JP2007124736A - 車両および車両のノイズ低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換器のスイッチング動作に伴なって発生する各ノイズの相互の影響をできるだけ排除し、ノイズが増大する事態を回避できるようにした。
【解決手段】ノイズ検出器１６ａ、１６ｂは、電力変換器１２ａ、１２ｂのスイッチング動作に同期して発生する電磁波ノイズを含む信号を検出する。ノイズ低減制御器１７は、ノイズ検出器１６ａ、１６ｂの検出した検出信号に基づき、その検出信号に含まれるノイズ同士が時間軸上で所定以上重複しているか否かを判定し、所定以上重複していると判定した場合には、そのノイズ同士が所定以上重複しないように、電力変換器１２ａ、１２ｂのスイッチング動作のタイミングを時間軸上で移動させる制御を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車などの車両、およびその車両のノイズ低減方法に関するものである。

従来、電気自動車の電磁波ノイズ低減方法として、例えば特許文献１に示すものが知られている。
この方法は、電源と電力変換器、電力変換器と駆動モータの配線を、各配線を流れる電流の比に反比例する比の長さにすることにより、電力変換器のパルス動作（スイッチング動作）に起因する電磁波ノイズの低減を図ったものである。
特開平７−７８１０号公報

しかしながら、例えば、４つの車輪について駆動モータで動作させる車両のような場合には、電力変換器および駆動モータが複数個搭載されているので、以下のような不具合が考えられる。
すなわち、電力変換器が複数個搭載される車両の場合には、各電力変換器のパルス動作に起因して複数の電磁波ノイズがそれぞれ発生するので、この発生した各ノイズが互いに影響しあって、ノイズが増大する場合が考えられる。

この場合には、例えば、車両に配置される各種のセンサが検出したセンサ検出信号にそのノイズが混入して誤差が増大したり、各部を制御する制御信号にそのノイズが混入して制御信号がエラーとなるような事態が考えられる。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑みて創作されたものであり、各電力変換器のスイッチング動作に伴なって発生する各ノイズの相互の影響をできるだけ排除し、ノイズが増大する事態を回避できるようにした車両、および車両のノイズ低減方法を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、本発明は、車輪を駆動させる少なくとも２つの駆動モータと、前記各駆動モータを電力を供給する少なくとも２つの電力変換器と、前記各電力変換器へ電力を供給する電源とを備えた車両において、前記各電力変換器のスイッチング動作に基づいて発生する各ノイズを検出し、その検出されたノイズ同士が時間軸上で概ね重複するかを判断し、概ね重複すると判断された場合には、その重複状態を解消するように、電力変換器のスイッチング動作のタイミングを時間軸上で移動させるようにした。

本発明によれば、複数の電力変換器のスイッチング動作に伴なって発生する各ノイズの相互の影響をできるだけ排除し、ノイズが増大する事態を回避できる。この結果、センサ検出信号にノイズが混入して誤差が増大したり、各部の制御信号にノイズが混入して制御信号がエラーとなるような事態を避けることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の車両の第１実施形態を上面から見た概略図である。
この第１実施形態は、独立電動駆動車（電気自動車）からなり、図１に示すように、走行用の４つの車輪１０ａ〜１０ｄと、車輪１０ａ、１０ｂをそれぞれ駆動する駆動モータ１１ａ、１１ｂと、電力変換器１２ａ、１２ｂと、電源１３と、システム制御器１４とを少なくとも備え、これらは車体上に搭載されている。

駆動モータ１１ａ、１１ｂは、車輪１０ａ、１０ｂと接続されて、その車輪１０ａ、１０ｂを駆動させるようになっている。電力変換器１２ａ、１２ｂは、駆動モータ１１ａ、１１ｂに電力を供給するようになっている。電源１３は直流電源などからなり、電力変換器１２ａ、１２ｂにそれぞれ所定の電力を供給するようになっている。システム制御器１４は、電力変換器１２ａ、１２ｂを制御することにより、駆動モータ１１ａ、１１ｂの駆動制御を行うようになっている。

