JP5666639B2 - モータ駆動制御装置及び電動アシスト車 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回生制御技術に関する。

バッテリの電力を使用してモータを駆動する電動自転車などの電動アシスト車には、ブレーキレバーにセンサを設け、搭乗者によるブレーキの操作に応じてモータを回生動作させることで車両の運動エネルギーをバッテリに回収し、走行距離を向上させる技術が用いられている物がある。

また、自転車の場合、自動車や自動二輪車と異なりエンジンブレーキがないため、長い下り坂において過度な加速で危険を感じるため、ブレーキ操作で速度を制御することになる。しかしながら、このようなブレーキ操作は、搭乗者にとっては煩わしかったり、継続したブレーキ操作により手が疲れるという問題がある。

一方、ブレーキ操作で回生ブレーキを制御することは可能であるが、操作が煩わしいのと、一般的なブレーキ操作検出装置ではブレーキが操作されているか操作されていないかの２状態しか検出できず、搭乗者が意図した回生ブレーキ力に調整するのが難しいという問題がある。

さらに、ブレーキワイヤのテンションやブレーキレバーの位置に応じてアナログ的なブレーキ操作信号を検知し、それに応じて回生ブレーキ力の制御を行う従来技術も存在している。しかし、ブレーキワイヤが経年で伸びたり、回生ブレーキ力を制御するブレーキ操作量と機械ブレーキの動作点のマッチングが上手く行かず、効率よく回生ブレーキが行われる前に機械ブレーキが作動し、エネルギーを熱として捨ててしまうなどの問題がある。

さらに、電動自転車などの電動アシスト車には、予めなされている設定に従って自動的に回生制動を行うという技術もあるが、予めなされている設定が搭乗者の意図に沿ったものであるとは限らない。すなわち、例えば長い下り坂で搭乗者が快適と感じる速度は、道幅や天候状況、搭乗者の体調等により変化する。従って、搭乗者によっては、ストレスを感じるような過度な減速が行われたり、逆に減速が足りずに危険を感じたりする場合がある。

特開２０１０−３５３７６号公報 特開２０１１−８３０８１号公報

従って、本発明の目的は、一側面によれば、搭乗者の意図に応じて回生制動力が働くようにするための技術を提供することである。

本発明に係るモータ駆動制御装置は、（Ａ）モータの駆動を制御する駆動制御部と、（Ｂ）ペダルの回転方向を検知するペダル回転センサから前記ペダルの回転方向が逆転であることを表す信号を受信した場合、回生を開始させるように駆動制御部に指示する回生制御部とを有する。このようにすれば搭乗者は容易に回生開始を指示できるようになる。

また、上で述べた回生制御部が、回生を開始させるように指示した後、ペダル回転センサからペダルの回転方向が正転であることを表す信号を受信した場合、上記回生を停止させるように駆動制御部に指示するようにしても良い。このようにすれば搭乗者は容易に回生停止を指示できるようになる。

さらに、上で述べた回生制御部が、上記回生を開始させるように指示した後、トルクセンサからトルクを検出したことを表す信号を受信した場合、上記回生を停止させるように駆動制御部に指示するようにしても良い。トルクが検出される場合には回生を継続すると搭乗者の負荷が高くなってしまうためである。

さらに、上で述べた回生制御部が、上記回生を開始させるように指示した後、ペダル回転センサから得られるペダルの回転量及びペダルの回転方向に応じて、回生目標量に対する制御係数を算出する制御係数算出部を有するようにしても良い。この場合、駆動制御部が、回生目標量と制御係数とから、モータの駆動を制御するようにしても良い。このようにすれば、搭乗者は回生の強度を適切に調整できるようになる。

また、上で述べた回生制御部が、上記回生を開始させるように指示した後、ペダル回転センサから得られるペダルの回転方向が逆転である場合にはペダル回転センサから得られるペダルの回転量に応じて、回生目標量に対する制御係数を増加させ、ペダル回転センサから得られるペダルの回転方向が正転である場合にはペダル回転センサから得られるペダルの回転量に応じて制御係数を減少させる制御係数算出部を有するようにしても良い。この場合、駆動制御部が、回生目標量と制御係数とから、モータの駆動を制御するようにしても良い。このようにすれば、搭乗者は回生の強度を適切に調整できるようになる。

上で述べた回生制御部が、上記回生を開始させるように指示した後、トルクセンサからトルクを検出したことを表す信号を受信した場合、上記回生を停止させるように駆動制御部に指示するようにしても良い。このようにすれば、回生制御量の調整中であっても推進力が必要となる場合において、搭乗者の負荷を減ずることができるようになる。

なお、ペダル回転センサとトルクセンサとが一体である場合もある。すなわち、センサの形態には依存しない。さらに、このようなモータ駆動制御装置を有する電動アシスト車も可能である。

なお、上で述べたような処理をマイクロプロセッサに実施させるためのプログラムを作成することができ、当該プログラムは、例えばフレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ（例えばＲＯＭ）、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体又は記憶装置に格納される。なお、処理途中のデータについては、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置に一時保管される。

