JP5559890B2 - 電動車両のための牽引システム - Google Patents

Description

本発明は、電動車両のための牽引（駆動）システムに関する。
なお、本出願は、２００９年１０月３０日に出願された米国特許出願番号第１２／６０９，５４５号に基づく優先権を主張するものであり、その出願の内容全体を参照によってここに援用する。

電動機は、非常に低い回転数／分(ＲＰＭ)から高トルク出力を示すことができる。内燃機関は、低ＲＰＭでは超低トルクを有し、それらのトルクは、ＲＰＭの通常約１０００ＲＰＭである最大値のピークまでの増大に連れて、増加する。しかし、電気モータの高トルクは、高トルクにより車の被動輪がスキッド（横滑り）又は滑るために、効率的に使用することができない。車輪つきの車の最大可能加速度は、物理の法則、特に摩擦係数により制限される。

２つの表面間の摩擦係数は、２つの個別の要素を有している。それは、滑り摩擦係数(単に摩擦係数とも称される)及び起動摩擦係数(静摩擦係数とも称される)である。記述を単純化するために、滑り摩擦係数をC_slide、そして起動摩擦係数をC_startで表すとする。滑り摩擦係数C_slideは、物体を表面上で滑らせ続けるために必要な力を定義するものであり、具体的には、F=(W)＊(C_slide)であって、Fは、重さWの物体及びそれが滑っている表面を構成する２つの物質に関するC_slide(滑り摩擦係数)を有する表面上で、その物体を滑らせ続けるために必要な力である。C_slideは、その２つの物質に依存しており、中程度の速度には無関係であるが、わずかながら一秒に３０から４０フィート程度低減されることが通常である。C_slideは、１．０未満であり、同じ表面上の同じ物体のC_startよりも常に低い。すなわち、任意の表面上の任意の物質において、C_start＞C_slideである。

起動摩擦係数C_startは、表面上で静止状態の物体を滑らせ始めるために必要な力を示している。物体を滑らせ始めるのに必要な力は、F=(C_start)＊(W)である。C_startはC_slideよりも大きいので、物体が滑りはじめると、物体を滑らせ続けるためには、より少ない力しか必要とされない。
車に与えられている加速度は摩擦係数により制限される。すなわち、A=F/Mであり、Aは加速度、Fは車に加えられる力、Mは車の質量である。加速のための力Fは、摩擦係数により制限されるので、加速度はC_slide及びC_startによって制限されることになる。

滑っている車輪は、滑り摩擦係数による力と同等の前方への力を車に与える。すなわち、F=(W)＊(C_slide)であり、Fは与えられる加速力、C_slideは被動輪のタイヤ及び道路間の滑り摩擦係数であり(これは、路面のタイプ及び温度、湿潤度等の条件によってかなり変動する)、Wは、路面に対するタイヤの合計された全重みである。

車輪がスキッドしていない場合は、前方への加速力は、F=(W)＊(C_start)と同じ程度に高い。C_start＞C_slideであるため、可能な加速度は、車輪がスキッドしない又は滑らない限り、より大きくなる。したがって、タイヤの表面が路面に対して滑っている又はスキッドしているときと対照的に、タイヤの表面が路面に対して静止状態にあるときは、道路上のタイヤの牽引力(traction）は、極めて高くなる。このことは、タイヤが動いていないことを意味するものではない。実際のところタイヤは猛スピードで動いていても、タイヤが正しい速度で回転している場合は、タイヤの底面は路面がタイヤと接する速度と整合する、つまり、タイヤは道路上を転がっている。重要なことは、タイヤ及び道路の２つの表面が、２つの表面が接しているところで相互に瞬間的には静止していることである。したがって、その場合の牽引力はC_startにより制限される。

タイヤ及び道路の２つの表面が互いに対して動いているのであれば、牽引力はC_slideにより制限される。C_start＞C_slideであるので、１番目のケースの牽引力は、２番目のケースを大きく上回る。まさにこの原理が、多くのアンチロックブレーキ装置(「ＡＢＳ」)の基礎になっており、ＡＢＳは、車輪のスキッドが検出された場合に制動を低減し、タイヤがフリーホイールで走行することを可能にし、ゼロ相対速度（zero relative speed）を再構築することでC_startの条件をもたらすことを可能にするものである。
内燃機関又は電動機を有する車両のための従来の牽引技術では、さまざまな道路条件下で最適なエネルギ効率を用いて駆動輪にトルクを適用する能力が制限されていた。

