JP5220006B2 - 全輪駆動システムのための油圧システムと油圧システムを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は道路用車、および/または、オフロード車のための全輪駆動システム用油圧システムに関する。また、油圧システムを制御する方法および上記の方法を実行するプログラムを有するコンピュータ読み込み可能な記録媒体に関する。

近代的な自動車での全輪駆動への応用のための油圧システムは、ウェット・クラッチや差動ブレーキのような全車輪駆動システムの複数の部分を制御して動かすために、油圧コンポーネントを備えている。通常の油圧コンポーネントは、油圧ポンプと制御バルブであり、自動車が安全な方法で駆動するように、これらのコンポーネントの機能は非常に重要である。したがって、全輪駆動システムは、通常は、圧力トランスデューサや、圧力スイッチや、位置指示計などのシステムをモニターするための安全な特徴と共に提供される。

しかしながら、これらのセンサは、非常に高価であり、システムのトータルコストをかなり増加させる。

本発明の目的は、全輪駆動応用のための油圧システム（hydraulic system）を提供することであり、この油圧システムは、今までのシステムと同じように安全であるが、システムの部品が少ないのでかなり安価に製造することができる。これは、先行技術システムのセンサによるパラメータを自動車の油圧システムをモニターして制御する方法で置き換えることによって達成され、この方法では、アキュムレータのフィルレシオ（fill-ratio）が容易に利用可能な制御信号を使用することによって見積もられる。アキュムレータへの正の流量は、油圧ポンプへの供給電圧および供給電流をモニターすることによって見積もられる。アキュムレータからの負の流量は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）から制御バルブへの制御信号（ワークフロー）と、バルブを通る予め決められた漏れ流量とから見積もられ、この負の流量は、例えば、システムの油圧に依存する。アキュムレータのフィルレシオは、上記の正負の流量の合計として見積もられる。

アキュムレータ中の液体レベルの基準値は、アキュムレータが満杯であるとき著しく変化するポンプ電流をモニターすることによって得ることができる。

アキュムレータは、アキュムレータが満杯であるときポンプ電流の変化をより容易に検出するために、アキュムレータが満杯であるときに開く溢出弁（overflow valve）に適合されている。

本発明に基づく全輪駆動システムのための典型的な油圧回路の概略図である。 図１の油圧回路を制御する方法のステップを示すフローチャートである。 アキュムレータの異なる設計に対してアキュムレータの体積の関数として電動油圧ポンプの駆動電流を示す図である。

本発明に基づく全輪駆動システムは、図面を参照して以下の詳細な記載を読むことによってより容易に理解される。本発明は全輪駆動システムのための油圧システム１００に関し、このシステムでは、電動油圧ポンプを作動するための制御方法を使用する。図１に示される本願発明に基づく油圧システムは、電動モータ１１５によって駆動する比較的小さい油圧ポンプ１１０を含む。油圧ポンプ１１０は、リザーバ１２０からふるい１３０まで油圧用流体（作動油 hydraulic fluid）を引き込み、次に、フィルタ１３５を経由して、パルス幅変調（ＰＷＭ）バルブなどのバルブ（制御バルブ）１４０まで加圧された油圧用流体を送出する。油圧ポンプ１１０からバルブ１４０まで導く流路ａは、アキュムレータ１５０に接続される。アキュムレータ１５０は、加圧された油圧用流体の一部を収容する。制御バルブ１４０は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６０によって制御され、ＥＣＵ１６０は、関連する車両から車両速度、車両加速度、流体温度などの信号を受信することができる。制御バルブ１４０は、油圧シリンダ１７０に流体を送出する。油圧シリンダ１７０は加圧された流体が供給されると、油圧シリンダ１７０のピストンと接続されるクラッチ１８０を圧縮することができる。油圧システム１００はさらに流路（ライン）ａとリザーバ１２０との間に連結することができる圧力逃がし弁１９０を装備することができる。圧力逃がし弁１９０は、流路ａ内の圧力が、ある予め決められた圧力に超えるとリザーバ１２０に流体を排出する。流路ａとアキュムレータ１５０を高圧に維持するために、油圧ポンプ１１０または流路ａに逆止め弁（図示せず）を提供することができる。この機能は、油圧ポンプ１１０に組み込むかまたは設計によって与えることもできる。