一側面によれば、搭乗者の意図に応じて回生制動力が働くようになる。

図１は、モータ付き自転車の外観を示す図である。 図２は、モータ駆動制御器の機能ブロック図である。 図３（ａ）乃至（ｌ）は、モータ駆動の基本動作を説明するための波形図である。 図４は、第１の実施の形態に係る演算部の機能ブロック図である。 図５は、速度に応じた最高効率回生電力を表す図である。 図６は、速度と目標回生量との関係を表す図である。 図７は、第１の実施の形態に係る制御係数の時間変化の一例を表す図である。 図８は、第１の実施の形態に係る制御係数の時間変化の一例を表す図である。 図９は、第２の実施の形態に係る制御係数とペダル逆回転累積量との関係を表す図である。 図１０は、第２の実施の形態に係る演算部の機能ブロック図である。 図１１は、メインの処理フローを示す図である。 図１２は、メインの処理フローを示す図である。 図１３（ａ）乃至（ｄ）は、回生制御の一例を示す図である。 図１４（ａ）乃至（ｆ）は、回生制御の一例を示す図である。 図１５（ａ）乃至（ｆ）は、回生制御の一例を示す図である。 図１６は、マイクロプロセッサで実施する場合の機能ブロック図である。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態における電動アシスト車であるモータ付き自転車の一例を示す外観図である。このモータ付き自転車１は、モータ駆動装置を搭載している。モータ駆動装置は、二次電池１０１と、モータ駆動制御器１０２と、トルクセンサ１０３と、ブレーキセンサ１０４ａ及び１０４ｂと、モータ１０５と、ペダル回転センサ１０７とを有する。なお、図１には示されていないが、モータ駆動装置は、シェイプアップモードを指示するボタン等も用意されている場合もある。

二次電池１０１は、例えば供給最大電圧（満充電時の電圧）が２４Ｖのリチウムイオン二次電池であるが、他種の電池、例えばリチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池などであっても良い。

トルクセンサ１０３は、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、搭乗者によるペダルの踏力を検出し、この検出結果をモータ駆動制御器１０２に出力する。ペダル回転センサ１０７は、トルクセンサ１０３と同様に、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、回転に応じた信号をモータ駆動制御器１０２に出力する。なお、ペダル回転センサ１０７は、回転位相角に加えて、ペダルの正転又は逆転といった回転方向についても検出可能であるものとする。

モータ１０５は、例えば周知の三相直流ブラシレスモータであり、例えばモータ付き自転車１の前輪に装着されている。モータ１０５は、前輪を回転させるとともに、前輪の回転に応じてローターが回転するように、ローターが前輪に連結されている。さらに、モータ１０５はホール素子等の回転センサを備えてローターの回転情報（すなわちホール信号）をモータ駆動制御器１０２に出力する。

このようなモータ付き自転車１のモータ駆動制御器１０２に関連する構成を図２に示す。モータ駆動制御器１０２は、制御器１０２０と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）ブリッジ１０３０とを有する。ＦＥＴブリッジ１０３０には、モータ１０５のＵ相についてのスイッチングを行うハイサイドＦＥＴ（Ｓuh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓul）と、モータ１０５のＶ相についてのスイッチングを行うハイサイドＦＥＴ（Ｓvh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓvl）と、モータ１０５のＷ相についてのスイッチングを行うハイサイドＦＥＴ（Ｓwh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓwl）とを含む。このＦＥＴブリッジ１０３０は、コンプリメンタリ型スイッチングアンプの一部を構成している。

また、制御器１０２０は、演算部１０２１と、ペダル回転入力部１０２３と、車速入力部１０２４と、可変遅延回路１０２５と、モータ駆動タイミング生成部１０２６と、トルク入力部１０２７と、ブレーキ入力部１０２８と、ＡＤ入力部１０２９とを有する。

演算部１０２１は、ペダル回転入力部１０２３からの入力、車速入力部１０２４からの入力、トルク入力部１０２７からの入力、ブレーキ入力部１０２８からの入力、ＡＤ（Analog-Digital）入力部１０２９からの入力を用いて以下で述べる演算を行って、モータ駆動タイミング生成部１０２６及び可変遅延回路１０２５に対して出力を行う。なお、演算部１０２１は、メモリ１０２１１を有しており、メモリ１０２１１は、演算に用いる各種データ及び処理途中のデータ等を格納する。さらに、演算部１０２１は、プログラムをプロセッサが実行することによって実現される場合もあり、この場合には当該プログラムがメモリ１０２１１に記録されている場合もある。

