JP2023510539A - 大型車両用差動電気駆動装置 - Google Patents

Abstract

大型車両（１００）のための制御ユニット（１１０）であって、車両は、ディファレンシャルを介して第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪に接続された電気機械を含み、制御ユニット（１１０）は、第１の被駆動車輪と関連付けられた第１の車輪スリップ制御モジュール、および第２の被駆動車輪と関連付けられた第２の車輪スリップ制御モジュールを含み、個々の車輪スリップ制御モジュールは、それぞれの車輪が獲得可能なトルクを現在の車輪状態に基づいて決定するように構成され、制御ユニット（１１０）は、車両（１００）によって要求された加速度プロファイルを満足するために必要なトルクを決定し、被駆動車輪毎の獲得可能なトルクおよび必要なトルクのうちの最も小さいトルクに対応するトルクを電気機械に要求するように構成される。

Description

本開示は、大型車両(heavy duty vehicle)用電気駆動装置に関し、詳細にはオープンディファレンシャルを含む駆動装置に関する。本発明は、トラックなどの大型車両および建設機器に適用することができる。本発明は、主として、セミ－トレーラ車両やトラックなどの貨物輸送車両に関連して説明されるが、本発明はそのような特定のタイプの車両に限定されず、電動ドーリーユニットや乗用車などの他のタイプの車両に用いることも可能である。

ディファレンシャル（差動装置）は３つの軸を含む駆動装置である。ディファレンシャルは、１つの軸の回転速度が他の軸の速度の平均であるか、または少なくともその平均の一定の倍数である特性を有している。別の特性は、制動および推進の間、車輪軸が車輪の前後方向の力を車輪全体にわたって均等に分割することになることであり、車輪力は左右のタイヤから得らえる最も小さい力によって制限される。

トラックおよび他の車輪付き車両では、ディファレンシャルは、旋回中、内部駆動輪より速い外部駆動輪の回転を許容する。これは、車両が旋回する際に、旋回曲線の外側の周りを移動する車輪を他方よりも速く回転させるのに有利である。２つの駆動輪の回転速度の平均は、駆動軸の入力回転速度に等しい。一方の車輪の速度が速くなると、もう一方の車輪の速度が遅くなってバランスが取られる。

ディファレンシャルは、通常、駆動軸から両方の車輪に等しい量のトルクを伝達する。しかしながら、一方の車輪が乾いた舗道の上にあり、もう一方の車輪がぬかるんだ路肩または氷の上にある場合のように、一方の車輪がもう一方の車輪よりも回転に必要な動力が少ない場合、ディファレンシャルは、小さい摩擦に遭遇している車輪を旋回させるために、摩擦が大きい車道上で車輪を旋回させる場合よりも小さい旋回トルクを取ることになる。摩擦が小さい車輪は、両方の車輪によって生成することが可能な前後方向の力を決定するが、これは理想的ではない場合がある。したがってディファレンシャル付き車両の被駆動車輪は互いに異なる速度で回転することができる。

電動車両は、車両を推進させるように構成された１つまたは複数の電気機械を含む。これらの電気機械は、多くの場合、低速で既にかなりのトルクを生成し得ることができ、要求されたトルクが慎重に制御されない場合、重大な車輪スリップの原因になり得る。

ＵＳ２０１６２１４４８６は、スリップが生じた場合の電気車両の安定性を制御するためのデバイスを開示している。しかしながら電気車両用差動電気駆動装置のさらなる改善が必要である。

本開示の目的は、電動車両用の改善された差動駆動装置を提供することである。この目的は、大型車両のための制御ユニットによって少なくとも部分的に達成される。車両は、ディファレンシャルを介して第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪に接続された電気機械を含む。制御ユニットは、第１の被駆動車輪と関連付けられた（associated with）第１の車輪スリップ制御モジュール、および第２の被駆動車輪と関連付けられた（associated with）第２の車輪スリップ制御モジュールを含み、個々の車輪スリップ制御モジュールは、それぞれの車輪が獲得可能なトルクを現在の車輪状態に基づいて決定するように構成される。制御ユニットは、車両によって要求された加速度プロファイルを満足するために必要なトルクを決定し、被駆動車輪毎の獲得可能なトルクおよび必要なトルクのうちの最も小さいトルクに対応するトルクを電気機械に要求するように構成される。

この方法によれば、望ましくないレベルの車輪スリップを回避するために、電気機械によって加えられるトルクが制限される。制御システムは現在の駆動シナリオを考慮し、これは利点である。有利には、本明細書において提案される技法によれば、ディファレンシャルロック構造を回避することができる。

態様によれば、現在の車輪状態は車輪速度を含む。個々の車輪スリップ制御モジュールは、現在の車輪スリップを決定し、獲得可能なトルクを現在の車輪スリップと設定可能な車輪スリップ制限の間の比較に基づいて決定するために、車両速度を得るように構成される。

この方法によれば、制御ユニットによって車輪スリップ制御が効果的に処理される。電気機械トルクは現在の駆動シナリオに応じて制御され、これは利点である。

態様によれば、現在の車輪状態は、それぞれの車輪と関連付けられた車輪エンドモジュールから受け取った能力メッセージの一部として、車輪スリップ制御モジュールによって取得される現在の車輪スリップ値を含む。個々の車輪スリップ制御モジュールは、獲得可能なトルクを現在の車輪スリップと所望の車輪スリップの間の比較に基づいて決定するように構成される。この方法によれば、システムの複雑性の一部が運動支援装置（ＭＳＤ）にシフトダウンされ、これはいくつかの状況においては利点であり得る。ＭＳＤ装置から得られる、現在の車輪スリップに関連するデータを他のソースから得られる車輪スリップ情報と組み合わせて使用することができ、それによりシステムのロバスト性を増すことができる。

態様によれば、設定可能な車輪スリップ制限は、タイヤ力と現在の車輪スリップの間の予め決定済みの関係に基づいて取得される。この予め決定済みの関係によって車両動作を最適化することができ、これは利点である。車両運動管理制御システムは、知られている技法を使用して、現在のタイヤ／道路条件を連続的に、または間欠的に推定することができる。予め決定済みの関係は、所与の車両タイプに対して、さらには所与の車両に対して確立することができ、それにより、より適合された制御戦略のために、車両に関連する個別の特性を考慮することができ、これは利点である。

態様によれば、制御ユニットは、推定された道路摩擦係数を取得するように構成され、設定可能な車輪スリップ制限は、推定された道路摩擦係数によって牽引付けされた予め決定済みのルックアップテーブルに基づいて取得される。したがって現在の道路摩擦に応じて車両動作が調整され、それにより制御精度が改善される。

態様によれば、現在の車輪状態は、被駆動車輪毎の推定された道路摩擦係数および推定されたタイヤ垂直抗力を含む。個々の車輪スリップ制御モジュールは、獲得可能なトルクを、関係
Ｔ_ｉ＝μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉ＊γ_ｗｉ
に基づいて決定するように構成され、γ_ｗｉはｉ番目の被駆動車輪の車輪半径である。獲得可能なトルクを決定するためのこの方法は、個別に使用することも、あるいは他の方法と組み合わせて使用することも可能であり、それによりシステムのロバスト性を改善することができる。

態様によれば、個々の車輪スリップ制御モジュールは、それぞれの被駆動車輪と関連付けられた車輪エンドモジュールから能力メッセージを取得するように構成され、能力メッセージは獲得可能なトルクを含む。この方法によれば、システムの複雑性の一部がＭＳＤにシフトダウンされ、これはいくつかのシナリオにおいては利点であり得る。システムの複雑性が車輪のより近くへシフトされるため、例えばコントローラサンプリングおよびユニット間のデータ伝送を単純にすることができる。詳細には、ＭＳＤとＶＭＭの間のデータトラフィックを低減することができる。

態様によれば、第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪は、それぞれの第１の常用ブレーキ（service brake）および第２の常用ブレーキ（service brake）によって制動されるように構成される。個々の常用ブレーキは、車輪スリップを設定された車輪スリップ制限未満に維持するために、それぞれの車輪エンドモジュールによって制御される。制御モジュールは、車輪スリップ制限を設定するように構成される。これは、以下で説明されるように、車両性能を最適化するための追加オプションを制御モジュールに付与する。

態様によれば、制御ユニットは、分割摩擦状態を検出するように構成される。個々の車輪スリップ制御モジュールは、分割摩擦状態が検出されると、正の車輪スリップを車輪スリップ制限未満に維持するために、対応する常用ブレーキによって加えられるべきトルクを設定するように構成される。この方法によれば、分割摩擦状態における車両動作が改善され、これは利点である。

