JP4518299B2

JP4518299B2 - Control device for battery-assisted bicycle

Info

Publication number: JP4518299B2
Application number: JP2001055400A
Authority: JP
Inventors: 薫畑中; 慎司古田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002255080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動補助自転車の制御装置に関し、特に、電動補助装置を備えない自転車（以下、「通常の自転車」と呼ぶ）と同様の走行感覚で運転できるようにするのに好適な電動補助自転車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人力でペダルに加えられた力つまり踏力を後輪に伝達するための人力駆動系と、踏力に応じて人力駆動系に補助動力を付加させることができるモータ駆動系とを備えた電動補助自転車が知られている。この電動補助自転車は踏力とペダル回転数とに応じたモータ出力で人力を補助するよう構成されていて、踏力が大きくなるとモータ出力が大きくなって人力は軽減される。すなわち、モータ出力は踏力比例出力である。
【０００３】
また、電動補助自転車と通常の自転車との重量差分を補助できるようにモータ出力を発生させることが考えられる。例えば、特開平８−１２７３８６号公報には、通常の自転車との重量差分をモータで補助するようにして、手押し走行時の人の負担を軽減するようにした電動補助自転車が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の電動補助自転車は、モータ出力が踏力比例出力であるため、ペダル回転に追従して周期的に大小変化する踏力に対して、この周期的な変化を増幅する方向に補助動力が与えられる。したがって、補助動力によって人の負担は軽減できるが、車速は周期的に変動する傾向がある。
【０００５】
一方、上記公報に記載されたように踏力を考慮せずに自転車の重量差分を補助動力でまかなうようにすれば、車速の周期的な変動は発生しない。しかし、従来は、乗車走行時にも踏力を考慮しないで補助動力を与えるようなことは考えられておらず、単に、手押し走行時の部分的な利用に限定されていた。したがって、傾斜路面の走行までも考慮にいれると、傾斜センサ等、他の補助制御手段が必要であった。
【０００６】
また、補助動力を発生させるモータは車両の駆動時のみに使用され、非駆動時に、発電を伴う回生作用については考慮されていなかった。モータの回生は、バッテリの充電に利用できるとともに、車両に対する有効な制動手段としても利用できることから電動補助自転車へ採用することが望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、踏力の周期的な変動を増幅させることなく、傾斜路面や平坦路のいずれにおいても通常の自転車と変わらない走行感覚で運転できる電動補助自転車を実現できるとともに、モータの回生作用を利用できる制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、人力による駆動力を後輪に伝達するための人力駆動系と、バッテリで付勢されるモータによる駆動力を後輪に伝達するモータ駆動系とを備えた電動補助自転車の制御装置において、車両の実走行抵抗に応じた駆動力を前記モータ駆動系で発生させる補助動力発生手段と、車両の運転状態を判別する運転状態判別手段と、前記実走行抵抗が負の場合に、車両の運転状態に応じて前記モータ駆動系に回生指示を供給する回生制御手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００９】
第１の特徴によれば、平坦地や上り坂では実走行抵抗に応じた補助動力を発生させる一方、実走行抵抗が低下する下り坂では回生により適度な制動が得られるので、平坦地と同様の走行感覚で運転することができる。また、回生による発電電流をバッテリに充電することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記回生制御手段が、車速に応じて回生出力を変化させられるように前記回生指示を供給する点に第２の特徴があり、予定の高車速域では車速に応じて回生出力の変化量が漸増されるように前記回生指示を供給する点に第３の特徴がある。
【００１１】
第２の特徴によれば、例えば下り坂の下り程度によって車速が増大したときに、回生出力が増大するように設定すれば、下り坂の程度に応じた制動が働き、下り坂の程度にかかわらず、平坦地と同様の走行感覚で運転することができる。また、第３の特徴によれば、車速が増大するほど、制動がより一層大きく働くので、下り坂で車速制限がされる。
【００１２】
また、本発明は、前記回生制御手段が、ブレーキ操作の検出に応答して回生出力が増大されるように前記回生指示を供給する点に第４の特徴がある。第４の特徴によれば、ブレーキ操作による制動に加えて、回生制動が加わり、効果的に車両を制動させることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、前記回生制御手段が、車両押し歩き時に相当する予定の低車速域では前記回生指示を禁止する点に第５の特徴がある。車両押し歩き時も、走行時より実走行抵抗が低下して下り坂と判断されることがあるが、第５の特徴によれば、このように下り坂と判断されることがあっても低速であった場合には回生出力は制限されるので制動がかかるのを防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置を有する電動補助自転車の側面図である。電動補助自転車の車体フレーム１は、車体前方に位置するヘッドパイプ２と、ヘッドパイプ２から後下がりに延びるダウンパイプ３と、ダウンパイプ３に連結されて後方に延びるリヤフォーク４と、ダウンパイプ３の最下端から上方に立ち上がるシートポスト５とを備える。
【００１５】
ヘッドパイプ２にはフロントフォーク６が回動自在に支持される。フロントフォーク６の下端には前輪７が軸支され、フロントフォーク６の上端には操向ハンドル８が取り付けられる。操向ハンドル８には、ブレーキレバー９が設けられ、ブレーキレバー９から引き出されるケーブル１０は、フロントフォーク６に固定された前輪ブレーキ１１に連結される。同様に後輪ブレーキ用のブレーキレバーも操向ハンドル８に設けられるが、図示は省略している。また、ブレーキレバー９には、このブレーキレバー９が操作されたことを感知するブレーキセンサ（図示せず）が設けられる。
【００１６】
シートポスト５の上端に連結される左右一対のステー１２は後下がりに延び、下端近傍でリヤフォーク４と結合される。リヤフォーク４とステー１２とが結合されてなる部材には後輪１３が支持され、さらに前記部材に支持されて後輪１３のハブと同軸上に補助動力源としてのモータ１４が設けられる。モータ１４としては、高トルクかつ低フリクションである三相ブラシレスモータが好ましい。このモータ１４の具体的な構造や制御に関しては後述する。
【００１７】
シートポスト５には、上端にシート１５を備えた支持軸１６が、シート１５の高さを調整可能なように装着される。シート１５の下方でシートポスト５と後輪１３との間にはモータ１４に電力を供給するバッテリ１７が設けられる。バッテリ１７は、シートポスト５に固着されるブラケット１８に保持される。ブラケット１８には給電部１９が設けられ、この給電部１９は、図示しない電線でモータ１４に結合されるとともに、バッテリ１７の電極に接続される。バッテリ１７の上部は、バンド２０とバックル金具２１とからなる締結具でシートポスト５に支持される。
【００１８】
前記ダウンパイプ３とシートポスト５との交差部には、車体の左右に延びるクランク軸２２が支持され、クランク軸２２には、クランク２３を介してペダル２４が結合される。クランク軸２２には図示しない踏力センサを介して駆動スプロケット２５が連結され、ペダル２４に加えられた踏力は踏力センサを介して駆動スプロケット２５に伝達される。駆動スプロケット２５と後輪１３のハブに設けられた従動スプロケット２６間にはチェーン２７が掛け渡される。チェーン２７の張り側および駆動スプロケット２５にはチェーンカバー２８が被せられる。クランク軸２２には、クランク軸２２の回転センサが設けられる（図示せず）。回転センサとしては、自動車用エンジンのクランク軸回転検出に用いられるセンサ等、公知のものを使用できる。
【００１９】
続いて、クランク軸２２に装着された踏力検出装置を説明する。図１９はクランク軸２２周辺の断面図であり、図２０は図１９のＡ−Ａ矢視図である。ダウンパイプ３に固着された支持パイプ１００の両端に螺挿されたキャップ１０１Ｌ，１０１Ｒとクランク軸２２に形成された段差との間にはボールベアリング１０２Ｌ，１０２Ｒがそれぞれ嵌挿され、クランク軸２２を回転自在に支承する。
【００２０】
クランク軸２２の左右端には、ボルト１０３Ｂに適合するナット１０３Ｃでクランク２３がそれぞれ固定される（右側のみ図示）。クランク２３と支持パイプ１００との間にはワンウェイクラッチ１０４の内輪１０５が固定される。内輪１０５の外周には駆動スプロケット２５がブッシュ１０５Ａを介して回動自在に支承されている。駆動スプロケット２５のスラスト方向の位置はナット１０６Ａとプレート１０６Ｂとによって規制されている。
【００２１】
駆動スプロケット２５には蓋体１０７が一体的に設けられていて、これら駆動スプロケット２５と蓋体１０７で囲繞された空間には、伝達プレート１０８が配設されている。伝達プレート１０８は駆動スプロケット２５に対して同軸で、かつクランク軸２２を軸とした回転方向では互いに予定量のずれが許容されるよう支持されている。
【００２２】
駆動スプロケット２５および伝達プレー１０８にまたがって、複数（ここでは６個）の窓１０９が穿設されており、この窓１０９の内側には圧縮コイルばね１１０がそれぞれ収容されている。圧縮コイルばね１１０は駆動スプロケット２５および伝達プレート１０８間で、互いに回転方向のずれが生じたときに、ずれに対する抗力を生ずるように作用する。
【００２３】
伝達プレート１０８のハブの内周にはワンウェイクラッチ１０４の外輪としてのラチェット歯１１１が形成されていて、このラチェット歯１１１は前記内輪１０５に支持されて放射方向にばね１１２で付勢されているラチェット爪１１３と係合する。ワンウェイクラッチ１０４には防塵のためのカバー１１４が設けられる。
【００２４】
