JP6778520B2 - 電動補助自転車及び駆動システム - Google Patents
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Description
図1に示すように、電動補助自転車100はクランク軸2を有している。クランク軸2の両端にはペダル2aが取り付けられている。クランク軸2はサドルポスト11の下端で支持されている。サドルポスト11の上端にはサドル18が固定されている。電動補助自転車100の前部には、ハンドルポスト8と、ハンドルポスト8の上部に固定されているハンドル7と、ハンドルポスト8の下部に固定されているフロントフォーク19と、フロントフォーク19の下端で支持されている前輪9とが設けられている。ハンドルポスト8はフレーム17の前端に設けられているヘッドパイプ17aで支持されている。フレーム17の形状は図1に示す例に限られず、適宜変更されてもよい。
電動補助自転車100は運転者がペダル2aに加える踏力を検知するためのセンサを有している。このセンサは、例えばクランク軸2のトルクに応じた信号を出力するトルクセンサ41(図2参照)である。トルクセンサ41は、例えばクランク軸2に設けられている磁歪式のセンサであるが、他の種類のセンサでもよい。以下では、トルクセンサ41で検知するトルク、すなわち、運転者がペダル2aに加える踏力に起因するクランク軸2のトルクを「踏力トルク」と称する。
電動補助自転車100はトルクセンサ41の出力に基づいて、電動モータ21を制御する制御装置30を有している。制御装置30は、電動モータ21の制御に係るプログラムやマップを保持しているメモリと、そのプログラムを実行するマイクロプロセッサとを有している。制御装置30はトルクセンサ41の出力に基づいて踏力トルクを検知し、電動モータ21が踏力トルクに応じた補助力を出力するように、電動モータ21を制御する。制御装置30は、目標とする補助力に応じた指令値をモータ駆動装置39に出力する。モータ駆動装置39はバッテリ22の電力を受け、指令値に応じた電力を電動モータ21に供給する。
立ち漕ぎ走行判定部31は立ち漕ぎ走行がなされているか否かを判断する。立ち漕ぎ走行判定部31は、例えば右方向への車体の傾斜と左方向への車体の傾斜とが複数回連続した場合に、、立ち漕ぎ走行がなされていると判断する。立ち漕ぎ走行判定部31は、例えば左方向と右方向のうちの一方向への車体の傾斜が検知され、それに続く反対方向への傾斜を検知したときに、立ち漕ぎ走行がなされていると判断する。他の例としては、立ち漕ぎ走行判定部31は、2回目の傾斜を検知した後、さらに反対方向への傾斜を検知したときに(すなわち傾斜が3回生じたときに)、立ち漕ぎ走行がなされていると判断してもよい。
一例では、立ち漕ぎ走行判定部31は、踏力トルクが極大となる2つのタイミングの間の期間における傾斜角のピーク値を検知し、そのピーク値の絶対値が閾値よりも大きいか否か、及び連続する2つのピーク値の符号が異なるか否かを判断する。こうすることによって、クランク軸2の回転に同期して車体が左右に揺られているか否か、及びその揺れが十分に大きいか否かが判断される。そして、その判断結果が連続して複数回、正(Yes)となる場合に、立ち漕ぎ走行判定部31は車両が立ち漕ぎ走行していると判断する。図5を参照すると、立ち漕ぎ走行判定部31は、踏力トルクが極大となる2つのタイミング(例えば、t1及びt3)の間の期間における傾斜角のピーク値(極大)θ1を算出し、ピーク値θ1が閾値θthよりも大きいか否かを判断する。また、立ち漕ぎ走行判定部31は、その次に踏力トルクが極大となる2つのタイミング(例えば、t3及びt5)の間の期間における傾斜角のピーク値(極小)θ2を算出し、そのピーク値θ2の絶対値が閾値θthよりも大きいか否か、及びピーク値θ2の符号がピーク値θ1の符号と異なるか否かを判断する。これらの判断結果がいずれも正(Yes)の場合に、立ち漕ぎ走行判定部31は立ち漕ぎ走行がなされていると判断する。
