JP3688745B2

JP3688745B2 - 補助動力付き人力車両

Info

Publication number: JP3688745B2
Application number: JP04415795A
Authority: JP
Inventors: 幹夫斎藤; 雅樹伊藤
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: EP0729880A3; EP0729880A2; CN1136722A; TW429930U; DE69623149T2; EP0729880B1; DE69623149D1; US5878831A; JPH08239081A; CN1106315C

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、たとえば補助モータ付き自転車などに使用される２次電池の深放電を防止する技術に係り、特に、放電電流の変化に応じた適切な制御を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次電池にある限界以上まで放電させると、２次電池が早期に劣化して寿命が短くなることが知られている。このため、上記のような電動車両において２次電池を使用する場合には、２次電池の電圧（以下、「電池電圧」と称する）が所定の閾値まで低下したらモータに給電する制御システムを停止するようにしている。
【０００３】
ところで、補助モータ付き自転車には、運転者がペダルに加える踏力に比例した補助トルクをモータから供給するように構成したものがある。このような自転車では、２次電池の放電電流が時事刻々と変化するため、電池電圧もその内部抵抗による電圧降下のために変化する。したがって、給電システムを停止するための閾値を一定にしておくと、２次電池から大きな電流が流れた際に、バッテリ残量があるにも拘わらず電池電圧が閾値を割ってしまう。このため、２次電池が充分に放電しないまま充電を行ってしまうことになる。
【０００４】
充分に放電させないまま２次電池への充電を繰り返すと、放電の際の電池電圧が低くなることが知られている。この現象はメモリ効果として知られており、その後に放電を充分に行って充電を行うと電池電圧が回復することも知られている。しかしながら、メモリ効果が生じた状態で２次電池を使用すると、電池電圧が閾値をさらに割り易くなって早期に充電するという悪循環を繰り返し、結果として２次電池を有効に使用することができなくなる。そこで、そのような不都合を解消するために、特公平２ー５６６８８号では、２次電池の出力電流の大きさに対応させた閾値を複数設定しておき、電流値に基づいて閾値を選択する技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補助モータ付き自転車では、ペダルに入力される踏力に応じて２次電池の電流値を変化させるから電流値が大きく変化する。したがって、上記のような技術を適用すると、電流値の変化量に応じて多数の閾値を設定しなければならないため、ソフトウエア等の設計が複雑化するという欠点があった。また、多数の閾値を設定したとしても、閾値どうしの間では出力電流が変化しても閾値は一定となる。このため、必要でないのにモータへの給電の制御システムを停止したり、停止すべきであるのに給電を続行して深放電となってしまうような事態が想定される。
【０００６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電池電圧を監視して確実な制御を行うことができ、これにより、２次電池の深放電やメモリ効果の発生を未然に防止することができる補助動力付き人力車両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に記載の補助動力付き人力車両は、人力によるトルクに加えられる補助トルクを発生するモータと、このモータに電流を供給する２次電池と、この２次電池の電流を上記トルクに応じて変化させる制御手段と、２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記電流の値を検出する電流検出手段と、上記電流値に基づいて閾値を算出する閾値算出手段と、上記２次電池の電圧が上記閾値を下回ったときに２次電池の使用者にその旨を報知する報知手段とを備え、前記閾値が連続的に変化し、かつ、前記電流値がゼロから第１境界値までの間ほぼ一定であり、上記電流値が上記第１境界値から増加するに従って減少することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の補助動力付き人力車両は、請求項１の特徴に加え、前記閾値が連続的に変化し、かつ、前記電流値が増加するに従って減少するとともに、上記電流値がそのとりうる最大値よりも小さい第２境界値以上のときにほぼ一定であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の補助動力付き人力車両は、請求項１または２に記載の特徴に加え、前記報知手段が、前記２次電池の電圧が前記閾値を下回ったときに前記モータへの電流の供給を停止することによって前記使用者に報知することを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の補助動力付き人力車両は、請求項１ないし３のいずれかに記載の特徴に加え、前記閾値が、高さが互いに異なる複数の副閾値からなり、前記報知手段は、前記２次電池の電圧がどの副閾値を下回るかによって前記使用者への報知態様を変えることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の補助動力付き人力車両は、請求項４に記載の特徴に加え、前記副閾値が２種類設けられ、前記報知手段は、前記２次電池の電圧が高い方の副閾値を下回ったときに視覚および聴覚のうち少なくともいずれか一方に訴える報知を行い、上記電圧が低い方の閾値を下回ったときに体感に訴える報知を行うことを特徴としている。
