电力单元和机动车辆的制作方法

本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的电动驱动单元以及机动车辆。例如从de102005018907a1已知这种驱动单元。

背景技术：

电气化驱动装置的使用给制动技术带来了新的挑战。

这些挑战特别包括：

-(与内燃机相比)克服了电动牵引马达的高惯性矩。当车辆减速时必须吸收该扭矩，由于这个原因，需要比内燃机传动系更大的制动系统。一种替代性方法是借助于单独的联接件将电动牵引马达与传动系断开联接，其中，电动牵引马达还储存了能量。由于牵引马达用作飞轮，因此这可能是有利的。

-再生制动器的可能性有限：由于电动牵引马达的发电机模式，可以提供制动扭矩；但是只有在将对应的消耗装置设置成这样做的情况下情况才如此。消耗装置可以是未完全充电的电池。然而，再生制动器不仅限于满电池，而且由于电池的非线性度难以控制也限于几乎完全充电的电池(>80％)，由于这个原因，再生制动器不适于(可靠的)冗余的制动系统(例如：高山上坡/下坡)。替代性方案是电阻制动，在电阻制动中，将单独的电阻器切换至电动牵引马达，并将由电动牵引马达产生的能量转化为热；

-由于电动马达快速旋转(20,000rpm或更高)，直接马达制动(制动装置坐置在电动牵引马达的轴上)的使用受到限制，这对制动配合件(制动衬片和制动盘)提出了高的要求，并且这对于工业大量生产或具体细分市场而言成本过高。

-尽管齿轮输出部上的中央制动器具有较低的速度，但是中央制动器具有施加在中央制动器的扭矩对应地较高的缺点，由于这个原因，制动致动器所需的力必须较高。特别是对于机电制动器和电动液压制动器的使用而言，这是不利的，因为机电制动器和电动液压制动器与液压制动器相比相对较大。

de102005018907a1描述了一种用于电动驱动轴的差速齿轮，该差速齿轮具有中央制动器，该中央制动器相对于差速齿轮壳体对差速齿轮的差速器壳和车轴轮进行制动。为此，中央制动器被构造为湿运行式多盘制动器。已知的驱动轴以复杂且高成本的方式构造。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于驱动机动车辆的至少两个车轮的电动驱动单元，该电动驱动单元以简单的方式构造并且尽管如此仍最大程度地遵从对电动驱动单元的中央制动器提出的特定要求。本发明的目的还在于提供一种机动车辆。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的电动驱动单元来实现。对于机动车辆，该目的通过权利要求21的主题来实现。

具体地，该目的通过用于驱动机动车辆的至少两个车轮的电动驱动单元来实现，该机动车辆具有仅能够电动驱动的车轮轴。车轮轴连接至至少一个电动牵引马达以便传递驱动扭矩，并且车轮轴连接至中央制动器以便传递制动扭矩。驱动单元具有传动齿轮，该传动齿轮具有至少两个齿轮级和中间齿轮轴，该传动齿轮布置在牵引马达与车轮轴之间。在这种情况下，中央制动器一体结合在传动齿轮的中间齿轮轴中。在这种情况下，齿轮级可以例如由正齿轮对形成。

在这种情况下，中央制动器构造为行车制动器。

术语行车制动器意在被理解为下述制动器：该制动器被构造成与驻车制动器或持定制动器(锁定制动器)相反，以即使在高速下也可以制动车辆，并且此外还可以将大量能量例如转化为热。意在由行车制动器施加的制动力高于驻车制动器施加的制动力。制动力优选地高于40千牛顿。行车制动器构造为自释放的。在这种情况下，自释放意在是指仅在供给外部能量的情况下就可以保持制动力。与驻车制动器相反，行车制动器的定位装置还构造成尤其在毫秒的范围内快速地进行定位操作。

驻车制动器大致构造成阻挡已经静止的车辆。驻车制动器在没有外部能量供给的情况下保持制动力。也就是说，驻车制动器构造为自锁的。驻车制动器在例如20千牛顿和500毫秒的致动力和致动速度方面具有低的要求。

