(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行を行うための車輌走行部、前記車輌走行部に人力駆動力を与える人力駆動部、及び前記車輌走行部にモータにより補助動力を与える補助動力駆動部を備えた補助動力装置付き車輌の制御方法であって、
前記人力駆動力Ｔｈを検出する工程と、前記検出した人力駆動力Ｔｈから前記モータに加える補助力電流指令Ｉｈを演算する工程と、前記車輌走行部の速度Ｖを検出する工程と、前記検出した速度Ｖから加速度αを演算する工程と、前記検出した人力駆動力Ｔｈと速度Ｖ及び前記加速度αから（数１）に示す前記車輌走行部の走行抵抗ｇ（θ）を演算する工程と、を備え、
前記走行抵抗ｇ（θ）が正の時は、前記補助動力駆動部に（数２）で示すモータ電流指令Ｉｃｏｍを与え、
前記走行抵抗ｇ（θ）が負の時は、
前記補助動力駆動部に（数３）で示すモータ電流指令Ｉｃｏｍを与え、モータ電流指令Ｉｃｏｍが負の値の場合に前記補助動力駆動部が回生制動することを特徴とする補助動力装置付き車輌の制御方法。
【数１】
0004608764.tif 000010
【数２】
0004608764.tif 000011
【数３】
0004608764.tif 000012
ｋｆｈ：人力駆動力を車輌駆動力に換算する係数
Ｆｍ：モータ補助による車輌駆動力
Ｍ：自転車と人間の重量
Ｄ：路面の摩擦係数
ｋｈ：補助動力比率
ｋｉ：モータのトルク定数
ｋｃ：走行抵抗のキャンセル度合を決定するキャンセル係数
Ｉｇ：走行抵抗ｇ（θ）をモータ電流値に換算した値
ｆ（Ｖ）：車輌速度Ｖに関する単調増加の関数
Ｖ（０）：回生制動を始める設定車輌速度
【請求項２】
前記車輌速度Ｖに関する単調増加の関数ｆ（Ｖ）は、（数４）に示す関係であることを特徴とする請求項１記載の補助動力装置付き車輌の制御方法。
【数４】
0004608764.tif 000013
ａ：回生制動の特性を定める定数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力と補助動力装置による補助動力とを用いて、駆動する補助動力装置付き車輌の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動モータなどの既知の駆動装置を補助動力装置として装備し、当該補助動力装置による補助動力を操作者や使用者などによる人力駆動力に加えて作用させ、走行、駆動する補助動力装置付き車輌が知られている。具体的に言えば、例えば操作者がペダルを踏むことにより生じるペダル踏力（回転力）、あるいはハンドリムを回すことにより生じる回転力に、電動モータを駆動することにより生じる補助動力を加えて、車輪を回転させ走行する電動モータ付き自転車、電動モータ付き車椅子または荷物搬送車がある。
【０００３】
このような補助動力装置付き車輌でも、下り坂で減速させる場合は、機械的に車輪を拘束する方式が通常用いられている。このような方式では、位置エネルギーが車輪拘束部分での発熱により消費され、補助駆動装置のバッテリー等には位置エネルギーが戻ってこない。そこで、モータに通常に補助する場合と逆の電流（ＡＣモータの場合は位相反転した電流、以後回生電流と呼ぶ）を流し、モータを発電動作させることにより、回生制動（ブレーキ）を用いることが考えられる。回生制動では、バッテリーに回生電流が戻るため、バッテリーが充電される。このことにより、省エネルギーが実現され、同じバッテリー容量でも、回生制動を用いない場合に比べ、補助動力を有効にした走行距離を飛躍的に伸ばすことが可能となる。
【０００４】
従来の補助動力装置付き車輌で回生制動を用いている例としては、特開平９−２５４８６１号公報や特開平１０−８１２９０公報に開示されたように、制動力を操作するレバーの操作量に比例して回生制動量を決定するか、所望の車速に対して実車速を追従させるように回生制動量を操作しているものなどがある。
【０００５】
また別の発明として特願平１０−１４７１５０に記載の発明に、補助動力装置付き車輌の走行抵抗を検出し、走行抵抗が正（上り坂）の場合に検出した走行抵抗に応じた補助動力を車輌に与えるものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−２５４８６１号公報に記載の補助動力装置付き車輌では、前記の制動力を操作するレバー（ブレーキレバー）の操作量に比例して回生制動量を決定するため、運転者が意識して制動をかける必要があり、自動車のエンジンブレーキのように自動的には制動がかからない。つまり下り坂において、人がレバーを操作しなければ車輌には回生制動が作用せずバッテリーの消耗を削減することはできない。
