(57)【要約】【課題】クランク角度検出部を用いずにクランクの角度を推定できる人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置を提供する。【解決手段】クランク角度推定装置は、人力駆動車のクランクの角度を推定するためのクランク角度推定装置であって、前記クランクに入力される人力駆動力に応じた第１信号を取得するように構成される取得部と、前記第１信号のノイズをフィルタによって除去して第２信号を生成するように構成される生成部と、前記第２信号と前記フィルタの特性とに応じて、前記クランクの角度を推定するように構成される推定部と、を備える。【選択図】図２
2020192940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力駆動車のクランクの角度を推定するためのクランク角度推定装置であって、
前記クランクに入力される人力駆動力に応じた第１信号を取得するように構成される取得部と、
前記第１信号のノイズをフィルタによって除去して第２信号を生成するように構成される生成部と、
前記第２信号と前記フィルタの特性とに応じて、前記クランクの角度を推定するように構成される推定部と、を備える、クランク角度推定装置。
【請求項２】
前記フィルタの特性は、前記フィルタの時定数を含む、請求項１に記載のクランク角度推定装置。
【請求項３】
前記クランクの回転速度に応じて前記時定数を設定するように構成される設定部をさらに備える、請求項２に記載のクランク角度推定装置。
【請求項４】
前記取得部は、前記人力駆動力に関する情報を検出するセンサから前記第１信号を取得するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のクランク角度推定装置。
【請求項５】
前記センサは、前記人力駆動力によって前記クランクに与えられるトルクに応じた前記第１信号を出力するように構成されるトルクセンサを含む、請求項４に記載のクランク角度推定装置。
【請求項６】
前記フィルタは、ローパスフィルタを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のクランク角度推定装置。
【請求項７】
前記ローパスフィルタは、一次ローパスフィルタを含む、請求項６に記載のクランク角度推定装置。
【請求項８】
前記推定部は、前記第２信号の脈動の位相と、前記クランクの回転速度および前記フィルタの特性とに応じて、前記クランクの角度を推定するように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のクランク角度推定装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のクランク角度推定装置と、
前記クランク角度推定装置によって推定される前記クランクの角度に応じて、前記人力駆動車に推進力を付与するように構成されるモータを制御するように構成される制御部と、を備える制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されている人力駆動車は、クランクの角度を検出するクランク角度検出部を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４９６１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的の１つは、クランク角度検出部を用いずにクランクの角度を推定できる人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の第１側面に従う人力駆動車用のクランク角度推定装置は、人力駆動車のクランクの角度を推定するためのクランク角度推定装置であって、前記クランクに入力される人力駆動力に応じた第１信号を取得するように構成される取得部と、前記第１信号のノイズをフィルタによって除去して第２信号を生成するように構成される生成部と、前記第２信号と前記フィルタの特性とに応じて、前記クランクの角度を推定するように構成される推定部と、を備える。
第１側面のクランク角度推定装置によれば、人力駆動力に応じた第１信号に応じてクランク角度検出部を用いずにクランクの角度を推定できる。第１側面のクランク角度推定装置によれば、フィルタによって第１信号のノイズを除去した第２信号に応じたクランクの角度を推定するため、クランク角度の推定の精度を向上できる。第１側面のクランク角度推定装置によれば、第２信号とフィルタ特性に応じて、クランクの角度を推定するため、クランク角度を好適に推定できる。
【０００６】
本開示の第１側面に従う第２側面のクランク角度推定装置において、前記フィルタの特性は、前記フィルタの時定数を含む。
第２側面のクランク角度推定装置によれば、フィルタの時定数によって生じる遅れを加味してクランクの角度を推定できる。
【０００７】
本開示の第２側面に従う第３側面のクランク角度推定装置において、前記クランクの回転速度に応じて前記時定数を設定するように構成される設定部をさらに備える。
第３側面のクランク角度推定装置によれば、クランクの回転速度に対応したノイズの除去を行える。
【０００８】
本開示の第１から第３側面のいずれか１つに従う第４側面のクランク角度推定装置において、前記取得部は、前記人力駆動力に関する情報を検出するセンサから前記第１信号を取得するように構成される。
第４側面のクランク角度推定装置によれば、人力駆動力に関する情報を検出するセンサを用いてクランクの角度を推定できる。
【０００９】
本開示の第４側面に従う第５側面のクランク角度推定装置において、前記センサは、前記人力駆動力によって前記クランクに与えられるトルクに応じた前記第１信号を出力するように構成されるトルクセンサを含む。
第５側面のクランク角度推定装置によれば、トルクセンサが出力する第１信号を用いてクランクの角度を推定できる。
【００１０】
本開示の第１から第５側面のいずれか１つに従う第６側面のクランク角度推定装置において、前記フィルタは、ローパスフィルタを含む。
第６側面のクランク角度推定装置によれば、ローパスフィルタによって第１信号の高周波ノイズを効率良く除去できる。
