JP5689849B2 - 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など、いわゆる電動アシスト車のモータ駆動制御装置に関する。

電動アシスト自転車の動力伝達系には、図１乃至図５に示すようなパターンが存在している。これらのパターンでは、後輪ギア（Ｒギアと呼ぶ）にはワンウェイクラッチが内蔵されているものとする。また、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。

図１は、モータのトルクを後輪に伝達する伝達系とペダルのトルクを後輪に伝達する伝達系とで変速機を共有する第１のパターンを示している。第１のパターンでは、ペダルとモータとが同じフロントギア（Ｆギアと呼ぶ）を駆動する形になっており、前輪は駆動されない。

図２は、モータのトルクを後輪に伝達する伝達系とペダルのトルクを後輪に伝達する伝達系とで変速機を共有する第２のパターンを示している。第２のパターンでは、ペダルで駆動されたチェーンの中間ギヤをモータでも駆動する形になっている。なお、本パターンでも、前輪は駆動されない。

図３は、モータのトルクを後輪に伝達する伝達系とペダルのトルクを後輪に伝達する伝達系とで変速機を共有する第３のパターンを示している。第３のパターンでは、２本のチェーンを介してペダル及びモータにより後輪を駆動する形になっている。なお、本パターンでも、前輪は駆動されない。

図４は、ペダルからの駆動ルートのみに変速機が挿入されている第１のパターンを示している。このパターンでは、後輪内蔵モータは変速機後の後輪ハブ（図４における黒丸に相当）を駆動している。このパターンでは、Ｒギアに内蔵されるワンウェイクラッチより後輪側で後輪内蔵モータの駆動が行われるので、電磁ブレーキが使用可能である。なお、本パターンでも、前輪は駆動されない。

図５は、ペダルからの駆動ルートのみに変速機が挿入されている第２のパターンを示している。このパターンでは、モータは前輪を駆動するようになっている。そして、前輪側にはワンウェイクラッチが無いため、電磁ブレーキが使用可能である。

図１乃至図３に示したパターンでは、ペダル入力トルク、モータによるアシストモータトルク共に変速機を通過して後輪を駆動しているため、変速ポジション、すなわち変速比が変わっても、ペダルが駆動輪（ここでは後輪）を駆動するトルクに対する、モータが駆動輪を駆動するトルクの比、すなわちアシスト比は変化しない。但し、これらのパターンでは全てペダル入力トルクもアシストモータトルクもＲギヤを通っているため、Ｒギヤ内に設置されたワンウェイクラッチを通過している。そのため加速方向のトルクはモータから後輪に伝えられるが、逆方向トルクとなる電磁ブレーキ方向のトルクは伝えられない。すなわちこれらのパターンの場合は電力回生ブレーキを含めた電磁ブレーキをかけることができない。

一方、図４及び図５に示したパターンでは、Ｒギヤに内蔵されたワンウェイクラッチの後に直接、又は前輪に直接モータのトルクが伝えられるため、電力回生ブレーキを含めた電磁ブレーキをかけることができる。しかしながら、これらのパターンの場合、以下のような不都合も生じてしまう。

なお、以下、変速機は３速変速機であり、変速ポジションのＨポジション（高速側）の変速比が４／３、Ｍポジション（標準）の変速比が１、Ｌポジション（低速側）の変速比が３／４であることを仮定して説明する。

具体的には、変速比にかかわらず同じペダル入力トルクに対して同じアシストモータトルクを与えると、Ｈポジションではペダル入力トルクは標準に対して変速比４／３の逆数すなわち３／４倍として後輪に伝わるのに対し、アシストモータトルクは変速機を通らず直接前輪又は後輪を駆動しているため、標準のままとなる。そのためアシスト比は、標準の１／（３／４）＝４／３倍となってしまう。一方、Ｌポジションでは、その逆に、アシスト比は、標準の１／（４／３）＝３／４倍となってしまう。

Ｌポジションを使う時こそ、発進加速時や登板時などの高負荷状態であるにもかかわらす、逆にアシスト比が低くなり、低負荷であることが多いＨポジションの時に、逆にアシスト比が大きくなってしまう。

また、法的規制などの理由で最大アシスト比が車速の関数として規定されている場合がある。例えば日本の法制では、図６に示すような平均アシスト比（アシスト比にリップル変動サイクルがある場合には当該リップル変動サイクルにおける平均のアシスト比を表す）の制限がある。すなわち、最大平均アシスト比は時速１０Ｋｍまでは２であり、時速１０Ｋｍ以上時速２４Ｋｍ以下では、時速２４Ｋｍで最大平均アシスト比「０」となるまで線形に減少するカーブが規定されている。

また、このような場合、アシスト比が大きくなってしまうＨポジションを基準に、法的規制範囲内に収めることになり、Ｍポジション及びＬポジションの時には、法的規制枠いっぱいまで利用することができない。

この例ではＨポジションとＬポジションとの間の平均アシスト比の開きは、（３／４）／（４／３）＝（９／１６）倍となる。仮にＨポジション時に最大許容平均アシスト比、すなわち「２」となるように設定した場合でも、Ｌポジションでは「９／８」（＝２＊９／１６）となってしまい、法的規制枠の半分強程度までしか平均アシスト比を設定できない。

図７に模式的に示すように、Ｍポジションの平均アシスト比が３／２である場合に、Ｈポジションの平均アシスト比が２となりＬポジションの平均アシスト比が９／８となる。一方、Ｍポジションの平均アシスト比が１である場合には、Ｈポジションの平均アシスト比が４／３となりＬポジションの平均アシスト比が３／４となる。

このように利用者がＬポジションに設定して大きなアシストモータトルクが望まれている場面であるのに、アシスト比が小さくなってしまいモータの駆動力を有効に使用できないという問題がある。

なお、おおよそ図１に示すようなパターンの動力伝達系のモータ付き乗り物において、変速機構を高速段に保持したまま低速で走行すると、モータの効率が悪い領域で使用されることになるということを問題視し、運転者に走行速度に適した変速段への変速を促すために、電動モータの人力駆動力に対する比率を、高速段で小さく低速段で大きくするように制御する技術が開示されている。これによれば、高速段にしたまま低速で走行しようとするとモータの補助率が小さくなり人力駆動が重くなる。すなわち、運転者に不都合を感じさせた上で変速を促して、実際に変速されると低速段で大きな比率の補助が得られるようになるというものである。また、図１に示すようなパターンの動力伝達系を採用しているので、図４及び図５に示すようなパターンの動力伝達系でこのような比率設定を行うことは考察されていない。

特許第３１９０４９１号公報

従って、本発明の目的は、変速機とモータとを有し且つ変速機の変速比の変化に応じてモータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との比が変化する電動アシスト車のアシスト比を適切に制御することである。

