JP2004504228A - 車両駆動装置アッセンブリ、トルクの測定方法および車両制御システム - Google Patents

Abstract

車両懸架用ナックル（１６）と、駆動軸（２４）と、駆動軸を回転自在に支持するためのナックルによって搬持されている第１の軸受（３０）と、駆動軸に駆動されるように結合されているホイールハブ（１３）と、第１の軸受によって回転自在に搬持され、駆動軸に連結されてそれとともに回転するフレーキディスク支持体（２６）と、駆動軸とホイールハブ間の結合部（２５）とは分離しており当該軸にそって間隔を空けて位置しているブレーキディスク支持体と駆動軸間の結合部（２８）と、ホイールハブを支持し、ブレーキディスク支持体とホイールハブ間で相対的な回転ができるようにホイールハブとブレーキディスク支持体の間にある第２の軸受（３２）と、駆動軸（２４）からホイールに伝達されたトルクまたはトルク変化を検知するために前記連結部の間にあるトルクセンサ（５０）と、を具備する車両のロードホイール用の回転自在なアッセンブリ。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は主に自動車の駆動系に関わる。さらに詳しくは、本発明はかかる車両のロードホイールのための、そしてかかるホイールによって伝達されたトルクを検知するための駆動装置アッセンブリに関わる。さらに、本発明はかかるトルクの測定方法と、そしてかかるトルクを利用する車両制御システムと、に関わる。
【０００２】
（背景技術）
一般に車両の制動および車両の駆動の両方は、ロードホイールの速度を当該車両の他のロードホイールや予め設定したアルゴリズムと比較して検知することによって制御されている。
【０００３】
制御システムとそれに続く修正動作を始動するためには、代表的には１５°のロードホイールの回転が必要である。それに続いて駆動力を回復するのに十分なようにロードホイールの減速が行われるが、システムにおける１５°の遅れが原因となってロードホイールは常に必要以上に減速される。しかる後、速度を戻すためにホイールを加速することが必要となる。このシステムはかなりの慣性の変化と、その結果として力とエネルギの損失を伴っている。速度の代わりにホイールによって伝達されるトルクを利用すると、加速または制動のいずれの状況においてもロードホイールが駆動力を喪失する状態に到達しないように駆動系を制御することが可能となる。
【０００４】
（発明の開示）
本発明の目的は現在使用されている方法を改良したトルク検知システムを提供することである。
【０００５】
本発明によって我々は、回転部品と、前記回転部品を回転するように支持するための第１の軸受と、前記回転部品によって搬持されており、それとともに回転自在であるホイールハブと、前記第１の軸受によって支持され、前記回転部品と結合されてそれとともに回転する制動装置要素と、前記回転部品と前記ホイールハブ間の結合部とは分離しており前記回転部品に沿って間隔を空けて位置する前記制動装置要素と前記回転部品との間の結合部と、前記ホイールハブと前記制動装置要素の間にあって前記ホイールハブを支持し、前記制動装置要素と前記ホイールハブとの間で相対的な回転ができるようにするための手段と、前記回転部品によって伝達されたトルクまたはトルク変化を検知するための手段と、を備えた車両にロードホイールを装着するためのアッセンブリを提供する。
【０００６】
前記ホイールハブと前記制動装置要素間の前記支持手段は好ましくは第２の軸受からなる。前記トルク検知手段は、好ましくは、前記回転部品と前記制動装置要素間の結合部および前記回転部品と前記ホイールハブ間の結合部との間に位置するトルクセンサである。
【０００７】
前記第１の軸受は、好ましくは、介装された転動要素を伴ったインナおよびアウタレースを有し、前記駆動装置要素に結合された前記制動装置要素の一部分が当該インナレースの少なくとも一部分を支持ないし形成する。前記アウタレースは車両懸架装置、例えばナックルによって搬持されている。
【０００８】
さらに具体的には、本発明は、車両懸架用ナックルと、駆動軸と、前記駆動軸を回転用に支持するために前記ナックルによって搬持されている第１の軸受と、前記駆動軸に結合されてそれによって駆動されるホイールハブと、前記第１の軸受によって回転自在に搬持され、前記駆動軸と結合されてそれとともに回転するブレーキディスク支持体と、前記駆動軸と前記ホイールハブ間の結合部とは分離しており当該軸に沿って間隔を空けて位置している前記ブレーキディスク支持体と前記駆動軸間の結合部と、前記ホイールハブと前記ブレーキディスク支持体の間にあって、前記ホイールハブを支持し、前記ブレーキディスク支持体と前記ホイールハブ間で相対的な回転ができるようにするための第２の軸受と、前記結合部間にあって前記駆動軸によって伝達されたトルクまたはトルク変化を検知するための手段と、を備えた、車両のロードホイール用の回転自在な駆動アッセンブリを提供する。
【０００９】
本発明の他の実施態様によって、我々は、車両の駆動系においてロードホイールから伝達されたトルクまたはトルク変化を測定する方法であって、前記ロードホイールに連結された回転要素に駆動トルクと制動トルクとを別々に入力し、前記駆動装置要素内のトルクまたはトルク変化を測定することからなる方法を提供する。