【００１１】
本開示の第６側面に従う第７側面のクランク角度推定装置において、前記ローパスフィルタは、一次ローパスフィルタを含む。
第７側面のクランク角度推定装置によれば、一次ローパスフィルタによって第１信号の高周波ノイズを効率よく除去できる。
【００１２】
本開示の第１から第７側面のいずれか１つに従う第８側面のクランク角度推定装置において、前記推定部は、前記第２信号の脈動の位相と、前記クランクの回転速度および前記フィルタの特性とに応じて、前記クランクの角度を推定するように構成される。
第８側面のクランク角度推定装置によれば、第２信号の脈動の位相と、クランクの回転速度およびフィルタの特性と、に応じてクランクの角度をより好適に推定できる。
【００１３】
本開示の第１側面に従う人力駆動車用の制御装置は、本開示の第１から第８側面のいずれか１つのクランク角度推定装置と、前記クランク角度推定装置によって推定される前記クランクの角度に応じて、前記人力駆動車に推進力を付与するように構成されるモータを制御するように構成される制御部と、を備える。
第９側面の制御装置によれば、クランク角度推定装置によって推定されるクランクの角度に応じてモータを制御できる。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置は、クランク角度検出部を用いずにクランクの角度を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態の人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置を含む人力駆動車の側面図。
【図２】第１実施形態の人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置を含む人力駆動車の電気的な構成を示すブロック図。
【図３】人力駆動力の実トルク、第１信号、および、第２信号を示すグラフ。
【図４】図２の制御部によって実行されるクランクの角度を推定する処理を示すフローチャート。
【図５】図２の制御部によって実行されるモータを制御する処理を示すフローチャート。
【図６】実施形態の制御装置を搭載可能な人力駆動車の電気的な構成を示すブロック図。
【図７】図６のインタフェース部の制御部によって実行されるドライブユニットを起動させる処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１から図７を参照して、実施形態の人力駆動車用のクランク角度推定装置６０および人力駆動車用の制御装置４０について説明する。人力駆動車１０は、少なくとも人力駆動力によって駆動することができる車である。人力駆動車１０は、車輪の数が限定されず、例えば１輪車および３輪以上の車輪を有する車も含む。人力駆動車１０は、例えばマウンテンバイク、ロードバイク、シティバイク、カーゴバイク、および、リカンベントなど種々の種類の自転車、ならびに、電動自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）を含む。電動自転車は、電気モータによって車両の推進を補助する電動アシスト自転車を含む。以下、実施形態において、人力駆動車１０を、自転車として説明する。
【００１７】
人力駆動車１０は、フレーム１２と、クランク１４と、後輪１６Ａと、前輪１６Ｂと、を含む。クランク１４には、人力駆動力Ｈが入力される。クランク１４は、フレーム１２に対して回転可能なクランク軸１４Ａと、クランク軸１４Ａの軸方向の端部にそれぞれ設けられるクランクアーム１４Ｂとを含む。各クランクアーム１４Ｂには、ペダル２２がそれぞれ連結される。後輪１６Ａは、クランク１４が回転することによって駆動される。後輪１６Ａは、フレーム１２に支持される。クランク１４と後輪１６Ａとは、駆動機構２４によって連結される。駆動機構２４は、クランク軸１４Ａに連結される第１回転体２６を含む。クランク軸１４Ａと第１回転体２６とは、第１ワンウェイクラッチを介して連結されていてもよい。第１ワンウェイクラッチは、クランク１４が前転した場合に、第１回転体２６を前転させ、クランク１４が後転した場合に、第１回転体２６を後転させないように構成される。第１回転体２６は、スプロケット、プーリ、または、ベベルギアを含む。駆動機構２４は、第２回転体２８と、連結部材３０とをさらに含む。連結部材３０は、第１回転体２６の回転力を第２回転体２８に伝達する。連結部材３０は、例えば、チェーン、ベルト、または、シャフトを含む。
【００１８】
第２回転体２８は、後輪１６Ａに連結される。第２回転体２８は、スプロケット、プーリ、または、ベベルギアを含む。第２回転体２８と後輪１６Ａとの間には、好ましくは、第２ワンウェイクラッチが設けられている。第２ワンウェイクラッチは、第２回転体２８が前転した場合に、後輪１６Ａを前転させ、第２回転体２８が後転した場合に、後輪１６Ａを後転させないように構成される。
【００１９】
フレーム１２には、フロントフォーク３２を介して前輪１６Ｂが取り付けられている。フロントフォーク３２には、ハンドルバー３４がステム３６を介して連結されている。本実施形態では、後輪１６Ａが駆動機構２４によってクランク１４に連結されるが、後輪１６Ａおよび前輪１６Ｂの少なくとも１つが、駆動機構２４によってクランク１４に連結されてもよい。
【００２０】
人力駆動車１０は、人力駆動車用のバッテリ３８を含む。バッテリ３８は、１または複数のバッテリ素子を含む。バッテリ素子は、充電池を含む。バッテリ３８は、制御装置４０に電力を供給する。バッテリ３８は、好ましくは、制御装置４０と有線または無線によって通信可能に接続される。バッテリ３８は、例えば電力線通信（ＰＬＣ；power line communication）によって制御部４２と通信可能である。
【００２１】
