JP2014208522A - 電動自転車用制御装置、電動自転車用パワーユニットおよび電動自転車 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータが発生するトルクを平滑化して自転車の乗り味を確保して運転者の負担を軽減しつつ、運転者のトルク要求に対する応答性を高めた、電動自転車用制御装置を提供する。
【解決手段】電動モータによってアシストトルクを発生させる電動自転車用制御装置は、ペダルに入力されるトルクを検出するペダルトルク検出部から出力される信号に応じて電力を電動モータに供給する制御部を備えている。この制御部は、ペダルトルク検出部から出力される信号の周期より周期が長い、平滑化された電力を発生させる平滑電力発生部と、ブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータに応じて、ペダルトルク検出部から出力される信号の一周期あたりの変動が、平滑化された電力の変動より大きい電力を発生させるブースト電力発生部と、を備えている。
【選択図】図６

Description

この発明は、電動自転車用制御装置、電動自転車用パワーユニットおよび電動自転車に関する。

足で踏むペダルに入力されたペダルトルクに応じて平滑なモータトルクを発生させる制御装置が、特許文献１などにより知られている。図７は、このような制御装置から電動モータに供給される実効電流値を示す図である。図７において横軸は経過時間［ｓｅｃ］であり、縦軸は信号の大きさである。符号Ｔはペダルトルクの大きさ、符号ｒはクランク回転速度、符号Ｖは車速を示している。

図７に示したように、運転者のペダルの踏み込みにより、ペダルトルクは周期的に大きく変動する。そこで上記したような制御装置は、この変動する信号に対して平滑化処理を施して、平滑化された信号に応じた電力をモータへ供給している。これにより、足で踏むペダルに入力されるトルクが変動しても、電動モータへ供給される電力の変動が少なく、電動モータによる補助力の変動が少なくされている。

この制御装置を搭載した電動自転車によれば、運転者は、平坦路であっても、路面抵抗が小さい道または下り坂を走っているような感覚が得られ、運転者の負担が軽減される。しかも、車輪から出力される電動自転車の駆動トルク（ペダルトルクとモータトルクを合計した合成トルク）には、足で踏むペダルに入力されるペダルトルクに応じた変動が残る。このため、自転車としての乗り味も確保されている。

国際公開第２０１１／１３８１３８号 特開２００４−３１４７５３号公報

ところが、このような電動自転車では、運転者が駆動トルクが欲しいと思ったときに、運転者が所望する駆動トルク（合成トルク）がすぐには得られない。これは、電動モータへの供給電力が平滑化されているためである。これにより、運転者に違和感を与えてしまう。

そこで、運転者の駆動トルクの要求に対して応答性をよくするために、平滑化の程度を減らすと、今度は平滑化が十分な場合とくらべて、速度変動が大きくなる。これでは自転車に加速や減速が常に作用して乗り味が損なわれ、却って運転者の負担が大きくなる。

そこで本発明は、電動モータが発生するトルクを平滑化して自転車の乗り味を確保して運転者の負担を軽減しつつ、運転者の駆動トルク要求に対する応答性を高めた、電動自転車用制御装置、電動自転車用パワーユニットおよび電動自転車を提供することを目的とする。

本発明に係る電動自転車は、
電動モータによってアシストトルクを発生させる電動自転車用制御装置であって、
ペダルに入力されるトルクを検出するペダルトルク検出部から出力される信号に応じて、電力を前記電動モータに供給する制御部と、を備え、
前記制御部は、
ペダルトルク検出部から出力される前記信号の周期より周期が長い、平滑化された電力を発生させる平滑電力発生部と、
ブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータに応じて、ペダルトルク検出部から出力される前記信号の一周期あたりの変動が、前記平滑化された電力の変動より大きい電力を発生させるブースト電力発生部と、を備えている。

本発明に係る電動自転車用制御装置によれば、平滑電力発生部が発生させる平滑な電力により、自転車の乗り味が確保され、かつ、運転者の負担も軽減されている。また、運転者の駆動トルクのブースト要求に応じて、ペダルに入力されるトルクを検出するペダルトルク検出部から出力される信号の一周期での変動が大きな電力がブースト電力発生部により発生する。このため、ペダルの一周期に応じて変動する電力によってモータトルクが生じるので、自転車としての乗り味が確保された状態で、ブースト要求に対する応答性が高められている。

上記本発明に係る電動自転車用制御装置において、
前記ブースト電力発生部は、ペダルトルク検出部から出力される前記信号の周期あるいは振幅に応じて変動する電力を発生させてもよい。
本発明に係る電動自転車用制御装置によれば、ペダルトルク検出部から出力される前記信号の周期あるいは振幅に応じて変動する電力により、運転者の駆動トルクのブースト要求に応じたモータトルクが得られやすい。

上記本発明に係る電動自転車用制御装置において、
ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、ペダルが連結されたクランクの回転に応じて動作速度が変動する部材の動作速度であってもよい。
ペダルが連結されたクランクの回転に応じて動作速度が変動する部材の動作速度は、運転者が駆動トルクのブーストを要求するときの状態量である。このため、運転者が能動的に部材を操作することなくブースト状態が得られるので、利便性が高められている。

