走行状態によって、大きな補助動力が欲しい場合と、補助動力はそれほど必要としない場合があるにもかかわらず、これらの要請に応えることができないといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、変速機構の配置とは無関係の電動補助車両において、大きな補助動力が欲しい場合には補助動力を大きくし、補助動力をそれほど必要としない場合には補助動力を小さくできる電動補助車両の補助動力制御装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ペダルに加えられた踏力を検出し、該検出された踏力にアシスト比を乗じた補助動力を電動モータに発生させ、該補助動力を上記踏力と共に駆動輪に伝達するようにした電動補助車両の補助動力制御装置において、上記踏力の入力状況に基づいて、踏力電圧の変動幅が所定の変動幅内に保持された状態が所定時間以上経過した場合は航続距離を重視する航続距離重視状態とし、踏力電圧の変動幅が所定の変動幅内に保持された状態が所定時間経過するまで及び踏力電圧の変動幅が上記所定の変動幅を越えた場合には補助動力の供給を重視するアシスト重視状態とし、アシスト重視状態でのアシスト比を航続距離重視状態のアシスト比より大きい値に設定すること特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、発進時には踏力の大きさの如何に関わらずアシスト重視状態とすることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、アシスト重視状態では、変速段の如何に関わらずアシスト比を所定の値に保持することを特徴としている。
【００１１】
請求項１の発明によれば、踏力の入力状況に基づいてアシスト重視状態か航続距離重視状態かを判断し、アシスト重視状態でのアシスト比を航続距離重視状態のアシスト比より大きい値に設定したので、坂道等のように大きな補助動力が欲しい場合には大きな補助動力を供給でき、走行が楽であり、また平坦路のように小さな補助動力で済む場合は小さな補助動力にでき、バッテリの１回の充電における航続距離を延ばすことができる。
【００１２】
また、踏力電圧の変動幅が所定の変動幅内に所定時間以上保持されている場合は航続距離重視状態とし、踏力電圧の変動幅が所定の変動幅内に所定時間保持されるまで及び上記所定の変動幅を越えた場合にはアシスト重視状態としたので、特別なセンサを必要とすることなく元々から検出されている踏力の変動でもって上記何れかの状態かを判定でき、コスト上昇，構造複雑化を招くことがほとんどない。
【００１３】
請求項２の発明によれば、発進時には踏力の大きさの如何に関わらずアシスト重視状態としたので、発進時にアシスト力が不足することがなく、発進が容易である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明外の補助動力制御装置を説明するための図であり、図１は上記補助動力制御装置を搭載した電動補助自転車の模式側面図、図２は変速判定によるアシスト比補正ブロック図、図３は踏力車速−モータ車速特性図、図４は踏力電圧−モータ電流指令値特性図、図５は踏力−モータ補助動力特性図、図６は変速判断によるアシスト比補正動作を示すフローチャートである。
【００１５】
図１において、１は電動補助車両としての電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に起立して延びるシートチューブ５と、上記ダウンチューブ４の後端から後方に略水平に延びる左，右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ５の上端部とを結合する左，右一対のシートステー７と、上記ヘッドパイプ３から水平に延びる水平チューブ８とを備えている。
【００１６】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク９が左右に回動可能に支持されている。このフロントフォーク９の下端には前輪１０が軸支されており、上端には操向ハンドル１１が固着されている。また上記シートチューブ５の上端にはサドル１２が装着されている。さらに上記チェーンステー６の後端には後輪１３が軸支されている。
【００１７】