人力駆動車１０は、人力駆動車１０に推進力を付与するように構成されるモータ１８を含む。モータ１８は、１または複数の電気モータを含む。モータ１８は、ペダル２２から後輪１６Ａまでの人力駆動力Ｈの動力伝達経路、および、前輪１６Ｂの少なくとも１つに回転を伝達するように構成される。ペダル２２から後輪１６Ａまでの人力駆動力Ｈの動力伝達経路は、後輪１６Ａを含む。本実施形態では、モータ１８は、人力駆動車１０のフレーム１２に設けられ、第１回転体２６に回転を伝達するように構成される。モータ１８およびモータ１８が設けられるハウジングを含んで、ドライブユニット１９が構成される。モータ１８とクランク軸１４Ａとの間の動力伝達経路には、好ましくは、クランク軸１４Ａを人力駆動車１０が前進する方向に回転させた場合にクランク１４の回転力によってモータ１８が回転しないように第３ワンウェイクラッチが設けられる。後輪１６Ａおよび前輪１６Ｂの少なくとも１つにモータ１８を設ける場合、モータ１８は、ハブモータを含んでもよい。
【００２２】
制御装置４０は、クランク角度推定装置６０と、制御部４２と、を備える。制御部４２は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。演算処理装置は、相互に離れた複数の場所に設けられてもよい。制御部４２は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。制御装置４０は、記憶部４４をさらに含んでいてもよい。記憶部４４には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。記憶部４４は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。
【００２３】
制御装置４０は、好ましくは、モータ１８の駆動回路４６をさらに備える。駆動回路４６と、制御部４２とは、好ましくは、モータ１８のハウジングに設けられる。駆動回路４６と、制御部４２とは、例えば同一の回路基板に設けられる。駆動回路４６は、インバータ回路を含む。駆動回路４６は、バッテリ３８からモータ１８に供給される電力を制御する。駆動回路４６は、制御部４２と有線または無線によって通信可能に接続されている。駆動回路４６は、例えばシリアル通信によって制御部４２と通信可能である。駆動回路４６は、制御部４２からの制御信号に応じてモータ１８を駆動させる。
【００２４】
制御部４２は、人力駆動車１０の走行速度、クランク１４の回転速度Ｎ、クランク軸１４Ａの角度ＣＡ、および、人力駆動力Ｈの少なくとも１つに応じてモータ１８を制御する。制御装置４０は、好ましくは、人力駆動力Ｈを検出するためのセンサ４８をさらに備える。人力駆動力Ｈは、トルクで表されてもよく、仕事率で表されてもよい。制御装置４０は、好ましくは、人力駆動車１０の走行速度を検出するための車速センサ５０、および、クランク１４の回転速度Ｎを検出するためのクランク回転速度センサ５２をさらに備える。
【００２５】
センサ４８は、人力駆動力Ｈによってクランク１４に与えられるトルクに応じた第１信号Ｓ１を出力するように構成されるトルクセンサ４８Ａを含む。第１信号Ｓ１は、例えば、トルクに応じて変化する電圧値を含む。トルクセンサ４８Ａは、クランク１４に入力される人力駆動力Ｈのトルクに応じた情報を出力するように構成される。トルクセンサ４８Ａは、例えば、動力伝達経路に第１ワンウェイクラッチが設けられる場合、好ましくは、第１ワンウェイクラッチよりも動力伝達経路の上流側に設けられる。トルクセンサ４８Ａは、歪センサ、磁歪センサ、または、圧力センサなどを含む。歪センサは、歪ゲージを含む。トルクセンサ４８Ａは、動力伝達経路、または、動力伝達経路に含まれる部材の近傍に含まれる部材に設けられる。動力伝達経路に含まれる部材は、例えば、クランク軸１４Ａ、クランク軸１４Ａと第１回転体２６との間において人力駆動力Ｈを伝達する部材、クランクアーム１４Ｂ、または、ペダル２２である。トルクセンサ４８Ａは、無線通信装置または電気ケーブルを介して、制御部４２に接続される。人力駆動力Ｈの仕事率は、トルクセンサ４８Ａによって検出されたトルクとクランク回転速度センサ５２によって検出されたクランク１４の回転速度Ｎとを乗算することによって得られる。
【００２６】
車速センサ５０は、好ましくは、人力駆動車１０の車輪に設けられる磁石を検出するように構成される。車速センサ５０は、好ましくは、車輪が１回転する間に、予め定める回数の検出信号を出力するように構成される。予め定める回数は、好ましくは、１である。車速センサ５０は、人力駆動車１０の車輪の回転速度を検出するために用いられる。車速センサ５０は、車輪の回転速度に応じた信号を出力する。制御部４２は、車輪の回転速度に基づいて人力駆動車１０の走行速度を算出できる。車速センサ５０は、好ましくは、リードスイッチを構成する磁性リード、または、ホール素子を含む。車速センサ５０は、人力駆動車１０のフレーム１２のチェーンステイに取り付けられ、後輪に取り付けられる磁石を検出する構成としてもよく、フロントフォーク３２に設けられ、前輪に取り付けられる磁石を検出する構成としてもよい。本実施形態において、車速センサ５０は、車輪が一回転した場合に、リードスイッチが磁石を１回検出するように構成される。
【００２７】
クランク回転速度センサ５２は、クランク１４の回転速度Ｎに関する情報を出力するように構成される。クランク回転速度センサ５２は、センサ４８を含んでいてもよく、車速センサ５０を含んでいてもよく、クランク回転センサを含んでいてもよい。クランク回転速度センサ５２は、モータ１８の回転角度を検出するセンサを含んでいてもよい。
【００２８】
クランク回転速度センサ５２がセンサ４８を含む場合、制御部４２は、センサ４８によって検出される人力駆動力Ｈのトルクの交番周期に応じてクランク１４の回転速度Ｎを算出する。人力駆動力Ｈのトルクの周波数ｆは、クランク１４の回転周波数の２倍である。クランク回転速度センサ５２がセンサ４８を含む場合、制御部４２は、人力駆動力Ｈのトルクの変化から、単位時間当たりのクランク１４の角度ＣＡを算出する。制御部４２は、例えば、人力駆動力Ｈのトルクが極大値から極大値まで変化する時間を２倍した値の逆数をクランク１４の回転速度Ｎとして算出する。
【００２９】
クランク回転速度センサ５２が車速センサ５０を含む場合、制御部４２は、車速センサ５０によって算出される車輪の回転速度を人力駆動車１０の変速比で除算することによって、クランク１４の回転速度Ｎを算出する。この場合、制御装置４０は、変速比を検出するセンサをさらに含む。
【００３０】
