JP2010093908A - 電気車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車のように車両が発進することによって周囲に危険を及ぼす可能性のある電気車両においては、電気車両が発進する前に、電動機から可聴周波数の範囲内の電磁音を発生させることが要求される。
【解決手段】ゲート制御回路から出力されるゲート信号によって逆変換部ＩＮＶのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御し、逆変換部ＩＮＶから出力された交流電力により、正転と逆転との切替えが可能な電動機Ｍを駆動制御する電気車両において、電気車両が発進する前に、ゲート制御回路によって逆変換部ＩＮＶのキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定し、逆変換部ＩＮＶにより、正転トルクを発生させる電流と逆転トルクを発生させる電流とを交互に切替えながら電動機Ｍに対して印加し、その切替える毎に各電流が印加される時間は、前記各電流の印加から電気車両が発進するまでに要する時間よりも短い時間とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気エネルギーを動力に変換して走行する電気車両の制御方法に関する。

最近、環境負荷の少ない「地球に優しい車」としてＥＶ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ：電気エネルギー（電気モータ）を動力に変換して走行する電気自動車）やＨＥＶ（ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ：ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関と電気モータを搭載した自動車）が脚光を浴びている。

前記ＥＶは、駆動部の電動機と、その電動機を制御する逆変換部と、前記逆変換部に電力を供給するバッテリー等の電源と、前記逆変換部に備えられたスイッチング素子に対してゲート信号を出力するゲート制御回路（例えば、ＰＷＭ信号生成器）と、を主として構成され、ゲート制御回路から逆変換部に対してゲート信号が出力されることによって、逆変換部がスイッチング制御される。そして、電動機は車両を加減速するための駆動トルクを発生する。

上記のような構成において、前記電源の負荷を低減させるためには、逆変換部や電動機を少しでも効率良く動作させる必要がある。電動機の効率を改善させる手段の一つとしては、例えば、逆変換部のスイッチング周波数（以下、キャリア周波数と称する）を上げて電動機に出力される電流をより正弦波に近づけ、高調波損失を低減させる方法等が挙げられる。

上記のように、逆変換部のキャリア周波数を上げると電動機から発生する電磁音の周波数も上がる。その周波数は可聴周波数（正常な聴力をもつ成人が聞くことのできる音の周波数；約２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）よりも高い状態となるため、電動機から発生される電磁音は聞こえなくなる。特に、停止時および低速走行時においては、タイヤの摩擦音や風切音も小さくなるため、車両全体から発生する音も小さい状態となる。

一般的に、電気自動車においては、電動機から発生される電磁音は騒音として扱われていた。しかしながら、街中のように周囲に通行者が存在するような場所においては、車両から発生される音が小さすぎると、通行者は車両の存在を認知することができず事故等につながる危険性がある。また、その他の音発生手段（例えば、ブザー等）を用いて、電動機から発生される電磁音を模擬することも考えられていたが、このような手段は規制されているため実施することができない。

上記のような問題を解消するために、一般的な電気自動車は、必要に応じて逆変換部のキャリア周波数を下げ、電動機から発生される電磁音を可聴周波数の範囲内に調整している（例えば、特許文献１）。
特開２００５−１３０６１４号公報（段落［０００８］〜［００４４］、図１）

しかし、特許文献１のような制御では、車両停止時において電動機から可聴周波数の電磁音を発生させることができなかった。

すなわち、電動機から可聴周波数の電磁音を発生させるためには、逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定し、電動機に電流を流すことが必要になる。しかしながら、電動機に電流を流すと電動機からトルクが発生し車両が前後進してしまう問題があった。

そのため、車両停止（変速機のシフトポジションが“Ｎ”（ニュートラルレンジ）に選択された）時は、電動機から可聴周波数の範囲内の電磁音を発生させることができず、車両が前進（または、後進）して（変速機のシフトポジションが“Ｄ”（ドライブレンジ）に選択されて）初めて電動機から可聴周波数の範囲内の電磁音が発生されることとなる。その結果、発進するまで周囲の通行者に対して車両の存在を報知することができず、街中（例えば、人ごみ等）で発進する場合は十分な効果が得られなかった。

