JP2018082542A

JP2018082542A - 電動車両

Info

Publication number: JP2018082542A
Application number: JP2016222558A
Authority: JP
Inventors: 淳菊永; Jun Kikunaga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-05-24

Abstract

【課題】インバータを搭載する電動車両において、損失より騒音対策を重視すべき場合と騒音より損失対策を重視するべき場合を的確に切り分ける技術を開示する。【解決手段】電動車両は、インバータと、インバータを制御するＰＷＭ信号をインバータに供給する制御装置と、車体の窓の開閉状態を示す窓状態信号を制御装置に供給する信号供給装置を備える。車速が所定速度より遅く、かつ、窓状態信号が開状態を示す条件が成立する場合（Ｓ１２でＹＥＳ）は、ＰＷＭ信号の周波数を可聴周波数帯域外にある周波数Ｆ１とする一方、上記の条件が成立しない場合（Ｓ１０でＮＯまたはＳ１２でＮＯ）は、周波数Ｆ１より低周波であって可聴周波数帯域内にある周波数Ｆ０とする。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、電動車両に関する。なお、電動車両には、エンジンと共に走行用モータを備えるハイブリッド車や、走行用モータのみを備える電気自動車・燃料電池自動車が含まれる。

特許文献１に、インバータと、インバータを制御するＰＷＭ（pulse width modulationの略）信号をインバータに供給する制御装置を備える電気自動車が開示されている。

ＰＷＭ信号は、基本周波数を有しており、周期毎にオンとオフの時間比を示す。ＰＷＭ信号の周波数は、インバータによる損失に影響し、周波数が高いとインバータによる損失が大きくなる。
インバータは動作音を発する。動作音の周波数は、ＰＷＭ信号の周波数に依存する。
現状では、インバータによる損失を低く抑えるためにＰＷＭ信号の周波数を低く設定すると、インバータの動作音がヒトの可聴周波数帯域内となり、乗員に動作音が聞こえてしまう。ＰＷＭ信号の周波数を高く設定すれば、インバータの動作音が可聴周波数帯域外となり、乗員に動作音が聞こえないが、インバータによる損失が増加してしまう。

特許文献１は、走行用モータの回転数が所定の回転数を超えないときには高い周波数を用い（動作音は聞こえないが損失が大きくなる）、走行用モータの回転数が所定の回転数を超えるときには低い周波数を用いる（低損失ではあるが動作音が聞こえることになる）技術を開示している。低速回転時は損失より騒音対策を重視し、高速回転時は騒音より損失対策を重視する技術を開示している。

特開２０１０−９３９８２号公報

上記の技術では、モータ回転数のみから周波数を切り換える。しかしながら、損失より騒音対策を重視すべき期間と、騒音より損失対策を重視するべき期間は、モータ回転数のみから判断することはできない。例えば、低速回転期間であっても窓が閉まっていれば騒音が気にならず、損失対策を重視すべきにもかかわらず、騒音対策を重視して無駄な損失を招いている。ハイブリッド自動車の場合、モータ回転数は低速であるにも関わらず、自動車は高速で走行している場合があり、高速走行中ではインバータの動作音以外の騒音のレベルが高いことから、騒音より損失対策を重視すべきにもかかわらず、騒音対策を重視して無駄な損失を招いている。従来の技術は、損失より騒音対策を重視すべき場合と騒音より損失対策を重視するべき場合の切り分けが不適切である。
本明細書では、損失より騒音対策を重視すべき場合と騒音より損失対策を重視するべき場合を的確に切り分ける技術を開示する。

本明細書が開示する電動車両は、車載のインバータと、インバータを制御するＰＷＭ信号をインバータに供給する制御装置と、車体の窓の開閉状態を示す窓状態信号を制御装置に供給する信号供給装置を備える。制御装置は、ＰＷＭ信号の周波数を、車速が所定速度より遅く、かつ、窓状態信号が開状態を示す条件が成立する場合には、可聴周波数帯域外にある第１周波数とする。その一方において、上記の条件が成立しない場合には、第１周波数より低周波であって可聴周波数帯域内にある第２周波数とする。