態様によれば、制御ユニットは、車輪スリップ制御モジュールの両方が、設定された車輪スリップ制限を超える正の車輪スリップに応答して、対応する常用ブレーキによって加えられるべきトルクを設定する場合に、電気機械からの要求トルクを小さくするように構成される。この方法によれば、分割摩擦状態における車両動作がさらに改善され、これは利点である。

態様によれば、制御ユニットは、車両と関連付けられたアンダーステア勾配を要求曲率に応じて修正するために、要求曲率に基づいて対応する常用ブレーキによって加えられるべきトルクを設定するように構成される。これにより、車両はカーブをより良好に通り抜け、これは利点である。

態様によれば、制御ユニットは、電気機械の車輪スリップ制限と比較して、常用ブレーキのためのより大きい車輪スリップ制限を設定するように構成される。この方法によれば、常用ブレーキは、車両動作を保護するバックアップの役割を果たし、これについては、以下でより詳細に説明される。

本明細書においては、上で考察した利点を有する方法、コンピュータプログラム、コンピュータ可読媒体、コンピュータプログラム製品、ブレーキシステムおよび車両も開示される。

一般に、特許請求の範囲で使用されているすべての用語は、本明細書において他に明確に定義されていない限り、当技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるものである。「１つの／前記要素、装置、構成要素、手段、ステップなど」と呼ぶもの全てが、特に明記されない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップなどのうちの少なくとも１つの例を指しているものとして公然と解釈されるものである。本明細書で開示されたどの方法のステップも、特に明記されない限り、開示された順序で正確に実施される必要はない。本発明のさらなる特徴および利点は、添付の特許請求の範囲および以下の説明を検討すれば明らかになろう。当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の様々な特徴を組み合わせて、以下に説明される実施形態以外の実施形態を作成できることが理解される。

以下、例として示されている本発明の実施形態について、添付の図面を参照してより詳細に説明する。

いくつかの例示的な大型車両を示す略図である。 いくつかの例示的な大型車両を示す略図である。 例示的な車両制御システムスタックを示す図である。 例示的な車両駆動装置を示す図である。 タイヤ力対スリップ比を示すグラフである。 車両動作シナリオを示す図である。 車両動作シナリオを示す図である。 方法を示すフローチャートである。 制御ユニットを示す略図である。 例示的なコンピュータプログラム製品を示す図である。

以下、本発明について、本発明の特定の態様が示されている添付の図面を参照してより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化され得るものであり、本明細書に記載された実施形態および態様に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全になるように、また本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように、一例として提示されている。同様の参照番号は、明細書全体を通して同様の要素を表している。

本発明は、本明細書に記載され、および図面に示された実施形態に限定されないこと、むしろ、当業者には、添付の特許請求の範囲内で多くの変更および修正を加えることができることが理解されよう。

図１Ａおよび図１Ｂは、本明細書において開示されている技法を有利に適用することができる、貨物輸送のための例示的な車両１００を示したものである。図１Ａは、車輪１２０、１４０および１６０の上に支持されたトラックを示しており、これらの車輪のうちのいくつかは被駆動車輪である。図１Ｂはセミトレーラ車両を示しており、トラクタユニット１０１はトレーラユニット１０２を牽引している。トレーラユニット１０２の前方部分は第５の車輪接続１０３によって支持され、一方、トレーラユニット１０２の後方部分は、一組のトレーラ車輪１８０の上に支持されている。

個々の車輪または少なくとも大半の車輪は、それぞれの車輪常用ブレーキ１３０、１５０、１６０と結合されている（トレーラユニット車輪ブレーキは図１Ａ～図１Ｃには示されていない）。この車輪常用ブレーキは、例えば空気圧によって駆動されるディスクブレーキまたはドラムブレーキであってもよい。車輪ブレーキはブレーキコントローラによって制御される。本明細書においては、ブレーキコントローラ、ブレーキモジュレータおよび車輪エンドモジュールという用語は互換可能に使用されることになる。それらは、すべて、加えられる制動力を制御し、また、潜在的に、車両１００などの車両の少なくとも１つの車輪に対する局所スリップ制御を制御するデバイスとして解釈されたい。車輪ブレーキコントローラの各々は制御ユニット１１０に通信結合され、制御ユニットによるブレーキコントローラとの通信を許容し、それにより車両の制動を制御する。この制御ユニットは、潜在的に、車両全体に分散した多数のサブ－ユニットを含むことができ、あるいは制御ユニットは単一の物理ユニットであってもよい。制御ユニット１１０は、例えば必要な制動力を車輪同士の間で割り振って車両の安定性を維持し、さらにはアンダーステア勾配などの車両動力学を能動的に修正することができる。また、制御ユニット１１０は、図２に関連して以下でより詳細に考察されるように、追加制御層を含むより大きい車両制御システムの一部であってもよい。

車両１００上の車輪のうちのいくつかは、ディファレンシャル駆動装置を介して、１つまたは複数の電気機械によって駆動される。本開示は主としてオープンディファレンシャルに的を絞っているが、他の形態のディファレンシャル駆動装置もこの考察の範囲内で同じく適用可能である。

図２は、様々な車両制御機能が組み込まれている制御スタック２００を概略的に示したものである。トラフィック状況管理（ＴＳＭ）層は、ステアリングホイール、ペダルなどからの運転者入力、または自動駆動機能からの運転者入力のいずれかによって、例えば１０秒の時間軸で車両動作を計画する。アドバンスドドライバーアシスタンス（ＡＤＡＳ）システムもＴＳＭ層に同じく入力を提供することができる。本明細書において開示されている技法は、手動補助駆動および自動駆動の両方をサポートする。例えばＴＳＭ時間フレームは、車両がカーブを通り抜けるのに要する時間、すなわち直線走行からカーブにさしかかり、次にもう一度カーブから出るまでの移行に対応する。車両動作は、加速度プロファイルおよび曲率プロファイルと関連付けられることになる車両操縦を含む。ＴＳＭ層は、車両運動管理（ＶＭＭ）層に所望の加速度プロファイル（ａ_ｒｅｑ）および曲率プロファイル（ｃ_ｒｅｑ）を連続的に要求する。ＶＭＭ層は約１秒程度の時間軸で動作し、加速度プロファイルおよび曲率プロファイルを車両上の様々な運動支援装置（ＭＳＤ）機能のための制御コマンドに連続的に変換する。このようなＭＳＤ機能の１つは常用ブレーキ１３０、１４０、１６０である。別のＭＳＤ機能は電気機械、または車両１００に電力を供給するように構成された電気機械である。ＴＳＭ要求（加速度プロファイルおよび曲率など）と、ＶＭＭ層によるＭＳＤアクションとの間の変換は広く知られており、したがって本明細書においてはより詳細には考察されない。

ＶＭＭとＭＳＤの間のインタフェースは、例えば、設定常用ブレーキ車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２、設定電気機械車輪スリップ制限λ_ＥＭ、要求常用ブレーキトルク値Ｔ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２、および要求電気機械トルクＴ_ＥＭを含むことができる。このインタフェースは、電気機械からの要求車輪速度または要求エンジン速度ω_ＥＭを含むことができる。ＭＳＤ機能は、次に、通常、状態および図２に示されている常用ブレーキの現在の能力ＣＡＰ_ＳＢ１およびＣＡＰ_ＳＢ２などの現在の能力をＶＭＭ層にフィードバックする。この状態は、例えば監視された車輪スリップ値、検出されたピーク車輪スリップ、推定された道路摩擦係数などを含むことができる。いくつかの態様によれば、能力メッセージは、所与の車輪が獲得することができるトルクを含み、この値はＭＳＤ層で推定されている。

獲得可能なトルクは、限られた時間期間にわたって維持することができるピークトルク値、およびより長い時間期間にわたって持続することができる連続トルク値を含むことができる。能力メッセージは、ピークトルクを維持することができる時間継続期間と関連付けられた時間期間を含むことができる。

図２では、常用ブレーキ車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２、電気機械車輪スリップ制限λ_ＥＭ、要求車輪速度または要求エンジン速度ω_ＥＭおよび要求常用ブレーキトルク値Ｔ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２は任意選択であり、したがって本明細書において説明されている技法の基本機能性に対しては不要である。

例示的動作によれば、図２に示されているＶＭＭ機能１１０は、ＴＳＭ層からの要求に合致するために、最初に、車両質量ｍ、要求された加速度ａ_ｒｅｑおよび道路抵抗Ｆ_ｒｏａｄに基づいて、必要な前後方向の力Ｆｘ＝ｍ^＊ａ_ｒｅｑ＋Ｆ_ｒｏａｄを決定する。道路抵抗Ｆ_ｒｏａｄは、いくつかの駆動シナリオでは場合によっては重要であり、また、他の駆動シナリオでは無視することができる。

