JP2024517368A - 大型車両の加速と制動用の電動車輪モジュール - Google Patents

Abstract

車輪モジュール（３００）は、大型車両（１００）を加速及び減速するためのトルク（Ｍ）を生成するように構成されている。車輪モジュール（３００）は、回生制動のために設けられた少なくとも１つの電気機械（３１０）と、渦電流制動装置（３２０）と、電子制御ユニットＥＣＵ（３３０）とを備える。車輪モジュール（３００）は、外部制御ユニット（１０１）と通信するために配置された通信ポート（３５０）、ならびに電気機械（３１０）を渦電流制動装置（３２０）に接続するとともに、車輪モジュール（３００）との間で電力を入出力するように構成された電力ポート（３６０）に電気機械（３１０）を接続するように構成された配電ネットワーク（３４０）をさらに備える。ＥＣＵ（３３０）は、電力ポート（３６０）の最大出力電力を示す設定データを通信ポート（３５０）を介して取得し、少なくとも１つの電気機械（３１０）からの電力を渦電流制動装置（３２０）と電力ポート（３６０）の間で分配することによって、電力ポート（３６０）の出力電力を最大出力電力未満に維持するように配電ネットワーク（３４０）を制御するように構成される。【選択図】図３

Description

本開示は、貨物輸送用のセミトレーラ車両などの大型車両に関し、詳細には、電気制動装置の組み合わせに基づいて大型車両を減速するための統合電気構成に関する。本発明はセミトレーラ車両及びトラックに関して記載されるが、この特定のタイプの車両に限定されず、他のタイプの車両に使用されてもよい。

トラックやセミトレーラ車両などの大型車両は、通常、摩擦ブレーキに基づく常用ブレーキシステムを備える。ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦ブレーキは、長時間、下り坂を運転するときに発生し得る長時間の使用ができない。摩擦ブレーキを過度に使用すると、ブレーキフェードと呼ばれる現象が発生する場合がある。ブレーキフェードは制動面の熱の蓄積によって引き起こされ、制動能力の大幅な低下につながる。ブレーキフェードを避けるために、大型車両は、エンジンブレーキや様々なリターダシステムなど、補助制動が可能な補助ブレーキを備えることが多い。

電気機械を使用して、車両を制動する、すなわち制動トルクを生成することもできる。電気機械は、車両からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機として機能する。この電気エネルギーは、充電式バッテリなどの電気エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）に、または電気エネルギーを熱として放散する制動抵抗器に供給することができる。

電気機械はブレーキフェードの影響を受けないが、ＥＳＳと制動抵抗器の総エネルギー吸収能力には限界があるため、電気機械は依然として長時間にわたる補助制動を実行できない可能性がある。したがって、制動のための追加の手段を車両に搭載する必要がある、または補助制動を支援するために車両の電気エネルギーシステムの要件を過大に設定する必要があるが、これらは望ましくない。

通常、電気機械には制限されたピーク制動トルク能力が関連付けられている。すなわち、電動車両は、緊急ブレーキなどのために要求される必要なトルクを提供するために電気機械に加えて摩擦ブレーキを備えることが多いということである。ＷＯ２０１３／１８６１５８号は、電気機械と渦電流ブレーキの組み合わせに基づくタイプの車両ブレーキ構成を開示している。この構成により、電気機械のみと比較して、より多くのトルクを生成することができる。

十分な制動トルクを長時間にわたって提供できる大型車両の制動構成のさらなる改良が引き続き必要とされている。車両のＥＳＳシステムの制御を簡素化することも望まれている。

本開示の目的は、上述の問題の少なくとも一部を軽減する、大型車両を減速するためのブレーキ構成を提供することである。

この目的は、大型車両を加速及び減速するためのトルクを生成するように構成された車輪モジュールによって少なくとも部分的に達成される。車輪モジュールは、回生制動のために設けられた少なくとも１つの電気機械、渦電流制動装置、及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備える。車輪モジュールはさらに、外部制御ユニットと通信するために配置された通信ポート、ならびに電気機械を渦電流制動装置に接続するとともに、車輪モジュールとの間で電力を入出力するように構成された電力ポートに電気機械を接続するように構成された配電ネットワークを備える。ＥＣＵは、電力ポートの最大出力電力を示す設定データを通信ポートを介して取得し、少なくとも１つの電気機械からの電力を渦電流制動装置と電力ポートの間で分配することによって、電力ポートの出力電力を最大出力電力未満に維持するように配電ネットワークを制御するように構成される。

車輪モジュールは、少なくとも１つの電気エネルギー吸収装置に接続されることが好ましく、少なくとも１つの電気エネルギー吸収装置は、例えば、充電式バッテリもしくはスーパーキャパシタなどのＥＳＳ、または制動抵抗器などの電気エネルギーを散逸する装置、またはＥＳＳ及び制動抵抗器の組み合わせであってよい。開示された車輪モジュールは、ＥＳＳなどを充電するための回生制動を提供すると同時に、設定データに応じて出力電力量を制限することによって、ＥＳＳ及び任意の他の電気エネルギー吸収装置の制限を考慮する。通信ポートは上位層の制御装置、すなわち外部制御ユニットに接続されており、外部制御ユニットは、回生制動による最大エネルギー出力をリアルタイムで設定することができる。内部制御、すなわち、ＥＣＵは次に、モジュールの出力電力ポートの代わりに、渦電流制動装置に回生エネルギーをそらすことによって、設定された最大エネルギー出力未満に常に出力電力を調整する。これにより、制動抵抗器やエネルギー貯蔵システム、またはその他の電気エネルギー吸収装置に課せられる要件が軽減され、これが利点となる。これにより、車輪モジュールからの最大出力電力を想定できるため、車両電気システム全体の寸法設定も簡素化される。また、車輪モジュールは、外部制御ユニットがいつでも車輪モジュールの現在の制動能力を認識できるように、通信ポートを介して制動能力をリアルタイムで報告することができる。この能力は、渦電流装置の状態、及び電気機械の状態、例えば電気機械の軸速度の関数である。

態様によれば、電気機械は、限られた時間の間、ピーク制動トルクとも呼ばれる増加した量の制動トルクを生成するように構成される。その限られた時間中に電気機械によって生成された電流は渦電流制動装置にそらされ、それによって制動トルクの総量が増加する。電気機械をピークトルクで動作させることにより、電気機械は大幅に増加したトルクを生成することができるが、それは限られた時間の間だけである。このようなトルク過負荷時に生成された電流を渦電流ブレーキにそらすことができ、それにより制動トルクをさらに増加させることができる。この場合、通信ポートは、制動トルク能力をリアルタイムで上位層の制御装置に報告するように構成することができる。この報告は、トルク能力と、このトルクを維持できる時間の両方を含み得る。任意選択で、制動トルク能力の低下率も報告することができる。この低下率は、モデルまたは事前に設定されたルックアップテーブルから決定することができる。限られた時間の間、高い制動トルクを生成できることは、積載量の多い大型車両であっても、摩擦ブレーキなどによる制動トルクを追加することなく緊急ブレーキ操作などを実行できることを意味し、これは利点である。この機能を限られた時間内に繰り返し使用すると、報告される制動能力は当然低下するが、車両制御システムは報告を通じて現在の能力を認識するため、これは車両運動管理制御システムによって考慮することができる。

態様によれば、車輪モジュールは、ローカルエネルギーバッファ、すなわち、バッテリまたはスーパーキャパシタのようなある種のＥＳＳをさらに備える。このバッファは２つの目的に役立つ。このバッファは、電力ポートからの出力電力を平準化し、上位層の充電制御システムが時間の経過とともに急激な変動が少なく、より予測可能なエネルギー出力、すなわち平滑化またはローパスフィルタ処理された電力出力を装置から受け取るようにできる。また、このバッファは、車両の主エネルギー源が何らかの理由で故障した場合のバックアップエネルギー源としても機能することができる。このバックアップエネルギー源は、例えば、主エネルギー源が故障した場合に、渦電流制動装置を介して限られた時間だけ緊急制動を提供することができる。バックアップエネルギー源は、例えば軸速度が高いために電気機械が十分な出力電力を生成できない場合に、渦電流装置にブースト電力を供給することもできる。

