JPH1159558A - 電動補助自転車 - Google Patents

電動補助自転車

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JPH1159558A
JPH1159558A JP9230007A JP23000797A JPH1159558A JP H1159558 A JPH1159558 A JP H1159558A JP 9230007 A JP9230007 A JP 9230007A JP 23000797 A JP23000797 A JP 23000797A JP H1159558 A JPH1159558 A JP H1159558A
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Yoshitaka Ijima
淑隆 井島
Toru Matsubayashi
徹 松林
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Suzuki Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】自然な走行感を保ちながら、ペダル踏力と補助
駆動力の合力トルク変動を抑制して走行を円滑にし、車
体のふらつきを防止するとともに、電動モーターの電流
消費量を低減させる。 【解決手段】本発明に係る電動補助自転車は、コントロ
ーラーに出力制御される電動モーターの補助駆動力Mに
よって人力によるペダル踏力Pがアシストされ、かつペ
ダリング運動により増減するペダル踏力Pの各ピーク出
力Pmax に補助駆動力Mのピーク出力Mmax がほぼ同調
するようにコントローラーがプログラムされたものにお
いて、ペダル踏力Pの各ピーク出力Pmax からの出力降
下率pに対し、補助駆動力Mのピーク出力Mmax からの
出力降下率mを小さくする出力漸減制御を実行するよう
にコントローラーをプログラムした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コントローラーに
出力制御される電動モーターを自転車の車体に搭載し、
この電動モーターから出力される補助駆動力でペダル踏
力をアシストすることにより登坂走行や向い風を受けな
がらの走行を容易にした電動補助自転車に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の電動補助自転車において、電動
モーターから出力される補助駆動力の大きさ(アシスト
比)は、ペダル踏力の大きさに対し常に一定の比率(例
えば1対1)になるようにコントローラーに制御され
る。また、図7(A),(B) に波形で示すように、ペダル踏
力Pはペダリング運動により絶えず増減するが、その各
ピーク出力Pmax に補助駆動力Mのピーク出力Mmax
ほぼ同調するようにコントローラーがプログラムされて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにPmax にMmax を同調させるように制御した場合、
例えば発進時や急坂登坂時のように、車速が遅く、かつ
max の値が大きく、なおかつPmax の発生間隔dに隔
たりがある場合には、ペダル踏力Pと補助駆動力Mの合
力のトルク変動が非常に大きくなり、走行がぎこちなく
なったり、車体がふらつく原因になる。また、これを解
決するため単に補助駆動力Mによるアシスト比を大きく
するだけでは発進時に飛び出し等が起きる懸念がある。
【0004】そこで、Pmax の発生タイミングに対しM
max の発生タイミングを遅延させ、ペダル踏力Pの谷を
補助駆動力Mの山でカバーするように電動モーターの出
力を制御するものが提案されている(特開平8-295285号
公報参照)。
【0005】ところが、この制御方法では左右一方のペ
ダルから他方のペダルに踏み換える間にMmax が出力さ
れるため、ペダルに力を込めていないにも関わらず電動
補助自転車が勝手に走行する感じ(自走感)が強く、非
常に不自然な走行感になる。
【0006】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、その第1の目的は、自然な走行感を
保ちながら、ペダル踏力と補助駆動力の合力トルク変動
を抑制して走行を円滑にし、車体のふらつきを防止する
とともに、電動モーターの電流消費量を低減させること
にある。
【0007】また、本発明の第2の目的は、特に低速域
におけるペダル踏力と補助駆動力の合力トルク変動を抑
制し、車体のふらつきを防止するとともに、中、高速域
における電動補助自転車の自走感を排除することにあ
る。
【0008】さらに、本発明の第3の目的は、車速に応
じた最適な合力トルク変動抑制を可能にし、中、高速域
