JP6417624B2 - 電動補助装置及び電動補助自転車 - Google Patents

Description

本発明は、電動補助装置及び電動補助自転車に関する。

モータから車輪に補助トルクを付加する電動補助自転車では、例えばペダルに加えられた踏力によるペダル入力トルク（以下「入力トルク」という）をトルクセンサで検出して、検出した入力トルクに基づいてモータが付加する補助トルクを算出する。この電動補助自転車では、運転者がペダルを踏み込む際に補助トルクを付加して、運転者の負荷を軽減しているため、ペダルに踏力が加えられた踏力による入力トルクが検出されているとき（入力トルク＞０のとき）には、通常、補助トルクが加えられる。しかしながら、実際にペダルに踏力が加えられていないときであっても、トルクセンサの周辺の磁界変化等に起因して、実際にはトルクがかかっていないにも関わらず、入力トルクが検出されてしまうことがある。このような入力トルクの誤検出により、種々の問題が生じ得た。例えば停止中に実際にはペダルが踏み込まれていないにも関わらず、誤検出した入力トルクに基づいて補助トルクが算出され、その補助トルクによって電動補助自転車が自走してしまうおそれがあった。

上記の入力トルクの誤検出による問題（例えば自走）に対して、低トルク除去処理を行うことにより、補助トルクを抑制する電動アシスト車（電動補助自転車）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この電動アシスト車では、入力トルクに基づいて除去後トルクを算出し、除去後トルクに基づいて補助トルクを算出する。上記の低トルク除去処理により入力トルクがしきい値以下であると判断された場合には、除去後トルクを０とするため、補助トルクが０となる。このため、例えば停止中にペダルが踏み込まれていないときに入力トルクを誤検出したとしても、踏力によるものではない誤検出分の入力トルクはしきい値以下であると判断されるので、除去後トルクも補助トルクも０となる。よって、例えば自走等の誤検出による問題を軽減することができる。

また、モータの補助トルクの抑制を解除した後、即ち入力トルクがしきい値を超えた後の除去後トルクの算出方法として次の方法がある。この方法は、入力トルクがしきい値を超えた後、直ぐに入力トルクの値と同じ値を除去後トルクとして算出するのではなく、入力トルクの値の増加に応じて漸増して最終的に入力トルクと同じ値となるように変化する値を除去後トルクとして算出する方法である。

特開２０１５−２０４８２号公報

上記特許文献１に開示された電動アシスト車では、トルクセンサによって検出される入力トルクがしきい値を超えると、モータの補助トルクの抑制を解除している。ここで、上記の除去後トルクの算出方法では、入力トルクの増加に応じて除去後トルクを漸増させ、徐々に入力トルクと同じ値になるように除去後トルクを増加させるので、急発進等のアシストフィーリングへの悪影響に対しては改善が図られている。ところが、モータの補助トルクの抑制を解除した後は、入力トルクの増加に応じて除去後トルクが漸増することから、モータの補助トルクも漸増するにとどまるため、補助駆動力が小さくなってしまうおそれがあった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、アシストフィーリングへの悪影響を抑制しながらも、補助駆動力が小さくなりすぎないようにすることができる電動補助装置及び電動補助自転車を提供することである。

上記の課題を解決した本発明の一実施形態に係る電動補助装置は、車輪に補助トルクを付加する補助駆動力付加手段と、ペダルに加えられた踏力による入力トルクを検出する入力トルク検出手段と、前記入力トルク検出手段が検出した前記入力トルクを修正トルクに変換し、前記修正トルクに基づいて前記補助トルクを求めて、前記補助駆動力付加手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記入力トルクが所定のしきい値未満である場合に、前記修正トルクを非走行値に設定し、前記入力トルクが前記しきい値である場合に、前記修正トルクを、前記非走行値を超え前記入力トルク未満である値にオフセットさせて、前記入力トルクを前記修正トルクに変換し、前記ペダルが取り付けられるクランクのクランク回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記クランク回転数に応じて前記オフセット量を変動させることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る電動補助装置においては、入力トルクが所定のしきい値未満である場合に、修正トルクを非走行値に設定している。このため、入力トルク検出手段に誤検出してしまったとしても、この誤検出による電動補助装置の誤作動、さらには、電動補助装置を搭載した電動補助自転車の自走を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態に係る電動補助装置では、入力トルクがしきい値以上のしきい値である場合に、前記入力トルクが前記しきい値である場合に、修正トルクを、前記非走行値を超え入力トルク未満である値（以下「オフセット値」という）にオフセットさせて、入力トルクを修正トルクに変換している。このように、入力トルクがしきい値である場合に修正トルクをオフセット値にオフセットさせることにより、修正トルク及び補助駆動力の変動量を小さくできるとともに、修正トルクを入力トルク未満に設定したことに伴う補助駆動力の減少量を抑制することができる。このとき、修正トルク及び補助駆動力の変動量が小さくなることから、アシストフィーリングへの悪影響を抑制することができる。その一方で、修正トルクを入力トルク未満に設定したことに伴う補助駆動力の減少量を抑制することで、補助駆動力が小さくなりすぎないようにすることができる。したがって、アシストフィーリングへの悪影響を抑制しながらも、補助駆動力が小さくなりすぎないようにすることができる。

