可电动操作的车轴传动系、用于操作可电动操作的车轴传动系的方法、计算机程序产品以及控制单元

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的可电动操作的车轴传动系，该可电动操作的车轴传动系包括第一车辆车轴以及用于使机动车辆转向的转向系统和设计成实现转向系统的致动的控制单元，该第一车辆车轴具有用于驱动第一车辆车轴的第一车辆车轮的第一电机以及用于驱动第一车辆车轴的第二车辆车轮的至少一个第二电机。本发明还涉及用于操作可电动操作的车轴传动系的方法、计算机程序产品以及控制单元。

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改善电驱动器对日常使用的适用性，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 Fickel、Bernd Cebulski和Jens Liebold在德国汽车杂志ATZ、2011年05月第113卷第360页至365页上发表的文章中找到对电驱动器的详细描述，该文章的题目为：“Hochintegrativ und flexibel-ElektrischeAntriebseinheit für E-Fahrzeuge”[Highly Integrative and flexible ElectricDrive Unit for Electric Vehicles](用于电动车辆的高度集成且灵活的电驱动单元)，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，该电动马达与锥齿轮式差速器同心且同轴地布置，其中，在电动马达与锥齿轮式差速器之间的动力系中布置有可换挡的2速行星齿轮组，并且该行星齿轮组也与电动马达或锥齿轮式差速器或直齿轮式差速器同轴地定位。该驱动单元非常紧凑，并且由于可换挡的2速行星齿轮组而在爬坡能力、加速和能量消耗之间实现良好的折衷。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。

电动车轴传动系的构型也是已知的，其中，车轴上的每个车辆车轮由单独的电动马达驱动。然后，电动马达通常在每种情况下机械地连接至车辆车轮中的一个车辆车轮。齿轮箱可以在每种情况下集成在电动马达与车辆车轮之间。因此，在这种构型中，马达中的一个马达通常不可能驱动两个车辆车轮。例如，不存在连接两个车轮的差速齿轮。这导致的问题是，如果两个马达中的一个马达发生故障，则会发生单侧的力引入，从而产生可能导致车辆绕车辆竖向轴线旋转的扭矩。扭矩基于轮胎与路面接触和杠杆臂对车辆重心的驱动力，该杠杆臂对应于轨道宽度的大约一半。

该扭矩可能导致车辆以驾驶员未预料到的方式转向，并且需要快速且正确的驾驶员干预。明显的是，这种操作情况造成人为错误的高风险。

发明内容

因此，本发明的目的是减少或完全消除这些风险并提供一种可电动操作的车轴传动系，该可电动操作的车轴传动系在电机故障的情况下在车辆的控制中提供高水平的安全性。本发明的目的还在于提供一种用于控制可电动操作的车轴传动系的改进方法。

该目的通过一种用于机动车辆的可电动操作的车轴传动系来实现，该可电动操作的车轴传动系包括第一车辆车轴以及用于使机动车辆转向的转向系统和设计成致动转向系统的控制单元，该第一车辆车轴具有用于驱动第一车辆车轴的第一车辆车轮的第一电机以及用于驱动第一车辆车轴的第二车辆车轮的至少一个第二电机，其中，在可电动操作的车轴传动系的电机中的一个电机发生故障的情况下，其中施加至车辆车轮中的一个车辆车轮的速度和/或扭矩比施加至相应的另一个车辆车轮的速度和/或扭矩更低，则会产生作用在机动车辆上的由此得到的扭矩，该扭矩通过转向系统的抵消该扭矩并且由控制单元致动的转向位置来补偿。

根据本发明的车轴传动系的显著优点在于，可以实施控制工程方法以在电机故障的情况下保持机动车辆安全且可控地保持在轨道上，同时出于此目的而仅使用转向系统或底盘的现有部件。由于机动车辆“有意”进入紧急操作，其中其余从动车辆车轮上的驱动扭矩也是已知的，因此控制单元可以经由转向系统和/或底盘提早、安全和最方便地启动对应的对策，而无需驾驶员的手动干预。

首先，本发明的要求保护的主题的各个元件将按照元件在权利要求中命名的顺序进行解释，并且然后将描述本发明的主题的特别优选的实施方式。

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，电机和齿轮组件优选地在每种情况下形成结构单元。电动车轴传动系优选地具有带有第一齿轮组件的第一电机和带有第二齿轮组件的第二电机。

特别地，可以设置的是，电机和齿轮组件在每种情况下布置在共用的传动系壳体中。替代性地，电机当然也可以具有马达壳体，并且传动装置当然也可以具有齿轮壳体，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。