本発明の第１の態様に係るモータ駆動制御装置は、変速機とモータとを有し且つ変速機の変速比の変化に応じてモータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との第１の比が変化する電動アシスト車のモータ駆動制御装置であって、変速機の変速比を取得する変速比取得部と、変速比取得部により取得された変速比に応じて、ペダル入力トルクからモータの駆動トルクの目標値であるアシストトルクを算出する演算部を有する。そして、演算部は、変速比が最も低速側に設定された場合における、当該変速比とペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対するアシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比との積が、変速比が最も高速側に設定された場合における、当該変速比と第２の比との積よりも大きくなるように、第２の比を設定し、当該第２の比によってアシストトルクを算出する。

本発明の第２の態様に係るモータ駆動制御装置は、変速機とモータとを有し且つ変速機の変速比の変化に応じてモータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との第１の比が変化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、ペダル入力トルクが０又は微小な値から増加し始めてから所定時間内であることを含む条件を満たす場合には中間より低い変速比を想定し、上記条件を満たさなくなった後においては中間又は当該中間より高い変速比を想定する制御部と、想定された変速比に応じて、ペダル入力トルクからモータの駆動トルクの目標値であるアシストトルクを算出する演算部とを有する。

このようにすれば、変速機の変速比を得られない場合においても、変速比に応じて適切なアシストを行うことができるようになる。特に、上記条件を満たしている場合には、アシストが求められる状態である。

また、上で述べた電動アシスト車が、変速機の変速比が高速側に変化すると第１の比が高くなり変速比が低速側に変化すると第１の比が低くなる自転車である場合には、上で述べた制御部が、アシストトルクに応じて駆動されるモータの駆動トルクに対する変速機の作用を、想定された変速比に応じて逆方向に織り込んで設定される補正係数を出力し、上で述べた演算部が、上記補正係数によって、ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対するアシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比を補正するようにしても良い。このようにすれば、上記のような自転車における変速機の影響を考慮した上で適切なモータ駆動トルクを発揮できるようになる。

さらに、上で述べた演算部は、変速比が高速側に想定されると、ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対するアシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比が、変速比が低速側に想定された場合に比して低くなるように設定し、第２の比によってアシストトルクを算出するようにしても良い。これによって、よりアシストが求められる状態、例えば低速側の変速比の場合により多くのアシストを与えることができるようにアシストトルクを算出できるようになる。

なお、上で述べた条件が、車速が所定値未満であるという条件をさらに含む場合もある。このような場合にもアシストが求められる状態だからである。

また、上で述べた演算部が、ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対するアシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比であって、最も高速である変速比に基づき設定される上限値により、第２の比を制限するようにしても良い。変速比は想定であるから、安全を考えて制限を第２の比に掛けるためである。

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、変速機とモータとを有し且つ変速機の変速比の変化に応じてペダル入力トルクとモータによる駆動トルクとの比が変化する自転車のモータ駆動を適切に制御できるようになる。

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、従来技術を説明するための図である。 図７は、従来技術を説明するための図である。 図８は、モータ付き電動アシスト車の一例を示す図である。 図９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１０（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１１は、演算部の機能ブロック図である。 図１２は、第１の実施の形態に係る駆動トルク目標演算部の機能ブロック図である。 図１３は、第１の実施の形態に係る実行アシスト比決定部の機能ブロック図である。 図１４は、第１の実施の形態に係るディレーティング関数の一例を示す図である。 図１５は、第１の実施の形態に係る処理により得られる平均アシスト比を示す図である。 図１６は、第２の実施の形態に係る処理により得られる平均アシスト比を示す図である。 図１７は、第３の実施の形態に係る実行アシスト比決定部の機能ブロック図である。 図１８は、第３の実施の形態に係る処理により得られる平均アシスト比を示す図である。 図１９は、第４の実施の形態に係る実行アシスト比決定部の機能ブロック図である。 図２０は、第４の実施の形態に係る処理により得られる平均アシスト比を示す図である。 図２１は、第５の実施の形態に係る駆動トルク目標演算部の機能ブロック図である。 図２２は、第５の実施の形態に係る平滑率制御部の機能ブロック図である。 図２３は、合計平滑率の一例を示す図である。 図２４は、合計平滑率の一例を示す図である。 図２５は、合計平滑率と合計トルクとの関係を解説するための図である。 図２６は、合計平滑率と合計トルクとの関係を解説するための図である。 図２７は、合計平滑率と合計トルクとの関係を解説するための図である。 図２８（ａ）乃至（ｇ）は、第６の実施の形態において一時的に変速比が不明な場合の制御を説明するための図である。 図２９は、第７の実施の形態における駆動トルク目標演算部の機能ブロック図である。 図３０は、車速ディレーティング部の出力する合計平滑率を説明するための図である。 図３１（ａ）乃至（ｇ）は、第７の実施の形態に係る走行例を示す図である。 図３２は、他の実施の形態を説明するための機能ブロック図である。

［実施の形態１］
図８は、本実施の形態におけるモータ付き自転車の一例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のようなパターンの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。なお、このモータ付き自転車１は、変速機とモータとを有し且つ変速機の変速比の変化に応じてペダル入力トルクとモータによる駆動トルクとの比が変化する電動アシスト車である。また、変速機とモータとを有し且つ変速機の変速比の変化に応じてモータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との比が変化する電動アシスト車でもある。

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。

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９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、電流検出部１０２３と、車速入力部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、電流検出部１０２３からの入力、車速入力部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からの入力をディジタル化して演算部１０２１に出力する。電流検出部１０２３は、ＦＥＴブリッジ１０３０内のＦＥＴに流れる電流を検出する検出抵抗１０７で、電流に対応する電圧値をディジタル化して演算部１０２１に出力する。車速入力部１０２４は、モータ１０５が出力するホール信号から現在車速及び後輪の回転周期を算出して、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１０（ａ）乃至（ｌ）を用いて図９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１０（ａ）はモータ１０５が出力したＵ相のホール信号ＨＵを表し、図１０（ｂ）はモータ１０５が出力したＶ相のホール信号ＨＶを表し、図１０（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１０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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（ｊ）と同じである。さらに、図１０（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１０（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１１に示す。演算部１０２１は、回生ブレーキ目標トルク演算部１２０１と、回生有効化部１２０２と、駆動トルク目標演算部１２０３と、アシスト有効化部１２０４と、加算部１２０６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、第２デューティー比換算部１２１３と、速度スルーレート制限部１２１５と、加算部１２１６と、ＰＷＭコード生成部１２１７とを有する。

車速入力部１０２４からの車速値及びトルク入力部１０２７からのペダルトルク値は、駆動トルク目標演算部１２０３に入力され、アシストトルク値が算出される。また、ペダル回転入力部１０２２からのペダル回転周期も、駆動トルク目標演算部１２０３に入力され、アシストトルク値を算出する際に用いられる。駆動トルク目標演算部１２０３の演算内容は、以下で詳しく述べる。

