CN102137770A - 车辆的动作音控制装置以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

车辆(1、17)具有：行驶用的电动机(5、19)；逆变器(4)，其向电动机(5、19)供给驱动电流；以及控制器(13)，其对逆变器(4)进行控制。控制器(13)通过作为拍音生成机构起作用，从而在车辆加速时创造出与加速状态对应的良好的行驶声音，该拍音生成机构通过产生第2动作音从而生成拍音，该第2动作音具有接近与电动机(5、19)的旋转速度成正比的动作音的产生次数的次数成分。

Description

车辆的动作音控制装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆的动力声音控制。
背景技术
日本专利局2008年公开的JP2008-37133A提出了一种电动车辆的拍音防止装置，该电动车辆利用具有电动机和减速器的轮毂电动机(In-wheel motor)驱动各个驱动轮。
拍音(beat tone)是由于多个轮毂电动机的动作音重叠而产生的。在现有技术中，通过针对每个车轮使各轮毂电动机的电动机及减速器的动作音频率变化，从而抑制拍音的产生。
发明内容
在以电动机为动力源的车辆中，通常重视安静性。但是，驾驶员并不是在所有的行驶条件下都希望具有安静性。
在以内燃机为驱动源的车辆中，如果为了加速而驾驶员将加速踏板踏入，则内燃机的动作音变化，因此，驾驶员可以根据发动机的声音而感觉到车辆的加速。
但是，在以电动机为驱动源的车辆中，在加速时，无法从电动机得到如以内燃机为驱动源的车辆的这种动作音变化。
因此，本发明的目的在于，改善以电动机为驱动源的车辆的加速时的动作音。
为了实现以上目的，本发明提供一种以电动机为动力源的车辆的动作音控制装置，其具有拍音生成机构，其通过产生具有下述次数成分的动作音从而生成拍音，该次数成分接近与车辆加速时动力源的旋转速度成正比的动作音的产生次数。
本发明另外提供一种以电动机为动力源的车辆的动作音控制方法，其中，通过产生具有下述次数成分的动作音从而生成拍音，该次数成分接近与电动机的旋转速度成正比的动作音的产生次数。
通过在车辆的加速时生成这种拍音，从而确保正常行驶时的安静性，同时可以使驾驶员根据动作音而感觉到车辆的加速。
本发明的详细内容以及其他特征和优点，在说明书下面的记载中进行说明，并且在附图中示出。
附图说明
图1是应用本发明的第1实施方式中的动作音控制装置的电动车辆的概略结构图。
图2是表示发明人实施的、通过车辆的正常行驶和加速行驶中的拍音的音质的语义差别法(SD法)进行的评价结果的图表。
图3A和3B是说明拍音的产生原理的图表。
图4A-4C是说明由动作音控制装置所执行的高次电流重叠而产生的拍音的特性的图表。
图5是应用本发明的电动机的横剖面图。
图6A和6B是表示电动机的基本驱动电流和动作音控制装置所附加的高次电流的波形的图表。
图7A和7B是说明动作音控制装置向基本驱动电流附加的高次电流的电气角次数和作为其结果而产生的激振力的特性的图表。
图8A和8B是说明通过利用动作音控制装置进行的高次电流的附加而产生的拍音的特性的图表。
图9是表示发明人实施的、针对频率不同的拍音的音质而利用SD法进行评价的评价结果的图表。
图10A-10C是说明本发明的第2实施方式中的动作音控制装置所生成的驱动电流的图表。
图11A和11B是说明本发明的第2实施方式中的动作音控制装置向基本驱动电流附加的高次电流的电气角次数、和作为其结果而产生的激振力的特性的图表。
图12A-12C是说明由于系数p的不同而引起的拍音特性变化的图表。
图13A-13C是说明由于系数q的不同而引起的拍音特性变化的图表。
图14A和14B是说明本发明的第2实施方式中的动作音控制装置在电动机的高旋转时执行的高次电流的处理的图表。
图15A和15B是说明本发明的第2实施方式中的动作音控制装置在电动机的低旋转时执行的高次电流的处理的图表。
图16是本发明的第3实施方式中的动作音控制装置所具有的外部操作面板的正视图。
图17是应用本发明的第4实施方式中的动作音控制装置的电动车辆的概略结构图。
图18是本发明的第4实施方式中的电动机单元的概略结构图。
图19A和19B是说明电动机单元所具有的行星齿轮机构的行星齿轮的啮合相位和激振力之间的关系的图表。
图20A和20B是表示本发明的第4实施方式中的动作音控制装置所具有的啮合相位可变机构的、行星齿轮机构的概略横剖面图和概略纵剖面图。
图21是表示本发明的第4实施方式中的动作音控制装置所引起的行星齿轮的啮合相位差的图表。
图22A和22B是表示本发明的第4实施方式中的啮合相位可变机构所引起的减速器的旋转次数和激振力之间的关系的图表。
图23A和23B是表示本发明的第4实施方式中的啮合相位可变机构所引起的拍音特性的图表。
图24A-24C是表示本发明的第5实施方式中的动作音控制装置所具有的啮合相位可变机构的、行星齿轮机构的概略横剖面图和概略纵剖面图。
图25A和25B是表示本发明的第5实施方式中的啮合相位可变机构所引起的减速器的旋转次数、激振力、相位差之间的关系的图表。
图26A和26B是本发明的第6实施方式中的动作音控制装置所具有的啮合相位可变机构的、行星齿轮机构的概略横剖面图和概略纵剖面图。
图27是表示本发明的第6实施方式中的啮合相位可变机构所引起的行星齿轮的啮合相位差的图表。
图28A和28B是表示本发明的第6实施方式中的啮合相位可变机构所引起的减速器的旋转次数、激振力、相位差之间的关系的图表。
具体实施方式
参照附图中的图1和2、图3A和3B、图4A-4C、图5、图6A和6B、图7A和7B、图8A和8B、以及图9，说明本发明的第1实施方式。