本发明具有下述优点：由于中央制动器在传动齿轮的中间齿轮轴中的一体结合，可以以最佳的方式调整施加至中央制动器的速度和扭矩。因此，可以以简单的方式构造中央制动器。不需要具有大致相同作用的复杂制动系统。

本发明涉及车轮轴，车轮轴可以仅被以电动的方式驱动，或者本发明涉及相当的车轮轴，在该车轮轴中，仅通过电动牵引马达(电气化驱动装置)施加驱动扭矩。

在有利的实施方式中，车轮轴具有差速齿轮。以特别优选的方式，驱动单元具有传动齿轮，该传动齿轮具有带有中间齿轮轴的至少两个齿轮级，该传动齿轮布置在牵引马达与差速齿轮之间。通过使用差速齿轮，即使在转弯时车轮必须具有不同的旋转速度的情况下，也可以使用单个马达来驱动车轴的两个车轮。

在另一有利的实施方式中，驱动单元具有两个独立的车轮轴(半轴)。驱动单元构造为双驱动。术语“双驱动”意在是指至少两个车轮/车轮轴由一个牵引马达来驱动。牵引马达不直接相互连接。车轮轴不直接相互连接。特别地，由此可以免去机械差速齿轮。

与单独用于每个车轮的轮毂驱动装置相反，根据本发明的驱动单元设置成驱动至少两个车轮。驱动单元未构造在轮毂内部。驱动单元设置有与轮毂间隔开的牵引马达。驱动单元未作为振荡质量联接至车轮轴。驱动单元刚性地连接至车架。

本发明特别适于具有高结构空间限制的电动车辆，特别是适于电动乘用车辆。本发明还包括使用中央制动器的其他车辆。中央制动器意在被理解为制动器单元，该制动器单元不直接接合在车轮上或不靠近车轮，而是构造在传动系上或传动系中。

优选实施方式在从属权利要求中提出。

传动齿轮的齿轮级可以具有输出轴，该输出轴布置成与车轮轴间隔开，特别是布置成与车轮轴以平行的方式间隔开，并且该输出轴连接至中央制动器。与靠近车轮的制动系统或者直接一体结合在车轮轴中的制动系统相反，输出轴与车轮轴的间隔导致用于中央制动器的结构空间的增加。

在另一优选实施方式中，传动齿轮具有多个齿轮级和至少一个中间轴，其中，该中间轴连接至中央制动器。由于齿轮级的构型和数目，可以以最佳的方式调整所施加的扭矩和中央制动器。中央制动器的相对较小的闭合压力足以提供对车辆进行制动以及比如说马达的旋转质量、齿轮机构的旋转质量以及车轮的旋转质量所需的制动作用。此外，可以将电动制动器、例如机电制动器用作中央制动器。

齿轮轴有利地与牵引马达的轴轴向地平行。齿轮轴有利地与车轮驱动轴轴向地平行。

当传动齿轮构造成无需切换时产生了特别成本有效且简单的结构。当中央制动器构造为干运行式摩擦制动器时也可以产生特别成本有效且简单的结构。

中央制动器可以形成唯一的车辆制动器。也就是说，可以免去单独车轮制动器。替代性地，除了中央制动器之外，车轮轴还可以具有单独车轮制动器。因此，本发明满足了可以与电动驱动器一起实现不同的制动系统概念的情况。

中央制动器还可以用作驻车制动器或持定制动器。由此可以免去单独的驻车制动器或持定制动器。与例如借助于锁定制动件来实现传动系的形状配合锁定阻挡的驻车制动器相比，构造为摩擦制动器并且也被用作驻车制动器或持定制动器的中央制动器没有游隙。在这种情况下，游隙意在尤其是指形状配合锁定式锁定元件在第一止挡件与第二止挡件之间具有的运动范围。车辆的有限侧倾、如特别是在斜坡上发生在具有形状配合锁定式驻车制动器或持定制动器的持定制动器中的有限侧倾不会发生或者仅在很小的程度上发生。为此，中央制动器可以构造成在定位装置的特定区域中是自锁的。自锁区域与用于行车制动功能的区域不同。

