JP5059644B2 - 補助動力付き車両 - Google Patents

Description

本発明は、人力駆動力と補助駆動力とによって走行する補助動力付き車両に関するものである。

従来のこの種の補助動力付き車両としては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示された補助動力付き車両は、発進時に急発進することを防ぎかつ登り坂でも円滑に発進できるようにするために、人力駆動力の大きさに対する補助駆動力の大きさの割合（以下、単にアシスト率という）を車体の状態に対応させて変えるアシスト率制御手段を備えている。

前記アシスト制御手段は、発進時に総駆動力が駆動力閾値より大きくかつ車両速度が速度閾値より低いときにアシスト率を相対的に大きい値に設定している。前記総駆動力は、人力駆動力と補助駆動力との和である。このようにアシスト率を設定することにより、登り坂でも容易に発進することができる。

また、前記アシスト制御手段は、発進時に総駆動力が駆動閾値より小さくかつ車両速度が速度閾値より大きいときにアシスト率を相対的に小さい値に設定している。このようにアシスト率を設定していることにより、下り坂で発進するときに急発進になることを防ぐことができる。
特開２００７−１６１２１９号公報

特許文献１に記載されている従来の補助動力付き車両においては、総駆動力と車両速度との両方がそれぞれ閾値より小さくなるような低駆動力状態のときのアシスト率は決められていない。このため、特許文献１に記載されている発明を実施しようとすると、前記低駆動力状態のときに問題が発生する。

すなわち、前記低駆動力状態で仮にアシスト率を相対的に大きく設定しておくと、発進時に補助駆動力が発生することによって、乗員の意図していた加速度より高い加速度で発進（急発進）するおそれがある。低駆動力状態での発進の例としては、たとえば、乗員が片足を車両に載せて他方の足で地面を蹴って加速しながら発進するような場合がある。このような場合、アシスト率が大きく設定されていると、乗員が車両のシートに着座している状態ではないにもかかわらず、相対的に大きな補助駆動力が加えられて急発進状態になってしまう。これとは逆に、低駆動力状態でアシスト率を相対的に小さく設定すると、たとえば女性や子供が乗車した場合（人力駆動力が相対的に小さい場合）に補助駆動力が不足するおそれがある。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、どのような場合でも急発進することがなく、しかも人力駆動力が小さい場合や登り坂でも円滑に発進することができる補助動力付き車両を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る補助動力付き車両は、乗員の力からなる人力駆動力の大きさを検出する人力駆動力検出装置と、人力駆動力の大きさに対して所定のアシスト率となるように補助駆動力を発生させる補助駆動力発生装置と、補助駆動力が発生していない状態から補助動力が発生する状態に移るときの前記アシスト率を車両の状態に基づいて変更する補助駆動力制御装置とを備えた補助動力付き車両において、前記補助駆動力制御装置は、車両の加速度を求める加速度検出部と、人力駆動力と補助駆動力との和からなる総駆動力を前記加速度で除算することによって車両総重量を求める重量演算部と、前記加速度が予め定めた加速度閾値より大きくかつ前記車両総重量が予め定めた重量閾値より小さい場合はアシスト率を相対的に小さく設定し、その他の場合はアシスト率を相対的に大きく設定するアシスト率制御部とを備えたものである。

本発明は、前記発明において、前記加速度検出部は、補助駆動力発生装置の回転速度から演算によって加速度を求めるものとされ、前記補助駆動力制御装置は、人力駆動力の大きさが予め定めた最小値を上回ったときに補助駆動力発生装置を作動させ、かつ人力駆動力の大きさが前記最小値を下回ったときに前記補助駆動力発生装置を停止させる動作切換部を備え、前記アシスト率制御部がアシスト率を相対的に小さく設定するときの条件に、車両総重量が他の重量閾値より大きいことを加えたものである。

本発明は、前記発明において、前記加速度検出部は、補助駆動力発生装置の回転速度から演算によって加速度を求めるものとされ、前記補助駆動力制御装置は、人力駆動力の大きさが予め定めた最小値を上回ったときに補助駆動力発生装置を作動させ、かつ人力駆動力の大きさが前記最小値を下回ったときに前記補助駆動力発生装置を停止させる動作切換部を備え、前記アシスト率制御部がアシスト率を相対的に小さく設定するときの条件に、車両の加速度が他の加速度閾値より小さいことを加えたものである。

本発明は、前記発明において、前記補助駆動力制御装置は、補助駆動力発生装置の消費エネルギーのフィードバック値に基づいて補助駆動力の大きさを検出する補助駆動力検出部を備えているものである。

