補完的再生トルク・システムおよびその制御法

【課題】車両用補完的再生トルク・システム（ＲＴＳ）のための制御装置、既存の車両コンポーネントとのインターフェース、とそれに付随した制御。
【解決手段】再生トルク・システムは車両の駆動列に対してエネルギー貯蔵およびエネルギー供給を選択的に行い、要求があったときに補完的トルクを供給する。再生トルク・システムは液圧的または電気的なものであることが可能であり、また、エンジンから見て変速機の上流側または下流側に配置することができる。再生トルク制御モジュールは、加速ペダル位置センサとエンジン制御モジュールの間に配置され、加速ペダル位置信号をインターセプトし、再生トルク・システムの動作モードに応じてそれを修正し、修正後のスロットル信号をエンジン制御モジュールに送る。再生トルク制御モジュールはエンジン制御モジュールからの各種信号をインターセプトし、修正した上で車両のその他の制御モジュールに一斉送出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用補完的再生トルク・システム（ＲＴＳ）［ＲｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅＴｏｒｑｕｅＳｙｓｔｅｍ］のための制御装置、既存の車両コンポーネントとのそのインターフェース、およびそれに付随した制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両は内燃エンジンを唯一のトルク供給源として有する。図１に、従来の４輪駆動車における信号およびトルクの流れならびにそれに関連した制御を概略的なフロー・チャートで示す。要求されるエンジン・トルクを示すためにしばしば加速ペダル位置（ＡＰＰ）［ＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒＰｅｄａｌＰｏｓｉｔｉｏｎ］センサが使用され、そのＡＰＰおよびその他の感知された条件に応じてエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）がエンジンを制御する。ＥＣＭは変速機制御モジュール（ＴＣＭ）との間で通信を行い、このＴＣＭは、各種条件の中でも特に、ＡＰＰ、エンジン出力トルク、エンジン速度（ｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄ）、車両速度に従って変速機を制御する。このようなアセンブリは当技術においてはよく知られている。従来技術によるこの種のシステムでは、補完的または追加的なトルクを供給することも、車両の減速時に空費される膨大なエネルギーを貯蔵し、またはその他利用することもできない。
【０００３】
従来技術では、車両の減速時にブレーキの発熱の形で失われる運動エネルギーの一部を捕捉して貯蔵し、その貯蔵したエネルギーを車両の再加速のために利用するように考案された多様な車両システムが提供されている。この種のシステムでは、多くの場合、駆動軸のトルクが変速機と車両の駆動輪の車軸との間のどこかで変換される。一部のシステムにおいては、電動発電機、バッテリおよびコンデンサによって構成され、制動時に運動エネルギーを電気的ポテンシャル・エネルギーに変換し、トルクが必要とされるときにモータを駆動する電気ハイブリッド装置が使用される。別のシステムでは、ポンプ、モータおよび蓄圧器によって構成され、制動時に運動エネルギーを液圧ポテンシャル・エネルギーに変換し、トルクが必要とされるときにモータを駆動する液圧ハイブリッド装置が使用される。
【０００４】
液圧ＲＴＳの一例では、車両の駆動列（ｄｒｉｖｅｔｒａｉｎ）によって駆動される一体型ポンプ・モータ（Ｐ／Ｍ）［ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｕｍｐＭｏｔｏｒ］が使用される。Ｐ／Ｍは、液圧蓄圧器に蓄圧する生成ポンプ・モードと駆動列にトルクを供給するモータ・モードとの間で切り替えを行う。この種のポンプ・モータは当業者の間でよく知られているものである。この種の設計の多くは、斜板式可変容量型Ｐ／Ｍを含む。斜板の角度がゼロの場合、Ｐ／Ｍのピストンはシリンダ・ブロックに対して往復動をなさず、Ｐ／Ｍはポンプ作用もモータ作用も行わない。斜板の位置はＲＴＳの動作モードに応じて制御される。制動時、Ｐ／Ｍはポンプとなり、蓄圧器に蓄圧する。加速時には、蓄圧器がＰ／Ｍの動力源となり、それによってＰ／Ｍは駆動列にトルクを供給するモータとして機能する。
