JP6310974B2 - 車両 - Google Patents

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Description

本発明は、モータと変速機を備える車両に関する。
従来、駆動源としてモータを備える車両では、バッテリから供給される直流電力をインバータで交流電力に変換してモータに供給する。インバータは、例えば、特許文献１に記載のように、所定のキャリア周波数でパルス幅変調処理（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を行う。
特開２０１２−２５４７６２号公報
上記のように、インバータはパルス幅変調処理を行っており、そのスイッチング動作によってノイズ（キャリア音）が生じる。キャリア音のうち、不快な音として知覚され易い側次成分の周波数（側次成分周波数）はモータ回転数に依存する。そのため、変速の際にはモータ回転数の変化に伴って側次成分周波数が変化し、搭乗者に違和感を与えてしまうおそれがある。
そこで、本発明は、変速時におけるインバータのキャリア音の変化を抑制することができる車両を提供することを目的とする。
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るモータと、モータの回転数を変速させて駆動輪に伝える変速機と、インバータでのパルス幅変調処理を制御するとともに、変速機によって段階的な変速が行われるとき、変速に伴いモータまたはインバータで発生するキャリア音の側次成分周波数の変化を相殺させるように、パルス幅変調処理のキャリア周波数を変化させる変調部と、を備えることを特徴とする。
変調部は、キャリア周波数に対して平滑化処理を行ってもよい。
本発明によれば、変速時におけるインバータのキャリア音の変化を抑制することができる。
車両の駆動系の構成を示す図である。 車両の制御系の構成を示す図である。 比較例におけるキャリア音の側次成分周波数の変化を示す図である。 本実施形態におけるキャリア音の側次成分周波数の変化を示す図である。 インバータ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等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、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、車両１００の駆動系の構成を示す図である。図１に示すように、車両１００は、駆動源としてエンジン１０２およびモータ１０４を備える。
エンジン１０２は、内部を貫通するようにクランクシャフト１０２ａが配置され、燃焼室における爆発圧力でピストンを往復動させてクランクシャフト１０２ａを回転させる。
モータ１０４は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する３相のブラシレスＤＣモータでなり、回転軸１０４ａが回転子１０４ｂに固定される。モータ１０４は、後述するバッテリに接続され、当該バッテリから供給される電力により回転駆動し、また、回転軸１０４ａが回転されることで電力を生成し、生成した電力でバッテリを充電する。
車両１００は、エンジン１０２のクランクシャフト１０２ａとモータ１０４の回転軸１０４ａとの間に、エンジン１０２側から、トルクコンバータ１０６、油圧クラッチ１０８、および、変速機１１０が設けられる。
トルクコンバータ１０６は、クランクシャフト１０２ａの他端に接続されたフロントカバー１０６ａにポンプインペラ１０６ｂが固定され、フロントカバー１０６ａ内において、タービンシャフト１０６ｄに接続されたタービンランナ１０６ｃがポンプインペラ１０６ｂに対向配置される。また、トルクコンバータ１０６は、ポンプインペラ１０６ｂおよびタービンランナ１０６ｃの内周側の間にステータ１０６ｅが配置され、内部に作動流体が封入されている。なお、ステータ１０６ｅは、トルクコンバータ１０６、油圧クラッチ１０８、変速機１１０等を収容するハウジング１１２に固定される。
