JP2014502934A - 自動車油圧ポンプを駆動させるデュアル駆動機構及びその制御方法 - Google Patents

自動車油圧ポンプを駆動させるデュアル駆動機構及びその制御方法 Download PDF

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Abstract

本発明のデュアル駆動機構は、ギヤボックスの出力部及び補機用電動機からの入力回転を、油圧ポンプを駆動させる出力回転に変換する遊星ギヤシステム（３）のような３ウェイ動力分割システムを有している。油圧ポンプ（２）を駆動させる前記デュアル駆動機構を制御する方法は、前記油圧ポンプ（２）に最小流量値Ｑｍを設定するステップと、前記車速を検出するステップと、前記検出された車速を処理するステップであって、前記検出された車速を基準速度値と比較することによって、前記車速が低速のため単独では前記油圧ポンプ（２）を前記最小流量まで駆動させることができない第１の動作モードＩで前記自動車が動作しているのか、又は前記車速が単独で少なくとも前記最小流量値Ｑｍを十分に達成できる第２の動作モードＩＩで動作しているのかを判定するステップと、前記遊星ギヤシステム（３）の動作を制御して、前記自動車が前記第１の動作モードＩで走行しているときに前記補機用電動機が前記油圧ポンプ（２）を前記ギヤボックス（５）の出力部と組み合わせて駆動させ、前記自動車が前記第２の動作モードＩＩで走行しているときに少なくとも前記ギヤボックス（５）の出力部が前記油圧ポンプ（２）を駆動させるステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車油圧ポンプ、特にパワーステアリング油圧ポンプを駆動させるデュアル駆動機構及びその制御方法に関する。
現代の自動車は、油圧駆動されるパワーステアリングシステム等の周辺部品を備える。
パワーステアリングシステムは、長年の間、自動車、即ち小型自動車及び産業車両において標準の機能となってきた。
パワーステアリングシステムは、操舵用油圧アクチュエータを介して車輪に力を加えることにより、自動車の運転者を補助する。したがって、ステアリングホイールを回すときに運転者に求められる作用力がより小さくなり、したがって自動車をより容易に操作できる。
パワーステアリングシステムは、一般に、ポンプによってタンクから操舵アクチュエータに油等の加圧流体を運ぶ油圧回路を含む。
従来的に、ポンプは自動車の内燃機関により機械駆動、一般には内燃機関によりギヤ駆動又はベルト駆動される。
近年、内燃機関により放出される排出物の抑制の一助となるハイブリッド車が出現した。
ハイブリッド車は複雑であり、様々な種類のものがある。しかし、いずれも２つ以上の異なる動力源により自動車を移動させるという原理に依存する。ハイブリッド車では、内燃機関と１つ以上の走行用電動機とが組み合わされる。
このため、ハイブリッド車は、内燃機関又は電動機により又は内燃機関と電動機との両方により駆動可能である。
排気を防がなければならない市街地走行条件では、自動車を電動機で駆動させる一方で内燃機関を動作停止させることが望ましい。
しかし、これでは、通常的に内燃機関により駆動されるパワーステアリング等の自動車周辺部品に問題が生じる。
パワーステアリングシステムは、補機用電動機により電気的に駆動可能である。しかし、これは、電力供給の利用可能性及び／又は電動機又は電源システム等の電気部品の信頼性と関連ある幾つかの欠点を有する。
したがって、幾つかの観点から、パワーステアリングシステムには改良の余地があると思われる。
こうした技術的状況において、本発明の目的は、特にパワーステアリングシステム用の油圧ポンプを駆動させる機構の改良及び方法の改良にある。
したがって、本発明は、内燃機関により駆動されるギヤボックスを有する自動車用の油圧ポンプを駆動させるデュアル駆動機構であって、ギヤボックスは自動車の駆動輪を機械的に駆動させる出力部を有し、自動車は油圧ポンプを駆動させる補機用電動機を有する、デュアル駆動機構に関する。この機構は、更に、ギヤボックスの出力部及び補機用電動機からの入力回転を、油圧ポンプを駆動させる出力回転に変換する３ウェイ動力分割システムを有する。
