TWI666142B - Electric auxiliary system and electric auxiliary vehicle - Google Patents

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Abstract

本發明係用於具備踏板(55)之電動輔助車輛(1)之電動輔助系統(51)，且具備：曲軸(57)，其藉由騎乘者施加於踏板之人力而旋轉；扭矩感測器(41)，其輸出與在曲軸(57)中產生之扭矩之大小對應之扭矩信號；電動馬達(53)，其產生輔助騎乘者之人力之輔助力；加速度感測器(38)，其輸出與電動輔助車輛(1)之行進方向上之當前加速度對應之加速度信號；及控制裝置(70)，其接收扭矩信號及加速度信號，而決定使電動馬達產生之輔助力之大小；且控制裝置(70)基於預先準備之規則，根據扭矩信號算出目標加速度，且以目標加速度與當前加速度之偏差變小之方式決定使電動馬達(53)產生之輔助力之大小。

Description

電動輔助系統及電動輔助車輛
本發明係關於一種用於電動輔助車輛之電動輔助系統、及具備該電動輔助系統之電動輔助車輛。
已知藉由電動馬達來輔助騎乘者踩蹬踏板之力之電動輔助腳踏車。於電動輔助腳踏車中，使電動馬達產生與騎乘者施加於踏板之人力對應之輔助力，並將人力及輔助力組合而成之驅動力傳遞至驅動輪。藉由利用電動馬達來輔助人力，可減少騎乘者之負擔(例如，專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開平09-226664號公報
[發明所欲解決之問題] 藉由騎乘者踩蹬電動輔助腳踏車之踏板，電動腳踏車加速且以固定速度行駛，或減速。 於電動輔助腳踏車中，若施加於踏板之人力相同，則當車輛之負荷變大時車輛速度之變化率(加速度)變小。例如，若施加於踏板之人力相同，則於傾斜路行駛時車輛速度之變化率(加速度)較於平坦路行駛時變小。有如下情形：騎乘者儘管以相同之力持續踩蹬踏板，仍感到不便使車輛速度之變化率(加速度)變化。 本發明提供一種產生與行駛時之負荷對應之適當的輔助力之電動輔助系統及具備該電動輔助系統之電動輔助車輛。 [解決問題之技術手段] 本發明之實施形態之電動輔助系統係用於具備踏板之電動輔助車輛者，且具備：曲軸，其藉由騎乘者施加於上述踏板之人力而旋轉；扭矩感測器，其輸出與在上述曲軸中產生之扭矩之大小對應之扭矩信號；電動馬達，其產生輔助上述騎乘者之人力之輔助力；加速度感測器，其輸出與上述電動輔助車輛之行進方向上之當前加速度對應之加速度信號；及控制裝置，其接收上述扭矩信號及上述加速度信號，而決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小；且上述控制裝置基於預先準備之規則，根據上述扭矩信號算出目標加速度，且以上述目標加速度與上述當前加速度之偏差變小之方式，決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。 於騎乘者用腳踩蹬踏板之腳踏車之構造上，騎乘者施加於踏板之人力之大小會根據騎乘者踩蹬踏板時之踏板之位置而變化。因此，電動輔助腳踏車之行進方向之加速度會根據騎乘者踩蹬踏板時之踏板之位置而變化。電動輔助系統以減小根據騎乘者之踏力求出之目標加速度與車輛之當前加速度之偏差之方式，變更使電動馬達產生之輔助力之大小。認為即便於行駛時施加了負荷，騎乘者之踏力亦表現出該騎乘者所期望之加速感，因此，藉由根據踏力設定目標加速度，並以使車輛之當前加速度接近該目標加速度之方式進行控制，騎乘者可藉由與行駛時之負荷對應之適當之輔助力而使電動輔助車輛行駛。 於一實施形態中，上述控制裝置藉由PID(Proportional-Integral-Differential，比例-積分-微分)控制，而決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小，從而縮小上述偏差。 於一實施形態中，亦可為，於將當前時刻t之當前偏差表示為E(t)且將上述輔助力控制系統之比例要素、微分要素及積分要素之各反饋增益分別表示為Kp、Kd及Ki時，上述控制裝置藉由下式來決定與使上述電動馬達產生之輔助力對應之馬達扭矩Fm。 [數1]於一實施形態中，亦可為上述控制裝置以上述偏差接近0之方式，決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。 藉由上述任一實施形態，均可使對目標加速度之追隨性提昇。 於一實施形態中，上述控制裝置預先保持有使應流入至上述電動馬達之電流之指令值與對應於使上述電動馬達產生之輔助力之馬達扭矩之大小建立對應關係的表格，且參照上述表格而決定產生上述馬達扭矩之電流之指令值。 於一實施形態中，上述控制裝置針對與上述偏差之大小對應之每個範圍，預先保持有將應流入至上述電動馬達之電流之指令值與上述馬達扭矩之大小建立對應關係之表格，且參照上述表格而決定產生上述馬達扭矩之電流之指令值。 於一實施形態中，於上述控制裝置將當前時刻t之當前偏差表示為E(t)且將用以根據有關殘留偏差之比例項、積分項及微分項求出電流指令值之各反饋增益分別表示為Kp'、Kd'及Ki'時，上述控制裝置藉由下式而決定應流入至上述電動馬達之電流之指令值Im。 [數2]於一實施形態中，上述控制裝置具備保持預先準備之上述規則之記憶裝置。 於一實施形態中，亦可為上述規則係規定上述扭矩信號與目標加速度之對應關係之映射表或函數。 於一實施形態中，亦可為上述函數係非線性函數或線性函數。 於一實施形態中，上述控制裝置具有使所接收之上述加速度信號所包含之預先規定之頻率以上之高頻分量透過之高通濾波器。 於一實施形態中，上述控制裝置具有使5 Hz以上之高頻分量透過之高通濾波器。 藉由設置高通濾波器，可適當地提取因騎乘者踩蹬踏板而產生之加速度。 於一實施形態中，於上述騎乘者踩蹬上述踏板而使上述曲軸轉一圈之期間中，上述扭矩感測器及上述加速度感測器複數次或連續地輸出扭矩信號及加速度信號，上述控制裝置複數次或於時間上連續地決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。 於一實施形態中，於上述騎乘者踩蹬上述踏板使上述曲軸轉一圈之期間中，上述扭矩信號根據與上述騎乘者踩蹬踏板之動作連動之上述曲軸之旋轉而變化，且上述加速度信號根據上述騎乘者踩蹬踏板之動作及施加於上述電動輔助車輛之干擾而變化，上述控制裝置於預先規定之時間根據上述扭矩信號算出目標加速度，且根據上述加速度信號算出加速度，從而決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。 於一實施形態中，上述電動輔助系統進而具備馬達驅動電路，該馬達驅動電路根據指令值將振幅、頻率、流動方向之至少一者經控制之電流輸出至上述電動馬達，且上述控制裝置將用以流動與所決定之上述輔助力之大小對應之電流之指令值輸出至馬達驅動電路。藉此，能以獲得與行駛時之踏力對應之目標加速度之方式產生適當之輔助力。 本案發明之例示性之實施形態之電動輔助車輛具備上述電動輔助系統。於一實施形態中，上述電動輔助車輛具備上述前輪及後輪、以及將上述騎乘者之人力及上述輔助力傳遞至上述後輪之動力傳遞機構。具備本發明之實施形態之電動輔助系統之電動輔助車輛能以獲得與行駛時之踏力對應之目標加速度之方式產生適當之輔助力。 [發明之效果] 根據本發明之例示性之實施形態，以減小根據騎乘者之踏力求出之目標加速度與車輛之當前加速度之偏差之方式，變更使電動馬達產生之輔助力之大小。認為即便於行駛時施加了負荷，騎乘者之踏力亦表現出該騎乘者所期望之加速感，因此，藉由根據踏力設定目標加速度，並以使車輛之當前加速度接近該目標加速度之方式進行控制，騎乘者可藉由與行駛時之負荷對應之適當之輔助力而使電動輔助車輛行駛。
