(57)【要約】【課題】慣性走行を行った後に再加速する場合でも、良好な走行安定性を維持できて、運転者にも違和感を与えることのない電動自転車などの補助動力付き車両を提供する。【解決手段】本発明の補助動力付き車両は、人力による駆動力を検出する人力駆動力検出手段としてのトルクセンサ４と、人力駆動力にアシスト率を積算して算出した補助駆動力を発生する補助駆動力発生手段としての電動モータ１と、車両の慣性走行を検知する慣性走行検知手段７と、慣性走行検知手段７により慣性走行が検知されると、予め設定したアシスト率よりも小さなアシスト率とするアシスト率制御手段８とを備えたことを特徴とする。この構成により、慣性走行を行った後にペダルを強く踏み込んだ場合でも、付加される補助駆動力が小さめになり、良好な走行安定性を維持できるとともに、運転者に違和感を与えることを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力による駆動力を検出する人力駆動力検出手段と、
人力駆動力にアシスト率を積算して算出した補助駆動力を発生する補助駆動力発生手段と、
車両の慣性走行を検知する慣性走行検知手段と、
慣性走行検知手段により慣性走行が検知されると、予め設定したアシスト率よりも小さなアシスト率とするアシスト率制御手段とを備えた補助動力付き車両。
【請求項２】
慣性走行検知手段は、電動モータが所定時間を越えて停止している場合に、車両が慣性走行していると判定する請求項１記載の補助動力付き車両。
【請求項３】
慣性走行検知手段は、人力駆動力が実質的に付加されていない状態またはクランク軸が回転していない状態で所定時間経過した場合に、車両が慣性走行していると判定する請求項１記載の補助動力付き車両。
【請求項４】
補助動力付き車両が電動自転車である請求項１〜３の何れか１項に記載の補助動力付き車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動自転車などの補助動力付き車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人力による駆動力に、電動モータを備えたモータユニットの補助駆動力を加えることで、上り坂などでも楽に走行可能な電動自転車は既に実用化されている。この種の電動自転車においては、一般に、人力による駆動力として踏力をトルクセンサ等により検出し、この踏力に対して一定のアシスト率（基準アシスト率と称す）を積算した値を補助駆動力として算出し、この補助駆動力を電動モータから発生させて人力駆動力に加えて補助する構成とされている。
【０００３】
しかし、常に一定のアシスト率であると、例えば、平坦路や下り坂において発進時に運転者が大きな踏力を加えた場合に、これに対応して大きな補助駆動力が加えられ、急発進したり、運転者に違和感を与えたりする恐れがある。また、既に高速で走行しているにもかかわらず、運転者が大きな踏力を加えた場合に、大きな補助駆動力が加えられて、極めて高速となる恐れがある。
【０００４】
このような不具合に対処するものとして、電動自転車の走行速度を検出する速度検出手段を設け、発進時には小さい（低い）アシスト率とし、低速域において速度が大きくなるほど徐々にアシスト率を増加させたり、高速域において所定速度を越えると、その越える速度が大きくなるほど徐々にアシスト率を減少させたりする方法が例えば特許文献１等に開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、人力駆動力としての踏力を検知する手段と、走行速度を検知する手段とをそれぞれ設けて電動自転車の発進を検知し、この電動自転車等の車両の発進時に、常に一定の小さいアシスト率とし、その後、時間の経過に伴って、徐々に所定の割合（例えば、１０％ずつ）でアシスト率を増加させ、所定時間後に最終的に基準アシスト率に戻す方法（いわゆるソフトスタート）が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、人力駆動力としての踏力（ペダル踏力）を検出し、走行停止状態から踏力が所定のしきい値に達するまではアシスト（補助駆動動作）を休止し（補助駆動力を発生させず）、踏力が前記しきい値を越えてアシストを開始する際に、小さいレベルのアシスト率（駆動デューティ比）から斬増させて、踏力に対応させて所定アシスト率で算出したアシスト力よりも小さな値から漸増させる方法が開示されている。
