JP2014194280A - トルクベクタリングデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】大きさとエネルギー消費量をかなり低減したトルクベクタリングデバイスの提供。
【解決手段】車両のトルクベクタリングデバイスであって、第１駆動シャフト２１４と第２駆動シャフト２１６とを有する車軸２１０に配置されている差動機構２２０ａ、２２０ｂと、前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトとの間で、トルクベクタリングのために前記車軸に接続可能である電気モータ２３０に接続されている電力供給源と、前記電力供給源に接続され、かつ、前記自動車の現在の状態を示す複数の変数を受け取って、前記複数の変数に依存する駆動電流を決定する制御手段とを有し、前記駆動電流は、前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトの一方のトルクを増加し、かつ他方の駆動シャフトのトルクを減少させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、トルクベクタリングデバイスに関する。特に、本発明は、車輪のついた自動車の車軸の第１駆動シャフト及び第２駆動シャフトにトルク差を適用するデバイスに関する。

路上走行車両、特に自動車では、異なる車輪に駆動トルクを自由に分配して自動車の駆動力を充実できることは有利である。この好ましい結果を達成するためのデバイスは、当分野においてトルクベクタリングデバイス（ｔｏｒｑｕｅ ｖｅｃｔｏｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれている。

トルクベクタリングデバイスは、２輪駆動車または４輪駆動車のうちのいずれかで使用できるが、後者は、より一般的であると見なされているにちがいない。また、トルクベクタリングデバイスは、後輪または前輪の駆動シャフトのいずれかで、または、前輪と後輪の駆動シャフトの間でトルクを分配するカーダンシャフトで使用することもできる。

ある状況下では、駆動シャフトの他の駆動車輪に対して正のトルクを有する駆動車輪を提供することは、駆動力に好ましい結果を得るために有利であるかもしれない。そのような正のトルクは、対象とする車輪の駆動シャフトの回転速度を、よく知られた方法で、例えば、１０％だけ高速または増加することで得られるかもしれない。

そのような機械的な歯車装置の多くの例が知られている。高価でかつ重いそのような構成では、トルクベクタリングデバイスは、２つの駆動シャフトのための中央の差動装置（ディファレンシャル）のどちらの側に配置されている。

したがって、２つの車輪間で異なる回転速度が必要とされる場合、先行技術のデバイスは絶対的な回転速度である回転速度に作用し、比較的高出力消費をもたらす重いデバイスとなる。

従って、本発明は、好ましくは、当技術分野における上記特定された１つ又はそれ以上の欠陥及び欠点を、単独または組合せて緩和、軽減、または排除するものであり、付属の特許請求の範囲のデバイスを提供することによって上記説明された問題を少なくとも解決する。

本発明の目的は、上記説明した問題を克服するトルクベクタリングデバイスを提供することである。

また、本発明の目的は、現代の自動車で実施されるように構成された効率的なトルクベクタリングデバイスを提供することである。

さらに、本発明の目的は、大きさとエネルギー消費量をかなり低減したトルクベクタリングデバイスを提供することである。

１つの態様によると、車両のトルクベクタリングデバイスが提供される。トルクベクタリングデバイスは、第１駆動シャフトと第２駆動シャフトとを有する車軸に配置されている差動機構と、前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトとの間でトルクベクタリングのために前記車軸に接続されている電気モータに接続されている電力供給源と、前記電力供給源に接続され、かつ、前記自動車の現在の状態を示す複数の変数を受け取って、前記複数の変数に依存する駆動電流を決定するように構成されている制御手段とを有する。前記駆動電流は、前記電力供給源から前記電気モータに供給され、前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトのうちの一方にトルク増加をもたらし、かつ前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトのうちの他方に対応するトルク減少をもたらす。このことは、トルクベクタリングデバイスを比較的小さく作れるかもしれないという有利さがある。なぜなら、トルクベクタリングデバイスが電気モータに対して絶対的な回転速度に比例する回転速度で作動する代わりに、差動装置の回転速度に比例する回転速度で作動することのみを要求するからである。

前記電力供給源は、蓄電池を含み、前記制御手段は、複数の変数を収集するように構成されている車両通信ネットワークと、前記複数の変数を受け取って、１つ又はそれ以上の制御信号を計算するように構成されているコントローラと、前記１つ又はそれ以上の制御信号を受け取って、前記駆動電流を前記蓄電池を介して電気モータに供給することによって前記蓄電池と前記電気モータとの間で前記エネルギー流れを制御するように構成されているパワーエレクトロニクスユニットとを有するかもしれない。したがって、トルクベクタリングデバイスは、トルクベクタリングデバイスが不均質な摩擦を有する表面で牽引を増進する機能として使用されるようなリアルタイムの状態検出で使用されるかもしれない。

トルクベクタリングデバイスは、前記車軸を駆動するように配置されている電気推進モータをさらに含むかもしれない。このことは、共通の電気システムが、電気モータと電気推進モータのために使用され、それにより、トルクベクタリングデバイスの大きさと複雑さとを低減するかもしれないので、有利である。

前記電気推進モータは、前記車軸に配置され、前記電気推進モータのローターが前記車軸の軸の周りを回転するかもしれない。したがって、車軸にトルクを伝達するコンポーネントが必要ないので、よりコンパクトなデバイスをもたらす。

差動機構（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）は、差動装置（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）を含むかもしれない。このことは、容易に利用可能なコンポーネントが使用され、前記電気モータが遊星歯車セットによって前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトとに接続され、前記電気モータが太陽歯車を駆動し、前記第１駆動シャフトがリング歯車に接続され、前記第２駆動シャフトが遊星歯車セットに接続されているかもしれないので有利である。そのような実施例では、遊星歯車セットの歯数比は、電気モータが作動していないとき、トルクが遊星歯車セットを介して伝達されないように設計されているかもしれない。さらに、遊星歯車セットの歯数比は、第１駆動シャフトと第２駆動シャフトが同じ回転速度で回転しているとき、電気モータがまだ静止しているように設計されるかもしれない。このことは、エネルギー損失をできるだけ抑えられることを意味する。

