特開 2022-74183 電動アシスト・キックスケーター及びトルク制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022074183

(43)【公開日】2022-05-18

(54)【発明の名称】電動アシスト・キックスケーター及びトルク制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   B62K 17/00 20060101AFI20220511BHJP

   B62J 45/41 20200101ALI20220511BHJP

   B62M 6/45 20100101ALI20220511BHJP

   A63C 17/12 20060101ALI20220511BHJP

   A63C 17/01 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

B62K17/00

B62J45/41

B62M6/45

A63C17/12

A63C17/01

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020184014

(22)【出願日】2020-11-03

(71)【出願人】

【識別番号】320012691

【氏名又は名称】リッパーモーターカンパニー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126675

【弁理士】

【氏名又は名称】福本 将彦

(72)【発明者】

【氏名】玉城 俊徳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 幹久

(72)【発明者】

【氏名】玉城 俊彦

【テーマコード（参考）】

3D212

【Ｆターム（参考）】

3D212BB08

3D212BB13

3D212BB24

3D212BB44

3D212BB53

3D212BB63

3D212BB72

3D212BB85

(57)【要約】

【課題】 搭乗者の蹴りの力に応じたアシスト力が得られる電動アシスト型のキックスケーターを提供する。
【解決手段】 本開示による電動アシスト・キックスケーター１０１は、車輪７を駆動する電動モータ３と、車体１の積載重量ｗを検知する重量センサと、電動モータ３のトルクを制御するトルク制御装置２１と、を備えている。トルク制御装置２１は、電動モータ３のトルクτ、電動モータ３の回転角θ、及び検知される積載重量ｗに基づいて、搭乗者９０の蹴りにより車体に付与される前進方向の力Ｆを算出し、算出された前進方向の力Ｆに応じた前進方向のアシスト力を車体１に付与するように、電動モータ３のトルクτを制御する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪を駆動する電動モータと、
車体の積載重量を検知する重量センサと、
前記電動モータのトルクを制御するトルク制御装置と、を備え、
前記トルク制御装置は、前記電動モータのトルク、前記電動モータの回転角、及び検知される前記積載重量に基づいて、搭乗者の蹴りにより前記車体に付与される前進方向の力を算出し、算出された前記前進方向の力に応じた前進方向のアシスト力を前記車体に付与するように、前記電動モータのトルクを制御する、電動アシスト・キックスケーター。

【請求項2】

前記トルク制御装置は、
前記電動モータの通電電流から、前記電動モータが出力するトルクを算出するモータトルク算出部と、
前記電動モータの回転角から、前記車体の前進方向の加速度を算出する加速度算出部と、
前記電動モータが前記トルクを出力しないときに、前記加速度が所定の第１の基準を満たすと、搭乗者による蹴りがあったものと判断し、蹴りにより前記車体に付与される前記前進方向の力を、前記電動モータのトルクに換算した人力トルクを算出する、人力トルク算出部と、
前記蹴りがあったものと判断された後に、前記加速度が所定の第２の基準を満たすと、搭乗者による蹴りが無くなったものと判断し、算出された前記人力トルクに応じたトルクを、所定時間にわたって出力するように、前記電動モータを駆動するモータ駆動部と、
前記搭乗者による蹴りが無くなったものと判断された後、かつ新たな蹴りがあったものと判断される前に、前記車体に加わる後退方向の力である後退力を算出する、後退力算出部と、を備え、
前記人力トルク算出部は、前記前進方向の力を、検知される前記積載重量、算出される前記加速度、及び算出される前記後退力に基づいて算出し、
前記後退力算出部は、前記後退力を、検知される前記積載重量、算出される前記加速度、及び算出される前記モータトルクに基づいて算出する、請求項１に記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項3】

前記モータ駆動部は、算出された前記人力トルクの定数倍を最大トルクとして設定し、前記所定時間にわたって、前記最大トルク以内の大きさのトルクを出力するように、前記電動モータを駆動する、請求項２に記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項4】

前記トルク制御装置は、前記電動モータの回転角から、前記車体の前進方向の速度を算出する速度算出部を、さらに有し、
前記モータ駆動部は、前記定数として、前記速度に依存する値を設定する、請求項３に記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項5】

前記モータ駆動部は、前記所定時間の当初に前記最大トルクを出力し、その後に、減衰するトルクを出力するように、前記電動モータを駆動する、請求項３又は４に記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項6】

前記電動モータは、ブラシレスＤＣモータであり、
前記モータトルク算出部は、
前記電動モータの通電電流をｑ成分の電流に変換するｑ変換部と、
変換された前記ｑ成分の電流を前記電動モータのトルクに変換するトルク変換部と、を有する、請求項２から５のいずれかに記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項7】

前記モータ駆動部は、
前記人力トルクに応じた前記トルクからｑ成分の電流を算出するｑ成分算出部と、
変換された前記ｑ成分の電流を前記電動モータの通電電流に変換する通電電流変換部と、を有し、
変換された前記通電電流が前記電動モータに通電されるように、前記電動モータを駆動する、請求項６に記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項8】

前記第１の基準は、前記加速度が正の基準値を超えることである、請求項２から７のいずれかに記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項9】