アキュムレータ１５０は、図１の流路ｂとして示された溢出弁（overflow valve）を備える。アキュムレータ中の流体圧力が十分に高いと、アキュムレータ１５０のピストンは押されて、例えば、アキュムレータ壁中の開口のそばを通る。この開口は、流路ｂにピストンの反対側上でアキュムレータ１５０の高圧側と低圧側との間で流体連絡させる。圧力が低下してピストンが流路ｂを塞ぐまで、油圧用流体は流路ｂを流れる。アキュムレータ１５０の低圧側に漏れた流体は、余水路の溢出弁と流路ｃを経由してリザーバ１２０までに送出される。従って、溢出弁は、圧力逃がし弁（pressure relief valve）としてほぼ機能するが、溢出弁はアキュムレータが満杯であるときを示すので標準の圧力逃がし弁１９０よりも有用である。もっとも標準の圧力安全弁１９０は、アキュムレータピストンが故障する場合など越流水路ｂが誤動作する場合に油圧システムを保護することができるので、依然として有用である。

制御バルブ１４０からの排液は、アキュムレータ１５０の低圧側に接続されている。このことは特別の特徴であり、この特徴は、リザーバ１２０における流体レベルの変化を最小にするために使用される。したがって、アキュムレータは、ピストンの両側またはどちらかの側面上には油圧用流体がある状態であり、いつもほとんど満杯である。

また、油圧システム１００は、第２のアクチュエータに接続された第２の油圧シリンダ（ともに図示していない）を作動させるために追加の弁、例えば、差動ブレーキ（図示しない）を提供することもできる。差動ブレーキは、差動装置にバイパスをつけるために使用され、そうでなければ、差動装置は、差動装置に接続された軸と関連づけられる空転ホイールに少しもトルクを伝達しない。差動ブレーキは、油圧シリンダと類似する油圧シリンダに接続される。当業者によく知られているような追加のコンポーネントもまた、本システムに組み込むことができる。

全輪駆動システムのＥＣＵ（電子制御ユニット）１６０は、電動油圧ポンプ１１０と、制御バルブ１４０に制御信号を送るように構成されており、また、所望であればシステムにオプションに配置されるセンサから信号を受信することができる。ＥＣＵ（電子制御ユニット）１６０は、例えば、電動油圧ポンプ１１０、および/または、パルス幅変調（ＰＷＭ）バルブ１４０に送られる駆動電流や駆動電圧などの制御信号を測定するかまたは見積るためにもまた配置することができる。したがって、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１６０は、以下に詳細に説明されるように、集められたシステム情報を通してアキュムレータ１５０のフィルレシオを見積ることによって、電動油圧ポンプ１１０の電動モータ１１５を制御するように構成されている。

制御バルブ１４０は、例えば、ソレノイド制御式の圧力調節弁あるいは減圧弁であり得る。クラッチ１８０と差動ブレーキは、当技術分野でよく知られたような、例えば、いくつかの分離した軸方向に移動可能なディスクを含むウェット・クラッチか、または、この技術分野で通常のものである他のタイプのものであり得る。

油圧システム１００の作動の間、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１６０は、制御信号αを電動油圧ポンプ１１０に送り、リザーバ１２０から油圧用流体を引き出して、流路ａ中の流体を加圧する。流路ａに接続されたアキュムレータ１５０は、最大圧力まで加圧された流体が供給されると圧力逃がし弁１９０が開かれるか、または、アキュムレータの最大体積まで加圧された流体が供給されると流路ｂがリザーバ１２０と連絡される。次に、電動油圧ポンプ１１０は停止され、流体圧力が低いレベルに達するか、あるいは、アキュムレータレベルが、例えば、アキュムレータからの負の流量の見積りが与えられるような低い状態となると、電動油圧ポンプ１１０は新たに始動される。

