JPH09240564A - 電動補助車両の補助力制御装置 - Google Patents

電動補助車両の補助力制御装置

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JPH09240564A
JPH09240564A JP8053388A JP5338896A JPH09240564A JP H09240564 A JPH09240564 A JP H09240564A JP 8053388 A JP8053388 A JP 8053388A JP 5338896 A JP5338896 A JP 5338896A JP H09240564 A JPH09240564 A JP H09240564A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロットル指示値の変化に対して補助力が滑
らかに変化し、違和感のない乗車フィーリングが得られ
るとともに、モータの過負荷からの保護と補助力のバラ
ンスをとることができる電動補助車両の補助力制御装置
を提供する。 【解決手段】 ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動
系７５と、電動モータ４４からの補助力を駆動輪に供給
する電力駆動系４０とを備えた電動補助車両１の補助力
制御装置において、補助力指示手段６８からのスロット
ル補助力とペダル踏力に応じたペダル補助力とを、該ス
ロットル補助力に応じてペダル補助力を変化させて合成
することにより目標補助力を求める目標補助力演算手段
１００と、該目標補助力が得られるように上記電動モー
タ４４への電力供給を制御する補助力制御手段２００と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人力駆動系と電力
駆動系とを備えた電動補助車両の補助力制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動
系と、電動モータからの補助力を駆動輪に供給する電力
駆動系とを備えた電動補助車両（例えば電動補助自転
車）が提案されている。上記補助力の設定方法として、
従来、ペダル踏力を検出し、該ペダル踏力に応じた大き
さの補助力を供給する方法が提案されている。
【０００３】上記ペダル踏力に応じた補助力（ペダル補
助力）を供給するようにした車両において、ハンドルグ
リップ近傍等にスロットルレバーを配設し、該スロット
ルレバーにより希望の補助力を外部から指示し、該指示
値に応じた補助力（スロットル補助力）が得られるよう
に上記電動モータを制御することが考えられる。
【０００４】このような２つの補助力供給系を備えた車
両における補助力の制御方法として、例えば以下の，
の方法が考えられる。 スロットル指示値が小さい間はペダル踏力に基づい
て補助力を制御し、スロットル指示値がある値以上にな
った場合には該スロットル指示値に基づいて補助力を制
御する。 ペダル踏力に基づく補助力とスロットル指示値に基
づく補助力との何れか大きい方の値を補助力とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記，の方
法を採用した場合、以下の問題点が懸念される。の場
合は、ペダル補助力からスロットル補助力への、又はそ
の逆への切り替わり時に、補助力が急変し、乗車フィー
リングが悪化し、の場合は、ペダル踏力をスロットル
指示値以上に大きくしないとペダル踏力に比例した補助
力が得られない。さらに，の何れにおいても、モー
タの過負荷に対する保護と補助力とのバランスがとり難
い。
【０００６】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、スロットル指示値の変化に対して補助力が滑らかに
変化し、違和感のない乗車フィーリングが得られるとと
もに、モータの過負荷からの保護と補助力のバランスを
とることができ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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ペダ
ル踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、電動モータか
らの補助力を駆動輪に供給する電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、補助力指示手段
からのスロットル補助力とペダル踏力に応じたペダル補
助力とを、該スロットル補助力に応じてペダル補助力を
変化させて合成することにより目標補助力を求める目標
補助力演算手段と、該目標補助力が得られるように上記
電動モータへの電力供給を制御する補助力制御手段とを
