JP7498432B2 - トランスアクスルの油温推定装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、車両の変速機内の油温は大きく変化する可能性があるため、広い温度範囲で精度良く温度を検出することが困難であり、また広範囲の温度に対応する温度センサは高価になるといった問題点があった。
ところで、EVモード、パラレルモード、シリーズモードといった複数の走行モードを切り替え可能なハイブリッド車が開発されている。このようなハイブリッド車においては、エンジンやモータといった走行駆動源と、エンジンによって駆動される発電機と、ドライブシャフトと、の間に変速機及びデフを含むトランスアクスルが備えられている。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、温度センサを用いずに、安価なシステムでハイブリッド車におけるトランスアクスル内の油温を推定できる油温推定装置を提供することにある。
これにより、ハイブリッド車におけるトランスアクスル内の動力伝達経路が4つに区分され、発熱量演算部において走行モードに応じてハイブリッド車におけるトランスアクスル内の動力伝達経路での発熱量が演算される。したがって、油温推定部においてハイブリッド車の各走行モードでのトランスアクスル内の潤滑油の温度を精度良く推定できる。
好ましくは、第1放熱量演算部は、前記動力伝達経路における動力伝達に伴う前記潤滑油の攪拌速度に基づいて、前記潤滑油から前記ケースへの放熱量を演算するとよい。
好ましくは、前記第2放熱量演算部は、少なくとも前記車両の走行速度に基づく前記ケースの外壁面に沿って通過する風速と、前記車両のラジエータファンの作動により前記ケースの外壁面に沿って通過する風速と、に基づいて前記ケースから外気への放熱量を演算するとよい。
好ましくは、前記第2放熱量演算部は、更に、前記エンジンの温度及び前記発電機の温度に基づいて演算された前記ケースの雰囲気温度に基づいて、前記ケースから外気への放熱量を演算するとよい。
図1は本実施形態の油温推定装置が採用された車両1の全体構成図である。
本実施形態の車両1は、走行駆動源としてフロントモータ2、リヤモータ5及び及びエンジン3を備えたプラグインハイブリッド車である。
エンジン3の出力軸はトランスアクスル7を介して前輪4の駆動軸であるドライブシャフト8と連結されている。トランスアクスル7は、ケース7a内にデフ7bと動力伝達経路を断接可能なクラッチ9とが内蔵されるとともに、潤滑油が封入されている。クラッチ9の接続時にはエンジン3の駆動力がトランスアクスル7及びドライブシャフト8を経て前輪4に伝達され、クラッチ9の切断時にはエンジン3と前輪4との連結が切り離される。
フロントモータ2及びモータジェネレータ10はフロントモータコントロールユニット16を介して蓄電池15に接続されている。フロントモータコントロールユニット16には、フロントモータ用インバータ16a及びモータジェネレータ用インバータ16bが備えられている。蓄電池15の直流電力は、フロントモータ用インバータ16a及びモータジェネレータ用インバータ16bにより三相交流電力に変換されてフロントモータ2やモータジェネレータ10に供給される。また、フロントモータ2による回生電力やモータジェネレータ10による発電電力は、フロントモータ用インバータ16a及びモータジェネレータ用インバータ16bにより直流電力に変換されて蓄電池15に充電される。
車両1には、車両1の総合的な制御を行うための制御装置であるハイブリッドコントロールユニット18が備えられている。ハイブリッドコントロールユニット18は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央演算処理装置(CPU)等から構成されている。このハイブリッドコントロールユニット18により、エンジン3、フロントモータ2、モータジェネレータ10、リヤモータ5の各運転状態、及びトランスアクスル7のクラッチ9の断接状態等が制御される。ハイブリッドコントロールユニット18の入力側には、バッテリモニタリングユニット15a、フロントモータコントロールユニット16、リヤモータコントロールユニット17、エンジンコントロールユニット14、車速VEH SPDを検出する車速センサ20、及び図示しないアクセル開度を検出するアクセル開度センサが接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。
