(57)【要約】【課題】小さなペダル踏力が加わっている走行時にも回生発電が実行できるようにした電動アシスト自転車を提供する。【解決手段】ペダル１３Ｌ，１３Ｒに入力される踏力を検出するペダル踏力センサＳＥ３と、該ペダル踏力センサＳＥ３の出力に応じて駆動力の補助を行うモータ１７とを有する電動アシスト自転車１において、モータ１７を制御するモータ制御部１６と電動アシスト自転車１の車体の加速度ａに基づいて路面の下り勾配を推定する下り勾配推定手段８０とを具備する。モータ制御部１６は、下り勾配推定手段８０によって路面が下り勾配であると推定されるとモータ１７を発電機として機能させて回生発電を行う。下り勾配推定手段８０は、加速度ａが降坂回生開始閾値ａ１を超え、かつペダル踏力センサＳＥ３によって検知されるペダル踏力Ｑがアシスト開始閾値Ｑ１を下回っている場合に路面が下り勾配であると推定する。【選択図】図４
2013209077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル（１３Ｌ，１３Ｒ）に入力される踏力を検出するペダル踏力センサ（ＳＥ３）と、該ペダル踏力センサ（３７）の出力に応じて駆動力の補助を行うモータ（１７）とを有する電動アシスト自転車（１）において、
前記モータ（１７）を制御するモータ制御部（１６）と、
前記電動アシスト自転車（１）の車体の加速度（ａ）に基づいて路面の下り勾配を推定する下り勾配推定手段（８０）とを具備し、
前記モータ制御部（１６）は、前記下り勾配推定手段（８０）によって路面が下り勾配であると推定されると前記モータ（１７）を発電機として機能させて回生発電を行い、
前記下り勾配推定手段（８０）は、前記加速度（ａ）が降坂回生開始閾値（ａ１）を超え、かつ前記ペダル踏力センサ（ＳＥ３）によって検知されるペダル踏力（Ｑ）がアシスト開始閾値（Ｑ１）を下回っている場合に、路面が下り勾配であると推定することを特徴とする電動アシスト自転車。
【請求項２】
前記モータ（１７）は、前記ペダル（１３Ｌ，１３Ｒ）への入力がない惰性走行時にも駆動輪（ＷＲ）から伝達される回転駆動力によって被動回転されるように構成されており、
前記車体の加速度（ａ）は、前記モータ（１７）の回転速度を検知するモータ回転速度センサ（ＳＥ１）の出力に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項３】
前記制御部（１６）は、下り勾配の度合いにかかわらず前記車体の加速度（ａ）が一定に保たれるように前記回生発電の回生量を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動アシスト自転車。
【請求項４】
前記下り勾配推定手段（８０）によって、前記加速度（ａ）に応じた少なくとも１つの上限車速が設定されており、
前記モータ制御部（１６）は、前記上限車速を超えないように回生発電の回生量を変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動アシスト自転車。
【請求項５】
前記車体の加速度（ａ）は、前輪（ＷＦ）または後輪（ＷＲ）の車軸に設けられた車速センサ（ＳＥ２）の出力に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項６】
前記モータ制御部（１６）は、前記電動アシスト自転車（１）のブレーキ操作を検知するためのブレーキスイッチ（ＳＷ）がオフで、かつ加速度（ａ）が前記降坂回生開始閾値（ａ１）を超えると、路面が下り勾配であると推定し、前記回生発電を降坂回生発電として実行することを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト自転車。
【請求項７】
前記モータ制御部（１６）は、前記ブレーキスイッチ（ＳＷ）がオンで、かつ車速（Ｖ）がブレーキ回生開始閾値（Ｖ１）を超えると、前記降坂回生発電より発電量の大きなブレーキ回生発電を実行することを特徴とする請求項６に記載の電動アシスト自転車。
【請求項８】
前記下り勾配推定手段（８０）は、前記加速度（ａ）が前記降坂回生開始閾値（ａ１）より小さい閾値（ａ３）を超えた状態が所定時間（ｎ）継続し、かつ前記ペダル踏力センサ（ＳＥ３）によって検知されるペダル踏力（Ｑ）がアシスト開始閾値（Ｑ１）を下回っている場合においても、路面が下り勾配であると推定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電動アシスト自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アシスト自転車に係り、特に、制動時や下り坂走行時にモータを発電機として機能させて回生発電を実行できるようにした電動アシスト自転車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人力によるペダル踏力を検知してモータによる駆動力補助を行う電動アシスト自転車において、制動時や下り坂走行時等にモータを発電機として作動させて回生発電を行い、この発生電力でバッテリを充電することで１回の充電による走行距離を伸ばすようにした構成が知られている。
