(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、電動モータからの駆動力を駆動輪に供給する電力駆動系とを備え、上記電動モータからの駆動力を上記ペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと上記電動モータからの駆動力を駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにした電動車両の駆動力制御装置において、上記電動モータからの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ, ダウンスイッチと、停止中に、又は上記アシストモード走行中に上記アップスイッチがオンされたとき自走モードに切り替える走行モード切替え制御手段とを備えたことを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
【請求項２】
請求項１において、ペダル踏力を検出するペダル踏力検出手段と、上記アシストモード走行中に自走モードに切り替えられた時にはそれまでのアシストモード走行中におけるペダル踏力，モータ駆動力，ペダル踏力とモータ駆動力の合力，車両速度の何れかに基づいて上記駆動力指示値を求める自走切替え時駆動力指示手段とを備えたことを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
【請求項３】
請求項１において、停止中に自走モードに切り替えられた時には所定の初期値を上記駆動力指示値とする自走切替え時駆動力指示手段を備えたことを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
【請求項４】
請求項１において、上記走行モード切替え手段は、上記自走モード走行中に上記ダウンスイッチの所定時間以上のオン操作, 制動操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたとき自走モードをアシストモードに切り替えることを特徴とする電動車両の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータからの駆動力を駆動輪に供給する電力駆動系を備えた電動車両の駆動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータからの駆動力を駆動輪に供給する電力駆動系を備えた電動車両として、従来例えば、スロットルレバーの回動角度（開度）をポテンショメータで検出し、該ポテンショメータの出力に基づいて上記電動モータへの給電量を制御するようにしたいわゆる自走式の電動車両がある。
【０００３】
また運転者からのペダル踏力を検出し、該ペダル踏力の大きさに基づいて上記電動モータからの補助動力を制御するようにしたいわゆるアシスト走行を行うようにした補助力付き電動車両がある。
【０００４】
そして上記電力駆動系を備えた電動車両において、電動モータからの駆動力をペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと、上記電動モータからの駆動力をスロットルレバー等からの駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにすることが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記電動車両では、自走モードに切り替えるための専用のスイッチが必要であり、それだけコスト高となるという問題がある。
【０００６】
また、アシストモードと自走モードとの間での切替時点での駆動力の制御プログラムの如何によっては、電動モータからの駆動力が急変し、乗車フィーリング上違和感が感じられるといった問題が懸念される。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、自走モードに切り替えるためのコストを低減でき、乗車フィーリングを向上することができる電動車両の駆動力制御装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、図７に示すように、ペダル踏力を駆動輪３２に供給する人力駆動系７５と、電動モータ４４からの駆動力を駆動輪３２に供給する電力駆動系４０とを備え、上記電動モータ４４からの駆動力を上記ペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと上記電動モータ４４からの駆動力を駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにした電動車両１の駆動力制御装置５４において、上記電動モータ４４からの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ８０, ダウンスイッチ８１と、停止中に、又は上記アシストモード走行中に上記アップスイッチ８０がオンされたとき自走モードに切り替える走行モード切替え制御手段１０１とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、図８に示すように、請求項２において、ペダル踏力を検出するペダル踏力検出手段１０２と、上記アシストモード走行中に自走モードに切り替えられた時にはそれまでのアシストモード走行中における上記ペダル踏力検出手段１０２からのペダル踏力，モータ駆動力，ペダル踏力とモータ駆動力の合力，車両速度の何れかに基づいて上記駆動力指示値を求める自走切替え時駆動力指示手段１０３とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は、図９に示すように、請求項２において、停止中に自走モードに切り替えられた時には所定の初期値を上記駆動力指示値とする自走切替え時駆動力指示手段１０４を備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、図１０に示すように、ペダル踏力を駆動輪３２に供給する人力駆動系７５と、電動モータ４４からの駆動力を駆動輪３２に供給する電力駆動系４０とを備え、上記電動モータ４４からの駆動力を上記ペダル踏力に基づいて制御するアシストモードと上記電動モータ４４からの駆動力を駆動力指示値に基づいて制御する自走モードとを切り替えるようにした電動車両１の駆動力制御装置５４において、上記電動モータ４４からの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ８０, ダウンスイッチ８１と、上記自走モード走行中に上記ダウンスイッチ８１のオン操作, 制動操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたとき自走モードをアシストモードに切り替えるモード切替え制御手段１０５を備えたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図５は、本発明の一実施形態による電動補助自転車の駆動力制御装置を説明するための図であり、図１は上記制御装置が取り付けられた電動補助自転車の側面図、図２，図３は上記制御装置のブロック構成図、図４は上記制御装置のモードの遷移を説明するための図、図５は上記制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【００１４】
図１において、１は電動補助自転車であり、該自転車１の車体フレーム１０はヘッドパイプ１２と、該ヘッドパイプ１２から車体後方斜め下方に延びるダウンチューブ１４と、該ダウンチューブ１４の後部から上方に起立するシートチューブ１６と、該ダウンチューブ１４の後端から後方に延びる左, 右一対のリヤアーム２０，２０と、該両リヤアーム２０，２０の後端部と上記シートチューブ１６の上端部とを結合する左, 右一対のシートステー２２，２２とを備えている。
【００１５】
上記ヘッドパイプ１２には、下端で前輪２８を軸支し、上端に操向ハンドル２６が固着された前フォーク２４が左右へ回動自在に軸支されている。また上記シートチューブ１６にはシートポスト３０ａが高さ調整可能に挿入されており、該シートポスト３０ａの上端にはサドル３０が装着されている。さらにまた、上記リヤアーム２０，２０の後端間には後輪（駆動輪）３２が回転可能に装着されており、この後輪３２のハブ３４には内装式変速機が内蔵されている。
【００１６】
また、４０は本自転車１の動力源となる動力ユニット（電力駆動系）であり、この動力ユニット４０は、動力ケース４２と、この動力ケース４２に一体に接続され、後輪３２に駆動力を伝達する永久磁石式直流電動モータ４４と、該電動モータ４４に電流を供給するバッテリ６４と、上記電動モータ４４の駆動力を制御するコントロールユニット（駆動力制御装置）５４とを備えている。
【００１７】
上記動力ケース４２は上記ダウンチューブ１４の後部１４ａ下方に取付けられ、上記電動モータ４４は斜め前上方へ突出するように車体カバー４１内に配設されており、上記ダウンチューブ１４の後部１４ａと平行になっている。また上記コントロールユニット５４は上記ダウンチューブ１４の前部１４ｂ下方に位置するよう車体カバー４１内に取付けられている。
【００１８】
上記バッテリ６４は多数の電池セルを直列接続してケース内に内蔵してなるもので、上記シートチューブ１６と後輪３２の前縁との間の空間に配設された電池ケース６０内に着脱可能に収納されている。なお、上記電池ケース６０の上端開口部は上記左, 右のシートステー２２の間に位置しかつ上方に突出しており、上記バッテリ６４は左, 右シートステー２２，２２間を通って上下方向に取付け，取外し可能となっている。
【００１９】