次に、ＴＳＭ層の要求を満たすために必要な前後方向の力Ｆｘに対応するトルクは、Ｔ_ｒｅｑ＝Ｆｘ＊ｒ_ｗ（ｒ_ｗは車輪半径である。）として決定することができる。

これらの基本計算および車両モデルは単に一例として示されたものにすぎないことは認識されよう。当然、モデル精度および総合車両制御を改善するために、もっと進歩したモデルを有利に使用することができる。しかしながら簡潔にするために、本明細書においてはこれらの基本モデルのみが使用され、より進歩した方法が知られていることに留意されたい。

次に、必要なトルクＴ_ｒｅｑが、車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０によって決定された被駆動車輪ｗ１、ｗ２毎の獲得可能なトルク値と比較され、獲得可能なトルクおよび必要なトルクのうちの最小として最も小さいトルク値Ｔ_ＥＭが得られる。このトルク値Ｔ_ＥＭがＭＳＤ層に送られ、電気機械トルクを制御するためにＭＳＤ層で使用される。「ｍｉｎ」関数は、電気機械に送られるトルクを必要なトルク値および獲得可能なトルク値に基づいて決定するより高度な何らかの関数で置き換えられ得ることに留意されたい。この関数は、例えば、重みを適宜割り当てることによって最小のトルク値を優先する重み付けの組合せであってもよい。また、この関数は、誤った（spurious）トルク値を抑制するために時間の経過に伴うフィルタリングを含むことも可能である。したがって、ここでは、被駆動車輪毎の獲得可能なトルクおよび必要なトルクのうちの最も小さいトルクに「対応する」トルクＴ_ＥＭを電気機械に要求するためには、最も小さい値を選択するように構成された関数（機能）だけでなく、他の関数（機能）を含んでよい。

獲得可能なトルク値Ｔ_１およびＴ_２は、重大な車輪スリップに突入することなく、所与の車輪が支えることができるトルクの大きさを示している。実際の値は、任意の歯車トランスミッションに対して補償されるとともに、ディファレンシャル駆動装置の効果に対して補償される。したがって出力される獲得可能なトルクは、トルクを２つの駆動輪の間で分割するディファレンシャル駆動装置を考慮するために、通常、２倍にされる。

この獲得可能なトルクは、多くの異なる方法で決定し、あるいは推定することができる。また、獲得可能なトルクは、複数の異なる情報源に基づいて独立して推定することも可能である。次にこれらの異なる推定値を融合して、獲得可能なトルクをより正確な値にすることができる。

例えば個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０は、全地球測位システムレシーバ、レーダセンサ、ビジョンベースセンサおよびライダーなどのオンボード車両センサから車両速度ν_ｘを取得し、車輪速度センサから車輪回転速度ωを取得することができる（この車輪回転速度ωは、車輪半径Ｒが分かっている場合、メートル／秒単位の車輪速度Ｒωに変換することができ、これは、当然、普通のことである）。次に、現在の車輪スリップを決定し、車輪について設定された車輪スリップ制限λ_ｗ１、λ_ｗ２と比較することができる。これらの車輪スリップ制限は、スリップ制限決定モジュール２３０によって設定することができる。したがって、所与の車輪がスリップして、設定された車輪スリップ制限に達している（またはほぼ達している）場合、車輪が獲得することができるトルクＴ_１／Ｔ_２を小さくすることができる。したがって以下で図４に関連して説明されるように、異なる状況で車両が許容することができる車輪スリップの程度を示す車輪スリップ制限λ_ｗ１、λ_ｗ２をしばしば確立することができる。そして、獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を調整して、現在の車輪スリップを車輪スリップ制限未満に維持することができる。

各車輪の獲得可能なトルク値Ｔ_１、Ｔ_２は、推定された道路摩擦状態および既知の基本的関係、Ｆ_ｘｉ≦μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉに基づいて決定することができ、Ｆ_ｘｉは車輪ｉにおける前後方向の力であり、μ_ｉはｉ番目の車輪と関連付けられた推定された道路摩擦係数を表し、また、Ｆ_ｚｉは、
Ｔ_ｉ＝μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉ＊γ_ｗ
としてのｉ番目の車輪に対する推定されたタイヤ垂直抗力であり、Ｔ_ｉは車輪ｉが獲得可能なトルク値であり、γ_ｗは車輪ｉの車輪半径である。この獲得可能なトルク値は、所与の車輪についての獲得可能なトルクＴ_１／Ｔ_２として使用することができる。この獲得可能なトルク値は、上で考察した車輪スリップ計算から得られる獲得可能なトルクと組み合わせることができる。例えばＴ_１／Ｔ_２は、関係、Ｆ_ｘｉ≦μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉから得られる獲得可能なトルク、現在の車輪スリップ、およびスリップ制限決定モジュール２３０による設定された車輪スリップ制限λ_ｗ１、λ_ｗ２に基づいて決定される獲得可能なトルクのうちの最小として決定することができる。

ＭＳＤから受け取る、常用ブレーキ能力信号ＣＡＰ_ＳＢ１およびＣＡＰ_ＳＢ２などの能力情報は、通常、「乾いた道路条件」を想定した最小達成可能トルクおよび最大達成可能トルクを含む。つまり、車輪ブレーキから送られる最大トルク能力は、滑りやすい道路上にいたり、垂直荷重が小さかったりすると、小さくならない。その代わりにアクチュエータ自体の制限を示すので、例えば、ブレーキが極めて熱く、トルクを生成することができない場合にのみトルクが小さくなる。しかしながら本開示の車輪ブレーキＭＳＤは、任選選択で、現在のタイヤ－道路特性についての独自の推定値を個別の信号として送る。そして、スリップ制限決定モジュール２３０は、これらのタイヤ道路摩擦特性を、車両１００およびその構成要素に関連する、および／または現在の道路条件に関連する他の情報と共に使用して、駆動軸の左側および右側の車輪に課される適切なスリップ制限を計算する。

獲得可能なトルク値は、さらに、能力レポートＣＡＰ_ＳＢ１およびＣＡＰ_ＳＢ２の一部としてＭＳＤ層から直接得られ得る。より進歩した車輪エンドモジュール（ＷＥＭ）のいくつかは、車輪が獲得することができる現在のトルクを含む、現在の車輪状態に関連する比較的詳細なデータを保持する。この獲得可能なトルクは道路摩擦状態および垂直抗力の関数になるが、車輪摩耗、タイヤのタイプなどの関数でもある。この場合も、図２の「ｍｉｎ」関数に送られる獲得可能なトルク値Ｔ_１／Ｔ_２は、多数の異なる情報源に基づいて決定される異なるトルク値の関数として組み合わせることができ、能力レポートはオンソースを表す。この決定は、上で指摘したように、時間期間と関連付けられたピークトルク能力を含むことができる。

タイヤが獲得することができる前後方向の力および／またはトルクを推定するための方法は広く知られており、したがって本明細書においてはより詳細には考察されない。

例２００には２つの被駆動車輪が存在しているが、本明細書において開示されている概念は、３つ以上の車輪を単一の車軸上に有する駆動装置にも適用することができる。この装置は、例えば、電動ドーリーユニット上などで実現することも可能である。

トルクは正（車両を推進する際のトルク）および負（車両を制動する際のトルク）の両方であってもよい。本明細書において開示されている技法は、正のトルクおよび負のトルクの両方に適用することができ、また、正の車輪スリップおよび負の車輪スリップの両方に適用することができる。実際、以下で考察されるいくつかの態様によれば、車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０の各々は、加速要求Ｔ_ＥＭが正であっても、負の制動トルク要求Ｔ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を発することによって制動を要求することができる。この方法によれば、ディファレンシャルロックがなくても非一様な摩擦状態を取り扱うことができ、これは利点である。左側および右側の車輪が非一様な摩擦状態にある間、非一様な推進車輪力および制動車輪力の伝達を管理するために、車輪速度が等しくなるようにロックするディファレンシャルロック機構を含むオープンディファレンシャルを有することは一般的である。ディファレンシャルロックの主な欠点は車輪速度が等しくなることである。これは、旋回半径や操縦性が低減されることを意味している。例証例は、旋回中の上り坂走行である。ディファレンシャルがロックされるように上り坂を走行したいと思うかもしれないが、そうるすと、旋回がより困難になるため、操縦性が低下することになる。