における電動補助自転車の自走感を一層効果的に排除す
ることにある。
【0009】そして、本発明の第4の目的は、特に登坂
走行時におけるペダル踏力と補助駆動力の合力トルク変
動を抑制し、車体のふらつきを防止するとともに、平坦
路や登坂角の浅い時における電動補助自転車の自走感を
排除することにある。
【0010】また、本発明の第5の目的は、登坂角に応
じた最適な合力トルク変動抑制を可能にし、登坂角の浅
い時における電動補助自転車の自走感を一層効果的に排
除することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記第1の目的を達成す
るため、本発明に係る電動補助自転車は、請求項1に記
載したように、コントローラーに出力制御される電動モ
ーターの補助駆動力によって人力によるペダル踏力がア
シストされ、かつペダリング運動により増減するペダル
踏力の各ピーク出力に補助駆動力のピーク出力がほぼ同
調するようにコントローラーがプログラムされた電動補
助自転車において、ペダル踏力の各ピーク出力からの出
力降下率に対し、補助駆動力のピーク出力からの出力降
下率を小さくする出力漸減制御を実行するようにコント
ローラーをプログラムした。
【0012】また、前記第2の目的を達成するため、本
発明に係る電動補助自転車は、請求項2に記載したよう
に、車速が所定値以下の低速域においてのみ前記出力漸
減制御が実行されるようにコントローラーをプログラム
した。
【0013】さらに、前記第3の目的を達成するため、
本発明に係る電動補助自転車は、請求項3に記載したよ
うに、車速の増加に伴い、前記出力漸減制御の漸減係数
が大きくなるようにコントローラーをプログラムした。
【0014】そして、前記第4の目的を達成するため、
本発明に係る電動補助自転車は、請求項4に記載したよ
うに、走行路面の登坂角が所定値以上の時にのみ前記出
力漸減制御が実行されるようにコントローラーをプログ
ラムした。
【0015】また、前記第5の目的を達成するため、本
発明に係る電動補助自転車は、請求項5に記載したよう
に、走行路面の登坂角増加に伴い、前記出力漸減制御の
漸減係数が小さくなるようにコントローラーをプログラ
ムした。
【0016】請求項1のように電動補助自転車を構成し
た場合、ペダル踏力の増大に伴い補助駆動力も増大し、
ペダル踏力がピーク出力に達する時点で補助駆動力もピ
ーク出力となる。その後、出力漸減制御によってペダル
踏力の出力降下率に対し補助駆動力の出力降下率が小さ
くなるので、ペダル踏力に対し補助駆動力の残存出力の
方が大きく保たれる。このため、従来ではペダル踏力と
補助駆動力の合力のトルク変動の谷間であった部分が補
助駆動力の残存出力によって補われ、トルク変動が抑制
される。
【0017】したがって、車体のふらつきが防止されて
電動補助自転車の走行が円滑になり、しかもトルク変動
の谷間を補う補助駆動力の残存出力は漸減していくた
め、電動補助自転車の自走感が排除されて自然な走行感
が保たれる。さらに、出力漸減制御の実行時には補助駆
動力の変化量が小さく、電動モーターのゼロ起動が少な
くなるため、電流消費量が低減する。
【0018】また、請求項2のように電動補助自転車を
構成した場合、車速が所定値以下の低速域においてのみ
前記出力漸減制御が実行されるため、特に車体がふらつ
きやすい低速域における合力トルク変動が抑制され、車
体のふらつきが効果的に防止される。しかも、ペダリン
グピッチが高まる中、高速域においては出力漸減制御が
実行されないため、電動補助自転車の自走感が排除され
る。
【0019】さらに、請求項3のように電動補助自転車
を構成した場合、車速の増加に伴って前記出力漸減制御
の漸減係数が大きくなり、補助駆動力のピーク出力から
の出力降下率が大きくなる。したがって、車速に応じた
最適な合力トルク変動抑制が行われ、中、高速域におけ
る電動補助自転車の自走感が一層効果的に排除される。
【0020】そして、請求項4のように電動補助自転車
を構成した場合、走行路面の登坂角が所定値以上の時に
のみ前記出力漸減制御が実行されるため、特に車体がふ
らつきやすい登坂走行時における合力トルク変動が抑制
され、車体のふらつきが効果的に防止される。しかも、
乗員の脚力に余裕がある非登坂時においては出力漸減制
御が実行されないため、電動補助自転車の自走感が排除
される。
【0021】さらに、請求項5のように電動補助自転車
を構成した場合、登坂角の増加に伴って前記出力漸減制
御の漸減係数が小さくなり、補助駆動力のピーク出力か
らの出力降下率も小さくなる。したがって、登坂角に応
じた最適な合力トルク変動抑制が行われ、登坂角の浅い
時や非登坂時における電動補助自転車の自走感が一層効
果的に排除される。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る