伝達プレート１０８には、踏力伝達リング１２４に固着された踏力伝達用の突起部１１５が係合する係止孔１１６が設けられる。駆動用スプロケット２５には、突起部１１５を係止孔１１６に係合可能にするための窓１１７が設けられていて、突起部１１５はこの窓１１７を貫通して、係止孔１１６に嵌合される。
【００２５】
駆動スプロケット２５および伝達プレート１０８にまたがって、前記窓１０９とは別の小窓が複数（ここでは３個）穿設されており、この小窓の内側には圧縮コイルばね１１８がそれぞれ収容される。圧縮コイルばね１１８は伝達プレート１０８をその回転方向１１９側に付勢するように配置されている。すなわち、駆動スプロケット２５と伝達プレート１０８との結合部のガタを吸収する方向に作用しており、伝達プレート１０８の変位が駆動スプロケット２５へ良好な応答性で伝達されるように機能する。
【００２６】
駆動スプロケット２５の、車体寄りつまりダウンパイプ３側には、踏力検知装置のセンサ部分（踏力センサ）４７が装着されている。踏力センサ４７は駆動スプロケット２５に固定された外側リング１２０と、この外側リング１２０に対して回転自在に設けられ、磁気回路を形成するためのセンサ本体１２１とを有する。
【００２７】
外側リング１２０は電気絶縁性を有する材料で形成されており、図示しないボルトで駆動スプロケット２５に固定される。外側リング１２０の、駆動スプロケット２５側にはカバー１２２が設けられ、止めねじ１２３で外側リング１２０に固定されている。
【００２８】
図２１は、センサ本体１２１の拡大断面図である。前記クランク軸２２と同心にコイル１２５が設けられ、このコイル１２５の軸方向両側に配置されて、コイル１２５の外周方向に張り出した一対のコア１２６Ａ，１２６Ｂが設けられる。また、前記コア１２６Ａ，１２６Ｂ間には、環状の第１誘導体１２７と第２誘導体１２８が設けられる。第１誘導体１２７と第２誘導体１２８とは、踏力伝達リング１２４から伝達される踏力に応じて互いに円周方向で変位可能であり、この変位によって、コア１２６Ａ，１２６Ｂ間における部分での互いの重なり量が変化するように構成される。その結果、コイル１２５に通電したとき、コア１２６Ａ，１２６Ｂおよびコアカラー１２９、ならびに第１誘導体１２７および第２誘導体１２８を含む磁気回路の磁束は踏力に応じて変化する。そこで、この磁束の関数であるコイル１２５のインダクタンス変化を検出して踏力検出することができる。なお、図１９において、符号１３０，１３１はセンサ本体１２１の支持部材、符号１３２はベアリング、符号１３３はコイル１２５から引き出されるリード線である。
【００２９】
上記踏力検出装置は、本出願人の先願（特願平１１−２５１８７０号（整理番号Ａ９９−１０２６））の明細書に詳細に記載されている。なお、踏力検出装置は、上述のものに限らず、公知のものを適宜選択して使用することができる。
【００３０】
図３は、モータ１４の断面図である。リヤフォーク４の後端およびステー１２の下端の接合部から後方に張り出したプレート２９には、変速機を組み込んだシリンダ３０が軸３１で支持される。シリンダ３０の外周にはホイールハブ３２が嵌合される。ホイールハブ３２は内筒および外筒を有する環状体であり、内筒の内周面がシリンダ３０の外周に当接する。ホイールハブ３２の側面には、シリンダ３０から張り出した連結板３３がボルト３４によって固定される。ホイールハブ３２の外筒の内周にはモータ１４のロータ側磁極を構成するネオジウム磁石３５が所定間隔をおいて配置される。すなわち外筒は磁石３５を保持したロータコアを構成する。
【００３１】
ホイールハブ３２の内筒の外周には軸受３６が嵌合し、この軸受３６の外周にはステータ支持板３７が嵌合する。ステータ支持板３７の外周にはステータ３８が配置され、ボルト４０によって取り付けられる。ステータ３８はロータコアつまりホイールハブ３２の外筒と所定の細隙を有するように配置され、このステータ３８には、三相コイル３９が巻装される。
【００３２】
ステータ支持板３７の側面には、ホール素子で構成される磁極センサ４１が設けられる。磁極センサ４１は前記ホイールハブ３２から突出して設けられる磁石４２が通過するときの磁束変化を感知して、ロータとしてのホイールハブ３２の位置信号を出力する。磁極センサ４１はモータ１４の各相に対応して３カ所に設けられる。
【００３３】
また、ステータ支持板３７の側面には、磁極センサ４１からの位置信号によって前記三相コイル３９への通電制御を行うための制御基板４３が設けられ、この制御基板４３上にはＣＰＵやＦＥＴ等の制御素子が装着される。なお、制御基板４３は前記磁極センサ４１用の取り付け基板と一体化できる。
【００３４】
ホイールハブ３２の外周には図示しない後輪のリムと連結されるスポーク４４が固着される。さらに、ステータ支持板３７の、前記制御基板４３等が装着された側とは反対側には、ボルト４５によってブラケット４６が固定され、ブラケット４６は前記車体フレームのプレート２９に図示しないボルトで結合される。
【００３５】
このように、後輪１３の軸３１と同軸上に配置したステータとロータとからなる三相ブラシレスモータ１４が設けられ、チェーン１７と従動スプロケット２６とによって伝達される人力に付加される補助動力を発生する。
【００３６】
続いて、上記モータ１４に対する通電制御つまり出力制御について説明する。
図４は、想定走行路における補助動力の発生態様を示す図であり、横軸は時間軸である。ここでは、平坦路から始まり、上り坂および下り坂を経て、再び平坦路を走行する路面を想定する。この想定走行路において、平坦路から徐々に速度を上げ、上り坂にさしかかった後、定速走行する走行パターンを設定する。図中、曲線で示された駆動力は踏力比例で補助動力を発生させた従来の制御に係るものであり、小さい曲線は踏力Ｔaによる駆動力（人力）Ｐhを示し、この曲線と同位相の大きい曲線はモータによる補助動力Ｐmを示す。この図から理解されるように、人力Ｐhと補助動力Ｐmとが１対１の比となるように制御する従来方式では、上り坂において補助動力Ｐmは増大するものの、人力Ｐhも高いレベルにある。
【００３７】
これに対して、本実施形態では、平坦路、上り坂および下り坂のいずれの路面においても所定の駆動力つまり軽快車の平地走行抵抗相当の駆動力を人が分担するように制御する。具体的には、走行によって生じる走行抵抗Ｒaのうち、一般に軽快車と呼ばれる、通常の自転車のうちでも比較的重量の小さい車両を平坦路で運転するときの抵抗分のみを人力で負担し、残りをモータ１４の出力で補助するようにする。これによって、運転者はどのような路面であっても平坦路を軽快車で走行するときのような感覚で運転できる。図４において、走行時に実際に発生する抵抗Ｒaに対して、補助動力Ｐmを与えるようにモータトルクを発生させる。この際、（Ｒa−Ｐm）が所定値となるようにモータトルクは決定される。つまり、運転者は軽快車の平地走行抵抗に相当する所定の踏力Ｔaによって自転車を走行させることができる。
【００３８】
以下に、上記出力制御をさらに詳細に説明する。但し、上記の内容は、本実施形態における出力制御の基本的概念であり、以下に述べる具体的な制御では、種々の変形も含んでいる。
【００３９】
図１は、実走行抵抗に応じてモータ１４の出力を制御する制御装置の要部機能ブロック図であり、この機能における演算部および記憶部等はマイクロコンピュータによって実現できる。同図において、踏力検出部５１は踏力センサ４７の検出信号により踏力Ｔaを検出する。クランク回転数検出部５２はクランク回転センサ４８の検出信号によりクランク回転数ＮCRを検出する。人力算出部５３は、ペダル２４から入力される踏力に比例した駆動力Ｐhを、次式（式１）を使用して算出する。Ｐh＝Ｔa×ＮCR×ｋ1…（式１）。但し、ｋ1は係数である。
【００４０】
総駆動力算出部５４は人力によって得られる駆動力ＰhとモータトルクＴおよびモータ回転数Ｎmに基づくモータ出力とを加算して総駆動力Ｐwを算出する。ここで使用されるモータトルクＴは前回値つまり前回値メモリ６１に格納されている値Ｔ-1である。
【００４１】
モータ回転数検出部５６はモータ回転センサ４９の検出信号によりモータ回転数Ｎmを検出する。車速検出部５７は車速センサ５０の検出信号により車速Ｖを検出する。なお、モータ回転センサ４９および車速センサ５０として前記磁極センサ４１を使用できる。
【００４２】
車速メモリ５８には車速Ｖの前回検出値Ｖ-1が記憶される。車速変化量算出部５９は車速Ｖの前回値Ｖ-1と今回値Ｖとの差ΔＶを算出する。標準走行抵抗演算部６０は車速Ｖにより通常の自転車の平地走行抵抗Ｒrをマップ検索する。
【００４３】
走行抵抗算出部６２は総駆動力Ｐwおよび車速変化量ΔＶに基づいて車速Ｖ毎のマップを検索して実走行抵抗Ｒaを算出する。実走行抵抗Ｒaを求めるマップは後述する。なお、走行抵抗算出部６２では、総駆動力Ｐwに代えて総駆動力Ｐwの積算値を用いてもよい。すなわち、総駆動力積算部５５を設けて、その出力を使用できる。総駆動力積算部５５は、予定時間毎または予定期間毎の総駆動力Ｐwを積算して積算値Ｐ・ｈを求める。例えば、クランク軸２２の１回転中の総駆動力Ｐwの積算値Ｐ・ｈを求める。
【００４４】
補助動力算出部６３は実走行抵抗Ｒaから通常の自転車の平地走行抵抗Ｒrを減算してモータ１４による補助動力Ｐmを算出する。モータトルク算出部６４では、モータ回転数Ｎmと補助動力Ｐmとに基づいてモータ１４に指令するモータトルクＴを算出する。モータトルクＴは予めモータ回転数Ｎmと補助動力Ｐmとの関数として設定されるマップを検索することによって求める。算出されたモータトルクＴはモータ１４の制御部に出力されるとともに、前回値メモリ６１に格納される。
【００４５】
このように、上記制御装置によれば、ペダル２４を一漕ぎする間の投入エネルギに対応する車速変化によって実走行抵抗Ｒaが求められ、この実走行抵抗Ｒaのうち、通常の自転車の平地走行時の走行抵抗分Ｒrを除いた分がモータ１４の出力となって人力に付加される。
【００４６】
図５は、上記制御装置の要部機能（その２）を示すブロック図である。この制御装置では、路面傾斜判断手段を備え、路面傾斜に応じて補助動力Ｐmを増減調整できる。図５において、アシスト車平地走行抵抗算出部６５を備え、車速Ｖに基づいて、予め定めたマップを検索してアシスト車平地走行抵抗Ｒ1を算出する。路面傾斜判断部６６は、走行抵抗算出部６２で算出された実走行抵抗Ｒaとアシスト車平地走行抵抗Ｒ1とに基づき、実走行抵抗Ｒaが平地走行抵抗Ｒ1より予定以上に大きい場合は、上り坂走行であると判断し、実走行抵抗Ｒaが平地走行抵抗Ｒ1より予定より小さい場合は、下り坂走行であると判断する。上り坂開始時は、タイマ６７を起動し、このタイマ６７による計測が終了するまで補助力増大部６８を付勢する。一方、下り坂開始時は、タイマ６９を起動し、このタイマ６９による計測が終了するまで補助動力低減部７０を付勢する。
【００４７】