制御バルブ１４０は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１６０からの適切な制御信号βによって開けられる。それから、制御バルブ１４０は、油圧シリンダ１７０にある圧力で流体を送出し、それに続いて、クラッチ１８０は、少なくとも一部が圧縮される。クラッチ１８０の圧縮は、自動車の駆動シャフトから被駆動シャフトまでトルクを移すことを可能にするか、あるいは、差動装置をロックすることを可能にする。制御バルブ１４０が閉じられると、加圧された流体は、油圧シリンダ１７０からリザーバ１２０まで、例えば、図１に示されるアキュムレータ１５０の低圧側を経由して排出される。第２のバルブ、第２の油圧シリンダ、および差動ブレーキもまた油圧システム中に取り付けられる場合には、同じ原理が適用される。

アキュムレータ１５０は、バッファーとして作動し、最初に電動油圧ポンプ１１０を含まずに、高速で高圧流体を送出することを可能にする。電動油圧ポンプ１１０は、加圧された流体をアキュムレータ１５０に断続的に供給するので、したがって、電動油圧ポンプ１１０は、平均的な油を供給するための大きさにすることができる。なぜなら、ピークデマンドはアキュムレータ１５０によって供給されるからである。したがって、電動油圧ポンプ１１０は、平均のデマンドによって駆動される。平均のデマンドは、異なった方法で、例えば、パルス幅変調バルブ１４０への制御信号をモニターすることによって、および、油圧システムの様々なコンポーネントを通過する漏れ量の予め決められたテーブルを用意することによって、決定することができる。

本発明に基づく全輪駆動システムのための油圧システム１００は、システムの総合コストを下げるために、センサと他のモニタ装置を必要最小限にするように設計されている。システムの信頼性を維持するために、いくつかの制御の特徴が必要であり、この制御の特徴を以下に示す。

本発明の１つの実施例において、上記説明したシステムに応用可能な方法として、アキュムレータ１５０のフィルレシオの検出に対して適している方法が提供される。この方法は、図２に示される以下のステップを含む。

ステップ２１０:例えば、電動油圧ポンプ１１０への電流、および/または、電圧を測定することによって与えられる、電動油圧ポンプからアキュムレータまでの油の流量を見積る。

ステップ２２０:アキュムレータから制御バルブ１４０、電動油圧ポンプ１１０などを通る基準のシステムの漏れ量を、例えば、油圧に依存する予め決められた最悪の場合の値として見積る。

ステップ２３０:アキュムレータから少なくとも１つの制御バルブ１４０を通過する油圧用流体のワークフロー（work flow）を見積る。ワークフローは、例えば、油圧および油圧システム１００の注入管の弾性に依存する。

上記で得られる見積りの合計は、アキュムレータ１５０中の体積変化を与える。これは、ステップ２４０で遂行される。もしもポンプモータ（電動油圧ポンプ用モータ）がオン（駆動中）の場合、アキュムレータは満杯にされている。ステップ２６０でポンプモータ電流の勾配が計算される。もしも、この値の大きさの絶対値（勾配）が、あるしきい値を超えているなら、アキュムレータが満杯であるので、ステップ２８０で示されるように、ポンプモータが停止（オフ）される。ここでのアキュムレータの体積は、ステップ２９０で与えられるように最大体積Ｖmaxである。もしもアキュムレータが満杯でないなら、すなわち、勾配がしきい値より低い場合には、アキュムレータ中の体積は、ステップ２４０で計算されたような体積変化によってステップ３００で増加される。ここで、この制御方法は、ステップ２１０に戻ることによって繰り返される。

