(57)【要約】【課題】  複数の制御特性のための開発コストや部品コストの上昇を来すことなく、各変速段にて最適なアシストフィーリングが得られるアシスト力を供給できるアシスト力付き車両を提供する。【解決手段】  現在変速段ペダル踏力(i) を基準変速段と現在の変速段との変速比率によって補正して基準変速段相当ペダル負荷(ii)を求めるとともに、該基準変速段相当ペダル負荷(ii)に応じた基準アシスト力(iii)を基準変速段アシスト力制御特性Ｈmapに基づいて求め、さらに該基準アシスト力(iii)を前記変速比率によって補正して現在変速段アシスト力(iv)を求める。【選択図】      図５
2010013027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル踏力を検知する踏力検知センサと、
ペダル踏力に応じたアシスト力を駆動輪に供給するアシスト力供給装置と、
運転者の操作により変速する変速機構と
を備えたアシスト力付き車両であって、
現在の変速段を検知する変速段検知センサと、
基準変速段におけるペダル踏力に応じたアシスト力を求めるための基準変速段アシスト力制御特性と、
該基準変速段アシスト力制御特性に基づいて各変速段におけるアシスト力を求めるアシスト力演算装置をさらに備え、
該アシスト力演算装置は、現在の変速段における現在変速段ペダル踏力を基準変速段の変速比と現在変速段の変速比とによって補正して基準変速段相当ペダル負荷を求めるとともに、該基準変速段相当ペダル負荷に応じた基準変速段相当アシスト力を前記基準変速段アシスト力制御特性に基づいて求め、さらに該基準変速段相当アシスト力を前記基準変速段の変速比と現在変速段の変速比とによって補正して現在変速段アシスト力を求める
ことを特徴とするアシスト力付き車両。
【請求項２】
請求項１に記載のアシスト力付き車両において、
前記アシスト力演算装置は、
基準変速段相当ペダル負荷＝現在変速段ペダル踏力÷（基準変速段減速比／現在変速段減速比）
により基準変速段相当ペダル負荷を求めるとともに、
現在変速段アシスト力＝基準変速段相当アシスト力×（基準変速段減速比／現在変速段減速比）
により現在変速段アシスト力を求める
ことを特徴とするアシスト力付き車両。
【請求項３】
請求項１又２に記載のアシスト力付き車両において、
前記変速段検知センサは、前記変速機構，変速操作を行う変速操作器又は該変速操作を変速機構に伝達する伝達機構から変速段を直接検知するように構成されていることを特徴とするアシスト力付き車両。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のアシスト力付き車両において、
前記変速段検知センサは、実際の車速とモータ回転数とに基づいて変速段を計算により推定するように構成されていることを特徴とするアシスト力付き車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者が加えるペダル踏力に応じたアシスト力を駆動輪に供給するアシスト力供給装置と、運転者の操作により変速する変速機構とを備えたアシスト力付き車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転者のペダル踏力と、ペダル踏力の大きさに応じたアシスト力との合力を駆動輪に供給するようにしたアシスト力付き車両が市販されている。この種の車両において、ペダル踏力及びアシスト力を駆動輪に伝える伝動系に、運転者の操作により変速する変速機構を介在させたものがある。このような変速機構を備えた場合、特定の変速段においてアシストフィーリングを作り込んだ１つのペダル踏力−アシスト力制御特性で全ての変速段のアシストフィーリングを最適に設定することはできない。
【０００３】
例えば高速段Ｈの制御特性（図４参照）でアシスト力を決定する場合、変速段を中速段Ｍ，低速段Ｌと切り替えると、図８，図９のように特性がずれ、商品性が悪化する。具体的には、発進時の急加速を抑制するために図４のように低負荷域でのアシスト比を１：１よりも低く設定してあった場合、高速段では、図８，図９の斜度範囲ａでアシスト比が低くなるのに対し、低中速段で同じ斜度の走路を走行する際には同図のｂ，ｃのようにより広い斜度範囲でアシスト比が低くなり、商品生が悪化する。
【０００４】
このような問題を抑制して常に安定したアシスト力が得られるようにするために、変速段毎のペダル踏力−アシスト力制御特性を予め備えておき、変速段に対応した制御特性に基づいてアシスト力を決定するようしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１９０４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記公報に記載の従来車両のように、変速段数分の制御特性を予め備える場合、制御特性開発のための開発コストが上昇するとともに、それら複数の制御特性を記憶するための記憶領域増量による部品コストが上昇するといった問題が生じる。