補助動力増大部６８は補助動力の算出に使用される係数を、補助動力Ｐmが増大するように補正し、補助動力低減部７０は、補助動力の算出に使用される係数を、補助動力Ｐmが低下するように補正する。補助動力算出部６３は、補助動力増大部６８および補助動力低減部７０から供給される補正された係数に従って、路面傾斜に応じて補正された補助動力Ｐmを出力する。
【００４８】
図６は、補助動力決定のタイミングを示す図である。同図には、車速Ｖ、踏力Ｔa、モータによる補助動力Ｐm、並びにこれらの検出・演算タイミングを示す。各センサの検出出力は踏力Ｔaの最小値が検出されたときから、次に踏力Ｔaが最小値になるまでの間に読み込まれる。そして、踏力Ｔaが最小値となったときに、その時点での各センサの検出値をもとに、次回の補助動力Ｐmの演算を開始する。また、踏力Ｔaが最小値となったときに、車速Ｖを検出し、前回の車速との差ΔＶを算出する。例えば、タイミングｔ１，ｔ２，ｔ３で、補助動力Ｐmの演算と、車速差（Ｖ−Ｖ-1）の演算とを行う。また、タイミングｔ１，ｔ２，ｔ３で演算開始された補助動力Ｐmを得るための通電デューティをタイミングｔ１’，ｔ２’，ｔ３’でそれぞれ指示する。
【００４９】
図７は、モータ１４の出力制御回路図であり、図８は通電タイミングと通電デューティを示す図である。図７において、全波整流器７１は３相のステータコイル３９に接続されたＦＥＴ（一般的には個体スイッチング素子）７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７ｅ，７１ｆを有し、このＦＥＴ７１ａ〜７１ｆはドライバ７２によって通電制御される。通電デューティは前記モータトルク算出部６４から供給される指示に基づいてデューティ設定部７３で設定されドライバ７２に入力される。
【００５０】
補助動力Ｐmを付与する駆動タイミングにおいては、前記デューティ設定部７３からドライバ７２に通電デューティが供給され、ドライバ７２はこの通電デューティに従い、ＦＥＴ７１ａ〜７１ｆを付勢し、バッテリ１７から電流を供給する。一方、回生出力を発生させる場合は、前記駆動タイミングから電気角で１８０度ずれた回生タイミングにおいて、前記デューティ設定部７３からドライバ７２に通電デューティが供給され、ドライバ７２はこの通電デューティに従い、ＦＥＴ７１ａ〜７１ｆを付勢する。回生タイミングでＦＥＴ７１ａ〜７１ｆが付勢されると、ステータコイル３９に発生した電流はＦＥＴ７１ａ〜７１ｆで整流され、バッテリ１７に給電される。
【００５１】
なお、駆動タイミングか回生タイミングであるかは、モータトルク算出部６４から供給される要求モータトルクＴをもとにトルク判断部７４で判断される。モータトルクの要求値Ｔが正であるときは駆動タイミングに通電タイミングを設定し、モータトルクの要求値Ｔが負であるときは回生タイミングに通電タイミングを設定する。
【００５２】
図８において、ＦＥＴ７１ａ〜７１ｆは通電角を電気角１２０度に設定して付勢される。同図は、駆動タイミングでの通電タイミングを示し、回生タイミングでは、ハイ側のＦＥＴ７１ａ，７１ｃ，７１ｅをこの駆動タイミングから電気角で１８０度ずらせる。
【００５３】
図９、図１０は、実走行抵抗に応じた補助動力を発生する処理の要部フローチャートである。同図において、ステップＳ１では、モータ回転センサ４９の検出出力に基づいて車速Ｖを算出する。ステップＳ２では、車速Ｖに基づいて電動補助自転車（以下、「アシスト車」という）の平地走行抵抗Ｒ1、および通常の自転車（軽快車）の平地走行抵抗Ｒrを算出する。例えば、車重量１２ｋｇの軽快車を体重５５ｋｇの人が運転する場合を標準の平地走行抵抗Ｒrとし、車重量２６ｋｇのアシスト車を体重６５ｋｇの人が運転する場合をアシスト車の平地走行抵抗Ｒ1とする。
【００５４】
これら平地走行抵抗Ｒ1、Ｒrは、予め設定されているマップから検索することができる。図１１は、車速Ｖと平地走行抵抗Ｒ1、Ｒrとの関係についてその一例を示すマップである。同図には、アシスト車の平地走行抵抗Ｒ1および通常の自転車の平地走行抵抗Ｒrを、それぞれ車速Ｖの関数として示す。このマップに車速Ｖを適用してアシスト車の平地走行抵抗Ｒ1および通常の自転車の平地走行抵抗Ｒrを求めることができる。
【００５５】
図９に戻り、ステップＳ３では、前回検出した車速Ｖ-1と今回検出した車速Ｖとの差（Ｖ−Ｖ-1）を算出して車速変化量ΔＶ（値が負のときは減速）を求める。ステップＳ４では、踏力センサ４７およびクランク回転センサ４８の検出出力により、それぞれ踏力Ｔaおよびクランク回転数ＮCRを検出する。ステップＳ５では、次式（式２）により、踏力Ｔaおよびクランク回転数ＮCRの関数である踏力比例分の出力つまりモータトルクＴ0を算出する。モータトルクＴ0＝ｆ（Ｔa,ＮCR）…（式２）。
【００５６】
ステップＳ６では、モータ回転センサ４９の出力つまりモータ１４の回転数Ｎmを検出する。ステップＳ７では、前回のモータトルクＴ-1を前回値メモリ６１から読み出す。ステップＳ８では、次式（式３）により、総駆動力Ｐwつまり人力Ｐhと補助動力Ｐm-1との総計を算出する。駆動力Ｐw＝（Ｔa×ＮCR×ｋ1）＋（Ｔ-1×Ｎm×ｋ2）…（式３）。ここで、ｋ1，ｋ2は係数である。
【００５７】
ステップＳ９では、次式（式４）により、駆動力Ｐw、速度変化量ΔＶ、および車速Ｖの関数である実走行抵抗Ｒaを算出する。実走行抵抗Ｒa＝ｆ（Ｐw,ΔＶ,Ｖ）…（式５）。この実走行抵抗Ｒaの算出は、具体的には、駆動力Ｐw、速度変化量ΔＶおよび実走行抵抗Ｒaの関係マップを複数段階の車速Ｖ毎（例えば５ｋｍ/時毎）に準備しておき、このマップを検索して求めることができる。図１２は、駆動力Ｐw、速度変化量ΔＶおよび実走行抵抗Ｒaの関係を、速度変化量ΔＶをパラメータとして設定したマップの一例である。このようなマップを複数段階の車速Ｖ毎に用意する。上述のように、駆動力Ｐwに代えて１サイクルつまりクランク軸２２の１回転毎の総駆動力の積算値Ｐ・ｈを用いてもよい。
【００５８】
ステップＳ１０では、路面の傾斜判断つまり上り坂か下り坂かの判断を行う。この判断は実走行抵抗Ｒaとアシスト車の平地走行抵抗Ｒ1との比の値によって判断することができる。例えば、比の値（Ｒa/Ｒ1）が「５」以上では上り坂、「−１」では下り坂、これらの中間の値では平坦地と判断する。
【００５９】
上り坂と判断されれば、ステップＳ１１に進み、下り傾斜であることを示すフラグＦ1をクリアにする。ステップＳ１２では、上り坂を示すフラグＦ0がセットされているか否かを判別し、これが肯定ならばステップＳ２３（図１０）に進む。ステップＳ１２が否定ならばステップＳ１３で係数Ｋに「１．２」をセットする。係数Ｋを大きくすることにより、後述のように、補助動力Ｐmが小さくなり、上り坂にさしかかったことを運転者に実感させることができる。
【００６０】
ステップＳ１４では、カウンタ値ｎをインクリメントする。ステップＳ１５では、カウンタ値ｎが「５」になったか否かを判断する。カウンタ値ｎが「５」になったならばステップＳ１６で該カウンタ値ｎをクリアにし、フラグＦ0をクリアにして、ステップＳ２３（図１０）の傾斜補正値算出処理（図１５，図１６に関して後述）を行う。カウンタ値ｎが「５」になっていないときは、ステップＳ２４（図１０）に進む。
【００６１】
一方、下り坂と判断されれば、ステップＳ１７に進み、上り傾斜であることを示すフラグＦ0をクリアにする。ステップＳ１８では、下り坂を示すフラグＦ1がセットされているか否かを判別し、これが肯定ならばステップＳ２３（図１０）に進む。ステップＳ１８が否定ならば係数Ｋに「０．８」をセットする。係数Ｋを小さくすることにより、後述のように、補助動力Ｐmが大きくなり、下り坂になったことを運転者に実感させることができる。ステップＳ２０では、カウンタ値ｍをインクリメントする。ステップＳ２１では、カウンタ値ｍが「３」になったか否かを判断する。カウンタ値ｍが「３」になったならばステップＳ２２で該カウンタ値ｍをクリアにし、フラグＦ1をクリアにして、ステップＳ２３に進む。カウンタ値ｍが「３」になっていないときは、ステップＳ２４（図１０）に進む。ステップＳ１０で平坦地であると判断されたときは、係数Ｋやカウンタ値ｍ、ｎ等の処理を行わず、ステップＳ２４に移行する。
【００６２】
図１０において、ステップＳ２４では、ブレーキスイッチがオンか否かを判断する。ブレーキスイッチがオンになっていれば、ステップＳ２５で係数Ｋに定数「１．２」を乗算してステップＳ２６に進む。この係数Ｋの乗算により後述のように回生出力が大きくなる。ブレーキスイッチがオンでない場合は、ステップＳ２５をスキップしてステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、通常の自転車の平地走行抵抗Ｒrに係数Ｋを乗算する。ステップＳ２７では、次式（式６）により、補助動力Ｐmを算出する。補助動力Ｐm＝Ｒa−Ｒr…（式６）。
【００６３】
上記式６から理解できるように、補助動力Ｐmは通常の自転車の平地走行抵抗Ｒrが大きい場合に小さくなり、この平地走行抵抗Ｒrが小さい場合に大きくなる。ステップＳ２６で平地走行抵抗Ｒrに係数Ｋが乗算されているので、この係数Ｋによって補助動力Ｐmは変化する。したがって、上り坂であると判断されて係数Ｋに「１．２」が設定された場合（ステップＳ１３）、カウンタｎが予定値「５」になるまでの期間は補助動力Ｐmが小さくなって、運転者は負荷の増大を感じる。一方、下り坂であると判断されて係数Ｋに「０．８」が設定された場合（ステップＳ１９）、カウンタｍが予定値「３」になるまでの期間は補助動力Ｐmが大きくなって、運転者は負荷の減少を感じる。
【００６４】
また、前記ステップＳ２５で係数Ｋを大きくした場合には、次の理由で回生出力が増大する。すなわち、ブレーキをかけるような状況では総駆動力Ｐwは小さく、実走行抵抗Ｒaも負の値になっている。したがって、係数Ｋを大きくして走行抵抗Ｒrを大きくすることにより、ステップＳ２７の処理で実走行抵抗Ｒaの負の値は一層大きくなり、回生出力は増大する。こうして、ブレーキ操作時には、モータ１４による回生制動により効果的に制動できる。
【００６５】
ステップＳ２８では、次式（式７）により補助動力Ｐmとモータ回転数Ｎmとの関数であるモータトルクＴを算出する。モータトルクＴ＝ｆ（Ｐm,Ｎm）…（式７）。
【００６６】
なお、モータトルクＴを次のように変更してもよい。ステップＳ２９では、モータトルクＴに、踏力比例分のモータトルクＴ0を加算する。この変更により、走行領域全域で軽快な運転が可能である。
【００６７】
ステップＳ３０では、モータ１４の通電タイミングを制御する。算出されたモータトルクＴが正であればモータ１４を制御する前記全波整流器７１の制御素子（ＦＥＴ）を駆動時のタイミングで付勢する。一方、算出されたモータトルクＴが負であればモータ１４を制御する制御素子（ＦＥＴ）を回生のためのタイミングで付勢する。すなわち、駆動時に対して電気角で１８０度ずれたタイミングを設定する。ステップＳ３１では、通電のデューティをモータトルクＴの絶対値に基づいて決定する。