立ち漕ぎ走行判定部31の処理は上述の例に限られない。他の例として、立ち漕ぎ走行判定部31は傾斜角のピーク値と、傾斜角がピーク値となるタイミングで特定されるタ期間において取得された踏力トルクとに基づいて、立ち漕ぎ走行がなされているか否かを判断してもよい。図5を参照すると、立ち漕ぎ走行判定部31は、例えば、傾斜角のピーク値θ1、θ2の絶対値が閾値よりも大きく、ピーク値θ1、θ2の符号が異なり、且つピーク値θ1のタイミングt2とピーク値θ2のタイミングt4との間の期間で取得された踏力トルクの極大が閾値よりも大きい場合に、立ち漕ぎ走行がなされていると判断されてもよい。
上述したように、2つのペダル2aがペダル2aの回転位置における最上位置と最下位置とにそれぞれ位置するとき、運転者の踏力は小さくなる。そのため、クランク回転センサ45の出力から算出されるクランク軸2の回転速度もクランク軸2の回転位置に応じて変化する。したがって、立ち漕ぎ走行判定部31の処理において、クランク回転センサ45の出力から算出されるクランク軸2の回転速度が、踏力トルクに代えて利用されてもよい(以下では、クランク軸2の回転速度を「クランク軸速度」と称する)。具体的には、立ち漕ぎ走行判定部31はクランク軸速度の極大のタイミング(又は極小のタイミング)で特定されるタイミング或いは期間における傾斜角のピーク値(図5において例えばθ1、θ2、θ3)を取得する。そして、立ち漕ぎ走行判定部31はそのピーク値の絶対値が閾値よりも大きい場合に、立ち漕ぎ走行がなされていると判断する。このとき、上述の立ち漕ぎ走行判定部31の処理(例えば図6のS106)と同様、立ち漕ぎ走行判定部31は連続する2つのピーク値の符号が異なるか否かを判断してもよい。
制御装置30は、電動モータ21の制御モードとして、通常走行モードと、立ち漕ぎ走行モードとを有している。また、制御装置30はモード選択部32(図4参照)を有している。モード選択部32は、立ち漕ぎ走行判定部31の判断結果に応じて、通常走行モードと立ち漕ぎ走行モードとのうち一方のモードを選択する。電動補助自転車100の例では、制御装置30のメモリに記録されている立ち漕ぎ走行フラグがオンに設定されている場合に、モード選択部32は立ち漕ぎ走行モードを選択する。一方、立ち漕ぎ走行フラグがオフに設定されている場合に、モード選択部32は通常走行モードを選択する。
制御装置30は、上述したように、目標補助力算出部33(図4参照)を有している。目標補助力算出部33は電動モータ21が出力すべき動力(補助力)、すなわち目標補助力を算出する。目標補助力算出部33は、通常走行モードにおいて目標補助力を算出する通常走行モード算出部33aと、立ち漕ぎ走行モードにおいて目標補助力を算出する立ち漕ぎ走行モード算出部33bとを有している。
通常走行モード算出部33aは、例えば、踏力トルク(トルクセンサ41の出力)に応じた補助力を算出する。より具体的には、通常走行モード算出部33aは踏力トルクと車速とに応じた目標補助力を算出する。電動補助自転車100の例では、補助率と車速との関係を表すマップや関係式が制御装置30のメモリに予め格納されている(補助率=補助力/踏力トルク)。通常走行モード算出部33aは、メモリに予め格納されているマップや関係式を参照してセンサ(例えば、前輪回転センサ43)で検知した車速に応じた補助率を算出する。そして、通常走行モード算出部33aは、算出した補助率に踏力トルクを乗じ、その乗算の結果を目標補助力とする。
立ち漕ぎ走行モード算出部33bは、立ち漕ぎ走行モードが選択されている場合に、目標補助力を算出する。立ち漕ぎ走行モード算出部33bは、通常走行モード算出部33aとは異なる処理(通常走行モードとは異なる演算方法)で、目標補助力を算出する。目標補助力の算出で利用される車速や踏力トルクなどの値が同じ場合、立ち漕ぎ走行モードで算出される目標補助力は通常走行モードで算出される目標補助力とは異なる。
