JP6194737B2

JP6194737B2 - 電動車両

Info

Publication number: JP6194737B2
Application number: JP2013211221A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　健太; 健太鈴木; 内田　仁; 仁内田
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: JP2015076961A

Description

本発明は電動車両、特に電動二輪車に係り、電動機の駆動力に応じた鼓動感を乗員に体感させることが可能な電動車両に関する。

自動二輪車や四輪自動車では、車体の動力源が駆動力を発生している程度、駆動力が駆動輪を駆動している程度などを、運転者が主観的に体感することが安全性・商品性上重要な要素である。

通常の内燃機関（レシプロエンジン）を搭載した車両においては、乗員は車両の加速状態や、速度計・回転計などの表示に加えて、エンジンの内部燃焼現象や、往復運動する部品（ピストンなど）の加減速度、内燃機関特有の行程から発生する振動や音等から内燃機関の動作状態を想起し、それを駆動力の状態と関連付ける傾向がある。

特に、自動二輪車では、車両全体としての加速感以外に、エンジンの行程や内部部品（ピストンやクランクシャフトなど）の運動で生じる振動、駆動輪に発生する駆動力のむらによる振動、エンジンが発生する吸・排気音などの間欠的な変動事象等から主観的に体感する感覚量が、「鼓動感」と表現されている。

ところが、電動車両では、内燃機関のような音や振動が発生しにくいため、乗員が駆動力の状態を想起する情報が、内燃機関搭載車両と比較して少ないという課題がある。

特に電動車両は、低速域から大トルクが発生可能であるため、運転者が過大な駆動力を意図せずに発生させて、安全を損ねる操縦となってしまう恐れがある。また、主観的に駆動力の状態を想起する情報が少ないと、結果として車両の動力性能も実感しにくいため、電動車両は商品性として内燃機関搭載車両に劣ってしまうことも考えられる。

このため、従来の電動車両には、駆動力の状態情報を乗員に伝えるために、メータなどように視覚情報を利用した計器や、各種の警報音を発する聴覚を利用した機器を用いたものが知られている。

また、従来の電動車両には、レシプロエンジン搭載車両の走行フィーリングを電動車両で体感させるために、レシプロエンジン搭載車両のトルク変動情報を予め記録し、選択して再生する技術が開発されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の電動車両は、レシプロエンジン搭載車両の乗車時にエンジンが動作している感覚を、モータ駆動電圧の変調によってシミュレートするものであり、モータの駆動力を、鼓動感となるべき波形で変動させることで、駆動力の状態情報を振動現象（鼓動感）を利用して乗員に体感させている。

特開２００９−７８５７６号公報

ところが、視覚情報を利用した計器は現在十分に利用されており、更に追加の情報を表示することは、運転者の前方注視を妨げるなど、かえって安全運転を損ねる恐れがある。特に自動二輪車では、レイアウト上メータなどを設置できる場所に制約が多く、視覚による情報提示を追加しにくいことや、一般的な自動二輪車のメータ設置箇所が視線移動の大きな位置にあるため、常時メータを視野に収めながら運転することは四輪自動車と比較して困難である。

また、聴覚情報を利用した機器は、特に運転者が外界に開放されている自動二輪車において、風切り音や走行騒音のなかで、車両側の警報音発生装置から効果的に音を伝達することが難しい。大音量を発生させれば、周辺への騒音となる可能性もある。また、四輪自動車でも、走行中に提示される駆動力情報を音で提示した場合、ラジオなど車載オーディオ機器の利用や、警告音などの他の重要な通知を阻害する恐れがある。

これに対し、特許文献１に記載の電動二輪車は、振動現象を利用して駆動力の状態情報を乗員に体感させているため、現在設置されている視覚・聴覚機器の利用を妨げるものではなく、また、運転者の前方注視を損なうこともない。

