JP2010130775A - 電動車両のサウンド制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータを含む車両構成要素の振動を考慮した係数を用いてモータの各相電流を不均衡にすることにより車両から発生する可聴域サウンドを制御する電動車両のサウンド制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ12から供給される直流電圧を交流電圧に変換してモータ18に印加する電力変換器14,16と、この電圧変換器14,16に制御信号を送信して制御するとともにモータ18の各相コイルに流れる交流電流を制御可能な制御部20とを備える電動車両1のサウンド制御装置10であって、制御部20は、モータ18の各相コイルにそれぞれ流れる各相交流電流Iu,Iv,Iwの振幅を、モータ18を含む車両構成要素の振動特性を考慮した係数aを用いて不均衡にすることにより、電動車両1から発生する可聴域サウンドを制御する制御構成を有する。
【選択図】図3
【解決手段】バッテリ12から供給される直流電圧を交流電圧に変換してモータ18に印加する電力変換器14,16と、この電圧変換器14,16に制御信号を送信して制御するとともにモータ18の各相コイルに流れる交流電流を制御可能な制御部20とを備える電動車両1のサウンド制御装置10であって、制御部20は、モータ18の各相コイルにそれぞれ流れる各相交流電流Iu,Iv,Iwの振幅を、モータ18を含む車両構成要素の振動特性を考慮した係数aを用いて不均衡にすることにより、電動車両1から発生する可聴域サウンドを制御する制御構成を有する。
【選択図】図3
Description
本発明は、電動車両のサウンド制御装置に係り、特に、モータの電磁音(以下、騒音ともいう)および振動を調整することで車両から発生するサウンドを制御する装置に関する。
従来、電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両において、走行用動力出力源として三相交流モータ(以下、単に「モータ」という)が用いられている。このような電動車両では、モータ動力だけで走行する際、エンジン動力のみで走行する通常の自動車とは異なり、モータ音が静粛であるがゆえにドライバーには車速が上がるにつれて大きくなるサウンドまたは騒音が聴こえないために快適なドライビング感覚が得られないことがある。
また、モータとモータ出力軸に連結されるギヤ列からなるトランスミッションとを含む駆動ユニットの固有振動や、この駆動ユニットが搭載される車両の構造によって決まってくる構造共振によって、特定の車速で急増する騒音・振動(以下、適宜に「NV(Noise and Vibration)」ともいう)現象が発生することによって、ドライバーが違和感を覚えることもある。
ここで、例えば、特許文献1には、電気自動車に搭載されたエンジン駆動発電機の制御装置であって、エンジンからの動力を受けて発電状態に駆動される発電機について車速に応じて界磁電流の周波数を増加させて騒音を大きくすることにより、騒音がドライバーのフィーリングに合ったものに制御することが記載されている。
また、特許文献2には、走行用動力を出力するモータを搭載した車両において、検出される車両起動、右左折、後退等の車両状態に応じて、モータに供給する駆動信号の周波数および電流値の少なくとも一方を変化させることにより、モータから発生する可聴電磁音を乗員や車両周囲の人への報知音として利用できることが記載されている。
さらに、特許文献3には、多相の交流回転電機の電気子に通電される多相交流電流の基本周波数成分を基準としてn+1次(倍)の周波数の磁気騒音低減用高調波電流を多相交流電流に重畳することにより、交流回転電機の鉄心に径方向に発生する径方向磁気加振力のうち基本周波数成分のn倍の高調波成分を変更することで、交流回転電機の磁気騒音を目的に応じて変更する技術が記載されている。
