JP7361780B2 - オイルポンプの始動を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、オイルポンプの始動の制御に関し、とりわけ、ブラシのないすなわち「ブラシレス」で、位置測定センサのないすなわち「センサレス」のモータを有するオイルポンプに関する。

より具体的に、発明の主題は、ブラシレスで位置センサレス電動モータによりギアボックスオイルポンプの始動を制御するための方法であり、上記電動モータでは、ステータコイルは、ポンプが速度しきい値に達するまで定電流開ループ制御シーケンスに従ってオフモードから電力を供給され、上記速度しきい値で、コンピュータがギアボックスの信頼性を確実にするために必要な潤滑流量に対応する速度設定値で閉ループ制御に切り替えるが、診断しきい値を超えず、上記診断しきい値がポンプの焼き付きを検出し、そこではモータ制御が定電流開ループ制御シーケンスに切り替わって戻る。

ギアボックスの潤滑を、いずれか、ギアボックスへのオイルを噴霧すること、また潤滑しようとする成分を重力スプリンクルすることによって、またはしばしば電動であるオイル循環ポンプを使用して実行することができる。ポンプの始動は、使用のすべての条件で、特に低温で必要とされる。ポンプでは、ブラシレスモータが、特にその高いトルク／バルク比、その高いダイナミックレンジ、およびその低い動作雑音によりブラシを有するモータよりも多数の利点を提供する。

その上、ブラシレスモータの信頼性は、電子式スイッチによる金属整流子の置き換えのお蔭でブラシを有するモータの信頼性よりも大きい。ブラシを有するモータはそれにも拘らず、ステータに対するロータの位置が知られることを必要とするステータコイルのシーケンス化された電力供給を必要とする。そのために、ホール効果位置センサ、または「逆ＥＭＦ」電圧と呼ばれる、非活性巻線の逆起電力の測定などの、センサレス解を使用することが可能である。汚染された環境、ならびに信頼性およびコスト制御の高い目的が与えられると、センサレス解が好ましい。しかしながら、逆ＥＭＦ電圧がロータの回転の速度に比例するので、測定される電圧は、ロータが停止するときにはゼロである。さらにその上、位相検出は、温度に敏感である。最後に、逆ＥＭＦ信号は、低速では「雑音」をともなう。これらの条件では、最小の大きさが、信号の形態を検出するために必要である。実際面で、逆ＥＭＦ信号の測定を、ロータの速度が５００ｒｐｍよりも大きい場合にのみ使用できることが考えられる。

ゼロから５００ｒｐｍへとポンプのブラシレスモータを始動するために、開ループ（ＢＯ）で、定電流で所定のシーケンス（アルゴリズム）に従ってコイルに電力を供給することができる。例えば５００ｒｐｍの速度しきい値を超えると、ポンプのコントローラは、閉ループ（ＢＦ）制御モードに切り替えることができ、閉ループ制御モードでは、相電流は、ギアボックスの信頼性を保証するために必要な潤滑流量に対応する回転速度設定値でＰＩＤ（比例積分微分）型の調整装置により調整される。

オイルポンプは、オイルポンプの起こり得る焼き付きを検出するため、およびオイルポンプの状態を診断するために相電流モニタリングシステムを一般に有する。ロータが焼き付く（破壊、ポンプ機構内での金属粒子）場合には、ＰＩＤ調整装置は、速度ループ差異を検出できる。そのときにはＰＩＤ調整装置は、ポンプモータのトルクを大きくするため、また速度を上げようと試みるために、電流を大きくする。この電流がしきい値を超える場合には、ポンプは、パワートレインのコントローラへメッセージを送って、コントローラに故障を警告する。

