JP2020197194A - 車両のポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 油圧源の切り替えの際、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定でき、作動油の流量不足を抑制できる車両のポンプ装置を提供する。【解決手段】 エンジン2により駆動され、吐出油路6に作動油を吐出するメインポンプ4と、電動モータ3により駆動され、吐出油路6に作動油を吐出するサブポンプ5と、メインポンプ4およびサブポンプ5の駆動を選択的に切り替えるコントローラ10と、を備えた車両のポンプ装置1であって、コントローラ10は、切り替え先ポンプへの起動指示後、吐出油路6の圧力に基づき切り替え先ポンプの吐出圧の脈動周波数成分を求め、当該脈動周波数成分が周波数閾値に達したとき、切り替え先ポンプが正常に起動したと判定し、切り替え元ポンプの駆動を停止する。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のポンプ装置に関する。

従来、変速機の作動油の油圧源として、エンジンにより駆動されるメインポンプと、電動機により駆動されるサブポンプとを備えた車両が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような車両において、両油圧源を選択的に切り替えて用いる場合には、作動油の流量不足を回避するために、切り替え先ポンプが正常に起動したことを確認した後に切り替え元ポンプの駆動を停止する必要がある。一般的に、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かの判定は、メインポンプからサブポンプへの切り替え時においてはタイマをトリガとし、サブポンプからメインポンプへの切り替え時はおいてはエンジンの完爆検知をトリガとしている。

特開2012-250602号公報

しかしながら、上記のようなタイマやエンジンの完爆検知では、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定できない。このため、事前検知が困難な異常が発生した場合、切り替え先ポンプが正常に起動していない場合であっても、正常と誤判定して切り替え元ポンプの駆動が停止するため、作動油の流量不足から変速機の正常動作が保証されない状況に陥るおそれがあった。
本発明の目的の一つは、油圧源の切り替えの際、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定でき、作動油の流量不足を抑制できる車両のポンプ装置を提供することにある。

本発明では、エンジンにより駆動され、吐出油路に作動油を吐出する第１ポンプと、電動機により駆動され、前記吐出油路に作動油を吐出する第２ポンプと、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの駆動を選択的に切り替えるコントローラと、を備えた車両のポンプ装置であって、前記コントローラは、切り替え先ポンプへの起動指示後、前記吐出油路の圧力に基づき前記切り替え先ポンプの吐出圧の脈動周波数成分を求め、当該脈動周波数成分が周波数閾値に達したとき、前記切り替え先ポンプが正常に起動したと判定し、切り替え元ポンプの駆動を停止する。

よって、本発明にあっては、油圧源の切り替えの際、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定でき、作動油の流量不足を抑制できる。

実施形態１のポンプ装置1の概略構成図である。 油圧源をメインポンプ4からサブポンプ5に切り替える場合の油圧源切り替え制御の流れを示すフローチャートである。 油圧源をサブポンプ5からメインポンプ4に切り替える場合の油圧源切り替え制御の流れを示すフローチャートである。 ベーンポンプの吐出圧波形である。 油圧源の切り替え時における周波数スペクトルである。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１のポンプ装置1の概略構成図である。
実施形態１のポンプ装置1は、エンジン2および図外のモータジェネレータを動力源とするハイブリッド車両に搭載されている。ハイブリッド車両は、走行モードとして、モータジェネレータのみを動力源として走行するEVモードと、エンジン2およびモータジェネレータを動力源として走行するHEVモードとを有する。ポンプ装置1は、CVT（無段変速機）を駆動するアクチュエータに作動油を供給する。CVTは、エンジン2および駆動輪間の動力伝達経路上に設けられている。

ポンプ装置1は、メインポンプ（第１ポンプ）4およびサブポンプ（第２ポンプ）5を備える。
メインポンプ4は、エンジン2により駆動され、オイルパンに貯留されたオイルを吸引・加圧して作動油を生成し、分岐油路6aを介して吐出油路6に作動油を吐出する。メインポンプ4は、ベーンポンプである。分岐油路6aには、チェック弁11aが設けられている。チェック弁11aは、メインポンプ4の側から吐出油路6の側への作動油の流れを許容し、反対方向への作動油の流れ（逆流）を規制する逆止弁である。吐出油路6に流出した作動油は、アクチュエータのプレッシャレギュレータバルブによりライン圧に調圧された後、CVTの作動に用いられる。