さらに詳述すると、電力変換器１２ａ、１２ｂは、電源１３からの電力についてスイッチングやチョッパ動作等のパルス動作（以下、スイッチング動作という）を行うことにより、所望の駆動電力に変換し、この変換した駆動電力を駆動モータ１１ａ、１１ｂに供給するようになっている。
システム制御器１４は、各駆動モータ１１ａ、１１ｂへのトルク入力値を決定し、この決定されたトルク値を電力変換器１３ａ、１３ｂへ指令すると、その指令に従って電力変換器１３ａ、１３ｂは所望の電力変換を行うようになっている。このため、システム制御１４と電力変換器１２ａ、１２ｂとの間は、ＣＡＮ等のシリアル通信によるデジタル信号系や、電圧値をトルク値として読み込むアナログ信号系等の信号線で接続されている。

次に、図１に示す第１実施形態では、電力変換器１２ａ、１２ｂのスイッチング動作に伴って発生するノイズによる弊害を低減するためのノイズ低減装置を備えているので、このノイズ低減装置１５の構成について、図２を参照して説明する。
このノイズ低減装置１５は、図２に示すように、２つのノイズ検出器１６ａ、１６ｂと、ノイズ低減制御器１７とを備えている。

ここで、ノイズ検出器１６ａ、１６ｂがノイズ検出手段に対応し、ノイズ低減制御器１７がノイズ重複判定手段および動作タイミングシフト手段に対応する。
ノイズ検出器１６ａは、電力変換器１２ａ、１２ｂのスイッチング動作に同期して発生する電磁波ノイズを含む信号を検出するものであり、そのノイズが混入した場合に一番問題となるような信号、例えば電力変換器１２ａに対するトルク指令に係る信号の一部を検出するようになっている。

同様に、ノイズ検出器１６ｂは、電力変換器１２ａ、１２ｂのスイッチング動作に同期して発生する電磁波ノイズを含む信号を検出するものであり、そのノイズが混入した場合に一番問題となるような信号、例えば電力変換器１２ｂに対するトルク指令に係る信号の一部を検出するようになっている。
ノイズ低減制御器１７は、後述のように、ノイズ検出器１６ａ、１６ｂの検出信号に基づき、電力変換器１２ａ、１２ｂのスイッチング動作のタイミングの移動に係る制御を行うようになっている。

次に、このような構成からなる第１実施形態の動作例について、図面を参照して説明する。
まず、この第１実施形態のノイズ低減に係る動作の概要について、図３および図４を参照して説明する。
いま、電力変換器１２ａ、１２ｂがスイッチング動作を開始し、駆動モータ１１ａ、１１ｂの駆動が開始すると、駆動モータ１１ａ、１１ｂに対する供給電力電圧の急激な変動により、スイッチング動作に同期した電磁波がそれぞれ発生する。これにより、例えば、システム制御器１４から電力変換器１２ａ、１２ｂにトルク指令を行うための信号線に電磁波ノイズがそれぞれ発生し、その信号にはノイズが含まれる。

このため、それらのノイズを含む信号線上の信号は、例えば図３（ａ）に示すようになる。図３（ａ）において、実線で示すＡは電力変換器１２ａのスイッチング動作に基づくノイズであり、破線で示すＢは電力変換器１２ｂのスイッチング動作に基づくノイズである。
ここで、図３（ａ）は、電力変換器１２ａのスイッチング動作に係るパルスの周期が、電力変換器１２ｂのスイッチング動作に係るパルスの周期よりも長い場合である。なお、図３（ａ）おいて、横軸は時間、縦軸はノイズを含む信号の電圧値である。