クランク回転速度センサ５２がクランク回転センサを含む場合、クランク回転センサは、例えば、人力駆動車１０のフレーム１２またはドライブユニットに設けられる。クランク回転センサは、磁界の強度に応じた信号を出力する磁気センサを含んで構成される。周方向に磁界の強度が変化する環状の磁石が、クランク軸１４Ａ、クランク軸１４Ａに連動して回転する部材、または、クランク軸１４Ａから第１回転体２６までの間の動力伝達経路に設けられる。クランク軸１４Ａに連動して回転する部材は、モータ１８の出力軸を含む。クランク回転センサは、クランク１４の回転速度Ｎに応じた信号を出力する。磁石は、クランク軸１４Ａから第１回転体２６までの人力駆動力Ｈの動力伝達経路において、クランク軸１４Ａと一体に回転する部材に設けられてもよい。例えば、磁石は、クランク軸１４Ａと第１回転体２６との間に第１ワンウェイクラッチが設けられない場合、第１回転体２６に設けられてもよい。クランク回転センサは、磁気センサに代えて光学センサ、加速度センサ、またはトルクセンサなどを含んでいてもよい。クランク回転センサは、無線通信装置または電気ケーブルを介して、制御部４２に接続される。
【００３１】
クランク角度推定装置６０は、人力駆動車１０のクランク１４の角度ＣＡを推定するための装置である。制御装置４０とクランク角度推定装置６０とは、少なくとも一部が重複していてもよく、実質的に同一であってもよい。クランク角度推定装置６０は、取得部６２と、生成部６４と、推定部６６と、を備える。取得部６２は、クランク１４に入力される人力駆動力Ｈに応じた第１信号Ｓ１を取得するように構成される。生成部６４は、第１信号Ｓ１のノイズをフィルタ６４Ａによって除去して第２信号Ｓ２を生成するように構成される。推定部６６は、第２信号Ｓ２とフィルタ６４Ａの特性とに応じて、クランク１４の角度ＣＡを推定するように構成される。第２信号Ｓ２は、例えば、電圧値を含む。
【００３２】
好ましくは、制御部４２は、取得部６２を含む。取得部６２は、人力駆動力Ｈに関する情報を検出するセンサ４８から第１信号Ｓ１を取得するように構成される。トルクセンサ４８Ａが無線通信装置を介して、制御部４２に接続される場合、好ましくは、取得部６２は無線通信部を含む。トルクセンサ４８Ａが電気ケーブルを介して、制御部４２に接続される場合、好ましくは、取得部６２はポートを含む。
【００３３】
好ましくは、制御部４２は、生成部６４を含む。生成部６４は、フィルタ６４Ａを含む。好ましくは、フィルタ６４Ａは、ローパスフィルタを含む。好ましくは、ローパスフィルタは、一次ローパスフィルタを含む。フィルタ６４Ａは、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドエリミネートフィルタであってもよい。ローパスフィルタは、二次以上のローパスフィルタであってもよい。フィルタ６４Ａの特性は、フィルタ６４Ａの時定数τを含む。フィルタ６４Ａは、演算処理装置によって実行されるソフトウェアによって構成されてもよく、ロジック回路によって構成されてもよい。
【００３４】
好ましくは、クランク角度推定装置６０は、設定部６８をさらに備える。好ましくは、制御部４２は、設定部６８を含む。好ましくは、設定部６８は、クランク１４の回転速度Ｎに応じて時定数τを設定するように構成される。設定部６８は、クランク回転速度センサ５２の出力によって得られるクランク１４の回転速度Ｎに応じて、フィルタ６４Ａの時定数τを設定する。設定部６８は、例えば、クランク１４の回転速度Ｎが高いほど、時定数τを小さくする。好ましくは、記憶部４４は、クランク１４の回転速度Ｎと時定数τとの関係を含む情報を記憶する。クランク１４の回転速度Ｎと時定数τとの関係を含む情報は、テーブル、関係式、および、マップの少なくとも１つを含む。設定部６８は、記憶部４４に記憶されるクランク１４の回転速度Ｎと時定数τとの関係を含む情報と、クランク１４の回転速度Ｎとに応じて時定数τを設定する。時定数τは、予め定められていてもよい。時定数τは、予め定められている場合には、記憶部４４に時定数τに関する情報が記憶される。
【００３５】
クランク１４の回転速度Ｎが高い場合に、時定数τを小さくすると、クランク１４の回転速度Ｎが高い場合に、ローパスフィルタによるカットオフ周波数を人力駆動力Ｈのトルクの交番周期に対して十分に小さくできるため、第１信号Ｓ１に含まれるノイズが効果的に除去される。クランク１４の回転速度Ｎが低い場合に、時定数τを大きくすると、クランク１４の回転速度Ｎが低い場合に、ローパスフィルタによるカットオフ周波数を大きくできるため、第１信号Ｓ１に含まれるノイズが効果的に除去される。好ましくは、時定数τは、カットオフ周波数が第１信号Ｓ１の周波数に対して予め定める数倍となるように設定される。予め定める数倍は、例えば、２倍、３倍、または、１０倍である。
【００３６】
制御部４２は、第１信号Ｓ１をフィルタ６４Ａによって処理して第２信号Ｓ２を生成するため、第１信号Ｓ１の脈動の位相Ｃ１と第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２とには、ずれが生じる。具体的には、第１信号Ｓ１の脈動の位相Ｃ１に対して、第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２に遅れｄＸが生じる。このため、クランク１４の実トルクの脈動が極大値となる時刻と、第２信号Ｓ２の脈動が極大値となる時刻と、にもずれが生じる。
【００３７】
推定部６６は、第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２と、クランク１４の回転速度Ｎおよびフィルタ６４Ａの特性とに応じて、クランク１４の角度ＣＡを推定するように構成される。推定部６６は、第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２と、クランクの回転速度Ｎおよび時定数τとに応じて、クランク１４の角度ＣＡを推定するように構成される。時定数τが大きいほど、第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２の第１信号Ｓ１の脈動の位相Ｃ１に対する遅れｄＸが大きくなるため、時定数τが大きいほど、第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２の実際のクランク１４の角度ＣＡに対する遅れｄＣＡも大きくなる。推定部６６は、設定部６８がクランク１４の回転速度Ｎに応じて時定数τを設定する場合には、設定部６８によって設定された時定数τから遅れｄＸを算出し、第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２と遅れｄＸとからクランク１４の角度ＣＡを推定する。式（１）は、遅れｄＸの算出式の一例を示す。
