JP2014141954A

JP2014141954A - 車両用冷却装置

Info

Publication number: JP2014141954A
Application number: JP2013012407A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Daisaku; 幸大大作
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】省エネルギを実現しつつ、騒音を抑制することができる車両用冷却装置を提供する。
【解決手段】車両用冷却装置４０は、駆動用モータ４６ａの動作により、発熱機器に冷却水を供給する電動ウォータポンプ４６と、車両の騒音を検出する騒音検出部５０と、モータ４６ａを制御する制御部５２と、騒音検出部５０の検出結果に基づいて、制御部５２の制御モードを設定する制御モード設定部５４とを有する。制御モード設定部５４は、騒音が所定値未満の場合は、モータ４６ａの回転数を段階的に変化させる段階制御モードに設定し、騒音が所定値以上の場合は、モータ４６ａの回転数をリニアに変化させる比例制御モードに設定する。この構成により、省エネルギを実現しつつ、騒音を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両内の発熱機器を、冷却媒体を介して冷却する車両用冷却装置に関し、特に、冷却媒体を供給する供給装置の制御の改良に関する。

従来から、車両内の発熱機器を、冷却媒体を介して冷却する車両用冷却装置が知られている。

下記特許文献１には、車両に搭載されるモータやインバータの発熱を、電動ウォータポンプにより送られる冷却水を介して冷却する技術が記載されている。この特許文献１には、冷却水の温度に応じて、電動ウォータポンプを、Ｈｉ駆動とＬｏ駆動の２段階制御を行うこと、または３段階以上による段階制御を行うことが記載されている。また、この特許文献１には、電動ウォータポンプの駆動状態を、冷却水の温度に応じて連続的に徐々に変更する比例制御を行うことも記載されている。

特開２００５−２８７１４９号公報

上記特許文献のような車両用冷却装置においては、上述のように、電動ウォータポンプを、冷却水の温度に基づいて段階制御又は比例制御することができる。比例制御は、検出値に応じて連続的に制御量を調整できるので、段階制御に比べ効率が良く、電気消費量を低減できる。しかしながら、車両用冷却装置において電動ウォータポンプの比例制御を行うと、電動ウォータポンプの回転数が変化する範囲に、電動ウォータポンプを支持する支持部材などの車両内構造体を共振させる共振周波数領域が含まれてしまい、構造体の共振による音が発生してしまう可能性がある。この共振による音は、特に車室内の騒音が低い状態である場合、車室内にいるユーザに不快感を与えてしまう可能性がある。

本発明の目的は、省エネルギを実現しつつ、騒音を抑制することができる車両用冷却装置を提供することにある。

本発明は、車両内の発熱機器を、冷却媒体を介して冷却する車両用冷却装置において、モータの動作により、発熱機器に冷却媒体を供給する冷却媒体供給部と、車両の騒音を検出する騒音検出部と、冷却媒体供給部の前記モータを制御する制御部と、騒音検出部の検出結果に基づいて、制御部の制御モードを設定する制御モード設定部と、を有し、制御モード設定部は、騒音が所定値未満の場合は、前記モータの回転数を段階的に変化させる段階制御モードに設定し、騒音が所定値以上の場合は、前記モータの回転数をリニアに変化させる比例制御モードに設定することを特徴とする。

また、制御モード設定部は、エンジンが停止している場合、制御部の制御モードを比例制御モードに設定することを特徴とする。

本発明の車両用冷却装置によれば、省エネルギを実現しつつ、騒音を抑制することができる。

本実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。本実施形態に係る車両用冷却装置の構成を示す図である。本実施形態に係る車両用冷却装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る車両用冷却装置の実施形態について、図を用いて説明する。なお、一例として、エンジンと回転電機の出力により走行する車両、すなわちハイブリッド車両を挙げ、この車両内に搭載される車両冷却装置について説明する。なお、本発明は、上記のようなハイブリッド車両に限らず、回転電機の出力により走行する電気自動車や、エンジンの出力により走行するエンジン自動車にも適用できる。

まず、本実施形態に係る車両用冷却装置を搭載するハイブリッド車両１０の構成について、図１を用いて説明する。

ハイブリッド車両１０は、原動機としてエンジン１２と、第１の回転電機（以下、「ＭＧ１」と記す）と、第２の回転電機（以下、「ＭＧ２」と記す）とを有する。これらの原動機には、これらの動力を分配、統合する動力分配統合機構１４が接続されている。動力分配統合機構１４には、減速機構１６を介して駆動輪１８が接続されている。各原動機であるエンジン１２，ＭＧ１，ＭＧ２の動力は、動力分配統合機構１４により統合された後、減速機構１６を介して駆動輪１８に伝達され、ハイブリッド車両１０が走行する。

