JP4553319B2 - 車輪の摩擦を制御する流体移送回路 - Google Patents
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Description
本発明は、油圧モータで個別に駆動される多数の車輪を有する自動車の分野に係り、より詳しくは、このような自動車のための安価な流体移送電子制御システムに関する。
オンロード車やオフロード車、または各種の車両において、油圧駆動式の車輪を２〜４個有するものは公知となっている。
油圧駆動式の車輪を多数有する車両に見られる問題は、次の２つである。（１）車輪のスリップ（速度が過大なとき）、および（２）車輪のドラッギング（引き摺り；速度が過小なとき）。車輪のスリップは、油圧モータが、ある車輪を、他の車輪に比して、または走行面との摩擦に比して、著しく速い速度で駆動するときに生ずる。このとき、車輪はスピンして、駆動力を失い、またハンドル操作も利かない状態となる。さらに、スピンしている車輪は、油圧ポンプから送り込まれる流体をすべて消費するため、流体が他の油圧モータへ流れなくなり、自動車は停止する。
車輪のドラッギングは、車輪の回転が停止しているときや、車輪の回転が突然遅くなったときに生ずる。車輪の回転が突然減速すると、芝が傷ついて、でこぼこになったり、ハンドル操作に無駄が生じたり、タイヤに好ましくない摩耗が生じたりする。
このような問題に対処するための一つの方法は、油圧の流路に、油圧Ｃ／Ｄバルブ（油圧重ね合わせ／分岐(Combiner/Divider)バルブ）を設けるというものである。油圧Ｃ／Ｄバルブは、油圧の流路に低コストで設置することができる。油圧Ｃ／Ｄバルブは、流体の供給側と作動ポートとの間の油圧差に基づいて作動する。
車両が摩擦を必要とするときには、駆動ポンプから送られる流体の圧力は、通常きわめて低い。したがって、油圧Ｃ／Ｄバルブの前後における圧力降下は、通常、バルブのスプールを適切に作動させるには十分ではなく、オペレータ88が操作しないと、スリップしている車輪は、送り込まれる流体をすべて消費し、車両は停止する。
通常、オペレータ88は、油圧ポンプに対し、流量が閾値に達するように、多くの流体を送り込むよう指令する。流量の閾値とは、油圧Ｃ／Ｄバルブにおいて、複数の油圧モータに向かう流れを、力強く分岐させるために必要な圧力降下を生じさせうる値である。
車両を、建設現場の近く、または作業員や装備品の廻りで作動させる場合には、車輪の摩擦制御機能を働かせるため、オペレータ88が、駆動ポンプに流量を増大させるよう指令を発するのは、望ましくないだけでなく、安全性にも欠けることとなる。
公知の油圧Ｃ／Ｄバルブは、差動時の圧力降下により、油圧回路にかなりの熱を与える。圧力降下は、システムの流量に比例するため、旋回時や低速のオフロード走行時よりも、車両が高速稼動モードのときに最大になる。
一般に、車両が高速で稼動するときには、車輪の摩擦制御は要求されない。しかし、摩擦制御の要求に拘らず、熱は、油圧Ｃ／Ｄバルブを介して、絶えずシステムに加えられる。熱は、油圧による力の伝達にとって、本質的に好ましいものではない。このため、油圧回路の性能を改善しうるよう、構成が複雑でなく、かつ安価な流体摩擦制御用の電子システムが求められている。
車輪のスリップやドラッギングに対処するもう一つの方法は、閉回路において、車輪を駆動する複数のモータに向かう流量を制御する複数のバルブに、容積式ポンプを接続するというものである。ここでのバルブは、２つのポートを有し、２つの位置をとることができ、双方向性で、通常開放されており、流量に比例した制御を行う。
この方法は、上記の油圧Ｃ／Ｄバルブを用いる方法には優るものであるが、依然として課題を抱えている。それは、容積式ポンプを正確に制御するために、各モータと車輪とを結ぶ出力シャフトに、シャフトの回転速度を計測するモータ速度センサを接続しなければならないということである。このモータ速度センサは、容積式ポンプを制御する電子コントローラに対して、電子信号を送る。
しかし、各出力シャフトにモータ速度センサを取り付けると、システムが高価になる。さらに、変速機構は、固有の圧力降下と非効率を引き起こす閉回路を備えなければならない。
米国特許第５，１９０，４４６号
米国特許第５，２５９，７３８号
米国特許第６，４０８，９７２号
米国特許公開第２００６／０１１８３４６号
米国特許第７，３００，３７５号
米国特許公開第２００８／０２５１３０２号
本発明の第１の目的は、４輪駆動車用の流体移送電子制御システムを提供することである。本発明のもう一つの目的は、耐久性があって、製造コストが低く、かつ信頼性のある電子制御システムを提供することである。上記の目的、およびこれ以外の目的は、明細書および図面の記載から明らかになると思う。
本発明は、油圧で駆動される複数の車輪を有する自動車において、車輪と走行面の摩擦を制御する電子制御システムを提供する。
本発明に係る電子制御システムは、ステアリング機構と、コントローラと、複数のデジタル式容積形ポンプと、車輪を駆動するモータおよびカウンタバランスバルブを含む複数の駆動システムと、各駆動システムおよびステアリング機構へ送る流体の流量を制御する電子制御バルブとを備えている。この電子制御システムにおけるコントローラは、前記電子制御バルブを経由して、車輪を駆動する各油圧駆動アセンブリへ流体を送る前記デジタル式容積形ポンプを、前記ステアリング機構から受け取る信号に基づいて制御する。