電動補助自転車の左側面図である。
【0023】この電動補助自転車は、例えば金属管製の
車体フレーム1を備えており、この車体フレーム1の前
頭部には前輪2を支持するフロントフォーク3が左右回
動自在に設けられ、フロントフォーク3の上部にハンド
ルポスト4を介してハンドルバー5が回動一体に設けら
れている。一方、車体フレーム1の後部には後輪6が軸
支され、車体フレーム1の中央上部にはサドルポスト7
を介してサドル8が設置される。
【0024】そして、車体フレーム1の中央下部に電動
補助装置10(パワーユニット)が搭載されている。この
電動補助装置10には電動モーター11と合力装置12とトル
クセンサー13等の機器類が内蔵されるとともに、車幅方
向に貫通する形でクランク軸14が軸支されており、この
クランク軸14の両端部に左右一対のクランク15が回転一
体に固定され、両クランク15の先端部にそれぞれペダル
16が回転自在に設けられている。
【0025】また、クランク軸14には電動補助装置10の
右側に位置する図示しないドライブスプロケットが軸装
され、このドライブスプロケットと後輪6の右側に設け
られた図示しないドリブンスプロケットとの間にドライ
ブチェーン17(またはドライブベルト)が巻装されてい
る。
【0026】さらに、電動補助装置10の上部には電動モ
ーター11の出力を制御するためのコントローラー18が取
り付けられ、コントローラー18の上部には走行路面の登
坂角を検出する傾斜センサー19が設置されている。コン
トローラー18はマイコン等によって構成された制御装置
である。
【0027】一方、合成樹脂等で形成されたフレームカ
バー20が車体フレーム1の前半部から電動補助装置10と
コントローラー18、傾斜センサー19までを覆っており、
このフレームカバー20の前部には電動モーター11の電源
となるバッテリーユニット21が着脱可能に設けられてい
る。なお、フレームカバー20前端側面にはキー式のメイ
ンスイッチ22が設けられおり、これをON操作して電動
補助自転車を起動させる。また、車速を検出するための
車速センサー26が、例えば前輪2の車軸部に設けられて
いる。
【0028】図2は、この電動補助自転車の制御系統を
示すブロック図である。ここに示すように、コントロー
ラー18にはトルクセンサー13、車速センサー26、傾斜セ
ンサー19、バッテリーユニット21、電動モーター11等の
機器類が接続されている。
【0029】電動補助自転車の走行時において、電動補
助装置10のクランク軸14は、サドル8に着座した乗員が
足でペダル16を踏むことより前転駆動される。同時に、
電動補助装置10内の電動モーター11が作動し、クランク
軸14の駆動トルク(ペダル踏力P)と電動モーター11の
出力(補助駆動力M)とが合力装置12により合成され、
その合力P+Mがドライブチェーン17を介して後輪6に
伝達される。
【0030】この時、トルクセンサー13は常にクランク
軸14に加わる駆動トルクを検出し、そのデータをコント
ローラー18に入力する。コントローラー18は上記駆動ト
ルクのデータからペダル踏力Pを算出し、ペダル踏力P
と補助駆動力Mとの比率(アシスト比)が常時一定の比
率(例えば1対1)になるように電動モーター11への印
加電流を制御する。このように、補助駆動力Mのアシス
トによってペダル踏力Pが大幅に低減されるため、特に
登坂走行や向い風を受けながらの走行が非常に楽にな
る。
【0031】図3(A),(B) は上記アシスト走行時におけ
るペダル踏力Pと補助駆動力Mの関係を示している。こ
こに示すように、ペダル踏力Pはペダリング運動により
絶えず増減するが、その各ピーク出力Pmax に補助駆動
力Mのピーク出力Mmax がほぼ同調するようにコントロ
ーラー18がプログラムされている。
【0032】そして、コントローラー18は出力漸減制御
を実行するようにプログラムされている。この出力漸減
制御とは、ペダル踏力Pの各ピーク出力Pmax からの出
力降下率(グラフ(A) の傾きp)に対し、補助駆動力M
のピーク出力Mmax からの出力降下率(グラフ(B) の傾
きm)が小さくなるように(傾きが浅くなるように)制
御するものである。
【0033】このような出力漸減制御を実行した場合、
ペダル踏力Pがピーク出力Pmax に達すると同時に補助
駆動力Mもピーク出力Mmax に達し、その後ペダル踏力
Pよりも補助駆動力Mの方が遅れて減少(漸減)するた
め、ペダル踏力Pに対し補助駆動力Mの残存出力の方が
大きく保たれる。このため、従来ではペダル踏力Pと補
助駆動力Mの合力のトルク変動の谷間であった部分(グ
ラフ(B) のエリアX)が補助駆動力Mの残存出力によっ
て補われ、トルク変動が抑制される。
【0034】したがって、車体のふらつきが防止されて
