JPWO2014003017A1 - 補助動力付き移動機器の制御装置、および、その制御装置を備えた補助動力付き移動機器 - Google Patents

Abstract

制御が容易で、かつ、回生状態の時間の割合を高くすることができる補助動力付き移動機器の制御装置、および、その制御装置を備えた補助動力付き移動機器を提供する。制御装置２０は、補助動力付き自転車の速度を検出する速度センサ２６と、加速度を検出する加速度センサ２７と、速度センサ２６が検出した速度および加速度センサ２７が検出した加速度に基づき、補助動力付き自転車のモータ４２およびバッテリ４４を、アシスト状態および回生状態のいずれか１つの状態に切り替える回生制御回路と、を備えている。回生制御回路のコントローラ２２は、補助動力付き自転車の速度に応じて、補助動力付き自転車の加速度の回生判定値を予め記憶しており、ある速度での加速度センサ２７が検出した加速度が回生判定値以上の場合に、モータ４２およびバッテリ４４を回生状態に切り替える。

Description

本発明は、補助動力付き自転車などの補助動力付き移動機器の制御装置、および、その制御装置を備えた補助動力付き移動機器に関する。

従来、補助動力付き自転車の制御装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この補助動力付き自転車の制御装置は、主に、回生状態とアシスト状態とを切り替えるための制御装置であり、車速と踏力トルクとを検出してこの制御を行っている。すなわち、補助動力付き自転車のクランク軸に加えられた踏力トルクに応じた補助力を発生するために、補助動力付き自転車のモータが駆動制御されてアシストされると共に、検出された踏力トルクが、車速に応じて定められた踏力トルク未満の場合は、直流モータおよびバッテリが回生状態に切り替えられる。

特開平９−２６７７９０号公報

しかしながら、従来の補助動力付き自転車の制御装置は、車速と踏力トルクとを検出して制御を行っているため、補助動力付き自転車のギアの切り替えごとに車速と踏力トルクとを検出して制御を行なう必要があり、制御が煩雑になるという問題があった。

また、加速度が大きくても、踏力トルクが大きい場合には、回生状態への切り替えが起こらないため、回生状態の時間の割合が低く、バッテリ切れや充電頻度のアップが生じるという問題があった。

それゆえに、本発明の目的は、制御が容易で、かつ、回生状態の時間の割合を高くすることができる補助動力付き移動機器の制御装置、および、その制御装置を備えた補助動力付き移動機器を提供することである。

本発明は、補助力を発生するためのモータとバッテリとを備えた補助動力付き移動機器の制御装置であって、補助動力付き移動機器の加速度を検出する加速度検出手段と、加速度検出手段が検出した加速度に基づき、モータおよびバッテリを、アシスト状態、回生状態およびニュートラル状態のいずれか１つの状態に切り替える回生制御手段と、を備え、回生制御手段は、加速度検出手段が検出した加速度が回生判定値以上の場合に、モータおよびバッテリを回生状態に切り替えること、を特徴とする、補助動力付き移動機器の制御装置である。
また、本発明は、補助動力付き移動機器の速度を検出する速度検出手段と、回生制御手段は、補助動力付き移動機器の速度に応じて、補助動力付き移動機器の加速度の回生判定値を予め記憶しており、ある速度での加速度検出手段が検出した加速度が回生判定値以上の場合に、モータおよびバッテリを回生状態に切り替えることが好ましい。
さらに、本発明は、補助力を発生するためのモータとバッテリとを備えた補助動力付き移動機器の制御装置であって、補助動力付き移動機器の速度を検出する速度検出手段と、補助動力付き移動機器の加速度を検出する加速度検出手段と、速度検出手段が検出した速度および加速度検出手段が検出した加速度に基づき、モータおよびバッテリを、アシスト状態、回生状態およびニュートラル状態のいずれか１つの状態に切り替える回生制御手段と、を備え、回生制御手段は、補助動力付き移動機器の速度に応じて、補助動力付き移動機器の加速度の回生判定値を予め記憶しており、ある速度での加速度検出手段が検出した加速度が回生判定値以上の場合に、モータおよびバッテリを回生状態に切り替えること、を特徴とする、補助動力付き移動機器の制御装置である。

本発明では、補助動力付き移動機器の速度および加速度を検出して制御を実行するため、補助動力付き移動機器のギア変更などの影響を受けないですみ、アシスト状態と回生状態との間の切り替え制御が簡素化される。
また、本発明の補助動力付き移動機器の制御装置は、補助動力付き移動機器の速度が、少なくとも０ｋｍ／ｈから第１のしきい値速度までの第１の速度範囲、第１のしきい値速度から第２のしきい値速度までの第２の速度範囲、および第２のしきい値速度より速い第３の速度範囲を有し、前記第２の速度範囲において、前記第２の速度範囲が低速域と高速域とに２分割され、回生制御手段は、補助動力付き移動機器の低速域に対して、補助動力付き移動機器の加速度の正の閾値を有する第１の回生判定値を予め記憶しており、低速域の速度での加速度検出手段が検出した加速度が、第１の回生判定値以上の場合に、モータおよびバッテリを回生状態に切り替え、第１の回生判定値未満の場合に、モータおよびバッテリをアシスト状態に切り替えると共に、回生制御手段は、補助動力付き移動機器の高速域に対して、補助動力付き移動機器の加速度の負の閾値を有する第２の回生判定値を予め記憶しており、高速域の速度での加速度検出手段が検出した加速度が、第２の回生判定値以上の場合に、モータおよびバッテリを回生状態に切り替え、第２の回生判定値未満の場合に、モータおよびバッテリをニュートラル状態に切り替えること、が好ましい。

