JP2018191366A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】変速時の違和感を抑制する。【解決手段】車両は、インバータから電力が供給され、車輪にトルクを伝達する駆動モータと、疑似的なシフトチェンジを演出する所定の契機で、インバータのキャリア周波数を、設定変動量だけ減少させる周波数変動制御を遂行する周波数制御部と、を備える。キャリア周波数を変化させることで、変速感を演出する。所定の契機は、車速、アクセル開度、アクセル開速度、ブレーキ踏込み量のうち、１または複数によって規定される。【選択図】図２

Description

本発明は、駆動モータが車輪にトルクを伝達する車両に関する。

従来、電気自動車やハイブリッド自動車など、駆動モータによって駆動する車両が普及している。このような車両において、有段変速機を設けず、駆動モータの回転数を可変させることで車速を制御したり、無段変速機などによって変速比を可変させることで車速を制御するものがある（例えば、特許文献１）。

特開２０１２―１６６６８２号公報

ところで、有段変速機を備える車両においては、変速段の切り換え時にクラッチが解放されることにより、搭乗者は変速感を体感する。一方、上記のように、モータを駆動源とし、有段変速機を設けていない車両においては、搭乗者は変速感を感じ難い。そのため、有段変速機を備える車両に慣れた搭乗者には、違和感を与えてしまう場合がある。

また、エンジンを駆動させていない場合、エンジンの振動音が体感されず、エンジンの振動音の変化によって車速変化を体感することがない。そのため、エンジンで駆動する車両に慣れた搭乗者には、違和感を与えてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、変速時の違和感を抑制することが可能な車両を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の車両は、インバータから電力が供給され、車輪にトルクを伝達する駆動モータと、疑似的なシフトチェンジを演出する所定の契機で、インバータのキャリア周波数を、設定変動量だけ変化させる周波数変動制御を遂行する周波数制御部と、を備える。

所定の契機は、車速、アクセル開度、アクセル開速度、ブレーキ踏込み量のうち、１または複数によって規定されてもよい。

所定の契機は、複数の条件のいずれか１つが満たされたときであり、複数の条件ごとに、設定変動量が対応付けられてもよい。

周波数制御部は、所定の契機としての疑似的なアップシフト条件が満たされた時に、インバータのキャリア周波数を減少させ、所定の契機としての疑似的なダウンシフト条件が満たされた時に、インバータのキャリア周波数を増加させてもよい。

周波数制御部は、所定の契機以外のタイミングで、車速上昇に応じて、キャリア周波数を増加させるか、または、車速低下に応じて、キャリア周波数を減少させてもよい。

車載のパワーエレクトロニクス機器の温度を検出する温度検出部を備え、周波数制御部は、温度が第１閾値以上であると、キャリア周波数を規定値に設定してもよい。

本発明によれば、変速時の違和感を抑制することが可能となる。

電気自動車（車両）の構成を示す図である。 周波数制御部のキャリア周波数制御の一例を説明するための図である。 周波数変動制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、電気自動車１００（車両）の構成を示す図である。図１に示すように、電気自動車１００は、モータジェネレータ１０２（駆動モータ）を有する。なお、ここでは、駆動源をモータジェネレータ１０２とする電気自動車１００を例に挙げて説明するが、駆動源をエンジンおよびモータとするハイブリッド自動車を適用してもよい。

モータジェネレータ１０２は、インバータ１０４を介してバッテリ１０６に接続され、バッテリ１０６からの電力を受けて回転軸１０８にトルクを伝達する電動機として機能する。インバータ１０４は、バッテリ１０６から供給される直流電力に対し、所定のキャリア周波数でパルス幅変調処理（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を行って交流電力に変換し、交流電力をモータジェネレータ１０２に供給する。