【００１２】
請求項６に記載の補助動力付き人力車両は、請求項５に記載の特徴に加え、前記報知手段が、前記体感に訴える報知として前記人力に対する前記補助トルクの割合を漸次減少させることを特徴としている。
【００１３】
請求項７に記載の補助動力付き人力車両は、請求項５に記載の特徴に加え、前記報知手段が、前記体感に訴える報知として前記人力に対する前記補助トルクの割合をゼロにすることを特徴としている。
【００１４】
請求項８に記載の補助動力付き人力車両は、請求項４に記載の特徴に加え、前記副閾値が少なくとも３種類設けられ、前記報知手段は、前記２次電池の電圧が高い方の副閾値を下回ったときに視覚および聴覚のうち少なくともいずれか一方に訴える報知を行い、上記電圧が上記副閾値よりも低い副閾値を下回ったときに前記人力に対する前記補助トルクの割合を漸次減少させ、上記電圧がさらに低い副閾値を下回ったときに上記補助トルクの割合をゼロにすることを特徴としている。
【００１５】
【作用】
請求項１に記載の補助動力付き人力車両にあっては、２次電池の電流値の変化に応じて閾値も変化する。よって、２次電池の電流値に対応した最適な閾値が連続的に設定され、２次電池の電圧を監視して確実な制御を行うことができる。
【００１６】
請求項１に記載の補助動力付き人力車両にあっては、閾値の値は２次電池の電流値に反比例するように変化するが、電流値が第１境界値以下のときの閾値は一定であり、電流値の減少に伴って増加はしない。このように閾値を設定したのは次の理由による。すなわち、図３に示すように、電池電圧は使用時間が経過するにつれて減少するが、新しい２次電池（図中Ａで示す）と古い２次電池、あるいは前述のメモリ効果が生じた２次電池（図中Ｂで示す）とを比較すると、古い２次電池の方が放電開始後の電池電圧の落ち込み方が激しい。このため、図４の一点鎖線に示すように、放電の開始時においては、わずかな電流を放電するだけで電池電圧が急落する。ここで、図４の斜線（破線部も含む）のように、閾値を２次電池の電流値の全域にわたって反比例するように変化させたとすると、放電を開始すると直ちに電池電圧Ｖが閾値を下回り、放電停止のための処理が行われることになる。このため、２次電池がある程度古くなると、実質的に使用不可能となる。
【００１７】
請求項１に記載の補助動力付き人力車両では、電流値の低い範囲において閾値の上限を設定しているので、古い２次電池でも放電開始直後の電池電圧の落ち込みで閾値を割ることがない。よって、２次電池を有効に使用することができる。
【００１８】
電池電圧はそのときの電流値によって変化するが、あまりに低い電圧で使用すると寿命が短くなることが知られている。請求項２に記載の補助動力付き人力車両では、電流値の高い範囲において閾値の下限値を設定しているので、電池電圧が閾値以下となったときに制御システムを停止するなどの適切な処理を行うことにより、深放電を防止して２次電池の寿命を維持することができる。
【００１９】
請求項３に記載の補助動力付き人力車両では、電池電圧が閾値以下になるとモータへの電流の供給が停止されるので、深放電が防止されるとともに、補助トルクが無くなったことによって、使用者はバッテリ残量がないことを知ることができる。
【００２０】
請求項４に記載の補助動力付き人力車両では、電池電圧の低下の程度に応じて使用者に段階的に適切な報知を行うことができる。たとえば、以下に具体的に述べるように、第１段階では視覚や聴覚に訴える報知、第２段階では補助トルクの比率を低くするなど体感に訴える報知、第３段階で補助トルクの発生を停止するなど、高い安全性を有するシステムを構成することができる。
【００２１】
請求項５に記載の補助動力付き人力車両では、２次電池の電圧が高い方の副閾値以下になったときに視覚や聴覚に訴える報知を行うので、使用者は電池電圧が第１段階まで低下したことを知ることができる。また、電池電圧が低い方の閾値以下になったときに体感に訴える報知を行うので、使用者は電池電圧が第２段階まで低下したことを知ることができるとともに、視覚や聴覚に訴える報知を見逃した場合であっても電池電圧の低下を確実に認識することができる。
【００２２】
請求項６に記載の補助動力付き人力車両では、人力に対する補助トルクの割合を漸次減少させるから、使用者への負担が徐々に増加して電池電圧の低下を確実に認識させることができる。また、使用者への負担が急激に増加することがないので、安全に運転することができる。
【００２３】
請求項７に記載の補助動力付き人力車両では、体感に訴える報知として補助トルクをゼロにするから、使用者の負担が増えて電池電圧の低下を確実に認識させることができ、また、深放電を確実に防止することができる。さらに、視覚や聴力に訴える報知により、次に補助トルクがゼロになることを予測することができるので、使用者の負担が急に増えたとしても安全性を確保することができる。
【００２４】