特許文献１には、回生発電の実行条件にペダル踏力がゼロであることを含むほか、ブレーキ操作量、ブレーキ操作量の変化量および車速に応じて回生量の大きさを変化させるようにした電動アシスト自転車が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８８２９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された技術では、ペダル踏力がゼロであることを回生発電の実行条件に含むため、ペダル踏力が検知されている限り回生発電が実行されないこととなる。しかしながら、実際の走行においては、下り坂や平坦地であっても比較的小さなペダル踏力によってペダルを漕ぎながら走行することが多いため、回生発電に有効な走行状態にもかかわらず回生発電が実行されないことがあるという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、小さなペダル踏力が加わっている走行時にも回生発電が実行できるようにした電動アシスト自転車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、ペダル（１３Ｌ，１３Ｒ）に入力される踏力を検出するペダル踏力センサ（ＳＥ３）と、該ペダル踏力センサ（３７）の出力に応じて駆動力の補助を行うモータ（１７）とを有する電動アシスト自転車（１）において、前記モータ（１７）を制御するモータ制御部（１６）と、前記電動アシスト自転車（１）の車体の加速度（ａ）に基づいて路面の下り勾配を推定する下り勾配推定手段（８０）とを具備し、前記モータ制御部（１６）は、前記下り勾配推定手段（８０）によって路面が下り勾配であると推定されると前記モータ（１７）を発電機として機能させて回生発電を行い、前記下り勾配推定手段（８０）は、前記加速度（ａ）が降坂回生開始閾値（ａ１）を超え、かつ前記ペダル踏力センサ（ＳＥ３）によって検知されるペダル踏力（Ｑ）がアシスト開始閾値（Ｑ１）を下回っている場合に、路面が下り勾配であると推定する点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、前記モータ（１７）は、前記ペダル（１３Ｌ，１３Ｒ）への入力がない惰性走行時にも駆動輪（ＷＲ）から伝達される回転駆動力によって被動回転されるように構成されており、前記車体の加速度（ａ）は、前記モータ（１７）の回転速度を検知するモータ回転速度センサ（ＳＥ１）の出力に基づいて算出される点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、前記制御部（１６）は、下り勾配の度合いにかかわらず前記車体の加速度（ａ）が一定に保たれるように前記回生発電の回生量を変化させる点に第３の特徴がある。
【０００９】
また、前記下り勾配推定手段（８０）によって、前記加速度（ａ）に応じた少なくとも１つの上限車速が設定されており、前記モータ制御部（１６）は、前記上限車速を超えないように回生発電の回生量を変化させる点に第４の特徴がある。
【００１０】
また、前記車体の加速度（ａ）は、前輪（ＷＦ）または後輪（ＷＲ）の車軸に設けられた車速センサ（ＳＥ２）の出力に基づいて算出される点に第５の特徴がある。
【００１１】
また、前記モータ制御部（１６）は、前記電動アシスト自転車（１）のブレーキ操作を検知するためのブレーキスイッチ（ＳＷ）がオフで、かつ加速度（ａ）が前記降坂回生開始閾値（ａ１）を超えると、路面が下り勾配であると推定し、前記回生発電を降坂回生発電として実行する点に第６の特徴がある。
【００１２】
また、前記モータ制御部（１６）は、前記ブレーキスイッチ（ＳＷ）がオンで、かつ車速（Ｖ）がブレーキ回生開始閾値（Ｖ１）を超えると、前記降坂回生発電より発電量の大きなブレーキ回生発電を実行する点に第７の特徴がある。
【００１３】
さらに、前記下り勾配推定手段（８０）は、前記加速度（ａ）が前記降坂回生開始閾値（ａ１）より小さい閾値（ａ３）を超えた状態が所定時間（ｎ）継続し、かつ前記ペダル踏力センサ（ＳＥ３）によって検知されるペダル踏力（Ｑ）がアシスト開始閾値（Ｑ１）を下回っている場合においても、路面が下り勾配であると推定する点に第８の特徴がある。