参照图1，应用本发明所涉及的动作音控制装置的车辆1，通过使用电池2中积蓄的电力，由电动机5对驱动轮进行旋转驱动从而进行行驶。向电池2的蓄电，是预先通过来自外部的电力供给而进行的。
从电池2供给的直流电流，在逆变器4中变换为3相交流后，向电动机5输入。电动机5由同步交流电动机构成。电动机5的旋转经由减速器6和差速器7向驱动轮8传递。逆变器4基于来自控制器3的指令信号，进行电流变换。
控制器3与车辆的运转状态对应地，对驱动电流指示值进行运算，基于驱动电流指示值和电流传感器9检测出的实际电流值之间的比较，进行电流的反馈控制，以从逆变器4输出规定的3相交流，所述电流传感器9对流过各相的实际电流值进行检测。
控制器3由微型计算机构成，该微型计算机具有：中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)。控制器也可以由多台微型计算机构成。
车辆的加速，通常表示驾驶员具有积极的加速意愿。因此，在车辆加速时，通过使作为驱动源的电动机5的动作音向使加速被实际感觉到的音质变化，积极地使驾驶员听到，从而可以改善车辆的运转感觉。
通过如上述所示积极地产生电动机5的动作音，从而使电动机5原本发出的动作音不被注意。其结果，可以期待例如不需要隔音罩这种动作音减少部件的效果。
图2是表示发明人将驾驶员作为被试验对象，利用语义差别法(SD法)对在电动车辆的正常行驶声音和加速行驶声音中附加拍音的情况下的音质进行评价后的结果。SD法在音质评价中应用，根据「音の評価のための心理学的測定方法」(難波精一郎、桑野園子著コロナ社，ISBN：978-4-339-01104-3)107-133页而公知。
在附图中，SD法的评分为，将与没有基准拍音等同的情况作为4分，值越小越表示肯定的回答。对于正常行驶声音，在一定频率的电动机声音中以一定的拍频产生拍音。对于加速行驶声音，随着加速而电动机的转速上升，产生拍频变高的拍音。图中所示的结果为在各种条件下产生拍音的情况下的平均评价。
如果将正常行驶声音和加速行驶声音进行比较，则在整体上加速行驶声音由于附加拍音而评分良好。可知被试验对象特别地较强地感觉到“愉快”“有趣”“兴奋”“独特的”“崭新的”等感觉。另外，在加速行驶声音中，没有感觉到在正常行驶声音中感觉到的“不舒服”的感觉。如上述所示，在电动车辆的加速时产生拍音这一点，会带来此前没有的崭新且愉快的加速感觉。
另一方面，在驾驶员没有积极操作意愿的正常行驶时，向一定频率的电动机声音中附加拍音，更积极地使驾驶员听到动作音这一点，可能使驾驶员感到不舒服。
动作音控制装置具有拍音生成机构，其在车辆加速行驶时，使电动机5产生拍音，在正常行驶时不产生拍音。拍音生成机构由下述部分构成：电动机5；逆变器4，其向电动机5供给交流电流；以及控制器3，其对交流电流的电压、频率及波形进行控制。
参照图3A和3B，拍音作为频率接近的2个声音相互重叠的结果，是如图4C所示一2个声音的频率差的频率使声压反复进行强弱变化而产生的。为了向电动机的动作音中附加拍音，必须附加与电动机的动作音频率接近、且不一致的频率的声音。
因此，控制器3向电动机5的驱动电流的基本电流中附加基本电流的高次成分，计算电流指示值。控制器3通过将电流指示值向逆变器4输出，从而使电动机5产生与主要的动作音频率接近的频率的声音，由此生成拍音。
如果参照图5，则电动机5具有定子10和转子12。定子10具有12个线圈9，其将U、V、W这3相交替地卷绕在齿部8上而成。线圈9为集中绕组。转子12具有8个永久磁体11，它们沿转子12的外周以相等的角度间隔配置。通过将外周侧着磁为N极的永久磁体和外周侧着磁为S极的永久磁体交替配置，从而使永久磁体11构成4个极对的永久磁体。
通过以上的结构，构成4极对12槽的集中绕组电动机5。在4个极对电动机的情况下，在机械角为90度时，转子12的1个极对的永久磁体11与定子10的3个定子槽对应。
参照图6A，电动机5通过将以机械角90度为1个周期的正弦波的基本电流向线圈9施加而被驱动。即，电动机5的机械角90度相当于电气角360度。
这时，成为所谓圆环0次模式，即，以转子12的极数2和定子10的槽数3的最小公倍数即电气角6次、机械角24次的频率，在转子12和定子10之间作用的电磁力的半径方向成分以相同相位向所有齿部作用。在圆环0次模式中，由于定子10在半径方向同样地伸缩，进行最容易产生声音的呼吸球状的振动，所以动作音变得最大。
参照图6B，如果向电动机5的驱动电流中附加高次成分，则在电流电磁变换后作为结果产生的电磁激振力的次数，成为相对于驱动电流中包含的高次成分的次数为±1次的次数。该动作音控制装置，相对于作为电动机动作音的主要次数的电气角6次的电磁激振力，产生6.05次的电磁激振力。
参照图7A，控制器3为此向电动机5的驱动电流中附加7.05次成分。该处理的结果如图7B所示，产生6.05次的激振力。
具体地说，通过相对于由运转条件确定的振幅I0、相位θ0的基本电流，附加利用下式(1)得到的7.05次成分，从而控制器3计算向逆变器4发送的电流指示值Iu、Iv、Iw。
Iu＝I0·sin(θ+θ0)+I1·sin(7.05θ+θn)
I v = I 0 · sin ( θ + θ 0 - 2 3 π ) + I 1 · sin ( 7.05 θ + θ n - 2 3 π ) - - - ( 1 )
I W = I 0 · sin ( θ + θ 0 - 4 3 π ) + I 1 · sin ( 7.05 θ + θ n - 4 3 π )
