(57)【要約】  傾斜路走行時に適切な補助力を発生させる電動補助システム（５１）等を提供する。電動補助車両（１０）に用いられる電動補助システムは、電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータ（５３）と、電動モータに発生させる補助力の大きさを制御する制御装置（１７０）と、電動補助車両の進行方向の加速度Ｇｘを示す加速度信号を出力する加速度センサ（３８）とを有する。制御装置は、外部からの信号に基づいて電動補助車両の走行速度を示す速度情報を取得し、速度情報および加速度信号に基づいて路面の傾斜角を検出し、傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータに発生させる。
2018123160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、
前記電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータと、
前記電動モータに発生させる前記補助力の大きさを制御する制御装置と、
前記電動補助車両の進行方向の加速度Ｇｘを示す加速度信号を出力する加速度センサと
を備え、
前記制御装置は、外部からの信号に基づいて前記電動補助車両の走行速度を示す速度情報を取得し、
前記制御装置は、前記速度情報および前記加速度信号に基づいて前記路面の傾斜角を検出し、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる、電動補助システム。
【請求項２】
前記電動補助車両の移動速度に応じた信号を出力するスピードセンサをさらに備え、
前記制御装置は、前記スピードセンサから受け取った、前記移動速度に応じた信号に基づいて前記速度情報を取得し、
前記制御装置は、前記速度情報および前記加速度信号に基づいて前記路面の傾斜角を検出する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項３】
前記電動モータはロータを有し、
前記電動モータの回転する前記ロータの位置を検出する位置検出センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記位置検出センサの出力に基づいて前記ロータの回転速度ωを求め、前記回転速度ωに定数を乗じて前記速度情報を取得する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項４】
前記電動補助車両は、複数の変速段を有する変速機構を有し、現在選択されている変速段を示すデータを出力し、
前記電動モータはロータを有し、かつ、回転する前記ロータの位置を検出する位置検出センサをさらに備え、
前記制御装置は、
前記変速段を示すデータを取得し、
前記位置検出センサの出力に基づいて前記ロータの回転速度ωを求め、
前記回転速度ωおよび前記変速段を示すデータに基づいて前記速度情報を取得する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項５】
前記電動補助車両は、前記乗員の踏力トルクを検出するトルクセンサを有しており、
前記制御装置は、前記踏力トルクが予め定められた閾値より大きい場合に、前記速度情報を取得し、かつ、前記路面の傾斜角を検出する、請求項３または４に記載の電動補助システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記進行方向の速度Ｖの時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）を算出し、
前記進行方向の加速度Ｇｘから前記時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）を減算し、
減算結果を重力加速度Ｇで除算することにより、前記路面の傾斜角を検出する、請求項２から５のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記減算結果を重力加速度Ｇで除算した除算結果に逆正弦変換を行うことにより、前記路面の傾斜角を検出する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項８】
前記制御装置は、複数の角度の各々と、角度ごとの正弦関数の計算値とを対応付けたテーブルを有しており、
前記制御装置は、前記減算結果を重力加速度Ｇで除算し、前記テーブルを参照することにより、除算結果に対応する角度を取得し、前記角度を前記路面の傾斜角として検出する、請求項１に記載の電動補助システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の電動補助システムと、
前記電動補助車両の移動速度に応じた信号を出力するスピードセンサと
を備えた電動補助車両。
【請求項１０】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、
前記電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータと、
前記電動モータに発生させる前記補助力の大きさを制御する制御装置と、
前記電動補助車両の進行方向である第１方向の加速度Ｇｘ、および、前記第１方向および路面の両方に垂直な第２方向の加速度Ｇｚ、の少なくとも一方を示す加速度信号を出力する加速度センサと
を備え、
前記制御装置は、前記加速度信号を利用して前記電動補助車両が停止状態にあることを検出し、さらに、前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて前記路面の傾斜角を検出し、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる、電動補助システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記加速度センサから出力された前記加速度信号に基づいて前記電動補助車両が前記停止状態にあることを検出する停止検出回路をさらに備えた、請求項１０に記載の電動補助システム。
【請求項１２】
前記停止検出回路は、前記第１方向の加速度Ｇｘ、および、前記第２方向の加速度Ｇｚの少なくとも一方を示す加速度信号が予め定められた停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する、請求項１１に記載の電動補助システム。
【請求項１３】
前記停止判定条件は、前記加速度信号の信号レベルの範囲に関する条件、および、前記信号レベルの範囲に入っている時間に関する条件を含む、請求項１２に記載の電動補助システム。
【請求項１４】
前記加速度センサは、前記第１方向の加速度Ｇｘを示す第１加速度信号、および、前記第２方向の加速度Ｇｚを示す第２加速度信号を出力する、２軸加速度センサまたは３軸加速度センサであり、
前記停止検出回路は、前記第１加速度信号、および、前記第２加速度信号の各々について前記停止判定条件を保持する、請求項１３に記載の電動補助システム。
【請求項１５】
電動補助車両に用いられる電動補助システムであって、
電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータと、
前記電動モータに流れる電流を制御する信号を生成して、前記電動モータに発生させる前記補助力の大きさを制御する制御装置と、
前記電動補助車両の進行方向である第１方向の加速度Ｇｘ、および、前記第１方向および路面の両方に垂直な第２方向の加速度Ｇｚ、の少なくとも一方を示す加速度信号を出力する加速度センサと
を備え、
前記制御装置は、前記電動補助車両が停止中であるか走行中であるかを検出するための検出信号を出力する少なくとも１つのセンサから前記検出信号を受け取り、
前記制御装置は、前記検出信号から、前記電動補助車両が停止状態にあることを検出し、さらに前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて前記路面の傾斜角を検出し、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる、電動補助システム。
【請求項１６】
前記制御装置は、前記少なくとも１つのセンサから出力された前記検出信号に基づいて前記電動補助車両が停止していることを検出する停止検出回路をさらに備えた、請求項１５に記載の電動補助システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのセンサは、スピードセンサ、トルクセンサ、クランク回転センサおよび、前記電動モータの回転を検出するホールセンサのうちの一つまたは複数であり、
前記停止検出回路は、前記検出信号が予め定められた停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する、請求項１６に記載の電動補助システム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのセンサが前記電動補助車両の速度を検出するスピードセンサであるとき、
前記停止検出回路は、前記検出信号が予め定められた速度未満であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する、請求項１７に記載の電動補助システム。
【請求項１９】
ペダルが取り付けられるクランク軸をさらに備え、
前記少なくとも１つのセンサが、前記ペダルの踏み込みによって前記クランク軸に加えられるトルクを検出するトルクセンサであるとき、
前記停止検出回路は、前記検出信号が、予め定められたトルク値未満であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する、
請求項１７または１８に記載の電動補助システム。
【請求項２０】
ペダルが取り付けられるクランク軸をさらに備え、
前記少なくとも１つのセンサが、前記クランク軸の回転を検出するクランク回転センサであるとき、
前記停止検出回路は、前記検出信号が、予め定められた期間内のクランク軸の回転が０回であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する、請求項１７から１９のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのセンサがホールセンサであるとき、前記停止検出回路は、前記検出信号が、予め定められた期間内の前記電動モータの回転が０回であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する、請求項１７から２０のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項２２】
前記制御装置は、
前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて前記傾斜角を算出する勾配演算回路と、
前記傾斜角に応じた補助力の大きさを決定する補助力演算回路と、
前記乗員の漕ぎ出し時に、前記補助力演算回路によって決定された補助力を前記電動モータに発生させるモータ駆動回路と
を備え、
前記勾配演算回路は、重力加速度Ｇを用いた、ａｒｃｓｉｎ（Ｇｘ／Ｇ）またはａｒｃｃｏｓ（Ｇｚ／Ｇ）の演算を行うことにより、前記傾斜角を算出する、請求項１０から２１のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項２３】
前記加速度センサは、前記第１方向の加速度Ｇｘを示す第１加速度信号、および、前記第２方向の加速度Ｇｚを示す第２加速度信号を出力する、２軸加速度センサまたは３軸加速度センサである、請求項１０から２１のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項２４】
前記制御装置は、
前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて前記傾斜角を算出する勾配演算回路と、
前記傾斜角に応じた補助力の大きさを決定する補助力演算回路と、
前記乗員の漕ぎ出し時に、前記補助力演算回路によって決定された補助力を前記電動モータに発生させるモータ駆動回路と
を備え、
前記勾配演算回路は、重力加速度Ｇを用いた、ａｒｃｓｉｎ（Ｇｘ／Ｇ）、ａｒｃｃｏｓ（Ｇｚ／Ｇ）およびａｒｃｔａｎ（Ｇｘ／Ｇｚ）の少なくとも１つの演算を行うことにより、前記傾斜角を算出する、請求項２３に記載の電動補助システム。
【請求項２５】
前記補助力演算回路は、前記傾斜角の大きさと前記補助力の大きさとの対応関係を示す規則を予め保持しており、前記勾配演算回路によって算出された前記傾斜角および前記規則を利用して、前記補助力の大きさを決定する、請求項２４に記載の電動補助システム。
【請求項２６】
走行中の補助力の大きさが異なる複数の運転モードの一つを前記乗員が選択するためのスイッチをさらに備え、
前記補助力演算回路は、前記運転モードごとに前記規則を予め保持しており、前記乗員が漕ぎ出す時に、前記勾配演算回路によって算出された前記傾斜角、および、前記スイッチによって選択された運転モードに対応する規則を利用して、前記補助力の大きさを決定する、請求項２５に記載の電動補助システム。
【請求項２７】
前記補助力演算回路は、前記傾斜角の大きさを入力とし、前記補助力の大きさを出力とする関数を前記規則として予め保持する、請求項２５または２６に記載の電動補助システム。
【請求項２８】
前記関数は階段状の不連続関数、線形の連続関数、非線形の連続関数の少なくとも１つである、請求項２５または２６に記載の電動補助システム。
【請求項２９】
前記補助力演算回路は、前記傾斜角の大きさと、前記補助力の大きさとを対応付けたテーブルを予め保持する、請求項２５または２６に記載の電動補助システム。
【請求項３０】
前記勾配演算回路は、ローパスフィルタ処理を行った前記第１加速度信号および前記第２加速度信号を利用して前記傾斜角を算出する、請求項２３から２９のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項３１】
前記制御装置は、前記乗員が多くとも５漕ぎするまでを前記漕ぎ出し時として、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる、請求項１０から３０のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項３２】
前記制御装置は、前記乗員が３漕ぎするまでを前記漕ぎ出し時として、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる、請求項３１に記載の電動補助システム。
【請求項３３】
