JP2010213461A - 車両用モータ温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動モータの冷却性能を車両の乗車重量に対応したものとすることで、実質燃費の向上等を図る。
【解決手段】車両用モータ温度制御装置は、駆動モータ（ＭＧ２）に冷却媒体を供給する供給手段（オイルポンプ１６）と、駆動モータの温度を検出する温度検出手段（モータ温度センサ２１）と、温度検出手段により検出された温度が閾値以上になった場合に、供給手段に前記駆動モータへの冷却媒体の供給を開始させる供給制御手段（ＣＰＵ１８及びＲＯＭ１９内のプログラム）と、記車両に積載された積載物の重量を判定する重量判定手段（シート人感センサ２２，重量センサ２３及びＲＯＭ１９内のプログラム）と、重量判定手段により判定された積載物の重量が小さいほど、供給制御手段における閾値が高くなるよう閾値を変更設定する閾値設定手段（ＣＰＵ１８及びＲＯＭ１９内のプログラム）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された駆動モータの温度制御を行う装置に関する。

一般に、自動車等の車両に搭載される駆動モータは、回転子（ロータ）と、その周囲に配設されステータコイルが巻き付けられたステータコアとを有しており、ステータコイルに通電して回転力を得るようになっている。そして、ロータ回転時にステータコイルに電流が流れると、ステータコアやステータコイルが発熱し、これが駆動モータの内部を貫通する磁束に影響を与え、ロータの回転効率を低下させてしまう。したがって、ロータの回転効率を維持するため、駆動モータを冷却する必要がある。

従来の冷却装置としては、駆動モータの温度が予め定められた温度以上であって、外気の温度が予め定められた温度以上である場合に、駆動モータに冷却媒体を供給するための電動オイルポンプを作動させるものが知られている。

また特許文献１に開示された技術では、車両が登坂路を走行しているか否かを判定し、登坂路を走行していると判定した場合に、モータの温度Ｔが温度Ｔ１以上であるときに、オイルクーラポンプの作動を開始させ、登坂路を走行していないと判定した 場合に、モータの温度Ｔが温度Ｔ１より高い温度Ｔ２以上であるときに、オイルクーラポンプの作動を開始させる。

特許文献２には、路面勾配、車両重量、乗員数、電動機の温度により、電動機の出力を制御することが開示されている。

特許文献３には、車両が積み荷を積載しているか否か、又は牽引物を牽引しているか否かを検知し、その検知結果に応じてモータの負荷を制限する開始温度を決定することが開示されている。

特開２００８−２７１７１２号公報 特開２００８−２３９０６３号公報 特開２００８−１６２３６７号公報

従来、駆動モータの過熱抑制制御（例えばオイルクーラポンプの作動）を開始する温度閾値は、開発目標において想定した積載重量（例えば３名乗車かつ車両オプションフル装備）に応じて決定されている。ところが、実際の使用現場では、積載重量がそのような想定値よりも少ない状況であることも少なくない。このように積載重量が想定値よりも少ない状況では、想定値に基づき定められた温度閾値に従って過熱抑制を行っていたのでは、実際は過熱していないにもかかわらず過熱抑制の制御が開始される場合がある。例えば、オイルクーラポンプの作動にはそのためのエネルギーが必要であるなど、過熱抑制を行うとエネルギー効率が下がるので、過熱していないにもかかわらず過熱抑制を行うと、燃費に悪影響を与える可能性がある。

また、車両の登坂性能を確保するには、登坂時の出力増大による駆動モータの過熱を抑制する必要があり、このためにオイルクーラポンプの作動などのように燃費に悪影響を与える過熱抑制制御を行うと、燃費が悪くなる可能性があった。

本発明の１つの側面では、車両に搭載された駆動モータの温度制御を行う車両用モータ温度制御装置であって、前記駆動モータに冷却媒体を供給する供給手段と、前記駆動モータの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が閾値以上になった場合に、前記供給手段に前記駆動モータへの冷却媒体の供給を開始させる供給制御手段と、前記車両に積載された積載物の重量を判定する重量判定手段と、前記重量判定手段により判定された前記積載物の重量が小さいほど、前記供給制御手段における前記閾値が高くなるよう前記閾値を変更設定する閾値設定手段と、を備える車両用モータ温度制御装置が提供される。

本発明の別の側面では、車両に搭載された駆動モータの温度制御を行う車両用モータ温度制御装置であって、前記駆動モータの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が閾値以上になった場合に、前記駆動モータの回生動作を制限する制御を行う回生制御手段と、前記車両に積載された積載物の重量を判定する重量判定手段と、前記重量判定手段により判定された前記積載物の重量が小さいほど、前記回生制御手段における前記閾値が高くなるよう前記閾値を変更設定する閾値設定手段と、を備える車両用モータ温度制御装置が提供される。

