JP6701158B2

JP6701158B2 - 車両の制御装置及び車両の制御方法

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Publication number: JP6701158B2
Application number: JP2017246086A
Authority: JP
Inventors: 弘紀黒江; 知洋森田; 武田　一成; 一成武田
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: US20190193576A1; CN109955729A; CN109955729B; JP2019115146A

Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の制御方法に関する。

従来、下記の特許文献１には、駆動軸に動力を出力可能であり、インバータを介して直流電源と電力のやりとりが可能なモータを備える装置に関して記載されている。

特開２００５−８６９１９号公報

上記特許文献に記載されているような装置では、モータの駆動によりモータが発熱する。このため、モータの温度に応じてモータを冷却したり、モータの出力（トルク）を低下させることで、モータの過熱を抑える必要がある。しかしながら、モータのロータは回転体であるため、ロータの磁石の温度を直接的に測定することができず、ロータの磁石が耐熱温度を超えるような状況下では、磁石が機能損失に至る問題がある。

一方、例えばモータの固定側（ステータ）の温度を測定してモータの過熱を抑えようとする場合、ロータの磁石の機能損失を防ぐために、過度にモータの出力を低下させてしまうことが想定される。この場合、ロータの磁石が機能損失に至らないとしても、モータの出力が過度に制限されてしまう問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、モータのトルクを最適に制御することで、モータの過熱を抑制することが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置及び車両の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両を駆動するモータの温度を取得するモータ温度取得部と、前記モータを冷却するオイルの温度を取得するオイル温度取得部と、前記モータの温度及び前記オイルの温度に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、前記モータの回転数を取得する回転数取得部と、前記モータの温度、前記オイルの温度、及び前記モータの回転数に応じて定められた係数に基づいて前記モータのトルクを制限するトルク制御部と、を備える、車両の制御装置が提供される。

また、前記モータ温度取得部は、前記モータのステータの温度を検出する温度センサから前記モータの温度を取得するものであっても良い。

また、前記オイル温度取得部は、前記オイルを貯留する貯留部内の前記オイルの温度を検出する温度センサから前記オイルの温度を取得するものであっても良い。

また、前記トルク制御部は、前記モータの回転数が大きいほど、前記モータのトルクの制限量を大きくするものであっても良い。

また、前記モータの温度に応じて予め設定された、前記モータの回転数、前記オイルの温度及び前記係数との関係を規定した複数のマップに基づいて、前記モータのトルクを制御するものであっても良い。

また、前記トルク制御部は、前記マップにおいて、前記オイルの温度が高いほど、前記モータのトルクの制限をかける範囲を拡大するものであっても良い。

また、前記トルク制御部は、前記オイルの温度が所定値に達すると、前記モータの温度及び前記モータの回転数に関わらず前記モータのトルクを０に制限するものであっても良い。

また、前記トルク制御部は、前記モータの温度が所定値以下の場合は、前記モータの回転数に関わらず前記モータのトルクに制限をかけず、且つ、前記オイルの温度が所定値に達する場合は前記モータのトルクを０に制限するものであっても良い。

以上説明したように本発明によれば、モータのトルクを最適に制御することで、モータの過熱を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るシステムの構成を示す模式図である。本実施形態のシステムで行われる処理を示すフローチャートである。モータジェネレータのトルクを制限するためのマップを示す模式図である。モータジェネレータのトルクを制限するためのマップを示す模式図である。モータジェネレータのトルクを制限するためのマップを示す模式図である。モータジェネレータのトルクを制限するためのマップを示す模式図である。モータジェネレータの回転数（横軸）とトルク（縦軸）との関係を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るシステム１０００の構成を示す模式図である。図１に示すシステム１０００は、主に車両に搭載される。図１に示すように、システム１０００は、制御装置（ＥＣＵ）１００、モータジェネレータ（モータ）２００、オイルパン（貯留部）３００、オイルポンプ４００、変速機５００、インバータ６００、メモリ７００を有して構成されている。