図２に示されている制動トルク要求Ｔ_ＳＢ１およびＴ_ＳＢ２は、通常動作中は無効になっている。しかしながら推進中に重大な「分割摩擦（split friction）」状況が検出されると、Ｔ_ＳＢ１およびＴ_ＳＢ２は、低摩擦車輪に制動を加えることにより、低摩擦車輪からトルクを移すために用いられ得る。この方法によれば、より大きい総推進トルクに到達することができ、これは利点である。また、これらの制御信号は車両の制御可能性を高くし、車両を制御するための追加オプションをＶＭＭに付与する。要求された車輪速度またはエンジン速度ω_ＥＭも、追加制御オプションを提供し、これは利点である。

図３は、一対の車輪３０１、３０２のための制動および推進制御システム３００を示したものである。システム３００は、ここではディスクブレーキによって例示されている第１の常用ブレーキアクチュエータ３１５によって第１の車輪３０１に対する車輪制動を制御するように構成された第１の常用ブレーキ車輪エンドモジュール（ＷＥＭ ＳＢ１）３１０を含む。システムは、第２の常用ブレーキアクチュエータ３２５によって第２の車輪３０２に対する車輪制動を制御するように構成された第２の常用ブレーキ車輪エンドモジュール（ＷＥＭ ＳＢ２）３２０を含む。個々のＷＥＭは、ＶＭＭモジュール１１０からそれぞれの車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２および要求された常用ブレーキトルク値Ｔ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を受け取る３１１、３２１ように構成されている。

また、ＷＥＭは、図２に関連して上で考察したように、状態および能力（ＣＡＰ_ＳＢ１およびＣＡＰ_ＳＢ２）に関するレポート（報告）をＶＭＭ１１０に返すように構成されている。

推進制御システムは、ディファレンシャル３４０を介して第１の車輪および第２の車輪を駆動するように構成された１つまたは複数の電気機械ＥＭ３３０を含む。したがって２つの車輪は同じトルクによって駆動されているが、異なる車輪速度ω_１およびω_２を有することができる。

２つのＷＥＭ３１０、３２０は単一の物理ユニットに含めることができ、あるいは個別の物理ユニットとして構成することができることを認識されたい。

前後方向（縦方向）の車輪スリップλは、ＳＡＥ Ｊ６７０ （ＳＡＥ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ， Ｊａｎｕａｒｙ ２４， ２００８）によれば、

として定義することができ、Ｒはメートル単位の有効車輪半径、ωは車輪の角速度、ν_ｘは車輪の前後方向の速度である（車輪の座標系における）。したがって、λは－１と１の間にあり、車輪が路面に対してどの程度スリップしているかを定量化している。

車輪スリップは、本質的に車輪と車両の間の速度差に関連していることに留意されたい（ゼロスリップは、車輪および車両が同じ速度で地面をカバーしていることを意味する）。したがって本明細書において開示されている技法は、車輪と車両の間の速度差のほとんどの測定と共に有利に使用することができることを認識されたい。

車両制御ユニット１１０は、ν_ｘに関する情報（車輪の基準フレームにおける）を保持しているが、車輪速度センサなどがωを決定するために用いられ得る。以下では、とりわけ、車輪スリップに対する制限が考察される場合、その制限は、制限される車輪スリップの大きさすなわち絶対値である。すなわち大きい車両スリップ制限は、より大きい正の許容車輪スリップまたはより小さい負の許容車輪スリップのいずれかを表すことができる。本開示は主として制動を考察しており、すなわち車輪スリップは、制動中はν_ｘ＞Ｒωであるため、通常、本明細書においては負である。

近代の常用ブレーキシステム、および同じく近代のいくつかの電気機械は、きめの細かいスリップ制御が可能である。例えばいくつかの近代のブレーキコントローラは、車輪スリップλを例えば何らかの公称値の＋／－０．０２以内に維持することができる。

したがって第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪３０１、３０２は、それぞれの第１の常用ブレーキおよび第２の常用ブレーキ３１５、３２５によって制動されるように構成されており、個々の常用ブレーキ３１５、３２５は、車輪スリップを設定された車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２未満に維持するために、それぞれの車輪エンドモジュールＷＥＭ３１０、３２０によって制御されている。図２を参照すると、制御モジュール１１０は、以下でより詳細に考察される技法に従って車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２、λ_ＥＭを設定する２３０ように構成されている。

車両制御ユニット１１０、例えば車両運動管理（ＶＭＭ）システムは、例えば要求された制動トルクおよび車輪スリップ大きさ制限を含む制動要求を送り、車輪エンドモジュールの現在の能力に関連するバックデータ能力データを受け取る。能力データは、任意選択で、例えば測定された車輪スリップ、測定されたピーク車輪スリップ、例えば制動トルクの形の現在の制動能力、およびいくつかの事例では同じく推定道路摩擦係数を含むことができる。上で考察したように、能力は、ピークトルク能力、およびシステムによってピークトルクを持続することができる関連する時間期間を含むことができる。

ＷＥＭは、次に、要求された制動トルクに従って制動を制御し、その一方で、車輪スリップの大きさを設定された車輪スリップの大きさ制限未満に維持する。これは、制御ユニット１１０から供給される、例えば車輪の基準フレームにおける車両速度に関するデータによって実施することができる。車輪スリップの大きさが設定された車輪スリップ制限より大きくなると、設定された車輪スリップの大きさ制限以下のスリップ値に車輪が復帰するよう、ブレーキシステムで生成された車輪トルクを小さくすることを含むことができるスリップ制御戦略が起動される。スリップ制御機能は、ＶＭＭまたはＷＥＭあるいはそれらの両方の中に組み込むことができる。いくつかの態様によれば、ＶＭＭに基づくスリップ制御ループは１つのスリップ制限を使用し、ＷＥＭは複数のスリップ制限を使用する。この方法によれば、ＷＥＭは、ＶＭＭが故障した場合に安全ネットとして作用し、過剰な車輪ロックを防止する。

いくつかの態様によれば、制御ユニット１１０は、電気機械の車輪スリップ制限λ_ＥＭと比較すると、常用ブレーキ３１５、３２５に対してより大きい車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２を設定するように構成されている。これは、事実上、常用ブレーキがバック－アップとして使用され、電気機械では首尾よく制御することができないより重大な車輪スリップ状態を取り扱うことになることを意味している。これにより、よりロバストな制御システムが得られる。図２を参照すると、車輪スリップ制御モジュール２１０および２２０に送られるスリップ制限λ_ｗ１およびλ_ｗ２は、通常、すべての設定されたスリップ制限のうちの最も小さい制限である。これは、スリップコントローラ２１０、２２０が最初に車輪スリップ状況に介入することを意味している。理想は、車両１００の他のスリップ制御機能が車輪スリップを小さくするために作用する必要がないよう、このスリップ制御で十分であることである。

ＥＭ３３０は差し迫った車輪ロックを防止するための最も自由な存在であるため（ＥＭ３３０は、電気機械によって加えられる制動トルクを直接小さくすることができるため）、制動要求がアクティブである場合（図２のＴ_ｒｅｑが負である場合）、次の「最も大きい」スリップ制限は、通常、電気機械に送られるスリップ制限、すなわちλ_ＥＭでなければならない。

任意選択で、車輪電動機速度要求ω_ＥＭを電気機械に送ることができ、その場合、ＶＭＭはスリップ制御を実施することになる。

ＥＭアクティブを介して制動するこの状況では、常用ブレーキが車輪の制動トルクを実際に小さくする可能性が極めて小さいため、最大車輪スリップ制限は、通常、車輪ブレーキに送られる車輪スリップ制限、すなわちλ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２でなければならない。いずれかの車輪制動においてスリップ制限を超えると、この場合、ＥＭの制動制御における何かが明らかに誤っているため、場合によっては異なる制動戦略が必要であるため、スリップ制限を超えたことをＶＭＭにレポートしなければならない。例えば常用ブレーキを使用した制動への切換えが好ましいのは、この状況が検出された場合だけであり得る。

正の加速が要求された場合（図２のＴ_ｒｅｑが正である場合）、車輪スリップ制御モジュール２１０および２２０によって使用されるスリップ制限（λ_ｗ１、λ_ｗ２）は、通常、最小スリップ制限でなければならない（これらのスリップコントローラを車輪スリップ制御において最もアクティブにする）。通常、わずかに大きいスリップ制限λ_ＥＭをＥＭに送らなければならず、また、通常、最大スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２を常用ブレーキＷＥＭ３１０、３２０に送らなければならない。推進の場合、いくつかの態様によれば、１つの常用ブレーキが瞬時のうちにスリップ制御モードに入り、加えられるトルクを修正して車輪スリップを小さくする場合、それは受け入れ可能であり得るが、両方の常用ブレーキがアクティブになる場合は、場合によっては何らかの他の介入が必要である。