【００１０】
上記の測定したトルクは１個あるいはそれ以上のロードホイールが受けたトルク（またはその変化）を検知することを包む車両の駆動系制御方法に利用することができる。
【００１１】
さらに、我々は１個またはそれ以上のロードホイールが受けた駆動および制動トルクまたは駆動および制動トルクの変化を入力として有する車両制御システムを提供する。上記の制御システムはアンチスキッド制動システムおよび／またはトラクションコントロールおよび／または変速機および／または可調ディファレンシャルを制御することができる。
【００１２】
上記の測定したトルク信号はアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）および／またはトラクションコントロールの主情報源として利用されるが、滑らかにギヤシフトするための自動変速機の制御にも利用可能であることが予見される。さらに、上記信号はアウトプットシャフトの前後にトルクを配分するためのアクティブディファレンシャルまたは可調ディファレンシャルへの入力として利用することも可能である。
【００１３】
より複雑なさまざまな応用がさまざまなシステム、例えばコーナリング時のロードホイールの制動または加速を制御するアクティブヨーコントロールなどに行われるであろう。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
図１には自動車のフロント部分が一般的に１０に示されている。２個のフロント被動ホイール１１および１２がある。例えばホイール１２はブレーキディスク１４を搬持したホイールハブ１３に装着されている。ブレーキキャリパ１５がブレーキディスク１４と協働し、ハブとキャリパとはナックル１６上に搬持されている。ナックルの上端部はサスペンションストラット１７に連結され、その下端部は枢支されたリンク１８に搬持されている。パワーステアリングラックが１９に示され、それは２０に例示するホールジョイントによってナックルに連結されている。各々のハブは１１、１２のホイールについて示されているように、ドライブシャフトによって駆動される。ドライブシャフトは固定式等速ジョイントのインナ部材を駆動し、そのブーツは２２に示されている。等速ジョイントのアウタ部材は１３に例示するハブを駆動するためにそれに連結されている。
【００１５】
図２は本発明の実施態様を図面形式で示したものである。図２を図１と関係付けながら参照すると、ドライブシャフト２１は等速ジョイント２２の図示していないインナ部材に連結されている。当該ジョイントはホイールハブ１３に連結されているアウタレース２３を含んでおり、それについて以下に説明する。
【００１６】
軸形状の駆動装置要素２４がある。図２において当該軸の右手側の端部に隣接して、ハブ１３と軸２４との間にスプライン結合２５が介在する。制動装置要素が２６に示され、その外側部分はブレーキディスク１４を搬持している。制動装置要素２６はインナリム２７を備えており、それは軸２４と、その左手側の端部に隣接した位置２８でスプライン結合している。インナリム２７は複列転がり軸受３０のうちの一方のインナレース２９を搬持している。軸受のアウタレース３１は図２には示していないが１６に例示したナックルによって支持されている。
【００１７】
さらに、ハブ１３と制動装置要素のインナリム２７の間には単列転がり軸受が介在し、当該要素は当該軸受のインナレースを搬持するフランジ３３を備え、当該軸受のアウタレースはハブに搬持されている。
【００１８】
軸受３０の転動要素は３４に示され、当該要素の左手側の列のインナレース３５はリング３６によって位置を固定されている。当該リングの外周にはスプラインが刻設されており、そして等速ジョイントのアウタレース２３は内側にスプラインが刻設されたフランジを備え、それがリング３６のスプラインと係合する。図示していない座金がアウタレース２３をリング３６上に把持することによってアウタレースはリングの軸方向と回転方向の両方に対して固定される。軸受３０とフランジ２２の結合は国際出願番号ＰＣＴ／ＧＢ９８／０２６８１の記載と同様に実施すればよい。
【００１９】
軸２４は左手側の端部にフランジ３８を備えており、それがリング３６をインナリム２７に止着するためにインナリム２７に外側に向って形成されたフランジ３９と係合する。リング３６はその肩部４０がインナリム２７とそれを駆動するように係合する。フランジ３８はフランジ３９に対して駆動装置要素２４の右手側の端部にあるナット４１によって押し付けられている。このようにしてナット４１はハブ１３、ベアリング３１とそれに組合わさるベアリング３０および等速ジョイント２２を併せて保持するようになっている。
【００２０】
駆動装置要素２４は等速ジョイントのアウタレースによってリム２７およびスプライン結合２８を介して駆動され、ハブ３０をスプライン結合２５を介して駆動する。ブレーキディスク１４もまた、制動装置要素２６およびスプライン結合２８を介して制動装置要素２４に結合されている。スプライン結合２８を介したブレーキディスク１４と駆動装置要素２４との回転用結合は、スプライン結合部２５を介した駆動装置要素２４とハブ１３との駆動用結合とは分離しており駆動装置要素に沿って間隔を空けて位置していることは注目すべきである。