【０００７】
これらの特許文献１〜３に開示された方法によれば、走行速度や走行距離、走行停止状態を検知するなどして、発進時においてアシスト率が小さめに調整されるため、発進時に運転者が大きな踏力を加えた場合でも、補助駆動力が小さめに抑えられ、急発進したり違和感を与えたりすることを防止できる。また、特許文献１に開示された方法によれば、既に高速で走行している場合にも、アシスト率が小さめに調整されるため、電動自転車がさらに高速となることを防止できる。
【０００８】
また、特許文献４には、人力駆動力としての踏力トルクを検出する手段と、走行距離を算出する走行距離算出手段とをそれぞれ設けて、走行距離が小さい場合には、大きめのアシスト比率に切り換える方法が開示されている。
【０００９】
この特許文献４の方法によれば、発進時においてアシスト率が大きめに調整されるため、発進時に急発進する欠点があるものの、少し踏み込むだけで良好に発進することができる。
【特許文献１】特許第２６２３４１９号公報
【特許文献２】特許第３４８０９９８号公報
【特許文献３】特許第３３０６３０９号公報
【特許文献４】特開２００２−２６４８８２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１〜４の方法によれば、発進時や低速度時、または高速時にアシスト率を調整する手法を採用しており、これら以外の時にはアシスト率が一定であるため、市街地の走行時などにおいて、ペダルを踏み込んで走行している途中で、一時的にペダルの踏み込みを休止して、慣性を利用しながら走行する、いわゆる慣性走行を行い、この後、再加速すべく、またペダルを強く踏み込んだ際に、補助駆動力が急激に付加されて、運転者に違和感を与えたり、走行安定性が低下したりするおそれがあった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するもので、慣性走行を行った後に再加速する場合でも、良好な走行安定性を維持できて、運転者にも違和感を与えることのない電動自転車などの補助動力付き車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明の補助動力付き車両は、人力による駆動力を検出する人力駆動力検出手段と、人力駆動力にアシスト率を積算して算出した補助駆動力を発生する補助駆動力発生手段と、車両の慣性走行を検知する慣性走行検知手段と、慣性走行検知手段により慣性走行が検知されると、予め設定したアシスト率よりも小さなアシスト率とするアシスト率制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、慣性走行を行った後に、ペダルなどが踏み込まれるなどして大きな人力駆動力が出力されて補助駆動力が出力される時には小さなアシスト率に変更されているので、ペダルを強く踏み込んだ場合でも、付加される補助駆動力が小さめになり、良好な走行安定性を維持できるとともに、運転者に違和感を与えることを防止できる。
【００１４】
なお、慣性走行検知手段としては、電動モータが所定時間を越えて停止している場合に、車両が慣性走行していると判定したり、人力駆動力が実質的に付加されていない状態またはクランク軸が回転していない状態で所定時間経過した場合に、車両が慣性走行していると判定することにより、慣性走行を検知できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように本発明によれば、慣性走行検知手段により車両の慣性走行を検知し、アシスト率制御手段により慣性走行後の補助駆動力の出力時に小さなアシスト率とすることにより、慣性走行を行った後に、ペダルを強く踏み込んだ場合でも、付加される補助駆動力が小さめになり、良好な走行安定性を維持できて信頼性が向上するとともに、運転者に違和感を与えることを防止でき、良好な乗り心地を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