JP6884040B2 - 電動アシスト自転車の押し歩きアシストのために電動機を制御する制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動アシスト自転車の押し歩きアシストを制御する電動機の制御方法及びこの方法を実施するように構成されている装置に関する。本発明はさらに、本発明に係る装置を有する電動アシスト自転車に関する。

従来技術
独国実用新案第２０２００５０１８１２６号明細書（DE 20 2005 018 126 U1 ）及び独国実用新案第２０２００５００６６８４号明細書（DE 20 2005 006 684 U1 ）には、電動アシスト自転車用の走り出しアシスト又は押し歩きアシストが記載されている。このような走り出しアシスト又は押し歩きアシストは、典型的には、ハンドルのスイッチ又は回転グリップの操作によって開始される。電動アシスト自転車は、これによって、自転車運転者の踏み込み補助なしに、電動機のトルクによって、押し歩きアシストの最高速度まで加速される。押し歩きアシストの最高速度は、例えば、ドイツ連邦共和国では、法的に規制されており、６ｋｍ／ｈである。押し歩きアシストを実現するために形成されたトルクは、上で挙げた文献では、電動アシスト自転車の傾斜角度とは無関係であり、例えば身体に障害のある人は、上り坂の走行区間では、押し歩きアシストに付いていくのに困難を有し、又は、その逆に下り坂では、押し歩きアシストの速度は低くなり過ぎる。

独国実用新案第２０２００５０１８１２６号明細書 独国実用新案第２０２００５００６６８４号明細書

本発明の開示内容
本発明は、電動アシスト自転車の横軸を基準とする、電動アシスト自転車の検出された傾斜角度に依存して、電動アシスト自転車の押し歩きアシストを制御するための、電動機の制御方法及びこの方法を実施するように構成されている装置に関する。本発明は、さらに、本発明に係る上記装置を有する電動アシスト自転車に関する。押し歩きアシストは、走り出しアシストとしても使用可能である。

この制御方法は、押し歩きアシストの起動の識別を含んでいる。押し歩きアシストが起動されている場合には、電動アシスト自転車の横軸を中心とした、電動アシスト自転車の現在の傾斜角度が検出される。電動アシスト自転車の長手方向軸に対して垂直でありかつ縦軸に対して垂直に配置されている横軸を基準とする、検出された傾斜角度は、走行方向における走行区間の現在の上昇又は下降を表す。次に、検出されたこの傾斜角度と押し歩きアシストの最高速度とに依存して、押し歩きアシストの目標速度が求められる。求められる目標速度は、有利には押し歩きアシストの法的に規制された限界速度を表す最高速度以下である。電動機は、求められた目標速度に依存して制御される。従って、この制御方法によって、押し歩きアシストの速度が、走行区間の現在の勾配に合わせられる。これによって、走行区間の勾配箇所での重い電動アシスト自転車の押し歩きが容易になる又はより快適になる。

この制御方法の発展形態では、縦軸方向における電動アシスト自転車の加速度が検出される。でこぼこの地面上で検出される縦軸方向の加速度は、平らな地面上で検出される縦軸方向の加速度よりも高い。従って、検出された加速度は、走行区間の地面を表す。このような実施形態では、押し歩きアシストの目標速度は、付加的に、縦軸方向における検出された加速度に依存して求められる。このようにして、電動機の制御によって得られる押し歩きアシストの速度が、走行区間の地面に合わせられる。

本発明に係る装置は、少なくとも計算ユニットを含んでいる。この計算ユニットは、上記制御方法を実施するように構成されている。計算ユニットは、押し歩きアシストの起動を識別する。この識別は、例えば、センサによって検出された、電動アシスト自転車の運動量を評価することによって、又は、自転車運転者の手動の入力によって行われる。次に、計算ユニットは、電動アシスト自転車の横軸を基準とした、電動アシスト自転車の現在の傾斜角度を表す量を検出する。任意選択的に、計算ユニットが、縦軸方向の電動アシスト自転車の加速度を表す別の量も検出してよい。計算ユニットは、さらに、検出された傾斜角度に依存して、押し歩きアシストの速度を適合させる制御信号を形成する。任意選択的に、この制御信号は、縦軸方向における、検出された加速度にも依存して形成される。この装置は、例えば制御装置である。

