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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-22
(45)【発行日】2023-01-05
(54)【発明の名称】音信号生成装置、音信号生成方法及び音信号生成用プログラム
(51)【国際特許分類】
B60Q 5/00 20060101AFI20221223BHJP
G10K 15/04 20060101ALI20221223BHJP
【ＦＩ】
B60Q5/00 660E
G10K15/04 302J
B60Q5/00 660B
B60Q5/00 650A
B60Q5/00 620A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022522114
(86)(22)【出願日】2020-05-11
(86)【国際出願番号】 JP2020018868
(87)【国際公開番号】W WO2021229656
(87)【国際公開日】2021-11-18
【審査請求日】2022-01-14
(73)【特許権者】
【識別番号】520014291
【氏名又は名称】サウンドデザインラボ合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000958
【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100120189
【弁理士】
【氏名又は名称】奥 和幸
(74)【代理人】
【識別番号】100173510
【弁理士】
【氏名又は名称】美川 公司
(72)【発明者】
【氏名】前田 修
【審査官】田中 友章
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－８４１０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－３６４９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｑ ５／００
Ｇ１０Ｋ １５／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両駆動用の電動機が搭載された電動車におけるアクセル操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得手段と、前記電動車の走行速度を示す走行速度データを取得する走行速度データ取得手段と、
内燃式のエンジンを搭載した車両の仮想走行速度を算出する仮想走行速度算出手段と、
前記取得された走行速度データに基づいて、前記算出された仮想走行速度を補正する補正手段と、
前記補正された仮想走行速度に基づいて、前記エンジンの仮想回転数を算出する仮想回転数算出手段と、
前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、前記算出された仮想回転数と、に基づいて、前記電動車の走行状態に対応した擬似的な前記エンジンの音を示す疑似エンジン音信号を生成する生成手段と、
を備えることを特徴とする音信号生成装置。
【請求項2】
請求項１に記載の音信号生成装置において、前記操作量データ取得手段は、予め設定された操作量データ取得周期ごとに前記操作量データを取得し、
前記走行速度データ取得手段は、予め設定された走行速度データ取得周期ごとに前記走行速度データを取得し、
前記補正手段は、予め設定された補正周期ごとに前記仮想走行速度の補正を行うことを特徴とする音信号生成装置。
【請求項3】
請求項１又は請求項２に記載の音信号生成装置において、前記仮想回転数算出手段は、前記補正された仮想走行速度と、前記エンジンに対応して予め設定された自動変速線図に基づくギヤ比と、を少なくとも用いて前記仮想回転数を算出することを特徴とする音信号生成装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の音信号生成装置において、前記仮想走行速度算出手段は、前記電動車が移動する道路の勾配の影響、及び当該電動車の制動抵抗の影響を除外して前記仮想走行速度を算出することを特徴とする音信号生成装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の音信号生成装置において、前記仮想走行速度算出手段は、前記エンジンの回転数と当該エンジンとしての出力トルクとの関係に基づいて前記仮想走行速度を算出し、
前記出力トルクは、前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、当該アクセル操作量に対応した出力トルク係数と、に基づいて算出されることを特徴とする音信号生成装置。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の音信号生成装置において、前記補正手段は、前記取得された走行速度データを用いて、前記走行速度データの取得タイミングより遅いタイミングで前記仮想走行速度を補正することを特徴とする音信号生成装置。
【請求項7】
操作量データ取得手段と、走行速度データ取得手段と、仮想走行速度算出手段と、補正手段と、仮想回転数算出手段と、生成手段と、を備える音信号生成装置において実行される音信号生成方法であって、車両駆動用の電動機が搭載された電動車におけるアクセル操作量を示す操作量データを前記操作量データ取得手段により取得するステップと、
前記電動車の走行速度を示す走行速度データを前記走行速度データ取得手段により取得するステップと、
内燃式のエンジンを搭載した車両の仮想走行速度を前記仮想走行速度算出手段により算出するステップと、
前記取得された走行速度データに基づいて、前記算出された仮想走行速度を前記補正手段により補正するステップと、
前記補正された仮想走行速度に基づいて、前記エンジンの仮想回転数を前記仮想回転数算出手段により算出するステップと、
前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、前記算出された仮想回転数と、に基づいて、前記電動車の走行状態に対応した擬似的な前記エンジンの音を示す疑似エンジン音信号を前記生成手段により生成するステップと、
を含むことを特徴とする音圧信号出力方法。
【請求項8】
コンピュータに、車両駆動用の電動機が搭載された電動車におけるアクセル操作量を示す操作量データを取得するステップと、
前記電動車の走行速度を示す走行速度データを取得するステップと、
内燃式のエンジンを搭載した車両の仮想走行速度を算出するステップと、
前記取得された走行速度データに基づいて、前記算出された仮想走行速度を補正するステップと、
前記補正された仮想走行速度に基づいて、前記エンジンの仮想回転数を算出するステップと、
前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、前記算出された仮想回転数と、に基づいて、前記電動車の走行状態に対応した擬似的な前記エンジンの音を示す疑似エンジン音信号を生成するステップと、
を実行させることを特徴とする音信号生成用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、音信号生成装置、音信号生成方法及び音信号生成用プログラムの技術分野に属する。より詳細には、内燃式エンジンの音を示す音信号を擬似的に生成する音信号生成装置及び音信号生成方法並びに当該音信号生成装置用のプログラムの技術分野に属する。なお以下において、上記内燃式エンジンを単に「エンジン」と称し、その駆動源として内燃式エンジンを搭載した車両を単に「エンジン車」と称する。
【背景技術】
【0002】
近年、モータをその駆動源の一部又は全部とするいわゆる電動車（電気自動車）に関する研究開発が活発に行われている。このような電動車では、その駆動源として主として用いられているのはモータ（電気モータ）であり、従来のエンジンは、全く搭載されていないか、又は主駆動源たるモータの補助用に搭載されているに止まる場合が多い。ここで上記電動車には、例えばＥＶ（Electric Vehicle）、ＨＶ（Hybrid Vehicle）、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）又はＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）等（四輪車及び二輪車等を含む）が含まれる。
【0003】
