JP2004350355A

JP2004350355A - Electric vehicle

Info

Publication number: JP2004350355A
Application number: JP2003142163A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tosaka; 進登坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP4238979B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize sophisticated function at a low cost as a whole, with no use of a premium microprocessor. <P>SOLUTION: Each of a display part unit 40, a motor unit 50, and a vehicle controller unit 30 is provided with a microcomputer and a nonvolatile memory (EEPROM). Intrinsic information (parameter) is stored in each nonvolatile memory of the unit 30, 40, and 50. The microcomputer of a host unit (for example, a display part unit) reads the intrinsic information of each unit and selects and executes an optimum software, a part of which is born by the microcomputers of three units. The vehicle controller unit 30 and the motor unit 50 process arbitration each other, and selectively supplied with electric power of a battery unit 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の駆動モータやセンサを搭載して構成される電動アシスト自転車、電動２輪車、電気自動車等の電動車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば電動アシスト自転車において、制御系や駆動系を構成する各機能要素をモジュール化したものが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
これらの従来技術では、各機能要素のモジュール化によって、主に制御系や駆動系のシステムに柔軟性を持たせ、環境等の変化に適合できるようにしたものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−８９０１１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２９６９０５号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０６１９１号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０５６８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した電動アシスト自転車において、高機能化が進むことにより、要求される制御が徐々に複雑化し、制御の中核となるコントローラ等として高級なマイクロプロセッサを搭載することが要求される傾向があり、装置の価格上昇を招いてしまう問題がある。
なお、このような問題は、電動アシスト自転車に限らず、電気自動車やスクータ等の電動２輪車等においても同様に生じするものである。
【０００５】
そこで本発明の目的は、高級なマイクロプロセッサを用いることなく、高機能化を実現でき、全体として低廉化を図ることが可能な電動車両を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、それぞれ特定の機能を搭載した複数の機能モジュールと、前記複数の機能モジュールを接続するシリアルインタフェースと、前記複数の機能モジュールに電力供給を行う電源モジュールとを有し、前記複数の機能モジュール毎に制御回路と不揮発性メモリを設け、各機能モジュールの不揮発性メモリに格納した固有情報に基づいて各機能モジュールの制御回路が所定の機能動作を実行するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の電動車両では、それぞれ特定の機能を搭載した複数の機能モジュール毎に制御回路と不揮発性メモリを設け、各機能モジュールの不揮発性メモリに格納した固有情報に基づいて各機能モジュールの制御回路が所定の機能動作を実行するようにしたことから、システム全体の処理負担を各機能モジュールの制御回路に分散することが可能となる。
したがって、システム全体の処理負担が特定の機能モジュールに集中することがなくなるため、システム全体の機能が複雑化し、高度化した場合でも、極端に複雑で高速な処理を行う必要がないので、高級なマイクロプロセッサを用いることなく、高機能化を実現でき、全体として低廉化を図ることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電動アシスト自転車及びその制御方法の実施の形態例について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態例による電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
本例の電動アシスト自転車は、折り畳み構造のものであり、メインパイプ１と、前輪部２を支持したフロントフォーク８と、後輪部３を支持したリヤフォーク９と、シート５を支持したシートポスト１０と、ハンドル６を支持したスピンドル１１と、スピンドル１１を挿通支持したヘッドパイプ１２と、ペダル部１３と、電池ユニット１４等を有している。
【０００９】
そして、図１では図示を省略しているが、本例の電動アシスト自転車の各部には本例の制御を行うための以下のような各種部材が設けられている。
まず、メインパイプ１には、本例の電動アシスト自転車の状態を管理し、各種の制御を行うためのビークルコントローラが設けられている。また、メインパイプ１の折り畳み構造部には、折り畳みスイッチが設けられており、車体が折り畳まれたことを検出することによって折り畳み時にはモータ等の駆動を禁止し、安全を確保するようになっている。
また、ペダル部１３には、ペダルクランク１３Ａの周辺にトルクセンサ、クランク周波数発生器（ＦＧ）が設けられ、ペダルクランク１３Ａに発生するトルクの検出や回転数の検出を行うようになっている。
【００１０】
