JP2021057945A - モータユニットの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境において、オイル温度を参照せずに電動オイルポンプを適切に駆動制御可能な車両搭載モータユニットの制御装置を提供する。【解決手段】車両に搭載されるモータユニット１は、モータ軸周りに並ぶ複数のコイルを有するモータ２と、モータの動力を車軸に伝達する伝達機構と、モータおよび伝達機構を収容するハウジングと、ハウジング内のオイルを搬送する電動オイルポンプ９と、モータコイルの温度を検出するコイル温度センサ３３と、を有する。モータ制御装置１１０は、モータを駆動制御するモータ制御部１１３と、電動オイルポンプを駆動制御するポンプ制御部１１４とを有する。ポンプ制御部は、外気温とコイル温度とからオイルの温度を推定し、推定されるオイル温度に基づいて電動オイルポンプの起動タイミングを決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータユニットの制御装置に関する。

従来、車両駆動用のモータユニットが知られる。例えば特許文献１には、ハウジング内に冷却用のオイルを循環させる電動オイルポンプを備える構成が開示される。電動オイルポンプでは、オイル温度の変化に伴う粘性抵抗の増減に対応するため、オイル温度に応じた駆動制御が行われる（例えば特許文献２参照）。

特開２０１４−０４７９０８号公報 特許第５８３４５０９号公報

しかし、モータユニットにおいて、小型化、低コスト化のために、オイル温度を検出する温度センサが設けられない場合があり、このようなモータユニットでは、従来の制御方法が採用できず、電動オイルポンプの駆動制御が難しかった。
特に、電動オイルポンプの起動自体が制限されるような低温環境では、不適切なタイミングで電動オイルポンプを起動させると起動できずに電動オイルポンプ不良と判定されるおそれがある。このような低温環境において、オイル温度を参照せずに電動オイルポンプを適切に駆動制御することは極めて難しかった。

本発明の１つの態様によれば、車両に搭載されるモータユニットの制御装置が提供される。前記モータユニットは、モータ軸周りに並ぶ複数のコイルを有するモータと、前記モータの動力を車軸に伝達する伝達機構と、前記モータおよび前記伝達機構を収容するハウジングと、前記ハウジング内のオイルを搬送する電動オイルポンプと、前記コイルの温度を検出するコイル温度センサと、を備える。前記モータを駆動制御するモータ制御部と、前記電動オイルポンプを駆動制御するポンプ制御部とを有する。前記ポンプ制御部は、外気温と前記コイル温度とから前記オイルの温度を推定し、推定されるオイル温度に基づいて前記電動オイルポンプの起動タイミングを決定する。

本発明の態様によれば、オイル用の温度センサを備えないモータユニットにおいても、電動オイルポンプを適切に駆動制御できるモータユニットの制御装置が提供される。

図１は、モータユニットを備える車両を示す図である。 図２は、モータユニットの概略構成を示す図である。 図３は、モータユニットの機能ブロック図である。 図４は、電動オイルポンプ起動時のモータユニットのフローチャートである。 図５は、車両ソーク時間と推定オイル温度との関係を説明する図である。 図６は、コールドスタート時のコイル温度および推定オイル温度の時間変化を説明する図である。 図７は、モータ駆動信号のデューティとコイルの熱容量の時間変化を説明する図である。 図８は、モータ回転数と総循環油量の時間変化を説明する図である。 図９は、ホットスタート時のコイル温度およびオイル温度の時間変化を説明する図である。

図１は、車両駆動用のモータユニットを備える車両の一例を示す概略図である。
車両１００は、モータユニット１と、車軸１０１、１０２と、前輪１０３、１０４と、後輪１０５、１０６と、車両制御装置１０７と、バッテリ１０８と、外気温センサ１０９と、モータ制御装置１１０と、を備える。

モータユニット１は、車軸１０１を介して、前輪１０３、１０４を駆動する。モータユニット１は、モータ制御装置１１０により駆動制御される。モータ制御装置１１０は、車両制御装置１０７およびバッテリ１０８に接続される。車両制御装置（ＶＣＵ）１０７は、車両１００の各部から信号を収集し、車両１００の全体を制御する。モータ制御装置（ＭＣＵ）１１０は、車両制御装置１０７から受信する制御信号に基づいて、モータユニット１を制御する。

以下の説明では、モータユニット１が水平な路面上に位置する車両に搭載された場合の位置関係を基に、重力方向を規定して説明する。また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向（すなわち上下方向）を示し、＋Ｚ方向が上側（重力方向の反対側）であり、−Ｚ方向が下側（重力方向）である。また、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向であってモータユニット１が搭載される車両の前後方向を示し、＋Ｘ方向が車両前方であり、−Ｘ方向が車両後方である。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向であって、車両の幅方向（左右方向）である。