本発明によれば、冷却媒体供給などの駆動モータ過熱抑制制御による実質燃費の劣化を緩和することができる。

実施の形態に係る車両用モータ温度制御装置を搭載したハイブリッド自動車の概略構成を示す図である。 オイルポンプの駆動を開始する温度と乗車重量との関係の一例を示す図である。 実施の形態のオイルポンプ作動制御の一例の手順を示すフローチャートである。 回生動作の抑制制御を開始する温度と乗車重量との関係の一例を示す図である。 実施の形態の回生抑制制御の一例の手順を示すフローチャートである。

まず図１を参照して、実施の形態に係る車両用モータ温度制御装置を搭載したハイブリッド自動車の概略構成を説明する。

図１に示すように、ハイブリッド自動車１は、エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）３により運転制御されるエンジン２と、エンジン２のクランクシャフトにキャリアが接続されるとともに前輪の車軸に連結された駆動軸にリングギヤが接続された遊星歯車機構４と、遊星歯車機構４のサンギヤに回転軸が接続された 発電可能なモータＭＧ１と、駆動軸に回転軸が接続された発電可能なモータＭＧ２と、ラジエータ１１とこのラジエータ１１とエンジン２とを循環するよう接続する冷却水循環路１０に冷却水を循環させる冷却水ポンプ１２とを有するエンジン用冷却循環系９と、モータＭＧ１、ＭＧ２の潤滑と冷却とを行う潤滑冷却媒体としてのオイルを冷却するモータ用冷却循環系１３と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット１７とを備えている。なお、モータＭＧ１、ＭＧ２はモータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）５によりその駆動回路としてのインバータ６、７のスイッチング素子をスイッチング制御することによってバッテリ８の充放電を伴って駆動される。また、本実施形態では、モータＭＧ２を本発明の駆動モータとして説明する。

モータ用冷却循環系１３は、車両前方に配置されて外気との熱交換によりオイルを冷却するオイルクーラ１５と、このオイルクーラ１５に対してモータＭＧ１、ＭＧ２が並列に接続されるようオイルクーラ１５とモータＭＧ１、ＭＧ２とにオイルを循環させるオイル循環路１４と、モータＭＧ１、ＭＧ２からのオイルをオイルクーラ１５側に圧送することによりオイル循環路１４にオイルを循環させるオイルクーラポンプ１６とを有している。ここで、オイルクーラポンプ１６は、モータＭＧ２に冷却オイルを供給することになるため、本発明の供給手段を構成する。

ハイブリッド用電子制御ユニット１７は、ＣＰＵ１８を中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ１８の他に、処理プログラムなどを記憶するＲＯＭ１９や一時的にデータを記憶するＲＡＭ２０、図示しない入力ポート、出力ポートおよび通信ポートを有している。

また、ハイブリッド用電子制御ユニット１７には、モータ温度センサ２１、シート人感センサ２２及び車重センサ２３が接続されている。

モータ温度センサ２１は、モータＭＧ２に取り付けられ、モータＭＧ２の温度Ｔを検出し、検出した温度Ｔに応じた信号をハイブリッド用電子制御ユニット１７に出力するようになっている。すなわち、モータ温度センサ２１は、本発明の温度検出手段を構成する。

シート人感センサ２２は、車両内のシート（座席）ごとに、そのシートに人が着席しているか否かを検知する。シート人感センサ２１としては、例えば、シートベルト装着ランプ用センサを流用してもよい。また、シートの例えば座面に重量センサを設け、その重量センサにより着座している人の有無又はその人の重量を検知するようにしてもよい。

重量センサ２３は、車両の荷物室に積載された荷物の重量を検出するセンサである。例えば、この重量センサ２３は、例えば荷物室の床下に設ければよい。

ハイブリッド用電子制御ユニット１７のＣＰＵ１８は、ＲＯＭ１９に記憶された乗車重量判定プログラムを実行することで、シート人感センサ２２及び重量センサ２３の出力信号に基づき、車両内に積載された積載物（人及び荷物）の重量（乗車重量と呼ぶ）を判定する。例えば、シート人感センサ２２により人が着席していると判定されたシート数にあらかじめ定めた係数（例えば人一人の平均体重（例えば６０ｋｇ））を乗算し、その乗算結果に対し、重量センサ２３が検出した荷物室内の積載重量を加算したものを乗車重量として求める。シート人感センサ２２が各シートの着席者の重量を検知するものであれば、ＣＰＵ１８は、シート人感センサ２２が検出した各シートの重量と重量センサ２３が検出した荷物室内の積載重量とを加算することで乗車重量を求めればよい。

