CN110121460B - 电动辅助系统和电动辅助车辆 - Google Patents

Abstract

一种用于设置有踏板(55)的电动辅助车辆(1)的电动辅助系统(51)，该电动辅助系统(51)包括：曲柄轴(57)，其通过施加到踏板的骑乘者的人力而旋转；转矩传感器(41)，其根据在曲柄轴处产生的转矩的大小来输出转矩信号；电动马达(53)，其产生对骑乘者的人力进行辅助的辅助力；加速度传感器(38)，其根据电动辅助车辆的行进方向上的当前加速度来输出加速度信号；和控制装置(70)，其接收转矩信号和加速度信号，并确定要由电动马达产生的辅助力的大小。控制装置(70)基于预先准备的规则根据转矩信号来计算目标加速度，并且确定要由电动马达(53)产生的辅助力的大小，使得目标加速度和当前加速度之间的偏差减小。

Description

电动辅助系统和电动辅助车辆

技术领域

本发明涉及能够用于电动辅助车辆的电动辅助系统，以及包括该电动辅助系统的电动辅助车辆。

背景技术

已知一种电动辅助自行车，其通过电动马达对骑乘者踩踏自行车的力进行辅助。在这种电动辅助自行车中，通过电动马达产生与骑乘者施加到踏板的人力相对应的辅助力，并且将作为人力和辅助力之和的动力传递至驱动轮。人力可以由电动马达辅助，从而减轻骑乘者的负担(例如，专利文献1)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本特开专利公报No.09-226664

发明内容

技术问题

骑乘者踩踏电动辅助自行车，结果，电动辅助自行车加速、以恒定速度行驶或减速。

在施加到电动辅助自行车的踏板的人力保持相同的情况下，随着车辆上的负载增大，车速变化率(加速度)减小。例如，在施加到踏板的人力保持相同的情况下，车辆在斜坡上行驶时的车速变化率(加速度)比车辆在平坦道路上行驶时低。尽管骑乘者以相同的力持续旋转踏板，但是骑乘者可能感到不便使车速的变化率(加速度)改变。

本发明提供了电动辅助系统和包括该电动辅助系统的电动辅助车辆，该电动辅助系统在电动辅助车辆行驶时根据负载产生适当大小的辅助力。

解决问题的技术方案

根据本发明的实施例的电动辅助系统是能够用于包括踏板的电动辅助车辆的电动辅助系统。电动辅助系统包括：曲柄轴，其能够通过施加至踏板的骑乘者的人力而旋转；转矩传感器，其根据在曲柄轴处产生的转矩的大小来输出转矩信号；电动马达，其产生对骑乘者的人力进行辅助的辅助力；加速度传感器，其根据电动辅助车辆的行进方向上的当前加速度来输出加速度信号；和控制装置，其接收转矩信号和加速度信号，并且确定要由电动马达产生的辅助力的大小。控制装置基于预先准备的规则根据转矩信号来计算目标加速度，并且确定要由电动马达产生的辅助力的大小，使得目标加速度和当前加速度之间的偏差减小。

由于自行车的结构允许骑乘者让他/她的脚踩在踏板上并旋转踏板，因此施加到踏板的骑乘者的人力的大小根据骑乘者旋转踏板时踏板的位置而变化。因此，电动辅助自行车的行进方向上的加速度根据骑乘者旋转踏板时踏板的位置而变化。电动辅助系统改变要由电动马达产生的辅助力的大小，使得根据骑乘者的踏板力求出的目标加速度与车辆的当前加速度之间的偏差减小。即使在行驶期间施加负载时，骑乘者的踏板力也被认为表示骑乘者所期望的加速感。因此，基于踏板力设置目标加速度，并且控制车辆的当前加速度更接近目标加速度。利用这种布置，骑乘者可以根据行驶期间的负载以适当大小的辅助力使电动辅助车辆行驶。

在实施例中，控制装置执行PID控制，以确定要由电动马达产生的辅助力的大小，从而减小偏差。

在实施例中，当前时间t处的当前偏差表示为e (t)，并且辅助力控制系统的比例要素、微分要素和积分要素的反馈增益分别为表示为Kp、Kd 和Ki，控制装置通过以下表达式来确定与要由电动马达产生的辅助力相对应的马达转矩Fm：

[表达式1]

在实施例中，控制装置可以确定要由电动马达产生的辅助力的大小，使得偏差更接近0。

在上述任何实施例中，可以提升使加速度更接近目标加速度的能力。

在实施例中，控制装置预先存储表格，并且参照表格来确定产生马达转矩所需的电流的指令值，表格使在电动马达中流动的电流的指令值与对应于要由电动马达产生的辅助力的马达转矩的大小彼此相关联。

在实施例中，控制装置针对偏差的大小的每个范围预先存储表格，并且参照表格来确定产生马达转矩所需的电流的指令值，表格使在电动马达中流动的电流的指令值与马达转矩的大小彼此相关联。

在实施例中，当前时间t处的当前偏差表示为e (t)，并且能够用于根据关于残余偏差的比例项、积分项和微分项来求出电流的指令值的反馈增益分别表示为Kp'、Kd'和Ki'，控制装置通过以下表达式来确定在电动马达中流动的电流的指令值Im：

[表达式2]

在实施例中，控制装置包括保持预先准备的规则的存储装置。

在实施例中，规则可以是定义转矩信号和目标加速度之间的对应关系的映射表或函数。

在实施例中，函数可以是非线性函数或线性函数。

在实施例中，控制装置包括高通滤波器，高通滤波器传输包含在所接收的加速度信号中的预定义频率以上的高频分量。

在实施例中，控制装置包括传输5Hz以上的高频分量的高通滤波器。

可以设置高通滤波器，使得适当地提取通过骑乘者旋转踏板而产生的加速度。

在实施例中，在骑乘者旋转踏板以使曲柄轴旋转一圈的时间段期间，转矩传感器和加速度传感器分别多次或连续地输出转矩信号和加速度信号，并且控制装置多次或在时间上连续地确定要由电动马达产生的辅助力的大小。

在实施例中，在骑乘者旋转踏板以使曲柄轴旋转一圈的时间段期间，转矩信号根据与骑乘者旋转踏板的操作相关联的曲柄轴的旋转而变化，加速度信号根据骑乘者旋转踏板的操作和施加到电动辅助车辆的外部干扰而变化，并且控制装置在预定义时刻处根据转矩信号来计算目标加速度，根据加速度信号来计算加速度，并确定要由电动马达产生的辅助力的大小。

在实施例中，电动辅助系统还包括马达驱动电路，马达驱动电路向电动马达输出具有根据指令值而被控制的幅度、频率和流动方向中的至少一个的电流。控制装置向马达驱动电路输出能够用于使与所确定的辅助力的大小相对应的电流流动的指令值。利用这种布置，可以产生适当大小的辅助力，使得根据行驶期间的踏板力来获得目标加速度。

根据本发明的示意性实施例的电动辅助车辆包括上述电动辅助系统。在实施例中，电动辅助车辆包括：前轮和后轮；和将骑乘者的人力和辅助力传递至后轮的动力传递机构。包括根据本发明的示意性实施例的电动辅助系统的电动辅助车辆可以产生适当大小的辅助力，使得根据行驶期间的踏板力来获得目标加速度。

发明的有益效果

根据本发明的示意性实施例，改变要由电动马达产生的辅助力的大小，使得根据骑乘者的踏板力求出的目标加速度与当前加速度之间的偏差减小。即使在行驶期间施加负载时，骑乘者的踏板力也被认为表示骑乘者所期望的加速感。因此，基于踏板力来设置目标加速度，并且控制车辆的当前加速度更接近目标加速度。利用这种布置，骑乘者可以根据行驶期间的负载以适当大小的辅助力使电动辅助车辆行驶。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的电动辅助自行车的侧视图。

图2A是电动辅助自行车的硬件块图。

图2B是示出电动辅助自行车的机械结构的块图。

图3是操作面板的外观图。

图4示出了曲柄轴的旋转角度、曲柄轴处产生的转矩和车辆的行进方向上的加速度之间的关系。

图5A示出了减小目标加速度和车辆的当前加速度之间的偏差En以根据行驶负载(逆风)产生辅助力的操作。

图5B示出了减小目标加速度和车辆的当前加速度之间的偏差En以根据行驶负载(上行斜坡)产生辅助力的操作。

图6示出了由人提供的踏板力(转矩信号)与目标加速度之间的关系。

图7示出了针对N个可选辅助模式中的每一个所定义的由人提供的踏板力(转矩信号)与目标加速度之间的关系。

图8是示出由控制装置70执行的处理的过程的流程图。

图9示出了骑乘者以特定踩踏方式踩踏电动辅助自行车1时负载变化发生时的各种信号的波形。

图10示出了骑乘者以特定踩踏方式踩踏电动辅助自行车1时负载变化发生时的各种信号的波形。

图11A是电动辅助自行车1在平坦道路上的静负载相关图。

图11B是电动辅助自行车1在具有倾斜角θ的斜坡上的静负载相关图。

图12示出了在没有通过高通滤波器73去除低频分量的情况下的目标加速度(实线)。

图13示出了与加速度的偏差的大小相对应的马达转矩。

具体实施方式

在下文中，将参照所附附图描述根据本发明的电动辅助系统和电动辅助车辆的实施例。在实施例的描述中，相同的元件将具有相同的附图标记，并且将省略重复的描述。在本发明的实施例中，术语前、后、左、右、上和下分别是指电动辅助车辆的骑乘者面向把手坐在鞍座(座位)上所观察到的前、后、左、右、上和下。以下实施例是示例，并且本发明不限于以下实施例中的任何一个。

图1是示出根据本实施例的电动辅助自行车1的侧视图。电动辅助自行车1包括下面详细描述的驱动单元51。电动辅助自行车1是根据本发明的电动辅助车辆的示例。驱动单元51是根据本发明的电动辅助系统的示例。