備えたことを特徴としている。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１において、目
標補助力演算手段が、上記スロットル，ペダル補助力
を、スロットル補助力が大きくなるほどペダル補助力を
小さい側に修正して合成するとこを特徴としている。
【０００９】請求項３の発明は、ペダル踏力を駆動輪に
供給する人力駆動系と、電動モータからの補助力を駆動
輪に供給する電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、補助力指示手段からのスロットル
補助力を得るのに必要なスロットル補助電流値とペダル
踏力に応じたペダル補助力を得るのに必要なペダル補助
電流値とを、上記スロットル補助力に応じてペダル補助
電流値を変化させて合成することにより目標電流値を求
める目標電流値演算手段と、上記電動モータに供給され
る電流が上記目標電流値となるように電流供給回路を制
御する電流値制御手段とを備えたことを特徴としてい
る。
【００１０】請求項４の発明は、請求項３において、上
記目標電流値演算手段が、上記スロットル，ペダル補助
電流値を、スロットル補助力が大きくなるほどペダル補
助電流値を小さい側に修正して合成することを特徴とし
ている。
【００１１】
【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ないし図６は、本発明の
一実施形態による電動補助自転車の補助力制御装置を説
明するための図であり、図１は電動補助自転車の側面
図、図２，図４は補助力制御装置の機能構成図、図３は
補助力制御装置の具体的構成を示すブロック構成図、図
５は荷重係数−スロットル入力特性図、図６は動作説明
図である。
【００１２】図１において、１は電動補助自転車であ
り、該自転車１の車体フレーム１０はヘッドパイプ１２
と、該ヘッドパイプ１２から車体後方斜め下方に延びる
ダウンチューブ１４と、該ダウンチューブ１４の後部か
ら上方に起立するシートチューブ１６と、該ダウンチュ
ーブ１４の後端から後方に延びる左, 右一対のリヤアー
ム２０，２０と、該両リヤアーム２０，２０の後端部と
上記シートチューブ１６の上端部とを結合する左, 右一
対のシートステー２２，２２とを備えている。
【００１３】上記ヘッドパイプ１２には、下端で前輪２
８を軸支し、上端に操向ハンドル２６が固着された前フ
ォーク２４が左右へ回動自在に軸支されている。また上
記シートチューブ１６にはシートポスト３０ａが高さ調
整可能に挿入されており、該シートポスト３０ａの上端
にはサドル３０が装着されている。さらにまた、上記リ
ヤアーム２０，２０の後端間には後輪３２が回転可能に
装着されており、この後輪３２のハブ３４には内装式変
速機が内蔵されている。
【００１４】また、４０は本自転車１の動力源となる動
力ユニット（電力駆動系）であり、この動力ユニット４
０は、動力ケース４２と、この動力ケース４２に一体に
接続され、後輪３２に駆動力を伝達する永久磁石式直流
電動モータ４４と、該電動モータ４４に電流を供給する
バッテリ６４と、上記電動モータ４４の駆動力を制御す
るコントローラ５４とを備えている。
【００１５】上記動力ケース４２は上記ダウンチューブ
１４の後部１４ａ下方に取付けられ、上記電動モータ４
４は斜め前上方へ突出するように車体カバー４１内に配
設されており、上記ダウンチューブ１４の後部１４ａと
平行になっている。また上記コントローラ５４は上記ダ
ウンチューブ１４の前部１４ｂ下方に位置するよう車体
カバー４１内に取付けられている。
【００１６】上記バッテリ６４は多数の電池セルを直列
接続してケース内に内蔵してなるもので、上記シートチ
ューブ１６と後輪３２の前縁との間の空間に配設された
電池ケース６０内に着脱可能に収納されている。なお、
上記電池ケース６０の上端開口部は上記左, 右のシート
ステー２２の間に位置しかつ上方に突出しており、上記
バッテリ６４は左, 右シートステー２２，２２間を通っ
て上下方向に取付け，取外し可能となっている。
【００１７】上記動力ケース４２にはクランク軸４６が
車幅方向に貫挿され、その両端にクランクアーム４８
（一方のみ図示）が固定されており、この各クランクア
ーム４８にはクランクペダル５０が取付けられている。
これによりクランクペダル５０に加えられた踏力をチェ
ーン５２を介して後輪３２に伝達する人力駆動系７５が
構成されている。
【００１８】上記車体フレーム１０のヘッドパイプ１２
への接続部近傍には、メインスイッチ５６と、走行モー
ド切り替えスイッチ６３とが配設されており、切り替え
スイッチ６３は車体カバー４１に形成された開口４１ａ
から外方に臨んでいる。また上記操向ハンドル２６のハ
ンドルグリップ近傍にはスロットルレバー（補助力指示
