JP6150200B2

JP6150200B2 - 電動車両

Info

Publication number: JP6150200B2
Application number: JP2013070734A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　誠一; 誠一鈴木; 憲一島川; 高橋　宗裕; 宗裕高橋; 斉神谷
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: CN105102261A; EP2979919B1; EP2979919A4; WO2014157508A1; JP2014195365A; EP2979919A1; CN105102261B

Description

この発明は、電動車両に係り、詳しくは、運転者が漕ぐペダルの回転を駆動指令として走行する電動車両に関するものである。

従来、自転車に代表されるように、入力軸に接続されたクランクのペダルを左右の足で漕ぐことによって、チェーンを介して駆動車輪に駆動力を伝えて前進する車両が存在し、このような機械的な動力伝達機構に加えて、電動モータで駆動力を補強するアシスト自転車が提案されている。
一方、これに対して、下記特許文献の通り、機械的な伝達機構を持たず、ペダルによる入力装置と、駆動輪を駆動させる駆動装置が電気的に接続されている自転車が提案されている。

特開２００１−１１４１８４号公報特開２０１０−１８７４７９号公報

上記従来の電動自転車においては、駆動輪とペダルの回転機構とが機械的に接続されていないので、運転者がペダルを踏み込んだ際に、ペダルのトルクが直接駆動輪に伝わらない構成となっている。このため、機械的な動力伝達機構を含む従来の自転車やアシスト自転車では、ペダルの踏み応えを感じながらペダルを踏む力を調節して漕いでいたが、上記電動気自転車は、駆動輪から伝わる反力がペダルから感じられないので、従来の自転車と同じ感覚でペダルを漕ぐことができず、運転に際して違和感を感じることとなっていた。
例えば、自転車には、自転車自体の重量と運転者の体重によって、慣性力が生じているため、停止状態から漕ぎ始める時（漕ぎだし時）、或いは走行中に加速する時には、定速走行時に比較して、ペダルが重く感じられる。

これに対して、上記従来の電動自転車では、機械的に駆動輪とペダルが接続されていないので、走行状況に応じたペダル感覚（ペダルの重さ）を、漕ぎ足が感じることが少なく、これが違和感となってしまっていた。
特許文献１に記載の電動自転車では、一般の自転車の走行感覚を模倣するような観点からペダルクランク軸に回転抵抗となるような部材（例えば、発電機）を設けることが記載されているが、具体的にどのような制御を行って、一般の自転車の走行感覚を模倣するのか、といった構成は記載されていない。

特許文献２に記載の電動自転車は、ペダルの重さを調整する機構が設けられているが、バッテリの残量などの車両の状況に基づいてペダルの重さが変化するものであり、一般の自転車の走行感覚を模倣するための制御が行われるものではない。
この発明は、ペダル回転機構と駆動輪とが機械的に接続されている車両と同様な漕ぎ感覚を得られる電動車両を提供することを目的とするものである。

以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。
（１）運転者を載せる車体と、
該車体の前後にそれぞれ支持された前輪と後輪とを有する車両であって、
運転者の踏力を受けると共に、前記前輪及び後輪と機械的に接続されていないペダルと、
回転軸と、
前記ペダルが先端部に設けられ、踏力をトルクとして前記回転軸に伝えるクランクと、
前記前輪又は前記後輪の少なくとも一方を駆動させるモータとを備え、
ペダルの踏力によって前記回転軸にトルクが加えられた時に、これに抗する抵抗を前記回転軸に発生させる抵抗付与手段と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記走行状態検出手段によって検出された車速に応じて前記抵抗付与手段によって付与される抵抗の度合を調整する抵抗調整手段とを備えることを特徴とする電動車両。

（２）前記走行状態検出手段は、更に、踏力によって前記回転軸に伝達されるトルクを検出し、前記抵抗調整手段は、検出されたトルクを加味して抵抗の度合を調整する上記（１）に記載の電動車両。

（３）前記抵抗付与手段は発電機であって、前記抵抗調整手段は発電機に流れる電流を制御することによって抵抗を調節するものである上記（１）又は（２）のいずれか１に記載の電動車両。

（４）前記走行状態検出手段によって検出された前記回転軸に伝達されるトルクに基づいて、前記抵抗調整手段は発電機の回転数を決定することにより抵抗を発生させる上記（４）に記載の電動車両。

