JP3167526B2 - 車両用液圧駆動システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、乗用車・バス・トラッ
ク等自動車用駆動システムの、省エネルギおよび排出ガ
ス低減のための対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用駆動システムでは、車体
の運動のエネルギや位置のエネルギを回収し、再利用す
ることができるものがまだ殆ど実用化されていない。電
気自動車では、回生制動が可能とされているが、インバ
ータ素子の耐サージ電圧などの課題があり、また走行距
離や寿命など電気自動車そのものの性能の限界を破るこ
とが困難である。

【０００３】発進停止を頻繁に繰り返す路線バスの場合
には特に効果が大きいので、油圧アキュムレータを用い
て回生制動を行う駆動方式が試みられている （例えば
Development of a Braking Energy Regeneration Sys
tem for City Buses, SAE Technical Paper 872265(198
7)）。しかし、エネルギ蓄積容量の限界と、制御上の問
題のため、蓄エネルギ効果の利用は発進加速時に限定さ
れている。従って、定常走行時にもエンジンを最適条件
で間欠運転し、エネルギの蓄積・放出を繰り返すことに
より、より一層の効果を期待する様な試みは行われてい
ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の油圧アキュムレ
ータを用いた車両用液圧駆動システムでは、回生制動は
可能であるが、高圧ガスを使用するため取扱上の危険が
あり、法規上も規制が多い。また、アキュムレータはそ
の重量・体積の大きさに比して蓄積エネルギが小さく、
車両重量の増加によりその効果が減殺される。さらに、
アキュムレータのエネルギ蓄積量を正確に知り難いため
制御上の困難があり、また高圧油の貯蔵・放出に伴う圧
力の変動が大きいので制御が複雑となりその上定格圧力
以下で運転する場合が多くなるので油圧ポンプ・モ−タ
の能力をフルに使用することが出来ない、など多くの問
題点があった。

【０００５】本発明は、高圧ガスを使用しないため取扱
上の危険がなく、また、アキュムレータに較べ単位重量
・体積当りの蓄積エネルギが大きく、さらに、そのエネ
ルギ蓄積量を容易に正確に知り得るため制御上有利であ
り、また高圧油の貯蔵・放出に伴う圧力の変動が小さい
ので、制御が簡単で油圧ポンプ・モ−タの能力を常にフ
ルまで利用できるような、車両用液圧駆動システム提供
することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の車両用液圧駆動システムにおいては、油圧
アキュムレータの替わりに、可変ポンプ／モ−タであっ
てその押し除け容積が正負両方向に無段階に制御可能な
ものを、押し除け容積を負の値まで操作できるプレッシ
ャーコンペンセータにより制御されるようにし、その可
変ポンプ／モ−タの入出力軸にフライホィールを結合し
たもの（以下フライホィールユニットと言う）を用いた
ものである。

【０００７】すなわち、前記フライホィールユニットの
可変ポンプ／モ−タの高圧ポートと、原動機で駆動され
る液圧ポンプ（以下原動ユニットと言う）、および、車
輪を駆動あるいは制動する液圧モ−タ／ポンプ（以下駆
動ユニットと言う）の各高圧ポートとを、共に共通の高
圧ラインに接続する。

【０００８】また、前記フライホィールユニットの可変
ポンプ／モ−タの低圧ポートと、原動ユニット、およ
び、駆動ユニットの各低圧ポートとを、共に共通の（タ
ンクに接続された）低圧ラインに接続する。

【０００９】また、前記駆動ユニットの可変ポンプ／モ
−タは、その押し除け容積が正負両方向に無段階に制御
可能なものを用い、アクセルペダルの踏み込み角度に比
例してその押し除け容積が正方向に増加し、ブレーキペ
ダルの踏み込み角度に比例してその押し除け容積が負方
向に増加する様に、ドライバーにより遠隔制御される。

【００１０】フライホィールユニットの作用に依って、
前記共通の高圧ラインの圧力はほぼ一定に保ちながら、
前記原動ユニットの液圧ポンプの出力エネルギは蓄積・
放出されるので、原動ユニットは連続運転の必要がな
く、最適条件での運転と停止とを繰り返す。その再起動
時には、高圧ラインの圧力を利用して、液圧ポンプを液
圧モ−タとして原動機を起動するのが、バッテリー寿命
の上から、望ましい。

【００１１】また、前記原動ユニットの液圧ポンプが原
動機に、その効率・排ガスその他の観点から観て、最適
の負荷トルクを与える押し除け容積で、かつ、原動機の
効率・排ガスその他の観点から観た、最適の回転速度で
駆動されるように、原動ユニットは制御される。