そして、ハイブリッドコントロールユニット18は、アクセル開度センサや車速センサ20等の各種検出量等に基づき、車両1の走行モードをEVモード、シリーズモード、パラレルモードの間で切り換える。例えば、高速領域のようにエンジン3の効率が高い領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、中低速領域では、蓄電池15の充電率SOCや車両走行駆動用の要求トルク等に基づきEVモードとシリーズモードとの間で切り換える。
シリーズモードでは、トランスアクスル7のクラッチ9を切断した上で、エンジン3を運転してモータジェネレータ10を駆動し、その発電電力及び蓄電池15からの電力によりフロントモータ2やリヤモータ5を駆動して車両1を走行させる。なお、モータジェネレータ10による発電電力のうち余剰電力は、蓄電池15に充電される。
また、ハイブリッドコントロールユニット18は、上記各種検出量及び作動情報に基づき車両1の走行に必要な総要求出力を算出し、その総要求出力を、EVモード及びシリーズモードではフロントモータ2側とリヤモータ5側とに配分し、パラレルモードではフロントモータ2側とエンジン3側とリヤモータ5側とに配分する。そして、それぞれに配分した要求出力、及びフロントモータ2から前輪4までのトランスアクスル7のギヤ比、エンジン3から前輪4までのトランスアクスル7のギヤ比、リヤモータ5から後輪6までの減速機11のギヤ比に基づき、フロントモータ2、エンジン3、リヤモータ5のそれぞれの要求トルクを設定し、各要求トルクを達成するようにフロントモータコントロールユニット16、リヤモータコントロールユニット17及びエンジンコントロールユニット14に指令信号を出力する。
本実施形態のハイブリッドコントロールユニット18には、トランスアクスル7内の潤滑油温度(油温)を推定するトランスアクスル油温推定部30(油温推定部、油温推定装置)が備えられている。トランスアクスル7の油温は、例えばクラッチ9の作動を制御する際のパラメータの1つとして利用される。
図2は、トランスアクスル油温推定部30にて実行される油温推定制御のブロック図である。
トランスアクスル油温推定部30には、上記の走行モード(MODE STAT)と、エンジンコントロールユニット14を介してエンジン回転速度(ENG SPD)、エンジントルク(ENG_TRQ)、ラジエータファンDuty (Rad. FAN_Duty:ラジエータファン回転速度に相関する)と、フロントモータコントロールユニット16を介してモータジェネレータ10の入出力トルク(GEN TRQ)、フロントモータ2のモータ回転速度(MOT_SPD)及びモータトルク(MOT TRQ)と、車速センサ20より車速(VEH SPD)と、後述するトランスアクスル7の周囲温度であるトランスアクスル雰囲気温度(TA_Ambient_T)とが入力し、更にトランスアクスル油温推定部30において前回推定したトランスアクスル7内の潤滑油温度((Prev)TA_Oil_T)及びトランスアクスルケース温度((Prev)TA_Case_T)を使用して、現在のトランスアクスルケース温度(T/A Case Temp.)及びトランスアクスル油温(T/A Oil Temp.)を出力する。
発熱量演算部31は、トランスアクスル7内での発熱量を演算する。
第2放熱量演算部33は、トランスアクスル7のケース7aの外気(大気)への放熱量を演算し、更にトランスアクスルケース温度(T/A Case Temp.)を演算する。
図3は、発熱量演算部31におけるトランスアクスル7内での発熱量の演算手順を示すブロック図である。図4は、トランスアクスル7内の動力伝達経路A~Dの説明図である。
マップA(MAP A)は、エンジン回転速度(ENG SPD)及びエンジントルク(モータジェネレータ10への出力トルクを除く)に基づき、エンジン3とドライブシャフト8との間の第1動力伝達経路Aにおける損失エネルギを演算するための3次元マップである。マップAは、エンジン回転速度(ENG SPD)やエンジントルクが増加するに伴って第1動力伝達経路Aにおける損失エネルギが増加するように設定されている。
走行モードがEVモード(モード0)である場合には、マップA及びBでの演算結果が0となり、マップC及びDを使用した演算結果に基づき、トランスアクスル7内での損失エネルギを演算する。
