WO2013069300A1 - アシストモータ付き車両 - Google Patents

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WO2013069300A1
WO2013069300A1 PCT/JP2012/007198 JP2012007198W WO2013069300A1 WO 2013069300 A1 WO2013069300 A1 WO 2013069300A1 JP 2012007198 W JP2012007198 W JP 2012007198W WO 2013069300 A1 WO2013069300 A1 WO 2013069300A1
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WO
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assist
amount
load
assist motor
frame
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PCT/JP2012/007198
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English (en)
French (fr)
Inventor
智昭 関田
Original Assignee
国産電機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle with an assist motor equipped with an assist motor as an auxiliary power source.
  • Hybrid vehicles that assist driving wheels driven by an engine with an assist motor are known.
  • an appropriate assist amount by the assist motor is determined by appropriate means, and the assist motor is controlled so that the assist amount by the assist motor is equal to the determined assist amount.
  • the assist amount by the assist motor is determined with respect to the pedal effort, for example, and the greater the pedal effort, the greater the assist amount by the assist motor.
  • the assist amount (assist motor output or output torque) by the assist motor is determined according to the accelerator operation amount, the battery charge amount, etc. It reduces the burden and saves fuel consumption.
  • the assist amount by the assist motor is determined according to the detected road surface inclination angle and the mass of the vehicle body.
  • the battery-assisted bicycle disclosed in Patent Document 1 when the road surface inclination angle and the mass of the vehicle body are detected, the gradient of the traveling road is an uphill gradient, the road surface inclination angle is large, and the mass of the vehicle body is large. It has been proposed to perform control to increase the assist amount by the assist motor (see claim 10 of Patent Document 1).
  • the sensor for detecting the condition for determining the basic value of the assist amount by the assist motor in addition to the sensor for detecting the condition for determining the basic value of the assist amount by the assist motor, the sensor for detecting the inclination angle of the traveling road and the sensor for detecting the mass of the vehicle body It is necessary to determine the amount of assist by the assist motor to a value that reflects the inclination angle of the road surface and the mass of the vehicle body.
  • the assist amount by the assist motor is an amount that reflects the inclination angle of the road surface and the mass of the vehicle body
  • the assist load by the assist motor increases as the load on the main power source increases. Because the amount can be increased, the load on the main power source can be reduced.
  • the main power source is a human being, such as a bicycle
  • the load on the driver is reduced and the driver can drive comfortably. Can be done. Further, when the main power source is an engine, the fuel consumption of the engine can be saved more accurately.
  • An object of the present invention is to use an assist motor while suppressing an increase in cost by using only one sensor to reflect the inclination angle of the road surface and the loading amount of the vehicle body in the assist amount by the assist motor.
  • An object of the present invention is to provide a vehicle with an assist motor capable of accurately assisting a main power source.
  • the present invention assists driving by a main power source, a frame, front wheels and rear wheels supported by the frame, a power transmission mechanism that transmits main driving force applied from a main power source to the front wheels and / or rear wheels.
  • the present invention relates to a vehicle with an assist motor provided on the vehicle body.
  • a vehicle with an assist motor includes a basic assist amount determining means for determining a basic assist amount that gives a basic value of an assist amount by the assist motor, and a load applied to a portion located behind the center of gravity of the vehicle body.
  • the load detection means uses the load detection means to detect a correction variable used for a correction calculation applied to the basic assist amount in order to obtain an actual assist amount that matches the inclination angle of the road surface on which the vehicle body is traveling and the load amount of the vehicle body.
  • a correction variable calculation means for calculating the detected rear load detection value, and an actual assist amount for calculating the actual assist amount by performing correction calculation on the basic assist amount using the correction variable calculated by the correction variable calculation means The assist means by the calculating means and the assist motor is set to be equal to the actual assist amount calculated by the actual assist amount calculating means. And a assist motor driving unit for driving the motor.
  • the correction calculation for obtaining the actual assist amount may be performed by multiplying the basic assist amount by a correction coefficient, or may be performed by adding / subtracting the correction amount to / from the basic assist amount.
  • the term “correction variable” is used as a term including both a correction coefficient to be multiplied by the basic assist amount and a correction amount to be added to and subtracted from the basic assist amount.
  • both the load amount of the vehicle body and the inclination angle of the road surface on which the vehicle body is traveling are reflected in the detected load.
  • the load applied to the part located behind the center of gravity of the vehicle body has a large vehicle body load (the sum of the mass of the occupant and the mass of the loaded baggage), the slope of the road surface is an uphill slope, and the inclination angle The larger the is, the larger it becomes. Therefore, when the load applied to the portion located behind the center of gravity of the vehicle body is detected and the correction variable used for correcting the basic assist amount is obtained according to the detected value, the vehicle body travels.
  • the present invention in addition to the sensor for detecting the condition for determining the assist amount by the assist motor, only by providing one sensor for detecting the load applied to the portion located behind the center of gravity of the vehicle body, Since it is possible to obtain an appropriate assist amount that is commensurate with the loading amount of the vehicle body and the inclination angle of the road surface on which the vehicle is traveling, the structure is simplified, the increase in cost is suppressed, and the main power source by the assist motor is reduced. Assist can be performed accurately.
  • the load detecting means is preferably provided so as to detect the load applied to the rear wheel of the vehicle body.
  • the load detection means can be configured to detect a load applied to the rear wheel from a displacement amount detected by the displacement amount sensor.
  • the load applied to the portion located behind the center of gravity of the vehicle body can also be detected from the amount of distortion generated in the frame of the vehicle body at a position behind the center of gravity of the vehicle body. That is, a distortion sensor is provided for detecting distortion generated in the frame of the vehicle body at a detection position set behind the center of gravity position of the vehicle body, and the distortion amount of the frame detected by the distortion sensor is applied to the frame at the detection position.
  • the load detection means can be configured to detect the load being applied.
  • the present invention provides a vehicle body including a frame, front and rear wheels supported by the frame, a pedal, a power transmission mechanism that transmits the rotation of the pedal to the rear wheel, and an assist motor that assists the driving of the rear wheel by the pedal. It is suitable for application to a bicycle with an assist motor provided.
  • the bicycle with an assist motor includes a basic assist amount determining means for determining a basic assist amount that gives a basic value of the assist amount by the assist motor, and a load applied to a portion located behind the center of gravity of the vehicle body.
  • the load detection means detects the correction variable used for the correction calculation applied to the basic assist amount to obtain the load detection means to detect and the actual assist amount corresponding to the inclination angle of the road surface on which the vehicle is traveling and the load amount of the vehicle body.
  • Correction variable calculation means for calculating the detected rear load, and actual assist amount calculation means for calculating the actual assist amount by performing correction calculation on the basic assist amount using the correction variable calculated by the correction variable calculation means And the assist motor so that the assist amount by the assist motor is equal to the actual assist amount calculated by the actual assist amount calculating means.
  • a assist motor driving unit for driving the motor.
  • pedal force detection means for detecting a physical quantity including information on the pedal force applied to the pedal
  • the basic assist amount determination means uses the basic assist amount that gives the basic value of the assist amount by the assist motor as the pedal effort. It is comprised so that it may determine with respect to the physical quantity detected by the detection means.
  • the physical quantity including information on the pedal depression force may be the depression force itself applied to the pedal, or the torque applied to the pedal crankshaft or the distortion generated in the mechanical system that transmits the rotation of the pedal crankshaft to the rear wheels.
  • the load detection means can be configured in the same manner as described above. That is, when the rear wheel of the bicycle to which the present invention is applied is supported by the frame via the suspension, a displacement amount sensor for detecting the amount of displacement generated between the frame and the rear wheel is provided, and this displacement amount is provided.
  • the load detecting means can be configured to detect the load applied to the rear wheel from the amount of displacement detected by the sensor.
