WO2017057515A1 - 電動アシスト自転車 - Google Patents

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WO2017057515A1
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steering
battery
assist
power
motor
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PCT/JP2016/078723
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French (fr)
Inventor
真 荒木
堪大 山本
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K21/00—Steering devices
    • 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 an electric assist bicycle, and more particularly, to an electric assist bicycle including an electric device other than an assist motor.
  • a bicycle equipped with a dedicated device around the rotation axis of the handle is known in order to reduce the breakage of the handle that is likely to occur at a low vehicle speed such as when the bicycle is started.
  • an electric steering device that applies a driving force by a motor to a rotating shaft of a handle is applied, and an appropriate reaction force is applied based on a steering angle, an operation pressure, or the like of the handle, thereby breaking the handle.
  • An electrically assisted bicycle is disclosed that is prevented.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide an electrically assisted bicycle that performs optimum battery management when the remaining battery level is reduced with respect to an assist motor and an electric steering device.
  • the present invention provides a vehicle body frame (9) on which a front fork (8) pivotally supporting a front wheel (WF) is pivotally supported, and a steering stem of the front fork (8) ( 7)
  • the battery management control unit (55) includes a battery management control unit (55). When the remaining battery level of the battery (B) decreases, the battery management control unit (55) compares the assist motor (52) and the steering assist when compared with before the decrease. Control to reduce the power supplied to the device (40, 50), giving priority to power supply to either the assist motor (52) or the steering assist device (40, 50),
  • the first feature is that it includes control for further reducing the power supplied to the other.
  • the battery management control unit (55) prioritizes power supply to the steering assist device (40, 50) when the battery remaining amount is less than a predetermined amount, and supplies power to the assist motor (52). There is a second feature in that control is performed to further reduce the.
  • the battery management control unit (55) prioritizes power supply to the steering assist device (40, 50) when the remaining battery level is equal to or less than a first threshold (W1, W4), and the assist motor There is a third feature in that the control to start the reduction of the power supplied to (52) is performed first.
  • the battery management control unit (55) 50) and a reduction rate of the power supplied to the assist motor (52) is set between the first threshold (W1) and the second threshold (W2).
  • a fourth feature is that control is performed to make the rate greater than the decrease rate.
  • the battery management control unit (55) further includes a priority drive selection switch (29) that selects which of the assist motor (52) and the steering assist device (40, 50) is to be prioritized.
  • a priority drive selection switch (29) that selects which of the assist motor (52) and the steering assist device (40, 50) is to be prioritized.
  • the battery management control unit (55) for controlling power supplied to the assist motor (52) and the steering assist device (40, 50) is provided, and the battery management control unit (55). Performs control to reduce the power supplied to the assist motor (52) and the steering assist device (40, 50) when the remaining battery level of the battery (B) decreases compared to before the decrease. Since the control includes giving priority to power supply to either the assist motor (52) or the steering assist device (40, 50) and further reducing the power supplied to the other, the assist motor and the steering assist device. Any of the functions can be sustained for a long time. Furthermore, it is possible to avoid a situation in which the assist motor and the steering assist device stop unexpectedly at the same time due to the battery running out.
  • the battery management control unit (55) prioritizes power supply to the steering assist device (40, 50) when the battery remaining amount is less than a predetermined amount, and the assist Control for further reducing the power supplied to the motor (52), or the battery management controller (55), when the remaining battery level is equal to or less than a first threshold (W1, W4), the steering assist device Since priority is given to power supply to (40, 50) and control to start reduction of power supplied to the assist motor (52) is performed first, the loading capacity of the front basket or child seat attached at the low speed or in front of the steering wheel The function of suppressing the wobbling of the handle that tends to occur when the angle is large can be maintained for a long time.
  • the battery management control unit (55) when the remaining battery level of the battery (B) becomes equal to or less than a second threshold (W2) smaller than the first threshold (W1), the battery management control unit (55) The reduction of the supply power to the steering assist device (40, 50) is started, and the decrease rate of the supply power to the assist motor (52) is set to the first threshold value (W1) and the second threshold value (W2). Therefore, even if the remaining battery level is reduced to near zero, priority is given to the power supply to the steering assist device. While suppressing the wobbling of the handle, it is possible to extend the time until the remaining battery level becomes zero.
  • the battery management system includes a priority drive selection switch (29) for selecting which of the assist motor (52) and the steering assist device (40, 50) is to be prioritized.
  • a priority drive selection switch (29) for selecting which of the assist motor (52) and the steering assist device (40, 50) is to be prioritized.
