JP2004243920A - 電動補助車両の補助力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】人力駆動系が変速機構を備えている場合に、変速段の如何に関わらず十分な補助力が得られる電動補助車両の補助力制御装置を提供する。
【解決手段】ペダル１５ｂに加えられた踏力を所定の変速比を介して駆動輪１２に供給する人力駆動系１３と、上記踏力に応じた電動モータからの補助力を駆動輪１２に供給する補助力駆動系１４とを備えた電動補助車両１の補助力制御装置において、上記踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正する補助力補正手段２６を備え、該補正された補助力を上記モータから駆動輪１２に供給する。
【選択図】 図２
【解決手段】ペダル１５ｂに加えられた踏力を所定の変速比を介して駆動輪１２に供給する人力駆動系１３と、上記踏力に応じた電動モータからの補助力を駆動輪１２に供給する補助力駆動系１４とを備えた電動補助車両１の補助力制御装置において、上記踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正する補助力補正手段２６を備え、該補正された補助力を上記モータから駆動輪１２に供給する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動系と補助力駆動系とを備えた電動補助車両に関し、詳細には人力駆動系が変速機構を備えている場合の踏力に対する補助率の設定方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がペダルに加えた踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に応じた補助力を電動モータに発生させ、該補助力を駆動輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両が実用化されている。そしてこの種の電動補助車両において、上記人力駆動系の途中に変速機構を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０５１５５号公報
【０００４】
【発明が解決すようとする課題】
ところが上記従来の変速機構付きの電動補助車両では、特に低速段での走行時に、補助力あるいは補助率が不足していると運転者が感じる場合がある。これは以下の理由によるものと考えられる。
【０００５】
この種の電動補助車両では、車速が規定値（例えば１５Ｋｍ／ｈ）以下の範囲では、運転者がペダルを漕ぐことによる踏力（より正確には、人による動力＝踏力（トルク）×回転速度）に対して補助率１．０の補助力（より正確には、モータ補助動力＝モータトルク×回転速度）を電動モータから供給するのが一般的である。
【０００６】
しかしながら、上記従来の変速機構付き電動補助車両では、何れの変速段であっても、単純にその時のペダル踏力（トルク）に一定の補助率を乗じた補助力を電動モータから出力するように構成されている。
【０００７】
一方、変速機構付き車両の場合、同じ走行抵抗であれば必要なペダル踏力（トルク）は低速段ほど小さくなる。従って低速段ではペダル踏力が小さくなるに従って補助力も小さくなり、結局必要なモータ補助力が得られない。換言すれば、変速機構付き電動補助車両では、例えば高速段において補助率を１．０に設定した場合、低速段では補助率が１．０より小さくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、人力駆動系が変速機構を備えている場合に、変速段の如何に関わらず十分な補助力が得られる電動補助車両の補助力制御装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ペダルに加えられた踏力を所定の変速比を介して駆動輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に応じた電動モータからの補助力を駆動輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両の補助力制御装置において、上記踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正する補助力補正手段を備え、該補正された補助力を上記モータから駆動輪に供給するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、上記補助力駆動系は、上記踏力に応じた大きさの補助電流を上記電動モータに供給することにより上記踏力に応じた大きさの補助力を発生するように構成されており、上記補助力補正手段は、補助力系車速Ｖｐに対する人力系車速Ｖｍの車速比ε（＝Ｖｍ／Ｖｐ）が大きいほど上記補助電流を上記踏力に応じた補助電流より大きくなるように補正することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記人力系車速は、ペダル軸の回転速度により、又はペダル踏力の周期により求められ、上記補助力系車速は、モータ軸の回転速度により、又は上記電動モータへの印加電流，電圧により求められることを特徴としている。