前記制御装置は、前記傾斜角が、前記電動補助車両の進行方向への仰角である場合には、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角が大きくなるほど大きい補助力を前記電動モータに発生させる、請求項１０から３２のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項３４】
前記制御装置は、前記傾斜角が、前記電動補助車両の進行方向への俯角である場合には、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角が大きくなるほど小さい補助力を前記電動モータに発生させる、請求項１０から３２のいずれかに記載の電動補助システム。
【請求項３５】
請求項１０から３４のいずれかに記載の電動補助システムを備えた電動補助車両。
【請求項３６】
請求項１５から２１のいずれかに記載の電動補助システムと、
前記少なくとも１つのセンサと
を備えた電動補助車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動補助システムおよび当該電動補助システムを備えた電動補助車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗員がペダルを漕ぐ力を電動モータにより補助する電動補助自転車が知られている。電動補助自転車では、乗員がペダルに加えた人力に応じた補助力を電動モータに発生させ、人力と補助力とを足し合わせた駆動力を駆動輪に伝達する。電動モータによって人力を補助することにより、乗員の負担を減らすことができる（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２２６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
乗員が電動補助自転車で傾斜路を上るまたは下る際、路面の勾配の変化により走行負荷が増減し得る。電動補助自転車は、走行負荷が増加した場合にはより大きい補助力を発生させ、減少した場合にはより小さい補助力を発生させることが求められる。【０００５】
しかしながら、従来の電動補助自転車には、走行負荷に応じた補助力の発生のさせ方に改善の余地があった。例えば、上り坂では補助力が足りず、乗員はペダルを重く感じることがあった。また下り坂では、乗員は補助力がやや大きく、加速が大きいと感じることがあった。そのような場合、乗員は補助力の強さを変更する運転モード（アシストモード）を手動により切り替え、必要な補助力が得られるよう調整していた。【０００６】
走行負荷の増減に応じて電動モータが適切な補助力を発生させることができれば、乗員の乗車感覚により適合した制御を提供することができる。【０００７】
本発明は、上りまたは下りの傾斜路の走行時に適切な補助力を発生させる電動補助システムおよび当該電動補助システムを備えた電動補助車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による、電動補助車両に用いられる例示的な電動補助システムは、前記電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータと、前記電動モータに発生させる前記補助力の大きさを制御する制御装置と、前記電動補助車両の進行方向の加速度Ｇｘを示す加速度信号を出力する加速度センサとを備え、前記制御装置は、外部からの信号に基づいて前記電動補助車両の走行速度を示す速度情報を取得し、前記制御装置は、前記速度情報および前記加速度信号に基づいて前記路面の傾斜角を検出し、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる。【０００９】
電動補助システムの制御装置は、電動補助車両が停止しているか、走行中であるかにかかわらず、速度情報および加速度信号に基づいて路面の傾斜角を検出する。そして傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータに発生させる。【００１０】
制御装置は、たとえば、傾斜が上り方向であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を大きくする。これにより、負荷がより大きいと感じる上り坂での漕ぎ出し時に乗員の人力を適切に補助することができる。また、傾斜が下り方向であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を小さくする。これにより、下り坂では大きな補助力は発生しないため、下り坂での加速を抑制することができる。【００１１】
上りの傾斜路では補助力を大きくするため従来よりも電力消費は大きくなる。しかしながら、下りの傾斜路の傾斜路では、下りであることを検出すると制御装置は補助力を低減する。下りでは従来よりもバッテリの電力消費を抑制できる。結果として、乗員の快適性を向上させながらもバッテリの電力消費を従来と同程度で済ませることができる。【００１２】
さらに、進行方向である第１方向の加速度Ｇｘおよび速度Ｖを利用して路面の傾斜角を検出する。加速度センサは進行方向のみの１軸センサでよいため、より安価に入手できる。【００１３】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、前記電動補助車両の移動速度に応じた信号を出力するスピードセンサをさらに備え、前記制御装置は、前記スピードセンサから受け取った、前記移動速度に応じた信号に基づいて前記速度情報を取得し、前記制御装置は、前記速度情報および前記加速度信号に基づいて前記路面の傾斜角を検出する。【００１４】
制御装置は、電動補助車両の走行中に加速度センサから出力される加速度信号、および、スピードセンサから出力される速度信号を利用して路面の傾斜角を検出する。スピードセンサは一般的に搭載されており、比較的安価である。よって、高性能かつ高価なジャイロセンサおよび加速度センサを用いて路面の傾斜角を求める必要はなくなり、全体として安価な構成で傾斜角を算出することができる。【００１５】
ある実施形態において、前記電動モータはロータを有し、前記電動モータの回転する前記ロータの位置を検出する位置検出センサをさらに備え、前記制御装置は、前記位置検出センサの出力に基づいて前記ロータの回転速度ωを求め、前記回転速度ωに定数を乗じて前記速度情報を取得する。スピードセンサを有しない車両であっても、またはスピードセンサが故障した場合であっても、電動モータの回転速度から速度情報を取得することができる。【００１６】
ある実施形態において、前記電動補助車両は、複数の変速段を有する変速機構を有し、現在選択されている変速段を示すデータを出力し、前記電動モータはロータを有し、かつ、回転する前記ロータの位置を検出する位置検出センサをさらに備え、前記制御装置は、前記変速段を示すデータを取得し、前記位置検出センサの出力に基づいて前記ロータの回転速度ωを求め、前記回転速度ωおよび前記変速段を示すデータに基づいて前記速度情報を取得する。スピードセンサを有しない車両であっても、またはスピードセンサが故障した場合であっても、電動モータの回転速度から速度情報を取得することができる。【００１７】
ある実施形態において、前記電動補助車両は、前記乗員の踏力トルクを検出するトルクセンサを有しており、前記制御装置は、前記踏力トルクが予め定められた閾値より大きい場合に、前記速度情報を取得し、かつ、前記路面の傾斜角を検出する。【００１８】
乗員がペダルを漕がずに下りの傾斜路を下っている時に速度情報を算出すると、実際の車速Ｖがゼロでないにも関わらず、算出された車速がゼロになってしまう可能性がある。踏力トルクが閾値を超えた時（乗員がペダルをこいでいる時）に速度情報を取得することにより、正しい速度情報を取得することができる。【００１９】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記進行方向の速度Ｖの時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）を算出し、前記進行方向の加速度Ｇｘから前記時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）を減算し、減算結果を重力加速度Ｇで除算することにより、前記路面の傾斜角を検出する。走行によって生じる進行方向の実際の加速度と重力加速度とを利用することにより、傾斜角を精度良く算出することができる。【００２０】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記減算結果を重力加速度Ｇで除算した除算結果に逆正弦変換を行うことにより、前記路面の傾斜角を検出してもよい。または、前記制御装置は、複数の角度の各々と、角度ごとの正弦関数の計算値とを対応付けたテーブルを有しており、前記制御装置は、前記減算結果を重力加速度Ｇで除算し、前記テーブルを参照することにより、除算結果に対応する角度を取得し、前記角度を前記路面の傾斜角として検出する。加速度センサからの加速度Ｇｘと、速度Ｖの微分値（つまり加速度値）との差を重力加速度Ｇで除算した値は、傾斜角の正弦である。当該関係を利用して、制御装置は路面の傾斜角を精度良く算出することができる。【００２１】
本発明による例示的な電動補助車両は、上述したいずれかの電動補助システムと、前記電動補助車両の移動速度に応じた信号を出力するスピードセンサとを備えている。そのため、上述したいずれかの電動補助システムの利点をそのまま有する電動補助車両が得られる。【００２２】
本発明による、電動補助車両に用いられる例示的な電動補助システムは、電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータと、前記電動モータに発生させる前記補助力の大きさを制御する制御装置と、前記電動補助車両の進行方向である第１方向の加速度Ｇｘ、および、前記第１方向および路面の両方に垂直な第２方向の加速度Ｇｚ、の少なくとも一方を示す加速度信号を出力する加速度センサとを備え、前記制御装置は、前記加速度信号を利用して前記電動補助車両が停止状態にあることを検出し、さらに、前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて前記路面の傾斜角を検出し、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる。【００２３】
電動補助車両が完全に停止した状態であることをセンサの出力信号を利用して検出し、停止状態において傾斜角を検出する。これにより、傾斜角を高い精度で検出することができ、適切な補助力を発生させることができ、補助が求められる坂道発進時の乗りやすさを改善できる。【００２４】
たとえば、上り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を大きくする。これにより、負荷がより大きいと感じる上り坂での漕ぎ出し時に乗員の人力を適切に補助することができる。また、下り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を小さくする。これにより、下り坂では大きな補助力は発生しないため、下り坂での加速を抑制することができる。【００２５】
また、加速度センサのみを利用して停止状態の判定および傾斜角の検出を行うため、種々のセンサを設ける必要がなく、コストの増加を抑えることができる。さらにセンサを搭載するスペースを低減し、構成を簡略化することができる。【００２６】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記加速度センサから出力された前記加速度信号に基づいて前記電動補助車両が前記停止状態にあることを検出する停止検出回路をさらに備えている。【００２７】
ある実施形態において、前記停止検出回路は、前記第１方向の加速度Ｇｘ、および、前記第２方向の加速度Ｇｚの少なくとも一方を示す加速度信号が予め定められた停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する。【００２８】
ある実施形態において、前記停止判定条件は、前記加速度信号の信号レベルの範囲に関する条件、および、前記信号レベルの範囲に入っている時間に関する条件を含む。【００２９】
ある実施形態において、前記加速度センサは、前記第１方向の加速度Ｇｘを示す第１加速度信号、および、前記第２方向の加速度Ｇｚを示す第２加速度信号を出力する、２軸加速度センサまたは３軸加速度センサであり、前記停止検出回路は、前記第１加速度信号、および、前記第２加速度信号の各々について前記停止判定条件を保持する。【００３０】
また、本発明による、電動補助車両に用いられる他の例示的な電動補助システムは、電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータと、前記電動モータに発生させる補助力の大きさを制御する制御装置と、前記電動補助車両の進行方向である第１方向の加速度Ｇｘ、および、前記第１方向および前記路面の両方に垂直な第２方向の加速度Ｇｚ、の少なくとも一方を示す加速度信号を出力する加速度センサとを有する。前記制御装置は、前記電動補助車両の停止中であるか走行中であるかを検出するための検出信号を出力する少なくとも１つのセンサから、前記検出信号を受け取り、前記検出信号から、前記電動補助車両が停止状態にあることを検出し、前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて路面の傾斜角を検出し、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる。【００３１】
電動補助車両が完全に停止した状態であることをセンサの出力信号を利用して検出し、停止状態において傾斜角を検出する。これにより、傾斜角を高い精度で検出することができ、適切な補助力を発生させることができ、補助が求められる坂道発進時の乗りやすさを改善できる。【００３２】
たとえば、上り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を大きくする。これにより、負荷がより大きいと感じる上り坂での漕ぎ出し時に乗員の人力を適切に補助することができる。また、下り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を小さくする。これにより、下り坂では大きな補助力は発生しないため、下り坂での加速を抑制することができる。【００３３】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記少なくとも１つのセンサから出力された前記検出信号に基づいて前記電動補助車両が停止していることを検出する停止検出回路をさらに備えている。【００３４】