本発明によれば、油圧で駆動される複数の車輪を有する自動車に用いられるようになっている、耐久性があって、製造コストが低く、かつ信頼性のある流体移送電子制御システムを提供される。
図１は、複数のデジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20を含む開回路である流体移送回路10を示す。デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20は、それぞれ、個別に流体を排出する。デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20は、バルブを機械的に作動させるのではなく、電子制御方式のデジタル型流体バルブにパルスを送ることによって、流体を排出し、それにより、デジタル型バルブへ送られるパルスの正確なシーケンスにより、単段全作動工程または部分作動工程に対応して、作動流体を、それぞれ別々に発生したり、或いは吸収したりすることができる。
デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20は、モータ24によって作動する入力シャフト22によって駆動される。負荷制御バルブ（カウンタバランスバルブ34,36,38,40）をそれぞれ備える複数の油圧駆動アセンブリ26,28,30,32は、モータ42,44,46,48にそれぞれ接続されている。モータ42,44,46,48は、それぞれ、出力シャフト50,52,54,56に連結されており、出力シャフト50,52,54,56は、それぞれ、車輪58,60,62,64に連結されている。
カウンタバランスバルブ34,36,38,40は、車輪58,60,62,64の両回転方向において、駆動トルクと制動トルクを生起させる役割を果たす。デジタル式容積形ポンプ14,12,18,20にそれぞれ接続されている比例制御バルブ（または切替バルブ）66,68,70,72は、それぞれ、油圧駆動アセンブリ26,28,30,32と接続され、これに流体を送り込むことができる。比例制御バルブ66,68,70,72は、それぞれ、モータ42,44,46,48の回転方向を変化させる役割を果たす。
デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20は、ステアリング機構76とデジタル式容積形ポンプ16とを接続している比例制御バルブ74とも接続されている。ステアリング機構76は、デジタルセンサ82と電気的に接続されているラム80と、カウンタバランスバルブ78とを備えている。デジタルセンサ82は、ステアリング角と、ステアリング機構76の作動を測定する。
デジタルセンサ82が存在するときには、デジタル式容積形ポンプは、移動量の制御によって、直接ラム80を制御する。この場合、デジタルセンサ82は、ラム80の中立点にあればよい。ステアリング角は、デジタル式容積形ポンプの移動に係る容積と、デジタルセンサ82の信号から推定される。デジタルセンサ82は、ステアリング角が中立点を通り過ぎる度に、ステアリング角の推定値を較正する。
他の実施形態においては、デジタルセンサ82の代わりに、比例センサ84が、ステアリング角と、ステアリング機構の作動を測定する。この場合には、ステアリング角のアナログ式フィードバックが必要な公知のステアリング機構が用いられる。
デジタルセンサ82と比例センサ84は、両方とも、コントローラ86と電気的に接続されており、両センサ82,84は、コントローラ86に入力信号を送ることができる。コントローラ86は、デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20とも接続されており、また、オペレータ88からも指示を受ける。
コントローラ86は、流量のパルス系列が生成されるように、例えばパルス系列からなる信号を、デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20のバルブに送る。パルスの平均時間は、車輪58,60,62,64がスリップなしで回転するよう、センサとオペレータ88からの入力に基づいて、各油圧駆動アセンブリ26,28,30,32へ送られる流体の流量に対応するものとなる。
コントローラ86は、ステアリング角と自動車の回転位置に従って、各車輪の最適な速度を計算し、各デジタル式容積形ポンプに、望ましい走行速度に適した流量を指示する。流体の各供給ラインにおける圧力は、デジタル式容積形ポンプを、流量要求モードから圧力要求モードへ切り替えるコントローラによって制限するのが好ましい。圧力要求モードとは、供給ラインにおける圧力の制限値を超えないよう、デジタル式容積形ポンプから送られる流体の流量を減少させるモードである。
他の実施形態においては、コントローラ86は、デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20に対して、モータ42,44,46,48の前後における圧力が、各モータ42,44,46,48に対する流量に従うものとなるよう、指令を送る。この実施形態においては、流量の制限値は、車両の平均速度、ステアリング角、および自動車のハンドルの回転位置から算出される。
デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20を用いると、いくつかの利点が得られる。