上記本発明に係る電動自転車用制御装置において、
ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、ペダルが連結されたクランクの回転に応じて動作の変動量が変動する部材の動作の変動量であってもよい。
ペダルが連結されたクランクの回転に応じて動作の変動量が変動する部材の動作の変動量は、運転者が駆動トルクのブーストを要求するときの状態量である。このため、運転者が能動的に部材を操作することなくブースト状態が得られるので、利便性が高められている。

上記本発明に係る電動自転車用制御装置において、
ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、ペダルが連結されたクランクの回転によって駆動される駆動部の動作速度、あるいは、駆動部の動作の変動量であってもよい。
本発明に係る電動自転車用制御装置によれば、運転者が駆動トルクのブーストを要求するときの状態量である駆動部の動作速度や変動量によって、ブースト要求と判断することができる。運転者が能動的に部材を操作することなく、ブースト状態が得られるので、利便性が高められている。

上記本発明に係る電動自転車用制御装置において、
ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、クランクの回転を検出するセンサから出力される信号であってもよい。
クランクの回転速度が低いときは、運転者が駆動トルクのブーストを要求しているときである。このため、クランクの回転速度に応じてブースト電力発生部を動作させることにより、応答性を高めることができる。

上記本発明に係る電動自転車用制御装置において、
前記ブースト電力発生部は、クランクの回転速度が所定の値未満のときに、クランクの回転速度が所定の値以上の時に発生させる電力よりも大きな電力を発生させてもよい。
本発明に係る電動自転車用制御装置によれば、特に大きな駆動トルクが要求されるクランク回転速度が低いときに、大きな電力を発生させて大きな駆動トルクを得ることができ、応答性を高めることができる。

上記本発明に係る電動自転車用制御装置において、
前記ブースト電力発生部は、クランクが回転していないときに、電力を発生させてもよい。
本発明に係る電動自転車用制御装置によれば、クランクが回転していないときであっても電力を発生させることにより、さらに応答性を高めることができる。

本発明によれば、
電動モータと、
ペダルに入力されるトルクを検出するペダルトルク検出部と、
前記ペダルトルク検出部から出力される信号に応じて前記電動モータに電力を供給する電動自転車用制御装置と、を備えた電動自転車用パワーユニットが提供される。

本発明によれば、
前輪および後輪と、
前記前輪または前記後輪の少なくとも一方に補助力を付与する前記電動自転車用パワーユニットと、
前記電動自転車用パワーユニットに電力を供給するバッテリと、を備えた電動自転車が提供される。

本発明の第一実施形態である電動自転車の右側面図である。 図１の電動自転車のブロック図である。 図１に示した制御装置のブロック図である。 モータ制御部が実行する制御のフローチャートである。 本発明の第二実施形態に係る電動自転車の制御装置のブロック図である。 第二実施形態に係る電動自転車の実効電力値、ペダルトルク、クランク回転速度、車速を示す模式図である。 参考例に係る電動自転車の実効電力値、ペダルトルク、クランク回転速度、車速を示す模式図である。

以下、本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

以下の説明において、前方、後方、左方及び右方は、ハンドル２３を握りつつ電動自転車のシート２４に着座した運転者から見た前方、後方、左方及び右方を意味する。

（電動自転車の全体構成）
図１に、実施形態に係る電動自転車の概略構成を示す。
この電動自転車は、運転者がペダル３３，３４を踏み込むことにより生じるペダルトルクと、電動モータ６０から出力されるモータトルクとを合計した駆動トルクによって駆動される。電動モータのモータトルクが、運転者のペダル３３，３４の踏み込み動作をアシストするアシストトルクとなる。

図１に示すように、電動自転車は、前後方向に延びる車体フレーム１１を有する。また、電動自転車は、前輪２１、後輪２２、ハンドル２３、シート２４及びパワーユニット４０を有する。

車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２、ダウンフレーム１３、シートフレーム１４、一対のチェーンステイ１６及び一対のシートステイ１７を有する。ヘッドパイプ１２は、電動自転車の前部に配置される。ヘッドパイプ１２には、後方に延びるダウンフレーム１３の前方側が接続されている。シートフレーム１４は、ダウンフレーム１３の後方側に接続されていて、該ダウンフレーム１３の後端部から上方且つ斜め後方に向かって延びている。

ヘッドパイプ１２には、ハンドルステム２５が回転自在に挿入されている。ハンドルステム２５の上端部には、ハンドル２３が固定される。ハンドルステム２５の下端部には、フロントフォーク２６が固定される。フロントフォーク２６の下端部には、前輪２１が車軸２７によって回転可能に支持されている。

円筒状のシートフレーム１４の内方には、シートパイプ２８が挿入されている。シートパイプ２８の上端部には、シート２４が設けられている。

一対のチェーンステイ１６は、後輪２２を左右から挟むように設けられている。一対のチェーンステイ１６は、ダウンフレーム１３の後方側から後輪２２の回転中心に向かって延びている。一対のシートステイ１７は、シートフレーム１４の上部から後輪２２の回転中心に向かって延びている。チェーンステイ１６およびシートステイ１７の後端部には、後輪２２が駆動軸２９によって回転可能に支持されている。

