JP7372202B2 - 電動ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動ポンプの制御装置に関する。

特許文献１に記載されているように、車両に搭載される変速機等、油圧で動作する油圧機器に対して作動油を供給する電動ポンプが知られている。この電動ポンプは、電動モータで駆動されるポンプ部を備えており、電動モータの回転速度であるモータ回転速度を調整することによりポンプ部から吐出される作動油の流量が調整されるとともに、電動モータを流れる電流であるモータ電流を調整して当該電動モータの出力トルクを調整することによりポンプ部から吐出される作動油の油圧が調整される。

特開２０１３－１９４６５４号公報

電動ポンプの駆動制御に際しては、油圧機器の動作に必要な要求流量に応じてモータ回転速度は調整される。ここで、例えば油圧機器における作動油の漏れ量などは機器毎に異なっており、正確に把握することは困難なため、実際に必要となる要求流量を正確に求めることは難しい。そこで、要求流量に応じたモータ回転速度を超えた回転速度で電動ポンプを駆動させることが考えられるが、この場合には、実際のモータ回転速度と要求流量に応じたモータ回転速度との乖離が大きいほど、電動ポンプは必要以上に高負荷な状態で作動することになるため、当該電動ポンプの消費電流が増加してしまう。

上記課題を解決する電動ポンプの制御装置は、ポンプ部が電動モータで駆動される電動ポンプに適用されて、指示される要求流量に基づき前記電動モータの回転速度であるモータ回転速度を調整する制御と、指示される要求油圧に基づいて前記電動モータを流れる電流であるモータ電流を調整する制御とを実行する制御装置である。この制御装置は、前記モータ回転速度を速度制限値以下に制限するとともに前記モータ電流を電流制限値以下に制限する制限処理を実行するとともに、前記制限処理は、前記要求流量及び前記要求油圧にて区分けされた複数の領域毎に前記速度制限値及び前記電流制限値を設定する処理を含み、前記速度制限値は前記要求流量が少ない前記領域ほど低い回転速度に設定されるとともに、前記電流制限値は前記要求油圧が低い前記領域ほど小さい値に設定される。

同構成によれば、要求流量に基づき調整されるモータ回転速度の最高速度は速度制限値によって制限される。また、要求油圧に基づき調整されるモータ電流の最大値は電流制限値によって制限される。ここで、同構成では、速度制限値及び電流制限値は、要求流量及び要求油圧にて区分けされた複数の領域毎にそれぞれ設定されている。

そして、速度制限値は、要求流量が少ない領域ほど低い回転速度に設定されるため、制限処理によって制限されたときのモータ回転速度と要求流量に応じたモータ回転速度との乖離は小さくなり、これによりモータ電流の過剰な増大は抑制される。また、電流制限値は、要求油圧が低い領域ほど小さい値に設定されるため、制限処理によって制限されたときのモータ電流と要求油圧に応じたモータ電流との乖離も小さくなり、これによってもモータ電流の過剰な増大は抑制される。

このようにしてモータ電流の過剰な増大が抑制されるため、電動ポンプの消費電流を抑えることができるようになる。
なお、上記速度制限値として、指示される前記要求流量が含まれる領域における流量の最大値に対応する前記モータ回転速度を適用するとともに、上記電流制限値として、指示される前記要求油圧が含まれる領域における油圧の最大値に対応する前記モータ電流を適用することができる。

電動ポンプの制御装置の実施形態を示す模式図。 同実施形態の電動ポンプの吐出性能を示す概念図。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。

以下、車両に搭載された変速機に油圧を供給する電動ポンプの制御装置について、その一実施形態を図１～図４を参照して説明する。
図１に示すように、車両に搭載された変速機２０には、作動油を貯留するオイルパン２２が設けられている。オイルパン２２の作動油は、電動ポンプ３０に吸引された後、吐出油路５０を介して変速機２０に供給される。吐出油路５０の途中には、オイルパン２２に繋がるリリーフ油路５２が接続されており、このリリーフ油路５２の途中には、吐出油路５０内の圧力が規定圧以上になると開弁するリリーフ弁４０が設けられている。

電動ポンプ３０は、作動油を吸引して吐出するポンプ部３２と、ポンプ部３２を駆動する電動モータ３４等を備えたオイルポンプとして構成されている。電動モータ３４には、同電動モータ３４への供給電力を制御するインバータ回路等の駆動回路６０が接続されている。