ところで、電力変換器１２ａ、１２ｂに含まれる各パルス発生機器から発生される各パルスの間には一般に周期（周波数）などの相違があるので、一定時間間隔でその２つの電磁波ノイズが概ね重複するようになり、この結果、電磁波ノイズが増大した状態となる。このため、その増大したノイズを含む信号は、誤動作などを発生させる原因となる。
図３（ｂ）の波形、および図３（ｃ）の符号（１）で示す波形は、図３（ａ）の状態から時間が経過し、検出信号に含まれる２つのノイズＡ、 Ｂが時間軸上で接近して、その２つのノイズが概ね重複した状態の一例を示す。そこで、この発明では、そのノイズが概ね重複した状態を判断するようにした。

このように、ノイズが概ね重複した状態が判断されると、例えば、電力変換器１２ｂのスイッチング動作を継続させる一方、電力変換器１２ａのスイッチング動作を一時的に所定時間だけ停止し、その所定時間の経過後に再度スイッチング動作を開始する。ここで、図３（ｃ）において、Δｔは電力変換器１２ａがスイッチング動作を一時停止している時間を示す。

なお、上記の電磁波ノイズの概ね重複の判断において、電磁波ノイズが一部重複した場合であっても、そのノイズの影響を受ける信号に不具合を生じさせない場合は、概ね重複と判断しないようにしても良い。この場合には、電磁波ノイズが重複し、電圧振幅が信号に不具合を生じさせる値となる時間がノイズの概ね重複判断となる。
その概ね重複判断の解除、すなわち、電力変換器のスイッチング動作の再度の開始時間についても、電圧振幅が信号に不具合を生じさせる値とならない時間が重複判断の解除時間となる。

図４は、本ノイズの概ね重複判断、すなわち、電力変換器のスイッチング動作の一時停止の開始時間の概略を説明する図である。同図において、横軸が時間を示し、縦軸が信号電圧を示す。
図４に示すように、電磁波ノイズＡと電磁波ノイズＢが信号電圧に含まれ、電磁波ノイズＡの発生源である電力変換器のスイッチング動作を一時停止する場合において、重複しない時間（時刻）ｔをノイズの重複判断時間とするのではなく、時間ｔ’のようにノイズが重複した場合でも信号に不具合が生じない重複の期間は重複判断としない、すなわち時間ｔ’がノイズの重複判断時間となる。

次に、この第１実施形態のノイズ低減装置１５の動作の具体的な一例について、図２および図５を参照して説明する。
いま、図２に示すノイズ検出器１６ａ、１６ｂが、例えば信号線１８ａ、１８ｂ上のノイズを含む各信号をそれぞれ検出しているものとする。そこで、その各検出信号をノイズ低減制御器１７が取り込む（ステップＳ１）。

次に、ノイズ低減制御器１７は、その取り込んだノイズ検出器１６ａ、１６ｂの検出信号のうちの少なくとも１つの検出信号に含まれる、発生源が異なる２つのノイズの時間軸上の重複期間を検出する（ステップＳ２）。
次いで、ノイズ低減制御器１７は、その検出したノイズの重複期間が、所定値以上か否かを判定する（ステップＳ３）。この判定の結果、そのノイズの重複期間が所定値以上でないと判定した場合にはステップＳ１に戻り、所定値以上である判定した場合には次のステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、その判定の対象になった検出信号に含まれる２つのノイズの振幅値（例えば最大振幅）をそれぞれ検出する。次に、この検出した両振幅値のうちの１つが所定値以下か否かを判定する（ステップＳ５）。この判定の結果、その１つが所定値以下の場合にはステップＳ１に戻り、それが所定値以下でない場合には次のステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、その両ノイズの重複状態による不具合を回避するために、ノイズ低減制御器１７は、電力変換器１２ａ、１２ｂのスイッチング動作のタイミングを時間軸上で移動させるように、電力変換器１２ａ、１２ｂの動作タイミングの制御を行う。
すなわち、この場合には、例えば電力変換器１２ｂのスイッチング動作を継続させる一方、電力変換器１２ａのスイッチング動作を一時的に所定時間だけ停止し、その所定時間の経過後に再度スイッチング動作を開始する。

