JP2013121797A - 電動補助自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクの高回転時に際しても、ペダル踏力に対して効率良好にモータによる入力トルクが付与可能な構成を備えた電動補助自転車を得る。
【解決手段】ペダルに生じる踏力を検出する踏力センサ２と、前記踏力センサ２の出力に応じて駆動力の補助を行うモータ５と、前記ペダルが連結されるクランク軸の角度を検出するクランク角センサ３とを備えた電動補助自転車において、前記クランク角からクランク軸の回転数を算出するクランク回転数算出手段１４を有し、前記クランク回転数算出手段（１４）で算出されるクランク回転数が所定値以上の場合に、前記クランク角センサ３で検出されたクランク角の位相に応じ、前記踏力センサ２により検出された踏力（クランク軸の回転トルク値ｆ）に対して設定された駆動力アシスト量を前記モータ５に発生させるアシスト量制御部１０を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、人がペダルを漕ぐことで生じる踏力に対して、踏力による駆動力を補助するためのモータを備えた電動補助自転車に関し、特に、ペダルの高回転時において効率良好にモータによる補助を可能とした電動補助自転車に関する。

電動補助自転車は、ペダルに生じる踏力を検出する踏力センサと、前記踏力センサの出力に応じて駆動力の補助を行うモータと、ペダルが連結されるクランク軸の角度を検出するクランク角センサと、クランク軸の回転数を検出するクランク回転数センサを備えて構成されている。

例えば、特許文献１に示されるように、クランク軸の回転周期を判定し、入力された踏力に対して所定値をかけた値で補助トルクを発生させ、検出トルクの周期変動を小さく、モータの駆動電流を小さくして踏力ゼロ近傍でのトルクの抜け感を防止する構成が提案されている。

特開２００４−３１４７５３号公報

しかしながら上述の構成によれば、回転周期に合わせ踏力に付加したトルク（入力トルク）を与えているが、クランク軸の回転数が高くなった高回転時などの際には、回転周期と入力トルクとの位相差が発生する。
例えば、図７に示すクランク軸７１に対するペダルの上死点を０度とした場合の自転車のぺダリングは、クランク軸７１の低回転時においては、図８（ａ）に示すように、クランク角度（位相）を示す横軸に対して、人間によるペダル踏力（縦軸）は、９０度でピーク値を示すような関係となる。一方、クランク軸７１の高回転時においては、人間がペダルに与える踏力は無意識に遅れる傾向にあるため、図８（ｂ）に示すように、クランク角度が１３５度付近にペダル踏力のピーク値が検出される。

ペダル踏力のピーク値が遅れた状態で回転周期に応じた踏力のアシストを行う場合、踏力とアシスト駆動力との合成によるトルクピーク値が９０度より遅れてしまうため、ペダル踏力に対して効率良くモータによる入力トルクを付与できず、踏力のアシストを行うペダル効率が低下するという課題が存在した。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、電動補助自転車においてクランクの高回転時に際しても、ペダル踏力に対して効率良好にモータによる入力トルクを付与可能な機構を備えた電動補助自転車を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１は、ペダルに生じる踏力を検出する踏力センサ（２）と、前記踏力センサ（２）の出力に応じて駆動力の補助を行うモータ（５）と、前記ペダルが連結されるクランク軸のクランク角を検出するクランク角センサ（３）とを備えた電動補助自転車において、前記クランク角からクランク軸の回転数を算出するクランク回転数算出手段（１４）を有し、前記クランク回転数算出手段（１４）で算出されるクランク回転数が所定値（第２閾値）以上の場合に、前記クランク角センサ（４）で検出されたクランク角の位相に応じ、前記踏力センサ（２）により検出された踏力（クランク軸の回転トルク値ｆ）に対して設定された駆動力アシスト量を前記モータ（５）に発生させるアシスト量制御部（１０）を有することを特徴としている。

請求項２は、請求項１の電動補助自転車において、前記踏力に対して設定された駆動力アシスト量は、当該駆動力アシスト量と前記踏力との合成トルクが、前記クランク軸によるペダル上死点を０度とする場合に９０度の位相でトルクピーク値が生じるように設定されることを特徴としている。