【発明の効果】
【００１４】
第１の特徴によれば、モータを制御するモータ制御部と、電動アシスト自転車の車体の加速度に基づいて路面の下り勾配を推定する下り勾配推定手段とを具備し、モータ制御部は、下り勾配推定手段によって路面が下り勾配であると推定されるとモータを発電機として機能させて回生発電を行い、下り勾配推定手段は、加速度が降坂回生開始閾値を超え、かつペダル踏力センサによって検知されるペダル踏力がアシスト開始閾値を下回っている場合に、路面が下り勾配であると推定するので、下り坂や平坦地を惰性走行中にペダルを漕ぎながら走行することが多いという自転車運転の実情に沿って、ペダル踏力が比較的小さい場合には回生発電制御を実行することができ、エネルギ効率の向上を図ることができる。
【００１５】
第２の特徴によれば、モータは、ペダルへの入力がない惰性走行時にも駆動輪から伝達される回転駆動力によって被動回転されるように構成されており、車体の加速度は、モータの回転速度を検知するモータ回転速度センサの出力に基づいて算出されるので、モータ回転速度センサに車速センサの機能を兼用させて、部品点数の低減および構成の簡略化を図ることができる。
【００１６】
第３の特徴によれば、制御部は、下り勾配の度合いにかかわらず車体の加速度が一定に保たれるように前記回生発電の回生量を変化させるので、回生発電に伴うモータ回転抵抗を用いて、下り勾配の度合いにかかわらず降坂時の加速度を一定にすることができる。
【００１７】
第４の特徴によれば、下り勾配推定手段によって、加速度に応じた少なくとも１つの上限車速が設定されており、モータ制御部は、上限車速を超えないように回生発電の回生量を変化させるので、回生発電に伴うモータ回転抵抗を用いて、下り勾配の度合いにかかわらず所定の車速を保って降坂走行を実行することができる。
【００１８】
第５の特徴によれば、車体の加速度は、前輪または後輪の車軸に設けられた車速センサの出力に基づいて算出されるので、簡単な構成によって車体の加速度を検知することができる。
【００１９】
第６の特徴によれば、モータ制御部は、電動アシスト自転車のブレーキ操作を検知するためのブレーキスイッチがオフで、かつ加速度が降坂回生開始閾値を超えると、路面が下り勾配であると推定し、回生発電を降坂回生発電として実行するので、下り勾配等を惰性走行している状態を容易に検知して、適切な回生発電を実行することが可能となる。また、降坂回生発電の条件に、乗員が感覚的に把握しやすい加速度を用いることで、加速度やペダル踏力によって変化しやすい車速を回生発電開始のトリガとする場合に比して、乗員の感性に沿った回生発電の開始タイミングを得ることが容易となる。
【００２０】
第７の特徴によれば、モータ制御部は、ブレーキスイッチがオンで、かつ車速がブレーキ回生開始閾値を超えると、降坂回生発電より発電量の大きなブレーキ回生発電を実行するので、乗員の減速意志に応じて、降坂回生発電より強い回生ブレーキ発電を実行することが可能となる。
【００２１】
第８の特徴によれば、下り勾配推定手段は、加速度が降坂回生開始閾値より小さい閾値を超えた状態が所定時間継続し、かつペダル踏力センサによって検知されるペダル踏力がアシスト開始閾値を下回っている場合においても、路面が下り勾配であると推定するので、降坂回生開始閾値より小さい加速度が検出された場合でもあっても、これが継続出力された場合には降坂判定を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車の左側面図である。
【図２】電動アシスト自転車の要部を示す左側面図である。
【図３】電動アシスト自転車の要部を示す右側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】アシスト／回生制御を実行するモータ制御部およびその周辺の構成を示すブロック図である。
【図６】アシスト／回生制御の全体構成を示す状態遷移図である。
【図７】アシスト／回生制御の手順を示すフローチャートである。
【図８】規定トルクフル出力制御の流れを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動アシスト自転車１の左側面図である。図２は、図１の電動アシスト自転車１の要部を示す左側面図であり、図３は同右側面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。
【００２４】