また、モータジェネレータ１０２は、電気自動車１００の制動時、制動機構１１０の代わりに、または、制動機構１１０とともに電気自動車１００に制動力を作用させ、回生エネルギーを発生させる発電機として機能する。制動機構１１０は、例えば、ディスクブレーキやドラムブレーキなどで構成され、各車輪（前輪１２０および後輪１３０）にそれぞれ設けられる。

回転軸１０８は、ギア機構１１２を介して前輪側プロペラシャフト１１４に接続されている。前輪側プロペラシャフト１１４は、一端にフロントディファレンシャル１１６を介して前輪側ドライブシャフト１１８が接続されており、他端に電子制御カップリング１２２を介して後輪側プロペラシャフト１２４が接続されている。前輪側ドライブシャフト１１８の両端には、前輪１２０が接続されている。

後輪側プロペラシャフト１２４は、電子制御カップリング１２２とは反対側の後端にリアディファレンシャル１２６を介して後輪側ドライブシャフト１２８が接続されている。後輪側ドライブシャフト１２８の両端には、後輪１３０が接続されている。

したがって、電気自動車１００では、回転軸１０８、ギア機構１１２、前輪側プロペラシャフト１１４、フロントディファレンシャル１１６および前輪側ドライブシャフト１１８を介して、モータジェネレータ１０２から出力されるトルクが前輪１２０に伝達される。また、電気自動車１００では、回転軸１０８、ギア機構１１２、前輪側プロペラシャフト１１４、電子制御カップリング１２２、後輪側プロペラシャフト１２４、リアディファレンシャル１２６、および、後輪側ドライブシャフト１２８を介して、モータジェネレータ１０２から出力されるトルクが後輪１３０に伝達される。このように、モータジェネレータ１０２は、有段変速機を介さずに、車輪（前輪１２０および後輪１３０）にトルクを伝達する。

電子制御カップリング１２２は、走行状態や搭乗者からの指示に応じて、前輪１２０に伝達されるトルクと、後輪１３０に伝達されるトルクとの比を調整可能となっている。

また、電気自動車１００には、車両制御装置１３２が設けられている。車両制御装置１３２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、電気自動車１００の各部を統括制御する。

車両制御装置１３２は、アクセルペダルセンサ１３４、ブレーキペダルセンサ１３６、車速センサ１３８、温度センサ１４０（温度検出部）とそれぞれ接続され、各センサ１３４〜１４０で検出された値を示す信号が所定間隔毎に入力される。

アクセルペダルセンサ１３４は、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出し、アクセル開度を示す信号を車両制御装置１３２に送信する。ブレーキペダルセンサ１３６は、ブレーキペダルの踏込み量（ブレーキ踏込み量）を検出し、ブレーキ踏込み量を示す信号を車両制御装置１３２に送信する。車速センサ１３８は、電気自動車１００の車速を検出し、車速を示す信号を車両制御装置１３２に送信する。

温度センサ１４０は、インバータ１０４の温度を検出し、インバータ１０４の温度を示す信号を車両制御装置１３２に送信する。ここでは、車載のパワーエレクトロニクス機器の温度であるパワエレ温度として、インバータ１０４の温度を用いる場合について説明するが、インバータ１０４の温度の代わりに、バッテリ１０６や、バッテリ１０６の高電圧を低電圧に変圧して補機に供給するコンバータの温度をパワエレ温度としてもよい。また、ハイブリッド自動車の場合、エンジンの冷却水温度や油温などをパワエレ温度として代用してもよい。

また、操作部１４２は、操作キー、ダッシュボードなどに搭載されたディスプレイに重畳されたタッチパネルなどで構成され、搭乗者の操作入力を受け付け、操作入力の内容を示す信号を車両制御装置１３２に出力する。

また、車両制御装置１３２は、インバータ１０４およびバッテリ１０６と接続され、インバータ１０４に制御信号を送信し、バッテリ１０６からバッテリ残量（ＳＯＣ：State Of Charge）を示す信号を受信する。