ペダル回転入力部１０２３は、ペダル回転センサ１０７からの、ペダル回転位相角及び回転方向を表す信号を、ディジタル化して演算部１０２１に出力する。車速入力部１０２４は、モータ１０５が出力するホール信号から現在車速を算出して、演算部１０２１に出力する。トルク入力部１０２７は、トルクセンサ１０３からの踏力に相当する信号をディジタル化して演算部１０２１に出力する。ブレーキ入力部１０２８は、ブレーキセンサ１０４ａ及び１０４ｂからの信号に応じて、オン信号をいずれのブレーキセンサ１０４ａ及び１０４ｂからも受信しないブレーキなし状態、ブレーキセンサ１０４ａ又は１０４ｂからオン信号を受信しているブレーキ状態のいずれかを表す信号を演算部１０２１に出力する。ＡＤ入力部１０２９は、二次電池１０１からの出力電圧をディジタル化して演算部１０２１に出力する。また、メモリ１０２１１は、演算部１０２１とは別に設けられる場合もある。

演算部１０２１は、演算結果として進角値を可変遅延回路１０２５に出力する。可変遅延回路１０２５は、演算部１０２１から受け取った進角値に基づきホール信号の位相を調整してモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力する。演算部１０２１は、演算結果として例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）のデューティー比に相当するＰＷＭコードをモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力する。モータ駆動タイミング生成部１０２６は、可変遅延回路１０２５からの調整後のホール信号と演算部１０２１からのＰＷＭコードとに基づいて、ＦＥＴブリッジ１０３０に含まれる各ＦＥＴに対するスイッチング信号を生成して出力する。

図３（ａ）乃至（ｌ）を用いて図２に示した構成によるモータ駆動の基本動作を説明する。図３（ａ）はモータ１０５が出力したＵ相のホール信号ＨＵを表し、図３（ｂ）はモータ１０５が出力したＶ相のホール信号ＨＶを表し、図３（ｃ）はモータ１０５が出力したＷ相のホール信号ＨＷを表す。このように、ホール信号はモータの回転位相を表している。なお、ここでは回転位相を連続値として得られるわけではないが、他のセンサ等により得られるようにしてもよい。以下でも述べるように、本実施の形態では、モータ１０５のホール素子を、ホール信号が図３（ａ）乃至（ｃ）で示すように若干進んだ位相で出力されるよう設置して、可変遅延回路１０２５で調整可能なようにしている。従って、図３（ｄ）に示すようなＵ相の調整後ホール信号ＨＵ＿Ｉｎが可変遅延回路１０２５からモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力され、図３（ｅ）に示すようなＶ相の調整後ホール信号ＨＶ＿Ｉｎが可変遅延回路１０２５からモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力され、図３（ｆ）に示すようなＷ相の調整後ホール信号ＨＷ＿Ｉｎが可変遅延回路１０２５からモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力される。

なお、ホール信号１周期を電気角３６０度として、６つのフェーズに分けられる。

また、図３（ｇ）乃至（ｉ）に示すように、Ｕ相の端子にMotor_U逆起電力、Ｖ相の端子にMotor_V逆起電力、Ｗ相の端子にMotor_W逆起電力という逆起電力電圧が発生する。このようなモータ逆起電力電圧に位相を合わせて駆動電圧を与えモータ１０５を駆動するためには、図３（ｊ）乃至（ｌ）に示すようなスイッチング信号をＦＥＴブリッジ１０３０の各ＦＥＴのゲートに出力する。図３（ｊ）のＵ＿ＨＳはＵ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓuh）のゲート信号を表しており、Ｕ＿ＬＳはＵ相のローサイドＦＥＴ（Ｓul）のゲート信号を表している。ＰＷＭ及び「／ＰＷＭ」は、演算部１０２１の演算結果であるＰＷＭコードに応じたデューティー比でオン／オフする期間を表しており、コンプリメンタリ型であるからＰＷＭがオンであれば／ＰＷＭはオフとなり、ＰＷＭがオフであれば／ＰＷＭはオンとなる。ローサイドＦＥＴ（Ｓul）の「Ｏｎ」の区間は、常にオンとなる。図３（ｋ）のＶ＿ＨＳはＶ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓvh）のゲート信号を表しており、Ｖ＿ＬＳはＶ相のローサイドＦＥＴ（Ｓvl）のゲート信号を表している。記号の意味は図３（ｊ）と同じである。さらに、図３（ｌ）のＷ＿ＨＳはＷ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓwh）のゲート信号を表しており、Ｗ＿ＬＳはＷ相のローサイドＦＥＴ（Ｓwl）のゲート信号を表している。記号の意味は図３（ｊ）と同じである。

このようにＵ相のＦＥＴ（Ｓuh及びＳul）は、フェーズ１及び２でＰＷＭのスイッチングを行い、Ｕ相のローサイドＦＥＴ（Ｓul）は、フェーズ４及び５でオンになる。また、Ｖ相のＦＥＴ（Ｓvh及びＳvl）は、フェーズ３及び４でＰＷＭのスイッチングを行い、Ｖ相のローサイドＦＥＴ（Ｓvl）は、フェーズ６及び１でオンになる。さらに、Ｗ相のＦＥＴ（Ｓwh及びＳwl）は、フェーズ５及び６でＰＷＭのスイッチングを行い、Ｗ相のローサイドＦＥＴ（Ｓwl）は、フェーズ２及び３でオンになる。