なお、本発明におけるオフセットは、入力トルクがしきい値であるときに、修正トルクを非走行値からオフセット値にずらす、いわば修正トルクを増加させる方向にずらすものを含む。また、オフセットが無い場合には入力トルクを修正トルクとするところ、オフセットさせる場合には、入力トルクがしきい値であるときに、修正トルクを入力トルクに相当する値からオフセット値にずらす、いわば修正トルクを減少させる方向にずらすものも含む。他方、本発明における非走行値とは、例えば入力トルクが非走行値に相当するトルクである場合に、電動補助装置を搭載した停止中の電動補助自転車が走行を開始せず停止状態を維持する程度のトルクをいい、具体的には、０とすることができる。あるいは、０に近似する数値とすることができる。
また、本発明の一実施形態に係る電動補助装置では、クランク回転数に応じてオフセット量を変動させるので、入力トルクと制御トルクとの差異を小さくすることができる。その結果、運転者のペダルの操作に応じた補助トルクの損失を小さくすることができ、アシストフィーリングに与える悪影響を大きくなりにくい状態で運転者の労力を軽減することができる。なお、オフセット量とは、修正トルクのオフセット前の値とオフセット値との差をいう。

ここで、前記入力トルクを前記修正トルクに変換するにあたり、前記入力トルクの増加に伴って前記修正トルクを増加させる基準増加ラインが設定されており、前記入力トルクが前記しきい値である際にオフセットされた前記修正トルクの値は、前記しきい値における前記基準増加ライン上の修正トルクの値よりも小さい値であり、前記入力トルクが前記しきい値である位置からは、前記入力トルクの増加に伴って前記修正トルクが増加する際の増加ラインの傾斜が、前記基準増加ラインの傾斜よりも大きくなる条件下で前記入力トルクの増加に応じて前記修正トルクを漸増させるようにすることができる。

この場合、入力トルクがしきい値以上の場合に、入力トルクの増加に伴って修正トルクが増加する際の増加ラインの傾斜が、基準増加ラインの傾斜よりも大きくなる条件下で入力トルクの増加に応じて修正トルクを漸増させることにより、補助駆動装置による補助駆動力の変動を小さくすることができる。このため、補助駆動力が増加している間におけるアシストフィーリングの違和感を軽減することができる。なお、基準増加ラインは、入力トルクに対して修正トルクを変換する際の基準となるラインであり、例えば入力トルク＝修正トルクとなるラインである。

他方、上記課題を解決した本発明の一実施形態に係る電動補助自転車は、上記のいずれかの電動補助装置を備えるものとすることができる。

本発明に係る電動補助装置及び電動補助自転車によれば、アシストフィーリングへの悪影響を抑制しながらも、補助駆動力が小さくなりすぎないようにすることができる。

本発明の一実施形態に係る電動補助自転車の構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る電動補助装置のブロック構成図である。 修正トルク変換マップを示す図である。 修正トルク変換マップ及び比較マップを示す図である。 オフセット値算出マップを示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電動補助装置及び電動補助自転車を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本実施形態に係る電動補助自転車の構成を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る電動補助自転車１は、フレーム１０を備えている。フレーム１０は、フロントフォーク１１、ヘッドパイプ１２、及びダウンチューブ１３を備えている。さらに、フレーム１０は、シートチューブ１４、シートステー１５、及びチェーンステー１６を備えている。なお、以下の説明にあたり、電動補助自転車１の通常の走行方向に合わせて、電動補助自転車１の前側（図１の右側）を前側、電動補助自転車１の後側（図１の左側）を後側として説明する。

フロントフォーク１１は、電動補助自転車１の前部に配置されており、フロントフォーク１１の上端部にヘッドパイプ１２が接続されている。また、ヘッドパイプ１２における後部側には、ダウンチューブ１３の一端部が接続されている。さらに、ヘッドパイプ１２におけるダウンチューブ１３が接続された部位の直上部には、シートチューブ１４が接続されている。

シートチューブ１４は、前後方向部材１４Ａと、上下方向部材１４Ｂとを備えている。前後方向部材の１４Ａは、略前後方向に延在しながら、後方に行くにしたがってやや下降する傾斜を備えている。また、上下方向部材１４Ｂは、略上下方向に延在しながら後方に行くに上方が後方にやや傾いている。前後方向部材１４Ａにおける後端部が上下方向部材１４Ｂにおける下端位置に接合されることでシートチューブ１４が形成されている。また、前後方向部材１４Ａにおける一端部がヘッドパイプ１２に接続されており、上下方向部材１４Ｂの下端部と、ダウンチューブ１３の他端部とが接続されている。

