JP2008143330A - 電動補助自転車の駆動力制御装置及び電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】実用的な補助駆動力の大きさや機会を変えることなく航続距離をさらに延ばすことができる電動補助自転車の駆動力制御装置及び電動補助自転車を提供する。
【解決手段】補助駆動力制御部１０９は、傾斜角検出部１０５によって検出された傾斜角αに基づいて電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、電動補助自転車が平坦路を走行している場合よりも補助駆動力ｔａを低くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行路面の傾斜角に応じて電気モータが発生する補助駆動力を変化させる電動補助自転車の駆動力制御装置及び電動補助自転車に関する。

従来、乗り手がクランクペダルを漕ぐ力（以下、“人力トルク”と適宜省略する）に応じて電気モータのトルク（以下、“モータトルク”と適宜省略する）を制御し、所定の補助駆動力を発生する電動補助自転車が広く用いられている。

このような電動補助自転車の駆動力制御装置は、人力トルクを検出し、検出した人力トルクに応じてモータトルクを制御する制御信号を出力する。さらに、電動補助自転車の走行路面の傾斜角を検出し、上り坂における補助駆動力を平坦路よりも大きくする方法も知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−３４９６６号公報（第４頁、第５図）

しかしながら、上述した従来の電動補助自転車の駆動力制御装置には、次のような問題があった。すなわち、電動補助自転車は、電気モータや、電気モータの駆動に用いられるバッテリーの搭載によって一般的な自転車よりも重量が重くなっている。このため、バッテリーに蓄えられている電力の消耗によって補助駆動力が得られない場合、乗り手は、一般的な自転車よりも大きな力でクランクペダルを漕がなければならないといった問題があった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、実用的な補助駆動力の大きさや提供の機会を変えることなく航続距離をさらに延ばすことができる電動補助自転車の駆動力制御装置及び電動補助自転車を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、乗り手がクランク軸（クランク軸４０）に連結されたクランクペダル（クランクペダル４１）を漕ぐことによって発生する人力トルクを検出する人力トルク検出部（トルク検出部１０７）と、走行路面（路面Ｒ）の傾斜角（傾斜角α）を検出する傾斜角検出部（傾斜角検出部１０５）と、前記人力トルク検出部によって検出された前記人力トルク、及び前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に応じて、電気モータ（電気モータ１１１）が発生する補助駆動力（補助駆動力ｔａ）を制御する補助駆動力制御部（補助駆動力制御部１０９）とを備える電動補助自転車（電動補助自転車１０）の駆動力制御装置（駆動力制御装置１００）であって、前記補助駆動力制御部は、前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に基づいて前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記電動補助自転車が平坦路を走行している場合よりも前記補助駆動力を低くすることを要旨とする。

このような電動補助自転車の駆動力制御装置によれば、電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、電動補助自転車が平坦路を走行している場合よりも補助駆動力が低くなる。すなわち、電動補助自転車が下り坂を走行している場合、電気モータが発生するトルク（モータトルク）を低くすることよって、消費電力が抑制される。なお、補助駆動力が低くなるのは電動補助自転車下り坂を走行している場合であるため、乗り手は、補助駆動力の低下による違和感がない。つまり、このような電動補助自転車の駆動力制御装置によれば、実用的な補助駆動力の大きさや機会を変えることなく電動補助自転車の航続距離をさらに延ばすことができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記クランク軸の回転速度（クランク軸回転速度ＶＲ）を検出するクランク軸回転速度検出部（クランク軸回転速度検出部１０１）をさらに備え、前記補助駆動力制御部は、前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記クランク軸回転速度検出部によって検出された前記回転速度に基づいて、前記補助駆動力を低くするか否かを決定することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第２の特徴に係り、前記電動補助自転車の走行速度（走行速度Ｖ）を検出する走行速度検出部（走行速度検出部１０３）と、前記傾斜角、前記回転速度、前記走行速度及び前記補助駆動力が少なくとも対応付けられた制御マップを記憶する記憶部（記憶部１１５）とをさらに備え、前記補助駆動力制御部は、前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記記憶部に記憶された前記制御マップに基づいて前記補助駆動力を制御することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、路面（路面Ｒ）を転動する車輪（前輪２０，後輪３０）と、前記車輪の方向を操作するハンドル（ハンドル２１）と、クランク軸（クランク軸４０）と連結されたクランクペダル（クランクペダル４１）と、補助駆動力を発生する電気モータ（電気モータ１１１）と、乗り手が前記クランクペダルを漕ぐことによって発生する人力トルクを検出する人力トルク検出部（トルク検出部１０７）と、走行路面（路面Ｒ）の傾斜角を検出する傾斜角検出部（傾斜角検出部１０５）と、前記人力トルク検出部によって検出された前記人力トルク、及び前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に応じて、前記補助駆動力を制御する補助駆動力制御部（補助駆動力制御部１０９）とを備える電動補助自転車（電動補助自転車１０）であって、前記補助駆動力制御部は、前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に基づいて前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記電動補助自転車が平坦路を走行している場合よりも前記補助駆動力を低くすることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第２または第３の特徴に係る電動補助自転車の駆動力制御装置を備える電動補助自転車であることを要旨とする。