本発明に係る電動アシスト自転車は、電動アシスト自転車を駆動する電動機、及び、電動アシスト自転車の横軸を中心とした、電動アシスト自転車の現在の傾斜角度を表す量を検出するセンサを備えている。任意選択的に、電動アシスト自転車は、電動アシスト自転車の縦軸方向において電動アシスト自転車の現在の加速度を検出する別のセンサを備えている。電動アシスト自転車は、さらに、特に制御装置である、電動機を制御する本発明に係る装置を備えている。

本発明を、以下、有利な実施形態及び添付の図面に基づいて説明する。

上り坂の走行区間での電動アシスト自転車。 押し歩きアシストのための制御方法のフローチャート。 制御装置である本発明に係る装置。

実施例
図１には、上り坂での電動アシスト自転車が示されている。自身の横軸を中心とした電動アシスト自転車の傾斜角度αは、図１において、水平線と走行区間との間に示されている。電動アシスト自転車１００の制御装置１０３が、電動機１０１を駆動制御する。制御装置１０３は、本発明に係る方法を実施するように構成されている装置である。横軸を基準とする電動アシスト自転車の傾斜角度αは、電動アシスト自転車のセンサ１０２によって検出される。センサ１０２は例えば、傾斜センサ、加速度センサ及び／又は慣性測定ユニットであり得る。

さらに図１では、電動アシスト自転車１００は、でこぼこの地面の上に示されている。電動アシスト自転車１００の縦軸方向における電動アシスト自転車１００の加速度ａ_ｚは、走行時に、任意選択的なセンサ１０４によって検出され得る。任意選択的なセンサ１０４は、例えば、加速度センサ又は慣性測定ユニットであり得る。地面がでこぼこの場合には、電動アシスト自転車１００の縦軸方向における電動アシスト自転車１００の加速度ａ_ｚはより大きくなり、検出される加速度ａ_ｚは、走行区間の地面を表す。重い電動アシスト自転車１００を押して歩くことは、上り坂の走行区間においては、でこぼこの地面によってさらに困難になる。

図２には、本発明に係る制御方法のフローチャートが示されている。まずは、押し歩きアシストの起動が識別される（２１０）。起動が識別されなかった場合には、押し歩きアシストのためのこの制御方法の以降のステップは実施されず、この方法は終了する。識別２１０は、例えば、自転車運転者の入力の検出、スイッチの押下によって、並びに、ケイデンス及びサドル上の重量負荷が無い状態での自転車の運動によって行われてよい。押し歩きアシストの起動が識別されると、次のステップにおいて、横軸を中心とした電動アシスト自転車１００の傾斜角度αの検出が行われる（２２０）。任意選択的に、制御方法の次のステップ２３０において、目標速度を求める（２４０）前に、図１及び図２に示されているように、電動アシスト自転車１００の縦軸方向における電動アシスト自転車１００の加速度ａ_ｚが検出される。縦軸方向における電動アシスト自転車１００の加速度ａ_ｚは、走行区間のでこぼこの地面上では、平らな区間上よりも大きいので、山道上では、アスファルトの道路上よりも加速度値は大きくなる。

次のステップ２４０では、検出された傾斜角度αと、最高速度Ｖ_ｍａｘとに依存して押し歩きアシストの目標速度Ｖ_Ｚｉｅｌが求められる。電動アシスト自転車１００の押し歩きアシストに対しては、通常、国固有の最高速度Ｖ_ｍａｘが法的に定められている。ドイツ連邦共和国では、この最高速度Ｖ_ｍａｘは、６ｋｍ／ｈである。有利には、目標速度Ｖ_Ｚｉｅｌは、傾斜角度αの絶対値と係数ｋとに依存して、最高速度Ｖ_ｍａｘを低減することによって求められる２４０（式（１）を参照）。係数ｋは一定であっても又は横軸を中心とした、検出された傾斜角度αに依存していてもよい。

別の選択的な実施形態では、係数ｋは、傾斜角度範囲に依存している（式（２）を参照）。従って、例えばｋ_１＜ｋ_２のもとで、押し歩きアシストの目標速度Ｖ_Ｚｉｅｌは、下り坂の押し歩き、即ち、０以下の傾斜角度αの場合、絶対値的に等しい上り坂の傾斜角度α、即ち、０よりも大きい傾斜角度αの場合よりも大きくなる。