制御装置１００は、システム１０００の全体を制御する構成要素である。モータジェネレータ２００は、車両を駆動するための駆動力を発生する。モータジェネレータ２００が発生した駆動力は、変速機５００を介して車輪に伝達される。また、モータジェネレータ２００は、路面から車輪を介して伝わる駆動力により回生エネルギーを発生させる。

オイルパン３００には、オイルが貯留されている。オイルパン３００に貯留されたオイルは、オイルポンプ４００の駆動によりモータジェネレータ２００、変速機５００へ供給される。オイルパン３００に貯留されたオイルの温度は、温度センサ３１０によって検出される。

インバータ６００は、制御装置５００からの指令値に基づき、モータジェネレータ２００に流れる電流を調整する。メモリ７００には、モータジェネレータ２００のトルクを抑制するための後述するマップが記憶されている。

モータジェネレータ２００は、ステータ２１０とロータ２２０を備えている。ステータ２１０はコイルから構成され、ロータ２２０は磁石から構成されている。ステータ２１０には、その温度を検出する温度センサ（サーミスタ）２１２が装着されている。

また、モータジェネレータ２００には、ロータ２２０の回転数を検出する回転数センサ２１４が装着されている。回転数センサ２１４が検出したロータ２２０の回転数は、制御装置１００に送られる。

モータジェネレータ２００は、駆動力の発生に伴い発熱する。モータジェネレータ２００が一定以上の温度に発熱した状態でモータジェネレータ２００に大電流が流れると、ロータ２２０の磁石が耐熱温度を超えてしまい、磁石に損失が生じる場合がある。つまり、モータジェネレータ２００が過熱した状態で、モータジェネレータ２００に高トルクを発生させると、磁石が機能損失を受ける可能性がある。

一方、モータジェネレータ２００のステータ２１０の温度は温度センサ２１２により計測できるが、ロータ２２０は回転体であるため、ロータ２２０の温度を直接計測することはできない。

また、モータジェネレータ２００に供給されるオイルが既に温まっている場合など、オイルの油温に応じてロータ２２０の磁石の温度が上昇した場合も、モータジェネレータ２００に大電流が流れると、ロータ２２０の磁石の温度が耐熱温度を超えてしまう場合がある。

以上のように、モータジェネレータ２００のロータ２２０の磁石を保護するためには、ステータ２１０の温度、オイルの温度を考慮して、モータジェネレータ２００に大電流が流れないように制御することが望ましい。

このため、制御装置１００は、ステータ２１０の温度、オイルの温度に基づいて、予め定めたマップを参照してモータジェネレータ２００のトルクを制御する。図１に示すように、制御装置１００は、温度センサ２１２が検出したステータ２１０の温度を取得するモータ温度取得部１１０と、モータ温度取得部１１０が取得した温度に基づいて、温度を判定するモータ温度判定部１１５と、温度センサ３１０が検出したオイルパン３００のオイルの温度を取得するオイル温度取得部１２０と、回転数センサ２１４が検出したモータジェネレータ２００の回転数を取得する回転数取得部１３０と、ステータ２１０の温度、オイルの温度、及び回転数に基づいてモータジェネレータ２００のトルクを制御するトルク制御部１４０と、を備える。なお、図１に示す制御装置１００の各構成要素は、ハードウェア（回路）、またはＣＰＵなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのソフトウェア（プログラム）から構成することができる。

以下では、本実施形態のシステム１０００で行われる処理について説明する。図２は、本実施形態のシステム１０００で行われる処理を示すフローチャートである。また、図３〜図６は、モータジェネレータ２００のトルクを制限するためのマップを示す模式図である。図３〜図６に示すマップでは、モータジェネレータ２００の回転数と、オイルパン３００内の油温に応じてモータジェネレータ２００のトルクに制限をかけるための係数が規定されている。係数が１の場合はモータジェネレータ２００のトルクの制限は行われない。係数が１未満の場合は、モータジェネレータ２００の回転数とオイルパン３００の油温に応じた係数によってモータジェネレータ２００のトルクに制限をかける。図３〜図６において、オイルパン３００の油温には、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆの関係がある。また、モータジェネレータ２００の回転数には、Ｇ＜Ｈ＜Ｉ＜Ｊ＜Ｋ＜Ｌ＜Ｍ＜Ｎの関係がある。また、係数ｘは１未満の値であり、矢印Ａ１の方向に向かってその値が小さくなる。

