JP7368346B2 - 自動車 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、走行用のモータを備える自動車に関する。

自動車は走行中に振動する。特に、路面から受ける荷重の周波数が車体の共振周波数に近づくと車体の振動が大きくなる。車体が共振しているか否かを車輪の回転速度の振動振幅で判断する技術が例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１に開示された自動車は、回転速度の時系列データに対して車両の共振周波数領域を含むバンドパスフィルタを適用するフィルタ処理部と、フィルタ処理部からの所定数のフィルタ処理値のそれぞれの絶対値の積算値が第１閾値以上のときに共振が生じていると判断する判定部を備える。振動から車体の部品を保護するため、特許文献１、２に開示された自動車は、共振が生じていると判定されたときに駆動力を制限する。

特開２０１８－２４２７８号公報 特開２０２０－１７１０６７号公報

駆動力を急に大きく下げると乗員に違和感を与えるおそれがある。本明細書は、振動を抑制しつつ、乗員に与える違和感を軽減する技術を提供する。

本明細書が開示する自動車は、走行用のメインモータと、メインモータを制御するコントローラを備える。コントローラは、メインモータの回転速度の時系列データから、メインモータを含む駆動系の共振周波数を含む所定周波数帯域の振動データを抽出する。コントローラは、抽出された振動データから得られる振動の大きさが第１閾値を超えたらメインモータの出力上限値を通常上限値から第１上限値へ下げる。さらに、コントローラは、振動の大きさが第１閾値よりも大きい第２閾値を超えたら出力上限値を第１上限値よりも低い第２上限値に下げる。すなわち、コントローラは、振動データの大きさに応じてメインモータの出力上限値を２段階で下げる。メインモータの出力上限値を下げることで、振動を抑えることができる。また、メインモータの出力上限値を２段階で下げるので、出力上限値を急激に下げることに起因して生じる乗員の違和感を軽減することができる。また、出力上限値の第１段階の下げ（通常上限値から第１上限値への下げ）で振動の大きさが小さくなれば、第２段階の下げ（第１上限値から第２上限値への下げ）を行わなくて済む。

振動の大きさは、振動データにおける最新の所定期間の振幅の積算値または移動平均で表されるとよい。あるいは、振動の大きさは、振動データの周波数特性におけるピーク、あるいは、周波数特性における振幅の積算値で表されてもよい。振動の大きさを測るのに所定期間の振幅の積算値または移動平均を採用することで、振幅の経時的変化の傾向を正確に捉えることができる。「振幅」は、両振幅（peak to peak）で表されてもよいし、片振幅（zero to peak）で表されてもよい。振幅が正負の符号付き片振幅で計測される場合、振動データにおける振幅の絶対値の積算値あるいは絶対値の移動平均が採用され得る。

自動車が２個のモータ（メインモータとサブモータ）を含んでおり、サブモータを含むサブ駆動系の共振周波数がメインモータを含む駆動系の共振周波数を含む所定周波数帯域に含まれている場合、コントローラは次の処理を行ってもよい。すなわち、コントローラは、振動の大きさが第１閾値を超えたらメインモータの出力上限値を通常上限値から第１上限値に下げるとともにサブモータの出力上限値（サブモータ出力上限値）をサブモータ通常上限値からサブモータ第１上限値へ下げる。コントローラは、振動の大きさが第２閾値を超えたら出力上限値を第２上限値に下げるとともに、サブモータ出力上限値をサブモータ第１上限値よりも低いサブモータ第２上限値に下げる。サブモータの共振周波数がメインモータの共振周波数に近い場合には、メインモータを含む駆動系の振動が大きいときにはサブ駆動系の振動も大きくなる。メインモータの振動データに基づいてメインモータだけでなくサブモータの出力上限値も下げることで、振動をより効果的に抑えることができる。

一方、サブ駆動系の共振周波数がメインモータを含む駆動系の共振周波数から離れている場合、メインモータを含む駆動系の振動が大きくても、サブ駆動系の振動は大きくならない。そのような場合には、メインモータ系の振動の大きさが第１閾値を超えたらメインモータの出力上限値を通常上限値から第１上限値に下げるとともに自動車の目標総出力に対するメインモータの出力割合を下げてサブモータの出力割合を上げるようにしてもよい。振動の小さいサブモータの出力割合を上げることで、メインモータを含む駆動系の振動を抑えるとともに、メインモータの出力低下を補うことができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の自動車のブロック図である。 コントローラが実行する出力制限処理のフローチャートである。 回転速度の振動データと出力上限値のタイムチャートの一例である。 第２実施例の自動車のブロック図である。 第３実施例の自動車のブロック図である。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の自動車２を説明する。図１に、自動車２の駆動系のブロック図を示す。図１の点線矢印線は信号線を意味している。自動車２は、走行用のメインモータ３を備える。メインモータ３は、前輪５を駆動する。メインモータ３の出力トルクは前輪デファレンシャルギア４と前輪車軸９を介して前輪５に伝達される。