前記差動機構は、前記第１駆動シャフトに接続されている第１遊星歯車セッと前記第２駆動シャフトに接続されている第１遊星歯車セットとを含み、かつ、前記電気モータが異なる方向に回転する２つの歯車によって前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトに接続され、前記２つの歯車が前記車軸に沿って延びているシャフトによって互いに接続されているかもしれない。したがって、歯車と接続するシャフトは、第１駆動シャフトと第２駆動シャフトが同じ回転速度で回転するとき、まだ静止するように設計されている。さらに、シャフトは、第１駆動シャフトと第２駆動シャフトとの間で差動装置の回転速度に比例する速度で回転するように設計されている。差動装置の回転速度は、たいていは、ゼロかまたは非常にゼロに近いので、エネルギー損失は抑えられるだろう。

前記電気モータは、前記電気モータの回転軸を前記差動機構から切り離すように構成されているクラッチに接続されているかもしれない。前記クラッチの回転速度が予め決められたしきい値を超えるとき、前記クラッチは、自動的に切り離されるかもしれない。さらに又は追加で、前記制御手段は、前記自動車の現在の状態を示す前記複数の変数のうちの少なくとも１つの分析に基いて前記クラッチを自動的に切り離すように構成されているかもしれない。このことは、電気モータが過負荷に対して、例えば、ＥＳＰ介入などの一時的な自動車の条件に対して保護されるので有利である。

前記電気推進モータは、前記車軸から前記電気推進モータを切り離すように構成されている機械的切り離しユニットに接続されているかもしれない。その代わりかまたは追加的に、前記制御手段は、前記車軸から前記電気推進モータを切り離すために、前記自動車の現在の状態を示す前記複数の変数のうちの少なくとも１つの分析に基づいて前記機械的切り離しユニットを自動的に切り離すように構成されているかもしれない。このことは、高速の間にドラッグトルク（空転摩擦トルク）と弱め界磁（ｆｉｅｌｄ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ）が生じ、高損失が減少または排除されるかもしれないので、さらに有利である。

前記パワーエレクトロニクスユニットは、前記蓄電池を介して前記電気推進モータに駆動電流を供給することによって、前記蓄電池と前記電気推進モータとの間で前記エネルギー流れを制御するようにさらに構成されているかもしれない。前記パワーエレクトロニクスユニットは、前記自動車にブレーキをかけている間に逆のエネルギー流れを可能にし、前記蓄電池を充電するようにさらに構成されているかもしれない。

前記コントローラは、複数の制御プログラムを実行するように構成されており、各制御プログラムは、前記自動車の現在の状態を示す前記複数の変数に基づいて、前記パワーエレクトロニクスユニットへの前記１つ又はそれ以上の制御信号によって示されるような前記電気モータに対するトルク要求を適切に計算することによって、前記自動車の駆動力のそれぞれの態様（ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ａｓｐｅｃｔ）を制御するように設計されているかもしれない。

前記コントローラは、前記制御プログラムのうちの異なる制御プログラムから同時発生するトルクを、そのような同時発生する要求に優先順位を付けて、各独立した同時発生するトルク要求を、許可する、組み合わせる、または、禁止することで、最も適切と考えられるように処理するように構成されている調停機能をさらに含むかもしれない。本発明は、付属の図面を参照して、以下に、さらに詳細に記載されるだろう。

本実施例の自動車の概略図である。 別の実施例の自動車の概略図である。 さらに別の実施例の自動車の概略図である。 またさらに別の実施例の自動車の概略図である。 また別の実施例の自動車の概略図である。 本実施例のトルクベクタリングデバイスの概略図である。 本実施例のトルクベクタリングデバイスの横断面図である。 別の実施例のトルクベクタリングデバイスの横断面図である。 本実施例のトルクベクタリングデバイスで使用するクラッチの横断面図である。 自動車の駆動力を規制するためにコントローラデバイスによって図７〜図８のトルクベクタリングデバイスをどのように制御するかを概略的に例示するブロック図である。

当業者が本発明を実施できるように、添付図面を参照して本発明の実施例をさらに詳細に以下で説明する。しかしながら、本発明は、本明細書に詳しく説明される実施例に制限されるものとして理解するべきではなく、多くの異なる形態で実施されるかもしれない。むしろ、実施例は、本開示が徹底的かつ完全なものであるものとして提供され、かつ当業者に本発明の完全な範囲を提供するであろう。実施例は本発明を限定しないが、本発明は付属の特許請求の範囲によってのみ限定される。また、添付図面に例示された特定の実施例の詳細な説明に使用される専門用語は、本発明を限定することを意図しない。

自動車の駆動ラインの構成例は図１〜図６に示される。これらの実施例では、自動車１０は、後車軸１４に接続された前車軸１２とトルクベクタリングデバイス１６とを有する。図１では、前車軸１２は、変速装置１８によって駆動され、後車軸１４は、電気モータ２０によって駆動される。トルクベクタリングデバイス１６は後車軸１４に配置される。図２では、同様の構成が示されるが、ここでは、後車軸は、変速装置１８によって駆動され、前車軸は電気モータ２０によって駆動される。その結果、トルクベクタリングデバイス１６は、前車軸に配置される。図３と図４は、前車軸１２または後車軸１４が電気モータ２０によって駆動され、トルクベクタリングデバイス１６が駆動軸１２、１４に配置される構成に示している。別の例として、図５は、前車軸１２と後車軸１４が電気モータ２０によって駆動される構成を示している。