請求項８に記載の補助動力付き人力車両では、電池電圧が第１段階まで低下すると、視覚や聴覚に訴える報知を行うので、使用者は電池電圧が第１段階まで低下したことを知ることができる。また、電池電圧が第２段階まで低下すると、人力に対する補助トルクの割合を漸次減少させるから、使用者への負担が徐々に増加して電池電圧の低下を確実に認識させることができる。また、使用者への負担が急激に増加することがないので、安全に運転することができる。そして、使用者は、次に電池電圧が第３段階まで低下して補助トルクがゼロになることを予測することができるとともに、それまでに使用者の負担が徐々に増加するのでショックが小さく、よって、より一層安全に運転することができる。
【００２５】
【実施例】
（１）第１実施例
以下、図１ないし図７を参照してこの発明の第１実施例について説明する。
Ａ．自転車の全体構成
図１はこの発明の第１実施例の補助モータ付き自転車を示す側面図である。まず、実施例の説明に先立ち、この自転車の構成について説明する。図において符号１０はメインチューブを示しており、このメインチューブ１０の前部にはヘッドチューブ１１が固定されている。ヘッドチューブ１１の内部には、ハンドルステム１２がヘッドチューブ１１の軸線を中心にして回動自在に挿入されている。ハンドルステム１２の下部には左右一対の前フォーク１６が固定されており、この前フォーク１６には前輪１４が回転可能に取り付けられている。また、ハンドルステム１２の上部には左右に延びるハンドルバー１８が固定されている。
【００２６】
メインチューブ１０は前部から斜め下後方に延びており、その後端には中ラグ４４が固定され、この中ラグ４４にシートチューブ２２と１本のリアチューブ２６とが固定されている。また、メインチューブ１０は下方に向けて凹むように湾曲しており、これによって、使用者が例えばスカートを着用した女性の場合であってもメインチューブ１０を簡単に跨ぎ越して乗車することができるようになされている。
【００２７】
シートチューブ２２は、シート２０が固定されたシートポスト１９を支持している。リアチューブ２６にはハンガーラグ４５を介して一対のチェーンステー２７が固定され、チェーンステー２７とシートチューブ２２は、左右一対のシートステー２４で連結されている。図示のように、シートチューブ２２、シートステー２４、リアチューブ２６およびチェーンステー２７はほぼ三角形をなしており、使用者が乗車したときの体重を支持しうるようになっている。シートステー２４とチェーンステー２７との連結部には後輪２８が回転可能に取り付けられている。
【００２８】
中ラグ４４およびハンガーラグ４５の下方には、ブラケット４６，４７を介してパワーユニット３４が取り付けられている。このパワーユニット３４は、人力による駆動系、モータによる駆動系、および両者の合力機構をユニットとしたものであり、そのケースには、クランク軸３３が取り付けられ、このクランク軸３３の両端にはクランク３２が固定されている。クランク３２にはそれぞれペダル３１が取り付けられている。なお、符号３６はモータを示す。
【００２９】
使用者がペダル３１を踏んだときのクランク軸３３の回転は、パワーユニット３４内の機構を通じてチェーン３７に伝達され、さらにフリーホイール２９を介して後輪２８に伝達され、後輪２８が回転することによってこの補助モータ付き自転車が推進される。その一方、モータ３６が駆動されると、そのロータの回転がパワーユニット３４内部の別の機構を通じてチェーン３７に伝達され、これによっても後輪２８が回転されるようになっている。このようにして、このモータ付き自転車は、クランク軸３３によって伝えられる人力による駆動系と、モータ３６による駆動系とを備えている。
【００３０】
また、メインチューブ１０の下部にはケーシング４１が固定されている。このケーシング４１の内部にはコントローラ４２が設けられている。モータ３６には充電可能なバッテリ（２次電池）３９から駆動用の電流が供給される。バッテリ３９はモータ３６に電流を供給し、コントローラ４２はこの電流を増減させるようになっている。すなわち、人力の駆動力つまりペダル３１、クランク３２、クランク軸３３を通じて与えられる踏力が大きいときは、コントローラ４２がモータ３６に流れる電流を大きくし、踏力が小さいときは、コントローラ４２がモータ３６に流れる電流を小さくする。これによって、人力の負担が大きいときにはモータ３６の駆動力を大きくして、人力の負担を減らすことが可能となる。
【００３１】
バッテリ３９はインナーボックス３８内に上下２段に収納されており、このインナーボックス３８がさらにアウターボックス４０に収容されている。アウターボックス４０は、シートチューブ２２と後輪２８との間に配置され、シートチューブ２２、シートステー２４、およびリアチューブ２６に固定されている。なお、図中符号６１はアウターボックス４０の上蓋であり、この上蓋４０を開くことにより、インナーボックス３８をアウターボックス４０へ収納し、あるいはそこから取り出すことができる。
【００３２】
Ｂ．制御システムの構成
次に、図２を参照して実施例における補助トルクの制御システムについて説明する。図２は、制御回路の概略を示すブロック図である。図２に示すように、コントローラ４２のトルク電圧検出部１３０には、パワーユニット３４内に設けられたトルクセンサ１３１から、ペダル３１を踏む踏力を示すデータがインターフェース１３２を介して入力され、トルク電圧検出部１３０は、上記データを適切な処理信号に変換して指示電流計算部１０１に出力する。
【００３３】
指示電流計算部１０１は、踏力に比例した指示電流を計算してそのデータをＰＷＭ計算部１０２に出力する。ＰＷＭ計算部１０２は、指示電流に対応したパルス電流のデューティ比を計算し、その計算結果を示すデータをインターフェース１０３を介して電流制御部１０４へ出力する。電流制御部１０４は、ＰＷＭ計算部１０２で計算されたデューティ比のパルス電流がバッテリ３９からモータ３６へ供給されるように制御する。モータ３６に供給される電流は、電流センサ（電流検出手段）１３５によって検出され、電流を示すデータは、インターフェース１３６を介して電流検出部１３７に出力される。電流検出部１３７は、電流を示すデータを適切な処理信号に変換して閾値計算部１０８に出力する。