また、回生ブレーキ目標トルク演算部１２０１は、車速入力部１０２４からの車速値に応じて、例えば予め設定されているカーブに従った回生ブレーキ目標トルク値を算出する。このカーブは、車速値とは逆極性で且つ車速値の絶対値の半分以下（「半分以下」は例えば数％程度「半分」を上回る場合も含む）となるような関係を表すカーブである。このようにすればどのような速度であってもある程度の効率で回生を行うことができるようになる。なお、この処理については、本実施の形態の主旨ではないので、これ以上述べない。

本実施の形態では、ブレーキ入力部１０２８からブレーキ有りを表す入力信号が入力されると、回生有効化部１２０２は、回生ブレーキ目標トルク演算部１２０１からの回生ブレーキ目標トルク値を加算部１２０６に出力する。それ以外の場合には、０を出力する。一方、ブレーキ入力部１０２８からブレーキ無しを表す入力信号が入力されると、アシスト有効化部１２０４は、駆動トルク目標演算部１２０３からのアシストトルク値を出力する。それ以外の場合には、０を出力する。

加算部１２０６は、回生有効化部１２０２からの回生ブレーキ目標トルク値の極性を反転して出力するか、アシスト有効化部１２０４からのアシストトルク値をそのまま出力する。以下、説明を簡略化するため、アシストトルク値及び回生ブレーキ目標トルク値を目標トルク値と略称するものとする。

第１デューティー比換算部１２１１は、加算部１２０６からの目標トルク値に対して、換算係数ｄ_tを乗じてトルクデューティーコードを算出し、トルクスルーレート制限部１２１２に出力する。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、処理結果を加算部１２１６に出力する。

また、第２デューティー比換算部１２１３は、車速値に対して換算係数ｄ_sを乗じて車速デューティーコードを算出し、速度スルーレート制限部１２１５に出力する。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１２１３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、処理結果を加算部１２１６に出力する。

加算部１２１６は、トルクスルーレート制御部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からの車速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。

本実施の形態に係る駆動トルク目標演算部１２０３は、例えば図１２に示すような機能を有する。すなわち、駆動トルク目標演算部１２０３は、乗算器３００２と、変速比取得部３００５と、実行アシスト比決定部３００３と、変速比制御部３００４とを有する。なお、駆動トルク目標演算部１２０３は、ペダル入力トルクを平滑化する平滑化部３００１をさらに有する場合もある。

変速比取得部３００５は、ペダル回転周期と後輪の回転周期とから、ペダル回転周期／後輪の回転周期により変速比を算出し、当該変速比を変速比制御部３００４に出力する。なお、変速機などから直接変速比を表す信号を受け取る場合には、当該変速比を変速比制御部３００４に出力する。変速比制御部３００４は、変速比取得部３００５からの変速比から、アシスト比補正用の変速ポジション（例えばＨ、Ｍ又はＬ）を実行アシスト比決定部３００３に出力する。なお、他の実施の形態では、変速比制御部３００４は、車速を使用して変速ポジションを出力する場合もある。さらに、他の実施の形態では、変速比制御部３００４は、アシスト比補正用の変速ポジションだけではなく、上限補正用の変速ポジションを別途出力する場合もある。

実行アシスト比決定部３００３は、運転者が指定した希望アシスト比と車速と変速ポジションとから実行アシスト比を決定して、乗算器３００２に出力する。乗算器３００２は、平滑化部３００１が存在していれば平滑化されたペダル入力トルク又は平滑化部３００１が存在していなければペダル入力トルクそのものと、実行アシスト比とを乗じてアシストトルク値を算出して出力する。

本実施の形態に係る実行アシスト比決定部３００３は、例えば図１３に示すような機能を有する。なお、本実施の形態及びこれ以外の実施の形態でも、変速機は３速変速機であり、変速ポジションのＨポジション（高速側）の変速比が４／３、Ｍポジション（標準）の変速比が１、Ｌポジション（低速側）の変速比が３／４であることを仮定して説明する。

実行アシスト比決定部３００３は、制限関数出力部３３０１と、乗算器３３０２及び３３０３と、アシスト比補正係数セレクタ３３０４とを有する。制限関数出力部３３０１は、車速に応じて、例えば図１４に示すような法規制などに応じたディレーティング関数の値を出力する。図１４の例では、車速１０Ｋｍ／ｈまでは「１」を出力し、それより速い車速では２４Ｋｍ／ｈにおいて０になるまで線形に減少するカーブが用いられる。

アシスト比補正係数セレクタ３３０４は、アシスト比補正用の変速ポジションが入力されると、その変速ポジションに応じた補正係数が出力される。本実施の形態では、Ｌポジションの場合には補正係数ｄが出力され、Ｍポジションの場合には補正係数ｅが出力され、Ｈポジションの場合には補正係数ｆが出力される。さらに具体的には、ｄ＝４／３であり、ｅ＝１であり、ｆ＝３／４である。これらの値は、変速比に反比例する値となっている。以下でも述べるが、これによって図４及び図５のようなパターンの動力伝達系を使用するモータ付き自転車１において、アシストモータトルク及びアシスト比に対する変速機の作用をキャンセルするための係数値が設定されている。

また、乗算器３３０２は、希望アシスト比と制限関数出力部３３０１の出力との積を、乗算器３３０３に出力する。乗算器３３０３は、乗算器３３０２の出力とアシスト比補正係数との積を実行アシスト比として出力する。

このような場合、図１５に示すような平均アシスト比が得られるようになる。例えば、車速１０Ｋｍ／ｈで希望アシスト比＝１であるとすると、Ｈポジションの場合には、実行アシスト比は１×３／４＝３／４となる。しかし、変速比の効果として実行アシスト比×変速比が平均アシスト比となるので、３／４×４／３＝１となる。同様に、Ｌポジションの場合には、実行アシスト比は１×４／３＝４／３となる。しかし、変速比の効果として実行アシスト比×変速比が平均アシスト比となるので、４／３×３／４＝１となる。このように、変速ポジションによらず平均アシスト比は一定値「１」となる。車速を考慮すれば制限関数出力部３３０１の出力から、図１５のカーブ５００２のようになる。また、希望アシスト比＝２であれば、平均アシスト比は一定値「２」となる。車速を考慮すれば制限関数出力部３３０１の出力から、図１５のカーブ５００１のようになる。

このようにしてアシスト比を算出することで、変速ポジションによらず平均アシスト比を一定にして運転者の負荷を効果的に減じることができるようになる。

［実施の形態２］
本実施の形態の構成は、基本的には、第１の実施の形態と同様である。但し、実行アシスト比決定部３００３のアシスト比補正係数セレクタ３３０４に入力される補正係数ｄ、ｅ及びｆの値が異なる。

本実施の形態では、例えばＬポジションの補正係数ｄ＝８／５、Ｍポジションの補正係数ｅ＝１、Ｈポジションの補正係数ｆ＝５／８のように設定する。第１の実施の形態では、変速比に反比例するような値を採用していたが、本実施の形態では、−１より小さいべき数を設定して、当該べき数を用いた変速比のべき乗に比例するような値を採用する例を示している。