また、本発明の補助動力付き移動機器の制御装置は、全走行過程に対し、バッテリ変化量の合計が０以上となるように、回生判定値の設定を可能とすることが好ましい。全走行過程とは、ある地点から出発してもとの地点に戻ってくるまでの所定の走行ルートおよび所定の走行ルートにおける走行形態（停止回数、再スタート回数、加速区間、定常運転区間、減速区間）を含む概念である。

この場合、全走行過程に対し、回生状態の占有割合が大きくなるため、充電頻度が低くなることから、バッテリの寿命が長くなる。その結果、バッテリを取り外す頻度も低減するため、バッテリを取り外す手間が省けるとともに、バッテリを接続するためのコネクタの寿命も長くすることができる。加えて、バッテリ切れのリスクも低減される。

また、本発明の補助動力付き移動機器の制御装置は、補助動力付き移動機器のバッテリの出力電流が１５Ａ以上の電池セルを搭載していることが好ましい。

この場合、高出力の電池が搭載できるようになるため、電池セルの数が低減され、補助動力付き移動機器の製造コストおよび重量が抑制されると共に、バッテリの充電効率も良くなる。

また、本発明は、前述の補助動力付き移動機器の制御装置を備えたこと、を特徴とする、補助動力付き移動機器である。

本発明によれば、制御が容易で、かつ、回生状態の時間の割合を高くすることができる補助動力付き移動機器の制御装置および、その制御装置を備えた補助動力付き移動機器を得ることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

本発明に係る補助動力付き移動機器の一例を示す側面図である。 本発明に係る補助動力付き移動機器の制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。

（補助動力付き移動機器）
図１は、補助動力付き移動機器の一例である補助動力付き自転車の側面図である。なお、以下の説明では、補助動力付き自転車を例にして説明しているけれども、本発明は、これに限るものではなく、例えば、補助動力付きベビーカー、補助動力付き人力車、補助動力付き車椅子、補助動力付き台車などにも適用できる。

補助動力付き自転車１は、概略、自転車車体２と、自転車車体２に一体的に取り付けられた補助動力装置４と、クランク軸６と、クランク軸６に取り付けられたペダルアーム８と、ペダルアーム８の先端に回転自在に取り付けられたペダル１０と、を備えている。

補助動力装置４は、概略、補助動力装置カバー４０と、補助動力装置カバー４０内に収容された直流モータ４２と、バッテリ４４と、制御装置２０（図１において図示せず）と、を備えている。補助動力装置カバー４０内に収容された直流モータ４２は、後輪側に搭載される。また、バッテリ４４は、サドルの下側において、サドルを支持するためのシートポストに沿って搭載されるが、補助動力付き自転車１を走行する際に支障が無い限り、補助動力付き自転車１におけるいずれの場所に搭載されていてもかまわない。本実施の形態におけるバッテリ４４は、補助動力付き自転車１のクランク軸６付近とハンドル側との間にわたって形成されているフレームに沿って搭載されている。

（補助動力付き移動機器の制御装置）
図２は、補助動力付き移動機器の制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。

制御装置２０は、概略、コントローラ２２と、速度センサ２６と、加速度センサ２７と、ドライバ２８と、アシストスイッチ３０と、回生スイッチ３２と、昇圧回路３４と、逆流防止用ダイオード３６と、を備えている。

速度センサ２６は、補助動力付き自転車１の速度を検出することができる。加速度センサ２７は、補助動力付き自転車１の加速度を検出することができる。なお、加速度を検出する方法として、加速度センサ２７を別途備えることなく、速度センサ２６により検出された速度に基づいて加速度を算出するようにしてもよい。

コントローラ２２は、速度センサ２６および加速度センサ２７からの入力信号に基づいて、制御信号をドライバ２８に出力する。コントローラ２２は、速度センサ２６が検出した速度および加速度センサ２７が検出した加速度に基づき、直流モータ４２およびバッテリ４４を、アシスト状態、回生状態およびニュートラル状態のいずれか１つの状態に切り替えることができる。

コントローラ２２は、補助動力付き自転車１の速度に応じて、補助動力付き自転車１の加速度の回生判定値が予め設定されている制御プログラムとして記憶されており、ある速度での加速度センサ２７が検出した加速度が回生判定値以上の場合に、直流モータ４２およびバッテリ４４を回生状態に切り替える。この制御プログラムにおいては、例えば、予め設定された複数の速度の範囲に対応して、その範囲ごとに回生判定値が設定されている。

ドライバ２８は、コントローラ２２からの制御信号に基づいて、直流モータ４２を駆動する。

直流モータ４２には、バッテリ４４の電力がドライバ２８を介して供給される。この電力供給回路には、アシストスイッチ３０が設けられている。

バッテリ４４とドライバ２８との間には、回生スイッチ３２、昇圧回路３４および逆流防止用ダイオード３６が直列に接続されている回生回路が設けられている。回生スイッチ３２は、コントローラ２２によって制御されている。