【００３４】
閾値計算部１０８は、電流値に基づいて２種類の閾値Ｖ_th1およびＶ_th2を計算する。すなわち、閾値計算部１０８は、メモリ１０９に記憶させたバッテリ３９の内部抵抗の値Ｒを読み出し、電流値をＩとしたときに下記式に示す計算を行う。
Ｖ_th1＝Ｖ₁−ＩＲ……（１）
Ｖ_th2＝Ｖ₂−ＩＲ……（２）
【００３５】
図５は上記式による計算で得られる第１閾値（副閾値）Ｖ_th1および第２閾値（副閾値）Ｖ_th2を示す線図である。図において斜線の傾きは内部抵抗Ｒを示す。また、Ｖ₁およびＶ₂は、最適な閾値を得るために実験によって求められたもので、Ｖ₁は、バッテリ残量が充分なときに電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1を下回らないような値に設定されている。また、Ｖ₂は、バッテリ残量がかなり少なくなったときに、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2を下回るような値に設定されている。
【００３６】
また、閾値計算部１０８は、電流値Ｉが第１境界値Ｉ₁以下の場合には、上記計算を行わずにメモリ１０９に記憶させた閾値Ｖ_f01およびＶ_f11を読み出し、電流値Ｉが第２境界値Ｉ₂以上の場合には、上記計算を行わずにメモリ１０９に記憶させた閾値Ｖ_f02およびＶ_f12を読み出す。そして、計算または読出により得られた第１閾値Ｖ_th1および第２閾値Ｖ_th2は、警告・打切判断部（報知手段）１１０に出力される。
【００３７】
次に、バッテリ３９には電圧センサ（電圧検出手段）１０５が接続され、バッテリ３９の電圧を示すデータは、インターフェース１０６を介してコントローラ４２の電圧検出部１０７へ出力される。電圧検出部１０７は、上記データを適切な処理信号に変換してこれを警告・打切判断部１１０に出力する。警告・打切判断部１１８は、検出された電圧ｖをもとに下記式に示す計算を行い、電池電圧Ｖを求める。
Ｖ＝ｖ−ＩＲ……（３）
【００３８】
警告・打切判断部１１０は、電池電圧Ｖと第１、第２閾値Ｖ_th1，Ｖ_th2とを比較する。そして、電池電圧Ｖが第１、第２閾値Ｖ_th1，Ｖ_th2どうしの間にある場合には、ハンドル１８に設けたＬＥＤ（図示略）を点滅させる。このＬＥＤの点滅により、運転者はバッテリ残量が残り少なくなったことを知ることができる。
【００３９】
次に、警告・打切判断部１１０は、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2を上回る場合には、モータ３６と電流制御部１０４との間に介装されたリレー１１１のコイル（図示略）に励磁電流を供給し、それ以外の場合には供給を停止する。リレー１１１はノルマルオープン式のもので、インターフェース１１２を介して励磁電流が供給されているときに、モータ３６および電流制御部１０４間を接続し、励磁電流の供給が停止されるとモータ３６および電流制御部１０４間の接続を切る。この構成により、バッテリ３９の電池電圧が第２閾値Ｖ_th ₂以下になると、モータ３６への電流の供給が停止される。また、警告・打切判断部１１０は、電池電圧が第２閾値Ｖ_th ₂以下の場合には、指示電流計算部１０１に指示電流をゼロにする旨の信号を供給する。これにより、例えばリレー１１１の接点どうしがスパークなどによって接触したままになっても、モータ３６への電流の供給は停止させられる。
【００４０】
Ｃ．実施例の動作
次に、上記構成の補助モータ付き自転車の動作について図６を参照しながら説明する。自転車が運転されると、運転者の踏力に比例した補助トルクがモータ３６からパワーユニット３４に出力され、電流センサ１３５は、その際のモータ３６に流れる電流を検出し（ステップＳ１）、電圧センサ１０５は、バッテリ３９の両端部の電圧ｖを検出する（ステップＳ２）。この電圧ｖは、バッテリ３９の内部抵抗による電圧降下分「ＩＲ」を含んでいる。次に、モータ３６に流れる電流の値Ｉとバッテリ３９の内部抵抗Ｒとに基づき、第２閾値Ｖ_th2を計算しまたは読み出す（ステップＳ３）。この第２閾値Ｖ_th2は、モータ３６への電流の供給を停止するか否かを判定するためのものであり、ステップＳ４において、第２閾値Ｖ_th2とバッテリ３９の電池電圧Ｖ（ｖ−ＩＲ）とを比較する。
【００４１】
電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2よりも大きい場合には、ステップＳ４での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ５へ進んで第１閾値Ｖ_th1を計算しまたは読み出す。この第１閾値Ｖ_th1は、電池電圧Ｖがある程度低下したときに運転者への警告を行うか否かを判定するためのものである。次に、ステップＳ６において、第１閾値Ｖ_th1と電池電圧Ｖとを比較する。
【００４２】
電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1よりも大きい場合には、ステップＳ６での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ７へ進んで補助トルクの制御システムを終了するか否かを判定する。メインスイッチがオフにされた場合と、補助トルクをゼロにする場合（後述する）にはステップＳ８へ進んで制御を終了する。また、そうでない場合にはステップＳ１へ戻ってステップＳ１〜Ｓ７を循環する。