  • a distortion sensor is provided for detecting distortion generated in the frame of the vehicle body at a detection position set behind the center of gravity position of the vehicle body, and the distortion amount of the frame detected by the distortion sensor is applied to the frame at the detection position.
  • the load detection means can be configured to detect the load being applied.
  • a load applied to a portion behind the center of gravity of the vehicle body is detected, a correction variable used for correcting the basic assist amount is calculated for the detected load, and the calculated correction variable
  • the actual assist amount reflecting both the loading amount of the vehicle body and the inclination angle of the road surface is determined by correcting the basic assist amount using
  • the assist of the main power source by the assist motor can be accurately performed.
  • a high output is required for the assist motor when the driver and the loaded luggage mass (loading capacity of the vehicle body) are large. This is because the slope of the road surface is an uphill slope and the road surface has a large inclination angle. When the road surface gradient is downward, high output is not required for the assist motor. When the road surface gradient is downward and the inclination angle is large to some extent, regenerative charging is performed with the assist amount set to zero. Can be performed. Therefore, in order to keep the assist amount by the assist motor at an appropriate size, the assist amount by the assist motor (assist motor output) is considered in consideration of both the loading amount of the vehicle body and the slope of the road surface as follows.
  • (Or output torque) is preferably determined.
  • the assist amount by the assist motor is increased as the loading amount of the vehicle body is larger.
  • the amount of assist by the assist motor is increased as the slope of the road surface is larger.
  • the assist amount by the assist motor is reduced or made zero.
  • the condition for determining the basic value of the assist amount by the assist motor is set as described above.
  • an inclination angle sensor for detecting the inclination angle of the road and a mass sensor for detecting the mass of the vehicle body are provided, so the number of required sensors increases and the cost increases. Was inevitable.
  • the load applied to the portion located behind the center of gravity of the vehicle body increases as the loading amount of the vehicle body increases, and increases as the slope of the road surface is climbing and the inclination angle increases.
  • the load applied to the part located behind the center of gravity of the vehicle body also decreases as the loading amount of the vehicle body is small, and decreases as the slope of the running road is a downward slope and the inclination angle is large. Show.
  • the assist motor is the main drive source.
  • the basic assist amount is determined for a predetermined control condition selected according to the form of the main power source and the purpose of the assist, and the center of gravity position of the vehicle body.
  • the assist amount by the assist motor is determined in a form that meets the conditions (a) to (c). Can be determined.
  • the control conditions for determining the basic assist amount are appropriately selected according to the form of the main power source and the purpose of the assist.
  • the basic assist amount is determined so that the bicycle is lightly driven with respect to the pedaling force using the pedaling force normally applied to the pedal as a control condition.
  • the basic assist amount can be determined with respect to the driving force applied from the engine to the driving wheels, the accelerator operation amount, or the like.
  • the method for determining the basic assist amount is arbitrary.
  • a bicycle with an assist motor targeted by the present invention includes a frame, a front wheel and a rear wheel supported by the frame, a pedal attached to a pedal crankshaft supported by the frame and stepped on by a driver, and rotation of the pedal.
  • the vehicle body is provided with a power transmission mechanism for transmitting to the rear wheels and an assist motor for assisting driving by a pedal, and is already widely used.
  • FIG. 1 shows hardware constituting a control unit for controlling an assist motor in this embodiment.
  • reference numeral 1 denotes an assist motor that assists driving of the rear wheels by a pedal.
  • an assist motor is provided so as to transmit an assist driving force for assisting driving of the rear wheel by the pedal to the rear wheel, and an assist motor is provided so as to transmit the assist driving force to the front wheel.
  • the present invention can be applied to any configuration.
  • 2 is a battery
  • 3 is an inverter for supplying drive current from the battery 2 to the armature coil of the assist motor 1 to drive the assist motor
  • 4 is an inverter drive circuit for supplying a control signal to the inverter
  • 5 is It is the microprocessor which comprises a control part.
  • the inverter 3 is composed of a well-known full-bridge inverter circuit in which the voltage of the battery 2 is applied between the DC input terminals, and the AC output terminal is connected to the input terminal of the assist motor.
  • Each side of the bridge circuit constituting the inverter 3 includes a switch element that can be controlled on and off, such as a MOSFET or a bipolar transistor, and a feedback diode connected in reverse parallel to the switch element.
  • a full-wave rectifier circuit that rectifies the AC voltage induced in the armature coil of the assist motor and supplies it to the battery 2 as a regenerative voltage by feedback diodes provided on each side of the bridge of the inverter 3. It is configured.
  • a synchronous motor or a brushless motor is used as the assist motor 1, and a control signal is given from the inverter drive circuit 4 to the inverter 3 in accordance with a drive command given from the control unit described later, whereby the inverter 3
  • the drive current applied to the assist motor is PWM-controlled to rotate the assist motor 1 in the direction to assist the drive by the pedal, and the assist motor applied to the rear wheel or front wheel of the bicycle has a desired magnitude. 1 output torque is controlled.
  • the assist motor is driven from the outside when traveling downhill or the like, and the assist motor 1 is operated as a generator, the feedback diode of the inverter 1 from the assist motor 1 is used.
  • a regenerative charging current is supplied to the battery 2 through the full-wave rectifier circuit configured by
  • the microprocessor 5 is an embedded microprocessor (MCU) that includes a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the microprocessor 5 constitutes a control unit that gives a drive command to the inverter drive circuit 4 so as to generate a predetermined assist drive force from the assist motor 1 by executing a program stored in the ROM.
  • the microprocessor 5 includes a detection output of a main driving force detection sensor 6 that detects a main driving force applied from a main power source and a load detection sensor that detects a load applied to a portion located behind the center of gravity of the vehicle body. 7 detection outputs are input through interfaces 8 and 9, respectively.
  • the main power source of a bicycle with an assist motor is a driver who operates the bicycle.
  • a pedaling force sensor that detects a physical quantity including information on the pedaling force applied to the pedal by the driver can be used.
  • the physical quantity detected by the pedal force sensor may be a pedal force applied to the pedal or a torque acting on the pedal crankshaft.
  • various types of pedal force sensors conventionally used for bicycles with assist motors can be used.
  • the load detection sensor 7 for detecting the load (kgf) applied to the rear part of the center of gravity of the vehicle body is a sensor for detecting the load applied to the vehicle body at an arbitrary detection position set at a position behind the center of gravity of the vehicle body. It is.
  • the position of the center of gravity of the vehicle body is the position of the center of gravity of the vehicle body when the operator is on the vehicle body and loads are loaded as necessary.
  • the detected value reflects both the load amount of the vehicle body and the inclination angle of the running road surface. Therefore, when the load applied to the vehicle body is detected at the detection position set behind the center of gravity of the vehicle body and the assist amount by the assist motor is determined according to the detected load, the road surface that is running
  • the assist amount (assist motor output) can be determined in a manner that reflects both the inclination angle of the vehicle and the loading amount of the vehicle body.
  • the load detection sensor 7 detects the load applied to the rear wheel supported by the frame of the vehicle body. It is preferable to provide as described above.
  • a pressure sensor for detecting the pressure acting on the axle of the rear wheel from the body frame can be used.
  • a displacement amount sensor that detects the amount of displacement generated between the frame of the vehicle body and the rear wheel is loaded. It can be used as the detection sensor 7.
  • a displacement amount generated between the frame of the vehicle body and the rear wheel can be detected from a displacement amount of a movable portion of the suspension (for example, a swing arm or a piston rod of an oil damper).
  • the load detection sensor 7 used in the present invention is not limited to a sensor that detects the load applied to the rear wheel, but is applied to the frame at a detection position set on the frame so as to be located behind the center of gravity of the vehicle body.