態様によれば、ＥＣＵは、電気機械及び渦電流制動装置を制御して、所望の車輪スリップレベルを提供するように構成される。すなわち、局所的な車輪スリップ制御は、電気機械及び渦電流制動装置の協調を通じて達成される。これにより、目標車輪スリップ値に向けて車輪スリップを調整するための高精度かつ高速で実行される高帯域幅制御が可能になる。このタイプの運動制御に特有の複雑さは主に車輪モジュールに備えられているため、車両制御システム全体の制御が簡素化される。また、機能は単一のユニットに含まれており、車両の残りの部分に対して明確に定義されたインタフェースを備えた１つの部品として納入及び組み立てられるため、機能を個別に検証することができる。

態様によれば、車輪モジュールは追加の通信ポートを備える。これにより、制御システムに冗長性が提供される。通信ポート及び追加の通信ポートはいずれも、無線通信ポートまたは有線通信ポートであってよい。

態様によれば、ＥＣＵは、大型車両の目標減速値に応じて、配電ネットワークによって渦電流制動装置と電力ポートとの間で電気機械からの回生電力を分配するように構成される。これにより、車両を確実に減速する方法が可能になり、また、電気機械単独の制動能力を超えた車輪モジュールによる減速も可能になる。したがって、主な車両運動制御ユニットであり得る外部制御ユニットは、電気機械による制動と渦電流装置による制動との間の分割を設定することなく、電気機械の能力を超えると、（潜在的に、車輪スリップ要求として間接的に）車輪モジュールに制動トルクを要求してよい。これにより、車両全体の制御が簡素化される。

態様によれば、ＥＣＵは、渦電流制動装置によって一定のベースライントルクレベルが生成されるように、渦電流制動装置と電力ポートとの間の電気機械からの回生電力の分配を制御するように構成される。電気機械によって加えられるトルクは、所望の車輪スリップレベルで車輪スリップを制御するように調整される。ベースライントルクレベルを生成する渦電流制動装置により、電気機械を使用して短い待ち時間で車輪スリップを制御することができ、それによって正確かつ迅速な車輪スリップ制御が得られる。これは、渦電流装置が車輪スリップ制御に干渉しないことも意味し、利点となる。

態様によれば、電気機械、渦電流制動装置、及びＥＣＵは、単一のユニットに一体的に形成される。これにより、車両の組み立てが簡素化され、電気機械と渦電流装置の組み合わせたブレーキ機能への簡単なインタフェースも提供される。また、一体的に形成された単一ユニットは、機能の観点からユニットとして検証することができる。

態様によれば、電気機械は軸方向磁束電気機械である。軸方向磁束電気機械は比較的平坦に作ることができるため、渦電流装置とより簡単に統合でき、これは利点である。

本明細書では、上記説明による１つまたは複数の車輪モジュールと、車両の運動を制御するように構成された外部制御ユニットとを備える大型車両ユニットも開示される。

本明細書では、車輪モジュールに含まれる電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって実行される、大型車両を減速する方法も開示される。車輪モジュールはまた、回生制動のために配置された少なくとも１つの電気機械、渦電流制動装置、外部制御ユニットと通信するために配置された通信ポート、ならびに電気機械を渦電流制動装置に接続するとともに、車輪モジュールとの間で電力を入出力するように構成された電力ポートに電気機械を接続するように構成された配電ネットワークを備える。方法は、
所望の制動トルクを示す減速要求を取得することと、
電力ポートの最大出力電力を示す設定データを通信ポートを介して取得することと、
電気機械及び渦電流制動装置のいずれかによって制動トルクを加えることと、
少なくとも１つの電気機械からの電力を渦電流制動装置と電力ポートとの間で分配することによって、電力ポートの出力電力を最大出力電力未満に維持するように配電ネットワークを制御することとを含む。

態様によれば、方法は、限られた時間の間、電気機械によって増加した量のトルクを加えることと、その限られた時間中に電気機械によって生成された電流を渦電流制動装置にそらせ、それによって、制動トルクの総量を増加させることとをさらに含む。

態様によれば、方法は、所望の車輪スリップレベルを提供するように電気機械及び渦電流制動装置を制御することをさらに含む。

本明細書では、上記の説明による方法を実行するように構成された処理回路を備える電子制御ユニット（ＥＣＵ）も開示される。

本明細書では、コンピュータプログラムであって、コンピュータで、または電子制御ユニット（ＥＣＵ）の処理回路で実行されると、上記の説明による方法を実行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も開示される。

一般に、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書で明示的に別段の定義の無い限り、技術分野における通常の意味に従って解釈されるべきである。「ａ／ａｎ／ｔｈｅの付いた要素、装置、コンポーネント、手段、ステップなど」へのすべての言及は、明示的に別段の記載がない限り、要素、装置、コンポーネント、手段、ステップなどの少なくとも１つのインスタンス（instance）を指すものとして公然と解釈されるべきである。本明細書に開示される任意の方法のステップは、明示的に記載されない限り、開示された順序どおりに実行される必要はない。添付の特許請求の範囲及び以下の記載を検討すると、本発明のさらなる特徴及び利点が明らかになろう。本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下に記載されるもの以外の実施形態を作成し得ることを当業者は認識されよう。

添付の図面を参照して、例として挙げた本発明の実施形態を以下にさらに詳細に記載する。

大型車両の例を示す。 車両ユニットを制動するための電気制動構成の例を示す。 統合された電動車輪モジュールを示す。 車輪モジュール電子制御ユニットの詳細を示す。 トルク対車軸速度の例を示すグラフである。 車両制御システムの機能を模式的に示す。 大型車両のユースケースの例をいくつか示す。 方法を示すフローチャートである。 制御ユニットを模式的に示す。 コンピュータプログラム製品の例を示す。

本発明の一定の態様を示す添付の図面を参照して、本発明を以下により完全に記載する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で具体化されてよく、本明細書に記載の実施形態及び態様に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全なものとなり、本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように、例として提供されるものである。記載全体を通して、類似の番号は類似の要素を指す。

当然ながら、本発明は、本明細書に記載し、図面に示した実施形態に限定されず、むしろ、当業者は、添付の特許請求の範囲内で多くの変更及び修正が行われてよいことを認識されよう。

図１は、貨物輸送用の大型連結車両１００の例を示す。連結車両１００は、既知の方法で、例えばフィフスホイール接続によってトレーラユニットを牽引するように構成されたトラックまたは牽引車両を含む。車両ユニットのそれぞれは、負のトルク、すなわち連結車両１００を減速する制動トルクを生成するための手段を備える。連結車両１００は、車輪１１０、１２０、及び１３０を備える。連結車両は、充電式バッテリなどのＥＳＳ１４０と、特に連結車両の運動を制御するための制御ユニット１０１とをさらに備える。車両制御については、図６に関連して以下でより詳細に説明する。

ここで、大型車両１００は、重い物体または大量の貨物の取り扱い及び輸送のために設計された車両であるとみなされる。例として、大型車両は、上述したセミトレーラ車両またはトラックであってよい。別の例として、大型車両は、建設、鉱山作業などで使用するために設計された車両であってよい。当然ながら、本明細書に開示される技術及び装置は、図１に例示されているものだけでなく、多種多様な電動車両ユニットとともに適用することができる。したがって、本明細書に開示の技術は、例えば、リジッドトラック、ならびに１つまたは複数の台車車両ユニットを備えたマルチトレーラ大型電動車両にも適用可能である。

トラック、及び場合によってはトレーラユニットも、推進及び回生制動のための電気機械を備えてよい。しかしながら、ほとんどの回生電気ブレーキは、－０．２５Ｇ～－０．７５Ｇ程度の加速度が必要となる緊急ブレーキ操作などの際に必要となり得るような、急ブレーキを実行するのに十分な制動トルクを生成することができない。したがって、車両１００などの大型車両は通常、電気機械（単数または複数）による回生制動を補完する摩擦ブレーキを備える。