手段）６８が回動可能に配設されている。
【００１９】図２に示すように、上記コントローラ５４
は、スロットルセンサ１０１，踏力センサ１０２，車速
センサ１０３からの入力に応じた補助力を得るのに必要
な目標電流値を求める目標電流値演算手段１００と、モ
ータ４４に供給される電流値が上記演算手段１００で求
めた目標電流値となるように電流供給回路２１４を制御
する電流値制御手段２００としての機能を備えている。
【００２０】上記目標電流値演算手段１００は以下の構
成となっている。上記スロットルレバー６８の開度（指
示値）がスロットルセンサ１０１によってスロットル補
助トルトとして検出されて入力インターフェース１１１
３を介して入力されると、スロットル補助電流値演算手
段１１４により、車速センサ１０３から入力されたその
ときの車速、つまりモータ回転速度において上記スロッ
トル補助トルクを得るのに必要なスロットル補助電流値
が求められる。なお、上記スロットル補助トルクは、例
えばスロットル開度に比例した値に設定される。
【００２１】一方、踏力センサ１０２で検出されたペダ
ル踏力が入力インタ−フェース１１０を介して入力され
ると、ペダル補助トルク演算手段１１１により上記検出
されたペダル踏力に応じたペダル補助トルクが演算さ
れ、ペダル補助電流値演算手段１１２により、車速セン
サ１０３から入力されたそのときの車速、つまりモータ
回転速度において上記ペダル補助トルクを得るのに必要
なペダル補助電流値が求められる。なお、上記ペダル補
助トルクは、例えばペダル踏力に比例した大きさに設定
される。
【００２２】そして重ね合わせ手段１１５により上記ス
ロットル指示値に基づくスロットル補助電流値と上記ペ
ダル踏力に基づくペダル補助電流値とが後述する演算式
に従って重ね合わされ、これにより目標電流値が求めら
れる。
【００２３】また上記電流値制御手段２００は以下のよ
うに構成されている。上記モータ４４に流れる電流値に
対応した検出信号が電流検出手段２０１から入力インタ
ーフェース２１０を介して入力されると、電流値演算手
段２１１により上記モータ４４に流れている電流値が演
算され、該電流値と上記目標電流値との差分が偏差演算
手段２１２により演算され、制御量演算手段２１３によ
り上記差分を０にするために必要な制御量（例えばＰＷ
Ｍ制御におけるデューティ比の補正量）が演算される。
そして上記演算された制御量に従って電流供給回路２１
４がモータ４４に流す電流の制御を行う。
【００２４】図３は、上記電流検出手段２０１，電流供
給回路２１４の具体的構成を示す。同図において、上記
電流検出手段２０１は、モータ４４とアースとの間にシ
ャント抵抗２０１ａを介設し、該シャント抵抗２０１ａ
の両端電圧を差動増幅器２０１ｂで増幅し、フィルタ２
０１ｃにより平滑してコントローラ５４に入力するよう
に構成されている。
【００２５】本実施形態では、モータ４４とアースとの
間にシャント抵抗２０１ａを介設したので、差動増幅器
２０１ｂに入力される同相雑音が少なくなり、モータ４
４の電流値を正確に反映した信号がフィルタ２０１ｃか
ら得られる。
【００２６】上記電流供給回路２１４は、バッテリ６４
の正極とモータ４４との間にＮチャンネルのＦＥＴ２１
４ａを介設し、該ＦＥＴ２１４ａと上記コントローラ５
４との間に該ＦＥＴ２１４ａオン，オフするためのゲー
トドライブ２１４ｂを接続し、該ゲートドライブ２１４
ｂにブートストラップ回路２１５を接続した構成となっ
ている。なお、２１６はＦＥＴ２１４ａのオフ時に発生
する逆起電力の電流経路となるフライホイールダイオー
ドである。
【００２７】上記ブートストラップ回路２１５は、ＦＥ
Ｔ２１４ａにこれのソース電位の変動に関わらず常に一
定のゲート・ソース間電圧を印加するためのものであ
る。なお、このブートストラップ回路２１５は、バッテ
リの２４Ｖを１２Ｖ直流電圧に降圧する降圧回路２１５
ａと、逆流防止用ダイオード２１５ｂと、降圧回路２１
５ａにより充電されるコンデンサ２１５ｃとを備えてい
る。
【００２８】図４〜図６は上記スロットル指示値に基づ
くスロットル補助力とペダル踏力に基づくペダル補助力
との重ね合わせ（合成）方法を説明するための図であ
る。図４に示すように、スロットルセンサ１０１から入
力されたスロットル補助トルクＴｘが上記スロットル補
助電流値演算手段１１４によってスロットル補助電流値
Ｉｘに変換され、また踏力センサ１０２からのペダル踏
力に基づいてペダル補助トルク演算手段１１１によって
得られたペダル補助トルクＴｙが上記ペダル補助電流値
演算手段１１２によってペダル補助電流値Ｉｙに変換さ
れる。
【００２９】そして上記重ね合わせ手段１１５によっ
て、上記ペダル補助電流値Ｉｙに荷重係数ｗを乗算する
ことにより修正した修正ペダル補助電流値（ｗ・Ｉｙ）
が求められ、該修正ペダル補助電流値に上記スロットル
