JP5670403B2 - 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、電動アシスト車における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、乗員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。

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、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。

特開平１０−８１２９０号公報 特開２００８−４４４１４号公報 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、搭乗者の意図を加味し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）搭乗者による回生制御の開始指示又は停止指示を検出する検出部と、（Ｂ）検出部により回生制御の開始指示を検出すると、当該検出時における第１の車速を特定すると共に回生目標量に対する制御係数に所定の値を設定し、検出部により回生制御の停止指示を検出するまで、現在車速が第１の車速より速い場合には制御係数の値を増加させ、現在車速が第１の車速より遅い場合には制御係数の値を減少させる制御係数算出部と、（Ｃ）制御係数算出部からの制御係数の値と回生目標量とから、モータの駆動を制御する制御部とを有する。

このようにすれば搭乗者の意図を加味して回生制動力が働くようになり、可能な限り第１の車速が維持されるように回生制御が行われるようになる。よって、搭乗者が、自らブレーキ操作を繰り返したり維持したりすることなく、適度に回生制動力が効くようになる。

また、上で述べた制御係数算出部が、検出部により回生制御の停止指示を検出する前に回生制御の開始指示を再度検出すると、当該再度の検出時における第２の車速を特定し、現在車速が第２の車速より速い場合には制御係数の値を増加させ、現在車速が第２の車速より遅い場合には制御係数の値を減少させるようにしても良い。このようにすれば、回生制御の停止指示を行うことなく、状況の変化に応じて搭乗者が簡易に意図の変更を指示できるようになる。

さらに、上で述べた制御係数算出部が、検出部から回生制御の停止指示を検出すると、回生制御を解除するように動作する。即ち、搭乗者の意図に応じて設定変更を行うものである。

また、上で述べた回生制御の開始指示が、ペダルの所定位相角以上の逆回転、回生制御の開始指示のための指示スイッチのオン、又はブレーキスイッチが所定時間内に連続してオンになったことにより検出される場合もある。簡易に指示できる手段を採用できる。

さらに、回生制御の停止指示が、ペダルの所定位相角以上の正回転、トルク入力、回生制御の開始指示のための指示スイッチのオフ、又はブレーキスイッチ（例えば開始指示とは別のブレーキスイッチ）が所定時間内に連続してオンになったことにより検出される場合もある。

また、上で述べた制御係数算出部が、制御係数の値が当該制御係数の下限値に達した後現在車速が第１の車速より速くなれば、回生制御の開始指示を検出せずとも制御係数の値を増加させるようにしても良い。このように自動的に回生制動が再開するので、搭乗者は煩わしい操作を繰り返さずとも良くなる。

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、搭乗者の意図を加味した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、ブレーキセンサを説明するための図である。 図３は、モータ駆動制御器の機能ブロック図である。 図４（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５は、演算部の機能ブロック図である。 図６は、演算部の機能ブロック図である。 図７は、速度に応じた最高効率最大電力を表す図である。 図８は、速度と目標回生量との関係を表す図である。 図９は、制御係数と速度との関係を表す図である。 図１０は、制御係数の時間変化の一例を示す図である。 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は、回生制御の一例を示す図である。 図１４は、回生制御の一例を示す図である。 図１５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。

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、本実施の形態に係る回生制御を指示するための指示スイッチ１０６をも有する。

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。

ブレーキセンサ１０４ａは、図２のように、ハンドル部９０の左端に設けられたグリップ９１ａと、ブレーキレバー９３ａとをある程度握った状態になると、オン状態になって当該オン状態を表す信号をモータ駆動制御器１０２に伝えるようになっている。また、グリップ９１ａ及びブレーキレバー９３ａを握る程度に応じてブレーキワイヤ９２ａが引かれて、例えば後輪が機械的に制動される。

ブレーキセンサ１０４ｂも、グリップ９１ｂとブレーキレバー９３ｂとをある程度握った状態になると、オン状態になって、当該オン状態を表す信号をモータ駆動制御器１０２に伝えるようになっている。また、グリップ９１ｂ及びブレーキレバー９３ｂを握る程度に応じてブレーキワイヤ９２ｂが引かれて、例えば前輪が機械的に制動される。