また、ハンドル６には、ＬＣＤ等による表示部、キー入力用の操作部、及びそれらを制御する表示部コントローラを有する表示部ユニット４０が設けられ、ユーザに各種表示を提供するとともに、キー入力による各種モード設定や選択等を行えるようになっている。
また、ヘッドパイプ１２には電池ユニット１４の電源オン、オフを切り替えるキースイッチが設けられている。
また、前輪部２には、アシスト駆動用のモータと、このモータの駆動を制御するモータドライバと、このモータドライバを制御するモータコントローラが設けられている。
また、後輪部３には、自動変速ユニットが設けられている。
【００１１】
図２は図１に示す電動アシスト自転車の制御系を示すブロック図である。
図示のように、本例の電動アシスト自転車は、ビークルコントローラユニット３０、表示部ユニット４０、モータユニット５０、電池ユニット１４の主要な４つのユニットを有している。
ビークルコントローラユニット３０は、後述する各種制御を行うビークルコントローラ３１と、ユーザが電源のオン・オフを行うキースイッチ３２と、自転車が折り畳まれたことを検出する折り畳みスイッチ３３と、自動変速を行う自動変速ユニット３４と、ペダル部１３で生じるトルクを検出するトルクセンサ３５と、ペダル部１３の回転数を検出するクランクＦＧ３６とを有する。
【００１２】
また、表示部ユニット４０は、ＬＣＤ等の表示部４１と、各種操作キーよりなる操作スイッチ４２と、これらの制御を行う表示部コントローラ４３とを有する。
また、モータユニット５０は、前輪部２のアシスト駆動を行うモータ５１と、このモータ５１の駆動を制御するモータドライバ５２と、このモータドライバ５２を制御するモータコントローラ５３とを有する。
また、電池ユニット１４は、２次電池や大容量コンデンサ等による充電池部と、この充電池部の充放電を制御する電源コントローラとを有する。
【００１３】
ビークルコントローラ３１では、トルクセンサ３５によりペダル部１３からの踏力を検出して、それに応じたアシスト力をモータユニット５０にシリアル通信ラインによって送出する。また、表示部ユニット４０の操作スイッチ４２からの入力によって、自転車のモードをさまざまに変えることが可能である。また、自転車の速度や電池の残量などのさまざまな情報を表示部４１に表示することができる。
【００１４】
図３は図２に示すビークルコントローラの構成例を示すブロック図である。
図示のように、このビークルコントローラ３１は、マイコン３１１、ＲＳ２３２Ｃドライバ３１２、振動センサ３１３、ＸＹ２軸加速度センサ（加速度検出手段）３１４、アンプ３１５、モータドライバ３１６、２相カウンタ３１７、発振器３１８、ＲＳ４２２ドライバ３１９、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０、ＥＥＰＲＯＭ３２１、リセット回路３２２等を有している。
マイコン３１１は、例えば１６ビットのＭＰＵであり、全体の制御を行うものである。特に本例では傾斜角度やトルク量等の算出を行う算出手段として機能する。
ＲＳ２３２Ｃドライバ３１２は、ＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して表示コントローラ４０とマイコン３１１との間での各種データやコマンドのやりとりを制御するものである。
【００１５】
振動センサ３１３は、本例の自転車に加わる振動を検出するものであり、検出信号をマイコン３１１に出力する。
ＸＹ２軸加速度センサ３１４は、自転車のＸ軸方向（前後方向）とＹ軸方向（左右方向）の加速度を検出するものであり、本例では、このＸＹ２軸加速度センサ３１４によって検出した加速度に基づいて、自転車の前後方向と左右方向の傾斜を算出するものである。
このＸＹ２軸加速度センサ３１４としては、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向に弾性的に変位可能に支持された可動体の変位を静電容量の変化によって検出する静電検出型のものを用いることができるが、これに限定されるものではなく、種々の方式を用いることができ、基本的には市販されているものでよい。
また、振動センサ３１３についても、上述した加速度センサと同様の方式のものを用いることが可能であるが、その他にも種々の方式を用いることができ、例えば可動体の変位を光学的に検出するような方式のものなどであってもよい。
【００１６】
アンプ３１５には、自動変速ユニット３４に設けられた位置検出用のポテンショメータからの検出信号が入力され、この検出信号を増幅してマイコン３１１に出力する。この信号は、マイコン３１１内のＡ／Ｄコンバータによって読み取られ、自動変速ユニット３４の位置が判定され、その判定結果に応じて変速制御信号が生成される。モータドライバ３１６は、このマイコン３１１からの変速制御信号に基づいて自動変速ユニット３４のアクチュエータを駆動制御し、変速動作を行う。
２相カウンタ３１７は、トルクセンサ３５からの検出信号をカウントし、そのカウント値をマイコン３１１に供給するものである。これにより、ペダルの踏力が検出される。また、マイコン３１１からトルクセンサ３５へは、温度補償動作等の命令を送ることもできる。
発振器３１８は、マイコン３１１にクロックを供給するものである。
ＲＳ４２２ドライバ３１９は、マイコン３１１とモータコントローラ５３との間のＲＳ４２２インタフェースを制御するものである。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３２０は、電池ユニット１４からの電源電圧をＤＣ／ＤＣ変換して所定の電圧に変換し、マイコン３１１に供給するものである。
ＥＥＰＲＯＭ３２１は、例えば走行距離等のデータや各種の設定データを記憶する不揮発性メモリであり、リセット回路３２２は、電源投入時のマイコン３１１の初期化を行うものである。
【００１７】
なお、表示部ユニット４０とビークルコントローラユニット３０との間のＲＳ２３２Ｃインタフェースによる通信速度は、３８．８ｋｂｐｓ程度である。そして、信号ラインは電源とグランドを入れて４本である。
ビークルコントローラユニット３０とモータユニット５０との間のＲＳ２３２Ｃインタフェースとその他の信号で繋がれており、やはり通信速度は３８．８ｋｂｐｓ程度である。また、信号ラインは電源とグランドその他を入れて１０本程度となっている。
【００１８】
また、図２では省略しているが、表示部ユニット４０とモータユニット５０にもビークルコントローラユニット３０と同様のマイコンと不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）が設けられている。
そして、各ユニット３０、４０、５０の不揮発性メモリには、それぞれに固有の情報（パラメータ）が格納されており、ホストとなるユニット（例えば表示部ユニット）のマイコンが各ユニットの固有情報を読み取り、最適なソフトウエアを選択して実行するとともに、その処理の一部を３つのユニットのマイコンで分担して実行するような構成となっている。
【００１９】
また、本例において、電池ユニット１４は、ビークルコントローラユニット３０とモータユニット５０に並列に接続されており、表示部ユニット４０へはビークルコントローラユニット３０を通して電力供給されるようになっている。
そして、ビークルコントローラユニット３０とモータユニット５０は、互いに調停処理を行なうことにより、いずれか一方が選択的に電池ユニット１４にアクセスし、電力供給を受けるようになっている。
