(57)【要約】【課題】  この発明は、ブレーキ操作機構に必要なブレーキワイヤーの省略された電動車両を提供する。【解決手段】車速に基づいて車両が走行状態か待機状態か判断し、待機状態の場合には、ブレーキ操作時に駆動モータＭをロックし、走行状態の場合には、ブレーキ操作量に応じて出力値が決定された逆転トルクを駆動モータＭから出力する。ブレーキ操作非検出時では、制動制御は実行されない。【選択図】図１
2014195367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者を載せる車体と、
該車体の前後にそれぞれ支持された前輪と後輪とを有する車両であって、
回転軸を中心に回転するクランクと、前記クランク先端部に設けられ、運転者の踏力を受けるペダルとを有するペダル回転部と、
前記前輪又は前記後輪の少なくとも一方を駆動させるモータと、
運転者がブレーキ操作を入力する制動操作手段と、
前記制動操作手段の制動操作を検出する制動検出手段と、
前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記制動検出手段による制動操作が検出された場合に、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて、前記モータの回転を制御することによって前記車両を制動する制動制御手段を備えた電動車両。
【請求項２】
前記制動制御手段は、
前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて待機状態か走行状態かを判定する車両状態判定手段と、
前記車両状態判定手段によって待機状態であると判定され、かつ前記制動検出手段によって制動が検出された場合には、前記モータの回転を０とするモータロック手段とを有する請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記制動制御手段は、
更に、前記車両状態判定手段によって走行状態であると判定された場合には、前記モータに逆転方向のトルクを生じさせるモータ逆転手段とを有する請求項２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記車両状態判定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が所定値より小さい場合に待機状態であると判定する請求項２又は３に記載の電動車両。
【請求項５】
前記制動検出手段は、ブレーキ操作量を検出するものであり、
前記モータ逆転手段は、前記制動検出手段によって検出されたブレーキ操作量に応じて逆転トルクを決定する請求項４に記載の電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両に係り、詳しくは、運転者が漕ぐペダルの回転数を駆動指令として走行する電動車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自転車に代表されるように、入力軸に接続されたクランクのペダルを左右の足で漕ぐことによって、チェーンを介して駆動車輪に駆動力を伝えて前進する車両が存在する。また、このような機械的な動力伝達機構に加えて、電動モータで駆動力を補強するアシスト自転車が提案されている。  
一方、これに対して、下記特許文献の通り、機械的な伝達機構を持たず、ペダルによる入力装置と、駆動輪を駆動させる駆動装置が電気的に接続されている自転車が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１４１８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２０５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の電動自転車では、加速時においては、ペダルはアクセルとして利用され、ペダルの回転量に応じた出力が駆動輪から出力される。  