一方、上記のような電動車については、従来のエンジンが搭載された車両との間では、その走行により発生する音が大きく異なることが問題視されている。即ち、例えばＥＶやＦＣＶでは、車内の搭乗者に聞こえるようなエンジンの音が全く発生しないため、その走行時においては、搭乗者には、いわゆるロードノイズやウィンドノイズしか聞こえない。このとき、当該ロードノイズ等はその車両走行速度に連動して音量が大きくなるが、その音量は、電動車におけるアクセル操作（アクセル開度）には直接反応しない。また、ＨＶやＰＨＶでは、それに搭載されたエンジンから音が発生する状態もあるが、それは常時ではなく、更に、その音は車両走行速度やアクセル開度とは連動しないことが多い。これらにより、電動車では、その搭乗者によるアクセル操作に応じた状態のエンジンの音が発生しなくなり、結果として、エンジン音を好む搭乗者にとっては、運転の楽しさの減少に繋がる。またこの他、エンジン音によるいわゆる速度感覚が鈍ることや、アクセル又はブレーキのペダルの誤操作の危険が増えるという安全面の心配も生じていた。
【0004】
そこで、近年では、電動車の走行に連動してデジタル回路で合成した擬似的なエンジン音を車内に出すことが考えられている。このような先行技術を開示した文献としては、例えば下記特許文献１が挙げられる。特許文献１に開示された走行連動音発生装置は、車両の車速を推定する車速推定ユニットと、推定された車速に基づいてアクセル指令値を推定するアクセル指令値推定ユニットと、走行連動音を生成する走行連動音生成ユニットとを含み、走行連動音生成ユニットにおいて、車速推定ユニットによって推定された車速と、アクセル指令値推定ユニットによって推定されたアクセル指令値とに基づいて、走行連動音を生成する構成とされている。このとき、特許文献１に開示されているような先行技術では、エンジンの音をデジタル回路で合成する技術自体は既に確立されているが、その合成の際には、エンジン回転数及びアクセル開度をそれぞれ示すデータが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第５６４６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、ＥＶやＦＣＶではそもそもエンジンが無いため、その回転数を示すデータが得られないし、ＨＶやＰＨＶでは、エンジンがあっても走行と連動して作動しないため、その回転数を示すデータをそのまま利用することができないという問題があった。
【0007】
更に、エンジンを搭載した従来のエンジン車では、自動的に変速が行われることでエンジンの回転数が変化するため、当該自動変速によるエンジンの回転数の変化も模擬しなければ、リアルで臨場感のあるエンジンの音を車内に発生させることができないという問題点もあった。
【0008】
そこで本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、例えばエンジンを全く搭載しない電動車であっても、その走行に連動した臨場感のあるエンジンの音を示す音信号を擬似的に生成することが可能な音信号生成装置及び音信号生成方法並びに当該音信号生成装置用のプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両駆動用の電動機が搭載された電動車におけるアクセル操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得手段と、前記電動車の走行速度を示す走行速度データを取得する走行速度データ取得手段と、内燃式のエンジンを搭載した車両の仮想走行速度を算出する仮想走行速度算出手段と、前記取得された走行速度データに基づいて、前記算出された仮想走行速度を補正する補正手段と、前記補正された仮想走行速度に基づいて、前記エンジンの仮想回転数を算出する仮想回転数算出手段と、前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、前記算出された仮想回転数と、に基づいて、前記電動車の走行状態に対応した擬似的な前記エンジンの音を示す疑似エンジン音信号を生成する生成手段と、を備える。
【0010】
上記の課題を解決するために、請求７に記載の発明は、操作量データ取得手段と、走行速度データ取得手段と、仮想走行速度算出手段と、補正手段と、仮想回転数算出手段と、生成手段と、を備える音信号生成装置において実行される音信号生成方法であって、車両駆動用の電動機が搭載された電動車におけるアクセル操作量を示す操作量データを前記操作量データ取得手段により取得するステップと、前記電動車の走行速度を示す走行速度データを前記走行速度データ取得手段により取得するステップと、内燃式のエンジンを搭載した車両の仮想走行速度を前記仮想走行速度算出手段により算出するステップと、前記取得された走行速度データに基づいて、前記算出された仮想走行速度を前記補正手段により補正するステップと、前記補正された仮想走行速度に基づいて、前記エンジンの仮想回転数を前記仮想回転数算出手段により算出するステップと、前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、前記算出された仮想回転数と、に基づいて、前記電動車の走行状態に対応した擬似的な前記エンジンの音を示す疑似エンジン音信号を前記生成手段により生成するステップと、を含む。
【0011】
上記の課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、コンピュータに、車両駆動用の電動機が搭載された電動車におけるアクセル操作量を示す操作量データを取得するステップと、前記電動車の走行速度を示す走行速度データを取得するステップと、内燃式のエンジンを搭載した車両の仮想走行速度を算出するステップと、前記取得された走行速度データに基づいて、前記算出された仮想走行速度を補正するステップと、前記補正された仮想走行速度に基づいて、前記エンジンの仮想回転数を算出するステップと、前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、前記算出された仮想回転数と、に基づいて、前記電動車の走行状態に対応した擬似的な前記エンジンの音を示す疑似エンジン音信号を生成するステップと、を実行させる。
【0012】
請求項１、請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の発明によれば、内燃式のエンジンを搭載した車両の仮想走行速度を、電動車の走行速度を示す走行速度データに基づいて補正し、その補正された仮想走行速度に基づいてエンジンの仮想回転数を算出し、その仮想回転数及び対応するアクセル操作量に基づいて、電動車の走行状態に対応した擬似エンジン音を生成する。よって、例えば内燃式のエンジンを搭載しない電動車であっても、当該電動車の走行に連動した臨場感のあるエンジン音を擬似的に生成することができる。
【0013】
上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の音信号生成装置において、前記操作量データ取得手段は、予め設定された操作量データ取得周期ごとに前記操作量データを取得し、前記走行速度データ取得手段は、予め設定された走行速度データ取得周期ごとに前記走行速度データを取得し、前記補正手段は、予め設定された補正周期ごとに前記仮想走行速度の補正を行うように構成される。
【0014】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、操作量データの取得、走行速度データの取得、及び仮想走行速度の補正が既定の周期ごとにそれぞれ行われるので、精度のよいエンジン音を擬似的に生成することができる。
上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の音信号生成装置において、前記仮想回転数算出手段は、前記補正された仮想走行速度と、前記エンジンに対応して予め設定された自動変速線図に基づくギヤ比と、を少なくとも用いて前記仮想回転数を算出するように構成される。
上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の音信号生成装置において、前記仮想回転数算出手段は、前記補正された仮想走行速度と、前記エンジンに対応して予め設定された自動変速線図に基づくギヤ比と、を少なくとも用いて前記仮想回転数を算出するように構成される。
