JP3638701B2 - 電動補助車両の補助力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力駆動系と電力駆動系とを備えた電動補助車両の補助力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、バッテリを電源とする電動モータからの駆動力によりいわゆる自走できるようにした電動自転車が提案されており、この種の電動自転車ではハンドルグリップの近傍に設けられたスロットルレバーを操作することにより走行速度を調節するようになっている。
【０００３】
また最近では、ペダルを踏み込む力に対応した補助力を上記電動モータから駆動輪に供給するようにしたいわゆる電動補助自転車が注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記自走タイプの電動自転車では、ペダルを漕がなくても走行可能であるものの、走行に要する駆動力の全てをバッテリから供給する構造であるので、バッテリの消耗が大きく、またバッテリが大型化するという問題がある。
【０００５】
一方、電動補助タイプの自転車では、ペダル踏力に応じた電流を供給する構造であるので自走タイプに比べてバッテリ消耗は小さいものの、ペダルを漕がなければ補助力が供給されないことから、運転者が疲労したときでもペダルを漕がなければ走行できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、バッテリ消耗の抑制を図りながら、労力負担を軽減できる電動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。
【０００７】
【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を備えた電動補助車両の補助力制御装置において、補助力の大きさを外部から指示する補助力指示手段と、該補助力指示手段の指示値から求められたスロットル補助力とペダル踏力から求められたペダル補助力との両方に基づいて上記補助力を制御する補助力制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
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が、スロットル補助力とペダル補助力との和に基づいて上記補助力を制御することを特徴としている。
【０００９】
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が、スロットル補助力とペダル補助力との何れか大きい方の値に基づいて制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れかにおいて、バッテリ残量検出手段を備え、上記補助力制御手段が、検出されたバッテリ残量が所定値以下のときにはペダル補助力のみに基づいて上記補助力を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れかにおいて、ブレーキが作動状態にあることを検出するブレーキ検出手段を備え、上記補助力制御手段が、ブレーキ作動状態が検出されたときには全ての補助力供給動作を停止することを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４において、ペダル補助力のみに基づいた補助力制御に移行する場合、該移行を表示する表示手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図６は、本発明の一実施形態による電動補助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は電動補助自転車の側面図、図２は補助力制御装置の構成図、図３〜図６はそれぞれペダル踏力と補助力との関係を示す特性図である。
【００１４】
図１において、１は電動補助自転車であり、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に延びるダウンチューブ１４と、該ダウンチューブ１４の後部から上方に起立するシートチューブ１６と、該ダウンチューブ１４の後端から後方に延びる左, 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。
【００１５】
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。
【００１６】
また、４０は本自転車１の動力源となる動力ユニット（電力駆動系）であり、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に一体に接続され、後輪３２に駆動力を伝達する永久磁石式直流電動モータ４４と、該電動モータ４４に電流を供給するバッテリ６４と、上記電動モータ４４の駆動力を制御するコントローラ５４とを備えている。
【００１７】
上記動力ケース４２は上記ダウンチューブ１４の後部１４ａ下方に取付けられ、上記電動モータ４４は斜め前上方へ突出するように車体カバー４１内に配設されており、上記ダウンチューブ１４の後部１４ａと平行になっている。また上記コントローラ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内に取付けられている。
【００１８】
上記バッテリ６４は多数の電池セルを直列接続してケース内に内蔵してなるもので、上記シートチューブ１６と後輪３２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の上端開口部は上記左, 右のシートステー２２の間に位置しかつ上方に突出しており、上記バッテリ６４は左, 右シートステー２２，２２間を通って上下方向に取付け，取外し可能となっている。
【００１９】