また、車両制御装置１３２は、車両制御処理を行う際、モータ制御部１５０、制動制御部１５２、および、周波数制御部１５４として機能する。

モータ制御部１５０は、アクセルペダルセンサ１３４から送信されるアクセル開度を示す信号、および、車速センサ１３８から送信される車速を示す信号に基づいて、予め記憶されたマップを参照してモータジェネレータ１０２の目標トルクを導出する。そして、モータ制御部１５０は、インバータ１０４を介し、モータジェネレータ１０２のトルクが目標トルクとなるようにモータジェネレータ１０２を制御する。

また、モータ制御部１５０は、ブレーキペダルセンサ１３６からブレーキ踏込み量を示す信号が送信されると、ブレーキ踏込み量を示す信号に基づいて、モータジェネレータ１０２を発電機として機能させて、電気自動車１００を制動させつつ、回生エネルギーによってバッテリ１０６を充電させる。

制動制御部１５２は、モータジェネレータ１０２による制動力が不足する場合、制動機構１１０を制御して、電気自動車１００を制動させる。

周波数制御部１５４は、インバータ１０４でのパルス幅変調処理を制御する。

ところで、有段変速機を備える車両においては、変速段の切り換え時にクラッチが解放されることにより、搭乗者は変速感を体感する。本実施形態の電気自動車１００は、モータジェネレータ１０２を駆動源とし、有段変速機が設けられておらず、そのままでは搭乗者は変速感を感じ難い。そのため、有段変速機を備える車両に慣れた搭乗者には、違和感を与えてしまう場合がある。そこで、周波数制御部１５４は、パルス幅変調処理によりキャリア周波数を変化させることで、変速感を演出する。

図２は、周波数制御部１５４のキャリア周波数制御の一例を説明するための図である。図２中、ＬＯＷは有段変速における１速、２ｎｄは有段変速における２速、３ｒｄは有段変速における３速、４ｔｈは有段変速における４速、ＴＯＰは有段変速における５速を示す。

電気自動車１００には、変速感の演出を行わない標準モードと、変速感の演出を行う変速モードが設けられている。搭乗者は、操作部１４２を介して標準モードおよび変速モードの一方を選択できる。周波数制御部１５４は、操作部１４２を介して変速モードが選択されたとき、以下のキャリア周波数制御を行う。

ここでは、時刻Ｔａにおいてアクセルが押圧され始め、時刻Ｔｂにおいてアクセル開度が全開となり、時刻Ｔｃまでアクセル開度が全開に維持される場合を例に挙げて説明する。周波数制御部１５４は、温度センサ１４０から出力された信号により、パワエレ温度を所定周期で取得する。

また、本実施形態においては、車両制御装置１３２には、予め変速マップが設定されている。変速マップは、有段変速における、１速から２速、２速から３速、３速から４速、４速から５速への変速に対応して、それぞれ条件が設定される。以下、１速から２速への変速に対応する条件を第１アップシフト条件、２速から３速への変速に対応する条件を第２アップシフト条件、３速から４速への変速に対応する条件を第３アップシフト条件、４速から５速への変速に対応する条件を第４アップシフト条件という。第１〜第４アップシフト条件は、車速、アクセル開度、アクセル開速度、ブレーキ踏込み量によって規定される。すなわち、第１〜第４アップシフト条件には、車速、アクセル開度、アクセル開速度の範囲がそれぞれ規定される。また、第１〜第４アップシフト条件には、それぞれ、後述する設定変動量が対応付けられる。

周波数制御部１５４は、上記の各センサ１３４〜１３８から出力された信号により、車速、アクセル開度、アクセル開速度、ブレーキ踏込み量を所定周期で取得する。そして、周波数制御部１５４は、車速、アクセル開度、アクセル開速度が、変速マップに設定された条件を満たすか（第１〜第４アップシフト条件として規定された、車速、アクセル開度、アクセル開速度の範囲に含まれるか）否かを判定する。