【0015】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、補正された仮想走行速度と、既定の自動変速線図に基づくギヤ比と、を少なくとも用いて仮想回転数を算出するので、臨場感のあるエンジン音を、処理負荷を軽減しつつ擬似的に生成することができる。
【0016】
上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の音信号生成装置において、前記仮想走行速度算出手段は、前記電動車が移動する道路の勾配の影響、及び当該電動車の制動抵抗の影響を除外して前記仮想走行速度を算出するように構成される。
【0017】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、疑似エンジン音の生成に際して無視し得る道路の勾配の影響及び制動抵抗の影響を除外して仮想走行速度を算出するので、無視可能な要素の影響を除外することで、処理負担をより軽減しつつエンジン音を擬似的に生成することができる。
【0018】
上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の音信号生成装置において、前記仮想走行速度算出手段は、前記エンジンの回転数と当該エンジンとしての出力トルクとの関係に基づいて前記仮想走行速度を算出し、前記出力トルクは、前記取得された操作量データにより示される前記アクセル操作量と、当該アクセル操作量に対応した出力トルク係数と、に基づいて算出されるように構成される。
【0019】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、仮想走行速度がエンジンの回転数と出力トルクとの関係に基づいて算出され、更に当該出力トルクがアクセル操作量と出力トルク係数とに基づいて算出されるので、より臨場感のあるエンジン音を擬似的に生成することができる。
【0020】
上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の音信号生成装置において、前記補正手段は、前記取得された走行速度データを用いて、前記走行速度データの取得タイミングより遅いタイミングで前記仮想走行速度を補正するように構成される。
【0021】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、走行速度データの取得タイミングより遅いタイミングで、当該走行速度データを用いて仮想走行速度を補正するので、補正後の仮想走行速度が当該補正により急激に（即ち不自然に）変化することを防止しつつ、仮想走行速度を補正することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、例えば内燃式のエンジンを搭載しない電動車であっても、当該電動車の走行に連動した臨場感のあるエンジン音を擬似的に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本実施形態の音信号生成装置の概要構成を示すブロック図である。
【図2】本実施形態の変数データの内容を例示する図である。
【図3】本実施形態の車両データの内容を例示する図である。
【図4】本実施形態の音信号生成処理を示すフローチャートである。
【図5】本実施形態のトルクの変化を例示する図であり、（ａ）は本実施形態のエンジン回転数とエンジン内部ロストルクとの関係を例示する図であり、（ｂ）は本実施形態のエンジン回転数と各種トルクとの関係を例示する図であり、（ｃ）は本実施形態のアクセル開度と出力トルク係数との関係を例示する図である。
【図6】本実施形態の速度比とトルク比との関係等を例示する図である。
【図7】本実施形態の仮想エンジン車速度の補正を例示する図である。
【図8】変動緩和処理を含む本実施形態の仮想エンジン車速度の補正を例示する図である。
【図9】本実施形態の自動変速制御を例示する図である。
【図10】本実施形態の電動車の車両走行速度と、電動車に対応する仮想エンジン車のエンジン回転数との関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
次に、本発明を実施するための形態について、図１乃至図１０を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、電動車の運転者の操作や当該電動車の車両走行速度等に対応した内燃式エンジンの音を当該電動車内に擬似的に出すための音信号の生成処理に本発明を適用した場合の実施形態である。
【0025】
また、図１は本実施形態の音信号生成装置の概要構成を示すブロック図であり、図２は本実施形態の変数データの内容を例示する図であり、図３は本実施形態の車両データの内容を例示する図である。更に、図４は本実施形態の音信号生成処理を示すフローチャートであり、図５は本実施形態のトルクの変化等を例示する図であり、図６は本実施形態の速度比とトルク比との関係等を例示する図である。更にまた、図７は本実施形態の仮想エンジン車速度の補正を例示する図であり、図８は変動緩和処理を含む本実施形態の仮想エンジン車速度の補正を例示する図であり、図９は本実施形態の自動変速制御を例示する図であり、図１０は本実施形態の電動車の車両走行速度と、電動車に対応する仮想エンジン車のエンジン回転数との関係を例示する図である。
【0026】
以下に説明する本実施形態の音信号生成装置は、それ自体が上記電動車に搭載されており、当該電動車の運転者の操作や当該電動車の車両走行速度等に対応した仮想的なエンジン（即ち、実際には当該電動車に搭載されていない仮想的な内燃式エンジン）の音を当該電動車内に擬似的に出すための音信号を生成する。なお、以下の説明では、上記仮想的な内燃式エンジンを単に「仮想エンジン」と称し、当該仮想エンジンが搭載されている仮想的な車両（即ち、電動車ではない、仮想エンジンが搭載された仮想的な車両）を単に「仮想エンジン車」と称する。また、本実施形態の音信号生成装置が搭載されている上記電動車を、単に「搭載電動車」と称する。そして、本実施形態の音信号生成装置では、上記仮想エンジンを含む仮想エンジン車を擬似的（模擬的）に再現した車両物理モデルを設定した上で、上記仮想エンジンの音を搭載電動車内に擬似的に出す。
【0027】
図１に示すように、本実施形態の音信号生成装置Ｓは、上記搭載電動車の車内に備えられているスピーカ１４に接続されている。そして音信号生成装置Ｓは、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性記録媒体に記録されているデータベースＤＢと、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read-0nly Memory）及びＲＡＭ（Random-Access Memory）等からなる処理部１０と、インターフェース１１と、スピーカ１４に接続されたＤ／Ａ（Digital/Analog）コンバータ１３と、により構成されている。また、処理部１０は、仮想エンジン回転数生成部１００と、疑似エンジン音生成部１０１と、を備えている。更に、上記仮想エンジン回転数生成部１００及び上記疑似エンジン音生成部１０１、上記インターフェース１１並びに上記Ｄ／Ａコンバータ１３は、バス１２を介してデータ又は情報及び音信号の授受が可能に接続されている。ここで、上記仮想エンジン回転数生成部１００及び上記疑似エンジン音生成部１０１は、処理部１０を構成するＣＰＵ等のハードウェアロジック回路により実現されるものでもよいし、後述する本実施形態の音信号生成処理を示すフローチャートに相当するプログラムを処理部１０が読み出して実行することにより、ソフトウェア的に実現されるものでもよい。更に、上記インターフェース１１が本発明の「操作量データ取得手段」の一例及び「走行速度データ取得手段」の一例にそれぞれ相当し、上記仮想エンジン回転数生成部１００が本発明の「仮想走行速度算出手段」の一例、「補正手段」の一例及び「仮想回転数算出手段」の一例にそれぞれ相当し、上記疑似エンジン音生成部１０１が本発明の「生成手段」の一例に相当する。
【0028】
以上の構成において、データベースＤＢには、本実施形態の変数データ１と、本実施形態の車両データ２と、が不揮発性に記録されている。
【0029】
