JP2013198351A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】環境音を計測するセンサではなく、別のセンサを使ってキャリアノイズに対策する技術を提供する。
【解決手段】電気自動車は、インバータと、反響部材検出部と、コントローラを備える。インバータは、複数のスイッチング素子を備え、そのスイッチング素子はＰＷＭ信号によって駆動される。反響部材検出部は、車両の周囲に存在する反響部材を検出する。コントローラは、反響部材検出部が反響部材を検出した場合に、ＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号の周波数が人間の可聴周波数帯域に含まれるか否か判断し、含まれる場合に、キャリア信号の周波数を人間の可聴周波数帯域を上回る周波数に変更する。それによると、キャリア信号に起因するキャリアノイズが車両の乗員に聞こえなくなる。従って、キャリアノイズが反響部材で反射して車内に戻ってくることにより、車両の乗員を煩わせることがなくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気自動車に関する。なお、本明細書における「電気自動車」はエンジンとモータを搭載するハイブリッド車、及び燃料電池自動車も含む。

電気自動車は、バッテリの直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換するインバータを搭載する。インバータは複数のスイッチング素子を備え、そのスイッチング素子はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号によって駆動される。ＰＷＭ信号は、望ましい出力波形（目標波形）とキャリア信号と呼ばれる繰り返し信号との比較により生成される。キャリア信号は一定周波数の三角波あるいは鋸歯状波の繰り返し信号であり、キャリア信号に起因してノイズ音が発生する。ノイズ音のピーク周波数はキャリア信号の周波数である。インバータの効率の観点から、一般にキャリア信号の周波数は人間の可聴域（２０Ｈｚから２０ｋＨｚと言われている）内に設定されることが多い。それゆえ、キャリア信号に起因するノイズ音が大きい場合、乗員に煩わしさを与えることがある。以下、キャリア信号に起因するノイズをキャリアノイズと称する。キャリアノイズに対処する技術が特許文献１から３に開示されている。

一般に、車両の速度が大きくなるほど風切音やロードノイズなどの騒音が大きくなる。このため、たとえキャリアノイズが発生していても、走行中の風切音やロードノイズによる騒音が大きい場合は、キャリアノイズが騒音にかき消され、車内におけるキャリアノイズは相対的に目立たなくなる。このことを利用して、特許文献１の技術では、騒音が小さい場合、即ち、車内におけるキャリアノイズが目立つ場合はキャリア周波数を上げてキャリアノイズを小さくする。特許文献２の技術では、車速が小さい場合に同様にキャリア周波数を変更する。

騒音は、風切音やロードノイズといった、車両が走行することにより発生する音に限られない。航空機や鉄道、工事現場の音などのいわゆる環境騒音が大きい場合にはキャリアノイズがかき消されることを利用して、環境騒音が小さい場合にキャリア周波数を変更する技術が特許文献３に開示されている。特許文献１と３の技術はいずれも、センサにより風切音、ロードノイズ、及び航空機の音などの環境音を含むノイズ音のレベルを計測し、その結果に応じてキャリア周波数を変更する。

特開２００６−３３３５７２号公報 特開２００５−３１２２７９号公報 特開２０１０−１３０７７１号公報

環境音を計測するセンサによってキャリアノイズを含む環境音を計測することはできるが、環境音レベルを計測した時点でキャリアノイズは乗員に届いており、乗員がうるささを感じてしまう。本明細書は、環境音を計測するセンサではなく、別のセンサを使ってキャリアノイズに対策する技術を提供する。

キャリアノイズが煩わしくなる状況の一つに、車両がトンネルを走行する場合や車両の周囲に壁がある場合など、一旦車両外へ出たキャリアノイズが反射して戻ってくる場合が考えられる。そこで、本明細書が開示する技術は、車両の周囲にキャリアノイズを反射する反響部材を検知した場合に、キャリア周波数を変更する。

本明細書が開示する技術の一態様は次の構成を有する電気自動車に具現化することができる。その電気自動車はインバータと、反響部材検出部と、コントローラを備える。インバータは、複数のスイッチング素子を備え、そのスイッチング素子はＰＷＭ信号によって駆動される。反響部材検出部は、車両の周囲に存在する反響部材を検出する。コントローラは、反響部材検出部が反響部材を検出した場合に、ＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号の周波数を変更する。コントローラは、キャリア信号の周波数を、好ましくは１０ｋＨｚ以上に、さらにより好ましくは可聴域の上限である２０ｋＨｚよりも高い周波数に変更する。

