JP2020088948A - トルクベクタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源にかかる負荷を低減でき、回生された電流を有効に活用し、応答性を向上することができるトルクベクタリング装置を提供する。【解決手段】複数の車輪３にそれぞれ接続された複数の電動モータ５と、複数の電動モータ５に接続された電源７とを備え、複数の車輪３に所定の駆動トルクを付与するトルクベクタリング装置１において、複数の電動モータ５の間に、複数の電動モータ５のうち少なくとも１つの電動モータ５で複数の車輪３のうち対応する車輪３を介して回生された電流を他の電動モータ５に電源７を介さずに付与可能な供給部９を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に適用されるトルクベクタリング装置に関する。

従来、トルクベクタリング装置としては、複数の車輪にそれぞれ接続された複数の電動モータと、複数の電動モータに接続された電源とを備え、複数の車輪に所定の駆動トルクを付与するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このトルクベクタリング装置では、車両の走行状況に応じて、複数の車輪のうち必要に応じた車輪に所定の駆動トルクを付与するように、電源から車輪に接続された電動モータに対して電流を供給し、車両の走行性を安定化させている。

このようなトルクベクタリング装置では、所定の駆動トルクが付与されない他の車輪に接続された電動モータが、車輪を介して回生された電流を電源に回収させ、所定の駆動トルクが付与される車輪に接続された電動モータに対して電源から電流を供給している。

特開平１１−３０１２９３号公報

ところで、上記特許文献１のようなトルクベクタリング装置では、車両の姿勢制御を安定して行うために、複数の電動モータのうち所定の駆動トルクが必要な車輪に接続された電動モータに対して、電源からの電流の供給が選択的に頻繁に行われている。

しかしながら、上記特許文献１のようなトルクベクタリング装置では、所定の駆動トルクが必要な車輪に接続された電動モータに電源から電流を供給し、他の電動モータから回生された電流を電源に回収しているので、電源にかかる負荷が大きくなっていた。

また、車輪を介して電動モータから電源に回生される電流は、電源に回生されるまでの時間が短く、電源に電流を回収しきれておらず、電源に回収しきれない電流は、回路上での熱損失となっていた。

そこで、この発明は、電源にかかる負荷を低減でき、回生された電流を有効に活用することができるトルクベクタリング装置の提供を目的としている。

本発明は、複数の車輪にそれぞれ接続された複数の電動モータと、複数の前記電動モータに接続された電源とを備え、複数の前記車輪に所定の駆動トルクを付与するトルクベクタリング装置であって、複数の前記電動モータの間には、複数の前記電動モータのうち少なくとも１つの前記電動モータで複数の前記車輪のうち対応する車輪を介して回生された電流を他の前記電動モータに前記電源を介さずに付与可能な供給部が設けられていることを特徴とする。

このトルクベクタリング装置では、複数の電動モータの間に、複数の電動モータのうち少なくとも１つの電動モータで複数の車輪のうち対応する車輪を介して回生された電流を他の電動モータに電源を介さずに付与可能な供給部が設けられているので、回生された電流を電動モータから供給部を介して他の電動モータに供給することができ、電源にかかる負荷を低減することができる。

また、供給部は、回生された電流を他の電動モータに付与することができるので、回生された電流を電源に回収するまでの時間を短縮することができ、回生された電流が回路上で熱損失となることがなく、回生された電流を有効に活用することができる。

さらに、回生された電流は、供給部から他の電動モータに付与することができるので、車輪に必要な駆動トルクを高めたい場合、回生された電流を電源に回収させることなく、供給部から回生された電流を対象の電動モータに供給することができる。

従って、このようなトルクベクタリング装置では、電源にかかる負荷を低減でき、回生された電流を有効に活用することができる。

本発明によれば、電源にかかる負荷を低減でき、回生された電流を有効に活用することができるトルクベクタリング装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るトルクベクタリング装置の概略図である。 本発明の実施の形態に係るトルクベクタリング装置の判断部のブロック図である。 本発明の実施の形態に係るトルクベクタリング装置の判断部が回生された電流を供給部から電動モータに供給すると判断したときのブロック図である。 本発明の実施の形態に係るトルクベクタリング装置の判断部が回生された電流を電源に回収させると判断したときのブロック図である。