前記第２の基準は、前記加速度が正から負に転じることである、請求項２から８のいずれかに記載の電動アシスト・キックスケーター。

【請求項10】

コンピュータを請求項１から９のいずれかに記載の電動アシスト・キックスケーターが備える前記トルク制御装置として機能させるプログラムであるトルク制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動アシスト型のキックスケーター及びその制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

キックスケーターは、踏み板の上に片足を乗せ、別の片足で路面を蹴ることにより前進する、搭乗者自身の人力を動力源とする車両の一種である。通常は操舵用のハンドルが設けられており、両手でハンドルを握ることにより、進行方向を任意に変えることが可能となっている。同じく人力を動力源とする自転車とは、動力源となる踏力を受けるペダルが無い点が、相違点の一つとなっている。

【0003】

自転車に関しては、電動モータにより人力を補助する電動アシスト自転車が、人力と電動力を融合させた新しい移動手段としてその快適さや安全性が認知され、1993年の市販開始以来、市場に広く受け入れられている。電動アシスト自転車では、ペダルに付与される踏力が踏力センサにより検知され、この踏力に応じたアシスト力が電動モータにより生成される（例えば、特許文献１）。

【0004】

キックスケーターにも、電動モータにより推進力を得るタイプの電動キックスケーターが知られている（例えば、特許文献２）。しかし、人力に応じて電動の駆動力がアシスト力として付加される形態ではないため、快適さ安全性の観点で不足があり、このため、電動キックスケーターは普及が進んでいないのが現状である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開2014-198505号公報

【特許文献2】実登３０８１１９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本願発明者は、かかる状況に鑑みて、もしも電動アシスト自転車と同様に、電動モータにより人力を補助する電動アシスト型のキックスケーターが実現すれば、電動アシスト自転車と同様に、ユーザの安全性が各段に向上するであろう、と思うに至った。電動アシスト型のキックスケーターを実現するには、アシスト力を算出する根拠となる、搭乗者の蹴りによる踏力を検知する必要がある。この蹴りの踏力が、反作用として車体に前進方向の力を付与する。しかし、搭乗者による蹴りの踏力は、路面に直接に作用するものであって、自転車のようにペダルに付与されるものではない。従って、キックスケーターでは、ペダルに付与される踏力を踏力センサにより検知する電動アシスト自転車とは異なり、踏力の検知が容易ではない、という問題点が想定された。

【0007】

本願発明者は、この問題点に対して研究を進める中で、電動アシストをする電動モータのトルクから、搭乗者の踏力を間接的に検知できることを見出した。本発明は、かかる本願発明者の発見に基づいてなされたものであり、搭乗者の蹴りの力に応じたアシスト力が得られる電動アシスト型のキックスケーター、及びその制御プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様によるものは、電動アシスト・キックスケーターであって、車輪を駆動する電動モータと、車体の積載重量を検知する重量センサと、前記電動モータのトルクを制御するトルク制御装置と、を備えている。前記トルク制御装置は、前記電動モータのトルク、前記電動モータの回転角、及び検知される前記積載重量に基づいて、搭乗者の蹴りにより前記車体に付与される前進方向の力を算出し、算出された前記前進方向の力に応じた前進方向のアシスト力を前記車体に付与するように、前記電動モータのトルクを制御する。

【0009】

この構成によれば、搭乗者の蹴りの力に応じたアシスト力が得られる電動アシスト型のキックスケーターが実現する。

【0010】

本発明のうち第２の態様によるものは、第１の態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記トルク制御装置は、モータトルク算出部と、加速度算出部と、人力トルク算出部と、モータ駆動部と、後退力算出部と、を備えている。モータトルク算出部は、前記電動モータの通電電流から、前記電動モータが出力するトルクを算出する。加速度算出部は、前記電動モータの回転角から、前記車体の前進方向の加速度を算出する。人力トルク算出部は、前記電動モータが前記トルクを出力しないときに、前記加速度が所定の第１の基準を満たすと、搭乗者による蹴りがあったものと判断し、蹴りにより前記車体に付与される前記前進方向の力を、前記電動モータのトルクに換算した人力トルクを算出する。モータ駆動部は、前記蹴りがあったものと判断された後に、前記加速度が所定の第２の基準を満たすと、搭乗者による蹴りが無くなったものと判断し、算出された前記人力トルクに応じたトルクを、所定時間にわたって出力するように、前記電動モータを駆動する。後退力算出部は、前記搭乗者による蹴りが無くなったものと判断された後、かつ新たな蹴りがあったものと判断される前に、前記車体に加わる後退方向の力である後退力を算出する。前記人力トルク算出部は、前記前進方向の力を、検知される前記積載重量、算出される前記加速度、及び算出される前記後退力に基づいて算出する。前記後退力算出部は、前記後退力を、検知される前記積載重量、算出される前記加速度、及び算出される前記モータトルクに基づいて算出する。

【0011】

この構成によれば、搭乗者による蹴りが無いときに後退力を算出することにより、蹴りがあったときに車体に付与される前進方向の力を算出している。それにより、車体に作用する摩擦力等の後退力と、蹴りによる前進方向の力との、運動方程式における２つの未知数を算出することを可能にしている。なお、「後退力」には、車体に加わる路面からの摩擦力、車体及び搭乗者に加わる空気摩擦力の他に、路面が傾斜していることにより車体に加わる後退方向の力が含まれる。