図６を参照すると、トルクベクタリングデバイス１００の基本的機構が示される。自動車の駆動軸１１０は、変速装置１２０によって駆動され、車軸１１０の対向する端部に接続された２つの車輪１１２_ａ、１１２_ｂを有する。変速装置１２０は、差動機構１３０と結合され、車輪１１２_ａ、１１２_ｂが異なる速度で回転することを可能にする。電気モータ１４０は、差動機構１３０に接続され、車軸１１０の対向する端部にトルク差を提供する。制御手段１５０は、さらに電気モータ１４０に接続され、電気モータ１４０に制御信号を計算して伝達するように構成される。

自動車が真っ直ぐなコースを移動するとき、両輪１１２_ａ、１１２_ｂは、同じ速度で回転するだろう。この状況において、電気モータ１４０は、まだ静止しているだろう。自動車が不均質な摩擦を有する表面を通過するとき、トルクベクタリングデバイス１００は、駆動軸１１０の牽引の潜在力を高めるために使用されるかもしれない。この状況下で制御手段１５０は、信号を電気モータ１４０に送り、電気モータ１４０はトルクを作動させて印加する。この場合、トルクの増加は、車軸１１０の端部の一方に提供され、対応するトルクの減少は車軸１１０の対向する他方の端部に提供するだろう。

トルクベクタリングデバイスの実施例を図７に示す。電気推進モータ２００は、トルクを回転シャフト２０２から歯車２０４、２０５、２０６、２０７、２０８を介して駆動軸２１０に伝達する。駆動軸２１０は、中心部分２１２と第１駆動シャフト２１４と第２駆動シャフト２１６を有する。中心部分２１２は２つの遊星歯車２２０_ａ、２２０_ｂによって第１駆動シャフト２１４と第２駆動シャフト２１６に連結される。中心部分２１２は、太陽歯車２２２に接続され、第１駆動シャフト２１４と第２駆動シャフト２１６は、複数の遊星歯車２２４に接続される。リング歯車２２６は、トルクベクタリングモータ２３０との係合のために外面上に歯を提供する。トルクベクタリングモータ２３０は電気モータであり、起動すると、軸２３２と歯車２３４、歯車２３６を介して回転シャフト２４０に回転を伝達する。回転シャフト２４０は、駆動軸２１０の軸に沿って延び、第１遊星歯車セット２２０_ａのリング歯車２２６と係合する第１歯車２４２と、中間歯車２４６を介して第２遊星歯車セット２２０_ｂのリング歯車と係合する第２歯車２４４を有する。トルクベクタリングモータ２３０が作動するとき、トルクベクタリングモータ２３０は、トルクを提供するだろう。その結果、自動車の実際の状態によって決定されるトルクベクタリングモータ２３０が回転すると、リング歯車２２６の反対の回転が引き起こされるだろう。したがって、トルクの増加は、第１駆動シャフト２１４、第２駆動シャフト２１６の一方に提供され、トルクの減少は、遊星歯車２２０_ａ、２２０_ｂを介して第１駆動シャフト２１４、第２駆動シャフト２１６の他方に提供される。

必要に応じて、電気推進モータ２００は、駆動軸２１０の中心部分２１２に配置されるかもしれない。しかしながら、電気推進モータ２００が駆動軸２１０からある距離で配置される場合に、多くの利点が得られる。例えば、そのような構成物は、以下で詳細に説明される電気推進モータ２００を機械的に切り離す機能の実施を容易にするだろう。そのうえ、遊星歯車２２０_ａ、２２０_ｂは、電気推進モータ２００の寸法に対応する必要が無いのでより小さくすることができる。更なる利点は、電気推進モータ２００が駆動軸２１０からある距離に配置される場合、アクセスが容易となるので、駆動軸２１０の冷却が容易である。

トルクベクタリングデバイスの別の実施例は、図８に示さる。電気モータ（図示せず）は、差動装置ユニット３２０を介してトルクを駆動軸３１０に伝達する。トルクは、差動装置ユニット３２０によって、第１駆動シャフト３１４と第２駆動シャフト３１６の間で等しく分配される。第１駆動シャフト３１４に外側歯を有する歯車３１８が提供され、第１駆動シャフト３１４と同じ中心軸の周りを回転するように配置されている。第２駆動シャフト３１６に外側歯を有する歯車３１９が提供され、第２駆動シャフト３１６と同じ中心軸の周りを回転するように配置されている。

トルクベクタリングモータ３３０は、トルクを第１駆動シャフト３１４から第２駆動シャフト３１６に伝達するか、逆も同様に伝達するように提供される。トルクベクタリングモータ３３０は、遊星歯車セット３４０の太陽歯車３４２に接続される。リング歯車３４６は、歯車３１８、３４８によって第１駆動シャフト３１４に接続される。また、遊星キャリヤー３４４は、シャフト３５０と歯車３１９、３４９によって第２駆動シャフト３１６に接続される。

トルクベクタリングモータ３３０が作動するとき、トルクベクタリングモータ３３０は、歯車３１８、３１９に反対のトルクを供給するだろう。したがって、トルクの増加が第１駆動シャフト３１４、第２駆動シャフト３１６の一方に提供され、トルクの減少が遊星歯車セット３４０を介して第１駆動シャフト３１４、第２駆動シャフト３１６の他方に提供される。

歯車３１８、歯車３４８と歯車３１９、３４９の歯数比が、それぞれ遊星歯車セット３４０の歯数比と調和していると、第１駆動シャフト３１４と第２駆動シャフト３１６が等しい回転速度を有する場合、トルクベクタリングモータ３３０は静止するだろう。もしそうだとすれば、以下の条件
ｉ_１／ｉ_２＝２・（ｒ_０１＋ｒ_０２）／（ｒ_０１＋２ｒ_０２）
を満たさなければならない。ここで、ｉ_１は、歯車３１８、３４８間の歯数比であり、ｉ_２は歯車３１９、３４９間の歯数比であり、ｒ_０１とｒ_０２は、遊星歯車セット３４０の参照半径である。上記パラメータは、トルクベクタリングモータの妥当な速度とトルク要件を達成するために選ばれるかもしれない。例えば、特定の構成では、ｉ_１は３にセットされ、ｉ_２は２、６７であり、ｒ_０１は８であり、ｒ_０２は２８である。

