JP5602186B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを有する自転車等の電動アシスト車のモータ駆動制御装置に関する。

モータを有する自転車等の電動アシスト車の動力伝達系には、図１乃至図６に示すようなパターンが存在している。なお、ＯＷＣはワンウェイクラッチ（一方向クラッチとも呼ぶ）を表しており、減速機については、モータのトルク及び速度特性に応じて設けられる場合もあれば設けられない場合もあるものとする。また、Ｒギアはリアギアを表し、Ｆギアはフロントギアを表す。なお、チェーンは一例であって、回転シャフトその他の手段を用いても同じである。

さらに、内装変速機を用いる例（図１）と外装変速機を用いる例（図２）との差については、代表として図１及び図２で表される第１の動力伝達系についてのみ示している。図１及び図２を比較して分かるように、内装変速機と外装変速機との差は、変速機とＯＷＣの順番が入れ替わる部分だけであるから、他の動力伝達系については内装変速機のみを示すものとする。

図１及び図２に示した第１の動力伝達系では、前輪モータからＯＷＣを介さずに対地駆動を行うようになっており、電磁（回生）ブレーキも可能となっている。その代わりに、ペダルを漕いでいない場合でも、常にモータが走行の負荷となり、定常のロスも多くなっている。また、電池で駆動できなくなると、モータの負荷も人力で駆動しなければならない。

一方、第２の動力伝達系（図３）乃至第５の動力伝達系（図６）の場合には、モータから地面への駆動ルートには、独立又はペダルと共用するＯＷＣが入っている。そのため、ペダルを漕いでいない場合、モータが走行の負荷となることはない。

また、第２及び第３の動力伝達系の場合（図３及び図４）には、ＯＷＣをモータとペダルとで共用しており、ペダルとモータは常に機械的に同期しているので、ＯＷＣのロック及びアンロックは、人為的なペダル操作により行われる。従って、ロック時に違和感やモータにショックを与えることはない。

一方、第４の動力伝達系（図５）では、モータと前輪との間にＯＷＣが設けられており、さらにペダルと後輪の間にＯＷＣが独立に設けられている。また、第５の動力伝達系（図６）では、モータもペダルも後輪を駆動するが、モータ側のＯＷＣとペダル側のＯＷＣとは独立に設けられている。

このように、第４及び第５の動力伝達系では、モータによるアシスト駆動のみならず電動オートバイとしてのモータ単独運転も可能という特徴を有する。しかしながら、アシスト駆動という側面においては、モータとペダルが機械的に同期しているわけではないので、人為的に操作されるペダルのＯＷＣロック及びアンロックと、モータによるＯＷＣロック及びアンロックとのタイミングがずれると、ショックと異音が発生する可能性がある。また、ショックについてはモータや減速機の消耗及び破損につながる。

なお、従来技術には、ペダル側に一方向クラッチが設けられると共に、モータ側にも一方向クラッチが設けられ、さらにペダル側とモータ側とで共用する一方向クラッチも設けられている電動モータ付き自転車について、踏力が略０の時には電動モータをほぼその時の車速に対応する無負荷回転速度に保ち、踏力が略０でない時には踏力に対応してモータによる駆動力を制御する制御方法が開示されている。この従来技術では、実際の車速を測定して、モータ回転速度を当該車速に対応する無負荷回転速度に保つことで、アシストが求められるタイミングでアシストの遅延が発生しないようにする。

しかしながら、この従来技術によれば、実質的に、車速に対応する無負荷回転速度電圧に保つような技術的事項のみを述べているように解釈される。すなわち、その状態の時には駆動力（すなわちトルク）を一切制御していない。より具体的には、無負荷回転相当駆動電圧を出力することにより、その駆動電圧とモータ自身の内部の逆起電力との電圧差により、コイル抵抗との比で内部電流が流れてトルクが発生するという内部フィードバック作用により、希望回転数が得られる仕組みになっていると解釈される。これでは、運転者のペダル操作に応じた適切なモータ駆動制御が行われているとは限らない。また、アシストの遅延を防止することを目的とするので、ペダルのＯＷＣロック及びアンロックと、モータによるＯＷＣロック及びアンロックとのタイミングのずれが生ずる場合の問題については述べられていない。

特許第３３２７８７４号公報

従って、本発明の目的は、一側面において、運転者のペダル操作に則した適切なモータ制御を行うための技術を提供することである。

本発明に係るモータ駆動制御装置は、モータ駆動系及びペダル駆動系各々にワンウェイクラッチが介在する電動アシスト車のモータ駆動制御装置である。そして、本モータ駆動制御装置は、ペダル回転から換算されるペダル回転換算速度を算出する第１の算出部と、ペダルトルクに応じて算出される第１の目標トルクが検出されない期間において、ペダル回転換算速度に応じてモータに対する第２の目標トルクを算出する第２の算出部とを有する。

このようにすることで、ペダル操作に則した適切なモータ制御を実施することができるようになる。

上で述べた第２の算出部が、ペダル回転換算速度と車速とのうちの最小値である目標モータ速度と、モータの速度との差に応じてモータに対する第２の目標トルクを算出するようにしても良い。適切な速度トラッキングが行われるようになる。

さらに、上で述べた第２の算出部が、第１の目標トルクが検出されている期間において、第１の目標トルクに応じて第２の目標トルクを算出するようにしても良い。

また、本モータ駆動制御装置は、モータの速度をデューティー比換算することで第１の値を生成する第１の処理部と、目標トルクをデューティー比換算することで第２の値を生成する第２の処理部と、第１の値と第２の値との和に応じた平均デューティー比により、コンプリメンタリ型スイッチングアンプに含まれるスイッチによるスイッチングを制御して、コンプリメンタリ型スイッチングアンプに接続されているモータを駆動する駆動部とをさらに有するようにしても良い。このようなフィードフォワード制御を採用するようにしても、安定的な制御が行われる。

さらに、上で述べた第２の算出部が、第１の目標トルクが検出された直後に、ペダル回転換算速度に応じて算出された第１の値からペダルトルクに応じて算出された第２の値に、出力する第２の目標トルクを徐々に変化させるようにしても良い。これによって急激に第２の目標トルクが変化することを避けることができるようになる。

また、上で述べた第２の算出部が、ペダル回転換算速度に応じて算出された第１の値がペダルトルクに応じて算出された第２の値より小さい場合には、第１の値から第２の値へ定スルーレートで上昇させるようにしても良い。

さらに、上で述べた第２の算出部は、目標モータ速度とモータの速度との差が負の値である場合、目標モータ速度とモータの速度との差に、目標モータ速度とモータの速度との差が正の値である場合に比して小さく且つ１未満のゲインを乗じるようにしても良い。目標モータ速度とモータの速度との差が正の値であれば加速時であるから、減速時より早期にモータ速度を車速に達するようにすることが好ましいためである。

また、上で述べた第２の算出部は、目標モータ速度とモータの速度との差が負の値である場合又はペダルが停止した場合、モータ駆動を停止させるようにしても良い。自然に減速した方が省エネルギーとなる場合があるためである。

上で述べた第２の算出部は、目標モータ速度とモータの速度との差の絶対値が所定値未満であれば、目標モータ速度とモータの速度との差の絶対値が所定値以上である場合における値以下のゲインを、目標モータ速度とモータの速度との差に乗ずるようにしても良い。急激なモータの速度の増加により、モータがクラッチにロックする際のショックを抑えることができるようになる。

また、上で述べた第２の算出部は、目標モータ速度とモータの速度との差の絶対値が所定値未満であれば、目標モータ速度とモータの速度との差に応じて算出された第１の値と、予め設定されている第２の値とのうち小さい方の値を第２の目標トルクとして出力するようにしても良い。このようにすれば、モータがクラッチにロックする際のショックを抑えることができるようになる。

さらに、上で述べた電動アシスト車が、変速機を有していないか又はペダルとモータから共通の変速機経由で車輪を駆動する電動アシスト車である場合もある。このような場合には、ペダル回転換算速度とモータの速度との差の絶対値が所定値未満であれば、ペダル回転換算速度とモータの速度との差に、ペダル回転換算速度とモータの速度との差の絶対値が所定値以上である場合に比して小さなゲイン値を乗ずるようにしても良い。

さらに、上で述べたペダル回転換算速度が、最速ギア比を想定してペダル回転数から算出されるようにしても良い。ギア比が検出できない場合等に有効である。

また、第１の目標トルクが検出されない期間において、所定のタイミングにてモータの速度が所定の速度になるように第２の目標トルク値を算出しても良い。そして、この場合、本モータ駆動制御装置は、モータの速度をデューティー比換算する際に用いる係数を修正する処理を実施する係数調整部をさらに有するようにしても良い。これにより適切な係数が設定されるようになる。