【００６８】
ステップＳ３２では、下り坂であると判断されていたときに車速Ｖが予定の低速（例えば５ｋｍ/時以下）であるか否かを判断する。この判断が否定の場合は、ステップＳ３３に進んで上記ステップＳ２６，Ｓ２７の設定をモータ１４に出力する。すなわち、下りと判断されても押し歩きのような低速状態であると判断されたような場合は、モータ１４の通電制御は行われず、したがって、回生制御出力は発生しない。
【００６９】
また、ステップＳ２９は次のように変形できる。図１３の変形例において、ステップＳ３４では、平坦地か否かを判断し、平坦地の場合は踏力比例分のモータトルクＴ0を加算する（ステップＳ３５）。また、ステップＳ３５に代えてステップＳ３６のようにモータトルクＴを踏力比例分のモータトルクＴ0で置き換えることができる。これにより、平坦地では、踏力比例による補助動力Ｐmを得て運転することができる。
【００７０】
さらに、ステップＳ２９は次のように変形できる。図１４の変形例において、ステップＳ３７では、車速Ｖが予定の低速（例えば５ｋｍ/時以下）であるか否かを判断し、低速であると判断された場合は、踏力比例分のモータトルクＴ0を加算する（ステップＳ３８）。また、ステップＳ３８に代えてステップＳ３９のようにモータトルクＴを踏力比例分のモータトルクＴ0で置き換える。これにより、例えば、漕ぎ始めには、踏力に比例したモータトルクＴにより補助動力が得られる。
【００７１】
ステップＳ２９ならびにその変形例の機能を図１７に機能ブロック図で示す。同図において、モータトルク算出部は６４Ａは、図１に関して説明した算出部６４と同様、モータ１４による補助動力Ｐmとモータ回転数Ｎmとの関数として、モータトルクＴを算出する。さらに、モータトルク算出部６４Ａは、人力算出部５３で検出された踏力比例の駆動力Ｐhとクランク回転数ＮCRとの関数として、モータトルクＴ0を算出する。運転状態判別部７５は、実走行抵抗Ｒa、アシスト車平地走行抵抗Ｒ1、および車速Ｖ等に基づいて車両の運転状態を判別し、その運転状態により、モータトルクＴおよびＴ0の加算値またはモータトルクＴ0をモータ１４に指令する。
【００７２】
続いて、前記ステップＳ２３の具体例を説明する。ステップＳ２３では、係数Ｋを走行路の傾斜に適合するように補正する。まず、上り坂補正の例を示す。図１５は、上り坂を走行する場合の車速Ｖに対応する係数Ｋの値を示す図である。同図(a)は１秒間の車速変化量が３ｋｍ/時未満の例、同図(b)は車速変化量が３ｋｍ/時以上の例である。なお、係数Ｋの初期値は「１．０」とする。図１５(a)において、漕ぎ始めのように車速Ｖが低い（例えば５ｋｍ/時以下）場合は、係数Ｋを小さくして補助動力Ｐmを大きくする。そして、車速Ｖが増大してきた後は、係数Ｋを初期値に戻す。
【００７３】
図１５(b)において、車速Ｖが低いとき（例えば、５ｋｍ/時、または１０ｋｍ/時）は、係数Ｋを小さくして補助動力Ｐmを大きくする。そして、車速Ｖが増大するに従って、徐々に係数Ｋを初期値に戻していく。すなわち、加速時は、補助動力Ｐmを急には小さくせず、車速Ｖがある程度（例えば、２０ｋｍ/時）大きくなるまでは大きい値に維持する。なお、上り坂の走行の補正例は、平坦地の走行にも適用できる。
【００７４】
次に下り坂補正の例を示す。図１６は、下り坂を走行する場合の車速Ｖに対応する係数Ｋの値を示す図である。係数Ｋの初期値は「１．０」である。図１６において、下り坂で漕ぎ始めたような、車速Ｖが低い（例えば１５ｋｍ/時以下）場合は、係数Ｋを小さくして回生出力を小さくする。そして、車速Ｖが増大してきた場合、例えば、１５ｋｍ/時から２０ｋｍ/時の間は、係数Ｋを車速Ｖの増大に比例させて大きくし、回生出力を徐々に大きくしていく。さらに車速Ｖが増大した場合は、車速Ｖがある程度（例えば、２５ｋｍ/時）大きくなるまで、係数Ｋを急激に（例えば、二次曲線的に）、大きくする。これにより、回生出力は急増し、車速Ｖが急速に制限される。
【００７５】
図１８は回生制御の要部機能を示すブロック図である。同図において、走行抵抗判別部７６は、走行抵抗算出部６２から入力される実走行抵抗Ｒaが正か負かを判別し、負の場合に回生指示部７７を付勢する。回生指示部７７は、走行抵抗判別部７６からの出力で付勢されると、運転状態を判断して、その判断に基づいてモータ１０４のドライバ７２に回生出力指示を供給する。運転状態はブレーキ操作がなされているか、車速Ｖは予定値か等によって判断する。
【００７６】
車速判別部７８は車速Ｖが予定値（例えば押し歩き速度程度に設定される）以下かどうかを判断し、予定値以下であれば検出信号Ｓaを出力する。また、平地走行抵抗算出部７９は、車速Ｖに対応するアシスト車の平地走行抵抗Ｒ1をマップ（一例として図１１のもの）で保持していて、車速Ｖが入力されるとそれに応答して平地走行抵抗Ｒ1を路面傾斜判断部８０に入力する。路面傾斜判断部８０は実走行抵抗Ｒaと平地走行抵抗Ｒ1とにより路面の傾斜が下り傾斜かどうかを判断し、下り傾斜のときに検出信号Ｓbを出力する。前記検出信号Ｓa，Ｓbがいずれも出力された時はアンドゲート８１が開いて回生指示無効信号が回生指示部７７に入力される。
【００７７】
車速対応演算部８２には、車速Ｖに対応する係数Ｋがマップ（一例として図１６のもの）として保持されていて、車速Ｖが入力されると車速に応じた係数Ｋを出力する。ブレーキ検出部８３はブレーキスイッチが操作されたときに検出信号を出力する。ブレーキ時補正部８４はブレーキ検出部８３から検出信号が供給されると、係数Ｋに予定値を乗算して出力する。
【００７８】
回生指示部７７はブレーキ補正部８４や車速域対応演算部８２で補正された係数Ｋに従って補正されたモータトルクを算出し、回生出力を決定してドライバ７２に指示をする。また、回生指示無効信号が入力されると、回生指示部７７はドライバ７２に対する回生出力指示を行わない。
【００７９】
このように、実走行抵抗Ｒaが負の時にモータ１４は回生出力を発生するように運転される一方、走行抵抗による路面傾斜判断で下り坂と判断されたようなときは、そのときの車速Ｖが予定値以下の低速であれば、回生出力は禁止される。
【００８０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１〜請求項５の発明によれば、平坦地や上り坂では実走行抵抗に応じた補助動力を発生させる一方、実走行抵抗が低下する下り坂では回生により適度な制動が得られるので、平坦地と同様の走行感覚で運転することができる。また、回生による発電電流をバッテリに充電することができる。
【００８１】
請求項２の発明によれば、例えば下り坂の下り程度によって車速が増大したときに、回生出力が増大するように設定すれば、下り坂の程度に応じた制動が働き、下り坂の程度にかかわらず、平坦地と同様の走行感覚で運転することができる。請求項３の発明によれば、車速が増大するほど、制動がより一層大きく働くので、下り坂で車速制限がされる。
【００８２】
また、請求項４の発明によれば、ブレーキ操作による制動に加えて、回生制動が加わり、効果的に車両を制動させることができる。さらに、請求項５の発明によれば、車両押し歩き時には回生出力が制限されて制動がかからないため、回生を行っても楽に押し歩きをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置の要部機能を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る制御装置を有する電動補助自転車の側面図である。
【図３】モータの断面図である。
【図４】路面状態の変化と駆動力の変化との関係を示す図である。
【図５】傾斜面開始時に補助動力の制御機能を示すブロック図である。
【図６】車速および踏力による補助動力決定のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】モータの制御回路図である。
【図８】モータの制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】実走行抵抗に応じた補助動力を発生する処理の要部フローチャート（その１）である。
【図１０】実走行抵抗に応じた補助動力を発生する処理の要部フローチャート（その２）である。
【図１１】車速と平地走行抵抗との関係を示すマップである。
【図１２】車速変化量と駆動力とによって実走行抵抗を検索するマップの一例を示す図である。
【図１３】ステップＳ２９の変形例に係るフローチャートである。
【図１４】ステップＳ２９の別の変形例に係るフローチャートである。
【図１５】補助動力の補正係数と車速との関係を示す図（その１）である。
【図１６】補助動力の補正係数と車速との関係を示す図（その２）である。
【図１７】踏力比例の補助動力と実走行抵抗に応じた補助動力を使い分けるための機能を示すブロック図である。
【図１８】回生出力制御のための要部機能を示すブロック図である。
【図１９】踏力検知装置を含む人力駆動装置の要部断面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ矢視図である。
【図２１】踏力検出装置の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…車体フレーム、５…シートポスト、８…操向ハンドル、９…ブレーキレバー、１４…モータ、１７…バッテリ、２２…クランク軸、２４…ペダル、２７…チェーン、３２…ホイールハブ、３５…磁石、３７…ステータ支持板、３９…ステータコイル、４１…磁極センサ、４３…基板、４７…踏力センサ、４８…クランク回転センサ、４９…モータ回転センサ、５０…車速センサ、５９…車速変化量算出部、６２…走行抵抗算出部、７５…運転状態判別部、７７…回生指示部、７８…車速判別部、８０…路面傾斜判断部、８３…ブレーキ検出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a battery-assisted bicycle, and in particular, a battery-assisted bicycle suitable for enabling driving with a driving feeling similar to a bicycle without a battery assistance device (hereinafter referred to as “normal bicycle”). The present invention relates to a control device.