また、ハイブリッド車両１０は、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」と記す）２０とバッテリ２２とを有する。ＭＧ１，ＭＧ２は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ２２に電気的に接続される。ＭＧ１，ＭＧ２とＰＣＵ２０は、それぞれケーブル２４で接続され、ＰＣＵ２０とバッテリ２２はケーブル２６で接続される。これらの回転電機用ケーブル２４，２６には電圧が比較的高い電流が流れる。すなわち、ケーブル２４には、例えば６５０Ｖの三相交流電流が流れ、ケーブル２６には、例えば２００Ｖの直流電流が流れる。

ＰＣＵ２０は、コンバータとインバータとこれらを制御する制御部（ともに図示せず）とを含み、上記のように６５０Ｖもの高電圧が印加される高電圧機器である。したがって、このＰＣＵ２０は、車両の中で高温となる発熱機器を構成し、後述する冷却が不可欠となる。

バッテリ２２は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどで構成される。バッテリ２２に蓄えられた電力は、ＰＣＵ２０により昇圧されるとともに直流から交流に変換された後に、ＭＧ１，ＭＧ２に供給され、ＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。また、回生時にＭＧ１，ＭＧ２により発電された電力は、ＰＣＵ２０により交流から直流に変換されるとともに降圧された後に、バッテリ２２に送られて蓄えられる。

また、ハイブリッド車両１０は、様々なセンサやコンピュータからの信号に基づいて、エンジン１２，ＭＧ１，ＭＧ２を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２８を有する。ＥＣＵ２８は、エンジン用ワイヤーハーネス３０を介してエンジン１２に、そしてＰＣＵ用ワイヤーハーネス３２を介してＰＣＵ２０にそれぞれ接続される。本実施形態においては、ＥＣＵ２８が１台の装置である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、複数台の装置で構成されてもよい。

次に本実施形態の車両用冷却装置（以下、単に「冷却装置」と記す）４０の構成について、図２を用いて説明する。

冷却装置４０は、本実施形態において、冷却水により車両内発熱機器、すなわちＭＧ１、ＭＧ２及びＰＣＵ２０を冷却する装置である。なお、ＭＧ１，ＭＧ２のことをまとめて、以降、単にＭＧ４２と記す。

冷却装置４０は、ＰＣＵ２０と、ＭＧ４２と、ラジエータ４４と、電動ウォータポンプ４６とを有し、これらを、冷却水が循環する循環路４８で接続している。ラジエータ４４は、冷却水を、外気との熱交換により冷却する装置であり、このラジエータ４４に設けられるラジエータファン４４ａがラジエータ４４へ向けて外気を送り出して、冷却水を効率よく冷却する。

電動ウォータポンプ４６は、冷却水を圧送して循環路４８内において循環させるポンプである。電動ウォータポンプ４６は、動力源として駆動用モータ４６ａを有する。駆動用モータ４６ａの駆動により電動ウォータポンプ４６が動作し、ラジエータ４４で放熱された冷却水がＰＣＵ２０とＭＧ４２に流れ、これらの機器２０，４２と冷却水との間で熱交換が行われることで、各機器２０，４２が冷却される。

そして、本実施形態の冷却装置４０は、車両の騒音を検出する騒音検出部５０と、電動ウォータポンプ４６の駆動用モータ４６ａを制御する制御部５２と、騒音検出部５０の検出結果に基づいて、制御部５２の制御モードを設定する制御モード設定部５４とを有する。そして、制御モード設定部５４は、騒音が所定値未満の場合は、駆動用モータ４６ａの回転数を段階的に変化させる段階制御モードに設定し、騒音が所定値以上の場合は、駆動用モータ４６ａの回転数をリニアに変化させる比例制御モードに設定する。