サブポンプ5は、電動モータ3により駆動され、オイルパンに貯留されたオイルを吸引・加圧して作動油を生成し、分岐油路6bを介して吐出油路6に作動油を吐出する。サブポンプ5は、ベーンポンプである。分岐油路6bには、チェック弁11bが設けられている。チェック弁11bは、サブポンプ5の側から吐出油路6の側への作動油の流れを許容し、反対方向への作動油の流れ（逆流）を規制する逆止弁である。

ポンプ装置1は、ライン圧センサ7、メインポンプ回転数センサ8、サブポンプ回転数センサ9およびコントローラ10を備える。ライン圧センサ7は、ライン圧、すなわち吐出油路6の圧力を検出する。メインポンプ回転数センサ8は、メインポンプ4の回転数を検出する。サブポンプ回転数センサ9は、サブポンプ5の回転数を検出する。ライン圧センサ7、メインポンプ回転数センサ8およびサブポンプ回転数センサ9の検出値は、いずれもコントローラ10へ送られる。

コントローラ10は、EVモード等のエンジン停止中にはサブポンプ5を駆動し、HEVモード等のエンジン作動中、すなわちメインポンプ4の駆動中はサブポンプ5の駆動を停止する。サブポンプ5の駆動時、コントローラ10は、ライン圧等からCVTの目標変速速度を達成するための作動油の必要流量を算出し、算出した必要流量から目標吐出量を求める。コントローラ10は、目標吐出量を達成するための目標回転数を算出し、サブポンプ5の回転数が目標回転数となるように電動モータ3の回転数を制御する。

コントローラ10は、CVTのアクチュエータに供給する作動油の油圧源として、メインポンプ4およびサブポンプ5を選択的に切り替える。このとき、作動油の流量不足を回避するために、切り替え先ポンプが正常に起動したことを確認した後、切り替え元ポンプの駆動を停止する。実施形態１では、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定することを狙いとし、コントローラ10は、図２および図３に示すような油圧源切り替え制御を実行する。

図２は、油圧源をメインポンプ4からサブポンプ5に切り替える場合の油圧源切り替え制御の流れを示すフローチャートである。この制御は、HEVモードからEVモードへのモード遷移時に実行される。
ステップS1では、サブポンプ5に起動を指示する。すなわち、サブポンプ5の回転数が目標吐出量に応じた目標回転数となるよう、電動モータ3の回転数制御を開始する。
ステップS2では、サブポンプ起動待ちタイマ（以下、タイマ）のカウントダウンをスタートさせる。ここで、タイマのセット時間（判定時間）は、サブポンプ5の使用条件に応じて可変とする。例えば、吐出圧が高いほど、油温が低いほど、または吐出量が多いほど、セット時間を長くする。

ステップS3では、サブポンプ5が正常に起動したかを判定する。YESの場合はステップS4へ進み、NOの場合はステップS6へ進む。このステップでは、まず、ライン圧センサ7により検出されたライン圧信号を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)によりFFT分析し、サブポンプ5の吐出圧の脈動周波数成分を抽出する。続いて、抽出した脈動周波数成分が周波数閾値以上である場合、サブポンプ5が正常に起動したと判定し、抽出した脈動周波数成分が周波数閾値未満である場合、サブポンプ5は正常に起動していないと判定する。周波数閾値は、必要流量が得られる脈動周波数であって、サブポンプ5の回転数とベーンの数との積に対応する値とする。さらに、周波数閾値は、サブポンプ5の使用条件に応じて可変とする。例えば、吐出圧や油温が高いほど、周波数閾値を高くする。

ステップS4では、タイマをクリアする。
ステップS5では、エンジン2を制御するエンジンコントローラに対し、エンジン停止を指示する。
ステップS6では、タイマがタイムアウトしたか（セット時間が経過したか）を判定する。YESの場合はステップS7へ進み、NOの場合はステップS3へ戻る。
ステップS7では、サブポンプ5の異常と判定し、サブポンプ5の異常検知処理を実行する。異常検知処理では、サブポンプ5の駆動を停止すると共に、ドライバに対し、サブポンプ5に異常が発生していることを報知する。また、EVモードへのモード遷移をキャンセルし、HEVモードを継続する。

図３は、油圧源をサブポンプ5からメインポンプ4に切り替える場合の油圧源切り替え制御の流れを示すフローチャートである。この制御は、EVモードからHEVモードへのモード遷移時に実行される。
ステップS11では、エンジンコントローラに対し、エンジン始動を指示する。
ステップS12では、メインポンプ4が正常に起動したかを判定する。YESの場合はステップS13へ進み、NOの場合はステップS14へ進む。このステップでは、まず、ライン圧センサ7により検出されたライン圧信号を高速フーリエ変換し、メインポンプ4の吐出圧の脈動周波数成分を抽出する。続いて、抽出した脈動周波数成分が周波数閾値以上である場合、メインポンプ4が正常に起動したと判定し、抽出した脈動周波数成分が周波数閾値未満である場合、メインポンプ4は正常に起動していないと判定する。周波数閾値は、必要流量が得られる脈動周波数であって、メインポンプ4の回転数とベーンの数との積に対応する値とする。ここで、周波数閾値は、メインポンプ4の使用条件（目標吐出量、油温、ライン圧等）に応じて可変する。周波数閾値は、目標吐出量が大きいほど、油温が高いほど、またはライン圧が高いほど、大きな値に設定する。

ステップS13では、サブポンプ5に停止を指示する。すなわち、電動モータ3の駆動を停止する。
ステップS14では、エンジン2の完爆を検知したかを判定する。YESの場合はステップS15へ進み、NOの場合はステップS12へ戻る。このステップでは、エンジン回転数が予め設定された完爆判定閾値に達したか否かにより、エンジン2の完爆を検知する。
ステップS15では、メインポンプ4の異常と判定し、メインポンプ4の異常検知処理を実行する。異常検知処理では、メインポンプ4の駆動を停止すると共に、ドライバに対し、メインポンプ4に異常が発生していることを報知する。また、HEVモードへのモード遷移をキャンセルし、EVモードを継続する。

次に、実施形態１の作用を説明する。
CVTの作動油の油圧源として、エンジンにより駆動されるメインポンプと電動モータにより駆動されるサブポンプとの間で切り替える際、タイマやエンジンの完爆検知をトリガとすることが一般的である。ところが、ベーンの張り出し不良等、事前検知が困難な異常が発生した場合、タイマやエンジンの完爆検知をトリガとして油圧源を切り替えると、切り替え先ポンプでは必要流量が得られないにもかかわらず、切り替え元ポンプの駆動を停止するため、作動油の流量不足が生じ、変速機の正常動作が保証されない状況に陥るおそれがある。また、タイマやエンジンの完爆検知における判定時間が経過するまでの間は、切り替え先ポンプが正常に起動した場合であっても切り替え元ポンプの駆動が継続されるため、無駄なエネルギーを消費し、燃費および電費の悪化を招く。

これに対し、実施形態１のポンプ装置1では、ライン圧から抽出した切り替え先ポンプの脈動周波数成分が周波数閾値に達したとき、切り替え先ポンプが正常に起動したと判定する。図４は、ベーンポンプの吐出圧波形であり、ベーンポンプが正常に可動している場合、その吐出圧は、fe=N×Z[Hz]（fe:吐出圧の脈動周波数成分、N:回転数、Z:ベーンの数）なる周波数成分を特徴的に含み、他の周波数成分はそれよりも少ないのが普通である。一方、ベーンの張り出し不良や欠損等が生じると、正常時の吐出圧波形との同期がくずれ、吐出圧は正常時の脈動周波数成分feからずれた周波数成分を多く含むようになる。よって、切り替え先ポンプにおいて、正常時における必要流量を満たす脈動周波数成分feを周波数閾値として設定し、実際の脈動周波数成分と比較することにより、ベーンの張り出し不良や欠損等、事前検知が困難な異常に対して、メインポンプ4およびサブポンプ5が正常に起動したか否かを正確に判定できる。

そして、実施形態１のポンプ装置1では、切り替え先ポンプが正常に起動したことを確認した上で、切り替え元ポンプの駆動を停止する。よって、切り替え先ポンプの吐出量が十分に発生している段階で切り替え元ポンプの駆動を停止するため、作動油の流量不足を抑制でき、CVTの正常動作が保証されない状況に陥るのを回避できる。また、タイマやエンジンの完爆検知における判定時間の経過を待つ必要がないため、切り替え元ポンプの駆動が不要に継続せず、燃費および電費の悪化を抑制できる。