説明された実施例では、トルクベクタリングモータ２３０、３３０は、無段変速リバーシブル電気モータであるかもしれない。

図７と図８に示されるように、トルクベクタリングモータ２３０、トルクベクタリングモータ３３０は、ＥＳＰ調停などの過渡的な自動車条件への過負荷に対する機械的保護を供給するデバイス（自動クラッチ）２６０、自動クラッチ３６０に接続されるかもしれない。自動クラッチ２６０、自動クラッチ３６０は、従って、回転速度が予め決められたクラッチを切り離す限界を超えるとき、トルクベクタリングモータ２３０、トルクベクタリングモータ３３０を切り離すように提供される。そのような自動クラッチ２６０、自動クラッチ３６０の例は、図９に示される。自動クラッチ２６０、自動クラッチ３６０は、シャフト２４０、シャフト３５０に接続されるクラッチドラム２６５と、旋回ジョイント２６２によってクラッチドラム２６５に接続されている少なくとも２つのレバーアーム２６３とを有する。ハブ２６１は、レバーアーム２６３とハブ２６１の間の摩擦を介してクラッチを切り離す限界以下の回転速度がハブ２６１からクラッチドラム２６５まで伝達されるように、トルクベクタリングモータ２３０、トルクベクタリングモータ３３０に接続されている。回転速度がクラッチを切り離す限界に達すると、レバーアーム２６３に作用する遠心力は、バネ力を超え、その結果、トルクは全く伝達されることができない。したがって、遠心クラッチ（自動クラッチ）２６０、３６０は、過剰な速度からトルクベクタリングモータを保護するためにある回転速度でトルクベクタリングモータ２３０、３３０を切り離すだろう。別の例では、制御手段１５０、４２０、４３０、４４０は、自動車の現在の状態を示す複数の変数４４２、４４４のうちの１つを分析することによって自動クラッチ２６０、３６０の自動切り離しを引き起こすように構成される。例えば、自動クラッチ２６０、３６０の自動切り離しは、電気モータ（トルクベクタリングモータ）２３０、３３０の回転速度の分析に基づき、回転速度が変数４４２、４４４のうちの１つとして測定された値を提供する少なくとも１つのセンサによって測定されるかもしれない。

また更なる実施例は、電気推進モータ２００の機械的切り離しユニットを提供する。そのような機械的切り離しユニットは、図９を参照して説明されたクラッチと同様の遠心切り離しユニット、または、例えば、マイクロプロセッサによって制御されるドラッグクラッチ、または、限定されたスリップクラッチによって、ある速度で電気推進モータを切り離すように適合させることができる。特別な種類の電気推進モータに依存するが、ドラッグトルクと弱め界磁から派生する高速での高損失があるかもしれない。電気推進モータを切り離すことによって、そのような損失を最小にでき、したがって、燃料の節約を最大にできるかもしれない。電気推進モータが切り離されるとき、トルクベクタリングモータは、依然として使用され、その結果、車両安定性に影響を及ぼすためにいつも利用されるかもしれない。特定の実施例では、制御手段１５０、４２０、４３０、４４０は、駆動軸１１０、２１０、３１０、４０２から電気推進モータ２０、２００、４００を切り離すために、自動車の現在の状態を示す前記複数の変数４４２、４４４のうちの少なくとも１つの分析に基づく機械的切り離しユニットの自動的な作動を引き起こすように構成されている。

スピードギアは、電気推進モータ２００と駆動軸１１０、２１０、３１０との間に配置されるかもしれない。従って、変速装置などのスピードギアは、電気推進モータの速度とトルクを変換するために使用される。このことは、電気推進モータ２００が最適速度のインターバルで作動することを可能にし、その結果、自動車の全エネルギー消費を低減するので、有利である。

今まで説明したすべての実施例において、トルクベクタリングモータ２３０、トルクベクタリングモータ３３０は、自動車中に配置される制御手段から制御信号を受け取ることを仮定した。制御手段は、複数の自動車変数を受け取って、トルクベクタリングモータに伝達される対応する出力信号を決定するように構成される。例えば、制御手段は、複数の自動車変数を収集するように構成されている自動車ネットワーク通信と、前記自動車変数を受け取って出力信号を計算するように構成されたコントローラと、電力供給源と電気モータとの間のエネルギー流れを制御するために出力信号に対応して電気モータに駆動電流を供給するように構成されているパワーエレクトロニクスユニットとを有する。電力供給源は、例えば、バッテリーや燃料電池のような電気蓄電池、または電気発生機であるかもしれない。トルクベクタリングデバイス１００、２００、３００が、燃焼機関によって少なくとも部分的に駆動される自動車で実施される１つの特定の実施例では、電力供給源は、前記燃焼機関によって駆動される発生機であるかもしれない。更なる実施例では、発生機は、別の燃焼機関によって駆動されるかもしれない。しかしながら、以下の段落で説明される実施例では、電力供給源は電気蓄電池である。

図１０を参照して上記説明された実施例のトルクベクタリングデバイスがどのように車（自動車）などの現代の路上走行車で適用されるかを以下に説明する。図１０で理解できるように、自動車４００は、第１車軸駆動機構４０４によって駆動される第１車軸４０２を含む。周知のとおり、第１車軸４０２上の差動機構４０６は、第１車軸４０２の左の駆動シャフト４０２_Ｌとその上に搭載された左の車輪４０８_Ｌが、第１車軸４０２の右の駆動シャフト４０２_Ｒとその上に搭載された右の車輪４０８_Ｒと異なる速度で回転することを可能にする。上記説明された電気モータ１４０、２３０または３３０などで実施されるトルクベクタリングモータ４１０は、既に図面を参照して説明したように、左の駆動シャフト４０２_Ｌ、右の駆動シャフト４０２_Ｒのうちの一方にトルク増加４１１_Ｉと、左の駆動シャフト４０２_Ｌ、右の駆動シャフト４０２_Ｒのうちの他方に対応するトルク減少４１１_Ｄを提供するかもしれない。図１０において、トルク増加４１１_Ｉは、左の駆動シャフト４０２_Ｌに印加され、一方、トルク減少４１１_Ｄは、右の駆動シャフト４０２_Ｒに印加される。しかしながら、トルクベクタリングモータ４１０の回転を逆にすることによって、状況は正反対になるだろう。