ポンプインペラ１０６ｂおよびタービンランナ１０６ｃは、多数のブレードが設けられており、ポンプインペラ１０６ｂが回転することで作動流体が外周側に送出され、作動流体をタービンランナ１０６ｃに送ることでタービンランナ１０６ｃを回転させる。これにより、クランクシャフト１０２ａからタービンランナ１０６ｃに動力が伝達される。
ステータ１０６ｅは、タービンランナ１０６ｃから送り出された作動流体の流動方向を変化させてポンプインペラ１０６ｂに還流させ、ポンプインペラ１０６ｂの回転を促進させる。そのため、トルクコンバータ１０６は伝達トルクを増幅することができる。
また、トルクコンバータ１０６は、タービンシャフト１０６ｄに固定されたクラッチプレート１０６ｆがフロントカバー１０６ａの内面に対向配置される。クラッチプレート１０６ｆは、油圧によりフロントカバー１０６ａに押し付けられることにより、クランクシャフト１０２ａからタービンシャフト１０６ｄに動力が伝達される。また、油圧を制御することでクラッチプレート１０６ｆがフロントカバー１０６ａに滑りながら当接することにより、クランクシャフト１０２ａからタービンシャフト１０６ｄへ伝達される動力を調整することができる。
このような構成でなる車両１００は、油圧クラッチ１０８の接続状態を切り替えることにより、エンジン１０２およびモータ１０４の一方または双方で走行する。具体的には、車両１００は、油圧クラッチ１０８を遮断状態にすることでモータ１０４のみで走行するモータ走行と、油圧クラッチ１０８を連結状態にし、モータ１０４を空転させたり発電機として機能させたりすることで、エンジン１０２のみで走行するエンジン走行と、油圧クラッチ１０８を連結状態にし、エンジン１０２およびモータ１０４を駆動することで、エンジン１０２およびモータ１０４の双方で走行するハイブリッド走行とが切り替え可能である。
変速機１１０は、例えば、有段変速機であり、回転軸１０４ａに設けられた複数の第１ギヤ１１０ａ、および、回転軸１０４ａに平行に配置された出力軸１１４ａに設けられた複数の第２ギヤ１１０ｂを含んで構成される。出力軸１１４ａには駆動輪１１４が連結されており、エンジン１０２やモータ１０４から回転軸１０４ａに伝達された動力は、変速機１１０を介して変速されて駆動輪１１４に伝達される。
図２は、車両１００の制御系の構成を示す図である。図２中、破線の矢印は制御信号の向きを示し、実線の矢印は電力の向きを示す。図２に示すように、車両１００は、制御装置１５０（Engine Control Unit）、バッテリ１５２、インバータ１５４、および、上記のモータ１０４、油圧クラッチ１０８を含んで構成される。
制御装置１５０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等を含むマイクロコンピュータで構成され、車両１００の各部を統括制御する。具体的に、制御装置１５０は、アクセルペダルの踏込み量、ブレーキペダルの踏み込み量、シフトレバーのシフト位置、車速センサから入力される車速等に基づいて、油圧クラッチ１０８の遮断状態、連結状態を切り換え、エンジン１０２、モータ１０４（インバータ１５４）、および、変速機１１０を適宜制御する。
また、制御装置１５０は、変速機１１０を制御するとき変速制御部１８０として機能し、インバータ１５４を制御するとき変調部１８２として機能する。変速制御部１８０は、車速、エンジン回転数、モータ回転数、アクセルペダルの踏込み量、ブレーキペダルの踏み込み量、および、パドルシフトへの操作などに応じて、例えば、運転者の操作（要求）に応じるように変速機１１０を変速させ、走行状態に最も適した変速比とする。
インバータ１５４は、バッテリ１５２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１０４に供給する。変調部１８２は、インバータ１５４でのパルス幅変調処理を制御する。
パルス幅変調処理により、インバータ１５４およびモータ１０４からは、スイッチング動作などに起因するノイズ（キャリア音）が生じる。キャリア音のうち、不快な音として知覚され易い側次成分の周波数（側次成分周波数）はモータ回転数に依存するため、側次成分周波数が変速時のモータ回転数の変化に伴って変化し、搭乗者に違和感を与えてしまうおそれがある。