上記動力ケース４２にはクランク軸４６が車幅方向に貫挿され、その両端にクランクアーム４８（一方のみ図示）が固定されており、この各クランクアーム４８にはクランクペダル５０が取付けられている。これによりクランクペダル５０に加えられた踏力をチェーン５２を介して後輪３２に伝達する人力駆動系７５が構成されている。
【００２０】
上記車体フレーム１０のヘッドパイプ１２への接続部近傍には、メインスイッチ５６が配設されており、また上記操向ハンドル２６のハンドルグリップ近傍には、上記電動モータ４４からの駆動力の増大, 減少を指示するアップスイッチ（ＵＰボタン）８０, ダウンスイッチ（ＤＯＷＮボタン）８１が配設されている。
【００２１】
また図２，図３に示すように、上記自転車１には、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ８２と、車速を検出する車速センサ８３と、ペダル踏力を検出する踏力センサ８４と、上記電動モータ４４に供給される電流を検出する電流計８５とを備えている。なお、上記車速の検出に当たっては車軸の回転速度から車速を直接検出しても良いし、動力ユニット４０等の回転軸の回転速度から車速を間接的に検出しても良い。
【００２２】
上記コントロールユニット５４は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）８６を介して上記アップ，ダウンスイッチ８０, ８１からの切替え又は増減指示信号、及び上記ブレーキスイッチ８２、スピードセンサ８３，トルクセンサ８４からの検出信号に基づいてモータ駆動回路８７に上記電動モータ４４への給電量を制御する制御信号を出力するＣＰＵ８８を備えている。
【００２３】
また、上記コントロールユニット５４と上記電動モータ４４との間には、リレー駆動回路８９により制御されて、異常時等のモータ停止を行うリレー９０が介設されている。なお、９１は上記電流計８５によりモータ電流を検出するモータ電流検出回路、９２はこのコントロールユニット５４用の電源回路である。
【００２４】
ここで上記コントロールユニット５４のＣＰＵ８８は、上記電動モータ４４への給電量が、上記アップスイッチ８０のオン時間長が長いほど増大し、ダウンスイッチ８１のオン時間長が長いほど減少するようモータ駆動回路８７を制御する給電量制御手段として機能する。
【００２５】
また、上記ＣＰＵ８８は、上記自転車１が停止中又はアシストモード走行中である場合に、上記アップスイッチ８０がオンされた時は、自走モードに切り替え、かつ自走モード走行中に上記ダウンスイッチ８１の所定時間以上のオン操作, ブレーキスイッチ８２による制動検出, ペダル踏力の入力の何れかが検出された時はアシストモードに切り替えるモード切替え制御手段としても機能する。
【００２６】
さらにまた上記ＣＰＵ８８は、、アシストモード走行中に自走モードに切り替えられた時は、上記モータ４４からの駆動力をそれまでのアシストモード走行中における上記踏力検出センサ８４からのペダル踏力，モータ駆動力，ペダル踏力とモータ駆動力の合力，車両速度の何れかに基づいて制御し、また停止中に自走モードに切り替えられた時は、上記モータ４４からの駆動力が所定の初期値となるように制御する自走切替え時駆動力指示手段として機能する。
【００２７】
なお、上記ＣＰＵ８８は、アシストモード走行中は上記モータ４４からの駆動力を、ペダル踏力に対して所定のアシスト比、例えば１：１となるように制御し、かつ所定の車速以上では上記アシスト比が徐々に小さくなるよう制御する。
【００２８】
次に、上記コントロールユニット５４の制御状態（制御モード），及び上記自転車１の走行状態（走行モード）の遷移を、図４に基づいて説明する。なお、図４において、数字は各モード間の移行条件の番号を示している。
【００２９】
まず、電源オンにより電源電圧が上昇する（条件１）と、コントロールユニット５４の初期化が行われ、該初期化が正常に終了する（条件２）と、制御開始を待機するスタート待ちモードに移行する。
【００３０】
なお、上記初期化中に、上記リレー９０の溶着（異常発生１）が検出された時（条件３）は、予め設定された所定時間経過後に自動的に電源を切断するオートパワーオフ待ちモードに移行する。
【００３１】
また、上記スタート待ちモード中で、上記所定時間内に、ペダル踏力によるアシスト指示も、上記ＵＰボタン８０, ＤＯＷＮボタン８１による自走指示もなく、かつ異常が検出されないとき（条件４）は、上記スタート待ちモードが継続される。
【００３２】
上記スタート待ちモード中に、何らかの異常（異常発生２）が検出された時は（条件５）、上記オートパワーオフ待ちモードに移行する。
【００３３】
上記スタート待ちモード中に、過電圧（異常発生３）, または上記オートパワーオフの設定時間の経過が検出された時は（条件６）、オートパワーオフが実行される。
【００３４】