トルクベクタリングモータ４１０は、蓄電池４２４の形態の電力供給源からパワーエレクトロニクスユニット４２０に供給される駆動電流４１２によって駆動される。次に、パワーエレクトロニクスユニット４２０は、トルクベクタリングコントローラ４３０からの１つ又はそれ以上の制御信号４２２によって制御される。駆動電流４１２の振幅と極性は、トルクベクタリングモータ４１０の回転速度と方向を決定し、その結果、左の駆動シャフト４０２_Ｌと右の駆動シャフト４０２_Ｒに印加されるトルク増加４１１_Ｉ／トルク減少４１１_Ｄの大きさと方向を決定する。

電気機械と同様に、トルクベクタリングモータ４１０は、モータとして機能するばかりではなく、第１車軸４０２の回転の機械的エネルギーを蓄電池４２４で受け取って貯蔵する電気エネルギーに変換する発生機として駆動するかもしれない。このことは、自動車の電気エネルギーの消費を抑え、かつ蓄電池４２４の周期的な再充電を延ばすように、回生制動のために有利に使用されるかもしれない。この目的のために、パワーエレクトロニクスユニット４２０は、蓄電池４２４からトルクベクタリングモータ４１０（モータとして作動するとき）まで、及び、トルクベクタリングモータ４１０から蓄電池４２４（発生機として作動するとき）までの電気エネルギーの流れをしっかり制御するために適合されている。したがって、パワーエレクトロニクスユニット４２０は、トルクベクタリングモータ４１０への駆動電流４１２の正確な制御（モータの場合）及び蓄電池４２４へ供給される発生した電流の正確な制御（発生機の場合）を行うことができる高能率のソリッドステート回路を含む。正確な制御は、後者の場合に蓄電池４２４（例えば、１つ又はそれ以上の最先端の高エネルギーリチウム電池の形態）の容量、寿命、および安全性が特に重要であり、そうでなければ、危険にさらされるかもしれない。

自動車４００の実施例では、第１車軸駆動機構４０４は、電気モータも含むかもしれない。そのような場合、この電気モータもまた、パワーエレクトロニクスユニット４２０からの駆動電流４１４によって駆動されるかもしれない。また、逆に、電気モータ４０４は、パワーエレクトロニクスユニット４２０の制御の下で、蓄電池４２４を充電するための発生機として使用されるかもしれない。

既に説明したように、パワーエレクトロニクスユニット４２０は、トルクベクタリングコントローラ４３０からの１つ又はそれ以上制御信号４２２によって順に制御される。前述の制御手段１５０と同じであるかもしれないトルクベクタリングコントローラ４３０は、好ましくは、マイクロプロセッサ（ＰＬＣ、ＣＰＵ、ＤＳＰ）または、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの他の適切な処理デバイス技術、または、目的のタスクを実行できるデジタル及び／又はアナログ回路として実施されるかもしれない。トルクベクタリングモータ４１０の制御を実行し、制御信号４２２を発生できるように、トルクベクタリングコントローラ４３０はプログラムされているか、または、そうでなければ、電気モータ制御機能４３２が提供される。

トルクベクタリングコントローラ４３０の電気モータ制御機能４３２は、自動車の現在の状態に基づいて、制御信号４２２を順番に決定する様々な制御変数のリアルタイムの計算を行うことができる。このために、自動車状態のデータが、複数の外部の自動車変数４４２の形態で、自動車全体に分散されている複数のセンサによって集められる。外部の自動車変数４４２は、車両通信ネットワーク４４０で連続的に伝送され、したがって、このネットワークを介して電気モータ制御機能４３２にアクセスしやすくなっている。例えば、車両通信ネットワーク４４０は、ＣＡＮ（コントローラー・エリア・ネットワーク）、及び／又は、ＦｌｅｘＲｅｙなどの工業基準プロトコルに応じて作られているかもしれない。

さらに、自動車状態変数４４４の形態の自動車状態データは、車両通信ネットワーク４４０上の電気モータ制御機能４３２によって受け取られるかもしれない。そのような自動車状態変数４４４は、主な電子制御ユニット（ＥＣＵ）４５０、アンチロック制動システム（ＡＢＳ）４５２または電子安定性プログラム（ＥＳＰ）４５４などによって、自動車中の他のユニットによって生成されるかもしれない。ＥＣＵ４５０、ＡＢＳ４５２、ＥＳＰ４５４は、それ自身の車軸駆動機構４６４（例えば、燃焼機関など）、差動機構４６６及び１組の左の車輪４６８_Ｌと右の車輪４６８_Ｒを有する第２駆動シャフト４６２を制御するために提供されるかもしれない。自動車の他のユニットからそのような自動車状態変数４４４を受け取って、使用することによって、電気モータ制御機能４３２は、トルクベクタリングモータ４１０（及び、電気モータであるときの第１車軸駆動機構４０４）は、エネルギー消費、サービス寿命、車両安定性、牽引性能、および駆動安全性により最適に駆動される。