ところで、自転車については、旅行先や出張先などの移動先においても自転車を利用したい、といった要請がある。このような用途のために、車体の一部の分解や折り畳みによって、コンパクトに縮小できる構造の自転車が提案されている。上記従来例として挙げられている電動車両は、動力伝達機構が無い為、コンパクト化を実現するための設計の範囲広がり、コンパクト化を図るためには有利な構造ではある。しかしながら、自転車の制動装置については、以下のような問題が残る。上記先行技術文献を含む従来の構成では、制動はブレーキレバーと制動装置とを繋ぐブレーキワイヤーによって操作量が伝達され、ブレーキ操作が行われる。
【０００５】
しかし、このブレーキワイヤーは、コンパクト化のために車両を分解・折り畳み等する場合の障害となるため、分解・折り畳み作業の際、ブレーキワイヤーを取り外し、或いは、ブレーキワイヤーを極端な形状に変型させる必要がある。このような操作は、作業の煩雑化や制動装置の故障を招くといった問題があった。更に、ブレーキワイヤーは、外観上見苦しく、運転中に衣服に触れて引っ掛かるなどの問題が発生する懸念もある。  
この発明は、ブレーキ操作機構に必要なブレーキワイヤーの省略された電動車両を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。  
（１）運転者を載せる車体と、
該車体の前後にそれぞれ支持された前輪と後輪とを有する車両であって、
回転軸を中心に回転するクランクと、前記クランク先端部に設けられ、運転者の踏力を受けるペダルとを有するペダル回転部と、
前記前輪又は前記後輪の少なくとも一方を駆動させるモータと、
運転者がブレーキ操作を入力する制動操作手段と、
前記制動操作手段の制動操作を検出する制動検出手段と、
前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記制動検出手段による制動操作が検出された場合に、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて、前記モータの回転を制御することによって前記車両を制動する制動制御手段を備えた電動車両。
【０００７】
（２）前記制動制御手段は、
前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて待機状態か走行状態かを判定する車両状態判定手段と、
前記車両状態判定手段によって待機状態であると判定され、かつ前記制動検出手段によって制動が検出された場合には、前記モータの回転を０とするモータロック手段とを有する上記（１）に記載の電動車両。
【０００８】
（３）前記制動制御手段は、
更に、前記車両状態判定手段によって走行状態であると判定された場合には、前記モータに逆転方向のトルクを生じさせるモータ逆転手段とを有する上記（２）に記載の電動車両。
【０００９】
（４）前記車両状態判定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が所定値より小さい場合に待機状態であると判定する上記（２）又は（３）に記載の電動車両。
【００１０】
（５）前記制動検出手段は、ブレーキ操作量を検出するものであり、
前記モータ逆転手段は、前記制動検出手段によって検出されたブレーキ操作量に応じて逆転トルクを決定する上記（４）に記載の電動車両。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ブレーキ操作が検出された場合に、車速に応じた制動制御が行われるので、運転者の制動の意図に沿った制動制御を行うことができる。また、ブレーキワイヤーを省略できるので、車両の本体にブレーキワイヤーを付設する必要が無く、審美的に有利であるとともに、運転者の衣服に絡む恐れもなく、より安全な走行操作が可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、車両の状態が走行している走行状態か、走行前の待機状態であるか車速に基づいて判断し、待機状態で制動操作が検出された場合にはモータをロックするので、例えば、一般の自転車やアシスト自転車のように、発進時などの待機状態でブレーキレバーを握り込み、車両を停止状態に維持させる操作を再現することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、走行状態である場合には、ブレーキ操作の検出によってモータを逆転させることで制動が行われ、一般自転車と同様の制動感覚を、運転者が感じることができる。  