以下の説明において特に断りのない限り、モータ２のモータ軸Ｊ２に平行な方向（Ｙ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、モータ軸Ｊ２を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、モータ軸Ｊ２を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。また、上記の「直交する方向」は略直交する方向も含む。

モータユニット１は、図２に示すように、モータ２と、伝達機構３と、ハウジング６と、オイルクーラー８と、電動オイルポンプ９と、を備える。モータユニット１は、ハウジング６の内部に、オイルＯと、オイルＯをモータ２に供給する油路９０と、を備える。モータユニット１は、パーキング機構を有していてもよい。

モータ２は、水平方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として回転するロータ２０と、ロータ２０の径方向外側に位置するステータ３０と、を備える。モータ２は、インナーロータ型モータである。

ロータ２０は、シャフト２１と、ロータ本体２４とを有する。ロータ本体２４は、ロータコアとロータマグネットとを含む。シャフト２１は、水平方向かつ車両の幅方向（Ｙ軸方向）に延びるモータ軸Ｊ２を中心とする。シャフト２１は、内部に中空部２２を有する。すなわちシャフト２１は、モータ軸Ｊ２に沿って延びる内周面を有する中空シャフトである。

ステータ３０は、ステータコア３２と、コイル３１と、ステータコア３２とコイル３１との間に介在する図示略のインシュレータとを有する。ステータ３０は、ハウジング６に保持される。ステータコア３２は、ロータ２０を囲む円筒状である。ステータコア３２は、軸方向に見て円環状のコアバックと、コアバックの内周面から径方向内側に延びる複数のティースを有する。ティース間のスロットにコイル線が掛け回されることでコイル３１が構成される。

伝達機構３は、減速装置４と、差動装置５とを有する。減速装置４は、モータ２のロータ２０に接続される。差動装置５は、減速装置４に接続される。差動装置５は車軸１０１に連結される。車軸１０１は、差動軸Ｊ５の軸回りに回転可能である。

ハウジング６は、内部に収容空間８０を有する。モータ２、減速装置４および差動装置５は、収容空間８０に収容される。オイルＯは、減速装置４および差動装置５の潤滑用として使用されるとともに、モータ２の冷却用として使用される。オイルＯは、収容空間８０の鉛直方向下側の領域に溜る。オイルＯは、潤滑油および冷却油の機能を奏するため、粘度の低いオートマチックトランスミッション用潤滑油（ＡＴＦ：Automatic Transmission Fluid）と同等のオイルを用いることが好ましい。油路９０は、収容空間８０の下側の領域からオイルＯをモータ２に供給するオイルＯの経路である。油路９０は、第１の油路９１と第２の油路９２とを有する。

なお、本明細書において、「油路」とは、収容空間８０を循環するオイルＯの経路を意味する。したがって、「油路」とは、定常的に一方向に向かう定常的なオイルの流動を形成する「流路」のみならず、オイルを一時的に滞留させる経路（例えばリザーバ）およびオイルが滴り落ちる経路をも含む概念である。

ハウジング６は、内部に隔壁６１を有する。隔壁６１は、収容空間８０をモータ室８１とギヤ室８２とに区画する。モータ室８１は、モータ２を収容する。ギヤ室８２は、減速装置４および差動装置５を収容する。

ハウジング６は、収容空間８０の下部領域に、オイルＯが溜るオイル溜りＰを有する。本実施形態では、オイル溜りＰは、ギヤ室８２の下側の領域に位置する。モータ室８１の底部８１ａは、ギヤ室８２の底部８２ａより上側に位置する。また、モータ室８１とギヤ室８２とを区画する隔壁６１は、下端部に、隔壁６１を厚さ方向に貫通する隔壁開口６８を有する。隔壁開口６８は、モータ室８１とギヤ室８２とを繋ぐ。隔壁開口６８を通じて、モータ室８１の下側の領域に溜ったオイルＯが、ギヤ室８２に移動する。

オイル溜りＰには、差動装置５の一部が浸かる。オイル溜りＰに溜るオイルＯは、差動装置５の動作によってかき上げられて、一部が第１の油路９１に供給され、一部がギヤ室８２内に拡散される。ギヤ室８２に拡散されたオイルＯは、ギヤ室８２内の減速装置４および差動装置５の各ギヤに供給されてギヤの歯面にオイルＯを行き渡らせる。減速装置４および差動装置５に使用されたオイルＯは、ギヤから滴下してギヤ室８２の下側に位置するオイル溜りＰに回収される。収容空間８０のオイル溜りＰの容量は、モータユニット１の停止時に、差動装置５の軸受の一部がオイルＯに浸かる程度である。