明の補助駆動装置付き車両の実施の形態としての電動自転車は、図１、図２に示すように、人力駆動力に付加する補助駆動力を発生する補助駆動力発生手段としての電動モータ１と、この電動モータ１などに給電するバッテリ２と、クランク軸１９に対向する箇所などに配置され、運転者がペダル３を踏み込む踏力である人力駆動力を検出する人力駆動力検出手段としてのトルクセンサ４と、電動モータ１の回転数を検出するモータ回転数検出器５と、電動モータ１の電流値を検出するモータ電流検出器６と、電動自転車が慣性走行していることを検知する慣性走行検知手段７と、アシスト率を調整するアシスト率制御手段８と、慣性走行検知手段７およびアシスト率制御手段８からの情報に応じて電動モータ１から出力すべきトルク（補助駆動力）が出力されるように電動モータ１を制御するモータ出力制御手段９と、電動自転車のハンドル１２などに取付けられて電力の供給をＯＮ・ＯＦＦする電源操作スイッチ１１と、電動自転車のハンドル１２に取り付けられている左右のブレーキレバー１３、１４を操作してブレーキを作動させたことを検知するブレーキ操作検出センサ１５と、計時用のタイマー２０と、各種設定情報等を記憶する記憶部２１などを備えている。なお、この実施の形態においては、制御部１０内に、慣性走行検知手段７、アシスト率制御手段８、モータ出力制御手段９、タイマー２０、記憶部２１等が設けられているが、これに限るものではない。
【００１７】
ここで、電動モータ１の出力ギアは、補助駆動力伝達用の減速機構を介して、ペダル３の回転を後輪に伝達するチェーン１６に噛み合って連動する。前記減速機構には一方向クラッチ機構が介装されており、電動モータ１が駆動されていない場合には、チェーン１６に対する電動モータ１側からの負荷が作用せず、チェーン１６が移動しても電動モータ１が回転しないように構成されている。また、チェーン１６の後部に噛み合う後輪スプロケット１７と後輪１８のハブとの間にも一方向クラッチ機構が介装されており、電動自転車を慣性走行させている際など、チェーン１６よりも早い速度で後輪１３のハブが前進側に回転している場合には、チェーン１６は移動しない。さらに、ペダル３が取り付けられているクランクの軸（クランク軸）１９と、このクランク軸１９の片側に取り付けられてチェーン１６に噛み合わされているクランクスプロケットとの間にも、一方向クラッチ機構が介装されており、ペダル３を回転させている場合のみ（正確には、クランクスプロケットのチェーン１６に噛み合っている外周歯部の前進側の周速度がチェーン１１の移動速度よりも大きい場合に）ペダル３からの駆動力がチェーン１６側に伝達されるよう構成されている。
【００１８】
前記慣性走行検知手段７は、タイマー２０からの計時情報を参照しながら、モータ回転数検出器５の情報に基づいて、慣性走行であるか否かを検知する。
すなわち、図３に示すように、電源操作スイッチ１１がＯＮ状態に切り換えられる（ステップＳ１）と、電動モータ１が停止して継続した状態の時間（モータ停止時間と称す）を０にセットするとともに、非慣性走行状態（非モータ停止状態）であると初期設定する（ステップＳ２）。そして、モータ回転数検出器５から出力されたモータ回転数が０であるかどうか判定し（ステップＳ３）、モータ回転数が０でない場合には、ステップＳ２に戻ってモータ停止時間を０にリセットするとともに、非慣性走行状態（非モータ停止状態）であると設定する。一方、モータ回転数検出器５から出力されたモータ回転数が０である、すなわち、電動モータ１が停止しており、電動モータ１からの出力がない場合には、ステップＳ４に進んで、モータ停止時間を加算する。そして、ステップＳ５において、モータ停止時間が予め設定された設定時間Ａを越えたかどうかを判定する。すなわち、継続してモータ停止状態であると、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が繰り返され、モータ停止時間が設定時間Ａを越えた時点で、ステップＳ６に進んで、慣性走行状態（モータ停止状態）であると判定する。一方、モータ停止時間が設定時間Ａに達するまでに、電動モータ１が回転し始めると、ステップＳ５からステップＳ３を介してステップＳ２に進んで、非慣性走行状態（非モータ停止状態）であると判定する。なお、ステップＳ２におけるモータ回転数が０であるかどうかの判定ならびに後述するステップＳ１３の判定動作の際は、厳密に０である必要はなく、モータ回転数が０に近い値でも、電動モータ１からの出力が殆どなく、実質的には、電動モータ１からの補助駆動力が出力されていないとみなされる回転数以下である場合に、モータ回転数が０である（電動モータ１が回転していない）とみなしてもよい。