ここで、本実施形態の変数データ１としては、図２に例示するように、本実施形態の音信号生成装置Ｓによる音信号生成処理に用いられる複数の変数と、当該各変数の初期値と、が、それぞれ関連付けられてデータベースＤＢに不揮発性に記録されている。なお図２では、上記音信号生成処理に用いられる後述する各式等で上記各変数を表す際にそれぞれ用いられる符号及びその単位も、併せて示されている。このとき、図２において、「エンジンスタートスイッチ」を除く「仮想エンジン車関係」欄に含まれている各変数は、仮想エンジン又は仮想エンジン車の駆動状態を示す仮想的な変数であり、それらの初期値は、変速線図選択値（変速ギヤの値）が「１」である場合を除き、「０」又は「０．０」である。これらに対し、「電動車関係」欄の車両走行速度は、搭載電動車の実際の車両走行速度を示す変数である。また、上記エンジンスタートスイッチは、搭載電動車に備えられた図示しないエンジンスタートスイッチの状態（即ち、搭載電動車に備えられた駆動源としてのモータを起動する操作がされたか、又は停止させる操作がされたかの状態）を示す変数となる。より具体的に、搭載電動車に備えられた上記エンジンスタートスイッチがオンとされているとき、エンジンスタートスイッチＳswの値は例えば「１」となり、当該エンジンスタートスイッチがオフとされたとき、エンジンスタートスイッチＳswの値は例えば「０」となる。更にロックアップステータスＬuは、後述するトルコンのロックアップ状態を示す変数である。
【0030】
一方、本実施形態の車両データ２としては、図３に例示するように、本実施形態の音信号生成装置Ｓによりそのエンジン音を示す音信号が生成される仮想エンジン又は仮想エンジン車の諸元等をそれぞれ示し且つ予め設定された複数のデータが、データベースＤＢに不揮発性に記録されている。なお図３では、上記音信号生成処理に用いられる後述する各式等で上記各データを表す際にそれぞれ用いられる符号及びその単位も、併せて示されている。このとき、図３において、「エンジン関係」欄、「変速機関係」欄、「テーブルデータ」欄及び「自動変速関係テーブルデータ」欄にそれぞれ含まれている各データは、仮想エンジン又は仮想エンジン車の駆動状態を示すように予め設定されて記録されたデータである。これに対し、「車体関係」欄に含まれている各データは、仮想エンジン車の諸元をそれぞれ示すものではあるが、これらが、搭載電動車の実際の各諸元にそれぞれ相当していてもよい。また、自動変速関係テーブルデータにおけるシフトアップ境界及びシフトダウン境界につき、例えば「シフトアップ境界１－２」とはトランスミッションが１速から２速にシフトアップする際の境界を示し、「シフトダウン境界２－１」とは２速から１速にシフトダウンする際の境界を示す。更に変速機段数Ｇmaxは、仮想エンジン車としての変速機の段数（の最大値）を示すデータである。
【0031】
以上の構成において、インターフェース１１には、変数データ１及び車両データ２と、搭載電動車に備えられたアクセルが搭載電動車の運転者により操作された際の開度を示すアクセル開度データＡＣと、搭載電動車の実際の車両走行速度を示す走行速度データＳＰと、が入力される。このとき、変数データ１及び車両データ２は、本実施形態の音信号処理が開始される際に、データベースＤＢから入力され、バス１２を介して処理部１０に出力される。これに対し、アクセル開度データＡＣ及び走行速度データＳＰは、搭載電動車の走行と並行してリアルタイムに入力される。
【0032】
ここで、アクセル開度データＡＣは、従来と同様の方法により検出された上記アクセル（搭載電動車に備えられたアクセル）の開度を示すデータである。また、走行速度データＳＰは、例えば、搭載電動車のタイヤの回転数に応じて発生するパルス信号を計数することにより算出される上記車両走行速度（搭載電動車の実際の車両走行速度）を示すデータである。そして、アクセル開度データＡＣは、バス１２を介して処理部１０に入力され、当該アクセル開度データＡＣにより示されるアクセル開度が、変数としてのアクセル開度Ａp（図２参照）に反映される。また、走行速度データＳＰも、バス１２を介して処理部１０に入力され、当該走行速度データＳＰにより示される車両走行速度が、変数としての電動車の車両走行速度Ｖm（図２参照）に反映される。これらにより、処理部１０の仮想エンジン回転数生成部１００は、上記アクセル開度Ａp及び上記車両走行速度Ｖm、並びにその他の変数データ１及び車両データ２に基づいて、上記運転者の操作や搭載電動車の車両走行速度等に対応した仮想エンジンとしての回転数である回転数Ｎ’を示す回転数データをリアルタイムに生成し、バス１２を介して処理部１０の疑似エンジン音生成部１０１に出力する。このとき、上記回転数データの生成周期（計算周期）は、「計算サイクル時間Δt」として後述するように、人（搭乗者）がその間隔を知覚できない程度の充分短い時間（例えば、後述するように１０ミリ秒乃至２０ミリ秒程度）に設定される。これにより、上記アクセル操作に瞬時に反応することができ、且つ仮想エンジンの回転数の微小な変化も計算結果に反映させることが可能であり、従って、仮想エンジンの回転数の変化を滑らかに表現した回転数データを生成することが可能となっている。
【0033】
次に、疑似エンジン音生成部１０１は、仮想エンジン回転数生成部１００から出力された上記回転数データと、アクセル開度データＡＣにより示されるアクセル開度Ａpと、に基づいて、仮想エンジンの音に相当する音信号を例えば従来と同様の手法により擬似的に生成し、バス１２を介してＤ／Ａコンバータ１３に出力する。その後、Ｄ／Ａコンバータ１３は、当該音信号をアナログ化し、アナログ信号としての当該音信号をスピーカ１４に出力する。これにより、アナログ信号としての当該音信号は、仮想エンジンの音としてスピーカ１４を介して電動車の車内にリアルタイムに出力される。
【0034】
以上のような仮想エンジン回転数生成部１００及び疑似エンジン音生成部１０１の機能により、停車時にはいわゆるアイドリングの状態で仮想エンジンが回り、発進時には車両走行速度の上昇に先立って回転数が上昇するという、いわゆるトルコンＡＴ（Automatic Transmission）車の走行状態を搭載電動車で模擬することが可能とになる。このとき、いわゆる変速制御についても、後述（図９参照）するように、実際のエンジン車の変速制御（アクセル開度と車両走行速度から変速ギヤを選択する変速制御）を模擬するので、実際のエンジン車と同様に変速が行われ、それに伴って仮想エンジンの回転数が変化することになる。
【0035】
ここで、搭載電動車が走行している際における仮想エンジンの回転数は、仮想エンジン車としての車両走行速度、駆動系減速比及びタイヤ外径等から算出される。ここで、例えばトルク特性の違いや道路勾配の影響等により、仮想エンジン車として算出した車両走行速度と搭載電動車としての実際の車両走行速度との間に誤差が生じた場合、搭載電動車の車両走行速度を示すデータを周期的に取得することで、この誤差を補正する。このとき、搭載電動車としての車両走行速度を、そのまま仮想エンジン車として算出した車両走行速度と置き換えた場合であって、相互にずれが生じた場合には、車両走行速度が不連続になることでエンジン音に違和感が生じることとなるので、後述するように、車両走行速度の急激な変化を緩和するための本実施形態の変動緩和処理を行う。
【0036】
次に、本実施形態の音信号生成処理について具体的に説明する。本実施形態の音信号生成処理は、搭載電動車にその搭乗者が搭乗し、例えば当該搭載電動車のいわゆるＡＣＣ（アクセサリ）スイッチがオンされることで開始される。本実施形態の音信号生成処理は、上記仮想エンジン車の車両物理モデルを用いた音信号生成処理である。そして、対応するフローチャートを図４に示すように、本実施形態の音信号生成処理が開始されると、処理部１０は初めに、搭載電動車に備えられた上記エンジンスタートスイッチがオンとされた否かを、当該エンジンスタートスイッチの状態を反映させた変数（図２参照）であるエンジンスタートスイッチＳswの値に基づいて監視する（ステップＳ１、ステップＳ１：ＮＯ）。ステップＳ１の監視において、上記エンジンスタートスイッチがオンとされたら（ステップＳ１：ＹＥＳ）、次に処理部１０の仮想エンジン回転数生成部１００は、変数データ１に含まれている各変数の初期値をデータベースＤＢからバス１２を介して取得すると共に（ステップＳ２）、車両データ２に含まれている各データをデータベースＤＢからバス１２を介して取得する（ステップＳ３）。上記ステップＳ２及びステップＳ３でそれぞれ取得された変数データ１及び車両データ２は、処理部１０を構成する図示しないＲＡＭ等に一時的に記録される。
【0037】
次に仮想エンジン回転数生成部１００は、上記アクセル開度データＡＣを搭載電動車の例えばＣＡＮ（Controller Area Network。車両用のＬＡＮ（Local Area Network）。）を介して取得し、変数データ１内のアクセル開度Ａpに反映させる（ステップＳ４）。
