(57)【要約】【課題】  トルクセンサ出力に異常があった場合に、直ちにアシストを停止することなく、所定条件でアシスト運転を行いアシスト機能を有効に使用するとともに、運転者にトルクセンサの異常を確実に認識させることができる電動補助自転車のアシスト制御方法を提供する。【解決手段】  ペダルを回転駆動する踏力を検出するためのトルクセンサ４１と、該踏力を補助するアシスト用モータ４２と、前記トルクセンサ４１の出力に応じて前記モータ４２の駆動電流を制御するコントローラと、前記トルクセンサ４１、モータ４２及びコントローラに電源を投入するための電源スイッチ５４とを有する電動補助自転車のアシスト制御方法において、前記電源スイッチ５４による電源投入後トルクセンサ４１からの最初のゼロ点検出値に異常が生じた場合に、通常のアシストモードよりもモータ最大電流を抑えた異常対応モードによりアシスト走行する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルを回転駆動する踏力を検出するためのトルクセンサと、
該踏力を補助するアシスト用モータと、
前記トルクセンサの出力に応じて前記モータの駆動電流を制御するコントローラと、
前記トルクセンサ、モータ及びコントローラに電源を投入するための電源スイッチとを有する電動補助自転車のアシスト制御方法において、
前記電源スイッチによる電源投入後トルクセンサからの最初のゼロ点検出値に異常が生じた場合に、通常のアシストモードよりもモータ最大電流を抑えた異常対応モードによりアシスト走行することを特徴とする電動補助自転車のアシスト制御方法。
【請求項２】
前記異常対応モードにおいては、アシスト比の低下、モータ最大電流の上限値の低下、又はアシストフィーリング向上のためのフィルタ継続時間の短縮を行ってアシスト走行することを特徴とする請求項１に記載の電動補助自転車のアシスト制御方法。
【請求項３】
予め設定したゼロ点値を用いてモータの駆動制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動補助自転車のアシスト制御方法。
【請求項４】
一旦走行した後に停車したときに、予め設定したゼロ点値に基づいてトルクセンサ出力のゼロ点値を補正するとともに、電源投入時に行った警告及び異常対応モードを解除して通常のアシストモードでモータを駆動制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動補助自転車のアシスト制御方法。
【請求項５】
前記予め設定したゼロ点値及び前記異常対応モードの運転条件を、書き換え可能な不揮発性メモリに記憶させたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動補助自転車のアシスト制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペダル踏力を検出するトルクセンサを備えた電動補助自転車のアシスト制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動補助自転車が特許文献１に開示されている。この電動補助自転車は、ペダルに踏み込まれる踏力をトルクセンサで検出し、アシストモードにおいてこの踏力に応じた補助動力をモータから付与する。このモータの駆動電流を算出する場合、まず、電源を投入してモータによるアシスト制御を開始する前に、無踏力状態のトルクセンサのトルク値（ゼロ点）を計測する。続いて、ペダル回転に同期して最上点（上ピーク値）及び最下点（ボトム値）を繰り返して変動する踏力のトルクセンサ出力の検出データを読込み、このトルク検出データの値からゼロ点の値を差し引いて踏力を算出する。この踏力に基づいて前記モータの駆動電流指令値を算出する。モータはこの電流指令値に基づいて回転し、所定のアシスト比でペダル踏力を補助する。
【０００３】
このような電動補助自転車において、電源を入れたときに、トルクセンサ出力のゼロ点値が高くトルクセンサの異常が検出された場合、従来は以下のいずれかの方法を行っていた。
ａ）アシスト走行するとともに、警告を表示して運転者に異常を知らせ、走行中に異常度が過度に大きくなった場合にアシストを停止する。
ｂ）最初からアシストを停止する。
【０００４】