回生スイッチ３２は、通常、ＯＦＦ状態にされている。アシストスイッチ３０がＯＮされると、バッテリ４４の電力がドライバ２８を介して直流モータ４２に供給可能な状態（アシスト状態）とされる。

そして、コントローラ２２は、速度センサ２６の速度信号と加速度センサ２７の加速度信号とから、補助動力付き自転車１の速度に応じて予め記憶されていた加速度の回生判定値未満と判断したときは、速度信号と加速度信号とから、補助動力付き自転車１の走行状態を判断する。この走行状態に基づいて、所定の比率で人力を補助するために、バッテリ４４からの電力を制御して直流モータ４２に供給し、直流モータ４２を駆動してアシスト力を出力する。このとき、走行状態によっては、人力を補助する必要がないとして、アシスト力を出力しない場合もある。

一方、ある走行状態において、コントローラ２２は、速度センサ２６の速度信号と加速度センサ２７の加速度信号とから、補助動力付き自転車１の速度に応じて予め記憶されていた加速度の回生判定値以上と判断したときは、直流モータ４２およびバッテリ４４を回生状態にする。すなわち、コントローラ２２は、制御信号をドライバ２８に出力して、直流モータ４２への電力の供給を停止させ、逆に、直流モータ４２を発電機として働かせる。そして、回生スイッチ３２をＯＮさせて、直流モータ４２で発電した電力を、回生回路を介してバッテリ４４に回生させる。

ここで、直流モータ４２が発電した電力は、その電圧が昇圧回路３４によって昇圧され、バッテリ４４の所定出力電圧より大きくされバッテリ４４に返還される。

以上の構成からなる制御装置２０は、従来の速度と踏力トルクとによる制御ではなく、速度と加速度とによる制御を行うことで、ギア変更の影響を受けないので、アシスト状態と回生状態との間の切り替え制御プログラムを簡素化できる。そして、補助動力付き自転車１の速度が遅く、踏力トルクが大きい場合であっても、加速度が大きいときは、回生状態への切り替えが行われるので、回生状態への切り替え頻度がアップし、電池切れを抑制したり、充電頻度を低下したりすることができる。

また、補助動力付き自転車１の直流モータ４２は、駆動のために３０Ａ程度の電流を必要とする。そして、従来のバッテリは、バッテリの容量を重視する観点から、出力電流が１０Ａ程度の電池セル（例えば、単セルを７つ直列接続したもの）を３個並列接続して、電池セル当たりの容量を大きくすることが一般的であった。

しかし、本実施の形態は、回生状態への切り替え頻度がアップするので、バッテリの容量を重視する必要性が少なくなり、出力電流が１５Ａ以上の電池セルを２個並列接続してバッテリ４４を構成することができる。

この構成により、電池セルの数が低減され、バッテリ４４の製造コストが２／３となると共に、バッテリ４４の重量も３／４程度となる。この結果、補助動力付き自転車１の製造コストおよび重量を抑制することができると共に、バッテリ４４の充電効率も良くなる。

また、制御装置２０のコントローラ２２の制御プログラムを、回生状態の時間の割合が、アシスト状態の時間および回生状態の時間を合計した総時間の１５％以上になるように設定することによって、回生状態への切り替えが頻繁に行われる。その結果、より一層の電池切れの抑制や、充電頻度の低下が期待できる。

さらに、制御装置２０のコントローラ２２の制御プログラムに対して、例えば、往路および復路を含む全走行過程に対するバッテリの変化量の合計が０以上になるように回生判定値の設定をすることができる。ここで、全走行過程とは、ある地点から出発してもとの地点に戻ってくるまでの所定の走行ルートおよび所定の走行ルートにおける走行形態（停止回数、再スタート回数、加速区間、定常運転区間、減速区間）を含む概念である。
従って、このような制御プログラムによって、回生状態の時間の割合が大きくなるように制御することができる。この場合、例えば、往路における走行状態（例えば、往路の距離の情報や往路において各速度の範囲に対応する回生判定値が設定されている制御プログラムが実行された時間の情報等）を記録しておき、その往路における走行状態を記録した情報を、復路を走行する際にフィードバックさせることで、実施するようにしてもよい。その結果、より一層の電池切れの抑制や、充電頻度の低下が期待できる。

１．実施例１〜実施例３および比較例１，２
（実施例の制御装置）
実施例１〜実施例３の制御装置２０のコントローラ２２は、表１に示すように、補助動力付き自転車１の速度に応じて、補助動力付き自転車１の加速度の回生判定値が予め設定されている制御プログラムが、記憶されている。

表１において、実施例１のコントローラ２２は、プログラムＮｏ．１〜プログラムＮｏ．５を記憶している。実施例１の制御装置２０は、補助動力付き自転車１の速度が０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速の場合は、プログラムＮｏ．１を適用して、加速度に関係なく、直流モータ４２およびバッテリ４４をアシスト状態にする。