  • a sensor for detecting a load that is present can also be used as the load detection sensor 7.
  • the load detection sensor 7 can be configured by a strain sensor such as a strain gauge that detects the amount of strain generated in the frame of the vehicle body at a detection position set behind the center of gravity of the vehicle body.
  • a technique for detecting a load applied to a detection target portion from an output of a strain sensor attached to the detection target portion is already known.
  • FIG. 2 a configuration example of the control unit 10 constituted by the microprocessor 5 is shown.
  • the processing unit 11 processes the detection signal output from the main driving force detection sensor 6, thereby using the pedaling force applied to the pedal or the torque acting on the pedal crankshaft as the main driving force.
  • Main driving force detecting means for detecting.
  • Reference numeral 12 denotes load detection means for detecting a load (kgf) applied to a portion (preferably the rear wheel) behind the center of gravity of the vehicle body by processing an output signal of the load detection sensor 7.
  • the main driving force detected by the main driving force detecting means 11 is given to the basic assist amount calculating means 13, and the load detected by the load detecting means 12 is given to the correction variable calculating means 14.
  • the basic assist amount calculation means 13 gives a basic value of the assist amount to the detected main driving force (for example, pedaling force) using a basic assist amount calculation map prepared in advance and stored in the ROM. Calculate the basic assist amount.
  • the basic value of the assist amount is a standard value in which the load amount of the vehicle body is set, and the assist amount when traveling on a substantially flat road surface (the inclination angle with respect to the horizontal plane is zero or less than the set value). It is.
  • the main driving force detecting means 11 and the basic assist amount calculating means 13 constitute basic assist amount determining means for determining a basic assist amount that gives a basic value of the assist amount by the assist motor.
  • the basic assist amount calculation map is a table that gives the relationship between the main driving force that the driver is trying to give to the pedal and the basic assist amount, and is a substantially flat road surface (the absolute value of the inclination angle is less than the set value). It is created on the basis of the experimental results so that when driving on the road surface, there is no excess or deficiency assist and a comfortable driving can be performed.
  • the assist amount is an amount that determines the assist torque (or output) generated from the assist motor, and is an amount that determines the magnitude of the drive current that flows to the assist motor.
  • the drive current applied to the assist motor 1 by the inverter 3 is PWM-controlled, the on / off duty ratio of the switch elements constituting the inverter 3 can be handled as the assist amount.
  • the back load detection value detected by the load detection means 12 is given to the correction variable calculation means 14.
  • the correction variable calculation means 14 uses a correction variable used for correction calculation applied to the basic assist amount to obtain an actual assist amount reflecting the inclination angle of the road surface on which the vehicle body is traveling and the load amount of the vehicle body. 12 is a means for calculating the detected rear load value.
  • the correction operation applied to the basic assist amount to obtain the actual assist amount that reflects the inclination angle of the road surface on which the vehicle body is traveling and the loading amount of the vehicle body is a correction calculated for the load detected by the load detection means. This can be done by multiplying the basic assist amount by a coefficient, or by adding or subtracting the correction amount calculated for the load detected by the load detection means to the basic assist amount.
  • the correction variable calculation means 14 calculates the correction variable for the rear load detection value using the correction coefficient or the correction amount as a correction variable.
  • the correction amount calculated for the detection value of the rear load also includes the load amount of the vehicle body and the inclination angle of the road surface.
  • the actual assist amount that is reflected and calculated using this correction variable reflects the load amount of the vehicle body and the inclination angle of the road surface.
  • the actual assist amount is obtained by calculating a correction coefficient for the rear load detection value obtained by the load detecting means 12 and multiplying the basic assist amount by this correction coefficient.
  • the correction coefficient calculated by the correction variable calculating means 14 is given to the actual assist amount calculating means 15 together with the basic assist amount calculated by the basic assist amount calculating means 13.
  • the actual assist amount calculation means 15 calculates the actual assist amount by multiplying the basic assist amount by a correction coefficient.
  • the calculation of the correction coefficient for the rear load detection value can be performed by searching a correction coefficient calculation map that gives the relationship between the rear load detection value and the correction coefficient.
  • a table showing an example of the structure of the correction coefficient calculation map used in this embodiment is shown in FIG.
  • the detected value of the rear wheel load which is the load applied to the rear wheel
  • the wheel load detection value is set to 60 (kgf) to 80 (kgf).
  • the slope of the road surface is a downward slope and / or when the load capacity is smaller than the standard value
  • the detected rear wheel load detection value is smaller than 60 (kgf), and the slope of the road surface increases.
  • the detected rear wheel load value indicates a value larger than 80 (kgf).
  • the load amount is the standard value and the road surface is almost flat (the inclination angle of the road surface is less than the set value).
  • the detected value of the load applied to the rear wheel takes a value of 60 (kgf) to 80 (kgf)
  • the correction coefficient becomes 100%
  • the actual assist amount becomes the basic assist amount.
  • the road surface slope is a downward slope and / or when the load is less than the standard value
  • the rear wheel load detection value is less than 60 (kgf) and the correction coefficient is more than 100%.
  • the actual assist amount decreases as the rear wheel load detection value decreases.
  • the rear wheel load detection value exceeds 80 (kgf) and is corrected as the rear wheel load detection value increases. Since the coefficient increases from 100%, the actual assist amount increases from the basic assist amount. In the region where the detected value of the rear wheel load exceeds 140 (kgf), the correction coefficient takes a constant value of 150%, and the actual assist amount is saturated to a value that is 1.5 times the basic assist amount.
  • the correction coefficient calculation map is created based on the experimental results so that an appropriate actual assist amount can be obtained on the uphill and downhill.
  • the actual assist amount calculated by the actual assist amount calculation means 15 is given to the assist motor drive command generator 16.
  • the assist motor drive command generation unit 16 gives a drive command to the inverter drive circuit 4 in order to generate an assist torque corresponding to the actual assist amount calculated from the assist motor 1.
  • the drive command given to the inverter drive circuit 4 by the assist motor drive command generation unit 16 sets the duty ratio of the PWM control to a desired value ( This is a command for instructing to set the output torque of the assist motor to a duty ratio necessary for setting the output torque to a value corresponding to the actual assist amount.
  • the inverter drive circuit 4 gives a control signal to the inverter 3 in accordance with the drive command given from the assist motor drive command generation unit 16 and supplies the assist motor 1 with a PWM-controlled drive current, thereby assisting the assist motor 1. Assist torque corresponding to the actual assist amount is generated.
  • the assist motor drive command generator 16 and the inverter drive circuit 4 allow the assist motor 1 to make the assist amount by the assist motor 1 equal to the actual assist amount calculated by the actual assist amount calculation means.
  • An assist motor driving unit for driving the motor is configured.
  • FIG. 4 a flowchart showing an algorithm of a task to be executed by the microprocessor of the control unit is shown in FIG.
  • the task in FIG. 4 is executed every time a predetermined time (for example, 100 [msec]) elapses.
  • the basic assist amount is calculated with respect to the main driving force (in this embodiment, pedaling force) detected by the main driving force detecting means 11 in step S1.
  • This process constitutes the basic assist amount calculation means 13.
  • step S2 a correction variable used for a correction calculation applied to the basic assist amount to obtain an actual assist amount commensurate with the inclination angle of the road surface on which the vehicle body is traveling and the load amount of the vehicle body with respect to the detected rear load value.
  • the correction variable calculation means 14 for calculating the correction variable for the rear load detection value detected by the load detection means is configured.
  • step S3 the actual assist amount is calculated by multiplying the basic assist amount calculated in step S1 by the correction coefficient calculated in step S2.
  • the actual assist amount calculation means 15 is configured by this process.