しかしながら、この特許文献１に記載の電動二輪車では、モータの駆動力を、鼓動感となるべき波形で変動させているので、乗員に鼓動感を体感させる効果が低い。更に、モータ駆動電圧（パルス電圧）に含まれる高周波成分によって、鼓動感が減殺される恐れもある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、乗員に駆動力に応じた鼓動感を効果的に体感させることができる電動車両を提供することにある。

本発明に係る電動車両は、駆動輪を駆動する駆動力発生用の電動機が車体に搭載され、
乗員のスロットル操作に応じて決定される駆動力目標値に基づいて電動機制御装置が前記電動機を制御する電動車両であって、前記電動機が発生する前記駆動力を周期的に変動させるための変動信号を生成する変動信号生成手段を備え、この変動信号生成手段は、高周波数の搬送波を低周波数の変調波で振幅変調することで変動信号を生成し、前記電動機制御装置は、前記駆動力目標値に前記変動信号を加算してトルク指令信号を算出し、このトルク指令信号により前記電動機を制御するよう構成されたことを特徴とするものである。
また、本発明に係る電動車両は、駆動輪を駆動する駆動力発生用の電動機が車体に搭載され、乗員のスロットル操作に応じて決定される駆動力目標値に基づいて電動機制御装置が前記電動機を制御する電動車両であって、前記電動機が発生する前記駆動力を周期的に変動させるための変動信号を生成する変動信号生成手段を備え、この変動信号生成手段は、減速時に発生する回生電流の大きさに関連した変動信号を生成し、前記電動機制御装置は、前記駆動力目標値に前記変動信号を加算してトルク指令信号を算出し、このトルク指令信号により前記電動機を制御するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、電動機が発生する駆動力を周期的に変動させるための変動信号を変動信号生成手段が生成し、電動機制御装置が、駆動力目標値に変動信号を加算してトルク指令信号を算出し、このトルク指令信号により電動機を制御している。このため、電動機が発生する駆動力の大きさや電動機の回転数に応じて電動機の駆動力を周期的に変動させ、低周波数の振動現象を車体に生じさせて、レシプロエンジン搭載車両のような、駆動力に応じた鼓動感を乗員に効果的に体感させることができる。これにより、車両の商品性を向上できると共に、乗員に駆動力の状態を認識させることができるので、乗員によるスロットル操作が適正になされて車両の安全運転に寄与できる。

本発明に係る電動車両の第１実施形態における駆動モータ制御系統を主に示すブロック図。図１の変動信号発生器の機能を説明する説明図。Ｖ型２気筒エンジンのクランク角加速度の波形を示すグラフ。図１の変動信号発生器が発生する変調波の他の波形を示すグラフ。図１の変動信号発生器の機能を説明する説明図。図１の駆動モータ制御装置の機能を説明する説明図。変動信号を構成する搬送波及び変調波のそれぞれの周波数と鼓動感との相関を示すグラフ。本発明に係る電動車両の第２実施形態における駆動モータ制御系統を主に示すブロック図。図８の駆動モータ制御系統の変形形態を示すブロック図。図１の変動信号発生器が発生する変調波の変形例を、その変調波周波数とインバータ出力周波数との関係で示すグラフ。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図７）
図１は、本発明に係る電動車両の第１実施形態における駆動モータ制御系統を主に示すブロック図である。この図１に示す駆動モータ制御系統は、電動車両１０の駆動輪１１を駆動する電動機としての駆動モータ１２を制御する系統であり、車両制御装置１３、電動機制御装置としての駆動モータ制御装置１４、変動信号生成手段としての変動信号発生器１５、ローパスフィルタ１６、電子スロットル１７及びバッテリパック１８を有して構成される。

駆動モータ１２は、駆動輪１１を駆動する駆動力を発生するものであり、図示しない車体に搭載される。また、車両制御装置１３は、車両の全体を制御するものであり、各種センサー類２０や電子スロットル１７からの信号を取り込んで、駆動モータ制御装置１４や電装品２１、バッテリパック１８等を制御する。