なお、上で述べたような処理をマイクロプロセッサに実施させるためのプログラムを作成することができ、当該プログラムは、例えばフレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ（例えばＲＯＭ）、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体又は記憶装置に格納される。なお、処理途中のデータについては、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置に一時保管される。

一側面によれば、運転者のペダル操作に即した適切なモータ制御を行うことができるようになる。

図１は、動力伝達系の一例を説明するための図である。 図２は、動力伝達系の一例を説明するための図である。 図３は、動力伝達系の一例を説明するための図である。 図４は、動力伝達系の一例を説明するための図である。 図５は、動力伝達系の一例を説明するための図である。 図６は、動力伝達系の一例を説明するための図である。 図７は、電動アシスト車の一例を示す図である。 図８は、モータ駆動制御器に関連する機能ブロック図である。 図９は、（ａ）乃至（ｌ）は、モータ駆動の基本動作を説明するための波形図である。 図１０は、第１の実施の形態に係る演算部の機能ブロック図である。 図１１は、モータ駆動制御器の動作を説明するための図である。 図１２は、モータ目標速度生成部の機能ブロック図である。 図１３は、ゲイン制御部の機能ブロック図である。 図１４は、状態と一次ゲインと走行状態との関係を表す図である。 図１５は、トルク制限部の機能ブロック図である。 図１６は、走行状態遷移の一例を示す図である。 図１７は、係数自動較正部の機能ブロック図である。 図１８は、係数自動較正処理におけるゲインと状態と走行状態との関係を表す図である。 図１９は、係数自動較正処理を実施する場合の走行状態遷移を示す図である。 図２０は、第２の実施の形態における演算部の機能ブロック図である。

図７は、本実施の形態における電動アシスト車の一例であるモータ付き自転車を示す外観図である。このモータ付き自転車１は、例えば図５のような動力伝達系を有しており、クランク軸と後輪がチェーンを介して連結されている一般的な後輪駆動型のものである。

そして、モータ付き自転車１は、モータ駆動装置を搭載している。モータ駆動装置は、二次電池１０１と、モータ駆動制御器１０２と、トルクセンサ１０３と、ブレーキセンサ１０４と、モータ１０５と、操作パネル１０６と、ペダル回転センサ１０８と、前輪回転センサ１０９とを有する。

二次電池１０１は、例えば供給最大電圧（満充電時の電圧）が２４Ｖのリチウムイオン二次電池であるが、他種の電池、例えばリチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池など、若しくは電気二重層型などの大容量コンデンサであっても良い。

トルクセンサ１０３は、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、搭乗者によるペダルの踏力を検出し、この検出結果をモータ駆動制御器１０２に出力する。同様に、ペダル回転センサ１０８も、トルクセンサ１０３と同様に、クランク軸に取付けられたホイールに設けられており、回転に応じた信号をモータ駆動制御器１０２に出力する。さらに、前輪回転センサ１０９は、前輪の回転に応じた信号をモータ駆動制御器１０２に出力する。

ブレーキセンサ１０４は、磁石と周知のリードスイッチとから構成されている。磁石は、ブレーキレバーを固定するとともにブレーキワイヤーが送通される筐体内において、ブレーキレバーに連結されたブレーキワイヤーに固定されている。ブレーキレバーは手で握られたときにリードスイッチをオン状態にするようになっている。また、リードスイッチは筐体内に固定されている。このリードスイッチの導通信号はモータ駆動制御器１０２に送られる。

モータ１０５は、例えば周知の三相直流ブラシレスモータであり、例えばモータ付き自転車１の前輪に装着されている。モータ１０５は、前輪を回転させるとともに、前輪の回転に応じてローターが回転するように、ローターが前輪に連結されている。さらに、モータ１０５はホール素子等の回転センサを備えてローターの回転情報（すなわちホール信号）をモータ駆動制御器１０２に出力する。

操作パネル１０６は、例えばアシストの有無に関する指示入力をユーザから受け付けて、当該指示入力をモータ駆動制御器１０２に出力する。なお、操作パネル１０６は、アシスト比（Ｍポジションのアシスト比。希望アシスト比とも呼ぶ。）の設定入力をユーザから受け付けて、当該設定入力をモータ駆動制御器１０２に出力する。また変速機などから、変速比を表す信号がモータ駆動制御器１０２に出力される場合もある。

このようなモータ付き自転車１のモータ駆動制御器１０２に関連する構成を図８に示す。モータ駆動制御器１０２は、制御器１０２０と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）ブリッジ１０３０とを有する。ＦＥＴブリッジ１０３０には、モータ１０５のＵ相についてのスイッチングを行うハイサイドＦＥＴ（Ｓ_uh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓ_ul）と、モータ１０５のＶ相についてのスイッチングを行うハイサイドＦＥＴ（Ｓ_vh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓ_vl）と、モータ１０５のＷ相についてのスイッチングを行うハイサイドＦＥＴ（Ｓ_wh）及びローサイドＦＥＴ（Ｓ_wl）とを含む。このＦＥＴブリッジ１０３０は、コンプリメンタリ型スイッチングアンプの一部を構成している。

また、制御器１０２０は、演算部１０２１と、ペダル回転入力部１０２２と、前輪回転入力部１０２３と、モータ速度入力部１０２４と、可変遅延回路１０２５と、モータ駆動タイミング生成部１０２６と、トルク入力部１０２７と、ブレーキ入力部１０２８と、ＡＤ入力部１０２９とを有する。

演算部１０２１は、操作パネル１０６からの入力（例えばオン／オフ及び動作モード（例えばアシスト比））、ペダル回転入力部１０２２からの入力、前輪回転入力部１０２３からの入力、モータ速度入力部１０２４からの入力、トルク入力部１０２７からの入力、ブレーキ入力部１０２８からの入力、ＡＤ入力部１０２９からの入力を用いて以下で述べる演算を行って、モータ駆動タイミング生成部１０２６及び可変遅延回路１０２５に対して出力を行う。なお、演算部１０２１は、メモリ１０２１１を有しており、メモリ１０２１１は、演算に用いる各種データ及び処理途中のデータ等を格納する。さらに、演算部１０２１は、プログラムをプロセッサが実行することによって実現される場合もあり、この場合には当該プログラムがメモリ１０２１１に記録されている場合もある。

ペダル回転入力部１０２２は、ペダル回転センサ１０８からの入力からペダル回転数を検出して演算部１０２１に出力する。前輪回転入力部１０２３は、前輪回転センサ１０９からの入力から前輪回転数又は前輪回転換算の車速（前輪速度と呼ぶ）を算出して演算部１０２１に出力する。モータ速度入力部１０２４は、モータ１０５が出力するホール信号からモータ回転換算の車速（モータ速度と呼ぶ）を算出して、演算部１０２１に出力する。トルク入力部１０２７は、トルクセンサ１０３からの踏力に相当する信号をディジタル化して演算部１０２１に出力する。ブレーキ入力部１０２８は、ブレーキセンサ１０４からのブレーキ力に相当する信号をディジタル化して演算部１０２１に出力する。ＡＤ（Analog-Digital）入力部１０２９は、二次電池１０１からの出力電圧をディジタル化して演算部１０２１に出力する。また、メモリ１０２１１は、演算部１０２１とは別に設けられる場合もある。

演算部１０２１は、演算結果として進角値を可変遅延回路１０２５に出力する。可変遅延回路１０２５は、演算部１０２１から受け取った進角値に基づきホール信号の位相を調整してモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力する。演算部１０２１は、演算結果として例えばＰＷＭのデューティー比に相当するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コードをモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力する。モータ駆動タイミング生成部１０２６は、可変遅延回路１０２５からの調整後のホール信号と演算部１０２１からのＰＷＭコードとに基づいて、ＦＥＴブリッジ１０３０に含まれる各ＦＥＴに対するスイッチング信号を生成して出力する。

図９（ａ）乃至（ｌ）を用いて図８に示した構成によるモータ駆動の基本動作を説明する。図９（ａ）はモータ１０５が出力したＵ相のホール信号ＨＵを表し、図９（ｂ）はモータ１０５が出力したＶ相のホール信号ＨＶを表し、図９（ｃ）はモータ１０５が出力したＷ相のホール信号ＨＷを表す。このように、ホール信号はモータの回転位相を表している。なお、ここでは回転位相を連続値として得られるわけではないが、他のセンサ等により得られるようにしてもよい。以下でも述べるように、本実施の形態では、モータ１０５のホール素子を、ホール信号が図９で示すように若干進んだ位相で出力されるよう設置して、可変遅延回路１０２５で調整可能なようにしている。従って、図９（ｄ）に示すようなＵ相の調整後ホール信号ＨＵ＿Ｉｎが可変遅延回路１０２５からモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力され、図９（ｅ）に示すようなＶ相の調整後ホール信号ＨＶ＿Ｉｎが可変遅延回路１０２５からモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力され、図９（ｆ）に示すようなＷ相の調整後ホール信号ＨＷ＿Ｉｎが可変遅延回路１０２５からモータ駆動タイミング生成部１０２６に出力される。