しかしながら、上記ａの方法では、トルクセンサ異常の度合いが高ければ高いほどアシストが強くなり、適正なアシスト走行ができず、またこのような不適正なアシストを停止するまでの時間が長くなる。
【０００５】
また、上記ｂの方法では、正常なトルクセンサであってもペダルに踏力をかけながら電源を入れた場合や、ペダルを駆動して走行している途中で電源を入れた場合などに、アシスト力が得られないため、電動補助自転車の本来の機能が正常であるにもかかわらず使用されずに無益なものになる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１７１０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、トルクセンサ出力に異常があった場合に、直ちにアシストを停止することなく、所定条件でアシスト運転を行いアシスト機能を有効に使用するとともに、運転者にトルクセンサの異常を確実に認識させることができる電動補助自転車のアシスト制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、ペダルを回転駆動する踏力を検出するためのトルクセンサと、該踏力を補助するアシスト用モータと、前記トルクセンサの出力に応じて前記モータの駆動電流を制御するコントローラと、前記トルクセンサ、モータ及びコントローラに電源を投入するための電源スイッチとを有する電動補助自転車のアシスト制御方法において、前記電源スイッチによる電源投入後トルクセンサからの最初のゼロ点検出値に異常が生じた場合に、通常のアシストモードよりもモータ最大電流を抑えた異常対応モードによりアシスト走行することを特徴とする電動補助自転車のアシスト制御方法を提供する。
【０００９】
請求項２の発明では、前記異常対応モードにおいては、アシスト比の低下、モータ最大電流の上限値の低下、又はアシストフィーリング向上のためのフィルタ継続時間の短縮を行ってアシスト走行することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明では、予め設定したゼロ点値を用いてモータの駆動制御を行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明では、一旦走行した後に停車したときに、予め設定したゼロ点値に基づいてトルクセンサ出力のゼロ点値を補正するとともに、電源投入時に行った警告及び異常対応モードを解除して通常のアシストモードでモータを駆動制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明では、前記予め設定したゼロ点値及び前記異常対応モードの運転条件を、書き換え可能な不揮発性メモリに記憶させたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、電源投入直後のトルクセンサ出力のゼロ点値が異常に高くトルクセンサ出力の異常を検出した場合に、直ちにアシストを停止することなく、異常対応モードによりアシスト走行が行われ、この異常対応モードでは通常のアシストモードよりもモータ最大電流が小さくなるため、アシスト力が低下し、ペダル負荷が増加して運転感覚が重い感じになる。このような運転感覚の低下により運転者は何らかの異常があることを認識することができ、適切な処置を早期に施すことが可能になる。この場合、音又はランプ等により、トルクセンサの異常を警報又は警告表示してもよい。
【００１４】
請求項２の発明によれば、アシスト比の低下、モータ最大電流の上限値の低下、又はアシストフィーリング向上のためのフィルタ継続時間の短縮を行ってアシスト走行するため、運転者はアシスト力の低下を確実に感じることができ、異常を認識することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、走行開始前に異常が検出され、その後ペダル駆動で走行が開始されトルクセンサ出力がペダル回転に同期した脈動波形となった場合、例えばそのボトム値を予め設定したゼロ点値に基づいてアシスト力を抑えるように補正することができ、トルクセンサ不良の可能性がある場合であっても過度なアシスト力を付与することなく安定したアシスト運転ができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、一旦走行した後に停車したときに、予め設定したゼロ点値に基づいてトルクセンサ出力のゼロ点値を補正するとともに、電源投入時に行った警告及び異常対応モードを解除して通常のアシストモードでモータを駆動制御するため、例えばペダルに足を乗せて負荷をかけながらゼロ点を検出した場合や走行途中で電源を投入してゼロ点を検出した場合のように、トルクセンサは正常であってその出力に異常値が発生した状態において、警告や異常対応モードを解除して正常な状態のアシストモードで運転できるため、電源を切ることなく迅速に正常なアシスト運転に復帰できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、前記予め設定したゼロ点値及び前記異常対応モードの運転条件を、書き換え可能な不揮発性メモリに記憶させたため、製品ごとのトルクセンサ出力特性のばらつきに応じて補正用のゼロ点設定値を変更して個々のトルクセンサに的確に対応したゼロ点値を設定してトルクセンサ特性のばらつきを抑えることができ、また異常対応モードの運転条件を適宜変更して個々の製品に対応した最適なアシスト制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明が適用される電動補助自転車の側面図である。    
電動補助自転車１は、左右のハンドル２の中央のステアリング軸３が挿通するヘッドパイプ４を有し、ステアリング軸３が左右のフロントフォーク５に連結され前輪６の方向を操作する。ヘッドパイプ４にはダウンチューブ７が接合され、サドル８の下方のシートチューブ９に連結される。これらのダウンチューブ７およびシートチューブ９の下端部にカバー１０に上部を覆われた走行用電動モータ３７等の電気駆動系とペダルクランク軸１２等の人力駆動系とを一体化したパワーユニット１１が支持される。このパワーユニット１１において、ペダルクランク軸１２と同軸的に配置された合力機構（図示しない）により、ペダル１５からの踏力とモータ力が融合される。この合力機構は例えば遊星歯車機構からなり、この遊星歯車機構に連結してペダル１５からの踏力に応じて変位するトルクセンサ（図示しない）が設けられる。
【００１９】
パワーユニット１１の後部には補助動力制御用コントローラ１３が設けられる。このコントローラ１３は、後述の車速計算手段（図２）で求めた車速に基づいて、速度に応じたアシスト比となるようにモータ３７を駆動制御するためのマイクロコンピュータにより構成される。このようなコントローラ１３の設置位置は、図の例に限らず、ダウンチューブ７の途中あるいはカバー１０の内部、フロントフォーク５、チェーンステー３８、シートステー３９の途中その他の適当な位置であってもよい。
【００２０】
サドル８の下部のシートチューブ９の後方にはバッテリケース１４が上方に着脱自在に設けられ内部にモータ３７駆動用のバッテリが収納される。ペダルクランク軸１２上で合力機構により融合された踏力と補助動力は、チェーン１６により後輪１７に伝達されこれを回転駆動する。後輪１７のハブ１８には、チェーン１６の回転を伝達するスプロケット（図示しない）及びロータリ式またはスライド式の変速ギヤ機構（図示しない）が設けられ、これに近接したフレーム側にはこの変速ギヤ機構を駆動するモータあるいはソレノイドからなるアクチュエータが装着される。
【００２１】
図２は本発明の実施形態に係る電動補助自転車のアシスト制御装置のブロック構成図であり、図３はその要部の本発明の基本構成のブロック図である。
このアシスト制御装置は、ペダル踏力を検出するトルクセンサ４１と、このトルクセンサ４１の検出トルクに基づいてパルスモータからなる電動モータ４２の駆動電流を算出してこれを駆動制御するためのコントローラ４３と、コントローラ４３からの駆動信号により電動モータ４２を駆動するためのモータ駆動回路４４と、モータ４２の電流を検出するための電流検出回路（電流計）４５と、モータ４２の回転を検出するためのエンコーダ４６とにより構成される。
【００２２】
コントローラ４３は、例えばＣＰＵからなり、予め設定されたソフトプログラム又はハード回路によるモータ回転数計算手段４７、車速計算手段４８、トルクセンサ値加工フィルタ手段４９、トルク−電流計算手段５０、デューティ計算手段５１とを備える。トルクセンサ値加工フィルタ手段４９の出力側は、トルクセンサ異常判別手段５２に接続される。このトルクセンサ異常判別手段５２の出力側は、異常表示用のＬＥＤ５３に接続される。
【００２３】