比例制御モードにおいては、駆動用モータ４６ａの回転数がリニアに連続的に変化するので、段階制御モードに比べ効率が良くて電気消費量が小さい。しかし、回転数の連続的な変化により、駆動用モータ４６ａの回転数に同期した周波数が、車両内構造体を共振させる共振周波数領域内に入ってしまい、構造体の共振による音が発生しまうという欠点がある。この共振音は、ユーザの意図と無関係に発生する騒音であるので、ユーザに不快感を与えてしまう。そこで、上述のように、車室の騒音が所定値以上の場合において、比例制御モードに設定する。これにより、仮に回転数の変化に伴い共振音が発生したとしても、比較的大きい騒音にまぎれるので、ユーザに不快感を与えることなく、省エネルギを実現することができる。

一方、段階制御モードにおいては、駆動用モータ４６ａの回転数が段階的に変化するので、比例制御モードに比べ効率は悪くて電気消費量が大きい。しかし、回転数の段階的な変化により、駆動用モータ４６ａの回転数に同期した周波数が、上述した共振周波数領域内に入ってしまうことを抑制することができる。つまり、共振周波数領域を外れるように回転数が段階的に変化するので、共振音の発生を抑制することができる。そこで、上述のように、車室の騒音が所定値未満の場合、段階制御モードに設定することで、ユーザに不快感を与えることを低減することができる。特に、駆動用モータ４６ａの各回転数が、上述の共振周波数領域内に入らないように予め設定することで、共振音の発生を確実に防止することができる。

以下、冷却装置４０の制御に関する具体的な構成について説明する。騒音検出部５０は、車室に設けられるマイクロフォンであり、車室の騒音を検出する。なお、本発明はこの構成に限定されず、車室の騒音を検出することができるのであれば、車速から推定される走行音を用いることもできる。また、車両に搭載される機器、例えば、エンジン１２、ラジエータ４４ａの動作状況から推定される動作音に基づいて検出することもできる。

制御部５２には、冷却水の温度を検出する温度検出部５６が接続されている。温度検出部５６は、循環路４８に設けられる温度センサであり、循環路４８を流れる冷却水の温度を検出する。制御部５２は、段階及び比例制御モードにおける、冷却水の温度と駆動用モータ４６ａの回転速度とを対応づけたマップをそれぞれ記憶している。制御部５２は、これらのマップから、冷却水の温度に対応する駆動用モータ４０の回転数を設定し、駆動用モータ４６ａを制御する。この制御はデューティ制御であり、段階制御モードにおいては、固定された複数のディーティ比へ変更し、比例制御モードにおいては、デューティ比を連続的に変化させる。

例えば、ＰＣＵ２０やＭＧ４２の発熱量が大きくなり、冷却水の温度が高くなる場合、駆動用モータ４６ａの回転数はより大きい値が設定される。この制御により、冷却水の流量が増大するので、効果的にＰＣＵ２０やＭＧ４２を冷却することができる。一方、ＰＣＵ２０やＭＧ４２の負荷が小さくなり、冷却水の温度が低下すると、その負荷の処理に見合うように、電動用モータ４６ａの回転数はより小さい値が設定される。

制御モード設定部５４は、騒音検出部５０により検出された騒音が所定値未満の場合、段階制御モードに設定して、このモードで制御するよう制御部５２に指令を出す。一方、制御モード設定部４６は、騒音検出部４２により検出された騒音が所定値以上の場合、比例制御モードに設定して、このモードで制御するよう制御部５２に指令を出す。ここで、騒音の所定値とは、共振音が発生した時の騒音値と同等であることが好適である。これにより、設定された所定値より騒音が低い状態であれば、ユーザが共振音を容易に感知できるので、共振音の発生を防止する段階制御モードが必要になる。一方、設定された所定値より騒音が高い状態であれば、ユーザが共振音を感知しにくくなるので、共振音が発生する比例制御モードの設定が可能となる。

また、制御モード設定部５４は、エンジン１２が停止している場合、上述の騒音の値に関係なく、制御部５２の制御モードを比例制御モードに設定する。エンジン１２の停止状態は、車両の停車中と走行中とを含むものである。このようなエンジンの停止状態においては、燃費を向上させたいというユーザの意図が高い可能性がある。そこで、効率の良い比例制御モードに設定することで、このようなユーザの意図に沿った省エネルギを実現することができる。また、このようなユーザの意図が反映された運転、例えばエコモードスイッチの押下時に有効となる省燃費運転、いわゆるエコラン運転が実行された場合においても、制御モード設定部５４が、エンジン停止状態と同様に、比例制御モードに設定することが好適である。