（５）更に、前記モータの駆動トルクを制御する駆動制御手段を有し、
前記駆動制御手段は、走行状態検出手段によって検出された走行状態に基づいて駆動トルクを決定する上記（１）〜（４）のいずれか１に記載の電動車両。

（６）前記駆動制御手段は、走行状態検出手段から、踏力によって前記回転軸に伝達されるトルクを取得するペダルトルク取得手段と、
前記ペダルトルク取得手段によって取得されたペダルトルクに基づき駆動トルクを決定する駆動トルク決定手段を有する上記（５）に記載の電動車両。

（７）前記駆動制御手段は、
走行状態検出手段から車速を取得する車速取得手段と、
前記車速取得手段によって取得された車速が所定値より小さい場合には、ペダルトルクにかかわらず、車速を増速させる駆動トルクを決定する加速トルク決定手段とを有する上記（５）又は（６）に記載の電動車両。
（８）前記駆動制御手段は、
走行状態検出手段から車速を取得する車速取得手段を有し、
前記駆動トルク決定手段は、
ペダルトルクに基づいて目標車速を取得する目標車速取得手段を有するとともに、
前記車速取得手段によって取得された車速が所定値より大きい場合には、前記車速取得手段で取得した車速が前記目標車速取得手段で取得した目標車速となるために必要とするトルクを駆動トルクと決定する上記（６）に記載の電動車両。

請求項１に記載の発明によれば、ペダルを踏み込む力に対して抵抗が付与されるので、駆動輪から機械的な反力が直接伝わらない電動車両のペダル漕ぎ感覚を、機械的な動力伝達機構を含む自転車でペダルを漕いだ場合の感覚に近づける事が可能となる。車速に応じて、付与される抵抗が調節されるので、走行状況に応じた漕ぎ感覚の演出が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、ペダル踏力によって発生するトルクに応じて、付与される抵抗が調節されるので、運転者の踏力の変化に応じた漕ぎ感覚の調整が可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、発電機によって抵抗が付与されるので、発電機に供給される電流を制御することで、より細かい抵抗値の制御が可能となり、漕ぎ感覚の調節を精密に行うことが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、発電機の回転数を決定することによって抵抗を調節するので、発電機の制御が容易となり、その結果漕ぎ感覚の演出を一層精密に行うことができる。
請求項５に記載の発明によれば、走行状態に基づいてモータの駆動トルクを決定するので、走行状態に応じた車速制御が可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、ペダルトルクに基づいて駆動トルクが決定されるので、従来の動力伝達機構を含む自転車の走行感覚に沿った感覚を再現することができる。
請求項７に記載の発明によれば、車速が所定値よりも小さい場合には、ペダルトルクの値にかかわらず、直ちに加速できるトルクが出力されるので、安定した走行が可能な速度へ短時間で増速できる。
請求項８に記載の発明によれば、ペダルトルクに基づいて駆動トルクが決定されるので、従来の動力伝達機構を含む自転車の走行感覚に沿った感覚を再現することができる。

本発明の電動車両の側面全体図である。本発明の電動車両における電気系統の構成を示すブロック図である。本発明の電動車両の制御内容を示すフローチャートである。本発明の電動車両の制御内容を示すフローチャートである。本発明の電動車両の制御内容を示すフローチャートである。ペダルに加わる力の方向を示すベクトル図である。ペダルの位置に応じた力の方向を示すベクトル図である。ペダル回転数の変化を示すグラフである。本発明の電動車両の制御内容を示すフローチャートである。

以下、本発明の車両の好適実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の電動車両１の一実施形態を示すもので、電動自転車の全体斜視図である。車体２は、操作部２０と、本体２１とを備える。操作部２０は、ハンドル２２と、ハンドル２２の回動軸であるステム２２１と、前輪２３ｆを備える。本体２１は、例えば、１本の基体や、複数の部材を組み合わせたフレームで構成されており、この実施形態では、１つの基体で構成されている。本体２１の先端部ヘッドチューブ２１１には、ハンドル２２のステム２２1が回動自在に支持されており、後端部では、従動輪である後輪２３ｂが支持され、制御ユニットＣＵとバッテリユニットＢＵが搭載されている。なお、ハンドル２２には、両端のハンドルグリップ部分２２３に制動装置を操作する制動操作手段としてのブレーキレバー２２４が設けられている。このブレーキレバー２２４には、制動するための操作量を検出するブレーキセンサＢＢＳが設けられている。