ハウジング６は、モータユニット１の外枠を構成する。ハウジング６は、前輪１０３、１０４を支持する車軸１０１が通される２つの車軸挿入孔６ａ、６ｂを有する。ハウジング６は、内部に、第１のリザーバ９３と、案内流路９４と、を有する。第１のリザーバ９３は、差動装置５によってかき上げられたオイルＯを溜める。案内流路９４は、第１のリザーバ９３からモータ２のシャフト２１に向かって延びる。案内流路９４は、第１のリザーバ９３で受けたオイルＯをシャフト２１の中空部２２の内側に案内する流路である。

減速装置４は、モータ２から出力されるトルクを差動装置５へ伝達する。減速装置４は、第１のギヤ４１と、第２のギヤ４２と、第３のギヤ４３と、中間シャフト４５と、を有する。モータ２から出力されるトルクは、モータ２のシャフト２１、第１のギヤ４１、第２のギヤ４２、中間シャフト４５および第３のギヤ４３を介して差動装置５のリングギヤ５１へ伝達される。各ギヤのギヤ比およびギヤの個数等は、必要とされる減速比に応じて種々変更可能である。本実施形態では、減速装置４は、各ギヤの軸芯が平行に配置される平行軸歯車タイプの減速機である。

第１のギヤ４１は、シャフト２１の一方の端部に固定される。第１のギヤ４１は、シャフト２１とともに、モータ軸Ｊ２を中心に回転する。中間シャフト４５は、モータ軸Ｊ２と平行な中間軸Ｊ４に沿って延びる。中間シャフト４５は、中間軸Ｊ４を中心とする円筒状である。中間シャフト４５は、中間軸Ｊ４を中心として回転する。
第２のギヤ４２および第３のギヤ４３は、中間シャフト４５の軸方向の両端に位置する。第２のギヤ４２と第３のギヤ４３は、中間シャフト４５を介して接続される。第２のギヤ４２および第３のギヤ４３は、中間軸Ｊ４を中心として回転する。第２のギヤ４２は、第１のギヤ４１に噛み合う。第３のギヤ４３は、差動装置５のリングギヤ５１と噛み合う。

差動装置５は、モータ２から出力されるトルクを車軸１０１に伝達する。差動装置５は、車両の旋回時に、左右の車輪の速度差を吸収しつつ、左右両輪の車軸１０１に均一にトルクを伝える。差動装置５は、リングギヤ５１と、差動機構５２とを有する。差動機構５２は、例えば、ギヤハウジング、一対のピニオンギヤ、ピニオンシャフト、一対のサイドギヤ等を含む。車軸１０１は、差動機構５２の一対のサイドギヤに連結される。リングギヤ５１は、モータ軸Ｊ２と平行な差動軸Ｊ５を中心として回転する。リングギヤ５１には、モータ２から出力されるトルクが減速装置４を介して伝えられる。リングギヤ５１は、差動機構５２のギヤハウジングの外周に固定される。

油路９０は、収容空間８０のモータ室８１とギヤ室８２とに跨って構成される。油路９０は、オイルＯをオイル溜りＰからモータ２を経て、再びオイル溜りＰに導くオイルＯの経路である。油路９０は、モータ２の内部を通る第１の油路９１と、モータ２の外部を通る第２の油路９２と、を有する。オイルＯは、第１の油路９１および第２の油路９２において、モータ２を内部および外部から冷却する。

第１の油路９１および第２の油路９２は、ともにオイル溜りＰからオイルＯをモータ２に供給して、再びオイル溜りＰに回収する経路である。第１の油路９１および第２の油路９２において、オイルＯは、モータ２から滴下して、モータ室の下側の領域に溜る。モータ室８１の下側の領域に溜ったオイルＯは、隔壁開口６８を介して、ギヤ室８２の下側のオイル溜りＰに移動する。

第１の油路９１は、かき上げ経路９１ａと、シャフト供給経路９１ｂと、シャフト内経路９１ｃと、ロータ内経路９１ｄと、貯留経路９１ｅと、を有する。第１の油路９１の経路中には、第１のリザーバ９３が配置される。

オイルＯは、オイル溜りＰから差動装置５によりかき上げられ、かき上げ経路９１ａを通じて第１のリザーバ９３に流入する。オイルＯは、第１のリザーバ９３からシャフト供給経路９１ｂを通ってシャフト２１の中空部２２内に流入する。オイルＯは、シャフト２１内のシャフト内経路９１ｃを通り、シャフト２１の図示しない貫通孔からロータ本体２４の内部に流入する。オイルＯは、ロータ内経路９１ｄを通ってロータ本体２４の軸方向の両端から外側へ噴出する。オイルＯは、ロータ２０の回転に伴う遠心力によって径方向外側に飛散し、ステータ３０のコイル３１を冷却する。オイルＯは、モータ２から下側へ滴下され、貯留経路９１ｅを通ってオイル溜まりＰへ移動する。

