JPH09286377A - 電動自転車の補助動力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクセンサ部に異常があっても、これを即
座に検出し、また補助動力の駆動を停止すること。 【解決手段】 ペダル２０に加えられた踏力を検出する
トルクセンサ部１０と、ペダル２０の回転を検出するペ
ダル回転センサ部１２と、トルクセンサ部１０から出力
される踏力に応じて電動自転車の補助動力を駆動する駆
動制御部１とを備えている。しかも、駆動制御部１が、
ペダル回転センサ部１２によってペダルが正回転してい
ないと判定されたときにトルクセンサ部１０の出力値を
検出する出力値検出手段２と、この出力値検出手段２に
よって検出された出力値が予め定められた規定値を越え
たときには当該トルクセンサ部１０の異常と判定する異
常判定手段３とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動自転車の補助
動力制御装置に係り、特に、補助動力の停止を制御する
補助動力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電動アシスト自転車の補助動
力制御の手法としては、踏力を検出してその大きさに応
じてモータ駆動力を制御するものがある（例えば、特開
平２−７４４９１号公報）。

【０００３】また、踏力とモータ駆動力との相対トルク
（トルク差）を検出して、その差が常に「０」になるよ
うにモータ駆動力を制御する手法がある。この手法は、
同一出願人により既に出願している（特願平６−２６１
４４６号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、検出された踏力に基づいてモータ駆動力を制
御する手法では、踏力の検出手段又は踏力とモータ駆動
力との差の検出手段の不良により、運転者の意に反した
モータ駆動力が発生し、運転感覚が悪くなったり、ま
た、電池の消耗が多くなる、という不都合が生ずる。特
に、検出手段の可動部分の作動が円滑でないときや、改
造が行われた場合には、踏力の検出が良好に行われず、
このような不都合が生じやすい。

【０００５】このような不都合に対して、例えば、特開
平６−２４７３７７号公報には、踏力の検出手段の異常
を検出するものとして、踏力の増減周期を求め、その値
と正常時にとり得る最長限界値と比較し、適性範囲外な
らば踏力検出手段に異常有りと判定する手法が記載され
ている。

【０００６】しかし、この手法では、異常が発生してか
ら異常有りとの判定がなされ、さらにモータ駆動停止ま
でには踏力の増減周期の最長限界値分の時間が必要とな
り、このため、異常発生からモータ駆動の停止までの反
応に遅れが生ずる。すなわち、踏力検出手段に異常が発
生し、モータ駆動力が運転者の予想よりも大きくなった
としても、踏力の増減周期の最長限界値分の時間の経過
後に異常と判定されることとなる。

【０００７】また、この手法は、増減周期に基づいて検
出手段の異常を判定するため、踏力とモータ駆動力との
差を検出する検出手段の異常を検出することができな
い、という不都合があった。すなわち、踏力の大きさに
応じてモータ駆動力を制御する場合にはこの従来例が機
能するにしても、トルク差でモータ駆動力制御する場合
には、トルク差が発生しないように制御するため、トル
ク差の増減周期では検出手段の異常を判別できない。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、トルクセンサ部に異常があっても、これ
を即座に検出し、また補助動力の駆動を停止することが
できる電動自転車の補助動力制御装置を提供すること
を、その目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、第
１の手段（請求項１）として、ペダルに加えられた踏力
を検出するトルクセンサ部と、ペダルの回転を検出する
ペダル回転センサ部と、トルクセンサ部から出力される
踏力に応じて電動自転車の補助動力を駆動する駆動制御
部とを備えている。駆動制御部が、ペダル回転センサ部
によってペダルが正回転していないと判定されたときに
トルクセンサ部の出力値を検出する出力値検出手段と、
この出力値検出手段によって検出された出力値が予め定
められた規定値を越えたときには当該トルクセンサ部の
異常と判定する異常判定手段とを備えた、という構成を
採っている。

【００１０】本発明では、駆動制御部は、トルクセンサ
部から出力される踏力に応じて電動自転車の補助動力を
駆動する。電動自転車は、合力装置により、ペダルから
の踏力と、この補助動力からの駆動力とを合力して後輪
を駆動する。このため、補助動力はトルクセンサ出力に
より定まることとなり、従って、トルクセンサ部に異常
があり、トルクセンサ部の出力値が正常ではないと、運
転者の意に反するような大きな駆動力が発生することに
もなりかねない。

【００１１】このため、第１の手段では、出力値検出手
段が、ペダル回転センサ部によってペダルが正回転して
いないと判定されたときにトルクセンサ部の出力値を検
出する。このトルクセンサ部の出力値は、ペダルが正回
転していないため踏力は生じていないはずであることか
ら、所定の規定値未満となるはずである。さらに、異常
判定手段は、この出力値検出手段によって検出された出
力値が予め定められた規定値を越えたときには、当該ト
ルクセンサ部の異常と判定する。すなわち、生じていな
いはずの踏力が検出された場合には、トルクセンサ部の
異常と判定する。