なお、ホール信号１周期を電気角３６０度として、６つのフェーズに分けられる。

また、図９（ｇ）乃至（ｉ）に示すように、Ｕ相の端子にMotor_U逆起電力、Ｖ相の端子にMotor_V逆起電力、Ｗ相の端子にMotor_W逆起電力という逆起電力電圧が発生する。このようなモータ逆起電力電圧に位相を合わせて駆動電圧を与えモータ１０５を駆動するためには、図９（ｊ）乃至（ｌ）に示すようなスイッチング信号をＦＥＴブリッジ１０３０の各ＦＥＴのゲートに出力する。図９（ｊ）のＵ＿ＨＳはＵ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓ_uh）のゲート信号を表しており、Ｕ＿ＬＳはＵ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_ul）のゲート信号を表している。ＰＷＭ及び「／ＰＷＭ」は、演算部１０２１の演算結果であるＰＷＭコードに応じたデューティー比でオン／オフする期間を表しており、コンプリメンタリ型であるからＰＷＭがオンであれば／ＰＷＭはオフとなり、ＰＷＭがオフであれば／ＰＷＭはオンとなる。ローサイドＦＥＴ（Ｓ_ul）の「Ｏｎ」の区間は、常にオンとなる。図９（ｋ）のＶ＿ＨＳはＶ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓ_vh）のゲート信号を表しており、Ｖ＿ＬＳはＶ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_vl）のゲート信号を表している。記号の意味は図９（ｊ）と同じである。さらに、図９（ｌ）のＷ＿ＨＳはＷ相のハイサイドＦＥＴ（Ｓ_wh）のゲート信号を表しており、Ｗ＿ＬＳはＷ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_wl）のゲート信号を表している。記号の意味は図９（ｊ）と同じである。

このようにＵ相のＦＥＴ（Ｓ_uh及びＳ_ul）は、フェーズ１及び２でＰＷＭのスイッチングを行い、Ｕ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_ul）は、フェーズ４及び５でオンになる。また、Ｖ相のＦＥＴ（Ｓ_vh及びＳ_vl）は、フェーズ３及び４でＰＷＭのスイッチングを行い、Ｖ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_vl）は、フェーズ６及び１でオンになる。さらに、Ｗ相のＦＥＴ（Ｓ_wh及びＳ_wl）は、フェーズ５及び６でＰＷＭのスイッチングを行い、Ｗ相のローサイドＦＥＴ（Ｓ_wl）は、フェーズ２及び３でオンになる。

このような信号を出力してデューティー比を適切に制御すれば、モータ１０５を所望のトルク若しくは速度で駆動できるようになる。

次に、演算部１０２１の機能ブロック図を図１０に示す。演算部１０２１は、モータ目標速度生成部１２０１と、回転検出部１２０２と、駆動トルク目標演算部１２０３と、論理積部１２０４と、トルク制御部１２０５と、加算器１２０６と、ゲイン制御部１２０７と、乗算器１２０８と、乗算器１２０９と、電流制限部１２１０と、第１デューティー比換算部１２１１と、トルクスルーレート制限部１２１２と、加算器１２１３と、第２デューティー比換算部１２１４と、速度スルーレート制限部１２１５と、加算器１２１６と、ＰＷＭコード生成部１２１７と、係数自動較正部１２１８とを有する。

トルク入力部１０２７から入力されるペダルトルクＴpと、モータ速度入力部１０２４から入力されるモータ速度Ｖmとを用いて、駆動トルク目標演算部１２０３は、アシスト目標トルクＴdを算出して出力する。

駆動トルク目標演算部１２０３の演算内容は、本実施の形態の主旨ではないので詳しく述べないが、例えば、駆動トルク目標演算部１２０３は、ペダルトルクをＬＰＦ（Low Pass Filter）で平滑化した上でリップル成分を抽出し、平滑化されたペダルトルクと当該リップル成分とを所定の混合比で混合した値に応じたアシスト目標トルクＴdを算出する。この演算の際に、モータ速度に応じて混合比を調整したり、モータ速度に応じて使用するアシスト比を制限した上で平滑化されたペダルトルクに対して乗ずるといった演算をも行う場合がある。本実施の形態ではこのように平滑化された目標トルクを用いることになるので、ペダル半回転毎の上下死点でトルクが０になるということを考慮せずとも済むようになる。

駆動トルク目標演算部１２０３から出力されたアシスト目標トルクＴdは、ブレーキ入力部１０２８からブレーキ無し（／ブレーキ）を表す信号が入力されれば、論理積部１２０４からそのままトルク制御部１２０５に出力される。

ペダル回転入力部１０２２から入力されるペダル回転数Ｎpは回転検出部１２０２に入力され、回転検出部１２０２は、ペダル回転数Ｎpが０又は０とみなされる数値以下であるか否かを判断し、ペダル回転数Ｎpが０又は０とみなされる数値以下であればペダル停止信号をゲイン制御部１２０７に出力する。モータ目標速度生成部１２０１は、ペダル回転数Ｎpに基づき、モータ目標速度Ｖmdを算出して出力する。モータ目標速度生成部１２０１の詳細については後に述べる。加算器１２０６は、モータ目標速度生成部１２０１からのモータ目標速度Ｖmd−モータ速度Ｖmにより速度誤差Ｖmerを算出する。

ゲイン制御部１２０７は、速度誤差Ｖmerと回転検出部１２０２からのペダル停止信号と目標トルクＴｄとから、動作モードＶＳrv／Ｔorq及びＴorq／ＶＳrvを決定すると共に、速度誤差Ｖmerに対する一次ゲインＧvs1を決定して出力する。ゲイン制御部１２０７の詳細については後に述べる。

乗算器１２０８は、速度誤差Ｖmerと一次ゲインＧvs1との積を算出し、出力する。また、乗算器１２０９は、予め設定されている［トルク／モータ速度］換算係数を、速度誤差Ｖmerと一次ゲインＧvs1との積に乗ずることでサーボトルク値ＴＳrvを生成し、トルク制御部１２０５に出力する。

トルク制御部１２０５は、アシスト目標トルクＴdと、速度誤差Ｖmerと、サーボトルク値ＴＳrvと、動作モードＶＳrv／Ｔorqとから、調整された目標トルク、すなわち駆動目標トルクＴd2、を生成して、出力する。トルク制御部１２０５の詳細については後に述べる。

電流制限部１２１０は、（Ａ）二次電池１０１の放電電流及び蓄電電流の制限、（Ｂ）ＦＥＴブリッジ１０３０の温度による電流制限といった電流制限を行うことになる。しかし、全体としてトルク・フィードフォワード制御を行っているため、モータ駆動電流のフィードバック制御は行わずに、電池電圧、１単位時間前のＰＷＭコード（ＰＷＭコード生成部１２１７の出力）及びＦＥＴブリッジ１０３０の温度から、駆動目標トルクＴd2に制限を加える。これにより、トルク・フィードフォワード制御において、（１）二次電池１０１の放電電流及び充電電流の制限、（２）ＦＥＴブリッジ１０３０の温度による電流制限といった電流制限を満たすような目標トルクを出力する。この処理については、本実施の形態の主要部ではないので、これ以上述べない。

第１デューティー比換算部１２１１は、電流制限部１２１０からの出力に対して、予め設定されている換算係数（デューティー比／トルク）を乗じて、トルクデューティーコードを算出する。なお、このトルクデューティーコードは、トルクスルーレート制限部１２１２を介して加算器１２１６に出力される。

トルクスルーレート制限部１２１２は、第１デューティー比換算部１２１１からの出力に対してよく知られたスルーレート制限処理を実施して、処理結果を加算器１２１６に出力する。

一方、モータ速度Ｖmには、係数自動較正部１２１８が動作している場合には係数自動較正部１２１８の出力（定常速度偏差）が加算器１２１３で加算されて、加算結果が第２デューティー比換算部１２１４に出力される。なお、係数自動較正部１２１８が動作していない場合には、モータ速度Ｖmには０が加算器１２１３で加算され、結果としてモータ速度Ｖmが第２デューティー比換算部１２１４に出力される。