請求項４に記載の発明によれば、車速が所定の値を基準にして小さいか否かによって、待機状態か走行状態かを判定するので、容易に待機状態と走行状態との判別ができる。  
請求項５に記載の発明によれば、ブレーキ操作量に応じてモータの逆転トルクが決定されるので、ブレーキ操作量に応じた制動力の調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電動車両の側面全体図である。
【図２】本発明の電動車両における電気系統の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の電動車両のモータ制御回路の一部を示すブロック図である。
【図４】本発明の電動車両のブレーキ制御内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の車両の好適実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の電動車両１の一実施形態を示すもので、電動自転車の全体斜視図である。車体２は、操作部２０と、本体２１とを備える。操作部２０は、ハンドル２２と、ハンドル２２の回動軸であるステム２２１と、前輪２３ｆを備える。本体２１は、例えば、１本の基体や、複数の部材を組み合わせたフレームで構成されており、この実施形態では、１つの基体で構成されている。本体２１の先端部ヘッドチューブ２１１には、ハンドル２２のステム２２1が回動自在に支持されており、後端部では、従動輪である後輪２３ｂが支持され、制御ユニットＣＵとバッテリユニットＢＵが搭載されている。なお、ハンドル２２には、両端のハンドルグリップ部分２２３にブレーキ操作を入力する制動操作手段としてのブレーキレバー２２４が設けられている。このブレーキレバー２２４には、制動するための操作量を検出する制動検出手段としてのブレーキセンサＢＢＳが設けられている。
【００１６】
一方、本体２１の中央部には、支柱２４が立設され、支柱２４の基端部には発電ユニットＧＵが設けられている。支柱２４の先端部には、サドル２４１が取り付けられている。ステム下端部にはフロントフォーク２２２が接続されており、該フロントフォーク２２２の先端には、駆動輪である前輪２３ｆが設けられている。前輪２３ｆの中心軸部分には駆動モータＭが設けられている。この実施形態では、駆動モータはインホイールモータが用いられている。該インホイールモータの出力軸はフロントフォーク２２２に固定されている。前輪２３ｆは、駆動モータＭの駆動によって駆動輪として回転駆動する。駆動モータＭには、車速検出手段としての駆動輪回転数センサＭＲＳと駆動モータ電流センサＭＴＳが設けられており、駆動輪回転数センサＭＲＳは、駆動輪の回転数を検出し、駆動モータ電流センサＭＴＳは、駆動モータに流れる電流値を検出する。この電流値によって駆動モータＭが出力しているトルクを知ることができる。
【００１７】
駆動モータＭは、制動時には制動手段として機能し、ブレーキレバー２２４の操作量や、車速に応じて、ロック状態と逆転トルク出力状態とに切り替わる。
【００１８】
発電ユニットＧＵの左右両側には、回転軸としての入力軸が突出し、各左右入力軸は、クランク２５Ｌ、２５Ｒが、それぞれ逆方向に向けて接続されたクランク軸２５０Ｌ（右側のクランク軸２５０Ｒは図示されていない）となっている。左右のクランク２５Ｌ、２５Ｒの先端には、ペダル２５１Ｌ、２５１Ｒがそれぞれ回動自在に支持されている。これらクランク軸２５０Ｌ、クランク２５Ｌ、２５Ｒ及びペダル２５１Ｌ、２５１Ｒによって、ペダル回転部が構成される。
【００１９】
また、発電ユニットＧＵは、発電機Ｇを備え、クランク２５Ｌ、２５Ｒに加えられた踏力が、入力軸を介して回転トルクとして、発電機Ｇのロータに伝達される。発電ユニットＧＵは、入力軸に加わったトルクを発電機Ｇに伝達する機械的な伝達機構、例えば変速装置などを備えてもよい。発電ユニットＧＵは、更に、発電機電流センサＰＴＳ、トルク検出手段としてのペダル用トルクセンサＰＴＳ、ペダル用回転数センサＰＲＳを備えている。ペダル用トルクセンサＰＴＳは、運転者の踏み込みによってペダルから伝えられるトルクを検出するセンサであり、ペダル用回転数センサＰＲＳは、ペダルの回転数を検出する。発電機電流センサＰＴＳは、発電機に流れる電流値を検出する。この電流値は、発電機によってペダルに与えられる抗力を図るものである。