ある実施形態において、前記少なくとも１つのセンサは、スピードセンサ、トルクセンサ、クランク回転センサおよび、前記電動モータの回転を検出するホールセンサのうちの一つまたは複数であり、前記停止検出回路は、前記検出信号が予め定められた停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する。【００３５】
ある実施形態において、前記少なくとも１つのセンサが前記電動補助車両の速度を検出するスピードセンサであるとき、前記停止検出回路は、前記検出信号が予め定められた速度未満であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する。【００３６】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、ペダルが取り付けられるクランク軸をさらに備え、前記少なくとも１つのセンサが、前記ペダルの踏み込みによって前記クランク軸に加えられるトルクを検出するトルクセンサであるとき、前記停止検出回路は、前記検出信号が、予め定められたトルク値未満であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する。【００３７】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、ペダルが取り付けられるクランク軸をさらに備え、前記少なくとも１つのセンサが、前記クランク軸の回転を検出するクランク回転センサであるとき、前記停止検出回路は、前記検出信号が、予め定められた期間内のクランク軸の回転が０回であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する。【００３８】
ある実施形態において、前記少なくとも１つのセンサがホールセンサであるとき、前記停止検出回路は、前記検出信号が、予め定められた期間内の前記電動モータの回転が０回であるという前記停止判定条件を満足する場合に、前記電動補助車両が停止していることを検出する。【００３９】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて前記傾斜角を算出する勾配演算回路と、前記傾斜角に応じた補助力の大きさを決定する補助力演算回路と、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記補助力演算回路によって決定された補助力を前記電動モータに発生させるモータ駆動回路とを備え、前記勾配演算回路は、重力加速度Ｇを用いた、ａｒｃｓｉｎ（Ｇｘ／Ｇ）またはａｒｃｃｏｓ（Ｇｚ／Ｇ）の演算を行うことにより、前記傾斜角を算出する。【００４０】
ある実施形態において、前記加速度センサは、前記第１方向の加速度Ｇｘを示す第１加速度信号、および、前記第２方向の加速度Ｇｚを示す第２加速度信号を出力する、２軸加速度センサまたは３軸加速度センサである。【００４１】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記停止状態において出力された前記加速度信号に基づいて前記傾斜角を算出する勾配演算回路と、前記傾斜角に応じた補助力の大きさを決定する補助力演算回路と、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記補助力演算回路によって決定された補助力を前記電動モータに発生させるモータ駆動回路とを備え、前記勾配演算回路は、重力加速度Ｇを用いた、ａｒｃｓｉｎ（Ｇｘ／Ｇ）、ａｒｃｃｏｓ（Ｇｚ／Ｇ）およびａｒｃｔａｎ（Ｇｘ／Ｇｚ）の少なくとも１つの演算を行うことにより、前記傾斜角を算出する。【００４２】
ある実施形態において、前記補助力演算回路は、前記傾斜角の大きさと前記補助力の大きさとの対応関係を示す規則を予め保持しており、前記勾配演算回路によって算出された前記傾斜角および前記規則を利用して、前記補助力の大きさを決定する。【００４３】
ある実施形態において、前記電動補助システムは、走行中の補助力の大きさが異なる複数の運転モードの一つを前記乗員が選択するためのスイッチをさらに備え、前記補助力演算回路は、前記運転モードごとに前記規則を予め保持しており、前記乗員が漕ぎ出す時に、前記勾配演算回路によって算出された前記傾斜角、および、前記スイッチによって選択された運転モードに対応する規則を利用して、前記補助力の大きさを決定する。【００４４】
ある実施形態において、前記補助力演算回路は、前記傾斜角の大きさを入力とし、前記補助力の大きさを出力とする関数を前記規則として予め保持する。【００４５】
ある実施形態において、前記関数は階段状の不連続関数、線形の連続関数、非線形の連続関数の少なくとも１つである。【００４６】
ある実施形態において、前記補助力演算回路は、前記傾斜角の大きさと、前記補助力の大きさとを対応付けたテーブルを予め保持する。【００４７】
ある実施形態において、前記勾配演算回路は、ローパスフィルタ処理を行った前記第１加速度信号および前記第２加速度信号を利用して前記傾斜角を算出する。【００４８】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記乗員が多くとも５漕ぎするまでを前記漕ぎ出し時として、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる。【００４９】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記乗員が３漕ぎするまでを前記漕ぎ出し時として、前記傾斜角に応じた大きさの補助力を前記電動モータに発生させる。【００５０】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記傾斜角が、前記電動補助車両の進行方向への仰角である場合には、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角が大きくなるほど大きい補助力を前記電動モータに発生させる。【００５１】
ある実施形態において、前記制御装置は、前記傾斜角が、前記電動補助車両の進行方向への俯角である場合には、前記乗員の漕ぎ出し時に、前記傾斜角が大きくなるほど小さい補助力を前記電動モータに発生させる。【００５２】
本発明による例示的な電動補助車両は、上述のいずれかに記載の電動補助システムを備えている。【００５３】
また本発明による例示的な電動補助車両は、上述の種々の態様の電動補助システムと、前記少なくとも１つのセンサとを備えている。
【発明の効果】
【００５４】
本発明による例示的な実施形態によれば、電動補助車両が完全に停止した状態である時に、加速度センサの検出信号を用いて傾斜角を検出する。停止状態であれば、傾斜角を高い精度で検出することができるため、適切な補助力を発生させることができる。これにより、補助が求められる坂道発進時の乗りやすさを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の例示的な実施形態にかかる電動補助自転車１を示す側面図である。
【図２】主としてコントローラ７０の構成を示すハードウェアブロック図である。
【図３】例示的な操作盤６０の外観図である。
【図４Ａ】平坦路における電動補助自転車１の静負荷相関図である。
【図４Ｂ】傾斜角θの傾斜路における電動補助自転車１の静負荷相関図である。
【図５Ａ】選択可能なアシストモード１〜Ｎ（Ｎ：２以上の整数）ごとの、傾斜角θとアシスト比率との関係を示す非線形関数Ｆｓ−１〜Ｆｓ−Ｎを示す図である。
【図５Ｂ】傾斜角θとアシスト比率との関係を示す第２の例の図である。
【図５Ｃ】傾斜角θとアシスト比率との関係を示す第３の例の図である。
【図６】電動補助自転車１の駆動ユニット５１の処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】電動補助自転車１が傾斜路を下る時に適用される、傾斜角θとアシスト比率との関係を示す非線形関数の例である。
【図８Ａ】傾斜路を上る際の傾斜角θとアシスト比率との関係を示す図である。
【図８Ｂ】傾斜路を下る際の傾斜角θとアシスト比率との関係を示す図である。
【図９】主としてコントローラ１７０の構成を示すハードウェアブロック図である。
【図１０Ａ】傾斜角θの傾斜路に電動補助自転車１０が静止していると仮定したときの、電動補助自転車１０の静負荷相関図である。
【図１０Ｂ】傾斜路を走行している電動補助自転車１の加速度センサ３８が、「＋α」の加速度信号を出力していることを示す図である。
【図１１Ａ】電動補助自転車１０の車速Ｖの変化を示すグラフである。
【図１１Ｂ】電動補助自転車１０の進行方向の加速度Ｇｘの変化を示すグラフである。
【図１１Ｃ】推定した路面の傾斜角のグラフ（実線）および実測した路面の傾斜角のグラフ（破線）である。
【図１２】電動補助自転車１０の駆動ユニット５１の処理の手順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】
【００５６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による電動補助システムおよび電動補助車両の実施形態を説明する。電動補助車両の実施形態として電動補助自転車を挙げて説明する。以下の説明で言及する「傾斜角」、「傾斜角」等の「傾斜」は、電動補助自転車の進行方向（前進方向）に関する路面の傾き、すなわち上り方向および下り方向（いわゆるピッチ方向）の傾斜を意味する。前進方向に対する左右の方向（いわゆるロール方向）に関する傾きとは異なることに留意されたい。
【００５７】
（実施形態１）
一般に、電動補助自転車の乗員は、ペダルを漕ぎ始める時に負荷が大きいと感じる。特に上り坂での漕ぎ出し時には乗員は大きな力でペダルを漕ぐ必要がある。よって上り坂での発進時には、電動モータを動作させて補助力を発生させることが必要とされる。一方、下り坂での発進時には大きな補助力は必要とされない場合が多い。
【００５８】
本開示の例示的な実施形態にかかる電動補助自転車は、停車している状態で傾斜角を算出し、傾斜角の大きさに応じた補助力を発生させる。
【００５９】
図１は、本実施形態にかかる電動補助自転車１を示す側面図である。電動補助自転車１は後に詳述する駆動ユニット５１を有している。電動補助自転車１は本発明にかかる電動補助車両の一例である。駆動ユニット５１は、本発明にかかる電動補助システムの一例である。
【００６０】
電動補助自転車１は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンチューブ５、ブラケット６、チェーンステイ７、シートチューブ１６、シートステイ１９を含む。ヘッドパイプ１２は車体フレーム１１の前端に配置される。ハンドルステム１３は、ヘッドパイプ１２に回転可能に挿入される。ハンドル１４は、ハンドルステム１３の上端部に固定される。ハンドルステム１３の下端部にはフロントフォーク１５が固定される。フロントフォーク１５の下端部には、操舵輪である前輪２５が回転可能に支持される。フロントフォーク１５には、前輪２５を制動するブレーキ８が設けられる。ヘッドパイプ１２の前方の位置には前かご２１が設けられる。フロントフォーク１５にはヘッドランプ２２が設けられる。
【００６１】
ダウンチューブ５は、ヘッドパイプ１２から後方斜め下方に向かって延びている。シートチューブ１６は、ダウンチューブ５の後端部から上方に向かって延びている。チェーンステイ７は、シートチューブ１６の下端部から後方に向かって延びている。ブラケット６は、ダウンチューブ５の後端部、シートチューブ１６の下端部、チェーンステイ７の前端部を接続する。
【００６２】
シートチューブ１６にはシートポスト１７が挿入され、シートポスト１７の上端部には乗員が座るサドル２７が設けられる。チェーンステイ７の後方部は、駆動輪である後輪２６を回転可能に支持する。チェーンステイ７の後方部には、後輪２６を制動するブレーキ９が設けられる。また、チェーンステイ７の後方部には、駐輪時に車両を立てたまま保持するスタンド２９が設けられる。シートステイ１９は、シートチューブ１６の上部から後方斜め下方に向かって延びている。シートステイ１９の下端部は、チェーンステイ７の後方部に接続される。シートステイ１９は、サドル２７の後方に設けられた荷台２４を支持するとともに、後輪２６の上部を覆うフェンダー１８を支持する。フェンダー１８の後方部にはテールライト２３が設けられる。
【００６３】
車体フレーム１１の車両中央部付近に配置されたブラケット６には駆動ユニット５１が設けられる。駆動ユニット５１は、電動モータ５３、クランク軸５７、コントローラ７０、加速度センサ３８を含む。ブラケット６には、電動モータ５３等に電力を供給するバッテリ５６が搭載される。バッテリ５６はシートチューブ１６に支持されてもよい。
【００６４】
クランク軸５７は駆動ユニット５１に左右方向に貫通して支持されている。クランク軸５７の両端部にはクランクアーム５４が設けられる。クランクアーム５４の先端には、ペダル５５が回転可能に設けられる。
【００６５】
コントローラ７０は、電動補助自転車１の動作を制御する制御装置である。典型的には、コントローラ７０はデジタル信号処理を行うことが可能なマイクロコントローラ、信号処理プロセッサ等の半導体集積回路である。乗員がペダル５５を足で踏んで回転させたときに発生するクランク軸５７の回転出力は、チェーン２８を介して、後輪２６に伝達される。コントローラ７０は、クランク軸５７の回転出力に応じた補助力を発生するように電動モータ５３を制御する。電動モータ５３から出力された補助力は、チェーン２８を介して、後輪２６に伝達される。なお、チェーン２８の代わりにベルト、シャフト等が用いられてもよい。
【００６６】
電動補助自転車の中には、人力および補助力をクランク軸５７に伝え、それらの合力を、チェーン２８等を介して後輪２６に伝達するものが存在する。本開示にかかる技術は、チェーン２８等で人力および補助力を合成する電動補助自転車（図１）にも適用できるし、クランク軸５７で人力および補助力を合成する電動補助自転車にも適用できる。
【００６７】
本実施形態では、コントローラ７０は、後述するセンサ群のうちの一つまたは複数から出力された検出信号を受け取り、当該検出信号に基づいて、電動補助自転車１が現在停止中であるか走行中であるかを検出する。電動補助自転車１が停止状態にあることを検出すると、コントローラ７０は停止状態において加速度センサから出力された加速度信号に基づいて路面の傾斜角を検出し、乗員の漕ぎ出し時に、傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータに発生させる。加速度センサが検出する加速度信号の精度は、走行中よりも停止中の方が高い。つまり、停止状態における加速度信号を利用して検出された傾斜角の精度はより高い。傾斜角に応じた適切な補助力を発生させることができるため、補助が求められる坂道発進時の乗りやすさを改善できる。
【００６８】