【０００５】
こうした従来技術による装置やシステムはどれも費用がかさむ上に、既存の車両の制御システムとあわせて設置することが困難であり、とりわけ、既存の制御システムとの簡易な統合には必ずしも適しておらず、本発明によるアセンブリに関連した便益を提供することができない。
【発明の要約】
【０００６】
本発明は、エンジンおよびそれに付随した制御装置と、ＡＰＰセンサと、変速機ユニットおよびそれに付随した制御装置と、車両を推進するための１対の車輪を駆動する駆動軸と、再生トルク・ユニットとを備えた車両のための補完的ＲＴＳ用制御装置に関する。再生トルク・ユニットは、要求されたときに補完的トルクを供給するように駆動列に対してエネルギーの貯蔵および供給を選択的に行う。再生トルク・ユニットは、エンジンから見て変速機の上流側または下流側に配置することができる。再生トルク制御モジュール（ＲＴＣＭ）は、既存の車両の配線ハーネスとＥＣＭまたは必要とされるその他の制御モジュールとの間に配置され、それぞれの制御モジュールの入出力信号のうちの関係する信号をインターセプト（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）し、ＲＴＳの動作モードに応じてその信号を修正する。本発明は、既存のエンジン制御装置、変速機制御装置またはその他のシステム制御装置に変更を加えることなく、車両にＲＴＳを付加することができるものである。また、本発明は、ＲＴＳが故障したときに制御信号がもとの値に戻るフェールセーフ・モードの動作も提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図２〜３は本発明の好ましい実施形態によるアセンブリを示す。内燃エンジン１は、変速機３と、付随する駆動軸と、駆動輪の間の差動装置と、４輪駆動車の場合は前後の車軸間でトルクを分配するトランスファー・ケース５とを含む駆動列を駆動するトルクの一次供給源の役を果たす。再生トルク供給源（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｔｏｒｑｕｅｓｏｕｒｃｅ）１２は、要求されるときに駆動列に補助的なトルクを供給するため、および減速／車両の制動時にエネルギーを貯蔵するために使用される。好ましい実施形態の１つでは、エンジンと変速機の間にトルク合計装置（一体型ポンプ／モータなど）１０が配置される。
【０００８】
本発明は、必要に応じて駆動列に補完的トルクを供給するのに特に適している。変速機に供給されるトルク量は、エンジンから供給されるトルクと再生トルク源から供給されるトルクとの合計である。再生トルク制御モジュール（ＲＴＣＭ）２０は、トルク要求などの車両の条件や、エンジンまたは再生トルク供給源１０／１２のいずれかによって用意できるトルク量に応じて、エンジンおよび再生トルク源から供給されるトルク量を制御するように働く。ＲＴＣＭ２０は、エンジン１と再生トルク供給源１０／１２との間でトルク供給をどう配分するかを計算する。再生トルク供給源によって供給されるトルクは、エンジンのトルクに対して追加的（付加）であってもよく、補完的（代替）であってもよい。エンジンまたは再生トルク供給源によって供給されるトルクの比率は、車両の動作条件、トルク要求、およびそれぞれの供給源がある時点に供給することができる利用可能トルクによって異なる。その合成トルクは２つのトルク供給源の合計である。ＲＴＣＭ２０は、必要に応じて駆動列にトルクを選択的かつ適切に供給するために再生トルク供給源を制御するのに必要なアルゴリズムを含む。一方、エンジンは、通常はエンジン製造者によって供給される電気制御モジュール（ＥＣＭ）２２によって制御される。
【０００９】