なお、加算器１２１３は、図１０のＳ１の位置ではなく、Ｓ２の位置に配置するようにしても良い。さらに、係数自動較正部１２１８及び加算器１２１３は、［デューティー比／モータ速度］係数の自動較正処理を走行中に行う場合に用いられるものであるから、走行中に行うことがないような実施の形態においては含まれない。

第２デューティー比換算部１２１４は、モータ速度Ｖmに対して、換算係数（デューティー比／モータ速度）を乗ずることによって、モータ速度デューティーコードを算出する。なお、このモータ速度デューティーコードは、速度スルーレート制限部１２１５を介して加算器１２１６に出力される。

速度スルーレート制限部１２１５は、第２デューティー比換算部１２１４からの出力に対してよく知られたスルーレート制限処理を実施して、処理結果を加算器１２１６に出力する。

加算器１２１６は、トルクスルーレート制限部１２１２からのトルクデューティーコードと速度スルーレート制限部１２１５からのモータデューティーコードとを加算してデューティーコードを算出し、ＰＷＭコード生成部１２１７に出力する。ＰＷＭコード生成部１２１７は、デューティーコードに対して、ＡＤ入力部１０２９からのバッテリ電圧／基準電圧（例えば２４Ｖ）を乗じてＰＷＭコードを生成する。ＰＷＭコードは、モータ駆動タイミング生成部１０２６に出力される。

上でも述べたように、モータ駆動タイミング生成部１０２６は、可変遅延回路１０２５からの調整後のホール信号とＰＷＭコード生成部１２１７からのＰＷＭコードとに基づいて、ＦＥＴブリッジ１０３０に含まれる各ＦＥＴに対するスイッチング信号を生成して出力する。

なお、ＰＷＭコードが、加算器１２１６の加算結果に応じたデューティー比（より正確には平均デューティー比）になるように、スイッチングアンプであるＦＥＴブリッジ１０３０のＦＥＴをスイッチングさせる。このようなＰＷＭによるスイッチングを用いる場合だけではなく、ＰＮＭ（Pulse Number Modulation）やＰＤＭ（Pulse Density Modulation）や１ビットアンプその他の方式で行う場合もある。

このようにすれば、デューティー比に応じた電圧及び電流でモータ１０５は駆動されるようになる。このようなトルク・フィードフォワード制御を実施することで、安定的な制御が行われるようになる。

このようなモータ駆動制御器１０２の動作をさらに図１１を用いて説明する。ここでは、モータ速度デューティーコードをＤ₀と表し、トルクデューティーコードをＤ_tと表すとする。そうすると、上でも述べたように、平均デューティー比Dutyは、以下のように表される。

Duty＝Ｄ₀＋Ｄ_t

本実施の形態では、現在のモータ速度のままであればＤ₀の直線に沿った形で平均デューティー比Dutyを変化させる。モータ１０５を力行状態にして加速させる場合には、目標トルクは正の値、例えば＋Ｄtに設定されるので、Ｄt分だけこの直線を上方にシフトさせる。そうすれば目標トルクの分だけ加速することになるが、平均デューティー比も相対的に高くすることになる。一方、モータ１０５を例えば制動状態にして減速する場合には、目標トルクは負の値、例えば−Ｄtに設定されるので、Ｄtだけ上記直線を下方にシフトさせる。そうすれば目標トルクの分だけ減速することになり、平均デューティー比も相対的に低くすることになる。

さらに、モータ１０５の正回転及び逆回転に対応するため、モータ速度に対応するモータ速度デューティーコードＤ₀についても、正の値及び負の値が設定される場合がある。

以上のようなトルク・フィードフォワード制御を実施することにより、安定的な制御が行われるようになる。

次に、モータ目標速度生成部１２０１の機能ブロック図を図１２に示す。モータ目標速度生成部１２０１は、乗算器２０１１と、最大値選択部２０１２と、最小値選択部２０１４と、論理積部２０１３と、加算器２０１５及び２０１６とを有する。

乗算器２０１１は、ペダル回転入力部１０２２からのペダル回転数と、（ハイギア（すなわち高速ギア。場合によっては最速ギア。）換算比（ペダル回転数を速度に変換するための係数））との積からペダル回転換算の速度であるペダル回転換算速度Ｖphを算出する。このペダル回転換算速度Ｖphには、加算器２０１５によりモータＯＷＣロック速度マージンαが加算される。なお、操作パネル１０６等から実際のギア比が得られる場合には、ハイギア換算比の代わりに実際のギア比を用いても良い。一方、論理積部２０１３は、［デューティー比／モータ速度］係数の自動較正処理を実施するモードにあることを表す信号ＫｖＡｄｊがＯＮであれば、係数自動較正用の目標速度（例えば８ｋｍ／ｈ）を出力し、ＫｖＡｄｊがＯＦＦであれば０を出力する。

最大値選択部２０１２は、論理積部２０１３の出力と、加算器２０１５からの出力とのうち最大値を選択する。すなわち、ペダル回転数から算出される第１の目標速度Ｖphが係数自動較正用速度よりも高速である場合には、第１の目標速度Ｖphを出力する。一方、ペダル回転数から算出される第１の目標速度Ｖphが係数自動較正用目標速度以下である場合、すなわちペダルがあまり漕がれておらず、且つ係数自動較正を行うモードにあることを表す信号ＫｖＡｄｊが演算部１０２１等から出力されると、係数自動較正用目標速度が最大値選択部２０１２から出力される。

また、最小値選択部２０１４は、最大値選択部２０１２の出力と前輪回転入力部１０２３からの前輪速度に対して加算器２０１６によりαを加算した値とのうち最小値を、モータ目標速度Ｖmdとして出力する。すなわち、実際の車速である前輪速度が、ペダルの回転数が高くてハイギア換算の第１の目標速度Ｖph以下となれば、前輪速度がモータ目標速度Ｖmdとして出力される。一方、実際の車速である前輪速度よりも最大値選択部２０１２からの出力が小さい場合には、最大値選択部２０１２からの出力（係数自動較正用目標速度以下の場合且つ自動較正モードの場合には係数自動較正用目標速度、それ以外はハイギア換算の第１の目標速度Ｖph）が出力される。

次に、ゲイン制御部１２０７の機能ブロック図を図１３に示す。ゲイン制御部１２０７は、近傍判定部２０７１と、論理積部２０７２と、反転部２０７３と、非ゼロ判定部２０７４と、極性判定部２０７５と、一次ゲイン選択部２０７６と、論理積部２０７７と、論理積部２０７８と、論理積部２０７９と、論理和部２０８０とを有する。

近傍判定部２０７１は、Ｖmerの絶対値が０又は予め定められている近傍範囲内であるか否かを判断し、Ｖmerの絶対値が０又は予め定められている近傍範囲内である場合（以下、単に「近傍」と呼ぶ場合もある）にはＯＮとなる信号を出力する。非ゼロ判定部２０７４は、アシスト目標トルクＴdが０又は０とみなされる所定値以下であるか判断し、アシスト目標トルクＴdが０又は０とみなされる所定値以下ではない場合には、目標トルク非ゼロとしてＯＮとなる信号を出力する。本実施の形態では、ワンウェイクラッチが存在しているので、ペダルと後輪との間に設けられているワンウェイクラッチが切れると（アンロックされると）、ペダル空転ということで、アシスト目標トルクＴdが０又は０とみなされる所定値以下であると判定される。なお、モータ１０５と前輪との間に設けられたワンウェイクラッチが切れると（アンロックされると）、モータ空転と言うことにする。なお、前輪が対地空転している場合には、前輪空転と呼び、後輪が対地空転している場合には、後輪空転と呼ぶ。

論理積部２０７２は、近傍判定部２０７１の出力と非ゼロ判定部２０７４の出力との論理積を算出する。すなわち、Ｖmerが０又は予め定められている近傍範囲内であり且つ目標トルク非ゼロである場合には、モータの制御モードは、トルク制御モードであるので、信号Ｔorq／ＶＳrvをＯＮにする。また、反転部２０７３は、論理積部２０７２の出力を反転させるので、トルク制御モードであれば、信号ＶＳrv／ＴorqをＯＦＦにする。逆に、Ｖmerが０又は予め定められている近傍範囲内ではない場合又は目標トルクゼロである場合には、モータの制御モードは、速度サーボ制御モード（以下単にサーボ制御モードと略記する）であるので、信号Ｔorq／ＶＳrvはＯＦＦとなり、信号ＶＳrv／ＴorqはＯＮとなる。