第２の油路９２は、第１の流路９２ａと第２の流路９２ｂと第３の流路９２ｃとを有する。第２の油路９２の経路中には、電動オイルポンプ９と、オイルクーラー８と、第２のリザーバ９８と、が配置される。第２の油路９２において、オイルＯは、第１の流路９２ａ、電動オイルポンプ９、第２の流路９２ｂ、オイルクーラー８、第３の流路９２ｃ、第２のリザーバ９８の順で各部を通過して、モータ２に供給される。

電動オイルポンプ９は、第１の流路９２ａを介してオイル溜りＰからオイルＯを吸い上げて、第２の流路９２ｂへオイルＯを吐出する。オイルＯは、第２の流路９２ｂからオイルクーラー８および第３の流路９２ｃを通って、第２のリザーバ９８に流入する。オイルＯは第２のリザーバ９８からモータ２に供給される。

以下、図３から図９を参照して、モータユニット１における電動オイルポンプの制御について説明する。
図３に示すように、モータユニット１の制御装置であるモータ制御装置１１０は、制御部１１１と、駆動部１１２と、電流センサ１１７と、を有する。制御部１１１は、モータ制御部１１３と、ポンプ制御部１１４とを有する。駆動部１１２は、駆動回路１１５と、インバータ１１６とを有する。モータユニット１は、モータ２と電動オイルポンプ９を備える。モータ２は、コイル３１の温度を測定するコイル温度センサ３３と、ロータ２０の回転方向位置を検出する回転センサ２５とを有する。

制御部１１１のモータ制御部１１３は、駆動部１１２と、モータ２の回転センサ２５と、モータ制御装置１１０上の電流センサ１１７と、に接続される。モータ制御部１１３は、上位装置である車両制御装置１０７からの指令信号に基づいて、駆動部１１２を介してモータ２を駆動制御する。本実施形態の場合、モータ制御部１１３は、回転センサ２５を介してロータ２０の回転角度を取得し、ロータ２０の回転制御を行う。モータ制御部１１３は、電流センサ１１７を介してモータ２のコイル３１に流れる電流を検出し、電流フィードバック制御を行う。
ポンプ制御部１１４は、モータユニット１の電動オイルポンプ９に接続される。ポンプ制御部１１４は、電動オイルポンプ９を駆動制御する。ポンプ制御部１１４とモータ制御部１１３は、相互に通信する。すなわち、ポンプ制御部１１４は、モータ制御部１１３からモータ２の情報を取得可能である。またモータ制御部１１３は、ポンプ制御部１１４から電動オイルポンプ９の情報を取得可能である。

本実施形態では、モータ制御装置１１０がモータ制御部１１３とポンプ制御部１１４とを兼ね備える構成としたが、モータ制御部１１３とポンプ制御部１１４をそれぞれ独立した制御装置として備える構成としてもよい。

駆動部１１２の駆動回路１１５は、モータ制御部１１３とインバータ１１６に接続される。本実施形態の場合、駆動回路１１５は、モータ制御部１１３から出力される指令電圧信号とキャリアの三角波とを比較することにより、ＰＷＭ（Pulse Width Moduration）制御信号を生成する。駆動回路１１５は、ＰＷＭ制御信号をインバータ１１６に出力する。インバータ１１６は、駆動回路１１５から入力されるＰＷＭ制御信号により駆動される。インバータ１１６は、バッテリ１０８の直流電力をモータ２を駆動する三相の交流電力に変換する。

本実施形態のモータ制御装置１１０において、ポンプ制御部１１４は、外気温とコイル温度とからオイルＯの温度を推定し、オイル温度に基づいて電動オイルポンプ９の起動タイミングを決定する。具体的には、ポンプ制御部１１４において、図４に示すステップＳ１〜Ｓ６が実行される。

車両１００のイグニッションスイッチがオンされ、モータユニット１が通電状態になると、ポンプ制御部１１４は、ステップＳ１において、コイル３１のコイル温度と、車両１００の外気温とを取得する。コイル温度は、モータ２のコイル温度センサ３３により取得可能である。外気温は、車両１００に設置される外気温センサ１０９を通じて車両制御装置１０７が取得する。ポンプ制御部１１４は、車両制御装置１０７から外気温を取得する。