以下，一面參照隨附圖式，一面對本發明之電動輔助系統及電動輔助車輛之實施形態進行說明。於實施形態之說明中，對同樣之構成要素附註同樣之參照符號，於重複之情形時，省略其說明。本發明之實施形態中之前後、左右、上下係指以騎乘者朝向把手乘坐於電動輔助車輛之鞍座(座部)之狀態為基準之前後、左右、上下。再者，以下實施形態為例示，本發明並不限定於以下實施形態。 圖1係表示本實施形態之電動輔助腳踏車1之側視圖。電動輔助腳踏車1具有於下文詳述之驅動單元51。電動輔助腳踏車1係本發明之電動輔助車輛之一例。驅動單元51係本發明之電動輔助系統之一例。 電動輔助腳踏車1具有於前後方向延伸之車體框架11。車體框架11包含頭管12、下管5、托架6、後下叉7、座位管16、及後上叉19。頭管12配置於車體框架11之前端。把手桿13可旋轉地插入至頭管12。把手14固定於把手桿13之上端部。於把手桿13之下端部固定前叉15。作為轉向輪之前輪25可旋轉地支持於前叉15之下端部。於前叉15設置制動前輪25之刹車8。於頭管12之前方之位置設置前車籃21。於前叉15設置頭燈22。 下管5自頭管12朝向後斜下方延伸。座位管16自下管5之後端部朝向上方延伸。後下叉7自座位管16之下端部朝向後方延伸。托架6將下管5之後端部、座位管16之下端部、及後下叉7之前端部連接。 於座位管16中插入座柱17，於座柱17之上端部設置供騎乘者乘坐之鞍座27。後下叉7之後方部將作為驅動輪之後輪26可旋轉地支持。於後下叉7之後方部設置制動後輪26之刹車9。又，於後下叉7之後方部設置於停放時保持車輛立起之支架29。後上叉19自座位管16之上部朝向後斜下方延伸。後上叉19之下端部連接於後下叉7之後方部。後上叉19支持設置於鞍座27之後方之載物台24，並且支持覆蓋後輪26之上部之擋泥板18。於擋泥板18之後方部設置尾燈23。 於配置於車體框架11之車輛中央部附近之托架6設置驅動單元51。驅動單元51包含電動馬達53、曲軸57、及控制裝置70。於托架6搭載對電動馬達53等供給電力之電池56。電池56亦可支持於座位管16。 曲軸57於左右方向貫通而支持於驅動單元51。於曲軸57之兩端部設置曲柄臂54。於曲柄臂54之末端，可旋轉地設置踏板55。 控制裝置70控制電動輔助腳踏車1之動作。典型而言，控制裝置70具有能夠進行數位信號處理之微控制器、信號處理器等半導體積體電路。於騎乘者用腳踩踏板55使之旋轉時產生之曲軸57之旋轉輸出經由鏈條28而傳遞至後輪26。控制裝置70以產生與曲軸57之旋轉輸出對應之驅動輔助輸出之方式控制電動馬達53。電動馬達53所產生之輔助力經由鏈條28而傳遞至後輪26。再者，亦可使用皮帶、軸等代替鏈條28。 其次，對控制裝置70之具體之構成、及產生用於控制裝置70之動作之信號之感測器群詳細地進行說明。 圖2A係主要表示控制裝置70之構成之電動輔助腳踏車1之硬體方塊圖。於圖2A中示出有控制裝置70及其周邊環境。作為周邊環境，例如示出有對控制裝置70輸出信號之各種感測器、及接受利用控制裝置70進行之動作之結果而被驅動之電動馬達53。 首先，自控制裝置70之周邊環境進行說明。 如上所述，控制裝置70包含於驅動單元51。於圖2A中示出有同樣包含於驅動單元51之加速度感測器38、扭矩感測器41、曲軸旋轉感測器42及電動馬達53。控制裝置70具有運算電路71、平均化電路78、及馬達驅動電路79。運算電路71進行如下運算及控制信號之輸出，即該運算係用以接收扭矩信號，並基於預先準備之規則，根據扭矩信號算出目標加速度，以目標加速度與當前加速度之偏差變小之方式決定使電動馬達產生之輔助力之大小。 加速度感測器38檢測電動輔助腳踏車1之車輛本體之加速度。加速度感測器38例如係壓阻型、靜電電容型或熱偵測型之3軸加速度感測器。3軸加速度感測器可用一個來測定正交之3軸(X軸、Y軸、Z軸)之各方向之加速度。加速度信號可為與加速度之大小對應之電壓信號。加速度感測器38亦可具有將電壓信號換算為加速度值之加速度運算電路(未圖示)。加速度運算電路例如將輸出之類比電壓信號轉換為數位電壓信號，且根據數位電壓信號之大小算出加速度。 於本說明書中，將自加速度感測器38輸出之表示所檢測出之加速度之信號稱為「加速度信號」。加速度信號可為類比電壓信號及數位電壓信號之任一者。加速度感測器38可將加速度信號作為非離散之連續信號輸出，亦可將加速度信號作為以特定之週期(例如0.1秒)檢測加速度所得之離散信號輸出。 再者，於本說明書中，正交之3軸(X軸、Y軸、Z軸)並非絕對座標系統而表示相對座標系統。更具體而言，正交之3軸(X軸、Y軸、Z軸)之方向分別為搭載有加速度感測器38之電動輔助腳踏車1之前後方向、左右方向、及上下方向。再者，電動輔助腳踏車1之前方向與其行進方向一致，上下方向與垂直於路面之方向一致。由此，有時於平坦路面行駛中之電動輔助腳踏車1之X軸、Y軸、Z軸與於傾斜路面行駛中之電動輔助腳踏車1之X軸、Y軸、Z軸不一致。 3軸加速度感測器係加速度感測器38之一例。作為加速度感測器38，亦可採用能夠測定X軸之加速度Gx及Z軸方向之加速度Gz之2軸加速度感測器。作為加速度感測器38，亦可採用能夠測定X軸之加速度Gx之1軸加速度感測器。加速度感測器38只要至少能夠測定沿著車輛之行進方向之X軸之加速度Gx即可。再者，亦可使用複數個加速度感測器而各自檢測不同軸向之加速度。於圖2A所示之例中，加速度感測器38配置於驅動單元51內，但配置位置並不限定於此，亦可配置於電動輔助腳踏車1之任意之位置。 扭矩感測器41將騎乘者施加於踏板55之人力(踏力)作為於曲軸57產生之扭矩來檢測。扭矩感測器41例如係磁應變式扭矩感測器。扭矩感測器41輸出與所檢測出之扭矩之大小對應之大小之振幅之電壓信號。扭矩感測器41亦可具有將電壓信號換算為扭矩之扭矩運算電路(未圖示)。扭矩運算電路例如將輸出之類比電壓信號轉換為數位電壓信號，並根據數位電壓信號之大小算出扭矩。 於本說明書中，將自扭矩感測器41輸出之表示所檢測出之扭矩之信號稱為「扭矩信號」。扭矩信號可為類比電壓信號及數位電壓信號之任一者。扭矩感測器41可將扭矩信號作為非離散之連續信號輸出，亦可將扭矩信號作為以特定之週期(例如0.1秒)檢測扭矩所得之離散信號輸出。 曲軸旋轉感測器42檢測曲軸57之旋轉角度。例如，曲軸旋轉感測器42針對每特定之角度檢測曲軸57之旋轉，而輸出矩形波信號或正弦波信號。可使用所輸出之信號算出曲軸57之旋轉角度及旋轉速度。例如，於曲軸57之周圍配置複數個具有磁極(N極、S極)之磁性體。於位置固定之霍爾效應感測器中，將伴隨著曲軸57之旋轉之磁場之極性之變化轉換為電壓信號。控制裝置70使用來自霍爾效應感測器之輸出信號對磁場之極性之變化進行計數，從而算出曲軸57之旋轉角度及旋轉速度。曲軸旋轉感測器42亦可具有根據所輸出之信號算出曲軸57之旋轉角度及旋轉速度之運算電路。 馬達驅動電路79例如為反相器。馬達驅動電路79將具有與來自運算電路71之馬達電流指令值對應之振幅、頻率、流動方向等之電流自電池56供給至電動馬達53。被供給該電流之電動馬達53旋轉而產生所決定之大小之輔助力。馬達驅動電路79之詳情於下文中進行敍述。 電動馬達53之旋轉係由馬達旋轉感測器46檢測。馬達旋轉感測器46例如為霍爾效應感測器，檢測電動馬達53之旋轉之轉子(未圖示)所產生之磁場並輸出與磁場之強度或極性對應之電壓信號。於電動馬達53為無刷DC(direct current，直流)馬達之情形時，於轉子配置有複數個永久磁鐵。馬達旋轉感測器46將伴隨著轉子之旋轉之磁場之極性之變化轉換為電壓信號。運算電路71使用來自馬達旋轉感測器46之輸出信號對磁場之極性之變化進行計數，而算出轉子之旋轉角度及旋轉速度。 電動馬達53所產生之輔助力經由動力傳遞機構31而傳遞至後輪26。動力傳遞機構31係使用圖2B於下文中敍述之鏈條28、從動鏈輪32、驅動軸33、變速機構36、單向離合器37、使電動馬達53之旋轉減速之減速機(未圖示)、設置於後輪26之變速機(未圖示)等之總稱。藉由以上構成，可輔助電動輔助腳踏車1之騎乘者之人力。 運算電路71接收分別自加速度感測器38、扭矩感測器41及曲軸旋轉感測器42輸出之檢測信號、及自操作盤60輸出之操作信號而決定輔助力之大小。運算電路71將用以產生所決定之大小之輔助力之馬達電流指令值發送至馬達驅動電路79。其結果，電動馬達53旋轉，電動馬達53之驅動力傳遞至後輪26。藉此，電動馬達53之驅動力加成於騎乘者之人力。 再者，自各種感測器輸出之檢測信號係類比信號。可設置A/D轉換電路(未圖示)，該A/D轉換電路於將檢測信號輸入至控制裝置70之前，通常將類比信號轉換為數位信號。A/D轉換電路可設置於各感測器內，亦可設置於驅動單元51內之各感測器與控制裝置70之間之信號路徑上。或者，A/D轉換電路亦可設置於控制裝置70內。 電動馬達53產生之輔助力之大小可根據當前所選擇之輔助模式而變動。輔助模式可由騎乘者對操作盤60進行操作而選擇。 操作盤60安裝於電動輔助腳踏車1之把手14(圖1)，例如藉由有線電纜而與控制裝置70連接。操作盤60將表示騎乘者進行之操作之操作信號發送至控制裝置70，又，自控制裝置70接收用以提示給騎乘者之各種資訊。 其次，對電動輔助腳踏車1之動力傳遞路徑進行說明。圖2B係表示電動輔助腳踏車1之機械構成之一例之方塊圖。 若騎乘者踩踏板55使曲軸57旋轉，則該曲軸57之旋轉經由單向離合器43而傳遞至合成機構58。電動馬達53之旋轉經由減速機45、單向離合器44而傳遞至合成機構58。 合成機構58例如具有筒狀構件，於該筒狀構件之內部配置曲軸57。於合成機構58安裝有驅動鏈輪59。合成機構58以與曲軸57及驅動鏈輪59相同之旋轉軸為中心旋轉。 單向離合器43將曲軸57之順旋轉傳遞至合成機構58，且不使曲軸57之逆旋轉傳遞至合成機構58。單向離合器44將電動馬達53所產生之使合成機構58順旋轉之方向之旋轉傳遞至合成機構58，且不將使合成機構58逆旋轉之方向之旋轉傳遞至合成機構58。又，於電動馬達53停止之狀態下，於騎乘者踩蹬踏板55而合成機構58旋轉之情形時，單向離合器44不將該旋轉傳遞至電動馬達53。將騎乘者施加於踏板55之踏力與電動馬達53所產生之輔助力傳遞至合成機構58而予以合成。於合成機構58合成之合力經由驅動鏈輪59而向鏈條28傳遞。 鏈條28之旋轉經由從動鏈輪32而傳遞至驅動軸33。驅動軸33之旋轉經由變速機構36及單向離合器37而傳遞至後輪26。 