本開示の概要及び後述する発明の詳細な説明はともに、例示及び説明のためのものであり、本開示の範囲を制限するものではない。さらに、本明細で使用される用語において、単数形で示されている要素に言及することは、特に指定がなければ、「唯一つ」を意図するものではなく、「１又は複数」を示している。「いくつか」という用語は、１又は複数を示している。下線付き及び／又はイタリック体の見出し及び小見出しは便宜上用いているのみであり、本開示を制限するものではなく、本開示の記載の解釈には関係がない。

本発明の態様及び実施形態は、電動車両における従来の牽引技術の問題に取り組むものであり、電気自動車(又はハイブリッド自動車)の電気モータのパワースイッチを制御するために用いられる固定周波数・固定持続時間のパルスを対象とする。パルスベースの技術の利点には、パワー効率及びシステムの単純性がアナログシステムよりも向上することが含まれる。単一のパルスでキャリブレーションする（較正する）ことができるので、この技術は任意の条件下で使用可能であり、また路面条件及び加速の必要性における変化にリアルタイムに適応するためにも用いることができる。これらの固定周波数・固定持続時間のパルス技術は、起動(静)摩擦係数を最大限に利用することにより、他の電気システムと比べてはるかに向上した加速度を提供することができる。固定周波数・固定持続時間（ＦＦＦＤ）のパルスは、厳密な制御のために非常に正確なパワーパルスを提供できることで、パルス幅変調（ＰＷＭ）及び可変周波数パルス技術よりも優れている。ＦＦＦＤパルスは、ほぼ正確なパケットのパワーを各パルスに与えるので、ほぼ同一のパケットにおける車輪へのパワーの厳密な測定が可能になり、それにより、C_startの状態を脱する前の車輪への力を充分に活用することができる。本発明のシステム及び方法は、スリップ防止牽引制御（ノンスリップトラクションコントロール）を可能にする。パルス列のオフ状態の使用は、同じ目的でＡＢＳブレーキシステムを使用することに比べると非常に優れており、それは、従来のＡＢＳは、加速力ではなくてブレーキ力を最大活用しているために、パワーを浪費し機械的摩耗をまねくからである。

当業者であれば、実施形態及び／又は本開示の実施形態の一部は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体(例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせ)により実現することが可能であり、1又は複数のネットワークに分散することができることが分かるであろう。本明細書に記載されるステップは、本発明の実施形態により使用及び／又は生成される式及び／又は数学モデルを抽出、記憶（learn）又は計算するための関数を処理するステップを含み、例えば、適宜のコード／命令を任意の適宜の言語(機械依存型又は機械独立型)で実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）等の、１又は複数の適宜のプロセッサにより処理される。

さらに、本発明の実施形態は、例えば、通信チャンネルに送られる制御信号等の信号及び／又はキャリヤに記憶することができる。さらにまた、本発明の方法、プロセス、及び／又はアルゴリズムを記憶しているソフトウェアは、例えば、インターネットからダウンロードするために、電気信号で実現されるか又は電気信号により搬送されてもよい。本発明の態様を本明細書では特定の実施形態に関連して述べるが、当業者であれば、本発明の技術的思想の範囲内でその変形を行うことが可能であろう。
また、本開示の実施形態の他の特徴は、本明細書の発明の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
さらに本発明の態様は、後述される発明の詳細な説明を添付図面と合わせて読むことでより完全に理解できるであろう。図面はもともと例示であり、制限するものではない。図面は必ずしも尺度を合わせておらず、重点は本開示の原理を示すことに置かれている。

（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、下方表面に対する荷重及びスリップの状態が相異しているタイヤ及び車輪の略断面図を示している。 本発明の実施形態に従い、さまざまな荷重及びスピン条件における車輪及びタイヤのダイナミクスについての４つのグラフを示しており、（Ａ）は力対時間、（Ｂ）は車輪ＲＰＭ対時間、（Ｃ）は適用トルク、（Ｄ）は力対時間を示している。 ２セットのプロット（Ａ）〜（Ｂ）を示しており、これらは、本発明の実施形態が、トルクＯＮパルスを車両の４つの車輪に同期することにより、どのようにして加速における最大インパルスフォース（最大衝撃力）を提供できるかを示す図である。 １又は複数の車輪にパワーを供給する電気エンジンへのパワーを制御する固定周波数で固定持続時間のパルス列を構築するための例示的なアルゴリズム４００すなわちフロー図を示している。 固定周波数・固定持続時間のパルス列により４輪駆動車にパワーを供給するための例示的なアルゴリズムすなわちフロー図を示している。 本発明の実施形態による例示的なシステム６００のボックスチャートを示している。

