JP6088170B2 - 車両用電動オイルポンプの制御装置 - Google Patents
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特許文献2には、供給電流に基づくモータの発熱量、及び、発熱量の積算値と周囲温度との差に基づく放熱量から温度推定値を求め、温度推定値に応じて電流上限値を設定してモータの通電を制限する、過熱保護装置が開示されている。
図1は、車両用電動オイルポンプの制御装置の一例として、車両用変速機への適用例を示す。
図1において、変速機1は、エンジン(内燃機関)の出力回転を減速するための機構であり、エンジンが搭載される車両は、例えば、エンジンと共にモータを備え、停車時や発進時にエンジンを停止させるハイブリッド車両である。
電動オイルポンプ2は、3相DCブラシレスモータなどの電動モータ21によってベーンポンプなどのポンプ部22を回転駆動する流体ポンプである。
電動モータ21への通電は、駆動回路3によって調整され、駆動回路3は、ポンプ駆動コンピュータ(第2ユニット)4が出力する操作量に応じて動作する。
目標値は、例えば、目標モータ回転数(rpm)や目標モータ電流などであり、制御量は、実際のモータ回転数(rpm)や実際のモータ電流などであり、ポンプ駆動コンピュータ4は、制御量を検出する機能を有している。
メインコンピュータ5の目標値演算部51は、車両の運転条件を検出する各種センサからの信号などを入力し、これら信号に基づいて、電動オイルポンプ2を駆動する電動モータ21の回転数rpm(又はモータ電流)の目標値を演算し、この目標値を指示する信号SIGを、ポンプ駆動コンピュータ4側に第1信号ラインSL1を介して送信する。
前記クラッチとは、変速機1に含まれる動力伝達用のクラッチであり、このクラッチの締結力を、電動オイルポンプ2から供給されるオイルで制御する場合に、目標値演算部51は、前述のクラッチの伝達トルク信号、クラッチスリップ回転数信号などを入力する。
また、メインコンピュータ5は、目標値演算部51の他、回転数/故障情報判断部52、回転数演算部53、診断/保護制御部54を備えている。
そして、回転数/故障情報判断部52は、回転数情報を回転数演算部53に送り、回転数演算部53は、モータ回転数(rpm)を演算する。また、回転数/故障情報判断部52は、故障情報を診断/保護制御部54に送り、診断/保護制御部54は、故障の有無の診断や、診断結果に応じたフェイルセーフ制御などを実行する。
モータ回転数演算部42は、電動モータ21が備える回転センサから出力されるパルス信号を入力し、前記パルス信号の周波数を計測することで、電動モータ21(電動オイルポンプ2)の回転数(rpm)を検出し、このモータ回転数の情報を、モータ操作量演算部41及び回転数/故障情報送信部45に出力する。
モータ操作量演算部41は、メインコンピュータ5が演算した目標値(目標モータ回転数又は目標モータ電流)、モータ回転数演算部42が検出したモータ回転数、及び、モータ電流検出部43が検出したモータ電流を入力し、これらに基づいて電動モータ21の操作量を演算して、駆動回路3に出力する。
電動モータ21の操作量とは、例えば、デューティ制御におけるデューティ比である。
例えば、目標値が目標モータ回転数であれば、モータ操作量演算部41は、モータ回転数演算部42が検出した実際のモータ回転数(rpm)が目標モータ回転数(rpm)に近づくように、目標モータ回転数と実モータ回転数との偏差に応じて駆動回路3に出力する駆動信号のデューティ比を変更する。
また、メインコンピュータ5の目標値演算部51は、電動モータ21(電動オイルポンプ2)の動作期間においては、電動モータ21の目標値を、第1信号ラインSL1を介してポンプ駆動コンピュータ4のモータ操作量演算部41に出力するが、電動モータ21の停止期間においては、目標値に替えてオイル温度TF(オイル温度検出値)の信号を、同じく第1信号ラインSL1を介してポンプ駆動コンピュータ4のモータ操作量演算部41に出力する。
オイル温度TFに応じた電流上限値は、当該電流上限値の電流で電動モータ21を駆動し続けても、電動モータ21や駆動回路3などの温度が熱寿命限界(許容最大温度)を超える温度にならないような電流値として、予め実験やシミュレーションに基づき設定される。