【0012】

本発明のうち第３の態様によるものは、第２の態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記モータ駆動部は、算出された前記人力トルクの定数倍を最大トルクとして設定し、前記所定時間にわたって、前記最大トルク以内の大きさのトルクを出力するように、前記電動モータを駆動する。

【0013】

この構成によれば、安全性等を考慮し、適切なアシスト倍率を超えないように、アシスト力を設定することができる。

【0014】

本発明のうち第４の態様によるものは、第３の態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記トルク制御装置は、前記電動モータの回転角から、前記車体の前進方向の速度を算出する速度算出部を、さらに有し、前記モータ駆動部は、前記定数として、前記速度に依存する値を設定する。

【0015】

この構成によれば、車体速度が大きい場合にも、安全性等を考慮し、適切なアシスト倍率を超えないように、アシスト力を設定することができる。

【0016】

本発明のうち第５の態様によるものは、第３又は第４の態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記モータ駆動部は、前記所定時間の当初に前記最大トルクを出力し、その後に、減衰するトルクを出力するように、前記電動モータを駆動する。

【0017】

この構成によれば、搭乗者に違和感の少ない自然なアシスト力が車体に加えられる。

【0018】

本発明のうち第６の態様によるものは、第２から第５のいずれかの態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記電動モータは、ブラシレスＤＣモータである。また、前記モータトルク算出部は、前記電動モータの通電電流をｑ成分の電流に変換するｑ変換部と、変換された前記ｑ成分の電流を前記電動モータのトルクに変換するトルク変換部と、を有する。
この構成によれば、電動モータのトルクの算出が容易に行われる。

【0019】

本発明のうち第７の態様によるものは、第６の態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記モータ駆動部は、前記人力トルクに応じた前記トルクからｑ成分の電流を算出するｑ成分算出部と、変換された前記ｑ成分の電流を前記電動モータの通電電流に変換する通電電流変換部と、を有し、変換された前記通電電流が前記電動モータに通電されるように、前記電動モータを駆動する。
この構成によれば、電動モータが出力するトルクの制御が容易に行われる。

【0020】

本発明のうち第８の態様によるものは、第２から第７のいずれかの態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記第１の基準は、前記加速度が正の基準値を超えることである。
この構成によれば、搭乗者による蹴りがあったか否かの判断が、容易に行われる。

【0021】

本発明のうち第９の態様によるものは、第２から第８のいずれかの態様による電動アシスト・キックスケーターであって、前記第２の基準は、前記加速度が正から負に転じることである。
この構成によれば、搭乗者による蹴りが無くなったか否かの判断が、容易に行われる。

【0022】

本発明のうち第１０の態様によるものは、トルク制御プログラムであって、コンピュータを第１から第９のいずれかの態様による電動アシスト・キックスケーターが備える前記トルク制御装置として機能させるプログラムである。

【0023】

この構成によれば、コンピュータを、本発明の各態様による電動アシスト・キックスケーターが備えるトルク制御装置として機能させることができる。

【発明の効果】

【0024】

以上のように本発明によれば、搭乗者の蹴りの力に応じたアシスト力が得られる電動アシスト型のキックスケーター、及びその制御プログラムが実現する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施の形態による電動アシスト・キックスケーターの外観を例示する斜視図である。

【図2】図１の電動アシスト・キックスケーターに作用する力を例示する説明図である。

【図3】図１の電動アシスト・キックスケーターの構成を例示するブロック図である。

【図4】図２のトルク制御装置の動作手順を例示するフローチャートである。

【図5】図２のトルク制御装置の各部において算出される変数の時間変化を例示する波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１は、本発明の一実施の形態による電動アシスト・キックスケーターの外観を例示する斜視図である。また、図２は、図１の電動アシスト・キックスケーターに作用する力を例示する説明図である。この電動アシスト・キックスケーター１０１（以下、「キックスケーター１０１」と適宜略記する）は、アシスト力を車体１に付与する電動モータ３を有し、搭乗者９０が路面４を蹴るときの踏力の反作用として車体１に付与される前進方向の力Ｆを、電動モータ３のトルクτを利用して間接的に検知し、検知した力に応じたアシスト力を得るように構成されている。図示例では、車輪は前輪５及び後輪７の２輪であり、電動モータ３の回転子の軸（図示略）は、減速歯車等を介することなく、後輪７の車軸（図示略）に直結されている。従って、電動モータ３のトルクτは、後輪７のトルクに一致する。後輪７の車軸（図示略）は、車体１の一部である踏み板９の後部に軸支されており、同じく踏み板９に固定された電動モータ３によって、この車軸が駆動される。なお、車体１とは、車輪５，７等をも含んだキックスケーター１０１の全体を指す用語として用いる。従って、車体１の重量とは、キックスケーター１０１の全体の重量を意味する。

【0027】

踏み板９の上面には、重量センサ１１が設けられている。重量センサ１１は、踏み板９に加わる積載重量ｗを検知する。積載重量ｗには、踏み板９の上に乗る搭乗者９０の重量、搭乗者９０が携帯する荷物の重量などが含まれ得る。重量センサ１１として、例えば歪ゲージを利用したロードセルが使用可能である。踏み板９の下面には、電動モータ３等に電力を供給する電源１７、電動モータ３のトルクτを制御するトルク制御装置２１、トルク制御装置２１の制御を受けて電動モータ３に通電する電流を調整するＰＷＭコントローラ１９が収容されている。前輪５の軸受け１５は、車体１の前部に軸支される操舵用のハンドル１３に連結している。それにより、車体１は、搭乗者９０のハンドル１３の操作により、進行方向を任意に変えることが可能である。