  • the control unit (55) depending on the selection result by the priority drive selection switch (29), the assist motor (52) or the steering assist device ( 40, 50) is performed with priority given to power supply, so that battery management according to the driver's desire is possible. For example, when the load amount is small and the possibility that the steering wheel will fluctuate is low, it is possible to make a selection such as giving priority to the power supply to the assist motor even if the remaining battery level is reduced to near zero.
  • FIG. 1 is a left side view of an electrically assisted bicycle according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the structure of the control system of an electrically assisted bicycle. It is a graph which shows the relationship between the battery remaining amount of a battery, and a supply electric power ratio (equipped with an electric steering device and an electric steering damper). It is a graph which shows the relationship between the battery remaining amount of a battery, and a supply electric power ratio (equipped with only an electric steering damper). It is a top view of a handle switch. It is a figure which shows the modification of the attachment position of an electric steering damper and an electric steering device.
  • FIG. 1 is a left side view of an electrically assisted bicycle 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the electrically assisted bicycle 1 includes a head pipe 6 positioned in front of the vehicle body, a down frame 9 as a vehicle body frame extending rearward and downward from the head pipe 6, and a seat pipe 18 rising upward from the rear end of the down frame 9.
  • a front fork 8 extending downward is steerably connected to the head pipe 6, and a front wheel WF is pivotally supported at the lower end of the front fork 8.
  • a handle 3 is provided at the upper end of a steering stem 7 pivotally supported by the head pipe 6, and a handle grip 2 and front and rear wheel brake levers 17 are attached to both ends of the handle 3. Between the left and right handles 3, a child seat 4 serving as a front basket and a footrest 5 are attached.
  • a box-shaped handle switch 30 is attached to a position adjacent to the handle grip 2 of the left handle 3.
  • a rear fork 13 extending rearward is disposed at the rear end of the down frame 9, and a rear wheel WR is pivotally supported at the rear end of the rear fork 13.
  • a pair of left and right stays 14 are disposed between the upper portion of the seat pipe 18 and the rear portion of the rear fork 13.
  • the down frame 9 and the rear fork 13 support the assist unit P.
  • a seat post 19 that can adjust the vertical position of the seat 15 is supported on the seat pipe 18.
  • a battery B that supplies electric power to the assist unit P is detachably attached to the body frame side behind the seat pipe 18.
  • the pedal crankshaft 27 extending in the vehicle width direction is disposed through the assist unit P and the drive sprocket 12.
  • a crank 10 having a pedal 10 a is fixed on both sides of the pedal crankshaft 27, and rotational torque is applied to the pedal crankshaft 27 when a driver steps on the pedal 10 a and pedals.
  • a drive sprocket 12 is attached to the pedal crankshaft 27 via a one-way clutch, and the rotation of the drive sprocket 12 is transmitted to the driven sprocket 12a of the rear wheel WR via the drive chain 11.
  • the resultant torque of the rotational torque applied by the driver to the pedal crankshaft 27 and the assist torque applied by the assist unit P is transmitted to the rear wheel WR.
  • the case 51 of the assist unit P includes an assist motor 52 and a control unit 53 that drives the assist motor 52.
  • the rotational driving force of the assist motor 52 is applied to the drive sprocket 12 via a speed reduction mechanism.
  • the hub 20 of the front wheel WF is provided with a vehicle speed sensor 26, and the pedal pedal force sensor 25 for detecting the pedal effort by the driver is provided on the crank pedal shaft 27.
  • the vehicle speed sensor 26 includes a magnet provided inside the hub 20 and a hall element that detects passage of the magnet.
  • the pedal depression force sensor 25 is a non-contact type magnetostrictive sensor disposed close to the pedal crankshaft 27. The structure and arrangement of the vehicle speed sensor 26 and the pedal depression force sensor 25 can be variously modified.
  • the control unit 53 calculates the force by which the driver steps the pedal 10 in the vertical direction based on the rotational torque value detected by the pedal depression force sensor 25, and the assist ratio according to the depression force and the vehicle speed of the electrically assisted bicycle 1.
  • the assist motor 53 is controlled so that the assist torque determined by is generated.
  • the electric assist bicycle 1 is provided with an electric steering damper 40 and an electric steering device 50 as steering assist devices.
  • the electric steering damper 40 has its main body fixed to a mounting stay 21 provided on the down frame 9, and a swinging arm extending to the front side of the vehicle body is connected to the steering stem 7. Thereby, a damping force of an arbitrary magnitude can be applied to the turning operation of the handle 3 without changing the basic configuration of the vehicle body.
  • the electric steering device 50 is fixed to the front of the head pipe 6 and is configured to be able to give an arbitrary turning assist force to the steering stem 7 by a motor built in the main body.
  • the electric steering damper 40 and the electric steering device 50 suppress the wobbling of the steering wheel 3 that is likely to occur at the time of starting or the like according to the sensor outputs of the vehicle speed sensor 26 and the pedal depression force sensor 25, or by unevenness on the road surface. Control is performed so that the stability when an external force is applied to the handle 3 is maintained.