以上説明したように、この第１実施形態によれば、電力変換器のスイッチング動作に伴なって発生する各ノイズの相互の影響をできるだけ排除し、ノイズが増大する事態を回避できる。この結果、センサ検出信号にノイズが混入して誤差が増大したり、各部の制御信号にノイズが混入して制御信号がエラーとなるような事態を避けることができる。
また、この第１実施形態によれば、各電力変換器のスイッチング動作の一時停止時間の和が短くなるので、トルク制御、例えば、高応答性の必要なヨーレイト制御に影響なく、ノイズ増大が防止出来、各種の信号の不具合をなくすことが出来る。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１に示す第１実施形態は、車両に搭載される電力変換器が２個の場合である。しかし、この第２実施形態は、車両に搭載される電力変換器を３個以上とするものであり、この場合にもその３個以上の電力変換器のスイッチング動作に伴って発生する電磁波ノイズによって第１実施形態と同様の不具合があるので、その不具合を解消するものである。
そこで、第２実施形態では、３個以上の電力変換器のうち、最も短い周期（最も高い周波数）のパルスでスイッチング動作を行っている電力変換器については本発明に係るノイズの低減方法を適用せず、残りの電力変換器についてその方法を適用するようにした。
また、第２実施形態では、最も短い周期のパルスのスイッチング動作で発生する電磁波ノイズの直後のように後方のタイミングで所定の電力変換器のスイッチング動作を再開することによって、次にノイズが重複するまでの時間を最も長くすることが可能となり、電力変換器によるトルク制御への影響を低減出来るようにした。

次に、車両に３個の電力変換器が搭載されている場合の電磁波ノイズの低減方法について説明する。
図６は、３個の電力変換器から発生される電磁波ノイズのイメージ図である。同図において、（１）が最も短い周期のパルスで動作する電力変換器が発生するノイズ、（２）が２番目に短い周期のパルスで動作する電力変換器が発生するノイズ、（３）が最も長い周期のパルスで動作する電力変換器が発生するノイズである。
時間ｔは、電磁波ノイズの概ね重複判断時間、すなわち電力変換器のスイッチング動作の停止時間である。時間ｔ２は、電力変換器のスイッチング動作の再開時間である。その後に、時間ｔ３、時間ｔ４となり、一定時間の経過後に再度時間ｔとなり、この時間ｔはノイズの概ね重複判断時間となる。

パターン１およびパターン２は、図示のように、最も短い周期のパルスで動作する電力変換器が発生するノイズ電磁波ノイズ（３）を、最も長い周期のパルスで動作する電力変換器が発生する電磁波ノイズ（１）の後方へ移動するようにしたものである。この場合には、その最も長い周期のパルスで動作する電力変換器の動作を一時的に停止させることにより実現する。

パターン３は、２番目に短い周期のパルスで動作する電力変換器が発生する電磁波ノイズ（２）を、最も短い周期のパルスで動作する電力変換器が発生する電磁波ノイズ（１）の後方へ移動するようにしたものである。この場合には、その２番目に短い周期のパルスで動作する電力変換器の動作を一時的に停止させることにより実現する。
このような処理によれば、次にノイズが重複するまでの時間を最も長くすることが出来る。

以上のように、この第２実施形態によれば、各電力変換器のスイッチング動作の一時停止時間が短くなるので、トルク制御、例えば、高応答性の必要なヨーレイト制御に影響なく、ノイズ増大が防止出来、各種の信号の不具合をなくすことが出来る。
さらに、この第２実施形態によれば、各電力変換器のスイッチング動作の一時停止時間の和が短くなるので、トルク制御、例えば、高応答性の必要なヨーレイト制御に影響なく、ノイズ増大が防止出来、各種の信号の不具合をなくすことが出来る。

（その他の実施形態）
本発明において、Ｎ個の電力変換器が車両に搭載されている場合には、（Ｎ−１）個の電力変換器について本発明に係る方法を適応すれば、電磁波ノイズの概ね重複を回避できる。さらに、本発明を適用しない電力変換器を、トルク応答性の必要なヨーレイト制御、トラクション制御を実施していない電力変換器とすることにより、ヨーレイト制御に影響なく、ノイズ増大が防止出来、信号不具合をなくすことができる。
また同様に、３個以上の電力変換器が車両に搭載されている場合、例えば２個の電磁波ノイズが重複した場合において、信号に不具合が生じない組合せの場合は、スイッチング動作を一時停止する必要はない。