逆に、車両通信ネットワーク４４０を使用して、トルクベクタリングコントローラ４３０は、トルクベクタリングコントローラ４３０がトルクベクタリングモータ４１０（及び、電気モータであるときの第１車軸駆動機構４０４）のためになした制御決定に関係している情報を自動車の他のユニットに与えるまたは指示するように適合しているかもしれない。例えば、燃焼機関の形態の第２の車軸駆動機構４６４の制御は、そのような情報または指示を考慮に入れると、燃料の消費量を抑えるかもしれないので、得をするかもしれない。さらに、電子安定性プログラム（ＥＳＰ）４５４は、トルクベクタリングコントローラ４３０からのデータの種類によって改良されてより正確になるかもしれない。

したがって、トルクベクタリングシステムを他のシステム、電子安定性プログラム（ＥＳＰ）４５４とともに制御することによって、相乗効果を得られることができる。トルクベクタリングシステムは、エンジンとブレーキ系を使用することによって制御できる電子安定性プログラム（ＥＳＰ）よりも低い差動スピードで、滑らかにかつより正確に制御できる。したがって、トルクベクタリングシステムまたは電子安定性プログラム（ＥＳＰ）４５４からの性能要求によって実行される動作を知らせる制御信号を電子安定性プログラム（ＥＳＰ）４５４に伝送することができる。

ハイブリッド車の最適な燃料消費のために、エンジンと電気駆動の車軸は、燃料消費を最小にする方法で制御されるべきである。このことは、エンジンから動作を要求する信号を伝送するか、またはエンジンコントローラから電気駆動車軸への要求を送る電気駆動車軸中に電子モジュールの最適化されたコントローラを持つことによって実現することができる。受信された自動車状態データ４４２、４４４から電気モータ制御機能４３２によって提供、及び／又は、計算される制御変数の例は、ドライバーの加速または減速要求（すなわち、アクセルまたはブレーキペダル位置）、車輪速度、ハンドル角度、ヨーレート、横方向加速度、算出された車両速度、実際のタイヤスリップ値、道路摩擦利用、オーバーステア／アンダーステアのレベル、エンジン／モータのトルク、速度（車軸駆動機構４０４または車軸駆動機構４６４に対する）を含むかもしれない。電気モータ制御機能４３２は、好ましくは、複数の制御プログラム４３３_ａ〜４３３_ｅに分割されるかもしれない。各制御プログラムは、トルクベクタリングモータ４１０にトルク要求を適切に計算することによって、自動車の駆動力のそれぞれの態様を制御するように設計されており、パワーエレクトロニクスユニット４２０に対する制御信号４２２によって表されるように、従って、トルクベクタリングモータ４１０が左の駆動シャフト４０２_Ｌと右の駆動シャフト４０２_Ｒと間のトルク分布における所望の変化を得るように作動する。図１０で理解できるように、限定されない制御プログラムの例は、電気モータ制御機能４３２を含む。電気モータ制御機能４３２は、車両安定性４３３_ａ、牽引性能４３３_ｂ、回生制御４３３Ｃ、ハイブリッド制御４３３ｄ、およびヨーダンピング４３３_ｅを含む。開示された実施例において、これらの制御プログラム４３３_ａ〜４３３_ｅのすべてまたは少なくともいくつかが互いに並行して実行される。言い換えれば、トルクベクタリングコントローラ４３０は、制御プログラム４３３_ａ〜４３３_ｅをマルチタスク方法で実行することができる。複数の同時に実行する制御プログラム４３３_ａ〜４３３_ｅを持つことは、本当に複雑な車の駆動力に対して広範囲の柔軟で大規模な制御を提供する。

電気モータ制御機能４３２に加えて、トルクベクタリングコントローラ４３０は、プログラムかまたは別の方法で調停機能性４３４と安全性／診断機能性４３６を提供する。

調停機能性４３４の目的は、トルク要求が制御プログラム４３３_ａ〜４３３_ｅの異なる制御プログラムから同時になされる状況を扱うことである。各制御プログラムは、当の制御プログラムが取り扱うように課される特定のニーズを考慮してトルク要求を決定するので、２つまたはそれ以上の同時発生のトルク要求が相互に共存できなくて、かつ、すべてを承諾できない状況があるだろう。調停機能４３４は、そのような同時要求に優先順位を付け、それぞれの個々の要求を最も適切であると考えられるように、許可、組み合わせ、または禁止するように設計されている。したがって、調停機能４３４は、同時発生のトルク要求が互いに競合するときに、それぞれの個別制御プログラムの実行可能性を過度に制限せずに、潜在的な危険な状況が起こるのを防ぐだろう。調停機能性４３４は、その代わりかまたは追加として、それ自身の調停意思決定をする代わりに、自動車の他のユニット（メインＥＣＵ４５０など）から調停指示を受けて行動するように設計されているかもしれない。また、第１車軸駆動機構４０４が、パワーエレクトロニクスユニット４２０から駆動電流４１４によって駆動される電気モータを含むとき、調停機能性４３４は、電気モータ４０４に導かれる要求のための調停を扱うように有利に適合されているかもしれない。

安全／診断機能性４３６の目的は、入力される自動車状態データ４４２、４４４のエラー、例えば、もっともらしさのチェックとずれ補償を取り扱うことである。また、安全／診断機能性４３６は、トルクベクタリングモータ４１０、パワーエレクトロニックユニット４２０、蓄電池４２４、及びトルクベクタリングコントローラ４３０自身の状態と作動を監督し、かつ自動車の他のユニット（例えば、メインＥＣＵ４５０）に対して診断情報を伝送するように設計されている。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはそれらの組合せを含む適切な形態で実施されるかもしれない。しかしながら、好ましくは、本発明は、１つ又はそれ以上のデータプロセッサ、及び／又は、デジタル信号プロセッサ上で駆動するコンピュータソフトウェアとして実施される。本発明の実施例のエレメントとコンポーネントは、適切な方法で物理的に、機能的に、かつ論理的に実施されるかもしれない。機能性は単一ユニット、複数のユニット、または他の機能ユニットの一部として実際に実施されるかもしれない。このように、本発明は、単一ユニットで実施される、または異なるユニットとプロセッサの間で物理的にかつ機能的に分配されるかもしれない。