【００２１】
駆動装置要素のスプライン結合２５と２８の間には中間平坦部４２があり、この平坦部には駆動装置要素２４内のトルクおよび／または駆動装置要素内のトルクの変化の両方を検知可能なトルクセンサ５０が装着されている。当該トルクセンサはホイールがハブ１３によって駆動されているときにはハブ１３に搬持されているホイールに入力されたトルクを検知することが可能である。さらに、当該トルクセンサはスプライン結合２８で駆動装置要素に結合されているブレーキディスク１４によって制動されたときにホイールによって伝達されたトルクを検知することが可能である。
【００２２】
ロードホイールによって伝達されるトルクはタイヤの接地部分と路面間の摩擦係数に依存する。測定したトルクについて摩擦係数を推定しアンチロックブレーキ装置（ＡＢＳ）とトラクションコントロールを適用するために制御アルゴリズムを利用することは可能ではあるが、上記の推定はタイヤの劣化や摩耗または環境による路面の変化を考慮に入れることができない。従って、ロードホイールから伝達されたトルクのトルク曲線の形状を利用するほうがより現実的である。図３の点Ａに注目すると、タイヤのグリップはこの点においてまさに不十分になるところであり、スリップはまだ発生していないが、もし修正しなければ発生しそうな状況である。この”トルクの変化率”は測定することが可能であり、その予め設定したレベルにおいて（他の車両因子、例えばスロットル位置、有効マニホールド圧力、および歯車位置とともに）ロードホイールに対して駆動トルクを減少するかまたは方向変更したり、当該ロードホイールへのブレーキ力を減少する形で他のロードホイールとは独立して修正処置を適用することが可能である。
【００２３】
この方法はさらに制御システムをエンジン制御システムに直接に挿入したり、されたりすることによって実現することも可能である。この方法を実施することによって本システムは速度検知法に対して時間的な利点（例えば１５乃至２０ミリ秒）とそれに伴ってシステムの出力損失の低減とをもたらす。
【００２４】
このように取得したトルク信号は、制動中のスリップを防止するためのアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）システムへの信号、および／または駆動中のホイールスリップを防止するためのトラクションコントロールシステムへの入力として機能することができる、というようにさまざまな目的に利用することができる。
【００２５】
次に図４を参照すると、これは本発明を利用したトラクションコントロールシステムの概念図である。
【００２６】
レベル１において、トルクの対時間変化率ｄＴが各被動ホイールについて測定される。それをもとにｄＴ１／ｄｔおよびｄＴ２／ｄｔが入力される。次に、レベル２において各ドライブシャフトのトルク変化率が以前に測定した変化率と比較され、ドライブシャフトの動作責務が計測される。
【００２７】
レベル３において、レベル２の出力とトルク変化を測定した期間内におけるスロットル位置の変化との比較が行われ、これが運転者の要求の尺度となる。
【００２８】
レベル４において、レベル３からの信号とエンジンの応答との比較が行われ、これによってドライブシャフトに供給された実際のトルクが得られる。
【００２９】
レベル５において、２個のホイールのトルク変化（ｄＴ１／ｄｔおよびｄＴ２／ｄｔ）が比較される。両者が等しい場合には、レベル６においてエンジン制御が適用される。両者が等しくない場合には、ホイールのうちの一方がスリップしていることを示すので、スリップしているホイールからスリップしていないホイールへトルクの一部を移送するように差動動作の制御が行われる。
【００３０】
本発明はトラクションコントロールシステムに関して記述してきたが、トラクションコントロールシステムとは単純に逆であって制動中のホイールロッキングを防止するためのアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）システムにも同様に利用することが可能である。
【００３１】
さらに、取得した入力信号は車両の自動トランスミッションを制御して滑らかなシフトを行うように利用することができ、そして／またはトルクを前後のアウトプットシャフトに配分するアクティブディファレンシャルへの入力として供給するように利用することも可能である。さらにまた、自動ヨーコントロールを行う他のシステムに利用してもよい。
【００３２】
（発明の効果）
上述した本システムの利点を述べると、（ｉ）要素部分４２上にあるトルクセンサ５０は種々の要素から保護されている、（ｉｉ）ホイールトラクションと検知されたトルクの間には、それが駆動トルクであるか制動トルクかに関わらず、直接の関係がある、（ｉｉｉ）本システムはコンパクトであり、保守やいかなる補正も必要としない。
【００３３】
