JP2022129130A - 車両の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイル量を直接確認する手段を設けずとも、トランスアクスル内のオイル不足の有無を確認できるようにする。【解決手段】異常診断装置４０は、トランスアクスル内のオイル温度Ｔ４の測定値に基づき、トランスアクスルに内蔵された第１発電電動機のコイル温度を推定する。そして、異常診断装置４０は、コイル温度の測定値と推定値との差が判定値以上であることをもって、トランスアクスル内のオイルの量が不足していると判定している。【選択図】図２

Description

本発明は、トランスアクスルにモータを内蔵した車両におけるトランスアクスル内のオイル不足を異常として検出する車両の異常診断装置に関する。

車両のトランスアクスルの内部には、部品間の潤滑やトランスミッションの作動に用いるオイルが封入されている。トランスアクスルからオイルが抜けると、潤滑不良により部品が焼き付いてしまう場合がある。そのため、トランスアクスル内のオイルの量が不足しているか否かを確認する必要がある。

特許文献１には、車両のオイル循環システムのオイルタンクに、油面高さを検出するオイルレベルセンサを設置して、そのオイルレベルセンサによりオイル不足を検出することが記載されている。これと同様に、トランスアクスル内にオイルレベルセンサを設置すれば、トランスアクスルのオイル不足を検出できる。ただし、トランスミッションを収容したトランスアクスルでは、オイルが不足すると、直ぐにトランスミッションが正常に動作しなくなる。そのため、乗員は、トランスミッションの動作不良から、部品の焼き付きが生じるよりも早い段階で異常に気付く。そのため、オイルレベルセンサをトランスアクスルに設置する必要性は低いものとなっていた。

特開２００２－２３４５９７号公報

一方、ハイブリッド車両には、トランスアクスルにモータが設けられており、そのモータのトルク制御により変速を行うものがある。そして、そうしたハイブリッド車両のトランスアクスルには、オイルにより作動する油圧機器が一切設けられていないものがある。こうしたハイブリッド車両では、部品の焼き付きが生じる迄、トランスアクスル内のオイル量が不足した状態にあることを乗員が気付かない虞がある。しかしながら、トランスアクスルからオイルが抜ける状況となることは稀である。そのため、オイルレベルセンサの設置は、費用対効果が低いものとなっている。

上記課題を解決するハイブリッド車両の異常診断装置は、トランスアクスルにモータを内蔵したハイブリッド車両の異常を診断する装置である。同異常診断装置は、トランスアクスル内のオイル温度の測定値に基づき、モータのコイル温度を推定する推定処理と、コイル温度の測定値と同コイル温度の推定値との差が既定の判定値を超える場合にトランスアクスル内のオイルの量が不足していると判定する判定処理と、を行う。

トランスアクスルの内部では、モータとオイルとの熱交換が行われる。よって、モータのコイル温度とオイル温度とは、高い正の相関を示す。そのため、オイル温度からは、モータのコイル温度を推定できる。一方、トランスアクスル内のオイルの量が不足すると、トランスアクスル内でのモータ、オイル間の熱交換が行われ難くなる。そして、コイル温度とオイル温度との相関関係が変化する。上記推定処理でのコイル温度の推定は、当然ながら、十分な量のオイルがトランスアクスル内に存在する状況を前提として行われる。そのため、オイルの量が不足した状態となったときの上記推定処理でのコイル温度の推定値は、実際のコイル温度、すなわちコイル温度の測定値から乖離した値となる。よって、コイル温度の測定値と推定値との差が大きいことをもって、トランスアクスル内のオイルの量が不足した状態にあると判定できる。したがって、上記異常診断装置によれば、オイル量を直接測定する手段を設けずとも、トランスアクスル内のオイルの量が不足した状態にあるか否かを確認できる。

ハイブリッド車両の異常診断装置の一実施形態が異常の判定対象とするハイブリッド車両の駆動系の構成を模式的に示す図。 同実施形態の異常診断装置の構成を模式的に示す図。 同異常診断装置が実行するオイル不足判定ルーチンのフローチャート。 トランスアクスル内のオイルが不足した状態となっている場合のＭＧ１コア温度の測定値、及び推定値の車両起動後の推移を示すグラフ。