例えば、電気自動車１００が、有段変速の１速に対応する走行状態のとき、図２に示すように、時刻Ｔａにおいてアクセルが押圧される。そして、時刻Ｔｄにおいて、第１アップシフト条件が満たされたとする。周波数制御部１５４は、第１アップシフト条件に対応付けられた設定変動量の分だけ、インバータ１０４のキャリア周波数を減少（変化）させる。その後、周波数制御部１５４は、車速上昇に応じて、インバータ１０４のキャリア周波数を増加させる。キャリア周波数の減少は、例えば、キャリア周波数の増加よりも短時間で行われる。

時刻Ｔｅ、Ｔｆ、Ｔｇにおいても、時刻Ｔｄにおける処理と同様、第２アップシフト条件、第３アップシフト条件、第４アップシフト条件が満たされたとする。周波数制御部１５４は、第１アップシフト条件が満たされたときと同様、第２〜第４アップシフト条件に対応付けられた設定変動量の分だけ、キャリア周波数を減少させる。その後、周波数制御部１５４は、車速上昇に応じてキャリア周波数を増加させる。

このように、周波数制御部１５４は、疑似的なシフトチェンジを演出する所定の契機であるアップシフト条件（第１〜第４アップシフト条件）が満たされたとき、設定変動量の分だけ、キャリア周波数を減少させる（以下、周波数変動制御という）。その後、周波数制御部１５４は、車速上昇に応じてキャリア周波数を増加させる。ここでは、所定の契機は、第１〜第４アップシフト条件の少なくとも１つを満たすことである。

図２中、一点鎖線で示すように、変速モードが選択されず、標準モードが選択されている場合、キャリア周波数は、例えば、予め設定された規定値に固定されている。一方、変速モードが選択された場合、上記の周波数変動制御が行われる。周波数変動制御により、キャリア周波数が一時的に減少して低音のノイズが増加する。増加したノイズにより疑似的なシフトチェンジが演出される。こうして、有段変速機を備える車両に慣れた搭乗者に対して、違和感が抑制される。

また、キャリア周波数が一時的に減少することで、標準モードが選択されている場合のパワエレ温度（図２中、一点鎖線で示す）に比べ、温度上昇が抑制される。そのため、パワーエレクトロニクス機器の劣化が抑制される。

また、パワエレ温度が上限温度に達すると、パワーエレクトロニクス機器保護のため、アクセル開度が全開であっても加速されなくなる。その結果、搭乗者に違和感を与えてしまう。変速モードでは、時刻Ｔｄ、Ｔｅ、Ｔｆ、Ｔｇの直後にキャリア周波数を減少させた分、標準モードよりもパワエレ温度上昇が抑制される。そのため、パワエレ温度が上限温度に達するまでの時間が延長され、アクセルペダルが踏み込まれていても、加速しないといった違和感を搭乗者に与える事態の発生を抑制することが可能となる。

また、周波数制御部１５４は、第１〜第４アップシフト条件を満たさない（所定の契機以外の）タイミングで、車速上昇に応じて、キャリア周波数を増加させる。これにより、ノイズが徐々に高音となり、加速によるエンジンの振動音の周波数上昇と同じように加速感が得られる。

なお、ここでは、アクセル開度が全開となっていて、電気自動車１００が加速する場合について説明した。しかし、アクセル開度は、全開である場合に限らず、第１〜第４アップシフト条件に規定される値以上の開度であればよい。

また、所定の周期で取得したパワエレ温度が、予め設定された第１閾値以上であると、周波数制御部１５４は、第１〜第４アップシフト条件のいずれか１または複数を満たしても（所定の契機となっても）、上記の周波数変動制御を遂行しない。ここで、第１閾値は上限温度よりも低く設定される。周波数制御部１５４は、アクセル開度に拘らず、キャリア周波数を低く（例えば、規定値、または、規定値未満に）維持し、パワエレ温度の上昇を回避する。