θn是用于在电气角θ进入下一个循环，值从2π成为0时，使高次成分电流不连续的校正值，根据电气角的1个循环前的校正值θn-1，利用下式(2)而得到。
利用
θ0＝7.05·2π+θn-1     (2)
而得到。
在该动作音控制装置中，高次成分电流的振幅I1，利用下式(3)而得到。
I1＝0.2·I0     (3)
如果逆变器4将该电流向电动机5供给，则在电动机5中与原本具有的电气角6次的激振力叠加，产生电气角6.05次的激振力。
参照图8A和8B，利用上述2个激振力，产生电气角0.05次、机械角0.2次的频率的拍音。
由于拍音的拍频与电动机5的旋转速度成正比，所以拍频与旋转速度的上升一起上升。但是，如果2个声音的频率差变大，则无法作为差拍而听到，而是作为2个声音的合成音听到。在这之前的从拍音向合音变换的区域中，会成为造成不舒服感的声音。
参照图9，在发明人利用SD法进行的与拍音相关的音质评价结果中，对拍频成为20赫兹(Hz)为止的声音、和随着此后的旋转速度上升使拍频成为40Hz为止的声音的评价结果进行比较。对于“舒服的/不舒服的”这样的形容词对的评价结果，20Hz为止的声音与没有附加差拍的情况大致相同。另一方面，对于40Hz为止的声音，评价结果偏向于“不舒服的”侧。根据该事实可知，在拍频在从20Hz直至40Hz的期间，存在被试验对象感到不舒服的边界。
在这里，拍频相当于电气角6.05次的电磁激振力和电气角6次的电磁激振力之间的频率差。该频率差在电动机5的旋转速度6000转/分(rpm)时，为2420Hz-2400Hz＝20Hz。基于以上的结果，控制器3在使拍频大于或等于20Hz的、电动机5的旋转速度大于或等于6000rpm时，使式(1)的高次成分电流的振幅I1向零减少，最终停止高次成分电流的附加。
其结果，如图8A和8B所示，在电动机5的旋转速度大于或等于6000rpm的高速旋转区域中，拍音骤减。
另一方面，在极低频率时，有可能拍音会激励共振频率低而振幅大的车体的振动模式，由差拍引起的激振力的振幅增加会使车体的振动活跃。在本动作音控制装置中，在直至车体振动成为问题的电气角6次、机械角24次的激振力频率为50Hz为止的极低振动频率时，抑制激振力的振幅增加。即，以在与电气角6次、机械角24次的激振力频率50Hz对应的电动机5的旋转速度125rpm时，高次成分电流的振幅I1成为利用式(3)得到的振幅的方式，从电动机5的旋转速度0rpm时的振幅0直至电动机5的旋转速度125rpm时的振幅I1为止，相对于电动机5旋转速度而使振幅I1的值直线地增大。
在车辆的加速时以外的运转条件下，如上述所示存在由拍音造成不舒服感的情况，因此，动作音控制装置不进行高次成分电流的附加，不产生拍音。
根据以上的内容，动作音控制装置通过仅在电动机5的规定的加速区域中产生拍音，从而防止带来不舒服感的音质恶化或振动恶化，同时创造出崭新且愉快的电动车辆的加速声音。
参照图10A-10C、图11A和11B、图12A-12C、图13A-13C、图14A和14B、以及图15A和15B，说明本发明的第2实施方式。
本实施方式与第1实施方式硬件结构相同，仅高次成分电流的附加方法不同。
参照图10A-10C，在本实施方式中，针对电动机5的驱动电流，控制器3通过使图10A所示的基本电流乘以图10B及下式(4)表示的校正系数Kn，从而计算图10C所示的电流指示值。将与电流指示值对应的驱动电流向电动机4的线圈施加。
Kn＝1+q·sin{(6+p)·θ+θn}     (4)
其中，θn＝2π·(6+p)+θn-1
θ＝电气角，
p、q＝与车辆运转条件对应而确定的系数。
校正系数Kn根据式(4)可知，为1和sin函数的和，具有时间平均为1的性质。
如上述所示，通过使基本电流乘以6+p次的高次成分而进行校正，从而向驱动电流附加图11A所示的6+p±1次的高次成分电流。其结果，在电动机5产生的激振力中，如图11B所示，新出现电气角6+p次的成分。如上述所示，动作音控制装置在电动机5的规定的加速区域中，与第1实施方式相同地产生拍音，防止带来不舒服感的音质恶化及振动恶化，并且，创造出崭新且愉快的电动车辆的加速声音。
参照图12A和12B，系数p越大拍频越大。即，通过系数p的值的设定，可以任意地设定拍频。
参照图13A和13B，系数q越大差拍的变化振幅、即差拍的强度越大。即，通过系数q的值的设定，可以任意地设定差拍的强度。如上述所示，利用系数p和系数q的组合，可以创造出任意的拍音。
在本实施方式中，与车辆的加速器开度对应地设定系数p和系数q。即，加速器开度越大系数p设定得越大，相对于电动机5的旋转速度的上升而拍频的上升加快，提高加速感。另外，加速器开度越大，系数q设定得越大，更强调差拍感。
在本实施方式中，为了防止在拍频大于或等于20Hz的情况下感到不舒服，而在电动机5的高速旋转区域中停止高次成分电流的附加。电动机5的旋转速度Nm(rpm)时的拍频，在4个极对的电动机5中为Nm×p/60×4。
因此，如图14A和14B所示，如果随着电动机5的旋转速度的上升，Nm×p超过300，则控制器3使系数q向零减少，由此停止高次成分电流的附加，不会产生拍音。
另外，通过与电磁激振力的半径方向成分相同地，对电磁激振力的圆周方向成分附加电气角6次的激振力，从而产生扭矩脉动。由高次成分电流的附加而产生的扭矩脉动，也相同地产生拍音。具体地说，由扭矩脉动而使车体激振，伴随着车体的振动而产生的振动音有助于在车室内传播的拍音。但是，由于极低频率的拍音会激励共振频率低且振幅大的车辆振动，所以由拍音引起的激振力的振幅增加会使车辆振动恶化。这种振动模式中特别成为问题的是驱动轴的扭转共振模式。扭矩脉动会激励驱动轴的扭转共振。如果扭转共振在车轮处变换为前后振动，则车体的前后振动会加剧。驱动轴的扭转共振模式存在于10Hz。