推進の場合（図２のＴ_ｒｅｑが正の場合）、常用ブレーキ３１５、３２５は、ＥＭが過剰なトルクを生成し続けても、介入して過剰なスリップを防止することができるが、制動の場合（図２のＴ_ｒｅｑが負の場合）、常用ブレーキは、過剰な車輪スリップに応答してそれら自身の制動トルクを小さくすることしかできないことを認識されたい。ＥＭ３３０が強く制動し続けても、車輪は依然としてロックすることができ、したがってＥＭに送られるスリップ制限は、この状況を回避するように構成される。

図４は、達成可能なタイヤ力を車輪スリップの関数として示すグラフである。前後方向の獲得可能なタイヤ力Ｆｘは、小さい車輪スリップに対してほぼ直線的に増加する部分４１０を示しており、より大きい車輪スリップに対するより非線形の挙動が続いている。獲得可能な横方向のタイヤ力Ｆｙは、比較的小さい車輪スリップであっても急激に小さくなっている。獲得可能な前後方向の力の推定が容易であり、また、必要に応じて横方向のタイヤ力を生成することができる線形領域４１０で車両動作を維持することが望ましい。この領域における動作を保証するために、例えば０．１程度の車輪スリップ制限λ_ＬＩＭをＷＥＭに課すことができる。前後方向の最大の力が望ましく、また、重要な横方向の力が不要である場合、車輪スリップ制限を恐らく０．３まで大きくすることができる。

本明細書において開示されている技法のキーとなる概念は、大きすぎるトルクは、車両１００の一方の側または両側の重大な車輪スリップの原因になり得るため、電気機械３３０には大きすぎるトルク要求が送られないことである。要求された車輪トルクが、図２に関連して上で考察した２つの車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０によって決定された獲得可能な車輪トルクと比較されるのはそのためである。

要約すると、図２および図３は、大型車両１００のための制御ユニット１１０を示したものである。車両は、ディファレンシャル３４０を介して第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪３０１、３０２に接続された電気機械３３０を含む。制御ユニット１１０は、第１の被駆動車輪と関連付けられた第１の車輪スリップ制御モジュール２１０、および第２の被駆動車輪と関連付けられた第２の車輪スリップ制御モジュール２２０を含み、個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０は、それぞれの車輪が獲得することができるトルクＴ_１、Ｔ_２を現在の車輪状態２１５、２２５に基づいて決定するように構成されている。制御ユニット１１０は、車両１００によって要求された加速度プロファイルａ_ｒｅｑを満足するために必要なトルクＴ_ｒｅｑを決定し、また、被駆動車輪３０１、３０２毎の獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２および必要なトルクＴ_ｒｅｑのうちの最も小さいトルク２３０に対応するトルクＴ_ＥＭを電気機械３３０に要求するように構成されている。

要求された加速度プロファイルおよび／または要求された曲率を満足するために必要なトルクを決定するための方法は知られており、したがって本明細書においてはより詳細には考察されない。加速度プロファイルおよび曲率は、車両の自律的動作の結果であっても、あるいはそれらは、運転者の手動入力（加速ペダル、ブレーキペダルおよびステアリングホイール入力）の結果であってもよい。

上で言及したように、車輪毎の獲得可能なトルクを確立することができる多くの異なる方法が存在している。これらの方法は独立型方法として使用することができ、あるいはよりロバストな獲得可能なトルク値を得るために異なる方法を組み合わせることも可能である。例えば異なる方法によって得られたトルク値の重み付き組合せを最終獲得可能なトルク値として使用することができる。

このような例の１つによれば、現在の車輪状態２１５、２２５（図２参照）は車輪速度Ｒωを含む。車輪速度は、例えば１秒当たりの回転の形で回転速度を測定するように構成された車輪速度センサから得ることができ、この回転速度は、既知の車輪半径Ｒに基づいて車輪速度に変換することができる。個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０は、現在の車輪スリップλを決定し、また、現在の車輪スリップと設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭの間の比較に基づいて獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を決定するために車両速度ν_ｘを得るように構成されている。この設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭは、設定された車輪スリップ制限λ_ｗ１およびλ_ｗ２によって、図２の中で上で例示されている。

したがって現在の車輪スリップがスリップ制限を超えている場合、現在の車輪スリップがスリップ制限内になるまで獲得可能なトルクが低減される。獲得可能なトルク値は何らかのマージンを使用して決定することができ、すなわち現在の車輪スリップが設定された車輪スリップ制限を実際に達する少し前に、獲得可能なトルクを小さくすることができる。別の例によれば、現在の車輪スリップの代わりに、検出されたピーク車輪スリップに基づいて獲得可能なトルクを決定するための制御アルゴリズムを動作させることができる。ピーク車輪スリップは、例えば、ある時間窓内で検出された最も大きい車輪スリップ、として定義することができる。設定可能な車輪スリップ制限については、以下でより詳細に考察される。

別のこのような例によれば、現在の車輪状態２１５、２２５は、それぞれの車輪と関連付けられた車輪エンドモジュール３１０、３２０から受け取った能力メッセージ（ＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２、図２参照）の一部として、車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０によって取得された現在の車輪スリップ値λを含む。個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０は、現在の車輪スリップと設定可能な車輪スリップλ_ＬＩＭの間の比較に基づいて獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を決定するように構成されている。設定可能な車輪スリップは、上の図２の中でλ_ｗ１によって、また、λ_ｗ２として例示されている。出力される獲得可能なトルクの制御は、上で考察したように実施することができ、すなわち獲得可能なトルクは、現在の車輪スリップ（またはピーク車輪スリップ）がスリップ制限を超えないよう、制御アルゴリズムによって調整することができる。

設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭは、例えば、図４に示されているようなタイヤ力と現在の車輪スリップλの間の予め決定済みの関係４００に基づいて取得され得る。例えば有意な曲率がＴＳＭ層から要求されると、ＶＭＭは、横方向の力Ｆ_ｙを提供することができる車両制御を引き渡さなければならない。この場合、設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭは、どちらかと言えば小さい、例えば横方向の力を生成することができる０．１程度に設定されることが好ましい。一方、車両が直線走行しており、前後方向の最大力Ｆ_ｙを生成する必要がある場合、場合によっては例えば前後方向の力がそのピークになる０．２程度のより大きい車輪スリップ制限が好ましい。

図４の関係は、車両動力学についての研究室の試験に基づいて、あるいはコンピュータシミュレーションに基づいて予め決定することができる。また、この関係は連続的に推定することも可能であり、したがって車両１００が動作する際に更新することができる。この関係は、所与の車両タイプに対して、さらには個別の車両に対して確立することができる。

制御ユニット１１０は、知られている方法を使用して推定された道路摩擦係数μ_ｉを取得するように構成することも可能である。その結果、推定された道路摩擦係数μ_ｉによって牽引付けされた予め決定済みのルックアップテーブルに基づいて、設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭが取得され得る。ルックアップテーブルは、車両動力学についての研究室の試験に基づいて、あるいはコンピュータシミュレーションに基づいて予め決定することができる。ルックアップテーブルは、車両の動作に応じて連続的に推定することも可能である。

獲得可能なトルクを決定するための別の例示的技法は、被駆動車輪毎の推定された道路摩擦係数μ_ｉおよび推定されたタイヤ垂直抗力Ｆ_ｚｉを含む現在の車輪状態２１５、２２５に基づいている。道路摩擦およびタイヤ垂直抗力は知られている方法に基づいて推定することができる。この場合、個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０は、関係
Ｔ_ｉ＝μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉ＊γ_ｗｉ
に基づいて獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を決定するように構成され、γ_ｗｉはｉ番目の被駆動車輪の車輪半径である。当然、ここでもマージンを使用することができ、すなわち獲得可能なトルクは、
Ｔ_ｉ＝α＊μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉ＊γ_ｗｉ
として決定することができ、αは、例えば０．７～０．９５程度の値を仮定することができるマージン係数である。

この関係は、ｉ番目の車輪に対する、その車輪に対する道路摩擦係数および垂直抗力によって設定される前後方向の力Ｆ_ｙｉに対する基本的制限からきている。
Ｆ_ｙｉ≦μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉ

他の態様によれば、個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０は、それぞれの被駆動車輪３０１、３０２と関連付けられた車輪エンドモジュール３１０、３２０から能力メッセージＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２を取得するように構成され、能力メッセージＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２は獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を含む。この場合、獲得可能なトルクはＭＳＤ層で既に推定されているか、さもなければ決定されており、ＶＭＭ層にレポートされるだけである。車輪スリップ制御モジュールは、次に、ＭＳＤ層からレポートされた獲得可能なトルクを単に転送するだけでよい。

ディファレンシャル駆動装置が抱えている問題は、道路の一方の側が道路のもう一方の側と比較して小さい摩擦係数を有する分割摩擦シナリオに車両が遭遇すると、車両の一方の側の車輪速度が著しく速くなる傾向を示すことである。これは、例えば車両がある程度の氷の上を走行している場合、あるいは車両の一方の側がぬかるんだ路肩にある場合がそうであり得る。分割摩擦状態は、例えば図３に示されている車輪速度ω_１およびω_２を比較することによって検出することができる。推進中に、１つまたは複数の車輪がスリップを開始する、すなわち大きすぎる正のスリップを開始する分割摩擦状態に遭遇すると、ＶＭＭ１１０は、任意選択で、スリップしている車輪と関連付けられた常用ブレーキ３１５、３２５に負のトルクを要求することによって制動コマンド（Ｔ_ＳＢ１またはＴ_ＳＢ２）を発することができる。加えられるこの負のトルクは、スリップしている車輪を減速させることになり、事実上、スリップしていない車輪に動力を伝達する。車両の一方の側に許容されるスリップの量は駆動シナリオによって決まる。もう一度図４を参照すると、最大推進力が望ましい場合、０．２～０．３またはそれぐらいの程度の車輪スリップ制限を設定することができる。一方、横方向の力が必要である場合、および／または線形車両挙動が望ましい場合、もっと小さい、例えば、０．１近辺の車輪スリップ制限が設定される。要約すると、いくつかの態様によれば、制御ユニット１１０は分割摩擦状態を検出するように構成されている。個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０は、分割摩擦状態が検出されると、正の車輪スリップを車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２未満に維持するために、対応する常用ブレーキ３１５、３２５によって加えられるべきトルクＴ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を設定するように構成されている。

有利には、推進中におけるトルクのこのタイプの選択的印加によれば、ディファレンシャルロック構造の必要がなくなる。

任意選択で、制御ユニット１１０は、車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０の両方が設定された車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２を超える正の車輪スリップに応答して、対応する常用ブレーキ３１５、３２５によって加えられるべきトルクＴ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を設定する場合に、電気機械３３０からの要求トルクＴ_ＥＭを小さくするように構成されている。当然、電気機械が同時に車輪を駆動している間、両方の車輪にブレーキをかけることは無意味である。

常用ブレーキを使用して、車両１００のアンダーステア勾配を能動的に修正することができることを認識されたい。車両がカーブにさしかかると、ＶＭＭは、通常、カーブを首尾よく通り抜けるために、要求された加速度プロファイルおよびＴＳＭ層によって要求される曲率を首尾よく提供するための方法についてのいくつかの選択肢を有している。ステアリングを作動させるという選択肢が当然あります。しかし、常用ブレーキは、車体を旋回させたり、カーブで曲がり易くするために車両のアンダーステア勾配を調整するために用いられたりし得る。いくつかの態様によれば、制御ユニットは、車両１００と関連付けられたアンダーステア勾配を要求された曲率ｃ_ｒｅｑに応じて修正するために、要求された曲率ｃ_ｒｅｑに基づいて対応する常用ブレーキ３１５、３２５によって加えられるべきトルクＴ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を設定するように構成されている。アンダーステアおよびオーバーステアを記述するために使用されている標準専門用語は、文書Ｊ６７０のＳｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ （ＳＡＥ）、および文書８８５５のＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ （ＩＳＯ）によって定義されている。これらの用語により、アンダーステアおよびオーバーステアは、車両が、平ら水平面の一定の半径の経路を一定の速度で、かつ、一定のステアリングホイール角で追従する定常状態における相違に基づいている。

アンダーステアおよびオーバーステアは、安定した旋回のために必要な操舵量が横方向の加速度の関数としてどのように変化するかを示すアンダーステア勾配（understeer gradient）（Ｋ）によって定義される。定常速度におけるステアリングが同じ円軌道を低速で追従する場合に必要なステアリングと比較される。所与の旋回半径に対する低速ステアリングはＡｃｋｅｒｍａｎｎステアと呼ばれている。車両は、必要なステアとＡｃｋｅｒｍａｎｎステアの間の差が横方向の加速度の増分増加に対して大きくなる場合、正のアンダーステア勾配を有する。車両は、ステアの上記差が横方向の加速度の増分増加に対して小さくなる場合、負の勾配を有する。車両は本質的に非線形システムであり、Ｋが試験範囲内で変化するのは普通である。車両は、いくつかの状態ではアンダーステアを示し、また、他の状態ではオーバーステアを示すことがあり得る。したがって、アンダーステア／オーバーステア特性をレポートする場合は、速度と横方向加速度を指定する必要がある。

開示されている技法の利点のうちのいくつかが図５および図６に例示されている。図５は、トラクタユニット１０１およびトレーラユニット１０２を含むセミ－トレーラ車両１００がどちらかと言えば急なカーブ５１０にさしかかるシナリオ５００を示したものである。トラクタ１０１は前後方向の力５３０および大きい横方向の力５４０にさらされており、一方、トレーラユニット１０２は、未だカーブに完全にさしかかっていないため、それほど重大な横方向の力５５０にはさらされていない。図４を参照すると、このシナリオでは、必要な横方向の力５４０、５５０（すなわち図４のＦ_ｙ）を生成することができるようにするために、車輪スリップを適度に小さいレベルに維持することが重要である。図２を参照すると、ＴＳＭ層は、トラクタ１０１がカーブ５１０にさしかかると、車両の減速、すなわち制動を要求しそうである。しかしながらトラクタ１０１上の左側の車輪は、道路５２０上の氷の区画に存在しているため、現在は小さい摩擦状態に遭遇しており、これは、トラクタ１０１の左側の車輪上で獲得することができるトルクが一時的に小さくなることを意味している。ＴＳＭ層からのトルク要求Ｔ_ｒｅｑ（図２参照）が電気機械トルク要求Ｔ_ＥＭに直接伝搬することが許されていた場合、左側のトラクタ車輪に重大な車輪スリップが発生したかもしれない。しかしながら、トラクタ１０１の左側の被駆動車輪と関連付けられた車輪スリップ制御モジュール２１０は、現在、小さい摩擦状態のために低減された獲得可能なトルクを決定しており、図２に関連して上で説明したようにＴ_ＥＭの制限をもたらしている。したがって、重大な車輪スリップおよび潜在的な臨界シナリオが回避される。

急なカーブ５１０を首尾よく通り抜けるために、本明細書において開示されている技法によれば、車両１００のアンダーステア勾配を能動的に修正することができる。これは、外側（左側）の車輪と比較して内側（左側）の車輪により強い制動を要求することによって達成され得る。ＶＭＭ層は、ＴＳＭ層からの要求された加速度プロファイルおよび曲率、ならびにＭＳＤ層から受け取った状態および能力レポートに基づいて、アンダーステア勾配の修正が保証されたときを検出することができる。

図６は、セミ－トレーラ車両１００がまっすぐに延びた道路６１０に沿って加速しているシナリオ６００を示す。ＴＳＭ層は、ここでは、車両速度を増加させるために正の加速度を要求しており、この要求は、ＶＭＭ層によって正のトルクのための要求に変換される。しかしながら、トラクタユニット１０１の左側の車輪は、この場合も、氷のスポット６３０のために小さい摩擦状態にさらされている。したがって、車両は分割摩擦状態にある。要求されたトルクが電気機械トルク要求Ｔ_ＥＭに直接伝搬することが許されていた場合、この場合も左側のトラクタ車輪に重大な車輪スリップが発生したかもしれない。しかしながら本明細書において開示されている技法により、左側の被駆動車輪／車輪は小さい獲得可能なトルクをレポートする。加速が要求されており、また、右側の車輪は良好な摩擦状態に遭遇しているため、電気機械推進の間、摩擦が小さい側に制動を適用することにより、摩擦が大きい側にトルクを伝達することができる。