実施形態１のポンプ装置1では、ライン圧センサ7により検出されたライン圧信号を高速フーリエ変換することにより、切り替え先ポンプの脈動周波数成分を抽出する。図５は、油圧源の切り替え時における周波数スペクトルである。周波数スペクトルは、横軸が周波数、縦軸が信号の強度（大きさ）であり、FFTアナライザにより、ライン圧信号の強度をそれに含まれる周波数成分毎に分解した強度分布を表す。切り替え先ポンプの起動前は、切り替え元ポンプのみが駆動しているため、図５(a)に示すように、周波数スペクトルには、切り替え元ポンプの脈動周波数成分のみが現れる。切り替え先ポンプを起動すると、周波数スペクトルには、切り替え元ポンプの脈動周波数成分に加え、切り替え先ポンプの脈動周波数成分が現れる。切り替え先ポンプの起動直後は、切り替え先ポンプの回転数が低いため、図５(b)のように、切り替え先ポンプの脈動周波数成分は、周波数閾値に対して大きく乖離している。切り替え先ポンプの回転数が必要流量を達成可能な程度まで上昇すると、図５(c)に示すように、切り替え先ポンプの脈動周波数成分は周波数閾値に到達する。

ここで、実施形態１のポンプ装置1では、メインポンプ4から分岐油路6aに吐出された作動油と、サブポンプ5から分岐油路6bに吐出された作動油は、吐出油路6で合流し、プレッシャレギュレータバルブによりライン圧に調圧される。よって、ライン圧の値からは切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定できない。なお、両分岐油路6a,6bにそれぞれ圧力センサを設置することにより、個々のポンプの吐出圧を検出できるため、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定できる。ところが、２つの圧力センサの追加を要するため、大幅なコストアップを招く。実施形態１では、ライン圧信号を高速フーリエ変換して周波数分布を見ることにより、コストアップを抑制しつつ、既存のライン圧センサ7を用いて切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定できる。

実施形態１にあっては、以下の効果を奏する。
(1) エンジン2により駆動され、吐出油路6に作動油を吐出するメインポンプ4と、電動モータ3により駆動され、吐出油路6に作動油を吐出するサブポンプ5と、メインポンプ4およびサブポンプ5の駆動を選択的に切り替えるコントローラ10と、を備えた車両のポンプ装置1であって、コントローラ10は、切り替え先ポンプへの起動指示後、吐出油路6の圧力に基づき切り替え先ポンプの吐出圧の脈動周波数成分を求め、当該脈動周波数成分が周波数閾値に達したとき、切り替え先ポンプが正常に起動したと判定し、切り替え元ポンプの駆動を停止する。
よって、油圧源の切り替えの際、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かを正確に判定でき、作動油の流量不足を抑制できる。

(2) 切り替え先ポンプは、ベーンポンプであり、コントローラ10は、周波数閾値を、ベーンポンプの回転数とベーンの数との積に対応する値とする。
ベーンポンプの脈動周波数成分は、ベーンポンプの回転数とベーンの数との積であるため、周波数閾値を回転数×ベーンの数に対応させることにより、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かをより正確に判定できる。

(3) コントローラ10は、周波数閾値を、切り替え先ポンプの使用条件に応じて可変とする。
高吐出圧や高油温時には、作動油のリーク量が増加するため、一定吐出量を得るために必要なポンプの回転数は上昇する。よって、使用条件に応じて周波数閾値を設定することにより、切り替え先ポンプが正常に起動したか否かをより正確に判定できる。

(4) コントローラ10は、切り替え先ポンプがサブポンプ5である場合に、サブポンプ5への起動指示後の経過時間が判定時間を超えてもサブポンプ5が正常に起動したと判定されないときには、サブポンプ5の異常と判定し、メインポンプ4の駆動を継続する。
よって、サブポンプ5に異常が発生した場合には、エンジン2の駆動を停止せず、サブポンプ5の駆動を停止することにより、作動油の流量不足に伴うCVTの誤作動を回避できる。