變速機構36係根據騎乘者對變速操作器67之操作而變更變速比之機構。變速操作器67例如安裝於把手14(圖1)。單向離合器37於驅動軸33之旋轉速度較後輪26之旋轉速度快之情形時，將驅動軸33之旋轉傳遞至後輪26。於驅動軸33之旋轉速度較後輪26之旋轉速度慢之情形時，單向離合器37不將驅動軸33之旋轉傳遞至後輪26。 藉由此種動力傳遞路徑，騎乘者施加於踏板55之踏力及電動馬達53產生之輔助力傳遞至後輪26。 圖3係例示之操作盤60之外觀圖。操作盤60例如安裝於把手14之左握把之附近。 操作盤60具備顯示面板61、輔助模式操作開關62、及電源開關65。 顯示面板61例如為液晶面板。於顯示面板61中顯示如下資訊，即，包含自控制裝置70提供之電動輔助腳踏車1之速度、電池56之剩餘容量、使輔助比率變動之範圍之相關資訊、輔助模式以及其他行駛資訊。 顯示面板61具有速度顯示區域61a、電池剩餘容量顯示區域61b、輔助比率變動範圍顯示區域61c及輔助模式顯示區域61d。顯示面板61作為將該等資訊等報告給騎乘者之報告裝置發揮功能，於該例中顯示資訊，但亦可輸出聲音而報告給騎乘者。 於速度顯示區域61a中以數字顯示電動輔助腳踏車1之車速。於本實施形態之情形時，電動輔助腳踏車1之車速係使用設置於前輪25之速度感測器35予以檢測。 於電池剩餘容量顯示區域61b，基於自電池56輸出至控制裝置70之電池剩餘容量之資訊，藉由區段顯示電池56之剩餘容量。藉此，騎乘者可直觀地掌握電池56之剩餘容量。 於輔助比率變動範圍顯示區域61c，藉由區段而顯示使控制裝置70所設定之輔助比率變動之範圍。又，亦可於該變動範圍中進而顯示當前執行中之輔助比率。 於輔助模式顯示區域61d顯示騎乘者操作輔助模式操作開關62而選擇之輔助模式。輔助模式例如為“強”、“標準”、“自動節能”。於騎乘者操作輔助模式操作開關62而選擇輔助模式關閉之情形時，於輔助模式顯示區域61d顯示為“無輔助”。 輔助模式操作開關62係用以供騎乘者選擇上述複數種輔助模式(包括輔助模式關閉)中之一種之開關。於選擇複數種輔助模式中之一種時，設置於操作盤60之內部之微電腦(未圖示)將特定出所選擇之輔助模式之操作信號發送至控制裝置70。 電源開關65係切換電動輔助腳踏車1之電源之接通/斷開之開關。騎乘者按壓電源開關65而對電動輔助腳踏車1之電源之接通/斷開進行切換。 操作盤60進而具備藉由聲音來發送騎乘者所需之資訊之揚聲器63及藉由光來發送騎乘者所需之資訊之燈64。例如，控制裝置70根據與騎乘者踩蹬踏板55之動作連動之加速度之變化而變更使電動馬達53產生之輔助力之大小。此時，藉由聲音之輸出及/或光之閃爍等將已變更輔助力之大小之情況報告給騎乘者。藉此，騎乘者可識別例如產生了較大之輔助力之情況。又，例如，亦可藉由使把手14及/或鞍座27產生振動而將已變更輔助力之大小之情況報告給騎乘者。 又，於增大輔助力時，亦可使揚聲器63產生電動輔助腳踏車1之周圍的人們能夠聽見之音量之聲音，或使頭燈22及尾燈23點亮或閃爍。藉此，電動輔助腳踏車1之周圍的人們可識別電動輔助腳踏車1正產生較通常之輔助力更大之輔助力之情況。 電動馬達53之輔助力相對於曲軸旋轉輸出以“強”、“標準”、“自動節能”之順序變小。 於輔助模式為“標準”之情形時，電動馬達53例如於電動輔助腳踏車1發動、平坦路行駛或上坡行駛時產生輔助力。於輔助模式為“強”之情形時，電動馬達53與“標準”之情形同樣地，例如於電動輔助腳踏車1發動、平坦路行駛或上坡行駛時產生輔助力。電動馬達53於輔助模式為“強”之情形時，相對於相同之曲軸旋轉輸出產生較“標準”之情形大之輔助力。於輔助模式為“自動節能”之情形時，電動馬達53例如於電動輔助腳踏車1於平坦路上發動時，產生較“標準”之情形小之輔助力，於上坡行駛時產生較“標準”之情形大之輔助力。又，於平坦路或下坡路之行駛等中踏板踏力較小時，電動馬達53使輔助力較“標準”之情形更小或停止產生輔助力，而抑制電力消耗量。於輔助模式為“無輔助”之情形時，電動馬達53不產生輔助力。 如此，根據上述輔助模式改變相對於曲軸旋轉輸出之輔助力。於該例中，將輔助模式切換為4階段。然而，輔助模式之切換可為3階段以下，亦可為5階段以上。 其次，對根據與騎乘者踩蹬踏板55之動作連動而變化之加速度來變更使電動馬達53產生之輔助力之大小之動作進行說明。 首先，對騎乘者踩蹬踏板55之動作與加速度之關係進行說明。圖4係表示騎乘者踩蹬踏板55時之曲軸57之旋轉角度、於曲軸57產生之扭矩、車輛之行進方向之加速度之關係的圖。於圖4所示之例中，電動輔助腳踏車1於平坦路行駛，將圖中之自左向右之方向設為車輛之行進方向x。 於騎乘者用腳踩蹬踏板55之電動輔助腳踏車1之構造上，騎乘者施加於踏板55之人力(踏力)之大小會根據踏板55之位置、即曲軸57之旋轉角度而增減。施加於踏板55之踏力之增減顯現為於曲軸57產生之扭矩之增減。若扭矩增減，則使電動輔助腳踏車1行駛之驅動力增減。因此，電動輔助腳踏車1之行進方向x之加速度根據扭矩之增減而增減。 圖4(a)表示放置騎乘者之右腳之電動輔助腳踏車1之右踏板55R位於曲軸57之正上方、且放置騎乘者之左腳之電動輔助腳踏車1之左踏板55L位於曲軸57之正下方的狀態。將此時之曲軸57之旋轉角度設為0度。於該狀態下，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩最小。與扭矩連動而行進方向x之加速度亦最小。 自圖4(a)之狀態由騎乘者踩右踏板55R，隨著曲軸57之旋轉角度變大，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩逐漸變大。隨著扭矩逐漸變大，車輛之行進方向x之加速度亦變大。 圖4(b)表示相對於曲軸57而言右踏板55R位於水平方向前方且左踏板55L位於水平方向後方之狀態。將此時之曲軸57之旋轉角度設為90度。於該旋轉角度為90度時，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩成為最大。與扭矩連動而車輛之行進方向x之加速度亦成為最大。 隨著曲軸57之旋轉角度自圖4(b)之狀態進而變大，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩逐漸變小。隨著扭矩逐漸變小，車輛之行進方向x之加速度亦不斷變小。 圖4(c)表示相對於曲軸57而言右踏板55R位於正下方且左踏板55L位於正上方之狀態。將此時之曲軸57之旋轉角度設為180度。於該旋轉角度為180度時，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩最小。與扭矩連動，車輛之行進方向x之加速度亦變為最小。 自圖4(c)之狀態由騎乘者踩左踏板55L，隨著曲軸57之旋轉角度進而變大，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩逐漸變大。隨著扭矩逐漸變大，車輛之行進方向x之加速度亦不斷變大。 圖4(d)表示相對於曲軸57而言左踏板55L位於水平方向前方且右踏板55R位於水平方向後方之狀態。將此時之曲軸57之旋轉角度設為270度。於該旋轉角度為270度時，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩變為最大。與扭矩連動，車輛之行進方向x之加速度亦變為最大。 隨著曲軸57之旋轉角度自圖4(d)之狀態進而變大，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩逐漸變小。隨著扭矩逐漸變小，車輛之行進方向x之加速度亦不斷變小。 圖4(e)表示相對於曲軸57而言右踏板55R位於正上方且左踏板55L位於正下方之狀態。即，圖4(e)表示曲軸57自圖4(a)之狀態旋轉一圈之狀態。將此時之曲軸57之旋轉角度設為0度。於該旋轉角度為0度時，藉由人力而於曲軸57產生之扭矩變為最小。與扭矩連動，車輛之行進方向x之加速度亦變為最小。 如此，於曲軸57產生之扭矩根據曲軸57之旋轉角度而增減。於增減之扭矩中交替地出現山與谷。車輛之行進方向x之加速度與該增減之扭矩同步地增減。與扭矩之山及谷出現之時間同步地，於增減之加速度中交替地出現山及谷。 扭矩之相互鄰接之山與谷之間的山之頂點係該區間中之扭矩之最大值。扭矩之谷底係該區間中之扭矩之最小值。於本說明書中，所謂相互鄰接之山與谷之間亦包含該山之頂點及該谷底之部分。 加速度之相互鄰接之山與谷中的山之頂點係該區間中之加速度之最大值。加速度之谷底係該區間中之加速度之最小值。與增減之扭矩之相互鄰接之山與谷出現之時間同步地，出現加速度之最大值及最小值。 乘坐於電動輔助腳踏車1之騎乘者藉由調整施加於踏板55之踏力、及踩蹬踏板55之速度，而以該騎乘者所期望之加速感使電動輔助腳踏車1加速，從而以所期望之速度使之行駛。於本說明書中，將乘坐於電動輔助腳踏車1之騎乘者以如圖4所示之週期性變化之扭矩踩蹬電動輔助腳踏車1之情況稱為「固定之踩蹬方式」。 考慮於騎乘者在平坦路上以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1時，該騎乘者期望以伴隨有如圖4所示之週期性變化之加速度使電動輔助腳踏車1行駛。