次に、本実施形態に係る冷却装置４０の制御動作について、図３を用いて説明する。図３は、冷却装置４０の制御動作の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、エンジン１２が運転中か否かが判断される。エンジン１２が運転中である場合は、ステップＳ１０２に進む。一方、エンジン１２が運転中ではない、すなわち停止状態である場合、ステップＳ１０４に進み、制御モード設定部５４により比例制御モードが設定され、この制御モードで駆動用モータ４６ａが制御される。

そして、ステップＳ１０２では、騒音検出部５０により検出された車両内の騒音が所定値未満であるか否かが判断される。騒音が所定値未満である場合、ステップＳ１０３に進み、制御モード設定部５４により段階制御モードが設定され、この制御モードで駆動用モータ４６ａが制御される。一方、騒音が所定値以上である場合、ステップＳ１０４に進み、制御モード設定部５４により比例制御モードが設定され、この制御モードで駆動用モータ４６ａが制御される。

本実施形態の冷却装置４０においては、騒音の検出値に基づいて、電動ウォータポンプ４６の駆動用モータ４６ａの制御モードが設定される。具体的には、騒音が所定値以上の場合は、駆動用モータ４６ａの回転数をリニアに変化させる比例制御モードが設定される。これにより、電動ウォータポンプ４６は効率の良い運転となり、省エネルギが実現できる。また、騒音が比較的大きいので、仮に共振音が発生したとしても騒音にまぎれてしまい、その結果、ユーザに不快感を与えてしまうことを防ぐことができる。一方、騒音が所定値未満の場合は、駆動用モータ４６ａの回転数を段階的に変化させる段階制御モードが設定される。段階制御モードでは、比例制御モードに比べ効率は悪いものの、駆動用モータ４６ａの回転数に同期した周波数が、車両内構造体を共振させる共振周波数領域内に入ることを防ぐことができるので、共振音の発生を防止することができる。よって、騒音が比較的小さい状況下で、ユーザの意図と無関係に発生する共振音によって、ユーザが不快に感じてしまうことを防ぐことができる。

本実施形態においては、冷却装置４０が、ＰＣＵ２０とＭＧ４２を冷却する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。冷却装置４０が、冷却が必要な発熱機器であれば、他の機器、例えばバッテリ２２を冷却してもよい。また、本実施形態の冷却装置４０は、車両に搭載される電気機器を冷却する系統であるが、本発明はこの構成に限定されず、車両に搭載される駆動機構、例えばエンジン１２や動力分配統合機構１４を冷却する系統であってもよい。

また、本実施形態においては、制御部５２の制御対象が電動ウォータポンプ４６の駆動用モータ４６ａである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。制御部５２の制御対象を、冷却が必要な発熱機器に、冷却媒体を供給する供給装置の駆動用モータとすることができる。この場合、冷却媒体は、冷却水のほかに、オイルまたは空気であっても良く、供給装置が、電動ウォータポンプのほかに、電動オイルポンプまたは電動ファンであっても良い。

１０ハイブリッド車両、１２エンジン、１４動力分配統合機構、１６減速機構、１８駆動輪、２０ＰＣＵ、２２バッテリ、２４，２６ケーブル、２８ＥＣＵ、３０エンジン用ワイヤーハーネス、３２ＰＣＵ用ワイヤーハーネス、４０車両用冷却装置、４２ＭＧ、４４ラジエータ、４６電動ウォータポンプ、４８循環路、５０騒音検出部、５２制御部、５４制御モード設定部、５６温度検出部、ＭＧ１第１の回転電機、ＭＧ２第２の回転電機。

Claims

車両内の発熱機器を、冷却媒体を介して冷却する車両用冷却装置において、
モータの動作により、発熱機器に冷却媒体を供給する冷却媒体供給部と、
車両の騒音を検出する騒音検出部と、
冷却媒体供給部の前記モータを制御する制御部と、
騒音検出部の検出結果に基づいて、制御部の制御モードを設定する制御モード設定部と、
を有し、
制御モード設定部は、騒音が所定値未満の場合は、前記モータの回転数を段階的に変化させる段階制御モードに設定し、騒音が所定値以上の場合は、前記モータの回転数をリニアに変化させる比例制御モードに設定する、
ことを特徴とする車両用冷却装置。
請求項１に記載の車両用冷却装置において、
制御モード設定部は、エンジンが停止している場合、制御部の制御モードを比例制御モードに設定する、
ことを特徴とする車両用冷却装置。