しかしながら、上述したように、車両１００は急な長い下り坂などを走行する際に車両１００を制動できる必要があり、摩擦ブレーキではブレーキフェードが始まる危険性がある。したがって、回生ブレーキや摩擦ブレーキに加えて、長時間の制動のためのエンジンブレーキや油圧ブレーキシステムなどの補助制動システムが必要な場合がある。かなり複雑なこの制動システムはコストを増大させるだけでなく、大掛かりな整備が必要である。

図２は、車輪１１０、１２０、１３０に結合された電気機械２１０を備える回生制動システム２００の例を示し、車輪１１０、１２０、１３０は連結車両１００の任意の車輪であってよい。電気機械２１０は、少なくとも１つの電気エネルギー吸収装置１４０、２４０に接続され、電気エネルギー吸収装置１４０、２４０は、例えば、充電式バッテリまたはスーパーキャパシタなどのＥＳＳ１４０であってよい。電気エネルギー吸収装置はまた、制動やエネルギー貯蔵などの任意の有用な効果をもたらさずに電気エネルギーを熱に変換する制動抵抗器２４０など、電気エネルギーを散逸する装置であってよい。制動抵抗器は、制動構成の電圧及び電流のレベルも調整し得る。電気エネルギー吸収装置は、電気エネルギーを貯蔵する装置と電気エネルギーを散逸する装置との組み合わせであってよい。

図２では、電気機械２１０はＥＳＳ１４０に接続されている。制動中（モーメントＭ）に生成される電気機械２１０からの電気エネルギー２２０は、ＥＳＳが電力を吸収できる限り、ＥＳＳに供給される（２３１）。ＥＳＳが完全に充電されると（１４５）、それ以上のエネルギーは吸収できなくなる。さらに、充電時にＥＳＳに供給できる最大電流または最大電圧には限界があり得る。ＥＳＳが電気機械からすべてのエネルギーを受け入れることができない場合、余剰エネルギーを制動抵抗器２４０に供給することができ（２３２）、制動抵抗器２４０は、余剰エネルギーを熱として放散する。したがって、制動システム２００は、スイッチまたは配電ネットワーク２３０を備え、スイッチまたは配電ネットワーク２３０は、電気機械２１０から生成された電気エネルギーをＥＳＳと制動抵抗器との間に分配するように構成される。当然ながら、この装置２３０は、電気機械からのすべての電力の宛先を選択するように構成されたスイッチとして、または電力の一部をＥＳＳに分配し、別の部分を制動抵抗器に分配するように構成されたより複雑なパワーエレクトロニクスネットワークとして実装することができる。制動抵抗器は最終的に熱くなりすぎるため（２４５）、吸収できる最大電力量がある。さらに、通常、制動抵抗器にはピーク電力能力が存在する。すなわち、制動抵抗器に供給できる最大電流または最大電圧には限界があり得る。システム２００は、電気機械２１０に制動要求を送信するように構成され、スイッチまたは配電ネットワーク２３０を制御するように構成された外部制御ユニット１０１も備える。

バッテリが完全に充電されており、制動抵抗器が最大許容温度に達している場合、制動中に電気機械２１０から生成される電力を消散させる安全な方法は無い。その場合は回生制動を停止する必要がある。この問題は、制動抵抗器の寸法を大きくすることによっていくらか緩和することができるが、例えば車両１００が長い坂道を下っている場合には、それだけでは十分でない場合がある。このため、摩擦ブレーキなどの追加の制動手段が必要になる。追加の制動手段はまた、前述したように、電気機械は通常、ピーク制動トルク能力が制限されているため、必要となる。しかしながら、摩擦ブレーキでは、車両が急な長い坂道を下る場合などにブレーキフェードが発生する危険性がある。

図３は、本開示による車輪モジュール３００の例を示す。車輪モジュール３００は、回生制動用に配置された少なくとも１つの電気機械３１０によって大型車両１００を加速及び減速するためのトルクＭを生成するように構成される。モジュール３００は、渦電流制動装置３２０及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）３３０も備える。車輪モジュール３００はさらに、外部制御ユニット１０１との通信のために設けられた通信ポート３５０、ならびに渦電流制動装置３２０、及び車輪モジュールに３００との間で電力を入出力するように構成された電力ポート３６０に電気機械３１０を接続するように構成された配電ネットワーク３４０を備える。ＥＣＵ３３０は、電力ポート３６０の最大出力電力を示す設定データを通信ポート３５０を介して取得し、渦電流制動装置３２０と電力ポート３６０の間で少なくとも１つの電気機械３１０からの電力を分配することによって、電力ポート３６０の出力電力を最大出力電力未満に維持するように配電ネットワーク３４０を制御するように構成される。

電力ポート３６０は、ＥＳＳ１４０及び／または制動抵抗器２４０などの他のタイプの電気エネルギー吸収装置に接続することができる。複数の電気エネルギー吸収装置に接続される場合、ＥＣＵはスイッチ２３０の機能を提供し得るが、このスイッチ２３０は車輪モジュールの外部に設けることもできる。車輪モジュール３００は通信ポート３５０を備え、上位層制御装置、すなわち、運動制御のための主要車両制御ユニットなどの外部制御ユニットが、回生制動からの最大エネルギー及び／または電力出力をリアルタイムで、すなわち、数ミリ秒からおそらく１秒以上の時間スケールで設定することができる。車輪モジュール内部制御ユニット、すなわち、ＥＣＵ３３０は、次に、回生エネルギーをモジュールの出力電力ポートの代わりに渦電流制動装置にそらすことによって、出力電力を設定された最大エネルギー及び／または出力電力未満に常に調整する。これにより、外部制動抵抗器の要件が軽減され、主なトラクションバッテリシステムの要件も軽減され、利点となる。

外部制御ユニット１０１は、車輪モジュール３００に制動要求を送信するように構成される。この要求は、通信ポート３５０を介してＥＣＵ３３０によって受信される。次に、ＥＣＵは電気機械を回生モードに設定し、制動トルクがモータ軸に加えられ、電気機械から電力が出力される。回生制動中、電気機械３１０は電力を生成し、電力は配電ネットワークに伝達される。配電ネットワークは、ＥＣＵに応じて、電気機械３１０、渦電流制動装置３２０、及び電力ポート３６０の間で、生成された電力を分配するように構成され、ＥＣＵは通信ポート３５０を介して外部制御ユニット１０１から入力を受信する。

車輪モジュール３００はまた、通信ポート３５０を介して制動能力を報告する。この制動能力は、電力ポートに設定された最大出力電力に応じて変化し得る。制動能力は、渦電流制動装置の状態及び／または電気機械の状態に応じても変化し得る。例えば、渦電流装置が過熱すると、報告される制動能力は低下し得る。したがって、外部制御ユニットは、車輪モジュール３００からの現在の制動能力及び最大出力電力を常に把握している。これにより、車両の全体的な制御や車両電気システム全体の管理が簡素化され、これが利点となる。

例として、車両１００の大きな減速値が必要な場合、対応する必要な負のトルクは、電気機械３１０のみで生成できるものを超える可能性がある。そうすると、回生電力の大部分が渦電流制動装置３２０に向けられ、渦電流制動装置３２０は、負のトルクを生成し、その結果、電気機械３１０のみによって生成されるよりも大きな総負トルクが生じる。これにより、非常に強力な制動力を生成できるという利点がある。

別の例として、エネルギー吸収装置１４０、２４０の容量がある時点で回生電力を吸収するには不十分な場合、たとえ制動に必要なトルクが電気機械３１０のみによって生成できる場合でも、回生電力の大部分を渦電流制動装置３２０に向けてよい。これは、少なくとも１つの電気機械３１０からの電力を渦電流制動装置３２０と電力ポート３６０間で分配することによって、電力ポート３６０の出力電力を最大出力電力未満に維持するように配電ネットワーク３４０を制御するようにＥＣＵ３３０を構成することによって達成される。回生電力を渦電流制動装置３２０に向けると、渦電流制動装置３２０によって追加の負のトルクが生成される。これは、過剰な回生電力を散逸することと、電気機械３１０によって生成される必要がある負のトルクを減少させることの両方に役立ち、その結果、回生制動によって回生される電力が少なくなる。このようにして、エネルギー吸収装置のピークエネルギー吸収能力に課せられる仕様及び要件を緩和することができ、これは利点である。通常、車輪モジュール３００の外部にエネルギー吸収能力が存在しない場合、例えば、トラクションバッテリが完全に充填され、制動抵抗器（単数または複数）が過熱した場合、少なくともしばらくの間、ゼロ出力電力を維持することができる。

