JPH09290794A - 電動力補助車両の補助力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 法令で定められたアシスト比内でよりフィー
リングの良い制御を行え且つパワー感が感じられ、しか
も、フィーリングが向上してもバッテリ（電源）の電流
消費が大きくならない電動力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３２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３
２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５４とを備え、上記補助力制御手段５４
が、上記ペダル踏力Ｐの変化状態に応じた仮想踏力Ｐｉ
を求め、該仮想踏力Ｐｉに応じて上記補助力を制御する
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ペダル踏力を駆動
輪に供給する人力駆動系と、補助力を駆動輪に供給する
電力駆動系とを備えた電動力補助車両の補助力制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電動力補助車両、例え
ば、補助動力付き自転車では、クランク軸に入力される
ペダル踏力及び車速に応じて上記電力駆動系からの補助
力を制御するようにしている。この場合、上記補助力／
ペダル踏力の比（補助比）を例えば所定の車速以下では
一定値（約1.0 ）とし、車速がこれより速くなるにつれ
て小さくするのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
補助力制御装置では、補助比を一定値としているので、
ユーザの脚力や体力の差異等に基づく様々な補助感の要
請に応えることができなかった。例えば、ペダル踏力の
増加に対して補助力がより直接的に増加するといった応
答性の良い補助感や、ペダル踏力が大きいとき、つまり
人力の負担が大きいときにはより大きく補助しかつ小さ
いときはより小さく補助するといっためりはりの効いた
補助感が好まれる場合もあるが、このような様々な補助
感が得られる補助力制御はできなかった。

【０００４】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、より多様な補助感の要請に応えること
のできる電動力補助車両の補助力制御装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、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、ペダル踏
力及び車速に応じて上記補助力を可変制御する補助力制
御手段とを備えた電動力補助車両の補助力制御装置にお
いて、上記補助力制御手段が、上記ペダル踏力の変化状
態に応じた仮想踏力を求め、該仮想踏力に応じて上記補
助力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
記仮想踏力が、上記ペダル踏力を該ペダル踏力の時間微
分値で補正したものであることを特徴としている。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１において、上
記仮想踏力が、上記ペダル踏力をペダルの角度位置で補
正したものであることを特徴としている。

【０００８】

【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３は請求項１及び２の発
明の一実施形態（第１実施形態）による補助動力付き自
転車の補助力制御装置を説明するための図であり、図１
は上記自転車の側面図、図２は上記補助動力制御装置の
構成を示すブロック図、図３は仮想踏力を示す図であ
る。

【０００９】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へ延び
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の後端部から後方へ延びる左，右一対のチェ
ンステー２０，２０と、該両チェンステー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。

【００１０】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、上記チ
ェンステー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。また上記後輪３２の回転速度
から車速がスピードセンサ（図２参照）８７により検出
される。なお、上記車速は後述する動力ユニット４０内
の回転軸の回転速度から間接的に検出しても良い。

【００１１】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下方へ取付けられ、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。

【００１２】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。

【００１３】上記クランクペダル５０に加えられたペダ
ル踏力は動力ケース４２内に設けられたトルクセンサ
（図２参照）８６により検出されており、上記電動モー
タ４４の出力（補助動力）は、コントローラ５４により
後述するように制御される。そしてこの補助動力と上記
ペダル踏力とが動力ケース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１４ｂ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。

【００１４】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／ペダル踏力の比等が記
憶されたメモリカード（図示略）を挿入する挿入口６３
とが配設されている。なお、上記メインスイッチ５６，
及び挿入口６３は車体カバー４１に形成された開口４１
ａから外方に臨んでいる。

【００１５】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、多数の電池セル（図示略）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と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の上端部は上記左，右のシートステー２２，２
２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。

【００１６】上記コントローラ５４は、ＣＰＵ８１と、
このＣＰＵ８１に接続された波形合成回路８２と、この
波形合成回路８２に並設された微分回路８３と、モータ
駆動回路８４とを備えている。上記波形合成回路８２に
はインターフェイス８５を介してトルクセンサ８６（踏
力センサ）からのペダル踏力が入力され、上記ＣＰＵ８
１にはスピードセンサ８７からの車速がインターフェイ
ス８８を介して入力される。また上記モータ駆動回路８
４は電動モータ４４に接続され、この電動モータ４４に
は上記バッテリ（ニカド電池）６４が接続されている。

【００１７】上記コントローラ５４は、トルクセンサ８
６で検出されたペダル踏力を該ペダル踏力の微分値で補
正することによってペダル踏力の変化状態に応じた仮想
踏力を求め、該仮想踏力及びスピードセンサ８７で検出
された車速に応じた補助動力を求め、該補助動力が得ら
れるように上記モータ４４への電流供給量を制御するよ
うになっている。

【００１８】上記仮想踏力は図３に示す特性を有する。
即ち図３（Ｃ）に示す仮想踏力Ｐｉは、図３（Ａ）に示
すペダル踏力Ｐに図３（Ｂ）に示すペダル踏力を時間で
微分した微分値ｉを図３（Ａ）と（Ｃ）の面積が等しく
なるよう任意の割合で加算して求めたものである。但し
必要に応じ、この加算割合を変えることも可能である。

