JP2006070897A - 車両の運転方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の運転中に車両トルクの測定を可能にする、車両の運転方法および装置を提供する。
【解決手段】 トルクが決定される、車両（１５）の運転方法において、車両（１５）の少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）におけるねじり角が測定され、測定されたねじり角の関数として、少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）を介して伝達されたトルクが決定される。車両（１５）のトルクを決定するためのトルク測定ユニット（７０）を有する、車両（１５）の運転装置（６５）は、車両（１５）の少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）におけるねじり角を測定する測定ユニット（７５）と、測定されたねじり角の関数として、少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）を介して伝達されたトルクを決定する決定ユニット（８０）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の運転方法および装置に関するものである。

車両のトルクが決定される、車両の運転方法および装置は既知である。
ここで、今日、エンジン制御装置は車両駆動系の管理を行う。この場合、ドライバの希望が測定され且つ車両エンジンがそれに対応して制御されるのみならず、例えば車両の走行動特性制御または変速機のような駆動系の他の要素によるトルク要求またはトルク制限もまた同時に考慮される。この場合、エンジン制御装置は、例えばエンジンの出口、変速機の出口および／または車両車輪におけるような、車両駆動系の種々の位置におけるトルクを計算する。ここで、これらのトルクは、試験過程の間に測定され且つ特性曲線群内に記憶される。車両の運転中に実際に存在するトルクはもはや測定されない。

本発明の課題は、車両の運転中に車両トルクの測定を可能にする、車両の運転方法および装置を提供することである。

本発明によれば、トルクが決定される、車両の運転方法において、車両の少なくとも１つの駆動軸におけるねじり角が測定され、測定されたねじり角の関数として、少なくとも１つの駆動軸を介して伝達されたトルクが決定される。

また、本発明によれば、車両のトルクを決定するためのトルク測定ユニットを有する、車両の運転装置は、車両の少なくとも１つの駆動軸におけるねじり角を測定する測定ユニットと、測定されたねじり角の関数として、少なくとも１つの駆動軸を介して伝達されたトルクを決定する決定ユニットとを備えている。

本発明による車両の運転方法および本発明による車両の運転装置は、従来技術に比較して、車両の少なくとも１つの駆動軸におけるねじり角が測定され、測定されたねじり角の関数として、少なくとも１つの駆動軸を介して伝達されたトルクが決定されるという利点を有している。このようにして、車両の運転中に車両トルクを測定することが可能である。このようにして、設定目標トルクと実際に存在する実際トルクとの間の比較もまたより簡単となり、ほとんど費用を必要とせず且つより確実である。したがって、実際に存在する実際トルクは、制御の範囲内においてもまた、設定目標トルクにより正確に追従可能である。さらに、適切なモニタリングにより、実際に存在する車両実際トルクの意図しない所定のしきい値を超える上昇がないことが保証可能である。

本発明は更に、有利な改良および改善が可能である。
車両の変速機出力軸における第１の位相が決定されるとき、車両の少なくとも１つの車輪駆動軸における第２の位相が決定されるとき、および第１の位相および第２の位相間の位相ずれからねじり角が決定されるとき、それは特に有利である。このようにして、特に簡単に、変速機出力側に存在する車両トルクが測定可能である。

車両の第１の車輪駆動軸における第３の位相が決定されるとき、車両の第２の車輪駆動軸における第４の位相が決定されるとき、および第３の位相および第４の位相から、平均値の形成により第２の位相が形成されるとき、他の利点が得られる。このようにして、例えばカーブ走行に基づいて得られる、両方の車輪駆動軸において決定された位相間の位相ずれもまた考慮される。この位相のずれは、このとき変速機出口側トルクの決定に誤差を与えることはない。