电动辅助自行车1包括沿前后方向延伸的车体框架11。车体框架11 包括头管12、下管5、托架6、链撑7、座管16和座撑19。头管12位于车体框架11的前端。把手杆13可旋转地插入头管12中。把手14固定到把手杆13的顶端。前叉15固定到把手杆13的底端。作为转向轮的前轮 25可旋转地支撑在前叉15的底端。前叉15设置有对前轮25进行制动的制动器8。前篮21设置在头管12的前方。前叉15设置有头灯22。

下管5从头管12向后并向下倾斜地延伸。座管16从下管5的后端向上延伸。链撑7从座管16的底端向后延伸。托架6将下管5的后端、座管 16的底端和链撑7的前端彼此连接。

座杆17插入座管16中，并且骑乘者就坐的鞍座27设置在座杆17的顶端。链撑7的后部支撑作为驱动轮的后轮26，使得后轮26可旋转。对后轮26进行制动的制动器9设置到链撑7的后部。支架29设置到链撑7 的后部。当停放时，电动辅助自行车1由支架29保持为竖立。座撑19从座管16的顶部向后并向下倾斜地延伸。座撑19的底端与链撑7的后部连接。座撑19支撑设置到鞍座27的后方的载物台24并且还支撑覆盖后轮 26的顶部的挡泥板18。尾灯23设置到挡泥板18的后方。

位于车体框架11上的在车辆中心附近的位置处的托架6设置有驱动单元51。驱动单元51包括电动马达53、曲柄轴57和控制装置70。向电动马达53等供电的电池56安装在托架6上。电池56可以由座管16支撑。

曲柄轴57在左右方向上贯穿驱动单元51的状态下被支撑。曲柄臂54 设置在曲柄轴57的两端。踏板55可旋转地设置在每个曲柄臂54的末端。

控制装置70控制电动辅助自行车1的操作。控制装置70通常包括能够处理数字信号的半导体集成电路，例如微控制器、信号处理器等。当骑乘者用他/她的脚踩踏并旋转踏板55时产生的曲柄轴57的旋转输出通过链条28传递至后轮26。控制装置70控制电动马达53以根据曲柄轴57的旋转输出产生驱动辅助输出。由电动马达53产生的辅助力通过链条28传递至后轮26。可以使用带、轴等来代替链条28。

现在，将详细描述控制装置70的具体结构以及产生能够用于操作控制装置70的信号的传感器组。

图2A是主要示出了控制装置70的结构的电动辅助自行车1的硬件块图。图2A还示出了控制装置70及其周边环境。在周边环境中，例如，示出了向控制装置70输出信号的各种传感器以及由于控制装置70的操作的结果而被驱动的驱动马达53。

首先，将描述控制装置70的周边环境。

如上所述，控制装置70包含在驱动单元51中。图2A示出了同样地包含在驱动单元51中的加速度传感器38、转矩传感器41、曲柄旋转传感器42和电动马达53。控制装置70包括计算电路71、平均化电路78和马达驱动电路79。计算电路71接收转矩信号，并基于预先准备的规则根据转矩信号计算目标加速度。因此，计算电路71执行计算以确定要由电动马达产生的辅助力的大小，使得目标加速度和当前加速度之间的偏差减小，并输出控制信号。

加速度传感器38检测电动辅助自行车1的车辆主体的加速度。加速度传感器38例如是压阻型、静电电容型或热敏型的三轴加速度传感器。一个这样的三轴加速度传感器能够测量彼此垂直的三个轴向方向(X轴、 Y轴和Z轴方向)中的每一个的加速度。加速度信号可以是与加速度的大小相对应的电压信号。加速度传感器38可以包括将电压信号转换为加速度值的加速度计算电路(未示出)。加速度计算电路将例如输出模拟电压信号转换为数字电压信号，并根据数字电压信号的大小计算加速度。

在本说明书中，从加速度传感器38输出并表示检测到的加速度的信号被称为“加速度信号”。加速度信号可以是模拟电压信号或数字电压信号。加速度传感器38可以将加速度信号输出为非离散的连续信号，或者可以将加速度信号输出为表示以预定周期(例如，以0.1秒的周期)检测的加速度的离散信号。

在本说明书中，彼此垂直的三个轴向方向(X轴、Y轴和Z轴方向) 并非表示绝对坐标系，而是表示相对坐标系。更具体地，彼此垂直的三个轴向方向(X轴、Y轴和Z轴方向)分别是包括加速度传感器38的电动辅助自行车1的前后方向、左右方向和上下方向。电动辅助自行车1的前方与其行进方向匹配，并且电动辅助自行车1的上下方向与垂直于路面的方向匹配。因此，在平坦道路上行驶的电动辅助自行车1的X轴、Y轴和Z 轴可能与在斜坡上行驶的电动辅助自行车1的X轴、Y轴和Z轴不匹配。

三轴加速度传感器是加速度传感器38的示例。可以采用能够测量X 轴方向上的加速度Gx和Z轴方向上的加速度Gz的双轴加速度传感器来作为加速度传感器38。可以采用能够测量X轴方向上的加速度Gx的单轴加速度传感器作为加速度传感器38。加速度传感器38仅需要能够至少测量沿车辆的行进方向的X轴方向上的加速度Gx。多个加速度传感器可以用于分别检测不同轴向方向上的加速度。在图2A所示的示例中，加速度传感器38位于驱动单元51中。加速度传感器38的位置不限于此，并且加速度传感器38可以位于电动辅助自行车1中的任何位置。

转矩传感器41将骑乘者施加到每个踏板55的人力(踏板力)作为在曲柄轴57处产生的转矩而检测。转矩传感器41例如是磁致伸缩式转矩传感器。转矩传感器41输出具有与检测到的转矩相对应的大小的幅度的电压信号。转矩传感器41可以包括将电压信号转换为转矩的转矩计算电路 (未示出)。转矩计算电路将例如输出模拟电压信号转换为数字电压信号，并根据数字电压信号的大小计算转矩。

在本说明书中，从转矩传感器41输出并表示检测到的转矩的信号被称为“转矩信号”。转矩信号可以是模拟电压信号或数字电压信号。转矩传感器41可以将转矩信号输出为非离散的连续信号，或者可以将转矩信号输出为表示以预定周期(例如，以0.1秒的周期)检测到的转矩的离散信号。

曲柄旋转传感器42检测曲柄轴57的旋转角度。例如，曲柄旋转传感器42以每个预定的角度检测曲柄轴57的旋转，并输出矩形波信号或正弦波信号。输出信号可以用于计算曲柄轴57的旋转角度和转速。例如，具有磁极(N极、S极)的多个磁体位于曲柄轴57周围。位于固定位置的霍尔传感器将由曲柄轴57的旋转引起的磁场的极性的变化转换为电压信号。控制装置70使用从霍尔传感器输出的信号来对磁场极性的变化进行计数，并计算曲柄轴57的旋转角度和转速。曲柄旋转传感器42可以包括计算电路，其根据输出信号计算曲柄轴57的旋转角度和转速。

马达驱动电路79例如是反相器。马达驱动电路79根据来自计算电路 71的马达电流指令值，将具有幅度、频率、流动方向等的电流从电池56 供给至电动马达53。被供给有电流的电动马达53旋转以产生确定大小的辅助力。下面，将描述马达驱动电路79的细节。

电动马达53的旋转由马达旋转传感器46检测。马达旋转传感器46例如是霍尔传感器，在转子旋转时检测由电动马达53的转子(未示出)产生的磁场，并且根据磁场的强度和极性来输出电压信号。在电动马达53 是无刷DC马达的情况下，多个永磁体位于转子中。马达旋转传感器46将由转子的旋转引起的磁场极性的变化转换为电压信号。计算电路71使用从马达旋转传感器46输出的信号来对磁场极性的变化进行计数，并计算转子的旋转角度和转速。

由电动马达53产生的辅助力通过动力传递机构31传递至后轮26。动力传递机构31是包括下面参照图2B描述的链条28、从动链轮32、驱动轴33、变速机构36、单向离合器37、对电动马达53的旋转进行减速的减速器(未示出)、设置在后轮26上的变速器(未示出)等的一组部件的名称。利用上述结构，辅助电动辅助自行车1的骑乘者的人力。

计算电路71接收从加速度传感器38、转矩传感器41和曲柄旋转传感器42中的每一个输出的检测信号和从操作面板60输出的操作信号，并且确定辅助力的大小。计算电路71将马达电流指令值(所确定大小的辅助力要基于该值产生)传递至马达驱动电路79。结果，电动马达53旋转，并且电动马达53的驱动力传递至后轮26。以这种方式，电动马达53的动力被添加到骑乘者的人力上。

从各种传感器中的任何一个输出的检测信号是模拟信号。通常，将模拟信号转换为数字信号的A/D转换电路(未示出)可以设置在将检测信号输入到控制装置70之前的阶段。A/D转换电路可以设置在每个传感器中，或者可以设置在驱动单元51中的每个传感器与控制装置70之间的信号路径上。或者，A/D转换电路可以设置在控制装置70中。

要由电动马达53产生的辅助力的大小可以根据当前选择的辅助模式而变化。可以通过骑乘者对操作面板60进行操作来选择辅助模式。

操作面板60附装到电动辅助自行车1的把手14(图1)，并且通过例如线缆与控制装置70连接。操作面板60将表示骑乘者所进行的操作的操作信号传递至控制装置70，并且从控制装置70接收要呈现给骑乘者的各种信息。

现在，将描述电动辅助自行车1中的动力传递路线。图2B是示出电动辅助自行车1的机械结构的示例的块图。

当骑乘者踩踏踏板55以使曲柄轴57旋转时，曲柄轴57的旋转通过单向离合器43传递至合成机构58。电动马达53的旋转通过减速器45和单向离合器44传递至合成机构58。

合成机构58包括例如筒状构件，并且曲柄轴57位于筒状构件内。驱动链轮59附装至合成机构58。合成机构58以与曲柄轴57和驱动链轮59 的旋转轴相同的旋转轴为中心旋转。

