ポルシェが次世代クワッドモーター電動パワートレインを開発| 電気自動車ニュース

さまざまに分配可能な駆動力のおかげで、個別に動力を供給される車輪を備えた電気自動車は、トルク制御が目標状態からの逸脱を確実に検出して即座に反応する限り、危機的な状況でも安定した状態を保つことができます。 ポルシェエンジニアリングは、まさにそれを行うe-SUVのソリューションを開発してテストしました。 追加のセンサーなしで—完全にソフトウェアを介して。

雪に覆われた道路、驚くほどタイトなコーナー、そしてブレーキをかける時間はほとんどないなど、すべてのドライバーが恐れている状況です。 通常の車両では、危険な制御不能が非常に現実的な可能性です。 後部が揺れて、車がスピンして溝に着地する可能性があります。 しかし、このテストでは、すべてが異なります。ドライバーが向きを変え、SUVが自信を持ってコーナーに向かって進みます。速度を落とすことさえありません。 スピードメーター（80 km / hが読み取り値）を一目見れば、これが普通の車両ではないという疑いがすべて取り除かれます。 この冬の環境でテストされているSUVは、各車輪に1つずつ、合計4つのモーターを備えた電動全輪駆動車です。

これまで、この駆動技術は火星探査車でしか見られませんでしたが、今では日常の世界に浸透しています。ポルシェエンジニアリングは最近、電動シリーズSUVのトルク制御システムを開発しました。 それは本当に先駆的な仕事でした。 「私たちはそれをゼロから開発しなければなりませんでした」と、PorscheEngineeringの機能開発チームリーダーであるMartinRezac博士は言います。 追加の課題もありました。運転特性は、ソフトウェアのみを介して最適化する必要がありました。 ポルシェのエンジニアは追加のセンサーを設置できず、既存の制御装置を使用する必要がありました。 要するに、タスクは本質的にアプリによる安定性を推進することでした。

トルクの純粋な電子制御

複数のモーターを備えた電気全輪駆動車には、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに比べて基本的な利点があります。フロントアクスルとリアアクスル、実際には4つのホイールすべてに独自の電気モーターがあり、駆動力の非常に可変的な配分が可能です。 「車軸やホイールごとに別々のアクセルペダルがあるかのようです」と、PorscheEngineeringのUlfHintze氏は説明します。 従来の全輪駆動車では、エンジンが1つだけ作動しており、その出力は中央のディファレンシャルを介して車軸に分配されます。 原則として、トルク比は固定されています。たとえば、前部が3分の1、後部が3分の2です。 理論的には比率を変更することができますが、そのためには追加の機械式ガジェット（マルチプレート摩擦クラッチ）が必要であり、動作がかなり遅くなります。 対照的に、電気自動車では、トルクは純粋に電子的に制御され、機械式クラッチよりもかなり高速に動作します。 ミリ秒ごとに、インテリジェントソフトウェアは、車両が常にニュートラルに動作するように力を分散します。

そして、ポルシェエンジニアリングは、全輪駆動SUV用のまさにそのようなトルク制御システムを開発しました。 このソフトウェアは、さまざまなコンステレーションやモーター構成に使用できます。もちろん、他の電気自動車タイプにも使用できます。 一般に、開発はベースディストリビューション、つまりフロントアクスルとリアアクスルにそれぞれ伝達されるパワーの量を制御するソフトウェアから始まります。 たとえば、直線的な運転とバランスの取れた体重のシナリオでは、50/50の分布が理にかなっています。 ドライバーが加速すると、ソフトウェアは完全な後輪駆動、または急カーブの周りのすべての前輪駆動に切り替わります。 「これにより、乗客にとっても車両が著しく安定します」と機能開発者のRezac氏は言います。 最適化は完全に電子的に行われるため、理論的には、ドライバーにさまざまな異なる構成を提供することも可能です。1つはスポーツカーの素晴らしさ、もう1つはスムーズなクルージングです。

制御ソフトウェアの2番目のタスクは、トルクをホイール速度に調整することです。 アルゴリズムは単純な目的に従います。すべての車輪は同じ速度で回転することになっています。 乾いた高速道路では簡単にできますが、雪に覆われた峠を運転する場合はかなり注意が必要です。 たとえば、前輪が氷のようなパッチに遭遇した場合、電子的な介入なしに、前輪が回転し始める可能性があります。 しかし、トルク制御システムは、次善の状況を即座に検出し、トルクを、よりゆっくりと回転し、数分の1秒以内にグリップを維持しているホイールに向けます。 燃焼エンジンの世界にも似たようなものがあります。それは、ViscoLokというブランド名でも知られている速度検知リミテッドスリップデファレンシャルです。 このコンポーネントでは、歯車と油圧装置により、他の車輪よりも速く回転する車輪がないことが保証されます。 しかし、機械的な解決策は遅いです。 対照的に、電気SUVでは、ソフトウェアがディファレンシャルの役割を担います。反応がはるかに速く、自然に完全に摩耗することはありません。