【００１２】
ここで人力系車速をペダル軸の回転速度から求める場合、及び補助力系車速をモータ軸の回転速度から求める場合には、ペダル軸，モータ軸に回転速度を求める回転センサを装着することとなる。一方、人力系車速をペダル踏力の周期により求める場合及び補助力系車速をモータ印加電圧，電流により求める場合には車速検出センサ自体は不要になる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１において、上記補助力補正手段は、現時点の変速段を直接検出し、該変速段に応じた変速比でもって補助力を補正することを特徴としている。
【００１４】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正した補正補助力を駆動輪に供給するようにしたので、例えば変速機構が低速段である場合には高速段である場合よりも補助率を大きくすることにより、実際の踏力（トルク）に応じた補助力よりも大きな補正補助力（トルク）とすることができ、変速段の如何によって補助力あるいは補助率が不足していると感じるといった問題を回避できる。
【００１５】
より詳細に述べれば以下の通りである。変速機構付き電動補助車両の場合、同じ走行速度，走行抵抗であれば、低速段ほど必要な踏力は小さくなるが回転速度が速くなるので、踏力により人が出す動力（踏力（トルク）×回転速度）は高速段の場合と等しい。従来車両では、この小さくなっている踏力に応じた補助力をそのまま出力するようにしたので、補助力が不足していると運転者は感じたのである。一方、本発明では、変速比を考慮することにより上記高い回転速度に対応するように補助力を補正したので、上記補助力の不足を回避できる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、補助力系車速Ｖｐに対する人力系車速Ｖｍの車速比ε（＝Ｖｍ／Ｖｐ）が大きいほど電動モータに供給する補助電流を上記踏力に応じた補助電流より大きくなるように補正するようにしたので、踏力に応じた補助力を低速段の場合ほど大きい値に補正することとなり、特に低速段で補助力が不足するといった問題を回避できる。
【００１７】
また人力駆動系から求めた人力系車速と上記補助力駆動系から求めた補助力系車速との車速比、即ち現時点での変速比を求めるようにしたので、現時点での変速段を直接検出するセンサを設ける必要がなく、低コストで補助力不足の問題を回避できる。なお、この種の電動補助車両は補助力制御の必要上従来から人力系車速及び補助力系車速を検出するようにしているので、この検出データを利用することができ、車速検出センサを新たに追加する必要はない。
【００１８】
請求項３の発明によれば、人力供給系車速を、ペダル軸の回転速度により、又はペダル踏力の周期により求め、また補助力系車速を、モータ軸の回転速度により、又は電動モータへの印加電圧，電流により求めるようにしたので、人力系車速，補助力系車速を簡単な構造により容易に求めることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、現時点の変速段を検出し、該変速段に応じた変速比でもって補助力を補正するようにしたので、例えば低速段である場合には高速段である場合よりも補助率を大きくすることにより踏力（トルク）よりも大きな補助力（トルク）とすることができ、変速段の如何によって補助力が不足するといった問題を回避できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明の一実施形態を説明するための図であり、図１は本実施形態による補助力制御装置を搭載した電動補助自転車の側面図、図２は補助力制御装置のブロック図、図３は制御動作を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
図１において、１は電動補助車両としての電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に起立して延びるシートチューブ５と、該シートチューブ５の下端付近から後方に略水平に延びる左，右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ５の上部とを結合する左，右一対のシートステー７とを備えている。