このような場合、図１６のＭ：１（Ｍポジションの平均アシスト比＝１）に示すような平均アシスト比が得られるようになる。例えば、車速１０Ｋｍ／ｈで希望アシスト比＝１であるとすると、Ｈポジションの場合には、実行アシスト比は１×５／８＝５／８となる。しかし、変速比の効果として実行アシスト比×変速比が平均アシスト比となるので、（５／８）×（４／３）＝５／６となる。同様に、Ｌポジションの場合には、実行アシスト比は１×８／５＝８／５となる。しかし、変速比の効果として実行アシスト比×変速比が平均アシスト比となるので、（８／５）×（３／４）＝６／５となる。このようにＬポジションの方が、Ｈポジションよりもアシスト比が大きくなるように設定されている。

同様に、希望アシスト比＝５／３の場合には、図１６のＭ：５／３（Ｍポジションの平均アシスト比＝５／３）に示すような平均アシスト比が得られる。この場合も、Ｌポジションの方が、Ｈポジションよりもアシスト比が大きくなるように設定されている。

このようにすれば、負荷が高い状態であると推定されるＬポジションにおいてより大きなアシストをモータにより与えることができるようになる。

［実施の形態３］
本実施の形態では、図１３の実行アシスト比決定部３００３の代わりに、図１７に示すような実行アシスト比決定部３００３ｂを用いる。なお、同じ機能については同じ参照番号が付されている。

本実施の形態に係る実行アシスト比決定部３００３ｂは、制限関数出力部３３０１と、アシスト比補正係数セレクタ３３０４と、乗算器３３０５と、アシスト比上限補正係数セレクタ３３０６と、最小値選択部３３０７と、乗算器３３０９とを有する。

本実施の形態では、アシスト比補正係数セレクタ３３０４に入力される補正係数ｄ、ｅ及びｆは、第２の実施の形態と同じであり、「８／５」、「１」及び「５／８」である。

アシスト比上限補正係数セレクタ３３０６は、上限補正用の変速ポジションに応じて、Ｌポジションのアシスト比上限補正係数ｇ、Ｍポジションの補正係数ｈ又はＨポジションの補正係数ｉのいずれかを選択して出力する。本実施の形態では、補正係数ｇ＝「４／３」であり、補正係数ｈ＝「１」であり、補正係数ｉ＝「３／４」である。このように変速比に反比例するような値が設定されている。なお、本実施の形態では、上限補正用の変速ポジションと、アシスト比補正用の変速ポジションは同じである。

乗算器３３０５は、希望アシスト比とアシスト比補正係数セレクタ３３０４の出力との積を出力する。最小値選択部３３０７は、乗算器３３０５の出力とアシスト比上限補正係数セレクタ３３０６の出力とのうち小さい方を出力する。さらに、乗算器３３０９は、制限関数出力部３３０１の出力と最小値選択部３３０７の出力との積を、実行アシスト比として出力する。

本実施の形態では、希望アシスト比が大きな値となる場合には、アシスト比上限補正係数セレクタ３３０６の出力により、図１５で示すように、どのような変速ポジションでも上限値となるような実行アシスト比となる。一方、希望アシスト比が小さな値に抑えられる場合には、できるだけ低速側のポジションＬの方が平均アシスト比より大きな値となるように実行アシスト比が出力される。すなわち、図１８に示すように、希望アシスト比＝２であれば、変速ポジションに拘わらず上限いっぱいのカーブ５００１のようになる。一方、希望アシスト比＝１であれば、第２の実施の形態と同様に、変速ポジションが低速側の方が高速側よりも大きな平均アシスト比となる。

［実施の形態４］
本実施の形態では、図１３の実行アシスト比決定部３００３の代わりに、図１９に示すような実行アシスト比決定部３００３ｃを用いる。なお、同じ機能については同じ参照番号が付されている。

本実施の形態に係る実行アシスト比決定部３００３ｃは、制限関数出力部３３０１と、アシスト比補正係数セレクタ３３０４と、アシスト比上限補正係数セレクタ３３０６と、乗算器３３０５と、乗算器３３０８と、最小値選択部３３０７とを有する。基本的な構成要素はほとんど第３の実施の形態と同じであるが、Ｌポジションのアシスト比上限補正係数ｇ＝「８／３」、Ｍポジションの補正係数ｈ＝「２」、Ｈポジションのアシスト比上限補正係数ｉ＝「３／２」となっている。最大許容アシスト比が「２」であるから第３の実施の形態における値を２倍した値が用いられる。これは、接続の仕方が異なるためであり、その結果として、出力される実行アシスト比及び結果的に得られる平均アシスト比も異なることになる。

本実施の形態では制限関数出力部３３０１の出力には、アシスト比上限補正係数セレクタ３３０６の出力が乗じられるようになっているため、この制限関数出力部３３０１の出力とアシスト比上限補正係数セレクタ３３０６の出力との積で規定される上限カーブを、希望アシスト比とアシスト比補正係数との積が超えない限り、希望アシスト比とアシスト比補正係数との積が維持される。特に、この例では時速１０Ｋｍ／ｈを超える部分においても、制限関数出力部３３０１の出力の影響を受けない部分が発生し、図２０に示すような平均アシスト比が得られるようになる。すなわち、上限カーブ５００１を超えている場合には、変速ポジションに拘わらず上限カーブ５００１に沿って平均アシスト比が変化するが、例えばＭポジションの平均アシスト比が１の場合のように、上限カーブ５００１に達するまでは、車両が１０Ｋｍ／ｈに達しても制限関数の影響を受けずに、一定の値が維持される。また、Ｌポジションの平均アシスト比の方がＨポジションの平均アシスト比よりも大きくなるように、実行アシスト比も計算される。

なお、変速ポジションによりアシスト比の補正係数等を選択するような例を述べたが、変速ポジションが存在しないＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：無段変速機）などの場合にも適用できるように、変速ポジションによらず直接変速比の関数として補正係数を生成するような構成を採用するようにしても良い。これはこれ以外の実施の形態でも同様である。

［実施の形態５］
本実施の形態では、上で述べた実施の形態とは異なる駆動トルク目標演算部１２０３ｂを用いる例を示す。本実施の形態では、変速比に応じて実行アシスト比を設定するだけではなく、変速比に応じてペダル入力トルクの平滑態様を決定するものである。

本実施の形態に係る駆動トルク目標演算部１２０３ｂは、図２１に示すように、変速比取得部３００５と、変速比制御部３００４と、実行アシスト比決定部３００３と、平滑率制御部３００６とを有する。

なお、変速比取得部３００５は、第１の実施の形態と同様である。変速比制御部３００４も、第１の実施の形態と同様である。さらに、実行アシスト比決定部３００３は、第１乃至第４の実施の形態のいずれかと同様である。

本実施の形態で導入された平滑率制御部３００６は、ペダル入力トルクから、変速ポジションと実行アシスト比とに応じてアシストトルクを算出する。

平滑率制御部３００６は、例えば図２２に示すように、平滑率制御係数セレクタ３６０１と、ディレーティング部３６０２と、平滑化部３６０３と、加算器３６０５と、乗算器３６０６と、乗算器３６０４と、加算器３６０７とを有する。