シートチューブ１４の上下方向部材１４Ｂにおける上端部の後部側には、シートステー１５の一端部が接続されており、シートチューブ１４の下端部の後部側には、チェーンステー１６の一端部が接続されている。そして、シートステー１５の他端部とチェーンステー１６の他端部とが互いに接続されている。

フレーム１０におけるフロントフォーク１１には、前輪２１が回動可能に取り付けられており、シートステー１５とチェーンステー１６との接続部には、後輪２２が回動可能に取り付けられている。後輪２２には、図示しないスプロケット（以下「後方スプロケット」という）が後輪２２と同軸上に配置されて取り付けられている。

また、ヘッドパイプ１２には、ハンドルステム２３が挿通されている。ハンドルステム２３は、ヘッドパイプ１２に対して回動可能とされている。さらに、ハンドルステム２３の上端にはハンドル２４が取り付けられている。また、シートチューブ１４における上下方向部材１４Ｂにはシートポスト２５が嵌め込まれている。このシートポスト２５の上端にはサドル２６が取り付けられている。

さらに、シートチューブ１４とチェーンステー１６との接続部には、図示しないスプロケット（以下「前方スプロケット」という）を介してクランク２７の一端部が取り付けられており、クランク２７の他端部には、ペダル２８が取り付けられている。クランク２７は、左右方向（図１の紙面を貫く方向）に沿った回動軸周りに回動可能とされている。また、ペダル２８は、クランク２７の他端部に位置し、左右方向に沿った回動軸周りに回動可能とされている。なお、クランク２７及びペダル２８は、図示されたクランク２７及びペダル２８の左右対称位置にも設けられている。このため、電動補助自転車１は、１組のクランク２７及びペダル２８を備えている。

前方スプロケット及び後方スプロケットには、チェーン２９が巻きまわされている。ペダル２８に運転者等の踏力が加えられると、前方スプロケットが回転する。前方スプロケットの回転は、チェーン２９を介して後方スプロケットに伝達されて後方スプロケットが回転し、後方スプロケットの回転によって後輪２２が回転する。

他方、前輪２１の車軸には、補助駆動力付加手段である電動モータ３０が取り付けられている。電動モータ３０は、前輪２１を回転させる駆動力を生成するモータである。電動モータ３０の回転は、図示しない減速機構によって減速され前輪２１に伝達される。こうして、電動モータ３０は、前輪２１に補助トルクを付加している。電動モータ３０としては、適宜のモータを用いることができるが、例えばブラシレスＤＣモータを好適に用いることができる。

また、シートチューブ１４の後部には、バッテリ３１がシートチューブ１４に対して着脱可能に取り付けられている。バッテリ３１は、電動モータ３０に対して電気的に接続されており、電動モータ３０に対して電力を供給可能とされている。バッテリ３１は、例えばリチウムイオン二次電池からなり、充電を行うことによって繰り返し使用することができる。さらに、バッテリ３１は、電動モータ３０が回生電力を生成可能である場合には、この回生電力も充電可能である。

次に、電動補助装置について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電動補助装置のブロック構成図である。図１に示す電動補助自転車１は、図２に示す電動補助装置Ｍを搭載している。
図２に示すように、本実施形態に係る電動補助装置Ｍは、電源回路４１、入力トルク検出部４２、クランク回転数検出部４３、及び操作・表示部４４を備えている。また、電動補助装置Ｍは、モータ駆動回路４５、モータトルク検出部４６、及びモータ回転数検出部４７を備えている。さらに、電動補助装置Ｍは、制御手段であるＭＣＵ（Micro Controller Unit）５０並びに上記の電動モータ３０及びバッテリ３１を備えて構成されている。

電動補助装置Ｍにおける電源回路４１、入力トルク検出手段である入力トルク検出部４２、回転数検出手段であるクランク回転数検出部４３、操作・表示部４４、及びモータ駆動回路４５は、いずれもＭＣＵ５０に接続されている。さらに、電動モータ３０はモータ駆動回路４５に接続されており、バッテリ３１は電源回路４１及びモータ駆動回路４５に接続されている。

電源回路４１は、例えばチョッパ方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを備えて構成されている。電源回路４１では、バッテリ３１から出力された直流電流を降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータで降圧し、降圧した直流電流をＭＣＵ５０の駆動電力としてＭＣＵ５０に供給している。

入力トルク検出部４２は、トルクセンサを含んで構成されている。トルクセンサは、図１に示す電動補助自転車１のクランク２７と前方スプロケットが設けられた位置に配設されている。入力トルク検出部４２は、運転者等がペダル２８を踏み込んだ際に、ペダルに加えられた踏力による入力トルクを検出し、検出した入力トルクの大きさを示す入力トルク信号をＭＣＵ５０に出力する。