【００２２】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク８が左右に回動可能に軸支されている。このフロントフォーク８の下端には前輪９が軸支されており、上端には操向ハンドル１０が固着されている。また上記シートチューブ５の上端にはサドル１１が装着されている。さらに上記チェーンステー６の後端には後輪１２が軸支されている。
【００２３】
本実施形態の電動補助自転車１は、運転者によりペダル１５ｂに加えられた踏力を所定の変速比を介して後輪（駆動輪）１２に供給する人力駆動系１３と、上記踏力に応じた電動モータ１８からの補助力を後輪１２に供給する補助力駆動系１４とを備えている。
【００２４】
上記人力駆動系１３は以下の構成となっている。上記車体フレーム２の中央下端部に車幅方向に向けて配置されたペダル軸１５の両端にクランクアーム１５ａが固着され、該クランクアーム１５ａの先端にペダル１５ｂが軸支されている。
【００２５】
また上記ペダル軸１５の右側クランクアーム１５ａの内側に装着された大径の駆動スプロケット１５ｃと後輪１２の後輪ハブ１６内の入力軸に装着された小径の従動スプロケット１６ａとはチェーン１７で連結されている。これにより、運転者の踏力によるペダル軸１５の回転を上記駆動，従動スプロケット１５ｃ，１６ａの歯数比に応じて増速して後輪側に伝達する増速機構１９が構成されている。
【００２６】
また上記ペダル軸１５と駆動スプロケット１５ｃとの間には運転者によりペダル１５ｂに入力された踏力（トルク）を検出するための踏力センサ２０が配設されている。詳細には、上記ペダル軸１５と駆動スプロケット１５ｃとは所定の角度範囲で相対回転可能にかつ相対回転を０とする方向にばね等で付勢して、つまりペダル踏力が大きくなるほど上記相対回転角度が大きくなるように連結されている。そしてこの相対回転角度の大きさが上記踏力として検出される。
【００２７】
具体的には例えばポテンショメータにより上記相対回転角度に比例した電圧が出力される。ここでこの電圧の波形はペダル軸１５の１回転毎に１サイクルをなす大略サイン波形であることから、この電圧波形の周期を計測することにより、ペダル軸１５の回転速度が得られる。
【００２８】
さらにまた上記後輪ハブ１６内には３段変速式の変速機構２１が内蔵されており、該変速機構は上記後輪ハブ１６内の入力軸の回転を第１速〜第３速の何れかの変速比で変速して該後輪ハブ１６内の出力軸に伝達する。この出力軸の回転はワンウェイクラッチ２２を介して後輪１２に伝達される。
【００２９】
ここで上記変速機構２１の第１速，第２速，第３速の変速比は、上記増速機構１９の増速比を含めた場合に、２．０、１．３３、１．０に設定されている。なお、ここで変速比２．０とは、ペダル軸２回転につき後輪が１回転するとの意味である。
【００３０】
上記補助力駆動系１４は、上記シートステー５と後輪１２の前縁との間に配設されたバッテリユニット２３と、上記後輪ハブ１６内に配置された補助力ユニットとを備えている。この補助力ユニットは後輪ハブ１６内に配置された電動モータ１８の回転を減速機構２４によって減速し、ワンウェイクラッチ２５を介して後輪１２に伝達するように構成されている。
【００３１】
また上記バッテリユニット２３内には、多数の充電式電池と、上記電動モータ１８への印加電圧，印加電流により出力を制御するコントローラ２６が内蔵されている。このコントローラ２６は上記踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正する補助力補正手段として機能する。即ち、上記人力駆動系１３の踏力センサ２０から入力された踏力検出値（電圧波形）から人力系車速Ｖｍを求め、上記補助力駆動系１４から入力されたモータ電圧，電流等から補助力系車速Ｖｐを求め、この両車速Ｖｍ，Ｖｐの比から現時点での変速比を後述する方法で推定し、該推定した変速比に基づいて上記踏力に応じた補助力を補正する。
【００３２】
具体的には、上記踏力に応じた大きさの補助電流Ｉｏに、上記補助力系車速Ｖｐに対する人力系車速Ｖｍの車速比ε（＝Ｖｍ／Ｖｐ）が大きいほど大きい補正係数を乗じて得られた補正補助電流Ｉｏ′が上記電動モータ１８に供給される。
【００３３】
本実施形態の補助力制御装置による制御動作を図３のフローチャートに沿ってさらに詳述する。補助力制御フローがスタートすると、補助力系車速Ｖｐ及び人力系車速Ｖｍが求められる（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００３４】