現代の内燃エンジンは非常に複雑である。エンジンは、感知される一連の車両の条件に応じて制御される。エンジン性能を効率的に管理するため、酸素センサ、車速センサ、エンジン速度センサなどのセンサ、およびその他一連の入力がすべてＥＣＭ２２によって利用される。点火のシーケンス決定、噴射装置の制御などはいずれも今日のエンジンではダイナミックな部分を構成している。感知されるパラメータの１つに加速ペダル位置（ＡＰＰ）センサ２４がある。加速ペダルの位置を感知することにより、エンジンによるトルクに対する一次的な要求がもたらされる。しかし、再生トルク供給源が駆動列に補完的トルクを与えると、エンジンの制御が正確に行われなくなる。これは、ＡＰＰセンサ２４によって指示されるある所与のトルク要求に対して、エンジン１は、期待されるトルクの一部分が再生トルク供給源１０／１２によって供給されることを知らされないまま、ＡＰＰセンサ２４によって要求されるトルクを供給しようとするためである。そのため、加速ペダルに対するトルクの反応が整合性のないものとなることが考えられる。これは、運転が直感にそぐわないものとなって運転者の注意をそらし、再生トルクの供給時には車両の運転の扱いに特別な技能を要求する結果となって、望ましくない。この問題を解決するため、ＲＴＣＭはＡＰＰ信号をインターセプトし、修正する。
【００１０】
既に述べたように、ＡＰＰは通常はＥＣＭ２２に直接送られる。しかし、本発明による構成では、ＡＰＰはＲＴＣＭ２０によってインターセプトされる。その上でＲＴＣＭ２０は、再生トルク供給源１０／１２を介して補助トルクを供給するときにはこの信号を適宜修正する。たとえば、運転者が加速ペダルを踏み込むとき、車両条件が再生トルク供給源１０／１２による大量のトルク供給を担保している場合がある。そのような場合、エンジン１からのトルクはほとんど要求されないことも考えられる。しかし、仮にエンジン１がオリジナルのＡＰＰ信号２４を受け取るようになっていると、エンジン１は過大なトルクを供給することになり、車両は運転者の期待どおりには動かない。そのような事態を避けるため、ＲＴＣＭ２０は故意に少な目の加速ペダルの踏み込みを示すものとなるようにＡＰＰ信号２４に修正を加える。これにより、最終的に運転者の期待どおりのトルクの供給が変速機３に対して行われる。ＲＴＣＭ２０が再生トルク供給源１０／１２に要求するトルクが少ないときは、ＲＴＣＭ２は、エンジン１がそのトルクの比率を必要なだけ引き上げるように、ＥＣＭ２２から見たＡＰＰ２４を修正する。補助トルクをかける必要のない条件となったときは、実際のＡＰＰ２４が修正を加えられることなくＥＣＭ２２に送られる。
【００１１】
現代の従来型車両では、ＥＣＭ２２は、他のシステム制御モジュール、特に変速機制御モジュール（ＴＣＭ）３０とも通信用バスまたはその他の手段を通して通信を行っている。ＴＣＭ３０は、変速戦略の実装のため、ＡＰＰ２４、エンジン・トルク信号またはＥＣＭ２２によって生成されるその他の信号を使用する可能性がある。補完的トルクが再生トルク供給源１０／１２によって供給されていると、変速機３はＥＣＭ２２から判断を誤らせるような信号を受け取ることになり、不適切な変速を行う結果となる。こうなるのは、実際にはエンジン・トルクと再生トルク供給源１０／１２から供給されるトルクとを合計したものを得ているときに、ＴＣＭ３０がエンジン１からのトルクだけを表す信号を受け取っていることによるものである。この欠点を是正するため、ＲＴＣＭ２０はＥＣＭ２２によって生成されるトルク信号をインターセプトし、再生トルク供給源からの補助トルクの供給に合わせてトルク信号に修正を加える。修正されたトルク信号は、エンジン・トルクと補助トルクの比率で比例配分された合計からなる。そうすることで、車両の通信バスに接続されているその他の制御モジュールがトルクの分配に関知することはない。ＡＰＰ２４センサを使用する変速機の場合は、その信号もＲＴＣＭ２０によって修正することができる。
【００１２】