一方、本体２１の中央部には、支柱２４が立設され、支柱２４の基端部には発電ユニットＧＵが設けられている。支柱２４の先端部には、サドル２４１が取り付けられている。ステム下端部にはフロントフォーク２２２が接続されており、該フロントフォーク２２２の先端には、駆動輪である前輪２３ｆが設けられている。前輪２３ｆの中心軸部分には駆動モータユニットＭＣが設けられている。駆動モータユニットＭＣは、駆動モータＭであるインホイールモータを有する。該インホイールモータの出力軸はフロントフォーク２２２に固定されており、駆動輪２３ｆは、インホイールモータの駆動によって駆動輪として回転駆動する。駆動モータユニットＭＵには、走行状況検出手段としての駆動輪回転数センサＭＲＳと駆動モータ電流センサＭＴＳが設けられており、駆動輪回転数センサＭＲＳは、駆動輪の回転数を検出し、駆動モータ電流センサＭＴＳは、駆動モータに流れる電流値を検出する。この電流値によって駆動モータＭが出力しているトルクＴｍを知ることができる。

発電ユニットＧＵの左右両側には、入力軸が突出し、各左右入力軸は、クランク２５Ｌ、２５Ｒが、それぞれ逆方向に向けて接続されたクランク軸２５０Ｌ（右側のクランク軸２５０Ｒは図示されていない）となっている。左右のクランク２５Ｌ、２５Ｒの先端には、ペダル２５１Ｌ、２５１Ｒがそれぞれ回動自在に支持されている。また、発電ユニットＧＵは、抵抗付与手段としての発電機Ｇを備え、クランク２５Ｌ、２５Ｒに加えられた踏力が、入力軸を介して回転トルクＴｐとして、発電機Ｇのロータに伝達される。発電ユニットＧＵは、入力軸に加わったトルクＴｐを発電機Ｇに伝達する機械的な伝達機構、例えば変速装置などを備えてもよい。発電ユニットＧＵは、更に、発電機電流センサＰＩＳ、走行状態検出手段としてのペダル用トルクセンサＰＴＳ、ペダル用回転数センサＰＲＳを備えている。ペダル用トルクセンサＰＴＳは、運転者の踏み込みによってペダルから伝えられるトルクＴｐを検出するセンサであり、ペダル用回転数センサＰＲＳは、ペダルの回転数を検出する。発電機電流センサＰＩＳは、発電機に流れる電流値を検出する。この電流値は、発電機によってペダルに与えられる抗力を測るものである。

制御ユニットＣＵは、集積回路及びメモリ等によって構成された車両制御回路ＥＣや、バッテリの放電や充電を制御するバッテリ制御回路ＢＣ、発電機制御回路ＧＣ、モータ制御回路ＭＣを備えている。制御ユニットＣＵに隣接して設けられているバッテリユニットＢＵは、バッテリＢＴと、バッテリＢＴから出力される電流値を検出するバッテリ電流センサＢＩＳ、バッテリＢＴから出力される電圧を検出する電圧センサＢＶＳを備えている。バッテリユニットＢＵは、車体２に対して、機械的及び電気的に着脱自在に設けられており、車体２から取り外した状態で外部電源によって充電可能に構成されている。バッテリＢＴの電力は、駆動モータＭに供給され、駆動モータＭの回生時には、回生電力がバッテリＢＴに供給される。また、バッテリＢＴの電力は発電機Ｇによってペダル抗力を発生させる際には、発電機Ｇに供給され、発電機Ｇによって発電された電力は、バッテリＢＴに供給されて蓄積される。駆動モータＭと発電機Ｇは、それぞれ電気エネルギーと機械的な回転エネルギーとの間で相互にエネルギー変換を行うアクチュエータであり、駆動モータＭは、主として電力を回転トルクに変換するが、回生時には回転トルクを電力に変換する。また、発電機Ｇは、主として回転トルクを電力に変換するが、ペダルの回転数を制御する場合には、発電機制御回路ＧＣによって電力を回転トルクに変換する場合もある。

図２は、本発明の制御系の構成を示すブロック図である。制御系は、車両制御回路ＥＣ、バッテリ制御回路ＢＣ、発電機制御回路ＧＣ、モータ制御回路ＭＣを備え、各車両制御回路ＥＣから他の制御回路へ向けて指示信号が供給される。車両制御回路ＥＣには、各センサから検出値が入力され、入力された値に基づいて、ペダルの回転軸に与える抗力の値、ペダルの目標回転数、目標車速等を決定する。
発電機制御回路ＧＣは、車両制御回路ＥＣからペダル目標回転数の指示に基づいて、実際のペダルの回転数が目標回転数となるよう発電機の回転を制御する。具体的には、発電機の電流を制御することにより発電機のロータの回転に抵抗を与え、ペダルの回転数を制御する。