トルク制御システムの3番目の最も重要な機能は、横方向のダイナミクスの制御にあります。つまり、最初に述べたような重要な運転状況（滑りやすい路面、狭いコーナー、高速）を中和する機能です。 制御されていない車両は、この状況ですぐにアンダーステア​​になります。 つまり、ドライバーは方向転換を開始しますが、車両は減速せずに直線でスライドします。 e-SUVの制御ソフトウェアはすぐにアンダーステア​​に終止符を打ちます。 左折すると、ニュートラルな運転状態が回復するまで、左後輪にブレーキがかかり、右輪が加速します。 オーバーステアが発生した場合（後端がスイングアウトした場合）、システムは同様の対策を講じます。 一方、トルク制御システムは非常に微妙かつ迅速に動作するため、ドライバーはこれらの介入に気付かないのが理想的です。 「まるでレールを運転しているように感じます。SUVはスポーツカーの敏捷性で動作します」とHintze氏はその効果を要約します。

オブザーバーモジュールは監視を続けます

運転状態オブザーバー（エンジニアによって単に「オブザーバー」と短縮されます）は、すべての介入決定に関与します。 このソフトウェアモジュールは、ステアリングホイールがどれだけ強く回されたか、ドライバーがどれだけ加速しているか、車両が垂直軸を中心にどれだけ回転しているかなど、さまざまな要因を継続的に監視します。 データはヨーセンサーによって提供されます。 この実際の状態は、通常の状態での目標状態を表す車両の動的モデルと比較されます。 オブザーバーがオーバーステアやアンダーステア​​などによる逸脱を検出した場合、ソフトウェアが介入します。 車両が現在のステアリングホイールの位置と速度から予想されるほど速くコーナーに曲がっていない場合、方向がオンラインに戻るまで、個々のホイールが選択的にブレーキをかけられます。

同じ効果は、従来の横滑り防止装置（ESP）システムでも達成できますが、電動全輪駆動車では、安全システムでさらに多くのことができます。従来のESPシステムはブレーキのみであるのに対し、電気自動車では個々のホイールも加速することができます。 これにより、速度を落とすことなく車両を正しい軌道に「引き戻す」ことができます。 介入はまた、油圧ESPシステムよりもぎくしゃくしません。 アンチロックブレーキシステムでおなじみの典型的なジャダリングは省略されています。

「車両オブザーバーの開発が最大の課題でした」とRezac氏は言います。 ここで多くの開発作業が必要だったという事実は、根本的な問題にまでさかのぼります。車は自分の状態についてほとんど知らないのです。 それはそれ自身の速度を知りません。 それは、特に氷や雪では難しい車輪の速度からのみ導き出すことができます。 したがって、観測者は、速度を推定するために、縦方向および横方向の加速度に関する追加情報を使用する必要があります。 体重分布に関する情報も同様にあいまいです。 サスペンションは個々のホイールの負荷をキャプチャしますが、この情報でさえ確実性ではなく単なる手がかりを提供します。 たとえば、ショックアブソーバーがリアアクスルの重量の増加を報告する場合、それは車両が斜面に駐車されているか、単に重荷がかかっていることが原因である可能性があります。

データの状況は明らかに貧弱です。 また、クライアントがセンサーを追加することはできないと主張したため、SUVプロジェクトはソフトウェア開発者の創造性を求めました。 「オブザーバーは車両の重要なパラメーターを推定する必要があります」とRezac氏は説明します。 いくつかの珍しいデータソースがもたらされます。トルク制御システムは、たとえば、通常はヘッドライトの自動調整に使用される、車の傾斜を検出するセンサーと通信します。

ソフトウェアパッケージ全体を開発するだけでなく、実際のテストドライブで調整する必要がありました。 そして、そのすべてが非常に短期間で行われました。凍った川で微調整をテストできる冬は2つしかありませんでした。 とりわけ、電気モーターの大きな利点であるその迅速な反応時間は、望ましくない副作用をもたらすことがあることが明らかになりました。 「電気モーターは非常に速く反応するため、振動が発生する可能性があります」と、チームで試乗を行ったHintze氏は報告します。 いくつかの状況では、ソフトウェアがますます速い間隔で車軸間でトルクを伝達し、その結果、モーターの回転が聞こえるようになりました。 しかし、Martin Rezac周辺のキャリブレーションチームと開発チーム間の緊密なコラボレーションのおかげで、彼らはソフトウェアの変更を通じてこの蓄積をすぐに止めることができました。

この詳細な作業は、まさにそのようなプロジェクトの課題です。 ソフトウェアはシリーズ車両で使用されるため、どんなにありそうもないように見えても、考えられるすべての状況でテストする必要があります。 たとえば、センサーが障害のあるデータを報告した場合、トルク制御は、データソースがなくても機能できるかどうか、またはオフにする必要があるかどうかを判断する必要があります。 もう1つのハードルは、電気駆動技術の限界によってもたらされました。 たとえば、個々のeモーターが利用可能なバッテリー電力を送信できない場合があります。 関数開発者は、そのような制限を考慮に入れる必要がありました。 「この場合、制御範囲は崩壊します」とHintze氏は言います。 1つの車軸に100％のトルクをかける代わりに、おそらく60％しか利用できない可能性があります。 また、トルク制御ではそれも考慮に入れる必要があります。 しかし、関係者全員が確信しています。最大4つのモーターを搭載した電気自動車が間もなくエキゾチックな評判を失うため、先駆的な作業は努力する価値が十分にありました。 そして、多くのドライバーは、まるでレールの上にいるかのように雪の中を運転できることに感謝するでしょう。