トルクセンサとしては、適宜公知のものを用いることができる。例えば、ばね等の弾性体と、この弾性体の変位量から、トルクセンサが固定された固定部における変位量を求めるポテンショメータを備えるトルクセンサを用いることができる。このトルクセンサにおける弾性体は、クランク２７と前方スプロケットの間に配置されている。弾性体は、運転者等のペダル２８の踏み込みによって生じる入力トルクに応じて変位する。このときの弾性体の変位量をカムや遊星ギヤ等によって固定部での変位量に変換し、変換した変位量をポテンショメータで電気信号に変換する。あるいは、磁歪効果を有する磁歪材と検出用のコイルとで構成された非接触式のトルクセンサを用いることもできる。

クランク回転数検出部４３は、クランク２７の回転数を検出し、検出したクランク回転数を示すクランク回転数信号をＭＣＵ５０に出力する。クランク回転数検出部４３は、例えばクランクの回転数を非接触式の回転センサで読み取って検出している。クランク回転数検出部４３は、検出したクランク回転数を示すクランク回転数信号をＭＣＵ５０に出力する。

操作・表示部４４は、操作入力部と表示部とを一体的に構成したものである。操作入力部は、電源スイッチやアシストモード切替スイッチを備えている。電源スイッチは、図２に示す電動補助装置Ｍ全体の起動及び停止を切り替えるスイッチである。また、アシストモード切替スイッチは、電動モータ３０による補助トルクの大きさを切り替えるためのスイッチである。操作・表示部４４は、操作入力部に対する操作入力の内容を示す操作入力信号をＭＣＵ５０に出力する。

操作・表示部４４における表示部は、ＭＣＵ５０から出力される操作入力信号に応じた情報に基づいて、各種の表示を行う。操作・表示部４４は、例えば図１に示す電動補助自転車１のハンドル２４に取り付けられている。操作・表示部４４がハンドル２４に取り付けられていることにより、運転者が操作・表示部４４の操作や視認を行いやすくされている。

モータ駆動回路４５は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式によって電動モータ３０の駆動制御を行っている。モータ駆動回路４５では、ＭＣＵ５０から供給される補助トルク信号に基づいて、電動モータ３０を駆動するための駆動電力をバッテリ３１から取り出して電動モータ３０に供給する。電動モータ３０は、モータ駆動回路４５から供給される駆動電力に応じた補助トルクを発生させて前輪２１を回転駆動する。この前輪２１の回転駆動によって補助駆動力が発生する。このように、本実施形態では、電動モータ３０から前輪２１に補助トルクを付加するいわば前輪駆動方式とされているが、電動モータは前輪２１と後輪２２のいずれの車輪に取り付けられていてもよく、例えば後輪２２に補助トルクを付加する後輪駆動方式のものとすることもできる。

モータトルク検出部４６は、電動モータ３０のトルクを検出し、検出したトルクの大きさを示すモータトルク検出信号をＭＣＵ５０に出力する。ここで、電動モータ３０が発生させるトルクは、電動モータ３０に供給される電流に比例する。従って、モータトルク検出部４６は、電動モータ３０に供給される電流に基づいて電動モータ３０のトルクを検出してもよい。

モータ回転数検出部４７は、電動モータ３０の回転数を検出し、検出した回転数を示す回転数検出信号をＭＣＵ５０に出力する。例えば、電動モータ３０がブラシレスＤＣモータによって構成される場合、モータ回転数検出部４７は、マグネットロータの回転位置を検出するためにホール素子などの磁気センサを備えて構成され、この磁気センサが電動モータ３０に付随して設けられる。本実施形態では、磁気センサの出力信号に基づいて電動モータ３０の回転数を検出する。なお、モータ回転数検出部４７は、例えば光学式の回転検出器を含んで構成されていてもよい。光学式の回転検出器としては、例えば発光ダイオード等の光源からの光を、スリット円盤上の位置検出パターンを通して受光素子で読み取るものを用いることができる。

ＭＣＵ５０は、単一の半導体チップにＣＰＵ、メモリ、入出力回路、タイマ回路等を含むコンピュータシステムを集積したＬＳＩ（Large Scale Integration）である。ＭＣＵ５０は、入力トルク検出部４２が検出した入力トルクを修正トルクに変換し、修正トルクに基づいて補助トルクを求めて、電動モータ３０を制御する。