本明細書が開示する技術は、ノイズ音を直接計測するセンサではなく、反響部材を検知するセンサのデータに基づいて、キャリア周波数を変更する。この方式は、ノイズ音が乗員を煩わせるほどに大きくなる前にキャリア周波数を変更することができる可能性がある。

反響部材検出部は、典型的にはレーザレーダ、ミリ波レーダなどのレーダである。レーダは、車両の周囲に指向性の強い発射波を送信し、物体に反射して戻ってくる反射波を受信する。発射波を送信してから反射波を受信するまでの時間と、反射波が戻ってくる方向から、物体までの距離と位置を割り出す。コントローラの処理の一つの具体例を説明する。レーダが車両の周囲に反響部材があることを検出した場合に、コントローラは、キャリア信号の周波数が人間の可聴域内であるか否か判断する。キャリア信号の周波数が可聴域内であれば、コントローラは、キャリア信号の周波数を高くする。典型的には、キャリア信号の周波数を人間の可聴域外の周波数に変更する。そうすることで、たとえキャリアノイズが反響部材で反射して車内に戻ってきても、キャリアノイズの周波数が人間の可聴域外であるために、キャリアノイズが聞こえなくなる。環境音の大小に関わらず、周囲にトンネルや壁が存在する状況において、一旦車外に出たキャリアノイズの反射によって車両の乗員が煩わされることがなくなる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態、及び、実施例にて詳しく説明する。

実施例の電気自動車の模式的なブロック図を示す。 図２（ａ）はレーダがトンネルを検出する一例を示し、図２（ｂ）はレーダが壁を検出する一例を示す。 コントローラがキャリア信号の周波数を制御する処理のフローチャートを示す。

図１は、本実施例の電気自動車１００の模式的なブロック図を示す。なお、図１は、本明細書が開示する技術の説明に必要なユニットのみを簡潔に示していることに留意されたい。電気自動車１００は、レーダ２と、コントローラ４と、インバータ６を備える。インバータ６は、車載のバッテリの直流電力を、走行用モータの駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。インバータ６は、複数のスイッチング素子（図示略）を備えている。複数のスイッチング素子は、ＰＷＭ信号によって駆動される。ＰＷＭ信号は、コントローラ４で生成される信号である。ＰＷＭ信号は、キャリア信号と目標波形（モータに供給する交流電流の波形）を比較して生成される。キャリア信号は一定周波数の三角波あるいは鋸歯状波の繰り返し信号である。キャリア信号はコントローラ４内で生成される。キャリア信号は特定周波数の繰り返し信号であり、キャリア信号に起因してノイズ音が発生する。以下では、キャリア信号に起因して発生するノイズ音を、「キャリアノイズ」と称する。キャリア信号は一般に、インバータの効率の観点から、人間の可聴域の周波数に設定されることが多いため、キャリアノイズの周波数も可聴域内であることが多い。そのため、電気自動車１００の乗員にこのキャリアノイズが聞こえることがあり、乗員に煩わしさを与える場合がある。レーダ２は、車両の周囲に存在する遮蔽物の存在を検出する。上記のキャリアノイズは、遮蔽物で反射して車内に戻ることがあるため、以下では、遮蔽物を「反響部材」と称する。なお、トンネルや壁は、「反響部材」の一例に相当する。レーダ２は、「反響部材検出部」の一例に相当する。レーダ２は、典型的には、レーザレーダ、ミリ波レーダである。

図２を参照して、レーダ２がトンネルや壁などの反響部材の存在を検出する様子を説明する。電気自動車１００のレーダ２は電気自動車１００の四方に指向性の強いビームを送信する。レーダ２から発射されるビームを発射波と称する。発射波は所定の周期毎に送信される。ここで、図２（ａ）に示すように電気自動車１００の周囲にトンネル８が存在する場合、発射波はトンネル８で反射して、再び車内に戻ってくる。反射して車内に戻ってくるビームを、反射波と称する。レーダ２のセンサ（図示略）は、この反射波を受信することで、電気自動車１００の周囲のトンネル８の存在を検出する。発射波と反射波のタイムラグを計測することで電気自動車１００からトンネル８までの距離を算出する。また、レーダ２が反射波を受信する方向から、電気自動車１００に対するトンネル８の方向を算出する。反響部材は、車両の一方向に存在する場合でも検出され得る。図２（ｂ）は、電気自動車１００の側方に壁１２が存在する場合を示す。レーダ２が四方に発射波を送信すると、レーダ２は、壁１２が存在する側から反射波を受信する。これにより、レーダ２は、車両の側方に壁１２の存在を検出し、車両に対する壁１２の距離と方向を算出する。