また、上記オートパワーオフ待ちモード中で、上記設定時間内（条件７）であれば、このオートパワーオフ待ちのモードが継続され、上記設定時間が経過する（条件８）と、オートパワーオフが実行される。
【００３５】
上記オートパワーオフの実行中に、電源電圧の低下が検出されない時は（条件９）、このオートパワーオフの処理が継続される。
【００３６】
上記オートパワーオフの実行中や、上記スタート待ちモード中に、電源電圧の低下が検出された時（条件１０, 条件１１）は、パワーオフモードとなって電源の供給が停止される。
【００３７】
上記スタート待ちモード中に、上記ペダルからのアシスト指示のみが検出された時（条件１２）は、ペダル踏力をモータ４４により補助するアシストモードに移行する。
【００３８】
また、上記アシストモード中に、ペダル踏力が検出され、かつ異常が検出されない時（条件１３）は、上記アシストモードが継続される。
【００３９】
上記アシストモード中に、ペダルからのアシスト指示と自走指示とのいずれもが検出されず、かつ車速が所定値以下の時（条件１４）は、上記スタート待ちモードに移行する。
【００４０】
上記アシストモード中に、何らかの異常（異常発生２）が検出された時（条件１５）は、上記オートパワーオフ待ちモードに移行する。
【００４１】
上記アシストモード中に、過電圧（異常発生３）が検出された時（条件１６）は、上記オートパワーオフが実行される。
【００４２】
上記スタート待ちモード中に、上記ＵＰボタン８０からの自走指示入力が検出された時（条件１７）は、自走モードに移行する。
【００４３】
上記自走モード中に、上記ＵＰボタン８０，ＤＯＷＮボタン８１からの自走指示入力が連続して検出され、かつ異常が検出されない時（条件１８）は、車速を増減しつつ上記自走モードが継続される。
【００４４】
上記自走モード中に、上記ＵＰボタン８０又はＤＯＷＮボタン８１からの入力が所定時間以上検出されずかつ上記ペダル踏力も検出されない時（条件１９）は、上記スタート待ちモードに移行する。
【００４５】
上記アシストモード中に、上記ＵＰボタン８０からの自走指示入力が検出された時（条件２０）は、上記自走モードに移行する。
【００４６】
上記自走モード中に、ペダル踏力、またはブレーキ操作、または上記ＤＯＷＮボタン８１からの所定時間以上の入力の何れかが検出された時（条件２１）は、上記アシストモードに移行する。
【００４７】
上記自走モード中に、何らかの異常（異常発生２）の発生が検出された時（条件２２）は、上記パワーオフ待ちモードに移行する。
【００４８】
上記自走モード中に、過電圧（異常発生３）が検出された時のような緊急時（条件２３）には、上記オートパワーオフが直ちに実行される。
【００４９】
ここで、上記コントロールユニット５４による上記スタート待ちモード, 自走モード, アシストモードの間の遷移制御を図５に基づいて説明する。
【００５０】
上記アシストモード走行中に上記ＵＰボタン８０がオンされると、自走モードに切り替えられ、電動モータ４４からのトルクがそれまでのアシスト走行におけるペダル踏力とモータ出力との合力の平均値トルクＴとなるよう給電量が制御される（ステップＳ１, Ｓ２）。なお、アシスト走行におけるペダル踏力又はモータ出力の平均値を求め、これをＮ倍（例えば２倍）したトルクとなるように上記給電量を制御しても良い。またスタート待ちモード中に上記ＵＰボタン８０がオンされると、自走モードに切り替えられ、電動モータ４４からのトルクが予め設定された初期トルクＴ0 となるよう給電量が制御される（ステップＳ３, Ｓ４）。
【００５１】
そして上記自走モード走行中において、上記ＵＰボタン８０がオン操作されると（ステップＳ５）、このオン操作の継続時間ｔONが計測される（ステップＳ６）。また、上記ＤＯＷＮボタン８１がオンされるとこのオン操作の継続時間ｔOFF が計測される（ステップＳ７, Ｓ８）。
【００５２】
そして、上記計測された時間ｔON, ｔOFF より所定の演算式
Ｘ＝１＋Ａ（ｔON−ｔOFF ）
に基づいて出力係数Ｘが演算される（ステップＳ９）。なお、Ａは所定の定数であり、この出力係数Ｘは、加速時には１より大きく、減速時には１より小さく設定される。
【００５３】
次に、上記出力係数Ｘと上記モータ４４のトルクＴ, 又はＴ0 とから、上記電動モータ４４から出力すべきトルクＸ・Ｔ, 又はＸ・Ｔ0 が演算され（ステップＳ１０）、このトルク値を目標値として上記電動モータ４４への給電量が制御される。
【００５４】
このような自走モード走行中に、上記ブレーキスイッチ８２がオンされた時は上記スタート待ちモードに移行し（ステップＳ１１, Ｓ１２）、ペダル踏力が検出された時は上記アシストモードに移行し（ステップＳ１３, Ｓ１４）、異常が検出された時は電源が停止される（ステップＳ１５, Ｓ１６）。
【００５５】
なお、自走モードからアシストモードに移行した場合には、補助力指令値は、自走モードでの値からペダル踏力に応じた値に徐々に変化される。