本発明の特徴によれば、実用的な補助駆動力の大きさや機会を変えることなく航続距離をさらに延ばすことができる電動補助自転車の駆動力制御装置及び電動補助自転車を提供することができる。

次に、本発明に係る電動補助自転車の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（電動補助自転車の構造）
図１は、本実施形態に係る電動補助自転車１０の右側面図である。図１に示すように、電動補助自転車１０は、路面Ｒを転動する前輪２０及び後輪３０を備える二輪車である。また、電動補助自転車１０は、ハンドル２１、クランク軸４０及び駆動力制御装置１００を備える。

ハンドル２１は、乗り手によって把持され、前輪２０の方向を操作するために用いられる。クランク軸４０には、クランクペダル４１が連結される。クランクペダル４１を乗り手が漕ぐ力（人力トルク）ことによってクランク軸４０が回転し、チェーン４２を介して後輪３０に駆動力が伝達される。

駆動力制御装置１００は、クランクペダル４１を乗り手が漕ぐ力（人力トルク）に応じて、電気モータ１１１のトルク（モータトルク）を制御し、所定の補助駆動力ｔａを発生させる。駆動力制御装置１００及び電気モータ１１１は、前輪２０の上方に配設されたバッテリー５０と接続される。

（電動補助自転車の駆動力制御装置の機能ブロック構成）
図２は、駆動力制御装置１００の機能ブロック構成図である。図２に示すように、駆動力制御装置１００は、クランク軸回転速度検出部１０１、走行速度検出部１０３、傾斜角検出部１０５、トルク検出部１０７、補助駆動力制御部１０９、電気モータ１１１、変速ギア部１１３及び記憶部１１５を備える。

クランク軸回転速度検出部１０１は、クランク軸４０のクランク軸回転速度ＶＲを検出する。具体的には、クランク軸回転速度検出部１０１は、クランク軸回転速度ＶＲを検出するセンサを有し、当該センサが検出したクランク軸回転速度ＶＲを補助駆動力制御部１０９に出力する。

走行速度検出部１０３は、電動補助自転車１０の走行速度Ｖを検出する。具体的には、走行速度検出部１０３は、後輪３０（または前輪２０）の回転速度を検出するセンサを有し、当該センサが検出した後輪３０の回転速度を補助駆動力制御部１０９に出力する。なお、補助駆動力制御部１０９は、走行速度検出部１０３から出力された後輪３０の回転速度に基づいて、電動補助自転車１０の走行速度Ｖを演算する。

傾斜角検出部１０５は、電動補助自転車１０が走行する路面Ｒ（走行路面）の傾斜角αを検出する。具体的には、傾斜角検出部１０５は、傾斜角αを検出するセンサを有し、当該センサが検出した傾斜角αを補助駆動力制御部１０９に出力する。