【００１２】第２の手段（請求項２）では、第１の手段
を特定する事項に加え、ペダル回転センサ部が、ペダル
の回転方向を検出する回転方向検出手段を備え、駆動制
御部が、回転方向検出手段によってペダルが逆回転又は
停止していると検出されたときには補助動力の駆動を停
止する停止制御手段を備えた、という構成を採ってい
る。

【００１３】この第２の手段では、駆動制御部が、停止
制御手段により、回転方向検出手段によってペダルが逆
回転又は停止していると検出されたときには補助動力の
駆動を停止する。このため、運転者は、トルクセンサの
異常が検出され、又はそれ以前に後輪に加えられた駆動
力が大きすぎ、または不要の場合には、ペダルを逆回転
させると、補助動力は停止する。

【００１４】本発明は、これらの各手段により、前述し
た目的を達成しようとするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１６】図１は、本発明による電動自転車の補助動
力制御装置の構成を示すブロック図である。電動自転車
の補助動力制御装置は、ペダル２０に加えられた踏力を
検出するトルクセンサ部１０と、ペダル２０の回転を検
出するペダル回転センサ部１２と、トルクセンサ部１０
から出力される踏力に応じて電動自転車の補助動力を駆
動する駆動制御部１とを備えている。

【００１７】しかも、駆動制御部１が、ペダル回転セン
サ部１２によってペダルが正回転していないと判定され
たときにトルクセンサ部１０の出力値を検出する出力値
検出手段２と、この出力値検出手段２によって検出され
た出力値が予め定められた規定値を越えたときには当該
トルクセンサ部１０の異常と判定する異常判定手段３と
を備えている。

【００１８】この異常判定手段３は、ペダルが回転して
いないときにはペダル踏力（ペダリング）による走行力
が生じないことを前提に、ペダルの未回転中にペダリン
グによる踏力が検出された場合には、トルクセンサ部１
０の異常と判定する。

【００１９】また、ペダル回転センサ部１２が、ペダル
２０の回転方向を検出する回転方向検出手段１３を備
え、駆動制御部１が、回転方向検出手段１３によってペ
ダルが逆回転又は停止していると検出されたときには補
助動力２１の駆動を停止する停止制御手段５を備えてい
る。

【００２０】停止制御手段５は、トルクセンサ部１０の
出力に応じた補助動力の駆動中にあっても、ペダルが逆
回転又は停止していると検出されたときには、強制的に
補助動力２１の駆動を停止する。このため、トルクセン
サ部１０に異常があり、トルクセンサ部の正常でない出
力に基づいて補助動力が駆動された場合でも、ペダルが
停止され、又は逆回転されたときには、即座に補助動力
を停止制御する。

【００２１】図２は踏力とモータ駆動力とのトルク差を
検出してモータを制御する電動自転車（電動アシスト自
転車）の概略構成を示すブロック図である。電動アシス
ト自転車は、ペダリング２０によるペダル側からの走行
力と、モータ２１からの補助動力とを合力装置２２にて
合力し、後輪２３を駆動するものである。ペダリング２
０による走行力はトルクセンサ部１０によって捕捉さ
れ、コントローラ１に入力される。

【００２２】コントローラ１は、ペダル側からの入力ト
ルクと、モータ側からのアシストトルクとの差をトルク
センサ１０にて相対トルクとして検出し、基本的に入力
対アシスト力の比率が常に１：１（相対トルクが：０）
になるようにモータ２１を駆動するモータ電流（アシス
ト力）を制御する。また、ペダル回転センサ１２は、ペ
ダルの正逆方向を検出する。

【００２３】〔停止制御手段５〕図３に示すように、停
止制御手段５は、ペダル回転センサ部１２から出力され
る回転信号が一定時間（規定値ａ）入力されないとき
に、モータの駆動をＯＦＦにする。この規定値ａは、回
転信号の周期よりも長い値となる。また、規定値ａの設
定により、ペダリングが終了してからモータ駆動を停止
するまでの時間が定まる。図３はペダルの回転が停止し
た場合のモータ駆動制御の例であるが、ペダルが逆回転
した場合にもモータによる補助動力を停止するようにし
てもよい。

【００２４】ペダル逆回転の判定は、図４に示すよう
に、ペダル回転センサ部１２は、例えば、９０［度］位
相をずらした２つの回転センサを用いて、回転信号１と
２の位相のズレ方向を検知して、正回転、逆回転を判定
する。この場合、停止制御手段５は、逆転時の位相の回
転信号が入力されてから一定期間経過後か、または図３
に示したように、回転信号が入力されなくなってから一
定時間経過後にモータの駆動２１を停止する。