本発明は、前記発明において、補助駆動力発生装置をモータによって構成し、前記消費エネルギーを前記モータの電流値としたものである。

本発明によれば、車両が急発進する条件が満たされたとき、すなわち車両総重量が相対的に軽く（重量閾値より小さく）かつ発進時の加速度が相対的に高い（加速度閾値より高い）ときには、アシスト率が小さく設定される。したがって、本発明によれば、補助駆動力が発生することによる車両の急発進を確実に防ぐことができる。
特に、本発明においては、補助駆動力制御装置がアシスト率を小さく設定するか否かを判定するに当たって、車両の加速度が加速度閾値より高いことを判定条件の一つにしているため、急発進を確実に防ぐことができる。

本発明に係る補助動力付き車両において、登り坂で発進する場合は、人力駆動力が相対的に大きくなる（車両総重量が相対的に重く計算される）とともに車両の加速度が相対的に低くなる。このような場合はアシスト率が相対的に大きくなる。この結果、登り坂で発進する場合は、補助駆動力が不足することがないために楽に発進することができる。

また、本発明によれば、たとえば片足を車体に載せた状態で他方の足で地面を蹴って発進する場合は、車両総重量が軽くかつ加速度が高くなるためにアシスト率が小さく設定される。このため、このような発進の仕方をするときには、急発進を防ぐことができるばかりか、人力のみで走行するときのような自然な走行状態に近くなるから、乗員に安心感を与えることができる。

一方、乗員がたとえばシートに着座し、体重の全量が車両に加えられている場合（車両総重量が相対的に重くなる場合）は、アシスト率が相対的に大きく設定され、人力駆動力に対応した補助駆動力（乗員の要求するような補助駆動力）を発生させて発進することができる。
したがって、本発明によれば、どのような場合でも急発進することがなく、しかも人力駆動力が小さい場合や登り坂でも円滑に発進することが可能な補助動力付き車両を提供することができる。

補助駆動力制御装置に動作切換部を備えた発明によれば、たとえば車両が下り坂を走行しているときや、平坦な道を追い風に押されながら走行するようなときに補助駆動力発生装置が停止する。そして、その状態から登り坂を上るようになったり追い風が止んだりして人力駆動力が増大すると、補助駆動力発生装置が停止している状態から運転を開始するようになる。この場合、補助駆動力発生装置の回転は、補助駆動力が車両に加えられるようになるまでの間は無負荷に等しい状態であるから、車両が加速するときに較べて著しく高い速度で上昇する。以下においては、このように補助駆動力発生装置の回転が高速で上昇することをフリーラン加速という。

加速度検出部として補助駆動力発生装置の回転速度から加速度を求めるものを使用している場合、前記フリーラン加速時に加速度検出部によって検出された加速度は、車両が走行時に加速する場合に較べて著しく高くなる。この結果、このようなフリーラン加速時に重量演算部によって求められる車両総重量は、加速度が著しく高いことに起因して著しく小さくなる。

アシスト率制御部の判定条件に相対的に小さい重量閾値より車両総重量が大きいことを加えた発明によれば、上述したフリーラン加速によって車両総重量が著しく小さく検出される場合を除外することができる。すなわち、大きなアシスト率が必要であるときにフリーラン加速が原因でアシスト率が小さく設定されることを防ぐことができるから、登り坂を昇り始めるときなどで補助駆動力が不足することなく発生するようになる。

この発明においては、補助駆動力発生装置の回転速度から車両の加速度を検出する構成が採られているから、車両の加速度を求めるに当たって専ら車速や加速度を検出するためのセンサは不要である。このため、この発明によれば、この種のセンサを装備する場合に較べて製造コストを低減することができる。

アシスト率制御部の判定条件に相対的に高い加速度閾値より車両の加速度が小さいことを加えた発明によれば、フリーラン加速によって車両の加速度が著しく高く検出される場合を除外することができる。すなわち、大きなアシスト率が必要であるときにフリーラン加速が原因でアシスト率が小さく設定されることを防ぐことができるから、登り坂を昇り始めるときなどで補助駆動力が不足することなく発生するようになる。
この発明においても、補助駆動力発生装置の回転速度から車両の加速度を検出する構成が採られているから、車両の加速度を求めるに当たって専ら車速や加速度を検出するためのセンサは不要である。このため、この発明によれば、この種のセンサを装備する場合に較べて製造コストを低減することができる。

補助駆動力発生装置の消費エネルギーのフィードバック値に基づいて補助駆動力の大きさを検出する補助駆動力検出部を備えた発明によれば、補助駆動力検出部によって検出される補助駆動力の大きさは、実際の走行で発生させた大きさと等しくなるから、アシスト率を切換える制御の精度を向上させることができる。

補助駆動力発生装置をモータによって構成し、消費エネルギーをモータの電流値とする発明によれば、急発進することがなくしかも必要に応じて補助駆動力が発生する補助動力付き電動車両を構成することができる。

