JP6068353B2 - 電気駆動システムでの車輪モータトルクを制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本特許開示は、一般に、電気駆動システムに関し、より詳細には、電気駆動機械のための車輪モータトルクを制御するためのシステムおよび方法に関する。

機械的な駆動システムを有する車両は、典型的には、一般にディファレンシャルとして知られているギア構成を介して車両の駆動輪にトルクを伝送する。ディファレンシャルは、典型的には、入力シャフトから、駆動車軸の両側に設けられた２つの車輪それぞれに回転運動を伝達する。ディファレンシャルは、典型的には、単一の車軸に接続された２つの車輪が異なる速度で回転できるようにすることができる。そのような運動の差を必要とする状況は、車両が旋回しているとき、または２つの車輪が異なる牽引状態を受けているときに生じることがある。

電気駆動システムを有する車両は、ディファレンシャルを有さず、典型的には、車軸の両端に設けられた後輪を別個に独立して駆動させる車輪モータを有する。車両が旋回するとき、例えば、車軸での内輪が外輪よりも遅く回転する。ドライブトレイン制御システムは、各車輪モータによって提供されるトルクの量を制御することによって、旋回中に各車輪で一定の動力を維持することを試みることがあり、これは、逆操舵および過剰なタイヤ摩耗の原因となり得る。

開示するシステムおよび方法は、上述した問題の１つまたは複数を克服することを対象とする。

本開示は、一態様では、電気駆動構成を有する機械のためのシステムを述べる。システムは、第１の車輪に関連付けられる第１のモータであって、第１の車輪を駆動させるためにトルクを提供するように適合される第１のモータと、第２の車輪に関連付けられる第２のモータであって、第２の車輪を駆動させるためにトルクを提供するように適合される第２のモータとを含む。このシステムは、さらに、制御装置を備え、制御装置が、第１の車輪の回転速度を求め、第２の車輪の回転速度を求め、機械の操舵角を求め、第１の車輪と第２の車輪の回転速度を比較し、第１の車輪の回転速度が第２の車輪の回転速度よりも小さい場合に、第１の車輪へのトルクを調節するように適合される。

本開示の例示的実施形態による制御システムを有する電気駆動機械を示す概略図である。 本開示の例示的実施形態による牽引力を制御する方法の一実施形態を示すフローチャートである。 旋回中の、本開示の例示的実施形態による制御システムを有する電気駆動機械を示す概略図である。 本開示の例示的実施形態による旋回中のトルクを制御する方法の一実施形態を示すフローチャートである。 本開示の例示的実施形態による電気駆動システムに関する情報フローチャートである。

本開示は、例えば電気駆動機械に関する旋回中の操舵を支援するための、電気駆動システムでのモータトルクを制御するためのシステムおよび方法に関する。機械１００の例示的実施形態が、図１に概略的に示されている。機械１００は、図示されるようなオフハイウェイトラック、または、乗用車、電車、土木機械、および採掘車を含めた、電気駆動システムを有する任意の他の車両でよい。例示される実施形態では、機械１００は、機械１００の移動を推進するために走行メカニズム１０４に作動的に結合された電気駆動システム１０２を含む。

走行メカニズム１０４は、機械１００の各側に車輪と車軸とを含むことがある。例示される実施形態では、走行メカニズム１０４は、機械１００の各側にある１組の前輪１０５と、機械１００の各側にある１組の二重後輪１０６とを含む。走行メカニズム１０４は、地表の地形など、ある種の地形の表面上を機械１００が走行できるようにする。走行メカニズム１０４は、車輪として図示されているが、例えば線路やベルトなど、知られている任意のタイプの牽引または走行用メカニズムでよいと考えられる。

電気駆動システム１０２は、エンジン１０７と、オルタネータ１０８と、整流器１１０と、インバータ１１２、１１４と、モータ１１６、１１８とを含む。エンジン１０７は、機械１００および他の機械構成要素のための動力を提供することができる。適切なエンジンは、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンを含むことがある。いくつかの実施形態では、エンジン１０７は、動力を発生して、動力伝達メカニズム、例えばシャフト（図示せず）を介して機械１００の他の構成要素に伝達するディーゼルエンジンでよい。例示される実施形態では、エンジン１０７は、オルタネータ１０８に動力を提供する。オルタネータ１０８は、３相交流を発生し、この３相交流が電力を生み出す。

いくつかの実施形態では、電気駆動システム１０２の整流器は、３相交流を直流に変換することができる。インバータ１１２、１１４の１つまたは複数が、直流を交流に変換して、電気モータ１１６、１１８の１つまたは複数に動力供給する。電気モータ１１６、１１８は、オルタネータ１０８から受け取られた電力を、走行メカニズム１０４の１つまたは複数を駆動する動力に変換するモータである。例えば、いくつかの実施形態では、モータ１１６、１１８は、機械１００を推進するように車輪を駆動させるために使用される車輪モータでよい。いくつかの実施形態では、二重後輪１０６を個別に、または直接駆動させることができ、したがって、それに対応して、各モータ１１６、１１８が各駆動二重後輪１０６を駆動させることができる。モータ１１６、１１８の速度は、インバータ１１２、１１４によって生成される交流の周波数を制御することによって制御することができる。

いくつかの実施形態では、ただ１つのモータがすべての走行メカニズム１０４を駆動するが、いくつかの実施形態では、複数のモータが走行メカニズム１０４を駆動させる。例示される実施形態では、例えば、電気モータ１１６、１１８は、二重後輪１０６として具現化された各走行メカニズム１０４に関連付けられ、右側モータ１１６および左側モータ１１８を含む。いくつかの実施形態では、複数のモータのうちのいくつかのモータに動力供給するためにエンジン１０７を使用することでき、複数のモータのうちの残りのモータに動力供給するためにバッテリ（図示せず）など別個の電源または電力貯蔵ユニットを使用することができる。いくつかの実施形態では、モータ１１６、１１８は、別個の電源から直接駆動させることができる。