【００２０】
制御ユニットＣＵは、集積回路及びメモリ等によって構成された車両制御回路ＥＣや、バッテリの放電や充電を制御するバッテリ制御回路ＢＣ、発電機制御回路ＧＣ、モータ制御回路ＭＣを備えている。制御ユニットＣＵに隣接して設けられているバッテリユニットＢＵは、バッテリＢＴと、バッテリＢＴから出力される電流値を検出するバッテリ電流センサＢＩＳ、バッテリＢＴから出力される電圧を検出する電圧センサＢＶＳを備えている。バッテリユニットＢＵは、車体２に対して、機械的及び電気的に着脱自在に設けられており、車体２から取り外した状態で外部電源によって充電可能に構成されている。
【００２１】
バッテリＢＴの電力は、駆動モータＭに供給され、駆動モータＭの回生時には、回生電力がバッテリＢＴに供給される。また、バッテリＢＴの電力は発電機Ｇによってペダル抗力を発生させる際には、発電機Ｇに供給され、発電機Ｇによって発電された電力は、バッテリＢＴに供給されて蓄積される。駆動モータＭと発電機Ｇは、それぞれ電気エネルギーと機械的な回転エルギーとの間で相互にエネルギー変換を行うアクチュエータであり、駆動モータＭは、主として電力を回転トルクに変換するが、回生時には回転トルクを電力に変換する。また、発電機Ｇは、主として回転トルクを電力に変換するが、ペダルの回転数を制御する場合には、発電機制御回路ＧＣによって電力を回転トルクに変換する場合もある。駆動モータＭは、回転数を制御することで制動手段として機能する。
【００２２】
図２は、本発明の制御系の構成を示すブロック図である。制御系は、車両制御回路ＥＣ、バッテリ制御回路ＢＣ、発電機制御回路ＧＣ、モータ制御回路ＭＣを備え、各車両制御回路ＥＣから他の制御回路へ向けて指示信号が供給される。車両制御回路ＥＣには、各センサから検出値が入力され、入力された値に基づいて、ペダルの回転軸に与える抗力の値、ペダルの目標回転数、目標車速等を決定する。例えば、目標車速は、ペダル用トルクセンサＰＴＳから入力されたペダルトルク値に基づいて決定され、ペダルトルクが検出されない場合には、駆動モータＭの出力トルクは零、即ち駆動モータＭはフリー回転状態となる。
【００２３】
発電機制御回路ＧＣは、車両制御回路ＥＣからペダル目標回転数の指示に基づいて、実際のペダルの回転数が目標回転数となるよう発電機の回転を制御する。具体的には、発電機の電流を制御することにより発電機のロータの回転に抵抗を与え、ペダルの回転数を制御する。  
モータ制御回路ＭＣは、車両制御回路ＥＣから目標車速値の指示に基づいて、実際の車速が目標値となるように、駆動モータＭに供給される電力を制御する。また、回生時には、駆動モータから得られる回生電力をバッテリＢＴへ供給できるようにバッテリ回路を切り換え制御する。また、モータ制御回路ＭＣは、制動操作時には、車両制御回路ＥＣから供給される逆転トルク値に基づいて、該トルクが駆動モータＭに発生するように、供給される電力を制御する。
【００２４】
バッテリ制御回路ＢＣは、車両制御回路ＥＣの指示に基づいてモード切り換えを行う。バッテリ制御回路ＢＣは、発電機系統と駆動モータ系統とに分けられ、それぞれについて、駆動モータＭに電力を供給するモード、駆動モータＭからの回生電力を充電するモード及び発電機Ｇに電力を供給するモード、発電機Ｇから発電された電力を充電するモードとの間で、モードの切り換えを行う。
【００２５】
図３は、モータ制御回路ＭＣの一部を示すものである。駆動モータＭは直流モータであって、該駆動モータＭに供給される電流の向きを切り換える回路図である。供給される電流の向きを変更することによって、駆動モータＭは、前進方向に駆動している正転駆動状態と、制動のために正転方向に対して逆回転させられる逆転駆動状態と、回転がロックされるロック状態とに切り換えられる。駆動モータＭは、正転駆動状態では車両に前進駆動力を付与する駆動手段として機能し、制動時には、逆転駆動状態又はロック状態に切り替わって、車両に制動力を付与する制動手段として機能する。
【００２６】