請求項３は、請求項２の電動補助自転車において、前記駆動力アシスト量は、クランク軸の前回回転における踏力のトルク曲線を検出し、ペダル上死点とペダル下死点との中間位置とトルクピーク値との位相差がある場合に、前記合成トルクのトルクピーク値が前記位相差を相殺するような駆動力アシスト量及び位相で付与されることを特徴としている。

請求項４は、請求項３の電動補助自転車において、前記アシスト量制御部は、前記位相差がある場合において、前記駆動力アシスト量の設定を継続して実行することを特徴としている。

請求項５は、請求項２の電動補助自転車において、前記駆動力アシスト量は、クランク回転数と位相との関係が記憶されたマップに従って決定される位相と、前記踏力（クランク軸の回転トルク値ｆ）を基に算出される駆動力で設定することを特徴としている。

請求項６は、請求項３の電動補助自転車において、前記アシスト量制御部は、前記位相差の誤検出を検証する手段を備え、誤検出検証時には、前記クランク角センサで検出されたクランク角の位相に応じて前記踏力センサにより算出された踏力（例えば、センサ検出踏力、又は、踏力実効値）に比例した駆動力アシスト量を発生させることを特徴としている。

請求項７は、請求項１の電動補助自転車において、前記アシスト量制御部は、クランク回転数が所定値未満の場合に、前記クランク角センサで検出されたクランク角の位相に応じて前記踏力センサにより算出された踏力（例えば、センサ検出踏力、又は、踏力実効値）に比例した駆動力アシスト量を発生させることを特徴としている。

請求項１の構成によれば、高回転時において位相に応じて、踏力（クランク軸の回転トルク値ｆ）に対して設定された駆動力アシスト量が付与されることで、踏力に対してトルクピーク値発生時の補正を行って周期入力のずれを無くすとともに、低回転時のアシスト量の入力に対しては、よりダイレクト感を出した駆動力の付与を行うことができる。

請求項２の構成によれば、駆動力アシスト量と踏力との合成トルクが、クランク軸によるペダル上死点を０度とする場合に９０度の位相でトルクピーク値が生じるように駆動力アシスト量が設定されることで、最も踏力が必要な位相においてトルクピーク値を設定でき、クランク軸の高回転時においてモータによる駆動力の理想的なアシストを行うことができる。

請求項３の構成によれば、駆動力アシスト量は、クランク軸の前回回転における踏力のトルク曲線を検出し、ペダル上死点とペダル下死点との中間位置とトルクピーク値との位相差がある場合に、合成トルクのトルクピーク値が前記位相差を相殺するような駆動力及び位相で付与されることで、クランク軸の高回転時においてモータによる駆動力の理想的なアシストを行うことができる。

請求項４の構成によれば、踏力のトルクピーク値の位相が９０度に対して位相差がある場合に、アシスト量の入力を継続して実行することで、モータによる駆動力の理想的なアシストに近づけることができる。

請求項５の構成によれば、駆動力アシスト量は、クランク回転数と位相との関係が記憶されたマップに従って決定される位相と、踏力（クランク軸の回転トルク値ｆ）を基に算出される駆動力で設定することにより、クランク軸の高回転時においてモータによる駆動力の理想的なアシストを行うことができる。

請求項６の構成によれば、アシスト量制御部が位相差の誤検出を検証する手段を備えることで、誤検出検証時には通常の位相での駆動力アシストを付与することができる。

請求項７の構成によれば、クランク回転数が低い領域では、周期入力と理想的なトルクピーク値発生時とのずれが小さいので、アシスト量制御部において踏力センサにより算出された踏力（例えば、センサ検出踏力、又は、踏力実効値）に比例した駆動力アシスト量を付与することで、ペダルを踏んだと同時にアシストされる感じが損なわれないように制御することができる。

電動補助自転車の側面説明図である。 電動補助自転車のアシスト駆動力制御装置のブロック図である。 アシスト駆動力制御装置を構成する駆動力アシスト量設定手段のブロック図である。 駆動力アシスト量設定手段におけるアシスト位相及びアシスト量の設定手順を説明するためのフローチャート図である。 クランク軸の位相に対するペダル踏力のトルク曲線と駆動アシスト量のトルク曲線との関係を示すグラフ図である。 位相差誤検出検証手段における検証手順について、（ａ）はフィードフォワード制御、（ｂ）はフィードバック制御に対応するフローチャート図である。 クランク軸の位相を説明するためのモデル図である。 （ａ）（ｂ）はクランク軸の位相に対する踏力トルク曲線を示すもので、（ａ）は低回転時、（ｂ）は高回転時を示すグラフ図である。