以上示したようなことから、電気自動車のように車両が発進することによって周囲に危険を及ぼす可能性のある電気車両においては、電気車両が発進する前に、電動機から可聴周波数の範囲内の電磁音を発生させることが要求される。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、請求項１記載の発明は、ゲート制御回路から出力されるゲート信号によって逆変換部のスイッチング素子を制御し、前記逆変換部から出力された交流電力により、正転と逆転との切替えが可能な電動機を駆動制御する電気車両の制御方法であって、前記電気車両が発進する前に、前記ゲート制御回路によって前記逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定し、前記逆変換部により、正転トルクを発生させる電流と逆転トルクを発生させる電流とを交互に切替えながら電動機に対して印加し、その切替える毎に各電流が印加される時間は、前記各電流の印加から電気車両が発進するまでに要する時間よりも短いことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、ゲート制御回路から出力されるゲート信号によって逆変換部のスイッチング素子を制御して、前記逆変換部から出力された交流電力により、正転と逆転との切替えが可能な電動機を駆動制御し、走行モードと街中モードとの切替えが可能な切替手段を備えた電気車両の制御方法であって、前記切替手段によって走行モードを選択し、変速機のシフトポジションをニュートラルレンジに選択した場合、前記ゲート制御回路によって前記逆変換部のスイッチング素子をオフ制御する手順と、前記切替手段によって走行モードを選択し、変速機のシフトポジションをドライブレンジに選択した場合、前記ゲート制御回路によって逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲外に設定するとともに、前記逆変換部のスイッチング素子をスイッチング制御する手順と、前記切替手段によって街中モードを選択し、変速機のシフトポジションをニュートラルレンジに選択した場合、前記ゲート制御回路によって前記逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定し、前記逆変換部によって正転トルクを発生させる電流と逆転トルクを発生させる電流とを交互に切替えながら電動機に対して印加し、その切替わる毎に各電流が印加される時間は前記各電流の印加から電気車両が発進するまでに要する時間よりも短い時間とする手順と、前記切替手段によって街中モードを選択し、変速機のシフトポジションをドライブレンジに選択した場合、ゲート制御回路によって、前記逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定するとともに、逆変換部のスイッチング素子をスイッチング制御する手順と、を行うことを特徴とする。

以上の説明で明らかなように、請求項１または２記載の発明によれば、電気車両が発進する前に、これから電気車両が発進することを周囲の人に報知することが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、電気車両の高効率の運転が可能となり、消費電力の抑制および走行距離の延長が可能となる。

次に、本実施形態の電気車両の一例を図１の電気自動車の概略構成図に基づいて説明する。図１の電気自動車は、バッテリー等の直流電源Ｅを、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６から成る逆変換部ＩＮＶにより任意の電圧および任意の周波数の交流電力に変換して電動機Ｍに出力し、電動機Ｍを駆動制御する。

上記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ゲート制御回路（例えば、ＰＷＭ信号生成器（図示省略））において、出力波形のパルス幅の基準となる搬送波（キャリア周波数信号）を、出力波形の基本波成分を構成する信号波（例えば、電動機電流指令装置（図示省略）から出力された信号波）で変調したゲート信号（ＰＷＭ制御信号）によって制御される。なお、電動機Ｍの回転を逆転させたい場合は、前記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をスイッチング制御させる順序を変え、Ｕ−Ｖ，Ｖ−Ｗ，Ｗ−Ｕの相順を変えることにより可能となる。

本実施形態における電気車両は、通常モード（以下、走行モードと称する）とは異なるモード（以下、街中モードと称する）を設定し、車室に備えられた切替スイッチ等の切替手段によって、キャリア周波数および動作の切替えが行われるものとする。

例えば、ここでの街中モードは周囲の通行者に車両の存在を認知させたい状況（例えば、人ごみの中での発進時や徐行時）において選択されることが想定され、走行モードは前記街中モード以外および周囲の人に車両の存在を認知させる必要がない状況（例えば、大きな道路での走行時や騒音を生じさせたくない状況）において選択されることが想定される。

次に、各モードにおける逆変換部のキャリア周波数および動作について説明する。

走行モードにおいては、変速機のシフトポジションが“Ｄ”に選択された場合、逆変換部ＩＮＶはキャリア周波数が可聴周波数よりも高い周波数（例えば、２５ｋＨｚ）でスイッチング制御される。変速機のシフトポジションが“Ｎ”に選択された場合は、逆変換部ＩＮＶ（のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）がターンオフされ、消費電力が低減される。

街中モードにおいては、変速機のシフトポジションが“Ｄ”に選択された場合、逆変換部ＩＮＶはキャリア周波数が可聴周波数の範囲内（例えば、２〜３ｋＨｚ）でスイッチング制御される。変速機のシフトポジションが“Ｎ”に選択された場合においては、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に対して特殊制御（以下、音源制御と称する）が実施され、電動機Ｍより可聴周波数の範囲内の電磁音が発生される。

前記音源制御は、車両を停止させたまま、電動機Ｍから可聴周波数の範囲内の電磁音を発生させるものである。具体的には、前記逆変換部ＩＮＶのキャリア周波数が可聴周波数の範囲内（例えば、２〜３ｋＨｚ）に設定されるとともに、正転トルク（電気自動車においては、車両を前進させる方向のトルク；以下、前進トルクと称する）が発生する電流と逆転トルク（電気自動車においては、車両を後進させる方向のトルク；以下、後進トルクと称する）が発生する電流とが交互に切替わりながら電動機に対して印加される。なお、前記の切替わる毎に各電流が印加される時間は、前記各電流の印加から電気車両が発進するまでに要する時間よりも短い時間（例えば、１秒間）とする。

ここで、本実施形態にかかる電気車両において、電動機Ｍのトルク特性例に基づいて説明する。図２は、街中モードを選択した場合の電動機Ｍにおけるトルク特性の一例を示すグラフである。図２に示すように、変速機のシフトポジションが“Ｎ”に選択された場合は、前記音源制御が実施され、電動機Ｍにおいてそれぞれ短時間かつ交互に前進トルクと後進トルクとが発生する。変速機のシフトポジションが“Ｄ”に選択された場合は、アクセル（図示省略）操作量に伴って、前進トルクが発生する。