エンジン１０７と、オルタネータ１０８と、整流器１１０と、インバータ１１２、１１４と、モータ１１６、１１８とは、動作の駆動段階または推進段階中に前進または後進駆動方向に機械１００を推進させるのに十分な動力を提供するように作動的に結合させることができる。駆動段階で機械１００を動作させるとき、モータ１１６、１１８は、前進または後進駆動方向に機械１００を推進させるのに十分な推進トルクを提供する。いくつかの実施形態では、電気駆動システム１０２は、ファイナルドライブ（図示せず）を含むことがあり、ファイナルドライブは、モータ１１６、１１８と走行メカニズム１０４の間に接続された遊星歯車セットを含み、モータ１１６、１１８の速度を適当な大きさの推進トルクに変換して、前進または後進駆動方向に機械１００を推進させる。

さらに、電気駆動システム１０２は、動作の減速段階中に、機械１００を減速する、または機械１００に制動力を提供するのに十分に動力を消散させることができる。動作の減速段階中、インバータ１１２、１１４と、モータ１１６、１１８と、制動チョッパ１２０とが、全体として電気的減速システム１２２を画定する。機械１００を減速段階で動作させるとき、モータ１１６、１１８は、機械１００を減速させる、および／または完全に停止させるのに十分な制動トルクを提供することができる。いくつかの実施形態では、減速中のモータ１１６、１１８は、交流を発生することができ、交流は、インバータ１１２、１１４によって直流に変換され、直流直流変換を提供するブレーキチョッパ１２０を通って、制動グリッドまたは抵抗グリッド１２４に流れる。例示される実施形態では、減速中にモータ１１６、１１８によって発生される動力を使用して、ファン１２６または他の適当な冷却システムに動力供給して、制動グリッド１２４から放射する熱エネルギーによる温度を低下させる。

いくつかの実施形態では、機械１００は、制動システム１２８も含むことがあり、制動システム１２８は、機械１００の移動を減速または制動するための電気的減速システム１２２および１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２を含む。いくつかの実施形態では、制動システム１２８および１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２は、対応する走行メカニズム１０４に関連付けることができる。いくつかの実施形態では、制動システム１２８および１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２は、前輪１０５および／または後輪１０６に関連付けることができる。例示される実施形態では、制動システム１２８は、電気的減速システム１２２と、右側常用ブレーキ１３０および左側常用ブレーキ１３２として具現化される１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２とを含む。常用ブレーキ１３０、１３２は、油圧摩擦、油圧機械式、または機械的ブレーキでよい。

いくつかの実施形態では、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動すべてを、電気的減速システム１２２によって提供することができる。いくつかの実施形態では、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動のすべてを、常用ブレーキ１３０、１３２によって提供することができる。例示される実施形態では、電気的減速システム１２２が、必要な制動力をすべては提供することが可能でない場合、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動力の一部が電気的減速システム１２２によって提供され、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動力の一部が常用ブレーキ１３０、１３２によって提供される。

常用ブレーキ１３０、１３２は、操作者が手動で作動させることができ、また、これにより、操作者が機械１００の速度を手動で制御できるようになる。いくつかの実施形態では、常用ブレーキ１３０、１３２は、機械的に、電気機械的に、油圧式に、空気圧式に、または他の既知の方法によって作動させることができる。例示される実施形態では、常用ブレーキ１３０、１３２は、制御システム１３４によって自動的に作動させることができる。いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、例えば、１組の左右の二重車輪１０６の間、または後輪１０６と前輪１０５の間での減速トルク分割の適切な比を決定することができる。すなわち、電気的減速システム１２２によって提供される制動力の一部を、左右の走行メカニズム１０４の間、および／または二重後輪１０６と前輪１０５の間で分割することができる。

例示される実施形態では、制御システム１３４は、データリンクインターフェース１３６を介して電気駆動システム１０２と通信することができる。追加として、または代替として、制御システム１３４は、電気駆動システム１０２および他の機械構成要素とワイヤレス通信または遠隔通信することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、１つまたは複数のセンサによって収集されて伝送される信号に応答して、１つまたは複数の構成要素に指令を送信することができる。制御システム１３４は、センサ信号を、１つまたは複数のセンサから直接、または例えばデータリンクインターフェース１３６から間接的に受信することができる。例示される実施形態では、１つまたは複数のセンサは、１つまたは複数の速度センサ１３８を含み、速度センサ１３８は、機械１００の速度を示す信号を測定し、収集し、制御システム１３４に伝送することができる。

速度センサ１３８は、要求に応答して制御システム１３４に速度信号を送信することができ、あるいは、速度センサ１３８は、定期的に速度信号を送信するように、または速度の増加や減速などの機械イベント、および他のそのようなイベントに応答して速度信号を送信するように構成することができる。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、機械１００の対地速度（または直線タイヤ速度）に関連付けられる走行メカニズム１０４または他のドライブトレイン構成要素で使用される車軸の回転速度を測定することができる。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、機械１００の実際の対地速度または走行速度を測定することが可能であることがある。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、空転する車輪の回転速度を測定するように構成または配置することができる。例えば、例示される実施形態では、アイドリング車輪は、前輪１０５である。いくつかの実施形態では、対地／走行速度は、各アイドリング車輪１０５の回転速度を測定し、測定された速度の平均を計算することによって求めることができる。

いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、被動または駆動輪の回転速度を測定するように構成または配置することができる。例えば、例示される実施形態では、被動または駆動輪は、二重後輪１０６である。また、回転速度は、回転機械ＲＰＭを表すこともある。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、モータ１１６、１１８に関連付けられる回転構成要素の方向を感知することが可能であることもある。例えば、速度センサ１３８は、１つまたは複数のホール効果センサ（図示せず）を含むことがある。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のホール効果センサは、右側モータ１１６と左側モータ１１８それぞれに関連付けられる。

例示される実施形態では、特定の制御機能を行うように構成されることがある制御システム１３４は、データリンクインターフェース１３６を介して電気駆動システム１０２に作動的に接続される。データリンクインターフェース１３６は、１つまたは複数のデータリンクを制御システム１３４と相互接続する１つまたは複数のインターフェースデバイスであることがある。データリンクインターフェース１３６は、他の標準的なデータリンクを含むことがあり、本開示の教示から逸脱することなく、例示された実施形態とは異なる様式で構成されることもあると考えられる。

制御システム１３４は、操作者インターフェース１４０に作動的に接続され、操作者インターフェース１４０は、操作者と制御システム１３４の間で情報および指令を通信するための複数の操作者入力デバイス、例えば、操舵デバイス１４２、アクセルペダルまたはスロットル１４４、シフトレバー１４６、リターダレバー１４８、およびディスプレイ１５０を含むことがある。操舵デバイス１４２は、例えば、走行メカニズム１０４の操舵角を制御することによって機械１００の走行方向を制御するように構成または適合されることがある。いくつかの実施形態では、操舵デバイス１４２は、電気的な、機械的な、または油圧式の動力によって作動されることがある。

例示される実施形態では、操舵デバイス１４２は油圧作動式であり、機械１００の操舵角を変えるために１つまたは複数の連係機構を枢動させることができる既知の油圧式および／または電気的構成要素を含むことができる。操作者インターフェース１４０は、操舵角センサ１５２を含むことがあり、操舵角センサ１５２は、操舵デバイス１４２に関連付けられ、走行メカニズム１０４の操舵角、したがって機械１００の操舵角を測定するように適合または構成することができる。

いくつかの実施形態では、操作者インターフェース１４０は、アクセルペダル１４４に関連付けられるアクセルペダル位置センサ１５４を含むことがあり、アクセルペダル１４４は、求められるモータ出力に対応する要求されるエンジン速度を決定するために使用される。いくつかの実施形態では、求められるモータ出力は、アクセルペダル１４４の踏み込みに対応することがある。アクセルペダル１４４は、機械１００の加速および／または減速を制御するように構成することができる。操作者によって要求されるトルクの量を示すために、アクセルペダル位置センサ１５４から制御システム１３４の他の構成要素にアクセルペダル位置信号を伝送することができる。

制御システム１３４は、前進または後進駆動方向への機械１００の所望の推進力を生み出すように電気駆動システム１０２を制御することができる。制御システム１３４は、操作者要求、現在の機械速度、エンジン出力利用性、機械速度制限、ならびにドライブトレインおよび構成要素の温度を含めた環境因子など、いくつかの因子を考慮に入れることによって、モータ１１６、１１８に対するトルク指令を管理することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、アクセルペダル位置信号、シフトレバー１４６からの要求されたギア指令信号、リターダレバー位置信号、ペイロードステータス、および／または速度制限の１つまたは複数に基づいて、望ましいトルクを決定して、モータ１１６、１１８に伝達することができる。

例えば、操作者インターフェース１４０は、操作者がシフトレバー１４６を１つの位置から別の位置に変えようとしていることを検出するために、シフトレバー１４６に関連付けられたシフトレバー位置センサ１５６を含むことができる。要求されたギア指令信号は、パーキング、リバース、ニュートラル、ドライブ、またはローなどのギア選択を表すことがある。操作者は、機械１００の駆動方向を制御するためにシフトレバー１４６を入れることができる。例えば、シフトレバー１４６は、少なくとも、機械１００の前進および後進駆動方向にそれぞれ関連付けられるドライブおよびリバース位置を含むことがある。

制御システム１３４は、操作者インターフェース１４０および他の構成要素と作動的に対話して、機械１００の対地速度を求めることができる。例えば、制御システム１３４は、アイドリング車輪１０５の少なくとも１つの回転速度と、機械１００の操舵角とに少なくとも一部基づいて、機械１００の中心線の対地速度を求めることができる。しかしながら、任意の適切な方法を使用して機械１００の走行速度または対地速度を求めることができると考えられる。

例示される実施形態では、制御システム１３４は、例えば２次元アレイまたはルックアップテーブルを含むことがある１つまたは複数のマップなど１つまたは複数のデータ構造をメモリに含む。マップは、数式、テーブル、またはグラフの形でデータを含むことがある。制御システム１３４は、操舵角値をスリップまたは滑走比に相関させるマップを含むことがある。制御システム１３４は、特定の操舵角に対応する特定のスリップ／滑走比を計算するように構成または適合することができ、さらに、動作中に操舵角が変化するときに、この計算を継続的に行うことができる。

スリップおよび滑走比は、同じ車軸に接続された２つの車輪の間、または両側で機械１００に接続された２つの車輪の間の相対速度を示す無次元の値である。例えば、スリップ比は、左右の後輪１０６の回転速度の比でよく（すなわち、右側の後輪１０６の回転速度を左側の後輪１０６の回転速度で割った値）、これは、スリップ／滑走がなく、機械１００が直進しているときには約１であるはずである。