駆動モータ制御装置１４は、モータドライバ２２及びインバータ２３を有して構成され、モータドライバ２２は、電子スロットル１７のスロットル信号から自ら決定し、または車両制御装置１３にて決定された駆動力目標値に応じた駆動力制御信号に変動信号（後述）を加算してトルク指令信号を算出する。インバータ２３は、モータドライバ２２にて算出されたトルク指令信号により、バッテリパック１８から駆動モータ１２へ供給される電力を調整して駆動モータ１２を制御する。

変動信号発生器１５が発生する前記変動信号は、駆動モータ１２が発生する駆動力を周期的に変動させるものであり、図２に示す高周波数の搬送波と低周波数の変調波にて構成される。これらの搬送波及び変調波の周波数は、共にインバータ２３から出力されるインバータ出力信号の周波数（以下「インバータ出力周波数」と称する）に関連、例えば比例して決定される。

即ち、搬送波の周波数は、インバータ出力周波数の２〜４倍で、上限が約１２５Ｈｚ（例えば８〜１２５Ｈｚ程度）に設定される。また、変調波の周波数は、インバータ出力周波数の１／２〜１／８倍で、上限が約３０Ｈｚ（例えば１〜３０Ｈｚ程度）に設定される。特に、変調波の周波数は変動信号の周波数となり、駆動モータ１２の回転数に関連して変更、つまり、インバータ出力周波数に比例して増減し、駆動モータ１２の回転数が高いほど大きく設定される。

また、変調波の振幅は、変動信号の振幅となり、電子スロットル１７からのスロットル信号に基づいて決定される駆動力目標値の大きさに関連して変更、つまり駆動モータ１２が発生する駆動力の大きさに比例して増減し、駆動力目標値（駆動モータ１２の駆動力）が大きいほど大きく設定される。尚、搬送波の振幅は一定であっても、または駆動力目標値に比例して増減させてもよい。搬送波の振幅を増減させる場合には、駆動力目標値から搬送波の振幅を算出する係数が、変調波の振幅を算出する係数よりも小さくなるように設定する。

また、搬送波の波形は正弦波が望ましい。一方、変調波の波形は正弦波よりも三角波をベースにしたものが望ましい。三角波をベースにした変調波の波形は、実際のエンジンの駆動力変動（例えば図３に示すＶ型２気筒のクランク角加速度波形）に類似していることや、正弦波と比較してエンジンの爆発に類似したより間欠的な鼓動感（後述）を呈すること、矩形波と比較して高周波成分が次数の２乗に反比例して減少するため鼓動感を減殺する高周波成分の発生が低いことなどによる。

例えば変調波の波形は、図４に示すように、三角波の立上り側の傾斜を急峻にした逆鋸波に近い非対称三角波としてもよい。図４に示す変調波の波形は、立上りが周期の２５％で４Ｈｚの逆鋸波に、遮断周波数１０Ｈｚの四次バターワースフィルタを適用した波形を示す。三角波の立上り側が急峻になることで鼓動感がより大きく体感される。

図５に示すように、変動信号発生器１５は更に、上述のようにして決定した高周波数の搬送波を低周波数の変調波で振幅変調することで、駆動モータ１２が発生する駆動力の大きさや駆動モータ１２の回転数に応じて駆動モータ１２の駆動力を周期的に変動するための変動信号を生成する。

図１に示すローパスフィルタ１６は、変動信号発生器１５にて発生した変動信号のうち、約２００Ｈｚ以上の高周波成分、特に搬送波の周波数の２倍（約２５０Ｈｚ）以上の高周波成分を除くものである。これにより、ローパスフィルタ１６を通過した変動信号は、上述の高周波成分が除去された低周波成分、例えば変調波の周波数の２〜４倍（約２〜１２０Ｈｚ）の周波数となり、この低周波成分が駆動モータ制御装置１４のモータドライバ２２へ送信される。