任意選択的に、目標速度Ｖ_Ｚｉｅｌは、付加的に、電動アシスト自転車１００の縦軸方向における、電動アシスト自転車１００の検出された加速度ａ_ｚに依存して求められる（２４０）。目標速度Ｖ_Ｚｉｅｌは、例えば、係数ｈ及び検出された加速度ａ_ｚの統計的な評価に依存して、最高速度を低減することによって求められる（２４０）。この統計的な評価は、例えば、加速度ａ_ｚの分散Ｖａｒ（ａ_ｚ）の平均化又は特定によって行われる（式（３）を参照）。係数ｈは一定であっても、又は横軸を中心とした、検出された傾斜角度αに依存していてもよい。本発明のこの発展形態では、アスファルトの区間上で、押し歩きアシストの目標速度は、山道上でよりも高くなる。なぜなら、例えば自転車運転者は、アスファルトの区間上では、より容易に又は妨害されずに、押し歩きアシストに付いていくことができるからである。

これに続く、電動機１０１の制御２５０が、最後に、求められた目標速度Ｖ_Ｚｉｅｌに依存して実施される。従って、押し歩きアシストの速度は、検出された傾斜角度αに依存して適合される又は制限される。これは例えば、下り坂での押し歩き時の押し歩きアシストの安全性を高める。

本発明の別の実施形態では、押し歩きアシストの起動識別後のこれらのステップが、繰り返し、実施される。このような実施形態によって、押し歩きアシストの速度又は電動機トルクが継続的に適合され、傾斜角度αの変化時にも、自転車運転者にとって快適な押し歩きアシストが実現される。

図３には、制御装置１０３としての本発明に係る装置が示されている。この制御装置１０３は、電動アシスト自転車１００の押し歩きアシストのための制御方法を実施するように構成されている。制御装置１０３は、計算ユニット３０１、及び、任意選択的に、電動アシスト自転車１００の縦軸方向における検出された加速度ａ_ｚを記憶するメモリ３０２有している。計算ユニット３０１は、センサ１０２からの、電動アシスト自転車１００の傾斜角度αを表す量を検出する。任意選択的に計算ユニット３０１はさらに、センサ１０４からの、縦軸方向における電動アシスト自転車１００の加速度ａ_ｚを表す量を検出する。計算ユニット３０１は、検出された傾斜角度αに依存して、かつ任意選択的に、検出された加速度ａ_ｚに依存して、電動機１０１に対する制御信号を形成する。

Claims (3)

1. 電動アシスト自転車（１００）の押し歩きアシストのために電動機（１０１）を制御する制御方法であって、
   ・前記押し歩きアシストの起動を識別する（２１０）ステップと、
   ・前記電動アシスト自転車（１００）の横軸を基準とした、前記電動アシスト自転車（１００）の現在の傾斜角度（α）を検出する（２２０）ステップと、
   ・縦軸方向における前記電動アシスト自転車（１００）の加速度（ａ _ｚ ）を検出する（２３０）ステップと、
   ・最高速度（Ｖ_ｍａｘ）と、前記電動アシスト自転車（１００）の検出された前記傾斜角度（α）及び前記加速度（ａ _ｚ ）とに依存して目標速度（Ｖ_Ｚｉｅｌ）を求める（２４０）ステップと、
   ・求められた前記目標速度（Ｖ_Ｚｉｅｌ）に依存して、前記電動機（１０１）を制御する（２５０）ステップと、
   を少なくとも含む制御方法。
2. 請求項１に記載の方法を実施するように構成されている計算ユニット（３０１）を少なくとも備えている装置であって、前記計算ユニット（３０１）は、
   ・前記押し歩きアシストの起動を識別し、
   ・前記電動アシスト自転車（１００）の横軸を中心とした、前記電動アシスト自転車（１００）の現在の傾斜角度（α）を検出し、
   ・前記電動アシスト自転車（１００）の縦軸方向における前記電動アシスト自転車（１００）の加速度（ａ _ｚ ）を検出し、
   ・最高速度（Ｖ_ｍａｘ）と検出された前記傾斜角度（α）及び前記加速度（ａ _ｚ ）とに依存して、目標速度（Ｖ_Ｚｉｅｌ）を実現するように前記電動機（１０１）に対する制御信号を形成する、
   装置。
3. 電動アシスト自転車（１００）であって、
   ・前記電動アシスト自転車（１００）を駆動するための電動機トルク（Ｍ）を形成する電動機（１０１）と、
   ・前記電動アシスト自転車（１００）の横軸を中心とした前記電動アシスト自転車（１００）の現在の傾斜角度（α）を検出するセンサ（１０２）と、
   ・前記電動機（１０１）を制御する、請求項２に記載の装置（１０３）と、
   を少なくとも備えている、電動アシスト自転車（１００）。

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