図２に示す処理は、主に制御装置１００にて行われる。先ず、ステップＳ１０では、モータ温度取得部１１０が、ステータ２１０の温度を取得する。次のステップＳ１２では、オイル温度取得部１２０が、オイルパン３００のオイルの温度を取得する。次のステップＳ１３では、回転数取得部１３０が、モータジェネレータ２００の回転数を取得する。

ステップＳ１４では、モータ温度判定部１１５が、温度センサ２１２が検出した温度がａ℃以上であるか否かを判定し、温度がａ℃以上でない場合はステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、トルク制御部１４０が、図３に示す制限マップ“０”に基づいてモータジェネレータ２００のトルクを制限する。トルク制御部１４０は、運転状態に応じて定まる目標トルク（許可トルク）に対して、制限マップ“０”によって規定される係数を乗算することでモータジェネレータ２００のトルクを制限する。

ステップＳ１４で温度センサ２１２が検出した温度がａ℃以上の場合は、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、モータ温度判定部１１５が、温度センサ２１２が検出した温度がｂ℃以上であるか否かを判定し、温度がｂ℃以上でない場合はステップＳ２０へ進む。なお、ａ＜ｂとする。ステップＳ２０では、トルク制御部１４０が、図４に示す制限マップ“１”に基づいてモータジェネレータ２００のトルクを制限する。

ステップＳ１８で温度センサ２１２が検出した温度がｂ℃以上の場合は、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、モータ温度判定部１１５が、温度センサ２１２が検出した温度がｃ℃以上であるか否かを判定し、温度がｃ℃以上でない場合はステップＳ２４へ進む。なお、ｂ＜ｃとする。ステップＳ２４では、トルク制御部１４０が、図５に示す制限マップ“２”に基づいてモータジェネレータ２００のトルクを制限する。

ステップＳ２２で温度センサ２１２が検出した温度がｃ℃以上の場合は、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、トルク制御部１４０が、図６に示す制限マップ“３”に基づいてモータジェネレータ２００のトルクを制限する。ステップＳ１６，Ｓ２０，Ｓ２４，Ｓ２６の後は、処理を終了する（ＲＥＴＵＲＮ）。

以上のように、温度センサ２１２が検出した温度がａ℃未満の場合は、図３に示す制限マップ“０”が適用される。図３に示す制限マップ“０”では、モータジェネレータ２００の回転数に応じたトルクの制限は行われないが、オイルパン３００の油温がＦ℃の場合はモータジェネレータ２００のトルクが“０”に制限される。オイルパン３００の油温がＦ℃の場合は、温度センサ２１２が検出したステータ２１０の温度がａ℃未満であっても、オイルの熱によりロータ２２０の温度が上昇し、ロータ２２０の磁石が損傷してしまう場合が想定される。従って、オイルパン３００の油温がＦ℃の場合は、モータジェネレータ２００のトルクを“０”に制限することで、ロータ２２０の磁石の損傷を抑制することが可能である。

なお、ステータ１１０の温度が比較的に低いのにも関わらず、オイルパン３００の油温がＦ℃に上昇してしまう要因として、変速機５００などオイルによって冷却される他の構成要素が過熱している場合が考えられる。また、図１では１つのモータジェネレータ２００を示しているが、複数のモータジェネレータ２００を備え、複数のモータジェネレータ２００をオイルで冷却するシステムにおいて、１のモータジェネレータ２００が過熱したことによってオイルパン３００内のオイルの油温が上昇し、他のモータジェネレータ２００に油温が上昇したオイルが供給される場合等も想定できる。

温度センサ２１２が検出した温度がａ℃以上未満ｂ℃未満の場合は、図４に示す制限マップ“１”が適用される。図４に示す制限マップ“１”では、図３に示す制限マップ“０”と同様に、オイルパン３００の油温がＦ℃の場合は、モータジェネレータ２００のトルクが“０”に制限される。