さらに、実施例１の制御装置２０は、速度が１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速において、加速度の回生判定値が０ｍ／ｓ²に設定されている。すなわち、加速度が０ｍ／ｓ²未満の場合は、プログラムＮｏ．２を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４をアシスト状態にする。加速度が０ｍ／ｓ²以上の場合は、プログラムＮｏ．３を適用して、体力的に余裕があると判断して、直流モータ４２およびバッテリ４４を回生状態にする。

さらに、実施例１の制御装置２０は、速度が２４ｋｍ／ｈ以上の高速において、加速度の回生判定値が−２ｍ／ｓ²に設定されている。すなわち、加速度が−２ｍ／ｓ²未満の場合は、プログラムＮｏ．４を適用して、ニュートラル状態にするため、「×」で表示されている。加速度が−２ｍ／ｓ²以上の場合は、プログラムＮｏ．５を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４を回生状態にする。

実施例２の制御装置２０および実施例３の制御装置２０も、プログラムＮｏ．１〜プログラムＮｏ．５を記憶している。これらのプログラムＮｏ．１〜プログラムＮｏ．５は、実施例１で説明したものと同様のプログラムであるため、その詳細な説明は省略する。

（比較例の制御装置）
一方、比較例１および比較例２の従来の制御装置は、表２に示すように、補助動力付き自転車の速度、ギア比および踏力トルクに応じて、回生判定値が予め設定されている制御プログラムが、記憶されている。

表２において、比較例１の制御装置は、プログラムＮｏ．１〜プログラムＮｏ．１４を記憶している。比較例１の制御装置は、補助動力付き自転車の速度が０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速の場合は、プログラムＮｏ．１を適用して、直流モータおよびバッテリをアシスト状態にする。補助動力付き自転車の速度が１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速の場合は、プログラムＮｏ．２を適用して、直流モータおよびバッテリをアシスト状態にする。

さらに、比較例１の制御装置は、速度が２４ｋｍ／ｈ以上の高速において、ギア比ごとに踏力トルクの回生判定値が設定されている。

ギア比が大きい場合は、踏力トルクの回生判定値が「低い」に設定されている。すなわち、踏力トルクが「高い」、「やや高い」および「やや低い」場合は、それぞれ、プログラムＮｏ．３、プログラムＮｏ．４およびプログラムＮｏ．５を適用して、直流モータおよびバッテリをアシスト状態にする。しかし、高速であるので、人力を補助する必要がないとして、アシスト力は出力しない。従って、表２においては、「×」で表示されている。踏力トルクが「低い」場合は、プログラムＮｏ．６を適用して、直流モータおよびバッテリを回生状態にする。

ギア比が中の場合は、踏力トルクの回生判定値は「やや低い」に設定されている。すなわち、踏力トルクが「高い」および「やや高い」場合は、それぞれ、プログラムＮｏ．７およびプログラムＮｏ．８を適用して、直流モータおよびバッテリをアシスト状態にするけれども、アシスト力は出力しない。踏力トルクが「やや低い」および「低い」場合は、それぞれ、プログラムＮｏ．９およびプログラムＮｏ．１０を適用して、直流モータおよびバッテリを回生状態にする。

ギア比が小さい場合は、踏力トルクの回生判定値は「やや高い」に設定されている。すなわち、踏力トルクが「高い」場合は、プログラムＮｏ．１１を適用して、直流モータおよびバッテリをアシスト状態にするけれども、アシスト力は出力しない。踏力トルクが「やや高い」、「やや低い」および「低い」場合は、それぞれ、プログラムＮｏ．１２、プログラムＮｏ．１３およびプログラムＮｏ．１４を適用して、直流モータおよびバッテリを回生状態にする。

比較例２の制御装置も、プログラムＮｏ．１〜プログラムＮｏ．１４を記憶している。比較例２の制御装置は、補助動力付き自転車の速度が０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速の場合は、プログラムＮｏ．１を適用して、直流モータおよびバッテリをアシスト状態にする。補助動力付き自転車の速度が１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速の場合は、プログラムＮｏ．２を適用して、直流モータおよびバッテリをアシスト状態にする。

さらに、比較例２の制御装置は、速度が２４ｋｍ／ｈ以上の高速において、ギア比に関わらず、踏力トルクの回生判定値が「低い」に設定されている。

（バッテリ容量変化の評価）
次に、実施例１〜３の制御装置および比較例１，２の制御装置を備えた補助動力付き自転車が、それぞれ、表３に示す経路を所定の速度で走行したときのバッテリ容量変化を評価した。

表３に示すように、経路は、所定の傾斜角度の下り坂と、平地と、所定の傾斜角度の上り坂とで構成されている。補助動力付き自転車は、下り坂を２４ｋｍ／ｈ以上の高速度で３分間走行し、続けて、平地を１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速度で３０分間走行し、さらに、上り坂を０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速度で１２分間走行した。

表４は、実施例１〜３のバッテリ容量変化の評価結果を示す。

表４において、実施例１の制御装置２０は、補助動力付き自転車１が下り坂を２４ｋｍ／ｈ以上の高速度で３分間走行するときは、１．５分間はプログラムＮｏ．５（回生状態）を適用し、残りの１．５分間はプログラムＮｏ．４（アシスト状態であるけれども、アシスト力を出力しない）を適用した。プログラムＮｏ．５が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．０６Ａｈであり、電力がバッテリ４４に回生された。プログラムＮｏ．４が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０Ａｈであり、バッテリ４４の電力容量に変化はなかった。