（第１の実施例）
本発明が対象とする補助動力付き車両は、補助駆動力発生装置としてエンジンまたはモータを装備した車両であって、乗員の力と補助駆動力とによって走行する二輪車、三輪車および四輪車等の車輪を回転させて走行する全ての車両である。これらの車両中には、電動車椅子も含まれる。

本願発明を説明するに当たっては、先ず、補助駆動力発生装置の種類や車輪数などにとらわれることなく、本願発明の構成のみについて図１〜図５によって説明する。
図１は本発明に係る補助動力付き車両の構成を示すブロック図、図２は補助駆動力制御装置の動作を説明するためのフローチャート、図３は判定閾値とアシスト率との関係を示すグラフである。図４はアシスト率が小さくなる場合の例を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示す。図５はアシスト率が大きくなる場合の例を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示す。

図１において、符号１で示すものは、この実施例による補助動力付き車両による補助駆動力発生動作を制御するための補助駆動力制御装置である。この補助駆動力制御装置１は、後述するように速度検出装置２、補助駆動消費エネルギー検出装置３、エネルギー装置４、人力駆動力検出装置５、電源操作装置６、補助駆動力発生装置７などが接続されており、速度検出部１１、加速度検出部１２、補助駆動力検出部１３、発進検知部１４、重量演算部１５、アシスト率制御部１６などを備えている。

前記速度検出装置２は、車両の走行速度を検出するためのもので、車輪の回転速度を検出するセンサや、補助駆動力発生装置７がエンジンである場合はエンジン回転検出用センサ、補助駆動力発生装置７がモータである場合はモータ回転検出用エンコーダなどによって構成することができる。

前記補助駆動消費エネルギー検出装置３は、後述する補助駆動力発生装置７が補助駆動力を発生させるときに消費したエネルギーの量を検出するためのものである。この実施例による補助駆動力制御装置１は、この消費エネルギー量に基づいて補助駆動力の大きさを求めている。この補助駆動消費エネルギー検出装置３は、たとえば燃料の流量計やモータに流れる電流を検出するセンサなどによって構成することができる。

前記エネルギー装置４は、補助駆動力発生装置７が補助駆動力を発生させるために必要なエネルギーを補助駆動力発生装置７に供給するための供給源を意味する。このエネルギー装置４は、たとえば燃料やバッテリによって構成されている。
前記人力駆動力検出装置５は、走行するために乗員が出した力の大きさ、すなわち人力駆動力の大きさを検出する。この人力駆動力検出装置５は、たとえばトルクセンサによって構成することができる。

前記電源操作装置６は、補助駆動力制御装置１や他の電装部品に電源を供給するための回路を開閉するためのものである。この電源操作装置６は、たとえば人為的に操作可能なスイッチによって構成することができる。
前記補助駆動力発生装置７は、後述するアシスト率制御部１６によって設定されたアシスト率となるように補助駆動力を発生させる。この補助駆動力発生装置７は、エンジンやモータである。

前記速度検出部１１は、前記速度検出装置２の検出値から演算によって車両の走行速度（以下、単に車速という）を算出する。
前記加速度検出部１２は、前記速度検出部１１が算出した車速から時間微分によって車両の加速度を算出する。なお、車両の加速度は、速度検出装置２と速度検出部１１とによって求めた車速から演算によって求める代わりに加速度センサ（図示せず）を用いて直接検出することができる。

前記補助駆動力検出部１３は、補助駆動消費エネルギー検出装置３によって検出された消費エネルギー量、すなわち消費エネルギーのフィードバック値に基づいて補助駆動力の大きさを検出する。
前記発進検知部１４は、車速が０である状態で前記人力駆動力検出装置５によって検出された人力駆動力が０から所定値だけ増大したときに車両の発進を検出するように構成されている。

詳述すると、発進検知部１４は、速度検出部１１によって検出された車速が０であり、かつ人力駆動力が０から増大して予め定めた最小値を上回ったときに、車両の発進を検知し、補助駆動力発生装置７に補助駆動力を発生させる。また、発進検知部１４は、人力駆動力の大きさが前記最小値を下回るとともに、その状態が所定の時間継続したときに、補助駆動力発生装置７を停止させる。

なお、発進検知部１４が補助駆動力発生装置７を停止させる以前に、補助駆動力が発生しないように車速相当の低回転で補助駆動力発生装置７を所定時間だけ運転させてもよい。この実施例においては、発進検知部１４によって本発明でいう動作切換部が構成されている。
さらに、発進検知部１４は、車両が発進してから予め定めた時間｛発進期間：図４（Ｂ），図５（Ｂ）参照｝が経過したか否かを検出する。

