JP2013508220A - 油圧装置および自動車用ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の減速時に運動エネルギーを変換且つ貯蔵し、次に、このエネルギーを電気エネルギーおよび／または機械エネルギーの形で回収するための改善された装置を提供する。
【解決手段】自動車内ブレーキ装置を作動させるための油圧装置（１、１００）は、油圧ポンプ（１０１、１４０）と、油圧ポンプ（１０１、１４０）を駆動するための軸を有するモータ（１１）と、軸を圧縮空気で駆動するためにモータ（１１）の軸と作動結合をなしているロータ（１２）とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧装置および自動車用ブレーキ装置に関するものである。

自動車の減速において、追加の減速要素によりブレーキの負荷を軽減することが既知である。一般に、このような減速要素は、いわゆる能動装置としても知られている。即ち、例えばハイブリッド車において、発電機が自動車の減速時にブレーキの負荷を軽減し且つ放出された運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、次に、電気エネルギーをバッテリ内に中間貯蔵可能な該発電機の形の能動装置が既知である。それに続いて、次に、再び車両を加速するために、バッテリ内に貯蔵された電気エネルギーを使用して発電機がモータとして運転可能である。これは、特に「回生ブレーキ」という用語で知られている。

即ち、例えば欧州特許公開第１７９５４１２Ａ２号から、このような電気駆動自動車用回生ブレーキが既知である。しかしながら、同様に、例えば、はずみ車蓄積器、油圧蓄積器を有する油圧変換器等のような、運動エネルギーを位置エネルギーに変換することが可能な他の蓄積器もまた考えられる。

回生ブレーキに関して、さらに、しばしば追加手段を用いることなく通常ブレーキ装置内に高動特性昇圧が達成可能であることを付記しておく。したがって、例えば、蓄圧器を設けることにより、供給圧力を上昇させるために油圧ポンプの吸込経路内に組み込まれた特別な装置が存在する。即ち、例えば、ドイツ特許公開第１０２００７０３６８５９Ａ１号から、対応する追加手段が設けられている、対応の外部操作可能な電気油圧式車両ブレーキ装置が既知である。しかしながら、このような追加手段は、製造コストを上昇させ且つ対応するブレーキ装置を概してより故障しやすくする。

欧州特許公開第１７９５４１２Ａ２号 ドイツ特許公開第１０２００７０３６８５９Ａ１号

したがって、本発明の課題は、自動車の減速時に運動エネルギーを変換且つ貯蔵し、次に、このエネルギーを電気エネルギーおよび／または機械エネルギーの形で回収するための改善された装置を提供することである。本発明の他の課題は、追加手段を用いることなく短い昇圧時間を達成すること、即ち、概して、一方で自動車の減速時に放出された、回収するための運動エネルギーを効率的に貯蔵し、他方で簡単に少ない製造費用で製造可能なブレーキ装置を提供することである。

上記の課題は、請求項１に記載の油圧装置により、並びに請求項８に記載のブレーキ装置により解決される。本発明のその他の有利な形態が従属請求項に記載されている。

本発明の第１の態様により、油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動するための軸を有する電動機と、該軸を圧縮空気で駆動するために電動機の軸と作動結合をなしているロータと、を含む自動車内ブレーキ装置を作動させるための油圧装置が設けられている。

本発明の一実施形態により、油圧装置は、第１の運転方式において、油圧ポンプを電動機により電気で駆動し、第２の運転方式において、油圧ポンプを圧縮空気によりロータを介して駆動し、第３の運転方式において、電気エネルギーを発生するために電動機を圧縮空気によりロータを介して駆動するように設計されている。

本発明の他の一態様により、本発明の一実施形態による油圧装置と、自動車の車軸の回転運動によって駆動される圧縮空気圧縮機と、圧縮空気圧縮機からの圧縮空気を貯蔵し且つ油圧装置のロータに吐出するための蓄圧器とを含む自動車用ブレーキ装置が設けられている。