平滑率制御係数セレクタ３６０１は、変速ポジションに応じて、Ｌポジションであれば平滑率制御係数ａを出力し、Ｍポジションであれば平滑率制御係数ｂを出力し、Ｈポジションであれば平滑率制御係数ｃを出力する。

ディレーティング部３６０２は、平滑率制御係数セレクタ３６０１の出力と車速とに応じて、合計平滑率を出力する。

例えば、Ｌポジションの平滑率制御係数ａ＝１，Ｍポジションの平滑率制御係数ｂ＝１／２及びＨポジションの平滑率制御係数ｃ＝０という設定の場合には、図２３に示すような合計平滑率が出力される。すなわち、Ｌポジションの場合、車速が０から所定の車速まで合計平滑率は「１」から線形に減少し、車速が所定の車速以上になると合計平滑率は０となる。また、Ｍポジションの場合、車速が０から所定の車速まで合計平滑率は「１／２」から線形に減少し、車速が所定の車速以上になると合計平滑率は０となる。さらに、Ｈポジションの場合、車速に拘わらず合計平滑率は０となる。

一方、Ｌポジションの平滑率制御係数ａ＝１，Ｍポジションの平滑率制御係数ｂ＝０及びＨポジションの平滑率制御係数ｃ＝０という設定の場合には、例えば図２４に示すような合計平滑率が出力される。すなわち、Ｌポジションの場合、車速が０から所定の車速まで合計平滑率は「１」から線形に減少し、車速が所定の車速以上になると合計平滑率は０となる。また、Ｍポジション及びＨポジションの場合、車速に拘わらず合計平滑率は０となる。

ペダル入力トルクは平滑化部３６０３において平滑化され、平滑済みトルクが生成される。加算器３６０５では、（平滑済みトルク−ペダル入力トルク）により逆リップルトルクが算出される。そして、乗算器３６０６は、逆リップルトルクとディレーティング部３６０２の出力である合計平滑率との積を、合計リップル補正トルクとして生成する。一方、乗算器３６０４は、実行アシスト比と平滑済みトルクとの積を算出する。そして、加算器３６０７は、実行アシスト比と平滑済みトルクとの積と合計リップル補正トルクを加算することで、アシストトルクを算出する。

Ｌポジションの時は登板などで大きなトルクを要する場合が多く、ペダルの上下死点でペダル入力トルクがほぼゼロまで落ち込むことが問題となる。トルクがゼロになった時大きな減速力が働き瞬時速度が落ち、急登板時には最悪では瞬時速度がゼロまでに落ち込む場合もある。速度低下は直立および直進安定性の低下を招き、回転が止まろうとするためペダルの次の一漕ぎも苦しくなる。

このような不具合を回避するため、図２５に示すように、Ｌポジションの時は車速がおおよそ０で合計平滑率が「１」又はほぼ「１」であるから、人力によるペダル入力トルクｑのリップルを無くすように、アシストトルクｒを生成する。すなわち合計リップル補正トルクを大きな値のままで平滑済みトルクと実行アシスト比との積に加算している。このようにすれば、合計のトルクｐが平坦になるため、登坂時でもスムーズに進むようになる。なお、図２５では、平均アシスト比＝１になるような場合の例を示している。

一方、例えば車速が少し上昇して例えばＬポジションで合計平滑率＝１／２となると、図２６に示すように、逆リップルトルクを半分にした合計リップル補正トルクを平滑済みトルクと実行アシスト比との積に加算することで得られるアシストトルクｒは、ペダル入力トルクｑとは逆位相であるから、合計のトルクｐは、ペダル入力トルクｑと同位相でややリップルを有するようになる。

さらに、例えば車速がさらに上昇して例えばＬポジションで合計平滑率＝０となると、図２７に示すように、逆リップルトルクは０となって、アシストトルクｒは、平滑済みトルクと実行アシスト比との積と同じになって、平坦なカーブを描くようになる。そうすると、合計のトルクｐは、アシストトルクｒだけペダル入力トルクｑが持ち上げられたようなカーブを描くようになる。

上でも述べたように、図２３ではＨポジション、図２４ではＨポジション及びＭポジションは常に、合計平滑率＝０として、アシストトルクｒを平坦化することで、モータや駆動用インバータのロス消費電力を最小化することができるようになる。

上記車輪にかかるトルクの図を用いて、各ポジションにおけるペダル入力トルクｑ、アシストトルクｒおよび合計のトルクｐの関係を説明したが、これらは、モータによる駆動輪とペダルによる駆動輪を同一の径の場合として説明した。モータによる駆動輪とペダルによる駆動輪が、同一の径でない場合、ペダル入力トルクによる車輪駆動力ｑ、アシストトルクによる車輪駆動力ｒおよび合計トルクの車輪駆動力ｐの関係としてとらえることができる。

なお、上で述べた演算は一例であって、ペダル入力トルクと平滑化済みトルクとを任意の係数（正又は負）で重み付け加算するトルク混合部を設けることによって、上で述べたのと同様の結果を得ることができる。

［実施の形態６］
変速ポジション出力が、変速機そのものから出力されている場合や、変速レバーや操作パネルから直接出力されている場合には、常に変速ポジションの情報が得られる。しかし、上で述べた変速比取得部３００５が、ペダル回転周期と車輪回転周期の比率などから変速比又は変速ポジションを求めるようになっている場合、走行中にペダルを漕ぐのを止めた場合や停止中などでは一時的に変速ポジションが不明になる。再度連続的に漕ぎ始めるとペダル回転検出パルスの数パルス後（例えばペダル６０度回転後）には変速比又は変速ポジションが検出される。

図２８に走行例を示す。図２８（ａ）に示す平均ペダル入力トルク及び図２８（ｂ）に示すペダル回転数からすると、ペダルを漕いでいる期間は３つある。但し、図２８（ｃ）に示す車速からすると、最初は停止しているが、漕いでいなくともモータ付き自転車１は走行していることが分かる。なお、図２８（ｄ）は、実際の変速ポジションを示している。また、ＤＣ（Don't Care）を表し、この部分はペダル入力トルクがない状態であるから、アシストもなされておらず、変速比がどのように設定されていても実質的にはあまり影響がない部分である。

このような場合、図２８（ｅ）に示すように、停止して漕いでいない期間「不明１」（図では不１）、ペダル回転数が変化した直後「不明２」、漕いでいない期間「不明３」、漕ぎ始め直後の期間「不明４」、漕いでいない期間「不明５」、漕ぎ始め直後の期間「不明６」、ペダル回転数が変化した直後「不明７」、漕いでいない期間「不明８」が発生している。このうち一時的な不明となる不明期間は、「不明１」「不明２」「不明４」「不明６」「不明７」となる。