図面には特定の実施形態が示されているが、当業者であれば、示されている実施形態は例示であり、その変形及び本明細書に記載の他の実施形態も、本開示の範囲内で想定及び実施することができるということが分かるであろう。したがって、図面及び発明の詳細な説明は、本来例示であって制限ではないと考えるべきである。
以下の発明の詳細な説明では、本開示の態様及び実施形態の完全な理解のために、多くの特定の詳細が記載される。しかし、本開示の態様及び実施形態は、これらの特定の詳細のいくつかを用いなくても実施することが可能であることが、当業者には明らかであろう。また、分かりやすくするために周知の構造及び技術は詳細に示してはいない。

本発明の実施形態では、車輪スリップについて第１のパルスの測定を行うことにより、道路／タイヤ条件の変数の全てに対応してこれを考慮に入れ、それから固定周波数で固定持続時間のパルス列を供給することにより電気自動車(又はハイブリッド自動車)の電気モータのパワースイッチを制御する。結果として生じる車輪回転が連続的にモニタされて、期待される所定のパターンと相違すると、単一パルス測定を用いてＦＦＦＤパルス列を新しいタイミング値でリフレッシュする。このように、路面、旋回によるタイヤ荷重、又は任意の別の変動における変化は、迅速かつ自動的に補償される。

図１は、タイヤ及び車輪の概略断面図を示しており、これらは、その下方表面に対する荷重及びスリップの状態が相異している状態を示している。図２は、本発明の実施形態に従い、さまざまな荷重及びスピン条件に関する車輪及びタイヤのダイナミクスについてのグラフを示しており、（Ａ）は力対時間、（Ｂ）は車輪ＲＰＭ対時間、（Ｃ）は適用トルク、（Ｄ）は力対時間を示している。

図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、道路１２０に対して静止状態であり応力及び荷重の程度が相違する車輪１１０及びタイヤ１１２の状態を示している。タイヤが道路に対して動いていないとき(注：これらの条件は、車が動いているとき、すなわち車輪がフリーホイールモードの場合でも適用される)、タイヤ応力状況(又は歪み)１３０により示されているように、タイヤに前方への応力はない。大きな加速トルク１４０が車輪に提供されると、これにより、応力状況１５０に示されているように、タイヤ及び関連構造に応力がかかる。これにより、構造はばねのように反応する。これはつまり、歪みと力の関係は本来、数学用語でいう線形であることを意味している。

図２は、本発明の実施形態に従い、さまざまな荷重及びスピン条件における車輪及びタイヤの動力学（ダイナミクス）についての４つのグラフを示しており、（Ａ）は力対時間、（Ｂ）は車輪ＲＰＭ対時間、（Ｃ）は適用トルク、（Ｄ）は力対時間を示している。図２においては、舗装道路等の下にある表面と接している車輪及びタイヤは、この車輪を旋回させるために使用可能なトルクがC_startに打ち勝つ程度に高い状態にある、という状況に関係するダイナミクスを示している。この車輪により生じる車の加速力が図２の（Ａ）に示されている。力２２０は、トルクが車輪に適用されるにつれて、ゼロ(時間２５５)から直線的に増大している。これは、車が加速し始める場合を除いて、車輪回転２４２及び２４４により示されているように、ほぼ直線的である。これがタイヤの応力をいくらか緩和し、曲線２２０は平坦化し始める。しかし、電気モータによる使用可能なトルクは、C_start（レベル２５０）によって許容されるトルクよりも大きいため、不可避的に曲線２２０がレベル２５０に到達するとき、時間２３０で車輪は滑り又はスキッドを始め、タイヤ回転は極めて急速に増加し（符号２４６）、回転数が、期待される所定の増加２４８にはならない。