【０００７】
さらに、操作レバー（ブレーキレバー）が回生制動のスイッチと機械制動のブレーキレバーとを兼ねているので、機械制動が回生制動より早く作動する場合がある。この場合は、回生制動力が不十分になり、機械制動による熱損失が不必要に大きくなり、その分回生電流量が減少し、走行距離を伸ばすには不利となる。
【０００８】
また、特願平１０−８１２９０に記載の補助動力装置付き車輌では、操作レバー（ブレーキレバー）を作動しない場合の、回生制動力を車輌に作用させる方法が示されている。
【０００９】
この方法のフローチャートを図６に示す。まず、人が設定した目標車速等のパラメーターを初期設定する（１００）、その後モータの信号電圧と制動信号と目標車速を読み取る（１０２）。次に、操作レバーでブレーキを作動させているかを判断し（１０４）、ブレーキを作動させていなければ目標速度と実速度の差ΔＶを算出する（１０６）。求めた差ΔＶにもとづいてモータトルクをサーチし（１０８）、サーチした値にもとづいてモータに正トルク又は負トルク（回生制動）を発生させる（１１２）。なおブレーキを作動していればそのレバーの握り量に応じた負のトルクをサーチする（１１０）。
【００１０】
この方法において、人が操作レバーを作動から開放した時、つまり回生制動が有効になった時に、車輌の目標速度と実速度の差が非常に大きい場合は車速差ΔＶが非常に大きくなる。このような場合、１０８に示すようにモータに発生するモータトルク値はマイナスのＭＡＸ値となり、車輌に急激に回生制動がかかり、非常に危険である。
【００１１】
またこの方法では、人が車輌を設定した目標車速以下で走行させたい場合（車輌を止める前など）に、操作レバーでブレーキを作動させていなければ、設定した目標車速に車輌の速度を合せようとするため、車輌の実車速を目標車速以下に維持することが難しく、危険な場合もある。
【００１２】
また特願平１０−１４７１５０に記載の発明は、走行抵抗が正の値の場合（上り坂）のみ、走行抵抗に応じた補助動力を車輌に与えるものであるが、この方法では、車輌の速度を減速させるのは機械制動のみであり、電動機による回生制動は行っておらずバッテリーの消耗を削減させることができない。
【００１３】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、人力駆動力と、車輌の加速度と速度から、電動モータの回生制動力を決定することにより、安全な回生制動を実現し、さらにバッテリーの消耗も抑えることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の補助動力装置付き車輌の制御方法は、前記人力駆動力Ｔｈを検出する工程と、前記検出した人力駆動力Ｔｈから前記モータに加える補助力電流指令Ｉｈを演算する工程と、前記車輌走行部の速度Ｖを検出する工程と、前記検出した速度Ｖから加速度αを演算する工程と、前記検出した人力駆動力Ｔｈと速度Ｖ及び前記加速度αから（数１）に示す前記車輌走行部の走行抵抗ｇ（θ）を演算する工程と、を備え、
前記走行抵抗ｇ（θ）が正の時は、前記補助動力駆動部に（数２）で示すモータ電流指令Ｉｃｏｍを与え、前記走行抵抗ｇ（θ）が負の時は、前記補助動力駆動部に（数３）で示すモータ電流指令Ｉｃｏｍを与え、モータ電流指令Ｉｃｏｍが負の値の場合に前記補助動力駆動部が回生制動することを特徴とする補助動力装置付き車輌の制御方法。
【数１】
0004608764.tif 000002
【数２】
0004608764.tif 000003
【数３】
0004608764.tif 000004
ｋｆｈ：人力駆動力を車輌駆動力に換算する係数
Ｆｍ：モータ補助による車輌駆動力
Ｍ：自転車と人間の重量
Ｄ：路面の摩擦係数
ｋｈ：補助動力比率
ｋｉ：モータのトルク定数
ｋｃ：走行抵抗のキャンセル度合を決定するキャンセル係数
Ｉｇ：走行抵抗ｇ（θ）をモータ電流値に換算した値
ｆ（Ｖ）：車輌速度Ｖに関する単調増加の関数
Ｖ（０）：回生制動を始める設定車輌速度