車速が所定速度より遅く、かつ、窓が開いていれば、インバータの動作音が乗員に聞こえて騒音となる可能性がある。この場合は、損失より騒音対策を重視すべき場合である。上記構成によると、この場合は、ＰＷＭ信号の周波数を可聴周波数帯域外にある第１周波数とする。動作音が可聴周波数帯域外となり、騒音対策が取られる。
車速が所定速度より速ければ、他の騒音レベルが高いことからインバータの動作音が騒音とならない。あるいは、窓が閉じていれば、インバータの動作音が乗員に聞こえない。騒音対策が必要とされない場合である。これらの場合は、騒音より損失対策を講じるべきである。上記構成によると、これらの場合は、ＰＷＭ信号の周波数を低くして損失を低減する。上記構成によると、損失より騒音対策を重視すべき場合と騒音より損失対策を重視するべき場合を的確に切り分けることができる。
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、２実施例の電動車両を示す図である。第１実施例の周波数決定処理手順を示す図である。第２実施例の周波数決定処理手順を示す図である。

（第１実施例）
図面を参照して実施例の電動車両１００を説明する。図１は、電動車両の模式的な側面図である。図１では、電動車両１００の車体１０１を仮想線で描き、車体１０１内に搭載されている部品及び機器を実線で描く。電動車両１００は、車体１０１と、走行用のモータ１０と、インバータ１２と、制御装置１３と、信号供給装置１４と、運転席１５ａと、後部座席１５ｂを備える。電動車両１００は、モータの動力のみで走行する電気自動車・燃料電池自動車である。

車体１０１は、運転席１５ａの側に位置する運転席窓１０２ａと、後部座席１５ｂの側に位置する後部窓１０２ｂと、フロントコンパートメント１０３を備える。運転席窓１０２ａ，後部窓１０２ｂは、上下に開閉する。フロントコンパートメント１０３は、運転席１５ａの前方に位置し、モータ１０，インバータ１２，制御装置１３を収容する。

インバータ１２は、車載のバッテリ（不図示）からの直流電力をモータ１０の駆動に適した交流電力に変換して、当該交流電力をモータ１０に供給する。インバータ１２から供給される交流電力により回転するモータ１０の動力により、電動車両１００が走行する。また、電動車両１００の制動時には、モータ１０は、発電機として機能する。この場合、インバータ１２は、モータ１０により発電された交流電力をバッテリの充電に適した直流電力に変換して、当該直流電力をバッテリに供給する。

制御装置１３は、インバータ１２を制御するＰＷＭ信号をインバータ１２に供給する。ＰＷＭ信号は、基本周波数を有しており、周期毎にオンとオフの時間比を示す。制御装置１３は、アクセル開度等の情報に応じた指令値に従って、ＰＷＭ信号の時間比を決定する。さらに、制御装置１３は、後述する周波数決定処理により、ＰＷＭ信号の基本周波数（以下、周波数と呼ぶ）を決定する。

信号供給装置１４は、運転席窓１０２ａの開閉状態を示す窓状態信号を制御装置１３に供給する。信号供給装置１４は、運転席窓１０２ａが全閉である場合に、閉状態を示す窓状態信号を制御装置１３に供給する一方、運転席窓１０２ａが少しでも開いている場合に、開状態を示す窓状態信号を制御装置１３に供給する。信号供給装置１４は、運転席窓１０２ａの最上部に取り付けられる接触センサ（不図示）からの信号に基づいて、全閉であると判断する。なお、信号供給装置１４は、運転席窓１０２ａの開閉を駆動する駆動装置から全閉を示す信号を取得して、当該信号に基づいて、全閉であると判断してもよい。

また、信号供給装置１４は、運転席窓１０２ａと後部窓１０２ｂの双方の開閉状態を示す窓状態信号を制御装置１３に供給してもよい。この場合、窓状態信号は、運転席窓１０２ａと後部窓１０２ｂの双方が全閉である場合に、閉状態を示し、それ以外の場合に、開状態を示す。

図２を参照して、制御装置１３が実行する周波数決定処理の内容を説明する。Ｓ１０では、制御装置１３は、電動車両１００の速度が所定速度より遅いか否かを判断する。電動車両１００の速度は、速度を計測可能なセンサの実測値又はモータ１０の回転数等から算出される。制御装置１３は、速度が所定速度より遅い場合（Ｓ１０でＹＥＳ）に、Ｓ１２に進み、速度が所定速度以上である場合（Ｓ１０でＮＯ）に、Ｓ１６に進む。なお、Ｓ１０では、モータ１０の回転数が所定回転数より小さいか否かを判断してもよい。

