JP4744283B2 - 補助動力付き車両 - Google Patents

Description

本発明は電動自転車などの補助動力付き車両に関するものである。

人力による駆動力に、電動モータを備えたモータユニットの補助駆動力を加えることで、上り坂などでも楽に走行可能な電動自転車は既に実用化されている。この種の電動自転車においては、一般に、人力による駆動力として踏力をトルクセンサ等により検出し、この踏力に対して一定のアシスト率（基準アシスト率と称す）を積算した値を補助駆動力として算出し、この補助駆動力を電動モータから発生させて人力駆動力に加える構成とされている。

しかし、常に一定のアシスト率であると、例えば、平坦路や下り坂において発進時に運転者が大きな踏力を加えた場合に、これに対応する大きな補助駆動力が加えられて、急発進する恐れがある。

このような不具合を防止するものとして、特許文献１には、電動自転車等の車両の発進時に、常に一定の低いアシスト率とし、その後、時間の経過に伴って、徐々に所定の割合（例えば、１０％ずつ）でアシスト率を増加させ、所定時間後に最終的な基準アシスト率に戻す方法（いわゆるソフトスタート）が開示されている。この方法によれば、平坦路や下り坂において発進時に大きな踏力を加えた場合でも、車両が急発進することを防止できる。

しかしながら、このソフトスタート方法によれば、発進時には常に低いアシスト率となって、小さな補助駆動力しか付加されないので、上り坂での発進を良好に行えない可能性が高くなってしまう。

これに対処するものとしては、上記ソフトスタートの方法に加えて、電動自転車に車両の傾斜角度を測定する角度センサを設け、傾斜角度が大きいほど、アシスト率を増加させる方法を組み合わせることが考えられる。なお、角度センサは、例えば、角度検知用のおもり（接触子）を所定の空間（例えば複数の電極接点が外周に配設された球状のセル空間）内に配設し、おもりの接している電極接点の位置に基づいて傾斜角度を検出するようになっている。
特許第３４８０９９８号公報

しかしながら、上記のように、電動自転車に角度センサを設け、傾斜角度が大きいほど、アシスト率を増加させる方法を採用する場合には、角度センサを別途に設けなければならないため、その分、製造コストの増加を招くとともに、角度センサによる誤判定の恐れがあるので、このような場合に不適正なアシスト率に設定してしまうおそれがある。つまり、上り坂で急発進した際に、その反動でおもりが慣性により元の位置に留まろうとして、角度センサが実際の角度よりも大きい傾斜角度であると誤判定し、実際の傾斜状態に適したアシスト率よりも大きいアシスト率となって過大な補助駆動力が発生したり、発進を急に止めた際におもりが慣性により移動しようとし、その反動で、傾斜角度センサが実際の角度よりも小さい傾斜角度であると誤判定し、実際の傾斜状態に適したアシスト率よりも小さいアシスト率となって補助駆動力が不足したりするおそれがある。

本発明は上記課題を解決するもので、製造コストの増加を最小限に抑えることができながら、発進時に、走行箇所の傾斜角度などに対応して適切な補助駆動力を加えることができる電動自転車などの補助動力付き車両を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明の補助動力付き車両は、人力による駆動力を検出する人力駆動力検出手段と、人力駆動力にアシスト率を積算して算出した補助駆動力を発生する補助駆動力発生手段と、車両の走行する速度を検出する速度検出手段と、車両の発進を検知する発進検知手段と、車両の発進時に、人力駆動力と補助駆動力との和が増加判定用駆動力値よりも大きいにもかかわらず車両の速度が下限判定速度以下である場合には、予め設定した基準アシスト率よりも大きなアシスト率に変更し、人力駆動力と補助駆動力との和がまだ減少判定用駆動力値よりも小さいにもかかわらず車両の速度が上限判定速度よりも大きい場合には、基準アシスト率よりも小さなアシスト率に変更するアシスト率制御手段とを備えたことを特徴とする。

