WO2023188744A1 - モータ出力制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、乗員によるマニュアル操作が可能な有段変速機を備える電動二輪車において、モータ効率の良い領域を逸脱した場合に出力を変化させ、乗員にシフト操作を促すモータ出力制御方法を提供する。　本開示におけるモータ出力制御方法は、有段変速機（２０）を備える電動二輪車（１）のモータ出力制御方法であって、要求出力を算出する要求出力算出ステップ（ＳＡ１）と、前記要求出力が、モータ効率の良い指定領域（８２）に含まれるか否かを判定する判定ステップ（ＳＡ２）と、前記要求出力が前記指定領域（８２）に含まれない場合、前記要求出力から変更したモータ出力を出力するようにモータ（１０）を制御する出力制御ステップ（ＳＡ３）と、を有することを特徴とする。

Description

モータ出力制御方法

　本発明は、モータ出力制御方法に関する。

　自動二輪車等の鞍乗り型車両では、乗員が自分の意思をダイレクトに車両に伝えることが可能であり、まるで身体の一部であるかのように操って走行できる点に大きな魅力がある。内燃機関により駆動されるこれまでの鞍乗り型車両について、その操作対象としては、アクセルグリップによるスロットル開閉調節や、ブレーキング、そしてクラッチ操作を伴う有段変速等が挙げられ、乗員による自在な走行を可能にしてきた。
　近年の環境問題への関心の高まりにより、鞍乗り型車両についても電動モータで駆動される電動二輪車が開発されてきている。その中で、モータとギア列との間を遮断するクラッチ機構が設けられている電動二輪車も開示されている（例えば、国際公開２０１４－１０２８６９号公報参照）。

国際公開２０１４－１０２８６９号公報

　モータは高効率で運転できる回転速度とトルクの領域が限られている。しかし、モータを駆動源とする電動二輪車の場合、モータは一定の出力を出すことが可能であるため、乗員が加速したり減速したりする際に、効率の高い運転をするための変速タイミングを認識することが困難である。
　本発明は、乗員によるマニュアル操作が可能な有段変速機を備える電動二輪車において、モータ効率の良い領域を逸脱した場合に出力を変化させ、乗員にシフト操作を促すモータ出力制御方法を提供する。

　本発明の一態様は、有段変速機を備える電動二輪車のモータ出力制御方法であって、要求出力を算出する要求出力算出ステップと、前記要求出力が、モータ効率の良い指定領域に含まれるか否かを判定する判定ステップと、前記要求出力が前記指定領域に含まれない場合、前記要求出力から変更したモータ出力を出力するようにモータを制御する出力制御ステップとを有することを特徴とするモータ出力制御方法である。
　なお、この明細書には、２０２２年３月２９日に出願された日本国特許出願・特願２０２２－０５４５８８号の全ての内容が含まれるものとする。

　本発明の一態様によれば、モータ効率の高い運転をするための変速タイミングを乗員が認識し易いモータ出力制御方法を提供できる。

図１は、電動二輪車の構成を示す図である。 図２は、本実施形態に係るモータ出力制御方法を実現する構成を示す図である。 図３は、電動二輪車における出力制御のフローチャートである。 図４は、モータ効率の高い指定領域を示すモータ出力特性の模式図である。 図５は、モータ出力制御方法のフローチャートである。 図６は、モータ出力変更処理についてのフローチャートである。 図７は、シフトチェンジによる出力特性の変化とモータ効率の高い指定領域の関係を示す説明図である。

　［実施の形態］
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ以下に説明する車両における向きと同一とする。また、以下の説明に用いる図中適所には、車両前方を示す矢印ＦＲ、車両上方を示す矢印ＵＰが示されている。なお本明細書では、電動モータのことをモータと呼ぶ。

　図１は、鞍乗り型車両（電動二輪車）１の左側面を示す図である。本実施形態の電動二輪車１は、パワーユニットとしてガソリンエンジン等の内燃機関の代わりに、モータを備える電動二輪車である。電動二輪車１は、内燃機関で駆動される自動二輪車と同様に、乗員が電動二輪車１の制御をおこなうための操作系２として、アクセルグリップ、クラッチレバー、変速ペダル等を備える。電動二輪車１は、操向輪である前輪３と、駆動輪である後輪４と、を備えている。後輪４は、車体フレーム（不図示）に揺動可能に支持されたスイングアーム（不図示）の後部に支持されている。