このような信号を出力してデューティー比を適切に制御すれば、モータ１０５を所望のトルクで駆動できるようになる。

次に、本実施の形態に係る演算部１０２１の機能ブロック図を図４に示す。図４に示すように、演算部１０２１は、制御係数出力部１２０１と、回生目標算出部１２０２と、乗算器１２０３と、ＰＷＭコード生成部１２０４とを有する。なお、乗算器１２０３とＰＷＭコード生成部１２０４とは、ＰＷＭ制御部として動作する。

制御係数出力部１２０１は、ペダル回転入力部１０２３からのペダルの回転方向に応じて以下で述べるような制御係数を、乗算器１２０３に出力する。また、回生目標算出部１２０２は、車速入力部１０２４からの車速などに応じて回生目標量を算出し、乗算器１２０３に出力する。乗算器１２０３は、制御係数と回生目標量とを乗算して乗算結果をＰＷＭコード生成部１２０４に出力する。ＰＷＭコード生成部１２０４は、乗算器１２０３からの出力と車速などから、ＰＷＭのデューティー比に相当するＰＷＭコードを生成して、モータ駆動タイミング生成部１０２６に出力する。

上で述べたように回生目標算出部１２０２は、車速などに応じて回生目標量を算出する。例えば、図５に示すように、車速によって回生効率が最大となる電力量が決まっており、図６に示すように、このように回生効率が最大となる電力量を生じさせるように例えば車速に応じて回生目標量を設定することが好ましい。但し、回生目標量については、電力量、デューティー比、トルク、電流量など、ＰＷＭコード生成部１２０４における演算で用いられる単位の量について設定する。例えば、トルク単位で演算を行う場合には、回生効率が最大となるようなトルクと車速の関係を予め特定しておき、回生目標算出部１２０２が、現在の車速に応じてトルクの目標量を算出する。なお、ブレーキによって車速が減少すれば、回生目標量も減少する。また、図６に示すようなカーブは一例であり、モータや電池保護等の観点でカーブが設定される場合もある。

乗算器１２０３は、制御係数出力部１２０１から出力された制御係数の値Ｃと、回生目標算出部１２０２から出力された回生目標量Ｖとを乗算し、Ｃ×ＶをＰＷＭコード生成部１２０４に出力する。ＰＷＭコード生成部１２０４は、車速などとＣ×Ｖとに応じてデューティー比に応じたＰＷＭコードを生成する。例えば、ＶがトルクであればＣ×Ｖもトルクとなるので、トルクＣ×Ｖと、車速に応じたトルクとから、例えば変換係数などによってＰＷＭコードに変換する。

次に、制御係数出力部１２０１により出力される制御係数について図７及び図８を用いて説明する。図７に、時間ｔと制御係数との関係を示す。本実施の形態では、ペダル回転センサ１０７からの信号に基づき、ペダル回転入力部１０２３が、搭乗者がペダルを逆方向へ回転させたことを検出すると、制御係数出力部１２０１は、制御係数を上限値に設定する。そして、ペダル回転入力部１０２３からの信号が、ペダルを固定させているか、さらに逆方向へ回転させていることを表している場合には、制御係数出力部１２０１は、制御係数の値を変化させない。その後、搭乗者がペダルを正方向へ回転させたことを検出すると、制御係数出力部１２０１は、制御係数を０に設定する。このように搭乗者は、ペダルの回転方向に応じて回生動作のオン及びオフを簡単に指示できる。

但し、回生制御量を最初から大きな値にすることや、急に回生制御量を０にするといった制御を行うと、搭乗者に違和感を与えることになる。従って、図８に示すように、例えば時刻ｔ１で回生制御の開始が指示されると、例えば期間Ｔ１だけかけて徐々に制御係数の値が上昇し、時刻ｔ２で制御係数の値が上限値に達するようなスルーレート制御が好ましい。同様に、時刻ｔ３で回生制御の停止が指示されても、例えば期間Ｔ２だけかけて徐々に制御係数の値を減少させ、時刻ｔ４で制御係数の値が下限値に達するようなスルーレート制御が好ましい。

なお、本実施の形態では、制御係数の上限値は「１」を想定しているが、「１」以上の数値を設定するようにしてもよい。場合によっては、制御係数の上限値が時間によって可変の場合もある。制御係数の下限値についても「０」を想定しているが、「０」以外の値を設定するようにしても良い。場合によっては、制御係数の下限値が時間によって可変の場合もある。

以上のように、本実施の形態では、搭乗者によるペダルの逆回転という事象を検出すれば回生動作を開始し、回生動作開始後にペダルの正回転という事象を検出すれば回生動作を停止させることができるようになる。すなわち、搭乗者の意図に応じて回生動作が行われるようになる。