ポンプ制御部１１４は、ステップＳ２において、コイル温度と外気温とから始動時のオイル温度を推定する。
ポンプ制御部１１４は、オイル温度の推定にあたり、まず、ステップＳ２１において、コイル温度と外気温とを比較する。比較の結果、コイル温度と外気温とがほぼ等しい場合、ポンプ制御部１１４は、オイルＯが十分に冷えた状態から車両１００が始動されたコールドスタートであると判断する。コールドスタートの判断基準は、コイル温度と外気温との温度差が、車両が冷機状態にあると判断できる範囲内にあることである。例えば、コイル温度と外気温の差が５℃以下である場合に、コールドスタートと判断できる。コールドスタートの判断基準となる温度差は、モータユニットの機種ごとに異ならせてもよい。

ポンプ制御部１１４がコールドスタートと判断した場合、ステップＳ２２が実行される。ポンプ制御部１１４は、始動時のオイル温度を、コイル温度に等しい温度であると推定する。今回始動時の推定オイル温度Ｔoil_startと、今回始動時のコイル温度Ｔcoil_startとは、下記式（１）に示す関係となる。

Ｔoil_start=Ｔcoil_start …（１）

一方、コイル温度と外気温との差がコールドスタートの判断基準となる温度差、例えば５℃を超える場合、オイルＯの温度が下がりきる前に車両１００が再始動されたホットスタートであると判断する。この場合、オイルＯの温度は外気温までは低下していないと推定される。ポンプ制御部１１４は、ホットスタートと判断した場合、前回の運転終了時の推定オイル温度と、車両１００の車両ソーク時間と、コイル温度および外気温とに基づいて、今回始動時のオイル温度を推定する。

図５は、車両ソーク時間と推定オイル温度との関係を示す説明図である。
図５に示すように、モータユニット１のオイル温度は、前回の運転終了時の推定オイル温度Ｔ１またはＴ２から、車両ソーク時間の経過に伴って低下し、外気温に近づいていく。オイル温度の変化の傾きは、外気温によって変化する。すなわち、外気温が高ければ、オイル温度の低下が緩やかになり、外気温が低ければ、オイル温度は速く低下する。

モータユニット１を備える車両１００では、一般的に、イグニッションオフ後にモータユニット１を冷却する運転後冷却動作が実行される。本実施形態の場合、モータユニット１の停止後にも電動オイルポンプ９が稼働し続け、モータユニット１内にオイルを循環させる。このオイル循環動作により、モータユニット１の各部、特にコイル３１が冷却される。運転後冷却動作により、モータユニット１の各部が冷却され、オイル温度とコイル温度はほぼ等しくなる。本実施形態において、前回の運転終了時の推定オイル温度は、運転後冷却動作が実行された後の推定オイル温度である。したがって、運転後冷却動作の実行後に、コイル温度を測定することにより、車両停止時の推定オイル温度を取得可能である。

前回の車両停止時の推定オイル温度をＴoil_stop、車両１００の車両ソーク時間をｔsoak、外気温の平均値をＴout_avgとすると、現在の推定オイル温度Ｔoil_startは、以下の式（２）により計算できる。なお、外気温の平均値Ｔout_avgは、前回の運転終了時の外気温と、今回始動時の外気温との平均値である。また、式（２）のａは、実験的に求められる定数である。

Ｔoil_start＝Ｔoil_stop−（ａ／Ｔout_avg）・ｔsoak …（２）

式（２）における定数ａを決定するには、車両１００の運転後冷却動作が終了した後、種々の外気温において、ソーク時間に対するオイル温度の変化を観測する実験を実施する。多数の外気温環境下でデータを収集することにより、精度よく定数ａを決定可能である。

次に、ポンプ制御部１１４は、ステップＳ３において、今回始動時の推定オイル温度Ｔoil_startと、電動オイルポンプ９の起動可能温度Ｔeop_okとを比較する。推定オイル温度Ｔoil_startが起動可能温度Ｔeop_ok以上である場合、ステップＳ６に移行し、ポンプ制御部１１４は、電動オイルポンプ９を起動する。

一方、推定オイル温度Ｔoil_startが起動可能温度Ｔeop_okを下回っている場合、ステップＳ４に移行し、ポンプ制御部１１４は、推定オイル温度Ｔoilが、起動可能温度Ｔeop_okに到達するまでの昇温時間を推定し、昇温時間に基づいて電動オイルポンプ９の起動待機時間を決定する。ポンプ制御部１１４は、ステップＳ５において、起動待機時間の間だけ、電動オイルポンプ９の起動を待機する。所定時間の待機後、ステップＳ６に移行し、ポンプ制御部１１４は、電動オイルポンプ９を起動する。