より詳しくは、ブレーキセンサ１０４ａ及び１０４ｂは、例えば磁石と周知のリードスイッチとから構成されている。磁石は、ブレーキレバー９３ａ及び９３ｂを固定するとともにブレーキワイヤ９２ａ及び９２ｂが送通される筐体内において、ブレーキレバー９３ａ及び９３ｂに連結されたブレーキワイヤ９２ａ及び９２ｂに固定されている。ブレーキレバー９３ａ及び９３ｂが手で握られたときにリードスイッチをオン状態にするようになっている。また、リードスイッチは筐体内に固定されている。このリードスイッチの信号はモータ駆動制御器１０２に送られる。なお、ブレーキセンサ１０４ａ及び１０４ｂの構成は、このような方式に限定されるものではなく、光学的にブレーキ操作を検出する方法、機械的なスイッチによりブレーキ操作を検出する方法、電気抵抗の変動によりブレーキ操作を検出する方法などであってもよい。

また、図２には、例えばグリップ９１ａ付近に、本実施の形態に係る回生制御の開始又は停止を指示するための指示スイッチ１０６が備えられている。このように、グリップ９１ａ付近に設けることによって、グリップ９１ａを握ったまま指示スイッチ１０６をオン又はオフさせることができる。指示スイッチ１０６による指示信号は、モータ駆動制御器１０２に伝えられる。なお、指示スイッチ１０６は、グリップ９１ｂ付近に設けるようにしても良い。

指示スイッチ１０６は、（１）左右に倒すタイプのスイッチ１つで左はＯＮ、右はＯＦＦとするタイプ、（２）２つのスイッチを用意して、１つはＯＮ、１つはＯＦＦとするタイプ、（３）１つのスイッチを押す毎にＯＮ、ＯＦＦを切り替えるタイプなどが利用できる。本実施の形態では、ＯＮを継続して入力できるタイプが相応しい。

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３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（Ｓ_uh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓ_ul）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（Ｓ_vh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓ_vl）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（Ｓ_wh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓ_wl）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、指示入力部１０２２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、指示入力部１０２２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。

指示入力部１０２２は、指示スイッチ１０６からのオン又はオフを表す信号を演算部１０２１に出力する。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４（ａ）乃至（ｌ）を用いて図３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４（ａ）はモータ１０５が出力したＵ相のホール信号ＨＵを表し、図４（ｂ）はモータ１０５が出力したＶ相のホール信号ＨＶを表し、図４（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４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４（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４（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４（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４（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４（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４（ｊ）のＵ＿ＨＳはＵ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓ_uh）のゲート信号を表しており、Ｕ＿ＬＳはＵ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_ul）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（Ｓ_ul）の「Ｏｎ」の区間は、常にオンとなる。図４（ｋ）のＶ＿ＨＳはＶ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓ_vh）のゲート信号を表しており、Ｖ＿ＬＳはＶ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_vl）のゲート信号を表している。記号の意味は図４（ｊ）と同じである。さらに、図４（ｌ）のＷ＿ＨＳはＷ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓ_wh）のゲート信号を表しており、Ｗ＿ＬＳはＷ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_wl）のゲート信号を表している。記号の意味は図４（ｊ）と同じである。

このようにＵ相のＦＥＴ（Ｓ_uh及びＳ_ul）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（Ｓ_ul）は、フェーズ４及び５でオンになる。また、Ｖ相のＦＥＴ（Ｓ_vh及びＳ_vl）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（Ｓ_vl）は、フェーズ６及び１でオンになる。さらに、Ｗ相のＦＥＴ（Ｓ_wh及びＳ_wl）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（Ｓ_wl）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、演算部１０２１の機能ブロック図を図５及び図６に示す。まず、図５に、トリガ信号を出力するための機能ブロック図を示す。図５に示すように、イベント検出部１２１０は、ブレーキ入力部１０２８と、ペダル回転入力部１０２３と、指示入力部１０２２とに接続されている。