　電動二輪車１は、各種制御を行うための制御装置であるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：電子制御装置）５と、駆動力を生み出すモータ１０と、電力を蓄電するバッテリ１５とを備える。電動二輪車１は、モータ１０の駆動力Ｐを後輪４に伝達するために、クラッチ２５と、有段変速機２０を備える。モータ１０と、有段変速機２０は、乗員による操作系２への指示に従った制御をおこなうＥＣＵ５によって制御される。

　ＥＣＵ５は、具体的にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵ　ｎｉｔ）等のプロセッサ、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を有するコンピュータである。プログラムをコンピュータであるＥＣＵ５が実行することで各種制御手段が実行される。上記ＥＣＵ５に代えて又はこれに加えて、上記ＥＣＵ５の全部又は一部を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェアにより構成することもできる。

　モータ１０は、三相電動モータ等である。バッテリ１５はリチウムイオン電池等であってよい。モータ１０と、バッテリ１５は車体フレームに固定される。有段変速機２０は、複数のギアを組み合わせて回転速度を変化させる動力伝達機構である。クラッチ２５は、モータ１０と有段変速機２０の間に取り付けられて、駆動力Ｐを有段変速機２０に伝達、又は遮断する装置である。クラッチ２５は、乗員がクラッチレバー（不図示）を操作することで動作する。

　図２は、本実施形態に係るモータ出力制御方法を実現するＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。ＥＣＵ５は、アクセル操作量を検知するアクセル操作量検知手段５０に接続される。ＥＣＵ５は、モータ１０のモータ回転数を検知するモータ回転数検知手段６０と、有段変速機２０のシフト位置を検知するシフト位置検知手段６０に接続される。

　ＥＣＵ５は、各種検知手段が検知した情報を取得する検知情報取得手段２３を備える。またＥＣＵ５は、取得された情報に基づいて出力制御をするための演算をおこなう演算手段２６を備える。ＥＣＵ５は、後述するようにモータ効率のよい出力領域である指定領域に出力が入っているかどうかの判定をする判定手段２７を備える。判定手段２７の動作については後述する。ＥＣＵ５は、出力制御をおこなう出力制御手段３３を備える。それぞれの動作は後述する。またＥＣＵ５は、各種手段を実現するためのプログラムやデータ、また後述する指定領域やシフトアップ閾値、シフトダウン閾値を記憶する記憶手段３１を備える。記憶手段３１は、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等のストレージ装置で実現される。また上記検知情報取得手段２３は、インターフェース回路等によって実現される。演算手段２６と、判定手段２７と、出力制御手段３３は、記憶手段３５で記憶されたプログラムをＥＣＵ５が実行することで実現される。

　図３は、電動二輪車１における一般的な出力制御のフローチャートである。まずアクセル操作量検知手段５０は、乗員によるアクセル操作量を検知する（ステップＴＡ１）。具体的にはアクセルグリップの回転角度等から、内燃機関でいうスロットル開度を検知する。次にＥＣＵ５は、検知情報取得手段２３がアクセル操作量検知手段５０からアクセル操作量を取得する。演算手段２６がアクセル操作量を要求出力に変換する（ステップＴＡ２）。次に演算手段が要求出力から実際に出力するモータ出力を算出する（ステップＴＡ３）。モータ出力を対応する電流値でモータが駆動される（ステップＴＡ４）。結果として、モータ１０から要求出力に基づいた出力がなされる（ステップＴＡ５）。

　図４は、モータ効率の高い指定領域８２を示すモータ出力特性の模式図である。横軸がモータ回転数であり、縦軸がモータ出力である。無負荷時のモータ出力特性８５として、回転数が０ｒｐｍから６５００ｒｐｍ程度まで、モータ回転数によらずトルク量が一定の例を挙げた。モータが高効率に動作する領域である指定領域８２を斜線で示す。電動二輪車１の出力がこの指定領域８２以内であれば、高効率、すなわち「燃費」の良い走行ができる。図４にはシフトダウン閾値９０と、シフトアップ閾値１００も示す。シフトダウン閾値９０とシフトアップ閾値１００についての説明は後述する。