  • the driving mode of the steering assist device for each sensor signal can be derived from a preset data table.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control system of the electrically assisted bicycle 1.
  • the electric steering damper 40 is configured to be able to adjust the damping force based on a control signal from the control unit 32.
  • the assist control unit 54 of the control unit 53 drives the assist motor 52 on the basis of sensor outputs of the pedal depression force sensor 25 and the vehicle speed sensor 26 and also drives a steering assist device including the electric steering damper 40 and the electric steering device 50.
  • the control parameters of the assist motor 52 and the steering assist device may include the sensor output of the roll angle sensor 28 that detects the roll angle of the vehicle body and the rotation speed in the roll direction.
  • the sensor output of the battery remaining amount sensor S is input to the control unit 53.
  • a battery management control unit 55 is provided that changes the mode of power supply to the assist motor 52 and the steering assist device when the remaining battery level is low.
  • the battery management control unit 55 supplies power to the steering drive device so that the drive time of the steering assist device becomes longer even if the power supply to the assist motor 52 is reduced. Control that prioritizes supply can be executed.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the remaining battery power W of the battery B and the supplied power ratio (%). This graph corresponds to a case where both the electric steering damper 40 and the electric steering device 50 are provided as steering assist devices.
  • the supplied power ratio is the ratio of the power supplied in the same driving situation when the remaining battery level is low, assuming that the normal supplied power in each driving situation when the remaining battery level is sufficient is 100%. is there.
  • the battery management control unit 55 changes the priority of the supplied power. Specifically, while giving priority to the power supply of the auxiliary power unit, the power supply ratio (graph B) to the auxiliary power unit is maintained at 100% (same as when the remaining battery level is greater than the first threshold W1), the power supply ratio (graph A) to the assist motor 52 is reduced at a predetermined reduction rate. As a result, it is possible to increase the drive time of the steering assist device by reducing the power supply to the assist motor 52.
  • the reduction rate of the power supply ratio to the assist motor 52 (graph A) is increased even though the reduction of the power supply ratio to the steering assist device is started. It is configured.
  • the power supply to the assist motor 52 becomes zero, and the power supply to the steering assist device decreases at a predetermined decrease rate until the remaining battery level becomes zero. Will continue.
  • a configuration having only the electric steering device 50 or a configuration having only the electric steering damper 40 can be considered.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the remaining battery power W of the battery B and the supplied power ratio (%). This graph corresponds to the case where only the electric steering damper 40 is provided as the steering assist device. Since the electric power consumption part of the electric steering damper 40 is only the motor that opens and closes the valve that increases and decreases the cross-sectional area of the oil passage, the electric power consumption is significantly smaller than that of the electric steering device 50.
  • the power supply ratio (graph D) to the electric steering damper 40 is set to 100% until immediately before the remaining battery level becomes zero. Specifically, when the remaining battery level becomes equal to or less than the fourth threshold value W4, only the power supply ratio (graph C) to the assist motor 52 is decreased at a predetermined decrease rate. Thereafter, the power supply ratio to the assist motor 52 is gradually reduced until the remaining battery level becomes the fifth threshold value W5 or less, while the power supply ratio to the electric steering damper 40 is still kept at 100%. .
  • the power supply ratio to the electric steering damper 40 is decreased at a predetermined decrease rate only after the remaining battery level becomes equal to or less than the sixth threshold value W6 which is close to zero. As a result, the same damping force control as when the remaining battery level is sufficient is executed until immediately before the remaining battery level becomes zero.
  • the fourth threshold value W4 shown in FIG. 4 is less than or equal to the threshold value, the power supply ratio to the assist motor 52 is decreased, while the power supply ratio to the steering assist device is maintained. It has the same property as the indicated threshold value W1.
  • the power supply ratio to the steering assist device and the assist motor 52 starts to be reduced simultaneously with different reduction rates.
  • FIG. 5 is a plan view of the handle switch 30.
  • the handle switch 30 functions as an interface including an operation switch and an indicator.
  • the case 31 of the handle switch 30 is provided with an operation mode changeover switch 29 for switching the operation mode of the steering assist device, and indicators 37, 38, 39 indicating the current operation mode, in addition to the speedometer 32 and the battery fuel gauge 33. ing.
  • the indicators 37, 38, and 39 correspond to an “off mode” that minimizes the influence of the steering assist device, a “soft mode” that is a standard setting, and a “hard mode” that has a larger input to the steering system than the standard setting.
  • Each time the operation mode switch 29 is pressed the lighting position is switched.
  • the operation mode is automatically set according to the vehicle speed and the pedal depression force, but also the adjustment according to the driver's preference can be made and the current operation mode can be notified to the driver.
