JP7440634B2 - 安全駐車システム - Google Patents

Description

以下の開示は、車両を安全に駐車せしめるシステムに関し、より詳しくはデファレンシャルギアの差動ロックを利用して車両の停止を保証する安全駐車システムに関する。

多くの場合に車両は、持続的な停止、すなわち駐車のために、フットブレーキとは独立した系統のパーキングブレーキを備えている。パーキングブレーキの古典的な例は、左右の後車輪にそれぞれ装備されたドラムブレーキをワイヤケーブルにより作動させる機構である。かかる例では車輪が直接的に制動されるしバッテリ等によるバックアップも必要ないので、安全性に優れている。他の例は、トランスミッション内に備えられてギアの回転を停止するドッグクラッチないし爪である。かかる例では車輪を直接的に制動するわけではないことに問題が潜在している。すなわち、通常、回転速度差を許容するために左右の車輪はデファレンシャルギアを介して連結されているが、それゆえ停車中も左右の車輪は互いに反対方向に回転できるので、例えば車両の姿勢によっては静止した状態を維持できずに車両が転動しかねない。車輪をロックする補助的な手段が求められる。

特許文献１，２は関連する技術を開示する。

国際特許出願公開２０１８／００８１６０Ａ１ 日本国特許出願公開２０１８－２０００９３号

従来のパーキングブレーキは安全な駐車のために重量増が避けられず、マイクロカーやバギーのごとき特に軽量な車両に利用することは好まれない。以下に開示するシステムは、車輪をロックする手段に依存せずに安全な駐車を可能にする問題に鑑みて創出された。

一局面によれば、安全駐車システムは、車両を駆動するためのトルクを生ずるモータと、前記モータに駆動的に連結して前記トルクを駆動輪へそれぞれ出力するサイドギアを備え、前記サイドギア間の差動がロックされたデファレンシャルギアと、前記差動のロックを解除するアクチュエータと、を備えたファイナルドライブと、オン位置とオフ位置とを有するイグニッションキーと、オープン位置とクローズ位置とを有するデフロックスイッチと、前記アクチュエータの作動と停止とを切り替える切替器と、前記イグニッションキーと、前記デフロックスイッチと、前記切替器とに電気的に接続されて前記アクチュエータを制御するコントローラであって、前記イグニッションキーが前記オフ位置にあることが検出された時には、前記デフロックスイッチが前記オープン位置にあれば前記アクチュエータを停止し、前記デフロックスイッチが前記クローズ位置にあれば前記アクチュエータを操作しないように構成され、以って何れの場合にも前記デファレンシャルギアの差動をロックして車両を駐車せしめる、コントローラと、少なくともドライブ位置とニュートラル位置とを有するシフタと、前記モータを制動するブレーキと、を備え、前記コントローラは前記シフタと前記ブレーキとに電気的に接続され、前記イグニッションキーが前記オン位置であって前記シフタが前記ニュートラル位置にある時には前記ブレーキを作動せしめるように構成されている。

図１は、システムのブロックダイヤグラムである。 図２は、一例に基づくファイナルドライブの立面断面図である。 図３は、システムを構成するアルゴリズムのフローチャートである。 図４は、フローチャートの一部であって、運転中における処理に関連する部分である。

添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。以下の説明を通じて、右と左を区別することがあり、また前後を区別することがあるが、これらは説明の便宜に過ぎず、いうまでもなく左右および前後を逆転した実施形態が可能である。

本実施形態によるシステムは、三輪スクータ、ゴルフカート、マイクロカーあるいはバギーのごとき比較的に軽量な車両に、特にバッテリで駆動される電動車両に好適に適用することができる。もちろん一般的な車両に適用することができるし、また六輪以上の車両に適用することもできる。以下の説明は、後輪駆動の四輪車であってそのファイナルドライブに電動モータが直接に結合している例に基づくが、もちろんこれは説明の便宜に過ぎない。

図１を参照するに、車両は前輪１Ｆと駆動輪である後輪１Ｒとを備える。前輪１Ｆはステアリングホイール９と結合しており、ステアリングホイール９を操舵することによりその向きを変え、以って車両の進行方向を変えることができる。後輪１Ｒはファイナルドライブ５を介してモータ３に駆動的に結合しており、そのトルクを受容して車両を前進ないし後退せしめる。ファイナルドライブ５は後述のごとくデファレンシャルギアを内包してトルクを左右の後輪１Ｒに差動的に分配する。

