JP2019517953A - 駆動システムの制御方法及び駆動システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも2つの駆動ユニット(20)を有し、それぞれが少なくとも1つの制御ユニット(22)とペアになった駆動システムの制御方法に関するものである。合計目標トルク(30)が、マスタ制御ユニット(22a)により演算され、合計目標トルク(30)が、マスタ制御ユニット(22a)により、駆動ユニット(20)のそれぞれのための個別目標トルク(32)に細分化され、駆動ユニット(20)が、関連付けられた個別目標トルク(32)に基づいて、それぞれに割り当てられた制御ユニット(22)により制御される。本発明は、駆動ユニット(20)のそれぞれの閾値トルク(34)が、合計目標トルク(30)を配分する際に、マスタ制御ユニット(22a)により決定され、且つ、考慮されることを特徴とする。【選択図】 図1

Description

本発明は、少なくとも2つの駆動ユニット(drive unit)を有し、それぞれ少なくとも1つの制御ユニット(control unit)とペアになっている駆動システム(drive system)の制御方法に関するものである。また本発明は、対応する駆動システムに関する。
自動車の駆動システムは、外部制約(external constraints)、特に車両運転者によって設定されたアクセルペダルの位置の関数として、少なくとも1つの制御ユニット、いわゆるエンジン制御ユニットにより制御される。
現代の自動車の駆動システムは絶えず複雑さを増しているので、駆動システムを作動させている際の、エンジン制御を扱うために必要な演算能力もまた増加している。このことは特に、複数の駆動ユニットを組み合わせた自動車の駆動システムに当てはまる。この一例はいわゆるハイブリッド自動車である。ハイブリッド自動車は、少なくとも1つの内燃機関と、少なくとも1つの電気駆動モータを組み合わせており、これら個々の駆動出力は相互に連携されるようになっている。特に、このような駆動システムにおいては、さまざまな駆動ユニットの制御に必要とされる演算能力は、この演算能力を扱える単一のエンジン制御システムを提供することが可能とは限らないほどに大きくなる。この理由の一つは、例えば、対応する車両のエンジン室(engine compartment)内の限られたスペースにある。これにより、十分な能力を有し、よって比較的容積が大きくなるエンジン制御システムを組み込むことができない。したがって、一般に、複数の駆動ユニットを有する駆動システムのためには、複数の制御ユニットが使用されており、その少なくとも1つは少なくとも1つの駆動ユニットとペアになっており、またそれらは相互に接続されている。そのため、制御ユニットの1つが、スレーブ制御ユニットとよく称される、他の制御ユニットよりも、高いレベルで作用する、マスタ制御ユニットとして動作するように構成される。
例えば独国特許出願公開第102422430号明細書(特許文献1)には、自動車の駆動システムの制御方法が記載されている。アクセルペダルの位置に応じて、合計トルク(total torque)が決定され、トルクインターフェイス(torque interface)が、トルク制御集合体(torque-controlled aggregates)のために、合計トルクを目標トルク(target torques)に分割し、次に、これら集合体の個々の制御ユニットに目標トルクが送信される。トルク制御集合体は、特に、内燃機関と電気駆動であってもよい。
独国特許出願公開第102008041463号明細書(特許文献2)にもハイブリッド車両のための駆動システムが記載されている。駆動システムは、関連する制御ユニットを有する複数の電気駆動モータと共に、関連するエンジン制御を有する燃焼エンジンを備えている。これらの制御ユニットのうちの1つは、マスタ制御ユニットとして指定される。マスタ制御ユニットは、エンジン制御ユニットにより送信されたトルク要求を電気駆動モータとペアになった他の制御ユニットに送信する。
独国特許出願公開第102010038995号明細書(特許文献3)には、シリンダのバンク(banks of cylinders)を2つ有し、それぞれが制御ユニットとペアになり、関係するシリンダのバンクの動作を制御する内燃機関が開示されている。第1のシリンダのバンクに関連する制御ユニットはマスタ制御ユニットとして動作し、他の(スレーブ)制御ユニットに対して、第2のシリンダのバンクの分離(disconnecting)に関する要求を送信する。