  • the handle switch 30 includes a priority drive selection switch 34 that selects which of the steering assist device and the assist motor 52 is to be driven with priority when the remaining battery level is equal to or less than the first threshold value W1.
  • the driver is informed by the indicators 36 and 37 indicating the current selection status.
  • the priority mode is automatically set according to the remaining battery level, but also when the load is small and the handle 3 is unlikely to fluctuate, the remaining battery level may be reduced to near zero. Settings according to the driver's preference, such as giving priority to power supply to the assist motor, can be made.
  • the operation mode changeover switch 29 can also be used as a power switch of the electrically assisted bicycle 1.
  • the power supply is automatically turned off. Can do.
  • FIG. 6 is a view showing a modified example of the mounting positions of the electric steering damper 40 and the electric steering device 50.
  • a stay is provided on the side of the head pipe 6 so that the electric steering damper 40 is disposed adjacent to the left side of the head pipe 6 in the vehicle width direction, and the electric steering device 50 is positioned on the right side of the head pipe 6 in the vehicle width direction. Is arranged. According to this modification, it is possible to obtain a steering assist device that concentrates mass without touching when the driver gets on and off.
  • the configuration of the electrically assisted bicycle, the configuration and mounting structure of the electric steering damper, the configuration and mounting structure of the electric steering device, the setting of the damping force of the electric steering damper and the relationship with each sensor output, the remaining battery level is below a predetermined threshold
  • the setting of the power supply ratio in the case of becoming is not limited to the above embodiment, and various changes can be made.
  • SYMBOLS 1 Electric assist bicycle, 3 ... Steering wheel, 6 ... Head pipe, 7 ... Steering stem, 9 ... Down frame, 10 ... Crank, 10a ... Pedal, 25 ... Pedal pedal force sensor 25 ... Vehicle speed sensor, 40 ... Electric steering damper (steering) Assist device), 50 ... electric steering device (steering assist device), 52 ... assist motor, 55 ... battery management controller, B ... battery, P ... assist unit, W1, W4 ... first threshold, W2 ... second Threshold

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Abstract