上記各特許文献、特に特許文献1に開示される技術では、加速時等の状況に応じてモータから発生する騒音を大きくする制御を実行して、ドライバーのフィーリングに合った騒音や車両接近を知らせる報知音を創出している。しかしながら、車両がモータ動力のみで駆動されている場合に車両から発生する騒音である可聴域サウンドの音量は、モータで生じる電磁音や振動だけでなく、モータが搭載されている車両の例えばトランスミッションやボディ等の他の構成要素の振動も影響することから、これらも考慮したうえでモータ制御を実行することが所望の騒音を創出するうえでより好ましいと言える。
本発明の目的は、モータを含む車両構成要素の振動を考慮した係数を用いてモータの各相電流を不均衡にすることにより車両から発生する可聴域サウンドを制御する電動車両のサウンド制御装置を提供することである。
本発明に係る電動車両のサウンド制御装置は、蓄電装置から供給される直流電圧を交流電圧に変換して走行動力出力用の発電可能な三相交流モータに印加する電力変換器と、この電圧変換器に制御信号を送信して前記直流交流間の変換動作を制御するとともに前記三相交流モータの各相コイルに流れる交流電流を制御可能な制御部とを備える電動車両のサウンド制御装置であって、
前記制御部は、前記各相コイルにそれぞれ流れる各相交流電流の振幅を、前記三相交流モータを含む車両構成要素の振動特性を考慮した係数を用いて不均衡にすることにより、電動車両から発生する可聴域サウンドを制御する制御構成を有することを特徴とする。
本発明に係る電動車両のサウンド制御装置において、前記制御部は、モータ回転数、車速またはアクセル開度に関連付けて予め記憶されている前記係数を用いて前記三相交流モータの各相電流を不均衡にするよう前記電圧変換器に対する制御信号を生成してもよい。
本発明に係る電動車両のサウンド制御装置によれば、三相交流モータの各相コイルにそれぞれ流れる各相交流電流の振幅を、三相交流モータを含む車両構成要素の振動特性を考慮した係数を用いて不均衡にすることにより電動車両から発生する可聴域サウンドを制御することで、車両の加減速時に見合って滑らかに増減する可聴域サウンドを創出することができる。これにより、ドライバーは、特定の車速で急変するモータ音を聴くことで違和感を覚えることがなくなり、また、モータ動力だけで走行する場合でも加速感のある快適なサウンドを体感できる。さらに、車両から発生する可聴域サウンドをドライバーだけでなく、車両周囲にいる人にも聴こえる程度の音量に調整することで車両の発進や接近を知らせることができ、安全性が向上する。
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
図1は、本発明の一実施の形態であるサウンド制御装置10を搭載した電動車両(以下、適宜に「車両」とだけいう)1の構成を概略的に示す。電動車両1は、蓄電装置としてのバッテリ12、電圧変換器としてのコンバータ14およびインバータ16、走行用動力出力源としてのモータ18、および、コンバータ14とインバータ16とに制御信号をそれぞれ送信してモータ18の駆動を制御する制御部20を備える。
なお、本実施形態では、モータ18のみを走行用動力源として有するものとして説明するが、本実施形態のサウンド制御装置10は、エンジンを走行用または発電機用の動力源として併せ持つハイブリッド車両にも適用可能である。
バッテリ12は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池が好適に用いられる。ただし、これに代えて蓄電装置として、燃料電池やキャパシタが用いられてもよい。バッテリ12には、図示しない各種センサが設けられており、これらのセンサによって検出されるバッテリ電圧Vb、バッテリ電流Ib、バッテリ温度Tb等のバッテリ情報が制御部20へ送信されるようになっている。
バッテリ12とコンバータとを電気的に接続する電力ライン22および接地ライン24間には、平滑コンデンサ26が接続されている。この平滑コンデンサ26を介してバッテリ12とコンバータ14とは直流電力の授受を行う。
コンバータ14は、バッテリ12から平滑コンデンサ26を介して供給される直流電圧をインバータ16供給用に昇圧するか、または、インバータ16側から供給される回生電力をバッテリ充電用に降圧する機能を有する。コンバータ14は、例えば1つのリアクトルと2つのパワースイッチング素子(例えば、IGBT)を含んで構成されることができ、制御部20から送信される上記スイッチング素子のオンオフ制御信号S1,S2を受けて上記昇圧および降圧動作が制御されるようになっている。なお、本実施形態では、電圧変換器としてコンバータ14を含むものとして説明するが、コンバータを省略してバッテリ12から平滑コンデンサ26を介してバッテリ電圧のままでインバータ16に直流電圧が供給されてもよい。