本実施の形態では、（Ａ）指示スイッチ１０６から当該指示スイッチ１０６がオンされたことを表す信号を指示入力部１０２２が検出して、当該信号をイベント検出部１２１０に出力した場合、イベント検出部１２１０は、この信号に応じて回生制御の開始を表すトリガ信号を出力する。また、（Ｂ）ペダル回転入力部１０２３からペダル回転位相角及び回転方向を表す信号を受信し、イベント検出部１２１０が、予め定められている位相角度以上ペダルの逆回転を検出した場合に、回生制御の開始を表すトリガ信号を出力する。また、（Ｃ）ブレーキ入力部１０２８からのブレーキ状態を表す信号を受信して、イベント検出部１２１０が、ブレーキ１０４ａとブレーキ１０４ｂとのいずれかが所定時間内に連続してオンとなったことを検出すると、回生制御の開始を表すトリガ信号を出力する。イベント検出部１２１０は、（Ａ）乃至（Ｃ）の少なくとも１つについて処理するような構成であっても良い。

さらに、本実施の形態では、回生制御の停止を表すトリガ信号を出力することなく、再度（Ａ）乃至（Ｃ）のいずれかの状態を検出した場合には、回生制御の第２の開始を表すトリガ信号を出力する。

一方、本実施の形態では、（Ｄ）指示スイッチ１０６から当該指示スイッチ１０６がオフされたことを表す信号を指示入力部１０２２が検出して、当該信号をイベント検出部１２１０に出力した場合、イベント検出部１２１０、この信号に応じて回生制御の停止を表すトリガ信号を出力する。また、（Ｅ）ペダル回転入力部１０２３からペダル回転位相角及び回転方向を表す信号を受信し、イベント検出部１２１０が、予めなされている位相角以上ペダルの正回転を検出した場合に、回生制御の停止を表すトリガ信号を出力する。さらに、（Ｆ）回生制御の開始を表すトリガ信号を出力した後に、ブレーキ入力部１０２８からのブレーキ状態を表す信号を受信して、イベント検出部１２１０が、（Ｃ）とは逆のブレーキ１０４ａ又はブレーキ１０４ｂが所定時間内に連続してオンとなったことを検出すると、回生制御の停止を表すトリガ信号を出力する。イベント検出部１２１０は、（Ｄ）乃至（Ｆ）の少なくとも１つについて処理するような構成であっても良い。

すなわち、搭乗者は、ブレーキにて回生制御についての指示を行っても良いし、ペダルによって回生制御についての指示を行っても良いし、指示スイッチ１０６によって回生制御についての指示を行うようにしても良い。そして、このような指示手段のうち少なくとも１つが用意されていればよい。

なお、ペダルによって回生制御についての指示を行う場合には、ペダル回転センサ１０７からの出力のみによって検出する場合もあれば、トルクセンサ１０３からの出力をも併せて用いる場合もある。また、ペダル回転センサ１０７を設けずに、他のセンサなどに加えて、トルクセンサ１０３からの出力を用いて回転制御の停止を検出するようにしても良い。

次に、トリガ信号を用いる部分の機能ブロック図を図６に示す。演算部１０２１は、制御係数算出部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、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。

制御係数算出部１２０１は、トリガ信号及び車速に応じて以下で述べるように制御係数を算出し、乗算器１２０３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の入力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１２０１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れた場合、制御係数算出部１２０１から出力される制御係数を一時的に下限値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１２０１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１２０１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。

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７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８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、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８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１２０１の演算内容について図９乃至図１５を用いて説明する。図９に、速度と制御係数との関係を表す図を示す。本実施の形態では、回生制御の開始指示を表すトリガ信号を受信すると、制御係数算出部１２０１は、当該トリガ信号を受信した時点における車速Ｖ１をメモリ１０２１１等に保持しておき、その後の車速が当該速度Ｖ１以上であれば、基本的には予め定められている制御係数の上限値を出力するようにする。

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１０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。

