JP5494159B2 - 車両駆動システムの暖機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータと変速機とを搭載し、変速機の潤滑油とモータとの間で熱交換を行う車両駆動システムの暖機制御装置に関する発明である。

車両に搭載された自動変速機等の変速機の暖機完了前は、変速機の潤滑油（作動油）の粘性が高くなって変速機の摩擦損失が増大するため、車両の動力伝達効率が低下する。
そこで、例えば、特許文献１（特開２００２−７０９９７号公報）に記載されているように、車両の運転中に温められた高温の潤滑油（作動油）を車両の運転停止時に蓄熱タンク内に蓄えておき、車両の運転開始時に蓄熱タンク内の高温の潤滑油を放出して変速機の暖機を早めるようにしたものがある。

また、特許文献２（特開２００９−３５０５３号公報）に記載されているように、車両の動力源としてモータを搭載し、変速機の潤滑油（作動油）をモータの冷却油としても使用するシステムにおいて、変速機の温度が所定値未満のときに、モータの駆動領域を拡大してモータの発熱量を増加させることで潤滑油の温度を上昇させて変速機の暖機を促進するようにしたものがある。

特開２００２−７０９９７号公報 特開２００９−３５０５３号公報

しかし、上記特許文献１の技術では、高温の潤滑油を蓄えるための蓄熱タンクを設ける必要があるため、駆動システムの低コスト化及び省スペース化の要求を満たすことができないという欠点がある。

また、車両の運転状態によってモータの指令トルクが変化するが、上記特許文献２の技術は、モータの駆動領域を拡大してモータの発熱量を増加させる技術であるため、例えば、モータの回転停止時（指令トルク＝０のとき）やモータの指令トルクが小さくてモータの消費電力が少ないときにはモータの発熱量を十分に増加させることができず、変速機の暖機を促進することができないという欠点がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、車両の運転状態（モータの指令トルク）に左右されずに変速機の暖機を促進することができると共に、低コスト化及び省スペース化の要求を満たすことができる車両駆動システムの暖機制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、モータと変速機とを搭載し、変速機の潤滑油とモータとの間で熱交換を行う車両駆動システムの暖機制御装置において、変速機を暖機する際にモータの指令トルクを増加させることなくモータのトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて該モータの発熱量を増加させることで潤滑油の温度を上昇させて変速機の暖機を促進する変速機早期暖機制御を実行する暖機制御手段を備えた構成としたものである。

本発明の変速機早期暖機制御では、モータの指令トルクを増加させることなくモータのトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて該モータの発熱量を増加させることができるため、モータの回転停止時（指令トルク＝０のとき）にはトルクを発生させずにモータを回転停止状態に維持したまま無効電力を増加させてモータの発熱量を増加させることができ、モータの回転駆動中にはトルクを指令トルクに維持したまま無効電力を増加させてモータの発熱量を増加させることができる。これにより、車両の運転状態（モータの指令トルク）に左右されずにモータの発熱量を確実に増加させて潤滑油の温度を早期に上昇させることが可能となり、車両の運転状態に左右されずに変速機の暖機を促進することができる。しかも、モータのトルクを指令トルクに維持することができるため、車両の運転に悪影響を及ぼすことなく変速機の暖機を促進することができる。また、高温の潤滑油を蓄えるための蓄熱タンク等を設ける必要がないため、駆動システムの低コスト化及び省スペース化の要求を満たすことができる。

ところで、モータの温度が高いときに、変速機早期暖機制御を実行してモータの発熱量を増加させると、モータが過熱状態になる可能性がある。
そこで、請求項２のように、モータの温度を検出又は推定するモータ温度判定手段を備え、このモータ温度判定手段で検出又は推定したモータの温度が所定値よりも高いときに変速機早期暖機制御を禁止するようにしても良い。このようにすれば、モータが過熱状態になるのを未然に防止することができる。

