JP6424508B2 - ポンプ制御装置、車載用ポンプユニット、及びポンプ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるオイルポンプの出力を制御するポンプ制御装置、当該ポンプ制御装置を備えた車載用ポンプユニット、及びポンプ制御方法に関する。

従来、オイルポンプの動力源の一つとしてモータが利用されてきた。この種のモータを制御する技術として以下に出典を示す特許文献１及び２に記載のものがある。

特許文献１に記載の電動ポンプユニットは、油の吸入及び吐出を行うポンプと、当該ポンプを駆動する電動モータと、油圧に基づいて電動モータをＰＷＭ駆動する駆動回路を有するモータ制御装置とを備えて構成される。モータ制御装置は、油圧センサを用いることなく、モータの負荷トルクと油温とから油圧を求め、電流フィードバック制御により運転される。

特許文献２に記載のセンサレス・ブラシレスモータ制御装置は、モータを駆動するインバータと、当該インバータを制御するインバータ駆動回路と、インバータ駆動回路に制御指令を出すトルク制御手段とを有する。トルク制御手段は、モータの起動時はセンサレス起動モードで制御し、モータの起動後は電流制御モードに切り換えて制御する。

特開２０１２−３１８３２号公報 特開２０１０−２３３３０１号公報

特許文献１及び２に記載の技術では電流フィードバック制御を行っているので、負荷が重い場合には効率良くポンプを駆動することができる。しかしながら、負荷が軽い場合にはデューティが１００％となるので、過出力となり電力損失が大きくなってしまう。

また、オイルポンプはワースト条件（例えばモータに対する印可電圧が最も低い場合）であっても、当該オイルポンプに要求される油圧（以下「要求油圧」とする）を具備するように選定されるが、印可電圧は常に低い状態ではなく、高い状態になることもあり得る。モータに印加される電圧が高い場合には、オイルポンプにあっては要求油圧を具備する必要な仕事量に対する余裕が大きく、電力損失が増大する。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、効率良くオイルポンプを駆動することができるポンプ制御装置、当該ポンプ制御装置を備えた車載用ポンプユニット、及びポンプ制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るポンプ制御装置の特徴構成は、車両に搭載される直流電源とオイルポンプを駆動するモータとの間に接続されるインバータと、前記車両に備えられる機器を駆動するために必要な油圧として前記オイルポンプに要求される要求油圧を前記オイルポンプが少なくとも満たすことができるように、前記モータに印加される入力電圧である動作電圧及び前記動作電圧のオンデューティを含む前記モータの運転条件を動作条件として予め記憶しておく動作条件記憶部と、前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出部と、前記現在の印加電圧と前記動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定部と、設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、オイルポンプは、印加電圧が動作電圧範囲における最も低い電圧となった場合でも要求油圧を具備するように選定されているので、直流電源からの印加電圧が動作電圧以上であれば要求油圧を具備することができる。一方、直流電源からの印加電圧が、要求油圧を具備する動作電圧範囲における最も低い電圧よりも高い場合には、直流電源からの印加電圧を当該最も低い電圧相当の電圧に変換してモータを駆動することができるので、無駄な電力消費を低減しつつ、要求油圧を具備することができる。したがって、本ポンプ制御装置によれば、直流電源からの印加電圧に拘らず要求油圧を具備しつつ、効率良くオイルポンプを駆動することが可能となる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る車載用ポンプユニットの特徴構成は、前記オイルポンプと、前記モータと、前記ポンプ制御装置と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、効率良く駆動することが可能なオイルポンプを有するポンプユニットを形成することができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係るポンプ制御方法の特徴構成は、車両に搭載される直流電源とオイルポンプを駆動するモータとの間に接続されたインバータを駆動して前記直流電源の出力を交流に変換して前記モータに供給する出力変換工程と、前記車両に備えられる機器を駆動するために必要な油圧として前記オイルポンプに要求される要求油圧を前記オイルポンプが少なくとも満たすことができるように、前記モータに印加される入力電圧である動作電圧及び前記動作電圧のオンデューティを含む前記モータの運転条件を動作条件として予め動作条件記憶部に記憶しておく動作条件記憶工程と、前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出工程と、前記現在の印加電圧と前記動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定工程と、設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御工程と、を備えている点にある。