[0002]
[Prior art]
An electrically assisted bicycle having a human power drive system for transmitting a force applied to a pedal by human power, that is, a pedal force to a rear wheel, and a motor drive system capable of adding auxiliary power to the human power drive system according to the pedal force Are known. This battery-assisted bicycle is configured to assist human power with a motor output corresponding to the pedaling force and pedal rotation speed. When the pedaling force increases, the motor output increases and the human power is reduced. That is, the motor output is a pedaling force proportional output.
[0003]
It is also conceivable to generate a motor output so as to assist in the weight difference between the battery-assisted bicycle and the normal bicycle. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-127386 proposes a battery-assisted bicycle that reduces the burden on a person during hand-held travel by assisting a weight difference from a normal bicycle with a motor.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional battery-assisted bicycle, since the motor output is a pedaling force proportional output, the pedaling force that assists in the direction of amplifying this periodic change with respect to the pedaling force that periodically changes in magnitude following the pedal rotation. Power is given. Therefore, although the burden on the person can be reduced by the auxiliary power, the vehicle speed tends to fluctuate periodically.
[0005]
On the other hand, if the bicycle weight difference is covered by auxiliary power without considering the pedaling force as described in the above publication, periodic fluctuations in the vehicle speed do not occur. However, conventionally, it has not been considered that auxiliary power is given without considering the pedaling force even when riding a vehicle, and it has been limited to partial use during hand-carrying. Therefore, in consideration of traveling on an inclined road surface, other auxiliary control means such as an inclination sensor are required.
[0006]
Further, the motor that generates the auxiliary power is used only when the vehicle is driven, and the regenerative action that accompanies power generation is not considered when the vehicle is not driven. Since motor regeneration can be used to charge a battery and can also be used as an effective braking means for a vehicle, it is desired to employ the motor regeneration bicycle.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is to realize a battery-assisted bicycle that can be driven with a driving sensation that is not different from that of a normal bicycle on an inclined road surface or a flat road without amplifying periodic fluctuations in pedaling force. Another object of the present invention is to provide a control device that can utilize the regenerative action of the motor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a human power drive system for transmitting a driving force generated by human power to a rear wheel, and a motor drive system for transmitting a drive force generated by a battery-biased motor to a rear wheel. In the control device for the battery-assisted bicycle provided, auxiliary power generating means for generating a driving force according to the actual driving resistance of the vehicle by the motor drive system, driving state determining means for determining the driving state of the vehicle, and the actual driving There is a first feature in that it includes regenerative control means for supplying a regenerative instruction to the motor drive system in accordance with the driving state of the vehicle when the resistance is negative.
[0009]
According to the first feature, auxiliary power corresponding to the actual running resistance is generated on a flat ground or an uphill, while moderate braking is obtained by regeneration on a downhill where the actual running resistance decreases. You can drive as if you were driving. Further, the battery can be charged with the generated current by regeneration.
[0010]
In addition, the present invention has a second feature in that the regeneration control means supplies the regeneration instruction so that the regeneration output can be changed according to the vehicle speed, and the regeneration is performed according to the vehicle speed in a planned high vehicle speed range. A third feature is that the regeneration instruction is supplied so that the amount of change in output is gradually increased.
[0011]
According to the second feature, for example, if the regenerative output is set to increase when the vehicle speed increases due to the descending degree of the downhill, braking according to the degree of the downhill works, regardless of the degree of the downhill. It is possible to drive with a driving feeling similar to that on a flat ground. Further, according to the third feature, as the vehicle speed increases, braking works more greatly, so that the vehicle speed is limited on the downhill.
[0012]
Further, the present invention has a fourth feature in that the regeneration control means supplies the regeneration instruction so that the regeneration output is increased in response to detection of a brake operation. According to the 4th characteristic, in addition to braking by brake operation, regenerative braking is added and a vehicle can be braked effectively.
[0013]
Furthermore, the present invention has a fifth feature in that the regeneration control means prohibits the regeneration instruction in a low vehicle speed range that is expected to correspond when the vehicle is pushed. Even when the vehicle is pushed and walked, there is a case where the actual running resistance is lower than that at the time of traveling and it is determined that the vehicle is going downhill. In this case, since the regenerative output is limited, it is possible to prevent braking.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a side view of a battery-assisted bicycle having a control device according to an embodiment of the present invention. The body frame 1 of the battery-assisted bicycle includes a head pipe 2 positioned in front of the vehicle body, a down pipe 3 extending rearwardly downward from the head pipe 2, a rear fork 4 connected to the down pipe 3 and extending rearward, and a down pipe 3 And a seat post 5 that rises upward from the lowermost end.
[0015]
A front fork 6 is rotatably supported on the head pipe 2. A front wheel 7 is pivotally supported at the lower end of the front fork 6, and a steering handle 8 is attached to the upper end of the front fork 6. The steering handle 8 is provided with a brake lever 9, and a cable 10 drawn from the brake lever 9 is connected to a front wheel brake 11 fixed to the front fork 6. Similarly, a brake lever for a rear wheel brake is also provided on the steering handle 8, but is not shown. The brake lever 9 is provided with a brake sensor (not shown) that senses that the brake lever 9 has been operated.
[0016]
A pair of left and right stays 12 connected to the upper end of the seat post 5 extend rearwardly downward and are coupled to the rear fork 4 in the vicinity of the lower end. A rear wheel 13 is supported on a member formed by coupling the rear fork 4 and the stay 12, and a motor 14 serving as an auxiliary power source is provided coaxially with the hub of the rear wheel 13 supported by the member. The motor 14 is preferably a three-phase brushless motor having high torque and low friction. The specific structure and control of the motor 14 will be described later.
[0017]
A support shaft 16 having a seat 15 at the upper end is attached to the seat post 5 so that the height of the seat 15 can be adjusted. A battery 17 that supplies electric power to the motor 14 is provided below the seat 15 and between the seat post 5 and the rear wheel 13. The battery 17 is held by a bracket 18 that is fixed to the seat post 5. The bracket 18 is provided with a power supply unit 19, and the power supply unit 19 is coupled to the motor 14 with an electric wire (not shown) and connected to an electrode of the battery 17. The upper portion of the battery 17 is supported by the seat post 5 with a fastener including a band 20 and a buckle fitting 21.
[0018]
A crankshaft 22 extending to the left and right of the vehicle body is supported at the intersection of the down pipe 3 and the seat post 5, and a pedal 24 is coupled to the crankshaft 22 via a crank 23. A driving sprocket 25 is connected to the crankshaft 22 via a pedaling force sensor (not shown), and the pedaling force applied to the pedal 24 is transmitted to the driving sprocket 25 via the pedaling force sensor. A chain 27 is stretched between the drive sprocket 25 and a driven sprocket 26 provided on the hub of the rear wheel 13. A chain cover 28 is put on the tight side of the chain 27 and the drive sprocket 25. The crankshaft 22 is provided with a rotation sensor for the crankshaft 22 (not shown). As the rotation sensor, a known sensor such as a sensor used for detecting crankshaft rotation of an automobile engine can be used.
[0019]
Next, the pedaling force detection device mounted on the crankshaft 22 will be described. 19 is a sectional view around the crankshaft 22, and FIG. 20 is a view taken along the line AA in FIG. Ball bearings 102L and 102R are respectively inserted between the caps 101L and 101R screwed at both ends of the support pipe 100 fixed to the down pipe 3 and the step formed on the crankshaft 22, and the crankshaft 22 is It is supported rotatably.
[0020]
The cranks 23 are respectively fixed to the left and right ends of the crankshaft 22 by nuts 103C that fit the bolts 103B (only the right side is shown). An inner ring 105 of the one-way clutch 104 is fixed between the crank 23 and the support pipe 100. A drive sprocket 25 is rotatably supported on the outer periphery of the inner ring 105 via a bush 105A. The thrust direction position of the drive sprocket 25 is regulated by the nut 106A and the plate 106B.
[0021]
The drive sprocket 25 is integrally provided with a lid 107, and a transmission plate 108 is disposed in a space surrounded by the drive sprocket 25 and the lid 107. The transmission plate 108 is coaxial with the drive sprocket 25 and is supported so that a predetermined amount of deviation is allowed in the rotational direction about the crankshaft 22.
[0022]
A plurality (six in this case) of windows 109 are formed across the drive sprocket 25 and the transmission play 108, and compression coil springs 110 are accommodated inside the windows 109, respectively. The compression coil spring 110 acts so as to generate a drag force against the displacement when the rotational displacement occurs between the drive sprocket 25 and the transmission plate 108.
[0023]
A ratchet tooth 111 as an outer ring of the one-way clutch 104 is formed on the inner periphery of the hub of the transmission plate 108. The ratchet tooth 111 is supported by the inner ring 105 and is urged by a spring 112 in the radial direction. Engage with the claw 113. The one-way clutch 104 is provided with a dust-proof cover 114.
[0024]
The transmission plate 108 is provided with a locking hole 116 with which a pedal force transmission projection 115 fixed to the pedal force transmission ring 124 is engaged. The drive sprocket 25 is provided with a window 117 for allowing the protrusion 115 to engage with the locking hole 116, and the protrusion 115 passes through the window 117 and fits into the locking hole 116. Is done.
[0025]
A plurality (three in this case) of small windows different from the window 109 are formed across the drive sprocket 25 and the transmission plate 108, and compression coil springs 118 are accommodated inside the small windows, respectively. . The compression coil spring 118 is disposed so as to bias the transmission plate 108 toward the rotation direction 119 side. That is, it acts in a direction that absorbs backlash at the joint between the drive sprocket 25 and the transmission plate 108, and functions so that the displacement of the transmission plate 108 is transmitted to the drive sprocket 25 with good responsiveness.
[0026]
A sensor portion (stepping force sensor) 47 of the pedaling force detection device is mounted on the drive sprocket 25 near the vehicle body, that is, on the down pipe 3 side. The pedal force sensor 47 includes an outer ring 120 fixed to the drive sprocket 25, and a sensor body 121 that is rotatably provided to the outer ring 120 and forms a magnetic circuit.
[0027]
The outer ring 120 is made of an electrically insulating material and is fixed to the drive sprocket 25 with a bolt (not shown). A cover 122 is provided on the drive sprocket 25 side of the outer ring 120, and is fixed to the outer ring 120 with a set screw 123.