シートフレーム１４の後方には、パワーユニット４０の電動モータ６０に電力を供給するためのバッテリ３５が配置されている。バッテリ３５は、図示しない充放電可能な充電池および電池制御部を有する。電池制御部は、充電池の充放電を制御するとともに、その出力電流及び残容量等を監視する。

パワーユニット４０は、クランク軸４１、駆動スプロケット４２、従動スプロケット４５、チェーン４６、電動モータ６０、ペダルトルク検出部５７およびクランク回転検出部５８を備えている。

クランク軸４１は、シートフレーム１４の下部に回転可能に設けられている。クランク軸４１は左右方向に延びるように設けられている。クランク軸４１の両端部にはクランクアーム３１，３２が取り付けられている。クランクアーム３１，３２の先端には、ペダル３３，３４が回転可能に取り付けられている。ペダルトルク検出部５７は、運転者がペダル３３，３４を介してクランク軸４１に入力したペダルトルクを検出する。クランク回転検出部５８は、運転者がペダル３３，３４を回転させたときのクランク軸４１の回転を検出する。

駆動スプロケット４２は、クランク軸４１の一方側に取り付けられている。この駆動スプロケット４２はクランク軸４１とともに回転する。従動スプロケット４５は、後輪２２の駆動軸２９と同軸に設けられている。従動スプロケット４５は、図示せぬ一方向クラッチを介して後輪２２に連結される。

無端状のチェーン４６は、駆動スプロケット４２と従動スプロケット４５とに掛け渡されている。これにより、運転者がペダル３３，３４を踏み込むと、駆動スプロケット４２が回転する。さらに駆動スプロケット４２の回転はチェーン４６を介して従動スプロケット４５に伝達され、後輪２２が駆動される。

電動モータ６０はクランク軸４１の近傍で車体フレーム１１に固定されている。電動モータ６０の出力軸には補助スプロケット４４が設けられている。電動モータ６０にはバッテリ３５から電力が供給される。電動モータ６０に電力を供給すると電動モータ６０を回転させることができる。電動モータ６０の回転は、補助スプロケット４４を介してチェーン４６に伝達される。このように、電動モータ６０に電力を供給すると、電動モータ６０にモータトルクが生じる。このモータトルクはチェーン４６を介して後輪２２に伝達される。

このような電動自転車は、制御装置１００（電動自転車用制御装置の一例）によって電動モータ６０を制御し、車輪にペダルトルクとモータトルクを合成した駆動トルクを作用させる。図２は、本実施形態に係る電動自転車において、動力の伝達および信号の授受を示すブロック図である。

図２に示したように制御装置１００は、ペダル踏力検知部１０１、クランク回転速度検知部１０２、モータ制御部１０５、電力供給部１０６とを備えている。また、電動自転車は、ブーストスイッチ５６、ペダルトルク検出部５７、クランク回転検出部５８を備えている。

＜動力の伝達経路＞
まず動力の伝達経路について説明する。
運転者がペダル３３，３４を踏み込んでクランク軸４１を回転させると、そのクランク軸４１の回転が一方向クラッチ５５を介してチェーン４６に伝達される。一方向クラッチ５５は、クランク軸４１の順回転のみをチェーン４６に伝達し、クランク軸４１の逆回転はチェーン４６に伝達させない。

チェーン４６の回転は後輪２２側の駆動軸２９に伝達される。駆動軸２９の回転は、変速機構９１および一方向クラッチ９２を介して後輪２２に伝達される。

変速機構９１は運転者によって操作される変速操作器９３に応じて変速段を変更できる機構である。
一方向クラッチ９２は、駆動軸２９の回転速度が後輪２２の回転速度よりも速い場合にのみ、駆動軸２９の回転を後輪２２に伝える。駆動軸２９の回転速度が後輪２２の回転速度よりも遅い場合には、一方向クラッチ９２は駆動軸２９の回転を後輪２２に伝えない。また、一方向クラッチ９２は後輪２２の逆回転も駆動軸２９に伝達しない。

電動モータ６０の回転は、減速機８２を介して一方向クラッチ８５に伝達される。一方向クラッチ８５は、減速機８２がチェーン４６を順回転させる方向の回転のみをチェーン４６に伝達し、減速機８２がチェーン４６を逆回転させる方向の回転はチェーン４６に伝達させない。

このように本実施形態に係る電動自転車においては、クランク軸４１に入力されるペダルトルクと電動モータ６０のモータトルクは、チェーン４６で合成される。

（信号の経路）
次に、信号の経路を説明する。

運転者がクランク軸４１を回転させると、車両に設けられたペダルトルク検出部５７が、クランク軸４１に入力されたペダルトルクに応じた信号を発生させる。ペダルトルク検出部５７は、その信号をペダル踏力検知部１０１に入力する。