ここで補助力系車速Ｖｐは、上述のように、電動モータへの印加電圧，電流及び予め既知のモータ捲線抵抗等からモータ回転速度を求め、該モータ回転速度に減速機構２４の減速比を乗じることにより求められる。
【００３５】
また人力系車速Ｖｍとしては、上述のように踏力センサ２０からの電圧波形における周期から求められたペダル軸１５の回転速度が採用される。なお、この電圧波形の周期から求めたぺダル軸回転速度の精度を高めるために後述する方法が採用されている。
【００３６】
そして車速比ε、即ち人力系車速Ｖｍ／補助力系車速Ｖｐが求められる（ステップＳ３）。この場合、車速比εが大きいほど上記変速機構は低速段になっており、小さいほど高速段になっていると判断される。具体的には、上記車速比εが１．０〜１．１６の場合には第３速と判断され（ステップＳ４）、１．１６超〜１．５６以下の場合には第２速と判断され（ステップＳ５）、１．５６超〜２．３以下の場合には第１速と判断される（ステップＳ６）。
【００３７】
そして第３速，第２速，第１速と判断された場合には、上記ペダル踏力に応じた補助電流Ｉｏがそれそれ１．０倍，１．３３倍，１．７８倍に補正され（ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９）、この補正された補正補助電流Ｉｏ′が上記電動モータ１８に供給される。なお、車速比εが上述の何れの範囲にも入らない場合には、計測ミスと判断され、ステップＳ７に進んで踏力に対応した補助電流Ｉｏのまま電動モータ１８に供給される。
【００３８】
以上のように、踏力に応じた補助電流Ｉｏを現時点での車速比ε、即ち変速比に基づいて補正した補正補助電流Ｉｏ′を電動モータ１８に供給するようにしたので、変速機構２１が低速段（第１速）である場合には高速段（第２速，第３速）である場合よりも大きな補正補助電流Ｉｏ′を電動モータ１８に供給することとなり、単に踏力（トルク）に応じた補助力よりも大きな補正補助力（トルク）とすることができ、特に低速段において補助力の不足を感じるといった問題を回避できる。
【００３９】
また人力駆動系１３から求めた人力系車速Ｖｍと補助力駆動系１４から求めた補助力系車速Ｖｐとの車速比ε、即ち現時点での変速比を求めるようにしたので、変速機構２１の現時点での変速段を直接検出するセンサを設ける必要がなく、低コストで補助力不足の問題を回避できる。
【００４０】
また人力供給系車速Ｖｍを、ペダル踏力を表す踏力センサ２０からの電圧波形の周期により求め、補助力系車速Ｖｐを、電動モータ１８への印加電圧，電流等により求めるようにしたので、人力系車速Ｖｍ，補助力系車速Ｖｐを簡単な構造により容易に求めることができる。なお、この種の電動補助車両は補助力制御の必要上従来から上記踏力センサ２０を備えており、またモータ印加電圧，電流を計測するようにしている。従って上記各車速を求めるに当たっては、既存部品からの検出データを利用することができ、新たなセンサを追加する必要はない。
【００４１】
ここで踏力センサ２０の出力電圧波形の周期からペダル軸１５の回転速度を求める方法の場合、運転者によるペダル漕ぎ動作が必ずしも一定でないことから該回転速度の検出精度が低くなる場合がある。そこで本実施形態では、車速比εがある程度広い範囲（１．０〜１．１６、１．１６〜１．５６、１．５６〜２．３）内にある場合に第３速，第２速，第１速とみなすようにしたので、上述の運転者による漕ぎ動作が一定でない場合でも変速比を正確に求めることができ、従って補正補助力を精度よく求めることができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では人力系車速と補助力系車速との車速比から変速段を推定するようにしたが、現時点の変速段を直接検出し、該変速段に応じて補助電流Ｉｏを補正するようにしても勿論良く、このようにしたのが請求項４の発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による補助力制御装置を備えた電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記補助力制御装置のブロック図である。
【図３】上記制御装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 電動補助自転車（電動補助車両）
１２ 後輪（駆動輪）
１３ 人力駆動系
１４ 補助力駆動系
１５ｂ ペダル
２６ コントローラ（補助力補正手段）
Ｖｍ 人力系車速
Ｖｐ 補助力系車速