【0038】
ここで、本実施形態の音信号処理におけるステップＳ４乃至ステップＳ１２は、後述するように例えば１０ミリ秒乃至２０ミリ秒の計算サイクル時間Δｔの周期で繰り返されるが、上記ステップＳ４におけるアクセル開度データＡＣの取得周期は、例えば１００ミリ秒乃至２００ミリ秒ごととするのが好ましい。即ち、アクセル開度データＡＣの取得周期自体は、本来的には可能な限り短い方が望ましいが、搭載電動車の種類によってその電装品としてのハードウェアやソフトウェアが異なるため、当該取得周期を予め厳密に設定しておくことは、汎用性の観点等からも望ましくない。これに対し、搭載電動車のアクセル自体は搭乗者たる運転者により直接操作されるものであるので、非常に短い時間（例えば数ミリ秒乃至数十ミリ秒）でその開度が大きく変わるものではない。従って、上述した通り例えば１００ミリ秒乃至２００ミリ秒ごとにアクセル開度データＡＣを取得することとしても、本実施形態の音信号処理として仮想エンジン又は仮想エンジン車をほぼ正確に模擬することが可能となる。また、例えば１００ミリ秒乃至２００ミリ秒ごとの周期であれば、殆ど全ての搭載電動車のＣＡＮからアクセル開度データＡＣを取得することが可能となる。
【0039】
ステップＳ４でアクセル開度データＡＣが取得できたら、次に仮想エンジン回転数生成部１００は、当該取得されたアクセル開度データＡＣに相当するアクセル開度Ａpに対応して、仮想エンジンの出力トルク等を仮想的に算出する（ステップＳ５及びステップＳ６）と共に、仮想エンジン車の走行状態を仮想的に求め（ステップＳ７乃至ステップＳ９）、更に仮想エンジンの回転数を仮想的に算出する（ステップＳ１０）。
【0040】
即ち、ステップＳ４でアクセル開度データＡＣが取得できたら、次に仮想エンジン回転数生成部１００は、当該取得したアクセル開度データＡＣに相当するアクセル開度Ａpに基づいて、仮想エンジンの出力トルクを算出する（ステップＳ５）。
【0041】
より具体的に、仮想エンジン回転数生成部１００は、初めに、仮想エンジンの任意のエンジン回転数（仮想的なエンジン回転数）における仮想エンジンとしてのエンジン内部ロストルクを算出する。このエンジン内部ロストルクは、アクセルが全閉されている時の仮想エンジンのエンジントルク（全閉トルク）であり、仮想エンジンについてのいわゆるエンジンブレーキの基になる力であって、負の値になる。仮想エンジン回転数生成部１００は、当該エンジン内部ロストルクを以下の式（１）により算出する。なお以下の式（１）において、「ＴＬ（負値）」は変数データ１としての上記エンジン内部ロストルク（図２参照）であり、「Ｎ」は変数データ１としてのエンジン回転数（図２参照）であり、「Ｄi」は車両データ２として予め設定されて記録されているエンジン排気量であり、「Ｃf」は車両データ２として予め設定されて記録されているエンジン内部ロストルク係数であり、「ａ１」乃至「ａ ３」はそれぞれ車両データ２として予め設定されて記録されているエンジン内部ロストルク計算定数である。
ＴＬ＝－｛（ａ１×Ｎ２＋ａ２×Ｎ＋ａ３）×（Ｄi／１０００）｝／４／π×Ｃf…（１）
このとき、エンジン内部ロストルクＴＬは、上記エンジン回転数Ｎに対応して例えば図５（ａ）に例示するように変化する。ここで、エンジン内部ロストルクＴＬは、基本的にはエンジン回転数Ｎとエンジン排気量Ｄiで決定されるが、仮想エンジンの種類（即ち、図３に例示する車両データ２により示される仮想エンジンの種類）によって異なってくる。このため、上記式（１）で示されるエンジン内部ロストルクＴＬの算出では、その相違分を、例えば空吹かしでのエンジン回転数Ｎの下降時間等に対応する上記エンジン内部ロストルク計算定数ａ１乃至エンジン内部ロストルク計算定数ａ３により調整することとしている。
ＴＬ＝－｛（ａ１×Ｎ２＋ａ２×Ｎ＋ａ３）×（Ｄi／１０００）｝／４／π×Ｃf…（１）
このとき、エンジン内部ロストルクＴＬは、上記エンジン回転数Ｎに対応して例えば図５（ａ）に例示するように変化する。ここで、エンジン内部ロストルクＴＬは、基本的にはエンジン回転数Ｎとエンジン排気量Ｄiで決定されるが、仮想エンジンの種類（即ち、図３に例示する車両データ２により示される仮想エンジンの種類）によって異なってくる。このため、上記式（１）で示されるエンジン内部ロストルクＴＬの算出では、その相違分を、例えば空吹かしでのエンジン回転数Ｎの下降時間等に対応する上記エンジン内部ロストルク計算定数ａ１乃至エンジン内部ロストルク計算定数ａ３により調整することとしている。
【0042】
次に仮想エンジン回転数生成部１００は、算出されたエンジン内部ロストルクＴＬを用いて仮想エンジンの出力トルクを算出する。ここで一般に、あるエンジン回転数Ｎにおけるエンジン出力トルクは、アクセル全開時のトルクカーブ及び最大トルクから得られる全開トルク値と、エンジン内部ロストルクＴＬ（即ちアクセル全閉時のトルク）の値との間の値をとり、アクセル開度Ａpによって決定される。そして、図５（ｂ）に例示するように、上記全開トルク値は車両データ２として予め設定されて記録されているアクセル全開トルクカーブＴcv及びエンジン最大トルクＴmaxとして与えられており（図３参照）、更にエンジン内部ロストルクＴＬは上記式（１）により算出される。
【0043】
ここで、アクセルが部分的に開かれている状態での出力トルク係数（即ち、アクセル全開時のトルクを１００とした時の出力トルクの割合）は、エンジン回転数Ｎによって変わる。このとき、アクセル開度と出力トルクとは直線的な関係にはならず、横軸をアクセル開度、縦軸を出力トルク係数にすると、図５（ｃ）に例示するような上が凸の曲線グラフとなる。更に、その曲線における曲率は、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に符号「１」、「２」及び「３」として例示するように、エンジン回転数Ｎによって変化する。そこで、本実施形態の出力トルクの算出では、低回転時と高回転時それぞれの出力トルク係数（変数データ１としての低回転時出力トルク係数Ｃ0及び高回転時出力トルク係数Ｃh（それぞれ図２参照））の曲線を予め設定し、それぞれの間のエンジン回転数Ｎに対応する出力トルクは、低回転時出力トルク係数Ｃ0に対応した出力トルクと高回転時出力トルク係数Ｃhに対応した出力トルクと中間値とする。このように、上記二つの出力トルク係数の曲線を予め設定しておけば、任意のエンジン回転数Ｎにおける任意のアクセル開度での出力トルク係数の推定値（変数データ１としての推定出力トルク係数Ｃot（図２参照））を算出でき（後述する式（３）参照）、更に当該推定出力トルク係数Ｃotを用いて任意のアクセル開度Ａpにおける仮想エンジンの出力トルクＴeを算出できる。
【0044】
より具体的に、仮想エンジン回転数生成部１００は、変数データ１としてのエンジン回転数Ｎを正規化した正規化エンジン回転数Ｎn（図２参照）を以下の式（２）により算出する。なお以下の式（２）において、「Ｎmax」は車両データ２として予め設定されて記録されているエンジン回転数上限（図３参照）である。
Ｎn＝（Ｎ／Ｎmax）×１００ …（２）
そして、仮想エンジン回転数生成部１００は、算出された正規化エンジン回転数Ｎnを車両データ２として予め設定されて記録されているアクセル全開トルクカーブＴcv（図３参照）に当て嵌め、正規化エンジン回転数Ｎnにおける変数データ１としてのエンジン全開トルク係数Ｔw（図２参照）を求める。その後、仮想エンジン回転数生成部１００は、ステップＳ４で取得されたアクセル開度データＡＣに相当するアクセル開度Ａpを、車両データ２として予めそれぞれ設定されて記録されている低回転時出力トルク係数Ｃ0のテーブルデータ及び高回転時出力トルク係数Ｃhのテーブルデータ（図３参照）にそれぞれ当て嵌め、対応する変数データ１としての低回転時出力トルク係数Ｃ0及び高回転時出力トルク係数Ｃh（それぞれ図２参照）を求める。これらにより、仮想エンジン回転数生成部１００は、以下の式（３）を用いて変数データ１としての上記推定出力トルク係数Ｃot（図２参照）を算出する。
Ｃot＝［｛－ＴＬ／（Ｔw×Ｔmax／１００）｝＋１］×［｛（Ｎn／１００）×Ｃh＋（１－Ｎn／１００）×Ｃ0｝／１００－１］＋１ …（３）
その後、仮想エンジン回転数生成部１００は、以下の式（４）を用いて、変数データ１としての任意のアクセル開度Ａpにおける仮想エンジンの出力トルクＴeを算出する（ステップＳ５）。
Ｔe＝Ｔw／１００×Ｔmax×Ｃot …（４）
Ｎn＝（Ｎ／Ｎmax）×１００ …（２）