ペダル踏力検知部１０１は、ペダルトルク検出部５７からの信号を運転者がペダル３３，３４に与えたペダルトルクに換算する。ペダル踏力検知部１０１は、そのペダルトルクの値をモータ制御部１０５に入力する。このペダルトルクは、周期的に変動する値となる。具体的には、ペダルトルクは、ペダル３３，３４が上死点および下死点に位置するときに最も低く、ペダル３３，３４が上死点および下死点の中間に位置するときに最も大きくなる。ペダルトルクの一周期は、クランク軸４１の半回転に該当する。

クランク回転検出部５８は、クランク軸の位相を検出するセンサである。クランク回転検出部５８は、クランク軸４１の位相に応じた信号を発生させる。クランク回転検出部５８は、その信号をクランク回転速度検知部１０２に入力する。

クランク回転速度検知部１０２は、クランク回転検出部５８からのクランク軸４１の位相情報を時間微分して、クランク回転検出部５８からの信号を運転者がペダル３３，３４に与えたクランク回転速度に換算する。クランク回転速度検知部１０２は、そのクランク回転速度をモータ制御部１０５に入力する。

ブーストスイッチ５６は、モータ制御部１０５に接続されている。ブーストスイッチ５６は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチである。運転者がブーストスイッチ５６をＯＮにすると、ブーストスイッチ５６のＯＮ信号がモータ制御部１０５に入力される。このブーストスイッチ５６は、運転者が電動モータ６０の補助力を一時的に高めたいと思ったときに押下される。運転者がブーストスイッチ５６の押下をやめると、ブーストスイッチ５６はＯＦＦ信号をモータ制御部１０５に入力する。

モータ制御部１０５はペダルトルクに応じて指令値を算出し、この指令値を電力供給部１０６に向けて出力する。電力供給部１０６は指令値に応じた電力をバッテリ３５から電動モータ６０に供給する。つまり、モータ制御部１０５は電力供給部１０６に、電動モータ６０に供給する電力を発生させている。電力供給部１０６が電動モータ６０に電力を供給し、電動モータ６０にモータトルクを発生させる。

例えば、モータ制御部１０５は、ペダルトルクＰに一定のアシスト比率ｋを乗じたモータトルクＭ（Ｍ＝ｋ×Ｐ）を算出し、このモータトルクＭに応じた指令値を電力供給部１０６に出力する。このアシスト比率ｋは、運転者が選択するアシストモードに応じて変更可能にされていてもよい。アシストモードとは例えば、アシスト強モード、アシスト弱モード、アシスト無モードとが選択可能とされていてもよい。

以上の構成に基づき、制御装置１００（制御部の一例）は、ペダルトルク検出部５７から出力される信号であるペダルトルクに応じて、電動モータ６０に供給する電力を発生させる。次に、図３および図５を参照して、モータ制御部１０５の動作を説明する。

（平滑電力発生部の動作）
図３は、モータ制御部１０５のブロック図である。
図３に示したように、モータ制御部１０５（制御部の一例）は、平滑電力発生部１１１、ブースト電力発生部１１２、ブースト要求判定部１１３、指令値合成部１１４を備えている。

図４は、モータ制御部１０５が実行する制御のフローチャートである。
運転者が駆動トルクのブーストを望んでいないときは、ブーストスイッチ５６は操作されない。この状態では、ブーストスイッチ５６はＯＦＦ信号をブースト要求判定部１１３に入力している。

この状態では、ブーストスイッチ５６からＯＦＦ信号が入力されている。このため、図４に示したように、ブースト要求判定部１１３はブースト要求無と判定する（ステップＳ１１）。そしてブースト要求判定部１１３は、ブースト電力発生部１１２は動作させずに、平滑電力発生部１１１のみを動作させる（ステップＳ１２）。

平滑電力発生部１１１は、ペダルトルクに応じて平滑化された電力を発生させる。なお、以降の説明では、平滑電力発生部１１１が発生する指令値に応じた電力を平滑電力と呼ぶ。本実施形態において平滑電力発生部１１１は、ペダルトルク検出部５７からの信号よりも周期の長い、平滑化された平滑電力を発生させる。平滑電力を算出する方法は、例えば特許文献２に記載のような公知の技術を採用することができる。

指令値合成部１１４は、平滑電力発生部１１１から出力された指令値と、ブースト電力発生部１１２から出力された指令値とを合計し、合計した指令値を電力供給部に出力する（ステップＳ１３）。ブースト要求無と判定されているとき、ブースト電力発生部１１２からの指令値は０である。このため、指令値合成部１１４は、平滑電力発生部１１１から出力された指令値を受け取り、この指令値を電力供給部１０６に出力する。電力供給部１０６は、平滑電力発生部１１１から出力された指令値に基づいて、平滑電力を電動モータ６０に供給する（ステップＳ１４）。