電動アシスト自転車１は、車体前方に位置するヘッドパイプ３と、該ヘッドパイプ３から後方かつ下方に延びるダウンフレーム２と、ダウンフレーム２の後端から上方に立ち上がるシートパイプ６とを備える。ヘッドパイプ３には、下方に延びるフロントフォーク５が操舵可能に接続されており、このフロントフォーク５の下端に前輪ＷＦが軸支されている。ヘッドパイプ３の上端にはハンドル４が設けられており、ハンドル４の両端には、前後輪のブレーキレバー４４が左右一対で取り付けられている。ブレーキレバー４４の支持部には、ブレーキ操作を検知するためのブレーキスイッチＳＷが設けられている。
【００２５】
ダウンフレーム２の後端には、後方に延びるリヤフォーク１１が配設されており、このリヤフォーク１１の後端に後輪ＷＲが軸支されている。また、シートパイプ６の上部とリヤフォーク１１の後部との間に、左右一対のステー１０が配設されている。
【００２６】
ダウンフレーム２およびリヤフォーク１１は、アシスト駆動ユニット２４を支持している。シートパイプ６には、シート７の上下位置を調整可能とするシートポスト８が支持されている。シートパイプ６の後方には、アシスト駆動ユニット２４に電力を供給するバッテリ９が、シートパイプ６のステー２０に対して着脱可能に取り付けられている。
【００２７】
車幅方向に延びるクランク軸１４は、アシスト駆動ユニット２４およびスプロケット１５を貫通して配設されている。クランク軸１４の両側には、ペダル１３Ｌを有するクランク１２Ｌと、ペダル１３Ｒを有するクランク１２Ｒとが固定されており、運転者がペダル１３Ｌ，１３Ｒを漕ぐことにより、クランク軸１４に回転トルクが与えられる。クランク軸１４は、筒状の中空部材４２の内側にワンウェイクラッチ７８（図３参照）を介して回転自在に軸支されており、この中空部材４２の外周側にスプロケット１５が固定されている。スプロケット１５の回転は、チェーン２２を介して後輪ＷＲ側のスプロケット２３に伝達される。
【００２８】
アシスト駆動ユニット２４は、その筐体としてのケース２６の内部に、ブラシレスモータ（以下、単にモータと示すこともある）１７と、モータ１７を駆動させる駆動ドライバ２５と、後述するペダル踏力センサの出力値に基づいて駆動ドライバ２５のＰＷＭ制御を行うコントローラ１６と、モータ１７の駆動軸１８と噛み合って回転する駆動ギヤ３５と、駆動ギヤ３５と一体となって回転する出力軸３３と、出力軸３３と噛み合って回転する出力ギヤ２７が含まれる。出力ギヤ２７は、スプロケット１５と同様に、クランク軸１４の中空部材４２に固定されている。出力軸３３は、左側ケース半体２８に固定されたベアリング４８および右側ケース半体２９に固定されたベアリング４９によって回転自在に支持されている。
【００２９】
モータ１７の駆動軸１８には、モータ１７の回転速度を検知するモータ回転速度センサＳＥ１が設けられている。また、前輪ＷＦの車軸には車速センサＳＥ２が設けられており、クランク軸１４には運転者によるペダル踏力を検知するペダル踏力センサＳＥ３が設けられている。モータ回転速度センサＳＥ１は、モータ１７の駆動軸１８の外周部に設けられた磁石およびホールＩＣからなる。また、ペダル踏力センサＳＥ３は、クランク軸１４の外周部に配設された磁歪式のトルクセンサ３７（図４参照）からなる。なお、車速センサＳＥ１は、後輪ＷＲ等に設けてもよい。
【００３０】
モータ制御部としてのコントローラ１６は、トルクセンサ３７によって検出された回転トルク値から運転者が鉛直方向にペダル１３Ｌ、１３Ｒを踏む力を算出し、この踏み力と電動アシスト自転車１の車速に応じたアシスト比とによって定められるアシストトルクが発生するように、モータ１７の駆動ドライバ２５をＰＷＭ制御する。
【００３１】
駆動ドライバ２５は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相のスイッチング素子を有する。コントローラ１６は、所定のデューティ比でＵＶＷ相の各スイッチング素子をオン・オフ制御することで駆動ドライバ２５をＰＷＭ制御する。駆動ドライバ２５は、このＰＷＭ制御によりバッテリ９の直流電力を３相交流電力に変換して、モータ１７のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各ステータコイルに通電する。
【００３２】
モータ１７が発生したアシストトルクは、駆動軸１８および駆動ギヤ４８を介して出力軸３３に伝達される。出力軸３３に伝達されたアシストトルクは、出力ギヤ２７を介してクランク軸１４の中空部材４２に伝達される。これにより、運転者がクランク軸１４に与えた回転トルクおよびモータ１７が与えたアシストトルクの合力が、チェーン２２を介して後輪側のスプロケット２３に伝達されることとなる。