図４は、ＥＣＭを備えた従来型エンジンの透視図である。図５は、ＥＣＭに接続されたエンジン配線ハーネスを示したもので、車両の配線ハーネスはＥＣＭを車両各部の様々なシステムのすべてに接続している。現代のエンジンおよびそれに付随した制御モジュールは高度なものとなっており、ＲＴＳを装備する個々の車両についてＥＣＭやその他の既存の制御モジュールを交換するのは実際的でない。そうなれば、エンジンと変速機の組み合わせの種類ごとに異なるＲＴＣＭ２０が必要となってくる。そのため、オリジナルのＥＣＭ２２をそのまま利用し、および後付け式の機構を用いることによって、感知した様々な条件および信号のすべてを受け取り各種システム・コンポーネントすべての制御を続けるというオリジナルＥＣＭ２２の能力を損なうことなくＲＴＣＭ２０がパススルー装置（ｐａｓｓ−ｔｈｒｏｕｇｈｄｅｖｉｃｅ）を使って容易かつ単純な後付け接続を行えるようにすることが望ましい。ＲＴＣＭ２０はＲＴＳを制御し、そのままでは他の制御モジュールまたは制御システムに誤った影響を与えることになる信号のみをインターセプトし、修正する。図６は、本発明の好ましい実施形態による態様を示す。ＲＴＣＭ２０は、通常はＥＣＭ２２に接続されている車両の配線ハーネス束コネクタに接続される。その接続はＥＣＭ２２の接続を忠実になぞったものである。それぞれ異なるモジュールに向けた複数の信号を使用するシステムについては（図７）、それぞれの配線ハーネスが同じように複製される。複数のエンジン／ＥＣＭ２２のプラットフォームに共通して実施する場合には、ＲＴＣＭ２０はＲＴＣＭ２０と配線ハーネスの間にアダプタを使用することができる。ＲＴＣＭ２０は、他のシステム制御装置に一斉送出する前に修正する必要のあるＡＰＰ２４およびその他の信号をインターセプトする。ＲＴＣＭ２０からＥＣＭ２２に向かう第２の配線ハーネスが用意される。配線ハーネス内にあって各種信号を伝送する複数の束ねられた配線に関しては、何の変更も加えられないままにＲＴＣＭ２０を素通りさせられ、ＥＣＭ２２へと導かれる。
【００１３】
ＥＣＭ２２の出力も戻されてＲＴＣＭ２０を通される。ＥＣＭ２２の出力信号の大半は単に素通りさせられ、他の車両システム／コンポーネントに導かれる。しかし、ＲＴＣＭ２０はエンジン・トルク信号などの信号をインターセプトする。補助トルクが供給されているときには、エンジン１は駆動列トルク全体の一部分を供給しているだけである。ＲＴＣＭ２０は、変速機３にかかる全トルクが反映されるようにエンジン・トルク信号を修正する。この信号はＴＣＭ３０および車両のその他の任意の制御モジュールに送られる。
【００１４】
車両の減速時には、ＲＴＳは貯蔵装置として作用する。当技術においては、ポンプ・モータや電動発電機などのエネルギー変換装置は特定の速度で効率が最大となり、それに応じた調整がなされていることが知られている。そのため、減速中は、できるだけ駆動軸が指定された速度域の範囲内で回転するように変速機３を制御して、それによってエネルギー変換装置の効率を最大にして、貯蔵エネルギーの増大を図ることが望ましい。ＲＴＣＭ２０は、感知される車両のパラメータすべてに対して全面的にアクセスできるようになっている。エンジン・トルク、ＡＰＰ２４およびその他の信号は、ＲＴＣＭ２０によって修正された後にＴＣＭ３０に送出されるようにすることで、エネルギー変換装置の動作およびエネルギー貯蔵に有利な変速ポイントの維持をＴＣＭ３０に強制することができる。これは、エネルギーの抽出がエンジン１と変速機３の間で行われる構成が採られる場合に有効である。変速機以降でトルクを抽出するＲＴＳの場合は、同様の変更が、エンジンの制動が最小限となる条件を維持することによりエネルギー回収に有利となることが考えられる。この動作モードは、エンジンの制動トルクを利用するための変速機の切り替えに依存していることが多い従来のシフトダウン操作とは趣を異にする。ハイブリッド式ＲＴＳの環境は従来の駆動列とは大きく異なっている。本発明は、減速時における車両変速機３の動作の変更を可能とするもので、それによって当技術でかつてなかったエネルギー変換装置速度の最適化を行う。
【００１５】