もしもポンプモータが停止（オフ）している場合、アキュムレータの体積は、ステップ３１０で見られるように、体積変化Ｖchange（この場合は負である）だけ増加される。もしもこの計算された体積Ｖaccが予め決められた値Ｖlowより低いと、ステップ３３０で、ポンプは駆動され、アキュムレータは再び満杯にされる。もしもアキュムレータの体積が前記値Ｖlowより低くないならば何もしない。このシーケンスは、ステップ２１０に戻ることによって繰り返される。このアルゴリズムは、１００Ｈzなどの適切な周波数でＥＣＵ（電子制御ユニット）により実行される。

安全上の理由で、最悪の場合の漏れ流量は、このアルゴリズムにおいてオープションで使用される。なぜならこのことがアキュムレータを空にするという危険を最小にするからである。しかしながら、このことは、ほとんど空であると推定されるアキュムレータ１５０を満杯にするために、電動油圧ポンプ１１０の運転周波数を増加させる。

ポンプ電流は、電動油圧ポンプ１１０の負荷の測定のときに、モニターされる。電動油圧ポンプ１１０の電動モーター１１５のこの駆動電流は、図３に示されるように、ポンプのカウンタープレッシャー（反対圧力）の増加に応じて増加する。アキュムレータを満たすとき、ポンプの逆圧は、図３のＡで示されるように増加して、アキュムレータ１５０の溢出（オーバーフロー）流路ｂが図３のＢで開く。このことは、アキュムレータが満杯であることを示す。オーバーフローとなると、圧力が横ばい（levelling-off）となり、したがって、電動ポンプの駆動電流が横ばい（図３のＣ）となる。電動ポンプモータ電流の接線変動を、例えば、ＥＣＵ（電子制御ユニット）によってモニターすることによって、アキュムレータが満タンになるときを観測することが可能である。アキュムレータが溢出（オーバーフロー）流路ｂを装備していない場合、アキュムレータのピストンは端部位置に達して油圧システムは非圧縮性（incompressible）で堅いものとなる。このことは、電動油圧１１０の駆動電流中で、ここでは、図３のＤで示されるような著しい増加として観測することができる。

また、ポンプ電圧もまたモニターされ、これは電動モータ１１５の回転速度に対応し、したがって、電動油圧ポンプ１１０の回転速度に対応する。したがって、ポンプ流量は、ポンプ電圧とポンプ電流を測定しかつ予め決められたモデルを使用することによって見積ることができる。

制御バルブ１４０、電動油圧ポンプ１１０などを通る漏れ流量は、簡単な時間に依存する流量として見積られるが、しかし、漏れ流量は、また、実際に、システムの高圧側の流体圧力に依存している。流体圧力は、上記説明されたように、ポンプ電流によって見積もられるので、従って、流体圧力は、漏れ流量のより正確な予測をするために使用される。

多くの制御信号を使用することによって、アキュムレータ１５０のフィルレシオの見積りはますます正確になる。

本発明は、本発明の方法を実行するためのコンピュータプログラムを記憶したコンピュータで読み取り可能な記憶媒体にも関連し、本方法のステップはコードセグメントによって表されている。

本発明に基づく方法は、上記説明され図１で示されたような油圧システムで実行される。油圧システムの核心は、システムの制御バルブへの高圧な油圧用流体を迅速に送出することを可能にするアキュムレータである。ポンプは時々アキュムレータを補給するときのものであり、システムの最大流量のための大きさにする必要はないので、小さいポンプを使用することができる。