即ち、本発明の一実施形態により、油圧装置内において、モータの駆動が、冗長に即ち同時にないしは交互に、電気的にのみならず機械的にも行うことが可能である。したがって、油圧装置は、車輪ブレーキ・シリンダ内の油圧の昇圧において、本質的にその負荷が軽減可能である。さらに、油圧装置が予め貯蔵されたエネルギーから機械的に駆動されることにより、自動車の搭載電源に電気エネルギーを逆送可能である。即ち、本発明による油圧装置ないしはブレーキ装置は、例えばアンチロック・ブレーキ装置（ＡＢＳ）のような通常の電気油圧式ブレーキ装置において、またはいわゆる電子式安定化プログラム（ＥＳＰ）の形でも使用可能である。

即ち、概して、機械的に発生された電気エネルギーによりバッテリが充電されても、または機械エネルギーが直接自動車の加速のためのトルクに変換されてもよく、即ち、例えばハイブリッド車において、発電機のための駆動装置としても、ないしは両方同時にも使用可能である。

本発明の有利な形態が添付図面により詳細に説明される。

図１は、ブレーキ装置のエネルギー回生のための原理図および装置構成部品を示す。 図２は、自動車ブレーキ装置内の油圧回路を示す。

図１は、本発明の一実施形態による本発明のブレーキ装置の原理図を示す。ここで、油圧装置１にモータ１１およびロータ１２が設けられている。この場合、ロータ１２は、例えば圧縮空気タービンとして形成されていてもよい。モータ１１は、電動機であり且つモータとしてのみならず発電機としても運転可能である。ロータ１２の軸はモータ１１の軸と作動結合をなし、且つロータ１２は、圧縮空気を用いてノズル１３により駆動可能である。さらに、ノズル１３への圧縮空気流れを制御するために、油圧装置１の内部に制御弁１４が設けられている。

自動車の内部において、圧縮機３は、継手３１により自動車の機械式駆動軸ないしは車軸３２と結合されている。この場合、車軸３２は、一般に、自動車の運動エネルギーからの機械エネルギーを圧縮機３に伝送可能である軸を示す。継手３１が結合状態にある場合、即ち、継手３１を介して機械エネルギーが車軸３２から圧縮機３へ伝達される場合、圧縮機３は圧縮空気を発生し、圧縮空気は圧縮空気蓄圧器２内に貯蔵される。圧縮空気蓄圧器２内に貯蔵された圧縮空気は、次に、ロータ１２を駆動するために制御弁１４を介してノズル１３に供給可能である。

さらに、油圧装置１からのエネルギー流れを制御するために、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４が設けられていてもよい。この場合、一運転方式において、油圧ポンプを駆動するために、エネルギーがバッテリないしは搭載電源５からモータ１１に供給可能である（エネルギー流れ６１）。次に、他の運転方式において、モータ１１を発電機として運転するために、ロータ１２は圧縮空気蓄圧器２からの圧縮空気により駆動可能であり、このとき、発電機は、電気エネルギーをバッテリないしは搭載電源５に供給する（エネルギー流れ６２）。

即ち、それに対応して、車両の減速およびエネルギーの回収のための能動装置として圧縮機３が設けられ、圧縮機３は、自動車の減速時に車軸３２から機械的に駆動され且つこれにより減速を実行し、同時に圧縮空気蓄圧器２に圧縮空気を充填する。エネルギーを回収するために、油圧装置１内のモータ１１は、その電機子軸のアクセス可能な端部にロータ１２を設け、ロータ１２は、次に、圧縮空気蓄圧器２からの圧縮空気により、ノズル１３を介して機械的に駆動可能である。したがって、油圧装置１のモータ１１は、概して２つのエネルギー貯蔵装置から並列に、電気的にのみならずロータ１２を介して圧縮空気により機械的にも運転可能である。