図２に示すように、ＭＣＵ５０は、修正トルク算出部５１及び補助トルク算出部５２を備えて構成されている。修正トルク算出部５１は、補助トルク算出部５２において補助トルクを算出する前処理に位置づけられる入力側の処理として、入力トルク検出部４２を含む各種センサから送信されたデータの処理を行い、入力トルク検出部４２から送信される入力トルクの調整を行っている。修正トルク算出部５１では、入力側の処理として、入力トルク検出部４２が検出した入力トルクの修正を行っている。一方の補助トルク算出部５２では、出力側の処理として、修正トルク算出部５１で算出された修正トルク等の情報に基づいて、電動モータ３０が補助駆動力を付与する際の補助トルクを算出している。このように、修正トルク算出部５１では、いわば入力側に関するトルクの調整を行っており、補助トルク算出部５２では、出力側に関するトルクの算出を行っている。したがって、修正トルクは、修正トルク算出部５１において実行される入力側の処理で算出される。

修正トルク算出部５１は、入力トルク検出部４２から出力された入力トルクを修正トルクに変換する。修正トルク算出部５１は、図３に示す修正トルク変換マップを記憶しており、入力トルク検出部４２から出力された入力トルクを修正トルクに変換するにあたって、図３に示す修正トルク変換マップを利用している。このように、入力トルクから修正トルクへの変換は、入力側の処理で行っている。修正トルク変換マップの具体的内容及び修正トルク変換マップを用いて入力トルクから修正トルクへの変換する際の手順については、後にさらに説明する。

補助トルク算出部５２は、モータトルク検出部４６及びモータ回転数検出部４７から出力される各種信号に基づいて、走行状況に適したアシスト比率を算出する。例えば、電動モータ３０の回転数が低くかつ電動モータ３０のトルクが大きい場合には、発進直後の状態または上り坂を走行している状態等であると推測される。このような場合、ＭＣＵ５０は、より大きな補助駆動力を発生させるアシスト比率を算出する。

さらに、補助トルク算出部５２は、算出したアシスト比率及び修正トルク算出部５１で算出された修正トルクに基づいて、電動モータ３０で発生させる補助トルクに応じた駆動電力を算出する。そして、算出した駆動電力を示すモータ出力指令値をモータ駆動回路４５に出力する。

次に、本実施形態に係る電動補助装置Ｍによる主な制御について説明する。本実施形態に係る電動補助装置Ｍでは、ＭＣＵ５０の修正トルク算出部５１において、入力トルク検出部から出力される入力トルクを、モータ出力指令値の算出に用いる修正トルクに変換する。ＭＣＵ５０では、修正トルクに基づいて電動モータ３０に付加する補助トルクを発生させるためのモータ出力指令値を算出する。このため、修正トルク以外の諸条件が一定の場合、修正トルクの増減に伴って補助トルクも増減する。また、修正トルクが０である場合には、補助トルクも０となる。

図３は、本実施形態に係る修正トルク変換マップを示す図である。図３に示すように、修正トルク変換マップは、横軸に入力トルクが設定され、縦軸に修正トルクが設定されている。修正トルク変換マップには、入力トルクを修正トルクに変換するにあたり、入力トルクの増加に伴って修正トルクを増加させる基準増加ラインＢＬが設定されている。基準増加ラインＢＬは、入力トルク＝修正トルクであり、入力トルク：修正トルクが、１：１となる関係とされた増加直線である。基準増加ラインＢＬに沿った修正トルク変換マップでは、入力トルクがそのまま修正トルクとなり（入力トルク＝修正トルク）、例えば入力トルクＴα＝修正トルクＣαとなる。

また、入力トルクが所定のしきい値Ｔｔ未満の範囲では、修正トルクを非走行値とする。本実施形態では、入力トルクが所定のしきい値Ｔｔ未満の範囲では、修正トルクを０としている。このとき、非走行値としては、０以外の値とすることもできるが、非走行値は、０に近い値、例えば停止中の電動補助自転車１が自走を開始しない程度の値とすることができる。

しきい値Ｔｔは、例えば停止中の電動補助自転車１の自走を抑制するために設定されるしきい値であり、例えば停止中の電動補助自転車１が自走する可能性があるトルクよりも小さいトルクの値で設定される。しきい値Ｔｔは、適宜の数値とすることができるが、例えば、１０（Ｎｍ）〜４０（Ｎｍ）の範囲内における１５（Ｎｍ）、１８（Ｎｍ）、２０（Ｎｍ）、２５（Ｎｍ）、３０（Ｎｍ）など、適宜の数値とすることができる。また、１０（Ｎｍ）〜４０（Ｎｍ）の範囲内の他の適宜の数値とすることができる。あるいは、この範囲を外れた適宜の数値とすることもできる。このように、本実施形態の修正トルク変換マップでは、入力トルクがしきい値Ｔｔ未満の場合には、基準増加ラインＢＬから外れたマップとなっている。