続いて、図３を参照して、コントローラ４がキャリア信号の周波数を変更する処理について説明する。図３に示す処理は、所定の時間間隔（例えば制御周期）で繰り返し実行される。まず、コントローラ４は、レーダ２が反射波を受信したか否かを判断する（Ｓ２）。レーダ２が反射波を受信しない場合は（Ｓ２：ＮＯ）、処理を終了する。なお、前述したように図３の処理全体が所定の時間間隔で繰り返し実行されるので、ステップＳ２の処理も定期的に実行されることになる。レーダ２が反射波を受信した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、コントローラ４は、キャリア信号の周波数が人間の可聴域内であるか否か判断する（Ｓ４）。キャリア信号の周波数が可聴域を超える場合は（Ｓ４：ＮＯ）、処理を終了する。他方、キャリア信号の周波数が可聴域内であれば（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ４は、キャリア信号の周波数を高くして、人間の可聴域外の周波数に変更する（Ｓ６）。ステップＳ６の処理によってキャリア周波数が変更されると、キャリアノイズのレベルが低くなる。キャリアノイズが反響部材に反射して車内に戻ったとしても、もともとのキャリアノイズのレベルが低くなっているので、インバータから出る直接のキャリアノイズと反射したキャリアノイズが重畳しても乗員を煩わせるほどには大きくならない。ステップＳ６の処理を終えた後、コントローラ４は、レーダ２が反射波を受信したか否かを判断する（Ｓ８）。レーダ２が反射波を受信した場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、再度ステップＳ８に戻る。他方、レーダ２が反射波を受信しない場合は（Ｓ８：ＮＯ）、コントローラ４は、キャリア信号の周波数をステップＳ６で変更する前の周波数に戻す（Ｓ１０）。キャリア周波数を上げるとインバータの効率が落ちる。そこで、図３のフローチャートでは、キャリア周波数を上げた後、ステップＳ８−Ｓ１０の処理により、反響部材が検知されなくなったらキャリア周波数を直ちに元に戻すようにしている。

本実施例の電気自動車１００に関する利点を述べる。本実施例の電気自動車１００は、レーダ２を用いて車両の周囲のトンネル８や壁１２といった反響部材を確実に検出する。コントローラ４は、レーダ２が反響部材を検出した場合にキャリア信号の周波数が可聴域内か否か判断し、可聴域内である場合は、キャリア信号の周波数を上げて、可聴域外の周波数に変更する。前述したように、キャリア信号の周波数が可聴域内の場合はキャリアノイズの周波数も可聴域内となり、車両の乗員がキャリアノイズに煩わされる場合がある。そのため、このようにキャリア信号の周波数を可聴域外まで高くすることにより、キャリアノイズの周波数も可聴域外となり、乗員にはキャリアノイズが聞こえなくなる。トンネル８や壁１２といった、キャリアノイズを反射する反響部材が車両の周囲に存在する状況において、可聴域内の周波数を有するキャリアノイズが反響部材で反射して車両の乗員を煩わせることがなくなる。また、コントローラ４は、レーダ２が反響部材を検出した場合にキャリア信号の周波数が可聴域外であれば、キャリアノイズが車両の乗員に煩わしさを与えることがないため、キャリア信号の周波数を変更しない。不必要にキャリア信号の周波数を変更しないため、インバータ６の効率が頻度に下がることはない。また、実施例の場合、レーダ２は、所定の周期毎に四方に発射波を送信する。このため、例えば車両がトンネルを抜けるなどした場合に、コントローラ４は、車両の周囲に反響部材が存在しないことを迅速に判断し、一旦高くしたキャリア信号の周波数を元に戻す。