電源スイッチ５４（図３）がオンにされると、トルクセンサ４１によるペダル踏力検出動作が開始される。トルクセンサ４１で検出されたペダル踏力は、トルクセンサ値加工フィルタ手段４９でノイズ等を除去されるとともに、検出トルク及び車速に基づいて演算加工され、ペダル踏力に応じた出力電圧（加工トルク値）が得られる。車速は、コントローラ４３内で、エンコーダ４６からのパルス信号に基づいて、モータ回転数計算手段４７及び車速計算手段４８により演算され、トルクセンサ値加工フィルタ手段４９に入力される。
【００２４】
加工された後の加工トルク値はトルク−電流計算手段５０に入力され、加工トルクに応じた電流指令値が算出される。この電流指令値に基づき、デューティ計算手段５１で駆動パルスのデューティ比が算出され、ＰＷＭ出力としてモータ駆動回路４４に入力され、モータ４２を駆動する。モータ４２の駆動電流は電流検出回路４５で検出されデューティ計算回路５１に戻されてフィードバック制御される。
【００２５】
本実施形態では、トルクセンサ４１からのトルク検出値を加工した加工トルク値に基づいて、後述のように、トルクセンサの異常を判別して図３に示すようにトルクセンサ異常の警告を行うトルクセンサ異常判別手段５２が備わる。このトルクセンサ異常判別手段５２は、電源投入直後のトルクセンサ出力からゼロ点を検出し、ゼロ点検出値に異常があった場合に、警告表示を行うとともに、異常対応モードのアシスト運転を行うように制御信号をトルク計算手段５０に送る。この異常対応モードは、アシスト比を小さくし、モータ４２の最大電流上限値を低く設定し、及び／又はアシスト感を向上させるためのアシストフィーリング向上フィルタ（図示しない）の継続時間を短縮してアシスト運転を行うものである。
【００２６】
図４は、トルクセンサからのトルク検出出力の変動を示すトルク波形のグラフである。横軸は時間、縦軸はトルク検出値（電圧）を示す。実線のａは正常トルクセンサの出力波形であり、点線のｂは異常トルクセンサの出力波形であり、一点鎖線のｃは踏力がかかった状態でゼロ点計測された正常トルクセンサの出力波形である。Ａは正常トルクセンサのゼロ点を示し、Ｂは異常トルクセンサのゼロ点を示す。時間ｔ０が電源を投入してアシスト制御を開始するときのゼロ点計測時間である。ｔ１の時点からペダルを踏み込んで走行が開始される。各グラフａ，ｂ，ｃは、最上点（上ピーク値）と最下点（ボトム値）を繰り返す脈動波形であり、連続する最上点と最下点間の幅（トルク振幅）がペダルの踏み込み力の強さに対応する。
【００２７】
正常トルクセンサの場合、グラフａに示すように、走行中のボトム値は常にゼロ点Ａ近くまで下がる。
異常トルクセンサの場合、グラフｂに示すように、走行中のボトム値は常にゼロ点Aより高いゼロ点Ｂ近くまでしか下がらない。
【００２８】
一方、正常トルクセンサでゼロ点計測時間ｔ０の間ペダルに足を乗せて踏み込んだ状態の場合、グラフｃに示すように、ゼロ点計測時間ｔ０でのトルク検出値はペダル踏力分だけ本来のゼロ点Ａよりも高くなる。しかしトルクセンサ自体は正常であるため、その後の走行中は、トルク検出波形の最下点は低下して正常なゼロ点Ａに近付く。
【００２９】
時間ｔ３でペダル回転駆動を停止している。これは停車又は惰性走行状態である。この時間ｔ３以降はトルクセンサのゼロ点電圧（無負荷運転電圧）を示す。グラフａ，ｃは正常なゼロ点電圧Ａを出力し、グラフｂはＡより高いゼロ点電圧Ｂを出力する。このようなペダル踏力がなくなった状態は、車速により又は出力の脈動がなくなることにより検出できる。
【００３０】
このようなトルク検出データ特性を利用することにより、グラフｂ，ｃのように、アシスト制御開始のゼロ点計測時（時間ｔ０）に、ゼロ点が本来のＡ点より大きなＢ点以上になった場合に、トルクセンサ自体の異常（グラフｂ）か又はトルクセンサは正常でゼロ点計測状態が異常（グラフｃ）かを判別することができる。
【００３１】
この判別方法として、ゼロ点Ａとゼロ点Ｂとの間の中間点に閾値を設定し、ｔ１時点後のトルク検出データの波形でボトム値がこの閾値以下に低下した場合には正常なトルクセンサ（グラフｃ）であると判別する。トルクセンサ自体が異常の場合（グラフｂ）の検出波形ではボトム値は常にゼロ点Ｂ以上であり、閾値より低下することはない。
【００３２】
図５は、本発明に係る電動補助自転車のアシスト制御方法のフローチャートである。各ステップのジョブは以下の通りである。