モータ制御回路ＭＣは、車両制御回路ＥＣから目標車速値の指示に基づいて、実際の車速が目標値となるように、駆動モータＭに供給される電力を制御する。また、回生時には、駆動モータから得られる回生電力をバッテリＢＴへ供給できるように回路を切り換え制御する。
バッテリ制御回路ＢＣは、車両制御回路ＥＣの指示に基づいてモード切り換えを行う。バッテリ制御回路ＢＣは、発電機系統と駆動モータ系統とに分けられ、それぞれについて、駆動モータＭに電力を供給するモード、駆動モータＭからの回生電力を充電するモード及び発電機Ｇに電力を供給するモード、発電機Ｇから発電された電力を充電するモードとの間で、モードの切り換えを行う。

以下、図３〜図６に示されているフローチャートに基づいて、本発明の電動車両の走行制御処理について説明する。本制御処理は、車両を停止している状態からペダルを踏んで漕ぎ出す際の行われる漕ぎ出し判定制御処理Ｓ１０１と、車両を走行させる際に駆動出力に関して行われる駆動制御処理Ｓ１０３と、走行時の運転者のペダルの踏み込み操作に対して、機械的な動力伝達機構でペダルと駆動輪とがつながっている一般自転車のペダル漕ぎ感覚に沿うようにペダル回転軸の抵抗を制御するペダル制御処理Ｓ１０５とを備えている。

図４に示されているフローチャートに基づいて、漕ぎ出し判定処理について説明する。本発明の電動車両では、駆動輪に加わっている走行抵抗がペダルの踏み込みの抗力として伝わらない構成となっているので、ペダルの踏力を受けつつペダルの回転を制御する処理が行われる。
ブレーキセンサＢＢＳからブレーキ操作量を取得する(ステップＳ２０１)。取得した操作量からブレーキに基づいて、ブレーキがＯＮとなっているか否か、即ち、駆動輪をロックする操作が行われているか否か判断する(ステップＳ２０３)。ブレーキがＯＦＦとなっている場合には、駆動モータ回転数センサＭＲＳから駆動モータの回転数Ｎ１を取得し（ステップＳ２０５)、取得した回転数から車速Ｖを演算する(ステップＳ２０７)。この車速の取得は、別個に車速センサを設けて、該車速センサから車速を取得してもよい。このように、走行状態検出手段によって検出される走行状態は車速である。

次に、ステップＳ２０７で取得した車速Ｖがゼロ以下（Ｖ≦０）であるか判定する(ステップＳ２０９)。車速Ｖがゼロ以下である場合には、車両が前進可能な状態であることを意味しているので、次に漕ぎ出し操作が行われているか判定する。即ち、ペダル用トルクセンサＰＴＳからペダルを介して加えられているトルクＴｐを取得して、そのトルクＴｐが予め定められている閾値ａより大きいか判断する(ステップＳ２１１)。クランク軸２５０がフリー回転する状態ではペダル踏力によるトルク検出ができないので、ペダル用トルクセンサＰＴＳにトルク検出させるために、予め発電機Ｇに０回転数指令がされており、ステップＳ２１１に先だって、クランク軸２５０の回転が規定された状態となっている。

閾値ａは、例えば次のような値に設定される。チェーンなどの動力伝達機構を含む従来型の自転車では、駆動輪が止まっている停止状態ではペダルも前進方向には動かない。このように前記従来型の自転車のペダル操作感覚を再現させるために、閾値ａは、車両停止時において、ペダルが固定されている感覚を演出するために必要なトルク値に設定される。或いは、車両を前進させるために必要な最低値として設定された値としてもよい。又は、高齢者等のように踏力が、一般健常者よりも弱い人でも発進できるようにするため、閾値aは、単にペダルに足を載せた程度で加わるトルクに設定してもよい。トルク値Ｔpが、閾値ａより大きい場合には、ペダルに前進させるための踏力が加わっている(或いは、運転者に前進させる意思がある)と判断できるので、駆動走行制御処理に移行する(ステップＳ２１３)。