为了防止该共振频率附近的振动恶化，控制器3如图15A和15B所示，直至使电气角6次、机械角24次的频率成为16Hz即电动机5的旋转速度40rpm为止，不进行高次电流成分的附加，然后使系数q的值从0增加至本来的设定值。
另外，在车辆加速时以外的运转条件下，如上述所示存在由拍音造成不舒服感的情况，因此，在本实施方式中与第1实施方式相同地，控制器3不进行高次成分电流的附加，不产生拍音。
根据以上的内容，本实施方式中的动作音控制装置通过与加速器开度对应的拍音控制，从而防止引起不舒服感的音质恶化或振动恶化，同时通过产生拍音而创造出崭新且愉快的电动车辆的加速声音。
参照图16，说明本发明的第3实施方式。
本实施方式相当于在第2实施方式中的拍音生成机构中，进一步设置可以由驾驶员任意设定拍音的外部操作面板13。
外部操作面板13设置在车辆1的驾驶席附近。外部操作面板13具有：拍音的ON/OFF开关14；拍频变更旋钮15；以及差拍强度变更旋钮16。
差拍ON/OFF开关14构成为，可以选择OFF/AUTO/MANUAL这3个位置。拍频变更旋钮15是设定式(4)的系数p的旋钮。差拍强度变更旋钮16是设定式(4)的系数q的旋钮。
对于差拍ON/OFF开关14，如果驾驶员选择OFF位置，则控制器3不向驱动电流进行高次成分电流的附加，不产生拍音。
如果驾驶员选择AUTO位置，则控制器3进行与第2实施方式相同的驱动电流控制。其结果，电动机5产生拍音。
如果驾驶员选择MANUAL位置，则控制器3基于利用拍频变更旋钮15设定的系数p、和利用差拍强度变更旋钮16设定的系数q，产生拍音。拍频变更旋钮15设定为，越向顺时针旋转，系数p越大，拍频越大。差拍强度变更旋钮16设定为，越向右旋转，系数q越大，差拍强度越大。
如上述所示，由于可以进行拍音的手动设定，所以驾驶员可以创造出喜好的拍音。由此，可以基于喜好的动作音而驾驶车辆。
参照图17和18、图19A和19B、图20A和20B，图21、图22A和22B、以及图23A和23B，说明本发明的第4实施方式。
参照图17，车辆17是在2个后轮18上分别具有电动机单元19的轮毂电动机车辆。车辆17具有：1个电池20，其积蓄从外部电源供给的电力；2个逆变器22，其基于控制器21的指令，将电池20的直流电流变换为3相交流电流；以及2个电动机单元19，其利用从逆变器22供给的3相交流电流，而分别进行旋转驱动。
参照图18，各电动机单元19由电动机和减速器24构成。减速器24由行星齿轮机构构成。行星齿轮机构具有：环形齿轮25，其固定在减速器壳体26上；太阳轮27，其固定在电动机的转子轴28上；以及行星托架30，其支撑介于环形齿轮25和太阳轮27之间的3个行星齿轮29。行星托架30的旋转经由输出轴31向后轮18传递。
行星齿轮29由在同一个行星齿轮轴34上构成的小径小齿轮32和大径小齿轮33构成。小径小齿轮32与环形齿轮25啮合，大径小齿轮33与太阳轮27啮合，由此减速器24实现较大的减速比。行星托架30以相等的角度间隔，分别可自由旋转地保持3个行星齿轮29。
在本实施方式中，通过使安装在电动机单元19中的减速器24的动作音的频率，与电动机所发出的动作音接近，从而产生拍音。
在本实施方式中，将环形齿轮25的齿数设定为63，将太阳轮27的齿数设定为21，将行星齿轮29的小径小齿轮32的齿数设定为18，将大径小齿轮33的齿数设定为36。通过该设定，使得减速器24的减速比为7，相对于输出轴31的旋转的环形齿轮25的啮合次数为63次，太阳轮27的啮合次数为126次。电动机由转子18极和定子57槽构成，电动机所产生的动作音，与电动机旋转18次和其高次谐波对应。
在第1实施方式中，在与机械角90度时的转子12的极数2和定子10的槽数3的最小公倍数相当的电气角6次、机械角24次的频率时，成为圆环0次模式，与该次数对应的电磁激振力产生最大的动作音。另一方面，在本实施方式中，由于成为圆环0次模式的最小公倍数为342次即非常高的高次，所以圆环0次模式下的电磁激振力小，动作音几乎不成为问题。但是，由转子极数决定的更低次的激振力成为问题，最低次的电动机旋转18次的激振力成为最大。电动机旋转18次的激振力，在减速器24减速后的输出轴31的旋转中，成为126次。该值与上述的太阳轮27的啮合次数126一致。
齿轮利用齿的啮合而传递扭矩，但在啮合部处不仅作用成为扭矩的旋转方向的力，而且还作用半径方向的力。由于该力在每次齿轮啮合时产生，所以以啮合的周期发生变化。
参照图19A，在3个行星齿轮29以120度等间隔地配置，同时与环形齿轮25以及太阳轮27啮合的情况下，以相同相位向行星齿轮29作用旋转方向力35和半径方向力36。在这里，在3个行星齿轮29上分别由旋转方向力35引起的扭矩成为相同相位的力的叠加，具有啮合的频率成分。另一方面，对于半径方向力36，在3个行星齿轮29以相同相位啮合的基础上，成为产生的力的矢量和，由于彼此抵消，所以半径方向力36的合力为0。
参照图19B，如果3个行星齿轮29的啮合不是相同相位，而是3个的啮合相位分别以120度即齿宽的1/3齿距偏移，则对于由旋转方向力37引起的扭矩，3个啮合频率成分彼此抵消而成为0，另一方面，半径方向力38的矢量和由于相位偏移而不为0，产生变动成分。该变动成分的频率，在旋转的行星托架30上的旋转坐标中成为啮合频率，但如果在以静止的环形齿轮25、或者太阳轮27的轴承为基准的静止坐标中观察，则由于以行星托架30的旋转频率进行调制，所以成为啮合频率±行星托架30的旋转频率、即啮合次数±1次中的某一个。