駆動モータ制御装置１４のモータドライバ２２は、図６に示すように、電子スロットル１７のスロットル信号から決定された駆動力目標値に応じた駆動力制御信号に、変動信号発生器１５にて発生しローパスフィルタ１６を通過した変動信号の低周波成分を加算してトルク指令信号を生成し、このトルク指令信号を図１に示すインバータ２３へ送信する。

駆動モータ制御装置１４のインバータ２３は、モータドライバ２２から送信されたトルク指令信号に基づいて駆動モータ１２を制御することで、駆動モータ１２が発生する駆動力を、その駆動力の大きさや駆動モータ１２の回転数に応じて周期的に変動させることになる。これにより、電動車両１０の車体に、変調波に由来する低周波数の振動現象が発生して、駆動力に応じた鼓動感を乗員、特に運転者に体感させることが可能になる。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）〜（６）を奏する。

（１）図１に示すように、駆動モータ１２が発生する駆動力を周期的に変動させるための変動信号を変動信号発生器１５が発生し、駆動モータ制御装置１４が、駆動力目標値に応じた駆動力制御信号に変動信号を加算してトルク指令信号を算出し、このトルク指令信号により駆動モータ１２を制御している。このため、駆動モータ１２が発生する駆動力の大きさや駆動モータ１２の回転数に応じて駆動モータ１２の駆動力を周期的に変動させ、低周波数の振動現象を車体に生じさせて、レシプロエンジン搭載車両のような、駆動力に応じた鼓動感を乗員に効果的に体感させることができる。

これにより、電動車両１０の商品性を向上できると共に、乗員に駆動力の状態（駆動モータ１２が発生している駆動力の程度、駆動力が駆動輪１１を駆動している程度、駆動輪１１が路面に駆動力を作用している程度など）を認識させることができるので、乗員（特に運転者）によるスロットル操作が適正になされて電動車両１０の安全運転に寄与できる。

また、駆動モータ１２にて発生する駆動力が周期的に変動することで、駆動輪１１による路面のグリップが良好となり、電動車両１０の走行安定性が向上する。更に、駆動モータ１２にて発生する駆動力を周期的に変動させて車体に低周波数の振動現象を生じさせ、乗員に鼓動感を体感させて駆動力の状態を認識させるので、各種メータの認識や警報音の認識を妨げることなく、運転者の前方注視も妨げることがないので、これらの点からも電動車両１０の安全運転に寄与できる。

（２）駆動モータ１２の駆動力を周期的に変動させて、乗員に鼓動感を体感させるための変動信号は、高周波数の搬送波を低周波数の変調波で振幅変調することによって得られる。このため、変調波相当の低周波信号で変動信号を生成する場合に比べ、乗員に鼓動感をより一層効果的に体感させることができる。

（３）変動信号発生器１５は、電子スロットル１７のスロットル信号から決定された駆動力目標値の大きさに比例して、変動信号を構成する変調波の振幅を変更している。従って、乗員（特に運転者）に駆動力の状態を的確に認識させることができるので、運転者の操作による過大な駆動力の発生を抑制することができる。

（４）変動信号発生器１５は、駆動モータ１２の回転数に比例して、変動信号を構成する変調波の周波数を変更している。このため、乗員（特に運転者）に駆動モータ１２の回転数に応じた車体振動を体感させることができるので、運転者による車速把握が容易になって、スロットル操作を適正に実施させることができる。

（５）駆動モータ１２の駆動力を周期的に変動させるための変動信号を構成する搬送波及び変調波は、搬送波の周波数が約８〜１２５Ｈｚであり、変調波の周波数が約１〜３０Ｈｚに設定されたので、図７のクロスハッチング領域Ｐで示す鼓動感の強い範囲にあり、乗員に効果的に鼓動感を体感させることができる。