この構成により、平坦路や下り坂において発進時に比較的大きな踏力が加えられる過程において、人力駆動力と補助駆動力との和がまだ減少判定用駆動力値よりも小さいにもかかわらず車両の速度が上限判定速度よりも大きい場合には、アシスト率制御手段によって基準アシスト率よりも小さなアシスト率に変更される。したがって、平坦路や下り坂において大きな踏力が加えられた際でも、前もって小さなアシスト率に変更されて、付加される補助駆動力が小さめになるので、急発進を防止することができる。

また、上り坂において発進時に比較的大きな踏力が加えられて、人力駆動力と補助駆動力との和が増加判定用駆動力値よりも大きいにもかかわらず車両の速度が下限判定速度よりも小さい場合には、アシスト率制御手段により基準アシスト率よりも大きなアシスト率に変更されて、付加される補助駆動力が大きくなるので、傾斜勾配の大きい上り坂でも良好に発進することが可能となる。

以上のように本発明によれば、傾斜角度センサを設けることなく、平坦路や下り坂において急発進することを防止することができ、かつ、上り坂でも良好に発進することができる。しかも、角度センサを別途に設けなくても済むので、その分だけ、製造コストを安価にすることができるとともに、角度センサを用いたことによる、傾斜角度の誤判定による不具合の発生も防止することができて、良好な信頼性を維持できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明の補助駆動装置付き車両の実施の形態としての電動自転車は、図１、図２に示すように、人力駆動力に付加する補助駆動力を発生する補助駆動力発生手段としての電動モータ１と、この電動モータ１などに電気を供給するバッテリ２と、電動自転車の走行速度を検出する速度検出手段３と、クランク軸に対向する箇所などに配置され、運転者がペダル９を踏み込む踏力である人力駆動力を検出する人力駆動力検出手段としてのトルクセンサ４と、電動モータ１から出力される補助駆動力による負荷がモータ電流にほぼ比例することからこのモータ電流を検出し、その測定結果から前記補助駆動力を算出する補助駆動力検出手段５と、電動自転車の発進を検知する発進検知手段６と、発進時に、人力駆動力と補助駆動力との和（以下、合計駆動力と称す）が増加判定用駆動力値よりも大きいにもかかわらず電動自転車の速度が下限判定速度よりも小さい場合には、予め設定した基準アシスト率よりも大きなアシスト率に変更し、合計駆動力がまだ減少判定用駆動力値よりも小さいにもかかわらず電動自転車の速度が上限判定速度よりも大きい場合には、基準アシスト率よりも小さなアシスト率に変更するアシスト率制御手段７と、電動自転車のハンドルなどに取付けられて電力の供給をＯＮ・ＯＦＦする電源操作スイッチ８と、図示しない記憶部などを備えている。なお、この実施の形態においては、制御部１０内に、補助駆動力検出手段５、発進検知手段６、アシスト率制御手段７等が設けられているが、これに限るものではない。

ここで、電動モータ１の出力ギアは、補助駆動力伝達ギアを介して、ペダル９の回転を後輪に伝達するチェーン１１に噛み合って連動するようになっており、速度検出手段３は、例えば、電動モータ１の回転変位量を計測する回転位置センサにより電動モータ１の回転変位量を計測し、計測した回転変位量のデータに基づいて電動自転車の速度データを算出する構成とされている。しかし、これに限るものではなく、別途に設けた速度センサを用いて電動自転車の速度、すなわち車速を計測したり、後輪や前輪の回転量を検知するセンサを設けて速度を算出するものであってもよい。

発進検知手段６は、電源操作スイッチ８がＯＮ状態に切り換えられた状態で、車速が０である状態から、踏力が所定値（例えば２ｋｇなど、実質的にペダルに踏力が付加されたと推定される値）以上となった場合に、運転者が電動自転車を発進させようと意図していると判定して、制御部１０において発進開始状態であると認識する。

また、アシスト率とは、人力駆動力に積算して補助駆動力を算出する補助駆動率（積算係数）であり、基準となるアシスト率（例えば、１００％）が予め設定されている。
アシスト率制御手段７は、車両の発進時、例えば、車両の発進であると判定されてから所定時間（例えば、１０秒間）以内に、合計駆動力が増加判定用駆動力値よりも大きいにもかかわらず、車速が下限判定速度（例えば、時速１ｋｍなど、実質的に車速が０よりも大きくなったこと（実際に発進できたこと）を認識できる速度）よりも小さい場合には、基準アシスト率よりも大きなアシスト率（例えば、１５０％や２００％）に変更する。また、合計駆動力がまだ減少判定用駆動力値よりも小さいにもかかわらず、車速が上限判定速度（例えば、時速５ｋｍ、または、実質的に車速が０よりも大きくなったこと（実際に発進できたこと）を認識できる速度でもよい）よりも大きい場合には、基準アシスト率よりも小さなアシスト率（例えば、５０％）に変更する。