本実施例の電気自動車１００に関する留意点を述べる。実施例において、電気自動車１００は、レーダ２により反響部材を検出すると説明した。素材の音波反射率は様々であるが、道路上あるいは道路の周囲に存在する遮蔽物は音を反射する素材で作られているものが多い。そこで実施例では、レーダ２が検知する遮蔽物を「反響部材」と称した。即ち、本明細書で用いる「反響部材」は、様々な遮蔽物の中から音波反射率によって定量的に特定されるものではない。また、反響部材（遮蔽物）は、以下に述べるようにレーダ２以外のセンサによって検知されるものであってもよい。

反響部材検出部は、レーダ２の代わりに、カメラであってもよい。カメラで車両の周囲を所定の周期毎に撮影し、画像処理を行うことで周囲の反響部材を検出してもよい。もしくは、反響部材検出部は、カーナビゲーションであってもよい。カーナビゲーションによる車両の現在位置がトンネルの内部である時に、コントローラがキャリア信号の周波数を変更する構成であってもよい。即ち、カーナビゲーションを、反響部材の位置を推定する装置として用いてもよい。もしくは、反響部材検出部は、時計と明るさセンサで構成されていてもよい。例えば、時計の時刻が昼間であることを示しているにも関わらず、明るさセンサが「周囲が暗い」と判断する場合は、車両がトンネルなどの反響部材で覆われていると推定され得る。レーダ２の代わりにこれらの反響部材検出部を用いる場合における、コントローラ４によるキャリア信号の周波数変更処理は図３に示す通りである。図３におけるステップＳ２とステップＳ８は、それぞれの反響部材検出部が反響部材を検出したか否かを判断するステップであればよい。

また、車両から反響部材までの距離と方向が、予め定められた範囲内であるときだけ、コントローラが「反響部材を検出した」と判断する構成であってもよい。これによると、反響部材が比較的に遠いためにキャリアノイズの反射音が乗員にとってそれほど煩わしくない場合に、不必要にキャリア信号の周波数を上げてインバータの効率に影響を及ぼすことがない。乗員にとってキャリアノイズが煩わしいと感じられる場合に、適切にキャリアノイズを聞こえにくくする処理を実行できる。

また、本実施例のコントローラは、反響部材が検出されて、キャリア信号の周波数が可聴域内である場合には、キャリア信号の周波数を可聴域外の周波数（即ち、可聴周波数帯域の上限である２０ｋＨｚを超える周波数）にまで高くするが、その代わりに、１０ｋＨｚ以上の周波数にまで高くする構成であってもよい。人間の聴覚において最も感度が高い周波数帯は１００Ｈｚから１０ｋＨｚと言われている。そのため、反響部材が検出され、且つ、キャリア信号の周波数が１０ｋＨｚ未満である場合に、コントローラが、キャリア信号の周波数を１０ｋＨｚ以上に変更することにより、車両の乗員にとってキャリアノイズは十分聞こえにくいレベルとなる。ところで、キャリア信号の周波数を上げると、インバータが内蔵するスイッチング素子のスイッチングのタイミングが増加することにより、スイッチング素子の耐久性が低下する。即ち、インバータの効率が低下するが、コントローラが変更する（高くする）キャリア信号の周波数を、「２０ｋＨｚ以上」の代わりに「１０ｋＨｚ以上」に下げることにより、スイッチング素子への負担も軽減し、インバータの効率低下も抑制できる。即ち、キャリアノイズが反響部材で反射することで乗員に煩わしさを与えることを抑制しつつ、インバータの効率低下も抑制できる。

なお、本明細書が開示する技術は、ノイズ音を計測するセンサと反響部材を検知するセンサを併用することを排除するものではない。ノイズ音を計測するセンサと反響部材を検知するセンサを併用し、いずれか一方のセンサの出力が閾値を上回る、又は下回るときにキャリア周波数を変更することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：レーダ
４：コントローラ
６：インバータ
８：トンネル
１２：壁
１００：電気自動車

Claims (3)

1. ＰＷＭ信号で駆動されるスイッチング素子を有するインバータと、
   車両の周囲に存在する反響部材を検出する反響部材検出部と、
   反響部材検出部が反響部材を検出した場合に、ＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号の周波数を変更するコントローラと、
   を備えることを特徴とする電気自動車。
2. コントローラは、反響部材検出部が反響部材を検出した場合に、キャリア信号の周波数を１０ｋＨｚ以上に変更することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
3. コントローラは、反響部材検出部が反響部材を検出した場合に、キャリア信号の周波数を可聴域内の周波数から可聴域よりも高い周波数に変更することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。

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