図７は方法を示すフローチャートであり、上記考察を要約している。大型車両１００の電気機械３３０にトルクＴ_ＥＭを要求するための方法が示されている。電気機械３３０は、ディファレンシャル３４０を介して第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪３０１、３０２に接続されている。方法は、
第１の被駆動車輪と関連付けられた第１の車輪スリップ制御モジュール２１０、および第２の被駆動車輪と関連付けられた第２の車輪スリップ制御モジュール２２０を設定するステップＳ１と、
個々の車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０によって、それぞれの車輪のための獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を現在の車輪状態２１５、２２５に基づいて決定するステップＳ２と、
車両１００によって要求された加速度プロファイルａ_ｒｅｑを受け取るステップＳ３と、
要求された加速度プロファイルａ_ｒｅｑを満足するために必要なトルクＴ_ｒｅｑを決定するステップＳ４と、
被駆動車輪３０１、３０２毎の獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２および必要なトルクＴ_ｒｅｑのうちの最も小さいトルク２３０に対応するトルクＴ_ＥＭを電気機械３３０に要求するステップＳ５と
を含む。

態様によれば、方法は、車輪速度Ｒωを含む現在の車輪状態２１５、２２５を受け取り、車両速度ν_ｘを取得し、現在の車輪スリップλを決定し、また、現在の車輪スリップと設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭの間の比較に基づいて獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を決定するステップＳ２１を含む。

態様によれば、方法は、それぞれの車輪と関連付けられた車輪エンドモジュール３１０、３２０から受け取った能力メッセージＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２の一部として、車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０によって取得された現在の車輪スリップ値λを含む現在の車輪状態２１５、２２５を受け取り、また、現在の車輪スリップと所望の車輪スリップλ_ＬＩＭの間の比較に基づいて獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を決定するステップＳ２２を含む。

態様によれば、方法は、タイヤ力と現在の車輪スリップλの間の予め決定済みの関係４００に基づいて設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭを取得するステップＳ２２１を含む。

態様によれば、方法は、推定された道路摩擦係数μ_ｉを取得し、推定された道路摩擦係数μ_ｉによって牽引付けされた予め決定済みのルックアップテーブルに基づいて設定可能な車輪スリップ制限λ_ＬＩＭを取得するステップＳ２２２を含む。

態様によれば、方法は、被駆動車輪毎の推定された道路摩擦係数μ_ｉおよび推定されたタイヤ垂直抗力Ｆ_ｚｉを含む現在の車輪状態２１５、２２５を受け取るステップＳ２３と、関係
Ｔ_ｉ＝μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉ＊γ_ｗｉ
に基づいて獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を決定するステップと、を含み、γ_ｗｉはｉ番目の被駆動車輪の車輪半径である。ＷＥＭおよびＶＭＭは、いずれも、既知の技法に基づいて、共同または個別に摩擦推定を実行できることが理解される。

態様によれば、方法は、それぞれの被駆動車輪３０１、３０２と関連付けられた車輪エンドモジュール３１０、３２０から能力メッセージＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２を取得するステップＳ２４を含み、能力メッセージＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２は獲得可能なトルクＴ_１、Ｔ_２を含む。

態様によれば、方法は、分割摩擦状態を検出するステップＳ６と、分割摩擦状態が検出されると、正の車輪スリップを車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２未満に維持するために、対応する常用ブレーキ３１５、３２５によって加えられるべきトルクＴ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を設定するステップと、を含む。

態様によれば、方法は、車輪スリップ制御モジュール２１０、２２０の両方が、設定された車輪スリップ制限λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２を超える正の車輪スリップに応答して、対応する常用ブレーキ３１５、３２５によって加えられるべきトルクＴ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を設定する場合に、電気機械３３０からの要求トルクＴ_ＥＭを小さくするステップＳ６１を含む。

態様によれば、方法は、車両１００と関連付けられたアンダーステア勾配を要求された曲率ｃ_ｒｅｑに応じて修正するために、要求された曲率ｃ_ｒｅｑに基づいて対応する常用ブレーキ３１５、３２５によって加えられるべきトルクＴ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２を設定するステップＳ７を含む。

上記考察は、以下で列挙されているステップ１～９のうちの少なくともいくつかを含むプロセスとして言い表すことも可能である。

１．最初に、加速要求は、運転者加速ペダル、又は、所望の車両速度が維持される自動走行軌道のいずれかから変換される。手動運転者からのステアリング入力は所望の曲率として変換され、又は、自律システムの軌道から曲率要求入力を変換することができる。

２．第２のステップは総包括力（total global force）Ｆｘを計算することであり、図４を参照されたい。

３．総制動トルクはＴ_ｒｅｑ＝Ｆｘ^＊ｒ_ｗによってすることができ、ｒ_ｗは車輪半径である。

４．トルクを制限するために、制動デバイスまたは同様のシステムからの摩擦推定タイヤ／道路をチェックする。これは図２の「ｍｉｎ」関数に対応する。

５．制動が適度であるかどうか、例えば０．３ｇ未満であり（電気推進システムの設計に基づいて調整することができ）、そして、電気制動が不要であるかどうかをチェックする。電気駆動が総車輪制動トルクを満足することができる場合、スリップ制限要求と共にそれらを使用することができる。スリップ制御は、電気機械を使用して処理される。常用ブレーキは、単にトルク制御されるだけである。電気駆動が総車輪制動トルクを満足することができない場合、常用ブレーキトルクがライニングブレーキセンサコーディネーションと共に使用される。スリップ制限は常用ブレーキ装置制御のみで設定される。

７．制動が０．３ｇと０．５ｇの間の減速度（deceleration）であるかどうかチェックする。そうである場合、制動装置をベースライン制動としてトルク制御と共に使用し、また、電気機械によるトルク要求および能動スリップ制御のために電気機械を追加する。ＭＳＤ層装置間のトルク割振り（配分）のために、曲率要求入力とともに推定摩擦についての知識を使用する。スリップ制限左側および右側計算を使用し、Ｔｒｅｑ＝ｍｉｎ（Ｔｓｌｉｐｃｒｔｒｌ１、Ｔｓｌｉｐｃｔｒｌ２、Ｔｒｅｑ）のうちの最小を取る。このスリップ制御は、スリップ制限コントローラに送られるｓｌｉｐｌｉｍ１およびｓｌｉｐｌｉｍ２より大きくスリップしている側はないことを保証する。

８．制動が例えば０．５ｇより強い減速度であるかどうかチェックする。そうである場合、両方の能動トルク制御と共に常用ブレーキのみを使用する。スリップ制御は常用ブレーキのみを使用して実施される。

９．正の加速が要求されたかどうかチェックする。そうである場合、車輪トルクは電気機械トルクによってのみ制御され、スリップ制御も電気機械に基づいている。常用ブレーキトルクを追加し、それにより非一様な摩擦での牽引のための正のスリップを制限するために、車輪スリップコントローラ２１０、２２０を使用する。これは、ディファレンシャル駆動装置３４０をロックする代わりに行われる。また、トルク割振りのための曲率要求入力と一緒に、推定された摩擦およびタイヤ垂直抗力についての知識を同じく使用する。車輪のトルクベクトル化により、例えばカーブでの一定走行中に、アンダーステア勾配を能動的に変更することができる。これは、主として、左右の摩擦が非一様な場合、または車両の挙動を線形化する場合にのみ有用である。

図８は、本明細書において説明されている実施形態による制御ユニット１１０の構成要素を多数の機能ユニットの観点で概略的に示している。この制御ユニット１１０は、例えば、ＶＭＭユニットの形態で車両１００に含まれ得る。処理回路８１０は、例えば、記憶媒体８３０の形態のコンピュータプログラム製品に格納されたソフトウェア命令を実行することができる、適切な中央処理ユニットＣＰＵ、マルチプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサＤＳＰなどのうちの任意の１つまたは複数の任意の組合せを使用して提供され得る。処理回路８１０は、さらに、少なくとも１つの特定用途向け集積回路ＡＳＩＣまたはフィールドプログラマブルゲートアレイＦＰＧＡとして提供されてもよい。

具体的には、処理回路機構８１０は、図７に関連して説明された方法などの一連の動作すなわちステップを制御ユニット１１０に実行させるように構成されている。例えば記憶媒体８３０は、上記一連の動作を記憶することができ、また、処理回路機構８１０は、記憶媒体８３０からその一連の動作を読み出して制御ユニット１１０にその一連の動作を実施させるように構成することができる。上記一連の動作は、一連の実行可能命令として提供することができる。したがって処理回路機構８１０は、本明細書において開示されている方法を実行するように構成されている。

記憶媒体８３０は持続的な記憶装置を含んでもよく、持続性記憶装置は、例えば磁気メモリ、光メモリ、固体状態メモリ、さらには遠隔で取り付けられるメモリのうちの任意の単独の１つまたは組合せであってもよい。