もっとも、本システム中での作動油の消費を最小にすることは有益であり、さもないと、このことが油圧ポンプの頻繁な稼働と総合システムの高いエネルギー消費をもたらすことになる。本システムの効率を向上させる１つの方法は、油圧シリンダを加圧するのに必要とされる流量を最小にすることである。この流量は油圧シリンダのストロークとシステムの弾性に依存する。最小量のストローク（体積に関して）のための油圧シリンダを設計することによって、唯一の残っているパラメータは本システムの弾性である。本システムの弾性は、システムのハウジングとボルトの柔軟性、溶解したまたは同伴するたガスによる作動油の圧縮性、シールの圧縮性、およびクラッチ中のクラッチディスクの圧縮性に依存する。最後の因子であるクラッチディスクはシステムの総合的な弾性に大いに貢献するので、クラッチディスクは最小にされるべきである。

これは、鉄鋼ディスク上に、焼結ブロンズ（青銅）などの非常に低い圧縮係数を有する特有の堅いコーティングを使用することによってなされる。そのようなディスクは、焼結クラッチディスクまたは板と呼ばれ、鉄鋼ベースを含んでおり、焼結コーティングでコーティングされる。また、同様の圧縮性を有するコーティングも適切である。また、ディスクは、鉄鋼キャリヤーと摩擦材料のすべての特徴を有し、かつ、低い圧縮性を有する１個の物質から形成することもできる。焼結ブロンズは、ＣｕＳｎ₁₀または同様の組成物であり、ブロンズの約８〜１２％がスズで、銅が約８８〜９２％で、他の元素、例えば鉄、鉛、炭素が少量存在することを意味する。

Claims (15)