次に、制御係数算出部１２０１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１２０１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１２０１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、トリガ信号が回生制御の開始を表す信号であるという条件である。すなわち、上で述べた（Ａ）乃至（Ｃ）の場合である。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Ｓ１１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１２０１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１２０１は、現在車速をＶ１としてメモリ１０２１１等に格納する（ステップＳ７）。さらに、制御係数算出部１２０１は、制御係数に、予め定められている初期値をセットする（ステップＳ９）。初期値は０の場合もあれば、例えば０に近い正の値の場合もある。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値との積が算出され、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１２０１は、処理を終了する段階であるか判断する（ステップＳ１１）。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１２０１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Ｓ１３）。回生制御の停止条件とは、トリガ信号が回生制御の停止を表すトリガ信号であるという条件である。すなわち、上で述べた（Ｄ）乃至（Ｇ）の場合である。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１２０１は、制御中フラグをＯＦＦにセットする（ステップＳ１５）。そして、制御係数算出部１２０１は、制御係数を０にセットする（ステップＳ１７）。なお、０ではなく所定の下限値である場合もある。その後処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ１１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１２０１は、再度開始条件を満たすようになったか判断する（ステップＳ１９）。すなわち、トリガ信号が回生制御の第２の開始を表す信号であるという条件である。具体的には、回生制御の停止を表すトリガ信号を出力することなく、再度上で述べた（Ａ）乃至（Ｃ）の状態を検出した結果として、回生制御の第２の開始を表す信号を受信した場合である。

再度開始条件を満たすようになった場合には、制御係数算出部１２０１は、現在速度Ｖ１をメモリ１０２１１等に格納する（ステップＳ２１）。そして処理はステップＳ２３に移行する。一方、再度開始条件を満たしているわけではない場合には、処理はステップＳ２３に移行する。

そして、制御係数算出部１２０１は、現在車速がメモリ１０２１１等に保持されているＶ１より大きいか判断する（ステップＳ２３）。現在車速がＶ１より大きい場合には、制御係数算出部１２０１は、制御係数＋ΔＶuにより制御係数の値を更新する（ステップＳ２５）。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。ΔＶuについては予め設定されている増分量である。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Ｓ１１に戻る。

一方、現在車速がＶ１より小さい場合には、制御係数算出部１２０１は、制御係数−ΔＶdにより制御係数の値を更新する（ステップＳ２９）。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。ΔＶdについては予め設定されている減分量である。ΔＶdは、ΔＶuと一致する場合もあれば一致しない場合もある。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Ｓ１１に戻る。一方、現在車速がＶ１より小さいわけではない場合、すなわち現在車速＝Ｖ１であると、処理は端子Ｂを介して図１１のステップＳ１１に戻る。

以上のような処理を行うことで、回生制御の制御係数を、搭乗者による回生制御の開始指示に応じて設定される車速Ｖ１と現在車速との差に応じて増減させ、可能な限り現在車速を車速Ｖ１に近づける。これによって、搭乗者が好ましいと感じた車速Ｖ１になるように制御がなされるようになる。すなわち、搭乗者がブレーキのオン及びオフを行う煩雑さが無くなり、継続的にブレーキをかけることによる手の疲れを回避することができるようになる。

但し、あくまで回生によるエネルギーの回収を主眼とするものであるから、回生効率や電池の充電限界からして、現在車速が速すぎて車速Ｖ１になるように制御できない場合もある。さらに、坂が緩い等の理由で、現在車速が制御係数を下限値にしても車速Ｖ１にできない場合も生ずる。但し、搭乗者からの明示的な回生制御の停止が指示されなければ、再度現在車速が増加して、車速Ｖ１を超える状態になれば、制御係数が増加し始めて回生制御が自動的に開始するようになる。すなわち、搭乗者が都度都度指示せずとも良い。

さらに走行状態が変更になり、搭乗者が好ましいと感じる車速Ｖ１が途中で変化する場合もある。この場合、本実施の形態では、回生制御の停止指示を行うことなく、再度回生制御の開始を指示することで、車速Ｖ１が更新されるようになる。この点においても搭乗者の手間が省かれている。