如上述所示，由于啮合相位的不同，可以产生下述情况，即：由齿轮啮合引起的激振力仅针对旋转方向力产生的情况；以及仅针对半径方向力产生的情况。各个激振力的频率，存在相当于行星托架30旋转1次的频率的差异。另外，如果将旋转方向力和半径方向力进行比较，则半径方向力在构造上更容易激励振动，所产生的动作音也更大。
在本实施方式中，由于仅在加速行驶时产生拍音，所以使电动机的主要动作音的次数和减速器24的啮合次数一致。由此，在以一定速度行驶等电动机负荷较小的运转中，行星齿轮29之间啮合相位一致，电动机的动作音和减速器24的动作音的频率一致，不会产生拍音。
另一方面，如果电动机的负荷变大，则通过使行星齿轮29之间的啮合相位偏移，从而使减速器声音的频率相对于电动机声音的频率发生偏移，产生拍音。减速器24具有用于该处理的啮合相位可变机构。
参照图20A和20B，行星托架30具有3层构造的行星齿轮轴保持面41A-41C。各行星齿轮轴保持面41A-41C支撑1个行星齿轮29的行星齿轮轴34。行星齿轮轴保持面41A-41C彼此可相对旋转地构成。在与输出轴31结合的第1行星齿轮轴保持面41A和与其相邻的第2行星齿轮轴保持面41B之间，以及在第2行星齿轮轴保持面41B和与其相邻的第3行星齿轮轴保持面41C之间，分别安装有预先压缩而施加预压力的行星齿轮间弹簧42。在第1行星齿轮轴保持面41A和第3行星齿轮轴保持面41C之间，不安装行星齿轮间弹簧42。因此，行星齿轮间弹簧42的总数为2个。行星齿轮29、行星托架30、行星齿轮间弹簧42构成啮合相位可变机构。第1行星齿轮轴保持面41A配置在3层的行星齿轮轴保持面41A-41C中的最内侧。
各行星齿轮29的大径小齿轮33和小径小齿轮32可相对旋转地支撑，在大径小齿轮33和小径小齿轮32之间，安装有预先压缩而施加预压力的小齿轮间弹簧46。
如果从电动机向减速器24输入旋转扭矩，则向2个行星齿轮间弹簧42施加用于扭矩传递的力。只要该力不超过预压力，行星齿轮间弹簧42就不变形，如果超过预压力，则引起行星齿轮间弹簧42的变形。如果传递扭矩进一步增大，使行星齿轮间弹簧42的变形变大，则行星齿轮轴34与止动器抵接，阻止行星齿轮间弹簧42进一步变形。另一方面，在齿轮33和32之间的小齿轮间弹簧46中，也引起相同的变形。预先设定弹簧42和46的预压力和弹簧常数，以在大致相同的传递扭矩下开始变形，在大致相同的传递扭矩下使行星齿轮轴34与止动器抵接。
参照图21，预先设定弹簧42、46的预压力和弹簧常数，以使得在电动机的输出扭矩为100Nm时，弹簧42和46开始变形，在120Nm时由止动器限制进一步的变形。另外，在被止动器限制的弹簧42和46的最大变形状态下，1个行星齿轮轴34相对于太阳轮27的齿距位移1/3齿距，另1个行星齿轮轴34相对于太阳轮27的齿距位移2/3齿距。由于该位移，而使得太阳轮27和行星齿轮29的啮合相位，在3个行星齿轮29之间，产生各120度的偏移。即，以1个行星齿轮29为基准的啮合相位差为0度、120度、240度，啮合相位差的总和为360度。并不限于本实施方式，在具有奇数个行星齿轮的行星齿轮机构中，啮合相位差的总和为360度的整数倍。例如在具有5个行星齿轮的行星齿轮机构中，啮合相位差为0度、72度、144度、216度、288度，啮合相位差的总和为720度，即360度的2倍。另外，相邻的行星齿轮间的啮合相位差为，360度除以行星齿轮的总数而得到的值的整数倍。
在这里，描述安装在行星齿轮轴保持面41A和41B以及行星齿轮轴保持面41A和41C之间的行星齿轮间弹簧42的弹簧常数的设定方法。2个行星齿轮轴保持面41相对于太阳轮27的齿距分别位移1/3齿距。其位移角为2π/63rad。该位移在电动机的输出扭矩增大20Nm的期间，换言之在输出轴31的扭矩增大140Nm的期间发生。由于3个行星齿轮轴34各负担该扭矩的各1/3，所以各行星齿轮轴保持面41A-41C的位移在输出轴31的扭矩增大140/3Nm的期间发生。
在这里，在没有与输出轴31结合的外侧的行星齿轮轴保持面41C和中间的行星齿轮轴保持面41B之间的外侧的行星齿轮间弹簧42上，仅作用相当于1个轴的扭矩，但在将与输出轴31结合的内侧的行星齿轮轴保持面41A和中间的行星齿轮轴保持面41B相连的内侧的行星齿轮间弹簧42上，作用相当于2个轴的扭矩。因此，外侧的行星齿轮间弹簧42的螺旋弹簧常数为468Nm/rad，内侧的行星齿轮间弹簧42的螺旋弹簧常数为936Nm/rad。如图21所示，为了在电动机的输出扭矩达到100Nm之前，行星齿轮间弹簧42不开始位移，对于弹簧42施加预压力的初始位移，内侧弹簧和外侧弹簧均为0.10rad。
在以上的设定的基础上，电动机以大于或等于120Nm的输出扭矩进行加速的情况下，减速器24利用更容易发出声音的半径方向力，如图22A所示发出比太阳轮27的啮合次数小1次的125次的动作音。将该动作音和电动机的126次的动作音合成，其结果是生成图23A和23B所示的拍音。
但是，在如正常行驶时所示电动机的输出扭矩小于或等于100Nm的情况下，减速器24如图22B所示利用难以生成声音的旋转方向力，发出程度较低的126次的动作音。在此情况下，减速器24的动作音的次数与电动机的动作音一致，不生成拍音。
如上述所示，无需使用控制器3的电子控制，可以利用减速器24的结构，在电动机加速时产生拍音。
参照图24A-24C、图25A和25B，说明本发明的第5实施方式。
参照图24A-24C，本实施方式取代第4实施方式的3个行星齿轮29而使用4个行星齿轮47。各行星齿轮47具有与环形齿轮25啮合的第1小齿轮52、以及与太阳轮27啮合的第2小齿轮53。第1小齿轮52和第2小齿轮53被共通的行星齿轮轴56以同轴的方式支撑。在第1小齿轮52和第2小齿轮53之间，安装有小齿轮间弹簧46，其弹性地限制相对旋转，预先压缩而施加预压力。