【００５６】
このように本実施形態では、アップスイッチ８０のオン時間長が長いほど給電量を増大して、電動モータ４４からの駆動力の増大するとともに、ダウンスイッチ８１のオン時間長が長いほど給電量を減少して、駆動力を減少するようにしたので、スロットルレバーの開度を検出するための自走モード専用のポテンショメータを不要にでき、コストを低減することができる。
【００５７】
また、停止中やアシストモード走行中に、アップスイッチ８０のオンにより、電動モータ４４のみによる自走モードに切り替えるようにしたので、従来の装置のような専用の切切替えスイッチを設ける必要がなく、それだけコストを低減できる。
【００５８】
また、アシストモード走行中に自走モードに切り替えた時は、アシスト走行中のペダル踏力とモータ出力との合力の平均値に基づいて電動モータ４４からの駆動力を制御するようにしたので、上記切替時に急激に電動モータからのトルクが変化して乗車感覚が低下するといった問題を防止することができる。
【００５９】
また、停止中に自走モードに切り替えた時は、電動モータ４４からの駆動力が所定の初期トルク値となるようにしたので、走行開始に必要な適当なトルクを発生させることができる。
【００６０】
また、自走モード走行中に、ダウンスイッチ８１の所定時間以上のオン操作, ブレーキ操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたときは、アシストモード走行に切り替えるようにしたので、専用の切替スイッチを不要にできる。
【００６１】
また自走モードからアシストモードに切り替えたときには、それまでのモータ補助力をペダル踏力に応じた補助力に徐々に変化させるようにしたので、切り替え時にモータ補助力が急に変化することがなく、切り替えを滑らかに行なうことができる。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、停止中やアシスト走行中に、アップスイッチのオンにより自走モード走行に切り替えるようにしたので、専用の切替スイッチ等を不要にでき、コストを低減することができる効果がある。
【００６４】
請求項２の発明によれば、アシストモード走行中に自走モード走行に切り替えた時には、モータ駆動力をそれまでのアシストモード走行中におけるペダル踏力，モータ駆動力，ペダル踏力とモータ駆動力の合力，車両速度の何れかに基づいて制御するようにしたので、上記モータの駆動力が急激に変化することを防止でき、上記自走モード切替時の走行フィーリングを向上することができる効果がある。
【００６５】
請求項３の発明によれば、停止中に自走モード走行に切り替えた時は、所定の初期トルクをモータから出力するようにしたので、スタート時に適当なトルクを得られ、スタートを容易に行うことができる効果がある。
【００６６】
請求項４の発明によれば、自走モード走行中に、ダウンスイッチの所定時間以上のオン操作, 制動操作, ペダル踏力の入力の何れかが検出されたときは、アシストモード走行に切り替えるようにしたので、専用の切り替えスイッチを不要にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による駆動力制御装置を備えた電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記制御装置のブロック構成図である。
【図３】上記制御装置のブロック構成図である。
【図４】上記制御装置のモードの遷移を説明するための図である。
【図５】上記制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図６】請求項１の発明のクレーム構成図である。
【図７】請求項２の発明のクレーム構成図である。
【図８】請求項３発明のクレーム構成図である。
【図９】請求項４の発明のクレーム構成図である。
【図１０】請求項５の発明のクレーム構成図である。
【符号の説明】
１  電動補助自転車（電動車両）
３２  駆動輪
４０  電力駆動系
４４  電動モータ
５４  駆動力制御装置
７５  人力駆動系
８０  アップスイッチ
８１  ダウンスイッチ
１００  給電量制御手段
１０１  走行モード切替え制御手段
１０２  ペダル踏力検出手段
１０３  自走切替え時駆動力指示手段
１０４  自走切替え時駆動力指示手段
１０５  モード切替え制御手段
【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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【図９】
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【図１０】
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