３ウェイ動力分割システムは、遊星ギヤシステム又は差動装置を含み得る。
これにより、本発明は、油圧ポンプを２つの交番又は複合のエネルギー源により確実に駆動させる機構を提供する。遊星ギヤシステムを一方側の自動車のギヤボックスの出力部及び補機用電動機と他方側の油圧ポンプとの間に取り付けることにより、本発明は、油圧ポンプをギヤボックスの出力部の回転状態にかかわらず確実に駆動させる新規な機構を提供する。換言すれば、補機用電動機が、油圧ポンプを単独で又はギヤボックス出力部との組合せで駆動させることによって、油圧ポンプが、内燃機関の動作停止時及び自動車の停止時でも、一貫して確実に駆動されるようになる。このため、本発明の機構は、電源だけによって推進可能であるハイブリッド車に特に有用である。
本発明の実施形態によれば、遊星ギヤシステムは、ギヤボックスにより駆動される外向きの歯を有する中央ギヤと、電源により駆動される内向きの歯を有する外輪ギヤと、油圧ポンプを駆動させる、中央ギヤ及び外輪ギヤと咬合する１つ以上の遊星ギヤを保持する遊星キャリヤとを有する。
好ましくは、補機用電動機は、外側ギヤに設けられる外向きの歯と咬合するウォームギヤを駆動させる。このため、電源が故障した場合には、外輪ギヤが固定される一方で、中央ギヤはギヤボックスにより駆動可能である。
電動機は、自動車電池により動力供給される。
この機構は、電動機を制御可能な電子制御装置を適宜含み得る。
この機構は、ギヤボックス出力軸の回転速度を検出する、電子制御装置に接続される速度センサを含む。
本発明の別の態様は、油圧ポンプを駆動させるデュアル駆動機構を制御する方法に関する。この方法は、
−油圧ポンプの最小流量値を設定するステップと、
−車速を検出するステップと、
−検出された車速を処理するステップであって、検出された車速を基準速度値と比較することによって、車速が低速のため単独で油圧ポンプを最小流量まで駆動させることができない第１の動作モードで自動車が動作しているのか、又は車速が単独で少なくとも最小流量値を十分に達成できる第２の動作モードで動作しているのかを判定するステップと、
−遊星ギヤの動作を制御することによって、自動車が第１の動作モードで走行しているときは補機用電動機が油圧ポンプをギヤボックスの出力部と組み合わせて駆動させ、自動車が第２の動作モードで走行しているときはギヤボックスの出力部が油圧ポンプを単独で駆動させるようにするステップとを含む。
第１のシナリオでは、自動車が第２の動作モードで走行しているときに、ギヤボックスは油圧ポンプを単独で駆動させる。
第２のシナリオでは、自動車が第２の動作モードで走行しているときに、ギヤボックスと逆方向に制御される電動機とが組み合わさって油圧ポンプを駆動させる。
本発明の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と併せて読むと、その理解が深まるが、本発明はこのような実施形態に制限されないことを理解されたい。
本発明に従った油圧ポンプ用デュアル駆動機構を有する自動車の部分概略図である。 デュアル駆動機構の遊星ギヤシステムを示す図である。 好適な動作モードにしたがって油圧ポンプの流量を車速の関数として示す線図である。 好適な動作モードにしたがって油圧ポンプの流量を車速の関数として示す線図である。
図１に、自動車の油圧ポンプ２を駆動させるデュアル駆動機構１を示す。図１には自動車を部分的に示している。
このような自動車は、クラッチ４とギヤボックス５に接続される内燃機関を含む。内燃機関を動作停止させると、クラッチ４を開くことができる。エンジンが動作しているときに、クラッチを閉じてギヤボックスのギヤ比を係合させると、ギヤボックス出力軸は、駆動軸と駆動輪に接続される２つの各車軸を駆動させる差動装置とを含む動力伝達装置を介して自動車の駆動輪を駆動させることができる。換言すれば、自動車が停止しない限り、ギヤボックスの出力部は車速に比例する速度で回転する。なお、本発明は、ギヤボックスの種類と構造にかかわらず、それが手動ギヤボックス、自動化された手動ギヤボックス、２段クラッチ変速機、自動ギヤボックス等であっても実施可能である。