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において上段は下り坂の標高の変化を表しており、このような坂を電動アシスト車で下る場合を考える。図１３の下段は、車速と、回生制御のＯＮ又はＯＦＦと、制御中フラグのＯＮ又はＯＦＦとの時間変化を表している。

時刻ｔ１１から緩い坂を電動アシスト車で下り始めると、車速は増加する。車速が増加して時刻ｔ１２で搭乗者は、加速抑制を欲すると、回生制御の開始指示を行う。この時刻ｔ１２の現在車速がＶ１であるものとする。そして、回生制御が開始され、制御中フラグがＯＮにセットされる。そうすると回生制動により車速上昇が抑制され、おおよそ車速はＶ１で維持される。緩い坂を下り終わる時刻ｔ１３になると、車速は自然に減少するので、制御係数が減少し始めて最終的には下限値になる。そうすると、回生制御は中断状態となり、制御中フラグはオンのままであっても、回生制動が無くなって、車速の過度な低下を回避して、自然な車速低下が生ずる。その後、時刻ｔ１４になると急坂を下ることになる。そうすると急激に車速が増加するが、制御中フラグはオンのままであるから、搭乗者は回生制御の開始を指示せずとも、車速がＶ１に達すると回生制御が自動的に再開され、回生制動による加速の抑制がなされるので、点線で示される回生制動なしの場合に比して車速の増加が緩やかになる。但し、急坂であるため加速が大きいので、回生制動の効果は限定的である。

また、他の例を考える。図１４において上段は下り坂の標高の変化を表しており、このような坂を電動アシスト車で下る場合を考える。図１４の下段は、車速と、回生制御のＯＮ又はＯＦＦと、制御中フラグのＯＮ又はＯＦＦとの時間変化を表している。

時刻ｔ２１から緩い坂を電動アシスト車で下り始めると、車速は増加する。車速が増加して時刻ｔ２２で搭乗者は、加速抑制を欲すると、回生制御の開始指示を行う。この時刻ｔ２２の現在車速がＶ１であるものとする。そして、回生制御が開始され、制御中フラグがＯＮにセットされる。そうすると回生制動により車速上昇が抑制され、おおよそ車速はＶ１で維持される。その後、同じ坂を下っていても、道幅が広くなるなどの周辺環境の変化により、例えば時刻ｔ２３で搭乗者は、車速増加の欲求を感じると、回生制御の停止指示を行う。そうすると、制御係数は下限値（例えば０）になって回生制動が効かなくなるので、車速が増加し始める。その後、時刻ｔ２４には車速がＶ２（＞Ｖ１）となっているが、この時点において加速抑制を欲すると、搭乗者は回生制動の開始指示を再度行うことになる。但し、時刻ｔ２３で回生制御の停止指示がなされているので、図１２の処理ではなく図１１の処理で、時刻ｔ２４の現在車速がＶ１（図１４ではＶ１２）に設定される。そうすると、再度制御中フラグがＯＮになって、その後車速はＶ１２でおおよそ維持される。このように、回生制御の停止及び回生制御の開始を繰り返して適切な車速になるように回生制御を行うことができる。

さらに他の例を考える。図１５は、図１３及び図１４と同様に、上段は下り坂の標高の変化を表しており、このような坂を電動アシスト車で下る場合を考える。図１５の下段は、車速と、回生制御のＯＮ又はＯＦＦと、制御中フラグのＯＮ又はＯＦＦとの時間変化を表している。

時刻ｔ３１から緩い坂を電動アシスト車で下り始めると、車速は増加する。車速が増加して時刻ｔ３２で搭乗者は、加速抑制を欲すると、回生制御の開始指示を行う。この時刻ｔ３２の現在車速がＶ１であるものとする。そして、回生制御が開始され、制御中フラグがＯＮにセットされる。そうすると回生制動により車速上昇が抑制され、おおよそ車速がＶ１で維持される。その後、緩い坂を下り終わる時刻ｔ３３になると、車速は自然に減少するので、制御係数が減少し始めて最終的には下限値になる。そうすると、回生制御は中断状態となり、制御中フラグはオンのままであっても、回生制動が無くなって、車速の過度な低下を回避して、自然な車速低下が生ずる。その後、時刻ｔ３４でさらに緩い坂を下ることになる。そうすると車速が緩やかに増加するが、道幅が狭い場合やその他の状況から搭乗者が、回生制御の停止を指示することなく、時刻ｔ３５で再度回生制御の開始を指示したものとする。そうすると、時刻ｔ３５における車速がＶ１（図１５ではＶ２１）に設定される。そうすると回生制動により車速上昇が抑制され、おおよそ車速が新たなＶ２１で維持されるようになる。