次に、補助動力付き自転車１が平地を１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速度で３０分間走行するときは、実施例１の制御装置２０は、５分間はプログラムＮｏ．３（回生状態）を適用し、残りの２５分間はプログラムＮｏ．２（アシスト状態）を適用した。プログラムＮｏ．３が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．１Ａｈであり、電力がバッテリ４４に回生された。プログラムＮｏ．２が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は−０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．５Ａｈであり、バッテリ４４の電力が消費された。

さらに、補助動力付き自転車１が上り坂を０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速度で１２分間走行するときは、実施例１の制御装置２０は、プログラムＮｏ．１（アシスト状態）を適用した。この場合、単位時間バッテリ容量変化は−０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．４８Ａｈであり、バッテリ４４の電力が消費された。

この結果、全走行経路のバッテリ変化量合計は、０．０６＋０＋０．１＋（−０．５）＋（−０．４８）＝−０．８２Ａｈであり、回生状態の時間の割合は、アシスト状態の時間（１．５分間＋２５分間＋１２分間）および回生状態の時間（１．５分間＋５分間）を合計した総時間（４５分間）の１４％であった。

また、実施例２の制御装置２０は、補助動力付き自転車１が下り坂を２４ｋｍ／ｈ以上の高速度で３分間走行するときは、２分間はプログラムＮｏ．５（回生状態）を適用し、残りの１分間はプログラムＮｏ．４（アシスト状態であるけれども、アシスト力を出力しない）を適用した。プログラムＮｏ．５が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．０８Ａｈであり、電力がバッテリ４４に回生された。プログラムＮｏ．４が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０Ａｈであり、バッテリ４４の電力容量に変化はなかった。

次に、補助動力付き自転車１が平地を１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速度で３０分間走行するときは、実施例２の制御装置２０は、６分間はプログラムＮｏ．３（回生状態）を適用し、残りの２４分間はプログラムＮｏ．２（アシスト状態）を適用した。プログラムＮｏ．３が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．１２Ａｈであり、電力がバッテリ４４に回生された。プログラムＮｏ．２が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は−０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．４８Ａｈであり、バッテリ４４の電力が消費された。

さらに、補助動力付き自転車１が上り坂を０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速度で１２分間走行するときは、実施例２の制御装置２０は、プログラムＮｏ．１（アシスト状態）を適用した。この場合、単位時間バッテリ容量変化は−０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．４８Ａｈであり、バッテリ４４の電力が消費された。

この結果、全走行経路のバッテリ変化量合計は、０．０８＋０＋０．１２＋（−０．４８）＋（−０．４８）＝−０．７６Ａｈであり、回生状態の時間の割合は、アシスト状態の時間（１分間＋２４分間＋１２分間）および回生状態の時間（２分間＋６分間）を合計した総時間（４５分間）の１８％であった。

また、実施例３の制御装置２０は、補助動力付き自転車１が下り坂を２４ｋｍ／ｈ以上の高速度で３分間走行するときは、プログラムＮｏ．５（回生状態）を適用し、プログラムＮｏ．４は適用しなかった。この場合、単位時間バッテリ容量変化は０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．１２Ａｈであり、電力がバッテリ４４に回生された。

次に、補助動力付き自転車１が平地を１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速度で３０分間走行するときは、実施例３の制御装置２０は、２４分間はプログラムＮｏ．３（回生状態）を適用し、残りの６分間はプログラムＮｏ．２（アシスト状態）を適用した。プログラムＮｏ．３が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．４８Ａｈであり、電力がバッテリ４４に回生された。プログラムＮｏ．２が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は−０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．１２Ａｈであり、バッテリ４４の電力が消費された。

さらに、補助動力付き自転車１が上り坂を０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速度で１２分間走行するときは、実施例３の制御装置２０は、プログラムＮｏ．１（アシスト状態）を適用した。この場合、単位時間バッテリ容量変化は−０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．４８Ａｈであり、バッテリ４４の電力が消費された。

この結果、全走行経路のバッテリ変化量合計は、０．１２＋０．４８＋（−０．１２）＋（−０．４８）＝０Ａｈであり、回生状態の時間の割合は、アシスト状態の時間（６分間＋１２分間）および回生状態の時間（３分間＋２４分間）を合計した総時間（４５分間）の６０％であった。

表５は、比較例１，２のバッテリ容量変化の評価結果を示す。

表５において、比較例１の制御装置は、補助動力付き自転車が下り坂を２４ｋｍ／ｈ以上の高速度で３分間走行するときは、０．５分間はプログラムＮｏ．６，９，１２（回生状態）を適用し、残りの２．５分間はプログラムＮｏ．５，８，１１（アシスト状態であるけれども、アシスト力を出力しない）を適用した。プログラムＮｏ．６，９，１２が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．０２Ａｈであり、電力がバッテリに回生された。プログラムＮｏ．５，８，１１が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０Ａｈであり、バッテリの電力容量に変化はなかった。