ＲＴＣＭ２０は、ＲＴＳが使用不可または動作不能の状態にあるときには、ＲＴＣＭ２０によってインターセプトされた信号が自動的に切り替えられ、無修正の制御信号が通過するように構成される。図８はこのフェールセーフ回路の典型的な機構を示したものである。ＲＴＣＭ２０の入力信号と出力信号はそれぞれリレーまたはその他のスイッチ素子によって切り替えられる。スイッチは、バイパス・モードにデフォルト設定される。ＲＴＣＭ２０が給電を受け、故障条件なしで動作しているときは、リレーのスイッチが入った状態となって、これにより制御信号はＲＴＣＭ２０に通される。この機構により、ＲＴＳが故障または停止状態となったときには、オリジナルのＥＣＭ２２、ＴＣＭ３０またはその他の制御モジュールは正常に動作することができる。
【００１６】
たとえば、ＲＴＳの電源が失われると、ＲＴＳはエネルギーを貯蔵することができなくなり、使用不可の状態となる。この場合、フェールセーフ・リレー回路への給電が断たれる一方、エンジン、変速機および車両のその他のシステムは正常に動作を続ける。フェールセーフ・リレー回路は、検出された他の故障動作条件に応じて入力信号をバイパスさせるよう応答することもできる。
【００１７】
ここまで、本発明について好ましい実施形態に即して説明し、記述してきたが、当業者には、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更や修正を加えることが可能であることが理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の４輪駆動車における信号およびトルクの流れならびにそれに付随した制御の概略フロー・チャートである。
【図２】本発明による４輪駆動車における信号およびトルクの流れならびにそれに付随した制御の様子を示したフロー・チャートである。
【図３ａ】ＲＴＳをエンジンと変速機の間に配置した２輪駆動車における本発明によるＲＴＳの概略図である。
【図３ｂ】ＲＴＳを変速機と駆動軸の間に配置した２輪駆動車における本発明によるＲＴＳの概略図である。
【図４】配線ハーネス束がエンジンのＥＣＭに接続された従来型内燃エンジンを示す図である。
【図５】図４の内燃エンジンの配線ハーネスの概略図である。
【図６】単一モジュールのインターフェースによって実施した本発明による配線ハーネスの概略図である。
【図７】複数モジュールのインターフェースによって実施した本発明による配線ハーネスの概略図である。
【図８】本発明による典型的なパススルー式フェールセーフ配線構成を示した概略図である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生トルク・システム付き車両であって、
加速ペダル位置を感知する加速ペダル位置センサを有し、該加速ペダル位置センサは該加速ペダル位置を表す加速ペダル位置信号を生成する、エンジン、および、
前記エンジンによって駆動され、前記車両を推進する少なくとも１対の車輪を駆動する変速機ユニット
を含む駆動列と、
エネルギーを貯蔵し、それを前記駆動列に供給することによって補完的トルクの選択的な供給を要求に応じて行う再生トルク・ユニットであって、前記エンジンから見て前記変速機の上流側に配置されている再生トルク・ユニットと、
動作条件に応じて前記エンジンを制御するエンジン制御モジュールと、
前記加速ペダル位置センサと前記エンジン制御モジュールの間に配置された再生トルク制御モジュールであって、前記加速ペダル位置信号をインターセプトし、該信号を前記再生トルク・ユニットの動作モードに応じて修正する再生トルク制御モジュールと
を備え、
前記再生トルク制御モジュールが複数の無修正の信号を配線ハーネス束に流すパススルー装置を備え、それにより、通常はエンジン制御ユニットに接続される単一の結束コネクタを有する配線ハーネスによる後付け設置が容易となっており、該パススルー装置は、故障条件に対応してすべての入力信号を修正なしで通過させるためのフェールセーフ装置を含む、
再生システム付き車両。
【請求項２】
前記フェールセーフ装置が、修正なしで前記入力信号に前記再生トルク制御モジュールをバイパスさせるためのリレー回路を含む請求項１記載の再生システム付き車両。

【図１】