(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、電動モータからの補助力を駆動輪に供給する電力駆動系と、ペダル踏力及び車速に応じて上記補助力を可変制御する補助力制御手段とを備えた電動力補助車両の補助力制御装置において、上記補助力制御手段は、上記ペダル踏力の変化状態に応じた仮想踏力を求め、該仮想踏力に応じて上記補助力を制御するようになっており、上記仮想踏力は、上記ペダル踏力を、該ペダル踏力の増加時には該ペダル踏力より大きくなるよう補正し、かつ該ペダル踏力の減少時には該ペダル踏力より小さくなるよう補正したものであることを特徴とする電動力補助車両の補助力制御装置。
【請求項２】
請求項１において、上記補助力制御手段は、上記ペダル踏力に、該ペダル踏力の時間微分値を任意割合で加算することにより上記仮想踏力を求め、該仮想踏力に応じて上記補助力を制御することを特徴とする電動力補助車両の補助力制御装置。
【請求項３】
請求項１において、上記補助力制御手段は、上記ペダル踏力に、クランク角度０〜９０°の範囲は正で、９０〜１８０°の範囲は負である補正値を任意割合で加算することにより上記仮想踏力を求め、該仮想踏力に応じて上記補助力を制御することを特徴とする電動力補助車両の補助力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、補助力を駆動輪に供給する電力駆動系とを備えた電動力補助車両の補助力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動力補助車両、例えば、補助動力付き自転車では、クランク軸に入力されるペダル踏力及び車速に応じて上記電力駆動系からの補助力を制御するようにしている。この場合、上記補助力／ペダル踏力の比（補助比）を例えば所定の車速以下では一定値（約1.0 ）とし、車速がこれより速くなるにつれて小さくするのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の補助力制御装置では、補助比を一定値としているので、ユーザの脚力や体力の差異等に基づく様々な補助感の要請に応えることができなかった。例えば、ペダル踏力の増加に対して補助力がより直接的に増加するといった応答性の良い補助感や、ペダル踏力が大きいとき、つまり人力の負担が大きいときにはより大きく補助しかつ小さいときはより小さく補助するといっためりはりの効いた補助感が好まれる場合もあるが、このような様々な補助感が得られる補助力制御はできなかった。
【０００４】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、より多様な補助感の要請に応えることのできる電動力補助車両の補助力制御装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ペダル踏力を駆動輪に供給する人力駆動系と、電動モータからの補助力を駆動輪に供給する電力駆動系と、ペダル踏力及び車速に応じて上記補助力を可変制御する補助力制御手段とを備えた電動力補助車両の補助力制御装置において、上記補助力制御手段は、上記ペダル踏力の変化状態に応じた仮想踏力を求め、該仮想踏力に応じて上記補助力を制御するようになっており、上記仮想踏力は、上記ペダル踏力を、該ペダル踏力の増加時には該ペダル踏力より大きくなるよう補正し、かつ該ペダル踏力の減少時には該ペダル踏力より小さくなるよう補正したものであることを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１において、上記補助力制御手段は、上記ペダル踏力に、該ペダル踏力の時間微分値を任意割合で加算することにより上記仮想踏力を求め、該仮想踏力に応じて上記補助力を制御することを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１において、上記補助力制御手段は、上記ペダル踏力に、クランク角度０〜９０°の範囲は正で、９０〜１８０°の範囲は負である補正値を任意割合で加算することにより上記仮想踏力を求め、該仮想踏力に応じて上記補助力を制御することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１ないし図３は請求項１及び２の発明の一実施形態（第１実施形態）による補助動力付き自転車の補助力制御装置を説明するための図であり、図１は上記自転車の側面図、図２は上記補助動力制御装置の構成を示すブロック図、図３は仮想踏力を示す図である。
【０００９】