优选地，牵引马达和中央制动器具有一起使用的外围装置。由此产生协同作用，这为驱动单元的功能提供了优势并且节省了成本。外围装置支持牵引马达的基本功能和中央制动器的基本功能，并且外围装置例如涉及这些部件的机械保护、控制或冷却。

因此，至少中央制动器、传动齿轮以及牵引马达可以布置在共用壳体中。驱动单元因此是紧凑的并且在适用时可以以模块化的方式使用。

优选地，至少中央制动器和牵引马达具有共用控制装置。由此可以以简单的方式实现制动操作期间的特定控制功能。例如，控制装置可以配置成用于混合制动。混合制动是指将所需的总制动扭矩分配到不同的制动设备，例如分配到中央制动、电动牵引马达的再生制动器或单独车轮制动器。

该实施方式特别适于与单独车轮制动器的附加使用结合。

在另一优选实施方式中，中央制动器具有用于流体冷却的装置。由此可以以更加紧凑的方式构造中央制动器。在其他优选的方式中，用于流体冷却的装置连接至马达冷却回路或者可以连接至马达冷却回路。由此可以免去用于中央制动器的单独的冷却泵。

如果车轮轴具有扭矩矢量单元，则在没有单独车轮制动器的情况下可以进行单独的车轮制动操作。在该实施方式中，中央制动器是唯一的车辆制动器。中央制动器与扭矩矢量单元组合成使得可以针对每个车轮以单独的方式调整中央制动器的制动扭矩。术语扭矩矢量意在被理解为从动车轮上的主动扭矩分配(与由差速齿轮进行的被动扭矩分配相反)。

当离合器布置在牵引马达与中央制动器之间，特别是一方面布置在牵引马达与中央制动器之间另一方面布置在牵引马达与差速齿轮之间时，在制动期间可以储存牵引马达的动能。离合器在制动期间使牵引马达断开联接，使得必须施加的制动扭矩相对较小。牵引马达的动能可以以其他方式使用，例如用于启动。

优选地，离合器和中央制动器可以一起被控制。也就是说，在制动期间，中央制动器与牵引马达自动地分离。

中央制动器可以具有制动器集尘器(开放式或封闭式)，以防止在制动期间所产生的磨损材料进入环境。为了减少噪声排放，中央制动器可以连接至扭转阻尼器。

附图说明

下面将通过参照附图和实施方式的另外的细节对本发明进行更详细地说明。

在附图中：

图1是根据本发明的具有最重要部件的第一实施方式的示意图，在该实施方式中，传动齿轮设置有两个齿轮级和中间齿轮轴；

图2是根据本发明的第二实施方式的示意图，在该实施方式中，传动比具有三个齿轮级和两个中间齿轮轴，并且除了中央制动器之外，还设置了单独车轮制动器；

图3是根据本发明的第三实施方式的示意图，在该实施方式中，中央制动器设置有开放式过滤装置作为制动器集尘器；

图4是根据本发明的第四实施方式的示意图，在该实施方式中，中央制动器是流体冷却的并且被封装在作为制动器集尘器的封闭式过滤装置中；

图5是根据本发明的第五实施方式的示意图，在该实施方式中，中央制动器与扭矩矢量单元组合并且具有扭转阻尼器，以及

图6是根据本发明的第六实施方式的示意图，在该实施方式中，在中央制动器与牵引马达之间布置有离合器；

图7是根据本发明的第七实施方式的示意图，在该实施方式中，车辆构造有两个轨道并且驱动单元被构造为双驱动。

具体实施方式

图1示出了电动驱动单元10的第一实施方式，该电动驱动单元10被设置成驱动机动车辆的至少两个车轮11。机动车辆例如可以是具有仅被电动驱动的车轮轴12的乘用车辆。其他车辆也是可能的。车轮轴12连接至两个从动车轮11或者可以连接至两个从动车轮11。粗虚线示出了电动驱动单元10的系统界限，电动驱动单元10的各部件形成模块。在本发明的上下文中，还公开并要求保护具有这种驱动单元10的机动车辆。