電動モータ３４を制御する制御装置１００は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１１０や、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリ１２０を備えている。そして、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより各種制御を実行する。ちなみに、上記駆動回路６０、上記制御装置１００、及び上記リリーフ弁４０の少なくとも一つが電動ポンプ３０に一体化されていてもよい。

制御装置１００には、変速機２０を制御する制御装置２００が相互通信可能に接続されている。制御装置２００は、変速機２０の動作状態に基づき、変速機２０の動作に必要な作動油の流量である要求流量Ｆｄと、変速機２０の動作に必要な作動油の圧力である要求油圧Ｐｄとを算出する。

制御装置１００は、電動モータ３４を流れる電流であるモータ電流Ｉｍや、電動モータ３４の回転速度であるモータ回転速度Ｎｍを駆動回路６０から取得する。また、制御装置１００は、上記要求流量Ｆｄ及び上記要求油圧Ｐｄを制御装置２００から取得する。そして、制御装置１００は、要求流量Ｆｄに基づいて目標モータ回転速度Ｎｍｐを算出し、モータ回転速度Ｎｍと目標モータ回転速度Ｎｍｐとが一致するように駆動回路６０を通じて電動モータ３４を制御する。また、制御装置１００は、要求油圧Ｐｄに基づいて目標電流値Ｉｍｐを算出し、モータ電流Ｉｍと目標電流値Ｉｍｐとが一致するように駆動回路６０を制御する。

また、制御装置１００は、上記態様にてモータ回転速度及びモータ電流を制御するに際して、モータ回転速度Ｎｍを速度制限値ＮＬ以下に制限するとともにモータ電流Ｉｍを電流制限値ＩＬ以下に制限する制限処理を実行する。この制限処理では、モータ回転速度Ｎｍが速度制限値ＮＬを超えている場合には、速度制限値ＮＬとなるようにモータ回転速度Ｎｍが調整されることにより、モータ回転速度Ｎｍの最高速度は速度制限値ＮＬを超えないように制限される。同様に、モータ電流Ｉｍが電流制限値ＩＬを超えている場合には、電流制限値ＩＬとなるようにモータ電流Ｉｍが調整されることにより、モータ電流Ｉｍの最大値は電流制限値ＩＬを超えないように制限される。

ここで、変速機２０や油路における作動油の漏れ量などは機器毎に異なっており、正確に把握することは困難なため、実際に必要となる要求流量を正確に求めることは難しい。そのため、上記制限処理にて制限された場合でも流量不足を回避するためには、想定される漏れ量の最大値を見込んで上記速度制限値ＮＬを設定することが考えられる。しかし、この場合には、制限された状態の実際のモータ回転速度と要求流量に応じたモータ回転速度との乖離が大きいほど、電動ポンプ３０は必要以上に高負荷な状態で作動することになるため、モータ電流が過剰に増大してしまい、当該電動ポンプ３０の消費電流は増加してしまう。なお、作動油の漏れ量が少ない機器ほど、本来必要な要求流量は少なくなるため、そうした機器ほど、制限された状態の実際のモータ回転速度と要求流量に応じたモータ回転速度との乖離は大きくなる。

また、電流制限値ＩＬとしては、少なくとも上述したリリーフ弁４０が開弁する規定圧にまで油圧を高めることのできる電流値を設定することが考えられる。しかし、この場合には、以下のような不都合の発生が懸念される。すなわち、作動油の漏れ量が少ない機器の場合には、動作に必要な要求流量に対して実際に供給される流量が過剰になる場合がある。流量が過剰になると、変速機２０と電動ポンプ３０との間の吐出油路５０内における圧力が増大して電動モータ３４の回転抵抗が大きくなる。このようにして回転抵抗が大きくなると、モータ電流Ｉｍは電流制限値ＩＬにて制限されるまで増大する可能性があり、制限された状態の実際のモータ電流と要求油圧に応じたモータ電流との乖離が大きいほど、モータ電流は過剰に増大してしまい、電動ポンプ３０の消費電流は増加してしまう。こうした消費電流の増加は、電動ポンプ３０の消費電力の増加や、電動モータ３４及び駆動回路６０の発熱量増加などを招くことになる。