図１〜図４を用いて本発明の実施の形態に係るトルクベクタリング装置について説明する。

本実施の形態に係るトルクベクタリング装置１は、複数の車輪３，３’にそれぞれ接続された複数の電動モータ５，５’と、複数の電動モータ５，５’に接続された電源７とを備え、複数の車輪３，３’に所定の駆動トルクを付与する。

そして、複数の電動モータ５，５’の間には、複数の電動モータ５，５’のうち少なくとも１つの電動モータ５，５’で複数の車輪３，３’のうち対応する車輪３，３’を介して回生された電流を他の電動モータ５，５’に電源７を介さずに付与可能な供給部９が設けられている。

また、トルクベクタリング装置１は、車両の状況に応じて電源７から複数の電動モータ５，５’のうち必要な電動モータ５，５’に選択的に電流を付与する判断部１１を有する。

そして、判断部１１は、複数の車輪３，３’への駆動トルクの付与状況に応じて回生された電流を供給部９から必要な電動モータ５，５’に付与する。

さらに、供給部９は、回生された電流を調整可能である。

図１に示すように、複数（ここでは２つ）の電動モータ５，５’は、複数（ここでは、例えば、前後左右輪のいずれか２つ）の車輪３，３’にそれぞれ接続されている。

この複数の電動モータ５，５は、それぞれ接続された車輪３，３’を独立して駆動可能であり、ブレーキエネルギーによる車輪３，３’からの回転により、それぞれ接続された車輪３，３’を介して電流を回生可能である。

このような複数の電動モータ５，５’は、それぞれインバータ１３，１３’を介して電源７に接続され、電源７から供給される電流により、それぞれ接続された車輪３，３’を駆動すると共に、ブレーキエネルギーによる車輪３，３’からの回転により、それぞれ接続された車輪３，３’を介して電流を回生し、電源７に充電させる。

ここで、従来のトルクベクタリング装置では、車両の走行状況に応じて、電源７から複数の電動モータ５，５’への電流の供給と、複数の電動モータ５，５’から電源７への電流の回生とを選択的に行う。

例えば、一方の電動モータ５’（ここでは図１の右側に示す電動モータ）に電源７から電流を供給し、他方の電動モータ５（ここでは図１の左側に示す電動モータ）から電源７へ電流を回生したとする。

このとき、電流は、電源７からインバータ１３’を介して一方の電動モータ５’に供給され、一方の電動モータ５’が所定の駆動トルクを付与するように一方の車輪３’（ここで図１の右側に示す車輪）を駆動し、他方の車輪３（ここでは図１の左側に示す車輪）の回転により他方の電動モータ５で回生された電流がインバータ１３を介して電源７に回収される。

このように所定の駆動トルクが付与される車輪３’に接続された電動モータ５’以外の他の電動モータ５から回生された電流を電源７に回収することにより、電源７における電流の消費量を低減することができる。

しかしながら、従来のトルクベクタリング装置では、車両の姿勢制御が頻繁に行われるので、電源７から対象の電動モータ５’への電流の供給と、他の電動モータ５から電源７への電流の回生とが頻繁に行われている。

電源７から対象の電動モータ５’への電流の供給は、所定の駆動トルクに応じた電流を電源７から対象の電動モータ５’へ供給すればよいので、問題なく行うことができる。

一方、他の電動モータ５から電源７への電流の回生は、その動作時間が短く、動作頻度が頻繁であるので、電源７に電流を回収しきれないことがあり、回収しきれない電流が回路上で熱損失となっていた。

また、他の電動モータ５で回生された電流を電源７に回収する構造では、電源７における電流の放出と吸収とが頻繁に行われるので、電源７にかかる負荷が大きくなっていた。

さらに、他の電動モータ５で回生された電流を電源７に回収する構造では、車輪３’に必要な駆動トルクを高めたい場合、他の電動モータ５から回生された電流が電源７に回収された後、電源７から対象の電動モータ５’に供給される電流を高めるので、応答性が低下していた。

