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トルクベクタリングは、自動車のディファレンシャルに採用されている技術で、電子システムによって各ハーフシャフトへのトルクを変化させることができます。また、個別にモーター駆動される車輪を使用して同様のことを実現する鉄道車両にも採用されています。この動力伝達方法は、最近、全輪駆動車で人気が高まっています。[ 1 ] 一部の新型前輪駆動車にも、基本的なトルクベクタリングディファレンシャルが搭載されています。自動車業界の技術が向上するにつれて、トルクベクタリングディファレンシャルを搭載した車両が増えています。これにより、車輪が路面をグリップして、発進と操縦性が向上します。
1996年、ホンダと三菱はトルクベクタリングシステムを搭載したスポーツカーを発売した。トルクベクタリングのアイデアは、標準的なディファレンシャルの基本原理に基づいている。トルクベクタリングディファレンシャルは、基本的なディファレンシャル機能を実行すると同時に、ホイール間でトルクを独立して伝達する。このトルク伝達機能により、ほぼあらゆる状況でハンドリングとトラクションが向上する。トルクベクタリングディファレンシャルは元々レースで使用されていた。三菱のラリーカーは、この技術を最初に採用した車両の一つである。[ 2 ] この技術は徐々に発展し、現在では少数の量産車に実装されている。今日の自動車におけるトルクベクタリングの最も一般的な用途は、四輪駆動車である。
1996年に発売されたホンダのフラッグシップモデルである第5世代プレリュードには、前輪を駆動するアクティブトルクトランスファーシステム（ATTS）トルクベクタリングディファレンシャルが搭載されていました。このシステムは、日本ではタイプS、ヨーロッパではVTi-S、北米ではタイプSHとして知られていました。 [ 3 ]本質的に、ATTSはディファレンシャルに接続された小型の自動変速機で、電子制御ユニットがクラッチを作動させて各駆動輪間のトルク出力を変化させます。ATTSは、フロントエンジン・前輪駆動のプレリュードが本来持つアンダーステア傾向を効果的に打ち消しました。[ 3 ]ホンダは後にこのシステムを2004年までにスーパーハンドリング全輪駆動（SH-AWD）システムに発展させ、外側の車輪へのトルクを増加させることでハンドリングを向上させました。[ 4 ]
ほぼ同時期に、1996年にランサーエボリューションIV GSRにも同様のアクティブヨーコントロール（AYC）システムが搭載された。 [ 5 ] AYCは後輪に装着され、同様にトルク出力を制御する一連の電子制御クラッチを介してアンダーステアを打ち消すように機能する。[ 6 ]
「トルクベクタリング」という用語は、 2006年にリカルドPLCが自社のドライブトレイン技術に関連して初めて使用しました。[ 7 ]
トルクベクタリングの考え方と実装はどちらも複雑です。トルクベクタリングの主な目的は、各ホイールへのトルクを個別に変化させることです。ディファレンシャルは一般的に機械部品のみで構成されています。トルクベクタリングディファレンシャルには、標準的な機械部品に加えて電子監視システムが必要です。この電子システムは、ディファレンシャルにトルクをいつどのように変化させるかを指示します。動力を受け取るホイールの数により、前輪駆動または後輪駆動のディファレンシャルは、全輪駆動のディファレンシャルよりも複雑ではありません。トルク配分の影響は、縦方向の力と各タイヤによって生成される横方向の抵抗の変化から生じるヨーモーメントの発生です。縦方向の力を増やすと、生成される横方向の抵抗が減少します。特定の運転条件によって、ヨー加速度を減衰させるか励起させるかのトレードオフが決まります。この機能は技術に依存しず、従来のパワートレイン用のドライブトレインデバイス、または電気トルク源によって実現できます。次に、楽しさと安全性の両方のために、ブレーキ安定性機能との統合という実用的な要素が出てきます。