第一に、デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20は、圧力やシャフトの回転速度の変動を補償し、指示された通りの流量を正確に実現する。すなわち、デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20が、正確に変位して、要求された流量を送り込むため、車輪に速度センサを設ける必要はない。
第二に、コントローラ86は、モータ速度が正確に要求されたものとなるように、モータ漏出特性を補償する。コントローラ86は、モータの既知の漏出特性（圧力、モータ速度、および温度の関数である）に従って、各デジタル式容積形ポンプに要求される流量を増加させることにより、各モータにおける漏出を補償する。このような補償は、デジタル変位方式によって作動するデジタル式容積形ポンプから送られる流体の流量を正確に制御することによって、容易に行うことができる。
エンジン速度は、どのデジタル式容積形ポンプにおける最大の流量も、そのポンプ固有の最大値と等しいか、またはこれよりも小さくなるように、電子制御によって調整される。
ステアリング機構76が、デジタル式容積形ポンプ16と接続されているときには、コントローラ86がデジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20に適切な指令を下せるように、ステアリング角を計測する必要はない。その代わりに、デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20によって送り込まれる流体の流量を時間で積分して、ステアリング角を求める。デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20によって送り込まれる流体の流量は、これらのデジタル式容積形ポンプに要求される流量と一致するからである。ただし、この実施形態においては、ステアリング機構76の位置の推定値を再較正するため、２進法のデジタルセンサを用いている。
他の態様においては、ステアリング機構76は、デジタル式容積形ポンプ16と接続されず、油圧駆動アセンブリ26,28,30,32だけが、デジタル式容積形ポンプ12,14,18,20と接続される。この場合には、車両を適切に運転しうるよう、比例センサ84とオペレータ88を活用する。
流体移送回路10が稼動しているときには、コントローラ86は、センサ82または84からの信号と、オペレータ88からの信号とを比較し、用途に応じて、デジタル式容積形ポンプ12,14,18,20を変位させる。各デジタル式容積形ポンプ12,14,18,20は、コントローラ86から送られる信号に応じて、対応する比例制御バルブ66,68,70,72,74に、種々の流量の流体を送り込む。
比例制御バルブ66,68,70,72，74は、油圧駆動アセンブリ26,28,30,32およびステアリング機構76と連携して作動し、各モータ42,44,46,48およびステアリング機構76に対する適切な流量を発生し、車輪58,60,62,64をスリップなしで回転させる。
デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20によって発生される流量は、モータ42,44,46,48に対して、きわめて正確な量の流体を供給しうる離散的な値となる。このため、車輪と走行面の間に適切な摩擦が生じさせる目的で、モータの出力シャフト50,52,54,56に高価な速度センサを取り付ける必要はない。また、ステアリング角を一杯にとった場合にも、差動ギヤを働かせ、自動車を、スリップなしで（十分な摩擦の下に）走行させることができる。
デジタル式容積形ポンプ12,14,16,18,20は、上記の目的を達成しうるだけではなく、流体移送回路10を開回路として、閉回路に見られる非効率および圧力降下を回避することができる。
当業者であれば、本発明の技術的範囲内で、種々の変形例を想起することができると思われる。そのような変形例は、すべて、特許請求の範囲の記載によって包含される。
10 流体移送回路
12,14,16,18,20 デジタル式容積形ポンプ
22 入力シャフト
24 モータ
26,28,30,32 油圧駆動アセンブリ
34,36,38,40 カウンタバランスバルブ
42,44,46,48 モータ
50,52,54,56 出力シャフト
58,60,62,64 車輪
74 比例制御バルブ
76 ステアリング機構
80 ラム
82 デジタルセンサ
78 カウンタバランスバルブ
84 比例センサ
86 コントローラ
88 オペレータ
12,14,16,18,20 デジタル式容積形ポンプ
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Claims (3)
- ステアリング機構と、前記ステアリング機構と接続されたコントローラと、前記コントローラに接続されたデジタル式容積形ポンプと、前記デジタル式容積形ポンプと接続され、かつこのデジタル式容積形ポンプから流体を受け取って、車輪を駆動させる油圧駆動アセンブリとを備える流体移送回路。
- 前記ステアリング機構は、前記デジタル式容積形ポンプとも接続されていることを特徴とする請求項１記載の流体移送回路。
- 出力シャフトの上流側に設けられる複数のデジタル式容積形ポンプと、前記出力シャフトと接続されたモータと、前記複数のデジタル式容積形ポンプと接続され、かつこれらのデジタル式容積形ポンプから流体を受け取って、複数の車輪を駆動させる複数の油圧駆動アセンブリとを備える流体移送開回路。
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