电机和齿轮组件还可以在每种情况下容纳或共同容纳在传动系壳体中。传动系壳体至少设置成容置电机和齿轮组件。传动系壳体优选地由金属材料、特别优选地由铝、灰铸铁或铸钢形成，特别地借助于一次成型工艺、比如铸造或压铸形成。然而，原则上，也可以由塑料材料形成传动系壳体。

传动系壳体可以特别优选地具有杯状基本形状，使得电机和传动装置可以经由传动系壳体的敞开端面插入到传动系壳体中。

电机用于将电能转换成机械能并且/或者将机械能转换成电能，并且通常包括被称为定子或电枢的静止部分以及被称为转子的布置成能够相对于静止部分移动的部分。

在设计为旋转机器的电机的情况下，特别地在径向通量型机器与轴向通量型机器之间区分。径向通量型机器的特征在于，磁场线在形成于转子与定子之间的空气间隙中沿径向方向延伸，而在轴向通量型机器的情况下，磁场线在形成于转子与定子之间的空气间隙中沿轴向方向延伸。

在本发明的上下文中，电机可以被构造为径向通量型机器或轴向通量型机器。为了形成轴向特别紧凑的车轴传动系，应当优先考虑轴向通量型机器。

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5000rpm、特别优选地大于10000rpm、非常特别优选地大于12500rpm的速度。

特别地，电动车轴传动系的齿轮组件能够联接至电机，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。

齿轮组件可以包括差速传动装置。差速传动装置是具有一个输入和两个输出的行星传动装置。差速传动装置通常具有将机动车辆的两个车辆车轮驱动成使得车辆车轮在转弯时以不同的速度转动但具有相同的牵引功率。

转向系统可以优选地被设计为线控转向式转向系统。本发明意义内的线控转向式转向系统应当被理解为意味着用于前车轴的转向系统，该转向系统基本上包括所谓的手轮致动器(HWA)、例如围绕命令车辆方向盘的致动器系统以及道路轮致动器(RWA)、即作用在连接至车辆车轮的转向机构上的致动器系统。在此，转向信号通过“线材”从HWA传输至RWA。

如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开环电子控制和/或闭环电子控制。特别地，控制单元可以设置成用于一个或更多个电机和/或转向系统的开环控制和/或闭环控制。

控制单元特别地具有用于接收特别是电信号、比如说例如传感器信号的有线信号输入或无线信号输入。此外，控制单元同样优选地具有用于特别是将电信号例如传输至机动车辆的电致动器或耗电装置的有线信号输出或无线信号输出。

开环控制操作和/或闭环控制操作可以在控制单元内执行。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定义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，传输至控制单元的信号中所包含的数据可以存储在电子存储器中并再次读出。此外，控制单元可以具有一个或更多个电子存储器，数据可以以可修改和/或不可修改的方式存储在电子存储器中。

控制单元可以包括多个控制装置，这些控制装置特别地在空间上彼此分开地布置在机动车辆中。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，电子微控制器用于特别优选地使用软件来执行处理数据所用的计算操作。控制装置可以优选地彼此联网，使得控制装置之间的有线数据交换和/或无线数据交换成为可能。特别地，也可以经由机动车辆中存在的总线系统、比如说例如CAN总线或LIN总线将控制装置彼此联网。

根据本发明的一个有利实施方式，可以设置的是，控制单元将转向系统致动成使得第二车辆车轴的第三车辆车轮和/或第四车辆车轮可以移动到补偿扭矩的转向位置中。根据本发明的另一优选改进方案，还可以设置的是，控制单元将转向系统致动成使得第一车辆车轴的第一车辆车轮和/或第二车辆车轮可以移动到补偿扭矩的转向位置中。例如，转向系统可以以这种方式影响前车轴转向和/或后车轮转向。

此外，根据本发明的同样有利的构型，可以设置的是，控制单元将转向系统致动成使得第二车辆车轴的第三车辆车轮和/或第四车辆车轮可以移动到补偿扭矩的转向位置中，在该转向位置中，第三车辆车轮和/或第四车辆车轮的外倾角进入到抵消扭矩的外倾角位置中。这种构型的优点在于，转向系统的底盘在无需例如改变底盘或转向系统的转向角的情况下发挥作用。

根据本发明的另一特别优选的实施方式，可以设置的是，控制单元将转向系统致动成使得第二车辆车轴的第三车辆车轮和/或第四车辆车轮可以移动到补偿扭矩的转向位置中，在该转向位置中，第三车辆车轮和/或第四车辆车轮的前束角进入到抵消扭矩的前束角位置中。

此外，本发明还可以进一步发展成使得控制单元被设计成在可电动操作的车轴传动系的电机中的一个电机发生故障的情况下产生表示故障的信号并将该信号发送至机动车辆的更高级别的控制单元和/或机动车辆外部的信号接收器。