図１に示すように、自動車は、例えばパワーステアリングシステム（図示せず）の一部分であってよい油圧ポンプ２を備える。
明らかなように、本発明のデュアル駆動機構により、油圧ポンプ２は２つの動力源によって駆動可能となる。
一方の動力源は自動車の内燃機関であり、他方の動力源は補機用電動機１０に電気を送る１つ以上の電池によってもたらされる。ハイブリッド車の場合、電池は、自動車の推進にも個別又は内燃機関の組合せのいずれかで用いられる高圧電池である場合がある。他方、ハイブリッド車において、補機用電動機１０は走行用電動機とは区別される。
デュアル駆動機構１は、３ウェイ動力分割システムを含む。例えば遊星ギヤシステム又は差動装置の形態をとり得るこのようなシステムは、少なくとも３つの入力／出力継手を有する。このようなギヤにおいて、３つの入力／出力継手の速度は互いに関連付けられる。基本的に、１つの入力／出力部の速度は、その他の２つの入力／出力部の速度の一次結合である。
図示の例において、３ウェイ動力分割システムは、遊星ギヤシステム３として実施される。この遊星ギヤシステム３は、
−しばしばサンギヤとよばれ、例えばギヤボックス５の出力部により駆動され、よって駆動輪の速度に比例する速度、即ち大抵の場合に車速に比例する速度で回転する、外向きのギヤを有する中央ギヤ６と、
−しばしばリングギヤとよばれ、例えば補機用電動機１０により駆動される、内向きの歯を有する外輪ギヤ７と、
−油圧ポンプ２を駆動させる、中央ギヤ及び外輪ギヤ７と咬合する１つ以上の遊星ギヤ９を保持する遊星キャリヤ８との３つの部品を有する。
外輪ギヤ７は、更にまた、図２に示すように外向きの歯を備えることに注目する。これにより、電動機１０との間における接続は、補機用電動機１０の軸に結合されるウォームギヤ１１によって行われ、ウォームギヤ１１は外輪ギヤ７と咬合可能であり、遊星ギヤシステム３の外輪ギヤ７を駆動させる。ウォームギヤシステムは、不可逆的であるという周知の特性を有するため、たとえ補機用電動機によってウォームギヤにトルクが加わらなくても、３ウェイ動力分割装置のその他の２つの入力／出力継手に加えられるトルクにかかわらず、外輪ギヤ７は静止状態に保たれる。
図示のデュアル駆動機構において、外輪ギヤ７と中央ギヤ６とは本質的に動力、トルク及び／又は運動の入力部として用いられ、遊星キャリヤ８は出力部として用いられる。
外輪ギヤ７は、中央ギヤ６が静止しているとき、即ち自動車が停止しているときに入力部として用いられる。この場合は、電動機１０が油圧ポンプ２を駆動させる。
また別の状況は、外輪ギヤ７が静止しているとき、即ち補機用電動機１０が油圧ポンプを駆動させるトルクを供給しないときである。この場合は、自動車が停止しない限り、中央ギヤ６が油圧ポンプ２の入力部として用いられる。
本発明のデュアル駆動機構は、選択された動力源により、即ち自動車が停止していないときは自動車のギヤボックス５の出力部により、そして自動車が停止しているときは補機用電動機１０により油圧ポンプ２を駆動させることを可能にする。有利には、デュアル駆動機構は、同時に両方の運動源を用いて最適な速度で油圧ポンプを駆動させることができ、このとき、補機用電動機１０は、ギヤボックスが供給できない速度分を補償するために用いられる。
よって、本発明の別の態様は、デュアル駆動機構を制御する方法である。
あらゆるパワーステアリングシステムにおいて、重要なパラメータは、操舵用油圧アクチュエータを動作させるために油圧ポンプ２により供給されなければならない最小流量値Ｑｍである。安全性の観点から、パワーステアリングシステムは常に油圧流の送給を受けることが重要である。
図１に示すように、デュアル駆動機構は、更に、適切には入出力インタフェースとＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを有するマイクロプロセッサを含む電子制御装置１３を含む。