【００４３】
以上はバッテリ３９の電池電圧Ｖが充分である場合の処理である。電池電圧Ｖが低下して第１閾値Ｖ_th1以下になると、ステップＳ６での判定結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ１０へ進んでＬＥＤを点滅させる。そして、メインスイッチがオフにされない間は、ステップＳ１〜Ｓ１０を循環する。
【００４４】
電池電圧Ｖがさらに低下して第２閾値Ｖ_th2に達すると、ステップＳ４での判定結果は「ＮＯ］となり、ステップＳ１１へ進んでそれまで点滅させていたＬＥＤを点灯する。次いで、警告・打切判断部１１０は、指示電流計算部１０１に指示電流値をゼロにする旨の信号を出力するとともに、リレー１１１を切る（ステップＳ１２，Ｓ１３）。これにより、モータ３６への電流の供給が停止され、補助トルクがゼロになる。この場合には制御システムは終了となる（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００４５】
上記構成の補助モータ付き自転車においては、バッテリ３９の電流値Ｉの変化に応じて第１、第２閾値Ｖ_th ₁，Ｖ_th2も変化するので、バッテリ３９の電流値Ｉに対応した最適な閾値が連続的に設定され、バッテリ３９の電池電圧Ｖを監視して確実な制御を行うことができる。
【００４６】
特に、上記実施例では、第１、第２閾値Ｖ_th ₁，Ｖ_th2の値はバッテリの電流値に反比例して変化するが、電流値Ｉが第１境界値Ｉ₁以下のときと第２境界値Ｉ₂以上のときの第１、第２閾値Ｖ_th ₁，Ｖ_th2は一定としている。したがって、使用期間が長かったりメモリ効果によってバッテリ３９の電池電圧Ｖが低下していた場合には、放電を開始した直後に電池電圧Ｖが急激に低下するが、上記実施例では、そのような場合に電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1または第２閾値Ｖ_th2以下となることがない。よって、警告や放電停止のための処理が行われるようなことがなく、バッテリ３９を有効に使用することができる。また、あまりに低い電圧でのバッテリ３９の使用が阻止されるので、バッテリの寿命を維持することができる。
【００４７】
また、上記実施例では、電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1以下になったときにＬＥＤを点滅させるので、運転者は電池電圧Ｖが低下したことを知ることができるとともに、次にアシスト比がゼロになることを予測することができ、そのときに使用者の負担が増加しても安全性を確保することができる。また、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2以下になるとモータ３６への電流の供給が停止されるので、深放電が防止されるとともに、補助トルクが無くなったことによって、使用者はバッテリ残量がないことを確実に知ることができる。
【００４８】
Ｄ．変更例
上記第１実施例の変更例として以下の態様がある。
（ａ）上記第１実施例において、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2以下となったときに補助トルクをいきなりゼロにするのではなくて、踏力に対する補助トルクの割合を漸次減少させ、一定距離あるいは一定時間走行した後にゼロにするように制御することもできる。
（ｂ）上記第１実施例では、閾値を２種類設けているが１種類とすることも可能である。たとえば、電池電圧が閾値以下となったときにＬＥＤによる警告のみを行うことも可能であり、あるいは、補助トルクをゼロにする処理のみを行うことができる。さらに、補助トルクを漸次減少させる処理を行うこともできる。
（ｃ）上記のように補助トルクを漸次減少する制御では、運転者に対する負荷が緩やかに増加するので、より安全に運転することができるという利点がある。しかしながら、そのような制御では、制御システムのメインスイッチをオフにした後に再びオンにすると、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2以下であるから補助トルクの漸減を最初から再開することになる。このため、メインスイッチのオン／オフを繰り返すことにより、電池電圧Ｖがどこまでも低下して深放電となってしまう。
【００４９】
そこで、そのような不都合を解消するために、図７に示すように、電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1以下になったときに補助トルクの漸減を開始し（ステップＳ９）、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2以下になったときに補助トルクをゼロにするように制御することもできる。このような構成の詳細は次の第２実施例で説明するが、この場合において、図２に示すメモリ１３８に、複数の制限係数をアドレス順に漸次減少するように記憶させておき、制限係数をアドレス順に読み出して指示電流値に掛け合わせ、このデータをＰＷＭ計算部１０２に出力するようにすれば良い。このように制御することにより、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2を割り込むと制御システムが終了するので（ステップＳ７）、深放電を防止することができる。また、電源電圧Ｒが第２閾値Ｖ_th2を割り込むまではバッテリ３９を使用することができるので、バッテリ容量を最大限に利用することができる。