【００１２】フライホィールユニットの作用に依って、
前記共通の高圧ラインの圧力はほぼ一定に保たれるの
で、原動ユニットの液圧ポンプは、前記最適トルクに対
応する押し除け容積を持った固定容量形ポンプでもよ
い。

【００１３】前記原動ユニットの液圧ポンプとして固定
容量形ポンプを用いた場合、それを原動機を起動する液
圧モ−タとして使用するためには、管路を切り替えるた
めの制御弁が必要となる。原動ユニットの液圧ポンプに
も押し除け容積が正負両方向に無段階に制御可能なもの
を使用すれば、押し除け容積を負の値まで操作すること
によって起動モ−タとなるので、管路を切り替える弁が
不要となる。その上、原動機の温度条件等による最適ト
ルクの変動にも対応できる。したがって、固定容量形と
可変容量形との価格差が大きくない場合は、原動ユニッ
ト用としても駆動ユニットの可変ポンプ／モ−タと同様
なものを使用するのが好ましい。

【００１４】上記可変ポンプ／モ−タは、常に高圧・高
速で運転を続けるので、軸受寿命の制約が少ないことが
必要であり、かつ、全効率が高く、押し除け容積を減ら
しても効率の低下が少ないことが、エネルギ回収効率の
低下を来さないためには必要であり。そこで、発明者の
前発明にかかる、液圧力で偶力を構成する構造の可変ポ
ンプ／モ−タ（回転形流体エネルギ変換機、特許昭６４
ー８１９０、または、回転型流体エネルギ変換装置、特
開平３ー２９００６２）を用いることが好ましい。

【００１５】［作用］上記のように構成された液圧式駆
動システムを備えた車両を運転した時の、フライホィー
ル ユニットの作用を以下に説明する。フライホィール
ユニットは、プレッシャーコンペンセータで制御される
可変ポンプ／モ−タの回転軸にフライホィールを取り付
けたものであるが、従来のコンペンセータ付可変ポンプ
とは異なり、その圧力ー流量特性が流量が負の領域まで
カバーしているので、消費流量の正負に拘らず共通高圧
ラインを一定の圧力範囲（例えば30±2MPa）に保つ働き
をする。

【００１６】プレッシャーコンペンセータは、可変ポン
プ／モ−タの高圧ポート圧力を常に設定圧力と比較して
いて、もし共通高圧ラインに接続された原動ユニットか
ら吐出される流量が駆動ユニットで呑込まれる流量より
も多くて、高圧ポートの圧力が設定圧力より少しでも高
くなろうとした時、直ちに可変ポンプ／モ−タの偏心を
負の方向（モ−タ作動の位置）に設定し、その過剰高圧
液を呑込んで共通高圧ラインの圧力上昇を防ぐ。

【００１７】この時フライホィールユニットの可変ポン
プ／モ−タは液圧モ−タとなり、その出力トルクにより
フライホィールは加速され、その運動のエネルギとして
余剰高圧液のエネルギは蓄えられる。

【００１８】もし共通高圧ラインに接続された原動ユニ
ットから吐出される流量が駆動ユニットで呑込まれる流
量よりも少くて、高圧ポートの圧力が設定圧力より少し
でも低くなろうとした時、プレッシャーコンペンセータ
は直ちに可変ポンプ／モ−タの偏心を正の方向（ポンプ
作動の位置）に設定し、不足する分の高圧液を吐出して
共通高圧ラインの圧力低下を防ぐ。

【００１９】この時フライホィールユニットの可変ポン
プ／モ−タは液圧ポンプとなり、その負荷トルクにより
フライホィールは減速され、その運動のエネルギは高圧
液のエネルギとして放出される。

【００２０】この様にして、共通高圧ラインに入る流量
と共通高圧ラインから出る流量との差が、フライホィー
ルユニットの可変ポンプ／モ−タの最大押し除け容積と
回転速度との積を超えない限り、共通高圧ラインの圧力
はプレッシャーコンペンセータの設定圧力に保たれる。

【００２１】

【実施例】実施例について図面を参照して説明する。図
１は液圧回路全体を示す。押し除け容積が正負両方向に
無段階に制御可能な可変ポンプ／モ−タ１を、押し除け
容積を負の値まで操作できるプレッシャーコンペンセー
タ２により制御されるようにし、さらに前記可変ポンプ
／モ−タの入出力軸にフライホィール３を結合し、前記
可変ポンプ／モ−タの高圧ポート１１と、原動機４で駆
動される液圧ポンプ５の高圧ポート５１、および、車輪
６を駆動／制動する液圧モ−タ／ポンプ７の高圧ポート
７１とを共に共通の高圧ライン８に接続する。