電力ポートの最大出力電力を示す設定データは、エネルギー吸収装置１４０、２４０のエネルギー吸収能力に基づいて設定することができる。エネルギー吸収装置１４０、２４０のエネルギー吸収能力には、エネルギー吸収装置１４０、２４０が損傷を受けることなく吸収できるエネルギーの最大量が含まれる。したがって、エネルギー吸収能力には、エネルギー吸収装置１４０、２４０による最大エネルギー吸収率、すなわち最大電力が含まれる。

バッテリ１４０の場合、エネルギー吸収能力は、バッテリ１４０の現在の充電状態とバッテリ１４０の最大充電量との差によって少なくとも部分的に決定されてよい。例えば、バッテリが完全に充電されている場合、エネルギー吸収能力はゼロであってよい。また、通常、バッテリがエネルギーを吸収できるレート、つまりバッテリへの入力電力にも制限がある。制動抵抗器２４０の場合、エネルギー吸収能力は、制動抵抗器２４０の定格電力、すなわち、過熱または損傷を引き起こすことなく制動抵抗器２４０を介して散逸できる電力量によって決定されてよい。当然ながら、装置のエネルギー吸収能力は、短期及び長期の両方で時間の経過とともに変化し得る。例えば、すでに過熱した制動抵抗器は、冷えた未使用の制動抵抗器に比べてエネルギー吸収能力が小さくなり、数十分、場合によっては数十秒などの時間スパンで変動が生じる。新しいバッテリは、使い古された古いバッテリと比べてエネルギー吸収能力が優れていることが多い。したがって、エネルギー吸収能力は、数か月、さらには数年の期間にわたる場合もある。

車輪モジュールの外部のエネルギー吸収装置は、充電式バッテリ１４０を含んでよく、ＥＣＵ３３０は、電気機械３１０からの回生電力の充電式バッテリ１４０と渦電流制動装置３２０との間の分配を、充電式バッテリ１４０の充電状態（ＳＯＣ）に応じて制御するように構成されてよい。詳細には、ＳＯＣが低い場合には、回生電力の大部分が充電式バッテリ１４０に向けられてよい。逆に、ＳＯＣが高い場合、またはバッテリが完全に充電されている場合、回生電力の大部分が渦電流制動装置３２０に向けられてよい。

エネルギー吸収装置は、電気機械３１０から過剰な電気エネルギーを散逸し、制動構成の電圧レベルを調整するように構成された制動抵抗器２４０を備えてよい。すなわち、制動抵抗器２４０の電気抵抗は、制動構成の他のコンポーネント、例えば、渦電流制動装置３２０またはエネルギー吸収装置１４０、２４０が受ける電圧が所望の値に維持されるように選択されてよい。これを実現するために、設定可能なデューティサイクルに従って抵抗器をオンまたはオフに切り替えることができる。

渦電流制動装置３２０は、ディスクの形状であり得る少なくとも１つの導電性コンポーネント３２１と、少なくとも１つの磁石３２２とを備える。負のトルクを生成する能力を高め、熱放散能力を改善するために、渦電流制動装置３２０は、制動トルクを生成するために車軸３７０に取り付けられた複数の導電性ディスク３２１を備えてよい。しかしながら、渦電流制動装置による制動トルクを生成させるためには、一枚のディスクで十分であることは言うまでもない。もちろん、図３に示すように、複数の磁石を１つまたは複数のそれぞれの導電性ディスクとともに使用することもできる。

導電性ディスクは、導電性材料から作られ、本明細書では、導電性材料は、金属と同様の導電率、実質的に１０００００ジーメンス／ｍを超える導電率を有する材料であるとみなされる。任意選択で、導電性材料は、銅またはアルミニウムなどの、磁場に弱く反応する金属であってもよい。

導電性ディスク（単数または複数）３２１は、渦電流制動装置３２０が取り付けられる車軸３７０が回転すると、導電性ディスク（単数または複数）３２１も回転するように配置される。これは、例えば、導電性ディスク３２１を車軸３７０に直接取り付けることによって、または何らかの形態のギア構成を介して取り付けることによって達成することができる。

少なくとも１つの磁石３２２は、導電性コイルを備えた電磁石と、任意選択で、フェリ磁性体または強磁性体、例えば、鉄、パーマロイ、またはフェライトを含むコアとを備えた電磁石を含む。導電性コイルに電流が流れると、アンペアの法則に従ってコイルとその周囲に磁場が生成される。コアは磁束を集中させ、それによってより強力な磁場を生成し、渦電流装置によって生成されるトルクを増加させる。

少なくとも１つの磁石３２２は、渦電流ブレーキが作動すると、導電性ディスク３２１が２つの磁極間の磁場にさらされ、磁場の磁力線がディスク３２１の表面に実質的に垂直になるように配置される。例として、磁石３２２は磁気回路、すなわちコアがループを形成する形状の電磁石であってよく、導電性ディスク３２１は磁気回路の空隙に挿入されてよい。別の例として、２つの磁石３２２を、第１の磁石のＮ極と第２の磁石のＳ極が互いに向き合い、Ｎ極とＳ極の間に導電性ディスク３２１が挿入されるように配置することができる。

車軸３７０が回転し、渦電流制動装置３２０が作動すると、磁石３２２によって生成された磁界は、ファラデーの誘導法則によって予測されるように、動いている導電性ディスク３２１に渦電流を誘導する。上記の渦電流は、磁石によって生成される磁場に対抗する磁場を生成し、それによって導電性ディスク３２１上に抗力を生成する。誘導渦電流の一部を形成する電子は、導電性ディスク３２１中を移動する際に電気抵抗を受け、移動する電子のエネルギーの一部が熱として放散される。この機構により、導電性ディスク３２１の運動エネルギーが熱に変換される。

渦電流制動装置３２０が作動していないとき、導電性ディスク３２１は磁石３２２からの磁場にさらされない。磁石３２２が電磁石である場合、生成される磁場の強さは、導電性コイルに流される電流に依存する。渦電流制動装置３２０が作動していない状況では、この電流の強さは実質的にゼロになる可能性がある。したがって、有利なことに、渦電流ブレーキが作動されていないときに、引きずり抵抗などを受けない。これは、標準的な常用ブレーキ（ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦ブレーキ）と比較して大きな利点である。常用ブレーキは通常、ブレーキパッドに力が加えられていないときに正しく解放されないことによって、ブレーキパッドに加えられた力がいくらか残留し、転がり抵抗と熱が発生する。

図４は、ＥＣＵ３３０の例の詳細を示す。ＥＣＵは、処理ユニットを備え、処理ユニットは、特に、物理層（ＰＨＹ）回路、電力管理ユニット（ＰＭＵ）、及びメモリマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を備える。処理ユニットは、通信ポート３５０を介してデータを送受信する。処理ユニットは、電気機械３１０に接続されるモータパワーユニット４２０と、渦電流制動装置の１つまたは複数の磁石３２２に接続される渦電流制動装置電力制御ユニット４４０と、電力ポート３６０をモータパワーユニット４２０及び渦電流制動装置電力制御ユニット４４０に接続する電力ポート電力制御ユニット４３０とにさらに接続される。これらの３つの電力制御ユニットは、上記の説明に従って、処理ユニット４１０を介してそれぞれの電流及び電圧を制御する。

図５を参照すると、電気機械３１０の制動トルク能力レベルＴｃａｐは、一般に、長時間にわたって持続可能なトルクレベルに対応し得る。この文脈で、長時間とは、６０秒以上であってよい。したがって、持続可能なトルクレベルは、例えば、電気機械３１０の冷却システムの容量に依存し得る。しかしながら、電気機械３１０は、通常、電気機械の制動トルク能力レベルを超えるピーク制動トルクレベルＴｐｅａｋにも関連付けられる。このピーク制動トルクレベルは、電気機械によって限られた時間だけ維持することができる。次に、外部制御ユニット１０１は、大型車両を減速するために、ピーク制動トルクレベルと制動トルク能力レベルとの間の制動トルクレベルを電気機械３１０に要求するように構成されてよい。限られた時間は、例えば３０秒以下であってよい。