［実施の形態２］
第１の実施の形態では回生動作のオン及びオフのみが可能な例を示したが、本実施の形態では、より搭乗者の意図に応じた回生制御量の設定を可能にする。

具体的には、図９に示すような制御係数を設定するものとする。すなわち、図９の例では、横軸はペダル逆回転累積量（位相角）θを表しており、縦軸は制御係数を表している。このように、ある一定の値θ1までは、ペダル逆回転累積量の増加に比例して制御係数は増加する。この際の傾きは（制御係数上限値）／θ1である。そして、ペダル逆回転累積量がθ1に達して、制御係数が上限値まで到達すると、ペダル逆回転累積量が増加しても制御係数は上限値で固定される。なお、ペダル回転センサ１０７による回転位相角の検出が離散的である場合には、点線で描いたような形でステップバイステップで制御係数が増加することになる。一方、ペダルの回転方向を正方向に逆転させると、その時点からのペダル正回転量（位相角）に比例させて制御係数を減少させる。

従って、搭乗者は、より大きな回生を行わせる場合には大きくさせたい分だけペダルを逆回転させ、一旦大きくした回生制御量を小さくしたい場合には小さくさせたい分だけペダルを正回転させればよい。

なお、トルクセンサ１０３がトルクを検出した場合には、回生を行わせるのは適切ではないので、トルクセンサ１０３によるトルクの検出を優先させて、回生動作を停止させる。

このような動作を可能にするため、本実施の形態に係る演算部１０２１は、図１０に示すような構成を有する。演算部１０２１は、制御係数算出部１２１０と、回生目標算出部１２０２と、乗算器１２０３と、ＰＷＭコード生成部１２０４と、制御有効最終判定部１２１１とを有する。なお、乗算器１２０３とＰＷＭコード生成部１２０４とは、ＰＷＭ制御部として動作する。第１の実施の形態と同じ機能を有する構成要素については、同じ参照番号が付されている。

制御係数算出部１２１０は、ペダル回転入力部１０２３からの回転方向及び回転位相角を表す信号とトルク入力部１０２７からのトルクの有り無しを表す信号とに応じて、以下に述べるように制御係数を算出し、制御有効最終判定部１２１１に出力する。また、制御有効最終判断部１２１１は、トルク入力部１０２７からのトルク入力有り又は無しを表す信号とシェイプアップモード指示とに応じて、制御係数算出部１２１０からの制御係数を乗算器１２０３に出力するか否かを判定する。なお、シェイプアップモード指示は、例えば操作パネルなどからユーザにより入力される指示であり、無条件に回生を有効にするか否かを表す。より具体的には、制御有効最終判定部１２１１は、トルク入力部１０２７からのトルク入力有りの入力がなされた場合、制御係数算出部１２１０から出力される制御係数を下限値（例えば０）に変更して出力する。一方、トルク入力無しの入力がなされている場合には、制御有効最終判定部１２１１は、制御係数算出部１２１０から出力される制御係数をそのまま出力する。また、制御有効最終判定部１２１１は、シェイプアップモード指示がある場合、すなわちシェイプアップモードと言われるようなトルク入力中でも意図的に回生を行うようなモードの場合には、トルク入力があっても制御係数算出部１２１０から出力される制御係数をそのまま出力する。

そして、回生目標算出部１２０２は、車速入力部１０２４からの車速などに応じて回生目標量を算出し、乗算器１２０３に出力する。乗算器１２０３は、制御係数と回生目標量とを乗算して乗算結果をＰＷＭコード生成部１２０４に出力する。ＰＷＭコード生成部１２０４は、乗算器１２０３からの出力と車速などから、ＰＷＭのデューティー比に相当するＰＷＭコードを生成して、モータ駆動タイミング生成部１０２６に出力する。

乗算器１２０３は、制御有効最終判定部１２１１から出力された制御係数の値Ｃと、回生目標算出部１２０２から出力された回生目標量Ｖとを乗算し、Ｃ×ＶをＰＷＭコード生成部１２０４に出力する。ＰＷＭコード生成部１２０４は、車速などとＣ×Ｖとに応じてデューティー比に応じたＰＷＭコードを生成する。例えば、ＶがトルクであればＣ×Ｖもトルクとなるので、トルクＣ×Ｖと、車速に応じたトルクとから、例えば変換係数などによってＰＷＭコードに変換する。

次に、制御係数算出部１２１０の処理フローを図１１及び図１２を用いて説明する。制御係数算出部１２１０は、制御中フラグがＯＮに設定されているか判断する（図１１：ステップＳ１）。制御中フラグは、回生制御中であればＯＮにセットされ、回生制御中でなければＯＦＦにセットされる。制御中フラグがＯＮであれば、処理は端子Ａを介して図１２の処理に移行する。

一方、制御中フラグがＯＦＦであれば、制御係数算出部１２１０は、回生制御の開始条件を満たしているか否かを判断する（ステップＳ３）。回生制御の開始条件とは、ペダル回転入力部１０２３から、ペダルが逆回転であることを表す信号を受信したということである。なお、トルク入力部１０２７からの信号もトルク無しを表しているものとする。回生制御の開始条件が満たされていない場合には、処理はステップＳ９に移行する。