そこで、複数の電動モータ５，５’の間には、他の電動モータ５で車輪３を介して回生された電流を対象の電動モータ５’に電源７を介さずに付与可能な供給部９が設けられている。

供給部９は、複数の電動モータ５，５’に接続されたそれぞれのインバータ１３，１３’の間に配置され、複数のインバータ１３，１３’の間で電流を受け渡し可能に複数のインバータ１３，１３’に接続されている。

例えば、一方の電動モータ５’（ここでは図１の右側に示す電動モータ）に電源７から電流を供給し、一方の車輪３’（ここでは図１の右側に示す車輪）を所定の駆動トルクで駆動し、他方の車輪３（ここでは図１の左側に示す車輪）の回転により、他方の電動モータ５（ここでは図１の左側に示す電動モータ）で電流を回生したとする。

このとき、供給部９には、他方の電動モータ５で回生された電流がインバータ１３を介して入力され、電源７を介さずに、供給部９からインバータ１３’を介して一方の電動モータ５’に電流を付与することができる。

このような供給部９により、他方の電動モータ５で回生された電流が回路上で熱損失となることがなく、電源７に回収しきれない電流を一方の電動モータ５’に付与することができ、電源７の負荷を低減しつつ、エネルギー効率を向上することができる。

このような供給部９を有する構造では、例えば、一方の車輪３’に対して所定の駆動トルクを付与する場合、他方の電動モータ５で回生された電流を供給部９から一方の電動モータ５’に付与することで、電源７から一方の電動モータ５’へ供給する電流を低減することができ、電源７の負荷を低減することができる。

また、一方の車輪３’に対して所定の駆動トルクを高める場合には、他方の電動モータ５で回生された電流を、電源７に戻すことなく、供給部９から一方の電動モータ５’に付与することで、電源７から一方の電動モータ５’へ供給する電流を増大させることができる。

その上、他方の電動モータ５で回生された電流を、一度電源７に回生してから、一方の電動モータ５’への全ての出力を高める回路を経るより、直接的に電流を一方の電動モータ５’に部分的にでも供給することができれば、ベクタリングトルクの応答性を早めることができる。

さらに、電動モータ５，５’の許容電流によるところもあるが、供給部９を設けることにより、電源７から電動モータ５，５’へ供給できる最大許容電流に、供給部９から回生された電流を付与することができ、ベクタリングトルクの限界を高めることができる。

このような供給部９は、電動モータ５，５’から回生された電流を調整して、他の電動モータ５，５’に付与することができる。

詳細には、供給部９は、例えば、ベクタリングトルクの際に、瞬間的に電力移動を大きくする、或いは小さくするための昇圧・降圧回路、或いはこれらを有する電流制御回路、ベクタリングトルクの発生タイミングに合わせて電力移動のタイミングを調整するコンデンサやフライホイールなどのエネルギーを蓄積・放出できる回路やシステム、不安定な電力を安定化させ、電力効率を向上させる平滑化回路などを有してもよい。

このように供給部９が回生された電流を調整可能とすることにより、供給部９から効率的に回生された電流を電動モータ５，５’に付与することができ、ベクタリングトルク性能を向上することができる。

なお、複数の電動モータ５，５’にそれぞれ接続されたインバータ１３，１３’は、電源７に接続されており、回生された電流を供給部９から他の電動モータ５，５’へ付与する必要がない場合には、回生された電流が電源７に回収される。

このような供給部９は、車両に搭載された各機構を制御するコントローラ（不図示）に設けられた判断部１１に接続され、その作動が制御される。

図１，図２に示すように、判断部１１は、供給部９の他に、電源７、複数の電動モータ５，５’に接続されたインバータ１３，１３’などに接続され、車両姿勢制御１５と、電源制御１７と、要求トルク配分演算制御１９と、要求電力演算制御２１と、電力配分制御２３と、電力移動制御２５の各々の演算部を備えている。