走行モードがパラレルモードである場合には、クラッチ9が接続されているのでマップDを使用した演算結果が0となり、マップA、B及びCの演算結果に基づき、トランスアクスル7内での損失エネルギを演算する。
マップA~Dの演算結果である損失エネルギに対し、走行モード毎にあらかじめ設定されている係数(K(0)1~K(2)1、K(0)2~K(2)2、K(0)3~K(2)3、K(0)4~K(2)4)を積算することで、動力伝達経路A~D毎の発熱量が個別に演算され、これらを加算することで、トランスアクスル7内での発熱量が演算される。
図5に示すように、第1放熱量演算部32では、エンジン回転速度(ENG SPD)に基づきマップEを用いて、エンジン3及びモータジェネレータ10の回転による潤滑油攪拌速度補正係数を演算する。また、モータ回転速度(MOT SPD)に基づきマップFを用いて、フロントモータ2及びデフ7bの回転による潤滑油攪拌速度補正係数を演算する。そして、これらの補正係数により、あらかじめ設定されている潤滑油からケース7aへの基本熱伝達係数(Heat Transfer Coeff.(inside))(定数)を補正する。なお、マップEは、エンジン回転速度(ENG SPD)が増加するに伴ってエンジン3及びモータジェネレータ10による潤滑油攪拌速度補正係数が増加するように設定されている。また、マップFは、モータ回転速度(MOT SPD)が増加するに伴ってフロントモータ2及びデフ7bによる潤滑油攪拌速度補正係数が増加するように設定されている。
図6に示すように、第2放熱量演算部33では、車速(VEH SPD)に基づきマップGを用いて、車速による雰囲気流速補正係数を演算する。また、ラジエータファンDuty(Rad.FAN_Duty)に基づきマップHを用いて、ラジエータファンによる雰囲気流速補正係数を演算する。なお、マップGは、車速(VEH SPD)が増加するに伴って車速による雰囲気流速補正係数が増加するように設定されている。マップHは、ラジエータファンDutyが増加するに伴って、即ちラジエータファンの回転速度が増加するに伴って、ラジエータファンによる雰囲気流速補正係数が増加するように設定されている。そして、これらの補正係数により、あらかじめ設定されているケース7aから外気への基本熱伝達係数(Heat Transfer Coeff.(outside))(定数)を補正する。そして、この補正後のケース7aから外気への基本熱伝達係数に、外気が接触するトランスアクスル7の外壁面積(TA surface(outside) Area)(定数)を積算し、更に前回演算したケース温度((Prev)TA Case T)とトランスアクスル雰囲気温度(TA Ambient T)との温度差を積算して、トランスアクスル7のケース7aから外気への放熱量(放熱エネルギ)が演算される。
ケース7aに溜まる熱量を演算周期(定数)とケース熱容量の逆数(定数)を積算し、前回推定したケース温度((Prev)TA Case T)に加算して、現在のケース温度(TA Case Temp.)を演算する。このケース温度(TA Case Temp.)は、次回の第1放熱量演算部32での演算において、前回のケース温度((Prev)TA Case T)として使用される。
また、トランスアクスル油温推定部30において使用する、前回推定したトランスアクスル油温((Prev)TA Oil T)については、車両1のIG-ON時の初回演算時には初期値((ST)TA Oil T)が使用される。
そして、トランスアクスル油温推定部30は、IG-ON時において、前回のIG-OFF直前のトランスアクスル油温((END)TA Oil T)を読出して、トランスアクスル油温の初期値((ST)TA Oil T)を演算する。
そして、図2に示すように、前回演算したトランスアクスル7内の潤滑油温度((Prev)TA_Oil_T)に基づきマップIを用いて潤滑油の比熱を演算し、この潤滑油の比熱に潤滑油の質量(定数)を積算して、潤滑油の熱容量を演算する。なお、マップIは、トランスアクスル7内の潤滑油温度と比熱との関係を示すマップであり、例えばトランスアクスル7内の潤滑油温度(絶対温度)が上昇するに伴って比熱が上昇するように設定されている。
