JPH09267791A - 補助動力付き車両の補助動力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の走行状態に応じて適当な大きさの補助
動力を供給することができ、もって走行フィーリングを
向上することができる補助動力付き車両の補助動力制御
装置を提供する。 【解決手段】 ペダル踏力を駆動輪３２に供給する人力
駆動系と、電動モータ４４からの補助力を駆動輪３２に
供給する電力駆動系４０と、クランク軸４６への人力ト
ルク及び車速に応じて上記補助力を可変制御する補助力
制御手段として機能するＣＰＵ７０とを備えた補助動力
付き自転車の補助動力制御装置６８において、上記ＣＰ
Ｕ７０が、発進時と惰行から力行に移行する再加速時と
を判別検出する発進・再加速判別手段として、また、発
進時と再加速時とで補助動力の供給状態が異なるように
電力駆動系４０を制御する補助力制御手段として機能す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人力トルク（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
の補助動力を駆動輪に供給する電力駆動系と、クランク
軸への人力トルク及び車速に応じて上記補助動力を可変
制御する補助動力制御手段とを備えた補助動力付き車両
の補助動力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ペダルに入力される人力トルク
（ペダル踏力）及び車速に応じて電動モータから補助動
力を供給するようにした補助動力付き車両が提案されて
いる。この種の車両では、停車状態から発進する時は、
人力トルクは大きく、かつ車速は零に近いことから大き
な補助動力が供給されるようになっている。また、上記
人力トルクや車速の検出は、不法改造を回避するため、
及び坂道の下りではモータを停止させて消費電力の削減
を図るなどの目的から、クランク軸に入力されるトルク
やクランク軸の回転速度を検出して行うのが一般的であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ように、人力トルクや車速として、クランク軸に入力さ
れるトルクやクランク軸の回転速度を用いると、惰性で
走行している時はクランク軸は回転しないことから車速
が０と検出されて停止状態と判断されるため、惰行状態
から人力による力行状態に移行する際に発進時用の大き
な補助動力が供給されて、走行フィーリングが悪化する
という問題がある。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、車両の走行状態に応じて適当な大きさの補
助動力を供給することができ、もって走行フィーリング
を向上することができる補助動力付き車両の補助動力制
御装置を提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、人力
トルク（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動力を駆動輪に供給する電力
駆動系と、クランク軸への人力トルク及び車速に応じて
上記補助動力を可変制御する補助動力制御手段とを備え
た補助動力付き車両の補助動力制御装置において、発進
時と惰行から力行に移行する再加速時とを判別検出する
発進・再加速判別手段を備え、上記補助動力制御手段
が、発進時と再加速時とで補助動力の供給状態が異なる
ように上記電力駆動系を制御することを特徴としてい
る。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１において、上
記補助動力制御手段が、再加速時の人力トルクに対する
補助動力の割合（補助比）を発進時の補助比より小さく
制御することを特徴としている。

【０００７】請求項３の発明は、請求項２において、上
記補助動力制御手段が、再加速時の補助比を所定時間経
過後に発進時の補助比に一致するように漸増することを
特徴としている。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１ないし３の何
れかにおいて、上記補助動力制御手段が、再加速時の補
助動力供給開始判定トルク（所定値Ｔ′）を発進時の補
助動力供給開始判定トルク（所定値Ｔ）より小さく制御
することを特徴としている。

【０００９】請求項５の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、上記発進・再加速判別手段が、人力トル
クが所定値Ｔに達した時にクランク軸回転速度が所定値
Ｖ以下の場合には発進時であると判別し、人力トルクが
所定値Ｔに達した時にクランク軸回転速度が所定値Ｖ以
上の場合には再加速時であると判別することを特徴とし
ている。

【００１０】請求項６の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、上記発進・再加速判別手段が、人力トル
クが所定値Ｔに達した後にクランク軸回転速度が所定値
Ｖに達した場合には発進時であると判別し、クランク軸
回転速度が所定値Ｖに達した後に人力トルクが所定値Ｔ
に達した場合には再加速時であると判別することを特徴
としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１ないし図７は本発明の一実施形態
のによる補助動力付き自転車の補助動力制御装置を説明
するための図であり、図１は上記自転車の側面図、図２
は上記自転車の給電装置の構成を示す図、図３は別のタ
イプの電池の構成を示す図、図４，５は上記自転車の人
力トルク，クランク軸回転速度の経過時間との関係を示
す特性図、図６は再加速時の補助比の漸増状態を示す特
性図、図７は上記制御装置の動作を説明するためのフロ
ーチャート図である。