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動系と補助力駆動系とを備えた電動補助車両に関し、詳細には人力駆動系が変速機構を備えている場合の踏力に対する補助率の設定方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がペダルに加えた踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に応じた補助力を電動モータに発生させ、該補助力を駆動輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両が実用化されている。そしてこの種の電動補助車両において、上記人力駆動系の途中に変速機構を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０５１５５号公報
【０００４】
【発明が解決すようとする課題】
ところが上記従来の変速機構付きの電動補助車両では、特に低速段での走行時に、補助力あるいは補助率が不足していると運転者が感じる場合がある。これは以下の理由によるものと考えられる。
【０００５】
この種の電動補助車両では、車速が規定値（例えば１５Ｋｍ／ｈ）以下の範囲では、運転者がペダルを漕ぐことによる踏力（より正確には、人による動力＝踏力（トルク）×回転速度）に対して補助率１．０の補助力（より正確には、モータ補助動力＝モータトルク×回転速度）を電動モータから供給するのが一般的である。
【０００６】
しかしながら、上記従来の変速機構付き電動補助車両では、何れの変速段であっても、単純にその時のペダル踏力（トルク）に一定の補助率を乗じた補助力を電動モータから出力するように構成されている。
【０００７】
一方、変速機構付き車両の場合、同じ走行抵抗であれば必要なペダル踏力（トルク）は低速段ほど小さくなる。従って低速段ではペダル踏力が小さくなるに従って補助力も小さくなり、結局必要なモータ補助力が得られない。換言すれば、変速機構付き電動補助車両では、例えば高速段において補助率を１．０に設定した場合、低速段では補助率が１．０より小さくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、人力駆動系が変速機構を備えている場合に、変速段の如何に関わらず十分な補助力が得られる電動補助車両の補助力制御装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ペダルに加えられた踏力を所定の変速比を介して駆動輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に応じた電動モータからの補助力を駆動輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両の補助力制御装置において、上記踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正する補助力補正手段を備え、該補正された補助力を上記モータから駆動輪に供給するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、上記補助力駆動系は、上記踏力に応じた大きさの補助電流を上記電動モータに供給することにより上記踏力に応じた大きさの補助力を発生するように構成されており、上記補助力補正手段は、補助力系車速Ｖｐに対する人力系車速Ｖｍの車速比ε（＝Ｖｍ／Ｖｐ）が大きいほど上記補助電流を上記踏力に応じた補助電流より大きくなるように補正することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記人力系車速は、ペダル軸の回転速度により、又はペダル踏力の周期により求められ、上記補助力系車速は、モータ軸の回転速度により、又は上記電動モータへの印加電流，電圧により求められることを特徴としている。
【００１２】
ここで人力系車速をペダル軸の回転速度から求める場合、及び補助力系車速をモータ軸の回転速度から求める場合には、ペダル軸，モータ軸に回転速度を求める回転センサを装着することとなる。一方、人力系車速をペダル踏力の周期により求める場合及び補助力系車速をモータ印加電圧，電流により求める場合には車速検出センサ自体は不要になる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１において、上記補助力補正手段は、現時点の変速段を直接検出し、該変速段に応じた変速比でもって補助力を補正することを特徴としている。
【００１４】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正した補正補助力を駆動輪に供給するようにしたので、例えば変速機構が低速段である場合には高速段である場合よりも補助率を大きくすることにより、実際の踏力（トルク）に応じた補助力よりも大きな補正補助力（トルク）とすることができ、変速段の如何によって補助力あるいは補助率が不足していると感じるといった問題を回避できる。