上記説明された実施例は、付属の特許請求の範囲で画定される範囲から逸脱せずに組み合わせられるかもしれないことが理解されるだろう。本発明は、特定の実施例を参照して上記に説明されるが、本明細書に詳しく説明された特定の形態に制限されることを意図しない。むしろ、本発明は、付随の特許請求範囲によってのみ制限され、上記の特定な実施例以外の実施例は、付随の特許請求範囲内で等しく可能である。

特許請求の範囲では、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（有する）」は、他の構成要素または工程の存在を排除しない。また、個別に記載されているが、複数の手段、エレメントまたは方法の工程は、例えば、単一ユニットまたはプロセッサによって実施されるかもしれない。さらに、個々の特徴は、異なる請求項に含まれるかもしれないが、個々の特徴は、ことによると有利に結合されるかもしれないし、異なる請求項に含むものは、特徴の組合せが実現可能である、及び／又は、有利でないことを意味しない。また、単数の記載は、複数の記載を排除しない。用語「ａ、ａｎ（１つ）」、「第１」、「第２」などは、複数個を排除しない。特許請求の範囲の参照記号は、単に、はっきりした例を提供するものであり、特許請求範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

トルクベクタリングの技術分野における更なる本発明の概念によると、これによりデバイスが示される。デバイスは、第１駆動シャフトと第２の駆動シャフトを有する車軸上に配置されている差動機構と、前記第１駆動シャフトと第２の前記駆動シャフトとの間でトルクベクタリングのための前記車軸に接続可能なトルク発生ユニットと、トルク量を決定するために前記トルク発生ユニットに接続されている制御手段と、第１駆動シャフトと第２の駆動シャフトの間の差動装置の回転速度を低減するために印加されるトルク量を決定するためにトルク発生ユニットに接続された制動ユニットとを含む。この更なる本発明の概念の好ましい実施例では、トルク発生ユニットは、摩擦ブレーキ、粘性カップリングユニット、ドッグクラッチ、またはディスク・クラッチなどのブレーキ手段である。特定の実施例では、トルク発生ユニットは、自動車の現在の状態を表す複数の変数を受け取って、前記変数に依存する出力信号を決定するように構成された制御手段に接続されている。ここで、前記出力信号は、第１駆動シャフトと第２の駆動シャフトの間の特異な回転速度を減少させるために前記トルク発生ユニットに供給される。

図７と図８を参照して、上記に説明された更なる本発明の概念に応じてトルクベクタリングデバイスを提供するために以下の変形が可能である。トルク発生ユニット、すなわち、ブレーキまたはクラッチは、電気モータ２３０、電気モータ３３０の代わりにまたは電気モータ２３０、電気モータ３３０に沿って、シャフト２３２（図７）またはシャフト３４２（図８）に配置されるかもしれない。また、トルク発生ユニットは、固定部に接続されるとき、シャフトの回転速度２３２、回転速度３４２は減少するかもしれない。電気モータ２３０、電気モータ３３０が取り替えられる場合、回転速度を制限する必要がないので、クラッチ２６０、クラッチ３６０を除去するかもしれない。

粘性カップリングユニットは、シャフト２３２、シャフト２４２の回転速度に依存する制動トルクを提供するかもしれない。ドッグクラッチは、２つの切り離しまたは接続カップリングを提供するかもしれない、すなわち、シャフト２３２、シャフト２４２は、回転に対して自由であるか、回転に対して固定されている。摩擦ブレーキまたはディスク・クラッチは、トルクの連続制御を提供するかもしれない。

そのようなすべてのトルク発生ユニットに対して、シャフトの回転速度２３２、回転速度２４２は、減少または排除されるだけであるかもしれない。その結果、自動車の車輪間の差動装置の回転速度は、減少または排除されるだけであるかもしれない。このことは、電気モータが実施されるとき、その機能に反し、第１駆動シャフトと第２駆動シャフトの間で差動装置の回転速度の増加を可能にする。

しかしながら、ブレーキあるいはクラッチなどのトルク発生ユニットは、トルクベクタリングモータと共に実施されるかもしれない。そのような実施例では、デバイスは、電気モータだけの能力より高いブレーキトルクを提供するかもしれない。

Claims (17)