（６）駆動モータ制御装置１４は、変動信号発生器１５にて発生した変動信号のうち、約２００Ｈｚ以上の高周波成分、特に搬送波の２倍（約２５０Ｈｚ）以上の高周波成分を除く低周波成分を用いてトルク指令信号を生成している。このため、高周波信号の影響で、乗員が体感する鼓動感が減殺されることを防止できる。

［Ｂ］第２実施形態（図８、図９）
図８は、本発明に係る電動車両の第２実施形態における駆動モータ制御系統を主に示すブロック図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の電動車両３０が第１実施形態と異なる点は、車両制御装置３１が第１実施形態の車両制御装置１３の機能のほかに、回生電流に関する制御を行い、更に、変動信号生成手段としての変動信号発生器３３が、第１実施形態の変動信号発生器１５の機能のほかに、車両減速時に発生する回生電流の大きさに関連、例えば比例した変動信号（回生変動信号）を発生するよう構成された点である。

つまり、電動車両３０の減速時に駆動モータ１２に回生電力が発生すると、この回生電力が駆動モータ制御装置３２のインバータ２３を経てバッテリパック１８に蓄電される間に、インバータ２３によって回生電流が検出され、これにより、車両制御装置３１が変動信号発生器３３へ回生変動信号目標値を送信する。変動信号発生器３３は、回生変動信号目標値に基づいて、回生電流の大きさに比例した回生変動信号を発生し、この回生変動信号を、ローパスフィルタ１６を経て駆動モータ制御装置３２のモータドライバ３４へ送信する。

モータドライバ３４は、第１実施形態のモータドライバ２２の機能のほか、変動信号発生器３３からの回生変動信号を、電動車両３０の減速時における負の駆動力目標値に応じた駆動力制御信号に加算してトルク指令信号を生成し、インバータ２３へ送信する。この駆動モータ制御装置３２のインバータ２３は、モータドライバ３４からのトルク指令信号に基づいて駆動モータ１２を減速制御する。

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）〜（６）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。

（７）電動車両３０の減速時に駆動モータ１２に回生電力が発生すると、変動信号発生器３３が、回生電流の大きさに比例した回生変動信号を発生して、駆動モータ１２の駆動力が回生電流の大きさに応じて周期的に変動する。この結果、回生電流が大きいほど大きな鼓動感を乗員に体感させることができるので、エンジン搭載車両のエンジンブレーキ時のような自然な減速感を乗員に体感させることができ、電動車両３０の商品性が向上する。

尚、本第２実施形態においては、図８及び図９に示すように、車両制御装置３１からの回生変動信号目標値と、モータドライバ３４からの駆動力目標値とを廃止し、車両制御装置３１は、電動車両３０の加速時と減速時とを判断して、加速時には、駆動力目標値に相当する変動信号目標値を変動信号発生器３３へ送信し、この変動信号発生器３３に、駆動モータ１２の駆動力及び回転数に応じた変動信号を発生させ、また、減速時には、回生変動信号目標値に相当する変動信号目標値を変動信号発生器３３へ送信して、この変動信号発生器３３に、回生電流の大きさに比例した回生変動信号を発生させるようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、図１、図８、図９に示すように、電動車両１０、３０の車両の一部（例えばハンドルバーなど）に振動体４１が設置され、この振動体４１が、変動信号発生器１５、３３にて発生した変動信号によって、駆動モータ１２の駆動力と共に、周期的に変動して車体の一部を振動させるように構成されてもよい。または、エンジン音を模擬した音響信号を発生するスピーカなどの音響体４２が車体に設置され、振動体４１の場合と同様にして、変動信号を用いて音響体４２により音を発生させてもよい。これらの振動体４１または音響体４２を用いた場合には、駆動力の状態情報をより効果的に乗員に提供することができる。