【００３３】
モータ１７は、円周方向に交互に配置された例えば８個のＮ極およびＳ極の永久磁石を有するロータ３２と、該ロータ３２の外周部を覆うように径方向で対向配置され、ロータ３２を回転させる回転磁界を発生する３相のステータ巻線を有する例えば１２個のステータ３０とを備える。駆動軸１８はロータ３２に固定され、これと一体に回転する。
【００３４】
アシスト駆動ユニット２４は、ワンウェイクラッチ７８の作用によって、ペダル１３Ｌ，１３Ｒを前進方向（正方向）に漕いだ場合にはスプロケット１５を回転させ、ペダル１３Ｌ，１３Ｒを逆方向に漕いだ場合にはスプロケット１５を回転させない機構を有する。
【００３５】
ワンウェイクラッチ７８は、クランク軸１４と、クランク軸１４の外周に挿嵌される中空部材４２との間に設けられている。クランク軸１４の図示右端側は、ベアリング３８によってケース２６の右側ケース半体２９に軸支されている。中空部材４２の図示左端側は、ベアリング４３によってケース２６の左側ケース半体２８に軸支されている。中空部材４２の左端側の外周部には、スプロケット１５を固定するためのスプラインが形成されている。
【００３６】
正方向にペダル１３Ｌ，１３Ｒが漕がれると、クランク軸１４が回転すると共に、ワンウェイクラッチ７８が係合して中空部材４２が回転する。一方、正方向と反対方向にペダル１３Ｌ，１３Ｒが漕がれると、クランク軸１４は回転するが、ワンウェイクラッチ７８が空転して中空部材４２は回転しない。また、後輪ＷＲの回転によってスプロケット１５が従動回転される場合は、モータ１７は従動回転するものの、この従動回転による動力はペダル１３Ｌ，１３Ｒに伝わらないこととなる。
【００３７】
トルクセンサ３７は、中空部材４２の外周部分に支持部材３６によって支持されており、中空部材４２には磁性膜４１が設けられている。支持部材３６は、トルクセンサ３７が磁性膜４１に対向し、かつ中空部材４２と相対回転可能となるようにトルクセンサ３７を支持する。トルクセンサ３７は、中空部材４２が回転することで発生する磁歪によって生じる各検出コイル３９，４０のインダクタンスの変化を電圧に変換してコントローラ１６に出力する。トルクセンサ３７は、所定の周期で回転トルク値を検出する。
【００３８】
モータ１７の回転速度を検出するモータ回転速度センサＳＥ１は、モータ１７の駆動軸１８に固定された磁石と、この磁石の通過状態を検出するホールＩＣとから構成されている。モータ１７を保護するカバー６０は、モータ１７の外周に沿って配設される複数のボルト３４によってケース２６に取り付けられている。モータ１７の駆動軸１８は、ロータ３２の左右の位置で、モータカバー６０に固定されるベアリング２７および右側ケース半体２９に固定されるベアリング５０によって回転自在に軸支されている。
【００３９】
モータ１７は、クランク軸１４の車体前方かつ下方でトルクセンサ３７と区画された空間に収納配置されている。駆動ドライバ２５およびコントローラ１６は、トルクセンサ３７の車体下方でケース２６の壁面に固定されている。
【００４０】
モータ１７の駆動軸１８と出力軸３３との間は、常時動力が伝達されるように構成されており、後輪ＷＲが従動回転する際にはモータ１７も従動回転することとなる。これにより、制動時、下り坂および平坦な路面を惰性走行する際等に、モータ１７を発電機として作動させて回生発電を実行することが可能となる。
【００４１】
図５は、アシスト／回生制御を実行するモータ制御部およびその周辺の構成を示すブロック図である。モータ制御部（コントローラ）１６には、モータ回転数センサＳＥ１（ホールＩＣおよび磁石）、車速センサＳＥ２、ペダル踏力センサＳＥ３（トルクセンサ３７）からのセンサ情報およびブレーキスイッチＳＷからの情報がそれぞれ入力される。モータ制御部１６は、これらの情報に基づいて、モータ１７を発動機として駆動してアシストトルクを与える一方、モータ１７を発電機として駆動して回生発電し、この発電によりバッテリ９を充電する制御を実行できるように構成されている。
【００４２】
モータ制御部１６には、下り勾配推定手段８０、状態判定手段８１およびタイマ８２が含まれている。下り坂勾配推定手段８０は、各センサ情報に基づいて、電動アシスト自転車１が走行中の路面が下り勾配か否か、または、下り勾配である場合にはその勾配度合いを推定する機能を有する。また、状態判定手段８１は、各センサ情報およびブレーキ情報に基づいて、モータ１７の制御状態を判定する機能を有する。タイマ８２は、各種時間を計測するものであり、例えば、モータ回転速度センサＳＥ１を構成するホールＩＣから出力されるパルサ信号情報に基づいてモータ１７の回転速度を算出するための時間情報を得ることができる。