[0028]
FIG. 21 is an enlarged cross-sectional view of the sensor main body 121. A coil 125 is provided concentrically with the crankshaft 22, and a pair of cores 126 </ b> A and 126 </ b> B are provided on both sides of the coil 125 in the axial direction and project in the outer circumferential direction of the coil 125. In addition, an annular first derivative 127 and a second derivative 128 are provided between the cores 126A and 126B. The first derivative 127 and the second derivative 128 can be displaced from each other in the circumferential direction in accordance with the pedaling force transmitted from the pedaling force transmission ring 124, and due to this displacement, the overlapping between the cores 126 </ b> A and 126 </ b> B. Configured to vary in quantity. As a result, when the coil 125 is energized, the magnetic flux of the magnetic circuit including the cores 126A and 126B, the core collar 129, and the first derivative 127 and the second derivative 128 changes according to the treading force. Therefore, it is possible to detect a pedaling force by detecting a change in inductance of the coil 125, which is a function of the magnetic flux. In FIG. 19, reference numerals 130 and 131 are support members of the sensor body 121, reference numeral 132 is a bearing, and reference numeral 133 is a lead wire drawn from the coil 125.
[0029]
The pedaling force detection device is described in detail in the specification of the prior application of the present applicant (Japanese Patent Application No. 11-251870 (reference number A99-1026)). The pedaling force detection device is not limited to the one described above, and a known one can be appropriately selected and used.
[0030]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the motor 14. A cylinder 30 incorporating a transmission is supported by a shaft 31 on a plate 29 projecting rearward from the joint between the rear end of the rear fork 4 and the lower end of the stay 12. A wheel hub 32 is fitted on the outer periphery of the cylinder 30. The wheel hub 32 is an annular body having an inner cylinder and an outer cylinder, and the inner peripheral surface of the inner cylinder abuts on the outer periphery of the cylinder 30. A connecting plate 33 protruding from the cylinder 30 is fixed to the side surface of the wheel hub 32 by bolts 34. Neodymium magnets 35 constituting the rotor-side magnetic poles of the motor 14 are arranged at a predetermined interval on the inner periphery of the outer cylinder of the wheel hub 32. That is, the outer cylinder forms a rotor core that holds the magnet 35.
[0031]
A bearing 36 is fitted to the outer circumference of the inner cylinder of the wheel hub 32, and a stator support plate 37 is fitted to the outer circumference of the bearing 36. A stator 38 is disposed on the outer periphery of the stator support plate 37 and is attached by bolts 40. The stator 38 is arranged so as to have a predetermined slit and a rotor core, that is, an outer cylinder of the wheel hub 32, and a three-phase coil 39 is wound around the stator 38.
[0032]
A magnetic pole sensor 41 composed of a Hall element is provided on the side surface of the stator support plate 37. The magnetic pole sensor 41 detects a change in magnetic flux when a magnet 42 protruding from the wheel hub 32 passes through and outputs a position signal of the wheel hub 32 as a rotor. The magnetic pole sensor 41 is provided at three locations corresponding to each phase of the motor 14.
[0033]
Further, a control board 43 for performing energization control to the three-phase coil 39 by a position signal from the magnetic pole sensor 41 is provided on the side surface of the stator support plate 37. On this control board 43, a CPU, FET, etc. These control elements are mounted. The control board 43 can be integrated with the mounting board for the magnetic pole sensor 41.
[0034]
A spoke 44 connected to a rim of a rear wheel (not shown) is fixed to the outer periphery of the wheel hub 32. Further, a bracket 46 is fixed by a bolt 45 on the side of the stator support plate 37 opposite to the side on which the control board 43 is mounted, and the bracket 46 is coupled to the plate 29 of the vehicle body frame by a bolt (not shown). The
[0035]
Thus, the three-phase brushless motor 14 composed of the stator and the rotor arranged coaxially with the shaft 31 of the rear wheel 13 is provided, and auxiliary power added to the human power transmitted by the chain 17 and the driven sprocket 26 is provided. appear.
[0036]
Next, energization control, that is, output control for the motor 14 will be described.
FIG. 4 is a diagram showing how auxiliary power is generated on the assumed travel path, and the horizontal axis is the time axis. Here, it is assumed that the road surface starts on a flat road, passes uphill and downhill, and travels on a flat road again. In this assumed traveling road, after gradually increasing the speed from a flat road and approaching an uphill, a traveling pattern for traveling at a constant speed is set. In the figure, the driving force indicated by the curve relates to the conventional control in which auxiliary power is generated in proportion to the pedaling force, and the small curve indicates the driving force (human power) Ph by the pedaling force Ta, which is in phase with this curve. The large curve shows the auxiliary power Pm by the motor. As can be seen from this figure, in the conventional method in which the human power Ph and the auxiliary power Pm are controlled to have a one-to-one ratio, the auxiliary power Pm increases on the uphill, but the human power Ph is also at a high level. .
[0037]
On the other hand, in the present embodiment, control is performed so that a person shares a predetermined driving force, that is, a driving force corresponding to a flat ground running resistance of a light vehicle, on any road surface of a flat road, an uphill, and a downhill. Specifically, out of the running resistance Ra generated by running, only the resistance when driving a relatively light weight vehicle, which is generally called a light vehicle, on a flat road, is borne by human power, and the rest Is assisted by the output of the motor 14. As a result, the driver can drive as if driving on a light road on a flat road on any road surface. In FIG. 4, a motor torque is generated so as to give an auxiliary power Pm to a resistance Ra actually generated during traveling. At this time, the motor torque is determined so that (Ra-Pm) becomes a predetermined value. That is, the driver can drive the bicycle with a predetermined pedaling force Ta corresponding to the flat-ground running resistance of the light vehicle.
[0038]
Hereinafter, the output control will be described in more detail. However, the above content is a basic concept of output control in the present embodiment, and the specific control described below includes various modifications.
[0039]
FIG. 1 is a functional block diagram of a main part of a control device that controls the output of the motor 14 in accordance with the actual running resistance, and a calculation unit, a storage unit, and the like in this function can be realized by a microcomputer. In the figure, a pedaling force detection unit 51 detects a pedaling force Ta based on a detection signal of a pedaling force sensor 47. The crank rotation speed detector 52 detects the crank rotation speed NCR based on the detection signal of the crank rotation sensor 48. The human power calculation unit 53 calculates a driving force Ph proportional to the pedaling force input from the pedal 24 using the following equation (Equation 1). Ph = Ta * NCR * k1 (Formula 1). However, k1 is a coefficient.
[0040]
The total driving force calculation unit 54 calculates the total driving force Pw by adding the driving force Ph obtained by human power and the motor output based on the motor torque T and the motor rotation speed Nm. The motor torque T used here is the previous value, that is, the value T-1 stored in the previous value memory 61.
[0041]
The motor rotation number detector 56 detects the motor rotation number Nm based on the detection signal from the motor rotation sensor 49. The vehicle speed detector 57 detects the vehicle speed V based on the detection signal of the vehicle speed sensor 50. The magnetic pole sensor 41 can be used as the motor rotation sensor 49 and the vehicle speed sensor 50.
[0042]
The vehicle speed memory 58 stores the previous detected value V-1 of the vehicle speed V. The vehicle speed change amount calculation unit 59 calculates a difference ΔV between the previous value V-1 and the current value V of the vehicle speed V. The standard running resistance calculation unit 60 searches the map for the normal running resistance Rr of a normal bicycle according to the vehicle speed V.
[0043]
The travel resistance calculation unit 62 searches the map for each vehicle speed V based on the total driving force Pw and the vehicle speed change amount ΔV to calculate the actual travel resistance Ra. A map for obtaining the actual running resistance Ra will be described later. In the running resistance calculation unit 62, an integrated value of the total driving force Pw may be used instead of the total driving force Pw. That is, the total driving force integrating unit 55 can be provided and the output thereof can be used. The total driving force integration unit 55 integrates the total driving force Pw for each scheduled time or each scheduled period to obtain an integrated value P · h. For example, the integrated value P · h of the total driving force Pw during one rotation of the crankshaft 22 is obtained.
[0044]
The auxiliary power calculation unit 63 calculates the auxiliary power Pm by the motor 14 by subtracting the normal bicycle ground resistance Rr from the actual driving resistance Ra. The motor torque calculation unit 64 calculates a motor torque T commanded to the motor 14 based on the motor rotation speed Nm and the auxiliary power Pm. The motor torque T is obtained by searching a map set in advance as a function of the motor rotational speed Nm and the auxiliary power Pm. The calculated motor torque T is output to the control unit of the motor 14 and stored in the previous value memory 61.
[0045]
As described above, according to the above control device, the actual travel resistance Ra is obtained from the change in the vehicle speed corresponding to the input energy during the stroke of the pedal 24. Of the actual travel resistance Ra, the normal bicycle travels on flat ground. The amount obtained by removing the running resistance Rr is output from the motor 14 and added to the human power.
[0046]
FIG. 5 is a block diagram showing the main function (No. 2) of the control device. This control device includes road surface inclination determination means, and can increase or decrease the auxiliary power Pm according to the road surface inclination. In FIG. 5, an assist vehicle flat land travel resistance calculating unit 65 is provided, and a predetermined map is searched based on the vehicle speed V to calculate the assist vehicle flat land travel resistance R1. The road surface inclination determination unit 66 is based on the actual travel resistance Ra calculated by the travel resistance calculation unit 62 and the assist vehicle flat land travel resistance R1, and when the actual travel resistance Ra is larger than the flat land travel resistance R1, it is an uphill. If it is determined that the vehicle is traveling and the actual traveling resistance Ra is smaller than the scheduled value than the flat ground traveling resistance R1, it is determined that the vehicle is traveling downhill. When starting uphill, the timer 67 is started, and the auxiliary force increasing unit 68 is energized until the measurement by the timer 67 is completed. On the other hand, when starting downhill, the timer 69 is started, and the auxiliary power reduction unit 70 is energized until the measurement by the timer 69 ends.
[0047]
The auxiliary power increasing unit 68 corrects the coefficient used for calculating the auxiliary power so that the auxiliary power Pm increases, and the auxiliary power reducing unit 70 sets the coefficient used for calculating the auxiliary power to the auxiliary power Pm. Correct to decrease. The auxiliary power calculation unit 63 outputs the auxiliary power Pm corrected according to the road surface inclination according to the corrected coefficients supplied from the auxiliary power increasing unit 68 and the auxiliary power reducing unit 70.
[0048]
FIG. 6 is a diagram illustrating the timing of determining the auxiliary power. This figure shows the vehicle speed V, the pedal effort Ta, the auxiliary power Pm by the motor, and the detection / calculation timing thereof. The detection output of each sensor is read from when the minimum value of the pedaling force Ta is detected until the next time the pedaling force Ta becomes the minimum value. When the pedaling force Ta becomes the minimum value, the next calculation of the auxiliary power Pm is started based on the detection value of each sensor at that time. Further, when the pedal effort Ta becomes the minimum value, the vehicle speed V is detected, and a difference ΔV from the previous vehicle speed is calculated. For example, at the timings t1, t2, and t3, the auxiliary power Pm is calculated and the vehicle speed difference (V-V-1) is calculated. In addition, energization duty for obtaining the auxiliary power Pm started at timings t1, t2, and t3 is indicated at timings t1 ′, t2 ′, and t3 ′, respectively.