【００１９】
また、前記アシスト率制御手段８は、以下のような制御動作を行い、アシスト率を決定する。ここで、アシスト率とは、人力駆動力に積算して補助駆動力を算出する補助駆動率（積算係数）であり、この実施の形態では、小さめの第１のアシスト率（例えば、７０％）Ｂ１と、大きめの第２のアシスト率（例えば、１５０％）Ｂ２とが予め設定されて記憶されている。
【００２０】
図４に示すように、電源操作スイッチ１１がＯＮ状態に切り換えられる（ステップＳ１１）と、アシスト率をまず小さめの第１のアシスト率Ｂ１に設定する（ステップＳ１２）。そして、モータ回転数検出器５から出力されたモータ回転数が０より大きいかどうか判定し（ステップＳ１３）、モータ回転数が０である場合（すなわち、まだ発進していない場合）には、ステップＳ１２に戻ってアシスト率を小さめの第１のアシスト率Ｂ１のまま維持する。
【００２１】
一方、モータ回転数が０より大きい場合、すなわち、電動モータ１が回転しており、電動モータ１によって出力されている場合（発進開始された場合）には、ステップＳ１３からステップＳ１４に進んで、まず、アシスト率が大きめの第２のアシスト率Ｂ２より小さいかどうかを判定する。この時点では、アシスト率は小さめの第１のアシスト率Ｂ１であり、大きめの第２のアシスト率Ｂ２よりも小さいため、ステップＳ１５に進んで、現在のアシスト率に所定の増加分（例えば０．１）だけアシスト率を加算する。この後、ステップＳ１６に進んで、前記慣性走行検知手段７において、慣性走行状態であると判定されているかどうかの判定情報を入力し、慣性走行状態でないと判断されている場合、すなわち、電動モータ１が回転している場合、または電動モータ１は停止しているが設定時間Ａに達していない場合は、ステップＳ１４に戻る。そして、アシスト率が大きめの第２のアシスト率Ｂ２に達していない状況においては、ステップＳ１５において、さらに、アシスト率に所定の増加分（例えば０．１）だけ加算し、また、アシスト率が大きめの第２のアシスト率Ｂ２に達している場合には、ステップＳ１５を経由せずにそのアシスト率を維持する。他方、ステップＳ１６において、慣性走行状態であると判断されていた場合には、ステップＳ１２に戻り、アシスト率を小さめの第１のアシスト率Ｂ１に設定し直す。
【００２２】
また、モータ出力制御手段９は、アシスト率制御手段８からの情報に応じて、以下のような制御動作を行う。
図５に示すように、電源操作スイッチ１１がＯＮ状態に切り換えられる（ステップＳ２１）と、まず電動モータ１を停止させた状態で（ステップＳ２２）、トルクセンサ４からのトルク信号を検出し、ペダル３に踏力が作用されたか（ペダル３への実質的な踏力が０よりも大きくなったか）どうかが判定され（ステップＳ２３）、ペダル３に踏力が作用していない場合には、ステップＳ２２に戻ってそのまま電動モータ１を停止させる。一方、ペダル３に踏力が作用していることをトルクセンサ４により検知していた場合には、ステップＳ２３からステップＳ２４に進んで、ブレーキ操作検出センサ１５により、左右のブレーキレバー１３、１４が操作されているかどうかを判定する。そして、何れのブレーキレバー１３、１４も操作されていない場合には、検出された踏力（人力駆動力（トルク））に、アシスト率制御手段８で設定されたアシスト率を積算して電動モータ１の出力トルク（補助駆動力（トルク））を算出し、このモータ出力トルクが電動モータ１から出力されるように制御する。なお、踏力が検出された場合でも、少なくとも一方のブレーキレバー１３、１４が操作されていることを検出した場合には、ステップＳ２２に戻って電動モータ１を停止させる。すなわち、モータ出力制御手段９は、実質的にペダル３に踏力が作用され、何れのブレーキレバー１３、１４も操作されていない場合に限って、算出した補助駆動力に見合うように電動モータ１を駆動させ、これ以外の場合には、電動モータ１を停止させる。