【０００６】
本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、複数の制御特性のための開発コストや部品コストの上昇を来すことなく、各変速段において同等の最適なアシストフィーリングが得られるアシスト力を供給できるアシスト力付き車両を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、ペダル踏力を検知する踏力検知センサと、ペダル踏力に応じたアシスト力を駆動輪に供給するアシスト力供給装置と、運転者の操作により変速する変速機構とを備えたアシスト力付き車両であって、現在の変速段を検知する変速段検知センサと、基準変速段におけるペダル踏力に応じたアシスト力を求めるための基準変速段アシスト力制御特性と、該基準変速段アシスト力制御特性に基づいて各変速段におけるアシスト力を求めるアシスト力演算装置をさらに備え、該アシスト力演算装置は、現在の変速段における現在変速段ペダル踏力を基準変速段の変速比と現在変速段の変速比とによって補正して基準変速段相当ペダル負荷を求めるとともに、該基準変速段相当ペダル負荷に応じた基準変速段相当アシスト力を前記基準変速段アシスト力制御特性に基づいて求め、さらに該基準変速段相当アシスト力を前記基準変速段の変速比と現在変速段の変速比とによって補正して現在変速段アシスト力を求めることを特徴としている。
【０００８】
ここで、本発明の基準変速段アシスト力制御特性は、予めマップで記憶されていても良いし、演算式で記憶されていても良い。また、本発明における「ペダル踏力」は実際にペダルに加えられるトルクを意味し、一方「ペダル負荷」は、ペダル踏力を補正することにより求められたトルクを意味している。本明細書では、両者を区別するために異なる用語が用いられている。
【０００９】
さらにまた、本発明の変速比は、減速比と増速比の両方を含む。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のアシスト力付き車両において、前記アシスト力演算装置は、基準変速段相当ペダル負荷＝現在変速段ペダル踏力÷（基準変速段減速比／現在変速段減速比）により基準変速段相当ペダル負荷を求めるとともに、現在変速段アシスト力＝基準変速段相当アシスト力×（基準変速段減速比／現在変速段減速比）により現在変速段アシスト力を求めることを特徴としている。
【００１１】
なお、各変速段が増速比を有するものである場合は、前記基準変速段相当ペダル負荷，現在変速段アシスト力を求める式において、÷，×は、それぞれ×，÷と逆になる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又２に記載のアシスト力付き車両において、前記変速段検知センサは、前記変速機構，変速操作を行う変速操作器又は該変速操作を変速機構に伝達する伝達機構から変速段を直接検知するように構成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載のアシスト力付き車両において、前記変速段検知センサは、実際の車速とモータ回転数とに基づいて変速段を計算により推定するように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明に係るアシスト力付き車両によれば、現在変速段ペダル踏力を基準変速段の変速比と現在変速段の変速比とによって補正して、より具体的には請求項２に記載のように、基準変速段減速比／現在変速段減速比で除算することによって基準変速段相当ペダル負荷を求めた。また基準変速段相当ペダル負荷に応じた基準変速段相当アシスト力を基準変速段アシスト力制御特性に基づいて求めた。さらに該基準変速段相当アシスト力を前記基準変速段の変速比と現在変速段の変速比とによって補正して、より具体的には請求項２に記載のように基準変速段減速比／現在変速段減速比で乗算することによって現在変速段アシスト力を求めた。その結果、基準変速段で最適のアシストフィーリングとなるように設定した基準変速段アシスト力制御特性から残りの変速段において最適のアシストフィーリングとなるアシスト力を求めることができる。
【００１５】
従って本発明では、複数の制御特性のための開発コストや部品コストの上昇を来すことなく、各変速段において同等の最適なアシストフィーリングが得られるアシスト力を供給できる
請求項３の発明によれば、前記変速機構，変速操作を行う変速操作器又は該変速操作を変速機構に伝達する伝達機構から変速段を直接検知するようにしたので、変速段を正確に検知できる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、実際の車速とモータ回転数とに基づいて変速段を計算により推定するようにしたので、部品の増加や構造の複雑化を回避しつつ容易に変速段を検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１ないし図７は、本発明の一実施形態によるアシスト力付き車両を説明するための図である。