【００５０】
（２）第２実施例
Ａ．第２実施例の構成
次に、図８ないし図１２を参照して本発明の第２実施例について説明する。第２実施例は、電池電圧Ｖの閾値を３種類設け、電池電圧Ｖの低下の程度に応じて３種類の処理を行うことを特徴としている。具体的には、図９に示すように、電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1以下となったときにＬＥＤによる警告を行い、第２閾値Ｖ_th2以下となったときに補助トルクの漸減を行い、第３閾値Ｖ_th3以下となったときに制御システムを停止する。なお、前記第１実施例と同様に、電流値Ｉが第１境界値Ｉ₁以下のときと第２境界値Ｉ₂以上のときは、各閾値Ｖ_th1，Ｖ_th2，Ｖ_th3は一定とされている。
【００５１】
図８は実施例の制御回路を示すブロック図である。なお、以下の説明においては、前記第１実施例と同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。図中符号１５０はタイマであり、タイマ１５０から発生される経過時刻を示すデータはインターフェース１５１を介して計時部１５２に出力される。計時部１５２は、経過時刻を示すデータを適切な処理信号に変換して走行距離計算部１５３と電流制限係数計算部１５４に出力する。走行距離計算部１５３には、車速センサ１５５が検出する自転車の車速を示すデータがインターフェース１５６を介して出力される。走行距離計算部１５３は、車速を時間で積分する計算を行って自転車の走行距離を算出し、走行距離を示すデータを電流制限係数計算部１５４に出力する。
【００５２】
電流制限係数計算部１５４は、補助トルクを漸減させる際に制限係数を計算し、制限係数を示すデータを指示電流計算部１０１に出力する。指示電流計算部１０１は、踏力に比例するように計算した指示電流と上記制限係数とを乗算した結果をＰＷＭ計算部１０２に出力する。これにより、踏力に対する補助トルクの比率が減少する。制限係数の計算は、警告・電流漸減・打切判定部１６０からの指令信号により開始する。
【００５３】
この実施例では、図１０（Ａ）に示すように、自転車の走行距離が増加するに従って制限係数を直線的に減少させるようにしている。これにより、踏力に対する補助トルクの比率が走行距離とともに減少する。すなわち、電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1を下回った時点における位置をＤ₁とすると、そこからＤ₂の位置まで走行するまでに制限係数を１からｒ₁まで直線的に減少させる。よって、ある位置ｄにおける制限係数は、下記式によって与えられる。
ｒ＝１．０−（ｄ−Ｄ₁）×（１．０−ｒ₁）÷（Ｄ₂−Ｄ₁）
【００５４】
また、制限係数を走行時間とともに減少させることもできる。この場合の制限係数の計算は、上記式の距離のパラメータを時間のパラメータに置き換えればよい。さらに、制限係数を走行距離と走行時間とでそれぞれ計算し、いずれか大きい方の制限係数を採用するように制御することもできる。このように制御することにより、運転者により多くの補助トルクを与えることができ、自転車をより安全に運転することができる。
【００５５】
さらに、図１０（Ｂ）に示すように、制限係数の減少率を走行距離に応じて段階的に大きくするように制御することもできる。図に示すように、最初の区間Ｄ₁−Ｄ₂では制限係数が小さな減少率で直線的に変化し、次の区間Ｄ₂−Ｄ₃では減少率をやや大きくし、次の区間Ｄ₃−Ｄ₄で減少率をさらに大きくする。このように制御することによって、補助トルクが減少し始めるときのショックが少なく、運転者の体感を向上させることができる。また、補助トルクの減少が始まってしばらくすると、体が重い負荷に慣れてくるので、制限係数の減少率が大きくてもさほど負担にはならない。
【００５６】
なお、図１０（Ｂ）に示す制御においても、制限係数を走行時間とともに減少させることもでき、制限係数を走行距離と走行時間とでそれぞれ計算し、いずれか大きい方の制限係数を採用するように制御することもできる。また、図１０（Ｂ）に示す制御において、走行距離と走行時間とが次の段階（ポイントＤ₁，Ｄ₂，…）に達したら、制限係数の減少率を大きくするように制御することもできる。
【００５７】
この実施例では、閾値計算部１０８は、電流値Ｉが第１境界値Ｉ₁以下の場合には、上記計算を行わずにメモリ１０９に記憶させた閾値Ｖ_f01，Ｖ_f11，Ｖ_f21を読み出し（図９参照）、電流値Ｉが第２境界値Ｉ₂以上の場合には、上記計算を行わずにメモリ１０９に記憶させた閾値Ｖ_f02，Ｖ_f12，Ｖ_f22を読み出す。そして、計算または読出により得られた第１閾値Ｖ_th1および第２閾値Ｖ_th2は、警告・電流漸減・打切判断部１６０に出力される。
【００５８】
警告・電流漸減・打切判断部１６０は、電池電圧Ｖと第１、第２、第３閾値Ｖ_th1，Ｖ_t _h2，Ｖ_th3とを比較する。そして、電池電圧Ｖが第１、第２閾値Ｖ_th1，とＶ_th2どうしの間にある場合には、ＬＥＤを点滅させる。また、電池電圧Ｖが第２、第３閾値Ｖ_th2，Ｖ_th3どうしの間にある場合には、モータ３６へ供給する電流を制限する旨の信号を指示電流計算部１０１に出力するとともに、上記ＬＥＤを点灯させる。
【００５９】
Ｂ．第２実施例の動作