以上のように、搭乗者は、簡易な方法で、適度な回生制動が自動的に得られるように指示を行うことができるようになる。また、回生制動が邪魔になる状態であれば自動的に回生制動が中断し、再度回生制動を行うべき状態に遷移すれば自動的に再開する。このようにブレーキを頻繁に掛けたりブレーキを継続的に掛けたりする手間を削減又は軽減できるようになる。さらに、搭乗者は、回生制動の程度を自由に変更することができ、走行状態などに応じて調整できるようになっている。

例えば搭乗者が車速２０ｋｍ／ｈ程度で走行することを望み、それ以上の車速上昇による空気抵抗の増加によるロスを避けたいと希望したり、それ以上の速度になりそうなときには運動エネルギーを回生することで走行距離を伸ばそうと希望する場合には、一度２０ｋｍ／ｈのときに回生制御を開始させれば、本回生制御が働いている状態を維持できるので便利で且つ効率的である。

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、指示スイッチ１０６で回生制御の開始を指示して、ペダルを所定位相角以上正回転させることで回生制御の停止を指示するといったように、複数の手段を組み合わせて開始及び停止を指示するようにしても良い。ブレーキの場合には、左ブレーキと右ブレーキとを異なる機能として指定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 制御係数算出部
１２０２ 回生目標算出部
１２０３ 乗算器
１２０４ ＰＷＭコード生成部

Claims (6)

1. 搭乗者による回生制御の開始指示又は停止指示を検出する検出部と、
   前記検出部により前記回生制御の開始指示を検出すると、当該検出時における第１の車速を特定すると共に回生目標量に対する制御係数に所定の値を設定し、前記検出部により前記回生制御の停止指示を検出するまで、現在車速が前記第１の車速より速い場合には前記制御係数の値を増加させ、前記現在車速が前記第１の車速より遅い場合には前記制御係数の値を減少させる制御係数算出部と、
   前記制御係数算出部からの前記制御係数の値と前記回生目標量とから、モータの駆動を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御係数算出部が、
   前記検出部により前記回生制御の停止指示を検出する前に前記回生制御の開始指示を再度検出すると、当該再度の検出時における第２の車速を特定し、現在車速が前記第２の車速より速い場合には前記制御係数の値を増加させ、前記現在車速が前記第２の車速より遅い場合には前記制御係数の値を減少させる
   モータ駆動制御装置。
2. 前記制御係数の上限値及び下限値が設定されており、
   前記制御係数算出部が、
   前記上限値を超えず且つ前記下限値を下回らないように、前記制御係数の値を変更する
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制御係数算出部が、
   前記検出部から前記回生制御の停止指示を検出すると、前記回生制御を停止する
   請求項１又は２記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記回生制御の開始指示が、ペダルの所定位相角以上の逆回転、前記回生制御の開始指示のための指示スイッチのオン、又はブレーキスイッチが所定時間内に連続してオンになったことにより検出される
   請求項１乃至３のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記回生制御の停止指示が、ペダルの所定位相角以上の正回転、トルク入力、前記回生制御の開始指示のための指示スイッチのオフ、又はブレーキスイッチが所定時間内に連続してオンになったことにより検出される
   請求項１乃至４のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記制御係数算出部が、
   前記制御係数の値が当該制御係数の下限値に達した後前記現在車速が前記第１の車速より速くなれば、前記回生制御の開始指示を検出せずとも前記制御係数の値を増加させる
   請求項２記載のモータ駆動制御装置。

Images