【００１５】
さらに、車輌速度Ｖに関する単調増加の関数ｆ（Ｖ）は、（数４）に示す関係であることを特徴とする。
【数４】
0004608764.tif 000005
ａ：回生制動の特性を定める定数
【００１８】
このように構成することにより、走行中の車輌において人が意識して操作レバー等を操作することなく補助動力装置付き車輌が自動的に回生制動力を調整し、しかも回生制動が急激に車輌に加わらないため安全な補助動力装置付き車輌の制御方法を実現することができる。さらに、自動で回生制動が制御されているため機械ブレーキの制動力や、作動頻度が大幅に削減できバッテリーの消耗を抑えることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に本発明の実施の形態を示す。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は補助動力装置付き車輌である電動補助付き自転車の概略構成を示す構造図であり、図２は図１に示した補助動力装置付き車輌の制御手段を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施例の補助動力装置付き車輌は、当該車輌を走行するための車輌走行部１、車輌走行部１を駆動するための人力駆動部２及び電気動力駆動部３、及び電気動力駆動部３の制御を行う制御部４を具備している。
【００２２】
車輌走行部１は、路面と接して車輌を走行するための車輪１ａ、１ｂ、及び車輪１ａ、１ｂを回転自在にそれぞれ支持する支持機構１ｃ、１ｄを備えている。車輪走行部１には、人力駆動部２からの人力駆動力と、電源４ａにより駆動される電気動力駆動部３からの電気動力が供給され、これにより車輪１ｂが回転して車輌が走行する。
【００２３】
人力駆動部２は、操作者や使用者などの人力を受け取るためのペダル２ａと、その人力を人力駆動力として車輌走行部１に伝達するためのクランク軸２ｂやチェーン等の伝達機構２ｃを備えている。
【００２４】
図２に示すように電気動力駆動部３は、電動機である電動モータ６などの駆動装置を備え、制御部４から電流を流すことにより作動（回転）する。さらに、電気動力駆動部３は、その回転力を電気動力として減速機５、伝達機構２ｃ（図１）を介して車輌走行部１に伝達する。電動モータ６は速度検出部１０を備え、モータ回転速度を制御部４に逐次出力している。
【００２５】
制御部４は、人力駆動部２から車輌走行部１に伝達された人力駆動力を検出する人力駆動力検出センサ７、この人力駆動力センサ７の出力と速度検出部１０から得たモータの回転信号を演算することにより得られる車輌加速度からモータの駆動電流を指令する制御回路８、この電流指令に従ってモータに電流を流すモータ駆動回路９、制御部の各回路に電力を供給する電源４ａを備えている。
【００２６】
次に、本実施形態における補助動力装置付き車輌の制御方法について、図３を参照して説明する。図３は、図２の補助動力装置付き車輌の制御手段の制御を説明するフローチャートである。図３に示すように、本実施形態の補助動力装置付き車輌では、まず人力駆動力検出部センサ７が人力駆動部２から車輌走行本体部１に伝達された人力駆動力Ｔｈを検出する（ステップＳ１）。検出した人力駆動力Ｔｈに補助動力比率ｋｈを乗算し、人力駆動力を補助する補助動力としての電動モータに加えるべき補助力電流指令Ｉｈを演算する（ステップＳ２）。
Ｉｈ＝ｋｈ×Ｔｈ／ｋｉ                                （１）
ここでｋｉはモータのトルク定数である。
【００２７】
次に速度検出部１０から検出したモータ周速度ωに、減速機の減速比や車輪径等を勘案した係数ｋｖを乗算し、車輌速度ｖを演算する（ステップＳ３）。
0004608764.tif 000006
そして、その車輌速度Ｖを微分することにより車輌加速度αを演算する（ステップＳ４）。
0004608764.tif 000007
次に車輌の路面傾斜による走行抵抗ｇ（θ）を演算する（ステップＳ５）。電動自転車の運動方程式は以下のように表すことができる。
0004608764.tif 000008
ここで、Ｆｈは人力による車輌駆動力、Ｆｍはモータ補助による車輌駆動力、Ｍは自転車と人間の重量、Ｄは路面の摩擦係数、θは路面の傾きを表す。力学上、Ｄは路面の摩擦に限定しない抵抗係数を意味し、『転がり抵抗』『空気抵抗』『内部抵抗』の複合抵抗であるが、日常使用では『転がり抵抗』が他より大きな要因となるため、ここでは路面の摩擦係数という。