そこで、本実施形態では、速度制限値ＮＬ及び電流制限値ＩＬを適切に設定することにより、電動ポンプ３０の消費電力の増加を抑えるようにしている。
以下、速度制限値ＮＬ及び電流制限値ＩＬの設定態様について説明する。

図２に示すように、まず、要求流量Ｆｄが多いほど、モータ回転速度Ｎｍは高くなるように目標モータ回転速度Ｎｍｐは設定される。また、要求油圧Ｐｄが高いほど、モータ電流Ｉｍは大きくなるように目標電流値Ｉｍｐは設定される。

また、図２に示す実線Ｌ１は、電動ポンプ３０のモータ回転速度と電動ポンプ３０から吐出される油圧の最大値との関係を示す線であり、モータ回転速度が高いほど、その回転速度で得ることのできる油圧の最大値は低くなる。これは、モータ回転速度が高いほど、電動モータ３４の出力トルクは低下するためである。要求流量Ｆｄ及び要求油圧Ｐｄは、この実線Ｌ１以下の領域となるように設定される。

より詳細には、本実施形態では、要求流量及び要求油圧にて区分けされた複数の領域が設定されている。そして、各領域毎に上記速度制限値ＮＬ及び電流制限値ＩＬが設定されている。

一例として本実施形態では、要求流量Ｆｄについては、電動ポンプ３０において実現可能な最大流量Ｆｍａｘから「０」までの間の流量域が４つに分けられている。以下では、流量域を４つに分けるための３つの境界値のことを、少ない流量から多い流量に向かって順に、第１流量Ｆｄ１、第２流量Ｆｄ２、第３流量Ｆｄ３という（０＜Ｆｄ１＜Ｆｄ２＜Ｆｄ３＜Ｆｍａｘ）。また、第１流量Ｆｄ１が得られるモータ回転速度を第１回転速度Ｎｍ１、第２流量Ｆｄ２が得られるモータ回転速度を第２回転速度Ｎｍ２、第３流量Ｆｄ３が得られるモータ回転速度を第３回転速度Ｎｍ３という（０＜Ｎｍ１＜Ｎｍ２＜Ｎｍ３）。なお、これら第１回転速度Ｎｍ１、第２回転速度Ｎｍ２、及び第３回転速度Ｎｍ３は、予めの試験等を通じて適切な値が求められている。

同様に、要求油圧Ｐｄについても、電動ポンプ３０において実現可能な最高油圧Ｐｍａｘから「０」までの間の油圧域が４つに分けられている。以下では、油圧域を４つに分けるための３つの境界値のことを、低い油圧から高い油圧に向かって順に、第１油圧Ｐｄ１、第２油圧Ｐｄ２、第３油圧Ｐｄ３という（０＜Ｐｄ１＜Ｐｄ２＜Ｐｄ３＜Ｐｍａｘ）。また、第１油圧Ｐｄ１が得られるモータ電流を第１電流値Ｉｍ１、第２油圧Ｐｄ２が得られるモータ電流を第２電流値Ｉｍ２、第３油圧Ｐｄ３が得られるモータ電流を第３電流値Ｉｍ３という。なお、これら第１電流値Ｉｍ１、第２電流値Ｉｍ２、及び第３電流値Ｉｍ３も、予めの試験等を通じて適切な値が求められている。

そして、第２流量Ｆｄ２よりも多く第３流量Ｆｄ３以下の流量域且つ第１油圧Ｐｄ１以下の油圧域が第１領域Ｇ１として設定されている。また、第１流量Ｆｄ１よりも多く第２流量Ｆｄ２以下の流量域且つ第１油圧Ｐｄ１よりも高く第２油圧Ｐｄ２以下の油圧域が第２領域Ｇ２として設定されている。また、第２流量Ｆｄ２よりも多く第３流量Ｆｄ３以下の流量域且つ第２油圧Ｐｄ２よりも高く第３油圧Ｐｄ３以下の油圧域が第３領域Ｇ３として設定されている。

そして、上記要求流量Ｆｄ及び上記要求油圧Ｐｄの組み合わせで示される電動ポンプ３０の動作点ＭＰは、第１領域Ｇ１、第２領域Ｇ２、及び第３領域Ｇ３のうちのいずれかの領域に含まれるように予め設定されている。