上記のPWM通信の一例として、図3(A),(B)に示すように、目標値演算部51が第1信号ラインSL1を介してモータ操作量演算部41に向けて送信するパルス信号SIGの周波数fを固定とし、前記パルス信号SIGのデューティ比Dを、目標値、オイル温度TFに応じて変更することができる。
ここで、デューティ比が目標値を示すのか、オイル温度TFを示すのかは、パルス信号SIGの周波数fの固定値を異ならせることで判別できるようにする。
そして、パルス信号SIGを受信するモータ操作量演算部41では、パルス信号SIGの周波数fを計測し、計測した周波数fがf1であれば、目標値が送信されている状態であって、デューティ比Dの違いが目標値を示すものと判断し、計測した周波数fがf2であれば、オイル温度TFが送信されている状態であって、デューティ比Dの違いがオイル温度TFを示すものと判断する。
そして、パルス信号SIGの周波数fがf2からf1に切り替わると、電動モータ21の駆動指令と見做し、パルス信号SIGのデューティ比Dから目標値を判断し、係る目標値に制御量が近づくように、電動モータ21の駆動回路3に送る駆動信号のデューティ比を変更する。
パルス信号SIGのデューティ比Dを固定する場合には、目標値とオイル温度TFとのいずれを送信するかで、デューティ比Dの固定値を異ならせるようにする。即ち、目標値を送信する場合には、図4(A)に示すように、デューティ比DをD1に固定し、目標値に応じて周波数fを変更する。一方、オイル温度TFを送信する場合には、図4(B)に示すように、デューティ比DをD2(D1≠D2)に固定し、オイル温度TFに応じて周波数fを変更する。
従って、メインコンピュータ5及びポンプ駆動コンピュータ4がそれぞれにオイル温度TFを検出する温度センサを備える場合に比べて、温度センサの数及び温度センサ用のハーネスの数を少なくでき、また、1本の信号ラインSL1を共用して目標値とオイル温度TFとを送信できるので、メインコンピュータ5とポンプ駆動コンピュータ4とを結ぶ信号ラインSL(ハーネス)の数を可及的に少なくできる。
また、電流積算値に応じて操作量を制限する場合、ポンプ停止に伴い電流積算値がリセットされるため、ポンプを停止させた後、オイル温度が下がりきらない状態で再起動させると、実際のオイル温度に対して電流上限値が過剰に高い値に設定され、高い電流が許容されることでモータや駆動回路などを過熱させてしまう可能性がある。
更に、温度推定値に基づきモータ電流を制限する場合、温度推定値の精度が低く、実際よりも低い温度を推定すると、過剰に高い電流を許容することになり、逆に、実際よりも高い温度を推定すると、過剰に低く電流を制限してしまうことになってしまうが、上記のように、オイル温度センサ6の検出結果に基づいて操作量を制限する構成では、電流を過不足なく制限することができる。
図5のフローチャートに示すルーチンは、ポンプ駆動コンピュータ4において所定微小時間毎に実行される、モータ操作量演算部41における処理内容を示す。
経過時間INITTMRは、電動モータ21(電動オイルポンプ2)の停止期間において零にリセットされ、電動モータ21(電動オイルポンプ2)の駆動期間においては本ルーチンの実行周期毎に一定値だけ増大される。
ステップS103では、起動後の経過時間INITTMRが設定時間t1を超えたか否かを判断し、経過時間INITTMRが設定時間t1以内であって電動オイルポンプ2の起動時である場合には、ステップS104へ進む。
ここで、オフセット時間LIMOFSTTIM(秒)は、図6に示すように、オイル温度TFが規定の初期オイル温度である場合に零に設定され、オイル温度TFが規定の初期オイル温度よりも高くなるほどより長い時間に設定される。
一方、ステップS103において、経過時間INITTMRが設定時間t1を超えていて、電流制限タイマLIMCURCNTの初期値が設定済であると判断される場合には、ステップS106へ進み、電流制限タイマLIMCURCNTを前回値に対して設定値だけ増大させる、電流制限タイマLIMCURCNTの更新を行う。
そして、ステップS105又はステップS106の次には、ステップS107へ進み、電流制限タイマLIMCURCNTに基づいて電流上限値(制限電流)ECMAXを設定する。
電流制限タイマLIMCURCNTと電流上限値ECMAXとの相関は、規定の初期オイル温度(極低温)で起動させた場合の時間経過に伴うオイル温度の上昇特性と、オイル温度毎の電流上限値ECMAXとに基づき予め設定されている。