図１において、１は補助動力付き自転車であり、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へ延びるダウンチューブ１４と、該ダウンチューブ１４の後部から上方へ起立するシートチューブ１６と、該ダウンチューブ１４の後端部から後方へ延びる左，右一対のチェンステー２０，２０と、該両チェンステー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。
【００１０】
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、上記チェンステー２０，２０の後端間には後輪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。また上記後輪３２の回転速度から車速がスピードセンサ（図２参照）８７により検出される。なお、上記車速は後述する動力ユニット４０内の回転軸の回転速度から間接的に検出しても良い。
【００１１】
また、４０は当該補助動力付き自転車の動力源となる動力ユニット（電力駆動系）を示しており、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に斜前上方へ突出するように車体カバー４１内に配設された永久磁石式直流電動モータ４４とを備えている。上記動力ケース４２は上記ダウンチューブ１４の後部１４ａ下方へ取付けられ、上記電動モータ４４はダウンチューブ１４の後部１４ａと平行となっている。
【００１２】
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。
【００１３】
上記クランクペダル５０に加えられたペダル踏力は動力ケース４２内に設けられたトルクセンサ（図２参照）８６により検出されており、上記電動モータ４４の出力（補助動力）は、コントローラ５４により後述するように制御される。そしてこの補助動力と上記ペダル踏力とが動力ケース４２内で合成され、該合力がチェーン５２を介して後輪３２に伝えられる。なお、上記モータ４４の出力制御を行うコントローラ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内に取り付けられている。
【００１４】
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と、乗り手の体力，好み等に応じた補助動力／ペダル踏力の比等が記憶されたメモリカード（図示略）を挿入する挿入口６３とが配設されている。なお、上記メインスイッチ５６，及び挿入口６３は車体カバー４１に形成された開口４１ａから外方に臨んでいる。
【００１５】
また、６４は上記動力ユニット４０の電源となるニカド電池を示している。このニカド電池６４は、多数の電池セル（図示略）を直列接続してケース内に内蔵してなるものであり、上記シートチューブ１６と後輪３２と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の上端部は上記左，右のシートステー２２，２２の間に位置しかつ上方に突出しており、上記ニカド電池６４は左，右のシートステー２２，２２間を通って上下方向に取付け，取り外しされる。
【００１６】
上記コントローラ５４は、ＣＰＵ８１と、このＣＰＵ８１に接続された波形合成回路８２と、この波形合成回路８２に並設された微分回路８３と、モータ駆動回路８４とを備えている。上記波形合成回路８２にはインターフェイス８５を介してトルクセンサ８６（踏力センサ）からのペダル踏力が入力され、上記ＣＰＵ８１にはスピードセンサ８７からの車速がインターフェイス８８を介して入力される。また上記モータ駆動回路８４は電動モータ４４に接続され、この電動モータ４４には上記バッテリ（ニカド電池）６４が接続されている。
【００１７】
上記コントローラ５４は、トルクセンサ８６で検出されたペダル踏力を該ペダル踏力の微分値で補正することによってペダル踏力の変化状態に応じた仮想踏力を求め、該仮想踏力及びスピードセンサ８７で検出された車速に応じた補助動力を求め、該補助動力が得られるように上記モータ４４への電流供給量を制御するようになっている。
【００１８】
上記仮想踏力は図３に示す特性を有する。即ち図３（Ｃ）に示す仮想踏力Ｐｉは、図３（Ａ）に示すペダル踏力Ｐに図３（Ｂ）に示すペダル踏力を時間で微分した微分値ｉを図３（Ａ）と（Ｃ）の面積が等しくなるよう任意の割合で加算して求めたものである。但し必要に応じ、この加算割合を変えることも可能である。
【００１９】