このような構成とすれば、上述のポンプ制御装置の特徴構成と同様に、直流電源からの印加電圧が、要求油圧を具備する動作電圧範囲における最も低い電圧よりも高い場合には、直流電源からの印加電圧を当該最も低い電圧相当の電圧に変換してモータを駆動することができるので、無駄な電力消費を低減しつつ、要求油圧を具備することができる。したがって、直流電源からの印加電圧に拘らず要求油圧を具備しつつ、効率良くオイルポンプを駆動することが可能となる。

ポンプ制御装置及び車載用ポンプユニットの構成を模式的に示すブロック図である。 オイルポンプのポンプ特性を示す図である。 デューティ比の設定例を示す図である。 ポンプ制御装置の処理を示すフローチャートである。

本発明に係るポンプ制御装置は、オイルポンプを駆動するモータに印加される電圧の高低に拘らず、効率良くオイルポンプの運転を制御する機能を備えて構成される。以下、本実施形態のポンプ制御装置１について詳細に説明する。ポンプ制御装置１は、車両に搭載されるオイルポンプＰの運転を制御するのに利用される。このため、ポンプ制御装置１も車両に搭載される。

図１は、ポンプ制御装置１の構成を模式的に示したブロック図である。図１に示されるように、ポンプ制御装置１は、インバータ１０、動作条件記憶部２０、印加電圧検出部３０、デューティ比設定部４０、ＰＷＭ制御部５０の各機能部を備えて構成される。特に、動作条件記憶部２０、印加電圧検出部３０、デューティ比設定部４０、ＰＷＭ制御部５０の各機能部はＣＰＵを中核部材としてオイルポンプＰの運転を制御する種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。また、図１に示されるように、オイルポンプＰとモータＭとポンプ制御装置１とから本発明に係る車載用ポンプユニット１００が構成される。

インバータ１０は、車両に搭載される直流電源ＢとオイルポンプＰを駆動するモータＭとの間に接続される。車両に搭載される直流電源Ｂとは、所謂バッテリが相当する。オイルポンプＰはモータＭにより駆動され、車両に備えられる機器に供給する油圧の基となるオイルを流通させる。モータＭは、本実施形態では３相モータが用いられ、永久磁石を備えるロータと、当該ロータに回転力を与えるための磁界を発生させるステータとを備えて構成される。ステータは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイルを備える。各ステータコイルは、Ｙ結線であってもΔ結線であっても良い。

インバータ１０はモータＭを制御対象とし、直流電源Ｂから出力される直流電圧を交流電圧に変換する。図１に示されるように、インバータ１０は、直流電源Ｂの正電圧側に接続されたハイサイドのトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５と、直流電源Ｂの負電圧側に接続されたローサイドのトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６と、の合計６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６で構成される。例えば、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみを同時にオンさせると、直流電源ＢからトランジスタＱ１、モータＭのステータコイル、トランジスタＱ４に電流が流れる。一方、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみを同時にオンさせると、直流電源ＢからトランジスタＱ３、モータＭのステータコイル、トランジスタＱ２に電流が流れる。これにより、直流電源Ｂの出力は交流電圧に変換される。

また、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみをオンさせた場合と、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみをオンさせた場合とでは、モータＭのステータコイルに流れる電流の方向が異なる。そのため、各ステータコイルには電流の流れる方向に応じた電磁力が働き、当該電磁力とロータが備える永久磁石との間で引力及び斥力が発生することとなる。したがって、トランジスタＱ１〜Ｑ６の中から選択されたハイサイドのトランジスタとローサイドのトランジスタとで形成される上下対トランジスタを順次オンさせることにより、ロータが回転力を得ることができる。