【0028】

図３は、キックスケーター１０１の構成を例示するブロック図である。キックスケーター１０１は、電動モータ３、重量センサ１１の他に、電源１７、ＰＷＭコントローラ１９及びトルク制御装置２１を有している。電動モータ３は、一例として三相のブラシレスＤＣモータである。電動モータ３には、回転子の回転角位置を検知するホールセンサ２３を有している。電源１７は、例えば充電式乾電池（二次電池）であり、電動モータ３、トルク制御装置２１等の各装置に電力を供給する。ＰＷＭコントローラ１９は、電源１７から供給される電力を、トルク制御装置２１から出力される制御信号に応じて、パルス幅変調により調整し、相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃとして電動モータ３に伝えるインバータ回路である。

【0029】

トルク制御装置２１は、電動モータ３のトルクτ、電動モータ３の回転角θ、及び重量センサ１１により検知される積載重量ｗに基づいて、搭乗者９０の蹴りにより車体１に付与される前進方向の力Ｆを算出し、算出された力Ｆに応じた前進方向のアシスト力を車体１に付与するように、ＰＷＭコントローラ１９に制御信号を送ることにより、電動モータ３のトルクτを制御する。図示例では、制御装置２１は、モータ回転角検知部２２、速度算出部２４、加速度算出部２５、人力トルク算出部２７、総質量算出部２８、モータトルク算出部２９、後退力算出部３１、及びモータ駆動部３３を有している。トルク制御装置２１は、コンピュータ（図示略）を有しており、コンピュータが内蔵するメモリ（図示略）に記憶されたプログラムに基づいて動作することにより、これらの装置部２２～３３が実現する。

【0030】

モータ回転角検知部２２は、電動モータ３に備わるホールセンサ２３の信号に基づいて、電動モータ３の回転子の回転角、すなわちモータ回転角θを算出する。速度算出部２４は、モータ回転角検知部２２が算出するモータ回転角θから、車体１の前進方向の速度ｖを算出する。加速度算出部２５は、速度算出部２４が算出する速度ｖから、車体１の前進方向の加速度dv/dtを算出する。すなわち図示例では、加速度算出部２５は、電動モータ３の回転角θから、間接的に加速度dv/dtを算出する。

【0031】

モータトルク算出部２９は、電動モータ３の相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃから、電動モータ３が出力するトルクτを算出する。モータトルク算出部２９は、相電流検知部３４、ｑ変換部３５及びトルク変換部３６を有している。相電流検知部３４は、相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃの経路に設けられる抵抗器（「シャント抵抗」と称される；図示略）の電圧降下を検知することにより、相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを間接的に検知する。ｑ変換部３５は、相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを、ｑ成分の電流ｉ_ｑに変換する。電流ｉ_ｑは、三相のブラシレスＤＣモータについては、数式（１）により表されるｄｑ変換を行うことにより、算出することができる。数式（１）は、モータ回転角θに依存する。従って、モータトルク算出部２９は、モータ回転角検知部２２が算出するモータ回転角θをも参照する。

【0032】

【数1】

【0033】

変換によって得られるｄ成分の電流ｉ_ｄは、トルクτに寄与しない無効電流成分であり、ｑ成分の電流ｉ_ｑは、トルクτに寄与する有効電流成分である。ｑ変換部３５は、ｄｑ変換を行うことにより、ｑ成分の電流ｉ_ｑと同時に、ｄ成分の電流ｉ_ｄをも算出する。後述するように、電流ｉ_ｑはトルクτの算出に用いられ、電流ｉ_ｄは、数式（１）を逆に用いて相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを算出するのに用いられる。電流ｉ_ｑとトルクτとの間には、数式（２）により表される比例関係が成立する。

【0034】

【数2】

【0035】

ここで、Ｐｎは、電動モータ３の極数であり、φ_ａは定数である。トルク変換部３６は、ｑ変換部３５によって変換された電流ｉ_ｑをトルクτに変換する。

【0036】

後退力算出部３１は、車体１に加わる後退方向の力である後退力Ｒｂを算出する。キックスケーター１０１及び搭乗者９０には、空気抵抗及び路面摩擦などによる抵抗力Ｒ_ｒｅｓが作用する。また、キックスケーター１０１が走行する路面４が傾斜しているときには、路面４の前方傾斜角γに応じて、ｍｇ・ｓｉｎ（γ）の大きさの後ろ向きの力が、車体１に加わる。前方傾斜角γは、上り坂では正、下り坂では負となるように定義される。従って、後退力Ｒｂは、数式３により与えられる。

【0037】

【数3】

【0038】

ここで、ｍは、車体１の質量と搭乗者９０を含む積載物の質量との総和、すなわち総質量であり、ｇは重力加速度である。車体１の質量は車体の製造者において既知である。積載物の質量は、積載重量ｗを質量に換算することにより（すなわち、ｗ／ｇとして）得ることができる。総質量ｍは、重量センサ１１が検知する積載重量ｗに基づいて、総質量算出部２８により算出される。
車体１の運動を記述する運動方程式は、数式（４）によって表される。数式（４）において、ｒは車輪７の半径である。