スキッド又は滑りは、タイヤ及び道路間の摩擦がC_slideにより決定されることを意味し、そして曲線２３５からわかるように、加速力はレベル２５５までかなり急速に降下する。車輪がスキッド(又はスピン)している限り、符号２１５により示されているように、最大可能牽引力はレベル２５５である。しかし、スピンが検出されたら直ちにトルクをオフにすることにより、車輪は、同じ程度急速に応力のない状態へ回復する（符号２４７）。回復状態２４７の終端は、回復時間である期間２９５の終端を定義する時間２４０をマーキングするために用いられる。重要なことは、C_start、C_slideの値、したがって曲線の形状、それから時間２３０及び２４０はすべて、例えば道路及びタイヤの湿潤度や温度、路面のタイプ等の条件の変化とともに変動するということである。C_startやC_slideの値はさらに、タイヤにかかる車の重量荷重、車及びタイヤにかかる空気抵抗、さらには、車輪が横方向の(旋回、又は側面荷重の)力を同時に有しているかにより変化する。そしてもう一つ重要なことは、このようなあらゆる変動の下でも、一般原理により、C_startは常にC_slideよりも高いということである。

上述したように、本発明の実施形態は、車輪スリップについて第１のパルスの測定を行うこと、すなわち、持続時間２９２及び２９５をモニタし記録することにより、道路／タイヤ条件の変数の全てに対応してこれを考慮に入れることができる。この車輪の次の加速において用いられるパルスは、所与の又は特定の時間領域(又は期間)で反復され、これは、最大トルクが適用されているＯＮの期間２６０及びトルクＯＦＦの期間２６５により示されるパルス列を生成するために時間(パルス幅)２９５及び２９２を用いることにより、ドライバが所望の速度増加を保持し続けている限り、又は例えば、車輪スリップ又はブレーキ等の中断条件又はコマンドが発生しない限り、繰り返される。

その結果、曲線２９０によって示されているような状態で、加速力が車輪及びタイヤに与えられる。この加速力の平均はレベル２７５であり、これは、絶対最大レベル２８０よりも低いが車輪スリップレベル２７０よりは高い。

図１に示している応力のない状態１３０は、車が止まっていることにより決まるわけではなく、タイヤが道路に対して静止していればよい。すなわち、車は任意の速度で動いていてもよい。したがって、図２のトルクＯＦＦ期間２６５が、曲線２９０をC_slideレベル２７０より下に一瞬降下させて、タイヤ及び路面間にゼロ相対速度（zero relative speed）を再構築できる程度に長ければ、図１の初期状況１３０が再構築される。回復時間は、正確に時間Ｔ２すなわち時間２９５ではなくてもよい。トルク力はゼロまで降下する必要はなく、C_slideであるレベル２５５以下に低下すれば、ゼロスリップ(zero slip)の状態が再構築される。Ｔ２である時間２９５は、システムソフトウェアで回復のために使用される、又は、それより少し長い又は短い時間を回復のために割り当てることにより、パフォーマンスの「フィーリング」をカスタマイズすることができる。

Ｔ1である時間２９２及びＴ２である時間２９５の長さを決定するために第１のパルスを用いることにより、周囲条件の全ての変動が付随される。Ｔ１である時間２９２及びＴ２である時間２９５が決定されると、パルス列２６７は固定周波数・固定持続時間を有する状態になる。システムはリアルタイムで応答する。車輪回転は、所望の時間に又は連続的に(例えば、図４のボックス４８０及び図５のボックス５７５に示されているように)モニタされ、車輪スリップが回復時間２９５よりも長い場合、又はスリップが全くない場合は、システムはすぐ次のパルスで再度初期設定される。これを行うことができるのは、変化する道路条件、又は車の速度増加に伴うシステム性能の変化(より低い使用可能なエンジントルク、荷重分散の変化、等)に応じてパルスタイミングをリセットするために、一つのパルスしか必要としないためである。したがって、パルス列２６７の固定周波数・固定持続時間は、パルスタイミングのリセット毎に決定されるものである。

図２の（Ｄ）に示されている平均加速度２７５は、論理上の最大加速度２８０に満たないが、本開示によるパルスパワーを用いるアプローチは、従来のアプローチと比べていくつかの実用的な利点を有している。例えば、本開示によるパルスシステムは、必要とされる加速度で第１のパルスを測定することにより、変化するC_start及びC_slideの値を自動的に補償することができる。アナログシステムは、なんらかの方法でこれらの値を正確かつ迅速に決定しなければならない。電子アナログパワー制御システムは、パルスシステムよりもパワー効率において効率が劣り、これは、電気自動車がバッテリ容量により制限される場合に重要な要素である。加えて、アナログパワー制御システムは、設計及び製造がより複雑である。