また、図１０に示すように、変動信号を構成する搬送波及び変調波の周波数は、インバータ出力周波数を範囲分けし、それぞれの範囲において特定の周波数（例えば変調波の場合には３０Ｈｚ以下の周波数）を閾値とし、インバータ出力周波数の増減に応じて変更させてもよい。このとき、電動車両１０、３０の加速時と減速時では前記閾値に差を設けて閾値付近でチャタリングが発生しないようにしたり、加速度が大きいほど高い周波数で切り換えるなど、加速度や駆動力目標値の大小に応じて閾値を変化させてもよい。

更に、変動信号から高周波成分を除去する図１、図８、図９に示すローパスフィルタ１６は、除去の基準となる設定周波数が固定でもよいが、変動信号の搬送波の周波数に比例して設定周波数を変更する可変フィルタであってもよい。また、ローパスフィルタ１６は、駆動モータ制御装置１４、３２の入力側に設置される場合のほか、駆動モータ制御装置１４、３２の内部に設置されてもよい。また、ローパスフィルタ１６に代えて、駆動モータ１２の駆動軸部分にゴム継手などのメカニカルダンパを設置して、駆動モータ１２が発生する高周波の振動を除去してもよい。

１０電動車両
１１駆動輪
１２駆動モータ（電動機）
１４駆動モータ制御装置（電動機制御装置）
１５変動信号発生器（変動信号生成手段）
１６ローパスフィルタ
１７電子スロットル
２２モータドライバ
３０電動車両
３３変動信号発生器（変動信号生成手段）
４１振動体

Claims

駆動輪を駆動する駆動力発生用の電動機が車体に搭載され、
乗員のスロットル操作に応じて決定される駆動力目標値に基づいて電動機制御装置が前記電動機を制御する電動車両であって、
前記電動機が発生する前記駆動力を周期的に変動させるための変動信号を生成する変動信号生成手段を備え、この変動信号生成手段は、高周波数の搬送波を低周波数の変調波で振幅変調することで変動信号を生成し、
前記電動機制御装置は、前記駆動力目標値に前記変動信号を加算してトルク指令信号を算出し、このトルク指令信号により前記電動機を制御するよう構成されたことを特徴とする電動車両。
駆動輪を駆動する駆動力発生用の電動機が車体に搭載され、
乗員のスロットル操作に応じて決定される駆動力目標値に基づいて電動機制御装置が前記電動機を制御する電動車両であって、
前記電動機が発生する前記駆動力を周期的に変動させるための変動信号を生成する変動信号生成手段を備え、この変動信号生成手段は、減速時に発生する回生電流の大きさに関連した変動信号を生成し、
前記電動機制御装置は、前記駆動力目標値に前記変動信号を加算してトルク指令信号を算出し、このトルク指令信号により前記電動機を制御するよう構成されたことを特徴とする電動車両。
前記変動信号生成手段は、駆動力目標値の大きさに関連して変動信号の振幅を変更し、前記駆動力目標値が大きいほど前記変動信号の振幅を大きく設定するよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両。
前記変動信号生成手段は、電動機の回転数に関連して変動信号の周波数を変更し、前記電動機の回転数が高いほど前記変動信号の周波数を大きく設定するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動車両。
前記電動機制御装置は、変動信号生成手段にて生成された変動信号のうち、搬送波の周波数の２倍以上の高周波成分を除く低周波成分を用いてトルク指令信号を生成するよう構成されたことを特徴とする請求項１、３及び４のいずれか１項に記載の電動車両。
前記変動信号を構成する搬送波及び変調波は、前記搬送波の周波数の上限が約１２５Ｈｚであり、前記変調波の周波数の上限が約３０Ｈｚであることを特徴とする請求項１、３、４及び５のいずれか１項に記載の電動車両。
前記変動信号生成手段は、減速時に発生する回生電流の大きさに関連した変動信号を生成するよう構成されたことを特徴とする請求項１、３、４、５及び６のいずれか１項に記載の電動車両。
前記車体には、この車体の一部を振動させる振動体が設置され、この振動体が変動信号生成手段にて生成された変動信号に関連して振動するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電動車両。