自動車２は、メインモータ３のほか、インバータ６、バッテリ７、コントローラ１０を備える。バッテリ７の出力電力（直流電力）は、インバータ６で交流電力に変換され、メインモータ３に供給される。インバータ６はコントローラ１０によって制御される。メインモータ３にはメインモータ３の回転速度を計測する回転数センサ８が備えられている。また、インバータ６の交流端には不図示の電流センサが備えられている。コントローラ１０は、電流センサの計測値と回転数センサ８の計測値に基づき、メインモータ３の出力トルクが目標トルクに追従するようにインバータ６を制御する。

コントローラ１０は、メインモータ３を含む駆動系の振動を抑える処理も行う。ここで、メインモータ３を含む駆動系とは、メインモータ３と、メインモータ３が駆動する駆動輪（前輪５）までの動力伝達経路（前輪デファレンシャルギア４と前輪車軸９）と、それらを支持する構造体を意味する。

自動車２が走行すると、路面の凹凸に応じて車体に様々な荷重が加わる。車体に加わる荷重の周波数がメインモータ３を含む駆動系の共振周波数に近くなると、駆動系の振動が大きくなり、駆動系の構造体に加わる負荷が大きくなるとともに、乗員に不快感を与えることになる。一方、自動車２が路面から受ける振動は、回転数センサ８の計測データに現れる。コントローラ１０は、回転数センサ８の計測データ（回転速度の時系列データ）からメインモータ３を含む駆動系の共振周波数を含む所定周波数帯域（共振帯域）の振動データを抽出する。別言すれば、コントローラ１０は、回転速度の時系列データから共振帯域以外の帯域の成分を除去し、共振帯域の振動データを抽出する。共振帯域の振動データは、回転速度の時系列データにバンドパスフィルタを適用することで得られる。バンドパスフィルタは、共振帯域の振動成分を通過させ、共振帯域以外の帯域の振動成分を除去するように設定されている。

路面から受ける振動の周波数がメインモータ３を含む駆動系の共振周波数に近づくと、振動データから得られる振動の大きさが増大する。コントローラ１０は、振動データから得られる振動の大きさが第１閾値を超えたらメインモータ３の出力上限値を通常上限値から第１上限値へ下げる。コントローラ１０は、メインモータ３の出力が設定された出力上限値を超えないように、インバータ６の出力を制限する。メインモータ３の出力上限値を下げることで、メインモータ３を含む駆動系の振動の増大を抑えることができる。

「振動の大きさ」とは、具体的には、振動データ（バンドパスフィルタ適用後の回転速度の時系列データ）における最新の所定期間の振幅の積算値または移動平均でよい。あるいは、「振動の大きさ」とは、振動データの周波数特性におけるピーク値、あるいは、周波数特性における振幅の積算値でもよい。振動データの周波数特性は、振動データに高速フーリエ変換を適用すれば得られる。

回転数センサ８から得られる振幅は、両振幅（peak to peak）で計測されることが望ましいが、片振幅（zero to peak）で計測されるものであってもよい。正負の符号付きの片振幅が計測される場合、振動の大きさを計る指標には、片振幅の絶対値の積算値あるいは移動平均が用いられる。

コントローラ１０は、振動の大きさが第１閾値を超えた後に第２閾値を超えたら出力上限値を第１上限値よりも低い第２上限値まで下げる。第２閾値は第１閾値よりも大きい値である。すなわち、コントローラ１０は、振動の大きさに応じてメインモータ３の出力上限値を２段階で下げる。出力上限値が急激に大きく下がると乗員に違和感を与えるおそれがある。メインモータ３の出力上限値を２段階で下げることで、乗員に与える違和感を軽減することができる。