このような場合本実施の形態では、変速比制御部３００４は、変速比取得部３００５から不明を表す出力を受け取ると、図２８（ｆ）に示すようなアシスト比補正用の変速ポジションを出力し、図２８（ｇ）に示すようなアシスト比上限補正用の変速ポジションを出力するものとする。

例えば、第１乃至第５の実施の形態においては、ＬポジションよりもＨポジションの方が実行アシスト比が低く設定されるので、図２８（ｇ）に示すように、一時的に不明となる不明期間については、実行アシスト比の上限側に影響するアシスト比上限補正用の変速ポジションを、Ｈポジションに設定する。これによって法規制枠に対して過剰なアシストとなることを防止できるようになる。なお、その他の不明の期間についてもＨポジションを想定しても良い。

また、過渡的に漕ぎはじめ（ペダルトルク入力が０又は微小から増加し且つ車速が一定値以下という条件を満たす状態）から再度変速比が得られるまでの一時的な期間については、アシスト比補正用の変速ポジションについては、例えばＬポジションを想定するようにしても良い。このような場合には、車速も低い漕ぎ初めを平均アシスト比が大きくなるように設定して、スムーズな漕ぎ出しを得られるようにする。例えば、「不明１」の期間の後尾部分が、このような想定が行われる部分である。

さらに、車速が一定値以上で変速ポジションが不明となっている間などは、その直前の変速ポジションを維持するようにする。「不明２」の期間、「不明３」の期間、「不明４」の期間、「不明５」の期間、「不明６」の期間、「不明７」の期間及び「不明８」の期間が、これに該当する。漕いでいない間に変速していなければ特に問題がなく、漕いでいない間に変速していたとしても漕ぎ始めれば新たな変速比が得られるので、運転者に違和感を与えずにアシストができる。

［実施の形態７］
これまでの実施の形態では変速比取得部を備えている場合を説明してきたが、変速比取得部が備えられていない場合もあり得る。このように恒久的に変速比が不明な電動アシスト車の場合、第１乃至第６の実施の形態で説明したような変速比に応じたアシストトルクの算出はできない。そのため、本実施の形態では、変速比が既知の範囲内（上で述べた例ではＨ、Ｍ、Ｌ）で任意に変わることを前提に以下で述べるような構成を採用して、以下で述べるような制御を行う。

具体的には、本実施の形態に係る駆動トルク目標演算部１２０３ｃの構成例を図２９に示す。本実施の形態に係る駆動トルク目標演算部１２０３ｃは、平滑化部３１０１と、乗算器３１０２と、加算器３１０４と、乗算器３１０５と、加算器３１０３と、車速ディレーティング部３１０８と、乗算部３１０７と、制御部３１０６と、制限関数出力部３１０９と、最小値選択部３１１０とを有する。

平滑化部３１０１は、ペダル入力トルクを平滑化して平滑済みトルクを算出する。また、加算器３１０４は、（平滑済みトルク−ペダル入力トルク）を算出して逆リップルトルクを出力する。乗算器３１０５は、逆リップルトルクと車速ディレーティング部３１０８からの出力（合計平滑率）との積を算出し、合計リップ補正トルクを出力する。一方、乗算器３１０２は、平滑済みトルクと最小値選択部３１１０の出力である実行アシスト比との積を算出し、出力する。そして、加算器３１０３は、平滑済みトルクと実行アシスト比との積と合計リップ補正トルクとの和をアシストトルクとして出力する。このような処理は、第５の実施の形態における平滑率制御部３００６と同様の処理である。

制御部３１０６は、ペダル入力トルクと車速とから、変速比を推測して、推測された変速比に対応する補正係数及び合計平滑率を出力する。具体的には、車速が所定速度より低い場合にはＬポジションを想定する。また、こぎ始めから（ペダル入力トルクが０又は微小値から）一定時間内もＬポジションを想定する。それ以外の部分については、Ｍポジションを想定する。但し、ペダル入力トルクがあり且つ車速が閾値以上であればＨポジションを想定するようにしても良い。本実施の形態では、Ｌポジションが想定される場合には補正係数＝８／５を出力し、Ｍポジションが想定される場合には補正係数＝１と出力し、Ｈポジションが想定される場合には補正係数＝５／８と出力する。但し、ポジション変更を推定して補正係数が変化する場合には、補正係数が連続的に変化するように補正係数を徐々に変化させつつ出力する。

また、合計平滑率についての係数は、第５の実施の形態のように、Ｌポジションが想定される場合には「１」を、Ｍポジション又はＨポジションが想定される場合には「０」を出力するようにしても良い。また、Ｌポジションが想定される場合には「１」を、Ｍポジションが想定される場合には「１／２」を、Ｈポジションが想定される場合には「０」を出力するようにしても良い。

また、車速ディレーティング部３１０８は、第５の実施の形態におけるディレーティング部３６０２と同様に、図２３又は図２４に示すようなカーブに従い、車速に応じて上記係数に対応する合計平滑率を出力する。

さらに、本実施の形態に係る制限関数出力部３１０９では、車速に応じて実行アシスト比の上限値を出力する。例えば図３０に示すような値を出力する。図３０の例では、車速が１０Ｋｍ／ｈまでであれば「３／２」を出力し、１０Ｋｍ／ｈ以上２４Ｋｍ／ｈまでは線形に「０」まで減少する。なお、３／２は、Ｍポジションの希望アシスト比が２でＨポジション（変速比４／３）を想定した場合の上限値であり、２／（４／３）＝３／２と算出される。

最小値選択部３１１０は、乗算器３１０７の出力（希望アシスト比と補正係数の積）と制限関数出力部３１０９の出力とのうち最小値を、実行アシスト比として乗算器３１０２に出力する。

例えば図３１に示すような走行例を想定する。この走行例では、停止状態から漕ぎ出して、一度漕ぐのをやめた後停止せずに再度漕ぎ出すという例を示している。このことは図３１（ａ）の平均ペダル入力トルクと図３１（ｂ）のペダル回転数と図３１（ｃ）の車速から明らかである。

本実施の形態では上で述べたように、車速が停止状態から所定速度まで又は漕ぎ出しから一定時間ｔ₁の間は、アシスト比補正用の変速ポジションがＬポジションであると想定する。従って、図３１（ｄ）に示すように、１つ目のＬポジション及び２つ目のＬポジションと、一旦漕ぐのをやめた後に漕ぎだした後のＬポジションがこのようなルールに従って想定される。さらに、それ以外の部分ではＭポジションが想定される。そして、図３１（ｅ）に示すように、この想定変速ポジションに応じて補正係数が決定される。なお、制限関数出力部３１０９は、図３１（ｆ）に示すように、常にＨポジションを想定して、実行アシストの上限値を出力する。さらに、車速ディレーティング部３１０８が出力する合計平滑率については、図３１（ｇ）の期間Ｔ₁に示すように、Ｌポジションが想定され且つ車速が０又は微小である場合には「１」となるが、車速が増加すると次第に「０」になる。一方、Ｌポジションが想定されていても、期間Ｔ₂のように車速が大きい場合には、合計平滑率は「０」のままである。ＭポジションやＨポジションが想定される場合には、合計平滑率は「０」のままである。