以下、ハイブリッド車両の異常診断装置の一実施形態を、図１～図４を参照して詳細に説明する。
＜ハイブリッド車両のトランスアクスル２０の構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態の異常診断装置４０が適用されるハイブリッド車両のトランスアクスル２０の構成を説明する。ハイブリッド車両において、トランスアクスル２０は、エンジン１０と左右の駆動輪１１との動力伝達経路に設置されている。トランスアクスル２０は、その筐体であるケーシング２１を有している。ケーシング２１は、エンジン１０に連結された状態でハイブリッド車両に搭載されている。

ケーシング２１内には、第１発電電動機ＭＧ１と第２発電電動機ＭＧ２とが収容されている。第１発電電動機ＭＧ１、及び第２発電電動機ＭＧ２は、電力供給に応じて動力を発生するモータとしての機能、及び外部から動力を受けて発電する発電機としての機能を兼ね備えている。さらに、ケーシング２１内には、ワンウェイクラッチ２２、ダンパ装置２３、遊星ギア機構２４、カウンタ軸２５、及びディファレンシャル２６が収容されている。

遊星ギア機構２４は、同軸を有して回転可能な３つの回転要素、すなわちサンギアＳ、プラネタリキャリアＣ、及びリングギアＲを有している。サンギアＳは外歯ギアであり、リングギアＲはサンギアＳの外側に配置された内歯ギアである。プラネタリキャリアＣには、サンギアＳ及びリングギアＲに噛み合わされたプラネタリギアＰが軸支されている。これら回転要素のうちのサンギアＳは、第１発電電動機ＭＧ１の回転軸２７に連結されている。プラネタリキャリアＣは、ダンパ装置２３及びワンウェイクラッチ２２を介してエンジン１０のクランク軸１２に連結されている。一方、リングギアＲは、円筒状の複合ギア軸２８の内周に形成されている。複合ギア軸２８の外周には、外歯ギアであるカウンタドライブギア２９が形成されている。

カウンタドライブギア２９は、カウンタ軸２５に設けられたカウンタドリブンギア３０に噛み合わされている。また、カウンタドリブンギア３０には、第２発電電動機ＭＧ２の回転軸３１に設けられたリダクションギア３２も噛み合わされている。

カウンタ軸２５には、カウンタドリブンギア３０と一体となって回転するデフドライブギア３３が設けられている。デフドライブギア３３は、左右の駆動輪１１の差動回転を許容するための差動機構であるディファレンシャル２６のデフギア３４に噛み合わされている。トランスアクスル２０は、ディファレンシャル２６を介して左右の駆動輪１１に連結されている。

以上のように構成されたトランスアクスル２０のケーシング２１内には、オイルが封入されている。ハイブリッド車両には、トランスアクスル２０のオイルと、インバータ冷却用の冷却液と、の間で熱交換を行う熱交換器３５が搭載されている。

＜異常診断装置の構成＞
続いて、図２を参照して、本実施形態の異常診断装置４０の構成を説明する。異常診断装置４０は、ハイブリッド車両に搭載されたマイクロコンピュータ装置であり、処理回路、記憶回路、入出力回路等を有している。異常診断装置４０には、ハイブリッド車両の各部に設けられたセンサの出力信号が入力されている。異常診断装置４０は、それらセンサの出力信号に基づき、ハイブリッド車両の各部の異常診断を実施する。

本実施形態の異常診断装置４０は、異常診断の一環として、トランスアクスル２０のオイルの量が不足した状態にあるか否かを判定するオイル不足判定を行っている。オイル不足判定に際して異常診断装置４０は、次の各温度の測定値を取得している。すなわち、ＭＧ１コイル温度Ｔ１、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、オイル温度Ｔ４、及びエンジン水温Ｔ５である。ＭＧ１コイル温度Ｔ１は、第１発電電動機ＭＧ１のコイルの温度である。ＭＧ２コイル温度Ｔ２は、第２発電電動機ＭＧ２のコイルの温度である。冷却液温度Ｔ３は、熱交換器３５においてオイルと熱交換を行った直後の冷却液の温度である。オイル温度Ｔ４は、トランスアクスル２０内のオイルの温度である。エンジン水温Ｔ５は、エンジン１０の冷却水の温度である。ハイブリッド車両には、これらの温度を計測するためのセンサが設置されている。

また、ハイブリッド車両には、異常の発生が確認された場合に、乗員に通知するための警告灯４１が、例えば車室のインストルメントパネルに設置されている。異常診断装置４０には、そうした警告灯４１が接続されている。