バッテリ残量が低下した際に最適なバッテリマネジメントを実行する電動アシスト自転車を提供する。運転者のペダル踏力を入力するペダルクランク(１０)と、ペダル踏力により回転する後輪(ＷＲ)または前輪(ＷＦ)に補助力を印加するアシストモータ(５２)と、ステアリングステム(７)に補助力を印加する操舵補助装置(４０，５０)と、アシストモータ(５２)および操舵補助装置(４０，５０)に電力を供給するバッテリ(Ｂ)とを有する電動アシスト自転車(１)において、アシストモータ(５２)および操舵補助装置(４０，５０)への供給電力を制御するバッテリマネジメント制御部(５５)を具備する。バッテリマネジメント制御部(５５)は、バッテリ(Ｂ)のバッテリ残量が減少すると、アシストモータ(５２)または操舵補助装置(４０，５０)のいずれか一方への電力供給を優先させて、他方への供給電力をより減少させる制御を行う。

Description

電動アシスト自転車
　本発明は、電動アシスト自転車に係り、特に、アシストモータ以外の電動装置を備える電動アシスト自転車に関する。
　従来から、自転車の発進時等の低車速時に生じやすいハンドルの切れ込みを低減するため、ハンドルの回転軸まわりに専用の装置を備えた自転車が知られている。
　特許文献１には、ハンドルの回動軸にモータによる駆動力を印加する電動ステアリング装置を適用し、ハンドルの舵角や操作圧力等に基づいて適切な反力を与えることで、ハンドルの切れ込みを防ぐようにした電動アシスト自転車が開示されている。
特開２０１１－５９３５号公報
　特許文献１に記載された電動アシスト自転車のように、単一のバッテリによって、アシストモータおよび電動ステアリング装置の両方に電力を供給する場合には、何らかのバッテリマネジメントを実行しなければ、バッテリ残量がゼロになる直前まで両者が均等に駆動されることとなる。しかし、特許文献１では、バッテリ残量が低下した際の最適なバッテリマネジメントについての検討はされていなかった。
　本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、アシストモータおよび電動ステアリング装置に対し、バッテリ残量が低下した際に最適なバッテリマネジメントを実行する電動アシスト自転車を提供することにある。
　前記目的を達成するために、本発明は、前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）と、運転者のペダル踏力を入力するペダルクランク（１０）と、前記ペダル踏力により回転する後輪（ＷＲ）または前輪（ＷＦ）に補助力を印加するアシストモータ（５２）と、前記ステアリングステム（７）に補助力を印加する操舵補助装置（４０，５０）と、前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）に電力を供給するバッテリ（Ｂ）とを有する電動アシスト自転車（１，１ａ）において、前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力を制御するバッテリマネジメント制御部（５５）を具備し、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が減少すると、減少前と比べて前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力を減少させる制御を行うものであって、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）のいずれか一方への電力供給を優先させて、他方への供給電力をより減少させる制御を含む点に第１の特徴がある。
　また、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ残量が所定量より少ないとき、前記操舵補助装置（４０，５０）への電力供給を優先させ、前記アシストモータ（５２）への供給電力をより減少させる制御を行う点に第２の特徴がある。
　また、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ残量が第１の閾値（Ｗ１，Ｗ４）以下になると、前記操舵補助装置（４０，５０）への電力供給を優先させ、前記アシストモータ（５２）への供給電力の減少を先に開始する制御を行う点に第３の特徴がある。
　また、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が前記第１の閾値（Ｗ１）より小さな第２の閾値（Ｗ２）以下になると、前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力の減少を開始させると共に、前記アシストモータ（５２）への供給電力の減少率を、前記第１の閾値（Ｗ１）と前記第２の閾値（Ｗ２）との間での減少率より大きくする制御を行う点に第４の特徴がある。
　さらに、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）のいずれの電力供給を優先させるかを選択する優先駆動選択スイッチ（２９）を具備し、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が所定量より少ないとき、前記優先駆動選択スイッチ（２９）による選択結果に応じて、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）の一方を優先して電力供給をする制御を行う点に第５の特徴がある。
　第１の特徴によれば、前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力を制御するバッテリマネジメント制御部（５５）を具備し、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が減少すると、減少前と比べて前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力を減少させる制御を行うものであって、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）のいずれか一方への電力供給を優先させて、他方への供給電力をより減少させる制御を含むので、アシストモータおよび操舵補助装置のいずれかの機能を長時間持続させることができる。さらに、バッテリ切れによりアシストモータおよび操舵補助装置が不意に同時に停止する事態を回避することができる。