【００２８】
人力による車輌駆動力（人間の力）Ｆｈ、モータ補助による車輌駆動力Ｆｍは以下のように表すことが出来る。
Ｆｈ＝ｋｆｈ×Ｔｈ                                          （５）
Ｆｍ＝ｋｆｍ×ｋｉ×Ｉｍ                                    （６）
ここで、ｋｆｈは人力駆動力を車輌駆動力に換算する係数、ｋｆｍはモータトルクを車輌駆動力に換算する係数、Ｉｍはモータ電流である。（４）〜（６）式により、路面傾斜による走行抵抗ｇ（θ）は以下のように計算できる。ここでθは概念的に車輌走行平面に対する角度であるが、実際の車輌走行抵抗は、風等の外力が加わるので実際の角度と一致しない場合がある。
ｇ（θ）＝Ｆｈ＋Ｆｍ−Ｍ×α−Ｄ×Ｖ
＝ｋｆｈ×Ｔｈ＋ｋｆｍ×ｋｉ×Ｉｍ−Ｍ×α−Ｄ×Ｖ    （７）
（７）式で演算した走行抵抗ｇ（θ）が負になっている時は、（４）式より車輌を加速させる力が加わっていることになる。つまり坂を下っていると判断できる（ステップＳ６）。ｇ（θ）が正の時は、（１）式で求めたＩｈをそのままモータ電流指令Ｉｃｏｍとして用いる（ステップＳ７）。
【００２９】
ここで、ｇ（θ）が負になっている時は、ｇ（θ）をモータ電流値に換算したＩｇをモータ電流指令Ｉｃｏｍに加えることにより、路面傾斜による走行抵抗をキャンセルする事が可能となる（ステップＳ７）。このことにより、坂道を下るときも、平地走行時と同じ感覚で走行することが可能となる。Ｉｇは以下のように計算できる（ステップＳ８）。
Ｉｇ＝ｇ（θ）／（ｋｆｍ×ｋｉ）                            （８）
モータ電流指令Ｉｃｏｍは、（１）式と（８）式より以下のように求めることが出来る（ステップＳ９）。ここで、ｋｃは走行抵抗のキャンセル度合を決定するキャンセル係数である。
Ｉｃｏｍ＝Ｉｈ＋ｋｃ×Ｉｇ                                  （９）
（９）式において、ｇ（θ）が負の時はＩｇは常に負であるので、Ｉｇの絶対値が補助力電流指令Ｉｈの絶対値を上回ったときは、電流指令Ｉｃｏｍが負となり、モータは回生制動を行うことになる。このことにより、負の値の走行抵抗が回生制動により相殺されているので、下り坂においても平地の同様の感覚でペダルをこぐことが可能になる。つまり、補助力電流指令Ｉｈは（１）式に示すように、人力駆動力Ｔｈに比例するので、下り坂の途中で人間がペダルをこぐのを停止しても、急激な回生制動がその車輌に加わることが無く、安全に走行することが可能になる。
【００３０】
さらに、常に自動で回生制動が制御されているため機械ブレーキの制動力や、作動頻度が大幅に削減できバッテリーの消耗を抑えることができる。
【００３１】
なお、この実施例では、モータ回転速度の検出で速度検出部を構成したが、車輪や減速機、クランク等の回転数の検出を用いて速度検出部を構成しても良い。
【００３２】
（実施の形態２）
上記実施の形態１において、キャンセル係数ｋｃの設定によっては、補助動力の無い通常の車輌と同様に、車輌の速度が下り坂で増加し続ける可能性がある。そこで、車輌の速度増加し続けることがない補助動力装置付き車輌の制御方法を次に示す。
【００３３】
図４は本発明の第２の実施の形態である補助動力装置付き車輌の制御手段の制御を説明するフローチャートである。速度に関する単調増加関数を用いてモータの電流指令値を演算する以外は第１の実施の形態と同様である。
【００３４】
図４のフローチャートに示すように、ステップ１からステップ７迄は、第１の実施形態と同様の制御動作を行う。
【００３５】
ステップ６でｇ（θ）が負の値つまり補助動力装置付き車輌が下り坂を下っている場合は、あらかじめ用意した車輌速度Ｖに関して単調増加の関数ｆ（Ｖ）により、その値を演算する（ステップＳ８）。ここでは、一例として（１１）式に示す関数で説明するが、他の単調増加関数でも良い。
0004608764.tif 000009
ここで、ａ、Ｖ０は回生制動の特性を定める定数である。この式をグラフ化したものが、図５である。速度ＶがＶ０までは０で、それ以上になると２次曲線で増加するように設定している。