＜オイル不足判定＞
図３に、異常診断装置４０が実行するオイル不足判定ルーチンのフローチャートを示す。異常診断装置４０は、ハイブリッド車両の起動後、既定の時間が経過したときに本ルーチンの処理を実行する。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、ＭＧ１コイル温度Ｔ１、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、オイル温度Ｔ４、及びエンジン水温Ｔ５の測定値が読み込まれる。そして、続くステップＳ１１０では、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、オイル温度Ｔ４、及びエンジン水温Ｔ５の測定値に基づき、ＭＧ１コイル温度Ｔ１の推定値である推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６が演算される。推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６は、式（１）の関係を満たす値として演算される。式（１）における、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは定数であり、いずれも正の値が設定されている。

次のステップＳ１２０では、ＭＧ１コイル温度Ｔ１の測定値と推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６との差が既定の判定値Ｆ以上であるか否かが判定される。差が判定値Ｆ未満の場合（ＮＯ）には、ステップＳ１４０において正常判定が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対して、上記差が判定値Ｆ以上の場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３０において異常判定が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、ここでの正常判定は、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足していないとの判定である。また、異常判定は、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足しているとの判定である。異常診断装置４０は、異常判定を行うと、警告灯４１を点灯している。

なお、本実施形態では、こうしたオイル不足判定ルーチンのステップＳ１１０の処理が、トランスアクスル２０内のオイル温度Ｔ４の測定値に基づき、モータのコイル温度を推定する推定処理に対応している。また、第１発電電動機ＭＧ１が、推定処理でコイル温度を推定するモータに対応している。さらに、本実施形態では、オイル不足判定ルーチンのステップＳ１２０の処理が、コイル温度の測定値と同コイル温度の推定値との差が既定の判定値Ｆを超える場合にトランスアクスル２０内のオイルの量が不足していると判定する判定処理に対応している。

＜本実施形態の作用、効果＞
トランスアクスル２０において第１発電電動機ＭＧ１は、そのコイルの一部がオイルに浸った状態でケーシング２１に収容されており、コイルとオイルとの間で熱交換が行われる。そのため、ＭＧ１コイル温度Ｔ１とオイル温度Ｔ４との間には、正の相関がある。

また、上記ハイブリッド車両において大きい推進力を得るには、エンジン１０のトルクを増大するとともに、第１発電電動機ＭＧ１の発電量を多くする必要がある。このときには、エンジン１０の温度が上昇するとともに、第１発電電動機ＭＧ１のコイルの発熱量が増加する。オイル温度Ｔ４が同じでも、コイルの発熱量が多いときには、同発熱量が少ないときに比べて、ＭＧ１コイル温度Ｔ１は高くなる。よって、ＭＧ１コイル温度Ｔ１とエンジン水温Ｔ５との間には正の相関がある。

さらに、上記ハイブリッド車両では、熱交換器３５において、オイルと冷却液との熱交換が行われている。オイルから冷却液に受け渡される熱量が多くなると、その分、オイル温度Ｔ４は低下する一方、熱交換器３５を通過後の冷却液温度Ｔ３は上昇する。よって、オイル温度Ｔ４が同じであっても、冷却液温度Ｔ３が高いときには、冷却液温度Ｔ３が低いときよりも、オイルがコイルから受け取っている熱量が多いことに、すなわちＭＧ１コイル温度Ｔ１が高いことになる。よって、ＭＧ１コイル温度Ｔ１と冷却液温度Ｔ３との間には負の相関がある。

また、ハイブリッド車両の高速走行時には、ディファレンシャル２６によるオイルのかき揚げが増加して、第１発電電動機ＭＧ１のコイルに降りかかるオイルの量が増加する。そしてその結果、オイルによるコイルの冷却効率が高まるため、ＭＧ１コイル温度Ｔ１が低下し易くなる。一方、高速走行時には、第２発電電動機ＭＧ２の出力トルクが大きくなり、ＭＧ２コイル温度Ｔ２が高くなる。よって、ＭＧ１コイル温度Ｔ１とＭＧ２コイル温度Ｔ２との間には、負の相関がある。

以上を踏まえて本実施形態では、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、オイル温度Ｔ４、及びエンジン水温Ｔ５と、ＭＧ１コイル温度Ｔ１との関係を示す式（１）を作成している。式（１）の関係は、トランスアクスル２０内に定格量のオイルが入っており、ハイブリッド車両の各部の暖機が完了した状態にあることを前提に求められている。そして、オイル不足判定ルーチンのステップＳ１１０において、その式（１）に基づき、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、オイル温度Ｔ４、及びエンジン水温Ｔ５の測定値から推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６を演算している。よって、トランスアクスル２０内に定格量のオイルが入っているときには、ハイブリッド車両の起動後、一定の時間が経過した時点での推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６は、実際のＭＧ１コイル温度Ｔ１に近い値となると考えられる。