重量演算部１５は、乗員の体重と車両の重量とからなる車両総重量を演算によって求める。詳述すると、重量演算部１５は、先ず、前記人力駆動力検出装置５によって検出された人力駆動力に、前記補助駆動力検出部１３によって検出された補助駆動力を加算することによって総駆動力を求める。前記車両総重量は、前記加速度検出部１２によって算出された加速度で前記総駆動力を除算することによって求めることができる。

アシスト率制御部１６は、アシスト率の大きさを後述する条件に基づいて設定する。この実施例によるアシスト率制御部１６は、予め定めた標準のアシスト率と、相対的に小さい加速抑制用のアシスト率とのうちいずれか一方を後述する条件に基づいて選択する。詳述すると、アシスト率制御部１６は、図３に示すように、加速度検出部１２によって算出された車両加速度が予め定めた加速度閾値より大きくかつ重量演算部１５によって算出された車両総重量が予め定めた重量閾値より小さい場合は、加速抑制用のアシスト率を選択する。

すなわち、図４（Ａ）に示すように、車両の加速度と重量閾値との両方が同時に同図の小アシスト率領域内にあるときに加速抑制用のアシスト率が選択される。図４（Ａ）においては、加速抑制用のアシスト率に設定されるときを符号Ｔ１で示す。
また、アシスト率制御部１６は、図５（Ａ）に示すように、その他の場合（車両加速度が前記加速度閾値より小さいか、あるいは車両総重量が重量閾値より大きい場合）は、標準のアシスト率を選択する。すなわち、図５（Ａ）に示すように、車両加速度と車両総重量とが小アシスト領域内に同時に入っていない場合は、標準のアシスト率が選択される。

加速度閾値と重量閾値とは、試験走行などによって最適な値を予め設定し、補助駆動力制御装置１の図示していないメモリに記憶させておく。たとえば、加速度閾値は、図３に示すように、抑止すべき加速度を１０ｍ／ｓ² に設定することができる。重量閾値は、車重と乗員の体重（α）との和を４０ｋｇとして設定することができる。
また、アシスト率制御部１６は、発進期間が終了したことを前記発進検知部１４が判定したときに、アシスト率を標準のアシスト率に設定する構成が採られている。

次に、上述した補助駆動力制御装置１を有する補助動力付き車両の動作を図２に示すフローチャートによって詳細に説明する。
補助駆動力制御装置１は、前記電源操作装置６によって電源が接続された後に、図２に示すフローチャートのステップＳ１において、アシスト率を標準のアシスト率に設定し、そして、ステップＳ２〜Ｓ３に示すように、発進検知部１４が車両の発進を検出するまで待機する。

このとき、発進検知部１４は、人力駆動力の大きさが予め定めた最小値を上回ったときに発進を検知し、補助駆動力発生装置７に補助駆動力を発生させる（アシスト開始）。すなわち、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）に示すように、発進検知部１４が発進を検出した時点Ｔ０から補助駆動力が発生する。この補助駆動力は、人力駆動力の変化と同じように変化しかつ人力駆動力の大きさに対して標準のアシスト率になる大きさで発生する。発進初期は、このように標準のアシスト率となるように補助駆動力が発生する。このように補助駆動力が発生した後にステップＳ４において車両の加速度の判定が行われる。

補助駆動力制御装置１は、ステップＳ４において、加速度検出部１２によって現在の車両の加速度を求め、この加速度が予め定めた加速度閾値より大きいか否かを判定する。この判定結果がＮＯ、すなわち加速度が加速度閾値以下である場合は、ステップＳ５に進み、発進検知部１４が発進期間の終了を検出したか否かを判定する。発進期間が終了したときを図４（Ｂ）および図５（Ｂ）中に符号Ｔ２で示す。

前記ステップＳ５で判定の結果がＹＥＳである場合、すなわち発進期間が終了している場合は、ステップＳ６に進み、アシスト率制御部１６がアシスト率を標準のアシスト率に設定する。図４（Ｂ）においては、標準のアシスト率で補助駆動力が発生するときを「標準駆動」として示してある。

一方、前記ステップＳ４においてＹＥＳと判定された場合は、ステップＳ７において、補助駆動力制御装置１は、重量演算部１５によって算出された車両総重量が予め定めた重量閾値より小さいか否かを判定する。この判定の結果がＮＯである場合（車両総重量が重量閾値より大きい場合）は前記ステップＳ５に進み、判定結果がＹＥＳである場合、すなわち、加速度が加速度閾値より大きくかつ車両総重量が重量閾値より小さい場合｛図４（Ａ），（Ｂ）に示すＴ１時｝にステップＳ８に進む。