コンバータ14とインバータ16とを電気的に接続する電力ライン26および接地ライン28間には平滑コンデンサ30が接続されており、コンバータ14とインバータ16とは平滑コンデンサ30を介して直流電力の授受を行う。
インバータ16は、直流・交流変換機能を有する電力変換器であり、公知のどのような構成のものが用いられてもよい。一般に、入力された直流電圧を交流電圧に変換して三相交流モータ18に印加するインバータ16は、それぞれダイオードが逆並列に接続された2つのパワースイッチング素子(例えばIGBT)が電力ライン26および接地ライン28間に互いに並列接続されてなるU相アーム、V相アームおよびW相アームを含んで構成されることができ、各相アームの中間点がモータ18のU相、V相、W相の各相コイルの端子にそれぞれ接続されている。インバータ16は、制御部20から送信される各相アーム合計で6つのスイッチング素子に対応するオンオフ制御信号S3,S4,S5、S6,S7,S8を受けて作動制御される。これにより、モータ18を駆動して走行用動力を出力させる力行時には、コンバータ14から平滑コンデンサ30を介して供給される直流電圧を三相交流電圧に変換してモータ18に印加し、一方、モータ18が発電機として機能する回生制動時には、モータ18で発電される三相交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ14側に供給する。
インバータ16とモータ18とを電気的に接続する各相ラインのうち、U相ライン31とV相ライン32には電流センサ34がそれぞれ設けられている。電流センサ34によって検出されるモータ電流であるU相電流Iu、V相電流Ivは、制御部20へ送信されるようになっている。なお、モータ電流のうちW相電流Iwは、Iu+Iv+Iw=0の関係にあることから、制御部20は受信した検出電流Iu,IwからW相電流Iwを算出して求めることができる。
モータ18の動力入出力軸である回転軸36は、ディファレンシャルギヤ38を介して車軸40および車輪42に動力伝達可能に接続されている。これにより、力行時にはモータ18の回転軸36から出力される走行用動力がディファレンシャルギヤ38および車軸40を介して車輪42に伝達され、モータ動力による走行が可能になる。一方、車両の回生制動時には、車輪42から車軸40およびディファレンシャルギヤ38を介して回転軸36に動力が入力されることによってモータ18は発電を行うことができる。
また、モータ18には例えばレゾルバ等からなる回転角センサ44が設けてある。この回転角センサ44により検出されるモータ18の回転子またはロータの回転角ωが制御部20へ送信され、これを受けて制御部20はモータ回転数Nmを算出して得ることができる。
制御部20は、受信するバッテリ情報に基づいてバッテリ12の残容量(SOC)を適正範囲内に維持するよう管理する機能を有する。また、制御部20は、ドライバーによるアクセル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ46から入力されるアクセル開度信号Ac等に基づいて、コンバータ14およびインバータ16へ車両の走行状態に応じた制御信号S1〜S8を送信し、モータ18の力行作動または回生作動を制御する。
図2は、制御部20の機能ブロック図である。制御部20は、トルク指令生成部50、電流指令生成部52、電流指令変換部54、係数設定部56、電圧指令生成部58、およびスイッチング信号生成部60を含む。
トルク指令生成部50は、アクセル開度センサ46から入力されるアクセル開度信号Acに基づいて、予め記憶されているマップまたはテーブルを参照することによって要求されるトルク指令τを生成し、電流指令生成部52へ出力する機能を有する。
電流指令生成部52は、要求トルク値であるトルク指令τをモータ18で出力させるために必要なモータ電流指令Ioを予め記憶されているマップまたはテーブルを参照することによって生成し、電流指令変換部54へ出力する機能を有する。