また、極性判定部２０７５は、Ｖmerが負又は０であるか否かを判定し、Ｖmerが負又は０であれば、ＯＮの信号を出力する。論理積部２０７７は、極性判定部２０７５の出力と信号ＶＳrv／Ｔorqとの論理積を算出する。すなわち、論理積部２０７７は、Ｖmerが負又は０であり且つサーボ制御モードであれば、ＯＮの信号を出力する。さらに、論理積部２０７８は、係数自動較正を行うモードにあることを表す信号ＫｖＡｄｊの反転信号／ＫｖＡｄｊと、論理積部２０７７の出力との論理積を算出する。すなわち、論理積部２０７８は、係数自動較正を行うモードではなく且つＶmerが負又は０であり且つサーボ制御モードであれば、ＯＮの信号を出力する。

また、論理和部２０８０は、回転検出部１２０２からの出力と自然減速利用Ｏｎの設定との論理和を算出する。すなわち、論理和部２０８０は、回転検出部１２０２からペダル停止を表す信号がＯＮであるか、又は設定として自然減速利用がＯＮ設定の場合に、ＯＮを表す信号を出力する。そして、論理積部２０７９は、論理和部２０８０からの出力と論理積部２０７８の出力との論理積を算出する。すなわち、論理積部２０７９は、係数自動較正を行うモードではなく且つＶmerが負又は０であり且つサーボ制御モードであり且つペダルが停止しているか、係数自動較正を行うモードではなく且つＶmerが負又は０であり且つサーボ制御モードであり且つ自然減速利用ＯＮが設定されている場合には、自然減速のためにモータ１０５をオフ（Ｏｆｆ）に設定する信号をＯＮにして出力する。これにより、モータ１０５は、ハイインピーダンス状態になって、むやみに減速することを避けて再加速時のエネルギーロスを減らす。なお、自然減速利用Ｏｎではない場合であってペダル停止の場合に、自然減速のためにモータ１０５をオフに設定する信号をＯＮにする。このようにペダル停止ではない場合には、以下で述べるように、ペダル回転数に応じた減速を行うので、減速時に強制減速させて回転エネルギーを高効率で回収できるようになる。

一次ゲイン選択部２０７６は、近傍判定部２０７１の出力とＶＳrv／Ｔorqと極性判定部２０７５の出力と／ＫｖＡｄｊとに基づき、予め設定されている一次ゲイン群のうちいずれか１つの値を、一次ゲインＧｖｓ１として出力する。

本実施の形態では、図１４に示すような状態毎に、一次ゲインＧｖｓ１を出力する。なお、図１４の例では、係数自動較正を行うモードではない場合、すなわち、／ＫｖＡｄｊがＯＮである場合の状態分けを表している。なお、走行状態番号については、後に説明する走行状態遷移図との対応関係を表している。

状態は、トルク制御モードと、速度サーボ制御モード（サーボ制御モードとも略記される）とに大別される。但し、サーボ制御モードでは、Ｖmerが０又は０とみなされる所定値以下である場合（近傍時）と、そうでない場合（非近傍時）とにさらに状態が分けられ、さらに、非近傍時の状態は、Ｖmer＞０となっており加速時と判断できる場合と、Ｖmer≦０となっており減速時と判断できる場合とに分けられる。

トルク制御時には、基本的には駆動トルク目標演算部１２０３からの目標トルクＴｄに基づき制御が行われるので、一次ゲインＧｖｓ１は０に設定される。一方、サーボ制御時には、１より充分小さな値を採用するが、加速時（Ｖmer＝Ｖmd−Ｖm＞０，Ｖmd＞Ｖm）の方が、近傍時及び減速時（Ｖmer＝Ｖmd−Ｖm≦０，Ｖmd≦Ｖm）に比して大きな値とする。これにより、アシスト目標トルクＴdをペダル回転換算速度に追従させることができるようになる。

また、トルク制御部１２０５の機能ブロック図を図１５に示す。トルク制御部１２０５は、第１最小値選択部２０５１と、セレクタ２０５２と、カウンタ２０５３と、近傍判定部２０５４と、セレクタ２０５５と、第２最小値選択部２０５６とを有する。

第１最小値選択部２０５１は、論理積部１２０４からの出力であるアシスト目標トルクＴdと、カウンタ２０５３からの出力とのうち小さい方の値を出力する。なお、第１最小値選択部２０５１は、カウンタ２０５３からの出力がアシスト目標トルクＴd以下である間は、カウンタ２０５３を出力し、カウンタ２０５３からの出力がアシスト目標トルクＴdを超えると、アシスト目標トルクＴdを出力するようになる。

セレクタ２０５２は、トルク制御モードである場合、すなわちＴorq／ＶＳrvがＯＮ（「１」）の場合には、第１最小値選択部２０５１からの出力を、駆動目標トルクＴd2として出力する。一方、サーボ制御モードである場合、すなわちＴorq／ＶＳrvがＯＦＦ（「０」）の場合には、セレクタ２０５５からの出力を、駆動目標トルクＴd2として出力する。すなわち、トルク制御モードであれば、大部分の期間はアシスト目標トルクＴdを出力することになる。但し、サーボ制御モードであれば、Ｖmer×Ｇvs1をトルク換算したＴＳrv等がセレクタ２０５２から出力される。

一方、近傍判定部２０５４は、Ｖmerの絶対値が０又は０とみなされる所定値以下であるか判定し、０又は０とみなされる所定値以下であれば、ＯＮ（「１」）を出力し、それ以外の場合にはＯＦＦを出力する。セレクタ２０５５は、近傍判定部２０５４の出力がＯＮ（「１」）であれば、第２最小値選択部２０５６からの出力を、セレクタ２０５２及びカウンタ２０５３に出力する。一方、近傍判定部２０５４の出力がＯＦＦ（「０」）であれば、セレクタ２０５５は、ＴＳrvをカウンタ２０５３及びセレクタ２０５２に出力する。

第２最小値選択部２０５６は、予め設定されている近傍加速側制限トルクと、ＴＳrvとのうち小さい方の値を、セレクタ２０５５に出力する。

また、カウンタ２０５３は、トルク制御モードである場合、すなわちＴorq／ＶＳrv信号がＯＮである場合には、最大値となるまでカウントアップを行って、その値を出力する。一方、サーボ制御モードである場合、すなわちＴorq／ＶＳrv信号がＯＦＦである場合には、カウンタ２０５３にセレクタ２０５５の出力をロードし続けるだけである。

このように、サーボ制御モードである場合には、Ｖmerの絶対値が０又は０とみなされる所定値以下であれば第２最小値選択部２０５６の値を駆動目標トルクＴd2として出力し、Ｖmerの絶対値が０又は０とみなされる所定値を超える場合にはＴＳrvを駆動目標トルクＴd2として出力する。このように、Ｖmerが０又は０とみなされる所定値以下であれば、近傍加速側制限トルクを超えるようなトルクが駆動目標トルクＴd2として出力されないようにしている。これによって、モータ１０５がワンウェイクラッチにロックしてトルク制御モードに移行する際に、モータ１０５がワンウェイクラッチに激しくぶつかって衝撃が発生したり、異音が発生したりするのを防止する。

一方、Ｖmerの絶対値が０又は０とみなされる所定値を超える場合には、ＴＳrvを駆動目標トルクＴd2として出力する。すなわち、このようにサーボ制御モードであれば、Ｖmer×Ｇvs1をトルク換算したＴＳrvに応じた駆動目標トルクＴd2が出力されるようになる。すなわち、ペダル回転数若しくはペダル回転速度に応じた制御が行われるようになる。より詳しくは、Ｖmerに応じたトラッキング制御が行われるようになる。

そして、サーボ制御モードからトルク制御モードに制御が切り替わると、カウンタ２０５３は、その直前のセレクタ２０５５の出力値からカウントアップしてゆき、アシスト目標トルクＴdを超えるまでは、カウンタ２０５３の出力が、駆動目標トルクＴd2として出力される。そして、カウンタ２０５３の出力がアシスト目標トルクＴdに達すると、アシスト目標トルクＴdがＴd2として出力される。このように、モード切替時に急に駆動目標トルクＴd2が変化するのを防止している。

このような制御を行うことで、図１６に示すような走行状態遷移が可能となる。図１６中、（ａ）は制御モードの時間遷移を示しており、（ｂ）はペダル回転換算速度の時間変化（実線）、モータ速度Ｖmの時間変化（点線）及び前輪速度の時間変化（二点鎖線）を表しており、（ｃ）はペダルトルクのエンベロープの時間変化を表しており、（ｄ）は駆動目標トルクＴd2の時間変化を表している。

本例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、ペダルを漕いで前輪速度を上昇させ、時刻ｔ２でペダルの回転数及びペダル回転換算速度を下げ始めてペダル駆動系のワンウェイクラッチのロックが解除される。すなわち、目標トルクが０となる。その後、時刻ｔ５までペダル回転数及びペダル回転換算速度を下げてゆき、時刻ｔ５になるとペダル回転数及びペダル回転換算速度が０になる。この状態は時刻ｔ７まで続く。時刻ｔ２から時刻ｔ１０までは前輪速度は漸減する。