以下、電動オイルポンプ９の起動待機の動作について、図６から図９を参照して詳細に説明する。
図６は、コールドスタートにおけるコイル温度および推定オイル温度の経過時間に対する変化を、概念的に示す説明図である。
ステップＳ２１においてコールドスタートであると判断されている場合、図６に示すように、今回始動時の推定オイル温度Ｔoil_startは、今回始動時のコイル温度Ｔcoil_startに等しいと推定される。イグニッションオン時には、電動オイルポンプ９は起動していない。

イグニッションオン後にモータユニット１のモータ２が回転を開始すると、コイル３１への通電によりコイル温度Ｔcoilが上昇し始める。このとき、電動オイルポンプ９は起動していないが、モータユニット１の伝達機構３は、差動装置５のリングギヤ５１によってオイル溜まりＰからオイルＯをかき上げ、モータ２のシャフト２１内にオイルＯが流入する。シャフト２１内のオイルは、ロータ本体２４を通ってコイル３１に噴射される。これにより、ハウジング６内を循環するオイルＯは、コイル３１との接触によって加熱され、オイル温度が徐々に温度上昇する。

コイル３１との接触によるオイルＯの温度上昇値（ΔＴoil）は、コイル３１の熱容量Ｃcoilの増加分と、コイル３１と接触するオイルＯの量（オイル循環量Ｖoil）とから見積もることができる。図７は、モータユニットの駆動時間に対する、モータ駆動信号のデューティ値変化と、コイルの熱容量の変化を概念的に示す説明図である。

コイル３１の熱容量Ｃcoilは、式（３）に示すように、コイル３１に入力されるモータ駆動信号のデューティ値ｄｕｔｙをモータユニット１の駆動期間だけ積算した値Σｄｕｔｙの関数として求めることができる。ポンプ制御部１１４は、モータ駆動信号のデューティ値ｄｕｔｙを、モータ制御部１１３から随時取得可能である。下記式（３）において、ｂ１は定数である。

Ｃcoil＝∫ｄｕｔｙ・ｄｔ
≒Σｄｕｔｙ・Δｔ
＝ｂ１・Σｄｕｔｙ …（３）

コイル３１に噴射されるオイルＯの量は、リングギヤ５１によりかき上げられ、シャフト２１に案内されるオイル量とみなすことができる。リングギヤ５１の回転数は、車軸１０１の回転数ｒｐｍに一致する。リングギヤ５１の回転によってハウジング６内を循環するオイルＯの総量であるオイル循環量Ｖoilは、下記式（４）に示すように、車軸１０１の回転数ｒｐｍに比例する。ポンプ制御部１１４は、車軸１０１の回転数ｒｐｍを、車両制御装置１０７から随時取得可能である。下記式（４）において、ｂ２は定数である。

Ｖoil ＝∫ｒｐｍ・ｄｔ
≒Σｒｐｍ・Δｔ
＝ｂ２・Σｒｐｍ …（４）

図８は、モータユニットの駆動時間に対する、車軸１０１の回転数ｒｐｍと、オイル循環量Ｖoilの変化を概念的に示す説明図である。図８に示すように、モータユニット１の駆動時間の経過に伴って、オイル循環量Ｖoilは単調に増加する。

以上から、モータユニット１の駆動開始後のオイル温度上昇値ΔＴoilは、下記式（５）に示すように、コイルの熱容量Ｃcoilとオイル循環量Ｖoilとの積として表すことができる。式（６）に示すように、式（３）の定数ｂ１と、式（４）の定数ｂ２は、デューティ値ｄｕｔｙと回転数ｒｐｍとの積を駆動期間だけ積算した値に掛かる定数ｂとして整理できる。定数ｂは、実験的に求めることが可能である。

ΔＴoil ＝ｂ１・Σｄｕｔｙ × ｂ２・Σｒｐｍ …（５）
＝ｂ・Σ（ｄｕｔｙ×ｒｐｍ） …（６）

式（６）における定数ｂを決定するには、例えば、モータユニット１を種々のデューティ値ｄｕｔｙで駆動し、各条件において駆動時間に対する推定オイル温度Ｔoilの変化を観測する。多数のデューティ値条件でデータを収集することにより、精度よく定数ｂを決定可能である。

ポンプ制御部１１４は、モータ制御部１１３から取得されるモータ駆動信号のデューティ値ｄｕｔｙおよび車両制御装置１０７から取得される車軸１０１の回転数ｒｐｍを式（６）により演算することで、モータユニット１の駆動開始からのオイル温度上昇値ΔＴoilを推定する。ポンプ制御部１１４は、下記式（７）に示すように、今回始動時の推定オイル温度Ｔoil_startとオイル温度上昇値ΔＴoilとを合算することで、現在の推定オイル温度Ｔoilを取得する。