係数設定部56は、回転角センサ44から入力されたロータ回転角情報ωから算出されるモータ回転数Nmに基づいて、予め記憶されているテーブルまたはグラフを参照して係数aを設定して、電流指令変換部54へ出力する機能を有する。電流指令変換部54は、係数設定部56から入力される係数a(a=0の場合を除く)を用いて、上記モータ電流指令Ioを不平衡な各相電流指令Iu,Iv,Iwを生成し、電圧指令生成部58へ出力する機能を有する。なお、上記係数aおよび電流指令変換部54の処理については、後に詳述する。
電圧指令生成部58は、モータ電流が電流指令変換部54から入力された各相電流Iu,Iv,Iwになるような各相電圧指令Vu,Vv,Vwを生成し、スイッチング信号生成部60へ出力する機能を有する。これを受けてスイッチング信号生成部60は、コンバータ14から平滑コンデンサ30を介して入力される直流電圧を、各相アームのスイッチング素子のオンオフ制御によって上記各相電圧指令Vu,Vv,Vwに合致する各相電圧がモータ18の各相コイルに印加されるようにスイッチング制御信号S3〜S8を生成して、インバータ16へ出力する機能を有する。
続いて、図3,4を参照して、本実施形態におけるモータ18の各相電流の不平衡制御について説明する。図3(a)は、車速(すなわちモータ回転数Nm)と車両1から発生する騒音の音圧レベルとの関係を示すグラフであり、図3(b)は係数設定部56において車速と関連付けられて予め記憶されている係数aを示すグラフである。また、図4(a)は、モータ18の各相電流Iu,Iv,Iwが不平衡状態にある場合を示す波形図であり、図4(b)はモータ18の各相電流Iu,Iv,Iwが平衡状態にある通常の場合を示す波形図である。なお、図4(a),(b)において横軸は、電気角を表している。
図3(a)において点線70で示すように、車両1がモータの動力(だけ)で走行する場合に車両1から発生する騒音の音圧レベルは、車速が上がるにつれて概して増加するが、特定の車速で突出したピークが現れて波打ったような上昇をする。このことは、モータ18とモータ回転軸36に連結されるギヤ列からなるトランスミッション(図示せず)とを含む駆動ユニットを車両ボディに搭載した状態で行った実験やシュミレーションから判明している。このような騒音の突出現象は、モータ18およびトランスミッション含む駆動ユニットの固有振動や、この駆動ユニットが搭載される車両ボディ等の構造によって決まってくる構造共振に起因するものであり、ドライバーは加速感と一致しない突出した騒音に違和感を覚える原因となる。
そこで、本実施形態のサウンド制御装置10では、図3中の実線72で示すように、車速の増加とともに点線70の音圧レベルの各ピークに接しながら滑らかに音圧レベルが増加するように、モータ18の騒音および振動を大きくするためのモータ電流不平衡制御を実行する。上記係数aは、実際の音圧レベル曲線70について音圧レベルが低い領域74,76,78を補完するように車両騒音を増大させるべく、モータ18の騒音および振動を大きくする値として上記実験またはシュミレーションから導き出されるもので、モータ18を含む車両構成要素の振動特性をも考慮した値である。図3(b)に示すように、係数aは、従来の音圧レベル曲線70のピーク時には0に設定され、それ以外では車両騒音の補完増加量に応じた値に設定される変数である。
係数設定部56により設定された係数aを用いて、電流指令変換部54は次の式により各相電流指令Iu,Iv,Iwが不平衡となるよう処理する。なお、ここではW相電流Iwを元の電流指令Ioのままとしているが、IuまたはIvがIoのままとする処理を行ってもよい。
(数1)
Iu=Io×(1−a)
Iv=Io×(1+a)
Iw=Io
(数1)
Iu=Io×(1−a)
Iv=Io×(1+a)
Iw=Io