これにより、本発明は概して油圧装置１の種々の運転方法を可能にする。したがって、モータ１１は機械的に出力されるトルク内に冗長に設けられているので、モータ１１は、搭載電源５から電気で運転可能であるのみならず圧縮空気蓄圧器２からの圧縮空気によっても運転可能である。一般的にいえば、第１の運転方式において、モータ１１は電気で駆動可能であり、第２の運転方式において、モータ１１は圧縮空気によりロータ１２を介して駆動可能であり、第３の運転方式において、モータ１１は電気エネルギーを発生するために圧縮空気によりロータ１２を介して発電機として駆動可能である。この場合、これらの運転方式は、相互に独立であり且つそれぞれ個々にまたは並列にそれらが機能可能である。

この場合、全トルクＭ＿ｇｅｓは、混合運転において、即ち駆動モータの意味における上記の第１および第２の運転方式の組み合わせにおいて、次式のように個々のトルクの和である。
Ｍ＿ｇｅｓ＝Ｍ＿ｅｌ＋Ｍ＿ｌｕｆｔ、
ここで、Ｍ＿ｅｌは、搭載電源５からのモータ１１のトルクであり、Ｍ＿ｌｕｆｔは、圧縮空気を介してのロータ１２のトルクである。

これは、全トルクが圧縮空気蓄圧器２から得ることが可能なとき、搭載電源５の完全な負荷軽減を可能にする。逆に、例えば蓄圧器２が空であるとき、通常のようにモータ１１はバッテリ５からも運転可能である。バッテリ５が投入される前にロータ１２および圧縮空気蓄圧器２からの圧縮空気によりモータ１１が初期回転速度にもたらされたとき、モータ１１の停止状態からの高い始動電流が抑制可能である。

したがって、混合運転においては、全トルクは個々のトルクからの和であるので、搭載電源５の完全な負荷軽減に至るまでの漸次の負荷軽減が可能である。このために、圧縮空気および電気エネルギーからの部分的なトルクは、任意の割合で全トルクに加算される。この場合、運転方法は、圧縮空気により必要なトルクが達成可能ではないとき、モータ１１が搭載電源５から不足のトルクを補足可能ということになる。逆に、圧縮空気からのトルクが達成する値だけ電気トルクが低減可能である。最後に、さらに、モータ１１が全電気出力で操作され且つこの場合に残りの部分を圧縮空気からロータ１２を介して得ることにより、全電気トルクを補充することが可能である。

この場合、概して、状況は回生ブレーキ過程においてと同様であってもよい。即ち、ここでは、全ブレーキ・トルクは、能動装置からと、例えば前車軸のような１つの軸の油圧ブレーキからの和である。この場合、このとき能動装置が達成できない部分が後車軸油圧ブレーキにより補充されてもよい。

自動車の減速過程が終了したとき、モータ１１が圧縮空気蓄圧器２からロータ１２を介して駆動されることにより、モータ１１は発電機として運転可能である。このとき、モータ１１は電気エネルギーを搭載電源５に逆送するので、場合により、例えばハイブリッド車におけるような別の発電機は不要とすることが可能である。

さらに、いわゆる自動車のブレーキの踏み始め過程において、空隙を埋めるために且つ遅れのない昇圧のために、高いモータ回転速度が望ましいことがある。これは、本発明により、他の有利な方法で、ロータ１２が圧縮空気蓄圧器２から対応する高い圧力で吹き付けられ且つこれにより高い回転速度が達成されたときに実行可能である。これにより得られた動特性がまだ十分でない場合、回転速度は、電動機１１により搭載電源５からのエネルギーによってさらに支援可能である。

油圧装置１が概して左回りにのみならず右回りにも運転されるべき場合、ロータ１２を２つの反対方向から吹付ないしは駆動可能にするために、油圧装置１の内部に少なくとも２つのノズルが設けられていてもよい。この場合、油圧装置１の内部に他の制御弁が設けられていてもよい。

一般に、さらに、モータ１１の発電運転において、即ちモータ１１がロータ１２により駆動される場合、ブレーキ装置の油圧装置の内部においてさらなる昇圧は行われない。発電運転におけるさらなる油圧の昇圧を阻止するために、一般に、油圧装置内に対応するバイパスを設けるか、またはモータ１１の軸と油圧ポンプの駆動軸との間にも継手を設けるように設計されていてもよい。