【００１９】図３からも明らかなように、微分値ｉがペ
ダル踏力Ｐの立ち上がり側では正であるのに対し、Ｐma
x 以降で負となることから、上記仮想踏力Ｐｉは、立ち
上がり側で急激に大きくなり、かつ後半では急激に減少
するという特性を有する。

【００２０】そしてＣＰＵ８１は、補助力／仮想踏力Ｐ
ｉの補助比が１となるように、つまり上記電動モータ４
４が仮想踏力と同じ大きさの補助力を出力するようにモ
ータ駆動回路８４を介して電流供給量を制御する。

【００２１】このように本実施形態では、図３に示すよ
うに、ペダル踏力Ｐにその時間微分値ｉを加算して図３
の（Ａ）と（Ｃ）の面積が等しくなるよう仮想踏力Ｐｉ
を求め、該仮想踏力Ｐｉに対応した補助力を発生するよ
うにしたので、ペダル踏力の増加時にはより大きく補助
し、かつ減少時にはより小さく補助することとなり、め
りはりの効いた補助感が得られる。またこの場合、図３
の（Ａ）と（Ｃ）の面積が等しくなるようにして求めた
仮想踏力に基づいて補助力を供給するようにしたので、
実際のペダル踏力と１：１の補助力を供給する場合に比
較してバッテリの電流消費量が大きくなることもない。

【００２２】なお、上記実施形態では、上記ペダル踏力
Ｐと微分値ｉとの加算割合を１：１としたが、勿論この
加算割合は任意であり、この割合を適当に選択すること
によって各種の補助感を実現できる。

【００２３】上記実施形態では、ペダル踏力をこれの時
間微分値で補正することより仮想踏力を求めたが、この
仮想踏力の求め方には各種の変形例が採用可能である。
例えばクランクペダル５０の上死点からの角度θ（図４
参照）を検出し、該ペダル角度θによってペダル踏力Ｐ
を補正することによって仮想踏力を求めることもでき、
このようにしたのが請求項３の発明である。

【００２４】図４，図５は請求項３の発明の一実施形態
（第２実施形態）を示す。本実施形態では、クランク角
センサ８９により検出された角度θがインターフェイス
９０を介してＣＰＵ８１に入力される。該ＣＰＵ８１
は、上記角度θに基づいて図４（Ｂ）に示す補正値ｉを
求める。この補正値ｉは、ペダル踏力Ｐの立ち上がり側
（クランク角０〜９０°）で正、Ｐmax 以降（クランク
角９０〜１８０°）で負となるよう設定されている。そ
してペダル踏力Ｐに上記補正値ｉを図４（Ａ）と（Ｃ）
が等しくなるよう任意の割合で加算して仮想踏力Ｐｉを
求める。ここで仮想踏力Ｐｉは、図４（Ｃ）に示すよう
にペダル踏力の立ち上がり側で急激に大きくなり、後半
で急激に減少する。

【００２５】このようにペダル踏力をクランクペダル角
度で補正した場合には、上記第１実施形態と同様の効果
があり、さらにクランク角度に応じた制御であることか
ら、クランクペダル５０を上死点から踏み込んだとき大
きな力が出ることとなり、ペダルを踏む人の感覚と高精
度で一致しており、補助感がより一層自然で良好であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、ペダル踏力の変化状態に応じて、例えば請求項
２の発明ではペダル踏力を該ペダル踏力の時間微分値に
よって補正することにより、請求項３の発明ではペダル
踏力をクランクペダル角度によって補正することにより
仮想踏力を求め、この仮想踏力に応じて補助力を制御す
るようにしたので、例えば応答性の良い補助感やめりは
りの効いた補助感等、各種の補助感の要請に応えること
が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，２の発明の第１実施形態の補助力制
御装置を備えた補助動力付き自転車の側面図である。

【図２】上記第１実施形態補助動力制御装置の構成を示
すブロック図である。

【図３】上記第１実施形態補助力制御装置における仮想
踏力を示す図である。

【図４】請求項１，３の発明の第２実施形態による上記
補助力制御装置の仮想踏力を示す図である。

【図５】上記第２実施形態装置のブロック図である。

【符号の説明】

１ 補助動力付き電動自転車 ３２ 後輪（駆動輪） ４０ 電力駆動系 ４４ 電動モータ ４６ クランク軸 ５４ コントローラ（補助力制御手段） ７５ 人力駆動系 Ｐ ペダル踏力 Ｐｉ 仮想踏力 ｉ 時間微分値

Claims (3)

【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、ペダル踏力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を備えた電動力補助車両の
   補助力制御装置において、上記補助力制御手段が、上記
   ペダル踏力の変化状態に応じた仮想踏力を求め、該仮想
   踏力に応じて上記補助力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、上記仮想踏力が、上
   記ペダル踏力を該ペダル踏力の時間微分値で補正したも
   のであることを特徴とする電動力補助車両の補助力制御
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、上記仮想踏力が、上
   記ペダル踏力をペダルの角度位置で補正したものである
   ことを特徴とする電動力補助車両の補助力制御装置。