【００１９】
図において、１はアシスト力付き車両としての電動アシスト自転車であり、これの車体フレーム２はヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ４と、該ダウンチューブ４の後端から上方に起立して延びるシートチューブ５と、該シートチューブ５の下端付近から後方に略水平に延びる左，右一対のチェーンステー６と、該両チェーンステー６の後端部と前記シートチューブ５の上部とを結合する左，右一対のシートステー７とを備えている。
【００２０】
前記ヘッドパイプ３にはフロントフォーク８が左右に回動可能に軸支されている。このフロントフォーク８の下端には前輪９が軸支されており、上端には操向ハンドル１０が固着されている。また前記シートチューブ５の上端にはサドル１１が装着されている。さらに前記チェーンステー６の後端には後輪１２が軸支されている。
【００２１】
本実施形態の電動アシスト自転車１は、運転者によりペダル１５ｂからペダルクランク１５ａを介してペダル軸１５に加えられたペダル踏力を一方向クラッチ１９を介して駆動チェン１７に供給する人力駆動系１３と、前記ペダル踏力に応じた電動モータ１８からのアシスト力を減速機２０，一方向クラッチ２１を介して前記駆動チェン１７に供給するアシスト力駆動系１４とを備えている。
【００２２】
前記人力駆動系１３は、前記ペダル軸１５に装着された駆動スプロケット１５ｃと前記後輪１２のハブ１６に固定された従動スプロケット１６ａとに前記駆動チェン１７を巻回した構造となっている。
【００２３】
そして前記後輪１２のハブ１６内には３段変速式の変速機構２２が内蔵されている。駆動チェン１７を介して伝えられるペダル踏力とアシスト力の合力により前記後輪ハブ１６内の入力軸が回転される。前記変速機構２２は、入力軸の回転を第１速〜第３速の何れかの変速比で変速して後輪ハブ１６内の出力軸に伝達する。この出力軸の回転は一方向クラッチ２３を介して後輪１２に伝達される。なお、前記変速機構２２の第１速，第２速，第３速の減速比は、Ｌ（例えば３／１），Ｍ（例えば２／１），Ｈ（例えば１／１）に設定されている。
【００２４】
前記変速機構２２は、運転者が変速操作器２４を操作することにより適宜切り替えられるようになっている。そして前記変速操作器２４の操作力を前記変速機構２２に伝達する制御ケーブルの途中に、何れの変速段かを検出する変速段検知センサ２５が配設されている。
【００２５】
また前記ペダル軸１５と駆動スプロケット１５ｃとの間には運転者によりペダル軸１５に入力されたペダル踏力（トルク）を検出するためのトルクセンサ（踏力検知センサ）２６が配設されている。
【００２６】
前記アシスト力駆動系１４は、前記シートステー５と後輪１２の前縁との間に配設されたバッテリユニット３３と、該バッテリユニット３３で駆動される電動モータ１８及び前記電動モータ１８への印加電圧，印加電流により出力を制御するコントローラ２７を含む駆動ユニット４１を備えており、該駆動ユニット４１は前記ペダル軸１５を囲むように配設されている。前記電動モータ１８の回転を減速する減速機２０の出力軸に配設された出力スプロケット１８ａにより前記駆動チェン１７を駆動するようになっている。
【００２７】
また前記コントローラ２７は、前記変速段検知センサ２５からの変速段検知信号ａが入力される変速段検知部２８と、前記トルクセンサ２６からの踏力検知信号ｂが入力される踏力検知部２９と、アシスト力制御特性等が記憶されたメモリ３０と、これらの検知信号，アシスト力制御特性に基づいてアシスト力を演算するアシスト力演算部３１と、演算されたアシスト力をモータ制御信号Ａとして電動モータ１８に出力するモータ制御部３２とを有する。なお、電動モータ１８の回転速度はモータ回転センサ（エンコーダ）３３によって検出され、前記モータ制御部３２にフィードバックされる。
【００２８】
前記コントローラ２７におけるアシスト力の演算について、図３の制御フロー及び図４〜図７の制御特性図に基づいて詳述する。
【００２９】
前記メモリ３０には、図４に示す基準変速段（第３速−Ｈ）において最適なアシストフィーリングが得られるよう予め作り込まれた基準変速段アシスト力制御特性（基準マップ）Ｈmapが記憶されている。この基準マップＨmapでは、例えば停止状態からのスタート時には、ペダル踏力が小さい間はアシスト比が１：１より小さくなっており、途中から１：１近くまで増加し、その後は再び１：１より小さくなっている。
【００３０】
図５（ａ）は走行負荷と平均踏力との関係を示している。同図から、同じ走行負荷（走路斜度等）であれば、第１速Ｌ,第２速Ｍ,第３速Ｈになるに従って平均踏力は増加し、換言すれば、同じ平均踏力であれば第３速から第１速になるほど大きな走行負荷（走路斜度）に耐えられることが判る。
【００３１】
図５（ｂ）は、例えば、第１速（Ｌ）で走行している場合の現在変速段ペダル踏力 に対応する現在変速段アシスト力を前記基準マップに基づいて求める手順を説明するための図である。