図２を参照するに、ファイナルドライブ５は、概して、モータ３よりトルクを受けるケーシング３１と、一対のサイドギア３３を備えたデファレンシャルギアと、噛合によりサイドギア３３間の差動をロックするクラッチ３５と、クラッチ３５を噛合するように付勢する付勢手段３７と、を備える。ケーシング３１はベルト、スプロケットあるいはギア噛合によりモータ３と駆動的に結合しており、トルクを受けて軸Ｃ周りに回転する。ケーシング３１と一対のサイドギア３３とはデファレンシャルギア組を介して駆動的に結合しており、受容したトルクは両サイドギア３３から両駆動輪１Ｒへそれぞれ出力される。

本実施形態においては、クラッチ３５は一方のサイドギア３３をケーシング３１に固定することによりサイドギア３３間の差動をロックするが、差動のロックは他の適宜の構造によることができる。容易に理解される通り、かかる装置はロックアップデフに類似した構造を有するが、付勢手段３７によりクラッチ３５が常時連結しており、定常時において左右のサイドギア３３間の差動はロックされている。アクチュエータ３９に電力が投入されて作動したときにのみクラッチ３５が脱連結して、ロックが解除され、デファレンシャルギアが機能して左右のサイドギア３３間の差動が許容される。すなわちノーマリクローズ（定常時ロック式）ロックアップデフである。言うまでもなく、ファイナルドライブ５は、電力が失われたときには付勢手段３７の作用によりクラッチ３５が連結して、差動をロックした状態を維持する。

付勢手段３７に加え、これと反対方向にクラッチ部材を付勢する他の付勢手段４１を、必須ではないが、ファイナルドライブ５は備えてもよい。これはアクチュエータ３９の負担を軽減し、以ってエネルギ消費を小さくするのに役立つ。

あるいはシステムには、上述のノーマリクローズロックアップデフに代えて、ラッチ機構等によりロックアップした状態を維持するデファレンシャルを利用することができるし、あるいは時限的にのみ脱連結する例えばシフト装置を利用することができる。

図１に戻って参照するに、車両は制動のためにブレーキ７を備え、これはモータ３に内蔵されてそのロータ軸に結合したブレーキであってもよい。あるいはこれに代えて又は加えて、各ホイールに装着されたドラムないしディスクブレーキを、車両は備えてもよい。さらにまた、かかるブレーキ７は電磁ブレーキであってもよく、これは車両の制動だけでなく、電力の回生に利用することができる。給電のあるときにはもちろん、給電のないときであっても、モータ３および電磁ブレーキはロータ軸に負荷を与えて車両を制動しうる。またブレーキ７には、電磁ブレーキに加えて、電力の供給が失われたときにバネ仕掛け等により作動する機械式ブレーキが含まれていてもよく、かかる機械式ブレーキはロータ軸を制動またはロックすることができる。

本実施形態によるシステムは、上述の構成に加えて、概して、コントローラ１１と、アクセルペダル１３と、ブレーキペダル１５と、イグニッションキー１７と、デフロックスイッチ１９と、バッテリ２１と、切替器２９と、を備える。これらのうちアクセルペダル１３と、ブレーキペダル１５と、イグニッションキー１７と、デフロックスイッチ１９とは、何れもコントローラ１１に電気的に接続された入力装置であり、運転者はこれらを介してコントローラ１１に指令を与え、起動、発進、加速、制動、停止、駐車といった車両の操作を実行する。バッテリ２１は、モータ３に電力を供給して車両の動力源となるのみならず、切替器２９を介してファイナルドライブ５中のアクチュエータ３９に電気的に接続されてこれを動作せしめ、さらにコントローラ１１に電力を供給してこれを動作せしめる。

イグニッションキー１７は、システムのオンオフを切り替えるための例えばロータリースイッチであって、少なくともオン位置とオフ位置を有する。これは鍵を差し込んで捻る形式のスイッチであってもよく、あるいは鍵穴のないダイヤルであってもよい。イグニッションキー１７は、また、シフタ、シフトレバーないしセレクタの役割を兼ねてもよい。その場合にオン位置は少なくともニュートラル位置Ｎとドライブ位置とを含み、ドライブ位置はさらに前進位置Ｆと後退位置Ｒとを含むことができる。さらに前進位置Ｆはさらに複数の段階に分かれていてもよく、あるいはさらに他の位置を含んでいてもよい。もちろんシフタ、シフトレバーないしセレクタはイグニッションキー１７から独立していてもよい。