【００４３】
図６は、アシスト／回生制御の全体構成を示す状態遷移図である。モータ１７の制御状態は、大きく分けてアシスト領域Ａと回生領域Ｂとから構成されている。アシスト領域Ａには、アシスト状態Ａ１が含まれる。アシスト状態Ａ１は、ペダル踏力に応じた駆動力アシストを行う制御状態である。
【００４４】
また、回生領域Ｂには、スタンバイ状態Ｂ１、ブレーキ回生状態Ｂ２および降坂回生状態Ｂ３が含まれている。スタンバイ状態Ｂ１は、駆動力アシストおよび回生発電のいずれも実行されない状態に相当する。また、ブレーキ回生状態Ｂ２は、ブレーキスイッチＳＷ（以下、ブレーキＳＷと示すこともある）がオンされたことをトリガとして実行される回生発電制御状態に相当する。そして、降坂回生状態Ｂ３は、ブレーキ操作を伴わない下り坂や惰性走行の際に実行される回生発電制御状態に相当する。
【００４５】
まず、電動アシスト自転車１の電源をオンにしたとき、モータ１７の制御状態はスタンバイ状態Ｂ１にある。このスタンバイ状態Ｂ１において、ブレーキＳＷがオフで、かつペダル踏力センサＳＥ３によって検知されたセンサトルク値Ｑが予め定められたアシスト開始閾値Ｑ１以上となると、制御状態がアシスト状態Ａ１に切り替わって駆動力アシスト制御が開始される。なお、アシスト状態Ａ１への移行は、スタンバイ状態Ｂ１のみならず、ブレーキ回生状態Ｂ２および降坂回生状態Ｂ３を含んだ全体、すなわち、回生領域Ｂにある状態において同じ条件で実行される。そして、アシスト状態Ａ１において、ブレーキＳＷがオンにされるか、または、センサトルク値Ｔがアシスト開始閾値Ｑ１を下回ると、制御状態はスタンバイ状態Ｂ１に移行し、駆動力アシスト制御が終了する。
【００４６】
次に、スタンバイ状態Ｂ１において、ブレーキＳＷがオンで、かつ車速Ｖがブレーキ回生開始閾値Ｖ１を超えると、制御状態がブレーキ回生状態Ｂ２に切り替わって回生発電制御が開始される。スタンバイ状態Ｂ１からブレーキ回生状態Ｂ２への移行条件にブレーキＳＷのオンを含めることで、乗員の減速意志に応じて、降坂回生発電より強い回生ブレーキ発電を実行することが可能となる。そして、ブレーキ回生状態Ｂ２において、ブレーキＳＷがオフにされるか、または、車速Ｖがブレーキ回生終了閾値Ｖ２以下になると、制御状態はスタンバイ状態Ｂ１に戻り、回生発電制御が終了する。なお、閾値Ｖ１およびＶ２は、Ｖ１＞Ｖ２の関係に設定されている。
【００４７】
また、スタンバイ状態Ｂ１において、ブレーキＳＷがオフで、かつ加速度ａが降坂回生開始閾値ａ１を超えると、制御状態が降坂回生状態Ｂ３に切り替わって回生発電制御が開始される。換言すれば、モータ制御部１６は、電動アシスト自転車１の電源をオンにされていれば、ペダル踏力センサＳＥ３によって検知されたセンサトルク値Ｑがアシスト開始閾値Ｑ１を下回った状態で、かつブレーキＳＷがオフで、さらに加速度ａが降坂回生開始閾値ａ１を超えると路面が下り勾配であると推定し、これに応じて回生発電を実行することとなる。この降坂回生発電は、ブレーキ回生発電に比して発電量および回生ブレーキ量が小さい回生発電として設定される。
【００４８】
さらに、本実施形態では、スタンバイ状態Ｂ１から降坂回生状態Ｂ３へ切り替わる条件に、「ブレーキＳＷがオフで、かつ加速度ａが降坂回生開始閾値ａ１より小さな閾値ａ３を超えた状態で所定時間ｎが経過したこと」を加えることができる。これにより、Ｂ１からＢ３へ切り替わる条件は、「ブレーキＳＷがオフで、かつ加速度ａが降坂回生開始閾値ａ１を超えること」、または、「ブレーキＳＷがオフで、かつ加速度ａが降坂回生開始閾値ａ１より小さな閾値ａ３を超えた状態で所定時間ｎが経過したこと」となる。
【００４９】
この閾値ａ３とタイマ８２（図５参照）で計測される経過時間ｎ（例えば、５秒）とを用いる判定は、降坂判定の正確性を高めるために設定される。具体的には、降坂回生開始閾値ａ１より小さい加速度が検出された場合でもあっても条件付きで降坂判定を行うことを可能にすると共に、平地等を走行中に乗員がペダルをこぐのをやめるたびに降坂判定が行われてしまうことを防止することが可能となる。
【００５０】
平地等を走行中に乗員がペダルをこぐのをやめるたびに降坂判定が行われることは、本実施形態に係るアシスト駆動ユニット２４の構造に起因する。前記したように、アシスト駆動ユニット２４は、ワンウェイクラッチ７８の作用によって、ペダル１３Ｌ，１３Ｒを前進方向（正方向）に漕いだ場合にはスプロケット１５を回転させ、ペダル１３Ｌ，１３Ｒを逆方向に漕いだ場合にはスプロケット１５を回転させないように構成されている。また、後輪ＷＲの回転によってスプロケット１５が従動回転される場合は、モータ１７は従動回転するものの、この従動回転による動力はペダル１３Ｌ，１３Ｒに伝えないことで回生発電を可能としている。一方、電動アシスト自転車１の車速は、モータ１７の回転数に基づいて算出するように設定されている。