第1小齿轮52和第2小齿轮53的齿数均设定为24。环形齿轮25的齿数为72，太阳轮27的齿数为24。
支撑4个行星齿轮47的行星托架62具有4层构造的行星齿轮轴保持面61A-61D。各行星齿轮轴保持面61A-61D分别支撑1个行星齿轮47的行星齿轮轴56。行星齿轮轴保持面61A-61D彼此可相对旋转地构成。在与输出轴31结合的第1行星齿轮轴保持面61A、和与其相邻的第2行星齿轮轴保持面61B之间，安装有预先压缩而施加预压力的行星齿轮间弹簧42。在第2行星齿轮轴保持面61B和与其相邻的第3行星齿轮轴保持面61C之间，也安装有预先压缩而施加预压力的行星齿轮间弹簧42。在第3行星齿轮轴保持面61C和与其相邻的第4行星齿轮轴保持面61D之间，也安装有预先压缩而施加预压力的行星齿轮间弹簧42。在第1行星齿轮轴保持面61A和第4行星齿轮轴保持面61D之间，不安装行星齿轮间弹簧42。因此，行星齿轮间弹簧42的总数为3个。这些弹簧42构成啮合相位可变机构。在4层的行星齿轮轴保持面61A-61D中，第1行星齿轮轴保持面61A位于最内侧。
减速器24的其他结构与第4实施方式相同。
在本实施方式中，预先设定弹簧42、46的预压力和弹簧常数，以使得在电动机的输出扭矩为100Nm时使弹簧42和46开始变形，在120Nm时由止动器限制进一步的变形。
在被止动器限制的弹簧42和46的最大变形状态下，1个行星齿轮轴56相对于太阳轮27的齿距而位移1/4齿距，另1个行星齿轮轴56相对于太阳轮27的齿距位移2/4齿距，另1个行星齿轮轴56相对于太阳轮27的齿距而位移3/4齿距。由于该位移，而使得太阳轮27和行星齿轮47的啮合相位，在4个行星齿轮47之间各产生90度的偏移。即，啮合相位差为0度、90度、180度、270度，啮合相位差的总和为540度，即180度的3倍。并不限于本实施方式，在具有偶数个行星齿轮的行星齿轮机构中，啮合相位差的总和为180度的奇数倍。例如在具有6个行星齿轮的行星齿轮机构中，啮合相位差为0度、60度、120度、180度、240度、300度，啮合相位差的总和为900度，即180度的5倍。另外，相邻的行星齿轮间的啮合相位差为，360度除以行星齿轮的总数而得到的值的整数倍。
根据以上的结构，减速器24的减速比为4，相对于输出轴31的啮合次数，环形齿轮25、太阳轮27均为72次。电动机单元19的电动机，与第4实施方式相同地由18极的转子和57个槽的定子构成，电动机所产生的动作音与电动机旋转18次和其高次谐波对应。最大的动作音为电动机旋转18次、减速后的输出旋转72次，这与啮合次数72一致。
在这里，描述行星齿轮间弹簧42的弹簧常数的设定方法。2个相邻的行星齿轮轴保持面相对于太阳轮27的齿距而分别位移1/4齿距。其位移角为2π/288rad。该位移在电动机的输出扭矩增大20Nm的期间，换言之在输出轴31的扭矩增大80Nm的期间发生。由于4个行星齿轮轴56分别负担该扭矩的1/4，所以各行星齿轮轴保持面61A-61D的位移在输出轴31的扭矩增大20Nm的期间发生。
在这里，向行星齿轮轴保持面61A-61D之间的行星齿轮间弹簧42施加的扭矩，在最外侧的第4行星齿轮轴保持面61D和第3行星齿轮轴保持面61C的行星齿轮间弹簧42上，仅作用相当于1个轴的扭矩。在第3行星齿轮轴保持面61C和第2行星齿轮轴保持面61B之间的行星齿轮间弹簧42上，作用相当于2个轴的扭矩。在第2行星齿轮轴保持面61B和第1行星齿轮轴保持面61A之间的行星齿轮间弹簧42上，作用相当于3个轴的扭矩。
各行星齿轮间弹簧42的螺旋弹簧常数为917Nm/rad、1833Nm/rad、2750Nm/rad。
为了在电动机的输出扭矩达到100Nm之前，行星齿轮间弹簧42不开始位移，作为预压力而向行星齿轮间弹簧42施加的初始位移，内侧弹簧和外侧弹簧均为0.11rad。
在以上的设定的基础上，电动机以大于或等于120Nm的输出扭矩进行加速的情况下，减速器24利用更容易发出声音的半径方向力，如图25A所示发出比环形齿轮25的啮合次数小1次的71次的动作音。将该动作音和电动机的72次的动作音合成，其结果生成拍音。
在如正常行驶时这种电动机以小于或等于100Nm的低扭矩进行驱动时，减速器24利用难以生成声音的旋转方向力，如图25B所示发出程度较低的72次的声音，因此，减速器24的动作音的次数与电动机的动作音一致，不生成拍音。
参照图26A和26B、图27、以及图28A和28B，说明本发明的第6实施方式。
本实施方式相当于对第4实施方式的减速器24和啮合相位可变机构的结构进行了变更的实施方式。其他结构与第4实施方式相同。
参照图26A和26B，在本实施方式中的减速器24中，将行星齿轮机构所具有的环形齿轮25的齿数设定为72，将太阳轮27的齿数设定为24。
行星齿轮机构具有4个行星齿轮47和行星托架48。各行星齿轮47与第5实施方式相同地，具有与环形齿轮25啮合的第1小齿轮52、与太阳轮27啮合的第2小齿轮53、以及小齿轮间弹簧46。第1小齿轮52和第2小齿轮53的齿数均设定为24。因此，该减速器24的减速比为4，与输出轴31的旋转对应的啮合次数，环形齿轮25和太阳轮27均为72次。
电动机与第4实施方式相同地，由转子18极和定子57槽构成。电动机所产生的动作音，与电动机旋转18次和其高次谐波对应。如果是减速后的输出轴31的旋转，则为72次。该值与上述的环形齿轮25和太阳轮27的啮合次数72一致。