【0039】

【数4】

【0040】

数式（４）で表される運動方程式において、総質量ｍ、加速度dv/dt、トルクτは、上述した手段により算出される。また、車輪半径ｒは、キックスケーター１０１の製造者において既知である。
数式（４）において未知数は、車体１に作用する摩擦力Ｒ_ｒｅｓ等の後退力Ｒｂと、蹴りによる前進方向の力Ｆとの２変数である。このため、トルク制御装置２１は、搭乗者９０による蹴りが無いとき、すなわち蹴りにより車体１に付与される前進方向の力Ｆがゼロであるときに、後退力Ｒｂを算出し、蹴りがあったときに車体１に付与される前進方向の力Ｆを、直前に算出した後退力Ｒｂを使うことにより算出する。それにより、数式（４）の運動方程式における２つの未知数を算出することを可能にしている。従って、後退力算出部３１は、後退力Ｒｂを数式（５）によって算出する。

【0041】

【数5】

【0042】

蹴りがあったか否かは、加速度dv/dtに基づいて判定される。一例として、加速度dv/dtが、所定の正の基準値α_０を超えたときに、蹴りがあったものと判定され、その後に加速度dv/dtが負となったときに、蹴りが無くなったもの判定される。従って、後退力算出部３１は、後退力Ｒｂを、総質量算出部２８によって算出される総質量ｍ、加速度算出部２５によって算出される加速度dv/dt、及びモータトルク算出部２９によって算出されるトルクτに基づいて算出する。

【0043】

人力トルク算出部２７は、搭乗者９０の蹴りにより車体１に付与される前進方向の力Ｆを電動モータ３のトルクに換算した人力トルクτ_人を算出する。人力トルクτ_人は、数式（６）により与えられる。

【0044】

【数6】

【0045】

従って、人力トルクτ_人は、後退力算出部３１が最新に算出した後退力Ｒｂを使って、数式（７）により算出される。数式（７）は、数式（４）及び（６）により導かれる。

【0046】

【数7】

【0047】

人力トルクτ_人は、車体１にアシスト力を付与する電動モータ３のトルクτ、すなわちアシストトルクτの大きさを設定する基準となる。すなわち、人力トルクτ_人の大きさに応じたアシストトルクτによるアシスト力が、車体１に付与される。アシスト力は有限の所定時間に限って付与され、アシスト力の付与が終了したことを前提として、新たな蹴りに基づく人力トルクτ_人が算出される場合には、人力トルクτ_人は、数式（７）に代えて、数式（８）に従って算出される。この場合には、人力トルク算出部２７は、人力トルクτ_人を、総質量算出部２８によって算出される総質量ｍ、加速度算出部２５によって算出される加速度dv/dt、及び後退力算出部３１によって算出される後退力Ｒｂに基づいて算出することとなる。

【0048】

【数8】

【0049】

モータ駆動部３３は、人力トルク算出部２７が算出した人力トルクτ_人に応じたアシストトルクτを、一例として、所定時間にわたって出力するように、電動モータ３を駆動する。それにより、車体１にアシスト力が付加される。図示例では、モータ駆動部３３は、アシストトルク算出部４０、ｑ成分算出部３７及び通電電流変換部３９を有している。アシストトルク算出部４０は、人力トルク算出部２７が算出した人力トルクτ_人に基づいて、アシストトルクτを算出する。後述するように、アシストトルク算出部４０は、人力トルクτ_人に応じたトルクτを算出するのに、速度算出部２４が算出する速度ｖをも参照しても良い。ｑ成分算出部３７は、アシストトルク算出部４０が算出したアシストトルクτから、ｑ成分の電流ｉ_ｑを算出する。この計算は、数式（２）に従って行うことができる。通電電流変換部３９は、電流ｉ_ｑを、電動モータ３の通電電流、すなわち相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃに変換する。この変換には、数式（１）を用いることができる。従って、通電電流変換部３９は、モータ回転角検知部２２が検知するモータ回転角θをも参照することにより計算を行う。変換に要するｄ成分の電流ｉ_ｄには、ｑ変換部３５によって最新に算出された電流ｉ_ｄが用いられる。電流Ｉ_ｑ及び電流Ｉ_ｄは、相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃとは異なり、モータ回転角θへの依存性がなく、比較的安定しているので、電流Ｉ_ｑと電流Ｉ_ｄとの間で、算出された時点が僅かに異なっていても、相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃの計算精度に問題は無い。モータ駆動部３３は、変換された相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃが電動モータ３に通電されるように、ＰＷＭコントローラ１９を通じて、電動モータ３を駆動する。

【0050】

図４は、トルク制御装置２１の動作手順を例示するフローチャートである。以下において、図４を参照しつつ、トルク制御装置２１の動作の流れについて説明する。搭乗者９０が車体１に設けられるスタートキー（図示略）を操作する等により、電源１７からトルク制御装置２１を含む各装置に電力の供給が開始されることにより、トルク制御装置２１の動作が開始されると、まずステップＳ１において初期化が行われる。このステップＳ１では、トルク制御装置２１が使用する全ての変数が初期化される。初期化が終了するとメインループの処理であるステップＳ３～Ｓ１７の処理が反復して実行される。同時に、割り込みが繰り返し行われ、その度に、割り込み処理として、ステップＳ２１～Ｓ２９の処理が実行される。割り込みは、例えば一定周期で行われる。メインループの処理及び割り込み処理は、搭乗者９０がスタートキーを操作することにより、電源１７からトルク制御装置２１への電力の供給を遮断するまで続けられる。