また、本発明によるパルスシステム及び方法は、自動修正式であってもよい。車が高速で移動しており、電気モータが高ＲＰＭで動作し、かつ、もはやトルク能力がC_startが負担するものより大きくない場合は、曲線２２０は、よりフラット状態となってC_startレベル２５０に交差することがない。このように、初期パルス（initial pulse）には終焉がなく、電気モータからの最大使用可能パワーは、その持続時間はＯＮ状態に保たれる。この最大加速システムは、車のコンピュータが素早い加速の必要条件、すなわち、ヘビースロットル設定(heavy throttle setting)を検出した場合にのみ、課される。しかし、該システムは、最小の車輪スリップがあることを保証するために車のコンピュータにより作動することもできるので、能動的なパルス牽引制御システムを提供することができる。

ある種の状況では、最大限の加速力が要求される。例えば、４輪駆動（４ＷＤ）の車輪駆動車を沼地の状態から脱出させなければならない状況では、車両に最大限の前方への力をかけることが望ましい。４ＷＤ車両では、４輪全てが一斉に加速するのが好ましい。これは、ほぼ一斉というだけでなく、厳密に一斉であるのが好ましい。例えば、４名で車を雪だまりから押し出そうとする場合、立ち往生している車両に与えるインパルス（力積、impulse）を最大化するためには、４名全員が同時に押すことが理想的である。ある人が他の人と同時になっていない場合は、その人のインパルスは、他の３名のピークインパルスに加えられないために最大のピークの前方への力が実現されない。

図３は、２組のプロット（Ａ）、（Ｂ）を示しており、これらは、本発明の実施形態が、車両の４つの車輪へのトルクＯＮパルスを同期させることにより、どのようにして加速における最大インパルスフォースを提供できるかを示している。

図３は、本発明の補法の実施形態３００がどのように用いられて、４輪全てへのトルクＯＮパルスを同期させることにより、加速において最大インパルスフォースを提供することができるかを示している。図３の（Ａ）の符号３１０、３１５、３２０、及び３２５は、４つの車輪のトルクＯＮ／ＯＦＦ状態を表しており、これらは時間同期がとられていない。これら４つの車輪へのトルクの総トルクは、符号３３０で表されている。総トルク３３０では、最大総合力がこの例では３であることを示している。それに対して、図３の（Ｂ）の符号３４０、３４５、３５０、及び３５５は、４つの同種の車輪への同様なトルクデューティサイクルを表しており、これらは時間同期がとられている。総合力３６０は、各パルスサイクルで４の値に到達している。同一の固定周波数／固定持続時間パルスを４つの車輪のそれぞれで同期的に使用することにより、最大の可能な前方への力が車に与えられる。

図４は、１又は複数の車輪にパワーを供給する電気エンジンへのパワーを制御する固定周波数で固定持続時間のパルス列を構築するための例示的なアルゴリズム４００すなわちフロー図を示している。

図４は、電気エンジンへのパワーを制御する固定周波数／固定持続時間パルス列を設定するための典型的なサブルーチン論理を示している。追加的な加速を求める要求を車に内蔵のコンピュータから受信すると、システムは初期化する（ステップ４１０）。車輪回転率のデータが示されて、システムはキャリブレーション（較正）用のＯＮパルスで初期化される（ステップ４２０）。ステップ４２０により初期化されたパルス長を測定するためにタイマがスタートされる。車輪回転のスリップがあるかどうかがモニタされて（ステップ４３０）、何も検出されなければ、パルスは引き続きＯＮモードにおかれる。追加的な加速を求める要求も、ステップ４４０の「未完」により引き続きモニタされる。このステップ４３０、４４０のループは、車輪スリップ又は加速を求める要求が完了又はもはや必要なくなるまで、継続される。

車輪スリップが検出された場合は、ＯＮパルスは終了され（ステップ４４５）、パルス長Ｔ２（図２の２９２)が記憶されてＯＦＦ状態がエンジンパワー制御に送られる。車輪スリップが、ノンスリップ状態への回復のためにモニタされ、経過した回復時間(図２、２９５)が記憶される（ステップ４５０）。システムは、それから、ステップ４６０、４７０、４８０のループにおいて、一連の固定周波数／固定持続時間パルスを生成する。これは、システムが再初期化する（ステップ４９０）時点である、加速の必要条件が車のコンピュータの通りに実行されるとき、又は異常なスリップ状態(長すぎる、又は全くない)が検出されるときまで行われる。車輪スリップがない場合は、このシステムは、最大加速が要求されているときの一定のＯＮパワー状態を維持し、そして車輪回転の状態が変化する場合は、システムは単一のパルス内で再初期化及び再キャリブレーションを行う。車両に内蔵のコンピュータは、加速の要求がなくても、任意の時間にこのシステムを初期化して車輪を非スリップ状態に保持することができる。すなわち、車のＣＰＵ制御の下で、能動的な牽引制御スキッド防止システムが４１０、４４０へ入力することである。