独国特許出願公開第102013208022号明細書(特許文献4)には、主として、電動トラクションモータ(electric traction motor)を使用して、車輪にトルクを付与することで、斜面でのロールバック(rolling back)を防止するハイブリッド車両が開示されている。トラクションモータ又は関連する電力変換器の温度が限界温度を超えた場合、トラクションモータが切断され、トラクションモータに代えて内燃機関がスリップしている駆動輪に接続され、ロールバックの発生を防止する。ハイブリッド車両制御システムは、内燃機関とペアになった制御ユニット、トラクションモータとペアになった制御ユニット、及び、これら両方のユニットの全体的な制御を行う、より高位の車両制御ユニットを含む。
独国特許出願公開第102422430号明細書 独国特許出願公開第102008041463号明細書 独国特許出願公開第102010038995号明細書 独国特許出願公開第102013208022号明細書
共通の目的(common objective)により相互にリンクされた複数の制御ユニットを調整するには、すなわち、アクセルペダルの特定位置によって表された自動車の運転者による所望の駆動条件を実行するには、複数の付加的なパラメータを考慮することが必要になる。これは、対応するエラーメッセージ、駆動力の減少、及び/または、駆動システムが提供する運転快適性の減退の結果になるエラーに、決まってつながってしまう。
この従来技術に基づいて、本発明の目的は、少なくとも2つの駆動ユニットを有し、それぞれが制御ユニットとペアになった駆動システムの制御方法の改善である。
この目的は、請求項1に記載の方法によって達成される。このような方法を実行するのに適した駆動システムの実施は、請求項10の対象である。本発明による駆動システムの有利な実施形態、及び本発明による駆動システムの好ましい実施の形態は、さらなる請求項の対象であり、及び/または、以下の発明の説明から生じる。
少なくとも2つの駆動ユニットを有し、それぞれが少なくとも1つの制御ユニットとペアになった駆動システムの制御方法において、
合計目標トルク(total target torque)が、マスタ制御ユニット(master control unit)により演算され、
合計目標トルクが、マスタ制御ユニットにより、駆動ユニット(drive units)のそれぞれのための個別目標トルク(individual target torque)に細分化され、
駆動ユニットが、関連付けられた個別目標トルクに基づいて、それぞれに割り当てられた制御ユニットにより制御される駆動システムの制御方法は、
駆動ユニットのそれぞれの閾値トルクが、合計目標トルクを配分する際に、マスタ制御ユニットにより決定され、且つ、考慮されることを特徴とする。決定は、駆動ユニットと関連付けられた制御ユニットによって行われるのが好ましく、制御ユニットは、次に、これをマスタ制御ユニットに送信する。
本発明は、1以上の駆動ユニットが、状況や作動条件のために、それらに現に割り当てられた個別目標トルクを達成する状況にないが(not in a position)、現に割り当てられた方法でそれを行う状況になければならない場合に、合計目標トルクに基づいてマスタ制御ユニットによって決定された、または、これら駆動ユニットとペアになった制御ユニットによって決定された個別目標トルクを調整する際に、特に問題が生じるという知見に基づいている。
以下、「閾値トルク(threshold torque)」とは、現在の作動状態に依存して、駆動ユニットにより生成することのできる最大トルクである。これは、少なくとも一時的に、関係する異なる要因によって、駆動ユニットがその設計に基づいて達成できる絶対的な最大トルクよりも小さくなってもよい。したがって閾値トルクは、駆動ユニットにより現に供給されている実トルク(actual torque)に対応する必要はない。絶対的な最大トルクよりも小さい閾値トルクをもたらすであろう入力因子(input factors)は、例えば、比較的低い及び/または高い周囲温度、比較的低い及び/または高い部品温度、対応する駆動ユニットの個々の部品の誤作動、及び、特定の作動状態でどの程度動作しているか(例えば、明らかな過負荷状態(オーバーブースト(overboost))において一時的にしか動作できない駆動ユニットのような場合)等である。
本発明による駆動システムは、少なくとも2つの駆動ユニットを有し、それぞれ少なくとも1つの制御ユニットとペアになった駆動システムであって、マスタ制御ユニットを備えており、マスタ制御ユニット及び駆動ユニットに関連付けられた制御ユニットは、本発明による制御方法がそれらによって実行されるようにプログラムされていることを特徴としている。