ここで、電動モータ21(電動オイルポンプ2)の停止期間においてメインコンピュータ5から送信されたオイル温度TFが実際の初期オイル温度となり、この実際の初期オイル温度が規定の初期オイル温度よりも高い場合、実際の経過時間INITTMRに基づき前記テーブルを参照して電流上限値ECMAXを決定すると、実際よりも低いオイル温度に適合する電流上限値ECMAXが設定されることになる。
そこで、規定の初期オイル温度で起動した場合に実際の初期オイル温度に到達すると見込まれるタイミングを、起動開始時に前記テーブルを参照して電流上限値ECMAXを決定するためのタイミングとするために、ステップS104でオイル温度TFに基づき電流制限のオフセット時間LIMOFSTTIMを決定し、ステップS105では、前記テーブルの参照するときの電流制限タイマLIMCURCNTの値を、実際の初期オイル温度が高いほど、より遅れた時期にオフセットさせるようにしてある。
一方、規定の初期オイル温度でよりも高いオイル温度でポンプを起動させる場合には、規定の初期オイル温度よりも実際の初期オイル温度が高いほど、オフセット時間LIMOFSTTIMを長くして、起動からの実際の経過時間にオフセット時間LIMOFSTTIMを加算した時間である電流制限タイマLIMCURCNTに基づきテーブルを参照し、電流上限値ECMAXを設定させることで、実際の初期オイル温度が高いほど、起動からの経過時間が同じでもより低い電流上限値ECMAXを設定させるようにしてある。
ステップS107で電流上限値ECMAXを設定すると、ステップS108では、電流上限値ECMAXとモータ電流検出部43で検出した実際の電流とを比較することで、電流制限処理の要否を示す電流制限フラグの設定を行う。
ステップS109では、電流制限フラグの判別を行い、電流制限フラグが零であれば、ステップS110へ進む。
一方、ステップS109で、電流制限フラグが1であると判別すると、ステップS111へ進む。
これによって、温度が熱寿命限界(許容最大温度)を超えるような電流が電動モータ21に流れる状態を抑制でき、駆動回路3や電動モータ21の熱劣化、熱損傷の発生を抑制できる。
図8のフローチャートに示すルーチンは、ポンプ駆動コンピュータ4において所定微小時間毎に実行され、まず、ステップS201(モータ操作量演算部41)では、パルス信号SIGのデューティ比Dを検出することで、指示された目標値(目標モータ回転数、目標モータ電流)を特定する。
そして、ステップS203(自己診断部44)では、モータ電流、モータ回転数、目標値、電源電圧などから、電動モータ21の駆動における故障(異常)の有無を診断する。
ステップS204では、故障の発生が診断されたか否かを判断する。
また、電流電源フラグが零である非電流制限状態では、ステップS207へ進み、ポンプ駆動コンピュータ4からメインコンピュータ5の回転数/故障情報判断部52bに出力するパルス信号STATEのデューティ比Dとして、予め設定されたデューティ比D1(D1≠D2)を設定する。
即ち、故障がない場合には、電流制限を行っているか否かに応じてデューティ比DをD1又はD2とし、このデューティ比Dのパルス信号STATEの周波数fを、そのときのモータ回転数に対応する周波数fとして、メインコンピュータ5の回転数/故障情報判断部52bに出力する。
一方、ステップS204で故障の発生が診断されていると判断すると、ステップS209へ進み、パルス信号STATEのデューティ比DをD3(D1≠D3、かつ、D2≠D3)に設定する。
図9(B)は、故障発生時におけるパルス信号STATEの特性を示し、デューティ比DがD3であるときに、規定範囲内の周波数fは、特定の故障情報に対応している。
上記のステップS204〜ステップS211の処理は、回転数/故障情報送信部45の機能を示す。
また、回転数/故障情報判断部52は、パルス信号STATEのデューティ比DがD3であれば、電動モータ21の駆動において何らかの故障が発生しているものと判断し、更に、周波数fから故障状態を判別する。
また、パルス信号STATEのデューティ比Dを、電流制限の有無及び故障の有無に応じて切り替える代わりに、図10に示すように、パルス信号STATEの周波数fを、電流制限の有無及び故障の有無に応じて切り替えて、デューティ比Dによってモータ回転数や故障情報を指示するようにできる。
