电动车轴传动系、控制单元和计算机程序产品

技术领域

本发明涉及电动车轴传动系，该电动车轴传动系包括：电机，该电机具有转子，该转子相对于定子以可旋转的方式安装并且可以通过控制单元被供应电流；齿轮组件，该齿轮组件联接至转子；以及以可旋转的方式安装的第一输出轴，该输出轴以扭矩传递的方式操作性地连接至齿轮组件，其中，在转子与第一输出轴之间的扭矩流中定位有可致动的旋转阻止装置，使得可以阻止位于扭矩流中的轴的旋转，并且此外，在转子与旋转阻止装置之间定位有至少一个旋转角度传感器，使得所述至少一个旋转角度传感器向位于转子与旋转阻止装置之间的轴提供表示旋转角度位置的信号。本发明还涉及控制单元和计算机程序产品。

背景技术

电动马达越来越多地用于驱动机动车辆，以便产生需要化石燃料的内燃发动机的替代方案。已经做出巨大努力来提高电驱动器用于日常使用的适用性并且还能够为用户提供他们习惯的驾驶舒适性。

可以在由Erik Schneider、Frank Fickl、Bernd Cebulski和Jens Liebold在ATZ杂志、2011年05月第113卷第360页至365页发表的题目为：“Hochintegrativ und FlexibelElektrische Antriebseinheit fürE-Fahrzeuge”[用于电动车辆的高度集成且灵活的电驱动单元]的文章中找到对电驱动器的详细描述，这可能是最接近的现有技术。该文章描述了一种用于车辆的车轴的驱动单元，该驱动单元包括电动马达，该电动马达布置成与锥齿轮式差速器同心且同轴，其中，在电动马达与锥齿轮式差速器之间的传动系中布置有可切换的双速行星齿轮组，该行星齿轮组也定位成与电动马达或锥齿轮式差速器或直齿轮式差速器同轴。驱动单元非常紧凑，并且由于可切换的双速行星齿轮组而在爬坡能力、加速与能量消耗之间允许良好的折衷。这样的驱动单元也被称为电动车轴或可电动操作的传动系。

DE 10 2010 048 837 A1公开了这种驱动装置，该驱动装置具有至少一个电动马达和可以通过电动马达的转子被驱动的至少一个行星差速器，其中，行星差速器具有：至少一个行星架，所述至少一个行星架操作性地连接至电动马达的转子；第一行星齿轮和第二行星齿轮，第一行星齿轮和第二行星齿轮以可旋转的方式安装在行星架上；以及第一太阳齿轮和第二太阳齿轮，第一太阳齿轮和第二太阳齿轮中的每一者操作性地连接至行星差速器的输出轴。第一行星齿轮与第一太阳齿轮啮合，并且第二行星齿轮中的每个第二行星齿轮与第二太阳齿轮以及与第一行星齿轮中的一个第一行星齿轮啮合。此外，太阳齿轮与转子的旋转轴线同轴地布置。

与内燃机的常规驱动概念一样，电动操作式车轴传动系也会经受机械磨损和/或电磨损。当机动车辆处于操作时，持续需要确定和评估机动车辆特定的磨损情况。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电动车轴传动系，该电动车轴传动系使得能够在机动车辆的操作期间确定和评估车辆特定的磨损情况。