また、上記の変速マップには、パワエレ温度が第２閾値未満の場合に選択される通常変速マップと、パワエレ温度が第２閾値以上の場合に選択される高温用変速マップがある。高温用変速マップは、通常変速マップよりもキャリア周波数が低く設定される。ここで、第２閾値は第１閾値よりも低く設定される。例えば、高温用変速マップは、通常変速マップよりも設定変動量が大きく設定されている。そのため、パワエレ温度が第２閾値以上の場合に、パワエレ温度の上昇が一層抑制される。このとき、電気自動車１００は加減速中であるため、キャリア周波数の減少に伴ってノイズが増加しても、不快感は生じ難い。

また、変速マップには、上記の第１〜第４アップシフト条件の他に、ダウンシフト条件（第１〜第４ダウンシフト条件）が設定される。ダウンシフト条件は、有段変速における、５速から４速、４速から３速、３速から２速、２速から１速への変速に対応して、それぞれ設定される。以下、５速から４速への変速に対応する条件を第１ダウンシフト条件、４速から３速への変速に対応する条件を第２ダウンシフト条件、３速から２速への変速に対応する条件を第３ダウンシフト条件、２速から１速への変速に対応する条件を第４ダウンシフト条件という。第１〜第４ダウンシフト条件は、車速、ブレーキ踏込み量によって規定される。すなわち、第１〜第４ダウンシフト条件には、車速、ブレーキ踏込み量の範囲がそれぞれ規定される。また、第１〜第４ダウンシフト条件には、それぞれ、設定変動量が対応付けられる。

そして、電気自動車１００が減速する場合、モータジェネレータ１０２の制動トルクについて同様の周波数変動制御がなされる。すなわち、周波数制御部１５４は、疑似的なシフトチェンジを演出する所定の契機であるダウンシフト条件が満たされたとき、ダウンシフト条件に対応付けられた設定変動量の分だけ、キャリア周波数を増加（変化）させる。この場合、減速感について、有段変速機を備える車両に慣れた搭乗者に対して与える違和感を抑制することが可能となる。

また、周波数制御部１５４は、第１〜第４ダウンシフト条件を満たさない（所定の契機以外の）タイミングで、車速低下に応じて、キャリア周波数を減少させる。これにより、ノイズが徐々に減少し、減速によるエンジンの振動音の減少と同じように減速感が得られる。

図３は、周波数変動制御処理の流れを示すフローチャートである。図３に示す処理は、変速モードが選択されている間、所定周期で繰り返し実行される。図３では、特に、第１〜第４アップシフト条件に対応する周波数変動制御処理の流れについて説明する。

（Ｓ２００）
周波数制御部１５４は、パワエレ温度が第１閾値未満であるか否かを判定する。パワエレ温度が第１閾値未満であれば、ステップＳ２０２に処理を移し、パワエレ温度が第１閾値以上であれば、キャリア周波数を規定値に固定し、当該周波数変動制御処理を終了する。

（Ｓ２０２）
周波数制御部１５４は、パワエレ温度が第２閾値未満であるか否かを判定する。パワエレ温度が第２閾値未満であれば、ステップＳ２０４に処理を移し、パワエレ温度が第２閾値以上であれば、ステップＳ２０６に処理を移す。

（Ｓ２０４）
周波数制御部１５４は、通常変速マップを選択し、ステップＳ２０８に処理を移す。

（Ｓ２０６）
周波数制御部１５４は、高温用変速マップを選択し、ステップＳ２０８に処理を移す。

（Ｓ２０８）
周波数制御部１５４は、ステップＳ２０４、Ｓ２０６で選択された変速マップを参照し、第１〜第４アップシフト条件のいずれか１つでも満たしているか否かを判定する。第１〜第４アップシフト条件の少なくとも１つを満たす場合、ステップＳ２１０に処理を移し、第１〜第４アップシフト条件のいずれも満たさない場合、ステップＳ２１４に処理を移す。