　図５は、本実施形態に係るモータ出力制御方法のフローチャートである。まずＥＣＵ５の演算手段２６は、アクセル操作量検知手段５０から取得したアクセル操作量やシフト位置検知手段６０で検知した有段変速機２０のシフト等から、モータ回転数やトルクを見積、乗員が要求する要求出力を演算する（ステップＳＡ１：要求出力算出ステップ）。次にＥＣＵ５の判定手段２７は、要求出力がモータ効率の良い指定領域８２に含まれるか否かを判定する（ステップＳＡ２：判定ステップ）。要求出力が指定領域８２に含まれなければ（ステップＳＡ２：ＮＯ）、ＥＣＵ５はモータ１０に対して要求出力そのままの値をモータ出力として出力するようにはせず、変更制御のためのモータ出力を要求出力から変更する処理をおこなう（ステップＳＡ３：出力制御ステップ）。そして変更されたモータ出力に従って、ＥＣＵ５はモータ１０を制御しモータ出力をおこなう（ステップＳＡ４）。判定手段２７が、要求出力はモータ効率の良い指定領域８２に含まれると判定したならば、要求出力そのままの値をモータ出力として出力するようにＥＣＵ５はモータ１０を制御し、モータ出力をおこなう（ステップＳＡ２：ＹＥＳ）。

　言い換えれば、本実施形態に係るモータ出力制御方法は、要求出力を算出する要求出力算出ステップ（ＳＡ１）と、前記要求出力が、モータ効率の良い指定領域８２に含まれるか否かを判定する判定ステップ（ＳＡ２）と、要求出力が指定領域８２に含まれない場合、前記要求出力から変更したモータ出力を出力するようにモータ１０を制御する出力制御ステップ（ＳＡ３）と、を有することを特徴とする。

　図６は、モータ出力変更処理についてのフローチャートである。まず判定手段２７は、要求出力がシフトアップ推奨領域に含まれているか否かを判定する（ステップＳＢ１）。ここでシフトアップ推奨領域とは、効率の良い運転のために、有段変速機２０においてシフトアップすることが適当な出力領域であり、図４ではシフトアップ閾値１００のラインから高いモータ回転数側で、且つ、指定領域８２に含まれない領域である。要求出力がシフトアップ推奨領域に含まれている場合（ステップＳＢ１：ＹＥＳ）、出力制御手段２９は、所定時間経過する毎にモータ出力を低減させる制御をおこなう（ステップＳＢ２）。このような制御をすることにより、乗員はシフトアップのタイミングを認識することができる。
　次に判定手段２７は、要求出力がシフトダウン推奨領域に含まれているか否かを判定する（ステップＳＢ３）。ここでシフトダウン推奨領域とは、効率の良い運転のために、有段変速機２０においてシフトダウンすることが適当な出力領域であり、図４ではシフトダウン閾値９０のラインから低いモータ回転数側で、且つ、指定領域８２に含まれない領域である。要求出力がシフトダウン推奨領域に含まれている場合（ステップＳＢ３：ＹＥＳ）、出力制御手段２９は、モータ出力を所定の範囲内で増大させる制御をおこなう（ステップＳＢ４）。このような制御をすることにより、乗員はシフトダウンのタイミングを認識することができる。
　要求出力がシフトアップ推奨領域に含まれていない場合（ステップＳＢ１：ＮＯ）、ステップＳＢ３に移行し、要求出力がシフトダウン推奨領域に含まれていない場合（ステップＳＢ３：ＮＯ）、モータ出力変更処理から抜ける。

　図７は、シフトチェンジによる出力特性の変化とモータ効率の高い指定領域の関係を示す説明図である。例えば、要求出力がシフトポジション２速の状態Ａである場合、モータ効率の良い指定領域８２からは外れており、シフトアップが望ましい。言い換えると、図７ではシフトアップ閾値１００のラインより高いモータ回転数側で、且つ、指定領域８２に含まれない領域に状態Ａは含まれる。この場合、本実施形態のモータ出力制御方法に従えば、出力制御手段２９がモータ出力を落とす制御をすることで、非効率な運転をおこなっていると乗員に気がつかせることができ、シフトアップを促すことができる。
　また、要求出力がシフトポジション５速の状態Ｂである場合はモータ効率の良い指定領域８２からは外れており、シフトダウンが望ましい。言い換えると、図７ではシフトダウン閾値９０のラインより低いモータ回転数側で、且つ、指定領域８２に含まれない領域に状態Ｂは含まれる。この場合、本実施形態のモータ出力制御方法に従えば、出力制御手段２９がモータ出力を上げる制御をすることで、非効率な運転をおこなっていることを乗員に気がつかせることができ、シフトダウンを促すことができる。