【００２０】
図４は、このような調停処理の動作例を示すタイミングチャートである。
本例は、電池ユニット１４においてＳＭＢｕｓ（ＳｙｓｔｅｍＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢｕｓ）プロトコルを使用している。ＳＭＢｕｓプロトコルでは複数のユニットによって共通のバスを利用する際のマルチバスマスタ処理が定義されており、この規定に基づいて、ビークルコントローラユニット３０とモータユニット５０との間で調停を行ない、電池ユニット１４による電力を利用する。
すなわち、図４において、ＳＭＢＣＬＫに同期して制御用のＳＭＢＤＡＴと、調停用のＤＡＴＡ１、ＤＡＴＡ２のパルスのオン・オフを選択的に切り替え、アクセスを許可するユニットを選択する。
このような動作により、共通の電池ユニット１４を複数のユニット３０、５０間で効率的に利用することが可能となる。
なお、電池ユニット１４自体にもマイコンと不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）が設けられており、固有の動作を実行できる構成となっている。
【００２１】
このように本例では、前輪部２に設けられるモータユニット５０と、ハンドル６に設けられる表示部ユニット４０と、ペダル部１３に設けられるビークルコントローラユニット３０をその配置場所に応じてモジュール化し、シリアルインタフェースで接続したことから、それぞれのユニットにおけるハーネス配線が短縮でき、各ユニット間はシリアルインタフェースで接続できるため、配線が極めて容易となる。
また、各モジュール毎にマイコンと不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を設け、それぞれの動作を分散して行なうことから、煩雑な処理を１個所に集中せずに分散できるため、高級なマイコンを用いることなく、廉価なマイコンで構成でき、高機能化に対してコストパフォーマンスの向上を図ることが可能となる。
また、電池ユニット１４を調停機能によって複数のユニットで共用でき、１つの電源から効率の良い電力供給を行なうことが可能となる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。
図５は本発明の第２の実施の形態例による電動アシスト自転車をモジュール化した構成例を概念的に示すブロック図である。なお、上述した第１の実施の形態例と共通する一部の構成については同一の符号を用いて説明する。
図示のように、本例では図２及び図３に示した各機能要素をモータモジュール１１０と、センサモジュール１２０と、コアモジュール１３０にモジュール化し、各モジュール１１０、１２０、１３０をＵＳＢのシリアルインタフェース１４０によって接続したものである。
上述した第１の実施の形態例では、ＲＳ２３２Ｃインタフェースによって各ユニットを１対１で接続しているが、本例では、ＵＳＢインタフェースを用いて１対複数の接続構造を採用したものである。
また、電池ユニット１４は、各モジュール１１０、１２０、１３０と分離して設けられ、コアモジュール１３０から電源ライン１４１を通して他の２つのモジュール１１０、１２０に電力供給を行なうようになっている。
【００２３】
モータモジュール１１０は、図２に示すモータユニット５０に対応しており、上述したモータ５１、モータドライバ５２、モータコントローラ５３が含まれており、さらに、このモータモジュール１１０の制御を行なうマイコン１１１と、固有情報を格納する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１１２と、モータの温度管理を行なうための温度センサ１１３と、ＵＳＢインタフェース１４０との接続を制御するＵＳＢデバイスコントローラ１１４が設けられている。
センサモジュール１２０は、図２に示すビークルコントローラユニット３０に対応しており、上述した自動変速機３４、トルクセンサ３５、クランクＦＧ３６が含まれており、さらに、このセンサモジュール１２０の制御を行なうマイコン１２１と、固有情報を格納する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１２２と、モータの制御を行なうための各種スイッチ１２３と、ＵＳＢインタフェース１４０との接続を制御するＵＳＢデバイスコントローラ１２４が設けられている。
【００２４】
コアモジュール（ホストモジュール）１３０は、図２に示す表示部ユニット４０に対応しており、上述した表示部ユニット４０の表示部４１、操作部４２が含まれており、さらに、このコアモジュール１３０の制御を行なうマイコン１３１と、固有情報を格納する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１３２と、この電動アシスト自転車における各種の状態を管理するための各種センサ１３３と、ＵＳＢインタフェース１４０との接続を制御するＵＳＢデバイスコントローラ１３４と、電池ユニット１４からの電力を分配する電源コントローラ１３５と、フロントライト等の各種ライト１３６が設けられている。
また、電池ユニット１４にも、同様にマイコン及びＥＥＰＲＯＭが設けられ、電池ユニット１４に固有の動作を行なえるようになっている。
なお、各モジュール間はＵＳＢのデータ線が２本と電源とグランドで最小４本のみで構成することが可能である。
【００２５】
このように本例では、前輪部２に設けられるモータモジュール１１０と、ハンドル６に設けられるコアモジュール１３０と、ペダル部１３に設けられるセンサモジュール１２０をその配置場所に応じてモジュール化し、シリアルインタフェースで接続したことから、それぞれのユニットにおけるハーネス配線が短縮でき、各ユニット間はシリアルインタフェースで接続できるため、配線が極めて容易となる。
また、各モジュール毎にマイコンと不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を設け、上述した第１の実施の形態例と同様にして、それぞれの動作を分散して行なうことから、煩雑な処理を１個所に集中せずに分散できるため、高級なマイコンを用いることなく、廉価なマイコンで構成でき、高機能化に対してコストパフォーマンスの向上を図ることが可能となる。
【００２６】
次に、上述した各ユニット（モジュール）の不揮発性メモリに格納する固有情報の具体例について説明する。
図６は固有情報の一例を示す説明図である。まず、コア（表示）モジュールのメモリには、入力キー数、出力ＬＥＤ数、出力スピーカ及びブザー数、表示ＬＣＤサイズ、ＵＳＢによるデバイススクリプタ（仕様情報）、ファームウエアバージョン等の各情報が格納されている。
また、センサモジュールのメモリには、センサの種類と数、データの形式、出力デバイスの種類と数、トータル使用時間、変速ギアの段数、変速ポジション、キャリブレーション情報等の各情報が格納されている。
さらに、モータモジュールのメモリには、タイヤ数、モータトルク定数、モータＤＣ抵抗、モータマグネット極数、最大力行電流、最大回生電流、最大目標トルク、最大トルク変化量、最大電流変化量等の情報が格納されている。
システムの起動時に、これらの情報をホストとなるモジュールのマイコンが読み取って、適切なソフトウエアを選択して走らせ、各モジュールのマイコンで処理を分散して実行する。