行星托架48具有2层构造的行星齿轮轴保持面49A和49B。各行星齿轮轴保持面49A和49B分别支撑相邻的2个行星齿轮47的行星齿轮轴56。2个行星齿轮轴保持面49A和49B可相对旋转地构成。在2个行星齿轮轴保持面49A和49B之间，安装有一对预先压缩而施加预压力的行星齿轮间弹簧42。在本实施方式中，行星齿轮47、行星托架48、行星齿轮间弹簧42构成啮合相位可变机构。内侧的行星齿轮轴保持面49A与输出轴31结合。
构成行星齿轮47的第1小齿轮52和第2小齿轮53，在同一轴上可相对旋转地被支撑，在第1小齿轮52和第2小齿轮53之间，安装有预先压缩而施加预压力的小齿轮间弹簧46。
如果将电动机的输出扭矩向减速器24输入，则向一对行星齿轮间弹簧42施加用于扭矩传递的力，但只要该力不超过预压力，一对行星齿轮间弹簧42就不会变形，如果超过预压力，则一对行星齿轮间弹簧42开始变形。如果传递扭矩进一步增大，使行星齿轮间弹簧42的变形变大，则行星齿轮轴56与止动器抵接，阻止行星齿轮间弹簧42进一步变形。另一方面，在第1小齿轮52和第2小齿轮53之间的小齿轮间弹簧46中，也发生相同的变形。预先设定预压力和弹簧常数，以使弹簧42和46在大致相同的传递扭矩时开始变形，在大致相同的传递扭矩时与止动器抵接。
参照图27，预先设定预压力和弹簧常数，以使得在电动机的驱动扭矩为100Nm时使弹簧42和46开始变形，在作为电动机的最大输出扭矩的200Nm时与止动器抵接。另外，在被止动器限制的弹簧42和46的最大变形状态下，行星齿轮轴56相对于环形齿轮25的齿距而位移1/2齿距。由于该位移，而使环形齿轮25和行星齿轮47的啮合相位偏移180度。
描述在此情况下安装在行星齿轮轴保持面49A和49B之间的一对行星齿轮间弹簧42的弹簧常数的设定方法。由于行星齿轮轴保持面49A和49B相对于环形齿轮25的齿距而位移1/2齿距，所以其位移角为2π/144rad。该位移在电动机的输出扭矩增加100Nm的期间，即输出轴31的输出扭矩增加400Nm的期间产生。由于向4个行星齿轮轴56施加的传递扭矩分别为1/4，所以向保持2个行星齿轮轴56的1个行星齿轮轴保持面49A(49B)施加的扭矩为200Nm。因此，行星齿轮间弹簧42的螺旋弹簧常数为4584Nm/rad。为了在电动机的输出扭矩达到100Nm之前，行星齿轮间弹簧不开始位移，将作为预压力而向行星齿轮间弹簧42施加的初始位移设为0.044rad。
在以上的设定的基础上，电动机以200Nm的最大扭矩进行加速的情况下，减速器24仅产生更容易发出声音的半径方向力。其结果，相对于太阳轮27的啮合次数，如图28A所示，产生±1次不同的旋转72±1次的声音，将该声音和旋转72次的电动机的动作音合成，其结果是产生拍音。
但是，在如正常行驶时所示电动机的输出扭矩小于或等于100Nm的情况下，减速器24如图26B所示利用难以生成声音的旋转方向力，会发出程度较低的72次的动作音。在此情况下，减速器24的动作音的次数与电动机的动作音一致，不生成拍音。
由于在100Nm至200Nm之间，在电动机的输出扭矩增大的同时，啮合相位差不断变大，所以如图26A所示旋转72±1次的半径方向力增大。另一方面，旋转72次的旋转方向力如图28B所示变小。因此，通过将旋转72±1次的减速器声音和旋转72次的电动机声音合成而产生的拍音，在电动机的输出扭矩增大的同时，其差拍的变化振幅变大，随着电动机加速，差拍感变强。
根据本实施方式，可以使用与第4实施方式相比结构部件数量更少且简单构造的啮合相位可变机构，在加速时产生与加速的强度对应的拍音。可以创造出更崭新且愉快的电动车辆的加速声音。
以上，通过一些特定的实施方式说明了本发明，但本发明并不限定于上述各实施方式。对于本领域技术人员，可以在权利要求书的技术范围内对上述实施方式进行各种修正或变更。
例如，上述各实施方式是在通过来自外部的电力供给而向电池蓄电的电气车辆中应用本发明的实施方式，但在搭载有发电设备的例如混合驱动电气车辆中，也适用本发明。
工业实用性
如上述所示，本发明在以电动机为驱动源的车辆中，对于改善电动机的加速时的动作音来说具有良好的效果。
本发明的实施方式所包含的排他性质或特点，记载在权利要求书中。

Claims (23)

1.一种车辆(1、17)的动作音控制装置，其中，
具有拍音生成机构，其通过产生具有下述次数成分的第2动作音从而生成拍音，该次数成分接近与车辆加速时动力源(5、19)的旋转速度成正比的动作音的产生次数。
2.根据权利要求1所述的动作音控制装置，其中，
动力源为电动机(5、19)。
3.根据权利要求2所述的动作音控制装置，其中，
拍音生成机构构成为，仅在车辆(1、17)加速时产生第2动作音。
4.根据权利要求2或3所述的动作音控制装置，其中，
拍音生成机构构成为，在电动机(5、19)的旋转速度大于或等于第1规定速度的情况下，停止第2动作音的产生。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的动作音控制装置，其中，
拍音生成机构构成为，在电动机(5、19)的旋转速度从零直至比第1规定速度低的第2规定速度为止的期间，使第2动作音的振幅增大。
6.根据权利要求5所述的动作音控制装置，其中，
第2规定速度与车体的前后振动的共振频率对应。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的动作音控制装置，其中，
拍音生成机构具有：同步式的交流电动机(5)；逆变器(4)，其向交流电动机(5)供给驱动电流；以及控制器(3)，其对驱动电流进行控制。
8.根据权利要求7所述的动作音控制装置，其中，