第１の車輪駆動軸により駆動される車両の第１の車輪が、第２の車輪駆動軸により駆動される車両の第２の車輪と向かい合っているとき、これは特に有利である。
少なくとも１つの位相が、対応の駆動軸の歯車における位相伝送器により測定されるとき、他の利点が得られる。このようにして、対応の位相が特に簡単に且つ場合により既に存在する位相伝送器により決定可能であるので、トルクの測定に対する追加費用は必要ではない。

さらに、変速機出力軸および少なくとも２つの車輪駆動軸が、特にディファレンシャルを介して相互に剛に結合されているとき、それは有利である。このようにして、車両の変速機出口側トルクが、特に簡単且つ確実に、変速機出力軸上および少なくとも１つの車輪駆動軸上に既に存在する位相伝送器により決定可能である。ねじり角の第１の範囲内においては、トルクがねじり角に比例して決定されるとき、他の利点が得られる。このようにして、トルクは、特に簡単に、ねじり角の第１の範囲内においては、測定されたねじり角から決定可能である。ねじり角間の関係が線形ではないとき、この関係を特性曲線により線形化可能である。

さらに、ねじり角の第２の範囲内においては、ねじり角に、トルクに対する固定値、特に値０が割り当てられるとき、それは有利である。このようにして、ねじり角の０点通過において多少の遊びが存在することが考慮可能である。したがって、遊びが存在する、ねじり角の対応する第２の範囲内においては、トルクは特に簡単に決定可能である。

トルクがねじり角から一定の時間ベースで決定されるとき、他の利点が得られる。これにより、測定位相信号間の時間差がきわめて小さいときにおいても、ねじり角の測定が誤差なく且つ正確に実行可能となる。

先ず、図１によりトルク測定原理を説明する。ここで、図１において符号１３０は軸を示し、軸１３０は、間隔Ｌに第１の歯車１３５および第２の歯車１４０を有している。軸１３０は、例えば一端において図１には示されていないエンジンにより駆動される。第１の歯車１３５に関連する第１の位相伝送器１４５は、当業者に既知のように、第１の歯車１３５の位相位置の時間経過を測定する。第２の歯車１４０に関連する第２の位相伝送器１５０は、同様に当業者に既知のように、第２の歯車１４０の位相位置の時間経過を測定する。この場合、両方の位相伝送器１４５、１５０は、当業者に既知のように、例えば誘導式にまたはホール効果を利用して形成されてもよい。軸１３０の上記のような駆動により、軸１３０を介してトルクが伝達され、これにより、軸１３０はねじりを受けることになる。ここで、両方の位相伝送器１４５、１５０により決定された両方の位相信号間の差は、間隔Ｌの間に発生するねじり角に対応する。このねじり角は、次式に示すように、軸１３０を介して伝達されたトルクおよび軸１３０の両方の歯車１３５、１４０間の間隔Ｌに比例している。

ここで、Ｇはねじり剛性であり、Ｉは軸１３０の軸断面の断面二次モーメントである。ｐｈｉは両方の位相信号間の上記の位相ずれに対応するねじり角、Ｌは両方の歯車１３５、１４０間の間隔である。この場合、せん断弾性係数とも呼ばれるねじり剛性Ｇおよび軸断面の断面二次モーメントＩは軸１３０の特性変数であり、ここではこれらは既知であると仮定する。ＧおよびＩは、式（１）内において比例定数を示す。Ｍは、軸１３０を介して伝達された、求めるべきトルクである。式（１）を変形した後に、トルクＭは、次のように解くことができる。

軸を介して伝達されたトルクを測定するために、長い軸において式（２）に示すこの比例関係が利用される。この場合、同様に、両方の歯車間の間隔Ｌは、例えば測定により既知である。