シート人感センサ２２及び重量センサ２３と、ＣＰＵ１８により実行される受御者重量判定プログラムとの組合せは、本発明の重量判定手段に該当する。なお、重量判定手段のためのセンサとしてシート人感センサ２２と重量センサ２３との組合せを用いるのはあくまで一例に過ぎない。例えば、車重を検出する車重センサが車両に搭載されているのであれば、その車重センサが求めた車重の値を、上述の乗車重量の代わりに用いてもよく、この場合はシート人感センサ２２や重量センサ２３は無くてもよい。

また、ハイブリッド用電子制御ユニット１７からは、オイルクーラポンプ１６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット１７は、エンジンＥＣＵ３やモータＥＣＵ５と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ３やモータＥＣＵ５と各種制御信号やデータ のやりとりを行なっている。

ハイブリッド用電子制御ユニット１７のＣＰＵ１８は、駆動モータＭＧ２の過熱抑制のための制御処理を実行する。この処理は、ＲＯＭ１９に記憶された処理プログラムをＣＰＵ１８が実行することにより実現される。

駆動モータの過熱抑制制御の基本的な流れは、モータ温度センサ２１により検知された温度Ｔが、あらかじめ設定されたポンプ駆動開始温度（閾値）Ｔh1以上になると、オイルクーラポンプ１６を作動させてモータＭＧ２等の冷却を開始させ、検知された温度Ｔが開始温度Ｔh1以下になるとオイルクーラポンプ１６を停止させるというものである。このような制御において、この実施の形態では、ポンプ駆動開始温度Ｔh1を、重量判定手段が求めた乗車重量（又は車重）に応じて変更設定する。

図２に、乗車重量の各値に対する適切なポンプ駆動開始温度を示すグラフ１００の一例を示す。このグラフ１００に示すように、この実施の形態では、乗車重量が大きくなるほど、ポンプ駆動開始温度は低くする。乗車重量が大きくなるほど、駆動モータに掛かる負荷は大きくなり、駆動モータが過熱しやすく（すなわち単位時間当たりの発熱が大きく）なるため、早めに冷却を開始するためである。乗車重量と適切なポンプ駆動開始温度との関係は、実験などによりあらかじめ定めておき、ＲＯＭ１９に記憶させておけばよい。図２では、その関係を示すグラフ１００を直線として示したが、これはあくまで便宜上のことにすぎない。

図３に、この実施の形態におけるオイルクーラポンプ作動制御の手順の一例を示す。この制御手順を表すプログラムが例えばＲＯＭ１９に記憶されており、ＣＰＵ１８がこのプログラムを実行する。

この手順では、ＣＰＵ１８は、シート人感センサ２２及び重量センサ２３の出力信号に基づき乗車重量ｗ1を判定し（Ｓ１０）、判定した乗車重量ｗ1に対応するポンプ駆動開始温度Ｔh1を、ＲＯＭ１９に記憶された乗車重量と適切なポンプ駆動開始温度との関係に基づき判定する（Ｓ１２）。次に、ＣＰＵ１８は、モータ温度センサ２１から駆動モータＭＧ２の温度Ｔを取得し、その温度Ｔを、ステップＳ１２で求められたポンプ駆動開始温度Ｔh1と比較する（Ｓ１４）。モータの温度ＴがＴh1以上であれば、ＣＰＵ１８はオイルクーラポンプ１６に駆動指示を送る（Ｓ１６）。これによりオイルクーラポンプ１６が作動し、駆動モータＭＧ２等がオイルにより冷却されることとなる。なお、ステップＳ１６の時点でポンプ１６が既に作動しているときは、ＣＰＵ１８はその作動状態を維持させる。

一方、ステップＳ１４の判定において、検出したモータの温度ＴがＴh1未満であれば、ＣＰＵ１８はオイルクーラポンプ１６に停止指示を送る（Ｓ１８）。これにより、オイルクーラポンプ１６は停止し、ポンプ１６によるエネルギー消費や騒音等の発生が止まる。なお、ステップＳ１８の時点でポンプ１６が既に停止しているときは、ＣＰＵ１８はその停止状態を維持させる。

以上に説明した図３の手順は、例えばあらかじめ定めた時間間隔ごとに実行すればよい。

以上に説明したオイルクーラポンプ作動制御のプログラム及びそれを実行するためのＣＰＵ１８（及びその実行のための作業領域として用いられるＲＡＭ１９）が、本発明における供給制御手段及び閾値設定手段に対応する。