（ブースト電力発生部の動作）
一方、運転者が駆動トルクを一時的に高めたいと望むときは、ブーストスイッチ５６をＯＮにする。すると、ブーストスイッチ５６からのＯＮ信号がブースト要求判定部１１３に入力される。ブースト要求判定部１１３は、ブーストスイッチ５６からＯＮ信号が入力されると、ブースト要求有と判定する（ステップＳ２１）。さらにブースト要求判定部１１３は、平滑電力発生部１１１とともにブースト電力発生部１１２を動作させる（ステップＳ２２）。このブーストスイッチ５６からブースト要求判定部１１３へ入力される信号が、本発明のブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータの一例である。

ブースト電力発生部１１２は、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の一周期あたりの変動分が、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の一周期あたりの平滑電力の変動分よりも大きな電力を、発生させる。なお以降の説明では、ブースト要求時にブースト電力発生部１１２が発生する指令値に応じた電力を、ブースト電力と呼ぶ。

指令値合成部１１４は、指令値合成部１１４は、平滑電力発生部１１１からの指令値と、ブースト電力発生部１１２からの指令値とを合計する（ステップＳ２３）。ブースト要求有と判定されているとき、平滑電力発生部１１１およびブースト電力発生部１１２の両方から指令値が出力されている。このため、指令値合成部１１４から電力供給部１０６に出力される合計指令値には、平滑電力発生部１１１に起因する平滑成分とブースト電力発生部１１２に起因するブースト成分とが含まれている。電力供給部１０６は、合計指令値に応じた電力を電動モータ６０に供給する（ステップＳ２４）。

なお、運転者がブーストスイッチ５６から手指を離すと、ブーストスイッチ５６はブースト要求判定部１１３にＯＦＦ信号を入力する。すると、ブースト要求判定部１１３は、ブーストの要求がないと判定し、ブースト電力発生部１１２の動作を停止する。

本実施形態においてブースト電力発生部１１２は、ペダルトルクにアシスト比率ｋを乗じて目標のモータトルクを算出し、これに応じた電力を電動モータ６０に供給する。なお、ブースト電力発生部１１２が目標のモータトルクの算出に用いるペダルトルクは平均値ではなく、ペダル踏力検知部１０１がペダルトルク検出部５７の信号から換算されたペダルトルクそのものである。つまり、ブースト電力は、ペダル半周ごとに変動するペダルトルクに応じて変動する電力である。

このためブースト電力は、ペダルトルクの周期より長い周期で変動する平滑電力に比べて、短時間に変動することになる。そのため、ブースト電力Ｐｂと平滑電力Ｐａとを比較すると、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の一周期あたりの変動分について、ブースト電力の変動分ΔＰｂは平滑電力Ｐａの変動分ΔＰａよりも大きくされている。

（効果）
このように本実施形態に係る電動自転車によれば、ブースト要求がないときには、平滑電力発生部１１１が出力させた電力によって電動モータ６０に補助力が発生している。これにより、ペダルトルクにモータトルクが加算された駆動トルクが得られ、運転者の負担が軽減されている。
また、電動モータ６０に供給される電力が平滑化されているため、運転者はペダル３３，３４の位置にかかわらず、モータトルクを得ることができる。例えば、ペダル３３，３４が上死点や下死点に位置するときでもモータトルクが得られるため、運転者は快適に走行することができる。

さらに本実施形態に係る電動自転車は、ブースト電力発生部１１２を備えている。運転者がブーストスイッチ５６をＯＮにしたときに、非ブースト要求時に出力されていた平滑電力に加えてブースト電力が電動モータ６０に供給されるため、大きな駆動トルクを得ることができる。

さらにこのブースト電力Ｐｂは、そのペダルトルクの一周期あたりの変動分ΔＰｂが、ペダルトルクの一周期あたりの平滑電力Ｐａの変動分ΔＰａよりも、大きい。つまり、ブースト電力Ｐｂは、運転者がペダル３３，３４を踏み込む動作に対して、平滑電力Ｐａよりも機敏に変動する。このため、ブースト要求時には、モータトルクがペダル３３，３４の踏み込む動作に対して機敏に変動するので、運転者の駆動トルクのブースト要求に対する応答性が高められている。

なお、単にブーストスイッチを設けて、運転者が高い駆動トルクを望んだときに駆動トルクを増加させれば、運転者のブースト要求に応えられるとも思われる。しかし、状況によって運転者が要求するブースト量は異なっていることが一般的である。そのため、運転者が意図したように補助トルクが得られないと、運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。
しかし本実施形態にかかる電動自転車によれば、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の一周期あたりのブースト電力の変動分が、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の一周期あたりの平滑電力の変動分よりも大きくされている。これによりブースト電力は運転者がペダル３３，３４を踏み込むペダルトルクに対して機敏に変動するので、運転者の意図したようにモータトルクが与えられる。つまり、運転者が強くペダル３３，３４を踏み込んだとき、あるいは、ペダル３３，３４を速く回転させたときに、これらの動作に応じて機敏にモータトルクを変動させることができ、応答性が高められている。

以上により、本実施形態に係る電動自転車によれば、運転者の負担が軽減され、自転車の乗り味が確保されつつ、運転者の駆動トルクのブースト要求に対する応答性が高められている。