補助電流値を加算した目標電流値（Ｉｘ＋ｗ・Ｉｙ）が
求められる。
【００３０】ここで上記荷重係数ｗは、上記ペダル補助
電流値をスロットル指示値が大きくなるほど小い側に修
正するためのものである。即ち、荷重係数ｗは、ｗ＝
（１−Ａ・Ｔｘ／Ｔｘｍ）で求められ、図５に示すよう
に、スロットル補助トルクＴｘ（スロットル入力）が大
きいほど小さくなり、この小さくなる場合の程度は上記
式中の係数Ａによって変化する。即ち、Ａが１に近づく
ほとペダル補助電流値Ｉｙを小さい側に大幅に修正し、
従ってペダル踏力による補助力の寄与分が小さくなる。
【００３１】本実施形態装置によれば、まずスロットル
レバー６８の開度（スロットル指示値）に応じたスロッ
トル補助トルクＴｘを得るのに必要なスロットル補助電
流値Ｉｘが求められ、ペダル踏力に応じたペダル補助ト
ルクＴｙを得るのに必要なペダル補助電流値Ｉｙが求め
られ、該ペダル補助電流値Ｉｙを荷重係数ｗによりスロ
ットル指示値が大きいほど小さくなるように修正した修
正ペダル補助電流値を上記スロットル補助電流値Ｉｘに
加えて目標電流値が求められる。そして次に上記モータ
４４に流れる電流値が上記目標電流値となるように電流
供給回路２１４がフィードバック制御により制御され
る。
【００３２】図６は、上記係数Ａが１の場合の目標電流
値（モータ電流）を示す。まずスロットル開度、つまり
スロットル補助トルクＴｘが０〜Ｔｘｏの場合、ｗ＝
１，Ｔｘ／Ｔｘｍ＝０，Ｉｘ＝０であることから目標電
流値はペダル補助電流値Ｉｙそのものであり、同図
（ａ）に示すようにペダル踏力の変化にそのまま対応し
た特性を示す。
【００３３】一方、Ｔｘ＝Ｔｘｍ／２の場合、ｗ＝0.5
であることから、目標電流値はスロットル補助電流値Ｉ
ｘとペダル補助電流値Ｉｙの１／２との和となり、同図
（ｂ）に示すようになる。同図（ａ）の場合よりも補助
電流値の変動が小さくなっている。
【００３４】またＴｘ＝Ｔｘｏ′〜Ｔｘｍの場合、ｗ＝
０であることから、目標電流値はスロットル補助電流値
Ｉｘそのものであり、同図（ｃ）に示すようにＩｘｍ一
定となる。
【００３５】このように、常時、スロットルレバー６８
で指示されたスロットル補助トルクＴｘに比例したスロ
ットル補助電流値Ｉｘと、ペダル踏力に基づくペダル補
助トルクＴｙに比例したペダル補助電流値Ｉｙとを合成
して目標電流値を求めるようにしたので、ペダル補助力
とスロットル補助力とを切り替えるようにした場合等に
比較して補助力の変動が小さくなり、補助感が良好とな
り、走行フィーリングが向上する。
【００３６】またスロットル開度が大きくなるにつれて
ペダル踏力に基づくペダル補助電流値Ｉｙを小さくした
ので、スロットルの変化に対するペダル踏力の寄与分が
滑らかに変化し、スロットル変化に対して補助感が急変
することがなく、自然な補助感の変化が可能である。
【００３７】スロットル側からのスロットル補助電流値
Ｉｘと、ペダル補助電流値Ｉｙを荷重係数ｗで修正した
ものとを加算するようにしたので、荷重係数ｗの調整に
よりモータに流す平均電流の上限を任意に設定可能であ
り、モータを過負荷から確実に保護できる。
【００３８】また目標電流値を求め、モータ４４を流れ
る電流値が上記目標電流値となるように電流値を制御す
るようにしたので、電圧制御を行う場合に比較して必要
な補助トルクを高い精度で発生させることができる。
【００３９】また本実施形態では、目標電流値演算手段
１００及び電流値制御手段２００をコントローラ５４の
ＣＰＵにおけるソフトウェア処理によって実現したの
で、装置コストを低減できるとともに、制御動作の確実
性を高めるための各種の処理内容を付加することが可能
である。例えば、上記偏差演算手段２１２の処理におい
て、目標電流値とモータ電流値との差分が許容値を越え
た場合にはフェールセイフ処理をするようなプログラム
とすることにより、電流値検出手段２０１の故障等の事
故時にも対応できる。
【００４０】なお、上記実施形態では、スロットル補助
トルクからスロットル補助電流値を求め、ペダル補助ト
ルクからペダル補助電流値を求め、該両補助電流値を合
成して目標補助電流値を求めたが、スロットル補助トル
クとペダル補助トルクとを、スロットル補助トルクが大
きいほどペダル補助トルクを小さく側に修正して合成
し、該合成された補助トルクから必要な補助電流値を求
めるようにしてもよく、このようにしたのが請求項１，
２の発明である。
【００４１】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
スロットル補助トルクとペダル補助トルクとをスロット
ル補助トルクに応じてペダル補助トルクを修正して合成
し、また請求項３の発明によれば、スロットル補助電流
値とペダル補助電流値とをスロットル補助電流値に応じ
てペダル補助電流値を修正して合成するようにしたの
