(57)【要約】  【課題】車両走行時にタイヤから発生する走行ノイズは当該車両の搭乗者および車両近辺の人に不快な音を与えている。このノイズを軽減するため、タイヤのブロックパターンを不均一にすることが提案されているが十分な効果を上げていない。本発明はこのブロックパターンによる走行ノイズをさらに軽減する手段を提供することを目的とする。  【解決手段】アクセル開度、車両速度、モータ電流値の各信号からモータ電流の目標値を設定し、さらにこの目標値に揺らぎを与える構成としている。これによりブロックパターンによる走行ノイズの周波数スペクトルに広がりを与え、周波数スペクトルのピーク値を抑えることによりノイズの低減を行っている。【選択図】図１
2006174533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル開度、車両速度および電動機であるモータに流すモータ電流の各信号値に応じて、該モータ電流の目標値を計算するモータ電流目標値生成手段と、
前記モータ電流の目標値からインバータを制御するための指令を生成する制御指令生成手段と、
前記指令に基づいて前記インバータに駆動信号を与えるインバータ駆動回路と、
前記インバータ駆動回路からの前記駆動信号により駆動される前記インバータと、
前記インバータからの出力電流によって回転力を生成する前記モータと、
前記モータの回転力を基に路面との摩擦によって自動車の推進力を生成する車輪とから構成される自動車用駆動装置において、
前記モータ電流目標値生成手段は、前記モータ電流の波形の瞬時周波数を時間的に変化させる手段を有することを特徴とする自動車用駆動装置。
【請求項２】
アクセル開度、車両速度、電動機であるモータに流すモータ電流の各信号値に応じて、該モータ電流の目標値を計算するモータ電流目標値生成手段と、
前記モータ電流の目標値からインバータを制御するための指令を生成する制御指令生成手段と、
前記指令に基づいて前記インバータに駆動信号を与えるインバータ駆動回路と、
前記インバータ駆動回路からの前記駆動信号により駆動されるインバータと、
前記インバータからの出力電流によって回転力を生成する前記モータと、
前記モータの回転力を基に路面との摩擦によって自動車の推進力を生成する車輪とから構成される自動車用駆動装置において、
前記モータ電流目標値生成手段は、前記モータ電流の基本周波数を生成するのみとし、前記瞬時周波数に時間的変動を与える信号を生成するモータ電流目標値修正手段と、前記モータ電流目標値生成手段の出力と前記モータ電流目標値修正手段の出力とを加算する加算器とを有し、該加算器出力が前記制御指令生成手段の入力に接続されていることを特徴とする自動車用駆動装置。
【請求項３】
請求項１において、前記モータは、前記車輪に包含され、ホイールインモータの構成であることを特徴とする自動車用駆動装置。
【請求項４】
アクセル開度、車両速度、電動機であるモータに流すモータ電流値の各信号値に応じて、該モータ電流の目標値をモータ電流目標値生成手段により計算し、
前記モータ電流の目標値からインバータを制御するための指令を制御指令生成手段において生成し、
前記指令に基づいて前記インバータ駆動信号により前記インバータを駆動し、
前記インバータからの出力電流により前記モータで回転力を生成し、
該回転力を基に路面との摩擦によって自動車の推進力を生成する自動車用駆動方法において、
前記モータ電流目標値生成手段は、前記モータ電流の波形の瞬時周波数を時間的に変化させていることを特徴とする自動車用駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車走行時のタイヤから発生する走行ノイズを低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、エンジンあるいは電動機（以下、モータと記す）からの回転力を車輪に伝達し、車輪を回転させ、車輪の外周部を形成しているタイヤと路面との間の摩擦力によって、推進力を実現している。自動車が走行する際、タイヤと路面とが接触することで、タイヤのトレッド面に刻まれたブロックパターンに起因するパターンノイズが発生する。このパターンノイズは、その自動車の乗員や、自動車の走行経路近隣に位置している人に対して、不快な音としてとらえられる場合がある。したがって、パターンノイズの低減が求められている。
【０００３】
このパターンノイズは、上記のように車輪が回転することにより、タイヤが路面をたたくことで発生すると考えられる。すなわち、パターンノイズはタイヤトレッド面に刻み込まれたブロックパターンに依存する。したがって、車輪すなわちタイヤの回転数が一定で、かつ、ブロックパターンが均一の場合、これにより発生したタイヤノイズの周波数は一定となり、高いピークレベルを持つ周波数スペクトルとなり、乗員等に不快な騒音を与える。