なお、上述の例では、オイルクーラポンプ作動制御の処理の中で毎回乗車重量を判定したが、これは一例に過ぎない。オイルクーラポンプ作動制御と乗車重量判定は独立に行ってもよい。例えば、乗車重量判定（図２のステップＳ１０及びＳ１２）は、例えば乗車時（例えば車両のドアがすべて占められたことを検知した時点など）に１回だけ実行し、その後降車（例えば車両のドアが開いたことにより検知すればよい）が行われるまでは、乗車時に求めた乗車重量を用いてオイルクーラポンプ作動制御を行えばよい。

以上に説明したように、この実施の形態では、乗車重量が小さくなるほどポンプ駆動開始温度を高くすることで、乗車重量が従来の開発時の想定重量よりも小さいときはオイルクーラポンプ１６の作動が従来よりも抑制される。オイルクーラポンプ１６の作動のためにはエネルギーが必要であり、また作動により騒音や振動が生じるので、その作動を抑制することで実質燃費が向上し、また騒音等が小さくなる。また、この実施の形態では、乗車重量が大きくなるほどポンプ駆動開始温度を低くすることで、乗車重量が大きいとき（すなわち駆動モータの負荷が大きくなるとき）でも必要な冷却能力を確保することができる。したがって、登坂時の高負荷でも駆動モータを過熱させずに動作させることができ、良好な登坂能力を確保できる。このように、この実施の形態によれば、必要な登坂能力を確保しつつも、オイルクーラポンプ１６の作動による実用燃費劣化や騒音・振動を抑制することができる。

以上の例は、駆動モータの過熱抑制のための手段として、オイルクーラポンプ１６の作動を制御する場合を例に取った。しかし、過熱抑制の手段としては、この他にも駆動モータの回生動作の抑制が知られており、この手段を用いる場合にも、同様の閾値制御が可能である。

すなわち、この場合の駆動モータの過熱抑制制御の基本的な流れは、モータ温度センサ２１により検知された温度Ｔが、あらかじめ設定された回生抑制制御開始温度（閾値）Ｔh2以上になると、駆動モータＭＧ２等の回生動作の抑制（例えば禁止）を開始させ、検知された温度Ｔが開始温度Ｔh2以下になると駆動モータＭＧ２等の回生動作の抑制を解除（すなわち回生動作を許可）するというものである。このような制御において、この実施の形態では、開始温度Ｔh2を、重量判定手段が求めた乗車重量（又は車重）に応じて変更設定する。

図４に、乗車重量の各値に対する適切な回生抑制制御開始温度を示すグラフ１２０の一例を示す。このグラフ１２０に示すように、この実施の形態では、乗車重量が大きくなるほど、回生抑制制御開始温度は低くする。モータは、電力を供給され力行する場合のみならず、回生運転により電力を出力する場合にも発熱する。したがって、乗車重量が大きくなって駆動モータが過熱しやすくなるほど、回生動作による更なる発熱の抑制を早めに開始するのである。乗車重量と適切な回生抑制制御開始温度との関係は、実験などによりあらかじめ定めておき、ＲＯＭ１９に記憶させておけばよい。図４では、その関係を示すグラフ１２０を直線として示したが、これはあくまで便宜上のことにすぎない。

図５に、この実施の形態における回生抑制制御の手順の一例を示す。この制御手順を表すプログラムが例えばＲＯＭ１９に記憶されており、ＣＰＵ１８がこのプログラムを実行する。

この手順では、ＣＰＵ１８は、シート人感センサ２２及び重量センサ２３の出力信号に基づき乗車重量ｗ2を判定し（Ｓ２０）、判定した乗車重量ｗ2に対応する回生抑制制御開始温度Ｔh2を、ＲＯＭ１９に記憶された乗車重量と適切な回生抑制制御開始温度との関係に基づき判定する（Ｓ２２）。次に、ＣＰＵ１８は、モータ温度センサ２１から駆動モータＭＧ２の温度Ｔを取得し、その温度Ｔを、ステップＳ２２で求められた回生抑制制御開始温度Ｔh2と比較する（Ｓ２４）。駆動モータの温度ＴがＴh2以上であれば、ＣＰＵ１８はモータＥＣＵ５に対し駆動モータの回生動作の抑制を指示する（Ｓ２６）。これによりモータＥＣＵ５は、駆動モータＭＧ２等の回生動作を抑制する。回生動作の抑制方式は、従来と同様でよい。例えば、回生動作を完全に禁止してもよいし、許容する回生出力又は回生トルクの上限値を（非抑制時よりも）低くしてもよい。また後者の場合において、駆動モータの温度Ｔが高くなるほど、許容する回生出力又はトルクの上限値を低くしてもよい。なお、ステップＳ２６の時点で既に回生動作が抑制されているときは、ＣＰＵ１８はその抑制状態を維持させる。