单向离合器43将曲柄轴57的正向旋转传递至合成机构58，但不将曲柄轴57的反向旋转传递至合成机构58。单向离合器44将电动马达53在使合成机构58在正向方向上旋转的方向上的旋转传递至合成机构58，但是不将电动马达53在使合成机构58在反向方向上旋转的方向上的旋转传递至合成机构58。在当电动马达53停止时骑乘者使踏板55旋转以使合成机构58旋转的情况下，单向离合器44不将旋转传递至电动马达53。由骑乘者施加到踏板55的踏板力和由电动马达53产生的辅助力传递至合成机构58以进行合成。由合成机构58合成的合力通过驱动链轮59传递至链条 28。

链条28的旋转通过从动链轮32传递至驱动轴33。驱动轴33的旋转通过变速机构36和单向离合器37传递至后轮26。

变速机构36是根据骑乘者在变速操作器67上所做的操作来改变变速齿轮比率的机构。变速操作器67附装至例如把手14(图1)。在驱动轴 33的转速高于后轮36的转速的情况下，单向离合器37将驱动轴33的旋转传递至后轮26。在驱动轴33的转速低于后轮36的转速的情况下，单向离合器37不将驱动轴33的旋转传递至后轮26。

利用上述动力传递路线，由骑乘者施加在踏板55上的踏板力和由电动马达53产生的辅助力传递至后轮26。

图3是操作面板60的示意性外观图。操作面板60在靠近其左握把的位置处附装至例如把手14。

操作面板60包括显示面板61、辅助模式操作开关62和电源开关 65。

显示面板61例如是液晶面板。显示面板61显示由控制装置70提供的信息，该信息包括电动辅助自行车1的速度、电池56的剩余电量、关于使辅助比率改变的范围的信息、辅助模式和其他行驶信息。

显示面板61包括速度显示区域61a、电池剩余电量显示区域61b、辅助比率改变范围显示区域61c和辅助模式显示区域61d。显示面板61用作通知骑乘者这样的信息等的通知装置。在该示例中，对信息进行显示。或者，可以输出音频信号以通知骑乘者该信息。

速度显示区域61a通过数字显示电动辅助自行车1的车速。在该实施例中，电动辅助自行车1的车速由设置在前轮25上的速度传感器35检测。

电池剩余电量显示区域61b基于从电池56输出到控制装置70的关于电池剩余电量的信息，来按区段显示电池56的剩余电量。通过该显示，骑乘者直观地掌握电池56的剩余电量。

辅助比率改变范围显示区域61c显示由控制装置70设置的辅助比率改变的范围。该范围按区段显示。也可以显示当前使用的处于变化比率内的辅助比率。

辅助模式显示区域61d显示由骑乘者操作辅助模式操作开关62而选择的辅助模式。辅助模式例如是“高”、“标准”或“自动经济”。在骑乘者操作辅助模式操作开关62以选择“辅助模式关闭”的情况下，辅助模式显示区域61d显示“无辅助”。

辅助模式选择开关62用于供骑乘者选择上述多个辅助模式(包括“辅助模式关闭”)中的一个。当选择多个辅助模式中的一个时，设置在操作面板60内的微控制器(未示出)将指定所选辅助模式的操作信号传递至控制装置70。

电源开关65是用于接通或断开电动辅助自行车1的电源的开关。骑乘者按下电源开关65以接通或断开电动辅助自行车1的电源。

操作面板60还包括通过音频信号向骑乘者提供必要信息的扬声器63 和通过光向骑乘者提供必要信息的灯64。例如，控制装置70根据加速度的变化改变要由电动马达53产生的辅助力的大小，该加速度的变化与骑乘者旋转踏板55的操作相关。此时，通过例如音频信号的输出和/或光的闪烁通知骑乘者：辅助力的大小已经改变。作为通知的结果，骑乘者识别出例如已经产生了较大的辅助力。或者，可以振动把手14和/或鞍座27，以通知骑乘者：辅助力的大小已经改变。

当辅助力增大时，可以使扬声器63产生电动辅助自行车1周围的人可听见的音量的音频信号，或者可以使头灯22和尾灯23点亮或闪烁。利用这种布置，电动辅助自行车1周围的人识别出电动辅助自行车1产生比正常的辅助力大的辅助力。

电动马达53的辅助力响应于曲柄旋转输出，在“高”模式中最大，在“自动经济”模式中最小，并且在“标准”模式中为中等。

在辅助模式为“标准”的情况下，当例如电动辅助自行车1启动、在平坦道路上行驶或在上行斜坡上行驶时，电动马达53产生辅助力。在辅助模式为“高”的情况下，与辅助模式为“标准”的情况同样地，当例如电动辅助自行车1启动、在平坦道路上行驶或在上行斜坡上行驶时，电动马达53产生辅助力。响应于相同的曲柄旋转输出，电动马达53在辅助模式为“高”的情况下产生比在辅助模式为“标准”的情况下更大的辅助力。在辅助模式为“自动经济”的情况下，当例如电动辅助自行车1在平坦道路上启动时，电动马达53产生比在辅助模式为“标准”的情况下的辅助力更小的辅助力，并且当电动辅助自行车1在上行斜坡上行驶时，电动马达53产生比在辅助模式为“标准”的情况下更大的辅助力。当由于电动辅助自行车1例如在平坦道路或在下行斜坡上行驶而踏板力较小时，与辅助模式为“标准”的情况相比，电动马达53减小辅助力，或者停止辅助力的产生以抑制电力消耗。在辅助模式为“无辅助模式”的情况下，电动马达53不产生任何辅助力。

如上所述，响应于曲柄旋转输出的辅助力根据上述辅助模式而变化。在该示例中，辅助模式切换到四个阶段中的任何一个。或者，辅助模式可以切换到三个阶段以下中的任何阶段，或者五个阶段以上中的任何阶段。

现在，将描述根据加速度改变要由电动马达53产生的辅助力的大小的操作，该加速度与骑乘者旋转踏板55的操作相关联地改变。

首先，将描述骑乘者旋转踏板55的操作与加速度之间的关系。图4 示出了当骑乘者使踏板55旋转时曲柄轴57的旋转角度、曲柄轴57处产生的转矩和车辆的行进方向上的加速度之间的关系。在图4所示的示例中，电动辅助自行车1在平坦道路上行驶，并且图中从左到右的方向被假设为车辆的行进方向x。

由于电动辅助自行车1的结构允许骑乘者将他/她的脚踩蹬并旋转踏板 55，因此骑乘者施加到踏板55的人力(踏板力)的大小根据踏板55的位置(即曲柄轴57的旋转角度)增大或减小。施加到踏板55的踏板力的增大或减小表现为曲柄轴57处产生的转矩的增大或减小。当转矩增大或减小时，使电动辅助自行车1行驶的动力增大或减小。因此，电动辅助自行车1的行进方向x上的加速度根据转矩的增大或减小而增大或减小。

图4的(a)示出了电动辅助自行车1的骑乘者放置他/她的脚的右踏板55R位于曲柄轴57正上方，而电动辅助自行车1的骑乘者放置他/她的脚的左踏板55L位于曲柄轴57的正下方的状态。此时，曲柄轴57的旋转角度设置为0度。在这种状态下，由人力在曲柄轴57处产生的转矩最小。与转矩相关联地，行进方向x上的加速度也最小。

从图4的(a)所示的状态开始，骑乘者踩在右踏板55R上，结果，曲柄轴57的旋转角度增大。随着曲柄轴57的旋转角度增大，由人力在曲柄轴57处产生的转矩逐渐增大。随着转矩逐渐增大，车辆的行进方向x 上的加速度也增大。

图4的(b)示出了右踏板55R位于曲柄轴57的水平方向的前方，而左踏板55L位于曲柄轴57的水平方向的后方的状态。此时，曲柄轴57的旋转角度设置为90度。当旋转角度为90度时，由人力在曲柄轴57处产生的转矩最大。与转矩相关联地，车辆的行进方向x上的加速度也最大。

从图4的(b)所示的状态开始，曲柄轴57的旋转角度进一步增大。随着曲柄轴57的旋转角度增大，由人力在曲柄轴57处产生的转矩逐渐减小。随着转矩逐渐减小，车辆的行进方向x上的加速度也减小。

图4的(c)示出了右踏板55R位于曲柄轴57的正下方，而左踏板 55L位于曲柄轴57的正上方的状态。此时，曲柄轴57的旋转角度设置为 180度。当旋转角度为180度时，由人力在曲柄轴57处产生的转矩最小。与转矩相关联地，车辆的行进方向x上的加速度也最小。

从图4的(c)所示的状态开始，骑乘者踩在左踏板55L上，结果，曲柄轴57的旋转角度进一步增大。随着曲柄轴57的旋转角度增大，由人力在曲柄轴57处产生的转矩逐渐增大。随着转矩逐渐增大，车辆的行进方向x上的加速度也增大。

图4的(d)示出了左踏板55L位于曲柄轴57的水平方向的前方，而右踏板55R位于曲柄轴57的水平方向的后方的状态。此时，曲柄轴57的旋转角度设置为270度。当旋转角度为270度时，由人力在曲柄轴57处产生的转矩最大。与转矩相关联地，车辆的行进方向x上的加速度也最大。

从图4的(d)所示的状态开始，曲柄轴57的旋转角度进一步增大。随着曲柄轴57的旋转角度增大，由人力在曲柄轴57处产生的转矩逐渐减小。随着转矩逐渐减小，车辆的行进方向x上的加速度也减小。

图4的(e)示出了右踏板55R位于曲柄轴57的正上方，而左踏板 55L位于曲柄轴57的正下方的状态。即，图4的(e)示出了曲柄轴57从图4的(a)所示的状态旋转一圈的状态。此时，曲柄轴57的旋转角度设置为0度。当旋转角度为0度时，由人力在曲柄轴57处产生的转矩最大。与转矩相关联地，车辆的行进方向x上的加速度也最大。

以这种方式，在曲柄轴57处产生的转矩根据曲柄轴57的旋转角度而增大或减小。在增大和减小的转矩中，交替出现脊和谷。与转矩的增大和减小同步地，车辆的行进方向x上的加速度增大和减小。与转矩的脊和谷出现的时刻同步地，在增大和减小的加速度中，交替出现脊和谷。