上記車体フレーム２の中央下端部にはペダルユニット１４が配設されている。このペダルユニット１４は、運転者によりペダル１５ａに加えられた踏力によりクランクアーム１５ｂを介してクランク軸１５ｃを回転駆動し、該クランク軸１５ｃの回転をチェーン１６に出力するようになっている。この出力は後輪１３のハブ１８内に設けられた変速機構とその下流の一方向クラッチを介してハブに伝達される。
【００１８】
上記変速機構として、第１速及び第２速を有する２段変速式のものが採用されている。なお、２段変速式に限らず、３段以上の変速段を有するものでも勿論構わない。上記操向ハンドル１１に配設された切替レバー１１ａを運転者が回動させることにより何れかの変速段が選択されるようになっている。そして第１速が選択されると、チェーン１６が接続されたドリブンスプロケットの回転がそのまま後輪に出力され、第２速の場合にはドリブンスプロケットの回転が１．４１５倍に増速されて（後輪）に出力される。なお、上記変速比は上記例に限られないことは勿論である。
【００１９】
また上記ペダルユニット１４内には、上記ペダル１５ａに加えられる踏力を連続的に検出する踏力センサ１７が配設されている。この踏力センサ１７は上記踏力の大きさに比例した踏力電圧を発生する。
【００２０】
上記後輪１３のハブ１８内にはこれと同軸上に電動モータが装着されている。この電動モータは、バッテリ１９から供給されるモータ補助電流値に応じた補助動力を発生する。この補助動力と上記変速機構を経た後の踏力とがそれぞれ一方向クラッチを介して合力されて上記ハブ１８ひいては後輪１３を駆動することとなる。
【００２１】
図２において、２０はコントローラであり、これは上記変速機構が何れの変速段にあるかを検出し、該検出された変速段及び検出された踏力の大きさに応じたモータ補助電流を上記電動モータに供給することにより、変速段の如何に関わらず上記アシスト比を規定の値に保持する補助動力制御装置として機能する。
【００２２】
上記コントローラ２０における制御動作を図２〜図６を参照しつつ説明する。図６に示すように、まず運転者がペダル１５ａに加えた踏力の入力状態から求めた車両速度（踏力車速）及び電動モータ１８の回転状態から求めた車両速度（モータ車速）が演算される（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００２３】
具体的には、踏力電圧ピーク値判定部２０ａにより踏力センサ１７からの踏力電圧のピーク値が判定され、踏力周期計算部２０ｂにより上記判定されたピーク値から次のピーク値までの時間間隔により周期が求められ、さらに踏力車速計算部２０ｃにおいて上記計算された踏力周期から上記踏力車速が求められる。
【００２４】
また、モータ車速計算部２０ｄにおいて、上記バッテリ１９の電圧と、電動モータ１８に供給されているモータ電流値及びＰＷＭデューティ比とからモータ誘起電圧が求められ、該誘起電圧からモータ車速が求められる。
【００２５】
そして上記踏力車速とモータ車速との関係から、図３に基づいて、上記変速機構が第１速又は第２速の何れの変速段になっているかが判定され（ステップＳ３，Ｓ４）、第１速の場合には第１速用踏力電圧−モータ電流指令値変換マップが、第２速の場合には第２速用踏力電圧−モータ電流指令値変換マップが参照される（ステップＳ５，Ｓ６図４参照）。
【００２６】
具体的には変速段判定部２０ｅにおいて、第２速の時に踏力車速が実車速と同じになるよう設定した場合、上記踏力車速／モータ車速の比率が求められ、該比率が１．２１〜２．０の範囲（第２速基準で示された図３に斜線を施した範囲）に有る場合には、上記変速機構が第１速であると判定され、これより小さい範囲（図３の斜線範囲より上側の範囲）の場合には第２速であると判定される。
【００２７】
なお、上記比率が２．０より大きい場合は計算上あり得ないのであるが、プログラム上は第２速と判定される。後述するように第２速用モータ電流指令値は第１速用より小さく設定されているので、上記比率が２．０より大きい場合は第２速と判定することにより、規定のアシスト比を越えてしまうといった問題の発生を防止できる。
【００２８】
続いて参照マップ決定部２０ｆにおいて、判定された変速段に対応したマップが選択決定される（図４参照）。具体的には、図４に示すように、第１速の場合には特性線Ａが、第２速の場合には特性線Ｂが選択される。なお、例えば第２速の場合には特性線Ｂを参照し、第１速の場合には特性線Ｂの値を同一アシスト比となるよう実験から求めた倍率を乗じて用いるようにしても良い。