また、車両に搭載されたバッテリの供給可能電力が小さいときに、変速機早期暖機制御を実行してモータの無効電力を増加させると、モータや補機類（例えば、電動オイルポンプ、電動ウォータポンプ、電動エアコン、ヘッドライト等）の駆動電力が不足する可能性がある。

そこで、請求項３のように、車両に搭載されたバッテリの供給可能電力が所定値よりも小さいときに変速機早期暖機制御を禁止するようにしても良い。このようにすれば、モータや補機類の駆動電力を確実に確保することができる。この場合、所定値は、予め設定した固定値としても良いが、モータや補機類の要求電力に応じて所定値を変化させるようにしても良い。

また、請求項４のように、モータの回転停止時に変速機を暖機する際に指令トルクを０にしてモータを回転停止状態に維持しながら無効電力を増加させてモータの発熱量を増加させるようにすると良い。このようにすれば、モータの回転停止時（指令トルク＝０のとき）にはモータを回転停止状態に維持したままモータの発熱量を増加させることができる。

更に、請求項５のように、車両に搭載されたナビゲーションシステムで設定された目的地までの走行距離が所定値よりも短いときに変速機早期暖機制御を禁止するようにしても良い。つまり、目的地までの走行距離が所定値よりも短いときには、車両が早期に停車する可能性が高いため、変速機早期暖機制御を実行する必要がないと判断して、変速機早期暖機制御を禁止することで、変速機早期暖機制御を必要以上に実行することを回避して、消費電力を低減することができる。

また、請求項６のように、変速機早期暖機制御の際に、潤滑油の温度、モータの温度、バッテリの供給可能電力のうちの少なくとも１つに応じて無効電力の増加量を変化させるようにしても良い。このようにすれば、潤滑油の温度、モータの温度、バッテリの供給可能電力等に応じて無効電力の増加量を変化させてモータの発熱量を変化させることができ、潤滑油の温度、モータの温度、バッテリの供給可能電力等に応じてモータの発熱量を適正に制御することができる。

図１は本発明の一実施例におけるハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図２は変速機早期暖機制御を説明する図である。 図３は早期暖機制御禁止判定ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図４は早期暖機制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図５は変速機早期暖機制御の実行例を説明するタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド車の駆動システム全体の概略構成を説明する。
車両の動力源として、内燃機関であるエンジン１１と交流モータ１２とが搭載されている。エンジン１１の出力軸（クランク軸）の動力が後述するクラッチ１７及び交流モータ１２を介して油圧駆動式の変速機１３に伝達され、この変速機１３の出力軸の動力がデファレンシャルギヤ機構１４や車軸１５等を介して車輪１６に伝達される。変速機１３は、例えば、トルクコンバータと変速機構等により構成され、複数の変速段の中から変速段を段階的に切り換える有段変速機であっても良いし、無段階に変速するＣＶＴ（無段変速機）であっても良い。

また、エンジン１１の動力を車輪１６に伝達する動力伝達経路のうちのエンジン１１と変速機１３との間に、交流モータ１２の回転軸が動力伝達可能に連結され、更に、エンジン１１と交流モータ１２との間に、動力伝達を断続するための油圧駆動式のクラッチ１７が設けられている。交流モータ１２は、例えば、三相永久磁石式同期モータで永久磁石が内装されたものであり、この交流モータ１２を駆動するインバータ１８がバッテリ１９に接続され、交流モータ１２がインバータ１８を介してバッテリ１９と電力を授受するようになっている。

変速機１３の潤滑油（以下「ＡＴＦ」と表記する）は、変速機１３とクラッチ１７を作動させるための作動油として使用され、電動オイルポンプ２０により圧送されるＡＴＦが油圧制御回路２１を介して変速機１３とクラッチ１７に供給される。更に、ＡＴＦが循環するＡＴＦ循環回路には、ＡＴＦと交流モータ１２との間で熱交換する熱交換器（図示せず）が接続され、交流モータ１２の熱でＡＴＦを温める（ＡＴＦで交流モータ１２を冷却する）ことができるようになっている。