車両姿勢制御１５は、車両のベクタリング制御やスリップ制御を行う演算部である。

電源制御１７は、電源７の容量の監視や制限を行う演算部である。

要求トルク配分演算制御１９は、複数の電動モータ５，５’に対して、必要な駆動トルクや回生トルクを制御する演算部である。

要求電力演算制御２１は、決定された駆動トルクや回生トルクに対して、必要な電流、或いは電圧を制御する演算部である。

電力配分制御２３は、決定された駆動トルクや回生トルクに対して、効率のよい電源７と供給部９からの電力供給の配分を制御する演算部である。

電力移動制御２５は、一方の電動モータ５，５’で回生された電流を供給部９から他方の電動モータ５，５’に移動させるか、一方の電動モータ５，５’で回生された電流を電源７に回収するのかを制御する演算部である。

この判断部１１は、図２〜図４に示すように、まず、車両姿勢制御１５と電源制御１７とで制御された情報から要求トルク配分演算制御１９で複数の電動モータ５，５’で必要な駆動トルクと回生トルクとを決定する。

次に、要求トルク配分演算制御１９で決定された駆動トルクと回生トルクとに基づき、要求電力演算制御２１で複数の電動モータ５，５’に必要な電流、或いは電圧を決定する。

そして、要求電力演算制御２１で決定された電流、或いは電圧と電源制御１７の制御情報に基づき、電力配分制御２３において、複数の電動モータ５，５’に対して、回生された電流を供給部９から他の電動モータ５，５’に供給する、回生された電流を電源７に回収させるなど、効率のよい電力供給を決定して制御する。

この電力配分制御２３で決定された情報は、電力移動制御２５に伝達され、回生された電流を供給部９から他の電動モータ５’に供給する場合、図３に示すように、電力移動制御２５において、一方の電動モータ５に接続されたインバータ１３から回生された電流を供給部９に入力させ、供給部９から他の電動モータ５’に接続されたインバータ１３’に回生された電流を供給する。

このとき、回生された電流で所定の駆動トルクを得ることができない、或いは所定の駆動トルクを高める場合には、電源７から他の電動モータ５’に接続されたインバータ１３’に電流を供給し、回生された電流で所定の駆動トルクが得ることができる場合には、電源７から電流を供給しない。

一方、電力移動制御２５では、回生された電流を供給部９から他の電動モータ５’に供給しない通常の回生の場合には、図４に示すように、複数の電動モータ５，５’に接続されたそれぞれのインバータ１３，１３’から回生された電流を電源７に回収させる。

このように判断部１１は、複数の車輪３，３’への駆動トルクの付与状況に応じて回生された電流を供給部９から必要な電動モータ５，５’に付与したり、電源７に回収させたりすることで、ベクタリングトルクの応答性を高めつつ、電源７にかかる負荷を低減することができる。

なお、本実施の形態に係るトルクベクタリング装置１では、左右輪に接続される電動モータ５，５’の間を差動機構２７を介して接続してもよい。

このような差動機構２７を有するトルクベクタリング装置１では、僅かな回生ブレーキでも大きなベクタリングトルクを出せることができ、左右トータルのトラクションを大きく損なうことがない。

また、差動機構２７を有するトルクベクタリング装置１では、車両が電気的に効率的に旋回できるだけでなく、差動機構２７により車両が機械的に効率的に旋回でき、機械と電気とを合わせたシステムとして、車両がより効率的に旋回することができる。

このようなトルクベクタリング装置１では、複数の電動モータ５，５’の間に、複数の電動モータ５，５’のうち少なくとも１つの電動モータ５，５’で複数の車輪３，３’のうち対応する車輪３，３’を介して回生された電流を他の電動モータ５，５’に電源７を介さずに付与可能な供給部９が設けられているので、回生された電流を電動モータ５，５’から供給部９を介して他の電動モータ５，５’に供給することができ、電源７にかかる負荷を低減することができる。

また、供給部９は、回生された電流を他の電動モータ５，５’に付与することができるので、回生された電流を電源７に回収するまでの時間を短縮することができ、回生された電流が回路上で熱損失となることがなく、回生された電流を有効に活用することができる。

さらに、回生された電流は、供給部９から他の電動モータ５，５’に付与することができるので、車輪３，３’に必要な駆動トルクを高めたい場合、回生された電流を電源７に回収させることなく、供給部９から回生された電流を対象の電動モータ５，５’に供給することができる。