自動車においては、いずれの場合も、駆動軸の十分に長い直線部分が利用可能ではない。さらに、トルクの決定のためにのみ必要とされる追加センサはできるだけ使用されるべきではない。他方で、例えば車両がアンチロック装置を有する場合に対しては、位相伝送器の形の回転速度センサが車両の駆動車輪に既に組み込まれている。一方で、車両の駆動軸は変速機出力軸と剛に結合されている。図２に車両駆動系が略図で示され、ここで車両は符号１５で示されている。この場合、図２に示されている駆動系はエンジン８５を含み、エンジン８５は、出力側においてエンジン出力軸９５を駆動する。エンジン出力軸９５は、クラッチ１０５を介して変速機入力軸１００と結合され、変速機入力軸１００に変速機９０が接続されている。変速機９０は、出力側において変速機出力軸１０を駆動し、変速機出力軸１０は、ディファレンシャル６０を介して第１の車輪駆動軸１および第２の車輪駆動軸５と剛に結合されている。第１の車輪駆動軸１は、車両１５の第１の車輪２０を駆動し、第２の車輪駆動軸５は、車両１５の第２の車輪２５を駆動する。ここで、図２に示すように、第１の車輪駆動軸１により駆動される車両１５の第１の車輪２０は、第２の車輪駆動軸５により駆動される車両１５の第２の車輪２５と向かい合っている。第１の車輪２０に関連する第１の車輪駆動軸１に、回転速度測定のための第１の歯車４５が配置されている。同様に第１の車輪２０に配置されている第１の位相伝送器３０は、第１の歯車４５の回転から、第１の車輪２０の回転速度を第１の位相信号の形で測定し、この第１の位相信号をエンジン制御装置６５に伝送する。第２の車輪２５に関連する第２の車輪駆動軸５に、第２の車輪２５の回転速度測定のために使用される第２の歯車５０が配置されている。このために、それに対応して、第２の車輪２５に関連する第２の位相伝送器３５が配置され、第２の位相伝送器３５は第２の歯車５０の回転を測定し且つ第２の歯車５０の回転速度を表わす第２の位相信号をエンジン制御装置６５に出力する。両方の車輪駆動軸１、５は、ディファレンシャル６０を介して変速機出力軸１０と剛に結合されているので、変速機出力軸１０に関連する追加の第３の位相伝送器４０と、車輪駆動軸１、５により駆動される両方の車輪２０、２５の両方の位相伝送器３０、３５の位相信号とを用いて、車両１５の変速機出力側の駆動トルクを計算可能である。変速機出力軸１０に関連する追加の第３の位相伝送器４０が必要とされるにすぎない。これは一般に追加費用を必要とせず、その理由は、変速機９０には、一般に既に歯車が配置され且つ変速機９０の第３の歯車５５に関連する変速機出力軸１０に第３の位相伝送器４０が組み込まれるだけでよいからである。たいていの変速機においては、図２には示されていない変速機制御装置が、変速比の制御のために、変速機９０の出口における回転速度情報を必要とし、またはこのような位相伝送器を用いて、車両走行速度が当業者に既知のように測定可能なので、この第３の位相伝送器４０はいずれにしても既に存在している。即ち、図２に示すように、第３の位相伝送器４０は、変速機９０の出口における変速機出力軸１０の第３の歯車５５に関連して配置され且つ第３の歯車５５の回転から第３の位相信号を測定し、第３の位相信号は同様にエンジン制御装置６５に供給される。ここに記載の例においては、変速機出力軸１０のみならず両方の車輪駆動軸１、５もまた、それぞれ全て車両１５の駆動軸を示す。