デフロックスイッチ１９はクラッチ３５の操作に利用される、例えばトグルスイッチ、押しボタン、スライドスイッチのごときスイッチであって、少なくともオープン位置ＯＰとクローズ位置ＣＬとを有する。詳しくは後述するが、デフロックスイッチ１９がオープン位置ＯＰのときファイナルドライブ５における差動が許容され、クローズ位置ＣＬのとき差動はロックされる。デフロックスイッチ１９は図示のごとくイグニッションキー１７や他のスイッチから独立していてもよく、あるいはこれらと統合されていてもよい。

システムは、また、差動がロックされているか否かを表示するインジケータを備えてもよい。インジケータはデフロックスイッチ１９に内蔵されたイルミネーションであってもよく、あるいはスイッチ１９から独立した表示装置であってもよい。もちろんインジケータに代えて、または加えて、液晶、有機発光ダイオードまたはレーザ投影を利用した表示装置であってもよく、かかる表示装置上に表示されるシンボルないしアイコンを利用して差動のロック／アンロックを表示してもよい。さらにこれらに代えて、または加えて、スピーカのごとき音響装置から発される注意喚起音を利用してもよい。

バッテリ２１は車両の主たる動力源であって、イグニッションキー１７のオンオフに応じて車両各部に電力を供給また停止する。バッテリ２１は例えばリチウムイオン電池のごとき二次電池であるが、もちろん一次電池であってもよく、あるいは燃料電池のごとき自ら発電する機能を有するものであってもよい。二次電池の場合に、通常は外部の電源による充電を受けるが、あるいは車両が自ら発電機を備えて走行しながら充電を受ける、いわゆるハイブリッド車の構成であってもよい。

バッテリ２１への充電のために、システムはバッテリチャージャ２３を備えることができ、コントローラ１１はその制御の機能も有してもよい。バッテリチャージャ２３はさらに外部の充電器ＰＳに接続することができ、その給電を受けてバッテリ２１を充電する。またバッテリチャージャ２３は、外部の充電器ＰＳに代えて、または加えて、車載の発電機から給電を受けてもよい。

高出力を発揮するべく、バッテリ２１は比較的に高い、例えば４８Ｖの定格電圧を有するが、より低い定格電圧を有するサブバッテリ２５をシステムは備えてもよい。サブバッテリ２５は例えば１２Ｖの定格電圧を有し、専ら比較的小電力の電装品を駆動する用途に使用できる。例えばコントローラ１１は、通常、サブバッテリ２５の給電により動作する。

サブバッテリ２５は例えばバッテリ２１から電力の供給を受けて充電されるが、４８Ｖから１２Ｖへの降圧のためにＤＣ－ＤＣコンバータ２７を利用することができ、コントローラ１１はその制御の機能も有してもよい。

切替器２９は、コントローラ１１に電気的に接続され、その制御の下に断続してアクチュエータ３９への電力の投入を制御する。切替器２９には所謂リレーを利用することができ、リレーは、もちろん、電磁リレー、リードリレー、ソリッドステートリレー、あるいはこれらと均等なものの何れであってもよい。あるいはリレーに代えて、サイリスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、ＭＯＳ－ＦＥＴのごとき、電力を制御するパワー半導体が利用できる。

切替器２９は、バッテリ２１ないしサブバッテリ２５とアクチュエータ３９との間に介在してアクチュエータ３９への電力の投入を制御する。切替器２９は、図１の実線で示すごとく、コントローラ１１の外部にあってもよいが、破線で示すごとくコントローラ１１に内蔵されていてもよい。内蔵されている場合には、実質的に、または少なくとも外見的に、コントローラ１１が直接にアクチュエータ３９へ電力を供給また切断する。

切替器２９がオープン（切断）のときにはアクチュエータ３９へ電力が投入されないので、クラッチ３５はクローズ（連結）となってファイナルドライブ５における差動はロックされる。切替器２９がクローズ（接続）のときにはアクチュエータ３９が作動してクラッチ３５はオープン（脱連結）となって差動が許容される。

コントローラ１１には、後述の一連の処理を実行するように構成された、ソフトウェアと協働して動作するコンピュータチップを利用することができる。コンピュータチップの例としては、車両がその各部を制御するために備える電子制御装置（ＥＣＵ）あるいはそれと均等なものを挙げることができ、また複数のＥＣＵがコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）通信バスを介して相互に接続されていてもよい。あるいは、後述の一連の処理の一部または全部は、ソフトウェアによらずにＡＮＤ，ＯＲ，ＮＯＴ等のロジック回路の組み合わせによっても実行可能である。すなわち、コントローラ１１の一部または全部は、キー１７やスイッチ１９の操作に応じて、モータ３、ブレーキ７、およびアクチュエータ３９への電力の投入および切断を制御するように構成された回路であってもよい。かかる回路は固定的なものでもよく、あるいはプログラマブルなものでもよい。