トルク検出部１０７は、後輪３０に伝達される駆動力（駆動トルク）を検出する。具体的には、トルク検出部１０７は、人力トルク及びモータトルクの合計トルクを検出する。本実施形態において、トルク検出部１０７は、人力トルク検出部を構成する。

補助駆動力制御部１０９は、クランクペダル４１を乗り手が漕ぐ力（人力トルク）に応じて、電気モータ１１１のトルク（モータトルク）を制御し、所定の補助駆動力ｔａを発生させる。具体的には、補助駆動力制御部１０９は、トルク検出部１０７によって検出された合計トルクに基づいて人力トルクを演算し、演算した人力トルクに応じてモータトルクを制御する制御信号を電気モータ１１１に出力する。

特に、本実施形態では、補助駆動力制御部１０９は、人力トルク、及び傾斜角検出部１０５によって検出された傾斜角αに応じて、補助駆動力ｔａを制御する。具体的には、補助駆動力制御部１０９は、傾斜角検出部１０５によって検出された傾斜角αに基づいて電動補助自転車１０が下り坂を走行していると判定した場合、電動補助自転車１０が平坦路を走行している場合よりも補助駆動力ｔａを低くする。つまり、補助駆動力制御部１０９は、電動補助自転車１０が下り坂を走行している場合、電気モータ１１１が発生するトルク（モータトルク）を低くし、消費電力を抑制する。

また、補助駆動力制御部１０９は、電動補助自転車１０が下り坂を走行していると判定した場合、クランク軸回転速度検出部１０１によって検出されたクランク軸回転速度ＶＲに基づいて、補助駆動力ｔａを低くするか否かを決定することができる。つまり、補助駆動力制御部１０９は、電動補助自転車１０が下り坂を走行している場合でも、乗り手がクランクペダル４１を所定の速度以上で漕いでいる場合、平坦路と同様の補助駆動力ｔａを発生させる。

また、本実施形態では、補助駆動力制御部１０９は、電動補助自転車１０が下り坂を走行していると判定した場合、記憶部１１５に記憶された制御マップに基づいて補助駆動力ｔａを制御する。

ここで、図４は、記憶部１１５に記憶される制御マップの一例を示す。図４に示すように、制御マップでは、傾斜角α（下り方向）、クランク軸回転速度Ｖ_Ｒ、走行速度Ｖ及び補助駆動力ｔ_ａが対応付けられる。

図４に示す例では、平坦路の走行時に用いられる制御マップＭ１１〜Ｍ１３、及び下り坂の走行時に用いられる制御マップＭ２１が設定されている。制御マップＭ２１では、傾斜角αの値が下り坂を示す場合（所定の大きさ以上の負の値である場合）、制御マップＭ１１〜Ｍ１３と比較して、補助駆動力ｔａが減らされている。また、制御マップＭ１１〜Ｍ１３は、電動補助自転車１０のユーザによって選択できるようにしてもよい。

補助駆動力制御部１０９は、クランク軸回転速度検出部１０１によって検出されたクランク軸回転速度Ｖ_Ｒに基づいて、制御マップＭ２１を用いるか否かを判定する。具体的には、補助駆動力制御部１０９は、クランク軸回転速度Ｖ_Ｒの変化量が所定の大きさ以上の場合、制御マップＭ２１を用いる。

なお、制御マップには、傾斜角α、クランク軸回転速度ＶＲ、走行速度Ｖ及び補助駆動力ｔａに加えて、トルク検出部１０７によって検出された人力トルクを対応付けてもよい。

電気モータ１１１は、補助駆動力制御部１０９から出力された制御信号に基づいて、補助駆動力ｔａを発生する。電気モータ１１１は、チェーン４２と係合しており、チェーン４２を介して後輪３０に補助駆動力ｔａが伝達される。

変速ギア部１１３は、電気モータ１１１の回転速度を変速する。具体的には、変速ギア部１１３は、電気モータ１１１の回転速度を減速する。なお、変速ギア部１１３は、減速比の異なる複数のギアで構成してもよい。