電動補助自転車１が現在停止中であるか走行中であるかを検出するために利用され得るセンサ群は、たとえばスピードセンサ、トルクセンサ、クランク回転センサおよび、電動モータの回転を検出するホールセンサ、加速度センサである。
【００６９】
以下、コントローラ７０の具体的な構成、コントローラ７０の動作に利用される信号を生成するセンサ群を詳細に説明する。
【００７０】
図２は、主としてコントローラ７０の構成を示すハードウェアブロック図である。図２には、コントローラ７０の周辺環境も示されている。周辺環境として、たとえばコントローラ７０に信号を出力する各種センサ、および、コントローラ７０による動作の結果を受けて駆動される電動モータ５３が示されている。
【００７１】
まず、コントローラ７０の周辺環境から説明する。
【００７２】
上述のように、コントローラ７０は駆動ユニット５１に包含される。図２には、同様に駆動ユニット５１に含まれる加速度センサ３８、トルクセンサ４１、クランク回転センサ４２、電動モータ５３およびモータ駆動回路８５が示されている。
【００７３】
加速度センサ３８は、電動補助自転車１の車両本体の加速度を検出する、数ミリメートル角の微小な電子部品である。加速度センサ３８は、たとえばピエゾ抵抗型、静電容量型または熱検知型の３軸加速度センサである。３軸加速度センサは、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の各方向の加速度を１つで測定することが可能である。
【００７４】
なお、本明細書では、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）は絶対座標系ではなく、相対座標である。より具体的には、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の方向はそれぞれ、加速度センサ３８が搭載された電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向である。なお、電動補助自転車１の前方向はその進行方向に一致し、上下方向は路面に垂直な方向に一致する。よって、平坦路を走行中の電動補助自転車１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と、傾斜路を走行中の電動補助自転車１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とは一致しないことがある。
【００７５】
なお、加速度センサ３８が、電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向の加速度値を測定できるようにするためには種々の方法が考えられる。例えば、加速度センサ３８のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が、それぞれ車両の前後方向、左右方向、および、上下方向に一致するよう、加速度センサ３８を駆動ユニット５１に取り付ければよい。このような加速度センサ３８の取り付け方は、加速度センサ３８を水平面に載置することを意味する。
【００７６】
加速度センサ３８は不図示の電子回路基板上に載置される。当該電子基板には、バッテリからの電力を電動補助自転車１の各電子部品に送電するための電源部、モータ駆動回路８５、および、コントローラ７０等の種々のＩＣチップを含む制御部も配置される。上述の電子回路基板の制御部を構成する一部品である。
【００７７】
上述の電子回路基板は、サイズの制約等により、駆動ユニット５１内に垂直に立てた状態で配置され得る。その場合、加速度センサ３８は水平面に載置された状態ではなくなる。そこで、駆動ユニット５１への加速度センサ３８の取り付け角度相当分のずれを差し引いて出力させる必要がある。換言すると、検出方向補正を行う必要がある。検出方向補正の具体的な処理の内容は公知であるため、本明細書での詳細な説明は省略する。加速度センサ３８の出力値を予め補正しておくことにより、加速度センサ３８のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の出力値を、電動補助自転車１の前後方向、左右方向、および、上下方向の加速度値として測定することができる。
【００７８】
なお、加速度センサ３８は、電動補助自転車１の重心に近い位置に設置されることがより好ましい。図１から理解されるように、駆動ユニット５１がペダル５５の近傍に配置されているため、加速度センサ３８は電動補助自転車１の重心の近傍に配置されていると言える。
【００７９】
電子回路基板の設置方向に関する制約を受けないようにするために、加速度センサ３８を電子回路基板とは別体にすることも考えられる。両者を別体にすることで、加速度センサ３８が設置される位置をより精度よく電動補助自転車１の静止時の重心に近付けることができる。
【００８０】
３軸加速度センサは加速度センサ３８の一例である。加速度センサ３８は、Ｘ軸の加速度ＧｘおよびＺ軸方向の加速度Ｇｚの少なくとも一方を測定可能であればよい。Ｘ軸の加速度ＧｘおよびＺ軸方向の加速度Ｇｚの少なくとも一方を測定可能な２軸加速度センサを採用してもよい。なお、複数の加速度センサを用いて、それぞれが異なる軸方向の加速度を検出してもよい。たとえば、Ｚ軸方向の加速度Ｇｚを用いない場合には、加速度センサ３８は、Ｘ軸方向のみの加速度Ｇｘを出力する、または、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各加速度ＧｘおよびＧｙを出力すればよい。
【００８１】
トルクセンサ４１は、乗員がペダル５５に加えた人力（踏力）を、クランク軸５７に発生するトルクとして検出する。検出されたトルクの大きさは、電圧信号の振幅の大きさとして出力される。トルクセンサ４１は、電圧信号をトルクに換算するトルク演算回路（図示せず）を有していてもよい。トルク演算回路は、たとえば出力されたアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。検出されたトルクの大きさは、デジタル電圧信号の値の大きさとして出力される。上述のとおり、トルクセンサ４１は、アナログ信号を出力しても良いし、デジタル信号を出力してもよい。
【００８２】
クランク回転センサ４２は、クランク軸５７の回転角を検出する。たとえばクランク回転センサ４２は、クランク軸５７の回転を所定の角度毎に検出し、矩形波信号または正弦波信号を出力する。出力された信号を利用するとクランク軸５７の回転角および回転速度が算出され得る。クランク回転センサ４２は、出力された信号からクランク軸５７の回転角および回転速度を算出する演算回路を有していてもよい。
【００８３】
モータ駆動回路８５は、たとえばインバータである。モータ駆動回路８５は、コントローラ７０からのモータ電流指令値に応じた振幅、周波数、流れる向き等を有する電流を、バッテリ５６から電動モータ５３に供給する。当該電流を供給された電動モータ５３は回転し、決定された大きさの補助力を発生させる。補助力は動力伝達機構３１を介して後輪２６に伝達される。動力伝達機構３１は、たとえば、電動モータ５３の回転を減速させる減速機（図示せず）、チェーン２８、および、後輪２６に設けられた、複数の変速段を有する変速機構（図示せず）の総称である。以上の構成により、電動補助自転車１の乗員の人力を補助することができる。変速機構は現在選択されている変速段を示すデータを出力することが可能である。
【００８４】
なお、電動モータ５３の回転は、ホールセンサ４６によって検出される。ホールセンサ４６は、電動モータ５３の回転するロータ（図示せず）が生み出す磁界を検出して磁界の強さや極性に応じた電圧信号を出力する。ホールセンサ４６から出力される電圧信号から、回転によって変化するロータの位置を知ることができる。ホールセンサ４６は位置検出センサである。ホールセンサ４６を利用することにより、ロータの回転速度を求めることができる。
【００８５】
コントローラ７０は、トルクセンサ４１およびクランク回転センサ４２からそれぞれ出力される検出信号、および、操作盤６０から出力される操作信号を受け取って、補助力の大きさを決定する。コントローラ７０は、決定した大きさの補助力を発生させるためのモータ電流指令値を、モータ駆動回路８５に送信する。その結果、電動モータ５３が回転し、電動モータ５３の駆動力が後輪に伝達される。これにより、電動モータ５３の駆動力が乗員の人力に加重される。
【００８６】
なお、各種のセンサから出力される検出信号がアナログ信号である場合には、検出信号がコントローラ７０に入力される前に、一般にはアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられ得る。Ａ／Ｄ変換回路は、各センサ内に設けられていてもよいし、駆動ユニット５１内の、各センサとコントローラ７０との間の信号経路上に設けられてもよい。または、Ａ／Ｄ変換回路はコントローラ７０内に設けられていてもよい。
【００８７】
本実施形態では、コントローラ７０は、電動補助自転車１が停止状態にあることを検出し、その後、乗員による停止状態の電動補助自転車１の漕ぎ出しを検出すると、停止位置の傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させる。傾斜角に応じた大きさの補助力は、現在選択されているアシストモードによって変動し得る。アシストモードは、乗員が操作盤６０を操作して選択され得る。
【００８８】
操作盤６０は、電動補助自転車１のハンドル１４に取り付けられて、たとえば有線ケーブルによってコントローラ７０と接続される。操作盤６０は、乗員が行った操作を示す操作信号をコントローラ７０に送信し、また、コントローラ７０から乗員に提示するための各種情報を受信する。
【００８９】
図３は、例示的な操作盤６０の外観図である。操作盤６０は、例えばハンドル１４の左グリップの近傍に取り付けられる。
【００９０】
操作盤６０は、表示パネル６１と、アシストモード操作スイッチ６２と、電源スイッチ６５とを備える。
【００９１】
表示パネル６１はたとえば液晶パネルである。表示パネル６１には、コントローラ７０から提供された、電動補助自転車１の速度、バッテリ５６の残容量、アシスト比率を変動させる範囲に関する情報、アシストモードおよびその他の走行情報を含む情報が表示される。
【００９２】
表示パネル６１は、速度表示エリア６１ａ、バッテリ残容量表示エリア６１ｂ、アシスト比率変動範囲表示エリア６１ｃおよびアシストモード表示エリア６１ｄを有する。表示パネル６１は、それらの情報等を乗員に報知する報知装置として機能し、この例では情報を表示するが、音声を出力して乗員に報知してもよい。
【００９３】
速度表示エリア６１ａには、電動補助自転車１の車速が数字で表示される。本実施形態の場合、電動補助自転車１の車速は、前輪２５に設けられたスピードセンサ３５を用いて検出される。
【００９４】
バッテリ残容量表示エリア６１ｂには、バッテリ５６からコントローラ７０に出力される電池残容量の情報に基づいて、バッテリ５６の残容量がセグメントによって表示される。これにより、乗員はバッテリ５６の残容量を直感的に把握することができる。
【００９５】
アシスト比率変動範囲表示エリア６１ｃには、コントローラ７０が設定したアシスト比率を変動させる範囲がセグメントによって表示される。また、その変動範囲において現在実行中のアシスト比率をさらに表示してもよい。
【００９６】
アシストモード表示エリア６１ｄには、乗員がアシストモード操作スイッチ６２を操作して選択したアシストモードが表示される。アシストモードは、例えば“強”、“標準”、“オートエコ”である。乗員がアシストモード操作スイッチ６２を操作してアシストモードオフを選択した場合は、アシストモード表示エリア６１ｄには“アシストなし”と表示される。
【００９７】
アシストモード操作スイッチ６２は、上述した複数のアシストモード（アシストモードオフを含む。）の一つを乗員が選択するためのスイッチである。複数のアシストモードの一つが選択されたとき、操作盤６０の内部に設けられたマイコン（図示せず）は、選択されたアシストモードを特定する操作信号をコントローラ７０に送信する。
【００９８】
電源スイッチ６５は、電動補助自転車１の電源のオン／オフを切り替えるスイッチである。乗員は電源スイッチ６５を押して、電動補助自転車１の電源のオン／オフを切り替える。
【００９９】
操作盤６０は、乗員に必要な情報を音により発信するスピーカ６３と光により発信するランプ６４とをさらに備える。たとえば、コントローラ７０によって停止状態からの漕ぎ出しが検出されたとき、電動補助自転車１は、その位置の傾斜角に応じた大きさの補助力を発生させる。このとき、音声の出力および／または光の点滅等により、漕ぎ出しを検出したこと、および、通常の補助力だけではなく、傾斜角に応じた補助力が加えられていることを乗員に報知する。「通常の補助力」とは、乗員がペダル５５に加えた踏力に応じて加えられる補助力である。これにより、乗員は通常の補助力よりも大きな補助力が発生していることを認識することができる。また、たとえばハンドル１４および／またはサドル２７に振動を発生させることにより、漕ぎ出しを検出したこと、および、傾斜角に応じた補助力が加えられていることを乗員に報知してもよい。
【０１００】
また、傾斜角に応じた補助力が加えられているときは、電動補助自転車１の周囲の人々に聞こえる音量の音をスピーカ６３に発生させたり、ヘッドランプ２２およびテールランプ２３を点灯または点滅させたりしてもよい。これにより、電動補助自転車１の周囲の人々は、電動補助自転車１が動き始めたこと、および、電動補助自転車１が通常の補助力よりも大きな補助力を発生させていることを認識することができる。
【０１０１】
電動モータ５３の補助力は、クランク回転出力に対して、"強"、"標準"、"オートエコ"の順に小さくなる。
【０１０２】
アシストモードが"標準"の場合、電動モータ５３は、電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に補助力を発生させる。アシストモードが"強"の場合、電動モータ５３は、"標準"の場合と同様、電動補助自転車１が発進、平坦路走行または上り坂走行の際に補助力を発生させる。電動モータ５３は、アシストモードが"強"の場合には、同じクランク回転出力に対して"標準"の場合よりも大きな補助力を発生させる。アシストモードが"オートエコ"の場合、電動モータ５３は、走行状況に応じて補助力の大きさを適宜変化させる。つまり、補助力の大きさは、「強」や「標準」のように一定ではない。アシストモードが"アシストなし"の場合、電動モータ５３は、補助力を発生しない。
【０１０３】
このように、上述のアシストモードに応じて、クランク回転出力に対する補助力が変わる。この例では、アシストモードを４段階に切り替えている。しかしながら、アシストモードの切替えは３段階以下であってもよいし、５段階以上であってもよい。
【０１０４】
次に、再び図２を参照してコントローラ７０の内部構成を説明し、その後、コントローラ７０の動作を説明する。