【００２７】
例えば電源投入・リセット解除後、ホストモジュールがバストポロジーを調べ、それぞれのデバイスにアドレスを設定する。そして、各デバイスのデバイススクリプタを取得し、３モジュール構成で前輪駆動の自転車であることを知る。そして、ホストモジュールから各モジュールの不揮発性メモリに格納されている固有情報を読み出し、ホストモジュール内のアプリケーションで使うパラメータを初期化する。
そして、アイソクロナス転送をスタートし、通常処理を開始する。
ここでアイソクロナス転送で各モジュール間で通信される情報例としては、以下のようなものが挙げられる。
まず、コアモジュールからモータモジュールには、目標トルクや目標電流が含まれる。また、センサモジュールからコアモジュールには、トルクセンサ値、加速度センサ値、現在の変速ギア値等が含まれる。さらに、コアモジュールからセンサモジュールには、目標変速ギア値が含まれる。
【００２８】
次に、上述したビークルコントローラユニットとモータユニットとの間のソフトウエア上のやりとりの具体例について説明する。
まず、起動時にビークルコントローラユニットはモータユニットからトルク定数を取得する。また、通常動作時に、ビークルコントローラユニットはペダル踏力をトルクセンサから取得する。
そして、アシスト比１対１の場合は、目標トルク＝ペダル踏力なので次式から目標電流計算を行なう。
目標電流＝目標トルク／トルク定数
そして、この計算で求めた目標電流をモータコントローラに送信し、モータコントローラは電流フィードバックにより、モータの電流を制御する。
【００２９】
次に、本例の拡張例について説明する。
上述した例では、本発明を電動アシスト自転車について説明したが、上述したモジュール構成をそのまま電気自動車や電動２輪車等の電動車両に用いることが可能である。すなわち、電動車両では、駆動源が電動モータであるので、全体のシステム構成や馬力等の差異（例えば、４輪駆動車と２輪駆動車では、モータモジュールの数が異なる）はあっても、個々の機能要素としては、上述した例と同様に、基本的にはセンサモジュール、表示モジュール、モータモジュールによって構成することが可能である。
そこで、上述したモジュール構成をそのまま自転車以外の車両に適用することができる。
また、図５に示すようなコアモジュールとその他のモジュールを１対多で並列に接続する構成では、センサモジュールやモータモジュールを車両の駆動方式等に合わせて増減することも容易に行なえる。そこで、適用する車両に応じてモジュールの数を増減し、各モジュール毎に適切な固有情報を選択し、さらにシステムのソフトウエアを適切に選択することで、本発明を容易に電動自動車や電動２輪車に適用できる。
【００３０】
図７はこのようなシステム構成例を示すブロック図である。
まず、図７（Ａ）はモータモジュールが１つの前輪駆動式または後輪駆動式の２輪車の例である。
また、図７（Ｂ）はモータモジュールが２つの２輪駆動式の４輪車の例であり、図７（Ｃ）はモータモジュールが４つの全輪駆動式の４輪車の例である。
このようなシステムにより、モータモジュールとしては同じものが使え、コアモジュールのアプリケーションソフトのみを変更することで、それぞれのビークルが動作できる。もちろん、さらに多数のモータモジュールやセンサモジュールを有する構成も可能である。
また、同じ前輪駆動の自転車でも、高出力のモータに変更する場合などは、モータモジュールの不揮発性メモリの内のトルク定数等のパラメータを変えることで、他のモジュールは全く変更なしにモータ変更が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電動車両によれば、それぞれ特定の機能を搭載した複数の機能モジュール毎に制御回路と不揮発性メモリを設け、各機能モジュールの不揮発性メモリに格納した固有情報に基づいて各機能モジュールの制御回路が所定の機能動作を実行するようにしたことから、システム全体の処理負担を各機能モジュールの制御回路に分散することが可能となる。
したがって、システム全体の処理負担が特定の機能モジュールに集中することがなくなるため、システム全体の機能が複雑化し、高度化した場合でも、極端に複雑で高速な処理を行う必要がないので、高級なマイクロプロセッサを用いることなく、高機能化を実現でき、全体として低廉化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例における電動アシスト自転車の外観を示す側面図である。
【図２】図１に示す電動アシスト自転車の制御系の構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御系に設けられるビークルコントローラの構成例を示すブロック図である。
【図４】図２に示す制御系の電池ユニット使用時における調停処理の動作例を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態例による電動アシスト自転車の制御系の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１、第２の実施の形態例による電動アシスト自転車の各モジュールで記憶した固有情報の具体例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態例による電動車両のシステム拡張例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１……メインパイプ、２……前輪部、３……後輪部、５……シート、６……ハンドル、８……フロントフォーク、９……リヤフォーク、１０……シートポスト、１１……スピンドル、１２……ヘッドパイプ、１３……ペダル部、１４……電池ユニット、３０……ビークルコントローラユニット、３１……ビークルコントローラ、３２……キースイッチ、３３……折り畳みスイッチ、３４……自動変速ユニット、３５……トルクセンサ、３６……クランクＦＧ、４０……表示部ユニット、４１……表示部、４２……操作スイッチ、４３……表示部コントローラ、５０……モータユニット、５１……モータ、５２……モータドライバ、５３……モータコントローラ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric vehicle such as an electric assist bicycle, an electric two-wheeled vehicle, or an electric vehicle, which is equipped with various drive motors and sensors.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in an electric assist bicycle, a module in which each functional element constituting a control system and a drive system is modularized has been proposed (for example, see Patent Documents 1 to 4).