ｄＸ＝ｔａｎ−１（−ｆτ）  …（１）
ｆは、第２信号Ｓ２の周波数である。
τは、時定数を示す。
【００３８】
第２信号Ｓ２の周波数は、例えば、第２信号Ｓ２の隣接する極大値間の時間、または、第２信号Ｓ２の隣接する極小値間の時間に、クランク１４が１８０度移動したとして演算されてもよく、第２信号Ｓ２の隣接する極小値と極大値との間の時間、クランク１４が９０度移動したとして演算されてもよい。クランク１４の１回転は、第２信号Ｓ２の２周期に相当する。例えば、推定部６６は、第２信号Ｓ２が極大値となった場合、クランク１４が、基準角度ＣＸから遅れｄＸを減算した角度にあると推定する。推定部６６は、クランク１４の回転速度Ｎに、第２信号Ｓ２が極大値となった時刻からの経過時間Ｔ１を乗算し、推定して角度に加算することによって、現在のクランク１４の角度ＣＡを演算する。好ましくは、制御部４２は、時計およびタイマの少なくとも１つを含む。推定部６６は、例えば、第２信号Ｓ２の値が増加から減少に転じた場合に、極大値を判定する。推定部６６は、クランク１４の回転速度Ｎが変化すると、再び演算する。式（２）は、式（１）によって算出した遅れｄＸを用いたクランク１４の角度ＣＡの算出式の一例を示す。
ＣＡ＝ＣＸ−ｄＸ＋Ｎ×Ｔ１  …（２）
第２信号Ｓ２が極大値となる場合に対応する基準角度ＣＸは、２つのクランクアーム１４Ｂの一方が、上死点と下死点との中間位置にあるときの角度である。基準角度ＣＸは、例えば、０．５π（ｒａｄ）または１．５π（ｒａｄ）に設定される。推定部６６は、第２信号Ｓ２の極大値を検出するごとに、基準角度ＣＸを、０．５π（ｒａｄ）と、１．５π（ｒａｄ）とに交互に設定してクランク１４の角度ＣＡを推定してもよい。推定部６６は、第２信号Ｓ２の極大値に変えて、または、加えて、極小値を用いてクランク１４の角度ＣＡを算出してもよい。例えば、推定部６６は、第２信号Ｓ２が極小値となった場合、クランク１４が、基準角度ＣＸから遅れｄＸを減算した角度にあると推定してもよい。推定部６６は、例えば、第２信号Ｓ２の値が減少から増加に転じた場合に、極小値を判定する。推定部６６が極小値を用いてクランク１４の角度ＣＡを算出する場合、基準角度ＣＸは、例えば、０π（ｒａｄ）または１π（ｒａｄ）に設定される。推定部６６は、第２信号Ｓ２の極小値を検出するごとに、基準角度ＣＸを、０π（ｒａｄ）と、１π（ｒａｄ）とに交互に設定して、クランク１４の角度ＣＡを推定してもよい。推定部６６が極大値および極小値を用いてクランク１４の角度ＣＡを算出する場合、基準角度ＣＸは、例えば、０π（ｒａｄ）、０．５π（ｒａｄ）、１π（ｒａｄ）、１．５π（ｒａｄ）に設定される。推定部６６は、第２信号Ｓ２の極小値および極大値を検出するごとに、基準角度ＣＸを、０π（ｒａｄ）、０．５π（ｒａｄ）、１π（ｒａｄ）、１．５π（ｒａｄ）に順番に設定して、クランク１４の角度ＣＡを推定してもよい。推定部６６は、第２信号Ｓ２の極大値に変えて、ベース値を用いてクランク１４の角度ＣＡを算出してもよい。ベース値は、極小値と極大値との中間値であり、例えばクランク１４が上死点および下死点にある場合の第２信号Ｓ２の値と対応する。ベース値を用いてクランク１４の角度ＣＡを算出する場合、基準角度ＣＸは、例えば、０．２５π（ｒａｄ）、０．７５π（ｒａｄ）、１．２５π（ｒａｄ）、または、１．７５π（ｒａｄ）に設定される。
【００３９】
図４を参照して、クランク１４の角度ＣＡを推定する処理について説明する。制御部４２は、制御部４２に電力が供給されると、処理を開始して図４に示すフローチャートのステップＳ１１に移行する。制御部４２は、図４のフローチャートが終了すると、電力の供給が停止されるまでは、所定周期後にステップＳ１１からの処理を繰り返す。
【００４０】
制御部４２は、ステップＳ１１において、第１信号Ｓ１を取得し、第２信号Ｓ２を生成してステップＳ１２に移行する。制御部４２は、ステップＳ１２において、クランク１４の回転速度Ｎに応じて時定数τを設定し、ステップＳ１３に移行する。クランク回転速度センサ５２がセンサ４８を含む場合、制御部４２は、ステップＳ１１において生成された第２信号Ｓ２を用いてクランク１４の回転速度Ｎを算出し、算出したクランク１４の回転速度Ｎに応じて時定数τを設定してもよい。
【００４１】
制御部４２は、ステップＳ１３において、第２信号Ｓ２の脈動の位相Ｃ２と、クランク１４の回転速度Ｎおよびフィルタ６４Ａの特性とに応じて、クランク１４の角度ＣＡを推定する。
【００４２】
制御部４２は、ステップＳ１１の前にステップＳ１２を実行してもよく、ステップＳ１１とステップＳ１２とを平行して行ってもよい。制御部４２は、ステップＳ１１とステップＳ１２とを平行して行う場合、ステップＳ１１の処理周期と、ステップＳ１２の処理周期とを異ならせてもよい。
【００４３】
制御部４２は、クランク角度推定装置６０によって推定されるクランク１４の角度ＣＡに応じて、人力駆動車１０に推進力を付与するように構成されるモータ１８を制御するように構成される。制御部４２は、例えば、人力駆動車１０の変速比を変更するように変速機が変速動作する場合、クランク１４の角度ＣＡに応じてモータ１８の出力を低下させる、または、クランク１４の角度ＣＡに応じてモータ１８を停止させることによって、変速機の変速動作を行いやすくする。制御部４２は、例えば、人力駆動力Ｈに応じてモータ１８の駆動を開始または停止させる場合、モータ１８の駆動を開始する人力駆動力Ｈのしきい値、または、モータ１８の駆動を停止する人力駆動力Ｈのしきい値を、クランク１４の角度ＣＡに応じて変更することによって、モータ１８の駆動の開始および停止を好適に実行しやすくなる。制御部４２は、例えば、モータ１８の駆動を開始してから人力駆動力Ｈとモータ１８によるアシスト力との比率を、クランク１４の角度ＣＡの変化に応じて変化させることによって、モータ１８によって人力駆動車１０のアシストを好適に実行しやすくなる。