コントローラ１０が実行する処理（出力制限処理）のフローチャートを図２に示す。図２のフローチャートに沿ってコントローラ１０の処理を説明する。

コントローラ１０は、図２の処理を一定の周期で繰り返す。コントローラ１０は、まず、回転数センサ８から回転速度を取得する（ステップＳ１１）。コントローラ１０は、過去に取得した回転速度も記憶している。すなわち、コントローラ１０は、回転速度の時系列データを取得する。ステップＳ１１を実行する毎に、回転速度の時系列データは最新のデータ列に更新される。

コントローラ１０は、回転速度の最新の時系列データにバンドパスフィルタを適用する（ステップＳ１２）。バンドパスフィルタは、メインモータ３を含む駆動系の共振周波数を含む所定の周波数帯域（共振帯域）の振動成分を残し、共振帯域以外の周波数の振動成分を除去する。バンドパスフィルタを適用した後の回転速度の時系列データを振動データと称する。

続いてコントローラ１０は、最新の所定期間の振動データの積算値を計算する（ステップＳ１３）。先に述べたように、振動データが正負の符号付きの片振幅で表されている場合は、コントローラ１０は、所定期間の各振幅データの絶対値を積算する。所定期間は、任意に設定し得る。振動データの積算値が振動の大きさを測る指標となる。

続いてコントローラ１０は、積算値を第２閾値と比較する（ステップＳ１４）。コントローラ１０は後述するステップＳ１６で積算値を第１閾値と比較する。第２閾値は第１閾値よりも大きい値に設定されている。

メインモータ３を含む駆動系の振動が激しいとき、積算値は時間の経過とともに徐々に大きくなる。それゆえ、ステップＳ１４の分岐判断がＹＥＳとなる前にステップＳ１６の分岐判断がＹＥＳとなる。ステップＳ１６の分岐判断がＹＥＳの場合（すなわち、積算値が第１閾値を超えた場合）、コントローラ１０は、メインモータ３の出力上限値を通常上限値からそれよりも低い第１上限値に変更する（ステップＳ１６：ＹＥＳ、Ｓ１７）。なお、自動車２が走行を開始したとき、メインモータ３の出力上限値は通常上限値に設定されている。

積算値が第２閾値を超えている場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、コントローラ１０は、メインモータ３の出力上限値を第２上限値に変更する（ステップＳ１５）。第２上限値は第１上限値よりも低い値に設定されている。

ステップＳ１４－Ｓ１７の処理により、積算値が大きくなるにつれて、メインモータ３の出力上限値は通常上限値から第１上限値へ、さらに第１上限値から第２上限値へと、２段階で下げられる。

車体の振動が小さくなると積算値が徐々に小さくなる。積算値が回復閾値を下まわると、コントローラ１０はメインモータ３の出力上限値を通常上限値に戻す（ステップＳ１８：ＹＥＳ、Ｓ１９）。回復閾値は、第１閾値よりも低い値に設定されている。第１閾値よりも低い回復閾値を設定するのは、第１閾値の近傍でメインモータ３の出力上限値が通常上限値と第１上限値の間でハンチングすることを防止するためである。回復閾値を設定するのに代えて（あるいは回復閾値を設定するとともに）、積算値が所定の回復判定期間を超えて連続して第１閾値を下回ったときに出力上限値を通常上限値に戻してもよい。

図３に、振動データと振幅積算値と出力上限値のタイムチャートの一例を示す。図３（Ａ）は、振動データのグラフである。別言すれば、図３（Ａ）のグラフは、回転速度の時系列データにバンドパスフィルタを適用した後のデータを示している。従って図３（Ａ）のグラフにはＤＣ成分は含まれず、振動はゼロを中心に上下に振れている。先に述べたように、バンドパスフィルタを適用した後の回転速度の時系列データ（振動データ）には、共振帯域の振動成分のみが含まれる。

図３（Ｂ）は、振動データにおける最新の所定期間の振幅の積算値のグラフである。所定期間の積算値であるため、振幅が小さくなれば積算値も徐々に小さくなる。図３（Ｃ）はメインモータ３の出力上限値のタイムチャートである。メインモータ３の出力上限値は、最初は通常上限値に設定されている。

時刻Ｔ１に振動データの振幅の積算値が第１閾値を超える。コントローラ１０は、時刻Ｔ１にメインモータ３の出力上限値を通常上限値から第１上限値に下げる。時刻Ｔ２に積算値が第２閾値を超える。コントローラ１０はメインモータ３の出力上限値を第１上限値から第２上限値に下げる。第２上限値は第１上限値よりも低い値に設定されている。