マスタ制御ユニットは、いずれかの駆動ユニットとペアになった制御ユニットの1つでもよく、したがってマスタ制御ユニットとしても、駆動ユニットの1つとペアになった対応する制御ユニットとしても動作する。制御ユニットの1つが各駆動ユニットとペアとなっていてもよいが、これらの制御ユニット全てを制御するマスタ制御ユニットを備えることも可能である。
本発明による方法は、本発明にしたがい、駆動システムを有利に作動させることができる。駆動ユニットのために決定された個別目標トルクが関連付けられた閾値トルクを超えた場合、他の駆動ユニット(さらに複数の駆動ユニットが存在すれば、少なくとも1つ、1以上、またはそれら全て)の個別目標トルクに、可能な限り、好ましくは完全に、対応するトルク差を加算するためである。比較的小さな閾値トルクを有している関係する駆動ユニットに実際に送信される個別目標トルクは、閾値トルクまでに制限されていてもよい。しかしながら、これは絶対に必要というわけではない。いずれにせよ、関係する作動状態においては、関係する駆動ユニットにより、閾値トルクを超える実トルクが生成されないからである(これにより、マスタ制御ユニットにより合計目標トルクを分割した個別目標トルクは、合計すると、合計目標トルクよりも多くなることが可能である)。駆動ユニットの1つを、関連付けられた閾値トルクに制限される実トルクで作動させることが(ここで、この閾値トルクは当該駆動ユニットに対して決められた個別目標トルクよりも一時的に低くなっている)、駆動システム全体の駆動特性に悪影響を与えることを回避できる。駆動ユニットの、低減・制限された実トルクが、他の1つのまたは複数の駆動ユニットによって補償されるからである。
本発明による方法の好ましい実施形態においては、マスタ制御ユニットによって、駆動ユニットに関連付けられた実トルクが決定され、且つ、それらから合計実トルクが決定されるようにしてもよい。それによって決定される合計実トルクは、(横滑り防止装置(electronic stability program)用の制御装置または自動変速機(automatic transmission)用の制御装置のような)機能要素に有利に送信されうる。電子的安定性プログラム用の制御装置や自動変速機用の制御装置のような機能要素(functional element)に、その機能性が合計実トルクの機能として制御されるように、有利に送信されうる。そのため、機能要素の機能(functionality)は、合計実トルクの関数として制御されうる。
結果として、例えば、高いレベルのトルク出力精度を達成することができ、これにより自動変速機が、よりスムーズにギアを変速することができる。
このような手順は、好ましく実行すると、合計目標トルクは、機能要素によりマスタ制御ユニットに送信されるパラメータの関数として決定され、有利に実行することができる。特に、決定された合計目標トルクは、可能な限り最適に、個々の駆動ユニットに割り当てられた個別目標トルクに分割するようにしてもよい。
本発明による方法は、駆動ユニットとして少なくとも1つの内燃機関と、追加的な駆動ユニットとして少なくとも1つの電気モータとからなる駆動システムにおいて、特に有利に実施することができる。このようなハイブリッドシステムは、かなりのレベルのコンピュータ制御電力を必要とするものの、複数の相互接続された制御ユニットによって有利に運用されるうるだけでなく、特に有益なのは、閾値トルクが割り当てられた個別目標トルクよりも低い駆動ユニットのトルク差を、対応する他の駆動ユニットによって補償することが可能となることである。
さらに、本発明による方法は、いくつかのサブエンジン(sub-engines)に細分化されており、それぞれが制御ユニットとペアになっている駆動システムについて、特に有利に実施することができる。このような内燃機関は、サブエンジンに、分割されていてもよい。例えば、V型、W型、又はボクサー設計(boxer design)の内燃機関に形成された、対応する個別シリンダバンク(cylinder banks)である。
このような設計であれば、本発明の制御システムは、このような駆動システムについて特に有利な効果を有する。第1のサブエンジン(その閾値トルクと、ゆえにその最大の達成可能な実トルクは、それに割り当てられた個々の目標トルクよりも一時的に小さい)のトルク差は、内燃機関の作動特性全体の悪化をもたらし、ゆえに、特に、運転快適性の悪化につながり、及び/または、(特に、例えば、実際には発生していないのにミスファイアを検出するような)故障診断(fault diagnosis)につながる。これは、第2のサブエンジンの個別目標トルクを、第1のエンジンセクション(first engine section)の閾値トルクに制限することによって、その実トルクを常に実質的に同じに維持することにより、防止することができる。