【００４４】
図５を参照して、モータ１８を制御する処理について説明する。制御部４２は、制御部４２に電力が供給されると、処理を開始して図５に示すフローチャートのステップＳ２１に移行する。制御部４２は、図５のフローチャートが終了すると、電力の供給が停止されるまでは、所定周期後にステップＳ２１からの処理を繰り返す。
【００４５】
制御部４２は、ステップＳ２１において図４のフローチャートによって推定したクランク１４の角度ＣＡを取得し、ステップＳ２２に移行する。制御部４２は、ステップＳ２２において、推定したクランク１４の角度ＣＡに応じてモータ１８を制御し、処理を終了する。
【００４６】
クランク角度推定装置６０によれば、高速フーリエ変換等の周波数変換を用いずにトルクセンサ４８Ａの出力からクランク１４の角度ＣＡを推定できるので、制御部４２の処理負荷を抑制できる。クランク角度推定装置６０によれば、ベクトルおよび行列を用いない式（１）および式（２）によってクランク１４の角度ＣＡを推定できるので、制御部４２の処理負荷を抑制できる。
【００４７】
図６は、本実施形態の制御装置４０を搭載可能な人力駆動車１０の構成例を示す。
図６の人力駆動車１０は、バッテリ７０、ドライブユニット７２、インタフェース部７４、および、ロック装置７６を含む。好ましくは、人力駆動車１０は、通信装置７８をさらに含む。制御装置４０は、バッテリ７０、ドライブユニット７２、インタフェース部７４、ロック装置７６、および、通信装置７８の少なくとも１つに含まれる。
【００４８】
バッテリ７０は、図２のバッテリ３８と同様に構成されてもよい。バッテリ７０は、１または複数のバッテリ素子８０を含む。バッテリ素子８０は、充電池を含む。バッテリ７０は、ドライブユニット７２、インタフェース部７４、ロック装置７６、および、通信装置７８に電力を供給する。好ましくは、バッテリ７０は、制御部８２および通信部８４をさらに含む。制御部８２は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵまたはＭＰＵを含む。演算処理装置は、相互に離れた複数の場所に設けられてもよい。制御部８２は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。制御部８２は、記憶部をさらに含んでいてもよい。制御部８２の記憶部には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。制御部８２の記憶部は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。バッテリ７０は、好ましくは、ドライブユニット７２の制御部８６と有線によって通信可能に接続される。通信部８４とドライブユニット７２の制御部８６との間では、通信信号の送信および受信が行われる。通信部８４は、例えば、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)を含む。
【００４９】
ドライブユニット７２は、図２のドライブユニット１９と同様に構成されてもよい。ドライブユニット７２は、モータ１８を含む。好ましくは、ドライブユニット７２は、駆動回路４６、制御部８６、および、通信部８８をさらに含む。制御部８６は、図２の制御部４２と同様に構成されてもよい。制御部８６は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵまたはＭＰＵを含む。演算処理装置は、相互に離れた複数の場所に設けられてもよい。制御部８６は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。制御部８６は、記憶部をさらに含んでいてもよい。制御部８６の記憶部には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。制御部８６の記憶部は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。通信部８８は、バッテリ７０の通信部８４と有線によって通信可能に接続される。通信部８８は、例えば、ＵＡＲＴを含む。通信部８８は、例えば、ＰＬＣ通信装置を含む。
【００５０】
インタフェース部７４は、表示部９０および入力部９２を含む。インタフェース部７４は、例えば、ハンドルバー３４に設けられる。好ましくは、インタフェース部７４は、制御部９４、記憶部９６、および、無線通信部９８をさらに含む。表示部９０は、文字および画像の少なくとも１つを表示可能に構成される。入力部９２は、ユーザが情報を入力可能に構成される。制御部９４は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵまたはＭＰＵを含む。演算処理装置は、相互に離れた複数の場所に設けられてもよい。制御部９４は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。記憶部９６には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。記憶部９６は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。無線通信部９８は、例えば、外部の通信装置、ロック装置７６の無線通信部１０４、および、通信装置７８の無線通信部１０６の少なくとも１つと無線通信可能に構成される。無線通信部９８は、例えば、予め定める通信規格の無線通信を実行するように構成される。予め定める通信規格は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）およびＡＮＴ＋（登録商標）の少なくとも１つを含む。外部の通信装置は、例えば、スマートフォン、タブレット型コンピュータを含む。
【００５１】