なお、踏力や車速、補助駆動力は随時検出され、その検出時間間隔としては例えば１０ｍｓとして、複数の連続する検出値の移動平均値を用いるとよいが、これに限るものではない。

上記構成において、運転者が電動自転車に乗って電源操作スイッチ８をＯＮにすると、図３に示すように、まず、予め設定されている基準アシスト率に初期設定される（ステップＳ１）。そして、ペダル９に踏力が作用されたか（ペダルへの実質的な踏力が０よりも大きくなったか）どうかが判定され（ステップＳ２）、踏力が０より大きくなった場合には運転者により踏力がかけられて発進しようとしていると判定し、踏力を検知開始した時点を発進開始時として認識する（ステップＳ３）。

発進開始が認識されると、まず、合計駆動力が、減少判定用駆動力値よりも小さいかどうかが判定される（ステップＳ４）。そして、合計駆動力が減少判定用駆動力値よりも小さい場合にはステップＳ５に進み、このステップＳ５において、車両の速度が上限判定速度よりも大きかどうかが判定される。車速が上限判定速度よりも大きい場合には、アシスト率制御手段７により、基準アシスト率よりも小さなアシスト率に変更される（ステップＳ６）。したがって、図４（ａ），（ｂ）に簡略的に示すように、平坦路や下り坂などにおいて発進時に大きな踏力Ｔ１が加えられた場合でも、踏力Ｔ１が最大となる前に、小さなアシスト率に変更されて、人力駆動力（踏力Ｔ１）に付加される補助駆動力Ｔ２が小さめに抑えられる。この結果、合計駆動力Ｔ３も小さめに抑えられるので、電動自転車が急発進することが防止され、安全性が向上する。なお、図４（ａ）におけるＴ４は比較例としての、アシスト率が変更されない場合の合計駆動力、図４（ｂ）におけるＶ１は車速、Ｖ２は比較例としての、アシスト率が変更されない場合の車速である。

なお、比較例として、図５（ａ）により、平坦路における通常の発進時にアシスト率が変更されない場合の駆動力と時間との関係を簡略的に示し、また、図５（ｂ）により、その場合の車速と時間との関係を示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）において、Ｔ１は踏力（人力駆動力）、Ｔ２は補助駆動力、Ｔ３は合計駆動力、Ｖ１は車速である。

また、ステップＳ４において、合計駆動力が減少判定用駆動力値よりも小さいと判定された場合でも、ステップＳ５において、車速が上限判定速度以下であると判定された際には、アシスト率が基準アシスト率のまま維持される。

また、ステップＳ４において、合計駆動力が減少判定用駆動力値よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ７に進み、合計駆動力が、増加判定用駆動力値よりも大きいかどうかが判定される。合計駆動力が増加判定用駆動力値よりも大きい場合には、ステップＳ８に進み、車両の速度が下限判定速度以下であるかどうかが判定される。車両の速度が下限判定速度以下である場合には、ステップＳ９において、アシスト率制御手段７により、基準アシスト率よりも大きなアシスト率に変更される。したがって、傾斜勾配の大きい上り坂の途中から発進する場合のように、ペダルを比較的強い力で踏み込んでいるにもかかわらず、車速が上がらない（下限判定速度以下である）場合には、図６（ａ），（ｂ）に簡略的に示すように、大きなアシスト率に変更されて、人力駆動力に大きな補助駆動力が付加されるので、上り坂でも良好に発進することができる。なお、図６（ａ）におけるＴ１は踏力、Ｔ２は補助駆動力、Ｔ３は合計駆動力、Ｔ４は比較例としての、アシスト率が変更されない場合の合計駆動力、図６（ｂ）におけるＶ１は車速、Ｖ２は比較例としての、アシスト率が変更されない場合の車速である。