一例では、立ち漕ぎ走行モード算出部33bは通常走行モード算出部33aが算出する補助率とは異なる補助率を算出する。そして、立ち漕ぎ走行モード算出部33bは算出した補助率と踏力トルクとを乗じ、その乗算の結果を目標補助力とする。一例では、立ち漕ぎ走行モード用の補助率と車速との関係を表すマップや関係式がメモリに予め格納される。図7では、立ち漕ぎ走行モード用の補助率と車速との関係が実線Bによって例示されている。この図の例では、立ち漕ぎ走行モードでの補助率は、車速が0からV1の範囲では、補助率は一定値Rb2である。車速がV1からV2の範囲において、補助率は徐々に低下し、車速がV2以上の範囲では補助率はゼロである。ここで立ち漕ぎ走行モード用の補助率Rb2は通常走行モードでの補助率Ra1よりも大きい。また、車速V1からV2の範囲でも、立ち漕ぎ走行モードでの補助率は通常走行モードでの補助率よりも大きい。このように規定されている補助率によれば、立ち漕ぎ走行モードにおいては、通常走行モードよりも大きな補助力が得られる。
上述したように、車両の走行中、踏力トルクはクランク軸2の回転に応じて変動している(図5(b)参照)。上述したように、通常走行モードにおいて、目標補助力は踏力トルクと補助率とによって算出される。したがって、通常走行モードにおいて、電動モータ21が出力する補助力はクランク軸2の回転に応じて変動する。制御装置30は、立ち漕ぎ走行モードにおいては、通常走行モードよりも補助力の変動が滑らかになるように、電動モータ21を制御してもよい。すなわち、制御装置30は、立ち漕ぎ走行モードにおける補助力の振幅が通常走行モードにおける補助力の振幅よりも小さくなるように、電動モータ21を制御してもよい。例えば、制御装置30は、立ち漕ぎ走行モードでの車速と踏力トルクが通常走行モードでのそれらと同じ条件下において、立ち漕ぎ走行モードでの補助力の極小値が通常走行モードでの補助力の極小値よりも高くなるように電動モータ21を制御してもよい。
さらに他の例では、制御装置30は、立ち漕ぎ走行モードにおいては、補助力が一定値となるように電動モータ21を制御してもよい。図9は制御モードが通常走行モードから立ち漕ぎ走行モードに変化する場合における補助力の例を示している。この図において横軸は時間である。時点t1より前では通常走行モードが選択され、時点t1より後では立ち漕ぎ走行モードが選択されている。
トルクセンサ41で検知する踏力が通常走行モードと立ち漕ぎ走行モードとにおいて同じ場合に、立ち漕ぎ走行モードにおける電動モータ21の仕事率(電動モータのトルク×回転速度、すなわち、電動モータの出力)が通常走行モードにおける電動モータ21の仕事率とは異なるように、電動モータ21は制御される。電動補助自転車100の一例では、制御装置30は立ち漕ぎ走行モードにおいて、通常走行モードよりも大きな仕事率が電動モータ21から得られるように電動モータ21を制御してもよい。すなわち、立ち漕ぎ走行モードでの車速と踏力トルクが通常走行モードでのそれらと同じ条件下において、立ち漕ぎ走行モードでの仕事率が通常走行モードでの仕事率よりも大きくなるように、立ち漕ぎ走行モード算出部33bは目標補助力を算出してもよい。例えば、図7を参照して説明したように、立ち漕ぎ走行モードでは高い補助率を利用することで、電動モータ21の仕事率を増すことができる。また、図8を参照して説明したように目標補助力の極小を高くしたり、図9を参照して説明したように目標補助力を一定値とすることで、電動モータ21の仕事率を増すことができる。なお、制御装置30の制御は必ずしもこれに限られない。すなわち、立ち漕ぎ走行モードでの電動モータ21の仕事率が通常走行モードでの電動モータ21の仕事率よりも小さくなったり、通常走行モードでの仕事率と等しくなるように、立ち漕ぎ走行モード算出部33bは目標補助力を設定してもよい。
制御装置30は上述したようにモータ制御部34(図4参照)を有している。モータ制御部34は目標補助力算出部33の処理で算出された目標補助力に応じた電流指令値を算出する。モータ駆動装置39は電流指令値に応じた駆動電流を電動モータ21に供給する。また、モータ制御部34はモータ回転センサ42の出力信号に基づいて電動モータ21の回転速度を算出し、電流指令値に応じた適切な駆動を電動モータ21が行っているか否かを監視する。