回転速度センサ１４はギヤボックス出力軸の速度を監視する。ギヤボックスの回転速度は電子制御装置１３に送給され、この電子制御装置において、検出された車速が基準速度値と比較される。これは、車速が低速のため単独では油圧ポンプ２を最小流量まで駆動させることができない第１の動作モードＩで自動車が動作しているのか、又は車速が単独で少なくとも最小流量値Ｑｍを十分に達成できる第２の動作モードＩＩで動作しているのかを判定するためである。
ギヤボックス５が基準速度値未満で回転していることがわかった場合は、自動車が第１の動作モードＩで走行しており、ギヤボックス５の出力部だけで油圧ポンプ２を駆動させて最小流量値Ｑｍを達成することはできないので、電子制御装置１３が電動機１０のスイッチをオンにし、したがって油圧ポンプ７は、電動機１０と、（ギヤボックスの出力部が停止しない限り）ギヤボックスの出力部とによって駆動される。
他方、ギヤボックスが基準速度値を超えて回転していることがわかった場合は、自動車は第２の動作モードＩＩで走行しており、ギヤボックス５の出力部だけで油圧ポンプ２を駆動させて最小流量値Ｑｍを達成することができるので、電子制御装置１３が電動機のスイッチをオフにすることによって、外輪ギヤ７が静止状態に保たれ、したがって油圧ポンプ２がギヤボックス５により駆動される。
図３に、油圧ポンプ２からの流体流量Ｑを車速Ｖの関数として示す。
油圧ポンプ２は、補機用電動機１０の速度と車速との和に依存する流量を送給するが、これは、後者がギヤボックス出力軸の速度に比例するためである。
自動車が低速で走行している場合又は内燃機関が動作していない場合の第１の動作モードＩでは、十分な速度を供給できないギヤボックス出力軸の能力不足を、電動機１０を用いて補償することが必要になる。なお、内燃機関が動作停止しているときは、本発明のデュアル駆動機構が油圧ポンプ２を電動機１０だけで駆動させることができる。このとき、補機用電動機１０を或る一定の速度で動作するように制御することによって、ポンプが所要の最小流量Ｑｍを送給するようになる。これは、電池だけで走行可能なハイブリッド車には特に有利であることがわかる。これによりパワーステアリング機能が維持される。自動車が走り始めるとすぐに、ギヤボックス出力軸は、自身の入力部において、３ウェイ動力分割装置に何らかの運動を伝え始める。これにより、油圧油の流量を僅か最小レベルＱｍに維持することを選択すると、電動機を車速の増大と並行して漸減する速度に制御することが可能である。
自動車が、例えば２０ｋｍ／時を超える高速で走行している場合の第２の動作モードＩＩでは、油圧ポンプ２をギヤボックス出力軸により駆動させることができる。モードＩからモードＩＩへの切替えは、車速が、ギヤボックスにより送給される運動によって所要の最小流量Ｑｍを得ることができる速度で十分に油圧ポンプを駆動可能な値に達したときに行われる。
図３に示す制御方法では、この時点で電動機が停止され、ポンプにより送給される油圧油の流量は車速と共に最小値Ｑｍを超えて増加し続ける。それにもかかわらず、何らかの時点で、例えば調整弁、フローリミッタ又は可変容量ポンプを使用することにより、ポンプにより送給される流量の上限を設定することが必要なこともある。
図４に示す制御方法においては、システムは第１の動作モード、即ち車速が低速のためギヤボックスの出力部だけで油圧ポンプに十分な速度を伝えることができない期間と同様に動作する。
他方、第２の動作モードＩＩでは、この場合、逆方向に回転するように補機用電動機を制御することによって、３ウェイ動力分割装置により、油圧ポンプを駆動させるときに、その速度が実際にはギヤボックスの出力部の速度から差し引かれる。電動機の逆回転速度は、図４に示すように、車速に比例するように選択可能であり、この比率を選択して、ポンプが実質的に一定の速度で駆動されることによって実質的に一定の流量の油を送給できる。