在本发明的同样优选的变型实施方式中，还可以设置的是，控制单元被设计成在可电动操作的车轴传动系的电机中的一个电机发生故障的情况下，将故障发生的时间存储在控制单元和/或更高级别的控制单元中，并且/或者将故障发生的时间发送至机动车辆外部的信号接收器。

本发明的目的还通过一种用于操作机动车辆所用的可电动操作的车轴传动系的方法来实现，该可电动操作的车轴传动系包括第一车辆车轴以及用于使机动车辆转向的转向系统和被设计成实现转向系统的致动的控制单元，该第一车辆车轴具有用于驱动第一车辆车轴的第一车辆车轮的第一电机以及用于驱动第一车辆车轴的第二车辆车轮的至少一个第二电机，该方法包括以下步骤：

a)监测电机的功能，以及

b)检查电机中的一个电机是否存在故障，其中车辆车轮中的一个车辆车轮比相应的另一个车辆车轮具有更低的速度和/或更低的扭矩，使得产生作用在机动车辆上的由此得到的扭矩，

c)通过控制单元计算转向系统的抵消该扭矩的转向位置，

d)将转向系统致动到抵消扭矩的计算出的转向位置中。

最后，本发明的目的还通过存储在机器可读介质上的计算机程序产品或者通过电磁波表现的计算机数据信号来实现，该计算机程序产品或计算机数据信号具有适合于执行根据权利要求8所述的方法的程序代码。

最后，本发明的目的还通过一种用于控制机动车辆所用的可电动操作的车轴传动系的控制单元来实现，该控制单元包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中，存储器和计算机程序代码通过处理器被配置成使控制单元执行根据权利要求8所述的方法。

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可电动操作的车轴传动系的第一实施方式，

图2以示意性框图示出了可电动操作的车轴传动系的第二实施方式，

图3以示意性框图示出了可电动操作的车轴传动系的第三实施方式，

图4以示意性框图示出了可电动操作的车轴传动系的第四实施方式，

图5以示意性框图示出了可电动操作的车轴传动系的第五实施方式，

图6以示意性框图示出了可电动操作的车轴传动系的第六实施方式，以及

图7以示意性框图示出了控制单元。

具体实施方式

下面在图1至图6中示出了可以单独或组合使用的各种示例性实施方式和解决方案。在以下示例性实施方式中的所有示例性实施方式中，车辆2的驱动装置位于左后车轮上，因此第一电机4驱动第一车辆车轮5，这在附图中也由在图像平面中竖向地延伸的对应的箭头F

图1示出了用于机动车辆2的可电动操作的车轴传动系1，该可电动操作的车轴传动系包括第一车辆车轴3，该第一车辆车轴具有用于驱动第一车辆车轴3的第一车辆车轮5的第一电机4以及用于驱动第一车辆车轴3的第二车辆车轮7的至少一个第二电机6。可以特别地设计为行星传动装置的传动装置23在每种情况下布置在电机4、6与相应的车辆车轮5、7之间的扭矩流中。可电动操作的车轴传动系1联接至用于使机动车辆2转向的转向系统8，并且具有被设计成致动转向系统8的控制单元9。

在可电动操作的车轴传动系1的电机4、6中的一者发生故障的情况下，其中施加至车辆车轮中的一个车辆车轮5的速度和/或扭矩比施加至相应的另一个车辆车轮7的速度和/或扭矩更低，则会产生作用在机动车辆2上的由此得到的扭矩12，该扭矩由转向系统8的抵消该扭矩12并且由控制单元9致动的转向位置13补偿。在附图中，第二电机6表现出故障并且不向车辆车轮7提供任何扭矩。

图1示出了在第一实施方式中控制单元9将转向系统8致动成使得第二车辆车轴17的第三车辆车轮15和第四车辆车轮16可以移动到补偿扭矩12的转向位置13中。在图1的实施方式中，这被示出为用于具有叠置的转向系统或线控转向式系统的机动车辆2或用于自驾驶车辆。在所示出的实施方式中，由第一车辆车轴3上的单侧驱动装置产生的扭矩12沿顺时针方向作用在机动车辆2上。为了产生反扭矩，在图1中的示例性实施方式中，前车轮可以向左转动小角度。由于轮胎和杠杆臂相对于重心的转弯力增加，因此产生了抵消从动轮扭矩的扭矩。

图1还示出了控制单元9被设计成在可电动操作的车轴传动系1的电机4、6中的一者发生故障的情况下产生表示故障的信号24并将该信号发送至机动车辆2的更高级别的控制单元25和/或机动车辆2外部的信号接收器26。

在所示出的示例性实施方式中，信号接收器26布置在机动车辆2的外部。例如，信号接收器26可以是可以经由无线连接进行联系的智能手机和/或服务器27，这些器件在每种情况下被设计成处理信号24。从图1还可以看出的是，控制单元9被设定成在可电动操作的车轴传动系1的电机4、6中的一者发生故障的情况下将故障发生的时间存储在控制单元9和/或更高级别的控制单元25中并且/或者将故障发生的时间发送至机动车辆2外部的信号接收器26。