図2に示すように、電動補助自転車100は通知装置59を有している。通知装置59は立ち漕ぎ走行モードによる電動モータ21の制御が実行されていることを運転者に通知するための装置である。通知装置59はLED(Light Emitting Diode)などの発光素子や、表示装置、スピーカなどである。図4に示すように、制御装置30は通知装置59を制御する通知制御部35を有している。通知制御部35は、モード選択部32によって立ち漕ぎ走行モードが選択されている場合に、立ち漕ぎ走行モードが選択されていることを、通知装置から出る音や、光、画像で運転者に通知する。
本発明は以上説明した電動補助自転車100に限られず、種々の変更が可能である。
図10は上述した電動補助自転車100及び駆動システム10の変形例を示すブロック図である。この図に示す電動補助自転車200及び駆動システム210は、運転者が車体を左右に揺らしているか否かを判断するためのセンサとして、車体の左右方向での加速度に応じた信号を出力する加速度センサ52を、傾斜角センサ51に代えて有している。加速度センサ52は例えば加速度の検出方向が1つである1軸の加速度センサである。加速度センサ52は2軸の加速度センサや3軸の加速度センサでもよい。制御装置30は加速度センサ52の出力、すなわち車体の左右方向での加速度に基づいて立ち漕ぎ走行がなされているか否かを判断する。以下では、車体の左右方向での加速度を「横方向加速度」と称する。
また、通常走行モードでの制御と立ち漕ぎ走行モードでの制御は、図7乃至図9を参照して説明した例に限られない。
Claims (14)
- ペダルに加えられる踏力を検知するための第1センサと、
車体の左右方向への揺れを検知するための第2センサと、
運転者による駆動輪の駆動を補助する電動モータと、
前記ペダルに加えられる踏力に基づいて前記電動モータを制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、通常走行において行う第1モードと、少なくとも前記第2センサの出力に基づいて運転者が車体を左右方向に揺らしながら走行していると判断する場合に、前記第1モードとは異なる制御で前記駆動輪の駆動を補助する第2モードとを有し、
左方向と右方向のうちの一方向への車体の傾斜を第1の傾斜とし、前記左方向と前記右方向のうちの他方向への車体の傾斜を第2の傾斜としたとき、前記制御装置は前記第1の傾斜と前記第2の傾斜とを合わせて複数回検知したときに、運転者が車体を左右方向に揺らしながら走行していると判断する
ことを特徴とする電動補助自転車の駆動システム。 - 前記第1センサで検知する踏力が前記第1モードと前記第2モードとにおいて同じ場合に、前記第2モードにおける前記電動モータの出力は前記第1モードにおける前記電動モータの出力とは異なる
ことを特徴とする請求項1に記載される電動補助自転車の駆動システム。 - ペダルに加えられる踏力を検知するための第1センサと、
車体の左右方向への揺れを検知するための第2センサと、
運転者による駆動輪の駆動を補助する電動モータと、
前記ペダルに加えられる踏力に基づいて前記電動モータを制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、通常走行において行う第1モードと、少なくとも前記第2センサの出力に基づいて運転者が車体を左右方向に揺らしながら走行していると判断する場合に、前記第1モードとは異なる制御で前記駆動輪の駆動を補助する第2モードとを有し、
前記制御装置は、前記第2センサの出力に基づいて、車体の左右方向への傾斜角を検知し、
前記制御装置は、車体の左右方向への傾斜角に基づいて、運転者が車体を左右方向に揺らしながら走行しているか否かを判断する
ことを特徴とする電動補助自転車の駆動システム。 - ペダルに加えられる踏力を検知するための第1センサと、
車体の左右方向への揺れを検知するための第2センサと、
運転者による駆動輪の駆動を補助する電動モータと、