【００１５】
より詳細に述べれば以下の通りである。変速機構付き電動補助車両の場合、同じ走行速度，走行抵抗であれば、低速段ほど必要な踏力は小さくなるが回転速度が速くなるので、踏力により人が出す動力（踏力（トルク）×回転速度）は高速段の場合と等しい。従来車両では、この小さくなっている踏力に応じた補助力をそのまま出力するようにしたので、補助力が不足していると運転者は感じたのである。一方、本発明では、変速比を考慮することにより上記高い回転速度に対応するように補助力を補正したので、上記補助力の不足を回避できる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、補助力系車速Ｖｐに対する人力系車速Ｖｍの車速比ε（＝Ｖｍ／Ｖｐ）が大きいほど電動モータに供給する補助電流を上記踏力に応じた補助電流より大きくなるように補正するようにしたので、踏力に応じた補助力を低速段の場合ほど大きい値に補正することとなり、特に低速段で補助力が不足するといった問題を回避できる。
【００１７】
また人力駆動系から求めた人力系車速と上記補助力駆動系から求めた補助力系車速との車速比、即ち現時点での変速比を求めるようにしたので、現時点での変速段を直接検出するセンサを設ける必要がなく、低コストで補助力不足の問題を回避できる。なお、この種の電動補助車両は補助力制御の必要上従来から人力系車速及び補助力系車速を検出するようにしているので、この検出データを利用することができ、車速検出センサを新たに追加する必要はない。
【００１８】
請求項３の発明によれば、人力供給系車速を、ペダル軸の回転速度により、又はペダル踏力の周期により求め、また補助力系車速を、モータ軸の回転速度により、又は電動モータへの印加電圧，電流により求めるようにしたので、人力系車速，補助力系車速を簡単な構造により容易に求めることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、現時点の変速段を検出し、該変速段に応じた変速比でもって補助力を補正するようにしたので、例えば低速段である場合には高速段である場合よりも補助率を大きくすることにより踏力（トルク）よりも大きな補助力（トルク）とすることができ、変速段の如何によって補助力が不足するといった問題を回避できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明の一実施形態を説明するための図であり、図１は本実施形態による補助力制御装置を搭載した電動補助自転車の側面図、図２は補助力制御装置のブロック図、図３は制御動作を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
図１において、１は電動補助車両としての電動補助自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に起立して延びるシートチューブ５と、該シートチューブ５の下端付近から後方に略水平に延びる左，右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と上記シートチューブ５の上部とを結合する左，右一対のシートステー７とを備えている。
【００２２】
上記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク８が左右に回動可能に軸支されている。このフロントフォーク８の下端には前輪９が軸支されており、上端には操向ハンドル１０が固着されている。また上記シートチューブ５の上端にはサドル１１が装着されている。さらに上記チェーンステー６の後端には後輪１２が軸支されている。
【００２３】
本実施形態の電動補助自転車１は、運転者によりペダル１５ｂに加えられた踏力を所定の変速比を介して後輪（駆動輪）１２に供給する人力駆動系１３と、上記踏力に応じた電動モータ１８からの補助力を後輪１２に供給する補助力駆動系１４とを備えている。
【００２４】
上記人力駆動系１３は以下の構成となっている。上記車体フレーム２の中央下端部に車幅方向に向けて配置されたペダル軸１５の両端にクランクアーム１５ａが固着され、該クランクアーム１５ａの先端にペダル１５ｂが軸支されている。
【００２５】
また上記ペダル軸１５の右側クランクアーム１５ａの内側に装着された大径の駆動スプロケット１５ｃと後輪１２の後輪ハブ１６内の入力軸に装着された小径の従動スプロケット１６ａとはチェーン１７で連結されている。これにより、運転者の踏力によるペダル軸１５の回転を上記駆動，従動スプロケット１５ｃ，１６ａの歯数比に応じて増速して後輪側に伝達する増速機構１９が構成されている。