ステップＳ２０３でブレーキＯＮである（車輪を止めた状態）と判断された場合、これは車両を止めた状態とする意思があることを意味する。そこで、モータ制御回路ＭＣに対して、駆動モータＭの目標回転数を０にする指令を供給する(ステップＳ２１９)。このような処理によって、駆動モータＭの回転は規制され、実質的に駆動輪にブレーキが掛かった状態となる。ステップＳ２１９の後、発電機制御回路ＧＣに対して、目標回転数を０にする指令を供給する(ステップＳ２２１)。この処理によって、ペダルが固定される。

ステップＳ２０９で車速Ｖがゼロ又はマイナスでないと判断された場合、少なくとも車両は前進していることを意味する。車両の状態としては、例えば、運転者はサドルに乗っていないか、または、サドルに乗ったままペダルを漕いでいない状態で前進していると推定される。次に、漕ぎ出し判定処理においてペダルに加わるトルクを検出するためにペダルを固定する必要があり、ペダル回転数を０にする指令を発電機制御回路ＧＣに供給する(ステップＳ２２１)。

一方、ステップＳ２１１でペダルトルクＴｐが閾値ａより小さい場合には、前進するための十分なトルクが出るような踏力がペダルに加わっていないと判断されるので、漕ぎ出しを意識した運転操作はされていないと判定され、駆動制御処理(ステップＳ２１３）には移行せず、ペダル回転数を０とする指示を発電機制御回路ＧＣに供給する(ステップＳ２２１)。ペダル回転数を０とする制御は、踏力によってクランク軸２５０に入力されるトルクの値が、後述する閾値ｂを越えるまで実行される。

以上の処理において、ステップＳ２１１で閾値ａよりペダルトルクＴｐが小さいと判断された状態とは、具体的には、自転車のサドル２４１に乗った運転者がプレーキレバー２２４を戻して（ＯＦＦにして）、片足をペダルに載せ、漕ぎ出すために準備を整えた状態である。この時点では、運転者及び車体の自重などによって、駆動輪は止められており、また、クランク２５Ｒ、２５Ｌも止められた状態となっている。

ここで、ペダルに載せている足を踏ん張って、ペダル踏力を増加させ、閾値ａよりペダルトルクＴｐが大きくなると、自転車を発進させるために必要なトルクがペダルによって加えられたと推定されるので、駆動制御処理が開始される(ステップＳ２１３)。これは、一般の自転車において、片足を地面に付け、他方の足でペダルを踏んで、自転車を発進させた状態と同様の状態と推定される。

次に、図５に示されているフローチャートに基づいて駆動制御処理について説明する。ペダル用トルクセンサＰＴＳよりペダルから入力されるトルクＴｐを取得する(ステップＳ３０１)。取得されたペダルトルクＴｐが閾値ａより大きいか判断する(ステップＳ３０３)。閾値ａより大きい場合には、駆動輪２３ｆを駆動させる意思があると判断できるので、車速Ｖを、駆動輪回転数センサＭＲＳで取得した回転数から算出する(ステップＳ３０５)。
ステップＳ３０５で得られた車速Ｖが閾値ｃより大きいか判断する(ステップＳ３０７)。閾値ｃは、自転車が速度０状態から加速され、両足を両側のペダルにそれぞれ載せられる程度の速度に設定されている。
車速Ｖが閾値ｃより大きい場合には、ステップＳ３０１で取得したペダルトルクＴｐに基づいて目標車速を演算する(ステップＳ３０９)。次に、車速が目標車速となるために、駆動モータＭが出力する必要があるトルク値を演算しトルク指令値Ｔ０とする(ステップＳ３１１)。このようなトルク指令値Ｔ０の演算は、現在車速と目標車速との差や、速度０から発進した時の加速の度合いを考慮して決定される。

決定されたトルク指令値Ｔ０は、モータ制御回路ＭＣに供給され(ステップＳ３１３)、モータ制御回路ＭＣでは指令されたトルク値Ｔ０が駆動モータＭから出力されるように電流値を制御する。
ステップＳ３０７で、車速Ｖが閾値ｃより小さい場合には、両足をペダルに載せられる程の速度に達していないことを意味するので、車両の状態は不安定な状態なので、安定走行できる程度の速度まで早急に加速する必要がある。つまり、早急に閾値ｃまで速度を上げる必要があり、トルク指令値Ｔ０を駆動モータＭの出力トルクの最大値に設定し(ステップＳ３１７)て、指令する(ステップＳ３１３)。この処理（ステップＳ３１３）で設定される出力トルク値は最大値でなくてもよいが、加速が必要であるので、少なくとも、現在駆動モータＭが出力しているトルクよりも大きなトルクが必要である。この最大値出力は、車速が閾値ｃに達した時にキャンセルされる。以後はステップＳ３０９〜３１１の処理が行われる。