制御システム１３４は、各個の駆動輪１０６、１０６に対して指令されるトルクを調節するように適合されたアルゴリズムにおいてスリップ／滑走比マップを使用することができる。各個の駆動輪１０６、１０６に対して指令されるトルクを調節することによって牽引力を制御する方法に関するフローチャートが、図２に参照番号２００で全般的に示される。制御システム１３４は、２つの駆動輪の同時制御を行うように構成され、各駆動輪は、それぞれのモータ１１６、１１８によって駆動される。単一の車軸に沿って機械の各側に配置されていることを示すために、各車輪を「右側」または「左側」と表す。本明細書で開示する方法は、２つよりも多い、または２つよりも少ない駆動輪を有する機械にも同様に適用可能であることを理解することができる。

図２に示されるように、制御システム１３４は、機械１００の様々なシステムからの入力、例えば操舵角センサ１５２からの入力を受信する。また、制御システム１３４は、速度センサ１３８の少なくとも１つからの入力を受信することもできる。これらの入力に基づいて、制御システム１３４は、例えば機械１００の牽引力を制御するために、トルク指令またはトルク要求を計算してモータ１１６および１１８に適用するように適合させることができる。すなわち、制御システム１３４は、操舵角センサ１３２および／または速度センサ１３８からの入力に少なくとも一部基づいてモータ１１６、１１８の動作を制御するように構成される。

いくつかの実施形態では、トルク計算、指令、または要求は、対応する車輪速度にマップされることがあり、それにより、所与の車輪速度について、または車輪速度に応じて、特定のトルクまたは最大トルクを決定することができる。いくつかの実施形態では、例えば、ドライブライントルクは、モータトルクを測定モータ速度に関係付けるマップから決定することができ、またはモータトルクは、測定モータ速度に応じて変わることがある。

制御システム１３４は、各駆動輪１０６の回転速度を個別に求めるために、各駆動輪１０６、１０６と関連付けられる速度センサ１３８からの信号を使用することができる。例示される実施形態では、ステップ２０２において、少なくとも１つの速度センサ１３８からの入力に基づいて、左側駆動輪１０６の車輪速度が求められる。追加として、または別法として、制御システム１３４は、例えば旋回中の機械１００の牽引力を制御するために旋回を考慮に入れるために、操舵センサ１５２からの信号を使用することができる。追加として、または別法として、制御システム１３４は、以下により詳細に述べるように、旋回中の機械１００の電気駆動システム１０２を支援するために、旋回を考慮に入れるように操舵センサ１５２からの信号を使用することができる。

例示される実施形態では、ステップ２０４において、制御システム１３４は、操舵角センサ１５２からの信号に基づいて機械１００の操舵角を求めるように適合または構成される。制御システム１３４は、非駆動輪１０５、１０５に関連付けられる速度センサ１３８からの信号を使用して、機械１００の対地速度を求めることができる。ステップ２０６において、機械１００の走行速度または対地速度が測定され、ステップ２０８において、少なくとも１つの速度センサ１３８からの入力に基づいて、右側駆動輪の車輪速度が求められる。便宜上、すべての速度を、牽引モータのＲＰＭに関して表すが、速度は、車輪のＲＰＭまたはｋｍ／時での機械速度で表すこともできると考えられる。

制御システム１３４は、駆動輪１０６、１０６それぞれに関する正規化または補正された速度または速度比を決定することができる。例えば、ステップ２１０において、ステップ２０２で計算された左側駆動輪１０６に関する車輪速度を、ステップ２０６で計算された機械１００の対地速度で割ることによって、左側駆動輪に関する速度比Ｖ_L,TSを計算することができる。さらに、制御システム１３４は、ステップ２１２において、ステップ２０８で計算された右側駆動輪１０６に関する車輪速度を、ステップ２０６で計算された機械の対地速度で割ることによって、右側駆動輪１０６に関する速度比Ｖ_R,TSを計算することができる。

駆動輪の速度のこれらの正規化または補正は、機械速度または対地速度が各車輪１０６の速度と一致するとき、すなわちスリップまたは滑走がないときには１であるはずであり、スリップまたは滑走があるときには１よりも大きいまたは小さい値に変化するはずである。理解することができるように、各速度比Ｖ_R,TSおよびＶ_L,TSは、対応する車輪１０６、１０６の対地速度が機械１００の速度よりも大きいとき、例えば車輪１０６、１０６が地面とグリップせずにスリップしているときには１よりも大きくなり、対応する車輪１０６、１０６の速度よりも機械が速く走行しているとき、例えば車輪１０６、１０６が動かなくなっているとき、または減速中に車輪１０６、１０６が滑走しているときには１よりも小さくなる。

また、制御システム１３４は、操舵角センサ１５２からの信号によって、操舵デバイス１４２の角度を示す情報を受信する。ステップ２１４において、操舵角情報がテーブルに入力されて、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eを求める。予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eは、図３に示されるように、機械１００が旋回しており、単一の「車軸」ラインに沿って配置された車輪１０６、１０６が機械１００の旋回半径の中心点から異なる距離にある円形経路を辿っているときに生じる予想されるスリップまたは滑走である。すなわち、予想スリップ比ＳＲ_Eは、互いに機械的に連係されていない車輪１０６、１０６に関する回転速度の差を考慮に入れる。

機械が旋回しているとき、ステップ２１４において、ステップ２０４で求められた操舵角を使用して、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eを計算する。ステップ２１４での予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eの計算は、スリップ／滑走比と操舵角のルックアップテーブルを含むことがあり、または例えば操舵角およびスリップ／滑走比の値を変数として有する関数など任意の他のタイプの計算でよい。しかしながら、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_E、ならびに速度比Ｖ_L,TSおよびＶ_R,TSは、無次元のパラメータまたは正規化されたパラメータである。特に、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eは、機械１００が旋回しているときに生じる予想スリップもしくは滑走、または車輪速度の差を表す。予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eは、旋回の内側経路を辿る車輪の速度と旋回の外側経路を辿る対応する車輪の速度との比とみなされる。