そして、仮想エンジン回転数生成部１００は、算出された正規化エンジン回転数Ｎnを車両データ２として予め設定されて記録されているアクセル全開トルクカーブＴcv（図３参照）に当て嵌め、正規化エンジン回転数Ｎnにおける変数データ１としてのエンジン全開トルク係数Ｔw（図２参照）を求める。その後、仮想エンジン回転数生成部１００は、ステップＳ４で取得されたアクセル開度データＡＣに相当するアクセル開度Ａpを、車両データ２として予めそれぞれ設定されて記録されている低回転時出力トルク係数Ｃ0のテーブルデータ及び高回転時出力トルク係数Ｃhのテーブルデータ（図３参照）にそれぞれ当て嵌め、対応する変数データ１としての低回転時出力トルク係数Ｃ0及び高回転時出力トルク係数Ｃh（それぞれ図２参照）を求める。これらにより、仮想エンジン回転数生成部１００は、以下の式（３）を用いて変数データ１としての上記推定出力トルク係数Ｃot（図２参照）を算出する。
Ｃot＝［｛－ＴＬ／（Ｔw×Ｔmax／１００）｝＋１］×［｛（Ｎn／１００）×Ｃh＋（１－Ｎn／１００）×Ｃ0｝／１００－１］＋１ …（３）
その後、仮想エンジン回転数生成部１００は、以下の式（４）を用いて、変数データ１としての任意のアクセル開度Ａpにおける仮想エンジンの出力トルクＴeを算出する（ステップＳ５）。
Ｔe＝Ｔw／１００×Ｔmax×Ｃot …（４）
【0045】
次に仮想エンジン回転数生成部１００は、ステップＳ５で算出された仮想エンジンの出力トルクＴeを、仮想エンジン車に対応した仮想のトルクコンバータ（即ち、搭載電動車には搭載されていない仮想のトルクコンバータ）に適用し、当該仮想のトルクコンバータの出力トルクを算出する（ステップＳ６）。なお以下の説明において、一般のトルクコンバータを単に「トルコン」と称し、仮想エンジン車に対応した上記仮想のトルクコンバータを、単に「仮想トルコン」と称する。
【0046】
ここで、トルコンはエンジンの出力をトランスミッション（変速機）に伝達するための部品であり、トルコンによって伝達されるトルクは、通常は、トルコンにおける入力側の軸と出力側の軸との回転速度比によって決まる。具体的には、図６に例示する伝達トルク比Ｃeと回転速度比との関係を示す線（車両データ２として予め設定されて記録されている）によって伝達トルク比Ｃe（図３参照）が決まり、トルコン出力トルクＴoは、入力されるエンジン出力トルク（即ち、トルコン入力トルクＴin）に伝達トルク比Ｃeを乗算することによって算出される。このとき、伝達トルクＣeの最大値は、図６に例示するように、一般には２程度であり、エンジン車の発進時（即ち、回転速度比が０の時）には、トルコン出力トルクＴoはトルコン入力トルクＴin（それぞれ図２参照）の約二倍となる。
【0047】
より具体的に、一般のトルコンにおいては、その入力軸から入力されたエンジンのトルク（即ちトルコン入力トルクＴin）が、その出力側の軸からトルコン出力トルクＴoとして出力されるのであるが、この場合のトルコン出力トルクＴoは、以下式（５）により算出される。
Ｔo＝Ｔin×Ｃe …（５）
Ｔo＝Ｔin×Ｃe …（５）
【0048】
ここで、エンジンからのトルクが全てトルコンに入力されるとは限らない。即ち、トルコンでは、一般的には油をかき回して動力を伝達しているため、エンジンの回転数が低いときは入力できるトルクが小さく、そしてその回転数が上昇するにつれ、エンジンの回転数の二乗に比例してトルコンへ入力されるトルクが大きくなる。また、トルコンの大きさによって、エンジンからトルコンに入力できるトルクの上限値（変数データ１としてのトルコントルク容量Ｔc（図２参照））が決まるが、トルコントルク容量Ｔcは回転速度比によっても変化する。このとき、トルコントルク容量Ｔcは、車両データ２として予め設定されており（図３参照）、且つ以下の式（６）に示されるように、回転速度比に応じて図６に例示されるように変化する（車両データ２として予め設定されて記録されている）トルコントルク容量係数Ｃc（図３参照）にエンジン回転数Ｎの二乗を乗じた値を有する。トルコントルク容量係数Ｃcは、トルコン自体の大きさによって異なる。
Ｔc＝Ｃc×（Ｎ／１０００）２ …（６）
Ｔc＝Ｃc×（Ｎ／１０００）２ …（６）
【0049】
そして、一般的なトルコンでは、ロックアップクラッチによってトルコンの入力軸と出力軸とが機械的に結合される状態（ロックアップ状態）とロックアップされていない状態があり、ロックアップされていない状態の場合（図６において「コンバータ範囲」と示す）、エンジンからトルコンに入力されるトルコン入力トルクＴinは、ステップＳ５で算出された仮想エンジンの出力トルクＴe及びトルコントルク容量Ｔcそれぞれの値を条件として、以下の式（７）のように算出される。
・Ｔe≧０の場合（加速時）：Ｔin＝Ｔe（Ｔe＜Ｔcの場合）又はＴin＝Ｔc（Ｔe≧Ｔcの場合）
・Ｔe＜０の場合（減速時）：Ｔin＝Ｔe／４ …（７）
・Ｔe≧０の場合（加速時）：Ｔin＝Ｔe（Ｔe＜Ｔcの場合）又はＴin＝Ｔc（Ｔe≧Ｔcの場合）
・Ｔe＜０の場合（減速時）：Ｔin＝Ｔe／４ …（７）
【0050】
一方、回転速度比が１に近くなるとロックアップ状態（図６において「継手範囲」と示す）となるが、このロックアップ状態では、トルコンからの出力トルクはエンジンからの出力トルクと等しくなり、エンジン回転数Ｎはトルコンの出力軸（駆動系軸）の回転数（トルコン出力軸回転数Ｎo（図２参照））と等しくなる。
【0051】
より具体的に、燃費向上等のため、近年のトルコンでは、回転速度比が大きくなるとロックアップクラッチが作動して、トルコンの入力軸と出力軸とが機械的に結合される。図６に例示する特性を有するエンジンでは、回転速度比が０．８５となった付近（図６において「クラッチ点」と示す）でロックアップ状態となっている。そして、当該ロックアップ状態においては、トルコン入力軸回転数Ｎe（図２参照）とトルコン出力軸回転数Ｎoとは等しくなり、伝達トルク比Ｃeは１になるので、トルコン入力トルクＴinとトルコン出力トルクＴoも等しくなる。また、トルコンがロックアップ状態となると、油をかき回すのではなく入力軸と出力軸とが機械的に結合されるので、仮想エンジンの出力トルクＴeは全てトルコンに入力される（即ち、トルコン入力トルクＴin＝出力トルクＴeとなる）。なお、エンジン車のアクセルが閉じられ減速される場合は、トルクの伝達方向が逆となり、エンジン車の車両駆動系からエンジン側ヘトルクが伝わることとなる。そして、この場合の伝達トルク比Ｃeの変化は加速時とは異なることとなるが、基本的な計算方法は加速時と同様となる。
【0052】
以上のステップＳ６により、仮想エンジン車のトルコン出力トルクＴoが算出されたので、次に仮想エンジン回転数生成部１００は、タイヤによる仮想エンジン車の駆動力（換言すれば、仮想エンジン車の前後方向の加速度）を算出する（ステップＳ７）。この駆動力は、トルコン出力トルクＴoを基にして、トランスミッションでの減速、最終減速機での減速及びタイヤのサイズを考慮することで算出可能である。更に、当該駆動力から走行抵抗を差し引いて残った力を仮想エンジン車の車体質量で除すると、仮想エンジン車の前後方向の加速度が算出される。
【0053】
より具体的に、変数データ１としての仮想エンジン車の前後方向の加速度ａ（図２参照）は、下記式（８）に示すように、そのトルコン出力トルクＴoに基づく車両駆動力から仮想エンジン車に加わる（変数データ１としての）車両走行抵抗Ｄ（図２参照）や制動力を差し引いた値を、車両データ２として予め設定されて記録されている仮想エンジン車の車体の全備重量Ｗ（図３参照）から算出される車体質量及び仮想エンジンの慣性モーメントＩｅ（図３参照）から算出されるエンジン等価質量並びにタイヤの慣性モーメントＩｔ（図３参照）から算出されるタイヤ等価質量の和で除した値となる。このとき、車両走行抵抗Ｄは、車両データ２として予め設定されて記録されている車両空気抵抗ＣｄＡ及び車両転がり抵抗Ｄｒ（図３参照）を用いて算出される。なお、以下の式（８）において、「Ｔm」は車両データ２として予め設定されて記録されている仮想エンジン車の変速機ロストルク（図３参照）であり、「Ｒ」は変数データ１としての仮想トルコンの総減速比であり（図２参照）、「ｒ」は車両データ２として予め設定されて記録されているタイヤ半径（図３参照）であり、「Ｄ」は変数データ１としての仮想エンジン車の車両走行抵抗（図２参照）であり、「Ｗ」は車両データ２として予め設定されて記録されている仮想エンジン車の車体全備重量（図３参照）である。また、下記式（８）においては、仮想エンジン車の制動力（ブレーキ）及び道路勾配抵抗の影響は考慮しないものとしている。