図３に、本発明による方法および本発明による装置を具体的に説明する機能図が示されている。この場合、機能図は、エンジン制御装置６５において、または他の制御装置において、ソフトウェアおよび／またはハードウェアにより実行可能である。ここで、機能図は、車両１５の変速機出力側トルクＭ_Ａを決定するためのトルク測定ユニット７０を示す。ここで、トルク測定ユニット７０は、測定ユニット７５を含み、測定ユニット７５は車両１５の少なくとも１つの変速機出力側駆動軸１、５、１０におけるねじり角ｐｈｉ_Ａを測定する。この場合、この例においては、測定ユニット７５は、第１の歯車４５と第３の歯車５５との間ないし第２の歯車５０と第３の歯車５５との間の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａを測定すると仮定される。これは、第１の位相信号、第２の位相信号、および第３の位相信号により行われる。第１の位相信号は、図３において符号２００で示され、且つ第１の位相伝送器３０から測定ユニット７５に供給される。第２の位相信号は、図３において符号２０５で示され、且つ第２の位相伝送器３５から測定ユニット７５に供給される。第３の位相信号は、図３において符号２１０で示され且つ第３の位相伝送器４０から測定ユニット７５に供給される。特に、車両１５のカーブ走行においては、相互に向かい合っている両方の車輪２０、２５の第１の位相伝送器３０および第２の位相伝送器３５の両方の位相信号内に、即ちカーブ内側車輪とカーブ外側車輪との間に、位相ずれが存在する。したがって、この両方の位相信号は適切に平均化されなければならない。このために、第１の位相信号２００および第２の位相信号２０５が平均値形成器１１０に供給され、平均値形成器１１０は、両方の位相信号２００、２０５の時間平均値を形成し且つこの平均値を合成位相信号として差形成器１１５に供給する。差形成器１１５にはさらに、第３の位相信号２１０が供給される。統一された番号付けを達成するために、以下においては、第３の位相信号２１０は、第１の位相として示され、平均値形成器１１０の合成位相信号は第２の位相として示され、第１の位相信号２００は第３の位相として示され、第２の位相信号２０５は第４の位相として示される。差形成器１１５は、第１の位相と第２の位相との間の絶対値としての差を形成する。この差は、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａを示し、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａは、測定ユニット７５の出口において利用可能とされる。この変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａは、トルク測定ユニット７０の決定ユニット８０に供給される。ここで、決定ユニット８０はトルク形成器１２０を含み、トルク形成器１２０は、供給された変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａから、式（２）により変速機出力側トルクＭ_Ａを計算する。この場合、例えば変速機出力軸１０および第１の車輪駆動軸１は合成変速機側駆動軸とみなされ、この場合、第１の車輪駆動軸１および第２の車輪駆動軸５はほぼ同じ特性を有するものと仮定される。両方の車輪駆動軸１、５が異なっている場合、平均値形成器１１０による平均値形成において、対応する適切な重みづけにより考慮されなければならない。したがって、エンジン制御装置６５において、合成変速機側駆動軸に対して、ねじり剛性Ｇ_Ａに対する値のみならず、軸断面の断面二次モーメントＩ_Ａに対する値もまた既知として記憶されている。それに対応して、エンジン制御装置６５において、第３の歯車５５から変速機出力軸１０および第１の車輪駆動軸１を経由して第１の歯車４５までの間の間隔が既知であり、この間隔は、さらに、第３の歯車５５から変速機出力軸１０および第２の車輪駆動軸５を経由して第２の歯車５０までの間の間隔に対応する。この間隔は、図２においてＬ_Ａで示されている。代替態様として、合成変速機側の駆動軸は、第２の車輪駆動軸５の特性を考慮して、または第１の車輪駆動軸１および第２の車輪駆動軸５の特性の平均値を考慮して、ねじり剛性、軸断面の断面二次モーメントおよび第３の歯車５５から第１の歯車４５ないし第２の歯車５０までの間隔に関してモデル化されてもよい。したがって、トルク形成器１２０内において、変速機出力側トルクＭ_Ａは、次式により形成される。