また、電動モータ５，５’で回生された電流を、一度電源７に回生してから、対象の電動モータ５，５’への全ての出力を高める回路を経るより、直接的に電流を対象の電動モータ５，５’に部分的にでも供給することができれば、ベクタリングトルクの応答性を早めることができる。

さらに、本発明によれば、従来構造と違って、電源７から供給できる最大許容電流に回生分の電流を重畳することができるので、ベクタリングトルクの作動限界を高めることができる。

従って、このようなトルクベクタリング装置１では、電源７にかかる負荷を低減でき、回生された電流を有効に活用し、応答性を向上することができる。

また、判断部１１は、複数の車輪３，３’への駆動トルクの付与状況に応じて回生された電流を供給部９から必要な電動モータ５，５’に付与するので、ベクタリングトルクの応答性を高めつつ、電源７にかかる負荷を低減することができる。

さらに、供給部９は、回生された電流を調整可能であるので、供給部９から効率的に回生された電流を電動モータ５，５’に付与することができ、ベクタリングトルク性能を向上することができる。

なお、本発明のトルクベクタリング装置は、陸上用の乗り物や建設車両、農耕車両、或いは運送車両などに用いられる。

また、本発明のトルクベクタリング装置では、複数の車輪としての前後左右輪のいずれか２つに対してそれぞれ電動モータを設けているが、これに限らず、例えば、前後左右輪の４つに対してそれぞれ電動モータを設けてもよく、複数の車輪は３つ以上でもよく、複数の車輪に対してそれぞれ電動モータを設けてもよい。

さらに、本発明のトルクベクタリング装置は、左右クローラを作動させるための左右転輪（車輪）にそれぞれ電動モータを設けてもよい。

また、本発明の実施の形態に係る判断部１１に記載の各制御（符号１５〜２５）は、それらを全て、そして記載の順列通り必要とするものではなく、車両の形態、用途、要求機能などに合わせて、それらの各制御の一部を用い、そして全部又は一部の組合せ、順列、構成を変えることが可能であり、必要な場合には実施例中に開示された制御の外の技術的に利用可能な制御を判断部１１に加えることもできる。

１…トルクベクタリング装置
３…車輪
５…電動モータ
７…電源
９…供給部
１１…判断部

Claims (4)

1. 複数の車輪にそれぞれ接続された複数の電動モータと、複数の前記電動モータに接続された電源とを備え、複数の前記車輪に所定の駆動トルクを付与するトルクベクタリング装置であって、
   複数の前記電動モータの間には、複数の前記電動モータのうち少なくとも１つの前記電動モータで複数の前記車輪のうち対応する車輪を介して回生された電流を他の前記電動モータに前記電源を介さずに付与可能な供給部が設けられていることを特徴とするトルクベクタリング装置。
2. 複数の車輪にそれぞれ接続された複数の電動モータと、複数の前記電動モータに接続された電源と、車両の状況に応じて前記電源から複数の前記電動モータのうち必要な前記電動モータに選択的に電流を付与する判断部とを備え、複数の前記車輪に所定の駆動トルクを付与するトルクベクタリング装置であって、
   複数の前記電動モータの間には、複数の前記電動モータのうち少なくとも１つの前記電動モータで複数の前記車輪のうち対応する車輪を介して回生された電流を他の前記電動モータに前記電源を介さずに付与可能な供給部が設けられ、
   前記判断部は、複数の前記車輪への駆動トルクの付与状況に応じて回生された電流を前記供給部から必要な前記電動モータに付与することを特徴とするトルクベクタリング装置。
3. 請求項１記載のトルクベクタリング装置であって、
   車両の状況に応じて前記電源から複数の前記電動モータのうち必要な前記電動モータに選択的に電流を付与する判断部を有し、
   前記判断部は、複数の前記車輪への駆動トルクの付与状況に応じて回生された電流を前記供給部から必要な前記電動モータに付与することを特徴とするトルクベクタリング装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトルクベクタリング装置であって、
   前記供給部は、回生された電流を調整可能であることを特徴とするトルクベクタリング装置。

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