図３からも明らかなように、微分値ｉがペダル踏力Ｐの立ち上がり側では正であるのに対し、Ｐmax 以降で負となることから、上記仮想踏力Ｐｉは、立ち上がり側で急激に大きくなり、かつ後半では急激に減少するという特性を有する。
【００２０】
そしてＣＰＵ８１は、補助力／仮想踏力Ｐｉの補助比が１となるように、つまり上記電動モータ４４が仮想踏力と同じ大きさの補助力を出力するようにモータ駆動回路８４を介して電流供給量を制御する。
【００２１】
このように本実施形態では、図３に示すように、ペダル踏力Ｐにその時間微分値ｉを加算して図３の（Ａ）と（Ｃ）の面積が等しくなるよう仮想踏力Ｐｉを求め、該仮想踏力Ｐｉに対応した補助力を発生するようにしたので、ペダル踏力の増加時にはより大きく補助し、かつ減少時にはより小さく補助することとなり、めりはりの効いた補助感が得られる。またこの場合、図３の（Ａ）と（Ｃ）の面積が等しくなるようにして求めた仮想踏力に基づいて補助力を供給するようにしたので、実際のペダル踏力と１：１の補助力を供給する場合に比較してバッテリの電流消費量が大きくなることもない。
【００２２】
なお、上記実施形態では、上記ペダル踏力Ｐと微分値ｉとの加算割合を１：１としたが、勿論この加算割合は任意であり、この割合を適当に選択することによって各種の補助感を実現できる。
【００２３】
上記実施形態では、ペダル踏力をこれの時間微分値で補正することより仮想踏力を求めたが、この仮想踏力の求め方には各種の変形例が採用可能である。例えばクランクペダル５０の上死点からの角度θ（図４参照）を検出し、該ペダル角度θによってペダル踏力Ｐを補正することによって仮想踏力を求めることもでき、このようにしたのが請求項３の発明である。
【００２４】
図４，図５は請求項３の発明の一実施形態（第２実施形態）を示す。本実施形態では、クランク角センサ８９により検出された角度θがインターフェイス９０を介してＣＰＵ８１に入力される。該ＣＰＵ８１は、上記角度θに基づいて図４（Ｂ）に示す補正値ｉを求める。この補正値ｉは、ペダル踏力Ｐの立ち上がり側（クランク角０〜９０°）で正、Ｐmax 以降（クランク角９０〜１８０°）で負となるよう設定されている。そしてペダル踏力Ｐに上記補正値ｉを図４（Ａ）と（Ｃ）が等しくなるよう任意の割合で加算して仮想踏力Ｐｉを求める。ここで仮想踏力Ｐｉは、図４（Ｃ）に示すようにペダル踏力の立ち上がり側で急激に大きくなり、後半で急激に減少する。
【００２５】
このようにペダル踏力をクランクペダル角度で補正した場合には、上記第１実施形態と同様の効果があり、さらにクランク角度に応じた制御であることから、クランクペダル５０を上死点から踏み込んだとき大きな力が出ることとなり、ペダルを踏む人の感覚と高精度で一致しており、補助感がより一層自然で良好である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、ペダル踏力の変化状態に応じて、例えば請求項２の発明ではペダル踏力を該ペダル踏力の時間微分値によって補正することにより、請求項３の発明ではペダル踏力をクランクペダル角度によって補正することにより仮想踏力を求め、この仮想踏力に応じて補助力を制御するようにしたので、例えば応答性の良い補助感やめりはりの効いた補助感等、各種の補助感の要請に応えることが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１，２の発明の第１実施形態の補助力制御装置を備えた補助動力付き自転車の側面図である。
【図２】上記第１実施形態補助動力制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】上記第１実施形態補助力制御装置における仮想踏力を示す図である。
【図４】請求項１，３の発明の第２実施形態による上記補助力制御装置の仮想踏力を示す図である。
【図５】上記第２実施形態装置のブロック図である。
【符号の説明】
１              補助動力付き電動自転車
３２            後輪（駆動輪）
４０            電力駆動系
４４            電動モータ
４６            クランク軸
５４            コントローラ（補助力制御手段）
７５            人力駆動系
Ｐ              ペダル踏力
Ｐｉ            仮想踏力
ｉ              時間微分値
【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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