駆動モータＭの入力端子プラス極又はマイナス極の一方には、トランジスタからなるスイッチ手段Ｔｒ1を介して電源側に、スイッチ手段Ｔｒ3を介してアース側に接続され、他方は、スイッチ手段Ｔｒ２を介して電源側に、スイッチ手段Ｔｒ4を介してアース側に接続されている。そして、スイッチ手段Ｔｒ1、Ｔｒ4をオン状態とし、スイッチ手段Ｔｒ2、Ｔｒ3をオフ状態とすることによって、駆動モータＭが正転し、スイッチ手段Ｔｒ2、Ｔｒ3をオン状態とし、スイッチ手段Ｔｒ1、Ｔｒ4をオフ状態とすることによって駆動モータＭが逆転する。また、スイッチ手段Ｔｒ3、Ｔｒ4をオン状態とし、スイッチ手段Ｔｒ1、Ｔｒ2をオフ状態とすることによって駆動モータＭの回路が閉じられ駆動モータＭはロック状態となる。さらに、スイッチ手段Ｔｒ1、Ｔｒ2、Ｔｒ3、Ｔｒ4を総てオフとすることで、駆動モータＭはトルクゼロとなりフリー回転状態となる。
【００２７】
以下、図４に示されているフローチャートに基づいて、本発明の電動車両のブレーキ制御処理について説明する。ブレーキセンサＢＢＳからブレーキ操作量ＳＢの供給があったか？判断する（ステップＳ１０１）。供給がなかった場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）には、ブレーキ操作量が零であり、プレーキ操作が無かった（ブレーキオフ状態）ことを意味するので、ブレーキ制御処理は実行されない。従って、通常走行のために駆動モータＭが駆動トルクを出力しているか、又は、駆動モータＭがトルクを発生させていない状態でのフリー回転状態が維持される。  
ブレーキ操作量の供給があった場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）には、車速Ｖを検出する（ステップＳ１０３）。その車速Ｖは、駆動輪回転数センサＭＲＳから供給される駆動輪の回転数に基づいて算出される。このステップＳ１０３によって車速検出手段が構成される。
【００２８】
ステップＳ１０３で検出された車速Ｖが所定値αよりも大きいか否か判断する（ステップＳ１０５）。この所定値αは、運転者がペダルに足を載せて走行している走行状態か、車両から運転者が下りている待機状態であるかを判断するための指標として設定される。待機状態としては、例えば、速度が零である停止状態や、運転者が車両を押しながら歩いている状態、サドルに跨っているがペダルに足を掛けずに、足で地面を蹴りながら前進又は後退している状態などか含まれる。このような状態で得られると予想される最高の速度を所定値αとして設定することができる。従って、所定値αよりも車速が小さい場合には、待機状態であると判断できる。なお、所定値αは、ブレーキを掛けて駆動輪がロックされた場合に、車両転倒の恐れのない速度の値に設定されていてもよい。また、車両制御回路ＥＣが、発進時にペダルが漕ぎ始められた時（ペダルトルク又はペダル回転数の入力が開始された時）の車速を記憶しておき、その漕ぎ始め時の車速の値（又はその平均値）を所定値αとしてもよい。或いは、駆動モータＭに最小の逆転トルクを発生させた場合に、車両が後退してしまう程の車速の最高値を所定値αとしてもよい。このステップＳ１０５によって車両状態判定手段が構成される。
【００２９】
車速Ｖが所定値αより小さい場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）には、待機状態と判断されるので、このような場合には車速は小さく逆転トルクを発生させるには好ましくなく、車輪をロックさせる制動が要求されると判断できるので、駆動モータＭの回転をロックする制御が行われる。スイッチ手段Ｔｒ1とＴｒ2がオフ状態とされ（ステップＳ１０７）、スイッチ手段Ｔｒ3とＴｒ4がオン状態とされる（ステップＳ１０９）。このような処理によって、駆動モータＭのロックによって駆動輪２３ｆがロックされる。ステップＳ１０７とステップＳ１０９によってモータロック手段が構成される。ステップＳ１０９の後、ブレーキ制御処理は終了される。
【００３０】
車速Ｖが所定値αより大きい場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）には、走行状態と判断されるので、この場合には大きな制動力が必要と推測でき、駆動モータＭには逆転トルクＴｍを出力させる（ステップＳ１１１）。逆転トルクＴｍは、ブレーキ操作量ＳＢと、ブレーキ操作が検出された時の車速Ｖの関数によって決定される。例えば、逆転トルク定数を−Ａと定めた比例値［Ｔｍ＝−Ａ*ＳＢ*Ｖ］として求めることができる。このような逆転トルクを発生させることによって、ブレーキレバー２２４の握り量に応じた制動力を発揮させることができる。具体的には、ブレーキレバー２２４を浅く握った（又は、軽く握った）場合（操作量が小さい）には、制動力が小さく、深く握った（又は、強く握った）場合（操作量が大きい）には、制動力が大きくなる。また、車速が小さい時には制動力は小さく、車速が大きい時には制動力が大きくなる。