  • step S4 an assist motor drive command for instructing the duty ratio of PWM control for determining the magnitude (average value) of the drive current that flows to the assist motor in order to make the assist amount by the assist motor equal to the calculated actual assist amount.
  • This process constitutes the assist motor drive command generator 16.
  • the inverter drive circuit 4 shown in FIG. 2 gives the inverter 3 a control signal that is PWM-modulated so as to be intermittent at the duty ratio instructed by the assist motor drive command. Thereby, the magnitude
  • FIG. 1 The inverter drive circuit 4 shown in FIG. 2 gives the inverter 3 a control signal that is PWM-modulated so as to be intermittent at the duty ratio instructed by the assist motor drive command.
  • the inclination angle of the road surface is increased.
  • the drive current flowing through the assist motor can be increased to increase the assist amount by the assist motor. It can be adjusted so as to be an appropriate value reflecting both of the inclination angle of the lens.
  • a regenerative charging current is supplied to the battery through a full-wave rectifier circuit formed in the inverter 3 with a voltage induced in the armature coil of the assist motor 1. Can do.
  • the assist amount by the assist motor is adjusted to an appropriate value reflecting both the loading amount of the vehicle body and the inclination angle of the road surface without using a sensor that detects the inclination angle of the road surface. Therefore, it is possible to reduce the cost by omitting the tilt angle sensor required in the conventional vehicle with an assist motor.
  • the present invention is applied to a bicycle with an assist motor, but the present invention can also be applied to a vehicle with an assist motor using an engine as a main drive source.
  • the main drive force detection means 11 is configured to detect a main drive force applied to the drive wheels from the engine, or the main drive force.
  • the detection means 11 is replaced with detection means for detecting the operation amount of the accelerator, and the basic assist amount is calculated with respect to the main driving force applied to the drive wheels from the engine or the operation amount of the accelerator.
  • the present invention When the present invention is applied to a vehicle having an engine as a main drive source, not only the assist amount is corrected for the loading amount of the vehicle body and the inclination angle of the road surface, but also the remaining amount of the battery is detected and detected. It is preferable to correct the assist amount with respect to the remaining battery level.
  • the present invention aims to improve the fuel efficiency by assisting the driving of the rear wheels by the pedal with the assist motor to reduce the burden on the driver, and assisting the driving of the driving wheels by the engine with the assist motor. It can be used for a vehicle with an assist motor.

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Abstract

　後輪又は前輪を駆動する主駆動源をアシストするアシストモータを備えた車両であって、アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を決定する基本アシスト量決定手段と、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかっている荷重を検出する荷重検出手段と、車体が走行している路面の傾斜角と車体の積載量とに見合った実アシスト量を求めるために基本アシスト量に乗じる補正係数を検出された荷重に対して演算する演算手段と、基本アシスト量に補正係数を乗じて実アシスト量を求める実アシスト量演算手段とを備え、傾斜角センサを用いることなく、路面の傾斜角が反映された実アシスト量を得る。

Description

アシストモータ付き車両
　本発明は、アシストモータを補助動力源として備えたアシストモータ付き車両に関するものである。
　アシストモータを補助動力源として備えた車両として、操縦者にかかる負担を軽減するために、人力による後輪の駆動をアシストモータによりアシスト（補助）する電動補助自転車や、燃費を節約するために、エンジンによる駆動輪の駆動をアシストモータによりアシストするハイブリッド自動車等が知られている。この種の車両においては、適宜の手段によりアシストモータによる適正なアシスト量を決定して、アシストモータによるアシスト量を、決定したアシスト量に等しくするようにアシストモータを制御する。
　アシストモータを補助動力源として備えた自転車においては、アシストモータによるアシスト量を例えばペダルの踏力に対して決定して、ペダルの踏力が大きい場合ほどアシストモータによるアシスト量を多くすることにより、操縦者にかかる負担を軽減するようにしている。またアシストモータによりエンジンをアシストする車両においては、例えば、アクセルの操作量やバッテリの充電量等に応じてアシストモータによるアシスト量(アシストモータの出力又は出力トルク）を決定することにより、エンジンにかかる負担を軽減して燃費の節約を図るようにしている。
　アシストモータを補助動力源として備えた車両においては、アシストモータによるアシスト量を適確に決定するため、走行している路面の傾斜角と、車体の質量（操縦者及び荷物の質量を含む）とを検出して、検出された路面の傾斜角と車体の質量とに応じてアシストモータによるアシスト量を決定することが行われている。例えば特許文献１に示された電動補助自転車では、路面の傾斜角と、車体の質量とを検出して、走行路の勾配が登り勾配で、路面の傾斜角が大きく、車体の質量が大きい場合ほどアシストモータによるアシスト量を増大させる制御を行うことが提案されている（特許文献１の請求項１０参照）。このような制御を行うためには、アシストモータによるアシスト量の基本値を決定するための条件を検出するセンサの他に、走行路の傾斜角を検出するセンサと、車体の質量を検出するセンサとを設けて、アシストモータによるアシスト量を、路面の傾斜角と車体の質量とが反映された値に決定する必要がある。