一方、トランスアクスル２０内のオイルの量が定格量から大きく減少すると、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、オイル温度Ｔ４、及びエンジン水温Ｔ５のそれぞれとＭＧ１コイル温度Ｔ１との相関関係が変化する。そのため、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足した状態となっている場合には、推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６は、実際のＭＧ１コイル温度Ｔ１から大きく乖離した値となる。

図４には、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足した状態にあるハイブリッド車両における車両起動後のＭＧ１コイル温度Ｔ１、及び推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６の推移が示されている。ハイブリッド車両の起動直後には、トランスアクスル２０内のオイル温度Ｔ４を含む、車両各部の温度が低い状態にある。このときには、オイルの熱の授受量が少ないため、オイルの量が不足した状態にあっても、実際のＭＧ１コイル温度Ｔ１に対する推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６の乖離は余り大きくならない。その後、ある程度の時間が経過して、ハイブリッド車両の各部の温度が高まると、上記乖離が拡大する。よって、ハイブリッド車両の起動後、一定の時間が経過したときの推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６とＭＧ１コイル温度Ｔ１の測定値との差を見れば、トランスアクスル２０内のオイルが不足した状態にあるか否かを精度良く判定できる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、オイル温度Ｔ４に基づき、ＭＧ１コイル温度Ｔ１を推定するとともに、ＭＧ１コイル温度Ｔ１の測定値と推定値との差が判定値Ｆ以上であることをもってトランスアクスル２０内のオイルが不足していると判定している。そのため、オイル量を直接測定する手段を設けずとも、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足しているか否かを判定できる。

（２）オイル温度Ｔ４に加えて、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、及びエンジン水温Ｔ５にも基づくことで、オイル不足が生じていない場合のＭＧ１コイル温度Ｔ１の推定精度を高めている。これにより、オイル不足の判定精度も高められる。

（３）トランスアクスル２０内のオイルの量が不足していると判定したときに警告灯４１を点灯している。そしてこれにより、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足していることをハイブリッド車両の乗員に通知している。そのため、トランスアクスル２０の部品の焼き付きが生じるまで、オイルの量が不足した状態が放置され難くなる。

（４）ＭＧ１コイル温度Ｔ１の場合と同様に、ＭＧ２コイル温度Ｔ２をオイル温度Ｔ４等に基づき推定することも可能である。そして、ＭＧ２コイル温度Ｔ２の測定値と推定値との差から、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足しているか否かを判定することも可能である。一方、上記ハイブリッド車両では、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足した状態が続いた場合に部品の焼き付きが最も早く生じる可能性が高い部位が遊星ギア機構２４となっている。また、上記ハイブリッド車両では、第２発電電動機ＭＧ２は、第１発電電動機ＭＧ１よりも遊星ギア機構２４から離れた位置に設置されている。そのため、遊星ギア機構２４の周辺では、焼き付きが生じるほど油面が低下していていても、第２発電電動機ＭＧ２の周辺では余り油面が低下していない場合がある。こうした場合、ＭＧ２コイル温度Ｔ２の測定値と推定値との差に基づいてオイル不足の判定を行うと、遊星ギア機構２４の焼き付きが生じる前に異常判定を下せない可能性がある。よって、上記ハイブリッド車両における遊星ギア機構２４の焼き付き防止のためには、ＭＧ２コイル温度Ｔ２の測定値と推定値の差よりもＭＧ１コイル温度Ｔ１の測定値と推定値の差を判定に用いる方が望ましい。