【００２２】さらに、共通高圧ラインにプレッシャーコ
ンペンセータ２の設定圧力より少し高い圧力に設定され
たリリーフ弁９を接続する。したがって、リリーフ弁
９、原動ユニット１００、フライホィールユニット２０
０、および駆動ユニット３００の４者の高圧ポートが共
通高圧ラインに並列に接続される。また、各々の低圧ポ
ートも共通低圧ラインに並列に接続し、共通低圧ライン
は１つの低圧タンクに接続される。

【００２３】図２は、可変ポンプ／モ−タ１として、液
圧力で偶力を構成する構造の可変ポンプ／モ−タ（回転
形流体エネルギ変換機、特許昭６４ー８１９０、または
回転型流体エネルギ変換装置、特開平３ー２９００６
２）を用いた場合に、それを駆動するに必要な駆動トル
クを偏心量との関係で表したものである。したがって、
横軸の正方向はポンプ作用域であり、負方向はモ−タ作
用域である。図は圧力一定の場合を示し、駆動トルクは
正負両域にわたって偏心量に比例した直線であり、その
勾配は当然高圧ポートの圧力に比例する。また、図３の
縦軸を回転速度一定の場合の吐出流量に置き換えること
ができ、その場合吐出流量は同様に正負両域にわたって
偏心量に比例した直線となり、その勾配は当然回転速度
に比例する。

【００２４】図３は、フライホィールユニット２００を
示し、それを制御するプレッシャーコンペンセータ２は
サーボスプール２１とサーボシリンダ２２とで構成され
ることを示す。可変ポンプ／モ−タ１の高圧ポート１１
の圧力が、プレッシャーコンペンセータ設定圧力よりも
高くなろうとした時、サーボスプールは２つの弁位置の
中の右側に切り替わり、高圧液をサーボシリンダのシリ
ンダヘッドに導入し、可変ポンプ／モ−タ１の偏心をモ
−タ作用側に動かして共通高圧ライン８から高圧液を呑
込んで圧力上昇を防ぐ。反対に、高圧ポート１１の圧力
がプレッシャーコンペンセータ設定圧力よりも低くなろ
うとした時、サーボスプールは２位置の中の左側に切り
替わり、高圧液をシリンダヘッドから排出して偏心をポ
ンプ作用側に動かし、共通高圧ライン８に高圧液を吐出
して圧力降下を防ぐ。

【００２５】図４は、可変ポンプ／モ−タ１とプレッシ
ャーコンペンセータ２とを組み合わせた場合の、高圧ポ
ート１１の圧力と可変ポンプ／モ−タ１の吐出流量との
関係を示し、横軸より上はポンプ作動の領域を表し、下
はモ−タ作動の領域を表す。プレッシャーコンペンセー
タの働きによって可変ポンプ／モ−タの偏心量が正負両
域にわたって連続的に制御されるので、流量が回転速度
と最大押し除け容積との積を超えない限り、ポンプ作動
・モ−タ作動両域にわたって、高圧ポート圧力はほぼプ
レッシャーコンペンセータの設定圧力に保たれる。

【００２６】上記のように構成された液圧式駆動システ
ムを備えた車両を運転した時の各ユニットの作用を、運
転操作順序に従って以下に説明する。

【００２７】先ず、エンジン４の最初の始動はバッテリ
ーと始動電気モ−タにより駆動され、原動ユニット１０
０は回転し始める。暖機運転中は原動ユニットの液圧ポ
ンプ５の吐出流量はバイパス弁（図示せず）により低圧
ラインに逃がされる。もし、可変ポンプ／モ−タのを使
用した場合は偏心量をほぼゼロに制御される。

【００２８】その後、電子式制御器（以下ＥＣＵとい
う）はバイパス弁を閉じ、原動ユニットの吐出流量はフ
ライホィールユニットの可変ポンプ／モ−タ１に至る
が、プレッシャーコンペンセータ２の作用により、その
設定圧力を超えないように可変ポンプ／モ−タ１は可変
モ−タとなり、原動ユニットの吐出流量を呑込む。しか
しフライホィールユニットの回転速度が低い間は呑込流
量が少ないので、吐出流量の余剰分はリリーフ弁９より
逃げる。リリーフ弁の設定圧力はプレッシャーコンペン
セータの設定圧力より少し高いので、可変モ−タ１は最
大偏心量にセットされ、最大トルクでフライホィール３
を加速する。

【００２９】フライホィールユニット２００の回転速度
が上がり、原動ユニット１００の吐出流量を全量呑込め
るようになると、共通高圧ライン８はフライホィールユ
ニットの設定圧力になるので、以後、原動機は最適トル
ク（液圧ポンプ５の押し除け容積と設定圧力との積）で
運転され、またその回転速度が燃費・廃ガス等の観点か
ら最適の運転速度に保たれるように、ＥＣＵがスロット
ルを制御する。