このような処理を行うことで、変速比が恒久的に取得できない場合においても発進時や登坂時も可能な限りスムーズで楽に走行できるようにアシストできるようになる。さらに、許容アシスト比の上限値を超えないようにも設定されている。

［他の実施の形態］
第１乃至第７の実施の形態では、駆動トルク目標演算部１２０３を、フィードフォワード制御に適用した例を示したが、フィードバック制御においても、本駆動トルク目標演算部１２０３を用いることができる。本実施の形態では、図３２に示すような演算部１０２１の構成を採用する。

この演算部１０２１は、回生ブレーキ目標トルク演算部１１２０１と、回生有効化部１１２０２と、駆動トルク目標演算部１１２０３と、アシスト有効化部１１２０４と、加算部１１２０６と、トルクスルーレート制限部１１２５５と、相当トルク変換部１１２５１と、加算部１１２５２と、ループフィルタ部１１２５３と、ＰＷＭコード生成部１１２５４とを有する。

車速入力部１０２４からの車速値及び車輪の回転周期、トルク入力部１０２７からのペダルトルク値及びペダル回転入力部１０２２からのペダル回転入力は、駆動トルク目標演算部１１２０３に入力され、アシストトルク値が算出される。駆動トルク目標演算部１１２０３の演算内容は、駆動トルク目標演算部１２０３と同様である。

また、回生ブレーキ目標トルク演算部１１２０１は、車速入力部１０２４からの車速値に応じて、例えば予め設定されているカーブに従った回生ブレーキ目標トルク値を算出する。このカーブは、車速値とは逆極性で且つ車速値の絶対値の半分以下（「半分以下」は例えば数％程度「半分」を上回る場合も含む）となるような関係を表すカーブである。このようにすればどのような速度であってもある程度の効率で回生を行うことができるようになる。なお、この処理については、本実施の形態の主旨ではないので、これ以上述べない。

本実施の形態では、ブレーキ入力部１０２８からブレーキ有りを表す入力信号が入力されると、回生有効化部１１２０２は、回生ブレーキ目標トルク演算部１１２０１からの回生ブレーキ目標トルク値を加算部１１２０６に出力する。それ以外の場合には、０を出力する。一方、ブレーキ入力部１０２８からブレーキ無しを表す入力信号が入力されると、アシスト有効化部１１２０４は、駆動トルク目標演算部１１２０３からのアシストトルク値を出力する。それ以外の場合には、０を出力する。

加算部１１２０６は、回生有効化部１１２０２からの回生ブレーキ目標トルク値の極性を反転して出力するか、アシスト有効化部１１２０４からのアシストトルク値をそのまま出力する。以下、説明を簡略化するため、アシストトルク値及び回生ブレーキ目標トルク値を目標トルク値と略称するものとする。

トルクスルーレート制限部１１２５５は、加算部１１２０６からの目標トルク値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、処理結果を加算部１１２５２に出力する。

一方、相当トルク変換部１１２５１は、電流検出部１０２３からのモータ電流に相当する値を、トルク相当値に変換する処理を実施し、処理結果を加算部１１２５２に出力する。加算部１１２５２は、トルクスルーレート制限部１１２５５からの出力から相当トルク変換部１１２５１からの出力を差し引き、演算結果をループフィルタ部１１２５３に出力する。ループフィルタ部１１２５３は、加算部１１２５２からの出力に対して積分処理を実施して、処理結果をＰＷＭコード生成部１１２５４に出力する。ＰＷＭコード生成部１１２５４は、ループフィルタ部１１２５３からの出力に対して、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。

このようにすれば、フィードバック制御において上で述べた駆動トルク目標演算部１２０３の効果をそのまま得ることができるようになる。

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。また、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。

また、上で述べた３速変速機の例は一例であり、２速以上の変速機であればどのような変速機にも適用可能である。

なお、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、変速機とモータとを有し且つ変速機の変速比の変化に応じてモータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との第１の比が変化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、このモータ駆動制御装置は、変速機の変速比を取得する変速比取得部と、変速比取得部により取得された変速比に応じて、ペダル入力トルクからモータの駆動トルクの目標値であるアシストトルクを算出する演算部とを有する。

また、上で述べた電動アシスト車が、変速機の変速比が高速側に変化すると第１の比が高くなり変速比が低速側に変化すると第１の比が低くなる電動アシスト車である場合には、上で述べた演算部は、アシストトルクに応じて駆動されるモータの駆動トルクに対する変速機の作用を変速比に応じて逆方向に織り込んでアシストトルクを算出するようにしてもよい。このようにすれば、上記のような電動アシスト車における変速機の影響を考慮した上で適切なモータ駆動トルクを発揮できるようになる。

また、上で述べた演算部は、変速比が高速側に設定されると、ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対するアシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比が、変速比が低速側に設定された場合に比して低くなるように設定し、当該第２の比によってアシストトルクを算出するようにしても良い。このようにすれば、よりアシストが求められる状態、例えば低速側の変速比の場合に、より多くのアシストを与えることができるようにアシストトルクを算出できるようになる。

上で述べた演算部は、上記第２の比を、−１以下のべき数によって変速比をべき乗した値に比例するように設定するようにしても良い。このようにすることで、よりアシストが求められる状態に適したアシストを与えることができるようになる。

また、上で述べた演算部は、上記第２の比について別途設定された第２の比の上限値で、第２の比を制限するようにしても良い。法令などによる制限に対処するためである。

さらに、上で述べた演算部は、上記第２の比を、−１より小さいべき数によって変速比をべき乗した値に比例するように設定し、変速比に反比例する第３の比と車速に応じた制限値との積（すなわち上限）により、第２の比を制限するようにしても良い。このようにすれば、どの変速比の場合においても、上限まで上記第２の比によりアシストトルクを算出できるようになる。

また、上で述べた演算部が、周期的なトルク変動を含むペダル入力トルクによる車輪駆動力とアシストトルクによる車輪駆動力との合計駆動力における周期的変動の度合いを、上記変速比に応じて変化させるようにしても良い。例えば変速比によって推定される負荷に応じて適切なアシストができるようになる。

また、上で述べた演算部が、ペダル入力トルクを平滑化した平滑化ペダル入力トルクとペダル入力トルクとの差に対して乗ずる係数を変速比に応じて決定し、上記差と上記係数との積と、平滑化ペダル入力トルクと第２の比との積との和によりアシストトルクを算出するようにしても良い。このようにすれば、ペダル入力トルクのリップルを考慮に入れた、適切なアシストトルクを算出できるようになる。すなわち、ペダル入力トルクのリップルの影響を受けやすい登坂時などに変速比に応じて有効にアシストできるようになる。

また、上で述べた係数は、変速比が高速側に設定されると、変速比が低速側に設定された場合に比して低くなるように設定されるようにしても良い。このようにすれば、登坂時などアシストが求められる状態で、変速比に応じた係数が設定されるようになる。