【０００４】
この低減策としては、下記特許文献１に記載の方法が開示されている。この方法は、タイヤトレッド面に刻まれているブロックパターンを異なる形状の複数種類設けることでブロックパターンを不均一とし、これによりパターンノイズの周波数スペクトルのピークをその複数通りに対応した数に分散し、これによりスペクトルのピークレベルを低減し、パターンノイズが人に与える不快感を低減しているものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−５０８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上述べた、タイヤのブロックパターンを不均一にすることによるパターンノイズのスペクトルにおけるピークレベルを低減する方法には以下のような問題がある。すなわち、例えばタイヤのブロックパターンを複数種類設けて周波数スペクトルを分散し且つそのピークレベルを低減しても、車両速度が低速から高速に上昇するに連れて、それに対応して、各スペクトルは鋭いピークを保持したまま高周波側にシフトし、同時にノイズスペクトルのピーク周波数の間隔が広がり、この結果、パターンノイズの周波数帯域（最低周波数のピークと最高周波数のピークの差）は広くなると同時に、車両速度が高速になることでタイヤが地面をたたく力が増大し、各スペクトルのピークレベルも大きくなる。
【０００７】
このため、仮に、ノイズスペクトルの周波数帯域が広がった分、その広がった周波数帯域を有効に使い、スペクトルの本数を増やす（または各スペクトルの帯域を広げ）ことにより、その分の各スペクトルのピークレベルを低減することができれば、車両速度によらずパターンノイズの低減が可能となるが、現状の車両においてはタイヤの回転数に応じてブロックパターンの不均一性を変化させることでは実現できない。
【０００８】
以上述べたように、従来開示されてきたパターンノイズ対策では十分にパターンノイズ低減の効果を挙げることは出来なかった。本発明は、このパターンノイズを更に効果的に低減する装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
モータを駆動する電流の瞬時周波数に、車両速度の変化を搭乗者に感じさせない程度の揺らぎを付与し、これによりタイヤのブロックパターンに起因する走行ノイズであるパターンノイズの周波数帯域に広がりを持たせるようにした。この周波数帯域の広がりにより周波数スペクトルにおけるピーク値を下げ、パターンノイズの低減を行う構成とした。このためにアクセル開度、車両速度、モータ電流値に応じてモータ電流の目標値を設定するモータ電流目標値生成手段と、この出力信号を用いてモータを駆動するためのインバータを動作させる制御指令生成手段とを含むホイールインモータ構造の自動車用駆動装置とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、モータの回転数すなわち車両速度に揺らぎを与え、且つ、この車両速度の揺らぎを車両搭乗者に感じさせない範囲で行うことにより、パターンノイズの周波数スペクトルの範囲を、時間的変動を与えながら広げることが出来るようになった。これに伴い周波数スペクトルのピークレベルを下げ、パターンノイズのノイズレベルの効果的な低減を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明においては、車両速度に適切な揺らぎを与えることにより実効的に車両走行中のタイヤのブロックパターンによるパターンノイズを低減することを可能としているもので、以下図により説明する。  
(実施の形態１)
図１は、本発明による実施の形態１の構成を示す図で、車輪にモータ（電動機）を直結したホイールインモータ式の電気自動車用駆動装置である。  
直流電源１０６からの直流電力をインバータ１０７で三相交流電力に変換する。モータ１０８は、インバータ１０７からの三相交流電力によって、回転力を生成する。その回転力によって車輪すなわちタイヤ１０９が回転し、タイヤと路面との摩擦力によって自動車の推進力が発生する。
【００１２】
モータ電流目標値生成手段１０３はマイクロコンピュータから成り、アクセル１０１、車両速度センサ１０２、モータ電流センサ１１０からそれぞれ、アクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度信号、車両速度信号、モータ電流信号を受け、それらの値から所望の車両速度となるようなモータ回転数を発生するためのモータ電流の目標値を計算する。  