【００５１】
以上の構成を有するアシスト駆動ユニット２４において、平地等を走行中に乗員がペダルをこぐのをやめると、モータアシストがオンからオフに瞬時に切り替わる一方、モータ軸と駆動系との間にはラッシュが存在するため、モータ軸の停止後、駆動系の回転によってこのラッシュが詰まってモータ軸の連れ回しが始まるまでに若干のタイムラグが生じることとなる。すなわち、モータ軸が停止状態から連れ回し状態に移行する際にモータ軸に加速度が生じるため、降坂判定の条件をペダル踏力の有無および加速度の増加判定のみとした場合には、この加速度によって降坂判定がされる可能性がある。
【００５２】
そこで、本実施形態では、Ｂ１からＢ３へ切り替わる条件に、「ブレーキＳＷがオフで、かつ加速度ａが閾値ａ３を超えた状態で所定時間ｎが経過したこと」を加えることで、ペダルをこぐのをやめるために降坂判定が行われてしまうことを防止しているのである。ここで、降坂回生開始閾値ａ１＞閾値ａ３に設定されており、また、閾値ａ３は、平地等を走行中に乗員がペダルをこぐのをやめた際に検知される可能性のある加速度βより小さい値に設定されている。これにより、駆動系のラッシュに起因する瞬発的な加速度βによる降坂判定が回避できると共に、加速度βより小さい閾値ａ３であってもこれが継続出力された場合には降坂判定を実行することが可能となる。
【００５３】
以上より、本実施形態に係るアシスト駆動ユニットは、下り勾配等を惰性走行している状態を容易に検知して、適切な回生発電を実行することが可能となる。さらに、降坂回生発電の条件として、乗員が感覚的に把握しやすい加速度を用いるため、加速度やペダル踏力によって変化しやすい車速を回生発電開始の条件とする場合に比して、乗員の感性に沿った回生発電の開始タイミングを得ることが容易となる。
【００５４】
そして、降坂回生状態Ｂ３において、ブレーキＳＷがオフで、かつ加速度ａが降坂回生終了閾値ａ２以下になると、制御状態はスタンバイ状態Ｂ１に戻り、回生発電制御が終了する。なお、閾値ａ１およびａ２は、ａ１＞ａ２の関係に設定されている。
【００５５】
上記した設定によれば、下り坂や平坦地での惰性走行時に乗員がペダルを漕いでいた場合であっても、ペダル踏力がアシスト開始閾値Ｑ１より小さければ、加速度ａに基づいて下り勾配判定を行って、回生発電制御を実行することが可能となる。すなわち、図４に示した下り勾配推定手段８０は、加速度ａが降坂回生開始閾値ａ１を超えることで路面が下り勾配であると推定し、このとき、乗員がペダルを漕ぐことでセンサトルク値Ｑが出力されていても、このセンサトルク値Ｔがアシスト開始閾値Ｑ１より小さければ、下り勾配であると判定して回生発電制御を実行することとなる。
【００５６】
図７は、アシスト／回生制御の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、状態判定手段８１（図５参照）によって制御状態の状態判定処理が実行される。ステップＳ２では、スタンバイ状態Ｂ１であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ３に進んで、スタンバイトルク演算が実行される。スタンバイトルクは、例えば、ゼロまたは略ゼロに設定することができる。
【００５７】
ステップＳ２で否定判定される、すなわち、スタンバイ状態Ｂ１ではない場合には、ステップＳ７に進んで、アシスト状態Ａ１であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ８に進んで、アシストトルクの演算が実行される。アシストトルクの演算は、予め設定されたデータテーブルを用いて行うことができる。アシストトルクは、例えば、ペダル踏力の増大に応じて大きくなるように設定されている。
【００５８】
また、ステップＳ７で否定判定されると、ステップＳ９に進んで、ブレーキ回生状態Ｂ２であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ１０に進んで、ブレーキ回生トルクの演算が実行される。ブレーキ回生トルクの演算は、予め設定されたデータテーブルを用いて行うことができる。ブレーキ回生トルクは、例えば、車速が大きいほど大きく、また、ブレーキ操作量が大きいほど大きくなるように設定することができる。