【００２３】
なお、踏力（トルク）や電動モータ１の回転、モータ電流など補助駆動力は随時検出され、その検出時間間隔としては例えば１０ｍｓとして、複数の連続する検出値の移動平均値を用いるとよいが、これに限るものではない。そして、電動モータ１から出力される補助駆動力による負荷がモータ電流にほぼ比例することからこのモータ電流に対応する補助駆動力が出力されるようにモータ出力制御手段９により制御される。
【００２４】
上記構成によれば、発進時には、図６における左寄り箇所に簡略的に示すように、アシスト率が、小さめの第１のアシスト率Ｂ１に自動的に設定されるので、発進時に運転者が大きな踏力を加えた場合でも、補助駆動力が小さめに抑えられ、急発進したり違和感を与えたりすることを防止できる。なお、図６（ａ）における左寄り箇所の点線部分は、発進時に同じ踏力を３回かけた場合（より具体的には、例えば、右足、左足、右足というように３回踏み込んだ状態）のペダル踏力を示し、この際、図６（ｂ）に示すように、アシスト率が第１のアシスト率Ｂ１から徐々に増加（斬増）されて、補助駆動力もこれに対応して徐々に増加され、良好にアシストされる。
【００２５】
なお、図６（ａ）は、発進時および走行中の電動自転車のペダル踏力（人力駆動力：点線部分）とモータ出力（補助駆動力：実線部分）との関係を示す図、図６（ｂ）は、その際のアシスト率の変化状態を示す図、図６（ｃ）は車速、図６（ｄ）は電動モータ１の回転状態（回転数）を示す。
【００２６】
また特に本発明では、図６における中央箇所に簡略的に示すように、発進後に運転者の踏み込みが中断されてしばらく踏み込まれることがない状態で運転者が惰性走行して、電動モータ１が回転しない状態で設定時間Ａを越えると、慣性走行検知手段７により慣性走行が行われたと判定され、これに伴って、図６（ｂ）に示すように、アシスト率制御手段８によって小さめの第１のアシスト率Ｂ１に変更される。この結果、再加速すべく、慣性走行後に運転者が大きな踏力を加えた場合でも、補助駆動力が小さめに抑えられ、良好な走行安定性を維持できて信頼性が向上するとともに、運転者に違和感を与えることを防止でき、良好な乗り心地を維持できる。
【００２７】
なお、図６における右寄り箇所に簡略的に示すように、発進後に運転者の踏み込みが中断された後、あまり時間をあけることなく（設定時間Ａ以内で）踏み込みが開始された場合には、電動モータ１が回転しない状態が設定時間Ａ以内であるので、慣性走行検知手段７において非慣性走行であると判定され、図６（ｂ）に示すように、アシスト率制御手段８によるアシスト率の減少は行われない。これにより、瞬間的な電動モータ１の停止状態があった場合でも、これより前のアシスト率が継続され、良好にアシストされる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、電動モータ１が回転しているかどうかを、モータ回転数検出器５で検知した場合を述べ、この場合にはモータ回転数を正確に検知できる利点があるが、これに限るものではなく、電動モータ１が回転しているか、停止しているかのみを簡略的に検知できるような安価な検知手段で代用してもよい。また、電動モータ１が実際に回転しているかどうかを検出する変わりに、モータ出力制御手段９でのモータ出力指示信号の内容に基づいて電動モータ１の回転と停止を判別してもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態では、図６（ｄ）に示すように、慣性走行検知手段７により、電動モータ１が所定時間を越えて停止している場合に、車両が慣性走行していると判定した場合を述べたが、これに代えて、ブレーキ操作検出センサ１５により何れかのブレーキレバー１３、１４が操作されたことを検知してから、所定時間電動モータ１が停止していた場合、または、モータ出力制御手段９でのモータ出力指示がなかった場合に、慣性走行と判定して同様のモータ出力制御を行ってもよい。なお、図６（ｅ）は、ブレーキ操作タイミングを簡略的に示すものである。
【００３０】