本発明の電動補助自転車の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の特徴的な構成であるアシスト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。アシスト駆動力制御装置は、ペダル高回転時、特に連続して高回転でペダルを漕ぐような場面において、モータによる駆動力のアシストを効率良く行うための装置である。

電動補助自転車５０は、車体前方に位置するヘッドパイプ５１と、該ヘッドパイプ５１から後方かつ下方に延びるダウンフレーム５２と、ダウンフレーム５２の後端から上方に立ち上がるシートパイプ５３とを備える。ヘッドパイプ５１には、下方に延びるフロントフォーク５４が操舵可能に接続され、このフロントフォーク５４の下端には前輪ＷＦが軸支されている。前輪ＷＦには、電動補助自転車５０の車速を検出するための車速センサ１が配設されている。ヘッドパイプ５１の上方にはハンドル５５が設けられている。

ダウンフレーム５２の後端には、後方に延びるリヤフォーク５６が配設され、このリヤフォーク５６の後端に後輪ＷＲが軸支されている。また、シートパイプ５３の上部とリヤフォーク５６の後部との間には、左右一対のステー５７が配設されている。

ダウンフレーム５２及びリヤフォーク５６には、アシスト駆動ユニット６１が支持されている。シートパイプ５３には、上端にシート５８を有するシートポスト５９がシート５８の上下位置を調整可能に装着されている。シートパイプ５３の後方には、アシスト駆動ユニット６０に電力を供給するためのバッテリ６２が着脱可能にシートパイプ５３のステー６３に取り付けられている。

クランク軸７１は、アシスト駆動ユニット６０及びスプロケット（出力部）６４に貫通して車体の幅方向に延びるように設けられ、クランク軸７１の両側には、ペダル７２Ｌを有するクランク７３Ｌ、ペダル７２Ｒを有するクランク７３Ｒが接続されている。運転者がペダル７２Ｌ，７２Ｒを漕ぐことにより、クランク軸７１に回転トルク（動力）が与えられる。クランク軸７１に与えられた回転トルクに起因してスプロケット６４が回転し、スプロケット６４の回転は、チェーン６５を介して後輪ＷＲ側のスプロケット６６に伝達されて後輪ＷＲが回転する。

クランク軸７１に与えられた回転トルク値ｆを検出する踏力センサ（磁歪式トルクセンサ）２は、クランク軸３８上に配置される。なお、踏力センサ２は、所定の周期でクランク軸７１の回転トルク値ｆを検出する。
運転者によりクランク軸７１に与えられるペダル踏力（回転トルク値ｆ）は、図７に示すように、運転者がペダル７２を漕いだときに発生する踏力Ｆの回転方向の分力であり、実際に運転者がペダルに与えた踏力（踏力実効値）Ｆとは異なる。回転トルク値ｆと踏力Ｆとは、回転トルク値ｆ＝踏力Ｆ×ｃｏｓθの関係式で表すことができる。運転者は、ペダル７２Ｌ，７２Ｒを漕ぐときには、ペダル７２Ｌ，７２Ｒを鉛直方向に踏むので、踏力Ｆの方向は鉛直方向となる。
また、クランク軸７１の近傍位置には、クランク軸７１に連結されるクランク７３のクランク角度を検出するクランク角センサ３が装着されている。

アシスト駆動ユニット６０は、モータ５と、モータ５を駆動させるモータ駆動回路（駆動ドライバ）と、踏力センサ２によって検出された回転トルク値ｆに基づいてモータ駆動回路のＰＷＭ制御を行うアシスト量制御部１０と、モータ５のモータ駆動軸６７から駆動力が伝達されて回転するアシストスプロケット６１とをケース内に一体的に保持して構成される。アシストスプロケット６１にはチェーン６５が取り付けられることで、アシスト駆動ユニット６０は、モータ５の駆動力を前記駆動系機構に伝達する。