本発明の第１実施形態の上面概略図である 第１実施形態のノイズ低減制御装置の構成例を示すブロック図である。 第１実施形態に係るノイズを含む検出信号の一例を示す波形図である。 第１実施形態に係るノイズの重複判断を説明するための図である。 第１実施形態のノイズ低減装置の動作の具体的な一例を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態であって、車両に３個の電力変換器が搭載されている場合の電磁波ノイズの低減方法を説明する図である。

符号の説明

１０ａ〜１０ｄ 車輪
１１ａ、１１ｂ 駆動モータ
１２ａ、１２ｂ 電力変換器
１３ 電源
１４ システム制御器
１５ ノイズ低減装置
１６ａ、１６ｂ ノイズ検出器
１７ ノイズ低減制御器

Claims (8)

1. 車輪を駆動させる少なくとも２つの駆動モータと、前記各駆動モータを電力を供給する少なくとも２つの電力変換器と、前記各電力変換器へ電力を供給する電源とを備えた車両において、
   前記各電力変換器のスイッチング動作に基づいて発生する各ノイズを検出し、その検出されたノイズ同士が時間軸上で概ね重複するかを判断し、概ね重複すると判断された場合には、その重複状態を解消するように、電力変換器のスイッチング動作のタイミングを時間軸上で移動させるようにしたことを特徴とする車両のノイズ低減方法。
2. 前記ノイズ同士が時間軸上で概ね重複する場合であっても、前記各ノイズの振幅を参照して、前記電力変換器のスイッチング動作のタイミングの前記時間軸上での移動を行うか否かを決定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両のノイズ低減方法。
3. 前記電力変換器のスイッチング動作のタイミングを時間軸上で移動させる場合に、前記電力変換器のうちスイッチング動作の最も速い電力変換器の動作タイミングの直後に、所定の電力変換器の動作を移動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両のノイズ低減方法。
4. 前記重複判断において、ノイズ振幅が概ね重複しても、そのノイズ振幅が信号に不具合を生じさせる値とならない時刻を、前記判断の基準とすることを特徴とする請求項１に記載の車両のノイズ低減方法。
5. 前記電力変換器の個数をＮとする場合に、（Ｎ−１）個の電力変換器について前記処理を適用することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の車両のノイズ低減方法。
6. 車輪を駆動させる少なくとも２つの駆動モータと、前記各駆動モータへ電力を供給する少なくとも２つの電力変換器と、前記各電力変換器へ電力を供給する電源とを備えた車両において、
   前記各電力変換器のスイッチング動作に基づいて発生する各ノイズが混入する所定の信号を検出するノイズ検出手段と、
   前記ノイズ検出手段で検出された信号中のノイズ同士が時間軸上で所定以上重複しているか否かを判定するノイズ重複判定手段と、
   前記ノイズ重複判定手段がノイズ同士が時間軸上で所定以上重複していると判定した場合には、そのノイズ同士が所定以上重複しないように、前記電力変換器のスイッチング動作のタイミングを時間軸上で移動させる動作タイミングシフト手段と、
   を備えていることを特徴とする車両。
7. 前記ノイズ重複判定手段がノイズ同士が時間軸上で所定以上重複していると判定する場合であっても、ノイズの振幅が所定値以下の場合には、前記動作タイミングシフト手段は移動動作を行わないことを特徴とする請求項６に記載の車両。
8. 前記動作タイミングシフト手段は、前記電力変換器のスイッチング動作のタイミングを時間軸上で移動させる場合に、前記電力変換器のうちスイッチング動作の最も速い電力変換器の動作タイミングの直後に、所定の電力変換器の動作を移動させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の車両。

Images