Ｓ１２では、制御装置１３は、信号供給装置１４から窓状態信号を取得して、取得済みの窓状態信号に基づいて、運転席窓１０２ａが開状態であるのか閉状態であるのかを判断する。制御装置１３は、窓状態信号が開状態であることを示す場合（Ｓ１２でＹＥＳ）に、Ｓ１４に進み、窓状態信号が閉状態であることを示す場合（Ｓ１２でＮＯ）に、Ｓ１６に進む。

Ｓ１４では、制御装置１３は、ＰＷＭ信号の周波数を可聴周波数帯域外にある周波数Ｆ１に決定する。一方、Ｓ１６では、制御装置１３は、ＰＷＭ信号の周波数を、周波数Ｆ１より低周波であって可聴周波数帯域内にある周波数Ｆ０に決定する。ここで、可聴周波数帯域は、一般に、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの帯域である。周波数Ｆ１は、２０ｋＨｚ以上であり、周波数Ｆ０は、２０ｋＨｚ未満である。

図２の周波数決定処理による効果を説明する。Ｓ１２とＳ１４の双方の条件が成立することは、電動車両１００が低速走行中であり、かつ、運転席窓１０２ａが開状態であることを意味する。運転席窓１０２ａが開いているので、インバータ１２の動作音は運転席１５ａに座る運転手に伝達する。しかし、ＰＷＭ信号の周波数は可聴周波数帯域外にある周波数Ｆ１であるので、インバータ１２の動作音は運転手に聞こえない。

また、Ｓ１０でＮＯと判断されることは、電動車両１００が高速走行中であることを意味する。高速走行中ではインバータ１２の動作音以外の騒音のレベルが高い。運転席窓１０２ａが開いていれば場合、インバータ１２の動作音が運転手に伝達する。しかし、他の騒音の影響により運転手にはインバータ１２の動作音がほとんど聞こえない。

また、Ｓ１２でＮＯと判断されることは、運転席窓１０２ａ又は運転席窓１０２ａと後部窓１０２ｂの双方が閉状態であることを意味する。窓が閉じているので、インバータ１２の動作音は乗員に伝達しない。

例えば、Ｓ１２の処理が実行されない比較例が想定される。この比較例では、運転席窓１０２ａが閉じている場合でも、制御装置１３は、ＰＷＭ信号の周波数を可聴周波数帯域の上限である２０ｋＨｚより高周波な周波数Ｆ１にする。これは、インバータ１２の動作音が運転手に伝達しないにも関わらず、ＰＷＭ信号の周波数を高周波にすることであり、インバータ１２に無駄な損失を招くものである。

これに対して、図２の周波数決定処理によれば、制御装置１３は、窓が閉じていれば、ＰＷＭ信号の周波数を、可聴周波数帯域の上限である２０ｋＨｚより低周波な周波数Ｆ０とするので、インバータ１２による無駄な損失を省くことができる。

（第２実施例）
第２実施例の電動車両１００を説明する。第２実施例における信号供給装置１４は、窓状態信号に加えて、周囲状況信号を制御装置１３に供給する。周囲状態信号は、電動車両１００の周囲にインバータ１２の動作音を反射する反射壁（例えば、ガードレール等）が存在するのか否かを示す。反射壁が存在すると、インバータ１２の動作音が反射壁で反射して電動車両１００に伝達する。乗員には、インバータ１２から直接伝達する動作音だけでなく、反射壁で反射した反射音も伝達し得る。反射壁が無い場合と比べて、乗員に伝達するインバータ１２の動作音のレベルが高くなる。

反射壁が存在するのか否かは、車載のカメラ（不図示）が撮影した画像や車載のミリ波レーダ（不図示）からの情報を解析することにより判断される。信号供給装置１４は、周囲に反射壁が存在する場合に、反射壁が存在することを示す周囲状況信号を制御装置１３に供給する一方、周囲に反射壁が存在しない場合に、反射壁が存在しないことを示す周囲状況信号を制御装置１３に供給する。