在转矩的彼此相邻的脊和谷之间的区域中，脊的峰表示区域中的转矩的最大值。转矩的谷的底部表示区域中的转矩的最小值。在本说明书中，彼此相邻的脊和谷之间的区域包括脊的峰和谷的底部。

在加速度的彼此相邻的脊和谷之间的区域中，脊的峰表示区域中的加速度的最大值。加速度的谷的底部表示区域中的加速度的最小值。与增大或减小的转矩的彼此相邻的脊和谷出现的时刻同步地，出现加速度的最大值和最小值。

骑乘电动辅助自行车1的骑乘者调整施加到踏板55的踏板力和踏板 55旋转的速度，以便以骑乘者所期望的加速感使电动辅助自行车1进行加速，从而以骑乘者所期望的速度使电动辅助自行车1行驶。在本说明书中，骑乘者通过图4中所示的周期性变化的转矩来踩踏电动辅助自行车1 的方式将被称为“特定踩踏方式”。

当骑乘者以特定踩踏方式在平坦道路上踩踏电动辅助自行车1时，骑乘者被认为期望使电动辅助自行车1以图4所示的周期性变化的加速度行驶。同时，电动辅助自行车1受到各种外部干扰的影响。因此，可能无法获得图4所示的周期性变化的加速度。例如，由电动辅助自行车1的行驶引起的逆风、气象学上产生的风和/或斜坡都是外部干扰的示例。

本发明人构想调整电动辅助自行车1的辅助力，使得当骑乘者以特定踩踏方式踩踏电动辅助自行车1时，骑乘者使电动辅助自行车1以图4所示的周期性变化的加速感行驶，而不管是否有任何外部干扰。本说明书中使用的“加速感”是指当使电动辅助自行车1以图4所示的周期性变化的加速度行驶时，通过行进方向上的速度的增大或减小而使骑乘者所感到的速度感。“加速感”与加速度传感器38检测到的加速度不同。如下所述，在斜坡上，加速度传感器38检测与倾斜相对应的加速度。因此，即使当电动辅助自行车1停止时，加速度传感器38也输出不为零的特定值。因此，即使电动辅助自行车1在平坦道路和斜坡上以完全相同的速度变化行驶，由加速度传感器38在平坦道路上检测到的加速度和由加速度传感器38在斜坡上检测到的加速度也彼此不匹配。然而，如果适当地调整辅助力，则在外部干扰的影响下行驶的骑乘者(例如，在斜坡上行驶的骑乘者)可以以与平坦道路上相同的加速感来踩踏电动辅助自行车1。“相同的加速感”也可被说成例如在特定时间段内的相同的平均时速。在本发明的实施例中，在平坦道路上行驶时和负载行驶时，允许骑乘者以相同的加速感来驾驶电动辅助自行车1。

在下文中，将参照图5A和图5B描述根据该实施例的电动辅助自行车 1的操作的概述。

图5A示出了在骑乘者经受作为负载的逆风的情况下电动辅助自行车 1的运动的示例。假设在特定时间点没有风，然后骑乘者在由平行于附图的上下方向的点线表示的时刻处经受逆风。

图5A的(a)示意性地示出了基于转矩信号获得的转矩值的波形。如从图5A的(a)中的波形所理解的，骑乘者以特定踩踏方式骑乘电动辅助自行车1。在该实施例中，控制装置70根据转矩信号来计算目标加速度，并确定要由电动马达53产生的辅助力的大小，使得目标加速度和当前加速度之间的偏差减小。

本发明人认为，由转矩信号表示的转矩值是直接表示骑乘者期望以何种加速度驾驶电动辅助自行车1的值，并设置定义转矩信号与目标加速度之间的对应关系的映射表或函数。映射表或函数可用于根据转矩值来唯一地确定目标加速度。

图5A的(b)示意性地示出了基于转矩计算的目标加速度的波形。通常，随着转矩值越小，目标加速度越小；而随着转矩值越大，目标加速度越大。目标加速度的值可以与转矩值同步地增大或减小。

图5A的(c)示意性地示出了车辆的行进方向x上的加速度。实线表示从加速度传感器38输出的加速度信号的波形，并且虚线表示目标加速度的波形。在下文中，例如，在时间t处的加速度的彼此相邻的脊和谷之间的差值将被称为“P-P(t)”。

将差值P-P(t)和差值P-P(t+1)相互比较。后者的加速度值在负向上具有较大的幅度。因此，在时间(t+1)处的加速度值和目标加速度值之间的偏差 En(t+1)相对较大。

在该实施例中，控制装置70确定要由电动马达53产生的辅助力的大小，使得偏差En(t+1)减小。术语“减小”是指例如“使成为0(零)”。

在电动辅助自行车1经受逆风之后，控制装置70产生更大的辅助力。结果，在时间(t+2)处，偏差En(t+2)收敛到大约0。这表示骑乘者经受逆风，但只要保持以相同的踏板力(转矩)踩踏电动辅助自行车1就可以维持相同的加速度。

图5B示出了在骑乘者从斜坡接收作为负载的、与倾斜表面相平行的向下的力的情况下电动辅助自行车1的运动的示例。假设电动辅助自行车 1在平坦道路上行驶直到特定时间点，然后在由平行于附图的上下方向的点线表示的时刻处，开始在斜坡上行驶。图5B的(b)和(c)分别示出了目标加速度和当前加速度。在图5B的(b)和(c)中的每一个中，电动辅助自行车1开始在斜坡上行驶之后的波形提供为通过高通滤波器将根据斜坡添加的加速度的低频分量进行去除的结果而获得的波形。下面将详细描述该处理。

图5B的(a)示意性地示出了基于转矩信号获得的转矩值的波形。如从图5B的(a)中的波形所理解的，骑乘者以特定踩踏方式在平坦道路上骑乘电动辅助自行车1，但是在斜坡开始之后立即以较大的踏板力踩踏电动辅助自行车1。这种踩踏方式很常见。其原因在于，在斜坡开始之前和之后，骑乘者预想到速度由于上行斜坡将降低，并且直觉上用力踩踏电动辅助自行车1。

图5B的(b)示意性地示出了基于转矩计算的目标加速度的波形。如以上关于图5A的(b)所述的，随着转矩值越小，目标加速度越小；而随着转矩值越大，目标加速度越大。可以理解的是，与斜坡刚开始不久后的较大踏板力同步地，计算出大于斜坡开始之前的目标加速度。

图5B的(c)示意性地示出了车辆的行进方向x上的加速度。实线表示从加速度传感器38输出的加速度信号的波形，并且虚线表示目标加速度的波形。

将差值P-P(t)和差值P-P(t+1)相互比较。后者的加速度值在负向上具有较大的幅度。因此，在时间(t+1)处的加速度值和目标加速度值之间的偏差 En(t+1)相对较大。

控制装置70确定要由电动马达53产生的辅助力的大小，使得偏差 En(t+1)减小。在该示例中，术语“减小”也是指例如“使成为0 (零)”。

当电动辅助自行车1开始在斜坡上行驶之后，控制装置70产生更大的辅助力。结果，差值P-P(t+2)小于差值P-P(t+1)。然而，差值P-P(t+2)未收敛于0。因此，控制装置70进一步确定要由电动马达53产生的辅助力的大小，使得时间(t+2)处的加速度值和目标加速度值的偏差En(t+2)减小。作为这种处理的结果，在时间(t+2)之后的关于电动辅助自行车1的偏差被转换为大约0。

当电动辅助自行车1在斜坡上前进时，电动马达53产生更大的辅助力。因此，骑乘者逐渐减小踏板力(转矩)，结果，使踏板力恢复到平坦道路上的水平。在斜坡上开始行驶之后，骑乘者可以在足够短的时间段内将踏板力(转矩)恢复到与平坦道路上的踏板力相同的踏板力水平，并且仍然可以获得与平坦道路上的加速感相同的加速感。

通过上述控制，当负载较重时，骑乘者无需用力踩踏电动辅助自行车 1，并且当负载较轻时，防止电动辅助自行车1由于过大的辅助力而飞出。即，不管该负载是重还是轻，只要保持以特定踩踏方式骑乘电动辅助自行车1，骑乘者可以获得与平坦道路上的加速感基本上相同的期望的加速感。

现在，将再次参照图2A描述控制装置70的内部结构，然后，将描述由控制装置70执行的操作。

如上所述，控制装置70包括计算电路71、平均化电路78和马达驱动电路79。在该实施例中，计算电路71将被描述为包括多个电路的集成电路，但是这样的结构就是一个示例。由一个或多个电路实现的处理可以通过使用一个信号处理器的软件处理来实现。

平均化电路78是数字滤波电路，其将从加速度传感器38输出的关于每个轴向方向上的检测信号平滑化。平均化电路78可以例如计算多个检测信号的移动平均，以使检测信号平滑化。可以使用另一种平滑化算法。在该实施例中，设置平均化电路78。然而，根据本发明，设置平均化电路 78并不是必不可少的。

计算电路71执行根据辅助模式等求出马达电流指令值的计算，执行基于该转矩来求出目标加速度的计算，执行求出用以减小目标加速度和当前加速度之间的偏差的马达转矩并且校正马达电流指令值使得产生所获得的马达转矩的计算、执行考虑诸如速度等条件对校正的马达指令值进行进一步校正的计算，并且输出控制信号。

在该实施例中，计算电路71包括执行多种类型处理的块。具体地，计算电路71包括目标加速度计算块72、高通滤波器73、马达电流指令值计算块74、马达电流指令值校正块75和76、以及存储块77。除了存储块 77之外的每一个块可以作为计算电路71中的计算核心来安装，或者可以作为子程序或计算机程序库安装。

目标加速度计算块72从转矩传感器41接收转矩信号，并且参照预先存储在下述存储块77中的加速度计算规则77a，以根据转矩信号来计算目标加速度。

图6示出了表示由人提供的踏板力(转矩信号)与目标加速度之间的关系的加速度计算规则77a的示例。如上所述，本发明人认为，一旦求出骑乘者的踏板力，就可以唯一地指定骑乘者所期望的加速度。因此，本发明人预先准备了以加速度计算规则77a的形式的、由人提供的踏板力(转矩信号)与目标加速度之间的对应关系，并且将加速度计算规则77a存储在存储块77上。目标加速度计算块72基于从转矩传感器41获得的踏板力，参照加速度计算规则77a来计算目标加速度。