この計算結果から、制御指令生成手段１０４では、インバータ駆動回路１０５に与える制御指令を計算する。制御指令生成手段１０４もまたマイクロコンピュータから成る構成である。制御指令生成手段１０４からの制御指令から、インバータ駆動回路１０５は、インバータ１０７を構成する半導体スイッチング素子を駆動するための信号を生成する。
【００１３】
インバータ１０７は前記駆動信号を受けてスイッチング素子がスイッチングを行うことで、直流電源１０６からの直流電力を三相交流電力に変換する。ここでインバータ１０７によって直流電力を交流電力に変換するために、ＰＷＭ制御が用いられているものとする。電気モータ１０６は、インバータ１０７からの三相交流電力によって、回転力を生成する。その回転力によってタイヤ（車輪）１０９が回転し、タイヤと路面との摩擦力によって自動車の推進力が発生する。
【００１４】
以下、パターンノイズの周波数帯域を広げ、ピークを低減する方法について説明する。  
自動車を走行させようとした場合、減速機等を介さないホイールインモータ式のようなモータ回転数とタイヤの回転数が一致している場合は、その車両速度ｖ(m/s)、モータ回転数ｒ(rpm)、タイヤ周囲長Ｌ（m）とすると、
ｖ＝ｒ・Ｌ／６０  （m/s）              （１）
となる。モータ回転数ｒはモータ電流の基本周波数ｆｍ(Hz)に比例し、モータの極数Ｐに反比例する。つまり
ｒ∝ｆｍ／Ｐ  （rpm）                  （２）
となる。ここで、例えばタイヤ一周に均一なｎ個のブロックパターンが設けられており、タイヤ周囲長がＬ（m）の自動車が車両速度ｖ（m/s）で走行している場合、パターンノイズの周波数ｆｐは
ｆｐ＝ｎｖ／Ｌ  （Hz）                  （３）
で与えられる。
【００１５】
すなわち、式（３）が示すように、パターンノイズの周波数ｆｐに変化を与えるためには車両速度ｖに変動を与えればよく、このためには式（１）および式(２)が示すように、モータの回転数に揺らぎを与えればよい。このモータの回転数に揺らぎを与えるためには式(２)からモータ駆動電流の周波数ｆｍに変動を与えればよいことになる。すなわち、モータ電流の基本周波数ｆｍに時間的な揺らぎを与えることでパターンノイズの周波数帯域を広げ、周波数スペクトルのピーク値を低減することが出来、これにより人への不快な音の発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
以上述べたように、本発明によりパターンノイズを低減するためにはモータ駆動電流の周波数制御が必要となる。以下、この周波数制御について説明する。  
図２(ａ)および(ｂ)にはそれぞれ、三角波状に変化するモータ電流周波数とそれに伴い変化する車両速度の様子を図示する。ここで、ある時点での車両速度ｖ０に対応するモータ電流の周波数をｆ０、周波数変動幅をΔｆとし、これによる車両速度の変動幅をΔｖとする。また、図３(ａ)には時間に対して周波数一定の正弦波モータ電流信号Ｉ０(ｔ)を、図３(ｂ)には時間とともに周波数が変化する正弦波モータ電流信号Ｉｖ(ｔ)を図示している。図３(ｂ)に示すモータ電流とすることで、車両速度に時間的な揺らぎを発生させ、パターンノイズの周波数帯域を広げ、ピーク値の低減を実現させることができる。その際、所望の車両速度を実現しながら、車両速度の揺らぎは人には感じられない範囲でその揺らぎの範囲を決定する必要がある。
【００１７】
次に、モータ電流の周波数を変化させる方法について説明する。モータ電流波形が図３（ａ）に示す正弦波の場合、すなわちモータ電流Ｉ０(ｔ)は、一定周波数をｆ０、振幅をＡとして
Ｉ０(ｔ)＝Ａ・ｓｉｎ(２π・ｆ０・ｔ)              （４）
と記述される。これは図３(ａ)で示した電流波形である。本発明においては、上記モータ電流の周波数ｆ０を時間的に変化させており、この周波数変動分を含む場合のモータ電流Ｉｖ(ｔ)は、時間的に変化する周波数をｆｖ(ｔ)として
Ｉｖ(ｔ)＝Ａ・ｓｉｎ｛２π・ｆｖ(ｔ)・ｔ｝        （５）
と記述される。これは図３(ｂ)に示されるようなモータ電流波形である。例えばｆｖ(ｔ)が図２のように三角波状に変化し、その変動幅をΔｆｖ(ｔ)とすれば、この場合のモータ駆動電流の周波数ｆｖ(ｔ)は
ｆｖ(ｔ)＝ｆ０＋Δfｖ(ｔ)                          （６）
となる。ここで、平均車両速度が所望の一定車両速度となるためには、式(５)で示すモータ電流Ｉｖ(ｔ)の時間平均値Ｉａｖ(ｔ)は
Ｉａｖ(ｔ)＝Ａ・ｓｉｎ｛２π・ｆ０・ｔ｝          （７）