（５）トランスアクスル２０のケーシング２１内の油面高さを検出するオイルレベルセンサを設ければ、オイル不足をより直接的に確認できる。ただし、そうしたオイルレベルセンサは、オイル不足の判定以外の用途はない。そのため、オイル不足の判定のためだけのオイルレベルセンサの追加設置は、費用対効果が低いものとなる。一方、ＭＧ１コイル温度Ｔ１、及びＭＧ２コイル温度Ｔ２を測定するセンサは、第１発電電動機ＭＧ１及び第２発電電動機ＭＧ２のコイル過熱を防止するために必要となる。冷却液温度Ｔ３を測定するセンサは、インバータの過熱を防止するために必要となる。オイル温度Ｔ４を検出するセンサは、トランスアクスル２０の暖機状況や過熱を確認して、エンジン１０、第１発電電動機ＭＧ１、及び第２発電電動機ＭＧ２の制御に反映するために必要となる。エンジン水温Ｔ５を検出するセンサは、エンジン１０の暖機状況や過熱を確認して、エンジン１０の制御に反映するために必要となる。このように、本実施形態でのオイル不足判定に用いるセンサは、他の用途にも利用可能なものばかりであり、ハイブリッド車両の多くが元より備えているものである。よって、それらセンサを設置することの費用対効果は、オイルレベルセンサを設置する場合よりも高くなる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、オイル温度Ｔ４、及びエンジン水温Ｔ５の４つの温度の測定値に基づいて推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６を演算していた。トランスアクスル２０の構成によっては、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、及びエンジン水温Ｔ５のうちの一つ以上が、オイル温度Ｔ４とＭＧ１コイル温度Ｔ１との相関関係に与える影響が極小さい場合がある。そうした場合、ＭＧ２コイル温度Ｔ２、冷却液温度Ｔ３、及びエンジン水温Ｔ５の測定値のうちの一つ以上を、推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６の演算に用いる温度測定値から除外してもよい。

・ケーシング２１から外気に伝わる熱量が、オイル温度Ｔ４とＭＧ１コイル温度Ｔ１との相関関係に大きく影響する場合がある。一方、ケーシング２１から外気に伝わる熱量は、外気温やハイブリッド車両の走行速度に相関がある。そこで、上記のような場合には、外気温や走行速度を、推定ＭＧ１コイル温度Ｔ６の演算に用いるパラメータに加えるようにしてもよい。

・ＭＧ２コイル温度Ｔ２の測定値と推定値の差に基づき、トランスアクスル２０内のオイルの量が不足しているか否かを判定するようにしてもよい。例えば、次の場合には、ＭＧ１コイル温度Ｔ１の測定値と推定値の差よりも、ＭＧ２コイル温度Ｔ２の測定値と推定値の差を判定に用いた方が望ましい場合がある。すなわち、オイルの量が不足したときに焼き付きが最も早く発生する可能性が高い部位が、第１発電電動機ＭＧ１よりも第２発電電動機ＭＧ２に近い位置にある場合である。また、トランスアクスル２０内のオイル量が減少したときに、第１発電電動機ＭＧ１の周辺よりも第２発電電動機ＭＧ２の周辺の方が油面の低下が早い場合にも、ＭＧ２コイル温度Ｔ２の測定値と推定値の差を判定にも用いることが望ましい場合がある。

・上記実施形態でのオイル不足の判定は、モータを内蔵するトランスアクスルであれば、図１とは異なる構成のトランスアクスルにおいても、同様、あるいはそれに準じた態様で適用可能である。

・異常判定時に、警告灯４１の点灯以外の対応措置を行うようにしてもよい。例えば、部品の焼き付きを抑制するため、エンジン１０等の出力制限やハイブリッド車両の走行速度制限を行うようにしてもよい。

・ハイブリッド車両の外部のデータセンタ等に異常診断装置を設置してもよい。その場合の異常診断装置は、広域無線通信網等を通じてハイブリッド車両から受信した各温度の測定値に基づきオイル不足判定を実行する。

ＭＧ１…第１発電電動機（モータ）
ＭＧ２…第２発電電動機
１０…エンジン
１１…駆動輪
２０…トランスアクスル
２１…ケーシング
２２…ワンウェイクラッチ
２３…ダンパ装置
２４…遊星ギア機構（Ｃ…プラネタリキャリア、Ｐ…プラネタリギア、Ｒ…リングギア、Ｓ…サンギア）
２５…カウンタ軸
２６…ディファレンシャル
２７…（第１発電電動機ＭＧ１の）回転軸
２８…複合ギア軸
２９…カウンタドライブギア
３０…カウンタドリブンギア
３１…（第２発電電動機ＭＧ２の）回転軸
３２…リダクションギア
３３…デフドライブギア
３４…デフギア
３５…熱交換器
４０…異常診断装置
４１…警告灯

Claims (1)

1. トランスアクスルにモータが内蔵されたハイブリッド車両の異常診断装置であって、
   前記トランスアクスル内のオイル温度の測定値に基づき、前記モータのコイル温度を推定する推定処理と、
   前記コイル温度の測定値と同コイル温度の推定値との差が既定の判定値を超える場合に前記トランスアクスル内のオイルの量が不足していると判定する判定処理と、
   を行うハイブリッド車両の異常診断装置。

Images