【０１０５】
コントローラ７０は、平均化回路８０と、停止検出回路８１と、勾配演算回路８２と、補助力演算回路８３とを有する。本実施形態では、コントローラ７０は複数の回路を統合した集積回路であるとして説明する。しかしながら当該構成は一例である。１つまたは複数の回路が実現する処理を、１つの信号処理プロセッサを用いてソフトウェア処理によって実現してもよい。
【０１０６】
平均化回路８０は、加速度センサ３８から出力された各軸方向の検出信号を平滑化するデジタルフィルタ回路である。平均化回路８０は、たとえば複数の検出信号の移動平均を計算することにより、検出信号を平滑化することができる。他の平滑化アルゴリズムを用いてもよい。なお、本実施形態では平均化回路８０を設けているが、本願発明においては平均化回路８０を設けることは必須ではない。
【０１０７】
停止検出回路８１は、電動補助自転車１が、予め定められた車両停止条件を満たすか否かを判定する。当該車両停止条件が満たされたと判定したとき、停止検出回路８１は、電動補助自転車１が現在停止していることを示す信号を勾配演算回路８２に出力する。
【０１０８】
車両停止条件は種々考えられる。以下に車両停止条件の例（Ａ）〜（Ｃ）を示す。本実施形態では、各車両停止条件は、閾値条件（０）〜（７）を複合的に満足する場合に成立するとしている。なお、閾値条件（０）〜（７）の数値は一例である。電動補助自転車１の開発時に想定された乗員の性別、年齢、販売想定地域等によって変動し得る。
閾値条件：
（０）３秒間以上連続すること
（１）−１００ｍＧ＜Ｇｘ＜１００ｍＧ
（２）−１００ｍＧ＜Ｇｙ＜１００ｍＧ
（３）−１００ｍＧ＜Ｇｚ＜１００ｍＧ
（４）スピードセンサによる速度＜２ｋｍ／ｈ
（５）トルクセンサが検出したトルク値＜１０Ｎｍ
（６）クランクセンサが検出した単位時間当たりの回転数＜５ｒｐｍ
（７）モータの単位時間当たりの回転数＜１００ｒｐｍ
車両停止条件：
（Ａ）閾値条件（０）と、閾値条件（１）または（４）と  を同時に満たす。
（Ｂ）閾値条件（０）と、閾値条件（１）と、閾値条件（２）〜（７）の１つまたは複数と  を同時に満たす。
（Ｃ）閾値条件（０）と、閾値条件（４）と、閾値条件（１）〜（３）、（５）〜（７）の１つまたは複数と  を同時に満たす。
【０１０９】
閾値条件（６）はクランク軸５７の単位時間当たりの回転数を示しているが、クランク軸５７が単位時間内に回転した角度に換算してもよい。上述の例では、クランクセンサが１分間に検出したクランク軸５７の回転角度＜１８００度、に置き換えればよい。また閾値条件（７）の電動モータ５３の単位時間当たりの回転数についても同様である。なお本明細書では、「単位時間当たりの回転数」を単に「回転数」と略記することがある。
【０１１０】
車両停止条件（Ａ）のうちの、閾値条件（０）および（１）を同時に満たす、という条件は、加速度センサ３８の検出信号のみを用いて判断することができる。また、車両停止条件（Ｂ）にも、加速度センサ３８の検出信号のみを用いて判断することができる条件が含まれ得る。上述した条件を同時に満たす限り、電動補助自転車１が停止していると言うことができる。本願発明は、加速度センサ３８のみを利用して電動補助自転車１の停止状態を判定する態様も含み得る。停止状態の判定に必要なセンサの数を低減できるため、構成の簡易化および駆動ユニット５１のコストの低減を実現できる。
【０１１１】
勾配演算回路８２は、加速度センサ３８が出力した検出信号を利用して電動補助自転車１の現在位置の勾配（傾斜角）θを演算する。本実施形態では、勾配演算回路８２は、電動補助自転車１が現在停止していることを示す信号を停止検出回路８１から受信したときに傾斜角θを演算する。傾斜角を常時演算することはないため、演算負荷を抑制することが可能であり、バッテリ５６の残量への影響を低減できる。
【０１１２】
勾配演算回路８２の傾斜角θを演算する方法は種々考えられる。重力加速度を「Ｇ」と記述し、Ｘ軸方向の加速度を「Ｇｘ」、Ｚ軸方向の加速度を「Ｇｚ」と記述すると、傾斜角θは下記数式（ｉ）〜（iii）のいずれかによって求めることができる。
（ｉ）θ = arcsin(Gx/G)
（ii）θ = arccos(Gz/G)
（iii）θ = arctan(Gx/Gz)
【０１１３】
数式（ｉ）〜（iii）から明らかなように、重力加速度Ｇは既知であるから、Ｘ軸方向の加速度ＧｘおよびＺ軸方向の加速度Ｇｚの少なくとも一方が得られれば、勾配演算回路８２は傾斜角θを求めることができる。ただし、両方の加速度ＧｘおよびＧｚが得られる場合には、上記数式（ｉ）〜（iii）のうちの２つまたは３つの数式を利用して、傾斜角θを求めることができる。勾配演算回路８２は、得られた複数の傾斜角θを利用して１つの傾斜角を求めてもよい。たとえば得られた複数の傾斜角θの平均値を求めて傾斜角として採用してもよい。以上の説明から明らかなように、勾配演算回路８２は、上記数式（ｉ）〜（iii）の少なくとも１つを用いて傾斜角を求めればよい。
【０１１４】
ここで、たとえば上記（iii）について具体的に説明する。以下の例では、加速度センサ３８は、少なくとも、Ｘ軸方向の加速度Ｇｘ、および、Ｚ軸方向の加速度Ｇｚを検出することが可能であるとする。
【０１１５】
図４Ａは、平坦路における電動補助自転車１の静負荷相関図である。また図４Ｂは、傾斜角θの傾斜路における電動補助自転車１の静負荷相関図である。図４Ａおよび図４Ｂでは、電動補助自転車１の質量を「Ｍ」と記述し、重力加速度を「Ｇ」、Ｘ軸方向の加速度Ｇｘを「α」、傾斜角を「θ0」と記述している。
【０１１６】
図４Ａを参照する。電動補助自転車１を、その重心の位置に存在する質点としたとき、電動補助自転車１には鉛直下向きに重力Ｍ・Ｇがかかる。加速度センサ３８は重力の影響を常に受けるため、静止している状態では鉛直下方向（たとえばＺ軸の負方向）に働く重力加速度Ｇを検出する。
【０１１７】
電動補助自転車１が静止状態にあるときは、電動補助自転車１は地面から鉛直上向きに抗力Ｍ・Ｇを受け、鉛直下向きの重力Ｍ・Ｇを相殺している。電動補助自転車１は重力に反して静止している状態であるから、重力加速度を相殺する上方向に加速していることになる。つまり、加速度センサ３８は鉛直上向き（Ｚ軸の正方向）に加速度Ｇを検出することになる。
【０１１８】
図４Ｂでも事情は同じである。電動補助自転車１が傾斜路に沿って静止している場合には、電動補助自転車１は傾斜路に沿って下る方向への重力の分力（Ｍ・Ｇ・sinθ0）に反して静止している状態である。このときの加速度は、傾斜路を下る方向を負とすると、−Ｇ・sinθ0である。傾斜路上で静止している電動補助自転車１は、傾斜路を下る方向への加速度（Ｇ・sinθ0）を相殺するよう、傾斜路を上る方向に、大きさＧ・sinθ0で加速していることになる。つまり加速度は、＋Ｇ・sinθ0である。このような関係を踏まえると、傾斜角θ0は以下の式によって求めることができる。
tanθ0＝Ｍ・Ｇ・sinθ0／Ｍ・Ｇ・cosθ0
＝（Ｘ軸方向の加速度値）／（Ｚ軸方向の加速度値）
＝Ｇｘ／Ｇｚ
【０１１９】
これにより、上記数式（iii）のとおり傾斜角が得られる。当該数式は、電動補助自転車１の電源がオフされている状態で、乗員が電源スイッチ６５を押下して電源を投入した直後の傾斜路の傾斜角を求める際にも適用可能である。
【０１２０】
なお、上述の説明から理解されるように、車両が静止状態で加速度Ｇｘの符号が正のときは電動補助自転車１が傾斜路に対して上り方向を向いていて、逆に、加速度Ｇｘの符号が負のときは電動補助自転車１が傾斜路に対して下り方向を向いていると判断することができる。一般には、上り坂での漕ぎ出し時に乗員はより大きな補助力を必要とする。勾配演算回路８２は、加速度Ｇｘが正の値であるときのみ、傾斜角θの演算を行ってもよい。
【０１２１】
補助力演算回路８３は、傾斜角に応じたアシスト比率で電動モータ５３を回転させるため演算と、制御信号の出力とを行う。本実施形態では、補助力演算回路８３は複数種類の処理を行うブロックを有している。具体的には、補助力演算回路８３は、アシスト比率決定ブロック８３ａと、モータ電流指令値演算ブロック８３ｂと、モータ電流指令値補正ブロック８３ｃとを有している。各ブロックは補助力演算回路８３内の演算コアとして実装されてもよいし、コンピュータプログラムのサブ・ルーチンまたはライブラリとして実装されてもよい。
【０１２２】
アシスト比率決定ブロック８３ａは、勾配演算回路８２が演算した傾斜角θのデータと、操作盤６０を用いて乗員によって選択されたアシストモードを特定するデータとを受け取り、アシスト比率を決定する。「アシスト比率」は、ペダル５５に加えられた乗員の人力により発生するクランク回転出力に対する、電動モータ５３によって発生される補助力の比率を言う。クランク回転出力は、ペダル５５に加えられた乗員の人力によりクランク軸５７に発生するトルクとクランク軸５７の回転速度との積である。なお、アシスト比率は駆動補助比率とも呼ばれ得る。
【０１２３】
図５Ａは、選択可能なアシストモード１〜Ｎ（Ｎ：２以上の整数）ごとの、傾斜角θとアシスト比率との関係を示す非線形関数Ｆｓ−１〜Ｆｓ−Ｎを示す。傾斜角θとアシスト比率との関係はアシストモードごとに異なる非線形関数として表すことができる。アシスト比率決定ブロック８３ａは、図示されない不揮発性メモリに各関数の数式データを保持している。
【０１２４】
アシスト比率決定ブロック８３ａは、複数の数式データのうちから、乗員によって選択されたアシストモードに対応する数式データを選択する。そしてアシスト比率決定ブロック８３ａは、勾配演算回路８２が演算した傾斜角θのデータに基づいて傾斜角θに対応するアシスト比率を決定する。
【０１２５】
図５Ａに示す、アシストモードごとの傾斜角θとアシスト比率との関係は、停止状態にある電動補助自転車１を漕ぎ出してから一定の条件が満たされるまで適用される。「一定の条件」は、たとえば漕ぎ出してから５漕ぎするまで、である。一定の条件が満たされた後は、通常走行時に適用されるアシスト比率決定処理が適用され得る。図５Ａに示すアシスト比率は、通常走行時に適用されるアシスト比率よりも高い。通常走行時に適用されるアシスト比率決定処理は、傾斜角に応じて決定される必要はなく、選択されたアシストモードのみによって決定され得る。
【０１２６】
なお、アシスト比率決定ブロック８３ａの不揮発性メモリに保持されるデータは非線形関数の数式データでなくてもよい。たとえば出力される傾斜角θの各値と、対応するアシスト比率との関係を記述したテーブルが不揮発性メモリに保持されてもよい。
【０１２７】
モータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、トルクセンサ４１が検出したペダルトルクの大きさを示す値と、クランク回転センサ４２が検出したクランク軸５７の回転速度の大きさを示す値と、乗員によって選択されたアシストモードを示すデータとを受け取り、電動モータ５３に流すべき電流指令値を演算する。上述のアシスト比率の定義によれば、電動モータ５３によって発生される補助力の大きさは、クランク回転出力の大きさと、乗員によって選択されたアシストモードに応じて適用されるアシスト比率とによって決定される。モータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、クランク回転出力の大きさを取得するために、トルクセンサ４１が検出したペダルトルクの大きさと、クランク回転センサ４２が検出したクランク軸５７の回転速度の大きさとを利用する。
【０１２８】
さらにモータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、スピードセンサ３５からの速度データを受け取る。その理由は、日本では、車速が所定の値以上（たとえば時速１０ｋｍ以上）になると、電動補助自転車１の補助力を低下させるよう制限が加えられるからである。またモータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、動力伝達機構３１に包含される変速機構の変速段を示すデータも受け取る。モータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、たとえば現在の変速段が予め定められた段以下のローギアであるときには、電動モータ５３に流れる電流をより低く設定してもよい。これにより、電動モータ５３による補助力の大きさが抑えられ、飛び出しを防ぐことができる。
【０１２９】
モータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、ホールセンサ４６の出力信号から電動モータ５３の回転速度または単位時間当たりの回転数を取得する。所望の補助力を電動モータ５３で発生させるためには、モータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、現在の回転速度または回転数を知ることが必要だからである。
【０１３０】
モータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、必要とされる補助力を発生させるためのモータ電流の指令値を生成し、モータ電流指令値補正ブロック８３ｃに送る。
【０１３１】
モータ電流指令値補正ブロック８３ｃは、アシスト比率決定ブロック８３ａが決定したアシスト比率と、モータ電流指令値演算ブロック８３ｂからモータ電流の指令値を受け取る。モータ電流指令値補正ブロック８３ｃは、モータ電流の指令値によって発生する補助力が、受け取ったアシスト比率に合致するか否かを判定する。このとき、クランク回転出力の大きさを取得する必要があるため、モータ電流指令値補正ブロック８３ｃは、トルクセンサ４１が検出したペダルトルクの大きさと、クランク回転センサ４２が検出したクランク軸５７の回転速度の大きさとを利用する。
【０１３２】
判定の結果、補助力が、受け取ったアシスト比率に合致しない場合には、モータ電流指令値補正ブロック８３ｃは、補助力が、受け取ったアシスト比率に合致するよう、モータ電流指令値を補正し、正しい指令値をモータ駆動回路８５に出力する。
【０１３３】
以上の処理により、補助力演算回路８３は傾斜角に応じたアシスト比率で電動モータ５３を回転させて必要な補助力を得ることが可能になる。
【０１３４】
アシスト比率決定ブロック８３ａがアシスト比率を決定する際の、傾斜角θとアシスト比率との関係は種々考え得る。以下、複数の例を説明する。
【０１３５】
図５Ｂは、傾斜角θとアシスト比率との関係を示す第２の例である。第２の例では、傾斜角θとアシスト比率との関係は階段状の関数によって表される。また図５Ｃは、傾斜角θとアシスト比率との関係を示す第３の例である。第３の例では、傾斜角θとアシスト比率との関係は線形関数によって表される。いずれの関数も、図５Ａのアシストモードごとに設けられた非線形関数に代えて採用することができる。
【０１３６】