図３を参照すると、機械１００、３００が左に旋回しているとき、左側駆動輪１０６、３０２は内側経路３０４を辿り、内側経路３０４は、旋回中心３０６の周りで湾曲しているか円形であることがあり、一方、右側駆動輪１０６、３０８は外側経路３１０を辿り、外側経路３１０は、旋回中心３０６から、左側駆動輪１０６、３０２の半径方向距離Ｒ_iよりも大きい半径方向距離Ｒ_oに位置される。外側経路３１０と内側経路３０４の間の半径方向距離は、距離Ｒ_Aと示される。内輪１０６、３０２と外輪１０６、３０８が異なる距離を走行するので、内輪１０６、３０２と外輪１０６、３０４は、異なる速度で回転または走行する。

簡潔かつ明瞭にするために、左旋回のみを図示して詳細に示す。しかし、機械１００、３００が右に旋回しているときには、右側駆動輪１０６、３０８が内側経路３０４を辿り、左側駆動輪１０６、３０２が外側経路３１０を辿り、それに従って内輪１０６、３０８と外輪１０６、３０２が異なる速度で回転または走行することが予想および理解される。したがって、モータ１１６、１１８によって提供されるトルクは、各対応する車輪１０６、３０２、１０６、３０８ごとに異なることがある。例えば、右輪１０６、３０８が左輪１０６、３０２よりも大きい速度で移動していることがあるので、右側モータ１１６によって提供されるトルクは、左側モータ１１８によって提供されるトルクとは異なることがある。

さらに、例えば旋回中などの操舵を考慮に入れるために、制御システム１３４は、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eを使用して、速度比Ｖ_R,TSおよびＶ_L,TSの第２の正規化または補正を行うことができる。例えば、機械１００、３００が旋回しているとき、牽引力の損失によるスリップがなくても、一方または両方の速度比Ｖ_R,TSおよびＶ_L,TSが基準値１から変化することがある。この変化は、旋回中に駆動輪１０６、３０２、１０６、３０８が異なる軌道を辿ることに起因することがある。この状況では、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eを使用して、旋回に起因する車輪速度の差を考慮に入れることができ、それにより、各駆動輪１０６、３０２、１０６、３０８に関するそれぞれの速度比Ｖ_R,TSおよびＶ_L,TSを、旋回中に基準値１に調節することができる。

例えば、鋭い旋回中に内側経路３０４上を走行する車輪１０６、３０２の速度比は、速度比１／２とすることができ、これは、車輪１０６、３０２が機械１００、３００の速度の半分の速度で走行していることを示す。また、図３に示されるような特定の旋回角度θに対応する予想スリップまたは滑走比ＳＲ_Eを例えば１／２に設定することもでき、それにより、速度比と予想速度比の比が１になる。したがって、これらの各正規化の結果、補正された速度比が得られ、これは、各駆動輪１０６、３０２、１０６、３０８ごとに計算される。

図２および図３を参照すると、例示される実施形態では、ステップ２１６において、左輪１０６に関する速度比Ｖ_L,TS（ステップ２１０）を、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_E（ステップ２１４）で割ることによって、左輪補正速度比Ｖ_L,TS,SRが計算される。同様に、ステップ２１８において、右輪１０６に関する速度比Ｖ_R,TS（ステップ２１２）を、予想スリップまたは滑走比ＳＲ_E（ステップ２１４）で割ることによって、右輪補正速度比Ｖ_R,TS,SRが計算される。左輪補正速度比Ｖ_L,TS,SRと右輪補正速度比Ｖ_R,TS,SRはどちらも無次元の値を表し、これらの値は、機械１００、３００の直進運動または旋回運動中の、機械の駆動輪１０６、１０６のスリップまたは滑走を示唆する。

補正スリップ比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRは、実際のスリップまたは滑走の値ではない。そうではなく、補正スリップ比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRは、機械１００の同じ駆動車軸に沿って設けられた駆動輪１０６、１０６に関するスリップまたは滑走状態を定性化および定量化する無次元のスリップまたは滑走パラメータである。補正速度比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRは、任意の直線運動スリップまたは滑走を包括し、または考慮に入れ、そのようなスリップまたは滑走は、一様でない牽引力によるものであることがあり、また、旋回により生じ得る駆動輪１０６、３０２、１０６、３０８の速度差によるものであることがある。

補正スリップ比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRを決定した後、制御システム１３４は、それぞれを速度比しきい値Ｔ_SRと比較する。速度比しきい値Ｔ_SRは、推進または減速動作モードでの動作中に機械１００が許容することができるしきい値スリップまたは滑走状態とみなすことができる。各補正速度比Ｖ_L,TS,SRおよびＶ_R,TS,SRがしきい値Ｔ_SRと個々に比較され、それにより、各駆動輪１０６、１０６のスリップまたは滑走を個別に求めることができる。しきい値Ｔ_SRは、１０パーセント（％）など一定の無次元のパラメータでよく、これは、各駆動輪１０６、１０６に対して指令されるトルクに制御システム１３４が介入する必要なく、機械１００の動作中に存在してよいスリップまたは滑走の範囲を表す。あるいは、しきい値Ｔ_SRは、機械の動作パラメータ、例えば機械１００の対地速度に依存する変数でよい。