【００１２】図１において、１は補助動力付き自転車で
あり、該自転車１の車体フレーム１０はヘッドパイプ１
２と、該ヘッドパイプ１２から車体後方斜め下方る延び
るダウンチューブ１４と、該ダウンチューブ１４の後部
から上方へ起立するシートチューブ１６と、該ダウンチ
ューブ１４の後端部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
節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は当該補助動力付き自転車の動
力源となる動力ユニット（電力駆動系）を示しており、
この動力ユニット４０は、動力ケース４２と、この動力
ケース４２に斜前上方へ突出するように車体カバー４１
内に配設された永久磁石式直流電動モータ４４とを備え
ている。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４４は
ダウンチューブ１４の後部１４ａと平行となっている。

【００１５】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（人力ト
ルク）をチェーン５２を介して後輪に伝達する人力駆動
系７５が構成されている。

【００１６】上記クランクペダル５０に加えられた人力
トルクは動力ケース４２内に設けられた踏力センサ７３
（図２参照）により検出されており、上記電動モータ４
４の出力（補助動力）は、コントローラ５４により、上
記人力トルク及びクランク軸回転速度に基づいて制御さ
れる。そして、上記ペダル５０に加えられた人力トルク
と電動モータ４４からの補助動力とが動力ケース４２内
で合成され、該合力がチェーン５２を介して後輪３２に
伝えられる。なお、上記モータ４４の出力制御を行うコ
ントローラ５４は、上記ダウンチューブ１４の前部１４
ｂ下方に位置するよう車体カバー４１内に取り付けられ
ている。

【００１７】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、乗り手の
体力，好み等に応じた補助動力の供給程度等が記憶され
たメモリカード（不図示）を挿入する挿入口６３とが配
設されており、該メインスイッチ５６，及び挿入口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。

【００１８】また、６４は上記動力ユニット４０の電源
となるニカド電池を示している。このニカド電池６４
は、図２に示すように、多数の電池セル６６を直列接続
してケース内に内蔵してなるものであり、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
記ニカド電池６４は左，右のシートステー２２，２２間
を通って上下方向に取付け，取り外しされる。

【００１９】上記ニカド電池６４のケース底部外面に
は、陽極，陰極端子６４ａ，６４ｂと、電池種別を判断
するための判別端子６４ｃとが形成されている。ここで
上記判別端子６４ｃは陰極端子（アース端子）６４ｂに
内部接続されている。なお、上記判別端子６４ｃを電池
セル６６の陰極側寄りに接続することも可能である。

【００２０】また上記電池ケース６０の底部内面には上
記ニカド電池６４側の端子６４ａ〜６４ｃに対応するよ
うに陽極，陰極，判別端子６０ａ，６０ｂ，６０ｃが設
けられており、これらの端子はニカド電池６４を電池ケ
ース６０内に収容すると自動的に接続されるようになっ
ている。

【００２１】上記電池ケース６０の底部の各端子６０ａ
〜６０ｃは、ケーブル６７を介して上記コントローラ５
４に接続されており、これにより電池の種別を判別し、
インジケータ６９に電池種別を表示するとともに、該電
池種別に応じて上記動力ユニット４０の電動モータ４４
への給電量を制御する給電制御装置６８が構成されてい
る。

【００２２】上記コントローラ５４はバッテリ種別検出
手段，及び補助動力制御手段として機能するＣＰＵ７０
を備えている。該ＣＰＵ７０の端子Ｔ１は、上記陽極端
子６０ａと上記電動モータ４４の間に介設されたスイッ
チング素子としてのトランジスタ７１のベースに接続さ
れ、端子Ｔ２は、上記判別端子６０ｃに抵抗等の負荷を
備えるＩ／Ｆ７２を介して接続されている。またこのＩ
／Ｆ７２には５ｖ電源が接続され、また上記陰極端子６
０ｂはコントローラ５４内で接地されている。

【００２３】ここで上記コントローラ５４のバッテリ種
別検出機能は、上記ニカド電池６４か、図３に示す他の
タイプの電池６５かの判別を行うものである。この判別
を可能にするために、判別端子６５ｃは、図２ではアー
ス側に内部接続されていたのに対し、図３に示すように
開放されている。