その後、時刻ｔ７でペダルは回転し始めるが時刻ｔ１０になるまでは、ペダル駆動系のワンウェイクラッチのロックは解除されたままとなる。時刻ｔ１０になると、ペダル駆動系のワンウェイクラッチがロックされてアシスト目標トルクＴdが入力されるようになる。再度、時刻ｔ１１でペダル回転数及びペダル回転換算速度を下げ始めてペダル駆動系のワンウェイクラッチのロックが解除される。すなわち、アシスト目標トルクＴdが０となる。そして時刻ｔ１１からｔ１４までは、ペダルの回転数及びペダル回転換算速度が徐々に下がり、時刻ｔ１４になると、ペダル回転数及びペダル回転換算速度が０になる。この状態は時刻ｔ１５になるまで継続される。時刻ｔ１１からｔ１６までは前輪速度は漸減する。

時刻ｔ１５になると運転者は急にペダルを強くこぎ始めたので、時刻ｔ１６にはペダル回転換算速度が前輪速度に達する。そうすると、時刻ｔ１６にはペダル駆動系のワンウェイクラッチがロックされてアシスト目標トルクＴdが入力されるようになる。

なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、ペダル回転換算速度とモータ速度と前輪速度とは略一致しており、時刻ｔ２から時刻ｔ３まではモータ速度と前輪速度とは略一致しているものとする。さらに、時刻ｔ９から時刻ｔ１０まではモータ速度と前輪速度とは略一致しており、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１まではペダル回転換算速度とモータ速度と前輪速度とは略一致しているものとする。さらに、時刻ｔ１６から時刻ｔ１８まで、ペダル回転換算速度と前輪速度とは略一致しており、時刻ｔ１８以降はペダル回転換算速度とモータ速度と前輪速度とは略一致しているものとする。

時刻ｔ１以前については、モータ１０５をオフにしてハイインピーダンス状態とするので、制御モードは「ｏｆｆ」となる。すなわち、走行状態（走行状態（５）と呼ぶ）は、ペダル回転も０又は０とみなされる所定値以下（逆転の場合も含む）となっており、モータ回転が０又は０とみなされる所定値以下である場合には、サーボ制御モードとなるが、アシスト目標トルクＴdが０であるから（すなわち、ペダル停止であるので）、ゲイン制御部（図１３）によりモータ１０５をオフにする。

時刻ｔ１からｔ２については、上で述べたように目標トルク非ゼロの状態で、前輪速度に沿った形でモータ速度も上昇してＶmerが０又は０とみなされる所定値以下となって、制御モードはトルク制御モード（図ではＴ）となる。また、Ｔorq／ＶＳrvがＯＮとなる。すなわち、走行状態（走行状態（１）と呼ぶ）では、目標トルク非ゼロで、モータ１０５もモータ空転ではないので、アシスト目標トルクＴdに応じた駆動目標トルクＴd2が出力される。すなわち、時刻ｔ１からｔ２までは、（ｄ）駆動目標トルクＴd2は（ｃ）ペダルトルクのエンベロープの波形と相似形となる。

時刻ｔ２になると、アシスト目標トルクＴdは０となり、ペダル空転となる。但し、ペダルは回転しており、モータ駆動系のワンウェイクラッチがロックしている（すなわちモータ速度が前輪速度以上）状態となっている。このような走行状態（走行状態（２）と呼ぶ）では、ＶＳrv／ＴorqがＯＮとなり、サーボ制御モードＳ１となる。なお、図１４からすれば、一次ゲインＧvs1は低い値が採用されている。この走行状態では、トルク制御部１２０５において、近傍判定部２０５４は近傍であると判定してセレクタ２０５５は、第２最小値選択部２０５６の出力を選択する。但し、第２最小値選択部２０５６は、近傍加速側制限トルクを選択するので、この近傍加速側制限トルクが駆動目標トルクＴd2として出力される。

そして、時刻ｔ３になると、ペダル空転に加えてモータ空転になる。但し、時刻ｔ３が確定的に分かるわけではない。このような走行状態（走行状態（６）と呼ぶ）では、ＶＳrv／ＴorqがＯＮであり、サーボ制御モードＳ２となる。なお、図１４からすれば、一次ゲインＧvs1は低い値が採用されている。この走行状態では、トルク制御部１２０５において、近傍判定部２０５４は近傍であると判定してセレクタ２０５５は、第２最小値選択部２０５６の出力を選択する。但し、第２最小値選択部２０５６は、負の値となったＶmerに基づくＴＳrvの方を選択するので、ＴＳrvが駆動目標トルクＴd2として出力される。

時刻ｔ４になると、近傍判定部２０５４等は近傍ではないと判定するようになる。このような走行状態（走行状態（３−Ｄ）と呼ぶ）では、ＶＳrv／ＴorqがＯＮであり、サーボ制御モードＳ３となる。なお、図１４からすれば、一次ゲインＧvs1は低い値が採用されている。そうすると、セレクタ２０５５は、負の値であるＶmerに基づくＴＳrvを選択するので、駆動目標トルクＴd2としてＴＳrvが出力される。

さらに時刻ｔ５になると、アシスト目標トルクＴdゼロで、ペダル回転数も０又は０とみなされる所定値以下である場合となっているが、モータ速度は０又は０とみなされる所定値以下とはなっていない状態になる。このような走行状態（走行状態（４）と呼ぶ）では、走行状態（３）とは異なり、回転検出部１２０２でペダル停止と判定される。そのため、サーボ制御モードＳ４となる。

このように、時刻ｔ２から時刻ｔ６までは、サーボ制御モードとなっており、図１６から分かるようにペダル回転換算速度に追従するように、モータ速度が制御される。なお、時刻ｔ３乃至時刻ｔ６では、ゲイン制御部１２０７における論理積部２０７８はＯＮを出力するので、自然減速利用がＯＮとなるか、ペダル停止が検出されると、モータ１０５はＯＦＦとなる。

その後時刻ｔ６になると、モータ速度も０又は０とみなされる所定値以下となり、時刻ｔ１より前の状態と同様であるので、走行状態（５）となる。また、サーボ制御モードのままである。

時刻ｔ７になると、ペダル回転が開始されるが、前輪速度は高いままであるから、ペダル空転であり、モータ空転でもある。また、近傍判定部２０５４等は近傍でないと判定するので、正の値となるＶmer（＝Ｖmd−Ｖm）に応じたＴＳrvが、駆動目標トルクＴd2として出力されるようになる。そのため、図１４に従えば、近傍時及びＶmerが０又は負の値の場合に比して大きな一次ゲインＧvs1が設定される。このような走行状態（走行状態（３−Ｕ）と呼ぶ）では、サーボ制御モードＳ５となる。

その後時刻ｔ８になると、近傍判定部２０５４等は近傍と判定するので、セレクタ２０５５は第２最小値選択部２０５６の出力を選択するようになるが、図１４に従えば近傍と判定されると一次ゲインＧvs1が低く設定されるようになるため、第２最小値選択部２０５６はＴＳrvを選択して、ＴＳrvが駆動目標トルクＴd2として出力されるようになる。これは時刻ｔ３乃至ｔ４と同じであるから、走行状態（６）でサーボ制御モードＳ２となる。このようにするとモータ速度上昇の傾きが緩やかになるので、モータ１０５がワンウェイクラッチに与える衝撃を和らげることができるようになる。

さらに大凡時刻ｔ９になると、モータ速度が前輪速度に達してモータ１０５はワンウェイクラッチにロックされる。また、モータ速度が前輪速度と一致し、目標速度は前輪速度＋α（モータＯＷＣロックマージン速度）となっているので、ＴＳrv出力及びＴd2はαに近傍ゲインを乗じたトルクだけが出力されるようになる。これは時刻ｔ２乃至ｔ３と同じであるから、走行状態（２）でサーボ制御モードＳ１となる。

その後ペダル回転数が増加すると、時刻ｔ１０でペダルがペダル駆動系のワンウェイクラッチにロックされる。そうすると目標トルク非ゼロの状態になり、モータ速度も前輪速度と略一致する状態で近傍判定部２０５４等により近傍と判定される。従って、トルク制御モードＴで、走行状態（１）となる。但し、トルク制御モードＴへ遷移した直後は、カウンタ２０５３により、サーボ制御モードでのＴＳrvから徐々にアシスト目標トルクＴdになるように調整される。