ギアボックスのオイル温度範囲は、原理的には－４０℃から１５０℃まで変わる。オイルの粘性は、この範囲内で非常に著しく変わる。ポンプの抵抗トルクは、オイルの粘性に、これゆえオイルの温度に比例する。実際には、ロータの温度および抵抗トルクの変動の範囲は、ＰＩＤパラメータの１回の較正では、すべての状況において、診断しきい値を超えずに開ループから閉ループへの切り替えを確実にすることがうまくいきそうにないようである。このように、ＰＩＤ電流調整装置が良いホット始動を確実にするように較正される場合、この同じＰＩＤ調整装置は、コールド電流しきい値を超えさせることになり、逆も同様である。

ポンプが満足するように機能するために、電流調整装置のパラメータは、温度条件に適応することが可能でなければならない。この問題を解決するための第１の解は、潤滑回路へとオイル温度センサを挿入することである。このセンサは、温度の関数としてＰＩＤ電流調整装置のパラメータを調節することが可能であるように、ＧＭＰ（パワートレイン）コンピュータまたはポンプコンピュータのどちらかにリンクされる。

米国特許第８，８１４，５３４号という出版物は、電動モータにより制御され、オイル温度センサ、ならびに電動モータの電流および温度の関数としてポンプにより与えられるトルクを調整するコントローラを備えるトランスミッションオイルポンプを記載する。上記コントローラが、温度センサにより指示される温度とポンプの近くに存続する温度との間の温度偏差を検出すると、コントローラは、始動時に、モータの回転速度を下げるように構成される。上記コントローラは、モータがセンサにより検出されたオイル温度に対応するトルクを送達すべき設定値に対してこの速度を低下させる。

本発明は、オイル温度センサを使用せずに、オイルの粘性の関数として潤滑ポンプモータ電流調整装置の動作パラメータを適合させることを目指している。

この目的で、開ループ電流設定値は、開ループモードでは閉ループモードにおけるよりも大きいポンプのモータトルクを有するように、閉ループモードに切り替えるためのしきい値よりも上である。

本発明は、添付の図面を参照して発明の非限定的な実施形態の下記の説明を読めばより良く理解されるであろう。

単純化した制御図である。 ブラシレスモータの図である。 解析した信号の典型的なプロファイルの再現図である。 オイル温度の傾向を示す図である。

図１には、異なる変速率でモータから車輪へトルクＣ_ｍ（車輪のトルクＣ_ｒ）を伝達するギアボックス１が模式的に表される。潤滑油ｈを取り囲んでいる箱の底部の下に設置されたオイルポンプ３は、部品の潤滑を確実にするために、オイルが箱の上部へと再導入される外部潤滑回路２に供給する。この例では、ポンプは、パワートレイン４のコントローラと通信するブラシレスで温度センサレスモータを有する（表示せず）。

図２は、３つの巻線ステータＳを有するモータの図を示し、その巻線は、電子式スイッチ（表示せず）に接続される。３つのステータのうちの２つが電力を供給されると、３番目のロータには、逆起電力、すなわち、逆ＥＭＦが引き起こされる。ブラシレスで電流センサレスモータは、通常ＰＩＤタイプのものである電流調整装置により制御される。

ギアボックス潤滑ポンプでは、例えば２０℃のギアボックスオイル温度からの効率的な始動のために電流を較正することが知られている慣例である。制御は、いずれか、所定の定電流シーケンスによる開ループ（ＢＯ）モードで、またはモータにより、またポンプにより達せられる速度の関数として可変である電流設定値での閉ループ（ＢＦ）モードで行われる。冷たいポンプを始動するために、通常の方法は、オフモードのモータおよびポンプ（速度ゼロ）からモータの事前設定した速度しきい値へと始動する第１の所定の定電流シーケンスに従ってロータコイルに電力を供給することである。このしきい値から、モータは、ポンプ速度設定値で、閉ループモードの第２の制御モードへ切り替わる。この設定値は、ギアボックスの信頼性を確実にするために必要な潤滑流量に対応する。