【００２４】上記バッテリ種類の判別動作は、以下のよ
うにして行われる。上記ニカド電池６４が電池ケース６
０内に装着された場合、上記ＣＰＵ７０の端子Ｔ２の電
圧は、判別端子６０ｃが電池側の判別端子６４ｃを介し
てアースされるので０ｖ（ロー）となる。一方、上記電
池６５が装着された場合には上記判別端子６０ｃは電池
側の端子６５ｃを介して開放されるので約５ｖ（ハイ）
となる。従って端子Ｔ２がローの場合には、上記ニカド
電池６４が装着されたと判断し、上記端子Ｔ２の電圧が
ハイの場合には上記他のタイプの電池電池６５が装着さ
れたと判断する。

【００２５】そして、上記判別された電池種別が上記イ
ンジケータ（種別表示手段）６９に表示されるととも
に、上記種類に応じた電池特性がセットされ、該特性に
応じて上記電動モータ４４への給電量が制御されて、上
記ペダル５０に加わる踏力に応じた補助動力制御が行わ
れる。

【００２６】また上記コントローラ５４は、上記バッテ
リ種類に応じた補助動力制御に加えて、発進時か再加速
時かに応じた補助動力制御を行う。このコントローラ５
４のＣＰＵ７０には、踏力検出センサ７３からのペダル
踏力（人力トルク）及び速度センサ７４からのクランク
軸回転速度（車速）が入力されており、該人力トルク及
び車速に基づいて電動モータ４４への給電量が制御され
る。

【００２７】ここで、通常の自転車における発進時と再
加速時とにおける人力トルクとクランク軸回転速度との
関係は、図４，図５に示すようになる。即ち、発進時に
は、図４に示すように、人力トルクＡが入力開始されて
から所定時間経過後にクランク軸回転速度Ｂが上昇する
のに対して、再加速時には、図５に示すように、クラン
ク軸回転速度Ｂ′が後輪速度に同調して所定速度まで上
昇した後に人力トルクＡ′が検出される。

【００２８】そして本実施形態では、発進時か再加速時
かの判別を、上記人力トルクが所定の判別トルク（補助
動力供給開始判定トルク）に達したときのクランク軸回
転速度により行うようにしている。即ち、図４に示すよ
うに、人力トルクＡが判別トルクＴに達した時間ｔ１に
おいてクランク軸回転速度Ｂが所定速度Ｖ以下の場合に
は発進時と判別し、図５に示すように、人力トルクＡ′
が判別トルクＴに達した時間ｔ４においてクランク軸回
転速度Ｂ′が上記所定速度Ｖ以上の場合には再加速時と
判別する。

【００２９】また本実施形態では、再加速時の人力トル
クに対する補助動力の割合（補助比）は発進時の補助比
より小さく制御され、かつ再加速時の補助比は所定時間
経過後に発進時の補助比に一致するように漸増するよう
制御される。

【００３０】例えば、図６に示すように、所定の車速
（例えば１５ｋｍ／ｈ）以下の範囲では、発進時の補助
比は常時１．０であるのに対し、再加速時の補助比は、
最初は０．５に設定され、これから時間とともに増加さ
れ、所定時間経過後において発進時の補助比と一致する
ように制御される。なお、補助比の漸増については、図
６の特性線Ｃに示すように時間に比例させても良いし、
特性線Ｄに示すようにその増加割合を変化させても良
い。

【００３１】このようにして発進時と再加速時とを判別
し、かつ発進時と再加速時とで補助比を変化させるよう
にしたので、発進時，再加速時の補助動力は、図４，図
５に特性線Ｅ，Ｅ′で示すような特性を有することとな
る。即ち、発進時の補助動力Ｅは人力トルクＡと略同じ
大きさに制御されるのに対し、再加速時の補助動力Ｅ′
は人力トルクＡ′より小さく制御され、かつ時間の経過
に伴って人力トルクＡ′と一致するように漸増される。

【００３２】次に、上記コントローラ５４の制御動作を
図７のフローチャートに基づいて説明する。まず、上記
メインスイッチ５６のオンにより上記コントローラ５４
が起動されて、補助動力付き自転車１の制御システムが
起動される（ステップＳ１）。そして、上記検出された
人力トルクが上記判別トルクＴ以上でない時は以下のア
シスト開始判定の処理が待機される（ステップＳ２）。