また、算出された動作点ＭＰが第１領域Ｇ１に含まれる場合には、この第１領域Ｇ１における要求流量Ｆｄの最大値である第３流量Ｆｄ３に対応する第３回転速度Ｎｍ３が上記速度制限値ＮＬに設定される。同様に、上記動作点ＭＰが第１領域Ｇ１に含まれる場合には、この第１領域Ｇ１における要求油圧Ｐｄの最大値である第１油圧Ｐｄ１に対応する第１電流値Ｉｍ１が上記電流制限値ＩＬに設定される。

また、算出された動作点ＭＰが第２領域Ｇ２に含まれる場合には、この第２領域Ｇ２における要求流量Ｆｄの最大値である第２流量Ｆｄ２に対応する第２回転速度Ｎｍ２が上記速度制限値ＮＬに設定される。同様に、上記動作点ＭＰが第２領域Ｇ２に含まれる場合には、この第２領域Ｇ２における要求油圧Ｐｄの最大値である第２油圧Ｐｄ２に対応する第２電流値Ｉｍ２が上記電流制限値ＩＬに設定される。

そして、算出された動作点ＭＰが第３領域Ｇ３に含まれる場合には、この第３領域Ｇ３における要求流量Ｆｄの最大値である第１流量Ｆｄ１に対応する第１回転速度Ｎｍ１が上記速度制限値ＮＬに設定される。同様に、上記動作点ＭＰが第３領域Ｇ３に含まれる場合には、この第３領域Ｇ３における要求油圧Ｐｄの最大値である第３油圧Ｐｄ３に対応する第３電流値Ｉｍ３が上記電流制限値ＩＬに設定される。

このように、速度制限値ＮＬは、制御装置２００から制御装置１００に対して指示される要求流量Ｆｄが含まれる領域における流量の最大値に対応するモータ回転速度が設定される。また、電流制限値ＩＬは、制御装置２００から制御装置１００に対して指示される要求油圧Ｐｄが含まれる領域における油圧の最大値に対応するモータ電流が設定される。

図３に、上記態様にて速度制限値ＮＬを設定するための処理手順を示す。また、図４に、上記態様にて電流制限値ＩＬを設定するための処理手順を示す。なお、これらの各処理は、制御装置１００が所定周期毎に実行する。また、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

図３に示す処理を開始すると、制御装置１００は、まず、取得した要求流量Ｆｄが上記第１領域Ｇ１内の流量であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。そして、要求流量Ｆｄが第１領域Ｇ１内の流量であると判定する場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、速度制限値ＮＬとして上記第３回転速度Ｎｍ３を設定して（Ｓ１３０）、本処理を一旦終了する。

Ｓ１１０の処理にて、要求流量Ｆｄが第１領域Ｇ１内の流量ではないと判定する場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、制御装置１００は、要求流量Ｆｄが上記第２領域Ｇ２内の流量であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。そして、要求流量Ｆｄが第２領域Ｇ２内の流量であると判定する場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、速度制限値ＮＬとして上記第２回転速度Ｎｍ２を設定して（Ｓ１４０）、本処理を一旦終了する。

Ｓ１２０の処理にて、要求流量Ｆｄが第２領域Ｇ２内の流量ではないと判定する場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、要求流量Ｆｄは上記第３領域Ｇ３内の流量となっている。そこで、この場合には、制御装置１００は、速度制限値ＮＬとして上記第１回転速度Ｎｍ１を設定して（Ｓ１５０）、本処理を一旦終了する。

図４に示す処理を開始すると、制御装置１００は、まず、取得した要求油圧Ｐｄが上記第１領域Ｇ１内の油圧であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。そして、要求油圧Ｐｄが第１領域Ｇ１内の油圧であると判定する場合には（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、電流制限値ＩＬとして上記第１電流値Ｉｍ１を設定して（Ｓ２３０）、本処理を一旦終了する。

Ｓ２１０の処理にて、要求油圧Ｐｄが第１領域Ｇ１内の油圧ではないと判定する場合には（Ｓ２１０：ＮＯ）、制御装置１００は、要求油圧Ｐｄが上記第２領域Ｇ２内の油圧であるか否かを判定する（Ｓ２２０）。そして、要求油圧Ｐｄが第２領域Ｇ２内の油圧であると判定する場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、電流制限値ＩＬとして上記第２電流値Ｉｍ２を設定して（Ｓ２４０）、本処理を一旦終了する。