另一方面，電動輔助腳踏車1會受到各種干擾之影響。其結果，有時無法獲得如圖4所示之呈週期性地變化之加速度。例如，伴隨著電動輔助腳踏車1之行駛之逆風、於氣象學上產生之風及/或傾斜路均為干擾之一種。 本案發明者考慮以如下方式調整電動輔助腳踏車1之輔助力，即，於騎乘者以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1時，不論有無干擾之影響，均以伴隨有如圖4所示之週期性變化之加速感使電動輔助腳踏車1行駛。於本說明書中所謂「加速感」係指藉由伴隨有如圖4所示之週期性變化之加速度而行駛時之因行進方向速度之增減而由騎乘者感覺到之速度感覺。「加速感」與加速度感測器38檢測之加速度不同。如下所述，於傾斜路上，加速度感測器38檢測與傾斜對應之加速度，因此，即便電動輔助腳踏車1為停止狀態，加速度感測器38亦輸出並非零之固定之值。因此，即便於平坦路及傾斜路上電動輔助腳踏車1以完全相同之速度變化行駛，於平坦路上加速度感測器38所檢測之加速度與在傾斜路上加速度感測器38所檢測之加速度亦不一致。然而，藉由適當地調整輔助力，即便於存在傾斜路等干擾之影響之行駛狀況下，騎乘者亦能以與平坦路相同之加速感踩蹬電動輔助腳踏車1。所謂相同之加速感，亦可說成是例如某一時間區間之平均時速相同。於本發明之實施形態中，於平坦路行駛時、及存在負荷之行駛時，騎乘者能以相同之加速感駕駛電動輔助腳踏車1。 以下，一面參照圖5A及圖5B，一面對本實施形態之電動輔助腳踏車1之動作之概要進行說明。 圖5A表示騎乘者受到作為負荷之逆風之情形時之電動輔助腳踏車1之運動例。設為於某一時刻之前為無風狀態，於其後之與圖式上下方向平行之虛線所示之時間，騎乘者受到逆風。 圖5A之(a)模式性地表示基於扭矩信號而獲得之扭矩值之波形。如由(a)之波形可理解，騎乘者以固定之踩蹬方式乘坐。於本實施形態中，控制裝置70根據扭矩信號算出目標加速度，且以目標加速度與當前加速度之偏差變小之方式，決定使電動馬達53產生之輔助力之大小。 本案發明者認為，扭矩信號所示之扭矩值係直接地表示騎乘者欲以何種加速度駕駛電動輔助腳踏車1之值，且制定了規定扭矩信號與目標加速度之對應關係之映射表或函數。根據該映射表或函數，可根據扭矩值唯一地決定目標加速度。 圖5A之(b)模式性地表示基於扭矩而算出之目標加速度之波形。大致為扭矩值越小則目標加速度越小，扭矩值越大則目標加速度越大。目標加速度之值可與扭矩值同步地增減。 圖5A之(c)模式性地表示車輛之行進方向x之加速度。實線表示自加速度感測器38輸出之加速度信號之波形，虛線表示目標加速度之波形。以下表示時刻t之鄰接之加速度之山與谷之差P－P(t)等。 若對差P－P(t)與差P－P(t＋1)進行比較，則後者之加速度值大幅地偏向負方向。因此，時刻t＋1之加速度值與目標加速度值之偏差En(t＋1)亦相對變大。 於本實施形態中，控制裝置70以該偏差En(t＋1)變小之方式，決定使電動馬達53產生之輔助力之大小。所謂「變小」係指例如設為0(零)。 於受到逆風後，控制裝置70使更強之輔助力產生，藉此，於時刻(t＋2)，偏差En(t＋2)大致收斂為0。該情況即可說成是騎乘者即便受到逆風，只要以相同之踏力(扭矩)持續踩蹬電動輔助腳踏車1，亦可維持相同之加速度。 圖5B表示騎乘者受到作為負荷之自傾斜路沿斜面向下之力之情形時之電動輔助腳踏車1之運動例。設為電動輔助腳踏車1於某一時刻之前於平坦路行駛，於其後之與圖式上下方向平行之虛線所示之時間行至傾斜路。再者，圖5B之(b)及(c)分別表示目標加速度及現實之加速度。於圖5B之(b)及(c)中，行至傾斜路之後之波形描繪為藉由高通濾波器將伴隨著傾斜路而重疊之加速度之低頻分量去除所得之波形。處理之詳情於下文中進行敍述。 圖5B之(a)模式性地表示基於扭矩信號而獲得之扭矩值之波形。如由(a)之波形可理解，騎乘者於平坦路上以固定之踩蹬方式乘坐，但於行至傾斜路之後即刻以更強之踏力踩蹬電動輔助腳踏車1。此種騎乘者之踩蹬方式係通常之踩蹬方式。其原因在於，在行至傾斜路前後，騎乘者預想到伴隨著在傾斜路爬升之速度之降低，而直覺上用力踩蹬。 圖5B之(b)模式性地表示基於扭矩而算出之目標加速度之波形。如與圖5A之(b)相關地說明般，扭矩值越小則目標加速度越小，扭矩值越大則目標加速度越大。可理解，與行至傾斜路之後之更強之踏力同步地，算出之目標加速度亦較之前更大。 圖5B之(c)模式性地表示車輛之行進方向x之加速度。實線表示自加速度感測器38輸出之加速度信號之波形，虛線表示目標加速度之波形。 若對差P－P(t)與差P－P(t＋1)進行比較，則後者之加速度值大幅地偏向負方向。因此，時刻(t＋1)之加速度值與目標加速度值之偏差En(t＋1)亦相對變大。 控制裝置70以該偏差En(t＋1)變小之方式，決定使電動馬達53產生之輔助力之大小。於本例中，所謂「變小」係指例如設為0(零)。 於開始在傾斜路爬升後，控制裝置70產生更強之輔助力，藉此，若對差P－P(t＋1)與差P－P(t＋2)進行比較，則後者變得更小。但是，尚未收斂為0。因此，控制裝置70以時刻(t＋2)之加速度值與目標加速度值之偏差En(t＋2)變小之方式進而決定使電動馬達53產生之輔助力之大小。此種處理之結果，以後之電動輔助腳踏車1之偏差大致收斂為0。 再者，隨著於傾斜路前進，電動馬達53產生更強之輔助力，因此，騎乘者逐漸減弱踏力(扭矩)，結果恢復至平坦路行駛時之踏力。騎乘者於開始在傾斜路行駛之後，可於足夠短之期間內使踏力(扭矩)恢復至與平坦路行駛時相同之程度，且可獲得與平坦路行駛時相同之加速感。 藉由進行上述控制，騎乘者無需於負荷較大時用力踩蹬，且於負荷較輕時輔助力亦不會過大而飛出。亦即，只要騎乘者不論負荷較大或較小均繼續固定之踩蹬方式，即可獲得與平坦路同樣之所期望之加速感。 其次，再次參照圖2A對控制裝置70之內部構成進行說明，其後，對控制裝置70之動作進行說明。 如上所述，控制裝置70具有運算電路71、平均化電路78、及馬達驅動電路79。於本實施形態中，設為運算電路71係將複數個電路整合所得之積體電路而進行說明。然而，該構成係一例。亦可使用1個信號處理器藉由軟體處理而實現1個或複數個電路實現之處理。 平均化電路78係使自加速度感測器38輸出之各軸向之檢測信號平滑化之數位濾波器電路。平均化電路78例如可藉由計算複數個檢測信號之移動平均而使檢測信號平滑化。亦可使用其他平滑化演算法。再者，於本實施形態中，設置有平均化電路78，但於本案發明中，並非必須設置平均化電路78。 運算電路71進行如下運算及控制信號之輸出，所進行之運算即：根據輔助模式等求出馬達電流指令值之運算、基於扭矩而求出目標加速度之運算、求出減小目標加速度與當前加速度之偏差之馬達扭矩並以產生該馬達扭矩之方式修正馬達電流指令值之運算、及考慮速度等條件進而修正所修正之馬達指令值之運算。 於本實施形態中，運算電路71具有進行複數種處理之區塊。具體而言，運算電路71具有目標加速度運算區塊72、高通濾波器73、馬達電流指令值運算區塊74、馬達電流指令值修正區塊75及76、以及記憶區塊77。除記憶區塊77以外之各區塊可作為運算電路71內之運算核心來安裝，亦可作為電腦程式之次常式或程式庫來安裝。 目標加速度運算區塊72自扭矩感測器41接收扭矩信號，進而參照預先儲存於下述記憶區塊77之加速度運算規則77a而根據扭矩信號算出目標加速度。 圖6係表示人的踏力(扭矩信號)與目標加速度之關係之加速度運算規則77a之一例。如上所述，本案發明者認為若知道騎乘者之踏力，則可唯一地特定出該騎乘者所希望之加速度。因此，本案發明者將對人的踏力(扭矩信號)與目標加速度建立對應之關係作為加速度運算規則77a預先準備並保持於記憶區塊77。目標加速度運算區塊72基於自扭矩感測器41獲得之踏力，參照加速度運算規則77a而算出目標加速度。 於圖6中，將扭矩信號與目標加速度之對應關係作為非線性連續函數來表示，但其為一例。可將扭矩信號與目標加速度之對應關係作為線性連續函數來表示，亦可以將扭矩信號之信號值與目標加速度一一對應之映射表或表格表示。 亦可將圖6之例擴展。於可選擇輔助模式時，亦可根據所選擇之輔助模式選擇不同之函數、映射表或表格。 圖7表示對可選擇之N個輔助模式之各者規定之人的踏力(扭矩信號)與目標加速度之關係。對於輔助比率，將輔助模式1設為最小，將輔助模式N設為最大。根據圖7之例，即便為相同之踏力，輔助模式越大，則可設定越大之目標加速度。 再者，圖6及圖7之具體之分佈可基於電動輔助腳踏車1之規格等由電動輔助腳踏車1之設計者或製造者適當決定。換言之，若不決定電動輔助腳踏車1之規格，則無法決定圖6及圖7之具體之分佈。其原因在於，即便為相同之踏力，例如根據安裝於曲軸之鏈輪(未圖示)及安裝於後輪之鏈輪(未圖示)之各者之直徑及齒數等，加速性能亦大不相同。 馬達電流指令值運算區塊74運算成為以後之處理之基礎之馬達電流指令值。一般而言，藉由電動馬達53而產生之扭矩與流動於電動馬達53之電流成正比。若決定流入至電動馬達53之電流，則亦唯一地決定所產生之扭矩。