在图6中，转矩信号和目标加速度之间的对应关系表示为非线性连续函数。这是一个示例。转矩信号和目标加速度之间的对应关系可以表示为线性连续函数，或者可以由一对一的方式将转矩信号的信号值与目标加速度相关联的映射表或表格来表示。

可以扩展图6中所示的示例。在任何辅助模式是可选的情况下，可以根据所选择的辅助模式选择不同的函数、映射表或表格。

图7示出了针对N个可选辅助模式中的每一个所定义的由人提供的踏板力(转矩信号)与目标加速度之间的关系。假设辅助比率在辅助模式1 中最低并且在辅助模式N中最高。在图7所示的示例中，对于相同的踏板力，随着辅助模式具有越高的辅助比率，目标加速度设置得越大。

图6和图7中的具体分布可以由电动辅助自行车1的设计者或制造者基于电动辅助自行车1的规格等适当地确定。换句话说，除非确定电动辅助自行车1的规格，否则无法确定图6和图7中的具体分布。其原因在于，即使具有相同的踏板力，加速性能也会根据例如附装至曲柄轴的每个链轮(未示出)和附装至后轮的链轮(未示出)的直径、齿数等显著变化。

马达电流指令值计算块74计算马达电流指令值，后续处理基于该马达电流指令值来执行。通常，要由电动马达53产生的转矩的大小与在电动马达53中流动的电流的电平成比例。一旦确定了在电动马达53中流动的电流的电平，则要生成的转矩的大小是唯一确定的。即，确定马达电流指令值就是确定要由电动马达53产生的转矩的大小。

首先，将一般性地描述用于计算马达电流指令值的方法，然后将对该方法进行详细地描述。马达电流指令值计算块74接收指定出由骑乘者使用操作面板60所选择的辅助模式的数据，并设置辅助模式。其原因在于，根据辅助模式，用于确定马达电流指令值的映射表或规则不同。马达电流指令值计算块74还接收表示由转矩传感器41检测到的踏板转矩的大小的值。踏板转矩的大小是能够用于确定辅助力的参数之一。马达电流指令值计算块74还从变速齿轮范围传感器48接收表示变速器的变速齿轮范围的数据。变速齿轮范围传感器48检测包含在动力传递机构31中的变速器的变速齿轮范围。由后轮26施加到地面的辅助力的大小根据变速齿轮范围的水平而变化。因此，变速齿轮范围传感器48的输出值也被认为是能够用于计算马达电流指令值的基本参数之一。马达电流指令值计算块74 还从速度传感器35接收速度数据。

马达电流指令值计算块74确定马达电流指令值，使得通过踏板力在后轮26的驱动轴处要产生的转矩与通过驱动马达53在后轮26的驱动轴处要产生的转矩之间的比率匹配辅助比率。“辅助比率”是由电动马达53 产生的辅助输出相对于由施加到踏板55的骑乘者的人力产生的曲柄旋转输出的比率。辅助比率也可以被称为“驱动辅助比率”。

马达电流指令值计算块74求出马达电流指令值，使得例如通过踏板力在后轮26的驱动轴处要产生的转矩和通过驱动马达53在后轮的驱动轴处要产生的转矩彼此相等(辅助比率为1：1)。可以通过使用例如预定义的“表示人力转矩和马达电流指令值之间的关系的表格”来求出马达电流指令值。在该处理中，马达电流指令值计算块74进一步考虑使电动马达 53的旋转进行减速的减速器的减速比率来计算马达电流指令值。例如，当减速比率为N时，马达电流指令值计算块74计算马达电流指令值，使得产生等于通过踏板力在后轮26的驱动轴处要产生的转矩的1/N的马达转矩。例如，当减速比率为2时，马达电流指令值计算块74计算马达电流指令值，使得产生等于通过踏板力在后轮26的驱动轴处要产生的转矩的1/2的马达转矩。

接着，马达电流指令值计算块74将马达电流指令值乘以与用户设置的辅助模式相对应的系数。例如，当辅助模式为“高”时，系数设置为 2，当辅助模式为“标准”时，系数设置为1，并且当辅助模式为“低”时，系数设置为0.8。通过这样的设置，马达电流指令值计算块74将马达电流指令值乘以与用户设置的辅助模式相对应的系数。

接着，马达电流指令值计算块74考虑车速来校正马达电流指令值。在例如车速低的情况下，马达电流指令值计算块74将马达电流指令值设置得相对较大。随着车速增大，马达电流指令值计算块74减小马达电流指令值。马达电流指令值计算块74以这种方式设置马达电流指令值，使得车辆启动时的辅助力增大，从而提升了驾驶感。

接着，马达电流指令值计算块74考虑变速齿轮范围来校正马达电流指令值。在例如当前变速齿轮范围低于或等于预定义变速齿轮范围的情况下，马达电流指令值计算块74可以将在电动马达53中流动的电流的电平设置得相对较低。通过这样的设置，可以抑制要由电动马达53产生的辅助力的大小，并且可以防止车辆的加速度变得过大。因此，提升了驾驶感。

马达电流指令值计算块74可以根据电动马达53的转速和车辆主体的行驶速度来计算变速齿轮范围。马达电流指令值计算块74通过使用马达旋转传感器46的输出信号和速度传感器35的输出信号来计算变速齿轮范围。在这种情况下，可以省略变速齿轮范围传感器48。

由马达电流指令值计算块74执行的处理的上述顺序仅是示例。可以以与上述不同的顺序执行处理。例如，马达电流指令值计算块74可以首先考虑变速齿轮范围来校正马达电流指令值，然后考虑车速来校正马达电流指令值。在该实施例中，提供变速齿轮范围传感器48不是必不可少的。马达电流指令值计算块74将马达电流指令值输出到马达电流指令值校正块75。

现在，将描述高通滤波器73。高通滤波器73是传输预定义频率的分量(例如，5hz以上的高频率分量)的数字滤波器。应注意，在模拟加速度信号输入到高通滤波器73的情况下，高通滤波器73是模拟滤波器。将简要描述以上提及的“5Hz”的根据。假设步调最大为200rpm，踏板每秒旋转3.3圈。即，踏板的旋转为3.3Hz。对该值取约1.5倍的余量，来确定值“5Hz”。该值不需要精确地为5Hz，并且可以由本领域普通技术人员适当地调整。

马达电流指令值校正块75接收由马达电流指令值计算块74计算的马达电流指令值，从目标加速度计算块72输出的目标加速度的值以及从高通滤波器73输出的加速度传感器38的值(检测到的加速度的值)。马达电流指令值校正块75校正马达电流指令值，使得检测到的加速度与目标加速度匹配。

校正方法的概述如下。

校正方法(a)：在检测到的加速度小于目标加速度的情况下，马达电流指令值校正块75通过校正来增大马达电流指令值。

校正方法(b)：在检测到的加速度维持在目标加速度的情况下，马达电流指令值校正块75维持马达电流指令值。

校正方法(c)：在检测到的加速度大于目标加速度的情况下，马达电流指令值校正块75通过校正减小马达电流指令值。

在该实施例中，PID控制被用作适合于上述校正方法的处理之一。马达电流指令值校正块75使用PID控制来计算要由电动马达53产生的马达转矩。接着，马达电流指令值校正块75确定产生计算的马达转矩所需的马达电流指令值，并且求出所确定的马达电流指令值与当前马达电流指令值之间的差值。差值可以是正值、0或负值。

将具体描述由马达电流指令值校正块75执行的处理。现在，驱动单元51的比例要素、微分要素和积分要素的反馈增益分别表示为Kp、Kd和 Ki。时间t处的当前偏差表示为e(t)。

马达电流指令值校正块75通过以下表达式确定与要由电动马达53产生的辅助力相对应的马达转矩Fm。

[表达式1]

右侧的第一项表示关于比例要素的计算(比例控制计算)。通常，比例控制计算用于使当前值平滑地接近目标值。随着偏差减小，即，随着当前值更接近目标值，基于比例控制计算的操作量减小。马达电流指令值校正块75确定与紧接在前的偏差成比例的大小的转矩。

右侧的第二项表示关于积分要素的计算(积分控制计算)。在上述比例控制计算中，随着当前值更接近目标值，操作量减小。因此，偏差仍然存在。积分控制计算用于进一步减小这种残余偏差。作为积分控制计算的结果，残余偏差随时间累积。当残余偏差达到一定大小时，可以增大操作量以进一步减小残余偏差。马达电流指令值校正块75确定与残余偏差的累积值成比例的大小的转矩。

右侧的第三项表示关于微分要素的计算(微分控制计算)。通常，微分控制计算用于提升在发生外部干扰时的响应性(响应速度)。当突然的外部干扰使紧接在前的偏差和当前偏差之间的差值增大时，根据该差值来增大操作量，以提升由外部干扰引起的跟随变化的能力。马达电流指令值校正块75确定与残余偏差的微分成比例的大小的转矩。

比例要素、微分要素和积分要素的反馈增益Kp、Kd和Ki可以根据电动马达53的性能、电动辅助自行车1的动力传递机构的规格等而变化。在设计控制系统时的模型中，电动辅助自行车1的规格例如与如何设置控制响应开始之前的浪费时间、时间常数和待收敛的稳态值密切相关。这也适用于如何设置反馈增益Kp、Kd和Ki。

在通过上述表达式1计算马达转矩Fm时，马达电流指令值校正块75 求出产生马达转矩Fm所需的马达电流指令值。马达转矩Fm和电流指令值之间的关系可以预先用作为表示电动马达53的性能的指标。马达电流指令值校正块75预先保持表示该关系的马达转矩-电流命令值对应表格。马达电流指令值校正块75参照该表格以求出为了产生通过表达式1获得的马达转矩Fm所需的电流指令值。然后，马达电流指令值校正块75校正电流指令值，使得当前电流指令值变成这样新求出的电流指令值。