【0051】

割り込み処理では、初めにステップＳ２１において、モータトルク算出部２９の相電流検知部３４により、電動モータ３の相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃが検知され、モータ回転角検知部２２により、電動モータ３の回転角θが検知され、かつ総質量算出部２８により総質量ｍが算出される。次に、ステップＳ２３において、検知された相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃがｑ変換部３５によりｄｑ変換されることにより、ｑ成分の電流ｉ_ｑとｄ成分の電流ｉ_ｄが得られる。次に、ステップＳ２５において、トルク変換部３６により、電流ｉ_ｑがトルクτに変換される。次にステップＳ２７において、検出された回転角θから速度算出部２４により速度ｖが算出される。速度ｖは、例えば、前回の割り込み処理で検出された回転角θと、今回の割り込み処理で検出された回転角θとの間の差に基づいて算出される。次に、ステップＳ２９において、算出された速度ｖから加速度算出部２５により加速度dv/dtが算出される。加速度dv/dtは、例えば、前回の割り込み処理で算出された速度ｖと、今回の割り込み処理で検出された速度ｖとの間の差に基づいて算出される。

【0052】

算出される値の精度を高めるために、例えば速度ｖ及び加速度dv/dtとして、現在までの所定回数の割り込み処理により得られた値の平均値を算出しても良い。平均値は、現在に近いほど重みを大きくした加重平均であってもよい。また、割り込み処理において実行される各ステップは、処理が可能な限り順序は任意である。例えば、ステップＳ２３，２５を、ステップＳ２７、２９の後に実行しても良い。

【0053】

メインループでは、先ずステップＳ３において、加速度dv/dtが所定の正の基準値α_０を超えているか否かにより、搭乗者９０による蹴りが発生したか否かが判定される。この処理は、人力トルク算出部２７によって行われる。人力トルク算出部２７は、加速度dv/dtが基準値α_０を超えるまで、ステップＳ３の処理を反復する。人力トルク算出部２７は、加速度dv/dtが基準値α_０を超えた、と判定すると、ステップＳ５において、人力トルクτ_人を算出する。このとき、アシストトルクτは付加されていないので、人力トルクτ_人は、数式（８）により算出される。メインループが開始された後の第１回目のステップＳ５では、後退力Ｒｂは未だ算出されていないので、後退力Ｒｂとして、ステップＳ１において与えられた初期値、例えば「０」の値が用いられる。次に、人力トルク算出部２７は、ステップＳ７において、加速度dv/dtが負の値に転じたか否かを判定することにより、搭乗者９０による蹴りが終了したか否かを判定する。人力トルク算出部２７は、加速度dv/dtが負に転じたと判定するまで、ステップＳ５，Ｓ７のループを反復する。

【0054】

人力トルク算出部２７は、ステップＳ５，Ｓ７のループを反復する中で、人力トルクτ_人の精度を高めるために、現在までの所定回数（例えば４回など）のループにおいて算出された人力トルクτ_人の平均値、あるいはループを繰り返すことにより算出された全ての人力トルクτ_人の平均値を算出してもよい。平均値は、現在に近いほど重みを大きくした加重平均であってもよい。さらに、ステップＳ５，Ｓ７のループにおいて繰り返し算出された人力トルクτ_人の最大値を、人力トルクτ_人として算出しても良い。

【0055】

人力トルク算出部２７が、ステップＳ７において、加速度dv/dtが負に転じたと判定すると、モータ駆動部３３は、人力トルク算出部２７が算出した人力トルクτ_人に応じたアシストトルクτを出力するように、電動モータ３を駆動する。図示例では、まずステップＳ９において、人力トルクτ_人より、初期アシストトルクτ_０が設定される。この処理は、モータ駆動部３３のアシストトルク算出部４０により実行される。初期アシストトルクτ_０は、電動モータ３のアシストトルクτの初期値である。ステップＳ１５について後述するように、アシストトルクτは、初期アシストトルクτ_０を超えないように設定される。従って、初期アシストトルクτ_０は、アシストトルクτの最大値でもある。初期アシストトルクτ_０は、例えば人力トルクτ_人の係数倍に設定される。係数は２倍など、定数であっても良い。あるいは、アシストトルク算出部４０は、速度算出部２４が算出する速度ｖを参照することにより、係数として、速度ｖに依存する値を設定しても良い。例えば、速度ｖが高いときには、係数が低くなるように設定しても良い。それにより、安全性がより高められる。

【0056】

次に、モータ駆動部３３は、ステップＳ１１において、アシストを開始する。すなわち、アシストトルク算出部４０により、アシストトルクτとして、初期アシストトルクτ_０が設定され、設定されたアシストトルクτに対応するｑ成分の電流ｉ_ｑが、ｑ成分算出部３７により算出され、算出された電流ｉ_ｑが通電電流変換部３９により相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃに変換される。この変換には、最新の割り込み処理のステップＳ２３において、算出されたｄ成分の電流ｉ_ｄが、ｑ成分算出部３７により算出された電流Ｉ_ｑとともに用いられる。割り込み処理は、絶えず反復して実行されるので、電流Ｉ_ｑと電流Ｉ_ｄとの間で、算出された時間の差は僅かである。このため、相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃの計算精度に問題は無い。モータ駆動部３３は、変換された相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを電動モータ３に通電するように、ＰＷＭコントローラ１９に制御信号を送る。これにより、電動モータ３は、設定されたアシストトルクτを出力する。