特開２００８－４４５６５号公報
　特許文献１に示されているように、アシストモータによるアシスト量を、路面の傾斜角と車体の質量とが反映された量とすれば、主動力源にかかる負荷が重い場合ほどアシストモータによるアシスト量を増大させることができるため、主動力源にかかる負荷を軽減することができ、自転車のように主動力源が人間である場合には、運転者にかかる負荷を軽くして快適な運転を行わせることができる。また主動力源がエンジンである場合には、エンジンの燃料消費量の節約をより的確に図ることができる。
　しかしながら、アシストモータによるアシスト量に路面の傾斜角と車体の質量とを反映させるようにした従来のアシストモータ付き車両においては、アシストモータによるアシスト量の基本値を決定するための条件を検出するセンサの他に、走行路の傾斜角を検出する傾斜角センサと、車体の質量を検出する質量センサとを設けていたため、必要とするセンサの数が多くなって、コストが高くなるという問題があった。
　本発明の目的は、１つのセンサを用いるだけで、アシストモータによるアシスト量に路面の傾斜角と車体の積載量とを反映させることができるようにして、コストの上昇を抑えつつ、アシストモータによる主動力源のアシストを的確に行うことができるようにしたアシストモータ付き車両を提供することにある。
　本発明は、フレームと、フレームに支持された前輪及び後輪と、主動力源から与えられる主駆動力を前輪及び（又は）後輪に伝達する動力伝達機構と、主動力源による駆動をアシストするアシストモータとを車体に備えたアシストモータ付き車両に係わるものである。
　本発明に係わるアシストモータ付き車両は、アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を決定する基本アシスト量決定手段と、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかっている荷重を検出する荷重検出手段と、車体が走行している路面の傾斜角と車体の積載量とに見合った実アシスト量を求めるために基本アシスト量に施す補正演算に用いる補正変数を、荷重検出手段により検出された後方荷重検出値に対して演算する補正変数演算手段と、補正変数演算手段により演算された補正変数を用いて基本アシスト量に補正演算を施すことにより実アシスト量を演算する実アシスト量演算手段と、アシストモータによるアシスト量を実アシスト量演算手段により演算された実アシスト量に等しくするようにアシストモータを駆動するアシストモータ駆動部とを備えている。
　上記実アシスト量を求めるための補正演算は、基本アシスト量に補正係数を乗じることにより行ってもよく、基本アシスト量に補正量を加減算することにより行ってもよい。本明細書では、基本アシスト量に乗じる補正係数及び基本アシスト量に加減算する補正量の双方を包含する言葉として「補正変数」の語を用いている。
　車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重（力）を検出した場合、検出される荷重には、車体の積載量と車体が走行している路面の傾斜角との双方が反映される。即ち、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重は、車体の積載量（乗員の質量と積載された荷物の質量との和）が大きく、路面の勾配が登り勾配でその傾斜角が大きい場合ほど大きくなる。従って、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかっている荷重を検出して、その検出値に応じて、基本アシスト量を補正するために用いる補正変数を求めるようにすると、車体が走行している路面の傾斜角と車体の積載量との双方が反映された補正変数を求めることができ、この補正変数を用いて、基本アシスト量に補正演算を施すことにより、車体が走行している路面の傾斜角と車体の積載量との双方が反映された実アシスト量を求めることができる。
　本発明によれば、アシストモータによるアシスト量を決定するための条件を検出するセンサの他に、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重を検出する一つのセンサを設けるだけで、車体の積載量と走行している路面の傾斜角とに見合った適正なアシスト量を求めることができるため、構成の簡素化を図って、コストの上昇を抑えつつ、アシストモータによる主動力源のアシストを的確に行わせることができる。
　上記荷重検出手段は、車体の後輪にかかる荷重を検出するように設けることが好ましい。後輪が車体のフレームにサスペンションを介して支持される場合には、後輪にかかる荷重に応じて車体のフレームと後輪との間に生じる変位量が変化するため、車体のフレームと後輪との間に生じる変位量を検出する変位量センサを設けて、この変位量センサにより検出される変位量から後輪にかかる荷重を検出するように荷重検出手段を構成することができる。
　また、車体のフレームから後輪に作用する圧力を検出する圧力センサを設けて、この圧力センサの出力から後輪にかかる荷重を検出するように、荷重検出手段を構成することもできる。
　更に車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重は、車体の重心位置よりも後方の位置で車体のフレームに生じている歪みの量から検出することもできる。即ち、車体の重心位置よりも後方の位置に設定した検出位置で車体のフレームに生じる歪みを検出する歪みセンサを設けて、この歪みセンサが検出するフレームの歪み量から検出位置でフレームにかかっている荷重を検出するように荷重検出手段を構成することができる。
　本発明は、フレームと、フレームに支持された前輪及び後輪と、ペダルと、ペダルの回転を後輪に伝達する動力伝達機構と、ペダルによる後輪の駆動をアシストするアシストモータとを車体に備えたアシストモータ付き自転車に適用するのに好適である。
　本発明に係わるアシストモータ付き自転車は、アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を決定する基本アシスト量決定手段と、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかっている荷重を検出する荷重検出手段と、走行している路面の傾斜角と車体の積載量とに見合った実アシスト量を求めるために基本アシスト量に施す補正演算に用いる補正変数を、荷重検出手段により検出された後方荷重検出値に対して演算する補正変数演算手段と、補正変数演算手段により演算された補正変数を用いて基本アシスト量に補正演算を施すことにより実アシスト量を演算する実アシスト量演算手段と、アシストモータによるアシスト量を実アシスト量演算手段により演算された実アシスト量に等しくするようにアシストモータを駆動するアシストモータ駆動部とを備えている。
　本発明の好ましい態様では、ペダルに与えられた踏力の情報を含む物理量を検出する踏力検出手段が設けられ、基本アシスト量決定手段は、アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を踏力検出手段により検出された物理量に対して決定するように構成される。ペダルの踏力の情報を含む物理量は、ペダルに加えられる踏力そのものでもよく、ペダルクランク軸に与えられるトルクや、ペダルクランク軸の回転を後輪に伝達する機械系に生じる歪み等でもよい。
　本発明をアシストモータ付き自転車に適用する場合も、前記と同様に荷重検出手段を構成することができる。即ち、本発明を適用する自転車の後輪がフレームにサスペンションを介して支持されている場合には、フレームと後輪との間に生じる変位量を検出する変位量センサを設けて、この変位量センサにより検出される変位量から後輪にかかる荷重を検出するように、荷重検出手段を構成することができる。
　また、車体のフレームから後輪に作用する圧力を検出する圧力センサを設けて、この圧力センサの出力から後輪にかかる荷重を検出するように荷重検出手段を構成することもできる。
　更に、車体の重心位置よりも後方の位置に設定した検出位置で車体のフレームに生じる歪みを検出する歪みセンサを設けて、この歪みセンサが検出するフレームの歪み量から検出位置でフレームにかかっている荷重を検出するように荷重検出手段を構成することができる。
　本発明によれば、車体の重心位置よりも後方の部分にかかる荷重を検出して、検出した荷重に対して、基本アシスト量を補正するために用いる補正変数を演算し、演算された補正変数を用いて基本アシスト量を補正することにより、車体の積載量と走行している路面の傾斜角との双方が反映された実アシスト量を決定するようにしたので、基本アシスト量を決定するために用いるセンサの他に、一つのセンサを設けるだけで、車体の積載量と走行している路面の傾斜角とに見合った適正な実アシスト量を決定することができ、コストの上昇を抑えつつ、アシストモータによる主動力源のアシストを的確に行わせることができる。