Ｓ２２０の処理にて、要求油圧Ｐｄが第２領域Ｇ２内の油圧ではないと判定する場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、要求油圧Ｐｄは上記第３領域Ｇ３内の油圧となっている。そこで、この場合には、制御装置１００は、電流制限値ＩＬとして上記第３電流値Ｉｍ３を設定して（Ｓ２５０）、本処理を一旦終了する。

次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）要求流量Ｆｄに基づき調整されるモータ回転速度Ｎｍの最高速度は速度制限値ＮＬによって制限される。また、要求油圧Ｐｄに基づき調整されるモータ電流Ｉｍの最大値は電流制限値ＩＬによって制限される。ここで、本実施形態では、速度制限値ＮＬ及び電流制限値ＩＬは、要求流量Ｆｄ及び要求油圧Ｐｄにて区分けされた複数の領域、つまり上記第１領域Ｇ１、上記第２領域Ｇ２、及び上記第３領域Ｇ３毎にそれぞれ設定されている。

そして、図２及び図３に示したように、速度制限値ＮＬは、要求流量Ｆｄが少ない領域ほど低い回転速度に設定されるため、制限処理によって制限されたときのモータ回転速度と要求流量Ｆｄに応じたモータ回転速度との乖離は小さくなり、これによりモータ電流Ｉｍの過剰な増大は抑制される。また、図２及び図３に示したように、電流制限値ＩＬは、要求油圧Ｐｄが低い領域ほど小さい値に設定されるため、制限処理によって制限されたときのモータ電流と要求油圧に応じたモータ電流との乖離も小さくなり、これによってもモータ電流Ｉｍの過剰な増大は抑制される。

このようにしてモータ電流Ｉｍの過剰な増大が抑制されるため、電動ポンプ３０の消費電流を抑えることができるようになる。
（２）電動ポンプ３０の消費電流を抑えることができるため、電動ポンプ３０の消費電力を抑えたり、電動モータ３４及び駆動回路６０の発熱量を抑えることも可能になる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記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。

・要求流量Ｆｄの流量域を４つに分けたが、そうした区分けの数は適宜変更することができる。同様に、要求油圧Ｐｄの油圧域を４つに分けたが、そうした区分けの数も適宜変更することができる。

・要求流量及び要求油圧にて区分けされた複数の領域のうちの３つの領域を使用するようにしたが、使用する領域の数は適宜変更することができる。
・電動ポンプ３０の油圧供給先は変速機２０であったが、他の油圧機器に油圧を供給してもよい。

・電動ポンプ３０が吐出する流体は作動油であったが、他の流体を吐出する電動ポンプ、例えば冷却水などを吐出する電動式のウォータポンプでもよい。
・制御装置１００は、ＣＰＵ１１０とメモリ１２０とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置１００は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てをプログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するメモリ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

２０…変速機
２２…オイルパン
３０…電動ポンプ
３２…ポンプ部
３４…電動モータ
４０…リリーフ弁
５０…吐出油路
５２…リリーフ油路
６０…駆動回路
１００…制御装置
１１０…中央処理装置（ＣＰＵ）
１２０…メモリ
２００…制御装置

Claims (2)

1. ポンプ部が電動モータで駆動される電動ポンプに適用されて、指示される要求流量に基づき前記電動モータの回転速度であるモータ回転速度を調整する制御と、指示される要求油圧に基づいて前記電動モータを流れる電流であるモータ電流を調整する制御とを実行する制御装置であって、
   前記モータ回転速度を速度制限値以下に制限するとともに前記モータ電流を電流制限値以下に制限する制限処理を実行するとともに、
   前記制限処理は、前記要求流量及び前記要求油圧にて区分けされた複数の領域毎に前記速度制限値及び前記電流制限値を設定する処理を含み、
   前記速度制限値は前記要求流量が少ない前記領域ほど低い回転速度に設定されるとともに、前記電流制限値は前記要求油圧が低い前記領域ほど小さい値に設定される
   電動ポンプの制御装置。
2. 前記速度制限値は、指示される前記要求流量が含まれる領域における流量の最大値に対応する前記モータ回転速度であり、
   前記電流制限値は、指示される前記要求油圧が含まれる領域における油圧の最大値に対応する前記モータ電流である
   請求項１に記載の電動ポンプの制御装置。