次に、上記構成の補助モータ付き自転車の動作について図１１および図１２を参照しながら説明する。自転車が運転されると、その際のモータ３６に流れる電流値および電圧を検出する（ステップＳ２０，２１）。次に、モータ３６に流れる電流の値Ｉとバッテリ３９の内部抵抗Ｒとに基づき、第３閾値Ｖ_th3を計算しまたは読み出す（ステップＳ２２）。この第３閾値Ｖ_th3は、モータ３６への電流の供給を停止するか否かを判定するためのものである。次に、ステップＳ２３に進んで第３閾値Ｖ_th3とバッテリ３９の電池電圧Ｖ（ｒ−ＩＲ）とを比較する。
【００６０】
電池電圧Ｖが第３閾値Ｖ_th3よりも大きい場合には、ステップＳ２３での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２４へ進んで第２閾値Ｖ_th2を計算しまたは読み出す。この第２閾値Ｖ_th2は、電池電圧Ｖがかなり低下したときに補助トルクを漸次減少させるか否かを判定するためのものである。次に、ステップＳ２５に進んで第２閾値Ｖ_th2と電池電圧Ｖとを比較する。
【００６１】
電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2よりも大きい場合には、ステップＳ２５での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２６へ進んで第１閾値Ｖ_th3を計算しまたは読み出す。この第１閾値Ｖ_th2は、電池電圧Ｖがある程度低下したときに運転者への警告を行うか否かを判定するためのものである。次に、ステップＳ２７に進んで第１閾値Ｖ_th1と電池電圧Ｖとを比較する。
【００６２】
電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1よりも大きい場合には、ステップＳ６での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２８へ進んで補助トルクの制御システムを終了するか否かを判定する。制御システムを終了する場合とは、メインスイッチがオフにされたような場合と、補助トルクをゼロにする場合であり、その場合にはステップＳ２９へ進んで制御システムを終了する。また、そうでない場合にはステップＳ２０へ戻り、以後、ステップＳ２０〜Ｓ２９を循環する。
【００６３】
以上はバッテリ３９の電池電圧Ｖが充分である場合の処理である。電池電圧Ｖが低下して第１閾値Ｖ_th1以下になると、ステップＳ２７での判定結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ３０へ進んでＬＥＤを点滅させる。そして、以後はステップＳ２０〜Ｓ３０，Ｓ２８を循環し、電池電圧Ｖがさらに低下して第２閾値Ｖ_th2以下になると、ステップＳ２５での判定結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ３４へ進んでアシスト比漸減処理を行う。
【００６４】
図１２はアシスト比漸減処理を示すフローチャートである。まず、アシスト比漸減処理に入った時点からの走行距離と走行時間とを計算し（ステップＳ４０，Ｓ４１）、制限係数を計算する（ステップＳ４２）。制限係数は、前述したように、走行距離および走行時間の少なくともいずれか一方をもとに、図１０（Ａ）または（Ｂ）に示すようにして計算される。そして、制限係数がゼロでない場合にはステップＳ４３からステップＳ４５へ進み、指示電流の計算およびこの指示電流に制限係数を掛け合わせる計算を行う。次いで、処理はメインルーチンのステップＳ２８へ戻り、以後はステップＳ２０〜Ｓ３４，Ｓ２８の処理を循環する。
【００６５】
上記処理を繰り返すうちにアシスト比が漸次減少してゼロになるので、そのときのステップＳ４３での判定結果は「ＮＯ」となり、ステップＳ４４へ進んでリレー１１１をオフにする。また、次のステップＳ４５における指示電流の計算結果はゼロとなる。これにより、モータ３６への電流の供給が完全に停止される。これによって、メインルーチンのステップＳ２８での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２９へ進んで制御システムを終了する。
【００６６】
以上は、制限係数がゼロになるまでに電池電圧Ｖが第３閾値Ｖ_th3を割り込まなかった場合の処理である。制限係数がゼロになって制御システムが終了した後にメイスイッチを再度オンにすると、アシスト比漸減処理を最初から再開することになる。この実施例では、アシスト比漸減処理を行っている間に電池電圧Ｖが第３閾値Ｖ_th3を割り込んだ場合には、ステップＳ２３での判定結果は「ＮＯ］となり、ステップＳ３１へ進んでそれまで点滅させていたＬＥＤを点灯する。
【００６７】
次いで、警告・電流漸減・打切判断部１６０は、指示電流計算部１０１に指示電流値をゼロにする旨の信号を出力するとともにリレー１１１を切る（ステップＳ３２，Ｓ３３）。これにより、モータ３６への電流の供給が完全に停止され、補助トルクがゼロになる。これによって、ステップＳ２８での判定結果は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２９へ進んで制御システムを終了する。
【００６８】
上記構成の補助動力付き人力車両においては、電池電圧Ｖが第１閾値Ｖ_th1以下になったときにＬＥＤを点滅させ、電池電圧Ｖが第２閾値Ｖ_th2以下になったときにアシスト比を漸減させるので、運転者は電池電圧Ｖが低下したことを視覚と体感とにより知ることができるとともに、次にアシスト比がゼロになることを予測することができ、そのときに運転者の負担が増加しても安全性を確保することができる。また、運転者への負担が緩やかに増加するのでショックが小さく、安全に運転することができる。