図３は、比較例におけるキャリア音の側次成分周波数の変化を示す図である。比較例では、インバータ１５４におけるパルス幅変調処理のキャリア周波数は、凡例１９０に示すように一定とする。この場合、車両の変速機を１速から４速に順次アップシフトしたとき、キャリア音の側次成分周波数は、図３に示す凡例１９２のように変化する。
側次成分周波数は、下記の数式１によって導出される。ここで、モータ次数は、モータの発する騒音に含まれる次数成分のうち、何次の成分であるかを示す。本実施形態では、例えば、最も大きい騒音となる次数を選択する。
側次成分周波数（Ｈｚ）＝キャリア周波数（Ｈｚ）＋（モータ回転数（ｒｐｍ）／６０）×（モータ次数）…（数式１）
図３において、例えば、１速のとき、時間経過に伴ってモータ回転数が上昇し、車速および側次成分周波数が上昇する。しかし、例えば、１速→２速の変速時、一時的にモータ回転数が減少するため、側次成分周波数が一時的に減少する。その後、モータ回転数が上昇に転じると共に側次成分周波数も上昇に転じる。
このように、側次成分周波数は、変速前後で変化の傾きが反対向きになる（図３では、変速前が上昇、変速時が下降）。このような側次成分周波数の変速前後の変化は、搭乗者に対して違和感を与えてしまうおそれがある。
そこで、本実施形態では、変調部１８２がキャリア周波数を変化させることで、このような側次成分周波数の変速時の変化を抑える。
図４は、本実施形態におけるキャリア音の側次成分周波数の変化を示す図である。図４では、図３の比較例で示した凡例１９２（側次成分周波数）も示している。
図４に示すように、本実施形態では、変調部１８２は、有段の変速機１１０によって変速が行われるとき、変速に伴うキャリア音の側次成分周波数の変化を相殺させるように（相殺させる方向に）、パルス幅変調処理のキャリア周波数（凡例１９４で示す）を変化させる。
例えば、１速→２速の変速時、凡例１９２で示す比較例の側次成分周波数は上昇から下降に転じる。変調部１８２は、このような側次成分周波数を相殺させるように、１速→２速の変速時、凡例１９４で示すようにキャリア周波数を上昇させる。
上記の数式１で示すように、側次成分周波数は、モータ回転数による周波数にキャリア周波数が加算されたものであるため、キャリア周波数を上昇させると側次成分周波数も上昇する。
図４では、凡例１９２の側次成分周波数に、ハッチングで示すキャリア周波数の上昇分を加算したものが、凡例１９６で示す側次成分周波数となる。本実施形態の側次成分周波数（凡例１９６）は、比較例（凡例１９２）に比べて、変速前後の変化が抑制されたものとなっている。
このように、本実施形態では、変調部１８２は、１速→２速のようにアップシフトするとき、モータ回転数の下降に伴う側次成分周波数の下降を相殺するように、キャリア周波数を上昇させる。そのため、側次成分周波数は滑らかに上昇することとなり、変速前後で、キャリア音によって搭乗者に与える違和感を抑制することが可能となる。
また、変調部１８２は、キャリア周波数（凡例１９４）の変化量が最大となった後、徐々に変化前の値（キャリア周波数の基準値）に戻す。その結果、側次成分周波数（凡例１９６）は、比較例の側次成分周波数（凡例１９２）に漸近し、やがて収束する。
すなわち、変調部１８２は、比較例の側次成分周波数（凡例１９２）を目標値として、側次成分周波数（凡例１９６）を目標値に収束させる。この目標値（凡例１９２）は、変速後、例えば、アクセルペダルの踏込み量および車速に基づいて、一時的な下降から回復した後のモータ回転数を予め特定（推定）しておき、上記の数式１にそのモータ回転数を入力することで導出される。
このとき、変調部１８２は、キャリア周波数に対して、例えば、一次遅れの制御などの平滑化処理を行うことで、側次成分周波数（凡例１９６）を滑らかに変化させ、キャリア音による違和感の一層の低減を図っている。
また、変調部１８２は、キャリア周波数を基準値から変化させている間に、アクセルペダルの踏み込み量が０となったり、予め設定された設定時間以上が経過した場合、キャリア周波数を所定のレートで基準値に戻す。
図５は、インバータ制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、上記の変調部１８２によるインバータ制御処理の流れをフローチャートを用いて説明する。