また、ステップＳ３０３で、ペダルトルクＴｐが閾値ａより小さい場合には、加速する意思がないものと判断できるので、駆動モータＭの出力トルクを０に決定し(ステップＳ３１５)、トルク指令値Ｔ０（＝０）をモータ制御回路ＭＣに供給する(ステップＳ３１３)。この状態は、駆動モータＭは駆動せず、自転車が惰性で進行している状態である。上記ステップＳ３０１、ステップＳ３０５、ステップＳ３０９、ステップ３１１、ステップＳ３１７及びステップＳ３１３によって駆動制御手段が構成される。ステップＳ３０１によってペダルトルク取得手段が構成される。ステップＳ３０５によって車速取得手段が構成される。ステップＳ３０９〜３１３によって、駆動トルク決定手段が構成される。ステップＳ３１７によって加速トルク決定手段が構成される。
駆動制御が開始されると、次に、ペダルトルクＴｐが閾値ｂより大きいか判断する(ステップＳ２１５)。閾値ｂは、更に加速させるために必要な値であって、閾値ｂ＞閾値ａとなっている。ペダルトルクＴｐが閾値ｂより小さい場合には、加速する意図がないものと判定し、ペダル回転数は０に設定された状態に維持される（ステップＳ２２１）。

ペダルトルクＴｐが閾値ｂより大きい場合には、ペダル制御処理(ステップＳ２１７)が行われる。以下、ペダル制御処理の概要について説明する。図６に示されているように、ペダル２５１Ｌに足を載せて踏み込む力（踏力）Ｋは、略鉛直方向に向かって加えられる。この踏力がクランク軸２５０Ｌを回転させる力、即ちトルクは、ペダル２５１Ｌの回転軌跡（円輪）の接線方向に分解された分力Ｑにクランクの長さを乗した値となる。図７に示されているように、ペダル踏力Ｋは、ペダルの位置によって変化し、また、分力Ｑも大きく変化する。ペダル踏力Ｋは、頂点近傍にペダルが位置すると加わり始め、前側近傍から下方にかけて最大となり、後方へ移動するに従って減少する。更に、分力Ｑは、円周に沿って移動するペダルの移動方向が下方に向いている辺りで踏力Ｋの向きと重なり、大きさが最大となる。従って、ペダルが一回転する間にクランク軸２５０Ｌに加わるトルクＴｐは周期的に変化し、これに基づき回転数も周期的に変化する。
図８は、運転車によるペダル漕ぎ操作に応じて変化するペダル回転数の周期的変化を示す図である。図中のグラフ（ａ）は、平坦地で定速を維持しつつ走行する場合の回転数の変化を概念的に示すものであり、回転数変化は略正弦波に沿った曲線によって示される。このような回転数の変化は、ペダルのクランク軸から動力が機械的に駆動輪に伝わる一般の自転車においても同様に生じているが、走行する車両の慣性が駆動輪からペダルに直接伝わるため、運転者がペダルを漕ぐ際にペダルから感じる感覚には、グラフで示されている程の大きな変化はない。

しかしながら、本発明の車両のように駆動輪２３ｆとクランク軸２５０とが機械的に接続されていない場合には、慣性による反力が伝わらないので、回転数の変化がペダルを踏む足に直接感じられ、一般自転車の運転時感覚と大きく異なる感覚が生じて、これが違和感となる。特に、登坂時や、加速時等において、ペダル踏力を上げた場合には、グラフ（ｂ）に示されているように、変化する回転数の幅が大きくなり、特に違和感が大きくなる傾向がある。そこで、ペダル漕ぎ時の違和感を解消するため、ペダル漕ぎ時において、クランク軸２５０にペダル踏力に抗する力を与えて、機械的に駆動輪とペダルが接続されている一般自転車と近似したペダル漕ぎ感覚を演出する。さらに、違和感が増幅されるペダル踏力増加時には、クランク軸２５０Ｌの回転数を調整する処理を更に実行することで、違和感の発生を抑制する。