したがって、このような駆動システムを制御する本発明による方法の好ましい実施形態においては、第1のサブエンジンの個別目標トルクがサブエンジン(2以上のサブエンジン、好ましくは他の全てのサブエンジン)のために決定された関連付けられた閾値トルクを超えた場合、対応する駆動ユニットに送信される個別目標トルクが第1のサブエンジンの閾値トルクにまで低減され、または、制限されるようにしてもよい。これは、全体としてサブエンジンにより生成される実トルクの減少をもたらすことは事実かもしれないが、これは、悪化した内燃機関の作動特性を弱める、及び/または、誤った故障診断を減らすのに好ましい。
サブエンジンの1つにより全体的に生成される実トルクはほとんど問題にならないであろう。特に、本発明による駆動システムの好ましい実施形態において備えられているように、それぞれ駆動ユニットとして適した、いくつかのサブエンジンを有する内燃機関だけでなく、駆動ユニットとして作動する少なくとも1つの電気モータが備えられている場合には、このような駆動システムの実施形態は、電気モータにより補償されるため、サブエンジン全体により生成される実トルクの低減を可能にするからである。したがって、このような駆動システムの制御のための本発明による方法の好ましい実施形態においては、第1のサブエンジンのために決定された個別目標トルクが、関連付けられた閾値トルクを超えた場合に、第2エンジンセクションのために決定された、または、決定される個別目標トルクを第1のサブエンジンの閾値トルクにまで低減または制限し、電気モータの個別目標トルクに、可能な限り、好ましくは完全に、サブエンジンまたはモジュールのトルク差の合計を加算してもよい。
さらに本発明は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合に、本発明による方法を実施するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムに関する。
不定冠詞(‘a’または‘one’)は、特に特許請求の範囲、及び、一般に特許請求の範囲を解説する説明においては、そのようなものとして理解され、且つ、数を表さないものとして理解されなければならない。同様に、このように指定されたコンポーネント(components)は、少なくとも1回は存在し、おそらくは数回存在するものとして理解されるべきである。
以下、図に表現された典型的な実施形態を用いて、本発明をより詳細に説明する。
図1は概略図であり、本発明による駆動システムを有する本発明による方法を具体化したものである。
図1は、内燃機関10と、駆動モータとして備えられた電気モータ12とを有する本発明による駆動システムを示す。図示していないが、駆動システムは、ハイブリッド自動車を駆動するために備えられていてもよい。ハイブリッド自動車は、内燃機関10と電気モータ12が(二者択一的に、または、協働して)、自動車を推進する動力を供給してもよい。さらに、図1は、駆動システムを制御するための本発明による制御方法を実行する手順におけるさまざまなステップを示す。
内燃機関10は、例えば、ガソリンまたはディーゼルサイクルで動く従来型のピストン往復機関の形式で知られている。これはいわゆるW型に配列された全部で12本のシリンダを有している。したがって、内燃機関10はシリンダ14を有する2つのバンクとして構成されている。各バンクは、6本のシリンダ16を有しており、2本のオフセット列に、ゆえに、細いV字型レイアウトに並んでいる。シリンダ14の2つのバンクと、それらに関連付けられた内燃機関のさらなる機能要素(functional components)(図示せず)(特に、ガス交換弁機構(吸気弁、排気弁及び弁作動機構)を構成する要素)が、それぞれ、サブエンジン18を構成する。複数のサブエンジン18は、電気モータ12と共に、それぞれ、本発明の駆動システムの1つの駆動ユニット20を構成する。
制御ユニット22は、これら各駆動ユニット20とペアになっており、内燃機関10の第1のサブエンジン18(図1では、上側のサブエンジン18)に割り当てられた制御ユニット22は、マスタ制御ユニット22aとして指定され、構成されている。