【００２６】
また上記ペダル軸１５と駆動スプロケット１５ｃとの間には運転者によりペダル１５ｂに入力された踏力（トルク）を検出するための踏力センサ２０が配設されている。詳細には、上記ペダル軸１５と駆動スプロケット１５ｃとは所定の角度範囲で相対回転可能にかつ相対回転を０とする方向にばね等で付勢して、つまりペダル踏力が大きくなるほど上記相対回転角度が大きくなるように連結されている。そしてこの相対回転角度の大きさが上記踏力として検出される。
【００２７】
具体的には例えばポテンショメータにより上記相対回転角度に比例した電圧が出力される。ここでこの電圧の波形はペダル軸１５の１回転毎に１サイクルをなす大略サイン波形であることから、この電圧波形の周期を計測することにより、ペダル軸１５の回転速度が得られる。
【００２８】
さらにまた上記後輪ハブ１６内には３段変速式の変速機構２１が内蔵されており、該変速機構は上記後輪ハブ１６内の入力軸の回転を第１速〜第３速の何れかの変速比で変速して該後輪ハブ１６内の出力軸に伝達する。この出力軸の回転はワンウェイクラッチ２２を介して後輪１２に伝達される。
【００２９】
ここで上記変速機構２１の第１速，第２速，第３速の変速比は、上記増速機構１９の増速比を含めた場合に、２．０、１．３３、１．０に設定されている。なお、ここで変速比２．０とは、ペダル軸２回転につき後輪が１回転するとの意味である。
【００３０】
上記補助力駆動系１４は、上記シートステー５と後輪１２の前縁との間に配設されたバッテリユニット２３と、上記後輪ハブ１６内に配置された補助力ユニットとを備えている。この補助力ユニットは後輪ハブ１６内に配置された電動モータ１８の回転を減速機構２４によって減速し、ワンウェイクラッチ２５を介して後輪１２に伝達するように構成されている。
【００３１】
また上記バッテリユニット２３内には、多数の充電式電池と、上記電動モータ１８への印加電圧，印加電流により出力を制御するコントローラ２６が内蔵されている。このコントローラ２６は上記踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正する補助力補正手段として機能する。即ち、上記人力駆動系１３の踏力センサ２０から入力された踏力検出値（電圧波形）から人力系車速Ｖｍを求め、上記補助力駆動系１４から入力されたモータ電圧，電流等から補助力系車速Ｖｐを求め、この両車速Ｖｍ，Ｖｐの比から現時点での変速比を後述する方法で推定し、該推定した変速比に基づいて上記踏力に応じた補助力を補正する。
【００３２】
具体的には、上記踏力に応じた大きさの補助電流Ｉｏに、上記補助力系車速Ｖｐに対する人力系車速Ｖｍの車速比ε（＝Ｖｍ／Ｖｐ）が大きいほど大きい補正係数を乗じて得られた補正補助電流Ｉｏ′が上記電動モータ１８に供給される。
【００３３】
本実施形態の補助力制御装置による制御動作を図３のフローチャートに沿ってさらに詳述する。補助力制御フローがスタートすると、補助力系車速Ｖｐ及び人力系車速Ｖｍが求められる（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００３４】
ここで補助力系車速Ｖｐは、上述のように、電動モータへの印加電圧，電流及び予め既知のモータ捲線抵抗等からモータ回転速度を求め、該モータ回転速度に減速機構２４の減速比を乗じることにより求められる。
【００３５】
また人力系車速Ｖｍとしては、上述のように踏力センサ２０からの電圧波形における周期から求められたペダル軸１５の回転速度が採用される。なお、この電圧波形の周期から求めたぺダル軸回転速度の精度を高めるために後述する方法が採用されている。
【００３６】
そして車速比ε、即ち人力系車速Ｖｍ／補助力系車速Ｖｐが求められる（ステップＳ３）。この場合、車速比εが大きいほど上記変速機構は低速段になっており、小さいほど高速段になっていると判断される。具体的には、上記車速比εが１．０〜１．１６の場合には第３速と判断され（ステップＳ４）、１．１６超〜１．５６以下の場合には第２速と判断され（ステップＳ５）、１．５６超〜２．３以下の場合には第１速と判断される（ステップＳ６）。
【００３７】
そして第３速，第２速，第１速と判断された場合には、上記ペダル踏力に応じた補助電流Ｉｏがそれそれ１．０倍，１．３３倍，１．７８倍に補正され（ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９）、この補正された補正補助電流Ｉｏ′が上記電動モータ１８に供給される。なお、車速比εが上述の何れの範囲にも入らない場合には、計測ミスと判断され、ステップＳ７に進んで踏力に対応した補助電流Ｉｏのまま電動モータ１８に供給される。