以下、図９に示されているフローチャートに基づいて、ペダル制御処理について説明する。ペダル用トルクセンサＰＴＳからペダルから入力されるトルクＴｐを取得する(ステップＳ４０１)。取得したトルクＴｐが閾値αより大きいか判断する(ステップＳ４０３)。閾値αより小さい場合には、運転者は加速を意図していないと判断し、ペダル回転数を０に設定、即ちペダルが固定された状態とすることを決定する（ステップＳ４１９）。トルクＴｐが閾値αより大きい場合には、ステップＳ２２１又はステップＳ４１９で設定されたペダル回転数０設定が解除される。即ち、ペダルは回転可能状態となる。そして、ペダル回転数センサＰＲＳから供給されるクランク２５Ｌ、２５Ｒの回転量θをモニターする(ステップＳ４０５)。クランク２５Ｌ、２５Ｒの回転量θが所定値βより大きくなったか判断する(ステップＳ４０７)。所定値βは、ペダルが回転しているか否かを判定するための値である。

回転量θが所定値βより大きい場合には、ペダルが回転していると判断できるので、ペダルから発電機Ｇに入力されてくる回転数をモニターし、周期的に発生する回転数の変化の割合を検出する。そして、その変化の割合に応じて発電機の目標回転数を設定する。回転数の変化の割合は、例えば、回転数の変化をモニターした期間内での最高値と最低値の差（ｄＮ）を算出する。この回転数の差は、周期的に変化する回転数の振幅として算出してもよい。又は、平均値と最大値との差、又は平均値と最小値との差を変化の割合を示す指標として演算してもよい。或いは、平均値における曲線の傾き(回転数の加速度)を変化の割合を示す指数として取得してもよい。又は、最大値と最小値との結んだ直線の傾きや、図８の各グラフに示されている正弦波と目標回転数Ｎｇとで囲まれた部分の面積値（積分値）を指標とすることもできる。この実施形態では、回転数の変化の割合を示す指標として、既述の通り、回転数の最高値と最低値の差を算出する（ステップＳ４０９）。

回転数差ｄＮが所定値γよりも大きいか否か判断する(ステップＳ４１１)。回転数差ｄＮが所定値γより大きい場合には、加速を意図してペダルを踏んでいると判断し、ステップＳ４０１とステップＳ４０５で取得したペダルトルクＴｐと回転量θに基づき、取得されたペダルトルクＴｐで回転量θとなった時の車速Ｖを演算する(ステップＳ４１３)。そして、図８のグラフに示されているように、加速している場合（図８（ｂ））が、特にペダルの漕ぎムラが発生して違和感が生じやすいので、次のような処理を行う。一般自転車の車速が、ステップＳ４１３で求められた車速Ｖとなるようにペダルを漕いだ場合のペダル回転数Ｎｇ1を演算する。そして、そのペダル回転数Ｎｇ1より高い値を発電機Ｇの目標回転数Ｎｇ2として決定する (ステップＳ４１５)。このように、目標回転数Ｎｇ2を、実際の自転車で予想される回転数よりも高く設定する（Ｎｇ1＜Ｎｇ2：図８（ｂ））ことにより、ペダルを回転させるために必要とされるトルクが小さくなる（換言すると、ペダル踏力によって入力されるトルクに対する抗力が小さくなる）ので、ペダルを漕いでいる時の違和感が軽減される。

ステップＳ４０７で回転量θが所定値βより小さいと判断された場合には、ペダルはまだ回転していないと判断されるので、駆動輪回転数センサＭＲＳから取得した駆動輪回転数Ｎｍに基づき、車速Ｖを演算する(ステップＳ４２１)。一般自転車の車速が、ステップＳ４２１で求められた車速Ｖとなるようにペダルを漕いだ場合のペダル回転数ｒ０を演算し、発電機Ｇの目標回転数ｒ１として決定する（ステップＳ４２３）。
なお、ステップＳ４０３で、ペダルトルクＴｐが閾値αより小さい場合には、発電機Ｇの目標回転数を０として、ペダルを固定した状態に維持する(ステップＳ４１９)。さらに、ステップＳ４１１で、回転数差ｄＮが所定値γより小さい場合には、減速を意図していると判断し、この様な場合には、ペダルの漕ぎムラも感じにくいので、発電機Ｇの待機回転数を目標回転数に設定する(ステップＳ４２５)。

そして、ステップＳ４２３、ステップＳ４１５、ステップＳ４２５及びステップＳ４１９で決定された発電機Ｇの目標回転数は、発電機制御回路ＧＣに供給される（ステップＳ４１７）。ここで、発電機制御回路ＧＣは、目標回転数となるように、ペダルの回転に適宜抵抗を与えて回転数制御を行う。
上記ステップＳ４０１、ステップＳ４１３、ステップＳ４１５、ステップＳ４１７、及びステップＳ４０１、ステップＳ４２１、ステップＳ４２３、ステップＳ４１７によって抵抗調整手段が構成される。