また、変速比取得部が変速比を取得できない状態（例えば一時的な又は過渡的な状態）において、上記上限値を、最も高速な場合における変速比に基づき設定するか、又は、第３の比を算出する際の上記変速比を、最も高速な場合における変速比に基づき設定するようにしても良い。このようにすれば、安全を見て法的制約などを満たすことができるようになる。

さらに、上で述べた演算部は、変速比取得部が変速比を取得できない場合、停止時又は車速が所定値未満であり、且つペダル入力トルクが０又は微小な値から増加し始めた状態では、中間又は当該中間よりも低い所定の変速比であるものとしてアシストトルクを算出するようにしても良い。このような状態はアシストを比較的多く求められる状態になるためである。

また、上で述べた演算部は、変速比取得部が変速比を取得できない状態において、直前に取得された変速比を継続して使用するようにしても良い。例えば走行中であれば、このようにすれば運転者にも違和感なくアシストできるようになる。

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
１０７ 検出抵抗
１０１ 二次電池
１０２１ 演算部
１０２２ ペダル回転入力部
１０２３ 電流検出部
１０２４ 車速入力部
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 (14)

1. 変速機とモータとを有し且つ前記変速機の変速比の変化に応じて前記モータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との第１の比が変化する電動アシスト車のモータ駆動制御装置であって、
   前記変速機の変速比を取得する変速比取得部と、
   前記変速比取得部により取得された前記変速比に応じて、ペダル入力トルクから前記モータの駆動トルクの目標値であるアシストトルクを算出する演算部と、
   を有し、
   前記演算部は、
   前記変速比が最も低速側に設定された場合における、当該変速比と前記ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対する前記アシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比との積が、前記変速比が最も高速側に設定された場合における、当該変速比と前記第２の比との積よりも大きくなるように、前記第２の比を設定し、
   前記第２の比によって前記アシストトルクを算出し、
   前記変速比と前記第２の比との積について別途設定された上限値で、前記第２の比を制限する
   モータ駆動制御装置。
2. 変速機とモータとを有し且つ前記変速機の変速比の変化に応じて前記モータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との第１の比が変化する電動アシスト車のモータ駆動制御装置であって、
   前記変速機の変速比を取得する変速比取得部と、
   前記変速比取得部により取得された前記変速比に応じて、ペダル入力トルクから前記モータの駆動トルクの目標値であるアシストトルクを算出する演算部と、
   を有し、
   前記演算部は、
   前記変速比が最も低速側に設定された場合における、当該変速比と前記ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対する前記アシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比との積が、前記変速比が最も高速側に設定された場合における、当該変速比と前記第２の比との積よりも大きくなるように、前記第２の比を設定し、
   前記第２の比によって前記アシストトルクを算出し、
   前記変速比に反比例する第３の比と車速に応じた制限カーブとの積により、前記第２の比を制限する
   モータ駆動制御装置。
3. 変速機とモータとを有し且つ前記変速機の変速比の変化に応じて前記モータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との第１の比が変化する電動アシスト車のモータ駆動制御装置であって、
   前記変速機の変速比を取得する変速比取得部と、
   前記変速比取得部により取得された前記変速比に応じて、ペダル入力トルクから前記モータの駆動トルクの目標値であるアシストトルクを算出する演算部と、
   を有し、
   前記演算部は、
   前記変速比が最も低速側に設定された場合における、当該変速比と前記ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対する前記アシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比との積が、前記変速比が最も高速側に設定された場合における、当該変速比と前記第２の比との積よりも大きくなるように、前記第２の比を設定し、
   前記第２の比によって前記アシストトルクを算出し、
   周期的なトルク変動を含むペダル入力トルクによる車輪駆動力と前記アシストトルクによる車輪駆動力との合計駆動力における周期的変動の度合いを、前記変速比に応じて変化させる
   モータ駆動制御装置。
4. 前記演算部が、
   前記ペダル入力トルクを平滑化した平滑化ペダル入力トルクと前記ペダル入力トルクとの差に対して乗ずる係数を前記変速比に応じて決定し、
   前記差と前記係数との積と、前記平滑化ペダル入力トルクと前記第２の比との積との和により前記アシストトルクを算出する
   請求項１乃至３のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記係数が、
   前記変速比が最も高速側に設定されると、前記変速比が最も低速側に設定された場合に比して低くなるように設定される
   請求項４記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記変速比取得部が前記変速比を取得できない状態において、
   前記上限値を、最も高速な場合における変速比に基づき設定する
   請求項１記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記変速比取得部が前記変速比を取得できない状態において、
   前記第３の比を算出する際の前記変速比を、最も高速な場合における変速比に基づき設定する
   請求項２記載のモータ駆動制御装置。
8. 前記演算部は、
   前記変速比取得部が前記変速比を取得できない場合、停止時又は車速が所定値未満であり、且つ前記ペダル入力トルクが０又は微小な値から増加し始めた状態では、中間又は当該中間よりも低い所定の変速比であるものとして前記アシストトルクを算出する
   請求項１乃至７のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。
9. 前記演算部は、
   前記変速比取得部が前記変速比を取得できない状態において、
   直前に取得された前記変速比を継続して使用する
   請求項１乃至７のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。
10. 変速機とモータとを有し且つ前記変速機の変速比の変化に応じて前記モータの駆動回転数とペダルの駆動回転数との第１の比が変化する電動アシスト車のモータ駆動制御装置であって、
    ペダル入力トルクが０又は微小な値から増加し始めてから所定時間内であることを含む条件を満たす場合には中間より低い変速比を想定し、前記条件を満たさなくなった後においては前記中間又は当該中間より高い変速比を想定する制御部と、
    想定された前記変速比に応じて、前記ペダル入力トルクから前記モータの駆動トルクの目標値であるアシストトルクを算出する演算部と、
    を有するモータ駆動制御装置。
11. 前記制御部が、
    前記アシストトルクに応じて駆動される前記モータの駆動トルクに対する前記変速機の作用を、想定された前記変速比に応じて逆方向に織り込んで設定される補正係数を出力し、
    前記演算部が、
    前記補正係数によって、前記ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対する前記アシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比を補正する
    請求項１０記載のモータ駆動制御装置。
12. 前記演算部は、
    前記変速比が最も高速側に想定されると、前記ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対する前記アシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比が、前記変速比が最も低速側に想定された場合に比して低くなるように設定し、
    前記第２の比によって前記アシストトルクを算出する
    請求項１０又は１１記載のモータ駆動制御装置。
13. 前記条件が、車速が所定値未満であるという条件をさらに含む
    請求項１０乃至１２のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。
14. 前記演算部が、
    前記ペダル入力トルクの１サイクル平均を表す平均ペダル入力トルクに対する前記アシストトルクの１サイクル平均を表す平均アシストトルクの第２の比の、最も高速である変速比に基づき設定される上限値により、前記第２の比を制限する
    請求項１０乃至１２のいずれか１つ記載のモータ駆動制御装置。

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