亦即，決定馬達電流指令值即決定使電動馬達53產生之扭矩。 首先，對馬達電流指令值之運算方法之概要進行說明，其後對其詳情進行說明。馬達電流指令值運算區塊74接收特定出由騎乘者使用操作盤60所選擇之輔助模式之資料，並設定輔助模式。其原因在於，根據輔助模式，用以決定馬達電流指令值之映射表或規則不同。又，馬達電流指令值運算區塊74接收表示扭矩感測器41所檢測出之踏板扭矩之大小之值。踏板扭矩之大小係用以決定輔助力之參數之一。進而，馬達電流指令值運算區塊74自變速段感測器48接收表示變速機之變速段之資料。變速段感測器48係檢測動力傳遞機構31所包含之變速機之變速段之資料。後輪26施加於地面之輔助力之大小根據變速段之大小而變化。因此，可以說變速段感測器48之輸出值亦為用以運算馬達電流指令值之基本參數之一。馬達電流指令值運算區塊74進而接收來自速度感測器35之速度資料。 馬達電流指令值運算區塊74以藉由踏板踏力而於後輪26之驅動軸產生之扭矩與藉由電動馬達53而於後輪26之驅動軸產生之扭矩之比率符合輔助比率之方式，決定馬達電流指令值。輔助比率係指藉由電動馬達53而產生之輔助輸出相對於藉由施加於踏板55之騎乘者之人力而產生之曲軸旋轉輸出的比率。再者，輔助比率亦可稱為驅動輔助比率。 馬達電流指令值運算區塊74例如以藉由踏板踏力而於後輪26之驅動軸產生之扭矩與藉由電動馬達53而於後輪26之驅動軸產生之扭矩相同之方式(輔助比率為1：1)，求出馬達電流指令值。例如，可使用預先規定之「表示人力扭矩與馬達電流指令值之關係之表格」而求出馬達電流指令值。此時，馬達電流指令值運算區塊74進而考慮使電動馬達53之旋轉減速之減速機之減速比而運算電流指令值。例如，於減速比＝N時，以產生藉由踏板踏力而於後輪26之驅動軸產生之扭矩之1/N之馬達扭矩之方式，運算馬達電流指令值。例如，於減速比＝2時，以產生藉由踏板踏力而於後輪26之驅動軸產生之扭矩之1/2之馬達扭矩之方式，運算馬達電流指令值。 其次，馬達電流指令值運算區塊74將對應於使用者所設定之輔助模式之係數與馬達電流指令值相乘。作為一例，將輔助模式為“強”時之係數設為2，將輔助模式為“標準”時之係數設為1，將輔助模式為“弱”時之係數設為0.8，將對應於使用者所設定之輔助模式之係數與馬達電流指令值相乘。 其次，馬達電流指令值運算區塊74考慮車速而修正馬達電流指令值。例如，於車速為低速時，將馬達電流指令值設定為較大。若車速變大，則減小馬達電流指令值。藉由以此方式設定馬達電流指令值，車輛發動時之輔助力變大，因此，駕駛感提昇。 其次，馬達電流指令值運算區塊74考慮變速段而修正馬達電流指令值。馬達電流指令值運算區塊74例如於當前之變速段為預先規定之段以下之低速齒輪時，亦可將流入至電動馬達53之電流設定為更低。藉此，可抑制利用電動馬達53產生之輔助力之大小，而防止車輛之加速度變得過大。由此，可提昇駕駛感。 再者，馬達電流指令值運算區塊74亦可根據電動馬達53之旋轉速度與車輛本體之行駛速度而運算變速段。馬達電流指令值運算區塊74使用馬達旋轉感測器46之輸出信號及速度感測器35之輸出信號來運算變速段。於此情形時，變速段感測器48亦可省略。 上述馬達電流指令值運算區塊74之處理之順序為一例，亦能以與上述不同之順序進行處理。例如，亦可於考慮變速段而修正馬達電流指令值之後，考慮車速而修正馬達電流指令值。再者，於本實施形態中並非必須設置變速段感測器48。馬達電流指令值運算區塊74將馬達電流指令值輸出至馬達電流指令值修正區塊75。 其次，對高通濾波器73進行說明。高通濾波器73係使預先規定之頻率、例如5 Hz以上之高頻分量透過之數位濾波器。但是，於將類比加速度信號輸入至高通濾波器73之情形時，高通濾波器73係類比濾波器。對上述「5 Hz」之根據簡單地進行說明。於將步調假定為最大200 rpm時，踏板為每秒3.3轉。亦即，踏板之旋轉為3.3 Hz。對該值將範圍取約1.5倍，而設為5 Hz。嚴格而言，亦可並非5 Hz，只要為業者，則可適當進行調整。 馬達電流指令值修正區塊75接收馬達電流指令值運算區塊74所算出之馬達電流指令值、目標加速度運算區塊72所輸出之目標加速度之值、及自高通濾波器73輸出之加速度感測器38之值(所檢測出之加速度之值)。然後，馬達電流指令值修正區塊75以所檢測出之加速度相對於目標加速度一致之方式，修正馬達電流指令值。 修正方法之概要如下。 修正方法(a)：馬達電流指令值修正區塊75係當所檢測出之加速度之值小於目標加速度值時，修正馬達電流指令值使之增加。 修正方法(b)：馬達電流指令值修正區塊75於所檢測出之加速度之值維持目標加速度之值之情形時，維持馬達電流指令值。 修正方法(c)馬達電流指令值修正區塊75係當所檢測出之加速度之值大於目標加速度之值時，修正馬達電流指令值使之減少。 作為適於上述修正方法之處理之一，於本實施形態中利用PID控制。馬達電流指令值修正區塊75使用PID控制算出應使電動馬達53產生之馬達扭矩。其次，馬達電流指令值修正區塊75決定用以產生所算出之馬達扭矩之馬達電流指令值，並求出與當前之馬達電流指令值之差量。差量可為正值、0、負值之任一者。 對馬達電流指令值修正區塊75之處理具體地進行說明。此時，將驅動單元51之比例要素、微分要素及積分要素之各反饋增益分別表示為Kp、Kd及Ki。又，將時刻t之當前之偏差表示為e(t)。 馬達電流指令值修正區塊75藉由下式而決定與使電動馬達53產生之輔助力對應之馬達扭矩Fm。 [數1]右邊第1項係有關比例要素之運算(比例控制運算)。一般而言，比例控制運算用於使當前之值順利地接近至目標值。隨著偏差變小，亦即，隨著接近目標值，基於比例控制運算之操作量變少。馬達電流指令值修正區塊75決定與最近之偏差成正比之大小之扭矩。 右邊第2項係有關積分要素之運算(積分控制運算)。於上述比例控制運算中，隨著接近目標值，操作量變少，因此，偏差會殘留。積分控制運算用於進而減少此種殘留偏差。藉由進行積分控制運算，殘留偏差隨時間累積，若成為某一大小，則可增加操作量以進而減少殘留偏差。馬達電流指令值修正區塊75決定與殘留偏差之累積值成正比之大小之扭矩。 右邊第3項係有關微分要素之運算(微分控制運算)。一般而言，微分控制運算用於提昇干擾產生時之應答性(應答之速度)。若因突然之干擾導致上一次之偏差與當前之偏差之差變大，則增大與該差對應之操作量而提高追隨性。馬達電流指令值修正區塊75決定與殘留偏差之微分成正比之大小之扭矩。 再者，比例要素、微分要素及積分要素之各反饋增益Kp、Kd及Ki可根據電動馬達53之性能、電動輔助腳踏車1之動力傳遞機構之規格等而變化。電動輔助腳踏車1之規格於控制系統設計時之模型中，例如與如何設定控制應答開始之前之無效時間、時間常數、應收斂之穩態值關聯較深。如何設定各反饋增益Kp、Kd及Ki亦為同樣。 若根據上述數1算出馬達扭矩Fm，則馬達電流指令值修正區塊75求出為了產生該馬達扭矩Fm所需要之電流指令值。馬達扭矩Fm與電流指令值之關係可作為表示電動馬達53之性能之指標而預先取得。馬達電流指令值修正區塊75預先保持有表示該關係之馬達扭矩-電流指令值對應表格。馬達電流指令值修正區塊75參照該表格求出為了產生藉由數1而獲得之馬達扭矩Fm所需要之電流指令值，其後，以當前之電流指令值成為新的電流指令值之方式進行修正。 再者，上述數1之左邊表示馬達扭矩Fm，但亦可直接求出電流指令值。此時，記載於數1之右邊之各反饋增益Kp、Kd及Ki只要變更為添加有上述馬達扭矩-電流指令值對應表格之內容之值即可。將用以根據有關殘留偏差之比例項、積分項及微分項求出電流指令值之各反饋增益分別表現為Kp'、Kd'及Ki'。馬達電流指令值修正區塊75可藉由下述數2而決定使電動馬達53產生之電流指令值Im(t)。 [數2]利用馬達扭矩-電流指令值對應表格而根據馬達扭矩Fm求出電流指令值或藉由變更反饋增益而根據數1直接求出電流指令值係設計之問題，可採用任一者。 馬達電流指令值修正區塊75將馬達電流指令值輸出至馬達電流指令值修正區塊76。 其次，對馬達電流指令值修正區塊76進行說明。馬達電流指令值修正區塊76進而修正藉由馬達電流指令值修正區塊75而修正之馬達電流指令值。修正之目的在於與車速對應之馬達扭矩之遞減、以及考慮曲軸旋轉之乘坐感之提昇。以下，具體地進行說明。 馬達電流指令值修正區塊76根據車速而修正馬達電流指令值。在日本，若車速成為特定值以上(例如時速10 km以上)，則以降低輔助比率之上限之方式施加限制。於時速10 km以上時，輔助比率之上限與車速成正比而遞減，於時速24 km/h以上時，輔助比率成為1：0，即，輔助輸出成為零。馬達電流指令值修正區塊76例如使用預先規定之「表示車速與遞減率之關係之表格」等而決定遞減率。藉由使馬達電流指令值與遞減率相乘，而使藉由電動馬達53而產生之扭矩遞減。遞減率變化可為直線性亦可為曲線性。 又，馬達電流指令值修正區塊76根據曲軸57之旋轉速度而修正馬達電流指令值。例如，於臨近停車之前之低速行駛時，駕駛感會因何時停止輔助力之產生而變化。例如，有即便踏板踏力實質上為零，亦繼續產生略微之輔助力使駕駛感提昇之情形。於此情形時，可藉由參照曲軸57之旋轉速度，而確認騎乘者之駕駛意圖。