図６は、駆動ユニット５１の処理の手順を示すフローチャートである。
【０１３７】
ステップＳ１０において、コントローラ７０は、自動アシスト切替が有効か否かを判定する。コントローラ７０は、自動アシスト切替が有効である場合にのみ、次のステップＳ１１に進む。ステップＳ１０において「Ｎｏ」に該当する場合の処理は、乗員がアシストモードを固定している場合を想定している。このような場合には、その意思に反して電動補助自転車１を動作させる必要はない。自動アシスト切替が有効か否かは、ハードウェアボタンによって切り替えられてもよいし、たとえばソフトウェア処理によって設定されてもよい。後者の例は、電源ボタン６５の長押しによってアシスト切替が禁止されるロックモードであるか否かを判定すればよい。なお、自動アシスト切替が有効か否かの判断に代えて、またはその判断に加重して、傾斜角に応じたアシスト比率の変更を許可するか否かの設定を行えるようにしてもよい。当該設定の切り替えも、ハードウェアボタンまたはソフトウェア処理によって実現することができる。
【０１３８】
ステップＳ１１において、コントローラ７０の補助力演算回路８３は、種々のセンサ、たとえばスピードセンサ３５、トルクセンサ４１、クランク回転センサ４２から検出信号を受け取る。
【０１３９】
ステップＳ１２において、停止検出回路８１は、車両停止条件を満たすか否かを判定する。車両停止条件を満たす場合には処理はステップＳ１３に進み、満たさない場合には処理はステップＳ１０に戻る。
【０１４０】
ステップＳ１３において、勾配演算回路８２は、加速度センサ３８の検出信号に基づいて傾斜角を算出する。傾斜角の演算は、上述した式（ｉ）〜（iii）のいずれかの式に基づいて行われる。
【０１４１】
ステップＳ１４において、補助力演算回路８３は、傾斜角に応じたアシスト比率決定処理を行う。
【０１４２】
ステップＳ１５において、補助力演算回路８３は、トルクセンサ４１、クランク回転センサ４２等の検出信号に基づいてペダルが漕がれたことを検出すると、決定したアシスト比率に応じた補助力を発生させる。
【０１４３】
ステップＳ１６において、補助力演算回路８３は、ペダル漕ぎ出し回数が上限に達したか否かを判定する。上限はたとえば５回である。なお、いずれか一方のペダル５５が下死点に到達したときを１回としてカウントすればよい。ペダル漕ぎ出し回数が上限に達した場合には処理はステップＳ１７に進む。上限に達していない場合には処理はＳ１５に戻る。補助力演算回路８３は引き続き、決定したアシスト比率に応じた補助力を発生させるよう、モータ駆動回路８５に制御信号を送信する。
【０１４４】
ステップＳ１７において、駆動ユニット５１は、アシスト比率がより高い、傾斜路での発車時に適用されるアシストモードから、通常走行モードに移行する。具体的には、補助力演算回路８３は、それまでのアシスト比率を、設定された走行モードに応じたアシスト比率に変更する。その後、処理はステップＳ１０に戻る。
【０１４５】
上述のステップＳ１３において、勾配演算回路８２は車両停止状態で傾斜角θを算出するため、走行時と比較すると加速度センサ３８の検出信号に重畳されるノイズは少ない。そのため、勾配演算回路８２は高い精度で傾斜角θを算出することができる。加速度センサ３８によって角度を検出することができるため、より高価なジャイロセンサおよび角度計算用の演算回路等を設けて角度を演算する必要はない。これにより、構成を簡略化でき、種々の部品点数を削減でき、部品の設置スペースを削減できる。その結果、駆動ユニット５１の製造コストを低減でき、その結果、電動補助自転車１の製造コストの低減を実現できる。
【０１４６】
上述のステップＳ１６において、ペダル漕ぎ出し回数の上限はたとえば５回であると説明した。しかしながらこの数値は一例である。ペダル漕ぎ出し回数の上限は５回未満であってもよいし、５回より多くてもよい。たとえば３回であってもよいし、７回であってもよい。または、ペダル漕ぎ出し回数の上限を多くとも５回までとし、傾斜角の大きさに応じて上限を変更してもよい。たとえば傾斜角が大きくなるほど上限を３回、４回、５回と増やせばよく、傾斜角が小さいほどペダル漕ぎ出し回数の上限を３回、２回と減らしてもよい。
【０１４７】
またステップＳ１７において、アシスト比率が相対的に大きい傾斜路発車時のアシストモードから、アシスト比率が相対的に小さい通常走行モードに急に移行すると、乗員が違和感を覚える可能性がある。そこで、補助力演算回路８３は、アシスト比率が予め定められた変化量で変化していくよう変更してもよい。
【０１４８】
予め定められた変化量を小さくするほど、アシスト比率は滑らかに変更されることになるため、乗員の違和感を誘発しにくくなる。
【０１４９】
これまでは、電動補助自転車１が傾斜路に停止しており、電動補助自転車１が傾斜路を上る時にアシスト比率を相対的に大きくする技術を説明した。しかしながら、電動補助自転車１が傾斜路を下る時にもアシスト比率を変更してもよい。ただし傾斜路を下る時には、アシスト比率を通常走行モードよりも小さくして補助力を低減すればよい。
【０１５０】
図７は、電動補助自転車１が傾斜路を下る時に適用される、傾斜角θとアシスト比率との関係を示す非線形関数の例である。電動補助自転車１が傾斜路を下る時には、傾斜角が大きくなるほどアシスト比率は小さくすればよい。乗員が漕ぎ出す時に必要とする踏力が小さくて済むからである。傾斜角が予め定められた角度θT以上（たとえば３度以上）になると、アシスト比率を０にして電動モータ５３による補助力の発生を停止してもよい。
【０１５１】
図８Ａおよび図８Ｂは、アシスト比率に幅を持たせることが可能な、アシストモードごとの傾斜角θとアシスト比率との関係を示す例である。各アシストモードに割り当て可能なアシスト比率の幅が、アシストモードごとに帯状に示されている。図８Ａは、傾斜路を上る際の傾斜角θとアシスト比率との関係を示し、図８Ｂは、傾斜路を下る際の傾斜角θとアシスト比率との関係を示す。
【０１５２】
図８Ａの例では、アシストモード１では、上りの傾斜角θとアシスト比率との関係が下に凸の非線形関数で設定されている。アシストモード２では、上りの傾斜角θとアシスト比率との関係が線形関数で設定される。アシストモードＮでは、上りの傾斜角θとアシスト比率との関係が上に凸の非線形関数で設定される。いずれの例も、傾斜角θが電動補助自転車１の進行方向への仰角である場合には、漕ぎ出し時に、傾斜角が大きくなるほど大きい補助力を電動モータ５３に発生させることになる。ただし、図８Ａから明らかなように、傾斜角（仰角）θが大きくなったとしても、傾斜角θに対応するアシスト比率には上限が設定されているため、発生させる補助力にも上限が設けられている。
【０１５３】
また、図８Ｂの例では、アシストモード１では、下りの傾斜角θとアシスト比率との関係が上に凸の非線形関数で設定されている。アシストモード２では、下りの傾斜角θとアシスト比率との関係が線形関数で設定される。アシストモードＮでは、下りの傾斜角θとアシスト比率との関係が下に凸の非線形関数で設定される。いずれの例も、傾斜角θが電動補助自転車１の進行方向への俯角である場合には、漕ぎ出し時に、傾斜角が大きくなるほど小さい補助力を電動モータ５３に発生させることになる。ただし角度θT以上はアシスト比率を０にするため補助力は発生しない。つまり、傾斜角（俯角）θが大きくなったとしても、ある一定の傾斜角θT以上では、アシスト比率が０になるため、発生させる補助力には下限が設けられていると言える。
【０１５４】
さらに、図８Ａおよび図８Ｂの例のようにアシスト比率に幅を持たせることにより、アシスト比率が上限値または下限値に達していなければ、常に、現在のアシスト比率よりも高いまたは低いアシスト比率を設定することが可能である。たとえば、現在のアシストモードが最も強力な「強」（図３）に設定されており、その場合のアシスト比率の上限が「２」であるとする。現在のアシスト比率が「１．５」のとき、ある傾斜角θaの大きさに応じてアシスト比率を「１．６」にしてもよいし、「１．９」にしてもよい。
【０１５５】
または、アシストモードに応じてアシスト比率の変化量を異ならせてもよい。たとえば、ある傾斜角θbでは、「強」では現在のアシスト比率「１．５」を「１．７」に変更し、「弱」では現在のアシスト比率「１．０」を「１．１５」に変更し、「エコ」では現在のアシスト比率「０．８」を「０．９」に変更してもよい。
【０１５６】
（実施形態２）
実施形態１では、停車している状態で傾斜角を算出し、傾斜角の大きさに応じた補助力を発生させる電動補助自転車を説明した。
【０１５７】
例示的な第２の実施形態にかかる電動補助自転車は、停車している状態であるか走行中であるかにかかわらず、路面の傾斜角を精度良く算出し、傾斜角の大きさに応じた補助力を発生させる。これにより、乗員の感覚により適合した補助力を発生させる電動補助自転車を実現することが可能になる。路面の傾斜角を算出するために、電動補助自転車はその速度と加速度とを利用する。以下、具体的に説明する。
【０１５８】
図９は、本実施形態にかかる電動補助自転車１０の、主としてコントローラ１７０の構成を示すハードウェアブロック図である。電動補助自転車１と電動補助自転車１０との相違点は、コントローラに包含される勾配演算回路の処理の内容である。以下、電動補助自転車１０が有する勾配演算回路１８２を詳述する。
【０１５９】
なお、電動補助自転車１０の外観は図１に示す電動補助自転車１の外観と同じである。また、図９に示す構成のうち、以下で特に言及する構成以外の他の構成および動作は図２に示す電動補助自転車１の構成および動作と共通である。共通する構成および動作についての説明は、実施形態１の説明を援用し、再度の説明は省略する。なお、図９に示されるように、加速度センサ３８の検出信号は、平均化回路８０の処理を経て勾配演算回路１８２に送られる。記載の便宜のため、以下では勾配演算回路１８２が加速度センサ３８から検出信号を受け取るとして説明し、平均化回路８０への言及は省略する。
【０１６０】
勾配演算回路１８２は、加速度センサ３８が出力した検出信号のうちの、進行方向の加速度を示す検出信号を利用して電動補助自転車１０の現在位置の勾配（傾斜角）θを演算する。本実施形態の構成に限れば、加速度センサは進行方向の加速度のみを検出する１軸加速度センサでよい。複数の軸に関する加速度を出力することが可能な加速度センサと比較すると、１軸加速度センサはより安価に入手可能である。
【０１６１】
勾配演算回路１８２が傾斜角θの演算を行うタイミングは任意である。走行中であってもよいし停止中であってもよい。常時演算してもよいし、一定の時間間隔、例えば２，３秒に１回演算してもよい。演算を行う時間間隔を長くすると演算負荷を抑制することが可能であり、バッテリ５６の電力消費を低減できる。ただし、時間間隔を長く取りすぎると傾斜角の更新に時間を要するため、傾斜角および人力に応じた補助力の追従に時間を要する場合があり得る。
【０１６２】
勾配演算回路８２の傾斜角θを演算する方法を説明する。
【０１６３】
図１０Ａは、傾斜角θの傾斜路に電動補助自転車１０が静止していると仮定したときの、電動補助自転車１０の静負荷相関図である。図１０Ａでは、電動補助自転車１０の質量を「Ｍ」、重力加速度を「Ｇ」、傾斜角を「θ」と記述している。
【０１６４】
実施形態１において図４Ｂを参照しながら説明したように、電動補助自転車１０が傾斜角θの路面上で静止状態にある時、電動補助自転車１０には傾斜路に沿って下る方向への重力の分力（−Ｍ・Ｇ・sinθ）に反する力が加えられている。その力は、傾斜路を上る方向（図中の実線の矢印の方向）に大きさＭ・Ｇ・sinθである（図１０Ａでは、「＋Ｍ・Ｇ・sinθ」と記載されている）。このとき、電動補助自転車１０の加速度センサ３８は、傾斜路を上る方向に＋Ｇ・ｓｉｎθの加速度信号を出力している。
【０１６５】
図１０Ｂは、傾斜路を走行している電動補助自転車１の加速度センサ３８が、「＋α」の加速度信号を出力していることを示している。
【０１６６】
傾斜路を上る方向について見ると、上述の通り、電動補助自転車１０が静止している場合であっても加速度センサ３８は＋Ｇｓｉｎθの加速度信号を出力している。そのため、図１０Ｂに示す加速度信号「＋α」は、電動補助自転車１０が斜面方向に実際に加速走行している時の走行加速度β、および、＋Ｇｓｉｎθの加速度信号を含んでいると言うことができる。α、βおよびｓｉｎθの関係は式（１）に示す通りである。
α＝β＋Ｇ・ｓｉｎθ      ・・・（１）
【０１６７】
その結果、傾斜角θは式（２）によって得ることができる。
θ＝ｓｉｎ-1｛（α−β）／Ｇ｝      ・・・（２）
【０１６８】
式（２）において、「＋α」は加速度センサ３８から出力される加速度Ｇｘとして得られる。また電動補助自転車１０の実際の加速度βは、例えば電動補助自転車１０の車速Ｖの時間微分演算によって得られる。車速Ｖは、スピードセンサ３５を用いて検出し得る。式（２）は、より一般的に式（３）のように表現される。なお重力加速度Ｇは約９．８（ｍ／ｓ2）で定数である。
θ＝ｓｉｎ-1｛（Ｇｘ−ｄＶ／ｄｔ）／Ｇ｝      ・・・（３）
【０１６９】
コントローラ１７０の勾配演算回路１８２は、式（３）の右辺中括弧内の演算を行い、演算結果に逆正弦変換を行うことにより、傾斜角θを算出することができる。具体的には、勾配演算回路１８２は、演算に必要な加速度Ｇｘを加速度センサ３８から取得する。また勾配演算回路１８２は、スピードセンサ３５から速度データを受け取り、車速Ｖを検出する。「速度データ」は車速Ｖの値を示すデータであってもよいし、車速の算出に用いられる車速パルス信号であってもよい。
【０１７０】
車速パルス信号を利用して車速Ｖを検出する処理の一例を説明する。スピードセンサ３５は、例えばホールセンサを用いて構成された１パルス車速センサであり得る。前輪２５には１個の磁石が設けられている。磁石が前輪２５の回転に伴って回転すると、ホール素子は、前輪２５が１回転する毎に磁石の磁界を検出し、１個のパルス信号を出力する。勾配演算回路１８２は、前輪２５の周の長さＬ（既知）を連続する２個のパルスが得られた時間の間隔Ｔで除算することで、車速Ｖを検出できる。なお、前輪２５が１回転する毎に出力されるパルス数は一例である。他の例として、２個、４個、２４個、３０個でもよい。前輪２５が１回転する毎に出力されるパルス数がＮ個であるとすると、車速ＶはＶ＝Ｌ／（Ｎ・Ｔ）によって得ることができる。なお、スピードセンサ３５は後輪２６に設けられてもよい。つまり、スピードセンサ３５はいずれかの車輪に設けられ得る。
【０１７１】
本発明者が実測した結果を示す図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しながら、上述の処理によって算出（推定）した傾斜角θが高い精度を有することを説明する。
【０１７２】
図１１Ａは電動補助自転車１０の車速Ｖの変化を示すグラフである。本発明者は２４パルス車速センサを用いて車速を計測した。また図１１Ｂは電動補助自転車１０の進行方向の加速度Ｇｘの変化を示すグラフである。