【００６９】
（３）その他の変更例
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
（ａ）ＬＥＤの代わりにあるいはそれに加えて、ブザーなどの音によって警告するように構成することができる。
（ｂ）閾値を２種類または３種類設けているが、もっと多く設けることができる。たとえば、電池電圧Ｖに応じて、ＬＥＤ点滅→ブザー音発生→アシスト比漸減→制御システム停止という処理にすることもできる。
（ｃ）アシスト比漸減処理を開始するときにブザー音を発生するように構成することができる。
（ｄ）閾値を２種類設け、第１段階でアシスト比漸減処理に入り、第２段階で制御システムを停止することもできる。
（ｅ）アシスト比を漸減する処理の他に、たとえば、アシスト比を半分にして運転者が違和感を感じさせるように制御することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の補助動力付き人力車両においては、２次電池の電流値に対応した最適な閾値が連続的に設定され、２次電池の電圧を監視して確実な制御を行うことができる（請求項１）。また、電流値の低い範囲において閾値の上限を設定しているので、古い２次電池でも放電開始直後の電池電圧の落ち込みで閾値を割ることがなく、よって、２次電池を有効に使用することができる（請求項１）。さらに、電流値の高い範囲において閾値の下限値を設定しているので、電池電圧が閾値以下となったときに制御システムを停止するなどの適切な処理を行うことにより、深放電を防止して２次電池の寿命を維持することができる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の補助モータ付き自転車を示す側面図である。
【図２】この発明の第１実施例の回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図であって、２次電池における使用時間と電池電圧との関係を示す線図である。
【図４】本発明の原理を説明するための図であって、閾値と電池電圧との関係を示す線図である。
【図５】第１実施例における閾値を示す線図である。
【図６】第１実施例の動作を示すフローチャートである。
【図７】第１実施例の変更例の動作を示すフローチャートである。
【図８】第２実施例の回路を示すブロック図である。
【図９】第２実施例における閾値を説明するための線図である。
【図１０】第２実施例におけるアシスト比漸減処理を説明するための線図である。
【図１１】第２実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】第２実施例におけるアシスト比漸減処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３６モータ
３９バッテリ（２次電池）
１０５電圧センサ（電圧検出手段）
１３５電流センサ（電流検出手段）
２００リミットスイッチ（充電検出手段）

Claims

人力によるトルクに加えられる補助トルクを発生するモータと、このモータに電流を供給する２次電池と、この２次電池の電流を上記トルクに応じて変化させる制御手段と、２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記電流の値を検出する電流検出手段と、上記電流値に基づいて閾値を算出する閾値算出手段と、上記２次電池の電圧が上記閾値を下回ったときに２次電池の使用者にその旨を報知する報知手段とを備え、前記閾値は連続的に変化し、かつ、前記電流値がゼロから第１境界値までの間ほぼ一定であり、上記電流値が上記第１境界値から増加するに従って減少することを特徴とする補助動力付き人力車両。
前記閾値は連続的に変化し、かつ、前記電流値が増加するに従って減少するとともに、上記電流値がそのとりうる最大値よりも小さい第２境界値以上のときにほぼ一定であることを特徴とする請求項１に記載の補助動力付き人力車両。
前記報知手段は、前記２次電池の電圧が前記閾値を下回ったときに前記モータへの電流の供給を停止することによって前記使用者に報知することを特徴とする請求項１または２に記載の補助動力付き人力車両。
前記閾値は、高さが互いに異なる複数の副閾値からなり、前記報知手段は、前記２次電池の電圧がどの副閾値を下回るかによって前記使用者への報知態様を変えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の補助動力付き人力車両。
前記副閾値は２種類設けられ、前記報知手段は、前記２次電池の電圧が高い方の副閾値を下回ったときに視覚および聴覚のうち少なくともいずれか一方に訴える報知を行い、上記電圧が低い方の閾値を下回ったときに体感に訴える報知を行うことを特徴とする請求項４に記載の補助動力付き人力車両。
前記報知手段は、前記体感に訴える報知として前記人力に対する前記補助トルクの割合を漸次減少させることを特徴とする請求項５に記載の補助動力付き人力車両。
前記報知手段は、前記体感に訴える報知として前記人力に対する前記補助トルクの割合をゼロにすることを特徴とする請求項５に記載の補助動力付き人力車両。
前記副閾値は少なくとも３種類設けられ、前記報知手段は、前記２次電池の電圧が高い方の副閾値を下回ったときに視覚および聴覚のうち少なくともいずれか一方に訴える報知を行い、上記電圧が上記副閾値よりも低い副閾値を下回ったときに前記
人力に対する前記補助トルクの割合を漸次減少させ、上記電圧がさらに低い副閾値を下回ったときに上記補助トルクの割合をゼロにすることを特徴とする請求項４に記載の補助動力付き人力車両。