【００２９】
さらにまたモータ電流指令値計算部２０ｇにおいて、図４の参照マップに沿って踏力電圧に対応したモータ電流指令値が演算され、該指令値に応じたモータ電流が電動モータに供給される。
【００３０】
その結果、図５に実線の特性線Ａ′で示すように、第１速，第２速の何れにおいても、踏力１に対して補助動力１となり、従ってアシスト比は第１速，第２速の何れにおいても１．０に保持される。
【００３１】
ちなみに従来装置の場合、第１速，第２速の何れの場合も、図４に破線の特性線Ｂで示すように同じモータ電流指令値を採用していた。そのため、図５に示すように、第２速ではアシスト比を１．０にできるものの、第１速ではアシスト比は０．７程度となり、補助動力が不足するといった問題があった。
【００３２】
このように上記補助動力制御装置では、上記変速機構が何れの変速段にあるかを検出し、第１速の場合のモータ電流指令値を第２速の場合より変速機構の変速比に対応して大きく設定するようしたので、第１速，第２速の何れにおいてもアシスト比を規定の値（１．０）に保持することができる。そのため、例えば第２速において規定のアシスト比となるようにした場合に、第１速においてアシスト比が小さくなってしまうといった問題を回避できる。
【００３３】
また、上記踏力電圧のピークから次のピークまでの周期から求めた踏力車速と、電動モータの誘起電圧から求めたモータ車速との比率に基づいて変速段を求めるようにしたので、変速段を機械的に検出するセンサを設ける場合に比較して簡単な構成により、かつ低コストで変速段を検出できる。
【００３４】
図７〜図１０は請求項１〜３の発明に係る第１実施形態を説明するための図であり、図７は踏力電圧変動幅によるアシスト比補正ブロック図、図８は踏力電圧変動幅によるアシスト比補正イメージ図、図９は踏力電圧−モータ電流指令値特性図、図１０は踏力変動幅によるアシスト比補正制御フローチャートである。なお、図中図１〜図６と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３５】
図７のコントローラ２０は、図１の電動補助自転車に搭載されているものであり、図２に示す変速段を判定して該変速段に応じたモータ電流指令値を出力する機能を備えており、さらに以下に示す機能を備えている。
【００３６】
上記コントローラ２０では、図１０に示すようにまず該電動補助自転車１において発進動作がなされているか否かが判断され（ステップＳ１１）、発進動作中であれば、規定時間（例えば３秒）が経過するまでは、アシスト力重視マップが参照される（ステップＳ１２，Ｓ１３）。
【００３７】
そして発進から上記規定時間が経過すると、踏力電圧の変動幅の計算が開始され（ステップＳ１４）、踏力電圧の変動幅が規定の変動幅内にある場合において規定時間（例えば３秒）が経過すると航続距離重視マップが選択される（ステップＳ１５〜Ｓ１７。なお、上記ステップＳ１５，Ｓ１６において、踏力電圧の変動幅が上記規定の変動幅を越えた場合、及び規定の変動幅内に有る場合で規定の時間が経過するまでは上記アシスト力重視マップが選択される。
【００３８】
具体的には、上記コントローラ２０の踏力電圧上下限ピーク値判定部２０ｈにおいて踏力電圧の上下限ピーク値が判定され、踏力電圧変動幅計算部２０ｉにおいて、上記上下限ピーク値から踏力電圧の変動幅が求められ、参照マップ決定部２０ｇにおいて、上記求められた踏力電圧の変動幅が図８（ａ）又は（ｂ）に示すように規定の変動幅（例えば０．６Ｖ）内にあるか否かが判断される。
【００３９】
この場合に、図８（ａ）に示すように、踏力電圧の変動幅が、規定の変動幅内にある状態が規定時間（３秒）以上経過した場合には、航続距離重視状態にあると判断される。また踏力電圧の変動幅が上記規定の変動幅を越えた場合にはアシスト力重視状態にあると判断される。
【００４０】
そしてモータ電流指令値計算部２０ｋにおいて図９に基づいてモータ電流指令値が求められる。図９は、踏力電圧に対応したモータ電流指令値を求めるためのマップである。特性線Ｄ，Ｄ′は上記変速機構の変速段が第１速の場合のもので、それぞれアシスト力重視状態，航続距離重視状態に対応している。また特性線Ｅ，Ｅ′は第２速の場合のもので、それぞれアシスト力重視状態，航続距離重視状態に対応している。
【００４１】
