トルクベクタリング

トルクベクタリングは、電子システムを使用して各ハーフシャフトへのトルクを変化させる機能を持つ自動車の差動装置に採用されている技術です。または、個別にモーターを備えた車輪を使用して同じことを実現する鉄道車両です。この動力伝達方法は、最近^{[いつ? ]}全輪駆動車で人気が出ました。^[1] 一部の新しい前輪駆動車には、基本的なトルクベクタリング差動装置も搭載されています。自動車業界の技術が向上するにつれて、より多くの車両にトルクベクタリング差動装置が装備されています。これにより、車輪が路面をグリップし、発進とハンドリングが向上します。

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ティな車両を発売しました。トルクベクタリングのアイデアは、標準的な差動装置の基本原理に基づいています。トルクベクタリング差動装置は、基本的な差動装置として機能すると同時に、車輪間で独立してトルクを伝達します。このトルク伝達能力により、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します。トルクベクタリング差動装置はもともとレースで使用されていました。三菱のラリーカーは、この技術を最も早く採用した車のひとつでした。^[2] この技術は徐々に発展し、現在では少量生産車に実装されています。今日の自動車でトルクベクタリングが最も一般的に使用されているのは、全輪駆動車です。

1996年型のフラッグシップモデルである第5世代ホンダプレリュードには、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装備されていました。これは、さまざまな市場でタイプS（日本）、VTi-S（欧州）、タイプSH（北米）として知られていました。 ^[3]本質的には、ATTSはディファレンシャルに結合された小型のオートマチックトランスミッションであり、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の自然なアンダーステア​​の傾向を効果的に打ち消しました。^[3]ホンダは後に、2004年までにこのシステムをスーパーハンドリング全輪駆動（SH-AWD）システムに開発し、外輪へのトルクを増加させることでハンドリングを改善しました。^[4]

ほぼ同じ時期に、 1996年にランサーエボリューションIV GSRに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ました。 ^[5] AYCは後輪に取り付けられ、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通じてアンダーステア​​に対抗します。^[6]

「トルクベクタリング」というフレーズは、2006年にリカルドがドライブラ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独立して変化させることです。デファレンシャルは一般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 デファレンシャルには、標準の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、トルクをいつどのように変化させるかをデファレンシャルに指示します。動力を受けるホイールの数が多いため、前輪駆動または後輪駆動のデファレンシャルは、全輪駆動のデ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、縦方向の力から生じるヨー モーメントの生成と、各タイヤによって生成される横方向の抵抗の変化です。縦方向の力を大きくすると、生成できる横方向の抵抗が減少します。特定の運転条件によって、ヨー加速を減衰させるか励起させるかのトレードオフが決定されます。この機能はテクノロジに依存せず、従来のパワートレイン用のドライブライン デバイス、または電気トルク ソースによって実現できます。次に、楽しさと安全性の両方を実現するブレーキ安定性機能との統合という実用的な要素があります。

前輪駆動車または後輪駆動車のトルク ベクタリング ディファレンシャルはそれほど複雑ではありませんが、全輪駆動ディファレンシャルと同じ利点の多くを共有しています。ディファレンシャルは、2 つの車輪間のトルクのみを変更します。電子監視システムは 2 つの車輪のみを監視するため、複雑さは軽減されます。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。車輪の回転とステアリング角度を監視する必要があります。運転中にこれらの要素が変化すると、車輪に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、悪天候でも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し、効果的に車輪にブレーキをかけることができます。ディファレンシャルは反対側の車輪へのトルクも増加させ、出力のバランスを取り、車両を安定させます。後輪駆動トルク 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のほとんどは、全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、前輪と後輪の間のトルクを変化させます。つまり、通常の運転状況では、前輪はエンジン トルクの一定の割合を受け取り、後輪は残りを受け取ります。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伝達し、車両のパフォーマンスを向上させることができます。

たとえば、車両の標準的なトルク配分は前輪に90%、後輪に10%です。必要に応じて、差動装置は配分を50/50に変更します。この新しい配分により、トルクは4つの車輪すべてに均等に分散されます。トルク配分がより均等になると、車両の牽引力が向上します。^[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あります。これらのディファレンシャルは、前輪と後輪の間の基本的なトルク伝達を基盤としています。個々の車輪間でトルクを伝達する機能が追加されています。これにより、ハンドリング特性をさらに効果的に改善できます。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分配します。

電気自動車では、通常、各車軸に1つずつ、合計2つの独立した電気モーターを使用して全輪駆動が実装されます。この場合、前輪と後輪の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の問題であり、ミリ秒単位で行うことができます。 ^[10] 3つまたは4つのモーターを搭載したEVの場合、さらに正確なトルクベクタリングを電子的に適用でき、クアッドモーターの場合は車輪ごとにミリ秒単位のトルク制御、^{[11] 3つのモーターの場合は}車輪ごとに2つの制御と車軸ごとに1つの制御が行われます。

トルクベクタリングは、同じ車軸にある2つの電動モータードライブを介して作動させると、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​​特性を形成し、車両の過渡応答を改善するために使用できるためです。^{[12] [13]}テスラサイバートラック（2022年発売予定）の3モーターモデルには、1つの車軸に2つのモーターが搭載されており、リビアンR1T（2021年生産開始）には、前後各車軸に2つのモーターが搭載されています。^[11]

ミュンヘン工科大学の2014年型実験車MUTEでは、大きなモーターが駆動力を、小さなモーターがトルクベクタリング機能を提供する特殊なトランスミッションユニットが使用されていました。トルクベクタリングの詳細な制御システムは、Michael Graf工学博士の博士論文に記載されています。^[14]

4つの電動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を通じて、同じ合計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、ホイール全体にトルクを割り当て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年に導入された}Rivian R1T小型トラック で使用されています。^[11]

トルク ベクタリングを使用して鉄道の車輪セットを軌道上でアクティブに操縦する研究が行われています。主張されている利点には、軌道と車輪の両方の摩耗が大幅に減少することや、機械的に複雑で重くかさばる台車を簡素化または排除できる可能性などがあります。

ストアード・エナジー・テクノロジー・リミテッド社は、独自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・アクティホイール・システムを構築し、その実証に成功した。 ^[17]

ドイツ航空宇宙センターは、イノトランス2022で次世代列車向けの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]

• ディファレンシャルステアリング