次に、補助動力付き自転車が平地を１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速度で３０分間走行するときは、比較例１の制御装置は、プログラムＮｏ．２（アシスト状態）を適用した。この場合、単位時間バッテリ容量変化は−０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．６Ａｈであり、バッテリの電力が消費された。

さらに、補助動力付き自転車が上り坂を０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速度で１２分間走行するときは、比較例１の制御装置は、プログラムＮｏ．１（アシスト状態）を適用した。この場合、単位時間バッテリ容量変化は−０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．４８Ａｈであり、バッテリの電力が消費された。

この結果、全走行経路のバッテリ変化量合計は、０．０２＋０＋（−０．６）＋（−０．４８）＝−１．０６Ａｈであり、回生状態の時間の割合は、アシスト状態の時間（２．５分間＋３０分間＋１２分間）および回生状態の時間（０．５分間）を合計した総時間（４５分間）の１％であった。

また、比較例２の制御装置は、補助動力付き自転車が下り坂を２４ｋｍ／ｈ以上の高速度で３分間走行するときは、０．１分間はプログラムＮｏ．６（回生状態）を適用し、残りの２．９分間はプログラムＮｏ．５，８，１１（アシスト状態であるけれども、アシスト力を出力しない）を適用した。プログラムＮｏ．６が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０．００４Ａｈであり、電力がバッテリに回生された。プログラムＮｏ．５，８，１１が適用されたときは、単位時間バッテリ容量変化は０Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は０Ａｈであり、バッテリの電力容量に変化はなかった。

次に、補助動力付き自転車が平地を１０ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の中速度で３０分間走行するときは、比較例２の制御装置は、プログラムＮｏ．２（アシスト状態）を適用した。この場合、単位時間バッテリ容量変化は−０．０２Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．６Ａｈであり、バッテリの電力が消費された。

さらに、補助動力付き自転車が上り坂を０〜１０ｋｍ／ｈ未満の低速度で１２分間走行するときは、比較例２の制御装置は、プログラムＮｏ．１（アシスト状態）を適用した。この場合、単位時間バッテリ容量変化は−０．０４Ａｈ／ｍｉｎで、バッテリ容量変化量は−０．４８Ａｈであり、バッテリの電力が消費された。

この結果、全走行経路のバッテリ変化量合計は、０．００４＋０＋（−０．６）＋（−０．４８）＝−１．０７６Ａｈであり、回生状態の時間の割合は、アシスト状態の時間（２．９分間＋３０分間＋１２分間）および回生状態の時間（０．１分間）を合計した総時間（４５分間）の０．２％であった。

以上の表４および表５から、速度と加速度とによってアシスト状態と回生状態との間の切り替えを行う実施例１〜３は、速度とギア比と踏力トルクとによってアシスト状態と回生状態との間の切り替えを行う比較例１，２と比較して、バッテリの消費量を低減することが認められた。

さらに、実施例１〜３は、速度と加速度との２変数による簡易プログラムであるのに対し、比較例１はギアごとに回生判定値を決定するため、プログラムが複雑になる。なお、ギアの数が増えれば、その増加に従って更にプログラムが複雑化する。比較例２は、ギアごとに回生判定値を設定しないため、プログラムはやや簡易になるけれども、回生状態への切り替え頻度が減り、バッテリの消費量が増大する。

また、実施例３からは、全走行過程のうち回生時間の割合が６０％以上となるように加速度の回生判定値を設定することによって、バッテリ容量変化量が０Ａｈ以上になり、充電を行うことなく、補助動力付き自転車を使用することができることが認められる。

なお、実施例１〜実施例３は、上り坂で回生状態にならない場合を例にして説明した。しかし、補助動力付き自転車１の運転者のコンディションや加速度の回生判定値の設定の仕様によっては、上り坂においても回生状態になる場合がある。この場合、バッテリの消費量は更に低減できる。

２．実施例４
実施例４の制御装置２０のコントローラ２２は、表６に示すように、補助動力付き自転車１の速度に応じて、補助動力付き自転車１の加速度の回生判定値が予め設定されている制御プログラムが、記憶されている。

実施例４の制御装置２０の制御プログラムは、前記実施例１〜実施例３の制御装置２０のプログラムとは異なる。すなわち、補助動力付き自転車１の速度が、０ｋｍ／ｈ以上〜第１のしきい値速度までの第１の速度範囲、第１のしきい値速度〜第２のしきい値速度までの第２の速度範囲、および第２のしきい値速度より速い第３の速度範囲を有しており、さらに、第２の速度範囲が、低速域と高速域とに２分割されている。
なお、実施例４では、第１のしきい値速度は、１０ｋｍ／ｈに設定されており、第２のしきい値速度は、２４ｋｍ／ｈに設定されている。また、実施例４では、第２の速度範囲において、速度が１５ｋｍ／ｈで第２の速度範囲が低速域と高速域とに２分割されている。ここで、第１のしきい値速度は、９ｋｍ／ｈ〜１１ｋｍ／ｈの範囲が好ましく、第２のしきい値速度は、２２ｋｍ／ｈ〜２４ｋｍの範囲が好ましい。