このように、本実施形態では、同じ踏力電圧に対して、第１速のモータ電流指令値の方が第２速のより大きく設定されており、また何れの変速段にあってもアシスト力重視状態のモータ電流指令値の方が航続距離重視状態のより大きく設定されている。
【００４２】
なお、上記特性線Ｄ及びＥの場合には、電動モータによる補助動力は踏力と同じ大きさとなり、そのアシスト比は規定値（１．０）に保持される。一方、特性線Ｄ′及びＥ′の場合には、補助動力は踏力より小さく、例えば７０％程度となり、そのアシスト比は規定値より小さい０．７程度となる。
【００４３】
上記参照マップ決定部２０ｊにおいて踏力入力状況がアシスト力重視状態にあると判定された場合には、図９の特性曲線Ｄ又はＥに沿ってモータ電流指令値が求められる。また航続距離重視状態にあると判断された場合には図９の特性曲線Ｄ′又はＥ′に沿ってモータ電流指令値が求められる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、踏力の入力状況に基づいて、具体的には踏力電圧の変動幅が規定の変動幅内にあるかあるいはこの変動幅を越えて増加したかによって、アシスト重視状態か航続距離重視状態かを判断し、アシスト重視状態でのアシスト比を航続距離重視状態のアシスト比より大きい値に設定したので、坂道等のように大きな補助動力が欲しい場合には大きなアシスト比で大きな補助動力を供給でき、走行が楽であり、また平坦路のように小さな補助動力で済む場合は小さなアシスト比で小さな補助動力にでき、バッテリの１回の充電における航続距離を延ばすことができる。
【００４５】
また、踏力電圧の変動幅が所定の変動幅内に所定時間以上保持されているか、あるいは所定の変動幅を越えたかによって、航続距離重視状態かアシスト重視状態かを判定するようにしたので、特別なセンサを必要とすることなく元々から検出されている踏力の変動でもって上記何れかの状態かを判定でき、コスト上昇，構造複雑化を招くことがほとんどない。
【００４６】
さらにまた、発進時には踏力の大きさの如何に関わらずアシスト重視状態としたので、発進時には自動的に大きなアシスト比による補助動力が得られることから補助動力が不足することがなく、発進が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明外の補助動力制御装置を備えた電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記補助動力制御装置のブロック図である。
【図３】上記制御装置の踏力車速−モータ車速特性図である。
【図４】上記制御装置の踏力電圧−モータ電流指令値特性図である。
【図５】上記制御装置の踏力−モータ補助動力特性図である。
【図６】上記制御装置のアシスト比補正動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態による補助動力制御装置のブロック図である。
【図８】上記第１実施形態制御装置のアシスト比補正イメージ図である。
【図９】上記第１実施形態制御装置の踏力電圧−モータ電流指令値特性図である。
【図１０】上記第１実施形態制御装置のアシスト比補正動作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
１５ａペダル
１３駆動輪
２０コントローラ（補助動力制御装置）

Claims

ペダルに加えられた踏力を検出し、該検出された踏力にアシスト比を乗じた補助動力を電動モータに発生させ、該補助動力を上記踏力と共に駆動輪に伝達するようにした電動補助車両の補助動力制御装置において、上記踏力の入力状況に基づいて、踏力電圧の変動幅が所定の変動幅内に保持された状態が所定時間以上経過した場合は航続距離を重視する航続距離重視状態とし、踏力電圧の変動幅が所定の変動幅内に保持された状態が所定時間経過するまで及び踏力電圧の変動幅が上記所定の変動幅を越えた場合には補助動力の供給を重視するアシスト重視状態とし、アシスト重視状態でのアシスト比を航続距離重視状態のアシスト比より大きい値に設定すること特徴とする電動補助車両の補助動力制御装置。
請求項１において、発進時には踏力の大きさの如何に関わらずアシスト重視状態とすることを特徴とする電動補助車両の補助動力制御装置。
請求項１又は２において、アシスト重視状態では、変速段の如何に関わらずアシスト比を所定の値に保持することを特徴とする電動補助車両の補助動力制御装置。