(5) コントローラ10は、判定時間を、サブポンプ5の使用条件に応じて可変とする。
高吐出圧、低油温や高吐出量時には、サブポンプ5が正常に起動するまでに時間を要する。よって、使用条件に応じて判定時間を設定することにより、サブポンプ5が正常に起動したか否かをより正確に判定できる。

(6) コントローラ10は、切り替え先ポンプがメインポンプ4である場合に、エンジン2の完爆状態が検出されてもメインポンプ4が正常に起動したと判定されないときには、メインポンプ4の異常と判定し、サブポンプ5の駆動を継続する。
よって、メインポンプ4に異常が発生した場合には、サブポンプ5の駆動を停止せず、メインポンプ4の駆動を停止することにより、作動油の流量不足に伴うCVTの誤作動を回避できる。

以上、本発明を実施するための形態を実施形態に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、実施形態では、メインポンプからサブポンプへの切り替え時とサブポンプからメインポンプへの切り替え時との両方に対して切り替え先ポンプの起動完了を判定する例を示したが、前者または後者のいずれか一方に対して切り替え先ポンプの起動完了を判定してもよい。例えば、後者のケースで特に問題が発生していたとすると、後者の切り替えシーンに対してのみ切り替え先ポンプの起動完了を判定すればよい。

実施形態では、本発明のポンプ装置をハイブリッド車両に適用する例を示したが、本発明のポンプ装置は、エンジンのみを動力源とし、車両停止時にエンジンを停止するアイドルストップ機能を有する車両にも適用できる。この場合、メインポンプの吐出側に設けられるチェック弁を省略してもよい。
実施形態では、ライン圧信号の高速フーリエ変換により切り替え先ポンプの脈動周波数成分を抽出する例を示したが、ライン圧信号にフィルタ処理を施すことにより、切り替え先ポンプの脈動周波数成分を抽出してもよい。

1 ポンプ装置
2 エンジン
3 電動モータ（電動機）
4 メインポンプ（第１ポンプ）
5 サブポンプ（第２ポンプ）
6 吐出油路
6a 分岐油路
6b 分岐油路
7 ライン圧センサ
8 メインポンプ回転数センサ
9 サブポンプ回転数センサ
10 コントローラ
11a チェック弁
11b チェック弁

Claims (6)

1. エンジンにより駆動され、吐出油路に作動油を吐出する第１ポンプと、
   電動機により駆動され、前記吐出油路に作動油を吐出する第２ポンプと、
   前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの駆動を選択的に切り替えるコントローラと、
   を備えた車両のポンプ装置であって、
   前記コントローラは、切り替え先ポンプへの起動指示後、前記吐出油路の圧力に基づき前記切り替え先ポンプの吐出圧の脈動周波数成分を求め、当該脈動周波数成分が周波数閾値に達したとき、前記切り替え先ポンプが正常に起動したと判定し、切り替え元ポンプの駆動を停止する、
   車両のポンプ装置。
2. 請求項１に記載の車両のポンプ装置であって、
   前記切り替え先ポンプは、ベーンポンプであり、
   前記コントローラは、前記周波数閾値を、前記ベーンポンプの回転数とベーンの数との積に対応する値とする、
   車両のポンプ装置。
3. 請求項１または２に記載の車両のポンプ装置であって、
   前記コントローラは、前記周波数閾値を、前記切り替え先ポンプの使用条件に応じて可変とする、
   車両のポンプ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両のポンプ装置であって、
   前記コントローラは、前記切り替え先ポンプが前記第２ポンプである場合に、前記第２ポンプへの起動指示後の経過時間が判定時間を超えても前記第２ポンプが正常に起動したと判定されないときには、前記第２ポンプの異常と判定し、前記第１ポンプの駆動を継続する、
   車両のポンプ装置。
5. 請求項４に記載の車両のポンプ装置であって、
   前記コントローラは、前記判定時間を、前記切り替え先ポンプの使用条件に応じて可変とする、
   車両のポンプ装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両のポンプ装置であって、
   前記コントローラは、前記切り替え先ポンプが前記第１ポンプである場合に、前記エンジンの完爆状態が検出されても前記第１ポンプが正常に起動したと判定されないときには、前記第１ポンプの異常と判定し、前記第２ポンプの駆動を継続する、
   車両のポンプ装置。

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