ステップＳ８においては、アシスト率制御部１６が現在のアシスト率を相対的に小さい加速抑制用のアシスト率に変更する。このようにアシスト率が相対的に小さくなることによって、図４（Ｂ）中に符号Ｐで示すように、補助駆動力が減少する。
その後、ステップＳ９に示すように、発進検知部１４が発進期間の終了を検出するまでアシスト率が小さい状態に保たれる。そして、発進時期が終了したとき｛図４（Ｂ）に示すＴ２時｝に、ステップＳ６において、アシスト率制御部１６がアシスト率を標準のアシスト率に変更する。発進期間が終了した後の補助駆動力は、人力駆動力の大きさに対して標準のアシスト率となる大きさで発生する。

上述したように構成された補助動力付き車両においては、車両が急発進する条件が満たされたとき、すなわち発進時の加速度が加速度閾値より高くかつ車両総重量が重量閾値より小さいときに、アシスト率が小さく設定される。したがって、この実施例によれば、補助駆動力が発生することによる車両の急発進を確実に防ぐことができる。特に、この実施例においては、補助駆動力制御部がアシスト率を小さく設定するか否かを判定するに当たって、車両の加速度が加速度閾値より高いことを判定条件の一つにしているため、急発進の現象そのものを検出できるから、急発進を確実に防ぐことができる。

この実施例による補助動力付き車両において、登り坂で発進するような場合は、人力駆動力が相対的に大きくなることから車両総重量が相対的に重く計算されるとともに車両の加速度が相対的に低くなる。このため、この実施例による補助動力付き車両によれば、登り坂で発進するときには、アシスト率が相対的に大きくなるから、補助駆動力が不足することなく発生する。

また、この実施例によれば、たとえば片足を車体に載せた状態で他方の足で地面を蹴って発進する場合は、車両総重量が軽くかつ加速度が高く検出されるためにアシスト率が低く設定される。このため、このような発進の仕方をするときには、急発進を防ぐことができるばかりか、人力のみで走行するときのような自然な走行状態に近くなるから、乗員に安心感を与えることができる。

一方、乗員がたとえばシートに着座し、体重の全量が車両に加えられる場合（車両総重量が相対的に重くなる場合）は、アシスト率が相対的に高く設定され、人力駆動力に対応した補助駆動力（乗員の要求するような補助駆動力）を発生させて発進することができる。
したがって、この実施例によれば、どのような場合でも急発進することがなく、しかも人力駆動力が小さい場合や登り坂でも円滑に発進することが可能な補助動力付き車両を提供することができる。

この実施例においては、補助駆動力発生装置７が消費したエネルギーのフィードバック値に基づいて補助駆動力の大きさを求めているから、補助駆動力検出部１３によって検出された補助駆動力の大きさは、実際の走行で発生させた大きさと等しくなる。このため、アシスト率制御部１６がアシスト率を切換える制御を高い精度で行うことができる。

（第２の実施例）
次に、本発明を補助動力付き自転車に適用する場合の一例を図６〜図１１によって説明する。
図６は補助動力付き自転車の構成を示すブロック図、図７は補助駆動力制御装置１の動作を説明するためのフローチャート、図８は判定閾値とアシスト率との関係を示すグラフである。図９はアシスト率が小さくなる場合の例を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示す。図１０はアシスト率が大きくなる場合の例を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示す。図１１はフリーラン加速が発生する場合の制御方法を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示し、同図（Ｃ）はアシストモータの回転速度の変化を示す。これらの図において、前記図１〜図５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

この実施例による補助動力付き自転車は、乗員の踏力からなる人力駆動力に、アシストモータ２０（図６参照）の駆動力（補助駆動力）を所定のアシスト率となるように加えて走行できるものである。
この補助動力付き自転車は、図６に示すように、速度検出装置２として車輪回転センサ２１またはモータ回転検出エンコーダ２２を備え、補助駆動消費エネルギー検出装置３としてモータ電流センサ２３を備えている。また、この実施例による補助動力付き自転車は、エネルギー装置４としてバッテリ２４を備え、人力駆動力検出装置５としてペダルトルクセンサ２５を備え、電源操作装置６としてメインスイッチ２６を備えている。

前記車輪回転センサ２１は、前輪（図示せず）または後輪（図示せず）の回転を検出するものである。
前記モータ回転検出エンコーダ２２は、アシストモータ２０の回転を検出するものである。このモータ回転検出エンコーダ２２としては、アシストモータ２０の回転を制御するために既にアシストモータ２０に装備されているものを共用することができる。この実施例においては、部品数を削減して軽量化とコストダウンとを図るために、車速を検出するに当たってモータ回転検出エンコーダ２２を使用している。