该目的通过电动车轴传动系来实现，该电动车轴传动系包括：电机，该电机具有转子，该转子相对于定子以可旋转的方式安装并且可以通过控制单元被供应电流；以及齿轮组件，该齿轮组件联接至转子；以及以可旋转的方式安装的第一输出轴，该输出轴以扭矩传递的方式操作性地连接至齿轮组件，其中，在转子与第一输出轴之间的扭矩流中布置有可致动的旋转阻止装置，使得可以阻止扭矩流中的轴的旋转，并且还在转子与旋转阻止装置之间布置有至少一个旋转角度传感器，使得所述至少一个角度传感器提供在转子与旋转阻止装置之间定位的轴的表示旋转角度位置的信号，其中，控制单元配置成确定位于转子与旋转阻止装置之间的扭矩流中的可旋转部件的机械磨损，其中，旋转阻止装置阻止在转子与旋转阻止装置之间的扭矩流中定位的轴的旋转，并且然后电机被供应有增加的电流强度直至预限定的第一电流强度阈值，使得向转子施加沿第一旋转方向作用的增加的扭矩，并且然后电机被供应有增加的电流强度直至预限定的第二电流强度阈值，使得向转子施加沿第二旋转方向作用的增加的扭矩，其中，在控制单元中，当电机正被供应有电流时，检测到电流强度和旋转角度传感器的表示旋转角度位置的与电流强度在时间上关联的信号，并且将对应的电流强度和旋转角度位置值相关联以形成实际磨损特性曲线，并将实际磨损特性曲线与储存在控制单元中的目标磨损特性曲线进行比较，其中，在实际磨损特性曲线与目标磨损特性曲线存在偏差的情况下，由控制单元生成表示该偏差的输出信号。

因此，可以提供一种车轴传动系，该车轴传动系在操作期间可以确定机械部件和对牵引扭矩进行传递的部件的磨损，并且例如向机动车辆的驾驶员或操作员指示与预测的磨损情况的偏差。根据本发明的车轴传动系随着使用寿命增加也将具有稳定增加的磨损和破损以及与磨损和破损相关联的游隙，该游隙也被已知为传动系中的扭转游隙或间隙。

例如，根据本发明的车轴传动系可以首先被置于操作状态中，在该操作状态中，旋转阻止装置、比如传动系的驻车制动器或驻车锁被转移至其阻止位置。然后，电机被控制成例如使得限定的载荷经由电机的扭矩累积来设定，首先向前并且然后向后。在此之后，然后可以例如使用PSM机器中的标准分解器来分析电机的转子的旋转角度。原则上，当然也可以为电机的转子或转子轴提供单独的旋转角度传感器。在控制单元中确定来自旋转角度传感器的表示旋转角度位置的信号，并且将对应的电流强度和旋转角度位置值相关联以形成实际磨损特性曲线。然后将该实际磨损特性曲线与储存在控制单元中的目标磨损特性曲线进行比较，其中，如果实际磨损特性曲线偏离目标磨损特性曲线，则控制单元产生表示偏差的输出信号。

实际磨损特性曲线的相关性需要电流强度和旋转角度的至少两个值。通过这两个值，然后可以通过插值导出函数，该函数限定实际磨损特性曲线。附加地或替代性地，可以确定大量离散的电流强度值和旋转角度位置值并将其作为用于实际磨损特性曲线的插值点来使用。

首先，本发明的所要求保护的主题的各个元件按照这些元件在权利要求中提及的顺序进行解释，并且下面描述了本发明的主题的特别优选的实施方式。

电动车轴传动系、特别是机动车辆的电动车轴传动系可以包括至少一个电机和至少一个齿轮组件，其中，电机和齿轮组件形成结构单元。特别可以设置的是，电机和齿轮组件各自布置在共同的传动系壳体中。替代性地，当然也可以的是电机具有马达壳体并且传动装置具有传动装置壳体，其中，结构单元然后可以通过将齿轮组件相对于电机固定来实现。该结构单元有时也被称为电动车轴。

结合本发明，电机可以被设计为径向磁通电机或轴向磁通电机。为了形成在轴向上特别紧凑的车轴传动系，应当优先考虑轴流式机器。特别地，电机意在用于在机动车辆的可电动操作的传动系内使用。

特别地，电机定尺寸成使得可以实现超过50km/h、优选地超过80km/h、并且特别地超过100km/h的车辆速度。电动马达特别优选地具有超过30kW、优选地超过50kW、并且特别地超过70kW的输出。此外，优选的是，电机提供大于5,000rpm、特别优选地大于10,000rpm、非常特别优选地大于12,500rpm的速度。