【００３２】
前記コントローラ２７の制御フローを示す図３において、アシスト力決定サイクル処理がスタートすると、現在のペダル踏力及び変速段が検知される（ステップＳ１，Ｓ２）。例えば、現在の変速段が第１速であり、現在変速段ペダル踏力が図５（ｂ）における(i)である場合、基準変速段相当ペダル負荷（図５（ｂ）における(ii)参照、以下同じ）を、現在変速段ペダル踏力(i) ÷（基準変速段減速比／現在変速段減速比）により求める（ステップＳ３）。
【００３３】
そして前記基準変速段相当ペダル負荷に応じた基準変速段相当アシスト力(iii)を前記基準アシスト力制御特性（基準マップ）に基づいてマップ計算により求める（ステップＳ４）。
【００３４】
さらに現在のペダル踏力に対応したアシスト力(iv)を、基準変速段相当アシスト力(iii)×（基準変速段減速比／現在変速段減速比）より求め（ステップＳ５）、アシスト力決定サイクル処理は終了する。
【００３５】
このように本実施形態では、現在変速段ペダル踏力(i) ÷（基準変速段減速比／現在変速段減速比）によって、基準変速段相当ペダル負荷(ii)を求めるとともに、該基準変速段相当ペダル負荷(ii)に応じた基準変速段アシスト力(iii)を基準マップ（図４）に基づいて求め、さらに該基準変速段アシスト力(iii)×（前記基準変速段減速比／現在変速段減速比）によって現在変速段アシスト力(iv)を求めるようにしたので、基準変速段（第３速）で最適のアシストフィーリングとなるように設定された基準マップから残りの変速段において最適のアシストフィーリングとなるアシスト力を求めることができ、このようにして仮想マップＬmap  が得られる。
【００３６】
その結果、第１〜第３速の何れにもおいても、同等の走行負荷−平均アシスト力特性が得られ（図６参照）、また同等の走行負荷−平均アシスト比特性が得られる（図７参照）。従って、変速段毎にアシスト力制御特性（マップ）を備える場合のような、複数の制御特性を開発するための開発コストの上昇及び記憶領域増量による部品コストの上昇を回避できる。
【００３７】
また本実施形態では、変速機構２２における変速段を直接検知するようしたので、簡単な構造で変速段を正確に検知できる。
【００３８】
なお、前記変速段の検知については、例えば図２に破線で示すように、車速制御のために元々備えられている前輪車速センサ３４又は後輪車速センサ３５により検知された車速と、モータ回転制御のために元々備えられているモータ回転センサ３３により検知された電動モータ１８の回転速度とから変速段を計算により推定するように構成しても良く、このようしたのが本願請求項４の発明である。
【００３９】
車速と電動モータの回転とから変速段を計算により推定した場合、元々備えられている車速センサやモータ回転センサを利用できるので、部品の増加や構造の複雑化を回避しつつ容易に変速段を検知できる。
【００４０】
また、前記実施形態では、基準変速段アシスト力制御特性が、マップにより記憶されている場合を説明したが、本発明の基準変速段アシスト力制御特性は、演算式で記憶されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態による電動アシスト自転車の右側面図である。
【図２】前記実施形態のブロック構成図である。
【図３】前記実施形態のフローチャートである。
【図４】前記実施形態のメモリに記憶された基準変速段に対する制御特性（基準マップ）を示す図である。
【図５】前記実施形態の現在変速段アシスト力の演算手順を示す図である。
【図６】前記実施形態の走行負荷−平均アシスト力特性図である。
【図７】前記実施形態の走行負荷−平均アシスト比特性図である。
【図８】従来装置における走行負荷−平均アシスト力特性図である。
【図９】従来装置における走行負荷−平均アシスト比特性図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電動アシスト自転車（アシスト力付き車両）
１４  アシスト力駆動系（アシスト力供給装置）
２２  変速機構
２５  変速段検知センサ
２６  トルクセンサ（踏力検知センサ）
２４  変速操作器
３１  アシスト力演算部（アシスト力演算装置）
３４，３５  車速センサ
(i)   現在変速段ペダル踏力
(ii)  基準変速段相当ペダル負荷
(iii)  基準変速段相当アシスト力
(iv)  現在変速段アシスト力
Ｈmap  基準変速段アシスト力制御特性（基準マップ）
【図１】
2010013027.tif 000003
【図２】
2010013027.tif 000004
【図３】
2010013027.tif 000005
【図４】
2010013027.tif 000006
【図５】
2010013027.tif 000007
【図６】
2010013027.tif 000008
【図７】
2010013027.tif 000009
【図８】
2010013027.tif 000010
【図９】
2010013027.tif 000011