ＡＴＦの温度がＡＴＦ温度センサ２２によって検出されると共に、交流モータ１２の温度がモータ温度センサ２３（モータ温度判定手段）によって検出され、外気温センサ２４によって外気温が検出される。また、アクセルセンサ２５によってアクセル開度（アクセルペダルの操作量）が検出され、シフトスイッチ２６によってシフトレバーの操作位置が検出される。更に、ブレーキスイッチ２７によってブレーキ操作が検出され、車速センサ２８によって車速が検出される。

ハイブリッドＥＣＵ２９は、ハイブリッド車全体を総合的に制御するコンピュータであり、上述した各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。このハイブリッドＥＣＵ２９は、エンジン１１の運転を制御するエンジンＥＣＵ３０と、インバータ１８を制御して交流モータ１２の運転を制御するＭＧ−ＥＣＵ３１と、油圧制御回路２１を制御して変速機１３及びクラッチ１７の動作を制御するトランスミッションＥＣＵ３２との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各ＥＣＵ３０〜３２によって車両の運転状態に応じてエンジン１１と交流モータ１２と変速機１３とクラッチ１７を制御する。

また、ハイブリッドＥＣＵ２９（又はＭＧ−ＥＣＵ３１）は、後述する図３及び図４の早期暖機制御用の各ルーチンを実行することで特許請求の範囲でいう暖機制御手段として機能し、変速機１３を暖機する際に交流モータ１２の指令トルクを増加させることなく交流モータ１２のトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて交流モータ１２の発熱量を増加させることでＡＴＦの温度を上昇させて変速機１３の暖機を促進する変速機早期暖機制御を実行する。

具体的には、例えば、図２に示すように、交流モータ１２のロータの回転座標として設定したｄ−ｑ座標系において、通常制御時（変速機早期暖機制御を実行しないとき）には、交流モータ１２の指令トルクを実現するように、最大トルク／電流曲線（最も効率的にトルクを発生する電流を表す曲線）に沿って電流ベクトルを制御する。この通常制御時の電流ベクトルに対して、変速機早期暖機制御時には、交流モータ１２の指令トルクを実現する定トルク曲線（同一トルクを発生する電流を表す曲線）に沿って電流ベクトルを変化させることで、交流モータ１２のトルク発生に寄与しない無効電流（ｄ軸電流）を増加させるように電流ベクトルを補正する。これにより、交流モータ１２のトルク発生に寄与しない無効電力（つまり熱エネルギに変換される電力）を増加させることができ、その分、交流モータ１２の発熱量を増加させることができる。

この変速機早期暖機制御では、交流モータ１２のトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて交流モータ１２の発熱量を増加させることができるため、交流モータ１２の回転停止時（指令トルク＝０のとき）にはトルクを発生させずに交流モータ１２を回転停止状態に維持したまま交流モータ１２の発熱量を増加させることができ、交流モータ１２の回転駆動中にはトルクを指令トルクに維持したまま交流モータ１２の発熱量を増加させることができる。
以下、ハイブリッドＥＣＵ２９（又はＭＧ−ＥＣＵ３１）が実行する図３及び図４の早期暖機制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［早期暖機制御禁止判定ルーチン］
図３に示す早期暖機制御禁止判定ルーチンは、ハイブリッドＥＣＵ２９の電源オン直後（駆動システム起動直後）に実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、ナビゲーションシステム（図示せず）で設定された目的地までの走行距離が所定値Ｌ以上であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｌは、変速機早期暖機制御を実行した方が良いと考えられる走行距離の下限値（例えば３ｋｍ）に設定されている。

このステップ１０１で、目的地までの走行距離が所定値Ｌよりも短いと判定された場合には、車両が早期に停車する可能性が高いため、変速機早期暖機制御を実行する必要がないと判断して、ステップ１０３に進み、禁止フラグを変速機早期暖機制御の禁止を意味する「ＯＮ」にセットする。