さらに、入力トルクが所定のしきい値Ｔｔ以上の場合、入力トルクが所定の増加値Ｔｕとなるまでの範囲では、入力トルクの増加に伴って修正トルクが増加する際の増加ラインの傾斜が、基準増加ラインＢＬの傾斜よりも大きくなる条件下で設けられた漸増ラインＲＬに沿って、入力トルクの増加に応じて修正トルクを漸増させる。言い換えると、入力トルクがしきい値Ｔｔ以上の場合に、基準増加ラインＢＬに到達するまでの間は、基準増加ラインＢＬの傾斜よりも大きな傾斜をもって入力トルクの増加に応じて修正トルクを漸増させる。

ここでの入力トルクの増加値Ｔｕは、漸増ラインＲＬと基準増加ラインＢＬとが交差するときの入力トルクの値である。所定の増加値Ｔｕは適宜の数値とすることができるが、例えば、しきい値Ｔｔ＋（３（Ｎｍ）〜２０（Ｎｍ））の範囲内における適宜の数値とすることができる。あるいは、基準増加ラインＢＬの傾斜角度の所定倍数、例えば２倍の傾斜角度の漸増ラインＲＬを設定して、基準増加ラインＢＬと漸増ラインＲＬとが交差する点の入力トルクの値を増加値Ｔｕとすることもできる。

さらに、入力トルクがしきい値Ｔｔであるときに、修正トルクを、非走行値（＝０）を超えて入力トルクＴｔ未満の値にオフセットさせる。具体的には、入力トルクがしきい値Ｔｔ未満の状態では修正トルクを０とする。また、入力トルクがしきい値Ｔｔになった際には、修正トルクを０としたり、入力トルクＴｔと同等の値である第１修正トルクＣｔとしたりするのではなく、０からＣｔまでの間における所定のオフセット修正トルク（オフセット値）Ｃｏｆに修正トルクをオフセットさせる（Ｔｔ＞Ｃｏｆ）。なお、修正トルクをオフセットさせる入力トルクの値は、しきい値Ｔｔとするほか、しきい値Ｔｔよりも大きい値とすることもできる。なお、ここでのオフセットとは、基準増加ラインＢＬに沿うように、入力トルクの増加に伴って連続的に修正トルクを変化させるのではなく、しきい値Ｔｔにおける修正トルクにおける０から修正トルクオフセット値Ｃｏｆに間隔をあけて変化するような断続的な変化をさせるために修正トルクをずらすことをいう。

ここでのオフセットは、入力トルクを示す座標軸に対して垂直となるように設定する。また、オフセット修正トルクＣｏｆは、入力トルクＴｔに対応する第１修正トルクＣｔに対して所定の割合となる値としている。本実施形態では、第１修正トルクＣｔの５０％の値をオフセット修正トルクＣｏｆとしている。また、オフセット値は、入力トルク未満の数値の範囲でその他の値とすることもできる。

次に、本実施形態に係る電動補助装置Ｍを搭載した電動補助自転車１の作用について説明する。
本実施形態に係る電動補助装置Ｍでは、図４に示す修正トルク変換マップＴＭを参照して入力トルクを修正トルクに変換する。修正トルク変換マップでは、入力トルクがしきい値Ｔｔ未満の場合には、修正トルクが０となる。このため、入力トルク検出部４２におけるトルクセンサが誤検出をしたとしても、この誤検出による電動補助装置Ｍの誤作動、さらには、電動補助装置Ｍを搭載した電動補助自転車１の不意の自走を抑制することができる。

また、入力トルクがしきい値Ｔｔとなったときには、修正トルクが増加する方向に修正トルクをオフセットさせて入力トルクを修正トルクに変換している。具体的に、入力トルクがしきい値Ｔｔであるときには、修正トルクを一気に入力トルクと同一の値とするのではなく、このときの入力トルク（＝しきい値）Ｔｔよりも小さいオフセット修正トルクＣｏｆとしている。このため、修正トルク及び電動モータ３０による補助駆動力の変動量を小さくすることができる。したがって、アシストフィーリングへの悪影響を抑制することができる。

さらには、入力トルクがしきい値Ｔｔであるときには、修正トルクを０とするのではなく、オフセット修正トルクＣｏｆとしている。このため、入力トルクがしきい値Ｔｔ未満のときに修正トルクを０に設定したことに伴う補助駆動力の減少量を抑制することができるので、電動モータ３０の補助駆動力が小さくなりすぎないようにすることができる。よって、電動補助装置Ｍを搭載した電動補助自転車１では、アシストフィーリングへの悪影響を抑制しながらも、電動モータ３０の補助駆動力が小さくなりすぎないようにすることができる。