本発明の一実施形態において用いるアシストモータの制御部のハードウェアの構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態において、マイクロプロセッサにより構成される制御部の構成例を示したブロック図である。 本発明の一実施形態において、車体の後輪にかかる荷重（ｋｇｆ）と、基本アシスト量を補正して実アシスト量を演算する際に用いる補正係数（％）との関係を与える補正係数演算用マップの構成例を示したテーブルである。 本発明の一実施形態において、アシストモータを制御する制御部をマイクロプロセッサを用いて構成する場合に、マイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
　補助動力源としてアシストモータを備えたアシストモータ付き車両において、アシストモータに高い出力が要求されるのは、操縦者及び積載されている荷物の質量（車体の積載量）が大きい場合と、走行している路面の勾配が登り勾配で、路面の傾斜角が大きい場合とである。路面の勾配が下り勾配である場合には、アシストモータに高い出力が要求されることはなく、路面の勾配が下り勾配で、その傾斜角がある程度大きい場合には、アシスト量を零として回生充電を行わせることができる。従って、アシストモータによるアシスト量を適正な大きさに保つためには、下記のように，車体の積載量と、路面の勾配との双方を勘案して、アシストモータによるアシスト量（アシストモータの出力又は出力トルク）を決定することが好ましい。
（ａ）車体の積載量が大きい場合ほどアシストモータによるアシスト量を増大させる。
（ｂ）走行している路面の勾配が登り勾配である場合に、路面の傾斜角が大きい場合ほど、アシストモータによるアシスト量を増大させる。
（ｃ）走行している路面の勾配が下り勾配である場合には、アシストモータによるアシスト量を減少させるか、または零にする。
　アシストモータによるアシスト量に路面の傾斜角と車体の質量とを反映させるようにした従来のアシストモータ付き車両においては、前述のように、アシストモータによるアシスト量の基本値を決定するための条件を検出するセンサの他に、走行路の傾斜角を検出する傾斜角センサと、車体の質量を検出する質量センサとを設けていたため、必要とするセンサの数が多くなって、コストが高くなるのを避けられなかった。
　そこで、本発明においては、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重に、車体の積載量と走行している路面の勾配との双方が反映されることに着目して、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重を検出し、検出された荷重に対して、アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を補正することにより、車体の積載量及び走行している路面の勾配の双方が反映された適正なアシスト量を決定する。
　一般に、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重は、車体の積載量が多い場合ほど大きくなり、走行している路面の勾配が登り勾配で、その傾斜角が大きい場合ほど大きくなる。車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重はまた、車体の積載量が少ない場合ほど小さくなり、走行している路面の勾配が下り勾配で、その傾斜角が大きい場合ほど小さい値を示す。
　従って、車体の積載量が設定された標準値で、かつ走行している路面がほぼ平坦である場合(路面の水平面に対する傾斜角が零又は設定値以下である場合）にアシストモータが主駆動源をアシストする量（アシスト量）を基本アシスト量として、主動力源の形態や、アシストの目的に応じて選定された所定の制御条件に対してこの基本アシスト量を決定するとともに、車体の重心位置よりも後方の部分にかかる荷重を検出して、基本アシスト量をこの荷重の検出値に応じて補正するようにすると、主動力源から与えられる主駆動力を検出するセンサの他に、車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重を検出する一つのセンサを設けるだけで、アシストモータによるアシスト量を、前記（ａ）ないし（ｃ）の条件に適合した形で決定することができる。
　基本アシスト量を決定するための制御条件は、主動力源の形態や、アシストの目的に応じて適宜に選定される。車両が人力により操縦される自転車である場合には、通常ペダルに与えられる踏力を制御条件として、この踏力に対して、自転車の運転を軽快に行わせるように基本アシスト量を決定する。また車両がエンジンにより駆動される場合には、例えば、エンジンから駆動輪に与えられる駆動力やアクセルの操作量等に対して基本アシスト量を決定することができる。本発明において、基本アシスト量を決定する方法は任意である。
　以下、本発明をアシストモータ付き自転車に適用する場合を例にとって、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。本発明が対象とするアシストモータ付き自転車は、フレームと、フレームに支持された前輪及び後輪と、フレームに支持されたペダルクランク軸に取り付けられて操縦者により踏まれるペダルと、ペダルの回転を後輪に伝達する動力伝達機構と、ペダルによる駆動をアシストするアシストモータとを車体に備えたもので、既に広く普及しているものである。
　図１は、本実施形態において、アシストモータを制御する制御部を構成するハードウェアを示したもので、図１において、１はペダルによる後輪の駆動をアシストするアシストモータある。アシストモータ付き自転車においては、ペダルによる後輪の駆動をアシストするアシスト駆動力を後輪に伝達するようにアシストモータを設ける場合と、アシスト駆動力を前輪に伝達するようにアシストモータを設ける場合とがあるが、本発明は、何れの構成をとる場合にも適用することができる。
　図１において、２はバッテリ、３はアシストモータを駆動するためにバッテリ２からアシストモータ１の電機子コイルに駆動電流を供給するインバータ、４はインバータ３に制御信号を与えるインバータ駆動回路、５は制御部を構成するマイクロプロセッサである。
　インバータ３は、直流入力端子間にバッテリ２の電圧が印加され、交流出力端子がアシストモータの入力端子に接続された周知のフルブリッジ型のインバータ回路からなっている。インバータ３を構成するブリッジ回路の各辺はＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ等のオンオフ制御が可能なスイッチ素子と、該スイッチ素子に逆並列接続された帰還用ダイオードとからなっていて、アシストモータ１側からインバータ３を見た場合に、インバータ３のブリッジの各辺に設けられた帰還ダイオードにより、アシストモータの電機子コイルに誘起する交流電圧を整流してバッテリ２に回生電圧として供給する全波整流回路が構成されるようになっている。
　本実施形態では、アシストモータ１として、同期モータまたはブラシレスモータを用いるものとし、後記する制御部から与えられる駆動指令に応じて、インバータ駆動回路４からインバータ３に制御信号を与えることにより、インバータ３からアシストモータに与える駆動電流をＰＷＭ制御して、ペダルによる駆動をアシストする方向にアシストモータ１を回転させるとともに、自転車の後輪または前輪に与えるアシストトルクを所望の大きさとするように、アシストモータ１の出力トルクを制御する。また下り坂を走行している際等にアシストモータが外部から駆動される状態になって、アシストモータ１が発電機として動作する状態になった際には、アシストモータ１からインバータ１の帰還ダイオードにより構成された全波整流回路を通して、バッテリ２に回生充電電流を流す。
　マイクロプロセッサ５は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた組み込み型のマイクロプロセッサ（ＭＣＵ）である。マイクロプロセッサ５は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、アシストモータ１から所定のアシスト駆動力を発生させるようにインバータ駆動回路４に駆動指令を与える制御部を構成する。
　マイクロプロセッサ５には、主動力源から与えられる主駆動力を検出する主駆動力検出用センサ６の検出出力及び車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかる荷重を検出する荷重検出用センサ７の検出出力がそれぞれインターフェース８及び９を通して入力されている。
　アシストモータ付き自転車の主動力源は、自転車を操縦する操縦者である。この場合、主駆動力検出用センサ６としては、操縦者がペダルに与える踏力の情報を含む物理量を検出する踏力センサを用いることができる。踏力センサが検出する物理量は、ペダルに与えられる踏力でもよく、ペダルクランク軸に働くトルクでもよい。主駆動力検出用センサ６としては、アシストモータ付き自転車に従来から用いられている各種の形式の踏力センサを用いることができる。
　車体の重心位置よりも後方の部分にかかる荷重（ｋｇｆ）を検出する荷重検出用センサ７は、車体の重心位置より後方の位置に設定した任意の検出位置で、車体にかかる荷重を検出するセンサである。
　なお本発明において、車体の重心位置とは、車体に操縦者が搭乗し、必要に応じて荷物が積載された状態での車体の重心の位置である。
　車体の重心位置よりも後方の部分にかかっている荷重を検出すると、その検出値には、車体の積載量と、走行している路面の傾斜角との双方が反映される。従って、車体の重心位置よりも後方の位置に設定した検出位置で車体にかかる荷重を検出して、検出された荷重に応じてアシストモータによるアシスト量を決定するようにすると、走行している路面の傾斜角と車体の積載量との双方を反映させた形でアシスト量（アシストモータの出力）を決定することができる。