図５は、図３で必要とされるものとして示されている、固定周波数で固定持続時間のパルス列により４輪駆動車にパワーを供給するための例示的なアルゴリズム５００すなわちフロー図を示している。図示していないが、２輪駆動車両のために変形することもできる。また、図４のフロー図における原理が図５の前提とされるが、単純化するために示されていない。図５のステップ５１０は、車のＣＰＵが最大加速を要求していることを示している。前述したように、車のＣＰＵは、最大加速システムから牽引制御システムに変更するために、このシステムを非加速の方法に単に変更（poke）することができる。任意の１又は複数の車輪が、例えば濡れている氷結面等の非常に劣悪な牽引力状況にある場合、C_startは非常に低く、１５ミリ秒程度の最小パルス持続期間が設定される（ステップ５２０）。この最小パルスは、ソフトウェアで調整して、さまざまな車のコンフィギュレーション又は「パフォーマンスのフィーリング（走りの感じ）」に合わせることができる。最小パルス期間の後、任意の車輪がスリップした場合（ステップ５３０）、それらの車輪はパルスＯＮの長さを決定する際には用いられない（ステップ５４０）。ＣＰＵプロセッサは、命令をマイクロ秒で実行するが、一方で、車輪回転及びスリップ検出はミリ秒の範囲であり、したがって、データ及びソフトウェアのデジタル処理は、システムの構成にはさほど重要ではない。

次に、ステップ５５０及び５６０において、大きな牽引力をもつ車輪のための固定周波数・固定持続時間パルスの長さを決定する。ステップ５７０では、このパルス列を用いて４輪全てを同時に駆動する。１又は複数の車輪がスリップしている場合であっても、車がわずかでも動けばスリップしている車輪は牽引力を得ることができる。重要なのは、前方への最大のインパルス力を達成するために、同期を維持することである。ステップ５８０、５８５、及び５７５のループは、加速の必要条件が除去される(すなわち、車が動く又はドライバが速度を落とす（throttles back)まで、システム論理を継続する。

アルゴリズム５００は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の任意の適宜のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶され、任意の適宜の言語(機械依存又は機械独立型)でコード化される。さらに、アルゴリズムは適宜のソフトウェアの機能要素であり、ファームウェア及び／又はハードウェアに記憶することができる。さらに、アルゴリズムすなわちソフトウェアは、任意の適宜のプロセッサにより動作又は実行される。

図６は、本発明の実施形態による例示的なシステム６００のボックス表現の図を示している。パワーは電力であり、交流及び直流のいずれかである（ボックス６１０）。このパワーはＯＮ及びＯＦＦに切り替え可能であり（ボックス６２０）、このＯＮ／ＯＦＦ状態は外部信号により制御可能にされる（ボックス６７０）。切り替えられたパワーは、電気モータ６３０を作動させ、それにより車の車輪を駆動する（ボックス６４０）。車輪の回転は、サーボ又は他の方法により、目的を達するのに十分な分解能でモニタされる（ボックス６５０）。システムＣＰＵ６６０は、車のＣＰＵからスロットル設定及び牽引制御モードのコマンドを受信する（ボックス６８０）。ＣＰＵは、ボックス６８０、６５０での入力を用いて、パルス制御信号（ボックス６７０）を生成し、該パルス制御信号により、モータパワーはＯＮ及びＯＦＦにスイッチングされる（ボックス６２０）。この構成は、ハイブリッドパワー(ガソリンによる補助)システムを組み込むことを含む変形が可能であり、これは本発明による第１のパルスキャリブレーション方法により、すべての条件下で自動的に補償される。さらに、ひとつの電動機が軸に給電することができ、この場合、差動メカニズム（differential mechanism）の有無は問わない。例示的な実施形態では、別々の電動機が車両のそれぞれの車輪を駆動するために設けられる。