また、図４に示す制限マップ“１”では、モータジェネレータ２００の回転数に応じたトルクの制限が行われる。具体的に、回転数がＭ［ｒｐｍ］の場合は、オイルパン３００の油温に応じた係数に応じてモータジェネレータ２００のトルクが制限される。この際、油温が高いほどロータ２２０の磁石の温度が上昇することが想定されるため、油温が高いほどトルクの制限が大きくなる。また、回転数がＮ［ｒｐｍ］の場合は、オイルパン３００の油温がＡ℃の場合を除き、モータジェネレータ２００のトルクが“０”に制限される。

温度センサ２１２が検出した温度がｂ℃以上未満ｃ℃未満の場合は、図５に示す制限マップ“２”が適用される。図５に示す制限マップ“２”においても、図４に示す制限マップ“１”と同様に、オイルパン３００の油温がＦ℃の場合は、モータジェネレータ２００のトルクが“０”に制限される。

図５に示す制限マップ“２”では、モータジェネレータ２００の回転数に応じたトルクの制限が行われる。具体的に、回転数がＬ［ｒｐｍ］、Ｍ［ｒｐｍ］の場合は、オイルパン３００の油温に応じた係数に応じてモータジェネレータ２００のトルクが制限される。ここで、回転数が高いほどロータ２２０の磁石の温度が上昇することが想定されるため、回転数が高いほどトルクの制限が大きくなる。また、油温が高いほどロータ２２０の磁石の温度が上昇することが想定されるため、油温が高いほどトルクの制限が大きくなる。また、回転数がＮ［ｒｐｍ］の場合は、オイルパン３００の油温がＡ℃の場合を除き、モータジェネレータ２００のトルクが“０”に制限される。

温度センサ２１２が検出した温度がｃ℃以上の場合は、図６に示す制限マップ“３”が適用される。図６に示す制限マップ“３”においても、図４に示す制限マップ“１”と同様に、オイルパン３００の油温がＦ℃の場合は、モータジェネレータ２００のトルクが“０”に制限される。

図６に示す制限マップ“３”では、モータジェネレータ２００の回転数に応じたトルクの制限が行われる。具体的に、回転数がＨ［ｒｐｍ］〜Ｎ［ｒｐｍ］の場合は、オイルパン３００の油温に応じた係数に応じてモータジェネレータ２００のトルクが制限される。ここで、回転数が高いほどロータ２２０の磁石の温度が上昇することが想定されるため、回転数が高いほどトルクの制限が大きくなる。また、油温が高いほどロータ２２０の磁石の温度が上昇することが想定されるため、油温が高いほどトルクの制限が大きくなる。また、回転数がＮ［ｒｐｍ］の場合は、オイルパン３００の油温がＡ℃の場合を除き、モータジェネレータ２００のトルクが“０”に制限される。

以上のように、モータジェネレータ２００の温度、オイルの温度、モータジェネレータ２００の回転数に基づいて、モータジェネレータ２００のトルクに制限をかけることで、ロータ２２０の磁石が過熱してしまうことを抑制できる。これにより、ロータ２２０の磁石の温度が耐熱温度を超えて機能損失に至る前に磁石を保護することが可能となる。

なお、図３〜図６に示したマップは一例であり、磁石の耐熱温度などの仕様に応じて係数の値は適宜変更することができる。

図７は、モータジェネレータ２００の回転数（横軸）とトルク（縦軸）との関係を示す模式図である。図７中に実線で示すように、一般的なモータの特性と同様、回転数が高くなるほどモータジェネレータ２００が発生するトルクは低下する。図７中に一点鎖線で示す特性は、ステータ２１０のコイルの耐熱温度に基づいてモータジェネレータ２００のトルクに制限をかける場合のトルク上限値の特性を示している。温度センサ２１２により検出されるステータ２１０の温度が耐熱温度を超えないようにするためには、一点鎖線で示す特性よりもトルクが小さくなるように制限をかける。

また、図７中に二点鎖線で示す特性は、ロータ２２０の磁石の耐熱温度に基づいてモータジェネレータ２００のトルクに制限をかける場合のトルク上限値の特性を示しており、ロータ２２０の磁石の温度が耐熱温度を超えないようにするためには、二点鎖線で示す特性よりもトルクが小さくなるように制限をかける。

