(57)【特許請求の範囲】
【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、補助力の大きさを外部から指示する補助力指示手段と、該補助力指示手段により指示された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を求めるスロットル補助電流値演算手段と、上記電動モータに供給する電流値が上記スロットル補助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、ペダル踏力を検出する踏力検出手段と、該踏力検出手段からの踏力に基づいてペダル補助力を求めるペダル補助力演算手段と、該ペダル補助力を得るのに必要なペダル補助電流値を求めるペダル補助電流値演算手段とを備え、上記電流値制御手段が、上記電動モータに供給する電流値が上記スロットル補助電流値とペダル補助電流値とを重ね合わせた目標電流値となるように電流供給回路を制御することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
【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。この種の車両において、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。
【０００３】
上記電動モータの制御においては、モータへの供給電圧とモータの回転速度及び発生トルクとの間に一定の関係が成立することを利用することにより、スロットルレバーからの指示値に応じた補助力を発生させることが考えられる。即ち、モータの回転速度を検出し、この回転速度において上記指示値に見合った補助力を得るのに必要なモータへの供給電圧値を上記一定の関係に基づいて求め、該求めた電圧をＰＷＭデューティ比制御により上記モータに供給する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで補助動力源たるモータは、ブラシの抵抗，電機子捲線の抵抗等によりその特性が左右され、同一機種・仕様のものであっても特性にばらつきが生じる。このため上記ＰＷＭデューティ比制御による電圧制御を採用した場合、一定の条件（車速，スロットル開度）下で各車両の補助力を比較した場合、各々のモータの特性に起因した補助力のばらつきが生じ易いという問題が懸念される。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、モータ特性とは無関係に外部指示値に正確に対応した補助力が得られ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。
【０００６】
【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、補助力の大きさを外部から指示する補助力指示手段と、該補助力指示手段により指示された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を求めるスロットル補助電流値演算手段と、上記電動モータに供給する電流値が上記スロットル補助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、ペダル踏力を検出する踏力検出手段と、該踏力検出手段からの踏力に基づいてペダル補助力を求めるペダル補助力演算手段と、該ペダル補助力を得るのに必要なペダル補助電流値を求めるペダル補助電流値演算手段とを備え、上記電流値制御手段が、上記電動モータに供給する電流値が上記スロットル補助電流値とペダル補助電流値とを重ね合わせた目標電流値となるように電流供給回路を制御することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図３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である。
【０００９】
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。
【００１０】
上記ヘッドパイプ１２には、下端で前輪２８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。
【００１１】
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４０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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１１３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。
【００１８】
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。
【００１９】
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標電流値とが所定の演算式等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。なお、上記重ね合わせにおける演算式としては、例えばペダル補助電流値をスロットル開度が大きいほど小さい値に補正した後上記スロットル補助電流値に加算する等の演算式が採用される。
【００２０】
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ＰＷＭ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２１４がモータ４４に流す電流の制御を行う。
【００２１】
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２０１ｃ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。
【００２２】
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４４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。
【００２３】
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ＦＥＴ２１４ａを介設し、該ＦＥＴ２１４ａとＣＰＵ２５０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２１４ｂ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のオフ時にモータ電流経路となるフライホイールダイオードである。
【００２４】
上記ブートストラップ回路２１５は、ＦＥＴ２１４ａ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２１５ａと、逆流防止用ダイオード２１５ｂと、降圧回路２１５ａにより充電されるコンデンサ２１５ｃとを備えている。
【００２５】
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（指示値）に応じた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、ペダル踏力に応じた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、上記スロットル，ペダル補助電流値とが所定の方式に従って重ね合わされ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。
【００２６】
このように本実施形態では、制御目標値として電流値を求め、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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
なお、上記実施形態では、スロット開度から求めたスロットル補助電流値とペダル踏力から求めたペダル補助電流値とを重ね合わせるようにしたが、モード切替スイッチ６３により、スロットル開度から求めたスロットル補助電流値をそのまま、又は一定の演算処理後に目標電流値とするスロットル入力モードとすることもできる。
【００２９】
また、モード切替スイッチ６３により、上記重ね合わせモード，スロットル入力モード，及びペダル踏力から求めたペダル補助電流値をそのまま、又は一定の演算処理後に目標電流値とするペダル入力モードの３段階に切替え可能とすることもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る電動補助車両の補助力制御装置によれば、外部から指示された指示値に基づいて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、上記指示された補助力を高い精度で発生できる効果がある。
【００３１】
また、上記指示値に基づく補助力を得るためのスロットル補助電流値と、ペダル踏力に基づく補助力を得るためのペダル補助電流値とを重ね合わせて目標電流値を求め、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、希望する補助力を高い精度で発生できるととにも、上記重ね合わせ方式を適宜選定することにより、補助力の供給変動を滑らかにすることができ、走行感を向上できる効果がある。
【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。
【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
【図１】
0003672658.tif 000002
【図２】
0003672658.tif 000003
【図３】
0003672658.tif 000004