於曲軸57運動、即騎乘者踩蹬踏板之期間使輔助力產生，若曲軸57停止，則停止輔助力之產生。藉此，可提昇駕駛感。 馬達電流指令值修正區塊76將馬達電流指令值輸出至馬達驅動電路79。馬達驅動電路79將與馬達電流指令值對應之電流供給至電動馬達53。 對馬達驅動電路79之處理具體地進行說明。 馬達驅動電路79所接收之馬達電流指令值表示實際上應流入至電動馬達53之電流。可以說該馬達電流指令值表示目標馬達電流值。馬達驅動電路79以流動如目標馬達電流值之電流之方式，進行電流量之監控及控制。此時進行之控制較佳為反饋控制。於本實施形態中，馬達驅動電路79進行PID控制作為反饋控制。再者，PID控制係藉由上述數1而表現之周知之控制方法。因此，省略處理之詳情。只要能以實際上流動之電流按照馬達電流指令值之方式進行控制，馬達驅動電路79即可利用任意之控制方法。 為了監控電流，驅動單元51具有電流感測器47。電流感測器47檢測流動於電動馬達53之電流之值，並輸出至馬達驅動電路79。馬達驅動電路79使用電流感測器47之輸出信號進行反饋控制。 圖2A中例示之電動馬達53係具有三相(U相、V相、W相)之繞組之三相馬達。電動馬達53例如為無刷DC馬達。 於圖2A所示之例中，電流感測器47檢測流動於三相之各電流線(U、V、W線)之各者之電流。電流感測器47亦可不檢測流動於三相之各電流線之電流而僅檢測流動於二相之電流線之電流。於三相通電控制中，流動於各相之電流值之合計理論上成為零。其原因在於，若使用該關係，則可根據2個電流值藉由運算而求出剩餘之1個電流值。藉此，可取得流動於三相之各者之電流值。再者，於U、V、W線中流動相位相互偏移120度之正弦波波形之電流。「電流值」一般而言係指波形之振幅，可作為電流之最大值與最小值之差P－P(Peak to Peak)來表示。周知有根據電流實測值算出差P－P之計算方法。馬達驅動電路79可藉由將利用電流感測器47檢測出之2個電流實測值代入至特定之算式而求出差P－P。 記憶區塊77係設置於運算電路71內之記憶裝置。記憶裝置之一例係作為非揮發性記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)或快閃記憶體、作為揮發性記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、緩衝器或暫存器。記憶區塊77儲存上述加速度運算規則77a之資料。 藉由以上處理，運算電路71能以如減少加速度之偏差之輔助比率使電動馬達53旋轉。 其次，對驅動單元51內之控制裝置70進行之處理之詳情進行說明。 圖8係表示控制裝置70之處理之順序之流程圖。 於步驟S10中，控制裝置70判定自動輔助切換是否有效。控制裝置70僅於自動輔助切換有效之情形時，進入至下一步驟S11。於步驟S10中，符合「No」之情形之處理係假定騎乘者將輔助模式固定之情形。於此種情形時，無需違背其意圖而使電動輔助腳踏車1動作。自動輔助切換是否有效可藉由硬體按鈕進行切換，亦可藉由例如軟體處理而進行設定。後者之例只要判定是否係藉由長按電源開關65而禁止輔助切換之鎖定模式即可。再者，亦可代替自動輔助切換是否有效之判斷或加成於該判斷，而使得能夠進行是否允許與下述加速度之偏差對應之輔助力之調整之設定。該設定之切換亦可藉由硬體按鈕或軟體處理而實現。 於步驟S11中，平均化電路78自加速度感測器38接收加速度信號。平均化電路78使該加速度信號平滑化而輸出至高通濾波器73。高通濾波器73自經平滑化之加速度信號中，使預先規定之頻率以上之高頻分量透過，並將未達該頻率之頻率分量去除。再者，於不設置平均化電路78之情形時，只要將自加速度感測器38輸出之加速度信號直接輸入至高通濾波器73即可。 於步驟S12中，目標加速度運算區塊72接收自扭矩感測器41輸出之扭矩信號，進而參照儲存於記憶區塊77之加速度運算規則77a，根據扭矩信號之值運算目標加速度。於加速度運算規則77a包含如圖7所示之可根據輔助模式而變化之複數個函數等之情形時，目標加速度運算區塊72自操作盤60接收表示當前所選擇之輔助模式之資訊。 於步驟S13中，馬達電流指令值運算區塊74基於所選擇之輔助模式、踏板扭矩及變速段而運算馬達電流指令值。 於步驟S14中，馬達電流指令值修正區塊75利用上述(數1)運算馬達扭矩Fm(t)。進而，馬達電流指令值修正區塊75參照預先準備之馬達扭矩-電流指令值對應表格而求出用以產生該馬達扭矩之電流指令值。然後，馬達電流指令值修正區塊75利用所獲得之電流指令值來修正馬達電流指令值。
於步驟S15中，馬達電流指令值修正區塊76基於車速及曲軸旋轉進而修正由馬達電流指令值修正區塊75所修正之電流指令值。
藉由馬達電流指令值修正區塊76進而修正之電流指令值被送至馬達驅動電路79，藉由馬達驅動電路79而對電動馬達53流通電流。藉此，電動馬達53旋轉而產生所求出之馬達扭矩Fm(t)。
其次，一面參照圖9及圖10，一面對進行上述處理時之各種信號之波形具體地進行說明。再者，於圖9及圖10中，橫軸表示時刻，且時間向圖中之自左向右之方向經過。
圖9表示騎乘者以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1時之負荷變動產生時之各種信號之波形。負荷變動係假定於在平坦路行駛時因吹逆風而產生，與上述圖5A對應。
圖9(a)之縱軸表示電動輔助腳踏車1及其騎乘者所受到之負荷之大小。圖9(b)之縱軸表示車輛行進方向上之車輛速度。其中，狀態C12以後之車輛速度表示不進行本實施形態之處理時之車輛速度。圖9(c)之縱軸表示自加速度感測器38輸出之x軸方向之加速度信號Gx。狀態C12以後之加速度信號Gx表示不進行本實施形態之控制時之x軸方向之車輛加速度信號Gx之波形。
圖9(d)之縱軸表示自曲軸旋轉感測器42輸出之扭矩信號。圖9(e)之縱軸表示根據扭矩信號求出之車輛行進方向之目標加速度(實線)。圖9(f)之縱軸表示進行本實施形態之控制時之車輛行進方向上之車輛速度(實線)。於圖9(e)及(f)中，作為參考分別藉由虛線而表示有不進行本實施形態之控制時之x軸方向之實際之加速度信號Gx之波形及車輛速度之波形。 於狀態C10中，電動輔助腳踏車1於平坦路停止。自該狀態起，騎乘者踩踏板55而使電動輔助腳踏車1發動。於發動時，騎乘者用力地踩踏板55，因此，於曲軸57產生之扭矩變大(圖9(d))，車輛之加速度亦變大(圖9(c))。其後，隨著速度提高，騎乘者減弱踏力，於曲軸57產生之扭矩之波峰逐漸變小(圖9(d))。於狀態C11以後，騎乘者判斷電動輔助腳踏車1達到所希望之速度，而開始以固定之踩蹬方式踩蹬踏板55。其結果，於狀態C11以後，扭矩信號週期性地變化(圖9(d))。 如圖9(e)所示，於本例中，於狀態C10至C11之間亦求出目標加速度，但其並非必須。目標加速度只要於騎乘者開始以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1之後，亦即於C11以後算出即可。再者，狀態C10至C11之間之目標加速度係根據與圖6所示之加速度運算規則77a不同之規則而規定，但由於不與本案發明之說明直接相關，故而省略說明。 自狀態C11至C12，騎乘者以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1(圖9(d))。車輛速度固定(圖9(b)、(f))，且車輛加速度亦週期性地變化(圖9(c))。 狀態C12係假定吹逆風之狀況(圖9(a))。通常，於在逆風中以相同之踏力持續踩蹬電動輔助腳踏車之情形時，加速度之波形之谷更大幅地下降(圖9(c))，車輛速度降低(圖9(b))。 然而，目標加速度運算區塊72基於藉由固定之踩蹬方式而產生之踏力，於狀態C12以後設定與狀態C11至C12同等之目標加速度。馬達電流指令值修正區塊75以於狀態C12以後並非獲得圖9(e)之虛線所示之加速度而是獲得實線所示之加速度之方式增加電動馬達53之輔助力。藉此，即便騎乘者之踏力與狀態C11至C12之區間同等，車輛速度亦不會降低。騎乘者於吹逆風之情形時亦能繼續固定之踩蹬方式而維持車輛速度。亦即，不論逆風之有無，騎乘者均能以相同之加速感駕駛電動輔助腳踏車1。 圖10表示騎乘者踩蹬電動輔助腳踏車1時之負荷變動產生時之各種信號之波形。負荷變動係假定因自平坦路行至傾斜路而產生，與上述圖5B對應。 圖10(a)至圖10(h)之各者之橫軸表示時刻。圖10(a)之縱軸表示電動輔助腳踏車1及其騎乘者所受到之負荷之大小。圖10(b)之縱軸表示車輛行進方向上之車輛速度。其中，狀態C12以後之車輛速度表示不進行本實施形態之處理時之車輛速度。圖10(c)之縱軸表示自加速度感測器38輸出之x軸方向之加速度信號Gx。狀態C12以後之加速度信號Gx表示不進行本實施形態之控制時之x軸方向之車輛加速度信號Gx之波形。圖10(d)之縱軸表示藉由高通濾波器73而將低頻分量去除之加速度信號。 圖10(e)之縱軸表示不進行本實施形態之處理時之自曲軸旋轉感測器42輸出之扭矩信號。另一方面，圖10(f)之縱軸表示進行本實施形態之處理時之自曲軸旋轉感測器42輸出之扭矩信號。圖10(g)之縱軸表示根據圖10(f)所示之扭矩信號求出之目標加速度(實線)。