ブラシレスで位置センサレスの電動モータによりギアボックスオイルポンプの始動を制御するときに、ギアボックスオイルポンプは、開ループモードコンピュータ制御シーケンスに従って、オフから電力を供給されることが有利である。この第１のシーケンスでは、ポンプが速度しきい値に達するまで、制御は、定電流で実行される。調整は、次いで、ギアボックスの信頼性を確実にするために必要な潤滑流量に対応する速度設定値で閉ループ制御に切り替わる。しかしながら、閉ループモードでは、電流は、ポンプの焼き付きが検出される診断しきい値を超えられない。このしきい値に達した場合、コンピュータは、モータの制御を定電流開ループ制御シーケンスに切り替えて戻すことを必要とする。

潤滑流量は、電流調整装置設定パラメータであり、これはオイルの粘性の程度、これゆえ温度の関数として調節されなければならない。発明が基づく問題点は、いかなるオイル温度センサをも持たずにオイル温度に対して電流調整装置のパラメータ表示を調節することである。上に示したように、モータは、相電流モニタリングシステムを有する。このシステムは、ポンプが焼き付いたことを検出することが可能となる診断しきい値を通過する電流をモニタする。提案した解決策では、開ループモードでは閉ループモードにおけるよりも大きなポンプのモータトルクを有するように、閉ループモードでの診断しきい値よりも高い値で開ループモードでの相電流を較正することが選択される。

車両の速度が正であるときには、パワートレイン（ＧＭＰ）のコンピュータは、開ループモードと閉ループモードとの間の切り替えしきい値よりも高い速度設定値をポンプへ最初に送る。ＧＭＰのコンピュータ（または選択したソフトウェアに応じて、オイルポンプのコンピュータ）は、ロータが閉ループフェーズで焼き付いたことを検出するために診断しきい値オーバーシュート情報を使用する。コンピュータは、焼き付きの数を計数する。計数装置が焼き付きの数のしきい値ｎを超えると、「デブロッキング」と呼ばれるロータの振動（サイン波）のフェーズを噛み合わせる。このフェーズは、ポンプの機構に押し込まれたすべての考えられる金属粒子を除去することを可能にする。

オイル中に金属粒子がないと、ロータの焼き付きは低温においては大き過ぎるオイルの粘性に起因すると考えられる。オイルの温度に対して調整装置のパラメータを適合させるために提案した方法は、焼き付きの検出に依存する。この事象は、ポンプが較正された期間の間開ループモードで動作するように、速度設定値を調整装置へ送るために利用される。

発明によれば、開ループ電流設定値は、開ループモードでは閉ループモードにおけるよりも大きなポンプのモータトルクを有するように、閉ループモードに切り替えるためのしきい値よりも上である。ポンプは、したがって、閉ループモードにおけるよりも開ループモードでは低い速度で動作できるが、低温においてはギアボックスの最小の潤滑をこのように確実にする。ギアボックスが低温で動作する間に、複数のピニオンによるオイルのシヤーリング（スプラッシュ潤滑）およびギアボックス内で散逸する動力は、オイルの温度を上昇させる。ポンプの焼き付きが閉ループモードで検出される度毎に、ＧＭＰのコンピュータは、較正された期間の間、開ループモードへポンプを切り替える。この較正された期間の終わりに、コンピュータは、初期閉ループモード速度設定値に戻す。

この設定値が閉ループモードで診断しきい値未満のままであるようにオイルの温度が十分に高くなった場合には、ポンプは、そのときには速度設定値に達することができる。ポンプは、効果的に始動する。

そうでなければ、オイル温度はまだ低すぎる。ロータの抵抗トルクは、モータが閉ループモードで与えることが可能なトルクよりも大きい。較正された期間の終わりに、ＧＭＰのコンピュータは、閉ループモードで速度をもう１度制御する。ポンプのコンピュータは、そのときには、電流を大きくすることを探し、ポンプの速度設定値に達せずに診断しきい値を超える。ＧＭＰのコンピュータは、診断しきい値を閉ループモードで超える度毎に開ループモード制御設定値を戻す。開ループ制御期間および閉ループ制御期間のこの変更は、オイルポンプが閉ループモードで始動することを可能にするのに十分にオイルの温度が上昇するまで続く。