控制器(3)被编程为，通过计算在驱动电流中附加高次成分电流而得到的电流指示值，并将基于电流指示值的电流从逆变器(4)输出，从而产生第2动作音，其中，该高次成分相当于，针对在电动机(5)的作为动作音频率的驱动电流频率所对应的次数上加上具有小于1的绝对值的值而得到的次数，加1后得到的次数和减1后得到的次数中的某一个。
9.根据权利要求7所述的动作音控制装置，其中，
控制器(3)被编程为，通过计算校正系数，并使基本电流与校正系数相乘，从而计算电流指示值，通过将基于电流指示值的电流从逆变器(4)输出，从而产生第2动作音，其中，该校正系数具有在电动机(5)的作为动作音频率的驱动电流频率所对应的次数上加上具有小于1的绝对值的值而得到的次数，并且时间平均为1。
10.根据权利要求9所述的动作音控制装置，其中，
拍音生成机构还具有外部操作面板(13)，其用于由车辆(1)的驾驶员指示第2动作音的产生和停止，控制器(3)进一步被编程为，与来自外部操作面板(13)的指示对应地，进行第2动作音的产生和停止。
11.根据权利要求9或10所述的动作音控制装置，其中，
拍音生成机构还具有外部操作面板(13)，其用于由车辆(1)的驾驶员设定通过产生第2动作音而生成的拍音的频率和强度，控制器(3)进一步被编程为，基于通过外部操作面板(13)设定的拍音的频率和强度，设定校正系数。
12.根据权利要求2至6中任一项所述的动作音控制装置，其中，
拍音生成机构具有减速器(24)，其通过多个齿轮(25、27、32、33、52、53)的啮合，而对同步式的交流电动机的旋转进行减速，并向车辆的车轮传递，减速器(24)使多个齿轮(25、27、32、33、52、53)的啮合相位变化，以产生下述次数成分的第2动作音，该次数成分接近于与电动机的旋转速度成正比的动作音的产生次数。
13.根据权利要求12所述的动作音控制装置，其中，
减速器(24)由行星齿轮机构构成，该行星齿轮机构具有：太阳轮(27)；环形齿轮(25)；多个行星齿轮(29、47)，其与太阳轮(27)和环形齿轮(25)这两者分别啮合；以及行星托架(30、48、62)，其在圆周方向上隔着间隔而分别可自由旋转地支撑行星齿轮(29、47)，啮合相位可变机构与多个行星齿轮(29、47)的传递扭矩对应地，使多个行星齿轮(29、47)的圆周方向的相对位置变化。
14.根据权利要求13所述的动作音控制装置，其中，
通过啮合相位可变机构进行的多个行星齿轮(29、47)的圆周方向的相对位置变化，是对于行星齿轮(29、47)与太阳轮(27)和环形齿轮(25)中的某一个之间的啮合相位，在多个行星齿轮(29、47)之间创造出啮合相位差。
15.根据权利要求14所述的动作音控制装置，其中，
行星齿轮(29、47)具有：同轴地构成的2个小齿轮(32、33、52、53)；以及小齿轮间弹簧(46)，其使2个小齿轮(32、33、52、53)的相对旋转，与小齿轮(32、33、52、53)之间的传递扭矩对应地变化，啮合相位可变机构具有行星齿轮间弹簧(42)，其使多个行星齿轮(29、47)的圆周方向的相对位置，与多个行星齿轮(29、47)的传递扭矩对应地变化。
16.根据权利要求15所述的动作音控制装置，其中，
预先设定行星齿轮间弹簧(42)的预压力，以使得多个行星齿轮(29、47)的圆周方向的相对位置，在多个行星齿轮(29、47)的传递扭矩超过第1规定扭矩之前不变化。
17.根据权利要求16所述的动作音控制装置，其中，
设定行星齿轮间弹簧(42)的特性，以使得在多个行星齿轮(29、47)的传递扭矩达到比第1扭矩大的第2规定扭矩时，在多个行星齿轮(29、47)之间创造出的啮合相位差的总和等于规定角度。
18.根据权利要求17所述的动作音控制装置，其中，
行星齿轮(29、47)的数量为奇数，规定角度为360度的整数倍，且相邻的行星齿轮(29、47)之间创造出的啮合相位差为，360度除以行星齿轮(29、47)的数量而得到的值的整数倍。
19.根据权利要求17所述的动作音控制装置，其中，
行星齿轮(29、47)的数量为偶数，规定角度为180度的奇数倍，且相邻的行星齿轮(29、47)之间创造出的啮合相位差为，360度除以行星齿轮(29、47)的数量而得到的值的整数倍。
20.根据权利要求16所述的动作音控制装置，其中，
行星齿轮(29、47)的数量为偶数，在多个行星齿轮(29、47)的传递扭矩达到比第1扭矩大的第2规定扭矩时，在相对的行星齿轮(29、47)之间创造出的啮合相位差等于180度。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的动作音控制装置，其中，
行星托架(30、48、62)具有多个行星齿轮轴保持面(41A-41C、49A、49B、62A-62D)，其分别支撑多个行星齿轮(29、47)，以可以沿圆周方向进行相对位移的状态在轴向上层叠，行星齿轮间弹簧(42)安装在特定的行星齿轮轴保持面(41A、49A、62A)和其他行星齿轮轴保持面(41B、49B、62B)之间。
22.根据权利要求13至16中任一项所述的动作音控制装置，其中，
多个行星齿轮(29、47)为偶数个行星齿轮(29、47)，啮合相位可变机构构成为，在相对的行星齿轮(29、47)之间，利用多个行星齿轮(29、47)的圆周方向的相对位置变化，实现存在与其他齿轮(25、27)之间的啮合相位差的状态和不存在的状态。
23.一种以电动机(5、19)为动力源的车辆(1、17)的动作音控制方法，其中，
通过产生具有下述次数成分的第2动作音从而生成拍音，该次数成分接近与电动机(5、19)的旋转速度成正比的动作音的产生次数。
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