前記モータ電流センサ２３は、アシストモータ２０を流れる電流を検出するものである。この実施例による補助駆動力検出部１３は、モータ電流センサ２３によって検出された電流値に基づいて補助駆動力、すなわちアシストモータ２０の出力を検出する。
前記バッテリ２４は、アシストモータ２０の他に、補助駆動力制御装置１などの他の電装部品にも給電するものである。

前記ペダルトルクセンサ２５は、乗員がペダル（図示せず）を踏み込んだときの踏力を検出するものである。
メインスイッチ２６は、乗員がＯＮ・ＯＦＦ操作を行うことによって補助駆動力制御装置１や他の電装部品とバッテリ２４との間の電源回路を開閉するものである。

この実施例による補助動力付き自転車のアシストモータ２０は、発進検知部１４による制御によって、人力駆動力が予め定めた最小値より小さい状態が所定時間継続すると停止する。たとえば、図１１（Ｃ）中に符号Ｔ３で示すようなとき、すなわち車両が下り坂を走行しているときや、平坦な道を追い風に押されながら走行しているようなときはアシストモータ２０が停止する。図１１（Ｃ）は、補助動力付き自転車が緩やかな下り坂を下ってから登り坂を上るときのアシストモータ２０の回転速度の変化を示している。同図において、実線は路面の断面形状を示し、破線はアシストモータ２０の回転速度を示し、二点鎖線は実際の車速を示している。

この実施例による補助動力付き自転車は、モータ回転検出エンコーダ２２によって車速を検出する構成を採っているために、上述したようにアシストモータ２０が停止しているときには車速を検出することはできず、車速が０であると判定される。このため、走行中であっても人力駆動力が最小値を上回ったときには、発進状態と同じ状態になる。

アシストモータ２０が停止している状態で走行し、登り坂を上るようになったり、追い風が止んだりすると、人力駆動力が増大する。この人力駆動力の大きさが前記予め定めた最小値を上回ると、発進検知部１４がこれを検出し、アシストモータ２０を回転させ、補助駆動力を発生させる。このため、図１１（Ｃ）中に符号Ｔ４で示すときに、アシストモータ２０の回転速度が０から上昇する。

この場合、アシストモータ２０は、補助駆動力が自転車に加えられるようになるまでの間、すなわちアシストモータ２０の回転速度が実際の自転車の走行速度に相当する回転速度に上昇するまでの間｛図１１（Ｃ）において符号Ｔ４で示すときとＴ５で示すときとの間｝は、無負荷に等しい状態である。このため、このときのアシストモータ２０は、自転車が人力駆動力によって加速するときに較べて著しく高い速度で回転し、フリーラン加速の状態になる。

この実施例による補助動力付き自転車は、モータ回転検出エンコーダ２２によって検出したアシストモータ２０の回転数を用いて速度検出部１１が車速を検出し、さらに、この車速を用いて加速度検出部１２が車両の加速度を算出する。このため、前記フリーラン加速時に加速度検出部１２によって算出された加速度は、補助動力付き自転車が人力駆動力によって加速する場合に較べると著しく高くなる。この結果、フリーラン加速時に重量演算部１５によって算出された車両総重量は、加速度が著しく高いことに起因して著しく小さくなる。

この実施例においては、このようなフリーラン加速時には標準のアシスト率が選択されるように、アシスト率制御部１６の判定条件として、車両総重量が後述する第１の重量閾値より大きいことを加えてある。
この実施例による重量閾値は、図８に示すように、相対的に小さい第１の重量閾値と、相対的に大きい第２の重量閾値とが設定されている。第１の重量閾値としては、フリーラン加速時（車両総重量が著しく小さく検出されたとき）を除外できるように、車重から予め定めた重量βを引いた値に設定している。重量βとしては、たとえば２０ｋｇとすることができる。第２の重量閾値は、上述した第１の実施例で示した重量閾値と同じ値に設定している。

この実施例によるアシスト率制御部１６は、図８、図９（Ａ）および図１１（Ａ）に示すように、車両の加速度が加速度閾値より高いときであって、車両総重量が第１の重量閾値より大きくかつ第２の重量閾値より小さい場合に、相対的に小さい加速抑制用のアシスト率を選択し、図１０（Ａ）に示すように、それ以外の場合は標準のアシスト率を選択する。

次に、第２の実施例による補助動力付き自転車の動作を図７に示すフローチャートよって説明する。この実施例による補助動力付き自転車は、車両総重量と第１、第２の重量閾値とを比較する動作が第１の実施例で示す車両とは異なるだけで、その他の動作は第１の実施例に示す車両と同一である。このため、ここでは、説明の重複を避けて異なる動作のみを説明する。