これに対して、図２は、自動車ブレーキ装置の内部の油圧回路を示す。この場合、図２は、４つまでの自動車の車輪１１０、１３０を制動するためのブレーキ装置１００を示す。この場合、ブレーキ装置１００の内部に、油圧ポンプ１０１、１４０を機械的に駆動するためにモータ１０２が設けられている。この場合、このモータ１０２は、図１のロータ１２を有するモータ１１と同様に設計されていてもよい。この場合、ここで、油圧ポンプ１０１の吸込側および圧力側を、対応する接続配管１０３Ａおよび１０３Ｂを介して、短絡弁１０４の両側に結合するように設計されていてもよい。短絡弁１０４が開放されている場合、このとき、油圧ポンプ１０１を駆動しているときにおいても油圧液の循環が行われるので、ブレーキ装置１００の内部の油圧は本質的に上昇されない。即ち、この場合、車輪ブレーキ・シリンダ内の油圧もまた上昇されず、即ち、車輪ブレーキ・シリンダ内に圧力は形成されない。

さらに、ブレーキ装置１００の内部に、後車軸の車輪１３０に対してもまたブレーキ液の循環が行われるように、他の弁１２１、１２２および１２３を設けるように設計されていてもよい。即ち、この場合、後車輪１３０に対してもまた圧力は上昇されない。このために、特に、弁１２１が閉鎖され且つ弁１２２および１２３が開放されてもよく、これにより、ポンプ１４０によってもまた油圧液の循環が行われる。

さらに、他の実施形態により、ハイブリッド車において、加速過程においても機械エネルギーの直接回収を得るために、自動車を駆動するための電動機が同様に対応するロータを介して圧縮空気蓄圧器２からの圧縮空気により支援されてもよい。この場合、他の有利な一方法で、圧縮機が発電機と共に１つのハウジング内に組み込まれ且つ共通の軸により駆動されてもよい。これにより、本発明は、ハイブリッド車においてのみならず内燃機関を有する自動車においても使用可能である。

即ち、概して、いわゆる混合運転において電気トルクおよび機械トルクの加算が可能であるのみならず、圧縮空気の支援なしにバッテリから供給された電気エネルギーによる純粋な電動機としての運転、および電気エネルギーの供給なしに圧縮空気により駆動される純粋な機械式モータとしての運転もまた可能である。したがって、概して、自動車の搭載電源の負荷が軽減可能であり且つ追加のバッテリ負荷なしに圧縮空気支援によるトルクの上昇もまた可能となる（Ｉ＿Ｂａｔ１＝Ｉ＿Ｂａｔ２；Ｍ２＞Ｍ１）。さらに、同様に圧縮空気支援により搭載電源の負荷もまた軽減可能である（Ｉ２＜Ｉ１；Ｍ１＝Ｍ２）。したがって、モータが圧縮機からの圧縮空気により駆動され且つ発電機として運転されることにより、自動車の搭載電源内へのエネルギーの逆送が可能である。

したがって、概して油圧装置内のモータ寸法もまた低減可能であり、このことは、重量に関してのみならず機械的寸法に関してもまた有利に働くことになる。これにより、特に油圧装置の負荷が軽減され且つ油圧装置の寿命もまた上昇可能であることが概してさらに有利である。機械エネルギーの回収とは無関係に、高動特性ブレーキ圧力上昇もまた、ブレーキ過程の開始時における急速な高速回転モータにより提供可能である。したがって、概して、ＡＢＳブレーキ作動における蓄圧室の高動特性排出もまた可能であり且つ蓄圧器の削減または供給圧力を発生するための装置の削減もまた可能である（例えば、ベローズ、ばね圧力、差動ピストン等）。