一方、回生制御の開始条件が満たされている場合には、制御係数算出部１２１０は、制御中フラグをＯＮにセットする（ステップＳ５）。そして、制御係数算出部１２１０は、制御係数に、ペダル回転入力部１０２３から受信した初期逆回転量（逆回転の位相角）に応じた値を設定する（ステップＳ７）。そして処理はステップＳ９に移行する。この制御係数の値は、乗算器１２０３に出力され、回生目標算出部１２０２からの出力である回生目標量との積が算出され、当該積はＰＷＭコード生成部１２０４に出力される。

そして、制御係数算出部１２１０は、処理を終了する段階であるか判断する（ステップＳ９）。例えば、搭乗者から電源オフが指示されたか否かを判断する。処理終了でない場合には、処理はステップＳ１に戻る。一方、処理を終了する段階であれば、処理を終了する。

次に、図１２の処理の説明に移行して、制御係数算出部１２１０は、回生制御の停止条件が満たされたか判断する（ステップＳ１１）。回生制御の停止条件とは、トルク入力部１０２７からのトルク有りを表す信号を受信した場合、又は制御係数が下限値（例えば０）となった場合である。これは、トルク有りであれば回生制御を行うのは搭乗者の負荷の観点から不適切なためである。また、一旦制御係数が下限値になれば、ペダルが正回転されている状態であるから、今後のペダルの逆回転に備えるためである。

回生制御の停止条件が満たされた場合には、制御係数算出部１２１０は、制御中フラグをＯＦＦにセットする（ステップＳ１３）。トルクを検出した場合には、制御係数の値はそのままにしておくが、制御有効最終判定部１２１１によりそのまま出力されるか又は下限値（例えば０）とされるかが決定される。その後処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ９に戻る。

一方、回生制御の停止条件が満たされていない場合には、制御係数算出部１２１０は、ペダル回転入力部１０２３からの信号がペダルの逆回転を表しているか判断する（ステップＳ１７）。ペダルが逆回転している場合には、制御係数算出部１２１０は、制御係数＋ΔＲu＊Δ回転量（今回検出された正回転位相角）により制御係数の値を更新する（ステップＳ１９）。ΔＲuについては予め設定されている増分量である。但し、予め定められている上限値（例えば１）を超えて増加させることはない。従って、制御係数算出部１２１０は、制御係数の値が上限値以上となったか判断する（ステップＳ２５）。上限値未満であれば、処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ９に戻る。一方、上限値以上であれば、制御係数算出部１２１０は、制御係数を制御係数の上限値（例えば１）に設定する（ステップＳ２７）。この制御係数の新たな値は、乗算器１２０３に出力される。そして処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ９に戻る。

一方、ペダルが逆回転しているわけではない場合、制御係数算出部１２１０は、ペダル回転入力部１０２３からの信号がペダルの正回転を表しているか判断する（ステップＳ２１）。ペダルが正回転している場合には、制御係数算出部１２１０は、制御係数−ΔＲd＊Δ回転量（今回検出された逆回転位相角）により制御係数の値を更新する（ステップＳ２３）。ΔＲdについては予め設定されている減分量である。ΔＲdは、ΔＲuと一致する場合もあれば一致しない場合もある。但し、予め定められている下限値（例えば０）を下回るように減少させることはない。そこで、制御係数算出部１２１０は、制御係数の値が制御係数の下限値以下であるか判断する（ステップＳ２９）。下限値を超えている場合には、処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ９に戻る。一方、下限値以下であれば、制御係数算出部１２１０は、制御係数を制御係数の下限値に設定する（ステップＳ３１）。この制御係数の新たな値は、乗算器１２０３に出力される。そして処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ９に戻る。一方、ペダルの回転方向が逆回転でも正回転でもない場合、すなわち停止している場合には、処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ９に戻る。

以上のような処理を行うことで、搭乗者がペダルを逆回転させると、逆回転の回転位相角に応じた量の回生制御が行われるようになり、正回転させればその回転位相角の分だけ、回生制御の量が減じられる。すなわち、トルクが検出されていなければ、回生制御の量を、ペダルの回転にて調整できるようになる。

次に、図１１及び図１２に示した処理フローで実現される回生制御の例を図１３乃至図１５を用いて説明する。

図１３（ａ）は、制御係数の値の時間変化を表しており、図１３（ｂ）は、ペダルの回転累積量（ペダルの逆方向の累積回転位相角）の時間変化を表しており、図１３（ｃ）は、トルクの有無の時間変化を表しており、図１３（ｄ）は、制御中フラグ（ＯＮ又はＯＦＦ）の時間変化を表している。なお、ペダルの回転累積量は、下側の方が逆回転の累積量を表し、上側の方が正回転の累積量を表す。また、トルクの有無については、実際にはリップルが存在しているが、ここでは簡略化して有無のみを示している。