　第２，３の特徴によれば、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ残量が所定量より少ないとき、前記操舵補助装置（４０，５０）への電力供給を優先させ、前記アシストモータ（５２）への供給電力をより減少させる制御を行い、または、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ残量が第１の閾値（Ｗ１，Ｗ４）以下になると、前記操舵補助装置（４０，５０）への電力供給を優先させ、前記アシストモータ（５２）への供給電力の減少を先に開始する制御を行うので、低速時やハンドル前方に取り付けた前カゴやチャイルドシートの積載量が大きい場合に生じやすいハンドルのふらつきを抑止する機能を長時間持続させることができる。
　第４の特徴によれば、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が前記第１の閾値（Ｗ１）より小さな第２の閾値（Ｗ２）以下になると、前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力の減少を開始させると共に、前記アシストモータ（５２）への供給電力の減少率を、前記第１の閾値（Ｗ１）と前記第２の閾値（Ｗ２）との間での減少率より大きくする制御を行うので、減少率に差を設けることで、バッテリ残量がゼロに近いところまで減少した場合でも、操舵補助装置への電力供給を優先してハンドルのふらつきを抑止すると共に、バッテリ残量がゼロになるまでの時間を延ばすことができる。
　第５の特徴によれば、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）のいずれの電力供給を優先させるかを選択する優先駆動選択スイッチ（２９）を具備し、前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が所定量より少ないとき、前記優先駆動選択スイッチ（２９）による選択結果に応じて、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）の一方を優先して電力供給をする制御を行うので、運転者の希望に応じたバッテリマネジメントが可能となる。例えば、積載量が小さくハンドルがふらつく可能性が低い場合には、バッテリ残量がゼロに近いところまで減少してもアシストモータへの電力供給を優先させる等の選択をすることができる。
本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車の左側面図である。 電動アシスト自転車の制御系の構成を示すブロック図である。 バッテリのバッテリ残量と供給電力比率との関係を示すグラフである（電動ステアリング装置および電動ステアリングダンパを装備）。 バッテリのバッテリ残量と供給電力比率との関係を示すグラフである（電動ステアリングダンパのみを装備）。 ハンドルスイッチの平面図である。 電動ステアリングダンパおよび電動ステアリング装置の取り付け位置の変形例を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車１の左側面図である。電動アシスト自転車１は、車体前方に位置するヘッドパイプ６と、該ヘッドパイプ６から後方かつ下方に延びる車体フレームとしてのダウンフレーム９と、ダウンフレーム９の後端から上方に立ち上がるシートパイプ１８とを備える。ヘッドパイプ６には、下方に延びるフロントフォーク８が操舵可能に接続されており、このフロントフォーク８の下端に前輪ＷＦが軸支されている。
　ヘッドパイプ６に回動自在に軸支されるステアリングステム７の上端にはハンドル３が設けられており、ハンドル３の両端には、ハンドルグリップ２および前後輪のブレーキレバー１７が取り付けられている。左右のハンドル３の間には、前カゴ兼用のチャイルドシート４および足乗せ台５が取り付けられている。左側のハンドル３のハンドルグリップ２に隣接する位置には、箱状のハンドルスイッチ３０が取り付けられている。
　ダウンフレーム９の後端には、後方に延びるリヤフォーク１３が配設されており、このリヤフォーク１３の後端に後輪ＷＲが軸支されている。シートパイプ１８の上部とリヤフォーク１３の後部との間には、左右一対のステー１４が配設されている。
　ダウンフレーム９およびリヤフォーク１３は、アシストユニットＰを支持している。シートパイプ１８には、シート１５の上下位置を調整可能とするシートポスト１９が支持されている。シートパイプ１８の後方には、アシストユニットＰに電力を供給するバッテリＢが、車体フレーム側に対して着脱可能に取り付けられている。
　車幅方向に延びるペダルクランク軸２７は、アシストユニットＰおよびドライブスプロケット１２を貫通して配設されている。ペダルクランク軸２７の両側には、ペダル１０ａを有するクランク１０が固定されており、運転者がペダル１０ａを踏んで漕ぐことによりペダルクランク軸２７に回転トルクが与えられる。
　ペダルクランク軸２７には、ワンウェイクラッチを介してドライブスプロケット１２が取り付けられており、ドライブスプロケット１２の回転は、ドライブチェーン１１を介して後輪ＷＲのドリブンスプロケット１２ａに伝達される。これにより、運転者がペダルクランク軸２７に与えた回転トルクおよびアシストユニットＰが与えたアシストトルクの合力が後輪ＷＲに伝達されることとなる。
　アシストユニットＰのケース５１には、アシストモータ５２と、アシストモータ５２を駆動する制御部５３とが含まれる。アシストモータ５２の回転駆動力は、減速機構を介してドライブスプロケット１２に印加される。
　前輪ＷＦのハブ２０には車速センサ２６が設けられており、クランクペダル軸２７には運転者によるペダル踏力を検知するペダル踏力センサ２５が設けられている。車速センサ２６は、ハブ２０の内側に設けられた磁石および磁石の通過を検知するホール素子からなる。また、ペダル踏力センサ２５は、ペダルクランク軸２７に近接配置される非接触式の磁歪センサからなる。なお、車速センサ２６およびペダル踏力センサ２５の構造や配置は、種々の変形が可能である。
　制御部５３は、ペダル踏力センサ２５によって検出された回転トルク値に基づいて運転者がペダル１０を鉛直方向に踏む力を算出し、この踏み力と電動アシスト自転車１の車速に応じたアシスト比とによって定められるアシストトルクが発生するように、アシストモータ５３を制御する。