【００３３】
ステップＳ１：
トルクセンサの異常判別が既に行われているかどうかを判定する。すなわち、電源投入後のトルクセンサ出力の最初の異常判別動作かどうかを判定し、既にトルクセンサのゼロ点値の判定が終えていればフローを抜ける。最初の判定動作であればステップＳ２に進む。
【００３４】
ステップＳ２：
電源投入後の最初の判別動作である場合に、トルクセンサの安定時間が経過したかどうかを判別し、Ｎｏであれば安定時間に達するまで待つ。安定時間に達したらＹｅｓとなりステップＳ３に進む。
【００３５】
ステップＳ３：
以降のアシスト制御フローの演算処理において、無負荷電圧（ゼロ点電圧）として予め設定されているデフォルト無負荷電圧を使用するようにデフォルト無負荷電圧を取り込む。このデフォルト無負荷電圧値は、コントローラ内の不揮発性メモリ５５内に記憶されている。
【００３６】
ステップＳ４：
トルクセンサの脈動出力の最大値（上ピーク値）と最小値（ボトム値）を更新する。トルクセンサ出力は、ＲＡＭ５６に格納され、常に更新された現在のトルクセンサ出力データが書き込まれている。
【００３７】
ステップＳ５：
トルクセンサ出力データの取得時間が所定の取得時間を経過したかどうかを判別する。所定時間経過前であれば所定時間に達するまで出力データを更新する。所定時間に達したらステップＳ６に進む。
【００３８】
ステップＳ６：
トルクセンサの脈動出力の振幅（最大値−最小値）が所定の規定値以下かどうかを判別する。規定値以下であればステップＳ７に進み、規定値を越えたらステップＳ１２に進む。この規定値は不揮発性メモリ５５に格納されている。
【００３９】
ステップＳ７：
トルクセンサ出力の平均値を算出する。
【００４０】
ステップＳ８：
トルクセンサ出力の平均値が所定の警告閾値以上かどうかを判別する。この警告閾値は不揮発性メモリ５５に格納されている。所定の閾値以上であれば、ステップＳ１０に進み、閾値未満であれば、ステップＳ９に進む。
【００４１】
ステップＳ９：
トルクセンサ出力の平均値が閾値未満の場合に、トルクセンサは正常と判断してゼロ点値として実際のトルクセンサ出力の平均値を使用する。
【００４２】
ステップＳ１０：
トルクセンサ出力の平均値が閾値以上の場合に、トルクセンサの異常と判断して警告表示を行う。この場合、ゼロ点値としては、上記ステップＳ３で設定したデフォルト値を使用する。
【００４３】
ステップＳ１１：
トルクセンサ異常時に対応した異常対応モードを設定する。すなわち、通常のアシストモードに比べ、モータの最大電流値の上限を低い値に更新し、アシスト比を低い値に更新し、さらにアシストフィーリング向上フィルタの継続時間を短い時間に更新する。これらの更新設定値は、不揮発性メモリ５５に格納されている。
【００４４】
ステップＳ１２：
トルクセンサの警告を判定する動作終了のフラグをセットする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明が適用される電動補助自転車の側面図。
【図２】本発明に係る電動補助自転車のアシスト制御装置の構成図。
【図３】図２のアシスト制御装置の要部構成及び動作図。
【図４】トルクセンサの出力波形図。
【図５】本発明の実施例のフローチャート。
【符号の説明】
【００４６】
１：電動補助自転車、２：ハンドル、３：ステアリング軸、４：ヘッドパイプ、５：フロントフォーク、６：前輪、７：ダウンチューブ、８：サドル、
９：シートチューブ、１０：カバー、１１：パワーユニット、
１２：ペダルクランク軸、１３：コントローラ、１４：バッテリケース、
１５：ペダル、１６：チェーン、１７：後輪、１８：ハブ、３７：電動モータ、３８：チェーンステー、３９：シートステー、４１：トルクセンサ、
４２：電動モータ、４３：コントローラ、４４：モータ駆動回路、
４５：電流検出回路（電流計）、４６：エンコーダ、
４７：モータ回転数計算手段、４８：車速計算手段、
４９：トルクセンサ値加工手段、５０：トルク−電流計算手段、
５１：デューティ計算手段、５２：トルクセンサ異常判別手段、
５３：ＬＥＤ、５４：電源スイッチ、５５：不揮発性メモリ、５６：ＲＡＭ。
【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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