【００３１】
このような逆転トルクＴｍの算出方法は、上記の方法に限定されない。例えば、運転者の慣性を考慮して、更に運転者の体重を掛け合わせて求めてもよい。即ち、運転者の体重に応じて制動力（逆転トルク）を調整してもよい。  
運転者の体重は、加速時に駆動モータＭが出力した駆動トルクの値と、その時の車速の変化の度合いから推定することができる。このような運転者の体重の推定処理を、発進加速時に車両制御回路ＥＣで実行しておき、ブレーキ操作が検出された時に、算出した体重を逆転トルクの算出に利用する。このように処理することにより、運転者の体重が大きくなる程、制動力が大きくなるように制動力を制御することができる。
【００３２】
なお、ブレーキセンサＢＢＳが検出する操作量は、レバーの回転量などのレバーの移動量、レバーに加えられた圧力値、レバーの移動速度の内の１又は２つ以上であってもよい。一般自転車のブレーキレバーのブレーキ操作は、ブレーキを握る力によって制動力を調節しているので、レバーに加えられた圧力値に基づいて制動力を決定する制御を行うことで、従来の自転車の操作感覚に一層近づけることができる。ステップＳ１１１によってモータ逆転手段が構成される。また、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１１によって制動制御手段が構成される。
【００３３】
以上の通り、ステップＳ１１１の実行の後、ブレーキ制御処理は終了される。なお、ブレーキ操作が検出されなかった場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）は、駆動モータＭは制動作用を発揮しないので、車速Ｖが所定値αより小さい場合でも駆動輪２３ｆはロックされない。従って、ブレーキレバー２２４をブレーキ操作しなければ、待機状態で、運転者が車両を押しながら歩く、サドルに跨った状態でペダルに足を掛けずに、足で地面を蹴りながら前進又は後退する、などの運転操作を一般自転車と同じように行うことができる。
【００３４】
以上の構成によって、自転車を運転する際の、多種多様な状況に応じたブレーキ操作に応じた制御が可能となる。例えば、走行中に減速する目的でブレーキ操作をする場合はステップＳ１０５及びステップＳ１１１によって、速度に応じた制動が行われる。発進時に車両を固定する目的でブレーキ操作する場合、或いは、発進時において、登り坂で発進する場合や、下り坂で発進する場合などでは、ステップＳ１０５、ステップＳ１０７、ステップＳ１０９によって、車輪がロックされ、車両はブレーキ操作によって停止状態に維持される。つまり、上り坂での発進では、先行文献１とは異なり、ブレーキオンで駆動輪がロックされるので、車両が後退することはない。また、先行文献２の構成とは異なり、下り坂での発進では、加速は加わらないので、運転者が意図する以上の加速が発生することもない。
【００３５】
なお、ロック手段は、駆動モータＭの回転をロックする場合の他、例えば、機械的な構成によって、駆動輪又は従動輪を固定する機構を設け、ソレノイドなどの電気エネルギーを機械的な変位量に変換するアクチュエータを用いて、ロック状態とロック解除状態とに切り換える構成を採っても良い。  
以上の説明は電動車両として自転車を例に挙げて説明したが、前後に車輪を有する二輪車に限らず、三輪車や、前輪と後輪が二輪づつある四輪車であってもよい。また、駆動輪は、前輪でなく後輪であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    電動車両
２    車体
２２  ハンドル
２２４  ブレーキレバー
２４１  サドル
２３ｆ  駆動輪
２３ｂ  従動輪
Ｍ  駆動モータ
ＣＵ  制御ユニット
ＢＵ  バッテリユニット
ＧＵ  発電ユニット
【図１】
2014195367.tif 000003
【図２】
2014195367.tif 000004
【図３】
2014195367.tif 000005
【図４】
2014195367.tif 000006