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、この各クランクアーム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。
【００２０】
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、走行モードをＡＮＤモード又はＯＲモードに切り替える走行モード切替えスイッチ６３とが配設されており、該切替えスイッチ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。なお、上記メインスイッチ及び走行モード切替スイッチを図７に示すように一体化しても良い。即ち、ＯＮ・ＡＮＤ又はＯＮ・ＯＲ位置にキーを回動させると、メインスイッチがオンでかつＡＮＤ又はＯＲモードとなり、ＯＦＦ位置に回動させるとメインスイッチがオフとなる。また上記操向ハンドル２６のハンドルグリップ近傍にはスロットルレバー（補助力指示手段）６８が回動可能に配設されている。
【００２１】
上記コントローラ５４は、図２に示すように、各センサ５５ａ〜５５ｆから入力された検出値に基づいて補助力を演算し、該補助力を得るのに必要な補助電流値を演算し、電動モータ４４に供給される電流が上記補助電流値となるように電流供給回路を制御する。なお、８０は電動モータ４４のへの給電をオンオフするスイッチであり、８１は電動モータ４４への給電停止時に発生するモータ逆起電力の流路を形成するフライホイールダイオードである。
【００２２】
５５ａは上記スロットルレバー６８による指示値を検出するスロットルセンサ、５５ｂは上記動力ケース４２内に配設され、ペダル踏力を検出する踏力センサ、５５ｃは上記切替えスイッチ６３が何れの走行モードであるかを検出する切替えセンサ、５５ｄは前輪２８又は後輪３２に配設され、車速を検出する車速センサ、５５ｅはブレーキが作動していることを検出するブレーキセンサ、５５ｆはバッテリ残量を検出する残量センサである。なお、車速の検出は、動力ユニット内の人力駆動系の回転速度を検出して行なうようにしても良い。
【００２３】
上記コントローラ５４は、上記補助力つまり補助電流値を制御する補助力制御手段として機能するのであるが、この場合に、基本的にはスロットルレバー６８により指示され、スロットルセンサ５５ａから入力されたスロットル開度に基づいて設定されたスロットル補助力と、踏力検出センサ５５ｂから入力されたペダル踏力に基づいて設定されたペダル補助力との両方に基づいて上記補助力を制御する。なお、ペダル補助力は例えばペダル踏力に１対１で対応するように、つまり同じ値に設定される。
【００２４】
具体的には、切替えセンサ５５ｃからの入力が上記切替えスイッチ６３がＡＮＤモードであることを示している場合には、上記コントローラ５４のＡＮＤ制御機能により、上記補助力はスロットル補助力とペダル補助力との和に基づいて制御される。一方、上記切替えスイッチ６３がＯＲモードとなっている場合には、ＯＲ制御機能により、上記補助力はスロットル補助力とペダル補助力との何れか大きい方の値に基づいて制御される。
【００２５】
またバッテリ残量検出センサ５５ｆからの入力によりバッテリ残量が所定値以下であることが検出された場合には、バッテリ連動制御機能により、上記補助力は、上記何れのモードであっても上記ペダル補助力のみに基づいて制御される。
【００２６】
さらにまた、ブレーキセンサ５５ｅからの入力により、ブレーキが作動状態にあることを検出された場合には、ブレーキ連動制御機能により、全ての補助力供給動作が停止される。
【００２７】
またペダル補助力のみに基づいた補助力制御に移行する場合、上記コントローラ５４の表示制御機能により、該移行が表示される。この表示はブザーの発音，ランプの点灯等の方法により行われる。
【００２８】
ここで、ペダル踏力は図３（ａ）の曲線ａに示すように変化し、またスロットルレバーを一定開度に保持している場合のスロットル補助力は同図（ｂ）の特性線ｂに示すように一定値となる。
【００２９】
そして、上記切替えスイッチ６３により上記ＡＮＤモードを選択し、スロットルレバー６８を一定開度に保持した状態でペダル５０を漕いでいる場合には、補助力は、図４に示すように、一定のスロットル補助力ｂに上記ペダル踏力ａに１対１で対応するペダル補助力ａ′を加算した値ｃとなり、該加算補助値ｃとペダル踏力ａとの合力ｄが後輪３２に伝達される。
【００３０】
また、上記上記ＯＲモードを選択し、スロットルレバー６８を一定開度に保持した状態でペダル５０を漕いでいる場合には、補助力は、図５に示すように、一定のスロットル補助力ｂと上記ペダル踏力ａに１対１で対応するペダル補助力ａ′との何れか大きい値ｃ′となり、該大きい方の値ｃ′と上記ペダル踏力ａとの合力ｄ′が後輪３２に伝達される。
【００３１】
バッテリ残量センサ５５ｆからの残量値が所定値以下のときには、図６に示すように、スロットル操作，及びモード選択に関係なく、補助力ｃ′′はペダル踏力ａに１対１で対応するペダル補助力ａ′のみ値のみの大きさとなり、該補助力ｃ′′と上記ペダル踏力ａとの合力ｄ′′が後輪３２に伝達される。
【００３２】
次に本実施形態の作用効果について説明する。
本電動補助自転車１では、ＡＮＤモードと、ＯＲモードとを選択可能としたので、走行路面状態や体力状態に応じて適宜補助力の大きさを選択することができる。例えば上記ペダル５０を漕ぎながらスロットルレバー６８を操作している場合に、ＡＮＤモードを選択したときには、スロットル補助力ｂとペダル補助力ａ′とを加えた補助力ｃが供給されるので、急坂路や荷物積載状態での走行性を向上できるとともに、加速性能を向上できる。
【００３３】
またＯＲモードを選択したときにはスロットル補助力ｂ又はペダル補助力ａ′の何れか大きい値の補助力ｃ′が供給されるので、ペダル５０の上死点，下死点付近での踏力不足（図５(a)の曲線ａの谷ａ１参照）を補うことができ、安定した滑らかな走行フィーリングが得られる。またこの場合には、バッテリの消耗を抑制できる。