【0057】

次に、ステップＳ１２において、後退力算出部３１により、後退力Ｒｂが算出され、算出された後退力Ｒｂは、トルク制御装置２１内のメモリ（図示略）に保存される。搭乗者９０による蹴りは終了していることから、ステップＳ１２においては、蹴りにより車体１に付与される前進方向の力Ｆはゼロであるので、後退力算出部３１は、既述の通り、数式（５）によって後退力Ｒｂを算出する。

【0058】

次に、ステップＳ１３において、アシストが開始されてから所定時間が経過したか否かが判定される。この処理は、一例としてモータ駆動部３３のアシストトルク算出部４０により行われる。アシストトルク算出部４０は、所定時間が経過していないと判定すると、ステップＳ１５において、アシストトルクτを減少させるか、又は維持することにより、新たなアシストトルクτを設定する。ｑ成分算出部３７及び通電電流変換部３９により、新たに設定されたアシストトルクτに対応した相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃが算出される。モータ駆動部３３は、変換された相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを電動モータ３に通電するように、ＰＷＭコントローラ１９に制御信号を送る。これにより、電動モータ３は、新たに設定されたアシストトルクτを出力する。

【0059】

その後に、処理はステップＳ１２に戻り、後退力算出部３１による後退力Ｒｂの算出が再び行われる。このようにして、所定時間が経過するまで、後退力Ｒｂの算出と、電動モータ３が出力するアシストトルクτの更新とが行われる。アシストトルクτは、例えば、所定時間が経過するより前のある時間まで、初期アシストトルクτ_０から減少を続け、その後は所定時間が経過するまで一定値に維持するように設定しても良い。あるいは、所定時間が経過するまで、初期アシストトルクτ_０から、例えば時間の指数関数に従って減少するように、アシストトルクτを設定しても良い。さらには、ステップＳ９においては、初期アシストトルクτ_０に代えて、一般に最大のアシストトルクが人力トルクτ_人に応じて設定され、ステップＳ１１及びＳ１５では、設定された最大のアシストトルクを超えないようにアシストトルクτが設定されてもよい。最大のアシストトルクは、初期アシストトルクτ_０と同様に、例えば人力トルクτ_人の係数倍に設定することができ、さらに係数を速度ｖに依存したものとすることもできる。例えば、速度ｖが高いときには、係数が低くなるように設定しても良い。それにより、安全性がより高められる。

【0060】

後退力算出部３１は、ステップＳ１２，Ｓ１３、Ｓ１５のループを反復する中で、後退力Ｒｂの精度を高めるために、現在までの所定回数（例えば４回など）のループにおいて算出された後退力Ｒｂの平均値、あるいはループを繰り返すことにより算出された全ての後退力Ｒｂの平均値を算出してもよい。平均値は、現在に近いほど重みを大きくした加重平均であってもよい。

【0061】

ステップＳ１３において、所定時間が経過したと判定されると、ステップＳ１７において、モータ駆動部３３はアシストを終了する。すなわち、アシストトルク算出部４０は、アシストトルクτをゼロに設定し、ｑ成分算出部３７及び通電電流変換部３９により、ゼロに設定されたアシストトルクτに対応した相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃが算出される。モータ駆動部３３は、変換された相電流ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃを電動モータ３に通電するように、ＰＷＭコントローラ１９に制御信号を送る。これにより、電動モータ３は、アシストトルクτの出力を停止する。

【0062】

ステップＳ１７が終了すると、処理はステップＳ３に戻り、メインループの処理を繰り返す。第２回目以降のメインループにおいては、ステップＳ５における人力トルクτ_人の算出は、直前のメインループのステップＳ１２において算出された後退力Ｒｂを用いて、数式（８）に従って行われる。第２回目以降のメインループにおいても、ステップＳ５においてはアシストトルクτは付与されていないので、数式（８）に従って後退力Ｒｂを算出することができる。図４に例示した以上の処理により、搭乗者９０の蹴りの力に応じたアシスト力が得られる電動アシスト型のキックスケーター１０１が実現する。

【0063】

図５は、図４の手順に従って動作するトルク制御装置２１の各部において算出される変数の時間変化を例示する波形図である。縦軸は、加速度dv/dt、アシストトルクτ、人力トルクτ_人、及び速度ｖを表している。図示例では、時刻ｔ１において搭乗者９０による蹴りが発生し、時刻ｔ４において蹴りが終了する。蹴りが行われる時刻ｔ１～ｔ４の期間において、蹴りにより車体１に付与される前進方向の力Ｆにより、加速度dv/dtは、一例として図示の通りの変化をする。図示例では、加速度dv/dtは時刻ｔ３において最高値となる。時刻ｔ４では、蹴りが無くなることにより、加速度dv/dtは負に転じる。数式（４）からも理解されるように、蹴りが無ければ、加速度dv/dtは後退力Ｒｂによって負の値となる。加速度dv/dtが正である時刻ｔ１～ｔ４の期間においては、図示の通り、速度ｖは加速度dv/dtにより表される増加率に従って増加する。