　［上記実施形態によりサポートされる構成］
　上記実施形態は、以下の構成をサポートする。

　（構成１）有段変速機）を備える電動二輪車のモータ出力制御方法であって、要求出力を算出する要求出力算出ステップと、前記要求出力が、モータ効率の良い指定領域に含まれるか否かを判定する判定ステップと、前記要求出力が前記指定領域に含まれない場合、前記要求出力から変更したモータ出力を出力するようにモータを制御する出力制御ステップと、を有することを特徴とするモータ出力制御方法。
　このような構成によれば、要求出力がモータ効率の良い領域外である場合、出力が適正でないことを乗員に認識させることができ、乗員にシフト操作を促すことができる。そのためモータ効率の高い領域内での運転が可能になるという優れた効果を奏する。

　（構成２）前記要求出力が、シフトアップを促すべきシフトアップ推奨領域に含まれているか否かを判定するシフトアップ判定ステップを有し、前記シフトアップ判定ステップで、前記要求出力が、前記シフトアップ推奨領域に含まれていると判定した場合、前記出力制御ステップは、所定時間経過するごとに前記モータ出力を低減させていく出力低減ステップを有することを特徴とする構成１に記載のモータ出力制御方法。
　このような構成によれば、モータ効率の高い運転をするためにはシフトアップが必要な状態であると判定された場合には、徐々にモータ出力を抑えていくので、乗員が過度な違和感を覚えることなく、シフトアップを促進でき、乗員に効率の良い領域で運転させることが出来るという優れた効果を奏する。

　（構成３）前記モータ出力が、シフトダウンを促すべきシフトダウン推奨領域に含まれるか否かを判定するシフトダウン判定ステップを有し、前記シフトダウン判定ステップで、前記要求出力が、前記シフトダウン推奨領域に含まれていると判定した場合、前記出力制御ステップは、前記モータ出力を所定範囲内で増大させるモータ出力増大ステップを有することを特徴とする構成１又は構成２に記載のモータ出力制御方法。
　このような構成によれば、モータ効率の高い運転をするためにはシフトダウンが必要な状態であると判定された場合には、要求出力に対してモータ出力が追いついてこないことを乗員に認識させやすいため、乗員にシフトダウンを促すことができ、乗員に効率の良い領域で運転させることが出来るという優れた効果を奏する。

　なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

　例えば、図３、図５、及び図６に示す動作のステップ単位は、電動二輪車の制御方法の理解を容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものであり、処理単位の分割の仕方や名称によって、本発明が限定されることはない。処理内容に応じて、さらに多くのステップ単位に分割してもよい。また、１つのステップ単位がさらに多くの処理を含むように分割してもよい。また、そのステップの順番は、本発明の趣旨に支障のない範囲で適宜に入れ替えてもよい。

　　１　　鞍乗り型車両（電動二輪車）
　１０　　モータ
　２０　　有段変速機
　８２　　指定領域
 

Claims (3)

1. 　有段変速機（２０）を備える電動二輪車（１）のモータ出力制御方法であって、
   　要求出力を算出する要求出力算出ステップ（ＳＡ１）と、
   　前記要求出力が、モータ効率の良い指定領域（８２）に含まれるか否かを判定する判定ステップ（ＳＡ２）と、
   　前記要求出力が前記指定領域（８２）に含まれない場合、前記要求出力から変更したモータ出力を出力するようにモータ（１０）を制御する出力制御ステップ（ＳＡ３）と、
   　を有することを特徴とするモータ出力制御方法。
2. 　前記要求出力が、シフトアップを促すべきシフトアップ推奨領域に含まれているか否かを判定するシフトアップ判定ステップ（ＳＢ１）を有し、
   　前記シフトアップ判定ステップ（ＳＢ１）で、前記要求出力が、前記シフトアップ推奨領域に含まれていると判定した場合、
   　前記出力制御ステップは、所定時間経過するごとに前記モータ出力を低減させていく出力低減ステップ（ＳＢ２）を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ出力制御方法。
3. 　前記モータ出力が、シフトダウンを促すべきシフトダウン推奨領域に含まれるか否かを判定するシフトダウン判定ステップ（ＳＢ３）を有し、
   　前記シフトダウン判定ステップ（ＳＢ３）で、前記要求出力が、前記シフトダウン推奨領域に含まれていると判定した場合、
   　前記出力制御ステップ（ＳＡ３）は、前記モータ出力を所定範囲内で増大させるモータ出力増大ステップ（ＳＢ４）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ出力制御方法。
    

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