図６はさらに、代表的な車両の他の車輪（２）〜（４）それぞれ用のパワースイッチ６２０及び電動機６３０を示している。このようなアプリケーションでは、関連する感知システムがこれら他の車輪の挙動を検出し、コントローラ又は追加的なコントローラが、トルク及び他の車輪に供給されるパワーを、前述したように固定周波数・固定持続時間制御信号を与えることにより制御する。

本発明の態様及び実施形態について説明したが、多数の他の方法により、本発明の様々な態様及び実施形態を実現することができる。本明細書に記載したさまざまな機能及び要素は、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で、示されたものとは異なる部分に分けられてもよい。これらの実施形態に対するさまざまな修正は、当業者であれば容易に分かることであり、また、本明細書で定義された一般的原理は他の実施形態に適用することができる。したがって、明細書に記載の発明及び特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想および範囲を逸脱しない限りは、当業者により多くの変更及び修正が可能である。

Claims (13)

1. 車両の１又は複数の駆動輪に加えられるパワーを制御するシステムであって、
   パワーを供給するように構成された第１の電動機と、
   第１の電動機からパワーを受け取るように構成された第１の車輪と、
   (i)第１の車輪用の加速コマンド及び第１の車輪の車輪スリップ検出信号を入力として受け取り、(ii)第１の車輪を駆動する第１の電動機のための第1の制御信号を出力として生成するように構成されたコントローラであって、第1の制御信号は、電流を第１の電動機へ流れさせるための固定持続時間及び固定周波数の第１のパルス列からなるタイミングサイクル含み、該第１のパルス列の各パルスの固定持続時間を、加速コマンドの受信によって第1の電動機にトルクが印加されてから車輪スリップ検出信号を受信するまでの時間を監視して記憶することにより決定し、隣接するパルス間のインターバルを、印加されたトルクを車輪スリップ検出信号に応答してオフにしてから第１の車輪の回転が回復するまでの時間を監視して記憶することにより決定する、コントローラと、
   第１の電動機に接続された第１の電流スイッチであって、第１の制御信号を受け取り、該第1の制御信号に含まれる第１のパルス列のパルスの固定持続時間にＯＮ状態となって第1の電動機に電流を供給し、第１のパルス列の隣接するパルス間のインターバルにＯＦＦ状態に切り替えられる電流スイッチと、
   を備えることを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、コントローラは、第１のパルス列の固定周波数及び固定持続時間を調整するように構成されていることを特徴とするシステム。
3. 請求項１又は２記載のシステムにおいて、該システムはさらに、
   パワーを供給するように構成された第２の電動機と、
   第２の電動機からパワーを受け取るよう構成された第２の車輪と、
   第２の電動機に接続された第２の電流スイッチと
   を備え、
   コントローラは、第２の車輪用の加速コマンド及び第２の車輪の車輪スリップ検出信号を入力として受け取り、第２の車輪を駆動する第２の電動機のための第２の制御信号を出力として生成するよう構成され、第２の制御信号は、電流を第２の電動機へ流れさせるための固定時間及び固定周波数の第２のパルス列からなるタイミングサイクルを含み、該第２のパルス列の各パルスの固定持続時間及び隣接するパルス間のインターバルが、第１の電動機用の第１の制御信号の第１のパルス列の場合と同様に決定され、
   第２の電流スイッチは、コントローラからの第２の制御信号を受け取り、該第２の制御信号の第２のパルス列のパルスの固定持続時間にＯＮ状態となって第２の電動機に電流を供給し、第２のパルス列の隣接するパルス間のインターバルにＯＦＦ状態に切り替えられる
   ことを特徴とするシステム。
4. 請求項３記載のシステムにおいて、該システムはさらに、
   パワーを供給するように構成された第３の電動機と、
   第３の電動機からパワーを受け取るよう構成された第３の車輪と、
   第３電動機に接続された第３の電流スイッチと
   を備え、
   コントローラは、第３の車輪用の加速コマンド及び第３の車輪の車輪スリップ検出信号を入力として受け取り、第３の車輪を駆動する第３の電動機のための第３の制御信号を出力として生成するよう構成され、第３の制御信号は、電流を第３の電動機へ流れさせるための固定時間及び固定周波数の第３のパルス列からなるタイミングサイクルを含み、該第３のパルス列の各パルスの固定持続時間及び隣接するパルス間のインターバルが、第１の電動機用の第１の制御信号の第１のパルス列の場合と同様に決定され、