In these prior arts, modularization of each functional element gives flexibility mainly to a control system and a drive system so that the system can adapt to changes in the environment and the like.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-89011 [Patent Document 2]
JP 2001-296905 A [Patent Document 3]
JP 2001-306191 A [Patent Document 4]
JP-A-2002-205683
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned electric assist bicycle, the required control is gradually complicated due to the advancement of functions, and there is a tendency that a high-grade microprocessor is required to be mounted as a controller or the like which is a core of the control. However, there is a problem that the price of the device is increased.
Such a problem occurs not only in the electric assist bicycle but also in electric motorcycles such as electric vehicles and scooters.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electric vehicle capable of realizing high functionality without using a high-grade microprocessor and capable of reducing the cost as a whole.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a plurality of function modules each having a specific function, a serial interface for connecting the plurality of function modules, and a power supply module for supplying power to the plurality of function modules. A control circuit and a nonvolatile memory are provided for each of the plurality of function modules, and the control circuit of each function module executes a predetermined function operation based on the unique information stored in the nonvolatile memory of each function module. It is characterized by the following.
[0007]
In the electric vehicle according to the present invention, a control circuit and a non-volatile memory are provided for each of the plurality of function modules each having a specific function, and the control circuit of each of the function modules is controlled based on the unique information stored in the non-volatile memory of each of the function modules. Performs a predetermined function operation, it is possible to distribute the processing load of the entire system to the control circuits of each function module.
Therefore, the processing load of the entire system does not concentrate on a specific function module, and even if the functions of the entire system become complicated and sophisticated, there is no need to perform extremely complicated and high-speed processing. High functionality can be realized without using a microprocessor, and the overall cost can be reduced.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an electric assist bicycle and a control method thereof according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a side view showing an appearance of an electric assist bicycle according to a first embodiment of the present invention.
The electric assist bicycle of the present embodiment has a folding structure, and includes a main pipe 1, a front fork 8 supporting the front wheel 2, a rear fork 9 supporting the rear wheel 3, and a seat post supporting the seat 5. 10, a spindle 11 supporting the handle 6, a head pipe 12 through which the spindle 11 is inserted and supported, a pedal section 13, a battery unit 14, and the like.
[0009]
Although not shown in FIG. 1, the following various members for controlling the present embodiment are provided in each part of the electric assist bicycle of the present embodiment.
First, the main pipe 1 is provided with a vehicle controller for managing the state of the electrically assisted bicycle of the present embodiment and performing various controls. Further, a folding switch is provided in the folding structure of the main pipe 1, and by detecting that the vehicle body has been folded, driving of a motor or the like is prohibited at the time of folding, thereby ensuring safety. .
Further, the pedal section 13 is provided with a torque sensor and a crank frequency generator (FG) around the pedal crank 13A, and detects a torque generated in the pedal crank 13A and a rotation speed.
[0010]
The handle 6 is provided with a display unit such as an LCD, an operation unit for key input, and a display unit 40 having a display controller for controlling the display unit. Various mode settings and selections can be performed.
The head pipe 12 is provided with a key switch for turning on and off the power of the battery unit 14.
Further, the front wheel unit 2 is provided with a motor for assist driving, a motor driver for controlling the driving of the motor, and a motor controller for controlling the motor driver.
The rear wheel section 3 is provided with an automatic transmission unit.
[0011]
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the electric assist bicycle shown in FIG.
As illustrated, the electrically assisted bicycle of the present example has four main units, a vehicle controller unit 30, a display unit 40, a motor unit 50, and a battery unit 14.
The vehicle controller unit 30 includes a vehicle controller 31 for performing various controls described below, a key switch 32 for turning on / off a power supply by a user, a folding switch 33 for detecting that the bicycle is folded, and an automatic switch for automatic shifting. The transmission unit 34 includes a transmission unit 34, a torque sensor 35 for detecting a torque generated in the pedal section 13, and a crank FG 36 for detecting a rotation speed of the pedal section 13.
[0012]
The display unit 40 includes a display unit 41 such as an LCD, operation switches 42 including various operation keys, and a display controller 43 for controlling these.
The motor unit 50 includes a motor 51 for assisting driving of the front wheel unit 2, a motor driver 52 for controlling the driving of the motor 51, and a motor controller 53 for controlling the motor driver 52.
The battery unit 14 includes a rechargeable battery unit including a secondary battery and a large-capacity capacitor, and a power supply controller that controls charging and discharging of the rechargeable battery unit.
[0013]
In the vehicle controller 31, the pedaling force from the pedal section 13 is detected by the torque sensor 35, and the assisting force corresponding thereto is transmitted to the motor unit 50 via a serial communication line. The mode of the bicycle can be variously changed by an input from the operation switch 42 of the display unit 40. In addition, various information such as the speed of the bicycle and the remaining amount of the battery can be displayed on the display unit 41.
[0014]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the vehicle controller shown in FIG.
As shown, the vehicle controller 31 includes a microcomputer 311, an RS232C driver 312, a vibration sensor 313, an XY two-axis acceleration sensor (acceleration detecting means) 314, an amplifier 315, a motor driver 316, a two-phase counter 317, an oscillator 318, and an RS422 driver. 319, a DC / DC converter 320, an EEPROM 321, a reset circuit 322, and the like.
The microcomputer 311 is a 16-bit MPU, for example, and performs overall control. In particular, in this example, it functions as a calculation unit that calculates the inclination angle, the torque amount, and the like.
The RS232C driver 312 controls the exchange of various data and commands between the display controller 40 and the microcomputer 311 via the RS232C interface.