で、つまり常時スロットル側の補助力とペダル側の補助
力とを合成するようにしたので、上記ペダル補助力とス
ロットル補助力とを切り替えるようにした場合に比較し
て補助感が良好であり、走行フィーリングを向上できる
効果がある。
【００４２】また請求項２，４の発明によれば、スロッ
トル補助力又はスロットル補助電流値と、スロットル指
示値が大きくなるほどペダル踏力からの補助力又は補助
電流値を小さい側に修正したものとを合成するようにし
たので、スロットル変化に対する踏力の寄与分を滑らか
に変化させることができ、スロットル変化に対して補助
感が急変することのない自然な補助感の変化を実現でき
る効果がある。
【００４３】またペダル側の補助力，又は補助電流値を
修正する場合の荷重係数を適宜調整することによりモー
タに流す平均電流の上限を任意に設定でき、モータを過
負荷から保護できる効果がある。
【００４４】さらにまた請求項３，４の発明によれば、
補助力を制御する場合に、該補助力に対応した目標電流
値を求め、電動モータに供給される電流値を目標電流値
に一致するように制御したので、上記補助力を高い精度
で発生できる効果がある。
【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機能構成図である。
【図３】上記補助力制御装置のブロック構成図である。
【図４】上記補助力制御装置の機能構成図である。
【図５】上記補助力制御装置の荷重係数とスロットル入
力との関係を示す特性図である。
【図６】上記補助力制御装置の動作を説明するためのモ
ータ電流特性図である。
【符号の説明】
１ 電動補助自転車 ４０ 電力駆動系 ４４ 電動モータ ６８ スロットルレバー（補助力指示手段） ７５ 人力駆動系 １００ 目標電流値演算手段 １０２ 踏力センサ（踏力検出手段） １１１ ペダル補助力演算手段 １１２ ペダル補助電流値演算手段 １１４ スロットル補助電流値演算手段 ２００ 電流値制御手段 ２１４ 電流供給回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動
    系と、電動モータからの補助力を駆動輪に供給する電力
    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、補助力指示手段からのスロットル補助力とペダル踏
    力に応じたペダル補助力とを、該スロットル補助力に応
    じてペダル補助力を変化させて合成することにより目標
    補助力を求める目標補助力演算手段と、該目標補助力が
    得られるように上記電動モータへの電力を制御する補助
    力制御手段とを備えたことを特徴とする電動補助車両の
    補助力制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、目標補助力演算手段
    が、上記スロットル，ペダル補助力を、スロットル補助
    力が大きくなるほどペダル補助力を小さい側に修正して
    合成するとこを特徴とする電動補助車両の補助力制御装
    置。
  3. 【請求項３】 ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動
    系と、電動モータからの補助力を駆動輪に供給する電力
    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、補助力指示手段からのスロットル補助力を得るのに
    必要なスロットル補助電流値とペダル踏力に応じたペダ
    ル補助力を得るのに必要なペダル補助電流値とを、上記
    スロットル補助力に応じてペダル補助電流値を変化させ
    て合成することにより目標電流値を求める目標電流値演
    算手段と、上記電動モータに供給される電流が上記目標
    電流値となるように電流供給回路を制御する電流値制御
    手段とを備えたことを特徴とする電動補助車両の補助力
    制御装置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、上記目標電流値演算
    手段が、上記スロットル，ペダル補助電流値を、スロッ
    トル補助力が大きくなるほどペダル補助電流値を小さい
    側に修正して合成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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000168672A (ja) * 1998-12-04 2000-06-20 Suzuki Motor Corp 電動補助自転車
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