ａ＝｛（Ｔo－Ｔm）×Ｒ／ｒ－Ｄ｝／｛Ｗ／9.8＋Ｉe×（R/r）２＋Ｉt×（1/r）２｝…（８）
ａ＝｛（Ｔo－Ｔm）×Ｒ／ｒ－Ｄ｝／｛Ｗ／9.8＋Ｉe×（R/r）２＋Ｉt×（1/r）２｝…（８）
【0054】
次に仮想エンジン回転数生成部１００は、上記ステップＳ７で算出された仮想エンジン車の前後方向の加速度ａを積分（デジタル処理としては和分）することにより、仮想エンジン車の車両走行速度を算出する（ステップＳ８）。即ち、仮想エンジン回転数生成部１００は、本実施形態の計算サイクル時間Δｔに上記加速度ａを乗算することで仮想エンジン車の車両走行速度の変化分を算出し、これに現在の車両走行速度Ｖを加えて次の計算サイクル（即ち、次のステップＳ４乃至ステップＳ１２の計算サイクル）での車両走行速度Ｖ’を算出する。
【0055】
より具体的に、仮想エンジン回転数生成部１００は、次の計算サイクル（Δｔミリ秒後）における変数データ１としての仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’（図２参照）を、ステップＳ７で算出された加速度ａ（アクセル開度Ａｐに基づき上記仮想エンジン車の物理モデルを用いて算出された加速度である）を用いて以下の式（９）により算出する。なお、以下の式（９）において、「Ｖ」は変数データ１としての仮想エンジン車の車両走行速度（図２参照）である。
Ｖ’＝Ｖ＋ａ×０．００１×Δｔ×３．６ …（９）
Ｖ’＝Ｖ＋ａ×０．００１×Δｔ×３．６ …（９）
【0056】
ここで、上記車両走行抵抗Ｄには、道路勾配による勾配抵抗も本来的には含まれるが、搭載電動車が実際に走行する道路の勾配は予め特定できるものではないため、本実施形態の音信号生成処理では、平坦な道路を想定することとして、上記勾配抵抗は無視することとしている。よって、上記式（８）により算出された加速度ａは、実際に搭載電動車の前後方向に加わっている加速度とは異なることがあり得る。またこれに加えて、同じアクセル開度でも、搭載電動車のモータの出力トルクと仮想エンジンの出力トルクとが同じとは限らないので、その点でも、仮想エンジン車の車両物理モデルで計算された加速度ａ（上記式（８）参照）は、実際の搭載電動車の加速度とは異なる可能性（即ち誤差が生じる可能性）がある。そこで、本実施形態の音信号生成処理では、搭載電動車から上記走行速度データＳＰ（換言すれば、変数データ１としての車両走行速度Ｖm（図２参照））を取得し、当該車両走行速度Ｖmを用いて仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’を補正する（ステップＳ８）。このとき、搭載電動車の車両走行速度Ｖmの取得周期は、仮想エンジン車についての本実施形態の音信号生成装置における上記の計算サイクル時間Δｔよりも長くなる。また、当該補正の際には、搭載電動車の車両走行速度Ｖmが急激に変化しないように、後述する本実施形態の変動緩和処理を行うのが好適である。
【0057】
より具体的に、上記式（９）を用いて算出した仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’と、搭載電動車の実際の車両走行速度Ｖmとの間の誤差を解消すべく、仮想エンジン回転数生成部１００は、図７に例示するように、搭載電動車から新たに取得した車両走行速度Ｖm（図７及び図８において※で示す）と、当該新たな車両走行速度Ｖmの取得までの車両走行速度Ｖ’の変化と、を用いて、当該取得のタイミング以降の車両走行速度Ｖ’を補正する。このとき、車両走行速度Ｖmの取得の周期は、上述した通り本実施形態の計算サイクル時間Δｔよりも長くなり、更に、図７に例示するように車両走行速度Ｖ’と搭載電動車の車両走行速度Ｖmとの間にずれＥrがある場合、それを搭載電動車の車両走行速度Ｖmを用いて図７に例示するように単純に補正すると、車両走行速度Ｖ’として大きな不連続性が生じ、このことは、最終的に搭載電動車の車内に出されるエンジン音に不自然さ（不連続状態）を生じる原因になり得る。この不自然さを解消するために、仮想エンジン回転数生成部１００は、図８に例示するように、本実施形態の変動緩和処理として、搭載電動車から新たに取得した車両走行速度Ｖm（図８※参照）を予め設定された時間Δｔｔだけ後にずらし、当該新たな車両走行速度Ｖmの実際の取得の直前の車両走行速度Ｖ’（図８において★で示す）との間がなだらかに繋がるように複数の車両走行速度（図８において□で示す）を設定し、それらを間に挟むようにして車両走行速度Ｖ’を補正するのが好ましい（ステップＳ８。図８一点鎖線矢印参照。）。このとき、当該実施形態の変動緩和処理は、図８に例示するように、新たな車両走行速度Ｖmが取得される度に実行されるのが好ましい。
【0058】
次に仮想エンジン回転数生成部１００は、仮想エンジン車の変速ギヤの選択を模擬する（ステップＳ９）。即ち、搭載電動車が走行を開始する時には、仮想エンジン車の変速ギヤは「１速」に設定されるが、当該１速のままで走行するとエンジン回転数Ｎの上昇が速く、早々にその上限Ｎmaxに達してしまうことになる。このため、変速ギヤを切り換える必要があるが、搭載電動車の運転者にその操作を求めることは難しい。ここで、実際のエンジン車ではいわゆるＡＴが装備されていて変速ギヤが自動的に選択される場合が多いので、本実施形態の音信号生成処理では、このＡＴ車における変速ギヤの自動選択を模擬する。
【0059】
より具体的に、―般のエンジン車のＡＴでは、そのアクセル開度と車両走行速度とに応じて適切な変速ギヤを選択する構成とされているが、その変速制御特性は、図９に例示するようないわゆる「自動変速線図」で表される。この自動変速線図については、図３に例示するように、車両データ２における「自動変速関係テーブルデータ」として予め設定されてデータベースＤＢに記録されている。このとき、その加速時と減速時とでは、異なる変速ギヤの選択が行われる。ここで、図９に例示する仮想エンジン車の自動変速制御特性において、横軸は車両走行速度Ｖ、縦軸はアクセル開度Ａpである。そして、仮想エンジン車の運転状態（その時点での車両走行速度及びアクセル開度を示す運転状態）を図９に「●」で表すとすると、加速時は車両走行速度が増加するので、●が図９中を左から右に移動し、実線を左から越えたタイミングで変速ギヤが次段にシフトアップされる。これに対し、減速時（仮想エンジン車の加速度ａが負値の時）は車両走行速度が減少するので、●が図９中を右から左に移動し、破線を右側から越えたタイミングで変速ギヤが次段にシフトダウンされる。これにより、仮想エンジン回転数生成部１００は、仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’、加速度ａの値及びアクセル開度Ａpに基づいた図９に例示する自動変速線図（即ち、実際のＡＴに対応した自動変速線図）を用いて、仮想エンジンとしての変速ギヤの選択を模擬する。
【0060】
次に、仮想エンジン回転数生成部１００は、上記ステップＳ２乃至ステップＳ９で算出された仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’とその時点で選択されている変速ギア（上記ステップＳ９参照）の減速比に基づいて、仮想エンジン車の上記回転数Ｎ’を一義的に算出し、バス１２を介して疑似エンジン音生成部１０１に出力する（ステップＳ１０）。即ち、仮想エンジン回転数生成部１００は、仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’からそのタイヤの回転数を求め、更に仮想エンジン車の駆動系全体の総減速比Ｒから、仮想エンジンのエンジン回転数Ｎ’を逆算する。このとき、上記総減速比Ｒは、車両データ２として予め設定されて記録されている最終減速比Ｒf（図３参照）と、その時点でｎ速に選択されている変速ギヤの（車両データ２として予め設定されて記録されている）減速比Ｒtn（図３参照）との積である。
【0061】
ここで、エンジン回転数Ｎ’を逆算により算出する上述した方法は、仮想トルコンのロックアップクラッチが締結されている場合にのみ成立する。これは、上記ロックアップクラッチが締結されていない状態では、仮想トルコンとしてのいわゆる「滑り」があるため、エンジン回転数Ｎ’と駆動系の回転数とは等しくならないからである。そこで仮想エンジン回転数生成部１００は、エンジンの回転角加速度αを最初に取得し、それを積分することにより、上記ロックアップクラッチが締結されていない場合のエンジン回転数Ｎ’を算出する。このとき、仮想エンジンの回転角加速度αは、仮想エンジンを回すトルクを、車両データ２としての仮想エンジンの慣性モーメントＩe（図３参照）で除した値となる。なお、仮想エンジンを回すトルクは、加速時はエンジン出力トルクＴoからトルコン入力トルクＴinを差し引いた残留トルクであるが、減速時は駆動系から伝わるトルクとエンジンロストルクの差である。