1. 全輪駆動システム用の油圧システム（１００）であって、電動油圧ポンプ（１１０）と、油圧用流体を負荷に送出するための制御バルブ（１４０）と、前記電動油圧ポンプ（１１０）および前記制御バルブ（１４０）に流体連絡しているアキュムレータ（１５０）とを有する、前記油圧システム（１００）を制御する方法であって、
   前記方法は、
   予め決められたモデルを使用して、前記電動油圧ポンプ（１１０）と前記制御バルブ（１４０）とを含む油圧部品群から漏れて、前記アキュムレータ（１５０）の低圧側を介してリザーバ（１２０）に流れ出る負の油圧用流体の漏れ流量を見積る工程と、
   電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１６０）から前記制御バルブ（１４０）への制御信号を調べ、かつ予め決められたモデルを使用して、前記制御バルブ（１４０）を通って前記負荷に供給される負の油圧用流体ワークフローを見積る工程と、
   前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１６０）から前記電動油圧ポンプ（１１０）に供給される制御信号から、前記電動油圧ポンプ（１１０）から前記アキュムレータ（１５０）への第１の正の流体流量を見積る工程と、
   前記見積られた、負の油圧用流体の漏れ流量と、負の油圧用流体ワークフローと、第１の正の流体流量とを、前記アキュムレータ（１５０）の高圧側内の油圧用流体の全量に加える工程と、
   前記電動油圧ポンプ（１１０）の作動モードを制御するために、前記見積られた、負の油圧用流体の漏れ流量と、負の油圧用流体ワークフローと、第１の正の流体流量とが加えられた前記アキュムレータ（１５０）の高圧側内の油圧用流体の全量から前記アキュムレータ（１５０）の高圧側中の前記油圧用流体の体積値を得る工程と、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記電動油圧ポンプ（１１０）に供給される電流を測定し、かつポンプ電流対油圧用流体圧力の関係を示すテーブルのテーブル索引を使用することにより、前記電動油圧ポンプ（１１０）の下流の前記油圧用流体の圧力が見積られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記負の油圧用流体の漏れ流量は、前記油圧システムの高圧側の流体圧力の見積られた値から計算されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１６０）からの前記電動油圧ポンプ（１１０）の電圧および/または電流を測定し、かつポンプ性能に関する予め決められたデータを使用することによって、前記電動油圧ポンプ（１１０）からの前記第１の正の流体流量が見積られることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記電動油圧ポンプ（１１０）が満杯のアキュムレータ（１５０）に油圧用流体を送出する時に起こる前記ポンプ電流の著しい変化を検出するために、前記電動油圧ポンプ（１１０）を駆動するためのポンプ電流が分析されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ポンプ電流が前記アキュムレータ（１５０）が満杯であることを示す場合に、前記アキュムレータ中の流体体積の基準値が最大体積に設定されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記著しい変化は、前記アキュムレータ（１５０）のピストンが前記アキュムレータ（１５０）に組み込まれている放水路の溢出流路（ｂ）を通過したときであり、前記ポンプ電流が横ばいとなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の方法。
8. 前記著しい変化は、前記アキュムレータ（１５０）が満杯となって非圧縮性システムとなりかつ前記電動油圧ポンプ（１１０）の負荷が増加することによる、前記ポンプ電流が急速に増加することであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の方法。
9. 予め決められた低いしきい値に達すると、前記油圧用流体の体積変化値に基づいて、「オン」信号が前記電動油圧ポンプ（１１０）に送られることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 少なくとも１つの前記制御バルブ（１４０）を通る前記油圧用流体ワークフローは、見積もられた油圧と、システム弾性の予め決められたテーブルとに基づいて見積もられることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 全輪駆動システム用の油圧システム（１００）であって、電動油圧ポンプ（１１０）と、油圧用流体を油圧アクチュエータ（１７０）などの負荷に送出するための制御バルブ（１４０）と、前記電動油圧ポンプ（１１０）および前記制御バルブ（１４０）と流体連絡しているアキュムレータ（１５０）とを有する、前記油圧システム（１００）を制御するために、コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータプログラムは、
    予め決められたモデルを使用して、前記電動油圧ポンプ（１１０）と前記制御バルブ（１４０）とを含む油圧部品群から漏れて、前記アキュムレータ（１５０）の低圧側を介してリザーバ（１２０）に流れ出る負の油圧用流体の漏れ流量を見積るための第１コードセグメントと、
    電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１６０）から前記制御バルブ（１４０）への制御信号を調べかつ予め決められたモデルを使用して、前記制御バルブ（１４０）を通って前記負荷に供給される負の油圧用流体ワークフローを見積るための第２コードセグメントと、
    前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）（１６０）から前記電動油圧ポンプ（１１０）に供給される制御信号から、前記電動油圧ポンプ（１１０）から前記アキュムレータ（１５０）への第１の正の流体流量を見積るための第３コードセグメントと、
    見積られた、前記負の油圧用流体の漏れ流出量と、前記負の油圧用流体ワークフローと、前記第１の正の流体流量とを前記アキュムレータ（１５０）の高圧側内の油圧用流体の全量に加えるための第４コードセグメントと、
    前記電動油圧ポンプ（１１０）の作動モードを制御するために、前記見積られた、負の油圧用流体の漏れ流量と、負の油圧用流体ワークフローと、第１の正の流体流量とが加えられた前記アキュムレータ（１５０）の高圧側内の油圧用流体の全量から前記アキュムレータ（１５０）の高圧側中の前記油圧用流体の体積値を得るための第５コードセグメントと、
    を有することを特徴とする、コンピュータプログラム。
12. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させるための、請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
13. 油圧システムであって、
    電動油圧ポンプ（１１０）と、
    油圧用流体を負荷に送出するための制御バルブ（１４０）と、
    前記電動油圧ポンプ（１１０）および前記制御バルブ（１４０）と流体連絡しているアキュムレータ（１５０）と、を有し、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法を実行することを特徴とする油圧システム。
14. 前記負荷は、クラッチを作動するために配置されている油圧シリンダであり、
    前記クラッチが焼結ブロンズの圧縮性と同等の非常に低い総合的な圧縮性を有する少なくとも１つのクラッチディスクとして提供されることを特徴とする請求項１３に記載の油圧システム。
15. 前記少なくとも１つのクラッチディスクが、焼結ブロンズコーティングを含むことを特徴とする請求項１４に記載の油圧システム。

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