【００２５】〔異常判定手段〕図５は、踏力とモータ駆
動力との差を検出する場合のトルクセンサ出力特性を示
す図である。図２に示す電動アシスト自転車では、ペダ
ル入力トルクとモータ駆動トルクの差に応じてトルクセ
ンサ部の出力電圧が変化する。図５に示すように、モー
タ２１の駆動制御はトルク差が０（中立点）になるよう
に制御する。

【００２６】異常判定手段３は、ペダル回転センサ部１
３によってペダルが停止中又は逆回転していると判断さ
れているときに、トルクセンサ部１０の出力電圧が図５
に示す規定値ｂを越えている場合には、トルクセンサの
異常と判定する。ペダリングされていないときには、ペ
ダル入力トルクはないはずであるから、トルクセンサ部
１０の出力電圧は図５の正常範囲ｃの間となるため、こ
の正常範囲ｃにないときにはトルクセンサ部１０（特
に、ペダル踏力を検出する部分）の異常と判定する。

【００２７】この異常判定手段３によりトルクセンサ部
１０の異常が検出された場合には、表示制御手段４は、
当該異常の発生を電動アシスト自転車の表示器２４に表
示する。表示器２４は、例えば、数個のランプを有し、
通常時はバッテリ残量を表示する。この場合、表示制御
手段４は、異常判定手段３によってトルクセンサ部１０
の異常が検出されたときには、トルクセンサ部１０の異
常に対応した２進数表示などにより、表示器２４のラン
プに表示し、補助動力系に異常が生じた旨と、その異常
がトルクセンサ部１０の異常であることを表示制御す
る。

【００２８】〔全体動作〕図６にモータ駆動停止制御の
フローチャートを示す。図６に示す例では、ペダルの回
転の有無を停止フラグにより表す。停止フラグ「１」
は、ペダルが停止中又は逆回転中であることを示し、停
止フラグ「０」は、ペダルが正回転中であることを示
す。また、図３に示す規定値ａの設定は、ここではペダ
ル停止カウンタにより行う。図６に示すフローチャート
を１サイクルとして、複数サイクル連続して回転信号の
入力がなかった場合に、図３に示す規定値ａに達したも
のとする。このため、ステップＳ５に示す判定値は、こ
のフローチャートのサイクル時間と、図３に示す規定値
ａとの関係により定まる。

【００２９】まず、モータ駆動停止フラグのセットの有
無を確認する（ステップＳ１）。前回までの処理により
ペダルが逆回転又は停止中であると検出されているとき
には、この停止フラグが１となるため、異常判定手段
（ステップＳ９〜Ｓ１０）を実行する。駆動制御部３
は、ペダル停止中又は逆回転中であるとして、トルクセ
ンサ部１０の出力電圧を検出する（ステップＳ９）。さ
らに、この出力電圧と図５に示した規定値ｂとを比較す
る。

【００３０】ステップＳ１０において、出力電圧が規定
値よりも小さい場合には、トルクセンサ部１０自体は正
常であると判断できる。このため、現在のペダルの状態
を確認する処理を行う（ステップＳ２以下）。一方、出
力電圧が規定値よりも大きい場合には、トルクセンサ部
１０に異常が生じていると判断できるため、モータの駆
動を禁止する（ステップＳ１１，１２）。

【００３１】ステップＳ１において、停止フラグがセッ
トされていなければ、ペダル回転センサ部１２によりペ
ダルの回転方向を判定する（ステップＳ２）。逆回転中
であれば、ステップＳ１１，１２に進み、即座にモータ
の駆動を禁止する（停止制御手段５）。また、ステップ
Ｓ１１では、ペダルが逆回転中であることを示す停止フ
ラグを「１」にする（出力値検出手段）。

【００３２】一方、ペダル回転中でなければ、回転セン
サからのパルス入力の有無を確認する（ステップＳ
３）。パルス入力があれば、ペダル停止カウンタをクリ
アし（ステップＳ８）、一方、パルス入力がなければペ
ダル停止カウンタの値を加算し（ステップＳ４）、所定
の判定値と比較する（ステップＳ５）。

【００３３】カウンタ値がこの判定値以上であるときに
は、ペダルを停止したと判断し、ステップＳ１１，Ｓ１
２に処理を移行してモータ駆動を禁止する（制御停止手
段，出力値検出手段）。

【００３４】ステップＳ１１において一旦モータ駆動停
止フラグをセットしたならば、トルクセンサの値が判定
値（踏力が加わっていない状態でのトルク値）以下であ
ることを検出しない限り、ステップＳ６以下には進ま
ず、モータ駆動は許可されない。