[0015]
The vibration sensor 313 detects vibration applied to the bicycle of the present embodiment, and outputs a detection signal to the microcomputer 311.
The XY two-axis acceleration sensor 314 detects the acceleration of the bicycle in the X-axis direction (front-rear direction) and the Y-axis direction (left-right direction). In this example, the XY two-axis acceleration sensor 314 detects the acceleration based on the acceleration detected by the XY two-axis acceleration sensor 314. , The inclination in the front-rear direction and the left-right direction of the bicycle are calculated.
As the XY two-axis acceleration sensor 314, for example, an electrostatic detection type sensor that detects displacement of a movable body elastically displaceable in the X axis direction and the Y axis direction by detecting a change in capacitance is used. Although it is possible, it is not limited to this, and various methods can be used, and basically, commercially available ones may be used.
As the vibration sensor 313, the same type as the above-described acceleration sensor can be used, but other various types can also be used, for example, optically detecting the displacement of the movable body. Such a system may be used.
[0016]
A detection signal from a position detection potentiometer provided in the automatic transmission unit 34 is input to the amplifier 315, and the amplifier 315 amplifies the detection signal and outputs the amplified signal to the microcomputer 311. This signal is read by an A / D converter in the microcomputer 311 to determine the position of the automatic transmission unit 34, and a shift control signal is generated according to the determination result. The motor driver 316 drives and controls the actuator of the automatic transmission unit 34 based on the shift control signal from the microcomputer 311 to perform a shift operation.
The two-phase counter 317 counts a detection signal from the torque sensor 35 and supplies the count value to the microcomputer 311. As a result, the pedal effort is detected. Further, a command such as a temperature compensation operation can be sent from the microcomputer 311 to the torque sensor 35.
The oscillator 318 supplies a clock to the microcomputer 311.
The RS422 driver 319 controls an RS422 interface between the microcomputer 311 and the motor controller 53.
The DC / DC converter 320 converts the power supply voltage from the battery unit 14 into a predetermined voltage by DC / DC conversion, and supplies the predetermined voltage to the microcomputer 311.
The EEPROM 321 is a non-volatile memory that stores, for example, data such as mileage and various setting data, and the reset circuit 322 initializes the microcomputer 311 when the power is turned on.
[0017]
Note that the communication speed of the RS232C interface between the display unit 40 and the vehicle controller unit 30 is about 38.8 kbps. There are four signal lines including a power supply and a ground.
The RS232C interface between the vehicle controller unit 30 and the motor unit 50 is connected to other signals, and the communication speed is also about 38.8 kbps. In addition, the number of signal lines is about ten, including a power supply, a ground, and the like.
[0018]
Although not shown in FIG. 2, the display unit 40 and the motor unit 50 are also provided with the same microcomputer and nonvolatile memory (EEPROM) as the vehicle controller unit 30.
The non-volatile memories of the units 30, 40, and 50 store information (parameters) unique to each unit, and the microcomputer of the unit serving as the host (for example, the display unit) reads the unique information of each unit. In addition, the most suitable software is selected and executed, and a part of the processing is shared and executed by the microcomputers of the three units.
[0019]
In this example, the battery unit 14 is connected in parallel to the vehicle controller unit 30 and the motor unit 50, and power is supplied to the display unit 40 through the vehicle controller unit 30.
Then, the vehicle controller unit 30 and the motor unit 50 perform arbitration processing with each other, so that one of them selectively accesses the battery unit 14 and receives power supply.
[0020]
FIG. 4 is a timing chart showing an operation example of such arbitration processing.
In this example, the battery unit 14 uses the SMBus (System Management Bus) protocol. In the SMBus protocol, multi-bus master processing when a common bus is used by a plurality of units is defined. Based on this definition, arbitration is performed between the vehicle controller unit 30 and the motor unit 50, and the battery unit 14 Use electricity.
That is, in FIG. 4, in synchronization with SMBCLK, a control SMBDAT and arbitration DATA1 and DATA2 pulses are selectively switched on and off to select a unit for which access is permitted.
With such an operation, the common battery unit 14 can be efficiently used between the plurality of units 30 and 50.
Note that the battery unit 14 itself is also provided with a microcomputer and a non-volatile memory (EEPROM), and has a configuration capable of executing a unique operation.
[0021]
As described above, in the present embodiment, the motor unit 50 provided on the front wheel unit 2, the display unit unit 40 provided on the steering wheel 6, and the vehicle controller unit 30 provided on the pedal unit 13 are modularized according to their arrangement locations, and serialized. Since the connection is made by the interface, the wiring of the harness in each unit can be shortened, and the connection between the units can be made by the serial interface, so that the wiring becomes extremely easy.
In addition, since a microcomputer and a non-volatile memory (EEPROM) are provided for each module and each operation is performed in a distributed manner, complicated processing can be dispersed without being concentrated in one place, so that a high-level microcomputer is not used. , And can be configured with an inexpensive microcomputer, so that cost performance can be improved for higher functions.
Further, the battery unit 14 can be shared by a plurality of units by the arbitration function, so that efficient power supply can be performed from one power supply.
[0022]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a block diagram conceptually showing a configuration example in which the electric assist bicycle according to the second embodiment of the present invention is modularized. Note that some components common to the first embodiment described above will be described using the same reference numerals.
As shown, in this example, each functional element shown in FIGS. 2 and 3 is modularized into a motor module 110, a sensor module 120, and a core module 130, and each module 110, 120, 130 is connected to a USB serial interface 140. Connected by
In the above-described first embodiment, the units are connected one-to-one by the RS232C interface. In the present embodiment, a one-to-many connection structure is adopted by using a USB interface.
The battery unit 14 is provided separately from each of the modules 110, 120, and 130, and supplies power from the core module 130 to the other two modules 110 and 120 through the power supply line 141.