上述の実施形態において、ブースト電力は、ペダルトルクにアシスト比率ｋを乗じて得られるモータトルクに対応する値となる。このため、ブースト電力発生部１１２が出力させるブースト電力は、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の周期に応じて変動する。同様に、ブースト電力発生部１１２が出力させるブースト電力は、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の振幅に応じて変動する。このため、運転者のペダル３３，３４の踏み込む速さや力の大きさに応じてブースト電力が変動するため、運転者の要求に応じてブーストされた補助力が得られる。

＜変形例＞
以上、本発明を第一実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができることは、当業者にとって明らかである。

上述の実施形態では、ブースト要求時にブースト電力発生部１１２とともに、平滑電力発生部１１１も動作させる例を挙げて説明したが、ブースト要求時に平滑電力発生部１１１の動作を停止し、ブースト電力発生部１１２のみを動作させてもよい。

また、上述の実施形態では、電動モータ６０に補助力を発生させるときに、ブースト電力を供給する例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、電動モータ６０の動作を一時的に停止させたいときに、正の値の平滑電力に対して負の値のブースト電力を与えても良い。

また、ブースト電力発生部１１２によるブースト電力の決定方法も上述の例に限られない。ブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータに応じて、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の一周期あたりの変動が、平滑電力の一周期当たりの変動より大きい電力を、電力供給部１０６に出力させることができれば、上述の例に限られない。

（ブースト要求の入力手段）
また、上述した第一実施形態においては、運転者がブーストしたいという意図をモータ制御部１０５に入力する手段として、ＯＮ／ＯＦＦスイッチであるブーストスイッチ５６を例に挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。上述したＯＮ／ＯＦＦスイッチの代わりに、スライダスイッチやスロットル装置、あるいはボリュームスイッチとしてもよい。これにより、ブーストしたいという意図とともに、ブーストしたい量を運転者がモータ制御部１０５に入力することができる。

また、ブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータとは、ブースト要求時に運転者が意識的に操作する部材から出力されるパラメータに限らない。本発明におけるブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータとは、運転者が意識的に操作せずともブースト要求時に運転者に操作される部材によって変化するパラメータも含む概念である。

例えばクランク軸４１に入力されるペダルトルクが大きい状態は、運転者が駆動トルクをブーストしたいと望んでいるときである。このため、ペダルトルクが特定の値以上のときに、ブースト要求判定部１１３がブースト要求有と判定し、ブースト電力発生部１１２を動作させてブースト電力を出力させてもよい。この場合には、ペダル踏力検知部１０１の出力がブースト要求判定部１１３に入力される。

このように、運転者が意識的に操作せずともブースト要求時に運転者に操作される部材によって変化するパラメータとは、上述したペダルトルクの大きさに限らない。例えば、発進時や慣性走行状態から再び加速したい状況など、クランク回転速度が小さい状態も、運転者が駆動トルクをブーストしたいと望んでいるときである。これにより、運転者が意識的に操作せずとも、運転者が駆動トルクのブーストを要求するときに変化するパラメータに基づいて、ブースト要求を判断することができる。運転者が能動的に部材を操作することなく、駆動トルクがブーストされるので、利便性が高められている。

＜第二実施形態＞
そこで次に説明する本発明の第二実施形態に係る電動自転車は、クランク回転速度に応じて、ブースト電力発生部がブースト電力を出力させる。以下に、第二実施形態に係る電動自転車を、上述した第一実施形態と異なる点について説明する。第二実施形態に係る電動自転車と第一実施形態に係る電動自転車と共通する構成および動作についてはその説明を省略する。

図５は、第二実施形態に係る電動自転車のモータ制御部２０５のブロック図である。モータ制御部２０５は、平滑電力発生部２１１、ブースト電力発生部２１２、ブースト要求判定部２１３、指令値合成部２１４を備えている。

第二実施形態に係る電動自転車においては、ブースト要求判定部２１３に、クランク回転速度検知部１０２からのクランク回転速度が入力される。ブースト要求判定部２１３は、クランク回転速度ｒ［ｒｐｍ］が所定速度Ｒ［ｒｐｍ］以上のときにはブースト要求無と判定し、クランク回転速度ｒ［ｒｐｍ］が所定速度Ｒ［ｒｐｍ］未満のときにブースト要求有と判定する。本実施形態において、ブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータはクランク軸４１の回転速度である。

本実施形態においては、ブースト要求判定部２１３がブースト要求無と判定すると、平滑電力発生部２１１は、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の周期より周期が長い、平滑電力を電力供給部１０６に発生させる指令値を出力する。

ブースト要求判定部２１３がブースト要求有と判定すると、ブースト電力発生部２１２は、ペダルトルク検出部５７から出力される信号の一周期あたりの変動について、平滑電力の変動分より大きな変動分を有するブースト電力を発生させる指令値を出力する。