本発明の他の一実施形態により、ハイブリッド車において、自動車の運動エネルギーから電気エネルギーを回収するために従来使用されてきた発電機が省略可能である。この場合、このとき、蓄圧器を有する圧縮機がブレーキ・エネルギーを貯蔵する唯一の能動装置となる。このとき、電気エネルギーの回収は、発電機として圧縮空気蓄圧器からノズルおよびロータを介して機械的に駆動されるモータを介して行われる。本発明の他の一実施形態により、ハイブリッド車において、他のロータを有するマスタ駆動モータが設けられてもよく、マスタ駆動モータは、このとき直接自動車を加速するか、または加速を支援するために、同様に蓄圧器からの圧縮空気により吹付け可能である。

一般に、さらに、圧縮機が連続運転することもまた可能である。蓄圧器が充満し、したがって蓄圧器内のさらなる昇圧が望ましくない場合、圧縮機に背圧を提供するかおよび／または圧縮空気蓄圧器内の不当な圧力上昇を阻止するために、安全弁が設けられていてもよい。

したがって、本発明は、概して、空気式追加装置のための革新的で有利な変更態様もまた提供し、また圧縮空気のみが使用されるので、概して環境にやさしいブレーキ装置も提供する。さらに、本発明による油圧装置ないしは本発明によるブレーキ装置の形成において、例えば他の空気圧ブレーキの分野から既知のような、完成された既知の技術および構造要素を再利用可能であることがさらに有利である。したがって、概して、本発明による油圧装置および本発明によるブレーキ装置は、ハイブリッド車においてのみならず内燃機関を有する普通自動車においてもまた確実に使用可能であることもまたさらに有利である。

Claims (10)

1. 油圧ポンプ（１０１、１４０）と、
   前記油圧ポンプ（１０１、１４０）を駆動するための軸を有する電動機（１１）と、
   前記軸を圧縮空気で駆動するために前記電動機（１１）の軸と作動結合をなしているロータ（１２）と、
   を含む自動車内ブレーキ装置を作動させるための油圧装置（１）。
2. 前記ロータ（１２）が、前記電動機（１１）の軸のアクセス可能な端部に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧装置。
3. 油圧装置（１）が、
   第１の運転方式において、前記電動機（１１）を電気で駆動し、
   第２の運転方式において、前記電動機（１１）を圧縮空気により前記ロータ（１２）を介して駆動し、および
   第３の運転方式において、電気エネルギーを発生するために前記電動機（１１）を圧縮空気により前記ロータ（１２）を介して駆動するように設計されていることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧装置。
4. 油圧装置（１）がノズル（１３）を有し、この場合、前記ノズル（１３）内を流れる空気が前記ロータ（１２）を駆動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の油圧装置。
5. 前記ロータ（１２）を左回りにのみならず右回りにも駆動するために、少なくとも２つのノズルが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の油圧装置。
6. 前記電動機（１１）の軸と前記油圧ポンプ（１０１、１４０）の軸との間の作動結合を形成したり切り離したりするための継手を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の油圧装置。
7. 前記油圧ポンプ（１０１、１４０）の吸込側を前記油圧ポンプ（１０１、１４０）の圧力側と短絡させるための弁（１０４、１２１、１２２、１２３）を含む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油圧装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の油圧装置（１）と、
   自動車の車軸（３２）の回転運動によって駆動される圧縮空気圧縮機（３）と
   前記圧縮空気圧縮機（３）からの圧縮空気を貯蔵し且つ油圧装置（１）の前記ロータ（１２）に吐出するための蓄圧器（２）と、
   を含む自動車用ブレーキ装置。
9. 前記圧縮空気圧縮機（３）を前記車軸（３２）に結合したりないしは前記車軸（３２）から切り離したりするための継手（３１）をさらに有することを特徴とする請求項８に記載のブレーキ装置。
10. 電子制御ユニット（４）をさらに含み、電子制御ユニット（４）は、自動車の減速状態においては、圧縮空気圧縮機（３）が自動車の運動エネルギーを受け取るようにブレーキ装置を操作し、自動車の加速状態においては、油圧装置（１）の第３の運転方式において自動車の駆動用電気エネルギーが提供されるようにブレーキ装置を操作することを特徴とする請求項８または９に記載のブレーキ装置。

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