時刻ｔ１１までは、ペダルの回転は検出されておらず且つトルクも検出されていない。時刻ｔ１１になるとペダルの逆方向の回転が検出されるので、制御中フラグがＯＮにセットされる。その後時刻ｔ１２まで、ペダル逆回転累積量は増加するので、制御係数の値は増加する。時刻ｔ１２になると、トルクが検出されない程度の回転速度でペダルが正回転するようになるので、時刻ｔ１３までペダル逆回転累積量は減少し、制御係数の値も減少する。その後、時刻ｔ１３になると、再度ペダルが逆回転するようになるので、ペダル逆回転累積量も増加し、制御係数の値も増加する。時刻ｔ１３以降のペダルの回転速度は、時刻ｔ１１以降のペダルの回転速度よりも早いので、急激にペダル逆回転累積量が増加する。但し、時刻ｔ１４になると、ペダル逆回転累積量はまだ増加しているが、制御係数の値は上限値に達するので上限値で固定される。

その後、時刻ｔ１５になると、トルクが発生しない程度の回転速度でペダルが正回転するようになるので、制御係数の値は減少し始める。正回転が継続すると、時刻ｔ１６で制御係数の値が０となり、制御中フラグもＯＦＦにセットする。なお、制御係数の値が上限値に達した後もペダルを逆回転させたので、時刻ｔ１６では、制御係数の値は０となって、ペダル逆回転累積量はオフセットを有することになる。但し、このオフセットは制御中フラグがオフとなっているので無視され、再度ペダルを逆回転させると、時刻ｔ１１の状態となる。

また、図１４は他の場面を表している。図１４（ａ）は電動アシスト車が走行する地面の標高の時間変化を表しており、図１４（ｂ）は速度の時間変化を表しており、図１４（ｃ）は、ペダルの回転累積量の時間変化を表しており、図１４（ｄ）はトルクの有無の時間変化を表しており、図１４（ｅ）は制御係数の時間変化を表しており、図１４（ｆ）は制御中フラグ（ＯＮ及びＯＦＦ）の時間変化を表している。なお、ペダルの回転累積量は、下側の方が逆回転の累積量を表し、上側の方が正回転の累積量を表す。また、トルクの有無については、実際にはリップルが存在しているが、ここでは簡略化して有無のみを示している。

図１４は、平坦な道から坂を下りきると緩やかな上り坂が直ぐにある場面を示しており、時刻ｔ２１までは平坦で、搭乗者はペダルを正回転で漕いでいるので、トルクを検出しており、制御中フラグはＯＦＦであり且つ制御係数も０となっている。坂を下り始めるとペダルの回転を止めてトルクは検出されなくなり、速度が上昇する。但し、時刻ｔ２２までは、ペダルの逆回転は検出されていないので、制御中フラグはＯＦＦであり且つ制御係数も０となっている。そして、時刻ｔ２２で、ペダルの逆回転を検出すると、回生制御が開始され、制御中フラグがＯＮにセットされ、ペダル逆回転累積量は増加するので、それに応じて制御係数も増加する。そうすると回生ブレーキがきき始めるので、速度の上昇は抑えられる。時刻ｔ２３になると、ペダルの逆回転が停止されるので、ペダル逆回転累積量は変化しなくなり、制御係数も変化しなくなり、速度もおおよそ一定となる。その後、時刻ｔ２４で坂を下りきると、直ぐに上り坂となり、速度は急激に減少するので、時刻ｔ２５でペダルを正転させて、倒れないようにする。そうすると、トルクが検出されるようになるので、制御中フラグはＯＦＦとなり、制御係数は制御有効最終判定部１２１１により下限値（ここでは０）に設定される（図１４（ｅ）において一点鎖線で示す部分）。このように、トルクを検出した場合に回生を継続すると、上り坂を登り始める際に搭乗者に大きな負荷が掛かってしまうので、トルクを検出した場合には直ぐに回生制御をオフすることが好ましい。

また、図１５に、他の場面を示す。図１５（ａ）は電動アシスト車が走行する地面の標高の時間変化を表しており、図１５（ｂ）は速度の時間変化を表しており、図１５（ｃ）は、ペダルの回転累積量の時間変化を表しており、図１５（ｄ）はトルクの有無の時間変化を表しており、図１５（ｅ）は制御係数の時間変化を表しており、図１５（ｆ）は制御中フラグ（ＯＮ及びＯＦＦ）の時間変化を表している。なお、ペダルの回転累積量は、下側の方が逆回転の累積量を表し、上側の方が正回転の累積量を表す。また、トルクの有無については、実際にはリップルが存在しているが、ここでは簡略化して有無のみを示している。

図１５は、搭乗者が平坦な道を走行中時刻ｔ３１で信号が赤となったことを認識し、ペダルの正回転を止めた場面を示している。すなわち、時刻ｔ３１ではトルクが検出されなくなる。そうすると、速度がやや減速されるが、信号までに速やかに停止できないと判断した搭乗者は時刻ｔ３２でペダルを逆回転させる。そうすると、時刻ｔ３２で制御中フラグがＯＮとなり、ペダルの逆回転累積量が増加するため、それに応じて制御係数も増加する。但し、時刻ｔ３３になると、ペダルの逆回転が停止されるので、制御係数の増加も停止する。そうすると、回生ブレーキにより速度は徐々に減少することとなり、信号で停止する。このように、ペダルの逆回転の大きさで、回生ブレーキの強さを調整して、適切に減速できるようになる。