そして、コントローラ２２は、第２の速度範囲の低速域（１０ｋｍ／ｈ以上〜１５ｋｍ／ｈ未満）に対して、補助動力付き自転車１の加速度の正の閾値（表６において概念的に「＋○」で表示されている）を有する第１の回生判定値を予め記憶している。さらに、コントローラ２２は、第２の速度範囲の高速域（１５ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満）に対して、補助動力付き自転車１の加速度の負の閾値（表６において概念的に「−△」で表示されている）を有する第２の回生判定値を予め記憶している。さらに、コントローラ２２は、補助動力付き自転車１の速度が２４ｋｍ／ｈ以上の第３の速度範囲に対して、補助動力付き自転車１の加速度の負の閾値（表６において概念的に「−□」で表示されている）を有する第３の回生判定値を予め記憶している。ここで、第２の回生判定値の負の閾値（「−△」）が第３の回生判定値の負の閾値（「−□」）より大きいほうが、バッテリ４４の充電効率が良くなる。

そして、実施例４のコントローラ２２は、プログラムＮｏ．１〜プログラムＮｏ．７を記憶している。実施例４の制御装置２０は、補助動力付き自転車１の速度が０〜１０ｋｍ／ｈ未満の第１の速度範囲の場合は、プログラムＮｏ．１を適用して、加速度に関係なく、直流モータ４２およびバッテリ４４をアシスト状態にする。

さらに、実施例４の制御装置２０は、速度が１０ｋｍ／ｈ以上〜１５ｋｍ／ｈ未満の第２の速度範囲の低速域において、加速度の第１の回生判定値が＋０．５ｍ／ｓ²に設定されている。すなわち、加速度が＋０．５ｍ／ｓ²未満の場合、実施例４の制御装置２０は、補助動力付き自転車１が上り坂を走行していて体力的に余裕がないと判断して、プログラムＮｏ．２を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４をアシスト状態にする。加速度が＋０．５ｍ／ｓ²以上の場合、実施例４の制御装置２０は、補助動力付き自転車１がスタート時もしくは平地を走行していて体力的に余裕があると判断して、プログラムＮｏ．３を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４を回生状態にする。

さらに、実施例４の制御装置２０は、速度が１５ｋｍ／ｈ以上〜２４ｋｍ／ｈ未満の第２の速度範囲の高速域において、加速度の第２の回生判定値が−１ｍ／ｓ²に設定されている。すなわち、加速度が−１ｍ／ｓ²未満の場合、実施例４の制御装置２０は、プログラムＮｏ．４を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４をニュートラル状態にする（表６において「×」で表示されている）。加速度が−１ｍ／ｓ²以上の場合は、体力的に余裕があると判断して、プログラムＮｏ．５を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４を回生状態にする。この設定によって、直流モータ４２およびバッテリ４４の回生状態の頻度をアップさせることができる。

さらに、実施例４の制御装置２０は、速度が２４ｋｍ／ｈ以上の第３の速度範囲において、加速度の第３の回生判定値が−２ｍ／ｓ²に設定されている。すなわち、加速度が−２ｍ／ｓ²未満の場合、実施例４の制御装置２０は、プログラムＮｏ．６を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４をニュートラル状態にする。加速度が−１ｍ／ｓ²以上の場合は、補助動力付き自転車１が下り坂を走行していて体力的に余裕があると判断して、プログラムＮｏ．７を適用して、直流モータ４２およびバッテリ４４を回生状態にする。

以上のように、実施例４の制御装置２０は、速度が１５ｋｍ／ｈ未満では、補助動力付き自転車１の加速度の正の閾値を有する第１の回生判定値を設定することによって、上り坂を走行している補助動力付き自転車１の乗車人をアシストする。そして、速度が１５ｋｍ／ｈ以上では、補助動力付き自転車１の加速度の負の閾値を有する第２および第３の回生判定値を設定することによって、直流モータ４２およびバッテリ４４の回生状態の頻度をアップさせる。

なお、実施例４の制御装置２０は、第２の速度範囲が、速度が１５ｋｍ／ｈで低速域と高速域とに２分割されているけれども、この２分割の設定値は、補助動力付き自転車１を利用する人によって、変更可能とすることが好ましい。たとえば、速度１５ｋｍ／ｈより小さい値が設定されると、アシスト状態の期間が減り、回生状態の期間が多くなる。すなわち、２分割の設定値は、アシスト状態にするか否かの基準となっている。

また、一般的な補助動力付き自転車は、バッテリの駆動時間を長くするために、エネルギー密度を重視した１セル当たりの電流値の上限規格値が６．３Ａのバッテリを用いている。しかしながら、上り坂において、少なくとも１５Ａ程度の電流が必要とされており、上記バッテリ１セルのみでは上限規格値を超えてしまうため、３つのセルを並列接続して最大１８．９Ａの電流に対応できるように構成している。一方、本願のように走行中アシスト状態と回生状態とを切り替える補助動力付き自転車では、バッテリの駆動時間が多少短くても問題ないため、パワー密度を重視した１セル当たりの電流値の上限規格値が１５Ａのバッテリを用いることができる。このような１セル辺りの上限規格値１５Ａのバッテリを用いることで、バッテリにかかるサイズ、コストをこれまでの１／３にすることもできる。また、一般的な補助動力付き自転車が有する最大１８．９Ａの上限規格値と同等以上とする場合でも、上限規格値１５Ａのバッテリを用いれば、２つのセルを並列接続するだけでよいので、バッテリにかかるサイズ、コストをこれまでの２／３にすることができる。