電動補助自転車の走行が円滑になり、しかもトルク変動
の谷間を補う補助駆動力Mの残存出力は漸減していくた
め、電動補助自転車の自走感が排除されて自然な走行感
が保たれる。さらに、出力漸減制御の実行時には補助駆
動力Mの変化量が小さく、電動モーター11のゼロ起動が
少なくなるため、電流消費量も低減する。
【0035】以下、上記出力漸減制御の流れを図4に示
すフローチャートに基づいて説明する。
【0036】まず、制御のスタート後、S1でペダル踏
力Pが検出される。この実施形態では前述したようにト
ルクセンサー13によって駆動トルクを測定し、この駆動
トルクからペダル踏力Pを検出するようになっている
が、例えば直接ペダル踏力Pを検出可能な検出手段を設
ける等してもよい。
【0037】次にS2でペダル踏力Pが増加中であるか
否かが判定される。S2がYESの場合はS3へ移行
し、ペダル踏力Pに応じた目標モーター電流値IN が算
出される。ここでのIN は次式により求まる。
【0038】
【数1】IN =P×k1 なお、k1 はアシスト比を決定する補助係数であり、一
定値に設定される。
【0039】次にS4に移行し、目標モーター電流値I
N が前回のモーター電流値I0 よりも大きいか否かが判
定される。このS4がYESの場合はS5に移行してI
N により電動モーター11を駆動する。そして、S6にお
いて上記IN が前回のモーター電流値I0 として代入さ
れ、再びS1にリターンする。
【0040】一方、S2がNOの場合、即ちペダル踏力
Pが減少中の時はS7に移行し、車速Vが所定値以下の
低速域にあるか否かが判定される。S7がYESであれ
ばS8に移行し、走行路面の登坂角θが所定値以上であ
るか否かが判定される。そして、S8がYESであれば
S9に移行し、出力漸減制御が実行されるが、S7とS
8のいずれかがNOの場合はS3に戻る。
【0041】このように、S9の出力漸減制御は車速V
が所定値以下の低速域に、かつ走行路面の登坂角θが所
定値以上の時にのみ実行されるようにプログラムされて
いるが、S7とS8を省くことによって中、高速域や非
登坂走行時にも出力漸減制御が実行されるようにするこ
ともできる。
【0042】S9では、出力漸減制御における目標モー
ター電流値IN が算出される。ここでのIN は、次式の
ように前回のモーター電流値I0 から漸減電流値I1
差し引くことによって算出される。
【0043】
【数2】IN =I0 −(I1 ×k2 ) なお、k2 は漸減係数である。そして、S9からS5に
移行し、S9で算出した目標モーター電流値IN により
電動モーター11を駆動する。
【0044】また、前記S4がNOの場合も同様にS9
に移行し、上式に基づいて目標モーター電流値IN が算
出される。これは、ペダル踏力Pが増加中であっても目
標モーター電流値IN より出力漸減制御中のモーター電
流値I0 の方が大きければI0 で電動モーター11を駆動
させるためである。
【0045】S9に示す漸減係数k2 は、図5に示すよ
うに車速Vの増加に伴って大きくなるように、かつ図6
に示すように走行路面の登坂角θの増加に伴って小さく
なるように設定されている。
【0046】以上のような制御ルーティンが反復される
ことにより、常にペダル踏力Pの増減が監視され、ペダ
ル踏力Pの減少時には所定の条件の下で電動モーター11
の出力を漸減させる出力漸減制御が実行されるため、前
に述べたようにペダル踏力Pと補助駆動力Mの合力のト
ルク変動が補助駆動力Mの残存出力によって補われ、ト
ルク変動が抑制されて車体のふらつきが防止され、電動
補助自転車の走行円滑化、自走感の排除、電流消費量の
低減が図られる。
【0047】また、この制御では車速Vが所定値以下の
低速域において、かつ走行路面の登坂角θが所定値以上
の時にのみ出力漸減制御が実行されるようにプログラム
されているため、特に車体がふらつきやすい低速域と登
坂走行時における合力トルク変動が抑制され、車体のふ
らつきが効果的に防止される。
【0048】しかも、ペダリングピッチが高まる中、高
速域や、乗員の脚力に余裕がある非登坂時においては出
力漸減制御が実行されないため、中、高速域および非登
坂時における電動補助自転車の自走感を排除することが
できる。
【0049】さらに、出力漸減制御の実行時における漸
減係数k2 が車速Vの増加に伴って大きくなり、かつ登
坂角θの増加に伴って小さくなるようにコントローラー
18をプログラムしたので、補助駆動力Mのピーク出力M
max からの出力降下率mは車速Vが増加すると大きく、
登坂角θが増加すると小さくなる。このため、車速Vと
登坂角θに応じた最適な合力トルク変動抑制が行われ、
中、高速域や非登坂時における電動補助自転車の自走感
を一層効果的に排除することができる。
【0050】なお、上記各構成は電動補助自転車のみな