【００３６】
モータの電流指令Ｉｃｏｍを、（１）式と（１０）式より演算する（ステップＳ９）。
Ｉｃｏｍ＝Ｉｈ−ｆ（Ｖ）                              （１１）
（１１）式より、車輌速度Ｖが上昇すればするほどｆ（Ｖ）は大きくなるので、補助力電流指令Ｉｈより大きくなると、Ｉｃｏｍは負となり、回生電流が流れ、回生制動が有効となる。つまり、下り坂において車輌の速度がＶ０を越えｆ（Ｖ）がＩｈを上回ると回生制動が実行され、車輌の速度上昇に伴い回生制動力が徐々に増加する。つまり、急な下り坂でも、車輌の速度が所望の値Ｖ０を超えると自動的に徐々に回生制動が車輌に加わり、急激な制動力の変化無く車輌速度Ｖを抑制することが出来るので、下り坂において車輌の安全な回生制動を実現できる。
【００３７】
また、自動で回生制動が制御されているため機械ブレーキの制動力や、作動頻度が大幅に削減できバッテリーの消耗を抑えることができる。
【００３８】
ここでは、単調増加関数を数式ｆ（Ｖ）で示したが、速度Ｖに関して単調に増加するテーブルを数式ｆ（Ｖ）の替わりに用いても良い。
【００３９】
また、下り坂を判断して、（１１）式においてｆ（Ｖ）を減算しているが、坂の上り下りに関わらず（１１）式を適用すると、回生制動による速度制限にも利用できる。
【００４０】
また、第１、第２の実施例で、車輌が下り坂を走行しているかどうかを判断すのに人力駆動力と車輌の速度から走行抵抗を演算し求めたが、傾斜計やジャイロなどを用いて下り坂を判断しても良い。
【００４１】
さらに、第１、第２の実施例を組合わせモータ電流指令Ｉｃｏｍを次の様に設定することも出来る。
Ｉｃｏｍ＝Ｉｈ＋ｋｃ×Ｉｇ−ｆ（Ｖ）                  （１２）
この（１２）式でモータ電流指令を求め車輌を制御することにより、下り坂において、人間が平地の同様の感覚で走行が出来る。さらに車輌の速度が所望の速度を超えると徐々に制動力を車輌に発生させることができ、安全でバッテリーの消耗が少ない補助動力装置付き車輌を実現することが出来る。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の補助動力装置付き車輌の制御方法によれば、人が意識して操作レバー等を操作することなく補助動力装置付き車輌が自動的に回生制動力を調整し、しかも回生制動が急激に車輌に加わらないため安全で乗り心地を損なわない補助動力装置付き車輌とその制御方法を実現することができる。
【００４３】
また、自動で回生制動が制御されているため機械ブレーキの制動力や、作動頻度が大幅に削減できバッテリーの消耗を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の補助動力装置付き車輌を示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態の補助動力装置付き車輌の制御手段を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１の補助動力装置付き車輌の制御を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態２の補助動力装置付き車輌の制御を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態２の単調増加の関数ｆ（Ｖ）を示すグラフ
【図６】従来の補助動力装置付き車輌の制御を示すフローチャート
【符号の説明】
１          車輌走行部
２          人力駆動部
３          電気動力駆動部（補助動力駆動部）
４          制御部
５          減速機
６          モータ（電動機）
７          人力駆動力検出センサ
８          制御回路
９          モータ駆動回路
１０        速度検出部
【図１】
0004608764.tif 000014
【図２】
0004608764.tif 000015
【図３】
0004608764.tif 000016
【図４】
0004608764.tif 000017
【図５】
0004608764.tif 000018
【図６】
0004608764.tif 000019