前記ペダルに加えられる踏力に基づいて前記電動モータを制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記電動モータの制御モードとして、通常走行において行う第1モードと、少なくとも前記第2センサの出力に基づいて運転者が車体を左右方向に揺らしながら走行していると判断する場合に、前記第1モードとは異なる制御で前記駆動輪の駆動を補助する第2モードとを有し、
前記制御装置は、前記第2センサの出力に基づいて、車体の左右方向での加速度を検知し、
前記制御装置は、車体の左右方向での加速度に基づいて、運転者が車体を左右方向に揺らしながら走行しているか否かを判断する
ことを特徴とする電動補助自転車の駆動システム。 - 走行時にペダルの回転位置に応じて出力が変化するセンサが設けられており、
前記制御装置は、走行時にペダルの回転位置に応じて出力が変化する前記センサの出力と前記第2センサの出力とに基づいて、運転者が車体を左右方向に揺らしながら走行しているか否かを判断する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 走行時にペダルの回転位置に応じて出力が変化する前記センサとして、前記第1のセンサが設けられている
ことを特徴とする請求項5に記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 走行時にペダルの回転位置に応じて出力が変化する前記センサとして、前記ペダルが設けられているクランク軸の回転を検知するための第3センサが設けられている
ことを特徴とする請求項5に記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 前記制御装置は、前記第1モードにおいて、前記第1センサを通して検知した踏力と第1補助率とに応じた補助力を前記電動モータが出力するように前記電動モータを制御し、
前記制御装置は、前記第2モードにおいて、前記第1補助率とは異なる第2補助率と前記第1センサを通して検知した踏力とに応じた補助力を前記電動モータが出力するように前記電動モータを制御する
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 前記第1モードにおいて前記電動モータが出力する補助力は、前記ペダルが設けられているクランク軸の回転に応じて変動しており、
前記制御装置は、前記第2モードにおいて、前記第2モードでの補助力の極小値が前記第1モードでの補助力の極小値よりも高くなるように前記電動モータを制御する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 前記制御装置は、前記第2モードにおいて、前記第2モードでの補助力の振幅が前記第1モードでの補助力の振幅よりも小さくなるように前記電動モータを制御する
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 前記制御装置は、前記第2モードにおいて、前記第2モードでの補助力の振幅が前記第1モードでの補助力の振幅よりも大きくなるように前記電動モータを制御する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 前記制御装置は、前記第1モードにおいて、前記ペダルに加えられる踏力の変動によらず補助力が一定となるように前記電動モータを制御しており、
前記制御装置は、前記第2モードにおいて、前記第2モードでの補助力の振幅が生じるように前記電動モータを制御する
ことを特徴とする請求項11に記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 前記第2モードによる制御が実行されていることを運転者に通知するための通知装置がさらに設けられている
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載される電動補助自転車の駆動システム。 - 請求項1乃至13のいずれかに記載される駆動システムを有している電動補助自転車。
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