电动车轴传动系的齿轮组件可以特别地联接至电机，该电机被设计成产生用于机动车辆的驱动扭矩。驱动扭矩特别优选地是主驱动扭矩，使得机动车辆仅由该驱动扭矩驱动。

根据本发明的车轴传动系可以具有控制单元。如在本发明中所使用的控制单元特别地用于机动车辆的一个或更多个技术系统的电子控制和/或调节。特别地，可以设置用于控制和/或调节电机的控制单元。

控制单元特别优选地具有用于接收电信号、特别地比如传感器信号的有线信号输入端或无线信号输入端。此外，控制单元同样优选地具有用于将特别是电信号例如传输至机动车辆的电致动器或电消耗件的有线信号输出端或无线信号输出端。

可以在控制单元内执行开环控制操作和/或闭环控制操作。非常特别优选的是，控制单元包括被设计成运行软件的硬件。控制单元优选地包括用于执行软件中限定的程序序列的至少一个电子处理器。

控制单元还可以具有一个或更多个电子存储器，在所述一个或更多电子个存储器中，可以存储和再次读出被传输至控制单元的信号中所包含的数据。此外，控制单元可以具有其中可以以可改变的方式和/或不可改变的方式存储数据的一个或更多个电子存储器。

控制单元可以包括多个控制装置，所述多个控制装置在机动车辆中布置成特别地在空间上彼此分离。控制装置也被称为电子控制单元(ECU)或电子控制模块(ECM)并且优选地具有电子微控制器，这些电子微控制器用于执行、特别优选地使用软件来执行对数据进行处理所用的计算操作。控制装置可以优选地彼此联网，使得在控制装置之间的有限数据和/或无线数据交换成为可能。特别地，也可以使控制装置经由存在于机动车辆中的总线系统、比如CAN总线或LIN总线而彼此联网。

控制单元可以特别优选地包括用于定子或转子的电力电子单元。电力电子单元优选地是对到电机的电流进行控制或调节的不同部件的组合，其优选地包括为此目的所需的外围部件、比如冷却元件或电源单元。特别地，电力电子单元包含配置成控制或调节电流的一个或更多个电力电子部件。这特别优选地是一个或更多个电源开关、比如功率晶体管。电力电子单元特别优选地具有多于两个相或电流路径、特别优选三个相或电流路径，这些相或电流路径彼此分离并且各自具有至少一个单独的电力电子部件。电力电子单元被优选地设计成控制或调节每相的功率，其中，峰值功率、优选地连续功率为至少10W、优选地至少100W、特别优选地至少1000W。

根据本发明的有利实施方式，可以设置的是，在储存于控制单元中的旋转角度位置间隔内对实际磨损特性曲线与目标磨损特性曲线的偏差进行检测。在这方面，根据本发明的另一优选的其他改进方案，可以设置的是，旋转角度位置间隔包含旋转角度零点。因此可以实现的是特别准确且可靠的磨损测量或使用寿命预测可以被实现。

在车轴传动系处于无负载状态并且在电机未被供应有电流时出现旋转角度零点。例如，在机动车辆未使用时可能是这种情况。

此外，根据本发明的同样有利的实施方式，可以设置的是，表示偏差的输出信号包含与磨损特性曲线中的偏差的程度、偏差的位置和/或大小有关的信息。该构型的有利效果基于以下事实：由此可以实现对磨损或损坏情况的更广泛分析。

根据本发明的另一特别优选的实施方式，可以设置的是，旋转阻止装置是驻车锁和/或制动装置。以这种方式，特别地，可以实现以下效果：通常可以使用已经存在于传动系中的部件以便实现磨损分析。

此外，本发明还可以进一步发展成使得旋转角度传感器是绝对旋转角度传感器。在本发明的同样优选的实施方式中，还可以设置的是，旋转角度传感器是永久励磁同步电机的分解器。还可以有利的是，进一步发展本发明使得旋转角度传感器确定转子的旋转角度位置。