図３を参照して、第２実施例の周波数決定処理の内容を説明する。図３の周波数決定処理は、図２の周波数決定処理に、Ｓ１３の処理を追加したものである。

Ｓ１２では、制御装置１３は、窓状態信号が開状態であることを示す場合（Ｓ１２でＹＥＳ）に、Ｓ１３に進む。窓状態信号が閉状態であることを示す場合（Ｓ１２でＮＯ）の処理は、第１実施例と同様である。

Ｓ１３では、制御装置１３は、信号供給装置１４から供給される周囲状況信号に基づいて、周囲に反射壁が存在するのか否かを判断する。制御装置１３は、周囲状況信号が、反射壁が存在することを示す場合（Ｓ１３でＹＥＳ）に、Ｓ１４に進み、周囲状況信号が、反射壁が存在しないことを示す場合（Ｓ１３でＮＯ）に、Ｓ１６に進む。

上記の構成によれば、Ｓ１２とＳ１３とＳ１４の全ての条件が成立する場合に限り、ＰＷＭ信号の周波数が、可聴周波数帯域外である周波数Ｆ１となる。ＰＷＭ信号の周波数を周波数Ｆ１とする条件は、第１実施例と比較して厳しい。第２実施例では、第１実施例より損失対策を重視することができる。

（変形例）
第２実施例のＳ１３の処理は、反射壁が存在するのか否かの判断に限らない。例えば、Ｓ１３で、制御装置１３は、インバータ１２の動作音以外の騒音のレベルが所定レベル以下であるのか否かを判断してもよい。騒音のレベルが低いほど、インバータ１２の動作音は聞こえやすい。動作音以外の騒音は、車載の騒音センサ（不図示）により測定される。この変形例でも、第２実施例と同様に、第１実施例より損失対策を重視することができる。

また、Ｓ１３で、制御装置１３は、ＰＷＭ信号の時間比を決定するために利用される指令値によって示される目標トルクが所定トルク以上であるのか否かを判断してもよい。大きな目標トルクが必要とされる状況は、電動車両１００が停車又は極めて低速で走行している蓋然性が高い。この状況では、インバータ１２の動作音以外の騒音のレベルが低い。この変形例でも、第２実施例と同様に、第１実施例より損失対策を重視することができる。なお、目標トルクが高くなると、インバータ１２からモータ１０に流れる電流も大きくなる。Ｓ１３では、当該電流が所定電流以上であるのか否かが判断されてもよい。

周波数Ｆ１、周波数Ｆ０が、それぞれ、「第１周波数」、「第２周波数」の一例である。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。電動車両１００は、ハイブリッド車でもよい。ハイブリッド車は、エンジンとモータと車軸の全てに連結している動力分配機構を備える。動力分配機構は、エンジンの動力とモータの動力の双方を車軸に伝達できるだけでなく、エンジンの動力をモータと車軸の双方に伝達することもできる。このため、ハイブリッド車では、車速がモータの回転数に比例しない。ハイブリッド車に本願の技術を採用する際には、Ｓ１０でモータの回転数に基づいて判断するのは妥当ではなく、車速で判断するのが妥当である。

また、ハイブリッド車では、停車（イグニションスイッチがＯＮの状態で停止している状態）中でも、インバータ１２が動作し得る。「車速が所定速度より遅く」とは、低速で走行している状態だけでなく、停車している状態も含む。

閉状態は、運転席窓１０２ａが全閉である状態に限らない。例えば、閉状態は、運転席窓１０２ａが所定の割合（例えば、９０％）以上で閉じている状態でもよく、開状態は、運転席窓１０２ａが所定の割合未満で閉じている状態でもよい。

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。

１０：モータ
１２：インバータ
１３：制御装置
１４：信号供給装置
１５ａ：運転席
１５ｂ：後部座席
１００：電動車両
１０１：車体
１０２ａ：運転席窓
１０２ｂ：後部窓
１０３：フロントコンパートメント
Ｆ０：周波数
Ｆ１：周波数

Claims

車載のインバータと、
前記インバータを制御するＰＷＭ信号を前記インバータに供給する制御装置と、
車体の窓の開閉状態を示す窓状態信号を前記制御装置に供給する信号供給装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記ＰＷＭ信号の周波数を、
車速が所定速度より遅く、かつ、前記窓状態信号が開状態を示す条件が成立する場合には、可聴周波数帯域外にある第１周波数とし、
前記条件が成立しない場合には、前記第１周波数より低周波であって可聴周波数帯域内にある第２周波数とする電動車両。