上述表达式1的左侧表示马达转矩Fm。或者，可以直接求出电流指令值。在这种情况下，表达式1右侧的反馈增益Kp、Kd和Ki可以改变为考虑以上提及的马达转矩-电流指令值对应表格的内容而获得的值。用于根据关于残余偏差的比例项、积分项和微分项来求出电流指令值的反馈增益将分别表示为Kp'、Kd'和Ki'。马达电流指令值校正块75可以通过以下表达式2确定要由电动马达53产生的电流指令值Im(t)。

[表达式2]

是否通过使用马达转矩-电流指令值对应表格而根据马达转矩Fm求出电流指令值，或者通过改变反馈增益而直接根据表达式1求出电流指令值是设计的问题。可以采用任一种方法。

马达电流指令值校正块75将马达电流指令值输出到马达电流指令值校正块76。

现在，将描述马达电流指令值校正块76。马达电流指令值校正块76 还校正由马达电流指令值校正块75校正的马达电流指令值。校正的目的是根据车速逐渐减小马达转矩并且提升考虑曲柄旋转的骑乘感。在下文中，将具体地进行描述。

马达电流指令值校正块76根据车速校正马达电流指令值。在日本，存在这样的规定：当车速为预定值以上(例如，每小时10km以上)时，应当减小辅助比率的上限。当车速为每小时10km以上时，辅助比率的上限逐渐减小。当车速为每小时24km以上时，辅助比率为1：0，即辅助输出为零。马达电流指令值校正块76通过使用例如预定义的“表示车速与递减比率之间的关系的表格”来确定这样的递减比率。马达电流指令值乘以递减比率，使得要由电动马达53产生的转矩逐渐减小。递减比率的变化可以是直线性的或曲线性的。

马达电流指令值校正块76还根据曲柄轴57的转速校正马达电流指令值。例如，当电动辅助自行车1在停止之前立即低速行驶时，驾驶感根据辅助力的产生何时停止而变化。例如，存在这样的情况：即使踏板力基本上为零，通过连续产生轻微的辅助力也可以提升驾驶感。在这种情况下，可以参照曲柄轴57的转速，使得检查骑乘者是否意图驾驶。当曲柄轴57 移动时，即，当骑乘者踩踏时产生辅助力；并且当曲柄轴57停止时停止产生辅助力。以这种方式，提升了驾驶感。

马达电流指令值校正块76将马达电流指令值输出到马达驱动电路 79。马达驱动电路79向电动马达53提供与马达电流指令值相对应的电平的电流。

将具体描述由马达驱动电路79执行的处理。

由马达驱动电路79接收的马达电流指令值表示实际在电动马达53中流动的电流的电平。认为，马达电流指令值表示目标马达电流值。马达驱动电路79监视和控制电流量，使得由目标马达电流值表示的电平的电流流动。优选地，在该处理中执行的控制是反馈控制。在该实施例中，马达驱动电路79执行PID控制作为反馈控制。PID控制是由以上所示的表达式 1所表示的众所周知的控制方法。因此，将不描述该处理的细节。只要可以控制实际流动的电流的电平以匹配马达电流指令值，马达驱动电路79 可以使用任何控制方法。

驱动单元51包括电流传感器47，以便监视电流。电流传感器47检测在电动马达53中流动的电流的值，并将该值输出到马达驱动电路79。马达驱动电路79使用电流传感器47的输出信号来执行反馈控制。

图2A中所示的电动马达53为包括三相(U相、V相和W相)线圈的三相马达。电动马达53例如是无刷DC马达。

在图2A所示的示例中，电流传感器47检测在三相(U相、V相和W 相)的每个线圈中流动的电流。由于以下原因，电流传感器47可以检测仅在两相的每个线圈中流动的电流，以代替在三相的每个线圈中流动的电流。在三相通电控制中，在三相线圈中流动的电流值的总和理论上为零；并且该关系可以用于根据在两相线圈中流动的电流值来求出在剩余的相的线圈中流动的电流的值。以这种方式，可以获取在三相中的每个线圈中流动的电流的值。在U、V和W线圈中，相位相互偏移120度的正弦波形的电流流动。“电流值”通常是指波形的振幅，并且可以表示为电流的最大值和最小值之间的差值P-P(Peak to Peak)。根据电流的实际测量值计算差值P-P的方法是众所周知的。马达驱动电路79可以将由电流传感器47 检测的两个电流的实际测量值代入预定的计算表达式，以求出差值P-P。

存储块77是设置在计算电路71中的存储装置。存储块77的示例是为非易失性存储器的ROM或闪存、为易失性存储器的RAM、缓冲器或寄存器。存储块77将数据存储在上述加速度计算规则77a中。

通过上述处理，计算电路71可以以减小加速度偏差的辅助比率使电动马达58旋转。

现在，将详细描述由驱动单元51中的控制装置70执行的处理。

图8是示出由控制装置70执行的过程的流程图。

在步骤S10中，控制装置70判定自动辅助模式切换是否有效。只有当自动辅助模式切换有效时，控制装置70才使过程前进到下一步骤，即步骤S11。在步骤S10中判定结果为“否”的情况下执行的处理是在假设骑乘者将辅助模式固定的情况下来设置的。在这种情况下，不需要违背骑乘者的意图来操作电动辅助自行车1。自动辅助模式切换有效的模式和自动辅助模式切换无效的模式可以通过硬件按钮或软件处理彼此切换。在后一种情况下，可以通过按下并按住电源按钮65来判定电动辅助自行车1 是否处于禁止辅助模式切换的锁定模式。代替或除了判定自动辅助模式切换是否有效之外，控制装置70可以设置为使得在允许根据下述加速度的偏差来调整辅助力的模式和不允许调整辅助力的模式可以互相切换。这些模式也可以通过硬件按钮或软件处理彼此切换。

在步骤S11中，平均化电路78从加速度传感器38接收加速度信号。平均化电路78使加速度信号平滑化并将得到的信号输出至高通滤波器 73。高通滤波器73传输来自平滑化的加速度信号的预定义频率以上的高频分量，以去除比预定义频率低的频率的频率分量。在没有设置平均化电路78的情况下，从加速度传感器38输出的加速度信号可以在不对加速度信号进行处理的情况下输入至高通滤波器73。

在步骤S12中，目标加速度计算块72接收从转矩传感器41输出的转矩信号，并参照存储在存储块77上的加速度计算规则77a，根据转矩信号的值来计算目标加速度。在加速度计算规则77a包括例如可以根据图7所示的辅助模式而变化的多个函数的情况下，目标加速度计算块72从操作面板60接收表示当前选择的辅助模式的信息。

在步骤S13中，马达电流指令值计算块74基于所选择的辅助模式、踏板转矩和变速齿轮范围来计算马达电流指令值。

在步骤S14中，马达电流指令值校正块75使用上述表达式1来计算马达转矩Fm(t)。马达电流指令值校正块75还参照预先准备的马达转矩-电流指令值对应表格来求出产生马达转矩所需的电流指令值。马达电流指令值校正块75使用所获得的电流指令值来校正马达电流指令值。

在步骤S15中，马达电流指令值校正块76还基于车速和曲柄旋转来校正由马达电流指令值校正块75校正的电流指令值。

由马达电流指令值校正块76进一步校正的电流指令值被传输到马达驱动电路79，并且马达驱动电路79使电流在电动马达53中流动。结果，旋转马达53旋转以产生上面求出的马达转矩Fm(t)。

现在，参照图9和图10，将具体描述在上述处理期间的各种信号的波形。在图9和图10的每一者中，横轴表示时间。时间在附图中的从左到右的方向上流逝。

图9示出了当骑乘者以特定踩踏方式踩踏电动辅助自行车1时发生负载变化时的各种信号的波形。假设负载变化是由电动辅助自行车1在平坦道路上行驶时发生的逆风引起的。图9中所示的情况对应于参照以上的图 5A。

在图9(a)中，纵轴表示由电动辅助自行车1及其骑乘者接收的负载的大小。在图9(b)中，纵轴表示车辆的行进方向上的车速。在状态C12 及其后，图9(b)示出了在不执行根据本实施例的处理的情况下的车速。在图9(c)中，纵轴表示从加速度传感器38输出的x轴方向上的加速度信号Gx。在状态C12及其后，图9(c)示出了在不执行根据本实施例的控制的情况下的x轴方向上的车辆加速度信号Gx的波形。

在图9(d)中，纵轴表示从曲柄旋转传感器42输出的转矩信号。在图9(e)中，纵轴表示根据转矩信号求出的车辆的行进方向上的目标加速度(实线)。在图9(f)中，纵轴表示在执行根据该实施例的控制的情况下的车辆的行进方向上的车速(实线)。作为参考，图9(e)和图9(f) 还用虚线分别示出了在不执行根据本实施例的控制的情况下x轴方向上的实际加速度信号Gx的波形和车速的波形。

在状态C10中，电动辅助自行车1停止在平坦道路上。从该状态开始，骑乘者踩到踏板55上以启动电动辅助自行车1。在启动时，骑乘者用力踩在踏板55上，因此，在曲柄轴57处产生的转矩较大(图9(d))并且车辆加速度也较大(图9(c))。然后，随着速度增大，骑乘者减小踏板力，并且在曲柄轴57处产生的转矩的峰逐渐减小(图9(d))。在步骤C11及其后，骑乘者确定电动辅助自行车1已达到他/她所期望的速度，并开始以特定踩踏方式使踏板55旋转。结果，在状态C11及其后，转矩信号周期性地变化(图9(d))。

如图9(e)所示，在该示例中，在状态C10和状态C11之间求出目标加速度。这不是必不可少的。仅需要在骑乘者以特定踩踏方式开始踩踏电动辅助自行车1之后，即在状态C11或其后，计算目标加速度。状态 C10和状态C11之间的目标加速度由与图6所示的加速度计算规则77a不同的规则定义。该规则与本发明没有直接相关，因此不再描述。

在状态C11和状态C12之间，骑乘者以特定踩踏方式踩踏电动辅助自行车1(图9(d))。车速保持不变(图9(b)、图9(f))，并且车辆的加速度周期性地变化(图9(c))。