実際には、駆動系内に多少の遊びが与えられる。これは、変速機出力側トルクＭ_Ａの０点通過において、即ち惰行過程と駆動過程との間の移行において、図４の線図に示すように、ねじり角ｐｈｉ_Ａの角度ジャンプが存在することを意味する。図４に、変速機出力側トルクＭ_Ａが変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａに対して特性曲線の形で目盛られている。車両１５の惰行過程においては、変速機出力側トルクＭ_Ａは負であり、且つ比例定数Ｇ_ＡＩ_Ａ／Ｌ_Ａにより変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａに直接比例している。車両１５の牽引運転ないし駆動運転においては、変速機出力側トルクＭ_Ａは正であり、且つ惰行過程においてと同じ比例定数により変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａに比例している。しかしながら、変速機出力側トルクＭ_Ａの０点通過においては、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａは負の第１の値ｐｈｉ０から正の第２の値ｐｈｉ１にジャンプする。変速機出力側トルクＭ_Ａの０点通過における変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａのこのジャンプｐｈｉ１−ｐｈｉ０は、駆動系内の上記の遊びに基づいている。この場合、少なくとも第１の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ０および第２の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ１が決定ユニット８０のメモリ１２５に記憶されているので、差形成器１１５により決定された変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａが、第１の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ０と第２の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ１との間の範囲内に存在する場合、トルク形成器１２０により、自動的に変速機出力側トルクＭ_Ａが０に等しく出力される。このためにトルク形成器１２０がメモリ１２５と結合されていることは当然である。第１の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ０と第２の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ１との間の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａの範囲は、ここでは変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａに対する第２の範囲と呼ばれる。第２の範囲以外の他の全てのねじり角ｐｈｉ_Ａに対しては、トルク形成器１２０が、式（３）により変速機出力側トルクＭ_Ａを形成し、この場合、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａに対する第２の範囲以外の変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａのこの範囲は、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａに対する第１の範囲と呼ばれるべきものである。

さらに、図２および図３に示す例のように、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａがエンジン制御装置６５、従ってただ１つの制御装置において測定されるとき、それは有利である。このようにして、即ち、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａの決定のために一定の時間ベースが使用可能である。変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａの測定に対して、第１の位相と第２の位相との間の位相ずれに基づき、一般に対応する位相信号間のきわめて小さい時間差が測定されるにすぎないので、一定の時間ベースが使用されることは重要である。対応の位相信号が、好ましくはただ１つの装置において、ただ１つの一定の時間ベースに基づいて評価されるときにのみ、これは確実に可能である。

車両１５のカーブ走行において第１の位相信号と第２の位相信号との間の位相ずれが考慮されない場合、差形成器１１５により変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａを決定するために、単に第３の位相を第１の位相からまたは第４の位相を第１の位相から減算するだけでも十分である。このとき、平均値係数は必要ではない。この場合、差形成器１１５に供給される第２の位相は、第３の位相ないし第４の位相に対応するであろう。さらに、代替態様として、変速機出力軸１０に他の歯車が配置されるかまたはディファレンシャル６０に関連する変速機出力軸１０の既存の歯車が使用され、変速機出力側ねじり角ｐｈｉ_Ａがそこに配置されている２つの歯車間の変速機出力軸１０を介してのみ決定されることにより、変速機出力側トルクＭ_Ａが決定されるように設計されていてもよい。このとき、変速機出力側トルクＭ_Ａの決定のために、図１に示されているように、変速機出力軸１０のみが使用され、このとき車輪駆動軸は使用されない。それに対応して、変速機出力側トルクＭ_Ａは、１つの車輪駆動軸のみにより決定されても、または車両１５のカーブ走行に基づく位相ずれを補償するために両方の車輪駆動軸１、５により決定されてもよく、このために、このとき第１の車輪駆動軸１および第２の車輪駆動軸５がそれぞれ１つの追加歯車を設けていてもよい。即ち変速機出力側トルクＭ_Ａは、第１の車輪駆動軸１の２つの歯車間のねじり角によるか、または第２の駆動軸５の２つの歯車間のねじり角により、図１および式（２）に示されるように決定されてもよい。車両１５のカーブ走行を考慮するために、ねじり角は、第１の車輪駆動軸１の２つの歯車間のみならず、第２の車輪駆動軸５の２つの歯車間で決定されても、またこのようにして得られた両方のねじり角から平均値が形成されてもよく、この平均値から、このとき同様に式（２）により変速機出力側トルクＭ_Ａが形成される。