根据本发明的主题的另一优选实施方式，可以设置的是，第一电流强度阈值和第二电流强度阈值各自表示与电机的最大额定功率相对应的电流强度。

本发明的目的还通过用于电动车轴传动系的控制单元来实现，该控制单元具有处理器和存储器，其中，控制单元配置成确定在电机的转子与旋转阻止装置之间的扭矩流中定位的可旋转部件上的机械磨损，其中，控制单元生成控制信号，该控制信号导致旋转阻止装置被致动，使得旋转阻止装置阻止在转子与旋转阻止装置之间的扭矩流中定位的轴的旋转，并且控制单元然后为电机供应增加的电流强度直至预限定的第一电流强度阈值，使得向转子施加沿第一旋转方向作用的增加的扭矩，并且控制单元然后为电机供应增加的电流强度直至预限定的第二电流强度阈值，使得向转子施加沿第二旋转方向作用的增加的扭矩，其中，在控制单元中，当电机正被供应有电流时，检测到电流强度以及旋转角度传感器的代表旋转角度位置的与电流强度在时间上关联的信号，并将对应的电流强度和旋转角度位置值相关联以形成实际磨损特性曲线，并将实际磨损特性曲线与储存在控制单元中的目标磨损特性曲线进行比较，其中，在实际磨损特性曲线与目标磨损特性曲线存在偏差的情况下，由控制单元生成表示该偏差的输出信号。

最后，本发明的目的也可以通过储存在机器可读载体上的计算机程序产品或通过电磁波体现的计算机数据信号来实现，计算机程序产品或计算机数据信号具有适合于执行包括以下步骤的方法的计算机程序代码：

·生成控制信号，该控制信号导致旋转阻止装置被致动，使得旋转阻止装置阻止在转子与旋转阻止装置之间的扭矩流中定位的轴的旋转，

·为电机供应增加的电流强度直至预限定的第一电流强度阈值，使得向转子施加沿第一旋转方向作用的增加的扭矩，

·为电机供应增加的电流强度直至预限定的第二电流强度阈值，使得向转子施加沿第二旋转方向作用的增加的扭矩，

·在电机被供应有电流的同时，检测到电流强度以及定位在转子与旋转阻止装置之间旋转角度传感器的表示旋转角度位置的与电流强度在时间上关联的信号，

·将对应的电流强度和旋转角度位置值关联到实际磨损特性曲线，

·以及将实际磨损特性曲线与储存在控制单元中的目标磨损特性曲线进行比较，

·其中，在实际磨损特性曲线与目标磨损特性曲线存在偏差的情况下，生成表示偏差的输出信号。

附图说明

下面将在不限制本发明的总体构思的情况下参照附图更详细地解释本发明。

在附图中：

图1以示意性框图示出了电动车轴传动系。

具体实施方式

图1示出了电动车轴传动系1，该电动车轴传动系包括电机2，该电机具有转子4，该转子相对于定子3以可旋转的方式安装并且可以通过控制单元50被供应电流。车轴传动系1还具有联接至转子4的齿轮组件5和以扭矩传递方式操作性地连接至齿轮组件5的以可旋转的方式安装的第一输出轴6。

在转子4与第一输出轴6之间的扭矩流中布置有可致动的旋转阻止装置7，使得可以阻止位于扭矩流中的轴的旋转。此外，在转子4与旋转阻止装置7之间布置有至少一个旋转角度传感器8，使得所述至少一个旋转角度传感器提供对位于转子4与旋转阻止装置7之间的轴的旋转角度位置进行表示的信号。

控制单元50配置成确定位于转子4与旋转阻止装置7之间的扭矩流中的可旋转部件上的机械磨损，其中，旋转阻止装置7阻止位于转子4与旋转阻止装置7之间的扭矩流中的轴的旋转，并且随后电机2被供应有增加的电流强度直至预限定的第一电流强度阈值13，使得向转子4施加沿第一旋转方向作用的增加的扭矩。电机2然后被供应有增加的电流强度直至预限定的第二电流强度阈值14，使得向转子4施加沿第二旋转方向作用的增加的扭矩。在控制单元50中，当电机2正被供应有电流时，检测到电流强度以及旋转角度传感器8的表示旋转角度位置的与电流强度在时间上关联的信号。