尚、トランジスタＱ１〜Ｑ６には、コレクタ端子にカソード端子が、またエミッタ端子にアノード端子が接続されるように夫々ダイオードＤ１〜Ｄ６が配設されている。ここで、各ステータコイルには、通電中にエネルギーが蓄えられるが、これらのダイオードＤ１〜Ｄ６は各ステータコイルの通電を停止した際に当該エネルギーに起因して発生する逆起電力によって周辺部品に悪影響を及ぼさないようにするために配設されるものである。このようなインバータ１０を駆動して直流電源Ｂの出力を交流に変換してモータＭに供給する工程は、出力変換工程と称される。

動作条件記憶部２０は、オイルポンプＰに要求される要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含むモータＭの最低動作条件を予め記憶しておく。オイルポンプＰに要求される要求油圧とは、車両に備えられる機器を駆動するために必要な油圧としてオイルポンプＰに要求される油圧である。このような要求油圧は、オイルポンプＰの吐出流量と当該流量に応じた圧力とにより規定される。このような要求油圧の一例が図２に示される。

要求油圧を満たす動作電圧及びオンデューティを含むモータＭの最低動作条件とは、上述した要求油圧をオイルポンプＰにより実現するためのモータＭの運転条件である。このような運転条件は、モータＭに印加される入力電圧及びこの入力電圧のオンデューティにより定まる。したがって、要求油圧を満たす動作電圧とは、要求油圧をオイルポンプＰにより実現するためにモータＭに印加される入力電圧にあたる。また、オンデューティとは、入力電圧のオンデューティにあたる。本実施形態では、理解を容易にするために、当該入力電圧は直流電圧で規定され、オンデューティは１００％となるので、以下ではモータＭの最低動作条件は入力電圧のみで規定されるとして説明する。このようなモータＭの最低動作条件は、予め動作条件記憶部２０に記憶され、このような予め記憶しておく工程は動作条件記憶工程と称される。

印加電圧検出部３０は、直流電源Ｂからの現在の印加電圧を検出する。本実施形態では、直流電源Ｂとは車両に搭載されるバッテリである。このため、印加電圧とはバッテリの出力電圧にあたるが、バッテリの出力電圧は使用期間や発電状態等により変動し得る。印加電圧検出部３０は、このように変動し得る印加電圧の最新の値を取得すべく、現時点の印加電圧を検出する。検出結果は、後述するデューティ比設定部４０に伝達される。このような印加電圧検出部３０による直流電源Ｂからの現在の印加電圧を検出する工程は、印加電圧検出工程と称される。

デューティ比設定部４０は、現在の印加電圧と最低動作条件とに基づきデューティ比を設定する。現在の印加電圧とは、上述した印加電圧検出部３０から伝達される検出結果である。最低動作条件とは、動作条件記憶部２０に予め記憶されているモータＭの最低動作条件である。ここで、図３に示されるように、現在の印加電圧をＶ１とし、最低動作条件としての入力電圧をＶ２とする。この場合、デューティ比設定部４０は、印加電圧Ｖ１と入力電圧Ｖ２との比を演算し、この比をデューティ比として設定する。具体的には、図３に示されるように、デューティ比をＤとするとＤ＝Ｖ２／Ｖ１×１００（％）として設定する。このように設定したデューティ比は後述するＰＷＭ制御部５０に伝達される。このような現在の印加電圧と最低動作条件とに基づきデューティ比を設定する工程は、デューティ比設定工程と称される。