【０１７３】
図１１Ｃは、推定した路面の傾斜角のグラフ（実線）、および実測した路面の傾斜角のグラフ（破線）である。傾斜角の推定は、車速Ｖの時間微分から得た加速度と、加速度Ｇｘとを式（３）に代入して行った。図１１Ｃから理解されるように、一部の区間を除き、推定した傾斜角のグラフと実測した傾斜角のグラフとは概ね一致する。本実施形態の処理によれば、十分高い精度で傾斜角を推定できていると言える。
【０１７４】
コントローラ１７０のアシスト比率決定ブロック８３ａは、勾配演算回路８２が算出した傾斜角θのデータと、操作盤６０を用いて乗員によって選択されたアシストモードを特定するデータとを受け取り、アシスト比率を決定する。アシスト比率の決定方法は、実施形態１と同様である。アシスト比率決定ブロック８３ａが、複数の数式データのうちから、乗員によって選択されたアシストモードに対応する数式データを選択すればよい。アシスト比率決定ブロック８３ａは、勾配演算回路８２が演算した傾斜角θのデータに基づいて傾斜角θに対応するアシスト比率を決定する。
【０１７５】
本実施形態においても、図５Ａ〜図５Ｃに示すような、アシストモードごとの傾斜角θとアシスト比率との関係を規定することができる。アシスト比率決定ブロック８３ａは、傾斜角θの推定値が次に更新されるまで、決定したアシスト比率を適用し得る。
【０１７６】
図１２は、電動補助自転車１０の駆動ユニット５１の処理の手順を示すフローチャートである。図１２では、図６に示す各ステップと同一のステップには同じ番号を付している。既に説明したステップの内容については実施形態１の説明を援用する。なお、図９に示されるように、本実施形態にかかる駆動ユニット５１は、コントローラ１７０の他、加速度センサ３８、電動モータ５３、モータ駆動回路８５、ホールセンサ４６等を有している。
【０１７７】
ステップＳ２１において勾配演算回路１８２は、加速度センサ３８から進行方向の加速度を示す検出信号を受け取る。ステップＳ２２において勾配演算回路１８２は、加速度センサ３８の検出信号を受け取り、車速Ｖを取得する。なおステップＳ２１およびステップＳ２２の順序は入れ替わってもよい。
【０１７８】
ステップＳ２３において勾配演算回路１８２は、式（３）の演算を行い、傾斜角θを算出する。
【０１７９】
ステップＳ２４において補助力演算回路８３は、決定されたアシスト比率に応じた補助力を発生させる。
【０１８０】
上述の処理により、コントローラ１７０は、推定した傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させることができる。たとえば、傾斜角θが０より大きい、つまり進行方向に上りの傾斜が存在する場合、傾斜角θが大きいほど補助力を大きくする。これにより、負荷がより大きいと感じる上り坂で乗員の人力を適切に補助することができる。また、傾斜角θが０より小さい、つまり進行方向に下りの傾斜が存在する場合、傾斜角θの絶対値が大きいほど補助力を小さくする。これにより、下り坂で大きな補助力を発生することを抑制し、下り坂での加速を抑制することができる。
【０１８１】
傾斜路を上り下りする際に本実施形態にかかる処理を行えば、上りの傾斜路では補助力を大きくするため従来よりもバッテリ５６の電力消費は大きくなる。しかしながら、下りの傾斜路の傾斜路では、下りであることを検出するとコントローラ１７０は即座に補助力を低減する。これにより、下りでは従来よりもバッテリ５６の電力消費を抑制できる。結果として、乗員の快適性を向上させながらもバッテリ５６の電力消費を従来と同程度で済ませることができる。なお、抑制後の補助力の大きさは典型的にはゼロである。
【０１８２】
本実施形態によれば、比較的安価なスピードセンサ３５および加速度センサ３８を用いても十分高い精度で傾斜角を求めることができる。高価なジャイロセンサおよび角度計算用の演算回路を用いる必要はないため、電動補助自転車１０の製造コストの上昇を抑制することができる。
【０１８３】
傾斜角θの演算方法は上述の式（３）に限定されない。勾配演算回路８２は式（４）に示すｓｉｎθを算出してもよい。
ｓｉｎθ＝（Ｇｘ−ｄＶ／ｄｔ）／Ｇ      ・・・（４）
【０１８４】
式（４）から傾斜角を取得するために、複数の角度の各々と、各角度に対応する正弦関数の計算値とを対応付けたテーブルが予め用意され、例えば勾配演算回路１８２の内部バッファ（図示せず）に保持される。勾配演算回路８２は式（４）の右辺の演算結果を用いて当該テーブルを参照し、その結果、１つの角度を取得する。勾配演算回路８２は、当該角度を傾斜角として検出する。
【０１８５】
上述の式（３）の例では、勾配演算回路１８２は、スピードセンサ３５の出力を利用して車速Ｖを求めた。以下、車速Ｖを算出する他の例（変形例）を説明する。
【０１８６】
（車速Ｖの算出方法の変形例１）
一定の条件下では、電動モータ５３の回転から車速Ｖを求めることが可能である。上述のように、ホールセンサ４６を利用すると電動モータ５３の回転速度を得ることができる。勾配演算回路１８２は、ホールセンサ４６から出力される電圧信号を利用して、電動モータ５３の回転速度を知ることができる。電動補助自転車１０にスピードセンサ３５が設けられていない場合、または、スピードセンサ３５が故障した場合であっても、車速Ｖを求めることができる。
【０１８７】
下記の式（５）は、後輪２６が駆動輪であり、変速段を選択可能な変速機構を有する電動補助自転車１０における、電動モータ５３の回転速度ωと車速Ｖとの関係を示している。
Ｖ＝（回転速度ω）×（駆動ユニット５１内のギア比）
×（現在選択されている変速段のギア比）
×（後輪外周長）                    ・・・（５）
【０１８８】
式（５）の右辺において、駆動ユニット５１内のギア比、および、後輪外周長は既知である。一方、変速段は乗員が都度選択するため未知である。下記のいずれかの条件を付加すると、電動モータ５３の回転速度ωから車速Ｖを求めることができる。
【０１８９】
第１の条件は、電動補助自転車１０に変速段が存在しないこと、である。第１の条件下では「変速段」の項を設ける必要はなく、「変速段」に対応する定数値を設定し得る。その結果、式（５）の右辺は回転速度ωと定数との積に簡単化される。
【０１９０】
第２の条件は、変速機構には、現在選択されている変速段を検出する検出機構が存在し、かつ、選択される各変速段のギア比が既知であること、である。実施形態１において説明したように、モータ電流指令値演算ブロック８３ｂは、動力伝達機構３１に包含される変速機の変速段を示すデータを受け取ることが可能である。勾配演算回路１８２が変速段を示すデータを受け取ることにより、選択されている変速段を知ることができる。
【０１９１】
第２の条件下では、勾配演算回路１８２に、各変速段とギア比との対応関係を記述したテーブルを予め保持させておく。変速段を示すデータを用いてテーブルを参照すると、現在選択されている変速段のギア比を求めることができる。得られたギア比の情報を式（５）に代入すれば、その時点での電動モータ５３の回転速度ωから車速Ｖを取得することができる。
【０１９２】
第１の条件、および第２の条件のそれぞれに、踏力トルクの検出値が閾値以上であること、という要件を加重してもよい。その理由は、上述した第１および第２の条件下では、走行中であるにも関わらず走行速度が０になる場合があり、乗員が混乱し得るためである。例えば日本では、法令上、下りの傾斜路等で乗員がペダルを漕がない場合には電動モータ５３の回転を停止させることが求められる。この場合、電動補助自転車の車速Ｖが明らかにゼロではないにもかかわらず、回転速度ωが０であることによって式（５）の演算結果が０になることがある。
【０１９３】
そこで、トルクセンサ４１から出力された踏力トルクが予め定められた閾値より大きい、という要件を加重する。乗員がペダルを漕いでいない期間中は踏力トルクが予め定められた閾値以下になる。当該期間中は、勾配演算回路１８２は車速Ｖの算出を停止し、その結果、傾斜角の算出も停止する。これにより、乗員に混乱を与えることを回避できる。傾斜角の算出を停止している期間中は、その事実を示す文字を表示パネル６１に表示し、または、文字と共におよび／または文字に代えて音を発して、乗員に知らせてもよい。
【０１９４】
なお、後輪２６のリヤハブ内には、ワンウェイクラッチ（図示せず）が設けられている場合が多い。ワンウェイクラッチが噛み合っているか否かを検出するセンサを設け、噛み合っていることが検出されている期間中に、勾配演算回路１８２が式（５）の演算を行ってもよい。
【０１９５】
（車速Ｖの算出方法の変形例２）
勾配演算回路１８２とは異なる演算回路またはマイコンが、スピードセンサ３５の検出信号を利用して車速Ｖの検出処理を行う場合があり得る。例えば、操作盤６０内部に設けられたマイコン（図示せず）が車速Ｖの検出処理を行う場合がある。操作盤６０（図３）の速度表示エリア６１ａに速度情報を表示するためである。そのような場合、勾配演算回路１８２は当該マイコンから車速Ｖを示す情報を取得してもよい。勾配演算回路１８２自身が車速Ｖを算出する必要はなくなる。
【０１９６】
（車速Ｖの算出方法の変形例３）
ＧＰＳ（Global  Positioning  System）を利用して位置情報を取得することが可能なＧＰＳユニット（図示せず）を利用する方法も考えられる。勾配演算回路１８２は、電動補助自転車１０に設けられたＧＰＳユニットから位置情報を逐次取得し、位置情報の時間変化から車速Ｖを算出することができる。ＧＰＳユニット自身が位置情報から移動速度の情報を算出可能な場合、または、ＧＰＳを構成する衛星（ＧＰＳ衛星）から放射される信号波のうちの搬送波のドップラー効果を利用して速度を算出することができる場合には、勾配演算回路１８２は、ＧＰＳユニットが算出した移動速度の情報を受け取り、車速Ｖの情報として利用してもよい。上述の移動速度の算出方法は公知であるため、詳細な説明は省略する。
【０１９７】
上述した変形例は互いに排他的ではなく、同時に複数採用し得る。
【０１９８】
以上、本発明の例示的な実施形態を説明した。
【０１９９】
上述したように、本発明による、電動補助車両（電動補助自転車１）に用いられる例示的な電動補助システム（駆動ユニット５１）は、電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータ５３と、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを制御する制御装置（コントローラ７０、１７０）と、電動補助車両の進行方向の加速度Ｇｘを示す加速度信号を出力する加速度センサ３８とを有している。制御装置は、外部からの信号に基づいて電動補助車両の走行速度を示す速度情報を取得する。制御装置は、速度情報および加速度信号に基づいて路面の傾斜角を検出し、傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２００】
電動補助システムの制御装置は、電動補助車両が停止しているか、走行中であるかにかかわらず、速度情報および加速度信号に基づいて路面の傾斜角（θ0，θ）を検出する。そして当該傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２０１】
制御装置は、たとえば、傾斜が上り方向であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を大きくする。これにより、負荷がより大きいと感じる上り坂での漕ぎ出し時に乗員の人力を適切に補助することができる。また、傾斜が下り方向であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を小さくする。これにより、下り坂では大きな補助力は発生しないため、下り坂での加速を抑制することができる。
【０２０２】
上りの傾斜路では補助力を大きくするため従来よりも電力消費は大きくなる。しかしながら、下りの傾斜路の傾斜路では、下りであることを検出すると制御装置は補助力を低減する。下りでは従来よりもバッテリ５６の電力消費を抑制できる。結果として、乗員の快適性を向上させながらもバッテリ５６の電力消費を従来と同程度で済ませることができる。
【０２０３】
さらに、制御装置は、進行方向である第１方向の加速度Ｇｘおよび速度Ｖを利用して路面の傾斜角を検出する。加速度センサ３８は進行方向のみの１軸センサでよいため、より安価に入手できる。
【０２０４】
ある実施形態において、電動補助システムは、電動補助車両の移動速度に応じた信号を出力するスピードセンサ３５をさらに有している。制御装置（コントローラ１７０）は、スピードセンサ３５から受け取った、移動速度に応じた信号に基づいて速度情報を取得する。制御装置は、速度情報および加速度信号に基づいて路面の傾斜角θを検出する。
【０２０５】
制御装置は、電動補助車両の走行中に加速度センサ３８から出力される加速度信号、および、スピードセンサ３５から出力される速度信号を利用して路面の傾斜角θを検出する。スピードセンサ３５は一般的に搭載されており、比較的安価である。よって、高性能かつ高価なジャイロセンサおよび加速度センサを用いて路面の傾斜角を求める必要はなくなり、全体として安価な構成で傾斜角を算出することができる。
【０２０６】
ある実施形態において、電動補助システムは、電動モータ５３はロータ、および、電動モータ５３の回転するロータの位置を検出する位置検出センサ（ホールセンサ４６）をさらに有している。制御装置は、位置検出センサの出力に基づいてロータの回転速度ωを求め、回転速度ωに定数を乗じて速度情報を取得する。スピードセンサ３５を有しない車両であっても、またはスピードセンサ３５が故障した場合であっても、電動モータ５３の回転速度から速度情報を取得することができる。
【０２０７】
ある実施形態において、電動補助車両は、複数の変速段を有する変速機構を有し、現在選択されている変速段を示すデータを出力する。電動モータ５３はロータを有し、かつ、回転するロータの位置を検出する位置検出センサ（ホールセンサ４６）をさらに有している。制御装置は、変速段を示すデータを取得し、位置検出センサの出力に基づいてロータの回転速度ωを求め、回転速度ωおよび変速段を示すデータに基づいて速度情報を取得する。スピードセンサ３５を有しない車両であっても、またはスピードセンサ３５が故障した場合であっても、電動モータ５３の回転速度から速度情報を取得することができる。
【０２０８】
ある実施形態において、電動補助車両は、乗員の踏力トルクを検出するトルクセンサ４１を有している。制御装置は、踏力トルクが予め定められた閾値より大きい場合に、速度情報を取得し、かつ、路面の傾斜角を検出する。
【０２０９】
乗員がペダルを漕がずに下りの傾斜路を下っている時に速度情報を算出すると、実際の車速Ｖがゼロでないにも関わらず、算出された車速がゼロになってしまう可能性がある。踏力トルクが閾値を超えた時（乗員がペダルをこいでいる時）に速度情報を取得することにより、正しい速度情報を取得することができる。