図10(B)は、故障発生時におけるパルス信号STATEの特性を示し、周波数fがf3(f1≠f3、かつ、f2≠f3)であることで故障診断されていることを指示し、また、規定範囲内のデューティ比Dは、特定の故障情報に対応している。
ポンプ駆動コンピュータ4から送信されるパルス信号STATEは、回転/状態信号入力部52aに入力され、ここで、パルス信号STATEのデューティ比D及び周波数fが計測される。
上記の回転/状態信号入力部52a及び異常/電流制限受付部52bが、図2における回転数/故障情報判断部52を構成する。
電動オイルポンプ作動指令部54aは、正常状態又は電流制限状態においては、電動オイルポンプ2の作動許可を要求回転数演算部51aに出力し、故障状態においては、電動オイルポンプ2の作動停止指示を要求回転数演算部51aに出力する。
電流制限状態では、ポンプ流量(オイル吐出量)が要求よりも低下し、潤滑や冷却用としてのオイルを電動オイルポンプ2で供給する場合には、過熱や潤滑不良が生じてしまう可能性がある。そこで、保護制御部54bは、電流制限状態において、そのときの実際のポンプ流量(実際のオイル吐出量、実際のモータ回転数)で、過熱や潤滑不良の発生を抑制できる程度に、エンジントルクの上限を設定し、エンジントルク(変速機1の入力トルク)を上限トルク以下に制限するフェイルセーフ処理を実施する。
また、故障状態において、保護制御部54bは、例えば、変速機1を介した動力伝達(クラッチ締結)を禁止したり、エンジンを停止したりする、フェイルセーフ処理を実施する。
電動オイルポンプ冷却量演算部51cは、ポンプ流量を入力し、このポンプ流量からオイルによる冷却量(吸熱量)を演算する。
そして、要求回転数演算部51aは、電動オイルポンプ作動指令部54aから作動許可が指示されていれば、冷却量(吸熱量)と発熱量とから要求されるポンプ流量に見合った目標モータ回転数(又は、目標モータ電流)を演算する。また、要求回転数演算部51aは、故障状態において、電動オイルポンプ2の動作を停止させるべく、目標モータ回転数(又は、目標モータ電流)を零に設定する。
上記の要求回転数演算部51a、ポンプ流量演算部51b、電動オイルポンプ冷却量演算部51c、オイル供給先発熱量演算部51d、要求回転数出力部51eによって、目標値演算部51が構成される。
図12のフローチャートは、メインコンピュータ5における処理のメインルーチンを示し、このメインルーチンは、メインコンピュータ5において所定微小時間毎に実行される。
ステップS302(異常/電流制限受付部52b)では、パルス信号STATEのデューティ比D及び周波数fの解析によって、電動モータ21の駆動状態を判別する。
故障がなく、かつ、電流制限が行われていない正常状態では、ステップS304(目標演算部51、診断/保護制御部54)へ進み、目標値の演算処理として正常状態に対応する処理(正常回転時処理)を実施する。
更に、何らかの故障の発生が診断されている故障状態では、ステップS306(目標演算部51、診断/保護制御部54)へ進み、目標値の演算処理として故障状態に対応する処理(フェール時処理)を実施する。
図13のフローチャートは、正常状態で実施されるステップS304の処理(正常回転時処理)の一例を示す。
ステップS402(ポンプ流量演算部51b)では、モータ回転数から電動オイルポンプ2におけるポンプ流量を演算する。
そして、ステップS405(要求回転数演算部51a)では、冷却量(放熱量)と発熱量とから、オイル供給先(冷却対象物)の冷却に必要なオイル流量を演算する。
この図14のフローチャートにおいて、まず、ステップS501(保護制御部54b)では、電流制限状態であることを示す異常ブラグをセットし、かつ、電流の増大が制限されることでオイル流量が要求よりも低下するので、オイル供給先(冷却対象物)の発熱量(換言すれば、必要オイル流量)を抑制するための走行制限処理(例えば、エンジントルクの増大を制限する処理)を実施する。
以下ステップS502〜ステップS508では、ステップS401〜ステップS407と同様にして、目標モータ回転数を演算して出力する。
この図15のフローチャートにおいて、まず、ステップS601(保護制御部54b)では、故障状態であることを示す異常ブラグをセットし、かつ、電動オイルポンプ2からのオイル供給を止めることで、オイル供給による冷却ができなくなるので、ステップS501での制限よりもより厳しい走行制限処理(例えば、エンジン停止や、変速機1におけるクラッチ締結禁止など)を実施する。