この実施例によれば、図７に示すフローチャートのステップＳ４において加速度が加速度閾値より大きいと判定された後、ステップＳ７Ａにおいて、重量演算部１５によって算出された車両総重量が第１の重量閾値より大きくかつ第２の重量閾値より小さいか否かが判定される。このとき、急発進することがないような場合や前記フリーラン加速の状態である場合は、ＮＯと判定され、アシスト率を標準のアシスト率から変更することなくステップＳ５に進む。一方、急加速するおそれがある場合は、ＹＥＳと判定され、ステップＳ８に進んでアシスト率が加速抑制用のアシスト率に設定される。

したがって、この第２の実施例においても、どのような場合でも急発進することがなく、しかも人力駆動力が小さい場合や登り坂でも円滑に発進することが可能な補助動力付き自転車を提供することができる。
また、この実施例においては、アシストモータ２０の回転速度から自転車の加速度を算出する構成が採られているから、加速度を求めるに当たって専ら車速や加速度を検出するためのセンサは不要である。

このため、この実施例によれば、この種のセンサを装備する場合に較べて製造コストを低減することができる。この実施例においては、上述したフリーラン加速によって車両総重量が著しく小さく検出される場合には標準のアシスト率が選択されるから、アシストモータ２０の回転速度から加速度を検出する構成であるにもかかわらず、登り坂を上り始めたときなどで補助駆動力を不足することなく発生させることができる。

（第３の実施例）
上述した第２の実施例ではフリーラン加速時に標準のアシスト率が選択されるように、アシスト率制御部１６の判定条件として第１の重量閾値を加える例を示したが、重量閾値を加える代わりに加速度閾値を加えることができる。この場合の実施例を図１２〜図１６によって詳細に説明する。

図１２は判定閾値とアシスト率との関係を示すグラフ、図１３は補助駆動力制御装置１の動作を説明するためのフローチャート、図１４はアシスト率が小さくなる場合の例を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示す。図１５はアシスト率が大きくなる場合の例を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示す。図１６はフリーラン加速が発生する場合の制御方法を説明するためのグラフで、同図（Ａ）は車両総重量および車両加速度と閾値との関係を示し、同図（Ｂ）は駆動力の変化を示し、同図（Ｃ）はアシストモータ２０の回転速度の変化を示す。これらの図において、前記図１〜図５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

この実施例においては、フリーラン加速時に標準のアシスト率が選択されるように、アシスト率制御部１６がアシスト率を選択する際の判定条件に、車両の加速度が後述する第１の加速度閾値より小さいことを加えてある。
この実施例による加速度閾値は、図１２に示すように、相対的に高い第１の加速度閾値と、相対的に低い第２の重量閾値とが設定されている。第１の加速度閾値としては、フリーラン加速時（車両の加速度が著しく高く検出されたとき）を除外できるような値に設定してある。この第１の加速度閾値は、自転車が加速する場合には大き過ぎる加速度である３０ｍ／ｓ² に設定されている。第２の加速度閾値は、上述した第１の実施例で示した加速度閾値と同じ値に設定されている。

この実施例によるアシスト率制御部１６は、図１２、図１４（Ａ）および図１６（Ａ）に示すように、車両の加速度が第１の加速度閾値より低くかつ第２の加速度閾値より高いとき（第１の加速度閾値と第２の加速度閾値との間の値）であって、車両総重量が重量閾値より小さい場合に、相対的に小さい加速抑制用のアシスト率を選択し、図１５（Ａ）に示すように、それ以外の場合は標準のアシスト率を選択する。

次に、第３の実施例による補助動力付き自転車の動作を図１３に示すフローチャートによって説明する。この実施例による補助動力付き自転車は、車両の加速度と第１、第２の加速度閾値とを比較する動作が第１の実施例で示す車両とは異なるだけで、その他の動作は第１の実施例に示す車両と同一である。このため、ここでは、説明の重複を避けて異なる動作のみを説明する。

この実施例によれば、図１３に示すフローチャートのステップＳ３において、アシストモータ２０によって補助駆動力が発生する状態になった（アシスト開始）後、ステップＳ４Ａにおいて、加速度検出部１２によって算出された車両の加速度が第１の加速度閾値より小さくかつ第２の加速度閾値より大きいか否かが判定される。このとき、急発進することがないような場合や前記フリーラン加速の状態である場合は、ＮＯと判定され、アシスト率を標準のアシスト率から変更することなくステップＳ５に進む。一方、急加速するおそれがある場合は、ＹＥＳと判定され、ステップＳ７に進んで車両総重量を重量閾値と比較する。

したがって、この第３の実施例においても、どのような場合でも急発進することがなく、しかも人力駆動力が小さい場合や登り坂でも円滑に発進することが可能な補助動力付き自転車を提供することができる。
また、この実施例においては、アシストモータ２０の回転速度から自転車の加速度を算出する構成が採られているから、加速度を求めるに当たって専ら車速や加速度を検出するためのセンサは不要である。