例示される実施形態では、ステップ２２０において、例えばルックアップテーブルを使用して、機械１００の対地速度（ステップ２０６）に基づいてしきい値Ｔ_SRが決定される。しきい値Ｔ_SRは、それぞれステップ２２２および２２４において、各補正速度比Ｖ_L,TS,SRおよびＶ_R,TS,SRと比較される。ステップ２２２およびステップ２２４での比較に基づいて、制御システム１３４は、一方または両方の補正速度比Ｖ_L,TS,SRおよびＶ_R,TS,SRがしきい値Ｔ_SRを超えているかどうかについて２つの独立した判断を行う。制御システム１３４は、少なくとも一方の補正速度比Ｖ_L,TS,SRおよび／またはＶ_R,TS,SRがしきい値Ｔ_SRを超えていると判断すると、ステップ２２６および／または２２８において、対応するモータ１１６および／または１１８に対して指令されるトルクを調節することによって、スリップまたは滑走している車輪に対して指令されるトルクを調節するように介入する。

制御システム１３４は、予め設定された周波数またはサイクル時間、例えば１２５Ｈｚで動作することができる。各サイクルで、制御システム１３４は、各補正速度比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRをしきい値Ｔ_SRと比較して、スリップまたは滑走状態が存在するかどうか、およびスリップまたは滑走状態が、機械１００の対地速度に関する許容スリップまたは滑走しきい値を超えているかどうかを判断することができる。補正速度比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRの一方または両方が、計算されたしきい値Ｔ_SRよりも高いと判断されると、制御システム１３４は、例えば、対応する車輪１０６に対して指令されるトルクを減少させることによって、その車輪１０６に対して指令されるトルクを調節することができる。

対応する車輪１０６、１０６の回転速度に対するこの調節は、各対応する補正速度比を、しきい値Ｔ_SR以内の値にする意図のものである。この実施形態では、制御システム１３４は、動作中の駆動輪１０６、１０６のスリップまたは滑走を減少させるために、より能動的な役割を担うことができる。制御システム１３４は、スリップまたは滑走比誤差、あるいは、各補正スリップまたは滑走比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRとしきい値Ｔ_SRとの差を継続的に計算する。すなわち、継続的に計算される補正スリップまたは滑走比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRは、各駆動輪１０６、１０６に関するスリップまたは滑走状態を反映する「実際の」スリップまたは滑走比とみなすことができる。

これらの実際のスリップまたは滑走比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRは、常に、しきい値Ｔ_SRに応じた許容範囲内にすべきである。ここで、制御システム１３４は、各補正速度比Ｖ_R,TS,SRおよびＶ_L,TS,SRとしきい値Ｔ_SRとの差を計算して、誤差を生成する。ＰＩ制御装置（図示せず）を駆動させるためにこの誤差を使用することができるが、これは、それぞれステップ２２６およびステップ２２８に含まれる。さらに、制御システム１３４は、ステップ２３０およびステップ２３２において各モータにトルクを指令する様々な他のサブルーチンまたはパワー回路を含むことができる。

いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、１つまたは複数の制御装置を含むことがある。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の制御装置は、１つまたは複数の制御モジュール（例えばＥＣＭやＥＣＵ）を含むことがある。１つまたは複数の制御モジュールは、処理ユニット、メモリ、センサインターフェース、および／または（信号の送受信用の）制御信号インターフェースを含むことがある。処理ユニットは、特定の通信、制御、および／または診断機能を行うために制御システム１３４によって使用される１つまたは複数の論理および／または処理構成要素であることがある。例えば、処理ユニットは、制御システム１３４の内部および／または外部にあるデバイス間での経路指定情報を実行するように構成することができる。

さらに、処理ユニットは、メモリなど記憶デバイスからの命令を実行するように構成することができる。１つまたは複数の制御モジュールが、１つまたは複数の汎用処理ユニットおよび／または専用ユニット（例えばＡＳＩＣＳやＦＰＧＡ）など、複数の処理ユニットを含むことができる。いくつかの実施形態では、処理ユニットの機能は、集積されたＣＰＵ、メモリ、および１つまたは複数の周辺機器を含む集積型マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラの内部で具現化することができ、または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラで具現化することができる。メモリは、限定はしないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気および光記憶デバイス、ディスク、プログラマブル消去可能コンポーネント、例えば消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）、および不揮発性メモリ、例えばフラッシュメモリを含めた、情報を記憶することができる１つまたは複数の既知のシステムでよい。

本明細書で述べる電気駆動システムにおいてモータトルクを制御するためのシステムおよび方法の産業上の利用可能性は、上記の論述から容易に明らかになろう。特定の実施形態によれば、開示する制御システムは、互いに独立して駆動される車輪を有する任意の機械、例えば、各車輪に接続されたモータを使用する電気駆動または静圧駆動システムを有する機械に適用可能であることがある。

開示した制御システムは、機械の駆動輪の１つまたは複数がスリップもしくは滑走している状況で使用することができ、および／または、例えば、機械が前進または後進駆動方向で直進しているとき、制動時など機械が減速モードで動作しているとき、または機械が旋回しているときに、弱い牽引力により駆動輪で速度差が生じる任意の他の状況で使用することができる。

電気駆動システムを有する機械では、例えば等しい馬力など等しい動力を生成するように車輪モータを制御することができ、これは、機械が直進する助けとなることがある。しかし、上述したように、旋回中には、内輪と外輪は異なる速度で回転している。したがって、モータが等しい動力で動作するように制御される場合、制御システムは、例えば内輪に関連付けられるモータからのより遅く旋回する車輪へのトルクの大きさが、例えば外輪に関連付けられるモータからのより速く旋回する車輪へのトルクよりも高くなるように適合または構成することができる。そのようなトルクの不均衡により、制御システムが機械の逆操舵を試みることがある。