[0023]
The motor module 110 corresponds to the motor unit 50 shown in FIG. 2 and includes the motor 51, the motor driver 52, and the motor controller 53 described above, and further includes a microcomputer 111 that controls the motor module 110, An EEPROM 112 which is a non-volatile memory for storing unique information, a temperature sensor 113 for managing the temperature of the motor, and a USB device controller 114 for controlling connection with a USB interface 140 are provided.
The sensor module 120 corresponds to the vehicle controller unit 30 shown in FIG. 2 and includes the above-described automatic transmission 34, the torque sensor 35, and the crank FG 36, and further includes a microcomputer 121 that controls the sensor module 120. And an EEPROM 122 which is a nonvolatile memory for storing unique information, various switches 123 for controlling a motor, and a USB device controller 124 for controlling connection with a USB interface 140.
[0024]
The core module (host module) 130 corresponds to the display unit 40 shown in FIG. 2, and includes the display unit 41 and the operation unit 42 of the display unit 40 described above. A microcomputer 131 for performing control, an EEPROM 132 which is a nonvolatile memory for storing unique information, various sensors 133 for managing various states of the electric assist bicycle, and a USB device controller for controlling connection with a USB interface 140 134, a power supply controller 135 for distributing power from the battery unit 14, and various lights 136 such as a front light.
The battery unit 14 is also provided with a microcomputer and an EEPROM, so that operations unique to the battery unit 14 can be performed.
It is to be noted that each module can be constituted by only two USB data lines and at least four power and ground lines.
[0025]
As described above, in this example, the motor module 110 provided on the front wheel unit 2, the core module 130 provided on the handlebar 6, and the sensor module 120 provided on the pedal unit 13 are modularized according to their arrangement locations, and are serialized. Because of the connection, the wiring of the harness in each unit can be shortened, and the connection between the units can be made by a serial interface, so that the wiring becomes extremely easy.
Also, a microcomputer and a non-volatile memory (EEPROM) are provided for each module, and each operation is performed in a distributed manner in the same manner as in the first embodiment, so that complicated processing is concentrated in one place. Since it can be distributed without using a high-end microcomputer, it can be configured with an inexpensive microcomputer, and it is possible to improve cost performance for higher functionality.
[0026]
Next, a specific example of the unique information stored in the nonvolatile memory of each unit (module) described above will be described.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of the unique information. First, the memory of the core (display) module stores various information such as the number of input keys, the number of output LEDs, the number of output speakers and buzzers, the display LCD size, the device scripter (specification information) by USB, and the firmware version. I have.
Further, in the memory of the sensor module, various types of information such as the type and number of sensors, the format of data, the type and number of output devices, the total use time, the number of gear stages, the shift position, and calibration information are stored. .
In addition, information such as the number of tires, motor torque constant, motor DC resistance, number of motor magnet poles, maximum power running current, maximum regenerative current, maximum target torque, maximum torque change, and maximum current change are stored in the memory of the motor module. Is stored.
When the system is started, the microcomputer of the host module reads this information, selects and runs appropriate software, and executes the processing in a distributed manner by the microcomputer of each module.
[0027]
For example, after the power is turned on and the reset is released, the host module checks the bus topology and sets an address for each device. Then, the device scripter of each device is obtained, and it is known that the bicycle is a front-wheel drive bicycle having a three-module configuration. Then, unique information stored in the non-volatile memory of each module is read from the host module, and parameters used in applications in the host module are initialized.
Then, isochronous transfer is started, and normal processing is started.
Here, examples of information communicated between the modules in the isochronous transfer include the following.
First, the target torque and the target current are included from the core module to the motor module. Further, the sensor module to the core module include a torque sensor value, an acceleration sensor value, a current transmission gear value, and the like. Further, the target transmission gear value is included from the core module to the sensor module.
[0028]
Next, a specific example of software exchange between the above-described vehicle controller unit and the motor unit will be described.
First, at startup, the vehicle controller unit obtains a torque constant from the motor unit. Also, during normal operation, the vehicle controller unit acquires the pedal depression force from the torque sensor.
When the assist ratio is 1: 1, the target current is calculated from the following equation because the target torque is the pedal effort.
Target current = Target torque / Torque constant Then, the target current obtained by this calculation is transmitted to the motor controller, and the motor controller controls the current of the motor by current feedback.
[0029]
Next, an extended example of this example will be described.
In the above-described example, the present invention has been described with respect to the electric assist bicycle. However, the module configuration described above can be used as it is in an electric vehicle such as an electric vehicle or an electric motorcycle. That is, in an electric vehicle, since the drive source is an electric motor, there are differences in the overall system configuration, horsepower, and the like (for example, the number of motor modules differs between a four-wheel drive vehicle and a two-wheel drive vehicle), Each functional element can be basically configured by a sensor module, a display module, and a motor module as in the above-described example.
Therefore, the above-described module configuration can be applied to vehicles other than bicycles as they are.
In the configuration in which the core module and the other modules are connected in a one-to-many connection as shown in FIG. 5, the number of sensor modules and motor modules can be easily increased or decreased according to the driving system of the vehicle. Therefore, the present invention can be easily implemented by increasing or decreasing the number of modules according to the vehicle to be applied, selecting appropriate unique information for each module, and appropriately selecting software of the system. Applicable to wheeled vehicles.
[0030]
FIG. 7 is a block diagram showing an example of such a system configuration.
First, FIG. 7A shows an example of a two-wheeled vehicle of a front wheel drive type or a rear wheel drive type having one motor module.
FIG. 7B shows an example of a two-wheel drive type four-wheeled vehicle having two motor modules, and FIG. 7C shows an example of an all-wheel drive type four-wheeled vehicle having four motor modules.