（Ｓ２００）
変調部１８２は、変速機１１０を変速させる制御指示があるか否かを判定する。変速させる制御指示がある場合、Ｓ２０２に処理を移し、変速させる制御指示がない場合、当該インバータ制御処理を終了する。
（Ｓ２０２）
変調部１８２は、インバータ１５４の異常発熱、および、モータ１０４やその他の装置の異常がないといった所定条件を満たすか否かを判定する。所定条件を満たす場合、Ｓ２０４に処理を移し、所定条件を満たさない場合、当該インバータ制御処理を終了する。
（Ｓ２０４）
変調部１８２は、数式１に対し、変速後の一時的な変化（増加または下降）から回復した後のモータ回転数を入力することで、側次成分周波数の目標値を導出する。
（Ｓ２０６）
変調部１８２は、側次成分周波数が目標値に漸近、収束するように、キャリア周波数を変化させる制御を開始する。
（Ｓ２０８）
変調部１８２は、側次成分周波数が目標値に到達したか否かを判定し、側次成分周波数が目標値に到達するまで当該到達判定処理を繰り返す。ただし、アクセルペダルの踏み込み量が０となったり、予め設定された設定時間以上が経過した場合、Ｓ２１０に処理を移す。また、変調部１８２は、側次成分周波数が目標値に到達すると、Ｓ２１０に処理を移す。
（Ｓ２１０）
変調部１８２は、キャリア周波数を基準値に戻し、当該インバータ制御処理を終了する。
上記のインバータ制御処理によれば、変速時におけるインバータ１５４のキャリア音の変化を抑制することが可能となる。
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、加速時のアップシフトの場合について説明したが、減速時のダウンシフトにおいても、同様の処理がなされる。すなわち、変調部１８２は、変速機１１０によって変速が行われるとき、変速に伴うキャリア音の側次成分周波数の上昇を相殺させるように、パルス幅変調処理のキャリア周波数を下降させる。ただし、減速時は、インバータ１５４からモータ１０４に電力が供給されるのではなく、モータ１０４からインバータ１５４に回生エネルギーの電力が供給されることとなる。
また、上述した実施形態では、側次成分周波数は、キャリア周波数に対して、モータ回転数による周波数の項が加算されたものである場合について説明した。しかし、側次成分周波数は、キャリア周波数に対して、モータ回転数による周波数の項が減算されたものであってもよい。すなわち、下記の数式２で導出される側次成分周波数を対象としてもよい。
側次成分周波数（Ｈｚ）＝キャリア周波数（Ｈｚ）−（モータ回転数（ｒｐｍ）／６０）×（モータ次数）…（数式２）
すなわち、制御の対象とする側次成分周波数は、数式１によるもの、および、数式２によるものの一方、例えば、搭乗者への違和感が生じやすい方を選択すればよい。また、数式１によるもの、および、数式２によるものの他方については、例えば、カバー部材などで物理的に防音すればよい。
また、上述した実施形態では、変速機１１０は有段変速機である場合について説明したが、無段変速機であってもよい。無段変速機の場合、搭乗者に変速した感覚を体感させるなどの目的から段階的な（ステップ状の）変速が行われるとき、上記の側次成分周波数の制御が行われるとよい。
本発明は、モータと変速機を備える車両に利用できる。
１００ 車両
１１０ 変速機
１５４ インバータ
１８２ 変調部

Claims (2)

  1. インバータから電力が供給されるモータと、
    前記モータの回転数を変速させて駆動輪に伝える変速機と、
    前記インバータでのパルス幅変調処理を制御するとともに、前記変速機によって段階的な変速が行われるとき、該変速に伴い前記モータまたは該インバータで発生するキャリア音の側次成分周波数の変化を相殺させるように、該パルス幅変調処理のキャリア周波数を変化させる変調部と、
    を備えることを特徴とする車両。
  2. 前記変調部は、前記キャリア周波数に対して平滑化処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両。
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