また、電動モータ１が所定時間を越えて停止している場合に、車両が慣性走行していると判定する代わりに、人力駆動力であるペダル踏力が実質的に付加されていない状態をトルクセンサ４からの情報により得て、この状態が所定時間経過した場合に、車両が慣性走行していると慣性走行検知手段７により判定したり、クランク軸１９の回転を検出する手段を設けて、クランク軸１９が回転していない状態で所定時間経過した場合に、車両が慣性走行していると判定してもよい。
【００３１】
さらに、上記実施の形態では、電動自転車が慣性走行後に最も小さい第１のアシスト率Ｂ１に変更されるとともに、発進後に停止した際も、同様に第１のアシスト率Ｂ１に変更されるが、これに限るものではなく、電動自転車が走行中であるか停止しているかを検出する手段、例えば車速検出センサ（例えば後輪や前輪の回転量を検知するセンサ）を設けて、走行中で、電動モータ１が所定時間を越えて停止している場合に、車両が慣性走行していると判定してもよく、この場合には、車両の慣性走行をより正確に検出できる。さらに、この場合に、最も小さい第１のアシスト率Ｂ１に変更する代わりに、現在の所定量のアシスト率（例えば、３０％）だけ、アシスト率を低下させたり（ただし、例えば、現在アシスト率が１００％以下である場合には、一律に第１のアシスト率Ｂ１（例えば７０％）とする）、第１のアシスト率Ｂ１と第２のアシスト率Ｂ２との中間の第３のアシスト率Ｂ３まで、減少させたりしてもよい。この場合には、すでに走行中であるので、減少させるアシスト率が少なくても、発進時ほど走行安定性が損なわれたり、違和感を感じさせたりすることなく、良好にアシストすることができる。
【００３２】
また、アシスト率の具体的値などは上記実施の形態に限定されるものではないことはもちろんである。また、上記の実施の形態では、条件に適合した場合には、アシスト率を１度に大幅に変更した場合を述べたが、これに限るものではなく、条件に適合した場合に、徐々に（複数回に分けて）、アシスト率を下げてもよい。
【００３３】
また、上記実施の形態では、補助駆動装置付き車両としての電動自転車である場合を述べたが、これに限るものではなく、電動車椅子や、電動バイクなどにも適用可能であり、これらに適用した場合でも、良好、かつ安全に発進することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の補助動力装置付き車両は、電動自転車、電動バイク、電動車椅子などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動自転車のモータ出力の制御系の概略的なブロック図
【図２】同電動自転車の側面図
【図３】同電動自転車の慣性走行検知手段の制御動作を示すフローチャート
【図４】同電動自転車のアシスト率制御手段の制御動作を示すフローチャート
【図５】同電動自転車のモータ出力制御手段の制御動作を示すフローチャート
【図６】（ａ）は同電動自転車の発進時および走行中の電動自転車のペダル踏力（人力駆動力：点線部分）とモータ出力（補助駆動力：実線部分）との関係を示す図、（ｂ）は、その際のアシスト率の変化状態を示す図、（ｃ）は車両速度を示す図、（ｄ）は電動モータ１の回転状態（回転数）を示す図、（ｅ）はブレーキ操作タイミングを示す図
【符号の説明】
【００３６】
１      電動モータ（補助駆動力発生手段）
２      バッテリ
１９    クランク軸
３      ペダル
４      トルクセンサ（人力駆動力検出手段）
５      モータ回転数検出器
６      モータ電流検出器
７      慣性走行検知手段
８      アシスト率制御手段
９      モータ出力制御手段
１０    制御部
１１    電源操作スイッチ
１３、１４    ブレーキレバー
１５    ブレーキ操作検出センサ
１６    チェーン
２０    タイマー
２１    記憶部
【図１】
2007191114.tif 000003
【図２】
2007191114.tif 000004
【図３】
2007191114.tif 000005
【図４】
2007191114.tif 000006
【図５】
2007191114.tif 000007
【図６】
2007191114.tif 000008