記憶部１１５は、図４に示した制御マップを記憶する。具体的には、記憶部１１５は、不揮発性のＲＡＭによって構成される。

（電動補助自転車の駆動力制御装置の動作）
次に、駆動力制御装置１００の動作について説明する。具体的には、電動補助自転車１０が下り坂を走行していると判定した場合、電動補助自転車１０が平坦路を走行している場合よりも補助駆動力ｔａを低くする動作について説明する。

図３は、駆動力制御装置１００の動作フロー図である。図３に示すように、ステップＳ１０において、駆動力制御装置１００は、人力トルクを検出する。具体的には、駆動力制御装置１００は、トルク検出部１０７が検出した人力トルク及びモータトルクの合計トルクに基づいて人力トルクを演算する。

ステップＳ２０において、駆動力制御装置１００は、電動補助自転車１０が走行する路面Ｒの傾斜角αを検出する。ステップＳ３０において、駆動力制御装置１００は、クランク軸回転速度ＶＲを検出する。ステップＳ４０において、駆動力制御装置１００は、走行速度Ｖを検出する。なお、ステップＳ１０〜Ｓ４０の処理は、時系列ではなく、同時に実行されても構わない。

ステップＳ５０において、駆動力制御装置１００は、検出した傾斜角αに基づいて、電動補助自転車１０が下り坂を走行中であるか否かを判定する。なお、駆動力制御装置１００は、傾斜角αに加え、走行速度Ｖが所定の値以上の場合、下り坂を走行中であると判定してもよい。

電動補助自転車１０が下り坂を走行中である場合（ステップＳ５０のＹＥＳ）、ステップＳ６０において、駆動力制御装置１００は、制御マップを参照する。具体的には、駆動力制御装置１００は、検出した傾斜角α及びクランク軸回転速度Ｖ_Ｒに基づいて、下り坂の走行時に用いられる制御マップＭ２１（図４参照）を用いるか否かを判定する。ここでは、制御マップＭ２１が選択されたものとする。

ステップＳ７０において、駆動力制御装置１００は、参照した制御マップＭ２１に基づいて、補助駆動力ｔａを低くする必要があるか否かを判定する。

補助駆動力ｔａを低くする必要がある場合（ステップＳ７０のＹＥＳ）、ステップＳ８０において、駆動力制御装置１００は、補助駆動力ｔａを低くする。具体的には、駆動力制御装置１００は、電気モータ１１１のトルク（モータトルク）を、電動補助自転車１０が平坦路を走行している場合よりも低くする。

（作用・効果）
駆動力制御装置１００によれば、電動補助自転車１０が下り坂を走行していると判定した場合、電動補助自転車１０が平坦路を走行している場合よりも補助駆動力ｔａが低くなる。すなわち、電動補助自転車１０が下り坂を走行している場合、電気モータ１１１が発生するトルク（モータトルク）を低くすることよって、消費電力が抑制される。なお、補助駆動力ｔａが低くなるのは電動補助自転車１０が下り坂を走行している場合であるため、乗り手は、補助駆動力ｔａの低下による違和感がない。つまり、駆動力制御装置１００によれば、実用的な補助駆動力ｔａの大きさや機会を変えることなく電動補助自転車１０の航続距離をさらに延ばすことができる。

さらに、電気モータ１１１による消費電力が抑制されるため、より小型、軽量なバッテリー５０を用いることができる。また、電気モータ１１１による消費電力が抑制されるため、バッテリー５０の消耗状態に応じて乗り手が通常モード（パワーモード）と省電力モードとを切り替えるモード切替部を設ける必要がない。

本実施形態では、駆動力制御装置１００は、クランク軸回転速度ＶＲに基づいて、補助駆動力ｔａを低くするか否かを決定することができる。具体的には、電動補助自転車１０が下り坂を走行している場合でも、乗り手がクランクペダル４１を所定の速度以上で漕いでいる場合、平坦路と同様の補助駆動力ｔａを発生させることができる。