本発明は上述したように被動ホイールにおいて駆動および制動トルクを検知するのに利用されることを予見したものである。しかしながら本特許はまた、非被動ホイールのおける制動トルクを検知するために利用することも可能である。その場合の装置は駆動要素２４が駆動されないことを除いて図２に示したものと同様である。例えば、前輪駆動車両においては前輪は図２のように配設することができ、非被動ホイールである後輪は要素２４が駆動されないことを除いて図２に示したように配設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
自動車のフロントサスペンションと駆動装置の部分斜視図。
【図２】
本発明を実施した駆動装置アッセンブリの縦方向断面図。
【図３】
ロードホイールがスリップ点に到達する過程でロードホイールが受けたトルクのトルク／時間曲線。
【図４】
本発明が適用されたトラクションコントロールシステムの概略図。

Claims (12)

1. 車両にロードホイールを装着するためのアッセンブリにおいて、回転部品と、前記回転部品を回転用に支持するための第１の軸受と、前記回転部品によって搬持されており、それとともに回転自在であるホイールハブと、前記第１の軸受によって支持され、前記回転部品と結合されてそれとともに回転する制動装置要素と、前記回転部品と前記ホイールハブ間の結合部とは分離しており前記回転部品に沿って間隔を空けて位置している前記制動装置要素と前記回転部品間の結合部と、前記ホイールハブと前記制動装置要素との間にあって前記ホイールハブを支持し、前記制動装置要素と前記ホイールハブ間で相対的な回転ができるようにする手段と、前記回転部品に搬持されていてトルクまたはトルクの変化を検知するための手段と、を備えていることを特徴とするアッセンブリ。
2. 前記ホイールハブと前記制動装置要素の間にある前記支持手段が第２の軸受を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
3. 前記トルク検知手段が前記回転部品と前記制動装置要素との結合部および前記回転部品と前記ホイールハブとの結合部の間に配置されたトルクセンサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアッセンブリ。
4. 前記第１の軸受が、介装された転動要素を伴ったインナおよびアウタレースを有し、前記回転部品に結合された前記制動要素の一部分が前記インナレースの少なくとも一部分を支持するかまたは供給していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアッセンブリ。
5. 前記アウタレースが車両の懸架装置、例えばナックルによって搬持されていることを特徴とする請求項４に記載のアッセンブリ。
6. 車両のロードホイール用の回転自在なアッセンブリにおいて、車両懸架ナックルと、駆動軸と、前記駆動軸を回転用に支持するための前記ナックルによって搬持されている第１の軸受と、前記駆動軸に結合され、それによって駆動されるホイールハブと、前記第１の軸受によって回転自在に搬持され、前記駆動軸に結合されてそれとともに回転するブレーキディスク支持体と、前記駆動軸と前記ホイールハブ間の結合部とは分離しており前記軸に沿って間隔を空けて位置している前記ブレーキディスク支持体と前記駆動軸間の結合部と、前記ホイールハブを支持し前記ブレーキディスク支持体と前記ホイールハブ間で相対的な回転ができるようにするための前記ホイールハブと前記ブレーキディスク支持体間の第２の軸受と、前記結合部間にあって前記駆動軸から伝達されたトルクやトルクの変化を検知するための手段と、を備えたことを特徴とする回転自在な駆動アッセンブリ。
7. 前記トルク検知手段が前記駆動軸と前記ブレーキディスク支持体との結合部および前記駆動軸と前記ホイールハブとの結合部との間に配置されたトルクセンサであることを特徴とする請求項６に記載の回転自在な駆動アッセンブリ。
8. 前記第１の軸受が、介装された転動要素を伴ったインナおよびアウタレースを有し、前記駆動装置要素に結合された前記制動装置要素の一部分が前記インナレースの少なくとも一部分を支持するか供給していることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の回転自在な駆動アッセンブリ。
9. 前記駆動軸が、他方が車両駆動部と連結している自在継手の一方と連結していることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の回転自在な駆動アッセンブリ。
10. 前記ロードホイールに連結された駆動装置要素に駆動トルクと制動トルクを別々に入力し、前記駆動装置要素によって伝達されたトルクまたはトルク変化を測定することからなる、車両の駆動系におけるロードホイールが受けたトルクの測定方法。
11. １個またはそれ以上のロードホイールが受けた駆動および制動トルクまたは制動および駆動トルクの変化を入力としてなる車両の制御システム。
12. アンチスキッド制動システムおよび／またはトラクションコントロールおよび／または変速機および／または可調ディファレンシャルを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の制御システム。

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