假设状态C12是发生逆风的状态(图9(a))。通常，在骑乘者以相同的踏板力抵抗逆风持续踩踏电动辅助自行车的情况下，加速度波形的谷进一步下降(图9(c))并且车速降低(图9(b))。

然而，在状态C12及其后，目标加速度计算块72基于通过特定踩踏方式产生的踏板力来设置与状态C11和C12之间的目标加速度相等的目标加速度。马达电流指令值校正块75增大要由电动马达53产生的辅助力，使得在状态C12及其后获得由图9(e)中的实线表示的加速度，而非由虚线表示的加速度。利用这种布置，即使在状态C12及其后的骑乘者的踏板力等于状态C11和C12之间的骑乘者的踏板力，车速也不会降低。即使逆风发生，骑乘者也可以通过以特定踩踏方式踩踏来维持车速。即，不管是否存在逆风，骑乘者都可以以相同的加速感驾驶电动辅助自行车1。

图10示出了当骑乘者踩踏电动辅助自行车1时发生负载变化时的各种信号的波形。假设负载变化是当平坦道路变为斜坡时引起的。图10中所示的情况对应于参考以上的图5B。

在图10(a)至图10(h)的每一个中，横轴表示时间。在图10(a) 中，纵轴表示由电动辅助自行车1及其骑乘者接收的负载的大小。在图10 (b)中，纵轴表示车辆的行进方向上的车速。在状态C12及其后，图10 (b)示出了在不执行根据本实施例的处理的情况下的车速。在图10(c) 中，纵轴表示从加速度传感器38输出的x轴方向上的加速度信号Gx。在状态C12及其后，图10(c)示出了在不执行根据本实施例的控制的情况下x轴方向上的车辆加速度信号Gx的波形。在图10(d)中，纵轴表示由高通滤波器73将低频分量去除的加速度信号。

在图10(e)中，纵轴表示在不执行根据本实施例的处理的情况下从曲柄旋转传感器42输出的转矩信号。相反，在图10(f)中，纵轴表示在执行根据本实施例的处理的情况下从曲柄旋转传感器42输出的转矩信号。在图10(g)中，纵轴表示根据图10(f)所示的转矩信号求出的目标加速度(实线)。应注意，该目标加速度不包括由斜坡引起的信号分量，并且被添加至加速度传感器38的输出。在图10(h)中，纵轴表示在执行根据本实施例的控制的情况下的车速(实线)。作为参照，图10(h)还用虚线示出了在不执行根据本实施例的控制的情况下x轴方向上的车速的波形。

现在，参照图11A和图11B，将描述加速度信号和倾斜之间的关系。

图11A是电动辅助自行车1在平坦道路上的静负载相关图。图11B是电动辅助自行车1在具有倾斜角θ的斜坡上的静负载相关图。在图11A和图11B中，电动辅助自行车1的质量用“M”表示，重力加速度用“G”表示，X轴方向上的加速度Gz用“α”表示，并且倾斜角用“θ₀”表示。

将参照图11A。在电动辅助自行车1是存在于其重心位置的质点的情况下，重力M·G沿竖直向下的方向施加到电动辅助自行车1。加速度传感器38始终受到重力的影响。因此，在电动辅助自行车1静止的状态下，加速度传感器38检测作用在竖直向下方向(例如，Z轴方向的负方向)上的重力加速度G.

在电动辅助自行车1静止的状态下，电动辅助自行车1接收来自地面的竖直向上方向上的阻力M·G，该阻力抵消竖直向下方向上的重力M·G。电动辅助自行车1处于抵抗重力的静止状态，因此，电动辅助自行车1在将重力加速度抵消的向上方向上加速。即，加速度传感器38检测竖直向上方向(Z轴方向的正方向)上的加速度G。

在图11B中情况是相同的。在斜坡上静止的状态下，电动辅助自行车 1抵抗重力在斜坡下行方向上的分量(抵抗M·G·sinθ₀)而静止。在斜坡下行方向为负的情况下，此状态下的加速度为-G·sinθ₀。在斜坡上静止的电动辅助自行车1在斜坡上行方向上以G·sinθ₀的大小加速，以抵消斜坡下行方向上的加速度(以抵消G·sinθ₀)。即，加速度为+G·sinθ₀。即使当电动辅助自行车1开始在斜坡上行方向上行驶之后，加速度+G·sinθ₀也不断地重叠。

将再次参照图10。

如图10(c)所示，加速度信号Gx包括状态C12及其后的特定偏移。其原因在于上述+G·sinθ₀的加速度是重叠的。高通滤波器73去除重叠的偏移分量+G·sinθ₀。马达电流指令值校正块75求出从高通滤波器73输出的加速度信号(图10(d))与根据转矩信号求出的车辆的行进方向上的目标加速度(图10(g))之间的偏差。马达电流指令值校正块75调整要由电动马达53产生的马达转矩(辅助力)，使得偏差减小。在下文中，将具体地进行描述。

首先，状态C10至C12与上面参照图9描述的状态C10至C12相同，因此将不再描述。在状态C11和C12之间，骑乘者以特定踩踏方式踩踏电动辅助自行车1(图10(d))。车速恒定(图10(b)、图10 (f))并且车辆加速度周期性地变化(图10(c))。

状态C12是平坦道路变为斜坡的状态(图10(a))。通常，在骑乘者以相同的踏板力在斜坡上持续踩踏电动辅助自行车的情况下，加速度波形的谷进一步下降(图10(c))并且车速降低(图10(b))。

当电动辅助自行车1开始在斜坡上行驶时，骑乘者直觉上会增大踏板力。由于转矩信号在图19(f)中的状态C12之后立即增大，然后逐渐减小，因此这是可以理解的。

目标加速度计算块72基于踏板力(转矩信号)来计算目标加速度。马达电流指令值计算块74基于所选择的辅助模式、踏板转矩和变速齿轮范围来计算马达电流指令值。

马达电流指令值校正块75求出由目标加速度计算块72计算的目标加速度与从高通滤波器73输出的当前加速度之间的偏差。马达电流指令值校正块75使用由以上所示的表达式1表示的处理来确定要由电动马达53 产生的马达转矩的大小，使得所获得的偏差减小。确定的马达转矩大于当电动辅助自行车1在平坦道路上行驶时的马达转矩。校正马达电流指令值，使得产生这样的转矩，并且通过马达电流指令值校正块76来进一步校正马达电流指令值。通过这样的布置，即使状态C12及其后的骑乘者的踏板力等于状态C11和C12之间的骑乘者的踏板力，也会维持车速(图 10(h))。即使在上行斜坡时，骑乘者也可以通过以特定踩踏方式踩踏来维持车速。即，不管是否存在斜坡，骑乘者都可以以相同的加速感驾驶电动辅助自行车1。

图12示出了在高通滤波器73未去除低频分量的情况下作为目标的加速度信号(实线)。图12还示出了在不执行根据本实施例的处理的情况下的加速度信号(虚线)。

在上述处理中，使用由高通滤波器73将低频分量去除的加速度信号。然而，即使在目标加速度值被设置为由图12中的实线表示的情况下，结果也是相同的。不管电动辅助自行车1是否在斜坡上行驶，高通滤波器73的使用都实现了与发生逆风等的情况相同的处理。

在上文中，马达电流指令值校正块75被描述为通过使用表达式1来确定马达转矩。在另一示例中，马达电流指令值校正块75可以根据加速度的偏差En的大小来确定马达转矩。

图13示出了根据加速度的偏差的大小的马达转矩。根据该表格，可以根据加速度的偏差En的值来确定马达转矩Fm。更具体地说，当En<0 时，马达转矩Fm＝0，当0≤En<E1时，Fm＝Fm1，当E1≤En<E2时， Fm＝Fm2时，……，当E(i-1)≤En<E(i)时，Fm＝Fmi。

用于确定马达转矩的上述两种方法是示例并且并不限制本发明。

在上述示例中，当存在逆风并且当电动辅助自行车1沿着斜坡上行时，控制装置70增大要由电动马达53产生的辅助力。相反，在当顺风时或者当电动辅助自行车1沿着斜坡下行时骑乘者以较小的转矩使踏板55 旋转的情况下，目标加速度减小。因此，控制装置70的马达电流指令值校正块75减小要由电动马达53产生的辅助力。上述处理适用于施加到电动辅助自行车1及其骑乘者的负载减小的情况，以及对电动辅助自行车1 及其骑乘者施加重负载的情况。

已经描述了本发明的一些实施例。以上对实施例的描述提供了本发明的示意性示例，但不限制本发明。可以提供对上述实施例中描述的元件进行适当地组合的实施例。例如，可以在本发明的权利要求及其等同物的范围内修改、替换、添加或删除这些元件。

如上所述，根据本发明的示意性电动辅助系统(驱动单元51)能够用于包括踏板55的电动辅助车辆(电动辅助自行车1)。电动辅助系统包括：曲柄轴57，其能够通过施加到踏板的骑乘者的人力而旋转；转矩传感器41，其根据在曲柄轴处产生的转矩的大小来输出转矩信号；电动马达 53，其产生对骑乘者的人力进行辅助的辅助力；加速度传感器38，其根据电动辅助车辆的行进方向上的当前加速度来输出加速度信号；和控制装置 70，其接收转矩信号和加速度信号，并且确定要由电动马达产生的辅助力的大小。控制装置基于预先准备的规则根据转矩信号来计算目标加速度，并且确定要由电动马达产生的辅助力的大小，使得目标加速度和当前加速度之间的偏差减小。

由于自行车的结构允许骑乘者将他/她的脚踩在踏板上并旋转踏板，因此施加到踏板的骑乘者的人力的大小根据骑乘者旋转踏板时踏板的位置而变化。因此，电动辅助自行车的行进方向上的加速度根据骑乘者旋转踏板时踏板的位置而变化。电动辅助系统改变要由电动马达产生的辅助力的大小，使得根据骑乘者的踏板力求出的目标加速度与车辆的当前加速度之间的偏差减小。即使在行驶期间施加负载时，骑乘者的踏板力也被认为表示骑乘者所期望的加速感。因此，基于踏板力设置目标加速度，并且控制车辆的当前加速度更接近目标加速度。利用这种布置，骑乘者可以根据行驶期间的负载以适当大小的辅助力使电动辅助车辆行驶。