Ｔｃａｐを超える制動トルクを加えると、追加の電力が発生する。任意選択で、制御ユニットは、追加の電力を渦電流制動装置３２０に分配するように構成されてよい。電気機械によって生成される制動トルクに加えて、渦電流制動装置によって制動トルクが生成され、その結果、合計の制動トルクが増加する。例えば、合計ピーク制動トルクＴｐｅａｋは、Ｔｃａｐを超える制動トルクが維持できる限られた時間だけであるが、電気機械の合計連続最大制動トルクの４倍に近づく可能性がある。これは、例えば、高トルクが必要であるが、車両の停止にかかる限られた時間の間だけである緊急ブレーキに有用であり得る。換言すれば、電気機械３１０は、限られた時間の間、増加した量のトルクを生成するように構成することができる。そのようなトルク過負荷中、すなわち、その限られた時間中、電気機械３１０によって生成された電流は渦電流制動装置３２０にそらされ、それによって制動トルクの総量が増加する。このような場合、通信ポート３５０は、制動トルク能力をリアルタイムで上位層の制御装置に報告するように構成することができる。

要約すると、図５は、車軸３７０の角速度、または（総ギア比に対応する倍率で）電気機械の軸速度の関数として制動トルクを表すグラフ５００を示す。低角速度から中程度の角速度では、制動トルク能力レベルＴｃａｐまでの制動トルクを長時間適用することができ、ピーク制動トルクレベルＴｐｅａｋまでの制動トルクは、限られた時間適用することができる。高い角速度では、電気機械３１０は制動トルクを維持できなくなり、図５に見られるように角速度の増加に伴って制動トルクが減少し得る。

この減少の結果として、回生電力が減少することは、渦電流制動装置３２０に電力を供給するために利用できる電気機械３１０からの電力が減少することを意味する。態様によれば、車輪モジュール３００は、車軸３７０の高い角速度で異なるエネルギー源から渦電流制動装置３２０に電力を供給するように構成されてよい。このエネルギー源は、例えばバッテリ１４０であってよい。他の態様によれば、車輪モジュール３００は、電気機械３１０の機能が損なわれた場合に、異なるエネルギー源から渦電流制動装置に電力を供給するように構成されてもよい。換言すれば、車輪モジュール３００は、ローカルエネルギーバッファ３８０、例えばバッテリまたはスーパーキャパシタ（図４に示す）のようなある種のＥＳＳを備えることができる。バッファは少なくとも２つの目的を果たすことができる。バッファは、上位層の充電制御システムが装置からより予測可能なエネルギー出力を受け取るように、電力ポート３６０からの出力電力を均等にすることができる。バッファは、車両の主なエネルギー源が何らかの理由で故障した場合のバックアップエネルギー源としても機能し得る。このバックアップエネルギー源は、主エネルギー源が故障した場合に、渦電流制動装置を介して限られた時間だけ緊急制動を提供することができる。バッファは、渦電流装置によって生成されるトルクを限られた時間だけ高めるために使用することもでき、これは回生制動からの電力出力が低下し得る非常に高い軸速度で有利であり得る。

一般に、ＥＣＵ３３０は、渦電流装置によって制動トルクを高めるために、電力ポート３６０を介して外部エネルギー源に電力入力を要求するように構成されてよい。この要求は、電気機械からのエネルギー出力が不十分であること、または電気機械の故障が原因であり得る。ＶＭＭ機能を実装する制御ユニットなどの外部制御ユニットは、要求を許可し、要求された追加のエネルギーを制動用の渦電流装置に提供してよい。

態様によれば、車輪モジュール３００のＥＣＵ３３０は、大型車両１００の目標減速値に応じて、配電ネットワーク３４０によって渦電流制動装置３２０と電力ポート３６０との間で電気機械３１０からの回生電力を分配するように構成される。他の態様によれば、外部制御ユニット１０１は、力の生成及び運動支援装置（ＭＳＤ）の協調を含む車両運動管理機能を実行するように構成される。

図６は、ＭＳＤのいくつかの例によって車輪１１０、１２０、１３０を制御するための機能６００を模式的に示しており、ここでは、車輪モジュール３００に統合された電気機械３１０及び渦電流制動装置３２０を備える。制御は、例えば、車輪速度センサ、全地球測位システム（ＧＰＳ）センサ、レーダセンサ、ライダセンサ、ならびにカメラセンサ及び赤外線検出器などの視覚ベースのセンサなどの車両センサ６９０から取得された測定データに基づく。車両運動支援装置制御システムの例も図７に示す。

交通状況管理（ＴＳＭ）機能６１０は、例えば、１０秒程度のタイムホライズン（time horizon）で運転操作を計画する。この時間枠は、例えば、車両１００がカーブを通過するのにかかる時間に対応する。ＴＳＭによって計画及び実行される車両の操作は、所与の操作の所望の車両速度及び旋回を記述する加速度プロファイルａ_ｒｅｑ及び曲率プロファイルｃ_ｒｅｑに関連付けることができる。加速度プロファイルａ_ｒｅｑの例は、上述の目標減速値を含む。ＴＳＭ機能６１０は、安全かつロバストな方法でＴＳＭからの要求を満たす力配分を実行する車両運動管理（ＶＭＭ）機能６２０に所望の加速度プロファイルａ_ｒｅｑ及び曲率プロファイルｃ_ｒｅｑを継続的に要求する。ＶＭＭ機能は、例えば生成できる力、最大速度、及び加速度などの観点から車両の現在の能力を詳述する能力情報をＴＳＭ機能に継続的にフィードバックする。

加速度プロファイル及び曲率プロファイルは、ハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダルなどの通常の制御入力装置を介して大型車両の運転者から取得されてもよい。これらの加速度プロファイル及び曲率プロファイルのソースは、本開示の範囲内ではないため、本明細書ではこれ以上詳しく説明しない。

ＶＭＭ機能６２０は、約１秒程度のタイムホライズンで動作し、加速プロファイルａ_ｒｅｑ及び曲率プロファイルｃ_ｒｅｑを、車両１００の車輪モジュール３００等の様々なＭＳＤによって作動される車両運動機能を制御するための制御コマンドに継続的に変換し、それらは、ＶＭＭ機能６２０に能力を報告する。様々な機能は、ＶＭＭ機能によって車両制御の制約として使用される。

ＶＭＭ機能６２０は、車両の状態または運動推定６３０を実行する。すなわち、ＶＭＭ機能６２０は、ＭＳＤに接続していることが多いが常に接続しているわけではない、車両１００上に配置された様々なセンサ６７０を使用して動作を監視することによって、連結車両の様々なユニットの位置、速度、加速度、及び連結角度を含む車両状態Ｓを継続的に判断する。

運動推定６３０の結果、すなわち、推定車両状態Ｓが、力生成モジュール６４０に入力され、力生成モジュール６４０は、必要な加速度プロファイルａ_ｒｅｑ及び曲率プロファイルｃ_ｒｅｑに従って、車両１００を移動させるために必要な総力とモーメントＦｘＦｙＭｚ、異なる車両ユニットについて、Ｖ＝［Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３］を決定する。必要な総力ベクトルＶが、ＭＳＤ協調機能６５０に入力され、ＭＳＤ協調機能６５０は、車輪力を割り当て、ステアリングやサスペンションなどの他のＭＳＤを協調させる。次に、協調されたＭＳＤは一緒に、連結車両１００によって所望の運動を得るために、車両ユニットへの所望の横力Ｆｙ及び縦力Ｆｘ、ならびに必要なモーメントＭｚを提供する。

例えば、全地球測位システム、視覚ベースセンサ、車輪速度センサ、レーダセンサ、及び／またはライダセンサを使用して車両ユニットの運動を決定し、この車両ユニットの運動を所与の車輪のローカル座標系に変換することによって（例えば、縦及び横の速度成分に関して）、車輪基準座標系の車両ユニットの運動を、車輪に接続して配置された車輪速度センサから取得したデータと比較することによって、車輪スリップをリアルタイムで正確に推定することが可能になる。