[0049]
FIG. 7 is an output control circuit diagram of the motor 14, and FIG. 8 is a diagram showing energization timing and energization duty. In FIG. 7, a full-wave rectifier 71 has FETs (generally individual switching elements) 71a, 71b, 71c, 71d, 7e, 71f connected to a three-phase stator coil 39, and these FETs 71a-71f are drivers. The energization is controlled by 72. The energization duty is set by the duty setting unit 73 based on an instruction supplied from the motor torque calculation unit 64 and input to the driver 72.
[0050]
At the drive timing at which the auxiliary power Pm is applied, a duty ratio is supplied from the duty setting unit 73 to the driver 72. The driver 72 energizes the FETs 71a to 71f and supplies a current from the battery 17 according to the duty ratio. On the other hand, when generating the regenerative output, the duty setting unit 73 supplies the energization duty to the driver 72 at the regenerative timing that is deviated by 180 degrees in electrical angle from the drive timing. 71f is energized. When the FETs 71 a to 71 f are energized at the regeneration timing, the current generated in the stator coil 39 is rectified by the FETs 71 a to 71 f and supplied to the battery 17.
[0051]
Whether the drive timing or the regeneration timing is reached is determined by the torque determination unit 74 based on the requested motor torque T supplied from the motor torque calculation unit 64. When the required value T of the motor torque is positive, the energization timing is set at the drive timing, and when the required value T of the motor torque is negative, the energization timing is set at the regeneration timing.
[0052]
In FIG. 8, the FETs 71a to 71f are energized with the conduction angle set to an electrical angle of 120 degrees. This figure shows the energization timing at the drive timing. At the regeneration timing, the high-side FETs 71a, 71c, 71e are shifted by 180 degrees in electrical angle from the drive timing.
[0053]
FIG. 9 and FIG. 10 are main part flowcharts of processing for generating auxiliary power according to actual running resistance. In the figure, in step S1, the vehicle speed V is calculated based on the detection output of the motor rotation sensor 49. In step S2, based on the vehicle speed V, a flat ground running resistance R1 of a battery-assisted bicycle (hereinafter referred to as “assist vehicle”) and a flat ground running resistance Rr of a normal bicycle (light vehicle) are calculated. For example, when a lighter vehicle with a weight of 12 kg is driven by a person with a body weight of 55 kg, the standard flat-ground running resistance Rr is used, and when a driver with a vehicle weight of 26 kg is driven by a person with a weight of 65 kg, To do.
[0054]
These flat ground running resistances R1 and Rr can be searched from a preset map. FIG. 11 is a map showing an example of the relationship between the vehicle speed V and the flat ground running resistances R1 and Rr. In the figure, the flat running resistance R1 of the assist vehicle and the flat running resistance Rr of a normal bicycle are shown as functions of the vehicle speed V, respectively. By applying the vehicle speed V to this map, it is possible to obtain the flat ground running resistance R1 of the assist vehicle and the flat ground running resistance Rr of a normal bicycle.
[0055]
Returning to FIG. 9, in step S3, the difference (V-V-1) between the vehicle speed V-1 detected last time and the vehicle speed V detected this time is calculated, and the vehicle speed change amount ΔV (deceleration when the value is negative) is calculated. Ask. In step S4, the pedal effort Ta and the crank rotational speed NCR are detected based on the detection outputs of the pedal effort sensor 47 and the crank rotation sensor 48, respectively. In step S5, an output corresponding to the pedaling force proportional to the pedaling force Ta and the crank rotational speed NCR, that is, the motor torque T0 is calculated by the following formula (Formula 2). Motor torque T0 = f (Ta, NCR) (Expression 2).
[0056]
In step S6, the output of the motor rotation sensor 49, that is, the rotation speed Nm of the motor 14 is detected. In step S7, the previous motor torque T-1 is read from the previous value memory 61. In step S8, the total of the total driving force Pw, that is, the human power Ph and the auxiliary power Pm-1, is calculated by the following equation (Equation 3). Driving force Pw = (Ta * NCR * k1) + (T-1 * Nm * k2) (Formula 3). Here, k1 and k2 are coefficients.
[0057]
In step S9, the actual running resistance Ra, which is a function of the driving force Pw, the speed change amount ΔV, and the vehicle speed V, is calculated by the following formula (Formula 4). Actual running resistance Ra = f (Pw, ΔV, V) (Formula 5). For the calculation of the actual travel resistance Ra, specifically, a relationship map of the driving force Pw, the speed change amount ΔV and the actual travel resistance Ra is prepared for each of several vehicle speeds V (for example, every 5 km / hour). This map can be searched for. Figure 12 is a driving force Pw, the relationship between the speed variation ΔV and the actual running resistance Ra, which is an example of a map which is set by the speed change amount ΔV as a parameter. Such a map is prepared for each vehicle speed V in a plurality of stages. As described above, the integrated value P · h of the total driving force for one cycle, that is, for each rotation of the crankshaft 22, may be used instead of the driving force Pw.
[0058]
In step S10, it is determined whether the road surface is inclined, that is, whether it is uphill or downhill. This determination can be made based on the value of the ratio between the actual travel resistance Ra and the flat ground travel resistance R1 of the assist vehicle. For example, when the ratio value (Ra / R1) is “5” or more, it is determined that the road is an uphill, “−1” is a downhill, and an intermediate value is determined to be flat.
[0059]
If it is determined that the vehicle is going uphill, the process proceeds to step S11, and the flag F1 indicating the downhill is cleared. In step S12, it is determined whether or not an uphill flag F0 is set. If the flag F0 is positive, the process proceeds to step S23 (FIG. 10). If step S12 is negative, "1.2" is set to the coefficient K in step S13. By increasing the coefficient K, as will be described later, the auxiliary power Pm is reduced, and it is possible to make the driver feel that the vehicle is approaching an uphill.
[0060]
In step S14, the counter value n is incremented. In step S15, it is determined whether or not the counter value n has reached “5”. If the counter value n becomes “5”, the counter value n is cleared in step S16, the flag F0 is cleared, and the inclination correction value calculation processing in step S23 (FIG. 10) (described later with reference to FIGS. 15 and 16). )I do. When the counter value n is not “5”, the process proceeds to step S24 (FIG. 10).
[0061]
On the other hand, if it is determined that the vehicle is downhill, the process proceeds to step S17 to clear the flag F0 indicating the upward inclination. In step S18, it is determined whether or not a flag F1 indicating a downhill is set. If the determination is affirmative, the process proceeds to step S23 (FIG. 10). If step S18 is negative, the coefficient K is set to “0.8”. By reducing the coefficient K, as will be described later, the auxiliary power Pm is increased, and the driver can be made aware that the vehicle has become a downhill. In step S20, the counter value m is incremented. In step S21, it is determined whether or not the counter value m has reached “3”. If the counter value m becomes “3”, the counter value m is cleared in step S22, the flag F1 is cleared, and the process proceeds to step S23. When the counter value m is not “3”, the process proceeds to step S24 (FIG. 10). If it is determined in step S10 that the road is flat, the process proceeds to step S24 without performing processing such as coefficient K and counter values m and n.
[0062]
In FIG. 10, in step S24, it is determined whether or not the brake switch is on. If the brake switch is on, the coefficient K is multiplied by a constant “1.2” in step S25, and the process proceeds to step S26. The multiplication of the coefficient K increases the regenerative output as will be described later. If the brake switch is not on, step S25 is skipped and the process proceeds to step S26. In step S26, a normal bicycle flat ground resistance Rr is multiplied by a coefficient K. In step S27, the auxiliary power Pm is calculated by the following formula (Formula 6). Auxiliary power Pm = Ra-Rr (Formula 6).
[0063]
As can be understood from the equation (6), the auxiliary power Pm decreases when the normal road running resistance Rr of a normal bicycle is large, and increases when the flat road running resistance Rr is small. In step S26, the flat ground running resistance Rr is multiplied by the coefficient K, so that the auxiliary power Pm is changed by the coefficient K. Therefore, when it is determined that the vehicle is uphill and the coefficient K is set to “1.2” (step S13), the auxiliary power Pm decreases during the period until the counter n reaches the scheduled value “5”. The driver feels an increase in load. On the other hand, when it is determined that the vehicle is downhill and the coefficient K is set to “0.8” (step S19), the auxiliary power Pm increases during the period until the counter m reaches the scheduled value “3”. The driver feels a decrease in load.
[0064]
When the coefficient K is increased in step S25, the regenerative output increases for the following reason. That is, in a situation where the brake is applied, the total driving force Pw is small, and the actual running resistance Ra is also a negative value. Therefore, by increasing the coefficient K and increasing the running resistance Rr, the negative value of the actual running resistance Ra is further increased in the process of step S27, and the regenerative output is increased. Thus, at the time of braking operation, braking can be effectively performed by regenerative braking by the motor 14.
[0065]
In step S28, the motor torque T, which is a function of the auxiliary power Pm and the motor rotation speed Nm, is calculated by the following equation (Equation 7). Motor torque T = f (Pm, Nm) (Expression 7).
[0066]
The motor torque T may be changed as follows. In step S29, the motor torque T0 corresponding to the pedaling force is added to the motor torque T. By this change, a light driving can be performed in the entire travel region.
[0067]
In step S30, the energization timing of the motor 14 is controlled. If the calculated motor torque T is positive, the control element (FET) of the full-wave rectifier 71 that controls the motor 14 is energized at the time of driving. On the other hand, if the calculated motor torque T is negative, the control element (FET) that controls the motor 14 is energized at the timing for regeneration. That is, a timing that is shifted by 180 degrees in electrical angle with respect to the driving time is set. In step S31, the duty of energization is determined based on the absolute value of the motor torque T.
[0068]
In step S32, it is determined whether or not the vehicle speed V is a predetermined low speed (for example, 5 km / hour or less) when it is determined that the vehicle is downhill. If this determination is negative, the process proceeds to step S33, and the settings of steps S26 and S27 are output to the motor 14. That is, even if it is determined that the vehicle is descending, if it is determined that the vehicle is in a low speed state such as pushing, the energization control of the motor 14 is not performed, and therefore no regenerative control output is generated.
[0069]
Step S29 can be modified as follows. In the modification of FIG. 13, in step S34, it is determined whether or not the road is flat. If the road is flat, the motor torque T0 corresponding to the pedaling force is added (step S35). Further, instead of step S35, the motor torque T can be replaced with the motor torque T0 corresponding to the pedaling force as in step S36. Thereby, on flat ground, it is possible to drive by obtaining auxiliary power Pm in proportion to the pedal effort.