上記のように制御することにより、街中モードにおいて変速機のシフトポジションが“Ｎ”に選択された場合、前進トルクと後進トルクとが発生するものの、それぞれ短時間かつ交互に前進トルクと後進トルクとが発生するため、前進トルクと後進トルクは相殺され、実質的に車両はその場で停滞することとなる。その後、変速機のシフトポジションが“Ｄ”に選択されると、電動機Ｍに前進トルクが発生し、初めて車両が前進する。なお、変速機のシフトポジションが“Ｎ”および“Ｄ”に選択された両方の場合において、逆変換部ＩＮＶのキャリア周波数は可聴周波数の範囲内（例えば、２〜３ｋＨｚ）であるため、電動機Ｍから可聴周波数の範囲内の電磁音が発生される。

その結果、街中モードで変速機のシフトポジションが“Ｎ”に選択された場合、車両をその場に停止させたまま、電動機Ｍから可聴周波数の範囲内の電磁音を発生させることができ、周囲の通行者に声をかけたり、クラクションを鳴らすことなく車両がこれから発進することを認識させることが可能となる。

また、周囲に通行者が存在しない場所で発進（および走行）する際には、切替スイッチを走行モードに選択することにより、変速機のシフトポジションを“Ｎ”に選択した場合、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６および電動機Ｍを停止させることができ、変速機のシフトポジションを“Ｄ”に選択した場合には、逆変換部ＩＮＶのキャリア周波数を上げるため、高効率の運転が可能となり、消費電力の抑制および走行距離の延長が可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、本実施例では電気自動車について詳細に説明したが、電動機が正転と逆転との切替えが可能であり、電動機の電磁音を可聴周波数の範囲内および可聴周波数の範囲外に切替え可能であれば、種々の構成の電気車両に適用可能である。

また、本実施例では、走行モードと街中モードとが設定された電気自動車について説明したが、前記音源制御が実施されるモードが少なくとも１つ設定されていれば、設定されるモードは２つに限られるものではなく、モードの種類や数は適宜変更可能である。

さらに、本実施例においては、車室に切替手段を設け、運転者の判断を基に各モードの切替えが実施される電気車両について説明したが、車両が自動的に各モードの切替えを制御するようにしてもよい。例えば、具体例としては、切替手段によって街中モードを選択した場合でも、車両速度が規定の速度（例えば、１０〜１５ｋｍ）以上になると自動で走行モードに切り替わる構成等が挙げられる。

本実施例における電気自動車の概略構成図。 本実施例の電気自動車における電動機Ｍのトルク特性例を示すグラフ。

符号の説明

ＩＮＶ…逆変換部
Ｍ…電動機
Ｓ１〜Ｓ６…スイッチング素子
Ｅ…電源

Claims (2)

1. ゲート制御回路から出力されるゲート信号によって逆変換部のスイッチング素子を制御し、前記逆変換部から出力された交流電力により、正転と逆転との切替えが可能な電動機を駆動制御する電気車両の制御方法であって、
   前記電気車両が発進する前に、前記ゲート制御回路によって前記逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定し、
   前記逆変換部により、正転トルクを発生させる電流と逆転トルクを発生させる電流とを交互に切替えながら電動機に対して印加し、その切替える毎に各電流が印加される時間は、前記各電流の印加から電気車両が発進するまでに要する時間よりも短いことを特徴とする電気車両の制御方法。
2. ゲート制御回路から出力されるゲート信号によって逆変換部のスイッチング素子を制御して、前記逆変換部から出力された交流電力により、正転と逆転との切替えが可能な電動機を駆動制御し、走行モードと街中モードとの切替えが可能な切替手段を備えた電気車両の制御方法であって、
   前記切替手段によって走行モードを選択し、変速機のシフトポジションをニュートラルレンジに選択した場合、前記ゲート制御回路によって前記逆変換部のスイッチング素子をオフ制御する手順と、
   前記切替手段によって走行モードを選択し、変速機のシフトポジションをドライブレンジに選択した場合、前記ゲート制御回路によって逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲外に設定するとともに、前記逆変換部のスイッチング素子をスイッチング制御する手順と、
   前記切替手段によって街中モードを選択し、変速機のシフトポジションをニュートラルレンジに選択した場合、前記ゲート制御回路によって前記逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定し、前記逆変換部によって正転トルクを発生させる電流と逆転トルクを発生させる電流とを交互に切替えながら電動機に対して印加し、その切替わる毎に各電流が印加される時間は前記各電流の印加から電気車両が発進するまでに要する時間よりも短い時間とする手順と、
   前記切替手段によって街中モードを選択し、変速機のシフトポジションをドライブレンジに選択した場合、ゲート制御回路によって、前記逆変換部のキャリア周波数を可聴周波数の範囲内に設定するとともに、逆変換部のスイッチング素子をスイッチング制御する手順と、を行うことを特徴とする電気車両の制御方法。

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