上記のように処理された電流指令Iu,Iv,Iwによってモータ18に流れる各相電流は、図4(a)に示すように、U相電流IuはW相電流Iwよりも振幅が小さく、V相電流はW相電流よりも振幅が大きくなる。このようにモータ18において各相電流が不平衡になることで、ロータに回転力を与える電磁力に変動成分が生じ、それがモータ18の起振力となってモータ18から生じる騒音が大きくなる。ここで、上記モータの起振力の大きさは、三相電流の不平衡量に比例するため、不平衡量すなわち係数aの制御で出力性能を低下させることなく任意にモータ音を作り出すことができることになる。
このように、本実施形態のサウンド制御装置10によれば、モータ18の各相コイルにそれぞれ流れる各相電流Iu,Iv,Iwの振幅を、モータ18を含む車両構成要素の振動特性を考慮した係数aを用いて不均衡にすることにより車両1から発生する騒音すなわち可聴域サウンドを制御することで、車両1の加減速時に見合って滑らかに増減する可聴域サウンドを創出することができる。これにより、ドライバーは、特定の車速で急変するモータ音を聴くことで違和感を覚えることがなくなり、また、モータ動力だけで走行する場合でも加速感のある快適なサウンドを体感できる。
なお、上記実施形態では、車両1から発生する騒音の音圧レベルが低い領域を補完するようにモータ18の各相電流の不平衡制御を実行するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。
例えば、図5に示すように、上記係数aを車速(モータ回転数)の増加に伴って一点鎖線84で示す直線状に、または実線82で示す曲線状に増加するように設定することで、図3中の一点鎖線80に示すように、各相電流の不平衡制御を行わない場合の音圧レベル極性70を超えて滑らかに増加する比較的大きな音圧レベルとなる騒音を創出してもよい。これにより、車両1から発生する騒音すなわち可聴域サウンドをドライバーだけでなく、車両周囲にいる人にも聴こえる程度の音量に調整することで、車両1の発進や接近を周囲の人に知らせることができ安全性が向上する。
また、上記において係数aは、車速またはモータ回転数に関連付けられる変数としたが、アクセル開度に関連付けられた変数としてもよい。
1 電動車両、10 サウンド制御装置、12 バッテリ、14 コンバータ、16 インバータ、18 三相交流モータ、20 制御部、22,26 電力ライン、24,8 接地ライン、26,30 平滑コンデンサ、31 U相ライン、32 V相ライン、34 電流センサ、36 回転軸、38 ディファレンシャルギヤ、40 車軸、42 車輪、44 回転角センサ、46 アクセル開度センサ、50 トルク指令生成部、52 電流指令生成部、54 電流指令変換部、56 係数設定部、58 電圧指令生成部、60 スイッチング信号生成部、Io モータ電流指令、Iu U相電流指令、Iv V相電流指令、Iw W相電流指令、S1〜S8 制御信号、ω 回転角。
Claims (2)
- 蓄電装置から供給される直流電圧を交流電圧に変換して走行動力出力用の発電可能な三相交流モータに印加する電力変換器と、この電圧変換器に制御信号を送信して前記直流交流間の変換動作を制御するとともに前記三相交流モータの各相コイルに流れる交流電流を制御可能な制御部とを備える電動車両のサウンド制御装置であって、
前記制御部は、前記各相コイルにそれぞれ流れる各相交流電流の振幅を、前記三相交流モータを含む車両構成要素の振動特性を考慮した係数を用いて不均衡にすることにより、電動車両から発生する可聴域サウンドを制御する制御構成を有することを特徴とする電動車両のサウンド制御装置。 - 請求項1に記載の電動車両のサウンド制御装置において、
前記制御部は、モータ回転数、車速またはアクセル開度に関連付けて予め記憶されている前記係数を用いて前記三相交流モータの各相電流を不均衡にするよう前記電圧変換器に対する制御信号を生成することを特徴とする電動車両のサウンド制御装置。
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CN112977408A (zh) * | 2019-12-18 | 2021-06-18 | 川崎重工业株式会社 | 车辆的控制装置 |
JP7359244B1 (ja) | 2022-03-24 | 2023-10-11 | いすゞ自動車株式会社 | インバータの制御装置 |
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