アシスト制御部１０は、踏力センサ２によって検出された回転トルク値ｆを基に算出したアシストトルク（アシスト力）をモータ５が発生するように、モータ駆動回路をＰＷＭ制御する（アシスト制御を行う）。
アシストトルク（アシスト力）は、クランク軸の高回転時と低回転時とは、回転トルク値ｆに対して異なる手順で算出される。すなわち、クランク軸の高回転時においては、回転トルク値ｆを基にアシストトルクを算出し、低回転時においては、回転トルク値ｆから運転者が鉛直方向にペダルに対して与える踏力（踏力実効値）Ｆを算出し、踏力Ｆに対して所定値となるアシストトルクを算出する。クランク軸の高回転時及び低回転時におけるアシストトルクの算出手順の詳細については後述する。

モータ５が発生したアシストトルクは、アシストスプロケット６１を介してチェーン６５に伝達される。したがって、運転者がペダル７２Ｌ，７２Ｒを漕ぐことによって、クランク軸７１に与えられた回転トルクｆ（駆動力）とモータ５が発生したアシストトルクとが、チェーン６５を介して後輪側のスプロケット６６に伝達され、後輪ＷＲが回転する。なお、アシストスプロケット６１の後方には、チェーン６５の巻き付け角を大きく取るためのアイドラ６８が設けられている。

また、アシスト駆動ユニット６０は、電動補助自転車５０が前に進む方向（正方向）に、ペダル７２Ｌ，７２Ｒを漕いだ場合にスプロケット６４を回転させ、正方向とは反対の方向にペダル７２Ｌ，７２Ｒを漕いだ場合にスプロケット６４を回転させない機構を有している。

次に、電動補助自転車のアシスト駆動力制御装置について、図２及び図３のブロック図を参照して説明する。
このトルク制御装置は、図２に示すように、電動補助自転車の車速を検出する車速センサ１と、ペダルに生じる踏力（回転トルク値）を検出する踏力センサ２と、前記ペダルが連結されるクランク軸の角度を検出するクランク角センサ３と、前記踏力センサ２の出力に応じて駆動力の補助を行うモータ５と、駆動力のアシスト量を制御するアシスト量制御部１０と、アシスト量制御部１０からの駆動信号に基づいてモータ５の駆動を行うモータ駆動回路６を備えて構成されている。

アシスト量制御部１０は、車速センサ１からの信号を基に車速及び車速変化量を算出する車速・変化量算出手段１１と、踏力センサ２からの信号を基に踏力実効値を検出する踏力実効値検出手段１２と、クランク角センサ３からの信号を基にクランク角度を検出するクランク角検出手段１３と、クランク角センサ３からの信号を基にクランク回転数及びクランク回転数変化量を算出するクランク回転数・変化量算出手段１４と、車速・変化量算出手段１１からの車速及び車速変化量，踏力実効値検出手段１１からの回転トルク値及び踏力実効値，クランク角検出手段１３からのクランク角度，クランク回転数・変化量算出手段１４からのクランク回転数及びクランク回転数変化量から駆動力アシスト量を設定する駆動力アシスト量設定手段２０を備えている。

車速・変化量算出手段１１は、車速センサ１からの信号を一定期間毎に入力して車速を計算するとともに、一定時間毎に車速変化を算出する。
クランク角検出手段１３は、クランク角センサ３からの信号を一定期間毎に入力し、現時点でのクランク角度を検出する。
クランク回転数・変化量算出手段１４は、クランク角センサ３からの信号を一定期間毎に入力してクランク回転数を算出するとともに、一定時間毎にクランク回転数変化量を算出する。

踏力実効値検出手段１２は、踏力センサ２で検出された走行中のペダル踏力（クランク軸に対して直角方向に作用する回転トルク値ｆ）から、鉛直方向下方に働く力である踏力実効値（実際に運転者がペダル７２に与えた踏力）Ｆを推定して検出する。尚、踏力実効値検出手段１２を設けることなく、踏力センサ２の出力値（回転トルク値）のみを使用しても良い。
駆動力アシスト量設定手段２０は、クランク角の位相に応じ、踏力センサ２で検出された回転トルク値又は踏力実効値検出手段１２により算出された踏力実効値に対して所定値となる駆動力アシスト量を設定する。

駆動力アシスト量設定手段２０は、ペダルに生じる踏力実効値（又は、踏力センサ２の出力値）を記憶する踏力記憶手段２１と、クランク回転数，クランク角，回転トルク値又は踏力実効値から駆動力アシスト量を計算するアシスト量計算手段２２と、計算した駆動力アシスト量に対応する電流値を計算するトルク−電流値計算手段２３と、電流値のデューティ比を算出するデューティ比計算手段２４と、位相差誤検出検証手段２５とを備えている（図３）。駆動力アシスト量設定手段２０は、例えばＣＰＵから構成され、予め設定されたプログラム又はハード回路により、前記した各手段が実行される。