このため、この実施例によれば、この種のセンサを装備する場合に較べて製造コストを低減することができる。この実施例においては、上述したフリーラン加速によって車両加速度が著しく高く検出される場合には標準のアシスト率が選択されるから、アシストモータ２０の回転速度から加速度を検出する構成であるにもかかわらず、登り坂を上り始めたときなどで補助駆動力を不足することなく発生させることができる。

本発明に係る補助動力付き車両の構成を示すブロック図である。 補助駆動力制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 判定閾値とアシスト率との関係を示すグラフである。 アシスト率が小さくなる場合の例を説明するためのグラフである。 アシスト率が大きくなる場合の例を説明するためのグラフである。 補助動力付き自転車の構成を示すブロック図である。 補助駆動力制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 判定閾値とアシスト率との関係を示すグラフである。 アシスト率が小さくなる場合の例を説明するためのグラフである。 アシスト率が大きくなる場合の例を説明するためのグラフである。 フリーラン加速が発生する場合の制御方法を説明するためのグラフである。 判定閾値とアシスト率との関係を示すグラフである。 補助駆動力制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 アシスト率が小さくなる場合の例を説明するためのグラフである。 アシスト率が大きくなる場合の例を説明するためのグラフである。 フリーラン加速が発生する場合の制御方法を説明するためのグラフである。

符号の説明

１…補助駆動力制御装置、２…速度検出装置、３…補助駆動消費エネルギー検出装置、４…エネルギー装置、５…人力駆動力検出装置、６…電源操作装置、７…補助駆動力発生装置、１１…速度検出部、１２…加速度検出部、１３…補助駆動力検出部、１４…発進検知部、１５…重量演算部、１６…アシスト率制御部、２０…アシストモータ、２１…車輪回転センサ、２２…モータ回転検出エンコーダ、２３…モータ電流センサ、２４…バッテリ、２５…ペダルトルクセンサ、２６…メインスイッチ。

Claims (5)

1. 乗員の力からなる人力駆動力の大きさを検出する人力駆動力検出装置と、
   人力駆動力の大きさに対して所定のアシスト率となるように補助駆動力を発生させる補助駆動力発生装置と、
   補助駆動力が発生していない状態から補助動力が発生する状態に移るときの前記アシスト率を車両の状態に基づいて変更する補助駆動力制御装置とを備えた補助動力付き車両において、
   前記補助駆動力制御装置は、車両の加速度を求める加速度検出部と、
   人力駆動力と補助駆動力との和からなる総駆動力を前記加速度で除算することによって車両総重量を求める重量演算部と、
   前記加速度が予め定めた加速度閾値より大きくかつ前記車両総重量が予め定めた重量閾値より小さい場合はアシスト率を相対的に小さく設定し、その他の場合はアシスト率を相対的に大きく設定するアシスト率制御部とを備えたことを特徴とする補助動力付き車両。
2. 請求項１記載の補助動力付き車両において、前記加速度検出部は、補助駆動力発生装置の回転速度から演算によって加速度を求めるものとされ、
   前記補助駆動力制御装置は、人力駆動力の大きさが予め定めた最小値を上回ったときに補助駆動力発生装置を作動させ、かつ人力駆動力の大きさが前記最小値を下回ったときに前記補助駆動力発生装置を停止させる動作切換部を備え、
   前記アシスト率制御部がアシスト率を相対的に小さく設定するときの条件に、車両総重量が他の重量閾値より大きいことを加えたことを特徴とする補助動力付き車両。
3. 請求項１記載の補助動力付き車両において、前記加速度検出部は、補助駆動力発生装置の回転速度から演算によって加速度を求めるものとされ、
   前記補助駆動力制御装置は、人力駆動力の大きさが予め定めた最小値を上回ったときに補助駆動力発生装置を作動させ、かつ人力駆動力の大きさが前記最小値を下回ったときに前記補助駆動力発生装置を停止させる動作切換部を備え、
   前記アシスト率制御部がアシスト率を相対的に小さく設定するときの条件に、車両の加速度が他の加速度閾値より小さいことを加えたことを特徴とする補助動力付き車両。
4. 請求項１記載の補助動力付き車両において、前記補助駆動力制御装置は、補助駆動力発生装置の消費エネルギーのフィードバック値に基づいて補助駆動力の大きさを検出する補助駆動力検出部を備えていることを特徴とする補助動力付き車両。
5. 請求項４記載の補助動力付き車両において、補助駆動力発生装置はモータによって構成され、前記消費エネルギーは前記モータの電流値であることを特徴とする補助動力付き車両。

Images