図３は、いくつかの信号：
－ 開ループモードから閉ループモードへの切り替えＢＯ／ＢＦのためのしきい値に対する２つのレベルの毎分の回転数でのポンプの速度設定値Ｃ_ｖ、
－ 効果的な始動に至るまでの開ループ制御フェーズおよび閉ループ制御フェーズ中の毎分の回転数でのポンプの速度Ｖ、
－ 相電流オーバーシュート（焼き付き検出）信号（ビット）、
－ ロータの振動を適用する信号（デブロッキングビット）、
の経時的傾向を積み重ねて示す。

図４は、しきい値ｓに対する、度でのオイルの温度θの傾向を示し、このしきい値から、ポンプが診断しきい値よりも低い閉ループモードでの電流で動作できる（オイルは十分に熱い）。

要約すると、制御は、抵抗トルクが相電流の写像であるという理由で、ポンプのロータの抵抗トルクを介してオイルの粘性およびオイルの温度を検査することから構成される。電流の値は、オイルの温度の推定値として使用される。この推定のおかげで、ポンプが始動することが可能なオイルの温度を知ることは必要ではない。焼き付きの検査および検出に基づいて動作させることにより、オイル温度とは無関係に、ポンプの自律的な始動を確実にすることが可能になる。

温度センサの削除は、多くの利点：
－ コストの削減、
－ 信頼性の向上、
－ オイル温度とＰＩＤ調節装置パラメータとの間のマッピング表を用いない単純な開発、
－ ＧＭＰコンピュータまたはオイルポンプでの入力の削除、
－ ギアボックスおよびそのカバーレス環境の単純化したアーキテクチャ、
を提供する。

この最後の利点は、とりわけハイブリッドパワートレインで非常に有益であり、このハイブリッドパワートレインでは、関係する大量のセクタのために、ケーシング上の温度センサの据え付け、および電気ケーブルの配線が、問題を含んでいる。

Claims (6)

1. 位置センサを用いずにブラシレス電動モータによりギアボックスのオイルポンプの始動を制御するための方法であって、前記オイルポンプが、モータ制御が定電流開ループ制御シーケンスに切り替わって戻される前記オイルポンプの焼き付きを検出する診断しきい値を超えないが、速度調整がギアボックスの信頼性を確実にするために必要な潤滑流量に対応する設定値で閉ループ制御に切り替わる速度しきい値に達するまで、ステータコイルが、前記定電流開ループ制御シーケンスに従ってオフモードから電力を供給される、方法において、開ループ電流設定値が、開ループモードでは閉ループモードにおけるよりも高い前記オイルポンプのモータトルクを有するように、閉ループモードに切り替えるためのしきい値よりも高いことを特徴とする、オイルポンプの始動を制御するための方法。
2. 閉ループモードで前記オイルポンプの焼き付きを検出したとき、ＧＭＰコンピュータが、較正された期間の間、前記オイルポンプの速度調整を開ループモードに切り替えることを特徴とする、請求項１に記載のオイルポンプの始動を制御するための方法。
3. 前記開ループモードのポンプ制御シーケンスが、ロータの振動のシーケンスを含むことを特徴とする、請求項２に記載のオイルポンプの始動を制御するための方法。
4. 前記較正された期間の終わりに、前記ＧＭＰコンピュータが、閉ループモード動作に対応する速度設定値を前記オイルポンプへ送ることを特徴とする、請求項２または３に記載のオイルポンプの始動を制御するための方法。
5. 前記ＧＭＰコンピュータは、閉ループモードで前記診断しきい値を超える度毎に、前記定電流開ループ制御シーケンスに戻すことを特徴とする、請求項４に記載のオイルポンプの始動を制御するための方法。
6. 前記速度設定値が閉ループモードで前記診断しきい値未満のままで、オイルの温度が十分に高くなった場合に、電流の制御が、前記ギアボックスの信頼性を確実にするために必要な潤滑流量に対応する設定値で閉ループモードのままであることを特徴とする、請求項４または５に記載のオイルポンプの始動を制御するための方法。

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