前輪駆動または後輪駆動の車両のトルクベクタリングディファレンシャルは、全輪駆動ディファレンシャルよりも複雑ではありませんが、多くの点で同様の利点があります。ディファレンシャルは、2 つの車輪間のトルクのみを変化させます。電子監視システムは 2 つの車輪のみを監視するため、複雑ではありません。前輪駆動ディファレンシャルは、いくつかの要素を考慮する必要があります。車輪の回転角と操舵角を監視する必要があります。これらの要素は走行中に変化するため、車輪には異なる力が加わります。ディファレンシャルはこれらの力を監視し、それに応じてトルクを調整します。多くの前輪駆動ディファレンシャルは、特定の車輪に伝達されるトルクを増減できます。[ 8 ]この機能により、悪天候時のトラクションを維持する車両の能力が向上します。1 つの車輪が滑り始めると、ディファレンシャルはその車輪へのトルクを減らすことができ、効果的に車輪をブレーキします。ディファレンシャルはまた、反対側の車輪へのトルクを増加させ、出力のバランスを取り、車両を安定させるのに役立ちます。後輪駆動のトルクベクタリングディファレンシャルは、前輪駆動ディファレンシャルと同様に機能します。
トルクベクタリングディファレンシャルは、ほとんどが四輪駆動車に搭載されています。基本的なトルクベクタリングディファレンシャルは、前輪と後輪の間でトルクを配分します。つまり、通常の走行状態では、エンジントルクの一定割合が前輪に、残りが後輪に配分されます。必要に応じて、ディファレンシャルは前輪と後輪の間でより多くのトルクを配分することで、車両性能を向上させることができます。
例えば、車両の標準的なトルク配分は、前輪に90%、後輪に10%となっている。必要に応じて、ディファレンシャルは配分を50/50に変更する。この新しい配分により、トルクが4輪すべてに均等に分散される。トルク配分がより均等になることで、車両のトラクションが向上する。[ 9 ]
さらに高度なトルクベクタリングディファレンシャルも存在します。これらのディファレンシャルは、前輪と後輪間の基本的なトルク伝達を基盤としつつ、個々の車輪間でトルクを伝達する機能を追加しています。これにより、ハンドリング特性をさらに効果的に向上させることができます。ディファレンシャルは各車輪を個別に監視し、現在の状況に合わせて利用可能なトルクを配分します。
電気自動車では、全輪駆動は通常、各車軸に 1 つずつ、2 つの独立した電気モーターで実現されます。この場合、前車軸と後車軸間のトルクベクタリングは、2 つのモーター間の電力配分を電子的に制御するだけで済み、ミリ秒単位で実行できます。[ 10 ] 3 つまたは 4 つのモーターを備えた EV の場合、さらに精密なトルクベクタリングを電子的に適用でき、4 つのモーターの場合はミリ秒単位のホイールごとのトルク制御、 [ 11 ] 3 つのモーターの場合は2 つのホイールごとの制御と 1 つの車軸ごとの制御が行われます。
トルクベクタリングは、同じ車軸に配置された 2 つの電気モーター駆動によって作動する場合、さらに効果的になります。この構成は、車両のアンダーステア特性を整形し、車両の過渡応答を改善するために使用できます。[ 12 ] [ 13 ]テスラサイバートラックの3 モーター モデルは 1 つの車軸に 2 つのモーターを搭載していますが、リビアン R1Tは前後の車軸にそれぞれ 2 つのモーターを搭載しています。[ 11 ]
ミュンヘン工科大学の実験車MUTE（2014年）では、特別なトランスミッションユニットが使用されており、大型モーターが駆動力を供給し、小型モーターがトルクベクタリング機能に使用されています。トルクベクタリングの詳細な制御システムは、ミヒャエル・グラフ博士の博士論文に記載されています。[ 14 ]
4つの電気モーター駆動を備えた電気自動車の場合、ほぼ無限の数のホイールトルク配分によって同じ総ホイールトルクとヨーモーメントを生成できます。エネルギー効率は、ホイール間でトルクを配分するための基準として使用できます。[ 15 ] [ 16 ]このアプローチは、2021年に発表されたRivian R1T小型トラック で使用されています。 [ 11 ]
トルクベクタリングを用いて鉄道の車輪を軌道上で能動的に操舵する研究が進められている。この技術の利点として、軌道と車輪の両方の摩耗を大幅に低減できること、そして機械的に複雑で重くかさばる台車を簡素化、あるいは完全に廃止できる可能性が挙げられる。
Stored Energy Technology Limitedは、自社設計のホイールハブモーターを採用したトルクベクタリングActiwheelシステムを構築し、実証に成功した。 [ 17 ]
ドイツ航空宇宙センターは、 Innotrans 2022で次世代列車向けに設計されたトルクベクタリング走行装置の実物大モックアップを公開した。[ 18 ]
氏は、効率性の向上は、フロントモーターとリアモーターの間で電力を 1 ミリ秒ごとに切り替える電子システムのおかげであり、各モーターが常に最も効率的な状態で動作していると述べた。