【００３３】そして、上記人力トルクが判別トルク以上
となり、その時上記クランク軸の回転速度を示すスピー
ドパルスが有る場合、より好ましくは、クランク軸回転
速度が所定速度Ｖ以上と判断されたとき（ステップＳ
３）は上述のように再加速時と判定され、自動変速装置
の変速段が現在の状態に保持されるとともに、再加速時
に応じた補助動力の供給制御が行われる（ステップＳ
４，Ｓ５）。なお、上記変速装置の変速段は現在の走行
スピードに応じた位置に制御するようにしてもよい。ま
た、上記人力トルクは踏力検出センサ７３からの信号電
圧の大きさによって、上記クランク軸の回転速度は速度
センサ７４からのパルスによって検出される。

【００３４】また、上記ステップＳ３において、クラン
ク軸の回転速度を示すスピードパルスが無い場合、より
好ましくはクランク軸回転速度が所定速度Ｖ以下の場合
には車両は発進時であると判断されて、自動変速装置が
低速段にセットされ（ステップＳ６）、上記発進時に応
じた補助動力制御が行われる（ステップＳ５）。

【００３５】このようにして発進時の補助動力は、図４
の破線Ｅに示すように、人力トルクと同一の大きさに制
御され、クランク軸回転速度が予め設定された中間速度
（例えば時速１５ｋｍを越えると補助比が漸減され、最
高速度（例えば時速２４ｋｍ）で０となる。

【００３６】また再加速時の補助動力は、図５の破線
Ｅ′に示すように、補助比を０．５から１．０に漸増さ
せることにより、人力トルクＡ′の１／２程度から途中
で同一大きさとなるように制御され、その後は発進時と
同じ制御となる。

【００３７】このように、本実施形態の補助動力制御装
置５４によれば、クランク軸の回転速度により車速を検
出する場合に、人力トルクが所定値Ｔに達した時点での
クランク軸回転速度に基づいて車両が発進時か再加速時
かを判断し、再加速時の補助比を発進時より小さくした
ので、惰性走行後の人力トルク入力時に発進時と同じ大
きさといった過大な補助動力が供給されることを回避で
き、走行フィーリングを向上することができる。

【００３８】また再加速時の補助比を所定時間経過後に
発進時の補助比と一致するようにしたので、再加速時に
補助動力が不足することはなく、この点でも走行フィー
リングを向上することができる。

【００３９】さらにまた、変速段を発進時には低いギア
に、再加速時には高いギアのままに制御するようにした
ので、発進時には十分な補助動力が得られ、かつ再加速
時には過大な補助動力が回避される。

【００４０】また本実施形態の補助動力制御装置６８で
は、電池の種類を判別し、該電池種別に応じて電動モー
タ４４への給電制御を行うようにしたので、同じ車両に
異なる種類，容量の電池を用いることができ、車両のメ
ンテナンス等の手間やコストを低減することができる。

【００４１】また、１つのコントローラで異なる種類の
電池に対応することができ、電池種別毎に専用のコント
ローラを設ける必要がないので、生産管理，部品管理が
容易であり、コストを低減することができる。

【００４２】ここで上記再加速時の判別トルクＴを発進
時の判別トルクＴよりも小さく設定することも可能であ
り、このようにしたのが請求項４の発明である。このよ
うに、再加速時における補助動力の供給の開始を判定す
る判別トルクＴを、発進時における判別トルクＴより小
さく設定した場合は、再加速時には人力トルクＡ′が小
さい時点から補助動力が少しづつ供給されることとな
り、急激に補助動力が加えられた場合のようなショック
が緩和され、この点から特に再加速時の走行フィーリン
グを向上できる。

【００４３】ここで一般的に発進時には、図４に示すよ
うに、上記クランク軸回転速度Ｂは、上記人力トルクＡ
が判別トルクＴに達した時間ｔ１から時間ｔ０経過した
時間ｔ２において上記所定速度Ｖとなり、また再加速時
には、図５に示すように、上記人力トルクＡ′は、上記
クランク軸回転速度Ｂ′が上記所定速度Ｖに達した時間
ｔ３から時間ｔ０′経過した時間ｔ４において上記判別
トルクＴとなる。

【００４４】従って、発進時と再加速時との判別方法と
して、上記人力トルクＡ又はＡ′が判別トルクＴに達し
た時間とクランク軸回転速度Ｂ又はＢ′が上記所定速度
Ｖに達した時間の前後関係から発進時と再加速時とを判
別することができる。この関係を利用したのが請求項６
の発明である。