一方、上記ステップ１０１で、目的地までの走行距離が所定値Ｌ以上であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、外気温が所定値Ｔ1 以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｔ1 は、変速機早期暖機制御を実行した方が良いと考えられる外気温の上限値（例えばＡＴＦの目標温度）に設定されている。

このステップ１０２で、外気温が所定値Ｔ1 よりも高いと判定された場合には、既にＡＴＦや変速機１３が外気によってある程度温められているため、変速機早期暖機制御を実行する必要がないと判断して、ステップ１０３に進み、禁止フラグを変速機早期暖機制御の禁止を意味する「ＯＮ」にセットする。

これに対して、上記ステップ１０１で目的地までの走行距離が所定値Ｌ以上であると判定され、且つ、上記ステップ１０２で外気温が所定値Ｔ1 以下であると判定された場合には、変速機早期暖機制御を禁止する必要がないと判断して、ステップ１０４に進み、禁止フラグを「ＯＦＦ」にセットする。

［早期暖機制御ルーチン］
図４に示す早期暖機制御ルーチンは、ハイブリッドＥＣＵ２９の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、禁止フラグがＯＦＦであるか否かを判定する。このステップ２０１で、禁止フラグがＯＮであると判定された場合には、ステップ２０８に進み、早期暖機制御フラグを「ＯＦＦ」にセットした後、ステップ２０９に進み、無効電力の目標増加量を「０」に設定して、変速機早期暖機制御を禁止する。

一方、上記ステップ２０１で、禁止フラグがＯＦＦであると判定された場合には、ステップ２０２に進み、ＡＴＦ温度センサ２２で検出したＡＴＦ温度（ＡＴＦの温度）が所定値Ｔ2 以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｔ2 は、変速機早期暖機制御を実行した方が良いと考えられるＡＴＦ温度の上限値（例えばＡＴＦの目標温度）に設定されている。

このステップ２０２で、ＡＴＦ温度が所定値Ｔ2 以下であると判定された場合には、ステップ２０３に進み、モータ温度センサ２３で検出したモータ温度（交流モータ１２の温度）が所定値Ｔ3 以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｔ3 は、交流モータ１２が過熱状態となる温度よりも少し低い温度（例えばモータ温度の許容上限値）に設定されている。

このステップ２０３で、モータ温度が所定値Ｔ3 以下であると判定された場合には、ステップ２０４に進み、バッテリ電力（バッテリ１９の供給可能電力）が所定値Ｐ以上であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｐは、変速機早期暖機制御の実行中に、交流モータ１２や補機類（例えば、電動オイルポンプ２０、電動ウォータポンプ、電動エアコン、ヘッドライト等）の駆動電力を確保するのに必要なバッテリ電力に設定されている。この場合、所定値Ｐは、予め設定した固定値としても良いが、交流モータ１２や補機類の要求電力に応じて所定値Ｐを変化させるようにしても良い。また、バッテリ電力（バッテリ１９の供給可能電力）は、例えば、バッテリ電圧、バッテリ残存容量、バッテリ温度等に基づいて算出する。

上記ステップ２０２〜２０４で全て「Ｙｅｓ」と判定された場合、つまり、上記ステップ２０２でＡＴＦ温度が所定値Ｔ2 以下であると判定され、且つ、上記ステップ２０３でモータ温度が所定値Ｔ3 以下であると判定され、且つ、上記ステップ２０４でバッテリ電力が所定値Ｐ以上であると判定された場合には、ステップ２０５に進み、早期暖機制御フラグを「ＯＮ」にセットする。

この後、ステップ２０６に進み、ＡＴＦ温度とモータ温度とバッテリ電力とに応じた無効電力の目標増加量をマップ又は数式等により算出する。この場合、無効電力の目標増加量のマップ又は数式等は、例えば、ＡＴＦ温度やモータ温度が高くなるほど目標増加量が減少し、また、バッテリ電力が小さくなるほど目標増加量が減少するように設定されている。これにより、ＡＴＦ温度とモータ温度とバッテリ電力とに応じて無効電力の目標増加量を変化させて交流モータ１２の発熱量を変化させる。