【0062】
より具体的に、仮想エンジン回転数生成部１００は、上記ロックアップクラッチが締結されている場合は、以下の式（１０）を用いてエンジン回転数Ｎ’を算出する。
Ｎ’＝Ｖ’×Ｒ×６０／（ｒ×２π×３．６） …（１０）
Ｎ’＝Ｖ’×Ｒ×６０／（ｒ×２π×３．６） …（１０）
【0063】
これに対し、上記ロックアップクラッチが締結されておらず滑りがある場合、仮想エンジン回転数生成部１００は、以下の式（１１）を用いてエンジン回転数Ｎ’を算出する。なお、式（１１）において、「Ｔr」は変数データ１としてのエンジン残留トルク（図２参照）であり、「Ｔe」はステップＳ５で算出された仮想エンジンの出力トルクである。
Ｔr＝Ｔe－Ｔin
α＝Ｔr／Ｉe
Ｎ’＝Ｎ＋０．００１×Δｔ×α×６０／２π …（１１）
Ｔr＝Ｔe－Ｔin
α＝Ｔr／Ｉe
Ｎ’＝Ｎ＋０．００１×Δｔ×α×６０／２π …（１１）
【0064】
最後に、処理部１０の疑似エンジン音生成部１０１は、上記ステップＳ１０で算出された仮想エンジン車のエンジン回転数Ｎ’に相当する回転数データと、アクセル開度データＡＣにより示されるアクセル開度Ａpと、に基づいて、仮想エンジンの音に相当する音信号を例えば従来と同様の手法により擬似的に生成し、バス１２を介してスピーカ１４に出力する（ステップＳ１１）。このとき、上記エンジンの回転数Ｎ’は、上記ロックアップクラッチが締結されている場合におけるエンジン回転数Ｎ’（式（１０）参照）、又は上記ロックアップクラッチが締結されておらず滑りがある場合におけるエンジン回転数Ｎ’（式（１１）参照）のいずれかとなる。これにより、当該音信号は、仮想エンジンの音として、スピーカ１４を介して搭載電動車の車内にリアルタイムに出力される。
【0065】
その後処理部１０は、例えば目的地に到達した等の理由により搭載電動車に備えられた上記エンジンスタートスイッチがオフとされた否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の判定において、上記エンジンスタートスイッチがオフとされた場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、処理部１０は本実施形態の音信号生成処理を終了する。一方、ステップＳ１２の判定において、上記エンジンスタートスイッチがオフとされていない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、処理部１０は、上記ステップＳ４に戻って上述したステップＳ４乃至ステップＳ１２を繰り返す。
【0066】
ここで、上記ステップＳ４乃至上記ステップＳ１２を繰り返す周期は、上記計算サイクル時間Δｔ（例えば１０ミリ秒乃至２０ミリ秒程度）ごとの繰返し周期となるが、この繰返し周期は処理部１０を構成するＣＰＵ等のハードウェアの性能等に依存する。この場合、当該繰返し周期をあまり長く設定すると、仮想エンジンのエンジン回転数Ｎ’の変化が滑らかに感じられなくなるという問題が生じる。これに対し、当該繰返し周期を極端に短くすると上記ハードウェア等の処理負荷が高くなり、処理が追いつかないことで正しい処理が行われなくなることになる。
【0067】
以上説明したように、本実施形態の音信号生成処理によれば、仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’を、搭載電動車の車両走行速度Ｖmに基づいて補正し（図４ステップＳ８並びに図７及び図８参照）、その補正された車両走行速度Ｖ’に基づいて仮想エンジンのエンジン回転数Ｎ’を算出し、当該エンジン回転数Ｎ’及びアクセル開度Ａp（即ちアクセル操作量）に基づいて搭載電動車の走行状態に対応したエンジン音を擬似的に生成する。従って、搭載電動車の駆動源たるモータとエンジンとの間のトルク特性の相違による出力トルクの相違や加速度の相違、並びに道路勾配の影響による車両走行速度のずれが生じ得る場合でも、トルコンＡＴのエンジン車を走行させた場合とほぼ同じエンジン回転数を得ることができるため、例えば内燃式のエンジンを搭載しない電動車であっても、当該電動車の走行に連動した臨場感のあるエンジン音を疑似的に生成することができる。
【0068】
より具体的に、一般に車の車両走行速度は車軸の回転パルス信号から算出されるが、車軸はエンジンと比べて回転数が低くなっており、タイヤ一回転当たりのパルス数も少ないため、特に低速走行時には車両走行速度の更新周期が長くなり、搭乗者が滑らかに感じるエンジン回転数Ｎ’の変化を得ることが難しい。そのため、搭載電動車から取得する走行速度データＳＰのみに基づいて仮想エンジンのエンジン回転数Ｎ’を計算すると、臨場感のあるエンジン回転数の変化が得られない。そこで、本実施形態の音信号生成処理では、アクセル開度データＡＣに基づいて仮想エンジン車の走行シミユレーションを行うに当たり、処理部１０における処理能力とのバランスを取りつつ、仮想エンジン車を擬似的（模擬的）に再現した車両物理モデルを設定して臨場感のあるエンジン音を擬似的に生成することとしている。
【0069】
なお、本実施形態の音信号生成処理では、仮想エンジン車におけるブレーキに関する情報は使われていない。この点については、アクセル自体はブレーキによる制動時において閉じており、よってエンジン音としてはアクセルが開かれている場合よりも小さくて目立たないので、仮想エンジン車としての車両走行速度Ｖ’やエンジン回転数Ｎ’の追随性は、アクセルが開けられた加速時よりも厳密に考える必要はない。
【0070】
また、アクセル開度データＡＣの取得、走行速度データＳＰの取得、及び車両走行速度Ｖ’の補正が既定の周期ごとにそれぞれ行われるので（図４参照）、当該周期を処理部１０における処理負荷との関係で短く設定することで、精度のよいエンジン音を擬似的に生成することができる。
【0071】
更に、補正された車両走行速度Ｖ’と、既定の自動変速線図（図９参照）に基づく変速ギヤ比Ｒtnと、を少なくとも用いてエンジン回転数Ｎ’を算出するので、臨場感のある疑似的なエンジン音を、処理部１０の処理負荷を軽減しつつ生成することができる。より具体的に、図１０に例示するように、仮想エンジンのエンジン回転数Ｎ’を搭載電動車の車両走行速度Ｖmに単純比例させた場合には、例えば仮想エンジン車の発進時のエンジン回転数Ｎ’の変化を模擬することができないし、また変速ギヤの自動変速を模擬することもできないため、臨場感のあるエンジン音を出すことが難しい。これに対し、本実施形態の音信号生成処理によれば、図１０に二通りのアクセル開度Ａpについて例示するように、仮想エンジン車の発進時や変速ギヤの自動変速によるエンジン回転数Ｎ’の変化を模擬することができ、より臨場感のあるエンジン音を擬似的に生成することができる。
【0072】
更にまた、疑似エンジン音の生成に際して無視し得る道路の勾配の影響及び制動抵抗の影響を除外して仮想エンジン車の車両走行速度Ｖ’を算出するので、無視可能な要素の影響を除外することで、処理部１０の処理負担をより軽減しつつ、エンジン音を擬似的に生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【0073】
以上それぞれ説明したように、本発明は音信号生成装置の分野に利用することが可能であり、特に内燃式のエンジンのエンジン音を電動車内に出す音信号生成装置の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。
【符号の説明】
【0074】
１ 変数データ
２ 車両データ
１０ 処理部
１１ インターフェース
１２ バス
１３ Ｄ／Ａコンバータ
１４ スピーカ
１００ 仮想エンジン回転数生成部
１０１ 疑似エンジン音生成部
Ｓ 音信号生成装置
ＡＣ アクセル開度データ
ＤＢ データベース
ＳＰ 走行速度データ
２ 車両データ
１０ 処理部
１１ インターフェース
１２ バス
１３ Ｄ／Ａコンバータ
１４ スピーカ
１００ 仮想エンジン回転数生成部
１０１ 疑似エンジン音生成部
Ｓ 音信号生成装置
ＡＣ アクセル開度データ
ＤＢ データベース
ＳＰ 走行速度データ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