[0070]
Further, step S29 can be modified as follows. In the modification of FIG. 14, in step S37, it is determined whether or not the vehicle speed V is a predetermined low speed (for example, 5 km / hour or less). If it is determined that the vehicle speed V is low, the motor torque T0 corresponding to the pedaling force is determined. Are added (step S38). Further, instead of step S38, the motor torque T is replaced with a motor torque T0 corresponding to the pedaling force proportionally as in step S39. Thereby, for example, at the start of rowing, auxiliary power is obtained by the motor torque T proportional to the pedaling force.
[0071]
FIG. 17 is a functional block diagram showing the functions of step S29 and its modifications. In the same figure, the motor torque calculation unit 64A calculates the motor torque T as a function of the auxiliary power Pm by the motor 14 and the motor rotation speed Nm, like the calculation unit 64 described with reference to FIG. Further, the motor torque calculation unit 64A calculates the motor torque T0 as a function of the driving force Ph proportional to the treading force detected by the human power calculation unit 53 and the crank rotation speed NCR. The driving state discriminating unit 75 discriminates the driving state of the vehicle based on the actual driving resistance Ra, the assist vehicle flat ground driving resistance R1, the vehicle speed V, and the like, and the added value of the motor torques T and T0 or the motor torque depending on the driving state. Command T0 to motor 14.
[0072]
Next, a specific example of step S23 will be described. In step S23, the coefficient K is corrected so as to conform to the inclination of the traveling road. First, an example of uphill correction is shown. FIG. 15 is a diagram illustrating the value of the coefficient K corresponding to the vehicle speed V when traveling uphill. FIG. 4A shows an example in which the amount of change in vehicle speed per second is less than 3 km / hour, and FIG. 5B shows an example in which the amount of change in vehicle speed is 3 km / hour or more. The initial value of the coefficient K is “1.0”. In FIG. 15A, when the vehicle speed V is low (for example, 5 km / hour or less) as at the start of rowing, the coefficient K is decreased and the auxiliary power Pm is increased. After the vehicle speed V increases, the coefficient K is returned to the initial value.
[0073]
In FIG. 15B, when the vehicle speed V is low (for example, 5 km / hour or 10 km / hour), the coefficient K is decreased and the auxiliary power Pm is increased. Then, as the vehicle speed V increases, the coefficient K is gradually returned to the initial value. That is, at the time of acceleration, the auxiliary power Pm is not suddenly decreased, but is maintained at a large value until the vehicle speed V increases to some extent (for example, 20 km / hour). It should be noted that the correction example of the uphill traveling can be applied to the traveling on a flat ground.
[0074]
Next, an example of downhill correction is shown. FIG. 16 is a diagram illustrating the value of the coefficient K corresponding to the vehicle speed V when traveling downhill. The initial value of the coefficient K is “1.0”. In FIG. 16, when the vehicle speed V is low (for example, 15 km / hour or less) as if starting rowing on a downhill, the coefficient K is decreased to reduce the regenerative output. When the vehicle speed V increases, for example, during 15 km / hour to 20 km / hour, the coefficient K is increased in proportion to the increase in the vehicle speed V, and the regenerative output is gradually increased. When the vehicle speed V further increases, the coefficient K is increased rapidly (for example, in a quadratic curve) until the vehicle speed V increases to some extent (for example, 25 km / hour). As a result, the regenerative output increases rapidly and the vehicle speed V is rapidly limited.
[0075]
FIG. 18 is a block diagram showing main functions of the regeneration control. In the figure, a running resistance discriminating unit 76 discriminates whether the actual running resistance Ra input from the running resistance calculating unit 62 is positive or negative, and activates the regeneration instruction unit 77 when negative. When the regeneration instruction unit 77 is energized by the output from the running resistance determination unit 76, the regeneration instruction unit 77 determines the driving state and supplies a regeneration output instruction to the driver 72 of the motor 104 based on the determination. The driving state is determined based on whether the brake operation is performed, whether the vehicle speed V is a planned value, or the like.
[0076]
The vehicle speed discriminating unit 78 determines whether or not the vehicle speed V is equal to or less than a scheduled value (for example, set to about the pushing walking speed). Further, the flat ground running resistance calculating unit 79 holds the flat ground running resistance R1 of the assist vehicle corresponding to the vehicle speed V in a map (as an example of FIG. 11). The traveling resistance R 1 is input to the road surface inclination determination unit 80. The road surface inclination determination unit 80 determines whether the road surface inclination is a downward inclination based on the actual traveling resistance Ra and the flat ground traveling resistance R1, and outputs a detection signal Sb when the road inclination is downward. When both the detection signals Sa and Sb are output, the AND gate 81 is opened and a regeneration instruction invalid signal is input to the regeneration instruction section 77.
[0077]
A coefficient K corresponding to the vehicle speed V is held in the vehicle speed correspondence calculation unit 82 as a map (as an example of FIG. 16), and when the vehicle speed V is input, the coefficient K corresponding to the vehicle speed is output. The brake detector 83 outputs a detection signal when the brake switch is operated. When the detection signal is supplied from the brake detection unit 83, the brake correction unit 84 multiplies the coefficient K by a predetermined value and outputs the result.
[0078]
The regeneration instruction unit 77 calculates the motor torque corrected according to the coefficient K corrected by the brake correction unit 84 and the vehicle speed range corresponding operation unit 82, determines the regenerative output, and instructs the driver 72. When the regeneration instruction invalid signal is input, the regeneration instruction unit 77 does not issue a regeneration output instruction to the driver 72.
[0079]
As described above, when the actual traveling resistance Ra is negative, the motor 14 is operated so as to generate a regenerative output. On the other hand, when it is determined that the road slope is determined to be downhill by the traveling resistance, the vehicle speed V at that time is determined. If is a low speed below the planned value, regenerative output is prohibited.
[0080]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first to fifth aspects of the invention, auxiliary power corresponding to the actual running resistance is generated on a flat ground or uphill, while regeneration is performed on the downhill where the actual running resistance is reduced. Therefore, it is possible to drive with a driving feeling similar to that on a flat ground. Further, the battery can be charged with the generated current by regeneration.
[0081]
According to the second aspect of the present invention, for example, if the regenerative output is set so as to increase when the vehicle speed increases due to the descending degree of the downhill, the braking according to the downhill degree works, regardless of the downhill degree. Therefore, it is possible to drive with a driving feeling similar to that on a flat ground. According to the invention of claim 3, as the vehicle speed increases, braking works even more greatly, so that the vehicle speed is limited on the downhill.
[0082]
According to the invention of claim 4, regenerative braking is applied in addition to braking by brake operation, and the vehicle can be braked effectively. Furthermore, according to the invention of claim 5, since the regenerative output is restricted and braking is not applied when the vehicle is pushed and walked, it is possible to easily push and walk even if regeneration is performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating main functions of a control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a battery-assisted bicycle having a control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a motor.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a change in road surface condition and a change in driving force.
FIG. 5 is a block diagram showing an auxiliary power control function at the start of an inclined surface.
FIG. 6 is a timing chart showing timing for determining auxiliary power based on vehicle speed and pedal effort.
FIG. 7 is a motor control circuit diagram.
FIG. 8 is a timing chart showing motor control timing.
FIG. 9 is a flowchart (No. 1) showing a main part of a process for generating auxiliary power according to actual running resistance.
FIG. 10 is a main part flowchart (No. 2) of processing for generating auxiliary power according to actual running resistance;
FIG. 11 is a map showing the relationship between vehicle speed and flat ground running resistance.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a map for searching for an actual running resistance based on the vehicle speed change amount and the driving force.
FIG. 13 is a flowchart according to a modified example of step S29.
FIG. 14 is a flowchart according to another modification of step S29.
FIG. 15 is a diagram (part 1) illustrating a relationship between a correction coefficient for auxiliary power and a vehicle speed.
FIG. 16 is a diagram (part 2) illustrating a relationship between a correction coefficient for auxiliary power and a vehicle speed.
FIG. 17 is a block diagram showing a function for properly using auxiliary power proportional to pedaling force and auxiliary power according to actual running resistance.
FIG. 18 is a block diagram illustrating main functions for regenerative output control.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a main part of a human power drive device including a pedaling force detection device.
20 is an AA arrow view of FIG. 19;
FIG. 21 is an enlarged cross-sectional view of a pedaling force detection device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Body frame, 5 ... Seat post, 8 ... Steering handle, 9 ... Brake lever, 14 ... Motor, 17 ... Battery, 22 ... Crankshaft, 24 ... Pedal, 27 ... Chain, 32 ... Wheel hub, 35 ... Magnet 37 ... Stator support plate, 39 ... Stator coil, 41 ... Magnetic pole sensor, 43 ... Substrate, 47 ... Treading force sensor, 48 ... Crank rotation sensor, 49 ... Motor rotation sensor, 50 ... Vehicle speed sensor, 59 ... Vehicle speed change amount calculation unit 62 ... Driving resistance calculation unit, 75 ... Driving state determination unit, 77 ... Regeneration instruction unit, 78 ... Vehicle speed determination unit, 80 ... Road surface inclination determination unit, 83 ... Brake detection unit

Claims

In a control apparatus for a battery-assisted bicycle including a human power drive system for transmitting a driving force by human power to a rear wheel and a motor drive system for transmitting a drive force by a motor (14) energized by a battery to the rear wheel ,
A driving resistance detecting means (62 ) for detecting an actual driving resistance (Ra) of the vehicle (1) and a driving force (Pm) as auxiliary power generated by the motor driving system are subtracted from the actual driving resistance (Ra). Auxiliary power generating means for generating a driving force (Pm) in the motor driving system so that the torque of the motor (14) obtained in this way becomes a predetermined value corresponding to the driving force (Ph) by human power;
The operating state discriminating means for discriminating the operating state of the vehicle (78),
Regenerative control means (77) for supplying a regeneration instruction to the motor drive system in accordance with the driving state of the vehicle when the actual running resistance (Ra) is negative. apparatus.

Vehicle speed detecting means (57) for detecting the speed of the vehicle,
The control device for a battery-assisted bicycle according to claim 1, wherein the regeneration control means (77) supplies the regeneration instruction so that the regeneration output can be changed according to the vehicle speed.

The battery-assisted bicycle according to claim 2, wherein the regeneration control means (77) supplies the regeneration instruction so that the amount of change in the regeneration output is gradually increased in accordance with the vehicle speed in a planned high vehicle speed range. Control device.

Brake operation detecting means (83) for detecting that the brake is operated is provided, and the regeneration control means (77) supplies the regeneration instruction so that the regeneration output is increased in response to detection of the brake operation. The control device for a battery-assisted bicycle according to claim 1.

The control device for a battery-assisted bicycle according to claim 1, wherein the regenerative control means (77) prohibits the regenerative instruction in a low vehicle speed range scheduled to be equivalent to pushing the vehicle.