抗力付与手段は、発電機Ｇのほか、ディスクブレーキなどの摩擦制動装置を用い、制動部材の押圧力を調整することによって抗力を調節する抗力調整手段を設けてもよい。或いは、抗力付与手段としてフライホイールを設け、抗力調整手段は、フライホイールとクランク軸との間に設けられた変速装置を用い、変速比を変更することによって抗力を調節する構成とすることもできる。

なお、本発明は、ペダルに抗力を与えて回転を制御するための発電機Ｇと、駆動力を出力する駆動モータＭとを、別個に制御することで、一般の自転車やアシスト自転車の操作感覚に沿った操作感を演出するものであるが、これに限らず、ペダルと駆動輪を別個に制御することによって、従来の構成では達成できない、全く新しい操作感覚の車両を提供することも可能である。ペダル回転に対する駆動輪の回転比を、従来よりも高い比率として、従来の自転車よりも高速走行できる車両を提供し、或いは、逆に従来よりも低い比率として、ペダルをより多く回転させなければ前進しない制御内容とし、ダイエット効果を発揮できる車両を提供することもできる。
以上の説明は電動車両として自転車を例に挙げて説明したが、前後に車輪を有する二輪車に限らず、三輪車や、前輪と後輪が二輪づつある四輪車であってもよい。また、駆動輪は、前輪でなく後輪であってもよい。

１電動車両
２車体
２２ハンドル
２４１サドル
２３ｆ駆動輪
２３ｂ従動輪
ＣＵ制御ユニット
ＢＵバッテリユニット
ＧＵ発電ユニット

Claims

運転者を載せる車体と、
該車体の前後にそれぞれ支持された前輪と後輪とを有する車両であって、
運転者の踏力を受けると共に、前記前輪及び後輪と機械的に接続されていないペダルと、
回転軸と、
前記ペダルが先端部に設けられ、踏力をトルクとして前記回転軸に伝えるクランクと、
前記前輪又は前記後輪の少なくとも一方を駆動させるモータとを備え、
ペダルの踏力によって前記回転軸にトルクが加えられた時に、これに抗する抵抗を前記回転軸に発生させる抵抗付与手段と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記走行状態検出手段によって検出された車速に応じて前記抵抗付与手段によって付与される抵抗の度合を調整する抵抗調整手段とを備えることを特徴とする電動車両。
前記走行状態検出手段は、更に、踏力によって前記回転軸に伝達されるトルクを検出し、前記抵抗調整手段は、検出されたトルクを加味して抵抗の度合を調整する請求項１に記載の電動車両。
前記抵抗付与手段は発電機であって、前記抵抗調整手段は発電機に流れる電流を制御することによって抵抗を調節するものである請求項１又は２に記載の電動車両。
前記走行状態検出手段によって検出された前記回転軸に伝達されるトルクに基づいて、前記抵抗調整手段は発電機の回転数を決定することにより抵抗を発生させる請求項３に記載の電動車両。
更に、前記モータの駆動トルクを制御する駆動制御手段を有し、
前記駆動制御手段は、走行状態検出手段によって検出された走行状態に基づいて駆動トルクを決定する請求項１〜４のいずれか１に記載の電動車両。
前記駆動制御手段は、走行状態検出手段から、踏力によって前記回転軸に伝達されるトルクを取得するペダルトルク取得手段と、
前記ペダルトルク取得手段によって取得されたペダルトルクに基づき駆動トルクを決定する駆動トルク決定手段を有する請求項５に記載の電動車両。
前記駆動制御手段は、
走行状態検出手段から車速を取得する車速取得手段と、
前記車速取得手段によって取得された車速が所定値より小さい場合には、ペダルトルクにかかわらず、車速を増速させる駆動トルクを決定する加速トルク決定手段とを有する請求項５又は６に記載の電動車両。
前記駆動制御手段は、
走行状態検出手段から車速を取得する車速取得手段を有し、
前記駆動トルク決定手段は、
ペダルトルクに基づいて目標車速を取得する目標車速取得手段を有するとともに、
前記車速取得手段によって取得された車速が所定値より大きい場合には、前記車速取得手段で取得した車速が前記目標車速取得手段で取得した目標車速となるために必要とするトルクを駆動トルクと決定する請求項６に記載の電動車両。