　路面の傾斜角は、車体を路面に対して支えている後輪にかかる荷重に大きく反映されるため、上記荷重検出用センサ７は、車体のフレームに支持された後輪にかかる荷重を検出するように設けることが好ましい。
　後輪にかかる荷重を検出するセンサとしては例えば、車体のフレームから後輪の車軸に作用する圧力を検出する圧力センサを用いることができる。
　また、自転車の後輪が車体のフレームに緩衝装置を備えたサスペンションを介して支持されている場合には、車体のフレームと後輪との間に生じる変位量を検出する変位量センサを、荷重検出用センサ７として用いることができる。車体のフレームと後輪との間に生じる変位量は、サスペンションの可動部（例えばスウィングアームやオイルダンパのピストンロッド）の変位量から検出することができる。
　なお本発明で用いる荷重検出用センサ７は、後輪にかかる荷重を検出するセンサに限られるものではなく、車体の重心位置よりも後方に位置させてフレーム上に設定した検出位置でフレームにかかっている荷重を検出するセンサを荷重検出用センサ７として用いることもできる。例えば、車体の重心位置よりも後方の位置に設定した検出位置で車体のフレームに生じている歪み量を検出する歪みゲージ等の歪みセンサにより、荷重検出用センサ７を構成することもできる。検出対象部分に取り付けた歪みセンサの出力から検出対象部分にかかっている荷重を検出する手法自体は既に公知である。
　図２を参照すると、マイクロプロセッサ５により構成される制御部１０の構成例が示されている。図２に示された制御部１０において、１１は、主駆動力検出用センサ６が出力する検出信号を処理することにより、ペダルに与えられる踏力、またはペダルクランク軸に働くトルクを主駆動力として検出する主駆動力検出手段である。また１２は荷重検出用センサ７の出力信号を処理することにより、車体の重心位置よりも後方の部分（好ましくは後輪）にかかる荷重（ｋｇｆ）を検出する荷重検出手段である。
　主駆動力検出手段１１により検出された主駆動力は、基本アシスト量演算手段１３に与えられ、荷重検出手段１２により検出された荷重は補正変数演算手段１４に与えられる。基本アシスト量演算手段１３は、予め作成されてＲＯＭに記憶された基本アシスト量演算用マップを用いて、検出された主駆動力（例えばペダルの踏力）に対して、アシスト量の基本値を与える基本アシスト量を演算する。ここでアシスト量の基本値とは、車体の積載量が設定された標準値である状態で、ほぼ平坦な（水平面に対する傾斜角が零か又は設定値以下の）路面を走行する際のアシスト量である。本実施形態では、主駆動力検出手段１１と基本アシスト量演算手段１３とにより、アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を決定する基本アシスト量決定手段が構成されている。
　基本アシスト量演算用マップは、操縦者がペダルに与えようとしている主駆動力と基本アシスト量との間の関係を与えるテーブルで、ほぼ平坦な路面(傾斜角の絶対値が設定値以下である路面）を走行する際に過不足がないアシストが行われて快適な運転を行うことができるように、実験結果に基づいて作成される。アシスト量は、アシストモータから発生させるアシストトルク(又は出力）を決定する量であり、アシストモータに流す駆動電流の大きさを決定する量である。インバータ３によりアシストモータ１に与える駆動電流をＰＷＭ制御する場合には、インバータ３を構成するスイッチ素子のオンオフのデューティ比をアシスト量として扱うことができる。
　荷重検出手段１２により検出された後方荷重検出値は、補正変数演算手段１４に与えられる。補正変数演算手段１４は、車体が走行している路面の傾斜角と車体の積載量とが反映された実アシスト量を求めるために基本アシスト量に施す補正演算に用いる補正変数を、荷重検出手段１２により検出された後方荷重検出値に対して演算する手段である。
　車体が走行している路面の傾斜角と車体の積載量とが反映された実アシスト量を求めるために基本アシスト量に施す補正演算は、荷重検出手段により検出された荷重に対して演算した補正係数を基本アシスト量に乗じるか、又は荷重検出手段により検出された荷重に対して演算した補正量を基本アシスト量に加算または減算することにより行うことができる。補正変数演算手段１４は、上記補正係数又は補正量を補正変数として、この補正変数を後方荷重検出値に対して演算する。
　後方荷重検出値には、車体の積載量と路面の傾斜角とが反映されているので、後方荷重検出値に対して演算される補正変数にも、車体の積載量と路面の傾斜角とが反映され、この補正変数を用いて演算される実アシスト量にも車体の積載量と路面の傾斜角とが反映される。本実施形態では、荷重検出手段１２により得られる後方荷重検出値に対して補正係数を演算して、この補正係数を基本アシスト量に乗じることにより実アシスト量を求めるものとする。
　補正変数演算手段１４により演算された補正係数は、基本アシスト量演算手段１３により演算された基本アシスト量とともに実アシスト量演算手段１５に与えられる。実アシスト量演算手段１５は、基本アシスト量に補正係数を乗じることにより、実アシスト量を演算する。
　後方荷重検出値に対する補正係数の演算は、後方荷重検出値と補正係数との間の関係を与える補正係数演算用マップを検索することにより行うことができる。本実施形態で用いる補正係数演算用マップの構造の一例を示すテーブルを図３に示した。図３に示した例では、後輪にかかる荷重である後輪荷重の検出値を前記後方荷重検出値として、路面がほぼ平坦で、積載量が標準的な範囲にあるときに検出される後輪荷重検出値を６０（ｋｇｆ）ないし８０（ｋｇｆ）としている。路面の勾配が下り勾配である場合及び（又は）積載量が標準値よりも少ない場合には、検出される後輪荷重検出値が６０（ｋｇｆ）よりも小さい値を示し、路面の勾配が登り勾配である場合及び（又は）積載量が標準値を超える場合には、検出される後輪荷重検出値が８０（ｋｇｆ）よりも大きい値を示す。
　図３に示したマップにより演算した補正係数を基本アシスト量に乗じて実アシスト量を求めた場合には、積載量が標準値で、路面がほぼ平坦(路面の傾斜角が設定値以下）であって、後輪にかかる荷重の検出値（後輪荷重検出値）が６０（ｋｇｆ）ないし８０（ｋｇｆ）の値をとるときに補正係数が１００％となって、実アシスト量が基本アシスト量に等しくなる。また路面の勾配が下り勾配である場合及び（又は）積載量が標準値よりも少ない場合には、後輪荷重検出値が６０（ｋｇｆ）未満の値をとって、補正係数が１００％よりも小さくなり、実アシスト量が後輪荷重検出値の減少に伴って減少していく。路面の勾配が登り勾配である場合及び（又は）積載量が標準値よりも多い場合には、後輪荷重検出値が８０（ｋｇｆ）を超え、後輪荷重検出値の増大に伴って、補正係数が１００％よりも増大していくため、実アシスト量が基本アシスト量よりも増大していく。後輪荷重検出値が１４０（ｋｇｆ）を超える領域では、補正係数が一定値１５０％をとるようになって、実アシスト量が基本アシスト量の１．５倍の値に飽和する。上記補正係数演算用マップは、登り坂及び下り坂で適正な実アシスト量が得られるように、実験結果に基づいて作成される。
　実アシスト量演算手段１５により演算された実アシスト量は、アシストモータ駆動指令発生部１６に与えられる。アシストモータ駆動指令発生部１６は、アシストモータ１から演算された実アシスト量に相当するアシストトルクを発生させるべく、インバータ駆動回路４に駆動指令を与える。インバータ３がアシストモータの駆動電流をＰＷＭ制御することにより、アシストトルクを制御する場合、アシストモータ駆動指令発生部１６がインバータ駆動回路４に与える駆動指令は、ＰＷＭ制御のデューティ比を所望の値（アシストモータの出力トルクを実アシスト量に相当する値にするために必要なデューティ比）とすることを指示する指令である。
　インバータ駆動回路４は、アシストモータ駆動指令発生部１６から与えられた駆動指令に応じてインバータ３に制御信号を与えて、アシストモータ１にＰＷＭ制御された駆動電流を供給することにより、アシストモータ１から実アシスト量に相当するアシストトルクを発生させる。
　本実施形態では、アシストモータ駆動指令発生部１６と、インバータ駆動回路４とにより、アシストモータ１によるアシスト量を、実アシスト量演算手段により演算された実アシスト量に等しくするように、アシストモータ１を駆動するアシストモータ駆動部が構成されている。
　本実施形態において、制御部のマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムを示すフローチャートを図４に示した。図４のタスクは、一定時間(例えば１００[msec]）が経過する毎に実行されるものである。このタスクにおいては、先ずステップＳ１で主駆動力検出手段１１により検出された主駆動力（本実施形態ではペダルの踏力）に対して基本アシスト量を演算する。この過程により、基本アシスト量演算手段１３が構成される。
　次いでステップＳ２で後方荷重検出値に対して、車体が走行している路面の傾斜角と車体の積載量とに見合った実アシスト量を求めるために基本アシスト量に施す補正演算に用いる補正変数を演算する。この過程により、荷重検出手段により検出された後方荷重検出値に対して補正変数を演算する補正変数演算手段１４が構成される。
　ステップＳ２で補正変数を演算した後、ステップＳ３に移行し、ステップＳ１で演算された基本アシスト量にステップＳ２で演算された補正係数を乗じる演算を行って、実アシスト量を演算する。この過程により、実アシスト量演算手段１５が構成される。
　次いでステップＳ４で、アシストモータによるアシスト量を演算された実アシスト量に等しくするためにアシストモータに流す駆動電流の大きさ(平均値）を決定するＰＷＭ制御のデューティ比を指示するアシストモータ駆動指令を発生させて、このタスクを終了する。この過程により、アシストモータ駆動指令発生部１６が構成される。