   第３の電流スイッチは、コントローラからの第３の制御信号を受け取り、該第３の制御信号の第３のパルス列のパルスの固定持続時間にＯＮ状態となって第３の電動機に電流を供給し、第３のパルス列の隣接するパルス間のインターバルにＯＦＦ状態に切り替えられる
   ことを特徴とするシステム。
5. 請求項４記載のシステムにおいて、該システムはさらに、
   パワーを供給するように構成された第４の電動機と、
   第４の電動機からパワーを受け取るよう構成された第４の車輪と、
   第４電動機に接続された第４の電流スイッチと
   を備え、
   コントローラは、第４の車輪用の加速コマンド及び第４の車輪の車輪スリップ検出信号を入力として受け取り、第４の車輪を駆動する第４の電動機のための第４の制御信号を出力として生成するよう構成され、第４の制御信号は、電流を第４の電動機へ流れさせるための固定時間及び固定周波数の第４のパルス列からなるタイミングサイクルを含み、該第４のパルス列の各パルスの固定持続時間及び隣接するパルス間のインターバルが、第１の電動機用の第１の制御信号の第１のパルス列の場合と同様に決定され、
   第４の電流スイッチは、コントローラからの第４の制御信号を受け取り、該第４の制御信号の第４のパルス列のパルスの固定持続時間にＯＮ状態となって第４の電動機に電流を供給し、第４のパルス列の隣接するパルス間のインターバルにＯＦＦ状態に切り替えられる
   ことを特徴とするシステム。
6. 請求項５記載のシステムにおいて、車両は４輪駆動車であり、コントローラは、同期された４輪駆動動作のために、第１〜第４の電動機用の第１〜第４のパルス列の同期を提供するように構成されていることを特徴とするシステム。
7. 請求項３〜６いずれかに記載のシステムにおいて、コントローラは、車輪に供給される同期されたパワーパルスに含むための許容される最小牽引力を、どの車輪が有しているかを検出するように構成されていることを特徴とするシステム。
8. 電動車両の１又は複数の車輪のそれぞれに結合された１又は複数の電動機に加えられるパワーをコントローラにより制御する方法であって、該方法は、
   １又は複数の車輪の各々用の加速コマンドを受け取るステップと、
   受信した加速コマンドに基づいて１又は複数の電動機の各々にトルクを印加するステップと、
   トルクが電動機に印加されてから該電動機に接続された車輪の車輪スリップ検出信号を受信するまでの時間を監視し、該時間を固定持続時間として記憶するステップと、
   車輪スリップ検出信号を受信したときに、印加されたトルクをオフにするステップと、
   トルクをオフにしたときから車輪スリップ検出信号が消滅するまでの時間を監視し、該時間を隣接するパルス間のインターバルとして記憶するステップと、
   所望の加速率に応じたタイミングサイクル内で、記憶された固定持続時間のパルス及び隣接するパルス間のインターバルを用いてパルス列を生成し、該パルス列を含む制御信号を生成するステップと、
   それぞれが１又は複数の車輪にそれぞれ接続された１又は複数の電動機に接続された１又は複数の電流スイッチの入力へ制御信号を供給して、電流スイッチを該制御信号のパルス列の固定持続時間中にＯＮ状態にして１又は複数の電動機に電流を供給し、隣接するパルス間のインターバル中に該１又は複数の電動機をＯＦＦ状態にするステップと
   を含むことを特徴とする方法。
9. 請求項８記載の方法において、電気的に駆動される車輪は２つの車輪又は４つの車輪であることを特徴とする方法。
10. 請求項８又は９記載の方法において、該方法はさらに、制御信号のパルス列の固定周波数及び固定持続時間を調整するステップを含むことを特徴とする方法。
11. 請求項９記載の方法において、制御信号を供給するステップは、同期された２輪駆動又は４輪駆動動作のために、２つの車輪又は４つの車輪に接続された２つの電動機又は４つの電動機に提供される電流の同期を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１記載の方法において、該方法はさらに、車輪に供給される同期されたパワーパルスに含むための許容される最小牽引力を、どの車輪が有しているかを検出するステップを含むことを特徴とする方法。
13. コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されたコンピュータプログラムであって、複数の命令がそこに記憶されており、これら命令が処理システムにより実行されると、処理システムが、請求項８〜１２いずれかに記載の方法を実行することを特徴とするコンピュータプログラム。

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