踏力記憶手段２１は、クランク軸の数周期分に対するペダル踏力（回転トルク値）を一定間隔毎に順次記憶している。
アシスト量計算手段２２は、クランク軸の高回転時において、クランク軸の前回回転におけるペダル踏力（回転トルク値）からトルク曲線を検出し、このトルク曲線において、ペダル上死点とペダル下死点との中間位置とトルクピーク値との位相差を算出するとともに、ペダル踏力（回転トルク値）から駆動力アシスト量（踏力に対して所定値となる駆動力アシスト量）として必要な加工トルク値を算出する。すなわち、この加工トルク値は、駆動力アシスト量とペダル踏力との合成トルクが、クランク軸によるペダル上死点を０度とする場合に９０度の位相でトルクピーク値が生じるように設定される。具体的な加工トルク値の算出の仕方については後述する。

トルク−電流値計算手段２３は、加工トルク値を入力し、加工トルク値に応じた電流指令値が算出される。
デューティ計算手段２４は、駆動パルスのデューティ比が算出され、ＰＷＭ出力としてモータ駆動回路６に出力される。

モータ駆動回路６では、ＰＷＭ出力に応じてトルク制御が行われてモータ５が駆動される。モータ駆動回路６は、複数相（ＵＶＷの３相）の各スイッチング素子を有し、アシスト制御部１０は、決められたデューティ比でＵＶＷ相の各スイッチング素子をオン・オフ制御することで、モータ駆動回路６をＰＷＭ制御する。このＰＷＭ制御により、モータ駆動回路６は、バッテリ６２の直流電力を３相交流電力に変換して、３相の交流電流をモータ５のＵ相のステータコイル、Ｖ相のステータコイル、Ｗ相のステータコイルに通電し、モータ５のモータ駆動軸６７が回転する。

ＭＡＰ記憶手段２５は、アシスト量計算手段２２において駆動力アシストを付与する際のアシスト位相を推定して提供するもので、回転数と位相との関係が予め設定されたマップが記憶されている。

位相差誤検出検証手段２６は、推定されたアシスト位相が理論上ありえない値である場合に、位相差の誤検出として認識するようになっている。誤検出か否かの検証は、例えば検出されたクランク角度の位相に対して、アシスト位相に９０度以上の位相差が生じているかどうかを判断し、９０度以上の位相差がある場合に誤検出と認識する。この場合は、誤検出のための閾値を９０度に設定して検証判断を行えばよい。

続いて、駆動力アシスト量設定手段２０での駆動力アシスト量を設定する手順について、図４を参照しながら説明する。
電動補助自転車の走行時において、アシスト走行のモードが選択されている場合（ステップ１００）、先ず、クランク回転数・変化量算出手段１４から入力されるペダル回転数変化量、又は、車速・車速変化量算出手段１１から入力される車速変化量と、所定値に設定された第１閾値との比較を行う（ステップ１０１）。この値（変化量）が第１閾値以上である場合には、ペダルを高回転で連続して漕がない場合や、ブレーキ操作による速度を減速している場合が想定されるので、ペダル高回転時の制御に適していないと判断し、通常時（低回転時）のアシスト制御（通常アシスト制御）が行われる。

通常アシスト制御では、踏力実効値が計算され（ステップ２０１）、踏力実効値に比例したアシスト量が踏力比例制御で計算され（ステップ２０２）、踏力実効値に比例するトルクピーク値で駆動力（加工トルク値）が付与される。また、通常アシスト制御の場合においても、踏力実効値でなく踏力センサ２の出力値（回転トルク値）のみを使用する場合は、回転トルク値に比例するトルクピーク値で駆動力（加工トルク値）が付与される。
また、通常アシスト制御では、踏力比例制御に代えて、車速比例制御によりアシスト量を算出しても良い。

一方、ペダル回転数又は車速の変化量が第１閾値未満である場合、踏力センサ２で検出されたペダル踏力（回転トルク値）が踏力記憶手段２１に保存される（ステップ１０２）。
次に、クランク回転数算出手段１４から順次入力されるペダル回転数（クランク回転数）と第２閾値との比較を行う（ステップ１０３）。第２閾値（ペダル回転数）は、例えば通常走行では発生しない７０回転／分としている。