制御ユニット１１０は、ＷＥＭなどの少なくとも１つの外部デバイスと通信するためのインタフェース８２０をさらに含むことができる。したがってインタフェース８２０は、アナログ構成要素およびデジタル構成要素、ならび有線通信または無線通信のための適切な数のポートを含む１つまたは複数の送信機および受信機を含むことができる。

処理回路機構８１０は、例えばデータおよび制御信号をインタフェース８２０および記憶媒体８３０に送ることによって、インタフェース８２０からデータおよびレポートを受け取ることによって、また、記憶媒体８３０からデータおよび命令を読み出すことによって制御ユニット１１０の一般的な動作を制御している。制御ノードの他の構成要素ならびに関連する機能は、本明細書に提示される概念を不明瞭にしないために省略されている。

図９は、前記プログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに、図７に示されている方法を実施するためのプログラムコード手段９２０を含むコンピュータプログラムを担っているコンピュータ可読媒体９１０を示したものである。コンピュータ可読媒体およびプログラムコード手段は、一緒にコンピュータプログラム製品９００を形成することができる。

Claims (15)

1. 大型車両（１００）のための制御ユニット（１１０）であって、
   前記車両は、ディファレンシャル（３４０）を介して第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪（３０１、３０２）に接続された電気機械（３３０）を含み、
   前記制御ユニット（１１０）が、前記第１の被駆動車輪に関連付けられた第１の車輪スリップ制御モジュール（２１０）および前記第２の被駆動車輪に関連付けられた第２の車輪スリップ制御モジュール（２２０）を含み、
   個々の車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）が、それぞれの車輪が獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）を現在の車輪状態（２１５、２２５）に基づいて決定するように構成され、
   前記制御ユニット（１１０）が、前記車両（１００）によって要求された加速度プロファイル（ａ_ｒｅｑ）を満足するために必要なトルク（Ｔ_ｒｅｑ）を決定し、被駆動車輪（３０１、３０２）毎の前記獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）および前記必要なトルク（Ｔ_ｒｅｑ）のうちの最も小さいトルク（２３０）に対応するトルク（Ｔ_ＥＭ）を前記電気機械（３３０）に要求するように構成される、
   制御ユニット（１１０）。
2. 前記現在の車輪状態（２１５、２２５）が車輪速度（Ｒω）を含み、
   個々の車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）が、現在の車輪スリップ（λ）を決定し、前記獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）を前記現在の車輪スリップと設定可能な車輪スリップ制限（λ_ＬＩＭ）の間の比較に基づいて決定するために、車両速度（ν_ｘ）を得るように構成される、請求項１に記載の制御ユニット（１１０）。
3. 前記現在の車輪状態（２１５、２２５）が、前記それぞれの車輪と関連付けられた車輪エンドモジュール（３１０、３２０）から受け取った能力メッセージ（ＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２）の一部として、前記車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）によって取得される現在の車輪スリップ値（λ）を含み、個々の車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）が、前記獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）を前記現在の車輪スリップと所望の車輪スリップ（λ_ＬＩＭ）の間の比較に基づいて決定するように構成される、請求項１または２に記載の制御ユニット（１１０）。
4. 前記設定可能な車輪スリップ制限（λ_ＬＩＭ）が、タイヤ力と現在の車輪スリップ（λ）の間の予め決定済みの関係（４００）に基づいて取得される、請求項２または３に記載の制御ユニット（１１０）。
5. 前記制御ユニット（１１０）が、推定された道路摩擦係数（μ_ｉ）を取得するように構成され、前記設定可能な車輪スリップ制限（λ_ＬＩＭ）が、前記推定された道路摩擦係数（μ_ｉ）によって牽引付けされた予め決定済みのルックアップテーブルに基づいて取得される、請求項２または３に記載の制御ユニット（１１０）。
6. 前記現在の車輪状態（２１５、２２５）が、被駆動車輪毎の推定された道路摩擦係数（μ_ｉ）および推定されたタイヤ垂直抗力（Ｆ_ｚｉ）を含み、個々の車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）が、前記獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）を、γ_ｗｉがｉ番目の被駆動車輪の車輪半径である関係
   Ｔ_ｉ＝μ_ｉ＊Ｆ_ｚｉ＊γ_ｗｉ
   に基づいて決定するように構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の制御ユニット（１１０）。
7. 個々の車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）が、前記それぞれの被駆動車輪（３０１、３０２）と関連付けられた車輪エンドモジュール（３１０、３２０）から能力メッセージ（ＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２）を取得するように構成され、前記能力メッセージ（ＣＡＰ_ＳＢ１、ＣＡＰ_ＳＢ２）が前記獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の制御ユニット（１１０）。
8. 前記第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪（３０１、３０２）が、それぞれの第１の常用ブレーキおよび第２の常用ブレーキ（３１５、３２５）によって制動されるように構成され、個々の常用ブレーキ（３１５、３２５）が、車輪スリップを設定された車輪スリップ制限（λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２）未満に維持するために、それぞれの車輪エンドモジュールＷＥＭ（３１０、３２０）によって制御され、前記制御モジュール（１１０）が前記車輪スリップ制限（λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２）を設定するように構成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の制御ユニット（１１０）。
9. 分割摩擦状態を検出するように構成され、個々の車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）が、分割摩擦状態が検出されると、正の車輪スリップを車輪スリップ制限（λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２）未満に維持するために、対応する常用ブレーキ（３１５、３２５）によって加えられるべきトルク（Ｔ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２）を設定するように構成される、請求項１から８のいずれか１項に記載の制御ユニット（１１０）。
10. 前記車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）の両方が、前記設定された車輪スリップ制限（λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２）を超える正の車輪スリップに応答して、前記対応する常用ブレーキ（３１５、３２５）によって加えられるべきトルク（Ｔ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２）を設定する場合に、前記電気機械（３３０）からの要求トルク（Ｔ_ＥＭ）を小さくするように構成される、請求項９に記載の制御ユニット（１１０）。
11. 前記車両（１００）に関連付けられたアンダーステア勾配を要求された曲率（ｃ_ｒｅｑ）に応じて修正するために、前記要求された曲率（ｃ_ｒｅｑ）に基づいて前記対応する常用ブレーキ（３１５、３２５）によって加えられるべきトルク（Ｔ_ＳＢ１、Ｔ_ＳＢ２）を設定するように構成される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の制御ユニット（１１０）。
12. 前記制御ユニット（１１０）が、前記電気機械の車輪スリップ制限（λ_ＥＭ）と比較して、前記常用ブレーキ（３１５、３２５）のためのより大きい車輪スリップ制限（λ_ＳＢ１、λ_ＳＢ２）を設定するように構成される、請求項１から１１のいずれか１項に記載の制御ユニット（１１０）。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の制御ユニット（１１０）を含む車両（１００）。
14. 大型車両（１００）の電気機械（３３０）にトルク（Ｔ_ＥＭ）を要求するための方法であって、
    前記電気機械（３３０）は、ディファレンシャル（３４０）を介して第１の被駆動車輪および第２の被駆動車輪（３０１、３０２）に接続され、
    前記方法が、
    前記第１の被駆動車輪に関連付けられた第１の車輪スリップ制御モジュール（２１０）、および前記第２の被駆動車輪に関連付けられた第２の車輪スリップ制御モジュール（２２０）を構成するステップ（Ｓ１）と、
    個々の車輪スリップ制御モジュール（２１０、２２０）によって、それぞれの車輪のための獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）を現在の車輪状態（２１５、２２５）に基づいて決定するステップ（Ｓ２）と、
    前記車両（１００）によって要求された加速度プロファイル（ａ_ｒｅｑ）を受け取るステップ（Ｓ３）と、
    前記要求された加速度プロファイル（ａ_ｒｅｑ）を満足するために必要なトルク（Ｔ_ｒｅｑ）を決定するステップ（Ｓ４）と、
    被駆動車輪（３０１、３０２）毎の前記獲得可能なトルク（Ｔ_１、Ｔ_２）および前記必要なトルク（Ｔ_ｒｅｑ）のうちの最も小さいトルク（２３０）に対応するトルク（Ｔ_ＥＭ）を前記電気機械（３３０）に要求するステップ（Ｓ５）と
    を含む方法。
15. コンピュータプログラム（８２０）であって、前記プログラムがコンピュータ上又は制御ユニット（１１０）の処理回路機構（８１０）上で実行されるときに、請求項１４に記載のステップを実施するためのプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム（８２０）。

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