一方、ステップＳ２４の判定において、検出したモータの温度ＴがＴh2未満であれば、ＣＰＵ１８はモータＥＣＵ５に対し回生動作の抑制解除指示を送る（Ｓ２８）。これにより、駆動モータの回生動作が抑制されない状態となり、回生トルクによるエネルギー消費が低減される。なお、ステップＳ２８の時点で既に回生動作の抑制が解除されているときは、ＣＰＵ１８はその解錠状態を維持させる。

以上に説明した図５の手順は、例えばあらかじめ定めた時間間隔ごとに実行すればよい。

以上に説明した回生抑制制御のプログラム及びそれを実行するためのＣＰＵ１８（及びその実行のための作業領域として用いられるＲＡＭ１９）が、本発明における回生制御手段及び閾値設定手段に対応する。

なお、上述の例では、回生抑制制御の処理の中で毎回乗車重量を判定したが、これは一例に過ぎない。図３の例と同様、回生抑制制御と乗車重量判定は独立に行ってもよい。

以上に説明したように、この例では、乗車重量が小さくなるほど回生抑制制御の開始温度を高くすることで、乗車重量が従来の開発時の想定重量よりも小さいときは回生抑制制御の開始温度が従来よりも高くなるので、回生抑制制御が行われにくくなる。回生動作を行うと、車両の運動エネルギーを電気に変換して蓄積し再利用することができる。したがって、回生動作（或いは回生出力又はトルク）の抑制を開始する温度を高めて回生動作が抑制されにくくすることで、実質燃費が向上する。また、この例では、乗車重量が大きくなるほど回生抑制制御の開始温度を低くすることで、乗車重量が大きいときでも必要な冷却能力を確保することができる。したがって、登坂時の高負荷でも駆動モータを過熱させずに動作させることができ、良好な登坂能力を確保できる。このように、この実施の形態によれば、必要な登坂能力を確保しつつも、実用燃費の劣化を抑制することができる。

以上に説明した各例における駆動モータの過熱抑制制御（オイルクーラポンプ作動制御又は回生抑制制御）の手順（図３又は図５）は一例に過ぎず、本発明の範囲内で様々な変更が可能である。例えば、例えば、特許文献１に示されるように、車両が登坂走行中か否かをジャイロセンサや勾配センサなどにより判定し、その判定結果に応じて、過熱抑制制御の開始を判定する温度の閾値（Ｔh1又はＴh2）を変えてもよい。すなわち、登坂走行中の場合の閾値を登坂走行中でない場合の閾値よりも低い値とするなどである。この場合、例えば、図２又は図４に示す乗車重量と開始温度（閾値）との対応関係の情報を、登坂走行時と非登坂走行時とでそれぞれ別々に用意しておき、登坂走行時か否かに応じて適切な対応関係を用いて開始温度を判定すればよい。

１ ハイブリッド自動車、１６ オイルクーラポンプ、１７ ハイブリッド用電子制御ユニット、１８ ＣＰＵ、２１ モータ温度センサ、２２ シート人感センサ、２３ 重量センサ。

Claims (2)

1. 車両に搭載された駆動モータの温度制御を行う車両用モータ温度制御装置であって、
   前記駆動モータに冷却媒体を供給する供給手段と、
   前記駆動モータの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された温度が閾値以上になった場合に、前記供給手段に前記駆動モータへの冷却媒体の供給を開始させる供給制御手段と、
   前記車両に積載された積載物の重量を判定する重量判定手段と、
   前記重量判定手段により判定された前記積載物の重量が小さいほど、前記供給制御手段における前記閾値が高くなるよう前記閾値を変更設定する閾値設定手段と、
   を備える車両用モータ温度制御装置。
2. 車両に搭載された駆動モータの温度制御を行う車両用モータ温度制御装置であって、
   前記駆動モータの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された温度が閾値以上になった場合に、前記駆動モータの回生動作を制限する制御を行う回生制御手段と、
   前記車両に積載された積載物の重量を判定する重量判定手段と、
   前記重量判定手段により判定された前記積載物の重量が小さいほど、前記回生制御手段における前記閾値が高くなるよう前記閾値を変更設定する閾値設定手段と、
   を備える車両用モータ温度制御装置。

Images