【００３８】
以上のように、踏力に応じた補助電流Ｉｏを現時点での車速比ε、即ち変速比に基づいて補正した補正補助電流Ｉｏ′を電動モータ１８に供給するようにしたので、変速機構２１が低速段（第１速）である場合には高速段（第２速，第３速）である場合よりも大きな補正補助電流Ｉｏ′を電動モータ１８に供給することとなり、単に踏力（トルク）に応じた補助力よりも大きな補正補助力（トルク）とすることができ、特に低速段において補助力の不足を感じるといった問題を回避できる。
【００３９】
また人力駆動系１３から求めた人力系車速Ｖｍと補助力駆動系１４から求めた補助力系車速Ｖｐとの車速比ε、即ち現時点での変速比を求めるようにしたので、変速機構２１の現時点での変速段を直接検出するセンサを設ける必要がなく、低コストで補助力不足の問題を回避できる。
【００４０】
また人力供給系車速Ｖｍを、ペダル踏力を表す踏力センサ２０からの電圧波形の周期により求め、補助力系車速Ｖｐを、電動モータ１８への印加電圧，電流等により求めるようにしたので、人力系車速Ｖｍ，補助力系車速Ｖｐを簡単な構造により容易に求めることができる。なお、この種の電動補助車両は補助力制御の必要上従来から上記踏力センサ２０を備えており、またモータ印加電圧，電流を計測するようにしている。従って上記各車速を求めるに当たっては、既存部品からの検出データを利用することができ、新たなセンサを追加する必要はない。
【００４１】
ここで踏力センサ２０の出力電圧波形の周期からペダル軸１５の回転速度を求める方法の場合、運転者によるペダル漕ぎ動作が必ずしも一定でないことから該回転速度の検出精度が低くなる場合がある。そこで本実施形態では、車速比εがある程度広い範囲（１．０〜１．１６、１．１６〜１．５６、１．５６〜２．３）内にある場合に第３速，第２速，第１速とみなすようにしたので、上述の運転者による漕ぎ動作が一定でない場合でも変速比を正確に求めることができ、従って補正補助力を精度よく求めることができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では人力系車速と補助力系車速との車速比から変速段を推定するようにしたが、現時点の変速段を直接検出し、該変速段に応じて補助電流Ｉｏを補正するようにしても勿論良く、このようにしたのが請求項４の発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による補助力制御装置を備えた電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記補助力制御装置のブロック図である。
【図３】上記制御装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 電動補助自転車（電動補助車両）
１２ 後輪（駆動輪）
１３ 人力駆動系
１４ 補助力駆動系
１５ｂ ペダル
２６ コントローラ（補助力補正手段）
Ｖｍ 人力系車速
Ｖｐ 補助力系車速
Claims (4)
- ペダルに加えられた踏力を所定の変速比を介して駆動輪に供給する人力駆動系と、上記踏力に応じた補助力を電動モータから駆動輪に供給する補助力駆動系とを備えた電動補助車両の補助力制御装置において、上記踏力に応じた補助力を現時点での変速比に基づいて補正する補助力補正手段を備え、該補正された補助力を上記電動モータから駆動輪に供給するようにしたことを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
- 請求項１において、上記補助力駆動系は、上記踏力に応じた大きさの補助電流を上記電動モータに供給することにより上記踏力に応じた大きさの補助力を発生するように構成されており、上記補助力補正手段は、補助力系車速Ｖｐに対する人力系車速Ｖｍの車速比ε（＝Ｖｍ／Ｖｐ）が大きいほど上記補助電流を上記踏力に応じた補助電流より大きくなるように補正することを特徴とする電動補助車両の補助動力制御装置。
- 請求項１又は２において、上記人力系車速は、ペダル軸の回転速度により、又はペダル踏力の周期により求められ、上記補助力系車速は、モータ軸の回転速度により、又は上記電動モータへの印加電流，電圧により求められることを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
- 請求項１において、上記補助力補正手段は、現時点の変速段を直接検出し、該変速段に応じた変速比でもって補助力を補正することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
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