Ｔoil＝Ｔoil_start＋ΔＴoil …（７）

ポンプ制御部１１４は、現在の推定オイル温度Ｔoilと、電動オイルポンプ９の起動可能温度Ｔeop_okとの差分と、単位時間当たりのオイル温度の上昇値とから、推定オイル温度Ｔoilが起動可能温度Ｔeop_okに到達するまでの昇温時間ｔeop_okを推定する。ポンプ制御部１１４は、昇温時間ｔeop_okを、電動オイルポンプ９の軌道を待機する起動待機時間ｔwaitとして決定する。単位時間当たりのオイル温度の上昇値は、オイル温度上昇値ΔＴoilをモータユニット１の駆動時間ｔ１で除した値である。

ｔwait＝（Ｔeop_ok−Ｔoil）／（ΔＴoil／ｔ１） …（８）

ポンプ制御部１１４は、ステップＳ５において、式（８）で得られる起動待機時間ｔwaitの間、電動オイルポンプ９の起動を待機する。待機時間の経過後、ステップＳ６に移行し、ポンプ制御部１１４は、電動オイルポンプ９を起動する。

本実施形態では、推定オイル温度Ｔoilが起動可能温度Ｔeop_okに到達するまでの昇温時間ｔeop_okを、起動待機時間ｔwaitとしているが、実機の状況に応じて、起動待機時間ｔwaitを昇温時間ｔeop_okに対して長くまたは短く調整してもよい。すなわち、起動待機時間ｔwaitは、昇温時間ｔeop_okに基づいて決定されればよく、起動待機時間ｔwaitと昇温時間ｔeop_okとは必ずしも一致していなくてもよい。

次に、図９は、ホットスタートにおけるコイル温度および推定オイル温度の経過時間に対する変化を、概念的に示す説明図である。
ステップＳ２１においてホットスタートであると判断されている場合、図９に示すように、今回始動時の推定オイル温度Ｔoil_startは、外気温よりも高い。今回始動時の推定オイル温度Ｔoil_startとコイル温度Ｔcoilとの大小関係は不定である。ホットスタートの場合も、イグニッションオン時には、電動オイルポンプ９は起動していない。

イグニッションオン後にモータユニット１のモータ２が回転を開始すると、コイル３１への通電によりコイル温度Ｔcoilが上昇し始める。また、差動装置５のリングギヤ５１によってオイルＯがかき上げられ、オイルＯとコイル３１との接触によりオイルＯの温度が上昇し始める。

ポンプ制御部１１４は、オイル温度の初期値として、ステップＳ２３において推定された今回始動時の推定オイル温度Ｔoil_startを用いる。推定オイル温度の初期条件以外は、コールドスタートの場合と同様である。ポンプ制御部１１４は、現在の推定オイル温度Ｔoilと、電動オイルポンプ９の起動可能温度Ｔeop_okとの差分と、単位時間当たりのオイル温度の上昇値とから、推定オイル温度Ｔoilが起動可能温度Ｔeop_okに到達するまでの昇温時間ｔeop_okを推定する。ポンプ制御部１１４は、昇温時間ｔeop_okに基づいて、電動オイルポンプ９の起動を待機する起動待機時間ｔwaitを推定する。

ポンプ制御部１１４は、ステップＳ５において、式（８）で得られる起動待機時間ｔwaitの間、電動オイルポンプ９の起動を待機する。待機時間の経過後、ステップＳ６に移行し、ポンプ制御部１１４は、電動オイルポンプ９を起動する。

以上に説明した本実施形態のモータ制御装置１１０によれば、モータユニット１のハウジング６に収容されるオイルＯの温度センサを備えない場合であっても、コイル温度と外気温とに基づいてオイル温度を推定でき、推定されるオイル温度に基づいて電動オイルポンプ９の起動タイミングを決定可能である。したがって、本実施形態のモータ制御装置１１０を備えるモータユニット１によれば、電動オイルポンプ９の起動自体が制限されるような低温環境においても、電動オイルポンプ９を安全に動作させることができる。よって、オイル用の温度センサを備えないモータユニット１の動作信頼性を向上させることができる。モータユニット１を備える車両１００によれば、低温環境において優れた動作信頼性が得られる。