駆動システムを制御するための本発明の制御方法を実施する際には、方法ステップS1で、マスタ制御ユニット22aにより、自動車を駆動するための駆動システムに使用可能な合計目標トルク30の値を演算することが計画される。この合計目標トルク30の算出は、主として、自動車の運転者により操作されるアクセルペダル24の位置を示す信号44に対する応答として、また、制御装置26により制御される横滑り防止装置(electrical stability program)の介入又は非介入から生じ、手動または自動のギアボックス(gearbox)28がどのギア及び他の作動条件を示す信号44に対する応答として作成される。
横滑り防止装置は、駆動の安定化を目的として、ブレーキを制御することを含み、適切な場合には、自動車の個々の車輪の駆動トルクを制御することも含む。変速機28は、さまざまな択一的な変速ステージにおける、内燃機関10及び/又は電気モータ12の1つのまたは複数の出力軸(the output shaft or shafts)からの駆動速度(したがって駆動トルク)を自動車の駆動輪に伝達するように動作する。
さらに、方法ステップS2において、マスタ制御ユニット22aは、合計目標トルク30として演算した値を、3つの駆動ユニット22に割り当てられた個別目標トルク32に分割し、対応する値を他の(スレーブ)制御ユニットに送信する。次に、個別目標トルク32のためのこれらの値に基づき、3つの制御ユニット全てが、駆動ユニットのアクチュエータ(図示せず)を始動する。内燃機関10の2つのエンジンセクション18の対応するアクチュエータは、燃料噴射器(fuel injectors)(例えば、サブエンジン(18)の各ガス入口ライン(inlet gas line)に統合された制御弁(スロットルバルブ))、バルブタイミング機構の位相角調整装置(phase angle adjusting device)及び/またはカム切換装置(cam switching device)、及び/または、コンプレッサのスルーフローを制御する装置、及び/または、例えば、いわゆるVGT装置の形態の排気ガスターボチャージャーのタービンであってもよい。電気モータ12の対応するアクチュエータは、電圧レギュレータ(例えば、これにより制御された形で電圧が電気モータ12に印加される)であってもよい。
駆動ユニット20には、さらに、多数のセンサ(図示せず)が備えられており、これらは駆動ユニットの特定の作動パラメータを決定するように動作する。内燃機関10のエンジンセクション18に用いられる適切なセンサの例は:速度センサ、(例えば、ガス入口ラインに統合された制御弁(スロットルバルブ)用の)位置及び姿勢センサ(location and position sensor)、シリンダ圧力センサ、温度センサ、及び、(例えば熱電式流速計(thermoelectric anemometer)のような)流量測定センサである。電気モータ12に用いられる適切なセンサの例は、速度センサ及び温度センサである。
個々の駆動ユニット20に割り当てられたセンサは、それらの測定値を関連付けられた制御ユニット22に送信する。制御ユニット22は、次の方法ステップS3においてそれらを評価し、それらから関連付けられた駆動ユニット22の閾値トルク34の値を導出する。閾値トルクは、現在の作動状態に依存して、個々の駆動ユニット20により生成することのできる最大トルクである。これらの閾値トルク34の値は、2つのスレーブ制御ユニット22bにより、マスタ制御ユニット22aに送信され、マスタ制御ユニット22aに関連付けられた駆動ユニット20の閾値トルクのための値と同様に、その後算出された合計目標トルク30を個々の駆動ユニット20に割り当てられた個別目標トルク32に分割する際に考慮される。同じことが個々の駆動ユニット20により生成される実トルク36の量を定める値に適用される。
合計実トルク42は、横滑り防止装置及び/または変速機28の動作を適合させるのに用いるために、横滑り防止装置の制御装置26、及び/または、変速機28(特に自動変速機28として設計されている場合)、または、変速機28の制御装置に送信された、実トルク36の合計から、エンジン制御システムによって決定されてもよい。
内燃機関10のエンジンセクション18の閾値トルク34のための複数の値が送信された場合に、これら値は、合計目標トルク30を個別目標トルク32に分割する際にこれらを考慮する前に、ステップS4において、内燃機関10の合計閾値トルク38とリンクするようにしてもよい。
制御ユニット22の間では、例えばCANバス(CAN bus)によって、データが送信されてもよい(40)。
10 内燃機関
12 電気モータ
14 シリンダのバンク
16 シリンダ
18 サブエンジン
20 駆動ユニット
22 制御ユニット
22a マスタ制御ユニット
22b スレーブ制御ユニット
24 アクセルペダル
26 制御装置
28 変速機
30 合計目標トルク
32 個別目標トルク
34 閾値トルク