ステップS604では、ステップS403と同様にして冷却量を演算し、ステップS605では、ステップS404と同様にして発熱量を演算する。
そして、ステップS606では、目標モータ回転数に零(回転停止)を設定し、ステップS607では、目標モータ回転数=0(電動オイルポンプ2の停止)を指示するパルス信号SIGを、ポンプ駆動コンピュータ4に向けて出力する。
また、ポンプ駆動コンピュータ4は、電動オイルポンプ2の停止期間において入力したオイル温度TFを初期値とし、その後の冷却量、発熱量などの条件から、オイル温度TFの変化を推定することができる。
また、ポンプ駆動コンピュータ4、駆動回路3、電動オイルポンプ2などを一体的に設けることができる。
また、変速機1にオイルを供給するオイルポンプとして、電動オイルポンプ2と共に、エンジンで駆動されるオイルポンプを備えることができる。
(イ)前記電動オイルポンプは、ハイブリッド車両における変速機に対してオイルを供給する、請求項1〜3のいずれか1つに記載の車両用電動オイルポンプの制御装置。
上記発明によると、ハイブリッド車両の変速機にオイルを供給する電動オイルポンプにおいて、コストアップやレイアウト性の悪化を抑制しつつ、オイル温度の検出値に基づき電動オイルポンプを高精度に制御できる。
上記発明によると、第1ユニットが、電動オイルポンプの回転数及び故障情報との少なくとも一方を入力することで、第2ユニットに出力する目標値を適切に設定できる。
上記発明によると、1つの信号ラインを用いて、前記電動オイルポンプの回転数の情報及び故障情報を送信することができる。
上記発明によると、オイル温度によって熱寿命限界を超える温度となる操作量が異なるので、オイル温度に応じて設定した上限値を電流などの制御量が超えないように、操作量を制限することで、熱寿命限界を超える温度となることを抑制しつつ、操作量が過剰に制限されることを抑制できる。
前記第1ユニットは、前記操作量を制限している場合に車両の走行を制限する、請求項(ニ)記載の車両用電動オイルポンプの制御装置。
上記発明によると、操作量の制限によってポンプ流量(オイル流量)が要求よりも低下する場合に、低下したオイル流量でも熱寿命限界を超える温度にならないように、エンジントルクの増大を制限するなどして、車両の走行を制限する。
Claims (3)
- 車両用の電動オイルポンプの制御目標値を出力するユニットであって、前記電動オイルポンプの停止期間においてオイル温度の検出値を出力する第1ユニットと、
前記第1ユニットが出力する前記制御目標値及びオイル温度の検出値を入力し、前記電動オイルポンプの操作量を出力する第2ユニットと、
を備え、
前記第2ユニットは、前記電動オイルポンプを駆動する電動モータの電流が、前記電動オイルポンプの停止期間において入力したオイル温度の検出値及び前記電動オイルポンプを起動させてからの経過時間に応じた電流上限値を上回らないように、前記電動オイルポンプの操作量を制限する、車両用電動オイルポンプの制御装置。 - 前記第1ユニットは、前記電動オイルポンプの停止期間では前記制御目標値に替えてオイル温度の検出値を出力し、前記電動オイルポンプの動作期間では前記オイル温度の検出値に替えて前記制御目標値を出力し、
前記第2ユニットは、前記第1ユニットが前記オイル温度の検出値を出力するときに、前記電動オイルポンプへの通電を遮断して動作を停止させる、請求項1記載の車両用電動オイルポンプの制御装置。 - 前記第1ユニットは、前記オイル温度の検出値を出力するときと前記制御目標値を出力するときとで出力するパルス信号の周波数を異ならせ、前記電動オイルポンプの停止期間では前記パルス信号のデューティ比を前記オイル温度の検出値に応じて変更し、前記電動オイルポンプの動作期間では前記パルス信号のデューティ比を前記制御目標値に応じて変更し、
前記第2ユニットは、前記第1ユニットが出力する前記パルス信号の周波数及びデューティ比を計測して、前記オイル温度の検出値と前記制御目標値とを求める、
請求項2記載の車両用電動オイルポンプの制御装置。
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