ＰＷＭ制御部５０は、設定されたデューティ比でインバータ１０が有するスイッチング素子をＰＷＭ制御する。設定されたデューティ比とは上述したデューティ比設定部４０により設定されたデューティ比である。インバータ１０が有するスイッチング素子とは、上述したトランジスタＱ１〜Ｑ６である。ＰＷＭ制御とは、公知のパルス幅変調（pulse width modulation）制御であるので説明は省略する。このため、ＰＷＭ制御部５０は、デューティ比設定部４０により設定されたデューティ比を用いてトランジスタＱ１〜Ｑ６をＰＷＭ制御することにより、例えば図２の一点鎖線で示されるような直流電源Ｂからの印加電圧が最低動作条件における入力電圧よりも高い場合でも、実線で示される特性に沿ってオイルポンプＰを運転することができる。したがって、要求油圧を具備するまでの間（吐出圧力が０〜Ｐ１までの間）は、無駄な電力消費を抑制しつつ、要求油圧を実現することが可能となる。このようなＰＷＭ制御部５０が、設定されたデューティ比でインバータ１０が有するスイッチング素子をＰＷＭ制御する工程はＰＷＭ制御工程と称される。

ここで、ＰＷＭ制御部５０はインバータ１０を介してモータＭに流れる電流（以下「モータ電流」とする）をモニタしている。このモータ電流が所定に達すると、ＰＷＭ制御部５０はモータＭが定電流で制御されるようにＰＷＭ制御を行う。具体的には、モータ電流を一定に維持したままでモータＭに印加する電圧を下げる制御を行う。これにより、モータ電流が一定の状態で、モータＭの回転数が低下する。したがって、図２に示されるように、吐出圧力が要求油圧を超えた時点で吐出油圧を一定に維持したままで、オイルポンプＰの吐出流量を下げることが可能となる。なお、本実施形態では、吐出圧力が要求油圧を超えたことは、予め対応するモータ電流で特定できるように設定されている。

ここで、本実施形態ではモータＭの回転数はモータ電流のリップルにより演算している。ＰＷＭ制御部５０は、上述した定電流でのモータＭの制御中にモータ電流のリップルに基づき演算したモータＭの回転数が所定値まで低下すると、定電流での制御からその時点の回転数を維持するように再度、定電圧制御に切り替える。これにより、吐出圧力としてＰ１を維持したままで吐出流量が低減した後、吐出圧力に応じて吐出流量を低減することができる。

なお、車両の油圧制御に用いられるオイルは、温度に応じて粘度が変化する。このため、温度に拘らず同じ条件でオイルポンプＰを駆動すると要求油圧を具備できない可能性がある。そこで、オイルの温度に応じて、定電流での制御から定電圧での制御に切り替え時点を変更すると好適である。具体的には、オイルの温度が低い時は、粘度が高くなり流通抵抗が大きくなるので、オイルの温度が低い程、モータＭを定電流での制御から定電圧での制御に切り替える際のモータＭの回転数を大きく設定すると良い。これにより、オイルの温度に拘らず、要求油圧を具備すると共に、無駄な消費電力を低減することが可能となる。

次に、ポンプ制御装置１によるオイルポンプＰの制御方法について図４のフローチャートを用いて説明する。ポンプ制御装置１はオイルポンプＰに対する駆動命令を受けると、デューティ比設定部４０は、予め動作条件記憶部２０に記憶されているオイルポンプＰに要求される要求油圧を満たすモータＭの最低動作条件を参照する（ステップ＃０１）。一方、印加電圧検出部３０は、直流電源Ｂからの現在の印加電圧の検出を開始し（ステップ＃０２）、検出結果はデューティ比設定部４０に伝達される。

デューティ比設定部４０は、直流電源Ｂからの印加電圧及び最低動作条件からデューティ比を演算し、設定する（ステップ＃０３）。設定されたデューティ比はＰＷＭ制御部５０に伝達され、ＰＷＭ制御部５０は当該デューティ比でインバータ１０のスイッチング素子をＰＷＭ制御する（ステップ＃０４）。このＰＷＭ制御はモータ電流が所定値に達するまで継続される（ステップ＃０５：Ｎｏ）。