図４は、第２のモータによって第２の車輪に提供されるトルクと等しくなるように電気駆動機械の第１の車輪へのトルクを提供するように適合された第１のモータを調節する制御システム１３４とプロセス（４００）の例示的実施形態とを示す。例示される実施形態では、制御システム１３４は、例えば、内側後輪１０６、３０２の回転速度など、第１の駆動輪の速度を求める（ステップ４０２）。さらに、制御システム１３４は、例えば、外側後輪１０６、３０８の回転速度など、第２の駆動輪の速度を求める（ステップ４０４）。

さらに、制御システム１３４は、機械１００、３００の操舵角を求める（ステップ４０６）ように適合または構成され、操舵角θをしきい値と比較する（ステップ４０８）。例示される実施形態では、しきい値は約５度であり、例えば比較的鋭い旋回を表す。操舵角θがしきい値よりも大きい場合、制御システム１３４は、（ステップ４０２からの）第１の車輪速度を（ステップ４０４からの）第２の車輪速度と比較する（ステップ４１０）。第１の車輪速度が第２の車輪速度よりも小さい場合、制御システム１３４は、第１の車輪に関連付けられる第１のモータによって提供されるトルクを、第２の車輪に関連付けられる第２のモータによって提供されるトルクと等しくなるように制御する（ステップ４１２）。

すなわち、内輪１０６、３０２が外輪１０６、３０８よりも小さい速度で走行している場合、制御システム１３４は、右側モータ１１６によって外輪１０６、３０８に提供されるのと同じ大きさのトルクを内輪１０６、３０２に提供するように、左側モータ１１８を制御する。図５に示されるように、トルクと速度のマップ５００は、モータ１１６、１１８の所定のトルク定格限度を表すことができる。１つまたは複数の速度センサ１３８が、各駆動輪１０６、３０２、１０６、３０８の現在の動作速度値を示す測定速度５０２を提供することができる。

制御システム１３４は、現在の速度値５０２、およびトルクと速度のマップ５００を使用して、現在の速度値５０２に対応する利用可能な最大トルク値５０４を求めることができる。内輪１０６、３０２は、外輪１０６、３０８よりも小さい速度で走行しているので、利用可能な最大トルク値５０４は、点５０６で決定することができる。外輪１０６、３０８は、内輪１０６、３０２よりも大きい速度で走行しているので、利用可能な最大トルク値５０４は、点５０８で決定することができる。

点５０８での利用可能な最大トルクが、点５０６での利用可能な最大トルクよりも小さいので、制御システム１３４は、内輪１０６、３０２に提供されるモータトルクを、外輪１０６、３０８に提供される点５０８での利用可能な最大トルクに等しい点５１０での利用可能な最大トルクに制限することができる。いくつかの実施形態では、第１の車輪モータによって提供されるトルクの制御（ステップ４１２）は、点５０６と点５０８で決定される第１の車輪モータと第２の車輪モータに関連付けられる利用可能な最大トルクを比較し、第１および第２の車輪に関連付けられるトルクを、２つの利用可能な最大トルク値の小さい方に等しくなるように制御することを含むことがある。例示される実施形態では、小さい方の利用可能な最大トルク値は、点５０８でのトルクの大きさに対応する。

しかし、両方のモータ１１６、１１８によって提供されるモータトルクを、小さい方の利用可能な最大トルクに制限することにより、旋回中に、機械１００、３００は、利用可能なよりも低い馬力で動作せざるをえなくなる。参照番号５１２で全体を示される一定馬力領域は、機械１００、３００が利用可能な全動力で動作するために、内輪１０６、３０２に関連付けられるモータ１１８が点５０６で利用可能な最大トルクを提供することを必要とし、すなわち、このとき、両方のモータ１１６、１１８が一定馬力領域５１２に沿って動作している。旋回中には、そうではなく、モータ１１６、１１８の少なくとも一方が一定馬力領域５１２よりも下で動作しており、例えば、左側モータ１１８が、点５１０で、一定馬力領域５１２よりも下で動作している。

いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、より遅く回転する車輪、例えば内輪１０６、３０２から、より速く回転する車輪、例えば外輪１０６、３０８にトルクをシフトするように適合または構成することができる。例えば、制御システム１３４は、外輪速度が内輪速度よりも大きいときに、外輪１０６、３０８に提供されるトルクを増加することができる。図４および図５を参照すると、第２のモータ、例えば外輪１０６、３０８に関連付けられる右側モータ１１６を、一定馬力領域５１２よりも上の点５１４でのトルクを提供するように調節することができ、左側モータ１１８が点５１０でのトルクを提供することによる動力損失を補償する（ステップ４１４）。このトルクシフトは、機械１００、３００が、一定の馬力を維持できるようにする。

いくつかの実施形態では、シフトすべきトルクの大きさは、旋回の鋭さに基づいて決定することができる。例示される実施形態では、例えば、制御システム１３４は、図３に示される操舵角θの関数として、外輪１０６、３０８に提供されるトルクを調節することができる。例えば、操舵角θが増加するにつれて、それに比例するトルク量が、第２の車輪または外輪１０６、３０８にシフトされる。

上記の説明は、開示するシステムおよび技法の例を提供するものであることを理解されよう。しかし、本開示の他の実装形態は、前述した例とは詳細が異なることがあることも考えられる。本開示またはそれらの例へのすべての言及は、その点で論じられる特定の例に言及することを意図されており、より全般的に本開示の範囲に関する限定を示唆する意図のものではない。特定の特徴を区別および軽視する表現はすべて、それらの特徴に対する選好がないことを示すが、別段に示さない限り、本開示の範囲全体からそのような特徴を除外することは意図していない。