以下、従来の制御との比較において本実施形態に係る電動補助装置Ｍを搭載した電動補助自転車１の作用効果について説明する。以下の説明にあたり、図４に破線で示す変換マップを第１比較マップＣＭ１とし、１点鎖線で示す変換マップを第２比較マップＣＭ２とする。また、本実施形態に係る変換マップを実線で示し、実施マップＴＭとしている。なお、入力トルクが０〜しきい値Ｔｔ未満の範囲、及び参考値Ｔｒより大きい範囲では、第１比較マップＣＭ１、第２比較マップＣＭ２、及び実施マップＴＭが重なり合い、図４では実施マップＴＭを優先して図示している。また、入力トルクが増加値Ｔｕより大きい範囲では、第１比較マップＣＭ１及び実施マップＴＭが重なり合い、実施マップＴＭを優先して図示している。

第１比較マップＣＭ１では、入力トルクがしきい値Ｔｔに到達すると、修正トルクが０から第１修正トルクＣｔ（＝入力トルクＴｔ）まで一気に大きくなるので、修正トルクが急激に変動する。このため、電動モータ３０による補助トルクが急激に変動するとともに、補助駆動力も急激に変動する。この補助トルク及び補助駆動力の急激な変動が、アシストフィーリングに与える悪影響の原因となりえる。

また、第２比較マップＣＭ２では、入力トルクがしきい値Ｔｔに到達した時点から、入力トルクの増加に伴って修正トルクが漸増する。このため、修正トルクに急激な変動が生じることはなく、アシストフィーリングへの悪影響の抑制に寄与する。ところが、入力トルクがしきい値Ｔｔに到達した後は、入力トルクの増加に伴って修正トルクは徐々に増加するのみであるので、補助駆動力が小さくなりすぎる懸念がある。

これらの比較マップＣＭ１，ＣＭ２に対して、実施マップＴＭでは、入力トルクがしきい値Ｔｔとなったときに修正トルクを０からオフセット修正トルクＣｏｆ（＜入力トルクＴｔ）までオフセットさせている。このため、アシストフィーリングへの悪影響を抑制しながらも、電動モータ３０による補助駆動力が小さくなりすぎないようにすることができる。

また、本実施形態の電動補助自転車１では、入力トルクがしきい値Ｔｔ以上の場合に、基準増加ラインＢＬに到達するまでの間は、基準増加ラインＢＬの傾斜よりも大きな傾斜をもつ漸増ラインＲＬに沿って、入力トルクの増加に応じて修正トルクを漸増させている。このように、漸増ラインＲＬに沿って修正トルクを漸増させることにより、電動モータ３０によって付加される補助トルクの変動を小さくすることができる。したがって、電動モータ３０の補助トルクが増加している間におけるアシストフィーリングの違和感を軽減することができる。

以下、本発明の変形例について説明する。上記の実施形態では、入力トルクがしきい値Ｔｔとなって修正トルクをオフセットさせる際のオフセット値Ｃｏｆは一定とされているが、修正トルクのオフセット量を諸条件によって変動させることもできる。この変形例では、オフセット値Ｃｏｆをクランク回転数に応じて変動させている。クランク回転数は、図２に示すクランク回転数検出部４３で検出される。また、ＭＣＵ５０における修正トルク算出部５１では、クランク回転数検出部４３から出力されたクランク回転数に基づいて、オフセット値Ｃｏｆを設定する。

オフセット値Ｃｏｆを設定する際には、図５に示すオフセット値算出マップを用いる。図５に示すように、オフセット値算出マップの横軸はクランク回転数であり、縦軸はオフセット値（トルク）となっている。クランク回転数が０のときには、オフセット値Ｃｏｆは所定の値、たとえばＣａ（Ｎｍ）とされており、クランク回転数がＳ０となるまでは、クランク回転数が増大するほどオフセット値Ｃｏｆも増大する。また、クランク回転数がＳ０となったときのオフセット値ＣｏｆをＣｂとする。そして、クランク回転数がＳ０以上となった時にも、オフセット値ＣｏｆはＣｂとなる。

一般にクランク回転数が大きい際には電動補助自転車１の車速が速くなっている。電動補助自転車１の車速が速い場合には、補助トルクの変動量が大きくなっても、アシストフィーリングに与える悪影響は、車速が遅い場合よりも一般的に小さくなる。このため、クランク回転数が大きいほど、オフセット値Ｃｏｆを大きくするようにしている。このように、クランク回転数が大きいほどオフセット値Ｃｏｆを大きくすることにより、修正トルクと入力トルクの差が小さくなるので、運転者のペダルの操作に応じた補助トルクの損失を小さくすることができる。その結果、アシストフィーリングに与える悪影響を大きくなりにくい状態で運転者の労力を軽減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態においては、入力トルクが所定のしきい値Ｔｔから増加値Ｔｕとなるまでの範囲では、直線状の漸増ラインＲＬに沿って、入力トルクの増加に応じて修正トルクを漸増させている。この漸増ラインＲＬに対して、曲線状漸増ラインを設定し、曲線状漸増ラインに沿って入力トルクの増加に応じて修正トルクを漸増させることもできる。このときの曲線状漸増ラインとしては、上に凸となる曲線状とすることが好適である。上に凸となる曲線状漸増ラインとすることにより、基準増加ラインＢＬに滑らかに接続させることができる。その結果、修正トルクの急激な変化を抑制でき、アシストフィーリングに対する悪影響を抑制することができる。また、曲線状漸増ラインとして、しきい値Ｔｔの位置では下に凸となり、増加値Ｔｕの位置では上に凸となるようにすることもできる。この場合、しきい値Ｔｔ未満の修正トルクを示す直線と基準増加ラインＢＬとの双方に対して滑らかに接続させることができる。その結果、修正トルクの急激な変化を抑制でき、アシストフィーリングに対する悪影響をより好適に抑制することができる。さらには、直線状や曲線状以外の漸増ラインとすることもできる。例えば、階段状のラインとすることもできるし、直線と曲線とを組み合わせたラインとすることもできる。