在实施例中，控制装置70执行PID控制以确定要由电动马达53产生的辅助力的大小，从而减小偏差。

在实施例中，当前时间t处的当前偏差表示为e (t)，并且辅助力控制系统的比例要素、微分要素和积分要素的反馈增益分别表示为Kp、Kd和 Ki，控制装置70可以通过以下表达式确定与要由电动马达53产生的辅助力相对应的马达转矩Fm：

[表达式1]

在实施例中，控制装置70可以确定要由电动马达53产生的辅助力的大小，使得偏差更接近0。

在任何上述实施例中，可以提升使加速度更接近目标加速度的能力。

在实施例中，控制装置70预先存储表格，并且参照表格来确定产生马达转矩所需的电流的指令值，该表格使在电动马达53中流动的电流的指令值与对应于要由电动马达产生的辅助力的马达转矩的大小彼此相关联。

在实施例中，控制装置70针对偏差的大小的每个范围预先存储表格，并且参照表格来确定产生马达转矩所需的电流的指令值，该表格使在电动马达53中流动的电流的指令值与马达转矩的大小彼此相关联。

在实施例中，当前时间t处的当前偏差表示为e (t)，并且能够用于根据关于残余偏差的比例项、积分项和微分项来求出电流的指令值的反馈增益分别表示为Kp'、Kd'和Ki'，控制装置70通过以下表达式来确定在电动马达中流动的电流的指令值Im：

[表达式2]

在实施例中，控制装置70包括保持预先准备的规则的存储装置77。

在实施例中，该规则可以是定义转矩信号和目标加速度之间的对应关系的映射表或函数。

在实施例中，该函数可以是非线性函数或线性函数。

在实施例中，控制装置70包括高通滤波器73，该高通滤波器传输包含在所接收的加速度信号中的预定义频率以上的高频分量。

在实施例中，控制装置70包括传输5Hz或更高的高频分量的高通滤波器73。

可以设置高通滤波器73，使得适当地提取通过骑乘者旋转踏板55而产生的加速度。

在实施例中，在骑乘者旋转踏板55以使曲柄轴57旋转一圈的时间段期间，转矩传感器41和加速度传感器38分别多次或连续地输出转矩信号和加速度信号，并且控制装置70多次或在时间上连续地确定要由电动马达53产生的辅助力的大小。

在实施例中，在骑乘者旋转踏板55以使曲柄轴57旋转一圈的时间段期间，转矩信号根据与骑乘者旋转踏板的操作相关联的曲柄轴的旋转而变化，加速度信号根据骑乘者旋转踏板的操作和施加到电动辅助车辆(电动辅助自行车1)的外部干扰而变化，并且控制装置70在预定义时刻处根据转矩信号来计算目标加速度，根据加速度信号来计算加速度，并确定要由电动马达53产生的辅助力的大小。

在实施例中，电动辅助系统(驱动单元51)还包括马达驱动电路 79，马达驱动电路向电动马达输出具有根据指令值而被控制的幅度、频率和流动方向中的至少一个的电流。控制装置70向马达驱动电路79输出能够用于使与所确定的辅助力的大小相对应的电流流动的指令值。利用这种布置，可以产生适当大小的辅助力，使得根据行驶期间的踏板力来获得目标加速度。

根据本发明的示意性实施例的电动辅助车辆(电动辅助自行车1)包括上述电动辅助系统(驱动单元51)。在实施例中，电动辅助车辆包括前轮25和后轮26；和动力传递机构31，其将骑乘者的人力和辅助力传递至后轮。包括根据本发明的示意性实施例的电动辅助系统的电动辅助车辆可以产生适当大小的辅助力，使得根据行驶期间的踏板力获得目标加速度。

工业实用性

本发明尤其用于包括加速度传感器并且由辅助力所辅助的人力而驱动的车辆。

附图标记列表

1：电动辅助自行车；5：下管；6：托架；7：链撑；8：制动器；9：制动器；11：车体框架；12：头管；13：把手杆；14：把手；15：前叉； 16：座管；17：座杆；18：挡泥板；19：座撑；21：前篮；22：头灯；23：尾灯；24：载物台；25：前轮；26：后轮；27：鞍座；28：链条； 29：支架；31：动力传递机构；35：速度传感器；38：加速度传感器； 41：转矩传感器；42：曲柄旋转传感器；46：马达旋转传感器；51：驱动单元；53：电动马达；54：曲柄臂；55：踏板；56：电池；57：曲柄轴； 60：操作面板；61：显示面板；62：辅助模式操作开关；63：扬声器； 64：灯；65：电源开关；70：控制装置；71：计算电路；72：目标加速度计算块；73：高通滤波器；74：马达电流指令值计算块；75：(第一)马达电流指令值校正块；76：(第二)马达电流指令值校正块；77：存储装置；78：平均化电路；79：马达驱动电路

Claims (17)

1.一种电动辅助系统，其能够用于包括踏板的电动辅助车辆，所述电动辅助系统包括：

曲柄轴，其能够通过施加至所述踏板的骑乘者的人力而旋转；

转矩传感器，其根据在所述曲柄轴处产生的转矩的大小来输出转矩信号；

电动马达，其产生对所述骑乘者的人力进行辅助的辅助力；

加速度传感器，其根据所述电动辅助车辆的行进方向上的当前加速度来输出加速度信号；

速度传感器，其检测所述电动辅助车辆的车速；

变速齿轮范围传感器，其检测变速器的变速齿轮范围；和

控制装置，其接收所述转矩信号和所述加速度信号，并且确定要由所述电动马达产生的辅助力的大小，

其中，所述控制装置基于预先准备的规则根据所述转矩信号来计算目标加速度，基于指定所述骑乘者当前选择的辅助模式的数据、表示由所述转矩传感器检测到的踏板转矩的大小的数据以及表示所述变速齿轮范围的数据来计算马达电流指令值，通过执行PID控制并且基于所述车速、所述曲柄轴处产生的转矩和表示所述变速齿轮范围的数据中的至少一者来校正所述马达电流指令值，并且确定要由所述电动马达产生的、与校正后的马达电流指令值相对应的辅助力的大小，使得所述目标加速度和所述当前加速度之间的偏差减小。

2.根据权利要求1所述的电动辅助系统，其中，所述控制装置执行PID控制，以确定要由所述电动马达产生的辅助力的大小，从而减小所述偏差。

3.根据权利要求2所述的电动辅助系统，其中，当前时间t处的当前偏差表示为e (t)，并且辅助力控制系统的比例要素、微分要素和积分要素的反馈增益分别为表示为Kp、Kd和Ki，

所述控制装置通过以下表达式来确定与要由所述电动马达产生的辅助力相对应的马达转矩Fm：

[表达式1]

4.根据权利要求1所述的电动辅助系统，其中，所述控制装置确定要由所述电动马达产生的辅助力的大小，使得所述偏差更接近0。

5.根据权利要求1所述的电动辅助系统，其中，所述控制装置预先存储表格，并且参照所述表格来确定产生马达转矩所需的电流的指令值，所述表格使在所述电动马达中流动的电流的指令值与对应于要由所述电动马达产生的辅助力的所述马达转矩的大小彼此相关联。

6.根据权利要求4所述的电动辅助系统，其中，所述控制装置针对所述偏差的大小的每个范围预先存储表格，并且参照所述表格来确定产生马达转矩所需的电流的指令值，所述表格使在所述电动马达中流动的电流的指令值与所述马达转矩的大小彼此相关联。

7.根据权利要求2所述的电动辅助系统，其中，当前时间t处的当前偏差表示为e (t)，并且能够用于根据关于残余偏差的比例项、积分项和微分项来求出电流的指令值的反馈增益分别表示为Kp'、Kd'和Ki'，

所述控制装置通过以下表达式来确定在所述电动马达中流动的电流的指令值Im：

[表达式2]

8.根据权利要求1所述的电动辅助系统，其中，所述控制装置包括保持预先准备的所述规则的存储装置。

9.根据权利要求8所述的电动辅助系统，其中，所述规则是定义所述转矩信号和所述目标加速度之间的对应关系的映射表或函数。

10.根据权利要求9所述的电动辅助系统，其中，所述函数是非线性函数或线性函数。

11.根据权利要求1所述的电动辅助系统，其中，所述控制装置包括高通滤波器，所述高通滤波器传输包含在所接收的所述加速度信号中的预定义频率以上的高频分量。

12.根据权利要求11所述的电动辅助系统，其中，所述控制装置包括传输5Hz以上的高频分量的高通滤波器。

13.根据权利要求1所述的电动辅助系统，其中，在所述骑乘者旋转所述踏板以使所述曲柄轴旋转一圈的时间段期间，

所述转矩传感器和所述加速度传感器分别多次或连续地输出转矩信号和加速度信号，并且

所述控制装置多次或在时间上连续地确定要由所述电动马达产生的辅助力的大小。

14.根据权利要求13所述的电动辅助系统，其中，在所述骑乘者旋转所述踏板以使所述曲柄轴旋转一圈的时间段期间，

所述转矩信号根据与所述骑乘者旋转所述踏板的操作相关联的所述曲柄轴的旋转而变化，

所述加速度信号根据所述骑乘者旋转所述踏板的操作和施加到所述电动辅助车辆的外部干扰而变化，并且

所述控制装置在预定义时刻处根据所述转矩信号来计算所述目标加速度，根据所述加速度信号来计算加速度，并确定要由所述电动马达产生的辅助力的大小。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的电动辅助系统，还包括马达驱动电路，所述马达驱动电路向所述电动马达输出具有根据指令值而被控制的幅度、频率和流动方向中的至少一个的电流，

其中，所述控制装置向所述马达驱动电路输出能够用于使与所确定的辅助力的大小相对应的电流流动的指令值。

16.一种电动辅助车辆，其包括根据权利要求1至15中任一项所述的电动辅助系统。

17.根据权利要求16所述的电动辅助车辆，还包括：

前轮和后轮；和

动力传递机构，其将骑乘者的人力和辅助力传递至所述后轮。

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