タイヤモデルを使用して、所与の車輪ｉの所望のタイヤ縦力Ｆｘ_ｉと、車輪の等価の車輪スリップλ_ｉとの間で変換することができる。車輪スリップλは、車輪の回転速度と対地速度の差に関係しており、以下でより詳しく説明する。車輪速度ωは、車輪の回転速度であり、例えば、１分あたりの回転数（ｒｐｍ）、またはラジアン／秒（ｒａｄ／ｓｅｃ）または度／秒（ｄｅｇ／ｓｅｃ）で表される角速度の単位で与えられる。タイヤモデルは、車輪スリップの関数として、縦方向（転がり方向）及び／または横方向（縦方向に直交）で生成される車輪力を記述する車輪挙動のモデルである。「Ｔｙｒｅ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ」Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｌｔｄ．２０１２年ＩＳＢＮ９７８－０－０８－０９７０１６－５において、Ｈａｎｓ Ｐａｃｅｊｋａは、タイヤモデルの基礎を説明している。例えば、車輪スリップと縦力の関係について説明している第７章を参照されたい。

要約すると、ＶＭＭ機能６２０は、力生成及びＭＳＤ協調の両方を管理する。すなわち、ＶＭＭ機能６２０は、例えば、ＴＳＭによって要求される必要な加速度プロファイルに従って車両を加速させる、及び／または同じくＴＳＭによって要求される車両による特定の曲率運動を生成するＴＳＭ機能６１０からの要求を満たすために車両ユニットで必要とされる力を決定する。力は、例えば、ヨーモーメントＭｚ、縦力Ｆｘ及び横力Ｆｙ、ならびに異なる車輪に加えられる異なるタイプのトルクを含み得る。

車両の車輪にトルクを伝えることができるＶＭＭとＭＳＤの間のインタフェースは、従来、車輪スリップを考慮せずに、ＶＭＭから各ＭＳＤへのトルクベースの要求に焦点を当ててきた。しかしながら、このアプローチには重大な性能上の限界がある。安全上の重大または過度のスリップ状況が発生した場合、スリップを制御できる状態に戻すために、別の制御ユニットで動作される関連する安全機能（トラクション制御、アンチロックブレーキなど）が通常、介入し、トルクオーバーライドを要求する。このアプローチの問題点は、アクチュエータのプライマリ制御とアクチュエータのスリップ制御が異なる電子制御ユニット（ＥＣＵ）に割り当てられるため、それらの間の通信に伴う待ち時間がスリップ制御性能を大幅に制限することである。さらに、実際のスリップ制御を実現するために使用される２つのＥＣＵで行われる、関連するアクチュエータとスリップの仮定が一致しない可能性があり、これにより準最適な性能につながり得る。

代わりに、ＶＭＭとＭＳＤコントローラとの間のインタフェースで車輪速度または車輪スリップベースの要求を使用することにより、大きな利益を実現することができ、これによって、難しいアクチュエータ速度制御ループをＭＳＤコントローラに移行し、ＭＳＤコントローラは一般的に、ＶＭＭ機能のサンプル時間と比較してかなり短いサンプル時間で動作する。このようなアーキテクチャは、トルクベースの制御インタフェースと比較して、はるかに優れた外乱除去を提供できるため、タイヤと道路の接触面で生成される力の予測可能性が向上する。

図６を参照すると、逆タイヤモデルブロック６６０は、ＭＳＤ協調ブロック６５０によって各車輪または車輪のサブセットに対して決定された必要車輪力Ｆｘ_ｉ、Ｆｙ_ｉを等価の車輪速度ω_ｗｉまたは車輪スリップλ_ｉに変換する。これらの車輪速度またはスリップは、次にそれぞれのＭＳＤコントローラ６８０に送信される。ＭＳＤコントローラは、例えばＭＳＤ協調ブロック６５０において制約として使用できる能力を報告する。ＭＳＤコントローラの一例は、上述の車輪モジュールＥＣＵ３３０であり、車輪モジュールＥＣＵ３３０は、通信ポート３５０を介して通信することができる。

縦方向の車輪スリップλは、ＳＡＥ Ｊ６７０（ＳＡＥ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ、２００８年１月２４日）によると以下のように定義し得る。
ここで、Ｒはメートル単位の有効車輪半径、ω_ｘは車輪の角速度、Ｖ_ｘは車輪の縦方向速度（車輪の座標系で）である。したがって、λは－１と１の間に制限され、車輪が路面に対してどれだけ滑っているかを定量化する。車輪スリップは、本質的に、車輪と車両の間で測定された速度差である。したがって、本明細書で開示される技術は、任意のタイプの車輪スリップ定義での使用に適合させることができる。当然ながら、車輪スリップ値は、車輪の座標系において、表面上の車輪の速度が与えられた場合の車輪速度値に等しい。

ＶＭＭ６２０及び任意選択でＭＳＤ制御ユニット６８０、例えばＥＣＵ３３０は（車輪の基準フレームで）Ｖ_ｘに関する情報を維持する一方、車輪速度センサなどを使用してω_ｘ（車輪の回転速度）を決定することができる。

車輪モジュール３００のＥＣＵ３３０は、電気機械３１０及び渦電流制動装置３２０を制御して、所望の車輪スリップレベルを提供するように構成されてよい。すなわち、局所的な車輪スリップ制御は、電気機械３１０と渦電流制動装置３２０との協調を通じて達成される。これにより、高精度かつ高速な高帯域制御が可能になる。所望の車輪スリップレベルは、例えば、逆タイヤモデルから決定することができる。

ＶＭＭ機能６２０はまた、車両のＥＳＳ、すなわちトラクションバッテリまたは燃料電池システムの充電状態、ならびに任意の制動抵抗器の現在の状態を追跡し続けてもよい。図３も参照すると、本明細書に開示の技術を使用することにより、ＶＭＭ６２０による制御の実装が簡素化される。なぜなら、ＶＭＭは通信ポート３５０を介して電力ポート３６０の最大出力電力でＥＣＵ３３０を構成できるからである。車両モジュール３００は次に、少なくとも１つの電気機械３１０からの電力を渦電流制動装置３２０と電力ポート３６０の間で分配することによって、電力ポート３６０の出力電力を最大出力電力未満に維持するように配電ネットワーク３４０を制御する。したがって、ＶＭＭ機能は、事前に設定された予想最大レベルを超える回生制動装置からの出力電力を扱う必要はない。予想最大レベルは、トラクションバッテリと任意の制動抵抗器などの車両コンポーネントの現在のエネルギー吸収能力の関数としてリアルタイムで設定することができる。車輪モジュール３００からの出力電力はまた、ローカルエネルギーバッファが実装される場合、より安定し得る。なぜなら、このローカルエネルギーバッファは、電気機械によって生成される電力の短期変動を吸収するために使用できるからである。

ＶＭＭ機能が車輪モジュールによって非常に低い出力電力を設定する場合、それに応じて車輪モジュールの報告される制動能力が低下する可能性がある。電気機械及び／または渦電流装置が過熱すると、車輪モジュール３００の総制動能力も低下し得る。

態様によれば、補助制動中のスリップ制御は、いくつかのタイプの制動を同時に使用すること、すなわちいわゆるブレーキブレンディングによって改善することができる。例として、ＥＣＵ３３０は、渦電流制動装置３２０によって一定のベースライントルクレベルが生成されるように、電気機械３１０からの回生電力の渦電流制動装置３２０と電力ポート３６０との間の分配を制御するように構成することができる。電気機械によって加えられるトルクは、次に、所望の車輪スリップレベルで車輪スリップを制御するように調整することができる。渦電流制動装置３２０がベースライントルクレベルを生成することにより、電気機械３１０を使用して、短い待ち時間で車輪スリップを制御することができる。したがって、本明細書で説明するように車輪モジュール３００を使用することによって、正確かつロバストなブレーキブレンディングに伴う複雑さが車輪モジュールに移され、車輪モジュールは、ＶＭＭ機能にあまり複雑でないインタフェースを提供する。上述のように、ローカルエネルギーバッファ３８０が車輪モジュール設計に追加される場合、出力電力のいかなる急速な変動も平滑化することができる。