但是，該目標加速度係不包含重疊於加速度感測器38之輸出之起因於傾斜路之信號分量之目標加速度。圖10(h)之縱軸表示進行本實施形態之控制時之車輛行進方向上之車輛速度(實線)。於圖10(h)中，作為參考藉由虛線而表示有不進行本實施形態之控制時之x軸方向之車輛速度之波形。 此處，一面參照圖11A及圖11B，一面對加速度信號與傾斜之關係進行說明。 圖11A係平坦路上之電動輔助腳踏車1之靜負荷相關圖。又，圖11B係傾斜角為θ之傾斜路上之電動輔助腳踏車1之靜負荷相關圖。於圖11A及圖11B中，將電動輔助腳踏車1之質量記為「M」，將重力加速度記為「G」，將X軸方向之加速度Gz記為「α」，將傾斜角記為「θ0 」。 參照圖11A。於將電動輔助腳踏車1設為存在於其重心位置之質點時，對電動輔助腳踏車1於鉛垂向下方向施加重力M・G。加速度感測器38始終受到重力之影響，因此檢測於靜止之狀態下作用於鉛垂下方向(例如Z軸之負方向)之重力加速度G。 於電動輔助腳踏車1處於靜止狀態時，電動輔助腳踏車1自地面朝向鉛垂向上方向受到抗力M・G，而抵消鉛垂向下方向之重力M・G。由於電動輔助腳踏車1抵抗重力而為靜止之狀態，故而會向將重力加速度抵消之上方向加速。亦即，加速度感測器38於鉛垂向上方向(Z軸之正方向)檢測加速度G。 於圖11B中情況亦相同。於電動輔助腳踏車1沿著傾斜路靜止之情形時，電動輔助腳踏車1係抵抗朝向沿著傾斜路下降之方向之重力之分力(M・G・sinθ0 )而靜止之狀態。此時之加速度係若將沿傾斜路下降之方向設為負，則為-G・sinθ0 。於傾斜路上靜止之電動輔助腳踏車1以將朝向於傾斜路下降之方向之加速度(G・sinθ0 )抵消之方式，於沿傾斜路爬升之方向以大小為G・sinθ0 進行加速。亦即，加速度為+G・sinθ0 。於電動輔助腳踏車1開始於沿傾斜路爬升之方向行駛之後，亦始終重疊+G・sinθ0 之加速度。 再次參照圖10。 如圖10(c)所示，加速度信號Gx於狀態C12以後具有固定之偏移。其理由在於重疊有上述+G・sinθ0 之加速度。高通濾波器73將所重疊之偏移分量+G・sinθ0 去除。馬達電流指令值修正區塊75求出自高通濾波器73輸出之加速度信號(圖10(d))與根據扭矩信號(圖10(f))求出之車輛行進方向之目標加速度(圖10(g))之偏差。馬達電流指令值修正區塊75以使該偏差更小之方式，調整使電動馬達53產生之馬達扭矩(輔助力)。以下，具體地進行說明。 首先，由於狀態C10至C12與於圖9中說明之狀態C10至C12相同，故而省略說明。再者，狀態C11至C12係騎乘者以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1(圖10(d))。車輛速度固定(圖10(b)、(f))，且車輛加速度亦週期性地變化(圖10(c))。 狀態C12表示行至傾斜路之狀態(圖10(a))。通常，於在傾斜路上以相同之踏力持續踩蹬電動輔助腳踏車之情形時，加速度之波形之谷更大幅地下降(圖10(c))，車輛速度降低(圖10(b))。 於電動輔助腳踏車1行至傾斜路時，騎乘者直覺上會增加踏力。該情況可自於圖19(f)之狀態C12之後扭矩信號即刻增加且其後逐漸減少之狀態讀取。 目標加速度運算區塊72基於踏力(扭矩信號)算出目標加速度。又，馬達電流指令值運算區塊74基於所選擇之輔助模式、踏板扭矩及變速段而運算馬達電流指令值。 馬達電流指令值修正區塊75求出藉由目標加速度運算區塊72而算出之目標加速度與自高通濾波器73輸出之當前加速度的偏差。馬達電流指令值修正區塊75以所獲得之偏差變小之方式，利用上述(數1)之處理決定使電動馬達53產生之馬達扭矩之大小。所決定之馬達扭矩較平坦路行駛時之馬達扭矩更大。以產生此種扭矩之方式修正馬達電流指令值，進而，藉由馬達電流指令值修正區塊76進而修正馬達電流指令值。藉此，即便狀態C12以後之騎乘者之踏力與狀態C11至C12之區間之踏力同等，亦維持車輛速度(圖10(h))。騎乘者即便於沿傾斜路爬升之情形時亦可繼續大致固定之踩蹬方式而維持車輛速度。亦即，不論傾斜路之有無，騎乘者均能以相同之加速感駕駛電動輔助腳踏車1。 圖12表示不進行利用高通濾波器73之低頻分量之去除之情形時成為目標之加速度信號(實線)。又，圖12亦示出有不進行本實施形態之處理之情形時之加速度信號(虛線)。 於上述處理中，使用藉由高通濾波器73將低頻分量去除之後之加速度信號，結果，加速度目標值以圖12之實線所示之方式進行設定。藉由使用高通濾波器73，不論是否為傾斜路行駛時，均可實現與受到逆風等負荷之情形相同之處理。 於上述說明中，說明了馬達電流指令值修正區塊75使用(數1)決定馬達扭矩。作為另一例，亦可根據加速度之偏差En之大小來決定馬達扭矩。 圖13表示與加速度之偏差之大小對應之馬達扭矩。根據該表，可根據加速度之偏差En之值而決定馬達扭矩Fm。即，於En＜0時馬達扭矩Fm＝0，於0≦En＜E1時Fm＝Fm1，於E1≦En＜E2時Fm＝Fm2，・・・，於E(i－1)≦En＜E(i)時Fm＝Fmi。 上述2種馬達扭矩之決定方法為例示，並非限定本發明。 於上述例中，於吹逆風之情形時及沿傾斜路爬升之情形時，控制裝置70使電動馬達53之輔助力更大。然而，於吹順風或沿傾斜路而下時，於騎乘者以更小之扭矩踩蹬踏板55之情形時，目標加速度變小。由此，控制裝置70之馬達電流指令值修正區塊75使利用電動馬達53之輔助力更小。上述處理不僅可應用於較大之負荷施加於電動輔助腳踏車1及騎乘者之情形，亦可應用於負荷變小之情形。 以上，對本發明之實施形態進行了說明。上述實施形態之說明係本發明之例示，並非限定本發明。又，亦可為將上述實施形態中所說明之各構成要素適當組合而成之實施形態。本發明可於申請專利範圍或其均等之範圍內進行改變、置換、附加及省略等。 如上所述，本發明之例示性之電動輔助系統(驅動單元51)用於具備踏板55之電動輔助車輛(電動輔助腳踏車1)，且具有：曲軸57，其藉由施加於踏板之騎乘者之人力而旋轉；扭矩感測器41，其輸出與在曲軸產生之扭矩之大小對應之扭矩信號；電動馬達53，其產生輔助騎乘者之人力之輔助力；加速度感測器38，其輸出與電動輔助車輛之行進方向上之當前之加速度對應之加速度信號；及控制裝置70，其接收扭矩信號及加速度信號，而決定使電動馬達產生之輔助力之大小。控制裝置基於預先準備之規則，根據扭矩信號算出目標加速度，且以目標加速度與當前之加速度之偏差變小之方式決定使電動馬達產生之輔助力之大小。 於騎乘者用腳踩蹬踏板之腳踏車之構造上，騎乘者施加於踏板之人力之大小會根據騎乘者踩蹬踏板時之踏板之位置而變化。因此，電動輔助腳踏車之行進方向之加速度會根據騎乘者踩蹬踏板時之踏板之位置而變化。電動輔助系統以減小根據騎乘者之踏力求出之目標加速度與車輛之當前加速度之偏差之方式變更使電動馬達產生之輔助力之大小。認為即便於行駛時施加負荷，騎乘者之踏力亦表現出該騎乘者所期望之加速感，因此，藉由根據踏力設定目標加速度，並以使車輛之當前加速度接近該目標加速度之方式進行控制，騎乘者可藉由與行駛時之負荷對應之適當之輔助力使電動輔助車輛行駛。 於一實施形態中，控制裝置70藉由PID控制而決定使電動馬達53產生之輔助力之大小，從而減小偏差。 於一實施形態中，於將當前時刻t之當前偏差表示為E(t)，將輔助力控制系統之比例要素、微分要素及積分要素之各反饋增益分別表示為Kp、Kd及Ki時，控制裝置70亦可藉由下式而決定與使電動馬達53產生之輔助力對應之馬達扭矩Fm。 [數1]於一實施形態中，亦可為控制裝置70以偏差接近0之方式，決定使電動馬達53產生之輔助力之大小。 藉由上述任一實施形態，均可使對目標加速度之追隨性提昇。 於一實施形態中，控制裝置70預先保持有將應流入至電動馬達53之電流之指令值與對應於使電動馬達產生之輔助力之馬達扭矩之大小建立對應關係之表格，且參照表格而決定產生馬達扭矩之電流之指令值。 於一實施形態中，控制裝置70針對與偏差之大小對應之每個範圍預先保持有將應流入至電動馬達53之電流之指令值與馬達扭矩之大小建立對應關係之表格，且參照表格而決定產生馬達扭矩之電流之指令值。 於一實施形態中，於控制裝置70將當前時刻t之當前偏差表示為E(t)，將用以根據有關殘留偏差之比例項、積分項及微分項求出電流指令值之各反饋增益分別表示為Kp'、Kd'及Ki'時，控制裝置藉由下式而決定應流入至電動馬達之電流之指令值Im。
於一實施形態中，控制裝置70具備保持上述預先準備之規則之記憶區塊77。
於一實施形態中，亦可為規則係規定扭矩信號與目標加速度之對應關係之映射表或函數。
於一實施形態中，亦可為函數係非線性函數或線性函數。
於一實施形態中，控制裝置70具有高通濾波器73，該高通濾波器73使所接收之加速度信號所包含之預先規定之頻率以上之高頻分量透過。
於一實施形態中，控制裝置70具有使5Hz以上之高頻分量透過之高通濾波器73。
藉由設置高通濾波器73，可適當地提取因騎乘者踩蹬踏板55而產生之加速度。
於一實施形態中，於騎乘者踩蹬踏板55而使曲軸57轉一圈之期間中，扭矩感測器41及加速度感測器38複數次或連續地輸出扭矩信號及加速度信號，控制裝置70複數次或於時間上連續地決定使電動馬達53產生之輔助力之大小。