ブースト要求判定部２１３がブースト要求有と判定すると、指令値合成部２１４は、平滑電力発生部２１１からの指令値Ｃａとブースト電力発生部２１２から指令値Ｃｂとを、以下の式１に従って混ぜ合わせて、合成指令値Ｃを算出する。
Ｃ＝Ｃａ＋（１−ｒ／Ｒ）×Ｃｂ （式１）
ここでＲは、上述したようにブースト要求の判定に用いたクランク回転速度の所定速度［ｒｐｍ］であり、ｒはクランク回転速度である。

このように本実施形態において指令値合成部２１４は、クランク回転速度ｒが小さいときにはブースト電力発生部２１２から出力される指令値Ｃｂの比率を高め、クランク回転速度ｒが大きいときには平滑電力発生部２１１から出力される指令値Ｃａの比率を高めている。

図６は、本実施形態に係る電動自転車において、電動モータ６０に供給される実効電流値Ｉ［Ａｒｍｓ］、ペダルトルク検出部５７の出力値Ｔ［Ｖ］、クランク回転速度ｒ［ｒｐｍ］、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を示した模式図である。なお、実効電流値Ｉとは、電動モータ６０に供給される電流値の最大振幅Ｉｍａｘを２の平方根で除した値である。図６において、横軸は経過時間［ｓｅｃ］を表し、縦軸は信号の大きさを示す。

図６に示したように、本実施形態に係る電動自転車によれば、クランク回転速度ｒが所定速度Ｒより大きい領域Ａ１では、合成指令値Ｃのうち、平滑電力発生部２１１から出力される指令値Ｃａが支配的である。このため領域Ａ１では、ペダルトルク検出部５７の信号（出力値Ｔ）に山と谷が形成されていても、実効電流値に山と谷は形成されず、実効電流値は平坦な値となる。

このように、ブースト要求がない領域Ａ１では、平滑電力発生部２１１が出力させた電力によって電動モータ６０にモータトルクが発生している。これにより、ペダルトルクにモータトルクが加算された駆動トルクが得られ、運転者の負担が軽減されている。また、電動モータ６０に供給される電力が平滑化されているため、運転者は快適に走行することができる。

本実施形態に係る電動自転車において、クランク回転速度ｒが所定速度Ｒより小さい領域Ａ２では、合成指令値Ｃのうち、ブースト電力発生部２１２から出力される指令値Ｃｂの成分も大きくなる。このため領域Ａ２では、ペダルトルク検出部５７の信号Ｔに山と谷が形成されると、これに応じて実効電流値Ｉにも山と谷が形成されている。

なお図６において、符号Ｉ０は、先に図７で説明した参考例に係る電動自転車において電動モータに供給される実効電流値Ｉ０である。参考例に係る電動自転車は、ブースト電力発生部を持たず、電動モータに供給される電力が平坦電力発生部のみによって決定される。

さらに、本実施形態に係る電動自転車によれば、平滑電力発生部のみによって発生した参考例の実効電流値Ｉ０に比べて、領域Ａ３の部分の電力がブーストされている。つまり、運転者が駆動トルクのブーストを望んでいるクランク回転速度が低い領域Ａ２で、ブーストされた電力が得られている。

また、図６に示したように、参考例に係る電動自転車の実効電流値Ｉ０は、本実施形態に係る電動自転車の実効電流値Ｉよりも、立ち上がるタイミングが遅い。例えば平滑電力発生部がペダルトルクの平均値から平滑電力を算出している場合には、ある程度時間が経過した後でないと平均値を算出できない。このため、平滑電力が出力されるタイミングが遅れるものと考えられる。

これに比べて本実施形態に係る電動自転車によれば、ブースト電力発生部２１２は、ペダルトルクの平均値をもとに電力を算出せず、ペダルトルクそのものを使って電力を算出する。このため、時間の経過を待つことなく、ブースト電力を発生させることができる。このため、運転者がペダル３３，３４を踏み込んだらすぐにブースト電力を発生させることができ、応答性が高められている。

さらにこのブースト電力Ｐｂは、そのペダルトルクの一周期あたりの変動分ΔＰｂが、ペダルトルクの一周期あたりの平滑電力Ｐａの変動分ΔＰａよりも、大きい。つまり、ブースト電力Ｐｂは、運転者がペダル３３，３４を踏み込む動作に対して、平滑電力Ｐａよりも機敏に変動する。このため、ブースト要求時には、モータトルクがペダル３３，３４の踏み込む動作に対して機敏に変動するので、運転者の駆動トルクのブースト要求に対する応答性が高められている。

また本実施形態に係る電動自転車によれば、図６に示したように、ブースト電力発生部２１２は、クランクの回転速度ｒが所定値Ｒ１未満のときに、クランクの回転速度ｒが所定値Ｒ１以上の時に発生させる電力よりも大きな電力を発生させている。これにより、特に大きなブーストが要求されるクランクの回転速度の低速時に、大きなブースト力が得られている。なお、所定値Ｒ１は、ブースト要求判定に用いた所定速度Ｒよりも小さい値である。

また本実施形態に係る電動自転車によれば、図６に示したように、ブースト電力発生部２１２は、クランク軸４１の回転速度ｒが０の時にも、電動モータ６０に電力（実効電流値Ｉ２）を出力している。つまり本実施形態によれば、クランク軸４１が回転していなくてもペダル３３，３４にトルクが付与されたときに、電動モータ６０に電力を供給する。これにより、さらに応答性を高められている。