本明細書で別段に示さない限り、本明細書における値の範囲の表記は、その範囲内に入る各個の値に個々に言及するための簡略的な方法として意図されているにすぎず、各個の値が、本明細書に個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書で別段に示さない限り、または文脈上明示しない限り、本明細書で述べるすべての方法を任意の適切な順序で行うことができる。

したがって、本開示は、適用法令によって認可される本明細書に添付する特許請求の範囲に記載された主題のすべての修正形態および均等物を含む。さらに、本明細書で別段に示さない限り、または文脈上明示しない限り、可能な変形形態での上述した要素の任意の組合せはいずれも、本開示によって包含される。

Claims (8)

1. 電気駆動構成を有する機械（１００）のためのシステムであって、
   第１の車輪（１０５、１０６）に関連付けられる第１のモータ（１１６、１１８）であって、第１の車輪（１０５、１０６）を駆動させるためにトルクを提供するように適合される第１のモータ（１１６、１１８）と、
   第２の車輪（１０５、１０６）に関連付けられる第２のモータ（１１６、１１８）であって、第２の車輪（１０５、１０６）を駆動させるようにトルクを提供するように適合される第２のモータ（１１６、１１８）と、
   制御装置とを備え、制御装置が、
   第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、
   第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、
   機械（１００）の操舵角を求め、
   第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度に関連付けられる第１の利用可能な最大トルクを求め、
   第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度に関連付けられる第２の利用可能な最大トルクを求め、
   第１の利用可能な最大トルクを第２の利用可能な最大トルクと比較し、
   第１の車輪（１０５、１０６）と第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度を比較し、
   第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度が第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度よりも小さい場合に、第１の車輪（１０５、１０６）へのトルクを、第１の利用可能な最大トルクと第２の利用可能な最大トルクの小さい方の大きさに等しくなるように調節する
   ように構成されるシステム。
2. 制御装置が、さらに、操舵角がゼロよりも大きい間、第１の車輪（１０５、１０６）へのトルクを、第１の利用可能な最大トルクと第２の利用可能な最大トルクの小さい方の大きさに等しくなるように調節するように構成される請求項１に記載のシステム。
3. 制御装置が、さらに、操舵角をしきい値と比較し、操舵角がしきい値よりも大きい場合に、第１の車輪（１０５、１０６）へのトルクを調節するように構成される請求項２に記載のシステム。
4. 制御装置が、さらに、
   第１の利用可能な最大トルクと第２の利用可能な最大トルクの小さい方の大きさに等しいトルクの大きさを各モータ（１１６、１１８）が提供するように、第１の車輪（１０５、１０６）と第２の車輪（１０５、１０６）の少なくとも一方へのトルクを調節する
   ように構成される請求項１に記載のシステム。
5. 制御装置が、さらに、
   第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度が第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度よりも小さい場合に、第２の車輪（１０５、１０６）へのトルクを調節する
   ように構成され、
   第２の車輪（１０５、１０６）へのトルクを調節するステップが、第１の車輪（１０５、１０６）に提供されるトルクの大きさに応じたトルクの大きさを第２の車輪（１０５、１０６）に提供するステップを含み、
   第２の車輪（１０５、１０６）へのトルクを調節するステップが、操舵角に応じたトルクの大きさを第２の車輪（１０５、１０６）に提供するステップを含む
   請求項１に記載のシステム。
6. 第２の車輪（１０５、１０６）へのトルクを調節するステップが、操舵角に比例するトルクの大きさを第２の車輪（１０５、１０６）に提供するステップを含む請求項５に記載のシステム。
7. 第１の車輪（１０５、１０６）および第２の車輪（１０５、１０６）と、
   機械（１００）に対して軸の周りで第１の車輪（１０５、１０６）を回転させるように動作する第１のモータと、
   機械（１００）に対して軸の周りで第２の車輪（１０５、１０６）を回転させるように動作する第２のモータ（１１６、１１８）と、
   第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度および第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度を測定するために設けられた１つまたは複数のセンサと、
   機械（１００）の旋回角度を示す角度を測定するように設けられた操舵角センサ（１５２）と、
   第１のモータ（１１６、１１８）、第２のモータ（１１６、１１８）、１つまたは複数のセンサ、および操舵角センサ（１５２）に、作動的に接続された制御装置と
   を備える電気駆動機械（１００）であって、
   制御装置が、
   １つまたは複数のセンサからの情報に基づいて第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、
   １つまたは複数のセンサからの情報に基づいて第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、
   操舵角センサ（１５２）からの情報に基づいて操舵角を求め、
   第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度に関連付けられる利用可能な最大トルクの第１の大きさを求め、
   第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度に関連付けられる利用可能な最大トルクの第２の大きさを求め、
   第１の利用可能な最大トルクの大きさを第２の利用可能な最大トルクの大きさと比較し、
   第１の車輪（１０５、１０６）と第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度を比較し、
   操舵角がゼロよりも大きく、第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度が第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度よりも小さい場合に、第１の利用可能な最大トルクと第２の利用可能な最大トルクの小さい方の大きさに等しいトルクの大きさを各モータ（１１６、１１８）が提供するように、第１の車輪（１０５、１０６）または第２の車輪（１０５、１０６）の少なくとも一方へのトルクを調節する
   ように構成される電気駆動機械（１００）。
8. 制御装置が、さらに、操舵角に応じて増加するトルクの大きさを第２のモータ（１１６、１１８）が第２の車輪（１０５、１０６）に提供するように、第２の車輪（１０５、１０６）へのトルクを調節するように構成される請求項７に記載の機械（１００）。

Images