時刻Ｔ３以降、振幅は徐々に小さくなり、積算値も小さくなっていく。時刻Ｔ４に積算値が回復閾値を下回る。コントローラ１０は、時刻Ｔ４にメインモータ３の出力上限値を通常上限値に戻す。

第１実施例の自動車２は、メインモータ３を含む駆動系の振動の大きさに応じてメインモータ３の出力上限値を２段階で下げる。出力上限値を２段階で下げることで、駆動系の振動を抑えるとともに、乗員に与える違和感を軽減することができる。

なお、時刻Ｔ１の後、積算値が第２閾値を超える前に積算値が小さくなり、回復閾値を下回った場合、コントローラ１０は、メインモータ３の出力上限値を第１上限値から通常上限値に戻す。振動の大きさに応じて出力上限値を２段階で下げることには、出力上限値の１段階の下げで振動が抑制できた場合に２段階目の下げを行わずに済むという利点がある。

（第２実施例）図４に、第２実施例の自動車２ａのブロック図を示す。第２実施例の自動車２ａは、メインモータ３に加えてサブモータ１３を備える。サブモータ１３は、メインモータ３とともに前輪５を駆動する。サブモータ１３の出力トルクとメインモータ３の出力トルクはギアセット１９で合成されて前輪デファレンシャルギア４に伝達される。サブインバータ１６が、バッテリ７の直流電力を交流電力に変換してサブモータ１３に供給する。インバータ６とサブインバータ１６はコントローラ１０ａが制御する。

サブモータ１３はメインモータ３とともに前輪５を駆動する。サブモータ１３とメインモータ３は一つの筐体に収容される。それゆえ、メインモータ３とサブモータ１３は一つの駆動系を構成する。メインモータ３を含む駆動系は、サブモータ１３を含む駆動系に等しい。それゆえ、メインモータ３を含む駆動系の共振周波数は、サブモータ１３を含む駆動系の共振周波数と同じになる。従って、メインモータ３の回転速度の振動成分が大きくなるとき、サブモータ１３の回転速度の振動成分も大きくなる。

第２実施例の自動車２ａの場合、コントローラ１０ａは、メインモータ３の回転速度の時系列データにバンドパスフィルタを適用し、共振帯域の振動データを得る。コントローラ１０ａは、振動データから得られる振動の大きさが第１閾値を超えたらメインモータ３の出力上限値を通常上限値から第１上限値に下げるとともに、サブモータ１３の出力上限値（サブモータ出力上限値）をサブモータ通常上限値からサブモータ第１上限値へ下げる。コントローラ１０ａは、振動の大きさが第２閾値を超えたらメインモータ３の出力上限値を第２上限値に下げるとともに、サブモータ出力上限値をサブモータ第１上限値よりも低いサブモータ第２上限値に下げる。第２実施例の自動車２ａは、サブモータ１３の振動も効果的に抑制することができる。

サブモータ１３の最大出力はメインモータ３の最大出力以下であり、サブモータ１３の振動の影響は、メインモータ３の振動の影響よりも小さい。それゆえ、メインモータ３の回転速度の時系列データに基づいて振動の大きさを測ることで、駆動系の振動を正確に把握することができる。

（第３実施例）図５に、第３実施例の自動車２ｂのブロック図を示す。第３実施例の自動車２ｂも、メインモータ３に加えてサブモータ２３を備える。サブモータ２３は、後輪２５を駆動する。サブモータ２３の出力トルクは、後輪デファレンシャルギア２４と後輪車軸２９を介して後輪２５に伝達される。サブインバータ２６が、バッテリ７の直流電力を交流電力に変換してサブモータ２３に供給する。インバータ６とサブインバータ２６はコントローラ１０ｂが制御する。

サブモータ２３は車体の後部に配置されており、車体の前部に配置されているメインモータ３から離れている。サブモータ２３を含む駆動系（サブモータ駆動系）は、サブモータ２３と、サブモータ２３から駆動輪（後輪２５）までの動力伝達経路（後輪デファレンシャルギア２４と後輪車軸２９）と、それらを支持する構造体である。サブモータ駆動系の共振周波数は、先に述べた共振帯域（メインモータ３を含む駆動系の共振周波数を含む周波数帯域）から外れている。それゆえ、路面から受ける振動の周波数が共振帯域に含まれてメインモータ３を含む駆動系の構造体の振動が大きくなっても、サブモータ駆動系の振動は大きくならない。