車両の下り坂登坂能力は、大型車両が長い坂道を一定の巡航速度で下りる能力に関係する。空気抵抗、及び道路からの転がり抵抗によって車両は減速し、車両にかかる重力によって加速力が提供される。通常、リターダまたはエンジンブレーキを使用して補助制動を提供する。しかしながら、開示された車輪モジュール３００は、追加のリターダや摩擦ブレーキなどを必要とせずに補助制動が支援されるように設計することが可能である。

車両の下り坂の登坂能力を保証するために、渦電流制動装置と電気機械は、長時間の下り坂走行中に一定の巡航速度、例えば８０～１１０ｋｍ／時をサポートするように寸法設定することができる。下り坂の登坂能力を考慮した設計とは、電気機械が所与のレベルで連続的な負のトルクレベルを提供するように寸法設定され、エネルギー吸収装置のエネルギー吸収能力が枯渇したときに渦電流制動装置に回生エネルギーを分配するように構成されることを意味する。渦電流制動装置は、このエネルギーレベルを吸収するように寸法設定される。したがって、車両の下り坂の登坂能力は、少なくとも一定範囲の運転条件に対して保証することができる。

電気機械３１０、渦電流制動装置３２０、及び配電ネットワーク３４０は、車輪モジュール３００の単一ユニットとして一体的に形成されてよい。車輪モジュール３００は、エネルギー吸収装置１４０、２４０との間で電気エネルギーを授受するための電力ポート３６０を備える。車輪モジュール３００は通信ポート３５０をさらに備え、通信ポート３５０によって外部制御ユニット１０１に接続することができる。車輪モジュール３００は、追加の通信ポートを備えてよい。これにより、制御システムに冗長性が提供される。通信ポート３５０及び追加の通信ポートのいずれかは、無線ポートであってよい。

外部制御ユニット１０１は、例えば、車輪側モジュールの外部にあるエネルギー吸収装置１４０、２４０のエネルギー吸収能力とともに、上述したようなトルク要求または車輪スリップ要求を車輪側モジュールに送信するように構成されてよい。次に、車輪側モジュール内で、要求されたトルクまたは車輪スリップは電気機械３１０及び渦電流制動装置３２０によって生成することができ、同時に電力ポート３６０の出力電力が最大出力未満に維持される。この統合された機能はコンポーネントレベルで検証することができ、車両電気システム全体の寸法設定が簡素化される。

態様によれば、車輪モジュール３００の電気機械３１０は、軸方向磁束電気機械である。ステータが実質的に円形のロータと同心の実質的に円筒形のシェルを形成し、磁束がロータの回転軸とステータとの間で半径方向に向けられるラジアル磁束電気機械とは対照的に、軸方向磁束電気機械の磁束は、ロータの回転軸に沿って方向付けられる。軸方向磁束電気機械のロータとステータの両方は、ロータの回転軸が両方のディスクに対して垂直になるように互いに隣り合って配置されたディスクと考えられてよい。動作中、ロータとステータの間の磁束は回転軸と平行になる。任意選択で、複数のステータが使用されてよい。軸方向磁束電気機械は、ラジアル磁束電動機と比較して、出力密度が高くなり、製造プロセスの複雑さが低減され得る。

図７は、大型車両１００が動作できなければならない４つのユースケース７００を示す。車両１００は、たとえ車両１００に重い荷物が積まれており、路面摩擦が理想的でない場合でも、坂道で発進できなければならない（７１０）（始動性）。車両はまた、一定速度、例えば７０ｋｍ／時（正の登坂能力）でさらに急な坂道を通過できなければならない（７２０）。下り坂の登坂性能７３０はおそらくさらに重要であり、これは、車両１００が下り坂を長距離走行するときに速度を制限できなければならないこと（補助制動）を意味する。最後に、加速及び制動能力は、車両のＭＳＤが正トルクと負トルクの両方でピークトルク要件を満たさなければならないことを意味する。

必要な縦方向トルクは次のように表すことができる。
ここで、ｍ_ＧＣＷは、連結車両総重量、ａ_{ｘ，ｒｅｑ}は必要な加速度（ユースケース７１０、７２０、及び７３０ではゼロまたは非常に小さい）、Ｃ_ｄＡ_ｆは空気抗力係数Ｃ_ｄと車両前部面積Ａ_ｆの積、Ｐ_ａｉｒは空気密度、Ｖ_ｘは車速、ｇは重力定数、Ｃ_ｒは転がり抵抗、ｓは０～１００の勾配パーセンテージである。

上り坂で運転する正のトルクのシナリオでは、項０．５Ｃ_ｄＡ_ｆＰ_ａｉｒ
及びｇＣ_ｒｍ_ＧＣＷは推進ＭＳＤによって克服されなければならないが、下り坂のシナリオでは、項は代わりに車両１００の制動に役立つ。これは、電気機械は、ユースケース７１０及び７２０では、十分な正のトルクを支援するように寸法設定する必要があり、渦電流制動装置と電気機械の組み合わせは、ユースケース７３０と、ユースケース７４０の急ブレーキを支援するために組み合わせた負のトルクを提供するように寸法設定する必要があることを意味する。

当然ながら、上記の図６に関連して説明したように、車両１００は、トルク要件を満たすように協調されるいくつかの車輪モジュール３００を備える可能性が高い。

本明細書では、上記説明による１つまたは複数の車輪モジュール３００と、車両の運動を制御するように構成された外部制御ユニット１０１とを備える大型車両ユニット１００も開示される。

図８のフローチャートは、車輪モジュール３００に含まれる電子制御ユニット（ＥＣＵ）３３０によって実行される、大型車両１００を減速するための方法を示す。車輪モジュールはまた、回生制動のために配置された少なくとも１つの電気機械３１０、渦電流制動装置３２０、外部制御ユニット１０１と通信するために配置された通信ポート３５０、ならびに電気機械３１０を渦電流制動装置３１０接続するとともに、車輪モジュール３００との間で電力を入出力するように構成された電力ポート３６０に電気機械３１０を接続するように構成された配電ネットワーク３４０を備える。方法は、
通信ポート３５０を介して、所望の制動トルクを示す減速要求を取得すること（Ｓ１）と、
電力ポート３６０の最大出力電力を示す設定データを通信ポート３５０を介して取得すること（Ｓ２）と、
電気機械３１０及び渦電流制動装置３２０のいずれかによって制動トルクを加えること（Ｓ３）と、
少なくとも１つの電気機械３１０からの電力を渦電流制動装置３２０と電力ポート３６０との間で分配することによって、電力ポート３６０の出力電力を最大出力電力未満に維持するように配電ネットワーク３４０を制御すること（Ｓ４）と
を含む。

上記の説明を考慮すると、制動トルクの印加は多くの異なる方法で行うことができることが理解される。例えば、制動トルクは電気機械３１０によってのみ加えられてよく、すべての回生電力は電力ポートに接続された電気エネルギー吸収装置１４０、２４０に分配される。別の例では、制動トルクは電気機械３１０によって加えられ、回生電流は渦電流制動装置３２０に分配され、したがって、渦電流制動装置３２０も制動トルクを提供する。さらに別の例では、制動トルクは、渦電流制動装置３２０によってのみ加えられ、渦電流制動装置３２０は、電力ポート３６０に接続された外部ＥＳＳ１４０によって、または内部バックアップエネルギー源３８０によって電力供給される。

態様によれば、方法は、限られた時間の間、電気機械３１０によって増加した量のトルクを加えること（Ｓ３１）と、その限られた時間中に電気機械３１０によって生成された電流を渦電流制動装置３２０にそらし（Ｓ３２）、それによって、車輪モジュール３００によって提供される制動トルクの総量を増加させることとをさらに含む。

態様によれば、方法は、所望の車輪スリップレベルを提供するように電気機械３１０及び渦電流制動装置３２０を制御すること（Ｓ３３）をさらに含む。

図９は、本明細書に開示された説明と方法の実施形態による、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３３０のコンポーネントを、いくつかの機能ユニットの観点から、模式的に示す。このＥＣＵ３３０は、車輪モジュール３００に含まれてよい。処理回路９１０は、例えば、記憶媒体９３０の形態のコンピュータプログラム製品に記憶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１つまたは複数を任意に組み合わせて使用して提供される。処理回路９１０は、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）としてさらに提供されてよい。