【００３４】
また、バッテリ残量が所定値以下のときにはペダル補助力ａ′のみの補助力ｃ′′を供給するようにしたので、残り少ないバッテリ容量を有効に活用することができ、電動による走行距離の延長を図ることができる。
【００３５】
さらにまた、ブレーキ作動時には電動モータ４４への給電を直ちに停止するようにしたので、制動時に無駄な補助を行うことを回避でき、バッテリの有効利用を図ることができる。
【００３６】
さらに上記バッテリ残量が少なくなり、ペダル補助力のみによる補助を行う場合にはその旨をブザーやランプ等により表示するようにしたので、運転者にバッテリ低下を予告できるとともに、運転に与える影響を少なくすることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、スロットル開度に基づく補助力とペダル踏力に基づく補助力の両方に基づいて補助力を制御するようにしたが、スロットル開度のみに基づくいわゆる自走モードと、ペダル踏力に基づいて補助力を制御する踏力比例制御モードを切り替えるようにすることができる。このようにした場合は、体力やバッテリ残量に基づいて適当なモードで走行できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明に係る電動補助車両の補助力制御装置によれば、補助力をスロットル補助力とペダル補助力との両方に基づいて制御するようにしたので、走行路面状態や体力状態に応じて補助力の大きさ，補助特性を適宜選択することができる。
【００３９】
請求項２の発明では、補助力をスロットル補助力とペダル補助力との和に制御するようにしたので、大きな補助力が得られ、急坂路や荷物積載状態での負担を軽減でき、走行性を向上できる効果がある。
【００４０】
請求項３の発明では、補助力をスロットル補助力とペダル補助力のうち大きい方の値に制御するようにしたので、ペダルの上死点，下死点付近での踏力不足を補うことができ、安定した滑らかな走行フィーリングが得られるとともに、バッテリの消耗を抑制できる効果がある。
【００４１】
請求項４の発明では、バッテリ残量が所定値以下のときにはペダル補助力のみに基づいて補助力を制御するようにしたので、残り少ないバッテリ容量を有効利用して走行距離を延長できる効果がある。
【００４２】
請求項５の発明では、ブレーキが作動状態にあるときには全ての補助力供給動作を停止するので、制動時に補助力を供給することによる無駄を回避でき、バッテリの消耗を抑制できる効果がある。
【００４３】
請求項６の発明では、ペダル補助力のみに基づいた制御に移行したときはその旨を表示するようにしたので、運転者にバッテリ低下を警告することができるとともに、運転に与える影響を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による補助力制御装置を備えた電動補助自転車の側面図である。
【図２】上記補助力制御装置の構成を示す図である。
【図３】上記補助力制御装置のペダル踏力，スロットル補助力を示す図である。
【図４】上記補助力制御装置のＡＮＤモードの補助力を示す特性図である。
【図５】上記補助力制御装置のＯＲモードの補助力を示す特性図である。
【図６】上記補助力制御装置のバッテリ残量低下時の補助力を示す特性図である。
【図７】上記補助力制御装置のメインスイッチの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 電動補助自転車（電動補助車両）
４０ 動力ユニット（電力駆動系）
４４ 電動モータ
５４ コントローラ（補助力制御手段）
５４ｆ 表示手段
５５ｅ ブレーキセンサ（ブレーキ検出手段）
５５ｆ 残量センサ（バッテリ残量検出手段）
６８ スロットルレバー（補助力指示手段）
７５ 人力駆動系

Claims (6)

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を備えた電動補助車両の補助力制御装置において、補助力の大きさを外部から指示する補助力指示手段と、該補助力指示手段の指示値から求められたスロットル補助力とペダル踏力から求められたペダル補助力との両方に基づいて上記補助力を制御する補助力制御手段とを備えたことを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
2. 請求項１において、上記補助力制御手段が、スロットル補助力とペダル補助力との和に基づいて上記補助力を制御することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
3. 請求項１において、上記補助力制御手段が、スロットル補助力とペダル補助力との何れか大きい方の値に基づいて制御することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
4. 請求項１ないし３の何れかにおいて、バッテリ残量検出手段を備え、上記補助力制御手段が、検出されたバッテリ残量が所定値以下のときにはペダル補助力のみに基づいて上記補助力を制御することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
5. 請求項１ないし４の何れかにおいて、ブレーキが作動状態にあることを検出するブレーキ検出手段を備え、上記補助力制御手段が、ブレーキ作動状態が検出されたときには全ての補助力供給動作を停止することを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。
6. 請求項４において、ペダル補助力のみに基づいた補助力制御に移行する場合、該移行を表示する表示手段を備えたことを特徴とする電動補助車両の補助力制御装置。

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