　電動アシスト自転車１には、操舵補助装置としての電動ステアリングダンパ４０および電動ステアリング装置５０が設けられている。電動ステアリングダンパ４０は、その本体部をダウンフレーム９に設けられた取り付けステー２１に固定すると共に、車体前方側に延出する揺動アームがステアリングステム７に連結されている。これにより、車体の基本構成を変更することなく、ハンドル３の回動動作に任意の大きさの減衰力を与えることができる。また、電動ステアリング装置５０は、ヘッドパイプ６の前方に固定されており、その本体部に内蔵されるモータによってステアリングステム７に任意の回動補助力を与えることができるように構成されている。
　電動ステアリングダンパ４０および電動ステアリング装置５０は、車速センサ２６およびペダル踏力センサ２５のセンサ出力に応じて、発進時等の漕ぎ出しの際に生じやすいハンドル３のふらつきを抑止したり、路面の凹凸でハンドル３に外力が加わったりした際の安定性が保たれるように制御される。各センサ信号に対する操舵補助装置の駆動態様は、予め設定されたデータテーブルから導出することができる。
　図２は、電動アシスト自転車１の制御系の構成を示すブロック図である。電動ステアリングダンパ４０は、制御部３２からの制御信号に基づいて減衰力を調整可能に構成されている。制御部５３のアシスト制御部５４は、ペダル踏力センサ２５および車速センサ２６のセンサ出力に基づいて、アシストモータ５２を駆動すると共に、電動ステアリングダンパ４０および電動ステアリング装置５０からなる操舵補助装置を駆動する。また、アシストモータ５２および操舵補助装置の制御パラメータに、車体のロール角およびロール方向の回動速度を検知するロール角センサ２８のセンサ出力を含めることもできる。
　制御部５３には、バッテリ残量センサＳのセンサ出力が入力される。本願発明では、バッテリ残量が少なくなった場合にアシストモータ５２および操舵補助装置への電力供給の態様を変えるバッテリマネジメント制御部５５が設けられている。バッテリマネジメント制御部５５は、バッテリ残量センサＳのセンサ出力に応じて、例えば、アシストモータ５２への電力供給を減らしても操舵補助装置の駆動時間が長くなるように、操舵駆動装置への電力供給を優先する制御を実行することができる。
　図３は、バッテリＢのバッテリ残量Ｗと供給電力比率（％）との関係を示すグラフである。このグラフは、操舵補助装置として電動ステアリングダンパ４０および電動ステアリング装置５０の両方を有する場合に対応する。供給電力比率は、バッテリ残量が十分にある場合の各走行状況における通常の供給電力を１００％としたとき、バッテリ残量が少なくなった際、同一の走行状況で供給される電力の割合である。
　本実施形態では、バッテリ残量が減少して第１の閾値Ｗ１以下になると、バッテリマネジメント制御部５５が供給電力の優先度を変更する。具体的には、補助動力装置の電力供給を優先して補助動力装置への供給電力比率（グラフＢ）を１００％（バッテリ残量が第１の閾値Ｗ１より大きい時と同じ）に保つ一方、アシストモータ５２への供給電力比率（グラフＡ）を所定の減少率で減少させる。これにより、アシストモータ５２への電力供給を減らすことで操舵補助装置の駆動時間を増やすことが可能となる。
　また、バッテリ残量が第２の閾値Ｗ２以下になると、操舵補助装置への供給電力比率の減少を開始するものの、アシストモータ５２への供給電力比率（グラフＡ）の減少率をさらに大きくするように構成されている。そして、バッテリ残量が第３の閾値Ｗ３以下になると、アシストモータ５２への電力供給はゼロとなり、バッテリ残量がゼロになるまで操舵補助装置への電力供給が所定の減少率で減少しながら継続されることとなる。
　操舵補助装置の態様としては、電動ステアリング装置５０のみを有する構成や、電動ステアリングダンパ４０のみを有する構成も考えられる。
　図４は、バッテリＢのバッテリ残量Ｗと供給電力比率（％）との関係を示すグラフである。このグラフは、操舵補助装置として電動ステアリングダンパ４０のみを有する場合に対応する。電動ステアリングダンパ４０の電力消費部分は、油路の断面積を増減するバルブを開閉するモータのみであるため、電動ステアリング装置５０に比して消費電力が大幅に小さい。
　これに合わせて、本実施形態では、バッテリ残量がゼロになる直前まで電動ステアリングダンパ４０への供給電力比率（グラフＤ）を１００％に保つように設定している。具体的には、バッテリ残量が第４の閾値Ｗ４以下になると、アシストモータ５２への供給電力比率（グラフＣ）のみを所定の減少率で減少させる。その後、バッテリ残量が第５の閾値Ｗ５以下になるまで、アシストモータ５２への供給電力比率は段階的に減らされる一方、電動ステアリングダンパ４０への供給電力比率は、依然として１００％に保っている。
　そして、バッテリ残量がゼロに近い第６の閾値Ｗ６以下になってはじめて、電動ステアリングダンパ４０への供給電力比率を所定の減少率で減少させるように構成されている。これにより、バッテリ残量がゼロになる直前まで、バッテリ残量が十分にある場合と同じ減衰力制御が実行されることとなる。
　なお、図４に示した第４の閾値Ｗ４は、その閾値以下になるとアシストモータ５２への供給電力比率を減少させる一方、操舵補助装置への供給電力比率を維持するという点で、図３に示した閾値Ｗ１と同じ性質を有する。
　また、供給電力比率の態様としては、バッテリ残量が所定閾値以下になった場合に、操舵補助装置およびアシストモータ５２への電力供給比率を異なる減少率で同時に減らし始めることが考えられる。この場合、アシストモータ５２への供給電力比率の減少率を操舵補助装置への供給電力比率より大きくすることで、総電力消費量を抑えながら減衰力制御の有効時間を長くすることが可能となる。
　図５は、ハンドルスイッチ３０の平面図である。ハンドルスイッチ３０は、操作スイッチおよびインジケータを備えたインターフェースとして機能する。ハンドルスイッチ３０のケース３１には、速度計３２およびバッテリ残量計３３のほか、操舵補助装置の動作モードを切り換える動作モード切換えスイッチ２９、現在の動作モードを示すインジケータ３７，３８，３９が設けられている。インジケータ３７，３８，３９は、操舵補助装置による影響を最小限とする「オフモード」と、標準設定の「ソフトモード」と、標準設定より操舵系への入力が大きい「ハードモード」に対応しており、動作モード切換えスイッチ２９を押圧する毎に点灯位置が切り換えられる。これにより、車速やペダル踏力に応じて自動的に動作態様を設定するだけでなく、運転者の好みに合わせた調整を可能とするうえ、現在の動作モードを運転者に報知できることができる。