ロック装置７６は、アクチュエータ１００を含む。好ましくは、ロック装置７６は、制御部１０２および無線通信部１０４をさらに含む。ロック装置７６は、例えば、車輪またはクランク１４に設けられるロック部材を含む。アクチュエータ１００は、ロック部材を動作させ、ロック装置７６の状態を、人力駆動車１０の走行を規制するロック状態と、人力駆動車１０の走行を許容する解除状態と、に切り替える。制御部１０２は、予め定める制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵまたはＭＰＵを含む。演算処理装置は、相互に離れた複数の場所に設けられてもよい。制御部１０２は、１または複数のマイクロコンピュータを含んでいてもよい。制御部１０２は、記憶部をさらに含んでいてもよい。制御部１０２の記憶部には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶される。制御部１０２の記憶部は、例えば不揮発性メモリおよび揮発性メモリを含む。無線通信部１０４は、例えば、予め定める通信規格の無線通信を実行するように構成される。
【００５２】
通信装置７８は、無線通信部１０６および通信部１０８を含む。好ましくは、通信装置７８は、制御部１１０をさらに含む。無線通信部１０６は、外部の無線通信装置、インタフェース部７４の無線通信部９８、および、ロック装置７６の無線通信部１０４の少なくとも１つと無線通信可能に構成される。無線通信部１０６は、例えば、予め定める通信規格の無線通信を実行するように構成される。通信部１０８は、好ましくは、ドライブユニット７２の制御部８６と第４電気ケーブル１１８を介して通信可能に接続される。通信部１０８は、例えば電力線通信によってドライブユニット７２の制御部８６と通信するように構成される。通信部１０８が電力線通信によってドライブユニット７２の制御部８６と通信するように構成される場合、通信部１０８は、ドライブユニット７２の制御部８６との電力線通信における信号の出力および入力を行う。
【００５３】
バッテリ７０とドライブユニット７２とは、第１電気ケーブル１１２、第２電気ケーブル１１４、および、第３電気ケーブル１１６によって接続される。第１電気ケーブル１１２は、モータ１８に供給する電力を搬送するために用いられる。第２電気ケーブル１１４は、バッテリ７０の通信部８４とドライブユニット７２の通信部８８との間で有線通信を行うために用いられる。第３電気ケーブル１１６は、グランド接続に用いられる。第１電気ケーブル１１２、第２電気ケーブル１１４、および、第３電気ケーブル１１６の少なくとも２つは、複数の芯線を有する１本のケーブルによって構成されてもよい。
【００５４】
ドライブユニット７２と通信装置７８とは、第４電気ケーブル１１８および第５電気ケーブル１２０によって接続される。第４電気ケーブル１１８は、ドライブユニット７２の通信部８８と無線通信部１０６の通信部１０８との間で電力線通信を行うために用いられる。第４電気ケーブル１１８を介して、バッテリ素子８０の電力が通信装置７８に供給される。第５電気ケーブル１２０は、グランド接続に用いられる。第４電気ケーブル１１８および第５電気ケーブル１２０は、２つの芯線を有する１本のケーブルによって構成されてもよい。
【００５５】
バッテリ７０とインタフェース部７４とは、第６電気ケーブル１２２、第７電気ケーブル１２４、および、第８電気ケーブル１２６によって接続される。第６電気ケーブル１２２は、バッテリ素子８０の電力をインタフェース部７４に供給するために用いられる。第７電気ケーブル１２４は、インタフェース部７４の入力部９２に所定の情報が入力された場合に第１操作信号をバッテリ７０に送信するために用いられる。第８電気ケーブル１２６は、グランド接続に用いられる。第６電気ケーブル１２２、第７電気ケーブル１２４、および、第８電気ケーブル１２６の少なくとも２つは、複数の芯線を有する１本のケーブルによって構成されてもよい。
【００５６】
バッテリ７０とロック装置７６とは、第９電気ケーブル１２８、第１０電気ケーブル１３０、および、第１１電気ケーブル１３２によって接続される。第９電気ケーブル１２８は、バッテリ素子８０の電力をロック装置７６に供給するために用いられる。第１０電気ケーブル１３０は、第２操作信号をロック装置７６に送信するために用いられる。制御部１０２は、例えば、ロック装置７６のロック部材が手動で操作された場合に第２操作信号を出力する。第１１電気ケーブル１３２は、グランド接続に用いられる。第９電気ケーブル１２８、第１０電気ケーブル１３０、および、第１１電気ケーブル１３２の少なくとも２つは、複数の芯線を有する１本のケーブルによって構成されてもよい。
【００５７】
ドライブユニット７２は、バッテリ７０から第１電気ケーブル１１２を介して電力が供給されている場合、駆動状態になり、バッテリ７０から第１電気ケーブル１１２を介して電力が供給されていない場合、停止状態になる。ドライブユニット７２が停止状態の場合、バッテリ７０は、第６電気ケーブル１２２を介してインタフェース部７４への電力の供給を継続する。ドライブユニット７２が停止状態の場合、バッテリ７０は、第９電気ケーブル１２８を介してロック装置７６への電力の供給を継続する。
【００５８】
インタフェース部７４の入力部９２に、ドライブユニット７２の駆動を停止するための操作が行われた場合、インタフェース部７４は、ドライブユニット７２を駆動状態から停止状態に変更させるための信号を、無線通信部９８から通信装置７８の無線通信部１０６に送信する。通信装置７８の無線通信部１０６は、ドライブユニット７２を停止状態に変更させるための信号を受信した場合、ドライブユニット７２を停止状態に変更させるための信号を通信部１０８からドライブユニット７２の通信部８８に送信する。制御部８６は、通信部８８がドライブユニット７２を停止状態に変更させるための信号を受信した場合、バッテリ７０の通信部８４に、ドライブユニット７２への第１電気ケーブル１１２を介した電力の供給を停止させるための信号を送信する。バッテリ７０の制御部８２は、通信部８４がドライブユニット７２への第１電気ケーブル１１２を介した電力の供給を停止させるための信号を受信した場合、バッテリ素子８０と第１電気ケーブル１１２との間にあるスイッチをオフにして、ドライブユニット７２への第１電気ケーブル１１２を介した電力の供給を停止させる。
【００５９】