そこで、コントローラ１０ｂは、メインモータ３の振動データから得られる振動の大きさが第１閾値を超えたらメインモータ３の出力上限値を通常上限値から第１上限値に下げるとともに、自動車２ｂの目標総出力に対するメインモータ３の出力割合を下げてサブモータの出力割合を上げる。より厳密には、コントローラ１０ｂは、メインモータ３の振動データから得られる振動の大きさが第１閾値を超えたら、メインモータ３の出力割合を、振動の大きさが第１閾値を超える前の出力割合よりも下げる。同時にコントローラ１０ｂは、サブモータ２３の出力割合を、振動の大きさが第１閾値を超える前の出力割合よりも上げる。

メインモータ３の出力上限値を第１上限値に下げるとメインモータ３の最大出力が下がる。サブモータ２３の出力割合を高めることで、メインモータ３の出力トルクの不足分を補うことができる。サブモータ駆動系の共振周波数は共振帯域から外れているので、メインモータ３を含む駆動系の振動が大きくなるとき、サブモータ２３を含む駆動系の振動は大きくならない。サブモータ２３の出力割合を高くしても、車体全体の振動は大きくならない。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。振動の大きさを示す指標として、振動データにおける最新の所定期間の振幅の移動平均を用いてもよい。あるいは、振動の大きさを示す指標として、振動データの周波数特性におけるピーク、あるいは、周波数特性における振幅の積算値を用いてもよい。振動データの周波数特性は、バンドパスフィルタを適用した後の回転速度の時系列データに高速フーリエ変換を適用すれば得られる。あるいは、振動データの周波数特性は、回転速度の時系列データに高速フーリエ変換を適用した後、共振帯域の周波数特性を抽出しても得られる。この場合、バンドパスフィルタが不要となる。

振動の大きさを示す指標として最新の所定期間の振幅の積算値や移動平均を採用することによって、振幅の瞬間的な変化に捉われることなく、振幅の経時的変化の傾向を正確に把握することができる。また、積算値や移動平均を採用することにより振動の大きさの時間変化が緩やかになる。振動の大きさが第１閾値を超えてから第２閾値を超えるまでに相応の時間を要することになる。出力トルクの上限値が短時間に通常上限値から第２上限値へ下がることが避けられる。すなわち、出力トルクの上限値の急激な変化が避けられる。

本明細書が開示する技術によれば、出力上限値を２段階で下げることで振動を抑制できる。本明細書が開示する振動抑制技術は、何等かの部品を付加して振動を抑制する技術と比べて質量の点でもコストの点でも有利である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。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し得るものであり、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、２ａ、２ｂ：自動車
３：メインモータ
４：前輪デファレンシャルギア
５：前輪
６：インバータ
７：バッテリ
８：回転数センサ
９：前輪車軸
１０、１０ａ、１０ｂ：コントローラ
１３、２３：サブモータ
１６、２６：サブインバータ
１９：ギアセット
２４：後輪デファレンシャルギア
２５：後輪
２９：後輪車軸

Claims (4)

1. 走行用のメインモータと、
   走行用のサブモータと、
   前記メインモータと前記サブモータを制御するコントローラと、
   を備えており、
   前記コントローラは、
   前記メインモータの回転速度の時系列データから、前記メインモータを含む駆動系の共振周波数及び前記サブモータを含むサブ駆動系のサブモータ共振周波数を含む所定周波数帯域の振動データを抽出し、
   前記振動データから得られる振動の大きさが第１閾値を超えたら前記メインモータの出力上限値を通常上限値から第１上限値へ下げるとともに前記サブモータの出力上限値（サブモータ出力上限値）をサブモータ通常上限値からサブモータ第１上限値へ下げ、
   前記振動の大きさが前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えたら前記出力上限値を前記第１上限値よりも低い第２上限値に下げるとともに前記サブモータ出力上限値を前記サブモータ第１上限値よりも低いサブモータ第２上限値に下げる、
   自動車。
2. 前記サブモータの最大出力が前記メインモータの最大出力以下である、請求項１に記載の自動車。
3. 前記振動の大きさは、前記振動データにおける最新の所定期間の振幅の積算値または移動平均で表される、請求項１または２に記載の自動車。
4. 前記振動の大きさは、前記振動データの周波数特性におけるピーク、あるいは、前記周波数特性における振幅の積算値で表される、請求項１または２に記載の自動車。

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