ペダル回転数が第２閾値未満である場合には、ペダルが高回転で回転していないと判断し、通常時（低回転時）のアシスト制御が行われる（ステップ２０１、２０２）。
ペダル回転数が第２閾値以上である場合には、ペダルが高回転で回転していると判断し、先ず現時点でのクランク角度を検出する（ステップ１０４）。続いて、クランク回転数を計算する（ステップ１０５）。

次に、検出したクランク角とクランク回転数から駆動力を付与すべき位相（アシスト位相）の計算（ステップ１０６）、前回周期のペダル踏力（回転トルク値）の呼び出し（ステップ１０７）、アシスト量の計算（ステップ１０８）が一連の処理で行われる。
例えば、回転数−位相のマップによりアシスト位相が推定されるフィードフォワード制御の場合は、検出されたクランク回転数から、ＭＡＰ記憶手段２５のマップを使用してクランク回転数に対応するアシスト位相を求め、駆動力アシストのアシスト量を予め決められた算出式で求めることが行われる。この場合におけるアシスト位相及びアシスト量は、駆動力アシスト量とペダル踏力との合成トルクが、クランク軸７１によるペダル上死点を０度とする場合に９０度（２７０度）の位相でトルクピーク値が生じるように設定されている。

また、前回周期に発生するペダル踏力（回転トルク値）を考慮してアシスト位相及びアシスト量が決定されるフィードバック制御の場合は、例えばクランク軸の高回転時において、前回周期（０〜３６０度）によるペダル踏力によるトルク曲線が図５に示すような曲線Ｘである場合に、次回周期（０〜３６０度）において駆動力をアシストするに際して、ペダル踏力のトルク曲線Ｘに対して、ペダル上死点とペダル下死点との中間位置とトルクピーク値との位相差θがある場合に、トルク曲線Ｘとアシスト駆動力によるトルク曲線Ｙとの合成トルクのトルクピーク値が位相差θを相殺するような駆動力（アシスト量）及び位相（０〜３６０度の各アシスト位相）で付与されように制御される。

フィードフォワード制御やフィードバック制御により算出された駆動アシスト量及び位相でモータ駆動を行う場合には、車速に対してアシスト量が適当であるかを判断する走行状態確認を行って（ステップ１０９）、モータ駆動回路６を介してアシスト量をモータ５へ指令してモータ５の駆動が行われる。走行状態確認では、例えば、一定の車速以上である場合にはアシストを行わない等の独自の設定に該当しているか（若しくは、車速に対してアシスト量が適当であるか）等を判断する。
そして、アシスト量制御部１０では、前回周期のペダル踏力のトルク曲線とのトルクピーク値に位相差がある場合には、駆動力アシスト量の設定及び付与が継続して実行される。

次に、フィードフォワード制御、フィードバック制御のそれぞれの制御において、位相差誤検出検証手段２６による検証手順について図６（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。
フィードフォワード制御の場合、図６（ａ）に示すように、クランク角度検出によるアシスト位相周期計算を行う（ステップ３０１）に際して、検出されたクランク回転数からＭＡＰ記憶手段２５のマップを使用して対応するアシスト位相を求め（ステップ３０２）、このアシスト位相が検出クランク角度に対して閾値（例えば９０度）以上の位相がある場合には、位相差誤検出と検証し（ステップ３０３）、アシスト位相の計算を終了し（ステップ３０４）、検出クランク角の位相で通常のアシスト（通常アシスト制御）が行われる。
すなわち、誤検出検証時には、クランク角検出手段１３で検出されたクランク角の位相に応じて踏力実効値検出手段１２で算出された踏力実効値に比例した駆動力のアシスト量を発生させる。

フィードバック制御の場合、図６（ｂ）に示すように、クランク角度検出によるアシスト位相周期計算を行う（ステップ４０１）に際して、図５で記載したように、駆動力アシスト量とペダル踏力との合成トルクがクランク軸によるペダル上死点を０度とする場合に９０度（ペダル上死点とペダル下死点の中間位置）の位相でトルクピーク値が生じるように、検出されたクランク回転数から所定の計算式でアシスト位相を求め（ステップ４０２）、このアシスト位相が検出クランク角度に対して閾値（例えば９０度）以上の位相がある場合には、位相差誤検出と検証し（ステップ４０３）、アシスト位相の計算を終了し（ステップ４０４）、検出クランク角の位相で通常のアシスト（通常アシスト制御）が行われる。
すなわち、誤検出検証時には、クランク角検出手段１３で検出されたクランク角の位相に応じて踏力実効値検出手段１２で算出された踏力実効値に比例した駆動力のアシスト量を発生させる。