が成立している。
【００１８】
図２（ａ）および式（６）に示すように、モータ電流基本周波数ｆ０を時間的に変化させることによって、図２（ｂ）に示すように、それに応じて車両速度が時間的に変化する。この式（５）に示したモータ電流Ｉｖ(ｔ)が、図１におけるモータ電流目標値生成手段１０３における目標値となる。
【００１９】
図４は、本発明の効果を示すもので、車両速度に揺らぎを持たせることによりパターンノイズの周波数スペクトルの帯域を広げ、スペクトルのピーク値が低減される様子を示す図である。すなわち、低速時では比較的狭い周波数帯域幅にエネルギが集中し、ピーク値が高くなっているが、本発明を適用することにより高速時では周波数帯域が広がると共にピーク値も低減される様子を示している。このような効果は、タイヤのブロックパターンを単に不均一にしただけでは実現が不可能であり、これに対し本発明においては、モータ電流の周波数を変化させる方法としているため、パターンノイズの低減を効果的に且つ容易に実現している。  
ここで、人に対して車両速度の揺らぎ（時間的変化）を感じない程度の条件としては、例えば、時速１００kmで走行しようとした場合、実際の車両速度を時速９９〜１０１km（平均車両速度に対して１％程度）の間で１００Hz程度の周波数、すなわち１０msec程度の周期、で変化させるというように、変調率Δｆ／ｆ０と変調周波数（上の例では三角波の周波数）を決めればよい。
【００２０】
（実施の形態２）
図５は、本発明による実施の形態２の構成を示す図である。車輪の駆動系は図１で示したものと同様、ホイールインモータ式の電気自動車用駆動装置である。本実施の形態２においては、モータ電流目標値生成手段１０３の出力とモータ電流目標値修正手段１１１とからの出力を加算器１１２により加算し、この和が制御指令生成手段１０４に入力されるという構成になっている。この場合、モータ電流目標値生成手段１０３では、モータ電流目標値として一定周波数の正弦波信号Ｉａ(ｔ)
Ｉａ(ｔ)＝Ａ・ｓｉｎ(２π・ｆ０・ｔ)              （８）
が生成される。
【００２１】
また、モータ電流目標値修正手段１１１では、瞬時周波数を変化させるための信号Ｉｂ(ｔ)が生成される。例えばＩｂ(ｔ)は、正弦波や三角波等の周期波形であり、平均車両速度が所望の一定車両速度となるように
Ｉｂ(ｔ)の時間平均＝０                          （９）
の関係が成立している。そしてその和Ｉａ(ｔ)＋Ｉｂ(ｔ)が加算器１１２において求められ、この加算結果が制御指令生成手段１０４に入力される。このような構成とすることでも、図３(ｂ)に示すようなモータ駆動の電流波形を生成することができ、実施の形態１と同様に、モータ電流の瞬時周波数を変化させることが可能となる。
【００２２】
なお、本発明はホイールインモータ式の電気自動車について説明したが、それに限定されるものではない。ホイールインモータ式のように、モータ回転を直接的に車輪の回転に伝達される構成の場合は、例えばモータと車輪との間に減速機やトルクコンバータなどの機構が介在して回転力が伝達される場合よりも、直接的に車両速度の変化が伝達されるため、より効果的な駆動法といえる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】：実施の形態１による装置構成図。
【図２】：本発明における（ａ）モータ電流の基本周波数の時間変化を示す周波数・時間関係図、および（ｂ）車両速度の時間変化を示す車両速度・時間関係図。
【図３】：（ａ）基本周波数によるモータ電流波形図、（ｂ）揺らぎを有するモータ電流波形図。
【図４】：本発明の効果を示すパターンノイズの周波数スペクトル図。
【図５】：本発明による実施の形態２を示す装置構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１０１：アクセル                    １０２：車両速度センサ
１０３：モータ電流目標値生成手段    １０４：制御指令生成手段
１０５：インバータ駆動回路          １０６：直流電源
１０７：インバータ                  １０８：モータ
１０９：タイヤ(車輪)                １１０：モータ電流センサ
１１１：モータ電流目標値修正手段    １１２：加算器
【図１】
2006174533.tif 000003
【図２】
2006174533.tif 000004
【図３】
2006174533.tif 000005
【図４】
2006174533.tif 000006
【図５】
2006174533.tif 000007