1. 車両のトルクベクタリングデバイスであって、
   第１駆動シャフト（２１４、３１４、４０２_Ｌ）と第２駆動シャフト（２１６、３１６、４０２_Ｒ）とを有する車軸（１１０、２１０、３１０、４０２）に配置されている差動機構（１３０、２２０_ａ、２２０_ｂ、３２０、４０６）と、
   前記第１駆動シャフト（２１４、３１４、４０２_Ｌ）と前記第２駆動シャフト（２１６、３１６、４０２_Ｒ）との間で、トルクベクタリングのために前記車軸（１１０、２１０、３１０、４０２）に接続可能である電気モータ（１４０、２３０、３３０、４１０）に接続された電力供給源（４２４）と、
   前記電力供給源（４２４）に接続され、かつ、前記自動車の現在の状態を示す複数の変数（４４２、４４４）を受け取って、前記複数の変数（４４２、４４４）に依存する駆動電流（４１２）を決定するように構成されている制御手段（１５０、４２０、４３０、４４０）と、を有し、
   前記駆動電流（４１２）は、前記電力供給源（４２４）から前記電気モータ（１４０、２３０、３３０、４１０）に供給され、前記第１駆動シャフト（２１４、３１４、４０２_Ｌ）と前記第２駆動シャフト（２１６、３１６、４０２_Ｒ）のうちの一方にトルク増加をもたらし、かつ前記第１駆動シャフト（２１４、３１４、４０２_Ｌ）と前記第２駆動シャフト（２１６、３１６、４０２_Ｒ）のうちの他方に対応するトルク減少をもたらすことを特徴とするトルクベクタリングデバイス。
2. 前記電力供給源は、蓄電池（４２４）を含み、
   前記制御手段（１５０、４２０、４３０、４４０）は、
   前記複数の変数（４４２、４４４）を収集するように構成されている車両通信ネットワーク（４４０）と、
   前記複数の変数（４４２、４４４）を受け取って、１つ又はそれ以上の制御信号（４２２）を計算するように構成されているコントローラ（４３０）と、
   前記１つ又はそれ以上の制御信号（４２２）を受け取って、前記駆動電流（４１２）を、前記蓄電池（４２４）を介して供給することによって、前記蓄電池（４２４）と前記電気モータ（１４０、２３０、３３０、４１０）との間で前記エネルギー流れを制御するように構成されているパワーエレクトロニクスユニット（４２０）と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のトルクベクタリングデバイス。
3. 前記車軸（１１０、２１０、３１０、４０２）を駆動するように配置されている電気推進モータ（２０、２００、４０４）をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトルクベクタリングデバイス。
4. 前記電気推進モータ（２０、４０４）は、前記車軸（１２、４０２）に配置され、前記電気推進モータ（２０、４０４）のローターが前記車軸（１２、４０２）の軸の周りを回転することを特徴とする請求項３に記載のトルクベクタリングデバイス。
5. 前記差動機構（３２０）は、差動装置を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に記載のトルクベクタリングデバイス。
6. 前記電気モータ（３３０）は、遊星歯車セット（３４０）によって前記第１駆動シャフト（３１４）と前記第２駆動シャフト（３１６）とに接続され、
   前記電気モータ（３３０）は、太陽歯車（３４２）を駆動し、
   前記第１駆動シャフト（３１４）はリング歯車（３４６）に接続され、前記第２駆動シャフト（３１６）は、遊星歯車セット（３４４）に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のトルクベクタリングデバイス。
7. 前記差動機構（２２０_ａ、２２０_ｂ）は、前記第１駆動シャフト（２１４）に接続されている第１遊星歯車セット（２２０_ａ）と、前記第２駆動シャフト（２１６）に接続されている第２遊星歯車セット（２２０_ｂ）とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に記載のトルクベクタリングデバイス。
8. 前記電気モータ（２３０）は、異なる方向に回転する２つの歯車（２４２、２４６）によって前記第１駆動シャフト（２１４）と前記第２駆動シャフト（２１６）とに接続され、前記２つの歯車（２４２、２４６）は、前記車軸（２１０）に沿って延びているシャフト（２４０）によって互いに接続されていることを特徴とする請求項７に記載のトルクベクタリングデバイス。
9. 前記電気モータ（１４０、２３０、３３０、４１０）は、前記差動機構（１３０、２２０_ａ、２２０_ｂ、３２０、４０６）から前記電気モータ（１４０、２３０、３３０、４１０）の回転軸を切り離すように構成されているクラッチ（２６０、３６０）に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちのいずれか１項に記載のトルクベクタリングデバイス。
10. 前記クラッチ（２６０、３６０）は、前記クラッチ（２６０、３６０）の回転速度が予め決められたしきい値を超えると自動的に切り離されることを特徴とする請求項９に記載のトルクベクタリングデバイス。
11. 前記制御手段（１５０、４２０、４３０、４４０）は、前記自動車の現在の状態を示す前記複数の変数（４４２、４４４）のうちの少なくとも１つの分析に基いて前記クラッチ（２６０、３６０）を自動的に切り離すように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のトルクベクタリングデバイス。
12. 前記電気推進モータ（２０、２００、４０４）は、前記車軸（１１０、２１０、３１０、４０２）から前記電気推進モータ（２０、２００、４０４）を切り離すように構成されている機械的切り離しユニットに接続されていることを特徴とする請求項３に記載のトルクベクタリングデバイス。
13. 前記制御手段（１５０、４２０、４３０、４４０）は、前記車軸（１１０、２１０、３１０、４０２）から前記電気推進モータ（２０、２００、４０４）を切り離すために、前記自動車の現在の状態を示す前記複数の変数（４４２、４４４）のうちの少なくとも１つの分析に基づいて前記機械的切り離しユニットを自動的に作動させるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のトルクベクタリングデバイス。
14. 前記パワーエレクトロニクスユニット（４２０）は、前記蓄電池（４２４）を介して前記電気推進モータ（２０、２００、４０４）に駆動電流（４１４）を供給することによって、前記蓄電池（４２４）と前記電気推進モータ（２０、２００、４０４）との間で前記エネルギー流れを制御するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のトルクベクタリングデバイス。
15. 前記パワーエレクトロニクスユニット（４２０）は、前記自動車にブレーキをかけている間に前記蓄電池（４２４）を充電するために、逆のエネルギー流れを可能とするようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のトルクベクタリングデバイス。
16. 前記コントローラ（４３０）は、複数の制御プログラム（４３３_ａ〜４３３_ｅ）を実行するように構成されており、各制御プログラムは、前記自動車の現在の状態を示す前記複数の変数（４４２、４４４）に基づいて前記パワーエレクトロニクスユニット（４２０）への前記１つ又はそれ以上の制御信号（４２２）によって示されるような、前記電気モータ（１４０、２３０、３３０、４１０）に対するトルク要求を適切に計算することによって、前記自動車の駆動力のそれぞれの態様を制御するように設計されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１５のうちのいずれか１項に記載のトルクベクタリングデバイス。
17. 前記コントローラ（４３０）は、前記制御プログラム（４３３_ａ．．．４３３_ｅ）のうちの異なる制御プログラムから同時発生するトルク要求を、そのような同時発生する要求に優先順位を付けて、同時発生する各個別のトルク要求を許可する、組み合わせる、または、禁止することによって、最も適切であると考えられるように処理するように構成されている調停機能（４３４）をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のトルクベクタリングデバイス。

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