於一實施形態中，於騎乘者踩蹬踏板55而使曲軸57轉一圈之期間中，扭矩信號根據與騎乘者踩蹬踏板之動作連動之曲軸之旋轉而變化，加速度信號根據騎乘者踩蹬踏板之動作及施加於電動輔助車輛(電動輔助腳踏車1)之干擾而變化，且控制裝置70於預先規定之時間根據扭矩信號算出目標加速度，且根據加速度信號算出加速度，而決定使電動馬達53產生之輔助力之大小。 於一實施形態中，電動輔助系統(驅動單元51)進而具備馬達驅動電路79，該馬達驅動電路79根據指令值將振幅、頻率、流動方向之至少一者經控制之電流輸出至電動馬達，且控制裝置70將用以流動與所決定之輔助力之大小對應之電流之指令值輸出至馬達驅動電路79。藉此，能以獲得與行駛時之踏力對應之目標加速度之方式產生適當之輔助力。 本案發明之例示性之實施形態之電動輔助車輛(電動輔助腳踏車1)具備上述電動輔助系統(驅動單元51)。於一實施形態中，電動輔助車輛具備前輪25及後輪26、以及將騎乘者之人力及輔助力傳遞至後輪之動力傳遞機構31。具備本發明之例示性之實施形態之電動輔助系統之電動輔助車輛能以獲得與行駛時之踏力對應之目標加速度之方式產生適當之輔助力。 [產業上之可利用性] 本發明對具有加速度感測器且對人力施加輔助力而被驅動之車輛尤其有用。
1‧‧‧電動輔助腳踏車
5‧‧‧下管
6‧‧‧托架
7‧‧‧後下叉
8‧‧‧刹車
9‧‧‧刹車
11‧‧‧車體框架
12‧‧‧頭管
13‧‧‧把手桿
14‧‧‧把手
15‧‧‧前叉
16‧‧‧座位管
17‧‧‧座柱
18‧‧‧擋泥板
19‧‧‧後上叉
21‧‧‧前車籃
22‧‧‧頭燈
23‧‧‧尾燈
24‧‧‧載物台
25‧‧‧前輪
26‧‧‧後輪
27‧‧‧鞍座
28‧‧‧鏈條
29‧‧‧支架
31‧‧‧動力傳遞機構
32‧‧‧從動鏈輪
33‧‧‧驅動軸
35‧‧‧速度感測器
36‧‧‧變速機構
37‧‧‧單向離合器
38‧‧‧加速度感測器
41‧‧‧扭矩感測器
42‧‧‧曲軸旋轉感測器
43‧‧‧單向離合器
44‧‧‧單向離合器
45‧‧‧減速機
46‧‧‧馬達旋轉感測器
47‧‧‧電流感測器
48‧‧‧變速段感測器
51‧‧‧驅動單元
53‧‧‧電動馬達
54‧‧‧曲柄臂
55‧‧‧踏板
55L‧‧‧左踏板
55R‧‧‧右踏板
56‧‧‧電池
57‧‧‧曲軸
58‧‧‧合成機構
59‧‧‧驅動鏈輪
60‧‧‧操作盤
61‧‧‧顯示面板
61a‧‧‧速度顯示區域
61b‧‧‧電池剩餘容量顯示區域
61c‧‧‧輔助比率變動範圍顯示區域
61d‧‧‧輔助模式顯示區域
62‧‧‧輔助模式操作開關
63‧‧‧揚聲器
64‧‧‧燈
65‧‧‧電源開關
67‧‧‧變速操作器
70‧‧‧控制裝置
71‧‧‧運算電路
72‧‧‧目標加速度運算區塊
73‧‧‧高通濾波器
74‧‧‧馬達電流指令值運算區塊
75‧‧‧(第1)馬達電流指令值修正區塊
76‧‧‧(第2)馬達電流指令值修正區塊
77‧‧‧記憶區塊
77a‧‧‧加速度運算規則
78‧‧‧平均化電路
79‧‧‧馬達驅動電路
S10~S15‧‧‧步驟
x‧‧‧行進方向
θ‧‧‧傾斜角
圖1係表示本發明之實施形態之電動輔助腳踏車之側視圖。 圖2A係電動輔助腳踏車之硬體方塊圖。 圖2B係表示電動輔助腳踏車之機械構成之方塊圖。 圖3係操作盤之外觀圖。 圖4(a)～(e)係表示曲軸之旋轉角度、於曲軸產生之扭矩、車輛之行進方向之加速度之關係的圖。 圖5A(a)～(c)係說明減小目標加速度與車輛之當前加速度之偏差En而產生與行駛負荷(逆風)對應之輔助力之動作的圖。 圖5B(a)～(c)係說明減小目標加速度與車輛之當前加速度之偏差En而產生與行駛負荷(上坡路)對應之輔助力之動作的圖。 圖6係表示人的踏力(扭矩信號)與目標加速度之關係之圖。 圖7係表示對可選擇之N個輔助模式之各者規定之人的踏力(扭矩信號)與目標加速度之關係的圖。 圖8係表示控制裝置70之處理之順序之流程圖。 圖9(a)～(f)係表示騎乘者以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1時之負荷變動產生時之各種信號之波形的圖。 圖10(a)～(h)係表示騎乘者以固定之踩蹬方式踩蹬電動輔助腳踏車1時之負荷變動產生時之各種信號之波形的圖。 圖11A係平坦路上之電動輔助腳踏車1之靜負荷相關圖。 圖11B係傾斜角為θ之傾斜路上之電動輔助腳踏車1之靜負荷相關圖。 圖12係表示不進行利用高通濾波器73之低頻分量之去除之情形時之目標加速度(實線)的圖。 圖13係表示與加速度之偏差之大小對應之馬達扭矩之圖。

Claims (17)

  1. 一種電動輔助系統，其係用於具備踏板之電動輔助車輛者，且具備：曲軸，其藉由騎乘者施加於上述踏板之人力而旋轉；扭矩感測器，其輸出與在上述曲軸產生之扭矩之大小對應之扭矩信號；電動馬達，其產生輔助上述騎乘者之人力之輔助力；加速度感測器，其輸出與上述電動輔助車輛之行進方向上之當前加速度對應之加速度信號；及控制裝置，其接收上述扭矩信號及上述加速度信號，而決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小；且上述控制裝置基於預先準備之規則，根據上述扭矩信號算出目標加速度，且以上述目標加速度與上述當前加速度之偏差變小之方式，決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。
  2. 如請求項1之電動輔助系統，其中上述控制裝置藉由PID控制而決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小，以減小上述偏差。
  3. 如請求項2之電動輔助系統，其中於將當前時刻t之當前偏差表示為E(t)且將上述輔助力控制系統之比例要素、微分要素及積分要素之各反饋增益分別表示為Kp、Kd及Ki時，上述控制裝置藉由下式而決定與使上述電動馬達產生之輔助力對應之馬達扭矩Fm，
  4. 如請求項1至3中任一項之電動輔助系統，其中上述控制裝置以上述偏差接近0之方式，決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。
  5. 如請求項1之電動輔助系統，其中上述控制裝置預先保持有將應流入至上述電動馬達之電流之指令值與對應於使上述電動馬達產生之輔助力之馬達扭矩之大小建立對應關係之表格，且參照上述表格而決定產生上述馬達扭矩之電流之指令值。
  6. 如請求項4之電動輔助系統，其中上述控制裝置針對與上述偏差之大小對應之每個範圍預先保持有將應流入至上述電動馬達之電流之指令值與上述馬達扭矩之大小建立對應關係之表格，且參照上述表格而決定產生上述馬達扭矩之電流之指令值。
  7. 如請求項2之電動輔助系統，其中上述控制裝置係於將當前時刻t之當前偏差表示為E(t)且將用以根據有關殘留偏差之比例項、積分項及微分項求出電流指令值之各反請增益分別表示為Kp'、Kd'及Ki'時，上述控制裝置藉由下式而決定應流入至上述電動馬達之電流之指令值Im，
  8. 如請求項1之電動輔助系統，其中上述控制裝置具備保持預先準備之上述規則之記憶裝置。
  9. 如請求項8之電動輔助系統，其中上述規則係規定上述扭矩信號與目標加速度之對應關係之映射表或函數。
  10. 如請求項9之電動輔助系統，其中上述函數係非線性函數或線性函數。
  11. 如請求項1之電動輔助系統，其中上述控制裝置具有使所接收之上述加速度信號所包含之預先規定之頻率以上之高頻分量透過的高通濾波器。
  12. 如請求項11之電動輔助系統，其中上述控制裝置具有使5Hz以上之高頻分量透過之高通濾波器。
  13. 如請求項1之電動輔助系統，其中於上述騎乘者踩蹬上述踏板而使上述曲軸轉一圈之期間中，上述扭矩感測器及上述加速度感測器複數次或連續地輸出扭矩信號及加速度信號，且上述控制裝置複數次或於時間上連續地決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。
  14. 如請求項13之電動輔助系統，其中於上述騎乘者踩蹬上述踏板而使上述曲軸轉一圈之期間中，上述扭矩信號根據與上述騎乘者踩蹬踏板之動作連動之上述曲軸之旋轉而變化，上述加速度信號根據上述騎乘者踩蹬踏板之動作及施加於上述電動輔助車輛之干擾而變化，且上述控制裝置於預先規定之時間，根據上述扭矩信號算出目標加速度，且根據上述加速度信號算出加速度，而決定使上述電動馬達產生之輔助力之大小。
  15. 如請求項1之電動輔助系統，其進而具備馬達驅動電路，該馬達驅動電路根據指令值將振幅、頻率、流動方向之至少一者經控制之電流輸出至上述電動馬達，且上述控制裝置將用以流動與所決定之上述輔助力之大小對應之電流之指令值輸出至馬達驅動電路。
  16. 一種電動輔助車輛，其具備如請求項15之電動輔助系統。
  17. 如請求項16之電動輔助車輛，其進而具備：前輪及後輪；及動力傳遞機構，其將上述騎乘者之人力及上述輔助力傳遞至上述後輪。
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