この後、ステップ２０７に進み、通常制御時の電流ベクトルに対して、無効電力が目標増加量だけ増加するように交流モータ１２の電流ベクトルを補正する（無効電流を増加させる）。これにより、交流モータ１２のトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて交流モータ１２の発熱量を増加させることでＡＴＦの温度を上昇させて変速機１３の暖機を促進する変速機早期暖機制御を実行する。

これに対して、上記ステップ２０２〜２０４のいずれかで「Ｎｏ」と判定された場合、つまり、上記ステップ２０２でＡＴＦ温度が所定値Ｔ2 よりも高いと判定された場合、又は、上記ステップ２０３でモータ温度が所定値Ｔ3 よりも高いと判定された場合、又は、上記ステップ２０４でバッテリ電力が所定値Ｐよりも小さいと判定された場合には、ステップ２０８に進み、早期暖機制御フラグを「ＯＦＦ」にセットした後、ステップ２０９に進み、無効電力の目標増加量を「０」に設定して、変速機早期暖機制御を禁止する。

以上説明した本実施例では、変速機１３を暖機する際に交流モータ１２のトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて交流モータ１２の発熱量を増加させることでＡＴＦの温度を上昇させて変速機１３の暖機を促進する変速機早期暖機制御を実行する。この変速機早期暖機制御では、交流モータ１２のトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて交流モータ１２の発熱量を増加させることができるため、交流モータ１２の回転停止時（指令トルク＝０のとき）にはトルクを発生させずに交流モータ１２を回転停止状態に維持したまま交流モータ１２の発熱量を増加させることができ、交流モータ１２の回転駆動中にはトルクを指令トルクに維持したまま交流モータ１２の発熱量を増加させることができる。これにより、図５に示すように、車両の運転状態（モータの指令トルク）に左右されずに交流モータ１２の発熱量を確実に増加させてＡＴＦ温度を従来よりも早期に上昇させることが可能となり、車両の運転状態に左右されずに変速機１３の暖機を促進することができる。しかも、交流モータ１２のトルクを指令トルクに維持することができるため、車両の運転に悪影響を及ぼすことなく変速機１３の暖機を促進することができる。また、高温のＡＴＦを蓄えるための蓄熱タンク等を設ける必要がないため、駆動システムの低コスト化及び省スペース化の要求を満たすことができる。

また、本実施例では、モータ温度（交流モータ１２の温度）が所定値Ｔ3 よりも高いと判定された場合に、変速機早期暖機制御を禁止するようにしたので、交流モータ１２が過熱状態になるのを未然に防止することができ、更に、バッテリ電力（バッテリ１９の供給可能電力）が所定値Ｐよりも小さいと判定された場合に、変速機早期暖機制御を禁止するようにしたので、交流モータ１２や補機類の駆動電力を確実に確保することができる。

また、本実施例では、外気温が所定値Ｔ1 よりも高いと判定された場合には、既にＡＴＦや変速機１３が外気によってある程度温められているため、変速機早期暖機制御を実行する必要がないと判断して、変速機早期暖機制御を禁止し、目的地までの走行距離が所定値Ｌよりも短いと判定された場合には、車両が早期に停車する可能性が高いため、変速機早期暖機制御を実行する必要がないと判断して、変速機早期暖機制御を禁止するようにしたので、変速機早期暖機制御を必要以上に実行することを回避して、消費電力を低減することができる。

また、本実施例では、変速機早期暖機制御の際に、ＡＴＦ温度とモータ温度とバッテリ電力とに応じて無効電力の目標増加量を変化させて交流モータ１２の発熱量を変化させるようにしたので、ＡＴＦ温度とモータ温度とバッテリ電力とに応じて交流モータ１２の発熱量を適正に制御することができる。