モータ電流が所定値に達すると（ステップ＃０５：Ｙｅｓ）、ＰＷＭ制御部５０はモータＭを定電流での制御に変更する（ステップ＃０６）。この定電流でのモータＭの制御は、モータＭの回転数が所定の回転数になるまで継続される（ステップ＃０７：Ｎｏ）。モータＭの回転数が所定の回転数に達すると（ステップ＃０７：Ｙｅｓ）、ＰＷＭ制御部５０はモータＭを定電圧での制御に再度、切り替える（ステップ＃０８）。この制御は、オイルポンプＰを停止するまで継続される（ステップ＃０９：Ｎｏ）。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、モータＭの最低動作条件が動作電圧及びオンデューティを含んで規定され、オンデューティが１００％の例を挙げて説明したが、最低動作条件が動作電圧及びオンデューティの双方で規定されている場合でも本発明を適用することは可能である。具体的には、動作電圧がＶ３で、オンデューティが５０％であり、直流電源Ｂからの印加電圧がＶ１であるとする。この場合、デューティ比設定部４０は、最低動作条件からオンデューティ１００％とした場合の換算動作電圧Ｖ４を求める。すなわち、Ｖ４＝Ｖ３×（５０／１００）＝Ｖ３／２となる。次に、この換算動作電圧Ｖ３／２と印加電圧Ｖ１とからデューティ比Ｄを求める。すなわち、Ｄ＝（Ｖ３／２）／Ｖ１×１００（％）となる。このようなデューティ比でＰＷＭ制御することにより、上記実施形態と同様に省エネルギーでオイルポンプＰを運転することが可能である。

上記実施形態では、ポンプ制御装置１が要求油圧を具備した後は、定電流制御を行い、更にその後、定電圧制御を行うとして説明したが、定電流制御及び定電圧制御を行わないように構成することも可能である。

上記実施形態では、インバータ１０はトランジスタＱ１〜Ｑ６を備えて構成されるとして説明したが、トランジスタＱ１〜Ｑ６に代えて、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いて構成しても良いし、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いても良い。

本発明は、車両に搭載されるポンプの出力を制御するポンプ出力制御装置、当該ポンプ出力制御装置を備えた車載用ポンプユニット、及びポンプ出力制御方法に用いることが可能である。

１：ポンプ制御装置
１０：インバータ
２０：動作条件記憶部
３０：印加電圧検出部
４０：デューティ比設定部
５０：ＰＷＭ制御部
１００：車載用ポンプユニット
Ｂ：直流電源
Ｍ：モータ
Ｐ：オイルポンプ

Claims (3)

1. 車両に搭載される直流電源とオイルポンプを駆動するモータとの間に接続されるインバータと、
   前記車両に備えられる機器を駆動するために必要な油圧として前記オイルポンプに要求される要求油圧を前記オイルポンプが少なくとも満たすことができるように、前記モータに印加される入力電圧である動作電圧及び前記動作電圧のオンデューティを含む前記モータの運転条件を動作条件として予め記憶しておく動作条件記憶部と、
   前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出部と、
   前記現在の印加電圧と前記動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定部と、
   設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
   を備えるポンプ制御装置。
2. 前記オイルポンプと、
   前記モータと、
   請求項１に記載のポンプ制御装置と、
   を備える車載用ポンプユニット。
3. 車両に搭載される直流電源とオイルポンプを駆動するモータとの間に接続されたインバータを駆動して前記直流電源の出力を交流に変換して前記モータに供給する出力変換工程と、
   前記車両に備えられる機器を駆動するために必要な油圧として前記オイルポンプに要求される要求油圧を前記オイルポンプが少なくとも満たすことができるように、前記モータに印加される入力電圧である動作電圧及び前記動作電圧のオンデューティを含む前記モータの運転条件を動作条件として予め動作条件記憶部に記憶しておく動作条件記憶工程と、
   前記直流電源からの現在の印加電圧を検出する印加電圧検出工程と、
   前記現在の印加電圧と前記動作条件とに基づきデューティ比を設定するデューティ比設定工程と、
   設定された前記デューティ比で前記インバータが有するスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御工程と、
   を備えるポンプ制御方法。

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