モータジェネレータ２００の回転数が比較的低い場合は、二点鎖線で示す磁石の耐熱温度に基づくトルクの上限値の方が、一点鎖線で示すコイルの耐熱温度に基づくトルクの上限値よりも大きい。一方、モータジェネレータ２００の回転数がα［ｒｐｍ］を超えると、一点鎖線で示すコイルの耐熱温度に基づくトルクの上限値の方が、二点鎖線で示す磁石の耐熱温度に基づくトルクの上限値よりも大きくなる。

仮に、一点鎖線で示すコイルの耐熱温度に基づくトルクの上限値のみに基づいてトルク制限を行った場合、モータジェネレータ２００の回転数がα［ｒｐｍ］を超えると、トルクの上限値が磁石の耐熱温度に基づくトルクの上限値を超えてしまうことになる。例えば、回転数β［ｒｐｍ］、トルクＴ［Ｎｍ］でモータジェネレータ２００を駆動すると、コイルの耐熱温度に基づくトルクの上限値以下であるため、コイルの熱損傷を防ぐことはできる。しかし、この場合、磁石の耐熱温度に基づくトルクの上限値を超えているため、磁石が熱により損失を受けてしまう可能性がある。このように、一点鎖線で示すコイルの耐熱温度に基づくトルクの上限値のみに基づいてトルク制限を行った場合は、図７にハッチングを付与した領域（磁石保護不可能領域）で磁石の保護ができないことになる。

本実施形態では、図３〜図６に示したマップに基づいてモータジェネレータ２００のトルクを制限することで、特にステータ２１０の温度とロータ２２０の温度が一致していない場合に、ロータ２２０の磁石が過熱して機能損失してしまうことを抑制できる。

以上説明したように本実施形態によれば、温度センサ２１２が検出したステータ２１０の温度に基づいて図３〜図６に示すマップを切り換え、モータジェネレータ２００の回転数とオイルの油温に基づいてモータジェネレータ２００のトルクに制限をかけるようにした。これにより、図７に示す磁石保護不可能領域でモータジェネレータ２００が駆動されることがなく、ロータ２２０の過熱による磁石の損失を抑制することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００制御装置
１１０モータ温度取得部
１２０オイル温度取得部
１３０回転数取得部
１４０トルク制御部

Claims

車両を駆動するモータの温度を取得するモータ温度取得部と、
前記モータを冷却するオイルの温度を取得するオイル温度取得部と、
前記モータの回転数を取得する回転数取得部と、
前記モータの温度、前記オイルの温度、及び前記モータの回転数に応じて定められた係数に基づいて前記モータのトルクを制限するトルク制御部と、
を備えることを特徴とする、車両の制御装置。
前記モータ温度取得部は、前記モータのステータの温度を検出する温度センサから前記モータの温度を取得することを特徴とする、請求項１に記載の車両の制御装置。
前記オイル温度取得部は、前記オイルを貯留する貯留部内の前記オイルの温度を検出する温度センサから前記オイルの温度を取得することを特徴とする、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記トルク制御部は、前記モータの回転数が大きいほど、前記モータのトルクの制限量を大きくすることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
前記モータの温度に応じて予め設定された、前記モータの回転数、前記オイルの温度及び前記係数との関係を規定した複数のマップに基づいて、前記モータのトルクを制御することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
前記トルク制御部は、前記マップにおいて、前記オイルの温度が高いほど、前記モータのトルクの制限をかける範囲を拡大することを特徴とする、請求項５に記載の車両の制御装置。
前記トルク制御部は、前記オイルの温度が所定値に達すると、前記モータの温度及び前記モータの回転数に関わらず前記モータのトルクを０に制限することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
前記トルク制御部は、前記モータの温度が所定値以下の場合は、前記モータの回転数に関わらず前記モータのトルクに制限をかけず、且つ、前記オイルの温度が所定値に達する場合は前記モータのトルクを０に制限することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の車両の制御装置。