また、本実施の形態にかかる補助動力付き移動機器の制御装置は、図示しないが、アシスト力の制御を行うために、踏力トルクを検知するセンサが備えられる。

なお、この発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。

１ 補助動力付き自転車
４ 補助動力装置
２０ 制御装置
２２ コントローラ
２６ 速度センサ
２７ 加速度センサ
２８ ドライバ
３０ アシストスイッチ
３２ 回生スイッチ
３４ 昇圧回路
３６ 逆流防止用ダイオード
４２ 直流モータ
４４ バッテリ

本発明は、補助力を発生するためのモータとバッテリとを備えた補助動力付き移動機器の制御装置であって、補助動力付き移動機器の速度を検出する速度検出手段と、補助動力付き移動機器の加速度を検出する加速度検出手段と、速度検出手段が検出した速度および加速度検出手段が検出した加速度に基づき、モータおよびバッテリを、アシスト状態、回生状態およびニュートラル状態のいずれか１つの状態に切り替える回生制御手段と、を備え、回生制御手段は、補助動力付き移動機器の速度に応じて、補助動力付き移動機器の加速度の回生判定値を予め記憶しており、ある速度での加速度検出手段が検出した加速度が回生判定値以上の場合に、モータおよびバッテリを回生状態に切り替えること、を特徴とする、補助動力付き移動機器の制御装置である。

Claims (7)

1. 補助力を発生するためのモータとバッテリとを備えた補助動力付き移動機器の制御装置であって、
   前記補助動力付き移動機器の加速度を検出する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段が検出した加速度に基づき、前記モータおよび前記バッテリを、アシスト状態、回生状態およびニュートラル状態のいずれか１つの状態に切り替える回生制御手段と、を備え、
   前記回生制御手段は、前記加速度検出手段が検出した加速度が前記回生判定値以上の場合に、前記モータおよび前記バッテリを回生状態に切り替えること、
   を特徴とする、補助動力付き移動機器の制御装置。
2. 前記補助動力付き移動機器の速度を検出する速度検出手段と、
   前記回生制御手段は、補助動力付き移動機器の速度に応じて、補助動力付き移動機器の加速度の回生判定値を予め記憶しており、ある速度での前記加速度検出手段が検出した加速度が前記回生判定値以上の場合に、前記モータおよび前記バッテリを回生状態に切り替えること、
   を特徴とする、請求項１に記載の補助動力付き移動機器の制御装置。
3. 補助力を発生するためのモータとバッテリとを備えた補助動力付き移動機器の制御装置であって、
   前記補助動力付き移動機器の速度を検出する速度検出手段と、
   前記補助動力付き移動機器の加速度を検出する加速度検出手段と、
   前記速度検出手段が検出した速度および前記加速度検出手段が検出した加速度に基づき、前記モータおよび前記バッテリを、アシスト状態、回生状態およびニュートラル状態のいずれか１つの状態に切り替える回生制御手段と、を備え、
   前記回生制御手段は、補助動力付き移動機器の速度に応じて、補助動力付き移動機器の加速度の回生判定値を予め記憶しており、ある速度での前記加速度検出手段が検出した加速度が前記回生判定値以上の場合に、前記モータおよび前記バッテリを回生状態に切り替えること、
   を特徴とする、補助動力付き移動機器の制御装置。
4. 前記補助動力付き移動機器の速度が、少なくとも０ｋｍ／ｈから第１のしきい値速度までの第１の速度範囲、第１のしきい値速度から第２のしきい値速度までの第２の速度範囲、および第２のしきい値速度より速い第３の速度範囲を有し、前記第２の速度範囲において、前記第２の速度範囲が低速域と高速域とに２分割され、
   前記回生制御手段は、補助動力付き移動機器の前記低速域に対して、補助動力付き移動機器の加速度の正の閾値を有する第１の回生判定値を予め記憶しており、前記低速域の速度での前記加速度検出手段が検出した加速度が、前記第１の回生判定値以上の場合には、前記モータおよび前記バッテリを回生状態に切り替え、前記第１の回生判定値未満の場合には、前記モータおよび前記バッテリをアシスト状態に切り替えると共に、
   前記回生制御手段は、補助動力付き移動機器の前記高速域に対して、補助動力付き移動機器の加速度の負の閾値を有する第２の回生判定値を予め記憶しており、前記高速域の速度での前記加速度検出手段が検出した加速度が、前記第２の回生判定値以上の場合には、前記モータおよび前記バッテリを回生状態に切り替え、前記第２の回生判定値未満の場合には、前記モータおよび前記バッテリをニュートラル状態に切り替えること、
   を特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の補助動力付き移動機器の制御装置。
5. 全走行過程に対し、バッテリ変化量の合計が０以上となるように、前記回生判定値の設定を可能とすること、を特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の補助動力付き移動機器の制御装置。
6. 前記補助動力付き移動機器のバッテリは、出力電流が１５Ａ以上の電池セルを搭載すること、を特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の補助動力付き移動機器の制御装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の補助動力付き移動機器の制御装置を備えたこと、を特徴とする、補助動力付き移動機器。

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