本実施形態のモータ制御装置１１０では、ポンプ制御部１１４は、推定オイル温度Ｔoilが電動オイルポンプ９の起動可能温度Ｔeop_okよりも低い場合に、推定オイル温度Ｔoilが起動可能温度Ｔeop_okに到達するまでの昇温時間ｔeop_okを推定し、昇温時間ｔeop_okに基づいて、電動オイルポンプ９の起動を待機させる起動待機時間ｔwaitを決定する。この構成によれば、電動オイルポンプ９を安全に動作させることができる。また、モータ制御装置１１０が、ポンプ起動までの時間を認識できるため、モータ制御の効率を高めることも可能である。

本実施形態のモータ制御装置１１０では、ポンプ制御部１１４は、コイル温度Ｔcoilと外気温との差が５℃以内である場合に、コールドスタート時の推定オイル温度Ｔoilの上昇速度データに基づいて、昇温時間ｔeop_okを推定する。この構成によれば、冷機状態からの始動に電動オイルポンプ９の起動タイミングを精度よく制御可能である。

本実施形態のモータ制御装置１１０では、ポンプ制御部１１４は、モータ駆動信号のデューティ値ｄｕｔｙ、すなわち、モータ２の消費電力と、モータユニット１のオイル循環量Ｖoilとに基づいて昇温時間ｔeop_okを推定する。この構成によれば、モータ２の発熱によるオイル温度上昇を比較的精度よく見積もることができ、オイル温度の推定精度を高めることができる。これにより、低温環境において、より安全に電動オイルポンプ９を稼働できる。

本実施形態のモータ制御装置１１０では、ポンプ制御部１１４は、コイル温度Ｔcoilと外気温との差が５℃以内である場合に、始動時のオイル温度を、コイル温度に等しい温度であると推定する。この構成によれば、コールドスタートにおける始動時のオイル温度を比較的精度よく推定できる。

本実施形態のモータ制御装置１１０では、ポンプ制御部１１４は、コイル温度Ｔcoilが外気温よりも５℃以上高い場合に、車両停止時の推定オイル温度Ｔoil_stopと、車両ソーク時間ｔsoakと、外気温と、に基づいて、始動時の推定オイル温度Ｔoil_startを推定する。この構成によれば、ホットスタートにおける始動時のオイル温度を比較的精度よく推定できる。

１…モータユニット、２…モータ、３…伝達機構、６…ハウジング、９…電動オイルポンプ、３１…コイル、３３…コイル温度センサ、１００…車両、１０１…車軸、１１１…制御部、１１３…モータ制御部、１１４…ポンプ制御部、Ｊ２…モータ軸、Ｏ…オイル、Ｔoil…推定オイル温度、Ｔoil_start…始動時の推定オイル温度、Ｔoil_stop…車両停止時の推定オイル温度、Ｔcoil…コイル温度、Ｔeop_ok…起動可能温度、ｔeop_ok…昇温時間、ｔsoak…車両ソーク時間、ｔwait…起動待機時間、Ｖoil…オイル循環量

Claims (5)

1. 車両に搭載されるモータユニットの制御装置であって、
   前記モータユニットは、
   モータ軸周りに並ぶ複数のコイルを有するモータと、
   前記モータの動力を車軸に伝達する伝達機構と、
   前記モータおよび前記伝達機構を収容するハウジングと、
   前記ハウジング内のオイルを搬送する電動オイルポンプと、
   前記コイルの温度を検出するコイル温度センサと、
   を備え、
   前記モータを駆動制御するモータ制御部と、前記電動オイルポンプを駆動制御するポンプ制御部とを有し、
   前記ポンプ制御部は、外気温と前記コイル温度とから前記オイルの温度を推定し、推定されるオイル温度に基づいて前記電動オイルポンプの起動タイミングを決定する、
   モータユニットの制御装置。
2. 前記ポンプ制御部は、前記推定されるオイル温度が前記電動オイルポンプの起動可能温度よりも低い場合に、
   前記オイル温度が前記起動可能温度に到達するまでの昇温時間を推定し、前記昇温時間に基づいて、前記電動オイルポンプの起動を待機させる起動待機時間を決定する、
   請求項１に記載のモータユニットの制御装置。
3. 前記ポンプ制御部は、前記モータの消費電力と前記モータユニットのオイル循環量とに基づいて前記昇温時間を推定する、
   請求項２に記載のモータユニットの制御装置。
4. 前記ポンプ制御部は、前記コイル温度と前記外気温との差が５℃以内である場合に、始動時のオイル温度を、前記コイル温度と等しい温度であると推定する、
   請求項２または３に記載のモータユニットの制御装置。
5. 前記ポンプ制御部は、前記コイル温度が前記外気温よりも５℃以上高い場合に、車両停止時の推定オイル温度と、車両ソーク時間と、前記外気温と、に基づいて、始動時のオイル温度を推定する、
   請求項２または３に記載のモータユニットの制御装置。

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