【0064】

時刻ｔ２において、加速度dv/dtが所定の正の基準値α_０を超えると、人力トルクτ_人の算出が開始される。人力トルクτ_人の算出は、加速度dv/dtが負に転じる時刻ｔ４まで、繰り返し行われる。人力トルクτ_人は、数式（８）によって算出されるので、加速度dv/dtと同様に増減する。すなわち、人力トルクτ_人の波形は、図５において点線の曲線で描かれるように、加速度dv/dtの波形を縦軸方向正の向きにシフトした波形となる。

【0065】

図示例では、時刻ｔ４よりも僅かに遅れた時刻ｔ５において、アシストが開始される。図示例では、初期アシストトルクτ_０は、人力トルクτ_人の２倍に設定される。また、図示例では、初期アシストトルクτ_０を設定する基準とされる人力トルクτ_人として、繰り返し算出された人力トルクτ_人の最高値が採用される。アシストトルクτは、時刻ｔ５から所定時間を経過する時刻ｔ７まで、繰り返し設定され、電動モータ３は、設定されたアシストトルクτを発生するように動作する。図示例では、時刻ｔ５から所定時間が経過するより前の時刻ｔ６までは、アシストトルクτは、直線的に減少するように設定され、その後の時刻ｔ６～ｔ７の期間においては、一定の低い値に維持される。数式（４）から理解されるように、蹴りによる前進方向の力Ｆが無くても、加速度dv/dtは、アシストトルクτにより正の値を取ることができ、しかもアシストトルクτと同様に増減する。従って、アシストが行われる時刻ｔ５～ｔ７の期間においては、加速度dv/dtの波形は、図示の曲線で表される通り、アシストトルクτの波形を縦軸方向負の向きにシフトした波形となる。

【0066】

蹴りが終了することにより前進方向の力Ｆが無くなってから、アシストが開始されるまでの時刻ｔ４～ｔ５の短期間においては、加速度dv/dtは負である。このため、この期間においては、速度ｖは減少する。時刻ｔ５においてアシストが開始されると、加速度dv/dtは正に転じ、アシストが終了する時刻ｔ７まで、加速度dv/dtは正であるので、速度は時刻ｔ５～ｔ７の期間においては、加速度dv/dtに比例した増加率に従って増加する。アシストが終了する時刻ｔ７以降は、加速度dv/dtは負であるので、速度ｖは減少する。

【0067】

アシストが終了する時刻ｔ７より後に、搭乗者９０による蹴りが、新たに発生すると、加速度dv/dt、人力トルクτ_人、アシストトルクτは、図示例と同様の波形を再び描くこととなる。速度ｖは、蹴りが新たに発生したときの速度ｖを初期値とするように縦軸方向にシフトしつつ、図示例と同様の波形を再び描くこととなる。

【0068】

（その他の実施の形態）
キックスケーター１０１として、電動モータ３の回転子の軸は、減速歯車等を介することなく、後輪７の車軸に直結されている例を示した。その結果、電動モータ３のトルクτは、後輪７のトルクに一致した。これに対して、電動モータ３の回転子の軸は、減速歯車、ベルト等を介することにより、後輪７の車軸に連結されていても良い。この場合においても、減速歯車等の減速比がＮであれば、後輪７の半径ｒを、ｒ／Ｎに置き換えるのみで、数式（４）～（８）は、そのまま成立する。すなわち、減速比Ｎの減速歯車等を使用したキックスケーター１０１は、制御装置２１の動作に関して、後輪７の半径ｒをＮ倍小さくしたキックスケーター１０１と等価である。従って、図４に例示した動作に変わりはない。

【符号の説明】

【0069】

１ 車体、 ３ 電動モータ、 ４ 路面、 ５ 前輪、 ７ 後輪、 ９ 踏み板、 １１ 重量センサ、 １３ ハンドル、 １５ 軸受け、 １７ 電源、 １９ ＰＷＭコントローラ、 ２１ トルク制御装置、 ２２ モータ回転角検知部、 ２３ ホールセンサ、 ２４ 速度算出部、 ２５ 加速度算出部、 ２７ 人力トルク算出部、 ２８ 総質量算出部、 ２９ モータトルク算出部、 ３１ 後退力算出部、 ３３ モータ駆動部、 ３４ 相電流検知部、 ３５ ｑ変換部、 ３６ トルク変換部、 ３７ ｑ成分算出部、 ３９ 通電電流変換部、 ４０ アシストトルク算出部、 ９０ 搭乗者、 １０１ 電動アシスト・キックスケーター、 Ｆ 前進方向の力、 ｇ 重力加速度、 ｉ_ａ、ｉ_ｂ、ｉ_ｃ 相電流、 ｉ_ｄ ｄ成分電流、 ｉ_ｑ ｑ成分電流、 ｍ 総質量、 ｒ 車輪半径、 Ｒｂ 後退力、 Ｒｒｅｓ 抵抗力、 ｖ 速度、 dv/dt 加速度、 ｗ 積載重量、 α_０ 基準値、 γ 前方傾斜角、 θ モータ回転角、 τ トルク（アシストトルク）、 τ_人 人力トルク、 τ_０ 初期アシストトルク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】