時刻ｔ１１乃至ｔ１５については、走行状態（４）が無い点を除き時刻ｔ２乃至ｔ７と同じ動作となる。

時刻ｔ１５で再度ペダルを漕ぎ出すが、今回は急激にペダルの回転数を上げている点が、時刻ｔ７乃至ｔ８とは異なる点である。参考に、最速ギア換算の速度を１点鎖線で示している。これをＶmdとしてＶmerが算出されることもある。走行状態自体は、時刻ｔ７乃至ｔ８と同様で、走行状態（３−Ｕ）でサーボ制御モードＳ５となる。但し、モータ速度はペダル回転換算速度が急激に増加しているため、充分追従できていない。

時刻ｔ１６になると、ペダルがペダル駆動系のワンウェイクラッチにロックされるようになるが、モータ１０５はまだモータ空転のままである。従って、制御モードは、サーボ制御モードＳ５で同じであるが、目標トルク非ゼロの状態なのにモータ空転であるので、走行状態（７）となる。

その後、モータ速度が上昇して、時刻ｔ１７になって近傍判定部２０５４等で近傍と判定されると、目標トルク非ゼロであるから、トルク制御モードＴ２に遷移する。そうすると、トルク制御モードに切り替わったので、カウンタ２０５３が機能する。すなわち、アシスト目標トルクＴdに達するまでは、直前のＴＳrvから徐々に駆動目標トルクＴd2を増加させる。

そして、大凡時刻ｔ１８になると、モータ１０５がモータ駆動系のワンウェイクラッチにロックして、走行状態（１）でトルク制御モードＴとなる。

以上のような制御を行うことで、運転者のペダル操作に応じて適切なモータ駆動制御が行われるようになる。

次に、係数自動較正部１２１８の構成及び動作について説明する。係数自動較正部１２１８の機能ブロック図を図１７に示す。係数自動較正部１２１８は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）−ＬＰＦ（Low Pass Filter）２１８１と、収束判定部２１８２と、論理積部２１８３と、乗算器２１８４と、加算器２１８５と、遅延器２１８６と、論理積部２１８９と、ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８と、新係数計算部２１８７とを有する。

例えば、モータ駆動制御器１０２に対する電源がＯＮにされた後に、車速とペダル速度が所定の条件を満たしたとき、ＫｖＡｄｊ信号は、係数自動較正処理を完了するか、途中で所定の条件を逸脱するまでＯＮになる。但し、モータ温度が大きく変わったときなどにも、ＫｖＡｄｊ信号をＯＮにしても良い。

ＫｖＡｄｊ信号がＯＮでない場合には、新係数計算部２１８７は動作せず、また論理積部２１８９の出力も０となるので、影響はない。

ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８１は、Ｖmerに対するＬＰＦである。ＫｖＡｄｊ信号がＯＮとなった時から動作して、その初期値にはＶmerをロードする。

一方、ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８は、遅延器２１８６及び加算器２１８５を含む積分ループの出力である定常速度偏差に対するＬＰＦである。

収束判定部２１８２は、時間又はＩＩＲ−ＬＰＦ２１８１の出力とＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８の出力とから収束判定を行う。収束判定は２段階で行われ、１次判定では時間（例えば０．５秒程度）で仮収束を判定して仮収束の出力をＯＦＦからＯＮに変更する。すなわち、仮収束までは、論理積部２１８３は、０を出力し、仮収束になると、論理積部２１８３は、二次ゲインＧvs2を出力する。乗算器２１８４は、仮収束までは、Ｖmer×Ｇvs1に対して０を乗じて出力することになる。定常速度偏差についても初期的には０を設定しておく。

一方、仮収束後は、乗算器２１８４は、Ｖmer×Ｇvs1にＧvs2を乗じた値を出力する。また、仮収束となるとＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８には、定常偏差初期値をロードして、動作を開始する。定常偏差初期値は、仮収束時のＶmer×（仮収束前の一次ゲインＧvs1＋１）を設定する。

なお、論理積部２１８９からの出力は、Ｓ１（又はＳ２）に設けられる加算器１２１３で、モータ速度Ｖmと加算される。すなわち、ＰＩ制御系が形成されている。

一次ゲインＧvs1及び二次ゲインＧvs2の設定例を図１８に示す。図１８に示すように、仮収束前（初期とも呼ぶ）では、一次ゲインＧvs1は１で二次ゲインＧvs2は０である。仮収束後では、一次ゲインＧvs1は１／４で二次ゲインＧvs2は１／１６である。数値は大凡の値であり、他の値であっても良い。

まず、モータ目標速度生成部１２０１の論理積部２０１３は、ＫｖＡｄｊ信号がＯＮになると、係数自動較正用目標速度（例えば８ｋｍ／ｈ）を最大値選択部２０１２に出力する。従って、乗算器２０１１からの出力Ｖphが係数自動較正用目標速度より小さくなると、係数自動較正用目標速度が最大値選択部２０１２で選択される。従って、最小値選択部２０１４では、前輪速度が係数自動較正用目標速度より大きな値であれば、係数自動較正用目標速度がモータ目標速度Ｖmdとして出力される。また、ＫｖＡｄｊ信号がＯＮになっていると、ゲイン制御部１２０７においては、減速中且つサーボ制御モードであっても、モータ１０５をＯＦＦにすることはなくなる。すなわち、モータ目標速度は、係数自動較正用目標速度に維持される。なお、前輪車速が所定値（例えば１０ｋｍ／ｈ）以上であることを確認し、ペダル回転換算速度が第２の所定値（例えば５ｋｍ／ｈ）以下であることを確認の上、ＫｖＡｄｊがＯＮにされる。このような条件が、係数自動較正処理実施中に満たされなくなった場合には、ＫｖＡｄｊはＯＦＦとされ、係数自動較正処理は中止され通常のサーボ制御モードまたはトルク制御モードに戻る。また係数自動較正処理が完了した時も通常のサーボ制御モードに戻る。

このような条件が適用される場合には、例えば、図１９に示すように、時刻ｔ４１乃至係数自動較正完了時刻ｔ６１において、モータ目標速度は係数自動較正用目標速度に維持されるので、それに応じた較正時モータ速度が維持される。そして係数自動較正完了時刻ｔ６１から通常のサーボ制御モードＳ４に戻り、ｔ６２でモータは停止に至る。また、係数自動較正モードもサーボ制御モードであるから、駆動目標トルクＴd2についても、空転状態で較正時モータ速度を維持するための、僅かなサーボトルクが出力される。

係数自動較正処理において初期的には、上で述べたように、ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８１にはＶmerを設定する。また、図１８に示すように一次ゲインＧvs1及び二次ゲインＧvs2の値が設定される。そして、定常速度偏差の初期値は０と設定される。

そして、例えば一定時間（例えば０．５秒）後に、収束判定部２１８２は、仮収束したものとして、仮収束信号をＯＮに設定する。そうすると、二次ゲインＧvs2が乗算器２１８４に出力される。また、図１８に示すように一次ゲインＧvs1及び二次ゲインＧvs2の値を設定する。また、定常速度偏差の初期値として、Ｖmer×（これまでの一次ゲインＧvs1＋１）を設定し、ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８についても、初期値としてこの定常速度偏差の初期値をロードする。

そして、収束判定部２１８２は、仮収束後１秒経過した後に、ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８１からの出力とＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８からの出力との差が、ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８１からの出力の所定割合（例えば０．３％）以内に入った時点、又は仮収束後所定時間後（例えば５秒）に収束したと判定する。

収束判定部２１８２からの収束信号がＯＮになると、新係数計算部２１８７は、現在の［デューティー比／モータ速度］係数×（モータ目標速度Ｖmd＋ＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８の出力）／モータ目標速度Ｖmdを、新たな［デューティー比／モータ速度］係数として設定する。

このようにすれば、適切に［デューティー比／モータ速度］係数を自動較正することができるようになる。

なお、簡易的には、仮収束を行わずに、図１８に示すような一次ゲインＧvs1及び二次ゲインＧvs2を設定して、上記のような収束判定を行って、新係数計算部２１８７は、上記の演算式にて新たな［デューティー比／モータ速度］係数を算出するようにしても良い。また、なお、上記ＩＩＲ−ＬＦＰ２１８１およびＩＩＲ−ＬＰＦ２１８８は、Ｓ／Ｎを確保し精度を向上させるためのアベレージング・フィルタとして使用しているだけなので、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）−ＬＰＦを使用しても良く、新係数決定に充分なＳ／Ｎ比が確保される場合などは設けなくても良い。

［実施の形態２］
第１の実施の形態では、トルクフィードフォワード制御を行う場合の構成例を示したが、他の制御系、例えば電流フィードバック制御を行う場合における演算部１０２１ｂの構成を図２０に示す。なお、第１の実施の形態と同様の機能を有する構成要素については同じ参照番号が付されている。