コントローラ１１は、例えば図３に示すアルゴリズムに従って動作し、以って車両の起動、発進、加速、制動、停止、駐車について運転者を補助する。かかるアルゴリズムは単一のコントローラ１１が実行することができるが、あるいは他のＥＣＵと協働して実行するように構成されていてもよい。またこれらの制御を実行するために、コントローラ１１は直接に又は他のＥＣＵを介して、各種のセンサ、例えば車速センサ、軸速センサ、あるいはクラッチの位置センサに電気的に接続されていてもよい。

図３を参照するに、車両を起動する時は、運転者はまずイグニッションキー１７を操作してこれをＯＮにする。イグニッションキー１７がＯＮの時にはコントローラ１１がブートし、所定のセットアップがなされる。ＯＮにならない場合には、処理はなされず、運転者は再びイグニッションキー１７を操作するか、あるいは車両を点検すべきだろう。

コントローラ１１は次いで、自己診断を実行することができる。その結果、正常でないと判断されたときには、故障情報を記憶して自身を停止することができる。故障情報は運転者に報知されてもよく、そのために、インジケータ、画像表示装置、あるいは音響装置を利用することができる。この場合にも運転者は車両を点検すべきだろう。

これらを経て正常にコントローラ１１がブートした時には、運転者は車両の運転を開始することができる。アクセルペダル１３、ブレーキペダル１５、イグニッションキー１７、およびデフロックスイッチ１９の操作に応じて、コントローラ１１はモータ３、ブレーキ７、および切替器２９（以ってクラッチ３５）を制御し、車両を適切に進行し、制動し、また停止させる。

運転が継続している間、コントローラ１１はイグニッションキー１７がＯＦＦになっていないかを、常に、あるいは周期的に監視している。ＯＦＦでなければ運転者が運転を継続することを意図していると推定できる。

イグニッションキー１７がＯＦＦでない時の処理を、図４を参照して説明する。コントローラ１１は、さらにイグニッションキー１７（あるいは、シフタ、シフトレバーないしセレクタ）がニュートラル位置Ｎにあるか否かを判断する。

ニュートラル位置Ｎにある時には運転者は一時的な停車を意図していると推定されるから、コントローラ１１はブレーキ７を作動せしめて車両を停止させる。次いでコントローラ１１はデフロックスイッチ１９がオープン位置ＯＰにあるか否かを判断する。コントローラ１１は、デフロックスイッチ１９による指示に従い、オープン位置ＯＰにあると判断されたときには、アクチュエータ３９をＯＮにして（切替器２９を接続して）差動を許容し、オープン位置ＯＰにない（すなわちクローズ位置ＣＬにある）と判断されたときには、アクチュエータ３９をＯＦＦにして（切替器２９を切断して）差動をロックする。

ニュートラル位置Ｎにない（すなわち前進または後退位置）時には運転者はなお車両を進行させることを意図していると推定されるから、コントローラ１１はモータ３を作動させる。このときもコントローラ１１は、デフロックスイッチ１９による指示に従い、オープン位置ＯＰにあると判断されたときには、アクチュエータ３９をＯＮにして（切替器２９を接続して）差動を許容し、オープン位置ＯＰにない（すなわちクローズ位置ＣＬにある）と判断されたときには、アクチュエータ３９をＯＦＦにして（切替器２９を切断して）差動をロックする。

何れの場合でも、コントローラ１１は、差動のロック／アンロックを運転者に通知してもよく、かかる通知には、既に述べた通り、インジケータ、画像表示装置あるいは音響装置を利用することができる。制御は図３のｂに戻り、運転者は車両の運転を継続することができる。運転者は路面の状況に応じて自らの判断により、デフロックスイッチ１９の操作により差動の可否を選択し、車両を走行させることができる。

再び図３を参照するに、運転者が車両を停車させようとするときには、まずブレーキペダル１５を踏み下げてブレーキ７を作動させ、車両を停止するはずである。このときコントローラ１１は例えば車速センサを利用して車両の停止を確認してもよい。