　さらに、ハンドルスイッチ３０には、バッテリ残量が第１の閾値Ｗ１以下になった場合に、操舵補助装置およびアシストモータ５２のいずれを優先して駆動するかを選択する優先駆動選択スイッチ３４を備え、現在の選択状況を示すインジケータ３６，３７によって運転者に報知するように構成されている。これにより、バッテリ残量に応じて自動的に優先態様を設定するだけでなく、積載量が小さくハンドル３がふらつく可能性が低い場合には、バッテリ残量がゼロに近くところまで減少してもアシストモータへの電力供給を優先させる等、運転者の好みに合わせた設定が可能となる。
　なお、動作モード切換えスイッチ２９は、電動アシスト自転車１の電源スイッチとして兼用することができ、一方、車速センサ等のセンサ出力が長時間ないときは自動的に電源をオフにするように構成することができる。
　図６は、電動ステアリングダンパ４０および電動ステアリング装置５０の取り付け位置の変形例を示す図である。本変形例では、ヘッドパイプ６の側方にステーを設けることで、電動ステアリングダンパ４０をヘッドパイプ６の車幅方向左側に隣接配置すると共に、電動ステアリング装置５０をヘッドパイプ６の車幅方向右側に配置している。この変形例によれば、運転者の乗降時に触れることがなくマスの集中を図った操舵補助装置を得ることができる。
　なお、電動アシスト自転車の形態、電動ステアリングダンパの構成や取り付け構造、電動ステアリング装置の構成や取り付け構造、電動ステアリングダンパの減衰力の設定や各センサ出力との関係、バッテリ残量が所定閾値以下となった場合の電力供給比率の設定等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。
　１…電動アシスト自転車、３…ハンドル、６…ヘッドパイプ、７…ステアリングステム、９…ダウンフレーム、１０…クランク、１０ａ…ペダル、２５…ペダル踏力センサ２５…車速センサ、４０…電動ステアリングダンパ（操舵補助装置）、５０…電動ステアリング装置（操舵補助装置）、５２…アシストモータ、５５…バッテリマネジメント制御部、Ｂ…バッテリ、Ｐ…アシストユニット、Ｗ１，Ｗ４…第１の閾値、Ｗ２…第２の閾値

Claims (5)

  1. 　前輪（ＷＦ）を軸支するフロントフォーク（８）が操舵可能に軸支される車体フレーム（９）と、前記フロントフォーク（８）のステアリングステム（７）に固定されるハンドル（３）と、運転者のペダル踏力を入力するペダルクランク（１０）と、前記ペダル踏力により回転する後輪（ＷＲ）または前輪（ＷＦ）に補助力を印加するアシストモータ（５２）と、前記ステアリングステム（７）に補助力を印加する操舵補助装置（４０，５０）と、前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）に電力を供給するバッテリ（Ｂ）とを有する電動アシスト自転車（１，１ａ）において、
    　前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力を制御するバッテリマネジメント制御部（５５）を具備し、
    　前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が減少すると、減少前と比べて前記アシストモータ（５２）および前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力を減少させる制御を行うものであって、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）のいずれか一方への電力供給を優先させて、他方への供給電力をより減少させる制御を含むことを特徴とする電動アシスト自転車。
  2. 　前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ残量が所定量より少ないとき、前記操舵補助装置（４０，５０）への電力供給を優先させ、前記アシストモータ（５２）への供給電力をより減少させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
  3. 　前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ残量が第１の閾値（Ｗ１，Ｗ４）以下になると、前記操舵補助装置（４０，５０）への電力供給を優先させ、前記アシストモータ（５２）への供給電力の減少を先に開始する制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電動アシスト自転車。
  4. 　前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が前記第１の閾値（Ｗ１）より小さな第２の閾値（Ｗ２）以下になると、前記操舵補助装置（４０，５０）への供給電力の減少を開始させると共に、前記アシストモータ（５２）への供給電力の減少率を、前記第１の閾値（Ｗ１）と前記第２の閾値（Ｗ２）との間での減少率より大きくする制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の電動アシスト自転車。
  5. 　前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）のいずれの電力供給を優先させるかを選択する優先駆動選択スイッチ（２９）を具備し、
    　前記バッテリマネジメント制御部（５５）は、前記バッテリ（Ｂ）のバッテリ残量が所定量より少ないとき、前記優先駆動選択スイッチ（２９）による選択結果に応じて、前記アシストモータ（５２）または前記操舵補助装置（４０，５０）の一方を優先して電力供給をする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
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