以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるわけではない。例えば、第１の実施の形態でも第２の実施の形態のようにトルク検出に応じて制御係数を下限値（例えば０）に設定しても良い。

なお、上で述べた例では、特許第５１００９２０号公報に示されるように、ペダル回転センサ１０７とトルクセンサ１０３とが別々に設けられることを想定して説明したが、例えば特開２０１２−１３６２６号公報に開示されているように、ペダル回転センサ１０７とトルクセンサ１０３とが一体化されており、ペダルの回転情報からトルクが算出されるような構造のセンサを用いるようにしても良い。

また、上で述べた例では、ペダルの累積回転量を管理することなく制御係数を算出する例を示しているが、ペダルの累積回転量を管理した上で、当該ペダルの累積回転量に応じた制御係数を算出するようにしても良い。

また、演算部１０２１の一部については専用の回路で実現される場合もあれば、マイクロプロセッサがプログラムを実行することで上記のような機能が実現される場合もある。

また、モータ駆動制御器１０２の一部又は全部については専用の回路で実現される場合もあれば、マイクロプロセッサがプログラムを実行することで上記のような機能が実現される場合もある。

この場合、モータ駆動制御器１０２は、図１６に示すように、ＲＡＭ（Random Access Memory）４５０１とプロセッサ４５０３とＲＯＭ（Read Only Memory）４５０７とセンサ群４５１５とがバス４５１９で接続されている。本実施の形態における処理を実施するためのプログラム及び存在している場合にはオペレーティング・システム（ＯＳ：Operating System））は、ＲＯＭ４５０７に格納されており、プロセッサ４５０３により実行される際にはＲＯＭ４５０７からＲＡＭ４５０１に読み出される。なお、ＲＯＭ４５０７は、閾値その他のパラメータをも記録しており、このようなパラメータも読み出される。プロセッサ４５０３は、上で述べたセンサ群４５１５を制御して、測定値を取得する。また、処理途中のデータについては、ＲＡＭ４５０１に格納される。なお、プロセッサ４５０３は、ＲＯＭ４５０７を含む場合もあり、さらに、ＲＡＭ４５０１を含む場合もある。本技術の実施の形態では、上で述べた処理を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能なリムーバブル・ディスクに格納されて頒布され、ＲＯＭライタによってＲＯＭ４５０７に書き込まれる場合もある。このようなコンピュータ装置は、上で述べたプロセッサ４５０３、ＲＡＭ４５０１、ＲＯＭ４５０７などのハードウエアとプログラム（場合によってはＯＳも）とが有機的に協働することにより、上で述べたような各種機能を実現する。

１２０１ 制御係数出力部
１２０２ 回生目標算出部
１２０３ 乗算器
１２０４ ＰＷＭコード生成部
１２１０ 制御係数算出部
１２１１ 制御有効最終判定部

Claims (8)

1. モータの駆動を制御する駆動制御部と、
   ペダルの回転方向を検知するペダル回転センサから前記ペダルの回転方向が逆転であることを表す信号を受信した場合、回生を開始させるように前記駆動制御部に指示し、前記ペダル回転センサから得られる、逆回転方向における前記ペダルの回転量に応じて前記回生の量を制御する回生制御部と、
   を有するモータ駆動制御装置。
2. 前記回生制御部が、
   前記回生を開始させるように指示した後、前記ペダル回転センサから前記ペダルの回転方向が正転であることを表す信号を受信した場合、前記回生を停止させるように前記駆動制御部に指示する
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記回生制御部が、
   前記回生を開始させるように指示した後、トルクセンサからトルクを検出したことを表す信号を受信した場合、前記回生を停止させるように前記駆動制御部に指示する
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記回生制御部が、
   前記回生を開始させるように指示した後、前記ペダル回転センサから得られる前記ペダルの回転量及び前記ペダルの回転方向に応じて、回生目標量に対する制御係数を算出する制御係数算出部を有し、
   前記駆動制御部が、前記回生目標量と前記制御係数とから、前記モータの駆動を制御する
   請求項１又は３記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記回生制御部が、
   前記回生を開始させるように指示した後、前記ペダル回転センサから得られる前記ペダルの回転方向が逆転である場合には前記ペダル回転センサから得られる前記ペダルの回転量に応じて、回生目標量に対する制御係数を増加させ、前記ペダル回転センサから得られる前記ペダルの回転方向が正転である場合には前記ペダル回転センサから得られる前記ペダルの回転量に応じて前記制御係数を減少させる制御係数算出部
   を有し、
   前記駆動制御部が、前記回生目標量と前記制御係数とから、前記モータの駆動を制御する
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記回生制御部が、
   前記回生を開始させるように指示した後、トルクセンサからトルクを検出したことを表す信号を受信した場合、前記回生を停止させるように前記駆動制御部に指示する
   請求項５記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記ペダル回転センサと前記トルクセンサとが一体である請求項３又は６記載のモータ駆動制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置を有する電動アシスト車。

Images