　図２に示されたインバータ駆動回路４は、アシストモータ駆動指令により指示されたデューティ比で断続するようにＰＷＭ変調された制御信号をインバータ３に与える。これにより、インバータ３からアシストモータ１に供給される駆動電流の大きさを、実アシスト量を得るために必要な大きさとして、アシストモータ１から実アシスト量に相当する出力を発生させる。
　本実施形態によれば、走行する路面の勾配が登り勾配で、その傾斜角が設定値を超えるとき、及び(又は）車体の積載量が標準値よりも大きいときに、路面の傾斜角の増大に伴って、及び(又は)積載量の増大に伴って、アシストモータに流す駆動電流を増大させてアシストモータによるアシスト量を増大させることができ、アシストモータによるアシスト量を車体の積載量と路面の傾斜角との双方が反映された適正値とするように調整することができる。また走行している路面の勾配が下り勾配である場合には、アシストモータ１の電機子コイルに誘起した電圧で、インバータ３内に形成された全波整流回路を通してバッテリに回生充電電流を流すことができる。
　本実施形態によれば、路面の傾斜角を検出するセンサを用いること無く、アシストモータによるアシスト量を車体の積載量及び路面の傾斜角の双方が反映された適正値とするように調整することができるため、従来のアシストモータ付き車両で必要とした傾斜角センサを省略してコストの低減を図ることができる。
　上記の実施形態では、アシストモータ付き自転車に本発明を適用したが、エンジンを主駆動源とするアシストモータ付き車両にも本発明を適用することができる。エンジンを主駆動源とする車両に本発明を適用する場合には、例えば主駆動力検出手段１１を、エンジンから駆動輪に与えられる主駆動力を検出するように構成するか、又は主駆動力検出手段１１をアクセルの操作量を検出する検出手段で置き換えて、エンジンから駆動輪に与えられる主駆動力又はアクセルの操作量に対して基本アシスト量を演算する。またエンジンを主駆動源とする車両に本発明を適用する場合には、車体の積載量及び路面の傾斜角に対してアシスト量を補正するだけでなく、バッテリの残量を検出して、検出されたバッテリの残量に対してもアシスト量を補正するようにすることが好ましい。
　本発明は、ペダルによる後輪の駆動をアシストモータによりアシストして、操縦者にかかる負担を軽減するアシストモータ付き自転車や、エンジンによる駆動輪の駆動をアシストモータによりアシストして燃費の向上を図るアシストモータ付き車両等に利用することができる。
　１　アシストモータ
　２　バッテリ
　３　インバータ
　４　インバータ駆動回路
　５　マイクロプロセッサ
　６　主駆動力検出用センサ
　７　荷重検出用センサ
　１０　制御部
　１１　主駆動力検出手段
　１２　荷重検出手段
　１３　基本アシスト量演算手段
　１４　補正変数演算手段
　１５　実アシスト量演算手段
　１６　アシストモータ駆動指令発生部

Claims (12)

  1. 　フレームと、前記フレームに支持された前輪及び後輪と、主動力源から与えられる主駆動力を前記前輪及び（又は）後輪に伝達する動力伝達機構と、前記主動力源による駆動をアシストするアシストモータとを車体に備えたアシストモータ付き車両において、
    　前記アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を決定する基本アシスト量決定手段と、
    　前記車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかっている荷重を検出する荷重検出手段と、
    　前記車体が走行している路面の傾斜角と前記車体の積載量とに見合った実アシスト量を求めるために前記基本アシスト量に施す補正演算に用いる補正変数を、前記荷重検出手段により検出された後方荷重検出値に対して演算する補正変数演算手段と、
    　前記補正変数演算手段により演算された補正変数を用いて前記基本アシスト量に補正演算を施すことにより実アシスト量を演算する実アシスト量演算手段と、
    　前記アシストモータによるアシスト量を前記実アシスト量演算手段により演算された実アシスト量に等しくするように前記アシストモータを駆動するアシストモータ駆動部と、
    　を備えたことを特徴とするアシストモータ付き車両。
  2. 　前記後輪はサスペンションを介して前記フレームに支持され、
    　前記フレームと前記後輪との間に生じる変位量を検出する変位量センサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記変位量センサにより検出される変位量から前記後輪にかかる荷重を検出することを特徴とする請求項１に記載のアシストモータ付き車両。
  3. 　前記フレームから後輪に作用する圧力を検出する圧力センサが設けられ、前記荷重検出手段は、前記圧力センサの出力から後輪にかかる荷重を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアシストモータ付き車両。
  4. 　前記車体の重心位置よりも後方に位置する部分に設定した検出位置で前記車体のフレームに生じる歪みを検出する歪みセンサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記歪みセンサが検出するフレームの歪み量から前記検出位置でフレームにかかっている荷重を検出することを特徴とする請求項１に記載のアシストモータ付き車両。
  5. 　フレームと、前記フレームに支持された前輪及び後輪と、ペダルと、前記ペダルの回転を前記後輪に伝達する動力伝達機構と、前記ペダルによる前記後輪の駆動をアシストするアシストモータとを車体に備えたアシストモータ付き自転車において、
    　前記アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を決定する基本アシスト量決定手段と、
    　前記車体の重心位置よりも後方に位置する部分にかかっている荷重を検出する荷重検出手段と、
    　走行している路面の傾斜角と前記車体の積載量とに見合った実アシスト量を求めるために前記基本アシスト量に施す補正演算に用いる補正変数を、前記荷重検出手段により検出された後方荷重検出値に対して演算する補正変数演算手段と、
    　前記補正変数演算手段により演算された補正変数を用いて前記基本アシスト量に補正演算を施すことにより実アシスト量を演算する実アシスト量演算手段と、
    　前記アシストモータによるアシスト量を前記実アシスト量演算手段により演算された実アシスト量に等しくするように前記アシストモータを駆動するアシストモータ駆動部と、
    　を備えたことを特徴とするアシストモータ付き自転車。
  6. 　前記ペダルに与えられた踏力の情報を含む物理量を検出する踏力検出手段が設けられ、
    　前記基本アシスト量決定手段は、前記アシストモータによるアシスト量の基本値を与える基本アシスト量を前記踏力検出手段により検出された物理量に対して決定するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のアシストモータ付き自転車
  7. 　前記後輪はサスペンションを介して前記フレームに支持され、
    　前記フレームと後輪との間に生じる変位量を検出する変位量センサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記変位量センサにより検出される変位量から前記後輪にかかる荷重を検出することを特徴とする請求項５に記載のアシストモータ付き自転車。
  8. 　前記後輪はサスペンションを介して前記フレームに支持され、
    　前記フレームと後輪との間に生じる変位量を検出する変位量センサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記変位量センサにより検出される変位量から前記後輪にかかる荷重を検出することを特徴とする請求項６に記載のアシストモータ付き自転車。
  9. 　前記フレームから後輪に作用する圧力を検出する圧力センサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記圧力センサの出力から前記後輪にかかる荷重を検出することを特徴とする請求項５に記載のアシストモータ付き自転車。
  10. 　前記フレームから後輪に作用する圧力を検出する圧力センサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記圧力センサの出力から前記後輪にかかる荷重を検出することを特徴とする請求項６に記載のアシストモータ付き自転車。
  11. 　前記車体の重心位置よりも後方に位置する部分に設定した検出位置で前記フレームに生じる歪みを検出する歪みセンサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記歪みセンサが検出するフレームの歪み量から前記検出位置でフレームにかかっている荷重を検出することを特徴とする請求項５に記載のアシストモータ付き自転車。
  12. 　前記車体の重心位置よりも後方に位置する部分に設定した検出位置で前記フレームに生じる歪みを検出する歪みセンサが設けられ、
    　前記荷重検出手段は、前記歪みセンサが検出するフレームの歪み量から前記検出位置でフレームにかかっている荷重を検出することを特徴とする請求項６に記載のアシストモータ付き自転車。
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