【０２１０】
ある実施形態において、制御装置は、進行方向の速度Ｖの時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）を算出し、進行方向の加速度Ｇｘから時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）を減算し、減算結果を重力加速度Ｇで除算することにより、路面の傾斜角を検出する。走行によって生じる進行方向の実際の加速度と重力加速度とを利用することにより、傾斜角を精度良く算出することができる。
【０２１１】
ある実施形態において、制御装置は、減算結果を重力加速度Ｇで除算した除算結果に逆正弦変換を行うことにより、路面の傾斜角を検出してもよい。または、制御装置は、複数の角度の各々と、角度ごとの正弦関数の計算値とを対応付けたテーブルを有している。制御装置は、減算結果を重力加速度Ｇで除算し、テーブルを参照することにより、除算結果に対応する角度を取得し、角度を路面の傾斜角として検出する。加速度センサ３８からの加速度Ｇｘと、速度Ｖの微分値（つまり加速度値）との差を重力加速度Ｇで除算した値は、傾斜角の正弦である。当該関係を利用して、制御装置は路面の傾斜角を精度良く算出することができる。
【０２１２】
本発明による例示的な電動補助車両は、上述したいずれかの電動補助システムと、電動補助車両の移動速度に応じた信号を出力するスピードセンサ３５とを有している。そのため、上述したいずれかの電動補助システムの利点をそのまま有する電動補助車両が得られる。
【０２１３】
本発明による、電動補助車両（電動補助自転車１）に用いられる例示的な電動補助システム（駆動ユニット５１）は、電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータ５３と、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを制御する制御装置（コントローラ７０）と、電動補助車両の進行方向である第１方向の加速度Ｇｘ、および、第１方向および路面の両方に垂直な第２方向の加速度Ｇｚ、の少なくとも一方を示す加速度信号を出力する加速度センサ３８とを有している。制御装置は、加速度信号を利用して電動補助車両が停止状態にあることを検出し、さらに、停止状態において出力された加速度信号に基づいて路面の傾斜角を検出し、乗員の漕ぎ出し時に、傾斜角θ0に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２１４】
電動補助システムは、電動補助車両が完全に停止した状態であることをセンサの出力信号を利用して検出し、停止状態において傾斜角θ0を検出する。これにより、傾斜角θ0を高い精度で検出することができ、適切な補助力を発生させることができ、補助が求められる坂道発進時の乗りやすさを改善できる。
【０２１５】
たとえば、上り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角θ0が大きいほど補助力を大きくする。これにより、負荷がより大きいと感じる上り坂での漕ぎ出し時に乗員の人力を適切に補助することができる。また、下り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角θ0が大きいほど補助力を小さくする。これにより、下り坂では大きな補助力は発生しないため、下り坂での加速を抑制することができる。
【０２１６】
また、電動補助システムは、加速度センサ３８のみを利用して停止状態の判定および傾斜角の検出を行うため、種々のセンサを設ける必要がなく、コストの増加を抑えることができる。さらにセンサを搭載するスペースを低減し、構成を簡略化することができる。
【０２１７】
ある実施形態において、制御装置は、加速度センサ３８から出力された加速度信号に基づいて電動補助車両が停止状態にあることを検出する停止検出回路８１をさらに有している。
【０２１８】
ある実施形態において、停止検出回路８１は、第１方向の加速度Ｇｘ、および、第２方向の加速度Ｇｚの少なくとも一方を示す加速度信号が予め定められた停止判定条件を満足する場合に、電動補助車両が停止していることを検出する。
【０２１９】
ある実施形態において、停止判定条件は、加速度信号の信号レベルの範囲に関する条件、および、信号レベルの範囲に入っている時間に関する条件を含む。
【０２２０】
ある実施形態において、加速度センサ３８は、第１方向の加速度Ｇｘを示す第１加速度信号、および、第２方向の加速度Ｇｚを示す第２加速度信号を出力する、２軸加速度センサまたは３軸加速度センサである。停止検出回路８１は、第１加速度信号、および、第２加速度信号の各々について停止判定条件を保持する。
【０２２１】
また、本発明による、電動補助車両（電動補助自転車１）に用いられる他の例示的な電動補助システム（駆動ユニット５１）は、電動補助車両の乗員の人力を補助するための補助力を発生させる電動モータ５３と、電動モータ５３に発生させる補助力の大きさを制御する制御装置（コントローラ７０）と、電動補助車両の進行方向である第１方向の加速度Ｇｘ、および、第１方向および路面の両方に垂直な第２方向の加速度Ｇｚ、の少なくとも一方を示す加速度信号を出力する加速度センサ３８とを有している。制御装置は、電動補助車両の停止中であるか走行中であるかを検出するための検出信号を出力する少なくとも１つのセンサ３５、４１、４２、５３から、検出信号を受け取り、検出信号から、電動補助車両が停止状態にあることを検出する。制御装置は、停止状態において出力された加速度信号に基づいて路面の傾斜角を検出し、乗員の漕ぎ出し時に、傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２２２】
制御装置は、電動補助車両が完全に停止した状態であることをセンサの出力信号を利用して検出し、停止状態において傾斜角を検出する。これにより、傾斜角を高い精度で検出することができ、適切な補助力を発生させることができ、補助が求められる坂道発進時の乗りやすさを改善できる。
【０２２３】
たとえば、上り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を大きくする。これにより、負荷がより大きいと感じる上り坂での漕ぎ出し時に乗員の人力を適切に補助することができる。また、下り方向への坂道発進であることを検出した場合には、傾斜角が大きいほど補助力を小さくする。これにより、下り坂では大きな補助力は発生しないため、下り坂での加速を抑制することができる。
【０２２４】
ある実施形態において、制御装置は、少なくとも１つのセンサから出力された検出信号に基づいて電動補助車両が停止していることを検出する停止検出回路８１をさらに有している。
【０２２５】
ある実施形態において、少なくとも１つのセンサは、スピードセンサ３５、トルクセンサ４１、クランク回転センサ４２および、電動モータ５３の回転を検出するホールセンサ４６のうちの一つまたは複数であり、停止検出回路８１は、検出信号が予め定められた停止判定条件を満足する場合に、電動補助車両が停止していることを検出する。
【０２２６】
ある実施形態において、少なくとも１つのセンサが電動補助車両の速度を検出するスピードセンサ３５であるとき、停止検出回路８１は、検出信号が予め定められた速度未満であるという停止判定条件を満足する場合に、電動補助車両が停止していることを検出する。
【０２２７】
ある実施形態において、電動補助システムは、ペダルが取り付けられるクランク軸をさらに有している。少なくとも１つのセンサが、ペダルの踏み込みによってクランク軸に加えられるトルクを検出するトルクセンサ４１であるとき、停止検出回路８１は、検出信号が、予め定められたトルク値未満であるという停止判定条件を満足する場合に、電動補助車両が停止していることを検出する。
【０２２８】
ある実施形態において、電動補助システムは、ペダルが取り付けられるクランク軸をさらに有している。少なくとも１つのセンサが、クランク軸の回転を検出するクランク回転センサであるとき、停止検出回路８１は、検出信号が、予め定められた期間内のクランク軸の回転が０回であるという停止判定条件を満足する場合に、電動補助車両が停止していることを検出する。
【０２２９】
ある実施形態において、少なくとも１つのセンサがホールセンサであるとき、停止検出回路８１は、検出信号が、予め定められた期間内の電動モータ５３の回転が０回であるという停止判定条件を満足する場合に、電動補助車両が停止していることを検出する。
【０２３０】
ある実施形態において、制御装置は、停止状態において出力された加速度信号に基づいて傾斜角を算出する勾配演算回路８２と、傾斜角に応じた補助力の大きさを決定する補助力演算回路８３と、乗員の漕ぎ出し時に、補助力演算回路８３によって決定された補助力を電動モータ５３に発生させるモータ駆動回路とを有している。勾配演算回路８２は、重力加速度Ｇを用いた、ａｒｃｓｉｎ（Ｇｘ／Ｇ）またはａｒｃｃｏｓ（Ｇｚ／Ｇ）の演算を行うことにより、傾斜角を算出する。
【０２３１】
ある実施形態において、加速度センサ３８は、第１方向の加速度Ｇｘを示す第１加速度信号、および、第２方向の加速度Ｇｚを示す第２加速度信号を出力する、２軸加速度センサ３８または３軸加速度センサ３８である。
【０２３２】
ある実施形態において、制御装置は、停止状態において出力された加速度信号に基づいて傾斜角を算出する勾配演算回路８２と、傾斜角に応じた補助力の大きさを決定する補助力演算回路８３と、乗員の漕ぎ出し時に、補助力演算回路８３によって決定された補助力を電動モータ５３に発生させるモータ駆動回路とを有している。勾配演算回路８２は、重力加速度Ｇを用いた、ａｒｃｓｉｎ（Ｇｘ／Ｇ）、ａｒｃｃｏｓ（Ｇｚ／Ｇ）およびａｒｃｔａｎ（Ｇｘ／Ｇｚ）の少なくとも１つの演算を行うことにより、傾斜角を算出する。
【０２３３】
ある実施形態において、補助力演算回路８３は、傾斜角の大きさと補助力の大きさとの対応関係を示す規則を予め保持しており、勾配演算回路８２によって算出された傾斜角および規則を利用して、補助力の大きさを決定する。
【０２３４】
ある実施形態において、電動補助システムは、走行中の補助力の大きさが異なる複数の運転モードの一つを乗員が選択するためのスイッチをさらに有している。補助力演算回路８３は、運転モードごとに規則を予め保持しており、乗員が漕ぎ出す時に、勾配演算回路８２によって算出された傾斜角、および、スイッチによって選択された運転モードに対応する規則を利用して、補助力の大きさを決定する。
【０２３５】
ある実施形態において、補助力演算回路８３は、傾斜角の大きさを入力とし、補助力の大きさを出力とする関数を規則として予め保持する。
【０２３６】
ある実施形態において、関数は階段状の不連続関数、線形の連続関数、非線形の連続関数の少なくとも１つである。
【０２３７】
ある実施形態において、補助力演算回路８３は、傾斜角の大きさと、補助力の大きさとを対応付けたテーブルを予め保持する。
【０２３８】
ある実施形態において、勾配演算回路８２は、ローパスフィルタ処理を行った第１加速度信号および第２加速度信号を利用して傾斜角を算出する。
【０２３９】
ある実施形態において、制御装置は、乗員が多くとも５漕ぎするまでを漕ぎ出し時として、傾斜角θ0に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２４０】
ある実施形態において、制御装置は、乗員が３漕ぎするまでを漕ぎ出し時として、傾斜角に応じた大きさの補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２４１】
ある実施形態において、制御装置は、傾斜角θ0が、電動補助車両の進行方向への仰角である場合には、乗員の漕ぎ出し時に、傾斜角が大きくなるほど大きい補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２４２】
ある実施形態において、制御装置は、傾斜角θ0が、電動補助車両の進行方向への俯角である場合には、乗員の漕ぎ出し時に、傾斜角が大きくなるほど小さい補助力を電動モータ５３に発生させる。
【０２４３】
本発明による例示的な電動補助車両は、上述のいずれかに記載の電動補助システムを有している。
【０２４４】
また本発明による例示的な電動補助車両は、上述の種々の態様の電動補助システムと、少なくとも１つのセンサとを有している。
【産業上の利用可能性】
【０２４５】
本発明は、加速度センサを有し、人力に補助力を加えて駆動される車両に特に有用である。
【符号の説明】
【０２４６】
１：電動補助自転車、  ５：ダウンチューブ、  ６：ブラケット、  ７：チェーンステイ、  ９：ブレーキ、  １１：車体フレーム、  １２：ヘッドパイプ、  １３：ハンドルステム、  １４：ハンドル、  １５：フロントフォーク、  １６：シートチューブ、  １７：サドルパイプ、  １８：フェンダー、  １９：シートステイ、  ２１：前かご、  ２２：ヘッドランプ、  ２３：テールランプ、  ２４：荷台、  ２５：前輪、  ２６：後輪、  ２７：サドル、  ２８：チェーン、  ２９：スタンド、  ３５：スピードセンサ、  ３８：加速度センサ、  ４１：トルクセンサ、  ４２：クランク回転センサ、  ４６：ホールセンサ、  ５１：駆動ユニット、  ５３：電動モータ、  ５４：クランクアーム、  ５５：ペダル、  ５６：バッテリ、  ５７：クランク軸、  ６０：表示装置、  ６１：表示パネル、  ６２：アシストモード操作スイッチ、  ６３：スピーカ、  ６４：ランプ、  ６５：電源スイッチ、  ７０：コントローラ、  ８０：平均化回路、  ８１：停止検出回路、  ８２：勾配演算回路、  ８３：補助力演算回路、  ８５：モータ駆動回路
【図１】
2018123160.tif 000003
【図２】
2018123160.tif 000004
【図３】
2018123160.tif 000005
【図４Ａ】
2018123160.tif 000006
【図４Ｂ】
2018123160.tif 000007
【図５Ａ】
2018123160.tif 000008
【図５Ｂ】
2018123160.tif 000009
【図５Ｃ】
2018123160.tif 000010
【図６】
2018123160.tif 000011
【図７】
2018123160.tif 000012
【図８Ａ】
2018123160.tif 000013
【図８Ｂ】
2018123160.tif 000014
【図９】
2018123160.tif 000015
【図１０Ａ】
2018123160.tif 000016
【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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