36 実トルク
38 合計閾値トルク
40 データ送信
42 合計実トルク
44 信号

Claims (12)

  1. 少なくとも2つの駆動ユニット(20)を有し、それぞれが少なくとも1つの制御ユニット(22)とペアになった駆動システムの制御方法において、
    合計目標トルク(30)が、マスタ制御ユニット(22a)により演算され、
    前記合計目標トルク(30)が、前記マスタ制御ユニット(22a)により、前記駆動ユニット(20)のそれぞれのための個別目標トルク(32)に細分化され、
    前記駆動ユニット(20)が、関連付けられた前記個別目標トルク(32)に基づいて、それぞれに割り当てられた前記制御ユニット(22)により制御される駆動システムの制御方法であって、
    前記駆動ユニット(20)のそれぞれの閾値トルク(34)が、前記合計目標トルク(30)を配分する際に、前記マスタ制御ユニット(22a)により決定され、且つ、考慮されることを特徴とする駆動システムの制御方法。
  2. 前記駆動ユニット(20)のために決定された前記個別目標トルク(32)が、関連付けられた前記閾値トルク(34)を超えた場合、他の前記駆動ユニットの決定された前記個別目標トルク(32)に、可能な限り、対応するトルク差を加算することを特徴とする請求項1による制御方法。
  3. 前記マスタ制御ユニット(22a)によって、前記駆動ユニット(20)に関連付けられた複数の実トルク(36)が決定され、且つ、これらに基づいて合計実トルク(42)が決定されることを特徴とする請求項1または2に記載の制御方法。
  4. 前記合計実トルク(42)は、機能要素に送信され、
    前記機能要素の機能は、前記合計実トルク(42)により制御されることを特徴とする請求項3に記載の制御方法。
  5. 前記合計目標トルク(30)は、前記機能要素により前記マスタ制御ユニット(22a)に送信されるパラメータの関数として決定されることを特徴とする請求項4に記載の制御方法。
  6. 前記駆動ユニット(20)として内燃機関(10)と、前記駆動ユニット(20)として電気モータ(12)を有する駆動システムの実施を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の制御方法。
  7. 前記制御ユニット(22)が割り当てられた前記駆動ユニット(20)に相当する複数のサブエンジン(18)に細分化された内燃機関(10)を有した駆動システムの実施を特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御方法。
  8. 第1のサブエンジン(18)のために決定された個別目標トルク(32)が、関連付けられた前記閾値トルク(34)を超える場合、第2エンジンセクション(18)のために決定された、または、決定される前記個別目標トルク(32)を、前記第1のサブエンジンの前記閾値トルク(32)にまで低減または制限することを特徴とする請求項7に記載の制御方法。
  9. 第1のエンジンセクション(18)のために決定された前記個別目標トルク(32)が関連付けられた前記閾値トルク(34)を超える場合、第2のサブエンジン(18)のために決定された、または、決定される前記個別目標トルク(32)が前記第1のサブエンジン(18)の前記閾値トルク(34)にまで低減または制限し、且つ、前記電気モータ(12)の個別目標トルクに、可能な限り、前記サブエンジンのトルク差の合計を加算することを特徴とする請求項2、請求項2に従属する請求項のいずれか1項、請求項6、または、請求項8に記載の制御方法。
  10. 少なくとも2つの駆動ユニット(20)を有し、それぞれ少なくとも1つの前記制御ユニット(22)とペアになった駆動システムであって、
    マスタ制御ユニット(22a)を備えており、
    前記マスタ制御ユニット(22a)及び前記駆動ユニット(20)に関連付けられた前記制御ユニット(22)は、先行する請求項のいずれか1項による制御方法がそれらによって実行されるようにプログラムされていることを特徴とする駆動システム。
  11. 前記駆動ユニット(20)としての内燃機関(10)と、前記駆動ユニット(20)としての電気モータ(12)とを特徴とする請求項10に記載の駆動システム。
  12. それぞれが駆動ユニット(20)を備えており、それぞれが制御ユニット(20)に関連付けられている複数のサブエンジン(18)に細分化された内燃機関を特徴とする請求項10または11に記載の駆動システム。
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