つまり、電動補助自転車１０が下り坂を走行している場合でも、乗り手が補助駆動力ｔａを必要としている場合には、平坦路と同様の補助駆動力ｔａを発生させることができる。

本実施形態では、駆動力制御装置１００は、記憶部１１５に記憶された制御マップに基づいて補助駆動力ｔａを制御する。このため、記憶部１１５に記憶される制御マップの内容を書き換えることによって、容易に補助駆動力ｔａの制御パターンを変更することができる。

（その他の実施形態）
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上述した実施形態では、不揮発性のＲＡＭによって構成される記憶部１１５制御マップが記憶されていたが、記憶部１１５をＲＯＭによって構成してもよい。また、上述した実施形態では、前輪２０と後輪３０とを備える二輪車を例として説明したが、本発明は、二輪車以外の電動補助自転車、例えば三輪を備える電動補助自転車にも勿論適用することができる。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る電動補助自転車の右側面図である。 本発明の実施形態に係る駆動力制御装置の機能ブロック構成図である。 本発明の実施形態に係る駆動力制御装置の動作フロー図である。 本発明の実施形態に係る駆動力制御装置において用いられる制御マップの一例を示す図である。

符号の説明

１０…電動補助自転車、２０…前輪、２１…ハンドル、３０…後輪、４０…クランク軸、４１…クランクペダル、４２…チェーン、５０…バッテリー、１００…駆動力制御装置、１０１…クランク軸回転速度検出部、１０３…走行速度検出部、１０５…傾斜角検出部、１０７…トルク検出部、１０９…補助駆動力制御部、１１１…電気モータ、１１３…変速ギア部、１１５…記憶部、Ｍ１１〜Ｍ１３，Ｍ２１…制御マップ、Ｒ…路面

Claims (5)

1. 乗り手がクランク軸に連結されたクランクペダルを漕ぐことによって発生する人力トルクを検出する人力トルク検出部と、
   走行路面の傾斜角を検出する傾斜角検出部と、
   前記人力トルク検出部によって検出された前記人力トルク、及び前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に応じて、電気モータが発生する補助駆動力を制御する補助駆動力制御部と
   を備える電動補助自転車の駆動力制御装置であって、
   前記補助駆動力制御部は、前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に基づいて前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記電動補助自転車が平坦路を走行している場合よりも前記補助駆動力を低くする電動補助自転車の駆動力制御装置。
2. 前記クランク軸の回転速度を検出するクランク軸回転速度検出部をさらに備え、
   前記補助駆動力制御部は、前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記クランク軸回転速度検出部によって検出された前記回転速度に基づいて、前記補助駆動力を低くするか否かを決定する請求項１に記載の電動補助自転車の駆動力制御装置。
3. 前記電動補助自転車の走行速度を検出する走行速度検出部と、
   前記傾斜角、前記回転速度、前記走行速度及び前記補助駆動力が少なくとも対応付けられた制御マップを記憶する記憶部と
   をさらに備え、
   前記補助駆動力制御部は、前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記記憶部に記憶された前記制御マップに基づいて前記補助駆動力を制御する請求項２に記載の電動補助自転車の駆動力制御装置。
4. 路面を転動する車輪と、
   前記車輪の方向を操作するハンドルと、
   クランク軸と連結されたクランクペダルと、
   補助駆動力を発生する電気モータと、
   乗り手が前記クランクペダルを漕ぐことによって発生する人力トルクを検出する人力トルク検出部と、
   走行路面の傾斜角を検出する傾斜角検出部と、
   前記人力トルク検出部によって検出された前記人力トルク、及び前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に応じて、前記補助駆動力を制御する補助駆動力制御部と
   を備える電動補助自転車であって、
   前記補助駆動力制御部は、前記傾斜角検出部によって検出された前記傾斜角に基づいて前記電動補助自転車が下り坂を走行していると判定した場合、前記電動補助自転車が平坦路を走行している場合よりも前記補助駆動力を低くする電動補助自転車。
5. 請求項２または３の何れかの電動補助自転車の駆動力制御装置を備える電動補助自転車。

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