また、上記実施形態では、修正トルクをオフセットさせるにあたって、オフセット値を一定の又は変動する数値で規定しているが、他の態様で規定することもできる。例えば、入力トルクと同一となる修正トルクに対する所定の割合、例えば５０％や６０％の割合で規定することもできる。上記の実施形態に当てはめ、入力トルクのしきい値Ｔｔとなる場合に修正トルクをオフセットさせる例では、０．５Ｔｔや０．６Ｔｔをオフセット値とすることができる。また、上記の変形例のように、オフセット値を変動させる場合には、オフセット値自体を変動させる代わりに、ここでの所定の割合を変動させることもできる。

さらに、入力トルクに基づいて修正トルクを算出するにあたって、修正トルク変換マップを参照したが、所定の演算式等を用いて修正トルクを算出することもできる。さらには、所定のフローチャートに沿った条件付けによって修正トルクを算出することもできる。また、上記実施形態では、入力トルクがしきい値Ｔｔとなったときに修正トルクをオフセットさせているが、入力トルクがしきい値Ｔｔよりも大きくなったときに修正トルクをオフセットさせることもできる。この場合、入力トルクがしきい値Ｔｔ以上であり、修正トルクをオフセットさせるまでの間は、入力トルクの増加に伴って修正トルクを漸増させることができる。このときに修正トルクを漸増させるにあたっては、例えば漸増ラインＲＬの傾斜と同一の傾斜を持ったラインに沿って修正トルクを漸増させることができる。あるいは、漸増ラインＲＬよりも傾斜が大きい、又は傾斜が小さいラインに沿って修正トルクを漸増させることができる。さらには、所定の曲線に沿って修正トルクを漸増させることもできる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

Ｍ 電動補助装置
１ 電動補助自転車
１０ フレーム
１１ フロントフォーク
１２ ヘッドパイプ
１３ ダウンチューブ
１４ シートチューブ
１５ シートステー
１６ チェーンステー
２１ 前輪
２２ 後輪
２３ ハンドルステム
２４ ハンドル
２５ シートポスト
２６ サドル
２７ クランク
２８ ペダル
２９ チェーン
３０ 電動モータ
３１ バッテリ
４１ 電源回路
４２ 入力トルク検出部
４３ クランク回転数検出部
４４ 操作・表示部
４５ モータ駆動回路
４６ モータトルク検出部
４７ モータ回転数検出部
５０ ＭＣＵ
５１ 修正トルク算出部
５２ 補助トルク算出部

Claims (3)

1. 車輪に補助トルクを付加する補助駆動力付加手段と、
   ペダルに加えられた踏力による入力トルクを検出する入力トルク検出手段と、
   前記入力トルク検出手段が検出した前記入力トルクを修正トルクに変換し、前記修正トルクに基づいて前記補助トルクを求めて、前記補助駆動力付加手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記入力トルクが所定のしきい値未満である場合に、前記修正トルクを非走行値に設定し、
   前記入力トルクが前記しきい値である場合に、前記修正トルクを、前記非走行値を超え前記入力トルク未満である値にオフセットさせて、前記入力トルクを前記修正トルクに変換し、
   前記ペダルが取り付けられるクランクのクランク回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記クランク回転数に応じて前記オフセット量を変動させることを特徴とする電動補助装置。
2. 前記入力トルクを前記修正トルクに変換するにあたり、前記入力トルクの増加に伴って前記修正トルクを増加させる基準増加ラインが設定されており、
   前記入力トルクが前記しきい値である際にオフセットされた前記修正トルクの値は、前記しきい値における前記基準増加ライン上の修正トルクの値よりも小さい値であり、
   前記入力トルクが前記しきい値である位置からは、前記入力トルクの増加に伴って前記修正トルクが増加する際の増加ラインの傾斜が、前記基準増加ラインの傾斜よりも大きくなる条件下で前記入力トルクの増加に応じて前記修正トルクを漸増させる請求項１に記載の電動補助装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動補助装置を備える電動補助自転車。

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