【００３０】原動ユニットを運転し続ければその供給流
量はフライホィールユニットを加速して運動のエネルギ
として蓄えられるが、アクセルを踏んで駆動ユニットの
可変ポンプ／モ−タ７の偏心をモ−タ作用側に動かして
車を加速すれば、可変モ−タ７が共通高圧ライン８の高
圧液を消費し、その消費流量が原動ユニットの供給流量
より多くなれば、フライホィールユニットの可変ポンプ
／モ−タ１は可変ポンプとなって不足流量を吐出してエ
ネルギを放出して減速する。

【００３１】以後、ＥＣＵが原動ユニットの間欠運転の
デューティサイクルを制御することによって、フライホ
ィールユニットは、原動ユニットの吐出流量を全量呑込
めるような回転速度を下限とし、許容最高速度を上限と
して、常にその間の回転速度に保たれる。

【００３２】ブレーキを踏んで駆動ユニットの可変ポン
プ／モ−タ７の偏心をポンプ作用側に動かして車を制動
すれば、可変ポンプ７が共通高圧ライン８に高圧液を戻
し、その供給流量によってフライホィールユニットは加
速されてエネルギを蓄える。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、アキュムレータを用いて回生制動を行う油
圧駆動システムに比して、以下に記載されるような効果
がある。

【００３４】アキュムレータの替わりにフライホィール
ユニットを用いるため、高圧ガスを使用する必要がない
ため取扱上の危険がなく、法規上規制の対象にもなら
ず、衝突・火災など事故の際も安全性が高い。

【００３５】アキュムレータに較べてフライホィールユ
ニットはその重量・体積の大きさに比して蓄積エネルギ
量が数倍大きく、従って車両重量の増加によりその効果
が減殺されることが少なく。さらに、エネルギ蓄積量を
正確に知りうるという制御上の利点を生かして原動ユニ
ットの常時間欠運転による原動機の最適な１点のみでの
運転が可能になり、より一層の省エネルギ・排ガス低減
が達成される。

【００３６】アキュムレータに較べて、高圧油の貯蔵・
放出に伴う圧力の変動幅が非常に小さいので制御が簡単
化され、また、常に定格圧力で運転できるので油圧ポン
プ・モ−タの能力をフルに使用することが出来、可変ポ
ンプ／モ−タの小形軽量化が図れる。

【００３７】また、車輪の制動トルクを利用してフライ
ホィールを加速し、その後の発進時にフライホィールで
車輪を加速する省エネルギシステムも検討されてきた
が、従来は、フライホィールのエネルギ蓄積・放出の際
の加速・減速を機械的手段（回転軸で結合）で行う方法
によっていた。この場合、車輪は減速しながらフライホ
ィールを加速し、その後、フライホィールは減速しなが
ら車輪を加速する事になるので、中間変速機に複雑高価
なＣＶＴ（無段変速機）と離接クラッチが必要となり、
それらの制御も簡単ではない。

【００３８】前記のように、フライホィールのエネルギ
蓄積・放出の際の加速・減速を機械的手段（回転軸で結
合）でＣＶＴを介して行う方法に較べて、本発明の方法
は非常に簡単であり、フライホィールユニットのエネル
ギ蓄積放出は、そのプレッシャーコンペンセータに依っ
て自律的に制御されるので、何等別途の複雑な制御を必
要とせず安全確実に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両駆動システム全体の液圧回路を示す。

【図２】可変ポンプ／モ−タの偏心量とトルクとの関係
を示す。

【図３】フライホィールユニットとそのプレッシャーコ
ンペンセータを示す。

【図４】フライホィールユニットの高圧ポートの圧力と
流量との関係を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変ポンプ／モ−タであってその押し除
   け容積が正負両方向に無段階に制御可能なもの（１）を
   押し除け容積を負の値まで操作できるプレッシャーコン
   ペンセータ（２）により制御されるようにしさらに前記
   可変ポンプ／モ−タの入出力軸にフライホィール（３）
   を結合し、前記可変ポンプ／モ−タの高圧ポート（１
   １）と、原動機（４）で駆動される液圧ポンプ（５）、
   および車輪（６）を駆動／制動する液圧モ−タ／ポンプ
   （７）の各高圧ポート（５１、７１）とを共に共通の高
   圧ライン（８）に接続したことを特徴とする車両用液圧
   駆動システム
2. 【請求項２】 車両の定常走行中にあっても、、原動機
   （４）は、その効率・排ガスその他の観点からみた最適
   条件で間欠的に運転され、液圧ポンプ（５）を駆動する
   ようにされた請求項１記載の車両用液圧駆動システム