なお、発進開始時から所定時間経過するまで、すなわち、発進時において、上記アシスト率の調整のための制御が行われる。
このように、発進開始時から所定時間経過するまでの発進時には、上記のようにして、発進状態に適したアシスト率に変更され、良好に発進することができ、かつ、安全性も向上する。

また、電動自転車が変速機付き（例えば、３段変速）の場合に、発進時に何れの変速段になっていても、その変速段の連結状態に応じて、急発進することなく良好に発進できる利点がある。すなわち、例えば、第１速（いわゆるＬｏｗの高減速比）の場合でも、自動的に、場合に応じて、小さいアシスト率に調整されて、急発進することも防止される。

また、本発明によれば、角度センサを別途に設けなくても済むので、その分だけ、製造コストを安価にすることができるとともに、角度センサを用いたことによる、傾斜角度の誤判定による不具合の発生も防止することができて、さらに信頼性が向上する。

なお、車速や、踏力（人力駆動力値）、アシスト率は、上記実施の形態に限るものではないことはもちろんである。また、上記の実施の形態では、条件に適合した場合には、アシスト率を１度に大幅に変更した場合を述べたが、これに限るものではなく、条件に適合した場合に、徐々に（複数回に分けて）、アシスト率を下げたり上げたりしてもよい。また、上記実施の形態では、発進時を、発進開始時から所定時間経過するまでと規定した場合を述べたが、これに限るものではなく、発進開始時から所定時間経過しても、所定の車速に達しない場合には、このときも発進時とみなして、徐々にアシスト率を上昇させてもよい。

また、上記実施の形態では、補助駆動装置付き車両としての電動自転車である場合を述べたが、これに限るものではなく、電動車椅子や、電動バイクなどにも適用可能であり、これらに適用した場合でも、良好、かつ安全に発進することが可能となる。

また、上記においては、電動自転車が上り坂を上ろうとすることで走行抵抗が大きい場合を説明したが、電動自転車の発進時に風などが強く吹いたりして電動自転車の走行抵抗が大きくなる場合にも対応可能である。

本発明の補助動力装置付き車両は、電動自転車、電動バイク、電動車椅子などに利用することができる。

本発明の実施の形態に係る電動自転車のモータ出力の制御系の概略的なブロック図 同電動自転車の側面図 同電動自転車の制御動作を示すフローチャート （ａ）および（ｂ）は、同電動自転車の平坦路や下り坂などで、強い踏力を付加して発進する場合の各駆動力と時間との関係を示す図、および、車速と時間との関係を示す図 （ａ）および（ｂ）は、同電動自転車の平坦路で通常の踏力を付加して発進する場合の各駆動力と時間との関係を示す図、および、車速と時間との関係を示す図 （ａ）および（ｂ）は、同電動自転車の上り坂で踏力を付加して発進する場合の各駆動力と時間との関係を示す図、および、車速と時間との関係を示す図

符号の説明

１ 電動モータ（補助駆動力発生手段）
２ バッテリ
３ 速度検出手段
４ トルクセンサ（人力駆動力検出手段）
５ 補助駆動力検出手段
６ 発進検知手段
７ アシスト率制御手段
９ ペダル
１０ 制御部

Claims (2)

1. 人力による駆動力を検出する人力駆動力検出手段と、
   人力駆動力にアシスト率を積算して算出した補助駆動力を発生する補助駆動力発生手段と、
   車両の走行する速度を検出する速度検出手段と、
   車両の発進を検知する発進検知手段と、
   車両の発進時に、人力駆動力と補助駆動力との和が増加判定用駆動力値よりも大きいにもかかわらず車両の速度が下限判定速度以下である場合には、予め設定した基準アシスト率よりも大きなアシスト率に変更し、人力駆動力と補助駆動力との和がまだ減少判定用駆動力値よりも小さいにもかかわらず車両の速度が上限判定速度よりも大きい場合には、基準アシスト率よりも小さなアシスト率に変更するアシスト率制御手段とを備えた補助動力付き車両。
2. 補助動力付き車両が電動自転車である請求項１に記載の補助動力付き車両。

Images