【００４５】即ち、請求項６の発明では、図４に示すよ
うに、人力トルクＡが所定の判別トルクＴに達した後に
クランク軸回転速度Ｂが所定速度Ｖに達した場合には発
進時であると判別し、図５に示すように、クランク軸回
転速度Ｂ′が所定速度Ｖに達した後に人力トルクＡ′が
所定の判別トルクＴに達した場合には再加速時であると
判別する。

【００４６】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る補助
動力付き車両の補助動力制御装置によれば、発進時と再
加速時とを判別検出して、補助動力の供給状態を変化さ
せたので、補助動力を発進時あるいは再加速時に応じた
値に適宜制御することが可能であり、車両の走行フィー
リングを向上できる効果がある。

【００４７】請求項２の発明によれば、再加速時の補助
比を発進時より小さくしたので、惰行から力行に移った
際に過大な補助動力が加えられることを回避でき、走行
フィーリングを向上できる効果がある。

【００４８】請求項３の発明によれば、再加速時の補助
比を所定時間経過後に発進時の補助比と一致するように
漸増したので、再加速時に補助動力が不足するのを回避
でき、走行フィーリングを向上できる効果がある。

【００４９】請求項４の発明によれば、再加速時の補助
動力供給開始判定トルクを発進時より小さくしたので、
再加速時には人力トルクが小さい時点から補助動力が少
しづつ供給されることとなり、急激に補助動力が加えら
れた場合のようなショックが緩和され、この点から特に
再加速時の走行フィーリングを向上できる効果がある。

【００５０】請求項５，６の発明によれば、人力トルク
とクランク軸回転速度とから発進時と再加速時とを判別
するようにしたので、従来の構成にセンサ等を新たに追
加することなく簡単な構造で発進・再加速を判別できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の補助動力制御装置を備え
た自転車の側面図である。

【図２】上記制御装置の構成を示す図である。

【図３】上記自転車に採用可能の別のタイプの電池の構
成を示す図である。

【図４】上記自転車の発進時の人力トルク，クランク軸
回転速度と時間との関係を示す特性図である。

【図５】上記自転車の再加速時の人力トルク，クランク
軸回転速度と時間との関係を示す特性図である。

【図６】上記自転車の再加速時の補助比の漸増状態を説
明するための特性図である。

【図７】上記制御装置の動作を説明するためのフローチ
ャート図である。

【符号の説明】

３２ 駆動輪 ４０ 電力駆動系 ４４ 電動モータ ４６ クランク軸 ６８ 補助動力制御装置 ７０ ＣＰＵ（補助動力制御手段，発進・再加速判別手
段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人力トルク（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動力を駆動
   輪に供給する電力駆動系と、クランク軸への人力トルク
   及び車速に応じて上記補助動力を可変制御する補助動力
   制御手段とを備えた補助動力付き車両の補助動力制御装
   置において、発進時と惰行から力行に移行する再加速時
   とを判別検出する発進・再加速判別手段を備え、上記補
   助動力制御手段が、発進時と再加速時とで補助動力の供
   給状態が異なるように電力駆動系を制御することを特徴
   とする電動力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、上記補助動力制御手
   段が、再加速時の人力トルクに対する補助動力の割合
   （補助比）を発進時の補助比より小さく制御することを
   特徴とする補助動力付き車両の補助動力制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、上記補助動力制御手
   段が、再加速時の補助比を所定時間経過後に発進時の補
   助比に一致するように漸増することを特徴とする補助動
   力付き車両の補助動力制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３の何れかにおいて、上
   記補助動力制御手段が、再加速時の補助動力供給開始判
   定トルク（所定値Ｔ′）を発進時の補助動力供給開始判
   定トルク（所定値Ｔ）より小さく制御することを特徴と
   する補助動力付き車両の補助動力制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかにおいて、上
   記発進・再加速判別手段が、人力トルクが所定値Ｔに達
   した時にクランク軸回転速度が所定値Ｖ以下の場合には
   発進時であると判別し、人力トルクが所定値Ｔに達した
   時にクランク軸回転速度が所定値Ｖ以上の場合には再加
   速時であると判別することを特徴とする補助動力付車両
   の補助動力制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４の何れかにおいて、上
   記発進・再加速判別手段が、人力トルクが所定値Ｔに達
   した後にクランク軸回転速度が所定値Ｖに達した場合に
   は発進時であると判別し、クランク軸回転速度が所定値
   Ｖに達した後に人力トルクが所定値Ｔに達した場合には
   再加速時であると判別することを特徴とする補助動力付
   き車両の補助動力制御装置。