With such a system, the same motor module can be used, and each vehicle can operate by changing only the application software of the core module. Of course, a configuration having more motor modules and sensor modules is also possible.
In addition, when changing to a high-output motor even with the same front-wheel drive bicycle, changing the parameters such as the torque constant in the non-volatile memory of the motor module allows the motor to be changed without changing other modules at all. It is possible.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the electric vehicle of the present invention, a control circuit and a non-volatile memory are provided for each of a plurality of functional modules each having a specific function, and based on unique information stored in the non-volatile memory of each functional module. As a result, the control circuit of each function module executes a predetermined function operation, so that the processing load of the entire system can be distributed to the control circuit of each function module.
Therefore, the processing load of the entire system does not concentrate on a specific function module, and even if the functions of the entire system become complicated and sophisticated, there is no need to perform extremely complicated and high-speed processing. There is an effect that high functionality can be realized without using a microprocessor, and the cost can be reduced as a whole.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an appearance of an electric assist bicycle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a control system of the electric assist bicycle shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a vehicle controller provided in the control system illustrated in FIG. 2;
4 is a timing chart showing an operation example of an arbitration process when the battery unit of the control system shown in FIG. 2 is used.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a control system of an electrically assisted bicycle according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a specific example of unique information stored in each module of the electrically assisted bicycle according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing an example of system expansion of the electric vehicle according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main pipe, 2 ... Front wheel part, 3 ... Rear wheel part, 5 ... Seat, 6 ... Handle, 8 ... Front fork, 9 ... Rear fork, 10 ... Seat post, 11 ... Spindle, 12 Head pipe, 13 Pedal part, 14 Battery unit, 30 Vehicle controller unit, 31 Vehicle controller, 32 Key switch, 33 Fold switch, 34 Automatic transmission Unit, 35: Torque sensor, 36: Crank FG, 40: Display unit, 41: Display unit, 42: Operation switch, 43: Display controller, 50: Motor unit, 51: Motor , 52 ... motor driver, 53 ... motor controller.

Claims

それぞれ特定の機能を搭載した複数の機能モジュールと、
前記複数の機能モジュールを接続するシリアルインタフェースと、
前記複数の機能モジュールに電力供給を行う電源モジュールとを有し、
前記複数の機能モジュール毎に制御回路と不揮発性メモリを設け、各機能モジュールの不揮発性メモリに格納した固有情報に基づいて各機能モジュールの制御回路が所定の機能動作を実行するようにした、
ことを特徴とする電動車両。Multiple functional modules, each with a specific function,
A serial interface for connecting the plurality of function modules;
A power supply module for supplying power to the plurality of function modules,
A control circuit and a non-volatile memory are provided for each of the plurality of function modules, and the control circuit of each function module executes a predetermined function operation based on the unique information stored in the non-volatile memory of each function module.
An electric vehicle characterized by the above-mentioned.

前記機能モジュールには、車両走行のための駆動源となる駆動モータを含む少なくとも１つのモータモジュールと、車両の走行状態を検出するセンサを含む少なくとも１つのセンサモジュールと、車両の走行全体を制御するホストコントローラを含む少なくとも１つのコアモジュールとを含むことを特徴とする請求項１記載の電動車両。The functional modules include at least one motor module including a drive motor serving as a drive source for driving the vehicle, at least one sensor module including a sensor that detects a running state of the vehicle, and control the entire running of the vehicle. The electric vehicle according to claim 1, further comprising at least one core module including a host controller.

前記センサモジュールは、車両の走行状態を検出するセンサを含むことを特徴とする請求項２記載の電動車両。The electric vehicle according to claim 2, wherein the sensor module includes a sensor that detects a running state of the vehicle.

前記電池モジュールの電力はコアモジュールの電源回路を通して前記モータモジュール、及びセンサモジュールに供給されることを特徴とする請求項２記載の電動車両。The electric vehicle according to claim 2, wherein the electric power of the battery module is supplied to the motor module and the sensor module through a power supply circuit of a core module.

前記モータモジュール、及びセンサモジュールは、それぞれインタフェースデバイスコントローラを有し、各インタフェースデバイスコントローラが前記コアモジュールに設けられたインタフェースホストコントローラに並列に接続されていることを特徴とする請求項２記載の電動車両。The electric motor according to claim 2, wherein the motor module and the sensor module each have an interface device controller, and each interface device controller is connected in parallel to an interface host controller provided in the core module. vehicle.

前記電池モジュールはコアモジュール、モータモジュール、及びセンサモジュールに並列に接続され、各モジュール間で調停を行い、前記電池モジュールにアクセスして電力供給を受けるようにしたことを特徴とする請求項２記載の電動車両。3. The battery module according to claim 2, wherein the battery module is connected in parallel to the core module, the motor module, and the sensor module, arbitrates between the modules, accesses the battery module, and receives power supply. Electric vehicle.

前記コアモジュールは表示部及び操作部を含むユニットであることを特徴とする請求項２記載の電動車両。The electric vehicle according to claim 2, wherein the core module is a unit including a display unit and an operation unit.

前記駆動モータによってアシスト駆動を行う電動アシスト自転車であることを特徴とする請求項２記載の電動車両。The electric vehicle according to claim 2, wherein the electric vehicle is an electrically assisted bicycle that performs assist driving by the driving motor.

前記駆動モータによって４輪車の走行を行う電気自動車であることを特徴とする請求項２記載の電動車両。The electric vehicle according to claim 2, wherein the electric vehicle is an electric vehicle in which a four-wheeled vehicle runs by the drive motor.

前記駆動モータによって２輪車の走行を行う自動２輪車であることを特徴とする請求項２記載の電動車両。The electric vehicle according to claim 2, wherein the electric vehicle is a motorcycle in which the drive motor drives the motorcycle.