【００５９】
また、ステップＳ９で否定判定されると、ステップＳ１１に進んで、降坂回生状態Ｂ３であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ１２に進んで、降坂回生トルクの演算が実行される。降坂回生トルクの演算は、予め設定されたデータテーブルを用いて行うことができる。降坂回生トルクは、例えば、加速度が大きいほど、また、車速が大きいほど大きくなるように設定することができる。また、降坂回生トルクは、降坂時の加速度が一定となるように決定したり、また、加速度に応じて設定される上限車速が維持されるように設定することができる。これらの制御は、モータ回転速度センサＳＥ１や車速センサＳＥ２の出力に基づいたフィードバック制御によって実行可能となる。さらに、ペダル踏力のアシスト開始閾値Ｑ１を、加速度または車速に応じて増減させるようにしたデータテーブルを備えてもよい。なお、ステップＳ１１で否定判定されると、状態判定処理が未確定としてステップＳ４に進む。
【００６０】
フローチャートに戻って、ステップＳ４では、再びアシスト状態Ａ１であるか否かが判定され、肯定判定されると、ステップＳ５において、アシストトルクに上限値制限等を付加するフィルタ・リミッタ処理が実行されて、一連の制御を終了する。一方、ステップＳ４で否定判定されると、回生トルクの上限値制限等を付加するフィルタ・リミッタ処理が実行されて、一連の制御を終了する。なお、アシストトルクおよび回生トルクの上限値規制は、例えば、各国の法規制等に合わせて設定することができる。
【００６１】
図８は、規定トルクフル出力制御の流れを示すグラフである。電動アシスト自転車１の駆動力アシストの手法として、規定トルクフル出力制御を適用することができる。これは、アシスト駆動ユニットの出力に制限がかけられることで、本来出力したいアシストトルクのすべてが出力できない場合に、出力制限に係る部分をその前後に割り振ることで、自然な出力特性で運転者の負担低減を拡大できるようにした制御手法である。
【００６２】
このグラフでは、運転者がペダルを漕ぐことで発生するクランクトルクＱｃを実線で示し、このクランクトルクＱｃに応じて出力されるアシストトルクＱａを太い実線で示している。クランクトルクＱｃは、時刻ｔ１，ｔ３，ｔ６に訪れる頂点が徐々に大きくなるように発生しており、アシストトルクＱａもこれに応じて増大している。
【００６３】
しかしながら、このグラフの例では、アシストトルクＱａに出力制限Ｑｓが設けられているため、これを超えるアシストトルクＱａを出力できず、時刻ｔ２〜ｔ４までの期間Ｔ１の間の出力が制限される。規定トルクフル出力制御とは、この出力制限期間中に本来出力されるべきだった仕事量Ｗ１を、時刻ｔ４〜ｔ５の補助駆動力追加期間Ｔ２に、クランクトルクＱｃに割り振って上乗せすることでアシストトルクを補うものである。
【００６４】
この制御方法によれば、カットされた上限部分の仕事量（Ｗ１，Ｗ２）を、クランクトルクＱｃに沿って時間軸方向に上乗せトルクＨ１，Ｈ２を上乗せすることができるので、本来出力したかったアシストトルクを有効活用することができる。
【００６５】
なお、駆動力アシストを開始するペダル踏力のアシスト開始閾値Ｑ１の設定、ブレーキ回生開始閾値Ｖ１、ブレーキ回生終了閾値Ｖ２、降坂回生開始閾値ａ１および降坂回生終了閾値ａ２の設定等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。本発明に係る電動アシスト自転車における制御手法は、三輪自転車等の種々の車両に適用される駆動力アシスト装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１…電動アシスト自転車、９…バッテリ、１３Ｌ，１３Ｒ…ペダル、１４…クランク軸、１６…コントローラ（モータ制御部）、１７…モータ、２４…アシスト駆動ユニット、２６…ケース、８０…下り勾配推定手段、８１…状態判定手段、８２…タイマ、ＳＥ１…モータ回転速度センサ（ホールＩＣおよび磁石）、ＳＥ２…車速センサ、ＳＥ３…ペダル踏力センサ（トルクセンサ３７）、ＳＷ…ブレーキスイッチ、ＷＦ…前輪、ＷＲ…後輪、Ａ…アシスト領域、Ａ１…アシスト状態、Ｂ…回生領域、Ｂ１…スタンバイ状態、Ｂ２…ブレーキ回生状態、Ｂ３…降坂回生状態、ａ１…降坂回生開始閾値、ａ３…閾値、Ｑ１…アシスト開始閾値
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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