尚、上記実施例では、ＡＴＦ温度とモータ温度とバッテリ電力とに応じて無効電力の目標増加量を変化させるようにしたが、これに限定されず、ＡＴＦ温度とモータ温度とバッテリ電力のうちの２つ又は１つに応じて無効電力の目標増加量を変化させるようにしても良い。或は、無効電力の目標増加量を予め設定した固定値としても良い。

また、上記実施例では、モータ温度センサ２３でモータ温度（交流モータ１２の温度）を検出するようにしたが、これに限定されず、例えば、交流モータ１２の駆動電流、駆動電圧、駆動時間、外気温、車速等に基づいてモータ温度を推定するようにしても良い。

更に、上記実施例では、ＡＴＦ温度センサ２２でＡＴＦ温度（ＡＴＦの温度）を検出するようにしたが、これに限定されず、例えば、交流モータ１２の駆動電流、駆動電圧、駆動時間、外気温、車速等に基づいてＡＴＦ温度を推定するようにしても良い。

また、上記実施例では、エンジン１１の動力を車輪１６に伝達する動力伝達経路のうちのエンジン１１と変速機１３との間に交流モータ１２を配置したハイブリッド車に本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、エンジン１１の動力を車輪１６に伝達する動力伝達経路のうちの変速機１３と車輪１６との間に交流モータ１２を配置したハイブリッド車に本発明を適用したり、或は、エンジンと第１の交流モータと車輪の駆動軸とを動力分割機構（例えば遊星ギヤ機構）を介して連結すると共に第２の交流モータと車輪の駆動軸とを連結した方式のハイブリッド車に本発明を適用しても良く、この場合、動力分割機構が変速機に相当する。

更に、エンジンとモータの両方を動力源とするハイブリッド車に限定されず、モータのみを動力源とする電気自動車に本発明を適用しても良い等、モータと変速機とを搭載した車両であれば、種々の車両に本発明を適用して実施できる。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…交流モータ、１３…変速機、１７…クラッチ、１８…インバータ、１９…バッテリ、２２…ＡＴＦ温度センサ、２３…モータ温度センサ（モータ温度判定手段）、２４…外気温センサ、２９…ハイブリッドＥＣＵ（暖機制御手段）、３０…エンジンＥＣＵ、３１…ＭＧ−ＥＣＵ、３２…トランスミッションＥＣＵ

Claims (5)

1. モータと変速機とを搭載し、前記変速機の潤滑油と前記モータとの間で熱交換を行う車両駆動システムの暖機制御装置において、
   前記変速機を暖機する際に前記モータの指令トルクを増加させることなく前記モータのトルク発生に寄与しない無効電力を増加させて該モータの発熱量を増加させることで前記潤滑油の温度を上昇させて前記変速機の暖機を促進する変速機早期暖機制御を実行する暖機制御手段を備えていることを特徴とする車両駆動システムの暖機制御装置。
2. 前記モータの温度を検出又は推定するモータ温度判定手段を備え、
   前記暖機制御手段は、前記モータ温度判定手段で検出又は推定したモータの温度が所定値よりも高いときに前記変速機早期暖機制御を禁止する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システムの暖機制御装置。
3. 前記暖機制御手段は、車両に搭載されたバッテリの供給可能電力が所定値よりも小さいときに前記変速機早期暖機制御を禁止する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両駆動システムの暖機制御装置。
4. 前記暖機制御手段は、前記モータの回転停止時に前記変速機を暖機する際に前記指令トルクを０にして前記モータを回転停止状態に維持しながら前記無効電力を増加させて前記モータの発熱量を増加させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両駆動システムの暖機制御装置。
5. 前記暖機制御手段は、車両に搭載されたナビゲーションシステムで設定された目的地までの走行距離が所定値よりも短いときに前記変速機早期暖機制御を禁止する手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両駆動システムの暖機制御装置。

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