特に、処理回路９１０は、図８に関連して説明した方法など、動作、またはステップのセットをＥＣＵ３３０に実行させるように構成される。例えば、記憶媒体９３０は、動作のセットを記憶してよく、処理回路９１０は、動作のセットを外部制御ユニット１０１に実行させるように記憶媒体９３０から動作のセットを読み出すように構成されてよい。動作のセットは、実行可能命令のセットとして提供されてよい。したがって、処理回路９１０は、それによって、本明細書に開示の命令を実行するように構成される。

記憶媒体９３０は、永続記憶装置も含んでよく、永続記憶装置は、例えば、磁気メモリ、光学メモリ、ソリッドステートメモリ、またはリモートに搭載されたメモリの任意の１つまたは組み合わせであってよい。

ＥＣＵ３３０は、電気機械またはギアボックスなどの少なくとも１つの外部装置と、車両１００の他の制御ユニットと通信するためのインタフェース９２０をさらに備えてよい。したがって、インタフェース９２０は、有線または無線通信のためのアナログ及びデジタルコンポーネントと適切な数のポートとを備える１つまたは複数の送信機及び受信機を含み得る。

処理回路９１０は、例えば、データ及び制御信号をインタフェース９２０及び記憶媒体９３０に送信することによって、データ及び報告をインタフェース９２０から受信することによって、かつ、データ及び命令を記憶媒体９３０から受信することによって、ＥＣＵ３３０の一般的な動作を制御する。制御ノードの他のコンポーネントと、関連する機能とは、本明細書に示す概念を曖昧にしないために省略している。

図９の機能ユニットはまた、図６に関連して上述した機能の１つまたは複数を実行するために、制御ユニット等の車両制御ユニット１０１に含まれてよい。

図１０は、上述のプログラム製品がコンピュータ上で実行されると、例えば、図８に示す方法を実行するためのプログラムコード手段１０２０を含むコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体１０１０を示す。コンピュータ可読媒体及びコード手段は一緒に、コンピュータプログラム製品１０００を形成し得る。

Claims (15)

1. 大型車両（１００）を加速及び減速させるトルク（Ｍ）を生成するように構成された車輪モジュール（３００）であって、
   前記車輪モジュールは、回生制動のために設けられた少なくとも１つの電気機械（３１０）と、渦電流制動装置（３２０）と、電子制御ユニットＥＣＵ（３３０）とを備え、
   前記車輪モジュール（３００）は、
   外部制御ユニット（１０１）と通信するために設けられた通信ポート（３５０）と、
   前記電気機械（３１０）を、前記渦電流制動装置（３２０）に接続するとともに、前記車輪モジュール（３００）との間で電力を入出力するように構成された電力ポート（３６０）に前記電気機械（３１０）を接続するように構成された、配電ネットワーク（３４０）と、
   をさらに備え、
   前記ＥＣＵ（３３０）は、
   前記電力ポート（３６０）の最大出力電力を示す設定データを前記通信ポート（３５０）を介して取得し、
   前記少なくとも１つの電気機械（３１０）からの電力を前記渦電流制動装置（３２０）と前記電力ポート（３６０）との間で分配することによって、前記電力ポート（３６０）の出力電力を前記最大出力電力未満に維持するように前記配電ネットワーク（３４０）を制御する、
   ように構成される、
   前記車輪モジュール（３００）。
2. 前記電気機械（３１０）が、限られた時間の間、増加した量のトルクを生成するように構成され、その限られた時間中に前記電気機械（３１０）によって生成された電流が、前記渦電流制動装置（３２０）にそらされて、制動トルクの総量を増加させる、請求項１に記載の車輪モジュール（３００）。
3. ローカルエネルギーバッファ（３８０）をさらに備える、請求項１又は２に記載の車輪モジュール（３００）。
4. 前記ＥＣＵ（３３０）が、所望の車輪スリップレベルを提供するように前記電気機械（３１０）及び前記渦電流制動装置（３２０）を制御するように構成される、請求項１乃至３いずれか１項に記載の車輪モジュール（３００）。
5. 前記車輪モジュールに冗長通信機能を提供するように構成された追加の通信ポートを備える、請求項１乃至４いずれか１項に記載の車輪モジュール（３００）。
6. 前記ＥＣＵ（３３０）が、前記大型車両（１００）の目標減速値に応じて、前記配電ネットワーク（３４０）によって、前記電気機械（３１０）からの回生電力を、前記渦電流制動装置（３２０）と前記電力ポート（３６０）の間で分配するように構成される、請求項１乃至５いずれか１項に記載の車輪モジュール（３００）。
7. 前記ＥＣＵ（３３０）は、一定のベースライントルクレベルが前記渦電流制動装置（３２０）によって生成されるように、前記渦電流制動装置（３２０）と前記電力ポート（３６０）との間の前記電気機械（３１０）からの回生電力の前記分配を制御するように構成され、
   前記電気機械によって加えられる前記トルクが、所望の車輪スリップレベルに車輪スリップを制御するように調整される、請求項１乃至６いずれか１項に記載の車輪モジュール（３００）。
8. 前記電気機械（３１０）、前記渦電流制動装置（３２０）、及び前記ＥＣＵ（３３０）が単一のユニットに一体的に形成される、請求項１乃至７いずれか１項に記載の車輪モジュール（３００）。
9. 前記電気機械（３１０）が、軸方向磁束電気機械である、請求項１乃至８いずれか１項に記載の車輪モジュール（３００）。
10. 請求項１乃至９いずれか１項に記載の１つまたは複数の車輪モジュール（３００）と、車両の運動を制御するように構成された外部制御ユニット（１０１）とを備える、大型車両ユニット（１００）。
11. 大型車両（１００）を減速させる方法であって、車輪モジュール（３００）に含まれた電子制御ユニットＥＣＵ（３３０）によって実行され、
    前記車輪モジュール（３００）はまた、回生制動のために設けられた少なくとも１つの電気機械（３１０）、渦電流制動装置（３２０）、外部制御ユニット（１０１）と通信するために設けられた通信ポート（３５０）、ならびに前記電気機械（３１０）を前記渦電流制動装置（３２０）に接続するとともに、前記車輪モジュール（３００）との間で電力を入出力するように配置された電力ポート（３６０）に前記電気機械（３１０）を接続するように構成された配電ネットワーク（３４０）を備え、
    前記方法は、
    所望の制動トルクを示す減速要求を取得すること（Ｓ１）と、
    前記電力ポート（３６０）の最大出力電力を示す設定データを前記通信ポート（３５０）を介して取得すること（Ｓ２）と、
    前記電気機械（３１０）及び前記渦電流制動装置（３２０）のいずれかによって制動トルクを加えること（Ｓ３）と、
    前記少なくとも１つの電気機械（３１０）からの電力を前記渦電流制動装置（３２０）と前記電力ポート（３６０）との間で分配することによって、前記電力ポート（３６０）の出力電力を前記最大出力電力未満に維持するように前記配電ネットワーク（３４０）を制御すること（Ｓ４）と、
    を含む、前記方法。
12. 限られた時間の間、前記電気機械（３１０）によって増加した量のトルクを加えること（Ｓ３１）と、
    その限られた時間中に前記電気機械（３１０）によって生成された電流が、前記渦電流制動装置（３２０）にそらされ、制動トルクの総量を増加させること（Ｓ３２）と
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 所望の車輪スリップレベルを提供するように前記電気機械（３１０）及び前記渦電流制動装置（３２０）を制御すること（Ｓ３３）
    をさらに含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 請求項１１乃至１３いずれか１項に記載の方法を実行するように構成された処理回路（９１０）を備える、電子制御ユニットＥＣＵ（３３０）。
15. コンピュータプログラム（１０２０）であって、コンピュータで、または電子制御ユニットＥＣＵ（３３０）の処理回路（９１０）で実行されるときに、請求項１１乃至１３いずれか１項に記載の方法を実行するためのプログラムコード手段を含む、前記コンピュータプログラム（１０２０）。