【００３５】以上のように制御することで、通常、ペダ
ルを停止したり逆回転させたときには、踏力はかからな
いはずであるにもかかわらず、トルクセンサの値が大き
い場合には、異常であるため、モータの駆動は許可され
ないように働く。

【００３６】また、トルクセンサの値が異常な高い値に
なった場合には、運転者の意に反した大きなモータ駆動
力が発生するため、通常、運転者は異常を感じてペダル
を逆転させる動作を示すことが多く、図６に示したよう
に制御することで、即座にモータ駆動を停止し、異常を
回避することが可能となる。

【００３７】上述したように本実施形態によると、踏力
又は踏力とモータ駆動力との差を検出する手段におい
て、可動部分の作動が円滑でないときや、改造を行い、
運転者の意に反した大きなモータ駆動力が発生しても、
すみやかにモータを停止させることが可能となり、運転
感の悪化や電池の消耗を抑えることができる。

【００３８】このように、ペダルの正・逆転方向を検出
する回転センサを設け、この回転センサ出力に応じてモ
ータの停止制御を行うため、運転者は、モータ駆動のに
異常が生じた場合でも、ペダルを逆回転させたり、停止
させることにより、即座にモータの駆動を停止させるこ
とができる。

【００３９】また、踏力を加えていない状態において、
トルクセンサ出力値が正常範囲内にあるか否かを判定す
ることにより、トルク検出系統の異常を検出することが
できる。

【００４０】さらに、車輪速に応じて補助力を変化させ
る電動アシスト自転車においては、車輪速を計測するセ
ンサを設けることなくペダル回転センサから回転信号パ
ルスの周期を計測することにより擬似的に車輪速を判別
することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、請求項１記載の発明では、出力値
検出手段が、ペダル回転センサ部によってペダルが正回
転していないと判定されたときにトルクセンサ部の出力
値を検出し、異常判定手段が、この出力値検出手段によ
って検出された出力値が予め定められた規定値を越えた
ときには、当該トルクセンサ部の異常と判定するため、
生じていないはずの踏力が検出された場合に、トルクセ
ンサ部の異常と判定することができ、従って、踏力とモ
ータ駆動力との相対トルクによりモータを駆動する手法
においても、トルクセンサ部の可動部分の異常を検出す
ることができる。

【００４２】請求項２記載の発明では、駆動制御部が、
停止制御手段により、回転方向検出手段によってペダル
が逆回転又は停止していると検出されたときに補助動力
の駆動を停止するため、運転者は、トルクセンサ部の異
常が検出され、又はそれ以前に後輪に加えられた駆動力
が大きすぎ、その他不要の場合には、ペダルを停止又は
逆回転させることにより、トルクセンサ出力の値にかか
わらず補助動力を停止することができ、このため、トル
クセンサ部に異常があっても、意図しない補助動力をペ
ダル操作により停止することができる。このように、本
発明によると、トルクセンサ部に異常があっても、これ
を即座に検出し、また補助動力の駆動を停止することが
できる従来にない優れた電動自転車の補助動力制御装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】電動自転車の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図３】図１に示した停止制御手段による回転信号に基
づいたモータ駆動制御の一例を示すタイムチャートであ
る。

【図４】図１に示したペダル回転センサによるペダルの
回転方向の判別の一例を示すタイムチャートである。

【図５】図１に示した異常判定手段によるトルクセンサ
の異常判定処理の一例を示すグラフ図である。

【図６】図１に示した補助動力駆動制御装置の処理例を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 駆動制御部 ２ 出力値検出手段 ３ 異常判定手段 ４ 表示制御手段 ５ 停止制御手段 １０ トルクセンサ部 １２ ペダル回転センサ部 １３ 回転方向検出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペダルに加えられた踏力を検出するトル
   クセンサ部と、前記ペダルの回転を検出するペダル回転
   センサ部と、前記トルクセンサ部から出力される踏力に
   応じて電動自転車の補助動力を駆動する駆動制御部とを
   備え、 前記駆動制御部が、前記ペダル回転センサ部によって前
   記ペダルが正回転していないと判定されたときに前記ト
   ルクセンサ部の出力値を検出する出力値検出手段と、こ
   の出力値検出手段によって検出された出力値が予め定め
   られた規定値を越えたときには当該トルクセンサ部の異
   常と判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする
   電動自転車の補助動力制御装置。
2. 【請求項２】 前記ペダル回転センサ部が、前記ペダル
   の回転方向を検出する回転方向検出手段を備え、 前記駆動制御部が、前記回転方向検出手段によって前記
   ペダルが逆回転又は停止していると検出されたときには
   前記補助動力の駆動を停止する停止制御手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の電動自転車の補助動力制
   御装置。