既に述べた通り、コントローラ１１はイグニッションキー１７がＯＦＦになっていないかを、常に、あるいは周期的に監視している。コントローラ１１は、イグニッションキー１７がＯＦＦになっていることを検出した時には、次いでデフロックスイッチ１９がオープン位置ＯＰにあるか否かを判断する。オープン位置ＯＰにあると判断されたときには、デフロックスイッチ１９による指示に反してコントローラ１１はアクチュエータ３９をＯＦＦにする（切替器２９を切断する）。あるいはコントローラ１１はデフロックスイッチ１９を強制的にクローズ位置ＣＬにしてもよい。さらにあるいはコントローラ１１は直接にバッテリ２１（あるいはサブバッテリ２５）を制御してアクチュエータ３９への給電をカットしてもよい。何れの場合においてもクラッチ３５はクローズ（連結）となって差動がロックされる。

一方、オープン位置ＯＰにない（すなわちクローズ位置ＣＬにある）と判断されたときには、クラッチ３５は既にクローズ（連結）となっているはずだから、コントローラ１１はアクチュエータ３９を（切替器２９を）操作しない。もちろんコントローラ１１は明示的にアクチュエータ３９をＯＦＦにして（切替器２９を切断して）もよく、あるいはバッテリ２１（あるいはサブバッテリ２５）による給電をカットしてもよい。

何れの場合においても、ファイナルドライブ５における差動はロックされており、車両が転動を起こすことはないから、安全に駐車することができる。次いでコントローラ１１は自身をシャットダウンする。

上述のシステムによれば、車両を停車させようとするときには差動をロックするクラッチ３５が常にクローズとなっているから、車両が転動を起こすことはなく、専らロータ軸を制動するだけで安全に車両を駐車させることができる。すなわち駐車のために、駆動輪をロックするパーキングブレーキのごとき手段を必要としない。またノーマリクローズデフを利用しているので、差動のロックに電力を必要とするわけではなく、駐車中にバッテリが消耗することもない。本実施形態は重量の抑制と消費電力の低減の点で優位であり、比較的に軽量であってバッテリで駆動される車両に適用されれば特に大きな効用をもたらす。もちろんノーマリクローズデフに代えて、給電のないときに差動をロックする何れかの装置が利用できる。

幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

Claims (4)

1. 車両を駆動するためのトルクを生ずるモータと、
   前記モータに駆動的に連結して前記トルクを駆動輪へそれぞれ出力するサイドギアを備え、前記サイドギア間の差動がロックされたデファレンシャルギアと、前記差動のロックを解除するアクチュエータと、を備えたファイナルドライブと、
   オン位置とオフ位置とを有するイグニッションキーと、
   オープン位置とクローズ位置とを有するデフロックスイッチと、
   前記アクチュエータの作動と停止とを切り替える切替器と、
   前記イグニッションキーと、前記デフロックスイッチと、前記切替器とに電気的に接続されて前記アクチュエータを制御するコントローラであって、前記イグニッションキーが前記オフ位置にあることが検出された時には、前記デフロックスイッチが前記オープン位置にあれば前記アクチュエータを停止し、前記デフロックスイッチが前記クローズ位置にあれば前記アクチュエータを操作しないように構成され、以って何れの場合にも前記デファレンシャルギアの差動をロックして車両を駐車せしめる、コントローラと、
   を備えた安全駐車システムであって、
   少なくともドライブ位置とニュートラル位置とを有するシフタと、
   前記モータを制動するブレーキと、をさらに備え、
   前記コントローラは前記シフタと前記ブレーキとに電気的に接続され、前記イグニッションキーが前記オン位置であって前記シフタが前記ニュートラル位置にある時には前記ブレーキを作動せしめるように構成されている、安全駐車システム。
2. 前記コントローラは、前記ブレーキを作動せしめた後、前記デフロックスイッチが前記オープン位置にあれば前記アクチュエータを作動させ、前記デフロックスイッチが前記クローズ位置にあれば前記アクチュエータを停止するように構成されている、請求項１の安全駐車システム。
3. 前記コントローラは前記モータに電気的に接続され、前記イグニッションキーが前記オン位置であって前記シフタが前記ドライブ位置にある時にのみ前記モータを作動せしめるように構成されている、請求項１の安全駐車システム。
4. 前記コントローラは、前記モータを作動せしめた後、前記デフロックスイッチが前記オープン位置にあれば前記アクチュエータを作動させ、前記デフロックスイッチが前記クローズ位置にあれば前記アクチュエータを停止するように構成されている、請求項３の安全駐車システム。

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