本実施形態に係る車両1では、トランスアクスル油温推定部30の発熱量演算部31において、エンジン3、フロントモータ2、モータジェネレータ10の回転速度や入出力トルク、車速といった車両1の走行駆動系の運転状態に基づいて、各動力伝達経路A~Dにおけるトルク損失による発熱量(発熱エネルギ)が夫々演算される。そして、走行モードに応じて動力伝達経路における発熱量が加算されてトランスアクスル7内での発熱量が演算されるので、温度センサを用いずに各走行モードにおけるトランスアクスル7内の潤滑油の温度を精度良く推定可能になる。
また、トランスアクスル油温推定部30は、ケース7a内の潤滑油からケース7aへの放熱量(放熱エネルギ)を演算する第1放熱量演算部32と、ケース7aから外気への放熱量を演算する第2放熱量演算部33と、更に有し、発熱量演算部31において演算した発熱量と、第1放熱量演算部32において演算した放熱量と、第2放熱量演算部33において演算した放熱量に基づいてトランスアクスル7内の潤滑油の温度を推定するので、トランスアクスル7内の潤滑油の温度を更に精度良く推定できる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、発熱量演算部31、第1放熱量演算部32、第2放熱量演算部33における演算の詳細については適宜変更してもよい。
2 フロントモータ(モータ)
3 エンジン
7 トランスアクスル
8 ドライブシャフト
9 クラッチ(第4動力伝達経路 D)
10 モータジェネレータ(発電機)
30 トランスアクスル油温推定部(油温推定部)
31 発熱量演算部
32 第1放熱量演算部
33 第2放熱量演算部
A 第1動力伝達経路
B 第2動力伝達経路
C 第3動力伝達経路
Claims (6)
- エンジン、モータ、発電機、及びドライブシャフトの間で動力を伝達するトランスアクスルを有し、前記トランスアクスルの内部のクラッチを断接して動力伝達経路を切り替えることで複数の走行モードを選択可能な車両に備えられ、前記トランスアクスルの潤滑油の温度を推定する油温推定装置であって、
前記トランスアクスル内で区分された動力伝達経路毎に、前記車両の走行駆動系の運転状態に基づいて前記動力伝達経路におけるトルク損失による発熱量を演算し、前記走行モードに応じて前記動力伝達経路における発熱量を加算して、前記トランスアクスル内での発熱量を演算する発熱量演算部と、
前記トランスアクスルにおける発熱量に基づいて、前記トランスアクスル内の潤滑油の温度を推定する油温推定部と、
を備えたことを特徴とするトランスアクスルの油温推定装置。 - 前記動力伝達経路は、
前記エンジンと前記ドライブシャフトとの間の第1動力伝達経路と、
前記エンジンと前記発電機との間の第2動力伝達経路と、
前記モータと前記ドライブシャフトとの間の第3動力伝達経路と、
前記クラッチと、
の4つに区分されることを特徴とする請求項1に記載のトランスアクスルの油温推定装置。 - 前記トランスアクスルは、ケース内に動力伝達経路を備えるとともに潤滑油が封入されて構成され、
前記油温推定装置は、更に、
前記ケース内の潤滑油から前記ケースへの放熱量を演算する第1放熱量演算部と、
前記ケースから外気への放熱量を演算する第2放熱量演算部と、
を有し、
前記油温推定部は、前記発熱量演算部において演算した発熱量と、第1放熱量演算部において演算した放熱量と、第2放熱量演算部において演算した放熱量とに基づいて、前記トランスアクスル内の潤滑油の温度を推定することを特徴とする請求項1または2に記載のトランスアクスルの油温推定装置。 - 第1放熱量演算部は、前記動力伝達経路における動力伝達に伴う前記潤滑油の攪拌速度に基づいて、前記潤滑油から前記ケースへの放熱量を演算することを特徴とする請求項3に記載のトランスアクスルの油温推定装置。
- 前記第2放熱量演算部は、少なくとも前記車両の走行速度に基づく前記ケースの外壁面に沿って通過する風速と、前記車両のラジエータファンの作動により前記ケースの外壁面に沿って通過する風速と、に基づいて前記ケースから外気への放熱量を演算することを特徴とする請求項3または4に記載のトランスアクスルの油温推定装置。
- 前記第2放熱量演算部は、更に、前記エンジンの温度及び前記発電機の温度に基づいて演算された前記ケースの雰囲気温度に基づいて、前記ケースから外気への放熱量を演算することを特徴とする請求項5に記載のトランスアクスルの油温推定装置。
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