本発明によるトルク測定は、同様に、エンジン出力軸９５および／または変速機入力軸１００に対しても図１および式（２）に示されるように実行されてもよい。しかしながら、この場合、図１および式（２）に示す原理により行われた各トルク測定に対して、ねじり角の決定のために使用される両方の歯車間の間隔がより大きく選択されるほどそれだけトルク測定はより正確に実行可能であることが適用される。

トルク測定原理を説明するための、軸を用いた配置図である。 本発明によるトルク測定を説明するための、車両駆動系の略配置図である。 トルク測定のための本発明による方法および本発明による装置を説明するための機能図である。 ねじり角に対するトルクの特性曲線である。

符号の説明

１、５ 車輪駆動軸（駆動軸）
１０ 変速機出力軸（駆動軸）
１５ 車両
２０、２５ 車輪
３０、３５、４０、１４５、１５０ 位相伝送器
４５、５０、５５、１３５、１４０ 歯車
６０ ディファレンシャル
６５ エンジン制御装置
７０ トルク測定ユニット
７５ 測定ユニット
８０ 決定ユニット
８５ エンジン
９０ 変速機
９５ エンジン出力軸
１００ 変速機入力軸
１０５ クラッチ
１１０ 平均値形成器
１１５ 差形成器
１２０ トルク形成器
１２５ メモリ
１３０ 軸
２００、２０５、２１０ 位相信号
Ｌ、Ｌ_Ａ 間隔
Ｍ_Ａ 変速機出力側トルク
ｐｈｉ_Ａ、ｐｈｉ０、ｐｈｉｌ 変速機出力側ねじり角

Claims (10)

1. トルクが決定される、車両（１５）の運転方法において、
   車両（１５）の少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）におけるねじり角が測定されること、および
   測定されたねじり角の関数として、少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）を介して伝達されたトルクが決定されること、
   を特徴とする車両の運転方法。
2. 車両（１５）の変速機出力軸（１０）における第１の位相が決定されること、
   車両（１５）の少なくとも１つの車輪駆動軸（１；５）における第２の位相が決定されること、および
   第１の位相および第２の位相間の位相ずれから、ねじり角が決定されること、
   を特徴とする請求項１に記載の運転方法。
3. 車両（１５）の第１の車輪駆動軸（１）における第３の位相が決定されること、
   車両（１５）の第２の車輪駆動軸（５）における第４の位相が決定されること、および
   第３の位相および第４の位相から、平均値の形成により第２の位相が形成されること、を特徴とする請求項２に記載の運転方法。
4. 第１の車輪駆動軸（１）により駆動される車両（１５）の第１の車輪（２０）が、第２の車輪駆動軸（５）により駆動される車両（１５）の第２の車輪（２５）と向かい合っていることを特徴とする請求項３に記載の運転方法。
5. 少なくとも１つの位相が、対応の駆動軸（１；５；１０）の歯車（４５；５０；５５）における位相伝送器（３０；３５；４０）により測定されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の運転方法。
6. 変速機出力軸（１０）および少なくとも２つの車輪駆動軸（１；５）が、ディファレンシャル（６０）を介して相互に剛に結合されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の運転方法。
7. ねじり角の第１の範囲内においては、トルクがねじり角に比例して決定されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の運転方法。
8. ねじり角の第２の範囲内においては、ねじり角に、トルクに対する固定値、特に値０が割り当てられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の運転方法。
9. トルクが、ねじり角から一定の時間ベースで決定されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の運転方法。
10. 車両（１５）のトルクを決定するためのトルク測定ユニット（７０）を有する、車両（１５）の運転装置（６５）において、
    車両（１５）の少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）におけるねじり角を測定する測定ユニット（７５）、および
    測定されたねじり角の関数として、少なくとも１つの駆動軸（１；５；１０）を介して伝達されたトルクを決定する決定ユニット（８０）、
    を備えたことを特徴とする車両の運転装置。

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