（Ｓ２１０）
周波数制御部１５４は、ステップＳ２０４、Ｓ２０６で選択された変速マップを参照し、ステップＳ２０８で満たした第１〜第４アップシフト条件に対応する設定変動量の値を記憶領域から取得する。

（Ｓ２１２）
周波数制御部１５４は、ステップＳ２１０で取得した設定変動量の分だけ、キャリア周波数を減少させ、当該周波数変動制御処理を終了する。

（Ｓ２１４）
周波数制御部１５４は、車速上昇に応じて、キャリア周波数を増加させ、当該周波数変動制御処理を終了する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、第１〜第４アップシフト条件が、車速、アクセル開度、アクセル開速度によって規定される場合について説明した。しかし、第１〜第４アップシフト条件が、車速、アクセル開度、アクセル開速度のうち、１または複数によって規定されてもよい。ここで、アクセル開速度は、有段変速における所謂キックダウンを模した周波数変動制御を遂行する条件となる。また、第１〜第４アップシフト条件は、アクセル開度が所定値以上となった継続時間（開時間）を含んで規定されてもよい。

また、電気自動車１００には、パドルシフトやティップシフトが設けられてもよい。この場合、モータ制御部１５０は、パドルシフトやティップシフトへの操作入力を示す信号を取得したことを契機に、上記の周波数変動制御を遂行する。

また、上述した実施形態では、第１〜第４アップシフト条件、および、第１〜第４ダウンシフト条件ごとに、設定変動量が対応付けられる場合について説明した。しかし、設定変動量は、第１〜第４アップシフト条件、および、第１〜第４ダウンシフト条件のいずれも同じ値としてもよい。

また、上述した実施形態では、周波数制御部１５４は、所定の契機以外のタイミングで、車速上昇に応じて、キャリア周波数を増加させるか、または、車速低下に応じて、キャリア周波数を減少させる場合について説明した。ただし、周波数制御部１５４は、所定の契機以外のタイミングでは、キャリア周波数を変動させなくてもよい。

本発明は、駆動モータが車輪にトルクを伝達する車両に利用することができる。

１００ 電気自動車（車両）
１０２ モータジェネレータ（駆動モータ）
１２０ 前輪（車輪）
１３０ 後輪（車輪）
１４０ 温度センサ（温度検出部）
１５４ 周波数制御部

Claims (6)

1. インバータから電力が供給され、車輪にトルクを伝達する駆動モータと、
   疑似的なシフトチェンジを演出する所定の契機で、前記インバータのキャリア周波数を、設定変動量だけ変化させる周波数変動制御を遂行する周波数制御部と、
   を備える車両。
2. 前記所定の契機は、車速、アクセル開度、アクセル開速度、ブレーキ踏込み量のうち、１または複数によって規定される請求項１に記載の車両。
3. 前記所定の契機は、複数の条件のいずれか１つが満たされたときであり、前記複数の条件ごとに、前記設定変動量が対応付けられる請求項１または２に記載の車両。
4. 前記周波数制御部は、前記所定の契機としての疑似的なアップシフト条件が満たされた時に、前記インバータのキャリア周波数を減少させ、前記所定の契機としての疑似的なダウンシフト条件が満たされた時に、前記インバータのキャリア周波数を増加させる請求項１から３のいずれか１項に記載の車両。
5. 前記周波数制御部は、前記所定の契機以外のタイミングで、車速上昇に応じて、前記キャリア周波数を増加させるか、または、車速低下に応じて、前記キャリア周波数を減少させる請求項１から４のいずれか１項に記載の車両。
6. 車載のパワーエレクトロニクス機器の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記周波数制御部は、前記温度が第１閾値以上であると、前記キャリア周波数を規定値に設定する請求項１から５のいずれか１項に記載の車両。

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