上述した電動補助自転車によれば、クランク回転数算出手段１４で検出されるクランク回転数が第２閾値（７０回転／分）以上の場合に、クランク角センサ３で検出されたクランク角の位相に応じアシスト位相を設定し、踏力センサ２により算出された踏力（回転トルク値ｆ）に対して所定の式で計算された所定値となる駆動力アシスト量をモータ５に発生させることで、図５で記載したように、駆動力アシスト量とペダル踏力との合成トルクがクランク軸７１によるペダル上死点を０度とする場合に９０度（ペダル上死点とペダル下死点の中間位置）の位相でトルクピーク値が生じるようにすることができ、クランク軸の高回転時においてモータによる駆動力の理想的なアシストを行うことができ、良好なペダル効率を発揮させることができる。

１…車速センサ、 ２…踏力センサ、 ３…クランク角センサ、 ５…モータ、 ６…モータ駆動回路、 １０…アシスト量制御部、 １１…車速・変化量算出手段、 １２…踏力実効値検出手段、 １３…クランク角検出手段、 １４…クランク回転数・変化量算出手段、 ２０…駆動力アシスト量設定手段、 ２５…ＭＡＰ記憶手段、 ２６…位相差誤検出検証手段、 ５０…電動補助自転車、 ６０…アシスト駆動ユニット、 ６１…アシストスプロケット、 ６７…モータ駆動軸、 ７１…クランク軸、 ７２…ペダル、 ７３…クランク、 ｆ…回転トルク値、 Ｆ…踏力実効値。

Claims (7)

1. ペダルに生じる踏力を検出する踏力センサ（２）と、前記踏力センサ（２）の出力に応じて駆動力の補助を行うモータ（５）と、前記ペダルが連結されるクランク軸のクランク角を検出するクランク角センサ（３）とを備えた電動補助自転車において、
   前記クランク角からクランク軸の回転数を算出するクランク回転数算出手段（１４）を有し、
   前記クランク回転数算出手段（１４）で算出されるクランク回転数が所定値以上の場合に、前記クランク角センサ（３）で検出されたクランク角の位相に応じ、前記踏力センサ（２）により検出された踏力（クランク軸の回転トルク値ｆ）に対して設定された駆動力アシスト量を前記モータ（５）に発生させるアシスト量制御部（１０）を有することを特徴とする電動補助自転車。
2. 前記踏力に対して設定された駆動力アシスト量は、当該駆動力アシスト量と前記踏力との合成トルクが、前記クランク軸によるペダル上死点を０度とする場合に９０度の位相でトルクピーク値が生じるように設定される請求項１に記載の電動補助自転車。
3. 前記駆動力アシスト量は、クランク軸の前回回転における踏力のトルク曲線を検出し、ペダル上死点とペダル下死点との中間位置に対してトルクピーク値の位相差がある場合に、前記合成トルクのトルクピーク値が前記位相差を相殺するような駆動力アシスト量及び位相で付与される請求項２に記載の電動補助自転車。
4. 前記アシスト量制御部は、前記位相差がある場合において、前記駆動力アシスト量の設定を継続して実行する請求項３に記載の電動補助自転車。
5. 前記駆動力アシスト量は、クランク回転数と位相との関係が記憶されたマップに従って決定される位相と、前記踏力を基に算出される駆動力で設定する請求項２に記載の電動補助自転車。
6. 前記アシスト量制御部は、前記位相差の誤検出を検証する手段を備え、誤検出検証時には、前記クランク角センサで検出されたクランク角の位相に応じて前記踏力センサにより算出された踏力に比例した駆動力アシスト量を発生させる請求項３に記載の電動補助自転車。
7. 前記アシスト量制御部は、クランク回転数が所定値未満の場合に、前記クランク角センサで検出されたクランク角の位相に応じて前記踏力センサにより算出された踏力に比例した駆動力アシスト量を発生させる請求項１に記載の電動補助自転車。