この図４に示すシナリオでは、油圧ポンプ２に流量調整弁を設ける必要はない。調整は電動機１０によって行われる。このため、本発明の重要な利点は、デュアル駆動機構がピストンポンプ等のより高性能且つ高費用のポンプではなく、寧ろベーンポンプ等のそれほど高性能ではないポンプの使用が可能になることである。
いかなる場合も、電気的な故障が起こった場合は、ギヤボックスの出力部が機械的なバックアップを行う。
本発明は、非限定的な例として上記に説明した実施形態に制限されず、寧ろ、そのあらゆる実施形態を包含する。

Claims (10)

  1. 内燃機関により駆動されるギヤボックスを有する自動車油圧ポンプ（２）を駆動させるデュアル駆動機構であって、前記ギヤボックスは前記自動車の駆動輪を機械的に駆動させる出力部を有し、前記自動車は前記油圧ポンプを駆動させる補機用電動機（１０）を有するデュアル駆動機構であって、前記ギヤボックス（５）の出力部及び前記補機用電動機からの入力回転を、前記油圧ポンプ（２）を駆動させる出力回転に変換する３ウェイ動力分割システム（３）を更に有する、デュアル駆動機構。
  2. 前記３ウェイ動力分割システムは、遊星ギヤシステム（３）又は差動装置を含む、請求項１に記載のデュアル駆動機構。
  3. 前記遊星ギヤシステム（３）は、
    −前記ギヤボックス（５）により駆動される外向きの歯を有する中央ギヤ（６）と、
    −前記電源により駆動される内向きの歯を有する外輪ギヤ（７）と、
    −前記油圧ポンプ（２）を駆動させる、前記中央ギヤ（６）及び前記外輪ギヤ（７）と咬合する１つ以上の遊星ギヤ（９）を保持する遊星キャリヤ（８）とを有する、請求項２に記載のデュアル駆動機構。
  4. 前記補機用電動機（１０）は、前記外輪ギヤ（７）に設けられる前記外向きの歯と咬合するウォームギヤ（１１）を駆動させる、請求項３に記載のデュアル駆動機構。
  5. 前記電動機（１０）は自動車電池により動力供給される、請求項１乃至４のいずれかに記載のデュアル駆動機構。
  6. 前記電動機を制御可能な電子制御装置（１３）を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のデュアル駆動機構。
  7. 前記ギヤボックス（５）の出力部の回転速度を検出する、前記電子制御装置（１３）に接続される速度センサ（１４）を含む、請求項６に記載のデュアル駆動機構。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の、油圧ポンプ（２）を駆動させる前記デュアル駆動機構を制御する方法であって、
    −前記油圧ポンプ（２）に最小流量値Ｑｍを設定するステップと、
    −前記車速を検出するステップと、
    −前記検出された車速を処理するステップであって、前記検出された車速を基準速度値と比較することによって、前記車速が低速のため単独では前記油圧ポンプ（２）を前記最小流量まで駆動させることができない第１の動作モードＩで前記自動車が動作しているのか、又は前記車速が単独で少なくとも前記最小流量値Ｑｍを十分に達成できる第２の動作モードＩＩで動作しているのかを判定するステップと、
    −前記遊星ギヤシステム（３）の動作を制御して、前記自動車が前記第１の動作モードＩで走行しているときに前記補機用電動機が前記油圧ポンプ（２）を前記ギヤボックス（５）の出力部と組み合わせて駆動させ、前記自動車が前記第２の動作モードＩＩで走行しているときに少なくとも前記ギヤボックス（５）の出力部が前記油圧ポンプ（２）を駆動させるステップとを含む、方法。
  9. 前記ギヤボックス（５）は、前記自動車が前記第２の動作モードＩＩで走行しているときに前記油圧ポンプ（２）を単独で駆動させる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記自動車が前記第２の動作モードＩＩで走行しているときは、前記ギヤボックス（５）の出力部と逆方向に制御される前記電動機（１０）とを組み合わせて前記油圧ポンプ（２）を駆動させる、請求項８に記載の方法。
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