らず、電動スクーター型車両等、他の電動車両にも幅広
く応用することができる。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電動
補助自転車は、ペダリング運動により増減するペダル踏
力の各ピーク出力からの出力降下率に対し、補助駆動力
のピーク出力からの出力降下率を小さくする出力漸減制
御を実行するようにコントローラーをプログラムしたた
め、自然な走行感を保ちながら、ペダル踏力と補助駆動
力の合力トルク変動を抑制して走行を円滑にし、車体の
ふらつきを防止するとともに、電動モーターの電流消費
量を低減させることができる。
【0052】また、本発明に係る電動補助自転車は、車
速が所定値以下の低速域においてのみ前記出力漸減制御
が実行されるようにコントローラーをプログラムしたた
め、特に低速域におけるペダル踏力と補助駆動力の合力
トルク変動を抑制し、車体のふらつきを防止するととも
に、中、高速域における電動補助自転車の自走感を排除
することができる。
【0053】さらに、本発明に係る電動補助自転車は、
車速の増加に伴い、前記出力漸減制御の漸減係数が大き
くなるようにコントローラーをプログラムしたため、車
速に応じた最適な合力トルク変動抑制を可能にし、中、
高速域における電動補助自転車の自走感を一層効果的に
排除することができる。
【0054】また、本発明に係る電動補助自転車は、走
行路面の登坂角が所定値以上の時にのみ前記出力漸減制
御が実行されるようにコントローラーをプログラムした
ため、特に登坂走行時におけるペダル踏力と補助駆動力
の合力トルク変動を抑制し、車体のふらつきを防止する
とともに、平坦路や登坂角の浅い時における電動補助自
転車の自走感を排除することができる。
【0055】さらに、本発明に係る電動補助自転車は、
走行路面の登坂角増加に伴い、前記出力漸減制御の漸減
係数が小さくなるようにコントローラーをプログラムし
たため、登坂角に応じた最適な合力トルク変動抑制を可
能にし、登坂角の浅い時における電動補助自転車の自走
感を一層効果的に排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動補助自転車の左側面図。
【図2】電動補助自転車の制御系統を示すブロック図。
【図3】アシスト走行時におけるペダル踏力と補助駆動
力の関係を示したもので、(A)はペダル踏力の波形図、
(B) は補助駆動力の波形図。
【図4】出力漸減制御の流れをフローチャートで示した
図。
【図5】漸減係数と車速の関係をグラフで示した図。
【図6】漸減係数と登坂角の関係をグラフで示した図。
【図7】従来の技術におけるペダル踏力と補助駆動力の
関係を示したもので、(A) はペダル踏力の波形図、(B)
は補助駆動力の波形図。
【符号の説明】
10 電動補助装置 11 電動モーター 12 合力装置 13 トルクセンサー 14 クランク軸 18 コントローラー 21 バッテリーユニット 26 車速センサー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コントローラー18に出力制御される電動
    モーター11の補助駆動力Mによって人力によるペダル踏
    力Pがアシストされ、かつペダリング運動により増減す
    るペダル踏力Pの各ピーク出力Pmax に補助駆動力Mの
    ピーク出力Mmax がほぼ同調するようにコントローラー
    18がプログラムされた電動補助自転車において、ペダル
    踏力Pの各ピーク出力Pmax からの出力降下率pに対
    し、補助駆動力Mのピーク出力Mmax からの出力降下率
    mを小さくする出力漸減制御を実行するようにコントロ
    ーラー18をプログラムしたことを特徴とする電動補助自
    転車。
  2. 【請求項2】 車速Vが所定値以下の低速域においての
    み前記出力漸減制御が実行されるようにコントローラー
    18をプログラムした請求項1に記載の電動補助自転車。
  3. 【請求項3】 車速Vの増加に伴い、前記出力漸減制御
    の漸減係数k2 が大きくなるようにコントローラー18を
    プログラムした請求項1および2に記載の電動補助自転
    車。
  4. 【請求項4】 走行路面の登坂角θが所定値以上の時に
    のみ前記出力漸減制御が実行されるようにコントローラ
    ー18をプログラムした請求項1に記載の電動補助自転
    車。
  5. 【請求項5】 走行路面の登坂角θ増加に伴い、前記出
    力漸減制御の漸減係数k2 が小さくなるようにコントロ
    ーラー18をプログラムした請求項1および4に記載の電
    動補助自転車。
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