図２０の例では、演算部１０２１ｂは、モータ目標速度生成部１２０１と、回転検出部１２０２と、駆動トルク目標演算部１２０３と、論理積部１２０４と、トルク制御部１２０５と、加算器１２０６と、ゲイン制御部１２０７と、乗算器１２０８と、乗算器１２０９と、加算器１３０１と、乗算器１３０２と、電流制限部１３０３と、モータ電流検出部１３０４と、加算部１３０５と、ループフィルタ１３０６と、デューティー比換算部１３０７と、スルーレート制限部１３０８と、ＰＷＭコード生成部１２１７と、乗算器１３０９と、加算器１３１０と、遅延器１３１１とを有する。

本実施の形態では、係数自動較正部１２１８がないので、ＫｖＡｄｊ信号がＯＦＦであり、／ＫｖＡｄｊ信号はＯＮとなっているものとする。

本実施の形態では、モータ速度誤差Ｖmer×Ｇvs1に対して二次ゲインＧvs2を乗じた値により、加算器１３１０及び遅延器１３１１を含む積分ループで定常速度偏差を算出して、この定常速度偏差を、加算器１３０１で、モータ速度誤差Ｖmer×Ｇvs1に加算するようになっている。

また、トルク制御部１２０５の出力である駆動目標トルクＴd2は、乗算器１３０２で、［電流／トルク］係数が乗じられ、電流換算される。すなわち目標電流が算出される。そして、この目標電流は、電流制限部１３０３において、他の要素による電流制限が行われる。

一方、モータ電流検出部１３０４は、モータ１０５に流れる電流を検出して出力する。そして、加算器１３０５は、電流制限部１３０３の出力である目標電流からモータ電流検出部１３０４の出力を差し引くことで、電流誤差を算出する。加算器１３０５の出力は、ループフィルタ１３０６に入力される。ループフィルタ１３０６は、電流フィードバック応答特性を安定化させる。例えば、積分フィルタや一次遅れ要素フィルタなどを使用し、速度サーボ応答よりも充分速い応答速度を設定しておく。

デューティー比換算部１３０７は、ループフィルタ１３０６の出力に対して、［デューティー比／電流］係数を乗して、デューティーコードを生成する。

スルーレート制限部１３０８は、よく知られたスルーレート制限処理をデューティー比換算部１３０７の出力に対して実施して、処理結果をＰＷＭコード生成部１２１７に出力する。ＰＷＭコード生成部１２１７は、第１の実施の形態と同様である。

このようにすれば、電流フィードバック制御系でも、第１の実施の形態と同様のモータ駆動制御を行うことができるようになる。

なお、一次ゲインＧvs1は、例えば１／２程度であり、近傍判定部２０５４などによって近傍と判断された場合においては１／８程度である。また、二次ゲインＧvs2は、例えば０乃至１／３２で、近傍判定部２０５４等によって近傍と判断された場合においては０乃至１／１２８程度に設定する。

［その他の実施の形態］
第１及び第２の実施の形態では、図５に示したような動力伝達系を有する電動アシスト車の例を示した。しかしながら、図６に示したような動力伝達系であっても、第１又は第２の実施の形態のようなモータ駆動制御器を実装できる。その際には、ペダル回転換算速度とモータ速度との一致近傍でサーボゲインを下げるようにしても良い。そうすると、ワンウェイクラッチにロックする際のショックを防止できるようになる。

以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上で述べた機能ブロック図は説明の都合上機能ブロック分けしており、実際の回路構成は異なる場合もあるし、プログラムで実現する場合にも、プログラムモジュール構成とは一致しない場合もある。さらに、上で述べた機能を実現する具体的な演算手法は複数存在しており、いずれを採用しても良い。

また、演算部１０２１の一部については専用の回路で実現される場合もあれば、マイクロプロセッサがプログラムを実行することで上記のような機能が実現される場合もある。

１０５ モータ
１０３０ ＦＥＴブリッジ
１０２０ 制御器
１０６ 操作パネル
１０４ ブレーキセンサ
１０３ トルクセンサ
１０８ ペダル回転センサ
１０９ 前輪回転センサ
１０１ 二次電池
１０２１ 演算部
１０２２ ペダル回転入力部
１０２３ 前輪回転入力部
１０２４ モータ速度入力部
１０２５ 可変遅延回路
１０２６ モータ駆動タイミング生成部
１０２７ トルク入力部
１０２８ ブレーキ入力部
１０２９ ＡＤ入力部
１０２１１ メモリ

Claims (13)

1. モータ駆動系及びペダル駆動系各々にワンウェイクラッチが介在する電動アシスト車のモータ駆動制御装置であって、
   ペダル回転から換算されるペダル回転換算速度に基づき、モータ目標速度を生成する生成部と、
   ペダルトルクが検出されない期間において、前記モータ目標速度とモータの速度とに応じた駆動目標トルクを出力するトルク制御部と、
   前記駆動目標トルクに応じて前記モータを駆動する駆動部と、
   を有するモータ駆動制御装置。
2. 前記生成部が、
   前記ペダル回転換算速度と車速とのうちの小さい方の値に応じて前記モータ目標速度を生成し、
   前記駆動目標トルクが、前記モータ目標速度と前記モータの速度との差に応じて算出される
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記トルク制御部が、
   前記ペダルトルクが検出されている期間において、前記ペダルトルクに応じて算出されるアシスト目標トルクに応じた駆動目標トルクを出力する
   請求項１又は２記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記モータの速度をデューティー比換算することで第１の値を生成する第１の処理部と、
   前記駆動目標トルクをデューティー比換算することで第２の値を生成する第２の処理部と、
   をさらに有し、
   前記駆動部は、
   前記第１の値と前記第２の値との和に応じた平均デューティー比により、コンプリメンタリ型スイッチングアンプに含まれるスイッチによるスイッチングを制御して、前記コンプリメンタリ型スイッチングアンプに接続されている前記モータを駆動する
   請求項３記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記トルク制御部が、
   前記ペダルトルクが検出された直後に、前記モータ目標速度と前記モータの速度とに応じた駆動目標トルクから前記アシスト目標トルクに応じた駆動目標トルクに徐々に変化させる
   請求項３記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記トルク制御部が、
   前記モータ目標速度と前記モータの速度とに応じた駆動目標トルクが前記アシスト目標トルクに応じた駆動目標トルクより小さい場合には、前記モータ目標速度と前記モータの速度とに応じた駆動目標トルクから前記アシスト目標トルクに応じた駆動目標トルクへ定スルーレートで上昇させる
   請求項５記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記モータ目標速度から前記モータの速度を引いた値が負の値である場合、前記モータ目標速度から前記モータの速度を引いた値に、前記モータ目標速度から前記モータの速度を引いた値が正の値である場合に比して小さく且つ１未満のゲインを乗じる乗算部をさらに有する
   請求項２記載のモータ駆動制御装置。
8. 前記モータ目標速度から前記モータの速度を引いた値が負の値である場合又は前記ペダルが停止した場合、前記モータの駆動を前記駆動部に停止させる制御部をさらに有する
   請求項２記載のモータ駆動制御装置。
9. 前記モータ目標速度と前記モータの速度との差の絶対値が所定値未満であれば、前記モータ目標速度と前記モータの速度との差の絶対値が前記所定値以上である場合における値以下のゲインを、前記モータ目標速度と前記モータの速度との差に乗ずる乗算部をさらに有する
   請求項２記載のモータ駆動制御装置。
10. 前記トルク制御部は、
    前記モータ目標速度と前記モータの速度との差の絶対値が所定値未満であれば、前記モータ目標速度と前記モータの速度との差に応じた第１の値と、予め設定されている第２の値とのうち小さい方の値を前記駆動目標トルクとして出力する
    請求項２記載のモータ駆動制御装置。
11. 前記電動アシスト車が、変速機を有していないか又は前記ペダルと前記モータから共通の変速機経由で車輪を駆動する電動アシスト車であり、
    前記ペダル回転換算速度と前記モータの速度との差の絶対値が所定値未満であれば、前記ペダル回転換算速度と前記モータの速度との差に、前記ペダル回転換算速度と前記モータの速度との差の絶対値が前記所定値以上である場合に比して小さなゲイン値を乗ずる
    請求項１記載のモータ駆動制御装置。
12. 前記ペダル回転換算速度が、最速ギア比を想定してペダル回転数から算出される
    請求項１乃至１１のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。
13. 前記トルク制御部は、
    前記ペダルトルクが検出されない期間において、所定のタイミングにてモータの速度が所定の速度になるように前記駆動目標トルクを出力し、
    前記モータの速度をデューティー比換算する際に用いる係数を修正する処理を実施する係数調整部
    をさらに有する請求項４記載のモータ駆動制御装置。

Images