好ましくは、インタフェース部７４の入力部９２に、ドライブユニット７２の駆動を停止するための操作が行われた場合、インタフェース部７４は、ロック装置７６をロック状態に変更させるための信号を無線通信部９８からロック装置７６の無線通信部１０４に送信する。ロック装置７６の制御部１０２は、無線通信部１０４がロック装置７６をロック状態に変更させるための信号を受信した場合、アクチュエータ１００を駆動して、ロック装置７６をアンロック状態からロック状態に変更する。
【００６０】
インタフェース部７４の制御部９４は、ドライブユニット７２が停止状態の場合、バッテリ７０の推定残量を算出可能に構成される。制御部９４は、例えば、ドライブユニット７２が停止状態に変更される直前のバッテリ７０の残量を記憶部９６に記憶し、記憶したバッテリ７０の残量と、ドライブユニット７２が停止状態になってからのインタフェース部７４の使用電力と、に応じて、バッテリ７０の推定残量を算出する。制御部９４は、例えば、ドライブユニット７２が停止状態に変更される直前のバッテリ７０の残量を記憶部９６に記憶し、記憶したバッテリ７０の残量と、ドライブユニット７２が停止状態になってからのインタフェース部７４の使用電力およびロックユニットによって消費される電力と、に応じて、バッテリ７０の推定残量を算出してもよい。制御部９４は、好ましくは、ドライブユニット７２が停止状態の場合、バッテリ７０の推定残量を表示部９０に表示可能に構成される。制御部９４は、ドライブユニット７２が停止状態の場合、バッテリ７０の推定残量を表示部９０に常に表示させてもよく、バッテリ７０の推定残量を表示部９０に表示させるための操作が入力部９２に行われた場合に表示させてもよい。
【００６１】
図７を参照して、インタフェース部７４の制御部９４がドライブユニット７２を起動させる処理について説明する。制御部４２は、制御部９４に電力が供給されると、処理を開始して図７に示すフローチャートのステップＳ３１に移行する。制御部９４は、図５のフローチャートが終了すると、電力の供給が停止されるまでは、所定周期後にステップＳ３１からの処理を繰り返す。
【００６２】
制御部９４は、ステップＳ３１において、ドライブユニット７２が停止状態か否かを判定する。制御部９４は、ドライブユニット７２が停止状態でない場合、処理を終了する。制御部９４は、ドライブユニット７２が停止状態の場合、ステップＳ３２に移行する。
【００６３】
制御部９４は、ステップＳ３２において、バッテリ７０の推定残量を算出し、ステップＳ３３に移行する。制御部９４は、ステップＳ３３において、ステップＳ３２において算出したバッテリ７０の推定残量を表示部９０に表示させ、ステップＳ３４に移行する。制御部９４は、入力部９２にロック解除操作が行われたか否かを判定する。制御部９４は、例えば、入力部９２にパスワードが入力され、かつ、入力されたパスワードが予め記憶部９６に記憶されるパスワードと一致した場合、ロック解除操作が行われたと判定する。制御部９４は、ロック解除操作が行われていない場合、処理を終了する。
【００６４】
制御部９４は、ロック解除操作が行われた場合、ステップＳ３５に移行する。制御部９４は、ステップＳ３５において、ロック装置７６に解除要求信号を要求し、ステップＳ３６に移行する。制御部９４は、無線通信部９８からロック装置７６の無線通信部１０４に解除要求信号を送信する。ロック装置７６の制御部１０２は、解除要求信号を受信した場合、アクチュエータ１００を駆動して、ロック装置７６を解除状態に変更する。制御部９４は、ステップＳ３６において、起動要求信号を送信する。好ましくは、起動要求信号は、第１０電気ケーブル１３０を介してバッテリ７０の制御部８２に送信される。バッテリ７０の制御部８２は、起動要求信号を受信した場合、バッテリ素子８０と第１電気ケーブル１１２との間にあるスイッチをオンにして、ドライブユニット７２への第１電気ケーブル１１２を介した電力の供給を開始し、ドライブユニット７２を駆動状態に変更させる。
【００６５】
（変形例）
各実施形態に関する説明は、本発明に従う人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本開示に従う人力駆動車用のクランク角度推定装置および人力駆動車用の制御装置は、例えば以下に示される実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。以下の変形例において、各実施形態の形態と共通する部分については、各実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６６】
・制御部４２および推定部６６は、時定数τとして固定値を用いてもよい。時定数τとして固定値を用いる場合、クランク回転速度センサ５２および設定部６８を省略してもよい。推定部６６は、時定数τが固定値の場合には、図４においてステップＳ１２を省略し、ステップＳ１３において時定数τの固定値を用いてクランク１４の角度ＣＡを推定する。予め定める時定数τを固定値とする場合は、時定数τは、好ましくは、人力駆動車１０の通常の走行時に想定されるクランク１４の回転速度Ｎの最大値に対してカットオフ周波数が十分に大きくなる値である。
【００６７】
本明細書において使用される「少なくとも１つ」という表現は、所望の選択肢の「１つ以上」を意味する。一例として、本明細書において使用される「少なくとも１つ」という表現は、その選択肢の数が２つであれば「１つの選択肢のみ」または「２つの選択肢の双方」を意味する。他の例として、本明細書において使用される「少なくとも１つ」という表現は、その選択肢の数が３つ以上であれば「１つの選択肢のみ」または「２つ以上の任意の選択肢の組み合わせ」を意味する。
【符号の説明】
【００６８】
１０…人力駆動車、１４…クランク、１８…モータ、４０…制御装置、４２…制御部、４８…センサ、４８Ａ…トルクセンサ、６０…クランク角度推定装置、６２…取得部、６４…生成部、６４Ａ…フィルタ、６６…推定部、６８…設定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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