利用该系统架构，然后可以实现非常广泛的增值服务，下面通过示例的方式更详细地解释这些增值服务中的一些增值服务。

例如，信号24可以可想象地用于确定最近的合适车间并向车间传输关于已经发生的故障、车辆类型等信息，并在车辆2的导航装置中显示前往车间的最快路线。

还可以使用信号24通过智能手机将故障告知限定的一组接收者，例如与驾驶员数字日历中的预约相关的一组接收者，使得他们通过预防的方式被告知可能的延误。

当然，信号24还可以用于在视觉上和/或在听觉上和/或在触觉上向驾驶员指示电机4、6中的一者发生故障的警告信号，如在图1中由控制单元25中的警告三角形所指示的。

最后，信号24还可以引起控制单元9和/或更高级别的控制单元25对机动车辆2进行速度限制和/或功率降低，以便在驱动电机中的一个驱动电机发生故障的情况下提高驾驶安全性。

与图1相反，仅转动两个前车轮或后车轮中的一者并组合这些措施也是可以想象的。组合还可以将附加负载分配到轮胎上。这些示例性实施方式在随后的图2至图4中示出并且更详细地进行了简要解释。

例如，图2示出了控制单元9将转向系统8致动成使得仅第二车辆车轴17的第三车辆车轮15可以移动到补偿扭矩12的转向位置13中。

图3示出了利用后车轴转向的实施方式，在该实施方式中，控制单元9将转向系统8致动成使得第一车辆车轴3的第一车辆车轮5和第二车辆车轮7可以移动到补偿扭矩12的转向位置13中。

图4中示出了先前描述的后车轴转向系统和前车轴转向系统的组合。

图5至图6中所示出的以下变型为在其转向系统8中已经具有主动底盘元件的机动车辆2提供了优点，主动底盘元件例如使得能够在驾驶时主动调节外倾或前束。

图5示出了一个实施方式，在该实施方式中，控制单元9将转向系统8致动成使得第二车辆车轴17的第三车辆车轮15和/或第四车辆车轮16可以移动到补偿扭矩12的转向位置13中，在转向位置13中，第三车辆车轮15和/或第四车辆车轮16的外倾角18进入到抵消扭矩12的外倾角位置中。

以这种方式，可以产生用于补偿扭矩12所需的侧向力。在图5所示出的实施方式中，右前车轮15处的外倾角18在负方向上增大。在左前车轮16处，变化将在正外倾方向上发生。由此产生的增加的转弯力经由杠杆臂相对于重心产生稳定扭矩，从而抵消扭矩12。

在该上下文中，另一校正选项是调节前束(前束角)，如图6所示。在此，控制单元9将转向系统8致动成使得第二车辆车轴17的第三车辆车轮15和/或第四车辆车轮16可以移动到补偿扭矩12的转向位置13中，在转向位置13中，第三车辆车轮15和/或第四车辆车轮16的前束角19进入到抵消扭矩12的前束角位置中。在图6的示例性实施方式中，右前车轮16将沿前束方向(车辆内侧)进一步调节，并且左前车轮15沿后束方向(车辆外侧)进一步调节。

最后，图7示出了用于控制机动车辆2所用的可电动操作的车轴传动系1的控制单元9，该控制单元包括处理器21和包含计算机程序代码的存储器22，存储器22和计算机程序代码通过处理器21配置成使控制单元9执行下面概述的程序。

如从图1至图6中已知的，用于操作机动车辆2所用的可电动操作的车轴传动系1的方法包括以下步骤：

a)监测电机4、6的功能，以及

b)检查电机4、6中的一者是否存在故障，其中车辆车轮中的一个车辆车轮5比相应的另一个车辆车轮7具有更低的速度和/或更低的扭矩，使得产生作用在机动车辆2上的由此得到的扭矩12，

c)通过控制单元9计算转向系统8的抵消该扭矩12的转向位置13，

d)将转向系统8致动到抵消扭矩12的计算出的转向位置13中。

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。所附权利要求将被理解为是指在本发明的至少一个实施方式中存在陈述的特征。这不排除其他特征的存在。在权利要求和以上描述限定“第一”特征和“第二”特征时，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 机动车辆

3 车辆车轴

4 电机

5 车辆车轮

6 电机

7 车辆车轮

8 转向系统

9 控制单元

12 扭矩

13 转向位置

15 车辆车轮

16 车辆车轮

17 车辆车轴

18 外倾角

19 前束角

21 处理器

22 存储器

24 信号

25 控制单元

26 信号接收器

27 服务器