然后将对应的电流强度和旋转角度位置值关联到实际磨损特性曲线10。然后将实际磨损特性曲线与储存在控制单元50中的目标磨损特性曲线11进行比较，其中，如果实际磨损特性曲线10偏离目标磨损特性曲线11，则控制单元50生成表示偏差的输出信号51。表示该偏差的输出信号51可以包含与磨损特性曲线10、11中的偏差的程度、偏差的位置和/或大小有关的附加信息。

图1还示出了在储存于控制单元50中的旋转角度位置间隔12内检测到实际磨损特性曲线10与目标磨损特性曲线11的偏差，该旋转角度位置间隔包含旋转角度零点。

例如，旋转阻止装置7可以是驻车锁和/或制动装置。旋转角度传感器8是绝对旋转角度传感器、特别是永久励磁同步电机的分解器，其确定转子4的旋转角度位置。

控制单元50具有处理器53和存储器54并且配置成确定位于电机2的转子4与旋转阻止装置7之间的扭矩流中的可旋转部件的机械磨损。为此目的，控制单元50生成控制信号，该控制信号导致旋转阻止装置7被致动，使得旋转阻止装置7阻止在转子4与旋转阻止装置7之间的扭矩流中定位的轴的旋转。

然后，控制单元50为电机2供应增加的电流强度直至预限定的第一电流强度阈值，使得向转子4施加沿第一旋转方向作用的增加的扭矩，并且控制单元50然后为电机2供应增加的电流强度直至预限定的第二电流强度阈值，使得向转子4施加沿第二旋转方向作用的增加的扭矩。当电机2正被供应有电流时，控制单元50检测到电流强度以及来自定位在转子4与旋转阻止装置7之间的旋转角度传感器8的表示旋转角度位置的与电流强度在时间上关联的信号。然后将对应的电流强度和旋转角度位置值关联到实际磨损特性曲线10，并将实际磨损特性曲线与储存在控制单元50中的目标磨损特性曲线11进行比较。如果实际磨损特性曲线10偏离目标磨损特性曲线11，则控制单元50生成表示偏差的输出信号51。

控制单元50的存储器54具有适合于执行包括以下步骤的方法的计算机程序代码：

首先，生成控制信号，该控制信号导致旋转阻止装置7被致动，使得旋转阻止装置7阻止在转子4与旋转阻止装置7之间的扭矩流中定位的轴的旋转。

然后，电机2被供应有增加的电流直至预限定的第一电流强度阈值，使得向转子4施加沿第一旋转方向作用的增加的扭矩。

然后，电机2被供应有增加的电流强度直至预限定的第二电流强度阈值，使得向转子4施加沿第二旋转方向作用的增加的扭矩。

随后，在电机2被供应有电流的同时，检测到电流强度以及定位在转子4与旋转阻止装置7之间的旋转角度传感器8的表示旋转角度位置的与电流强度在时间上关联的信号。

最后，将对应的电流强度和旋转角度位置值相关联以形成实际磨损特性曲线10，并将实际磨损特性曲线与储存在控制单元50中的目标磨损特性曲线11进行比较，其中，在实际磨损特性曲线10与目标磨损特性曲线11存在偏差的情况下，生成表示该偏差的输出信号51。

本发明不限于附图中所示出的实施方式。因此，以上描述不被视为是限制性的，而被视为是说明性的。所附权利要求将理解为是指在本发明的至少一个实施方式中存在指定的特征。这不排除其他特征的存在。如果专利权利要求和以上描述限定了“第一”特征和“第二”特征，则这种命名用于在相同类型的两个特征之间进行区分，而不限定优先顺序。

附图标记列表

1 车轴传动系

2 电机

3 定子

4 转子

5 控制单元

6 输出轴

7 旋转阻止装置

8 旋转角度传感器

10 实际磨损特性曲线

11 目标磨损特性曲线

12 旋转角度位置间隔

13 电流强度阈值

14 电流强度阈值

50 控制单元

51 输出信号

53 处理器

54 存储器