なお、上述の第二実施形態では、ブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータとして、クランク軸４１の回転速度を採用した例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。
例えばチェーン４６の回転速度や移動速度、あるいは駆動軸２９の回転速度、後輪２２の車輪速など、ペダル３３，３４が連結されたクランク軸４１の回転によって駆動される駆動部の動作速度を、ブースト要求判定部２０６に入力してもよい。運転者がペダル３３，３４を踏み込んだ結果動作速度が変動する部材の動作速度の変動量、例えば、電動自転車の車速や駆動輪ではない車輪（図示の例では前輪２１）の車輪速などを、ブースト要求判定部２０６に入力してもよい。
あるいは、チェーン４６の回転角度や移動量、あるいは駆動軸２９の回転角度、後輪２２の移動角度や移動長さなど、ペダル３３，３４が連結されたクランク軸４１の回転によって駆動される駆動部の変動量を、ブースト要求判定部２０６に入力してもよい。あるいは、運転者がペダル３３，３４を踏み込んだ結果動作の変動量が変動する部材の動作の変動量、例えば、駆動輪ではない車輪（図示の例では前輪２１）の回転角度などを、ブースト要求判定部２０６に入力してもよい。
車速は、例えば、車両に設けた加速度センサから得られた加速度を積分して算出したり、車両に設けたＧＰＳ（Global Positioning System）から得られた位置情報と時間情報とを基に算出することができる。

なお、例えば強い脚力で漕ぎ始めから車輪を高速回転させるときなど、クランク回転速度ｒが漕ぎ始めの初期段階から大きい状況においては、経過時間の初期段階から平滑電力発生部２１１が出力する平滑電力が支配的となる。このため、経過時間の初期段階においても電動モータ６０へ供給される実効電流値Ｉ１は始めから平滑になっていることもある。

３５：バッテリ
６０：電動モータ
５７：ペダルトルク検出部
５８：クランク回転検出部
１００：制御装置
１０１：ペダル踏力検知部
１０２：クランク回転速度検知部
１０５：モータ制御部
１１１，２１１：平滑電力発生部
１１２，２１２：ブースト電力発生部
１１３，２１３：ブースト要求判定部
１１４，２１４：指令値合成部

Claims (12)

1. 電動モータによってアシストトルクを発生させる電動自転車用制御装置であって、
   ペダルに入力されるトルクを検出するペダルトルク検出部から出力される信号に応じて、電力を前記電動モータに供給する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   ペダルトルク検出部から出力される前記信号の周期より周期が長い、平滑化された電力を発生させる平滑電力発生部と、
   ブースト要求時の運転者の操作によって変化するパラメータに応じて、ペダルトルク検出部から出力される前記信号の一周期あたりの変動が、前記平滑化された電力の変動より大きい電力を発生させるブースト電力発生部と、を備えている、電動自転車用制御装置。
2. 前記ブースト電力発生部は、ペダルトルク検出部から出力される前記信号の周期に応じて変動する電力を発生させる、請求項１に記載の電動自転車用制御装置。
3. 前記ブースト電力発生部は、ペダルトルク検出部から出力される前記信号の振幅に応じて変動する電力を発生させる、請求項１または２に記載の電動自転車用制御装置。
4. ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、ペダルが連結されたクランクの回転に応じて動作速度が変動する部材の動作速度である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動自転車用制御装置。
5. ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、ペダルが連結されたクランクの回転に応じて動作の変動量が変動する部材の動作の変動量である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動自転車用制御装置。
6. ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、ペダルが連結されたクランクの回転によって駆動される駆動部の動作速度である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動自転車用制御装置。
7. ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、ペダルが連結されたクランクの回転によって駆動される駆動部の動作の変動量である、請求項１から３および５のいずれか一項に記載の電動自転車用制御装置。
8. ブースト要求時の運転者の操作によって変化する前記パラメータは、クランクの回転を検出するセンサから出力される信号である、請求項６または７に記載の電動自転車用制御装置。
9. 前記ブースト電力発生部は、クランクの回転速度が所定の値未満のときに、クランクの回転速度が所定の値以上の時に発生させる電力よりも大きな電力を発生させる、請求項８に記載の電動自転車用制御装置。
10. 前記ブースト電力発生部は、クランクが回転していないときに、電力を発生させる、請求項８に記載の電動自転車用制御装置。
11. 電動モータと、
    ペダルに入力されるトルクを検出するペダルトルク検出部と、
    前記ペダルトルク検出部から出力される信号に応じて前記電動モータに電力を供給する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動自転車用制御装置と、を備えた電動自転車用パワーユニット。
12. 前輪および後輪と、
    前記前輪または前記後輪の少なくとも一方に補助力を付与する、請求項１１に記載の前記電動自転車用パワーユニットと、
    前記電動自転車用パワーユニットに電力を供給するバッテリと、を備えた電動自転車。

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