驱动单元10具有电动牵引马达13，该电动牵引马达13产生用于驱动车辆所需的驱动扭矩并将该驱动扭矩传递至车轮轴12或车轮11。驱动单元10具有差速齿轮15，该差速齿轮15将牵引马达13的驱动扭矩分配至车轮11并且补偿车轮11的速度差。驱动单元10还具有中央制动器14，该中央制动器14产生制动扭矩并将该制动扭矩传递至车轮轴12或两个车轮11。与单独车轮制动器相比，中央制动器14产生了共同作用在车轮11上的中央制动扭矩。

中央制动器14一体结合在传动齿轮16中，该传动齿轮16具有至少两个齿轮级，在根据图1的实施方式中具体为第一齿轮级17和第二齿轮级20a。第一齿轮级和第二齿轮级布置在牵引马达与差速齿轮之间并且借助于共用的中间齿轮轴联接。

具体地，第一齿轮级17具有驱动小齿轮28，该驱动小齿轮28连接至第一齿轮级17的输入轴19。输入轴19同时形成牵引马达13的马达轴。第一齿轮级17还具有输出齿轮29，该输出齿轮29连接至齿轮级17的输出轴18。输出轴18又借助于具体为第二齿轮级20a的另一齿轮级连接至差速齿轮15。第二齿轮级20a在第一齿轮级17的输出轴18上具有第一齿轮33，该第一齿轮33与第二齿轮34啮合，该第二齿轮34连接至差速齿轮15的差速器壳(未示出)。

如图1中可以观察到，第一齿轮级17的输出轴18连接至中央制动器14。输出轴18因此具有两个功能。一方面，输出轴18将牵引马达13的驱动扭矩经由差速齿轮15传递至车轮11，并且另一方面输出轴18在各种情况下将中央制动器14的驱动扭矩经由差速齿轮15传递至车轮11。

由于中央制动器14在传动齿轮16的中间齿轮轴18中的上述一体结合，中央制动器14的制动配合件的与速度有关的加载可能比直接布置在牵引马达13的马达轴上的中央制动器的与速度有关的加载小。对于中央制动器在车轮轴上的本身已知的布置，要制动的扭矩较小。中央制动器14因此可以构造成更小且更简单。由于适当选择齿轮级17、20a的传动比，可以在运行期间调整中央制动器14以及的相关的扭矩范围或速度范围。在这种情况下，齿轮级17、20a可以具有相同或不同的传动比。

如图1中可以观察到，输出轴18与车轮轴12以平行的方式间隔开。因此，并且由于中央制动器14在传动齿轮16中的一体结合，获得了用于中央制动器14的结构空间并且克服了结构空间限制。通过中央制动器14的对应的构型，对车轮制动器功率水平的要求有时可以降低成使得可以使用当前(与液压车轮制动器相比)仍非常大的机电车轮制动器或电动液压车轮制动器。

特别地，中央制动器14可以构造为干运行式摩擦制动器，特别是盘式制动器。

中央制动器14的控制借助于控制装置22来执行，该控制装置22承担牵引马达13的控制和中央制动器14的控制两者，并且该控制装置22相应地进行配置。牵引马达13的逆变器还可以一体结合在控制装置22中。图1中用细虚线图示了连接中央制动器14和控制装置22的信号线。

在电动车轴单元或驱动单元中一体结合中央制动器14会产生以下协同作用：

上面提及的部件可以构造在电动车轴的共用壳体中。制动控制装置可以一体结合在马达控制装置或共用控制装置22中(发动机、逆变器、制动器等的控制)(参见上文)。借助于制动器单元的主动的流体冷却，特别是借助于与在任何情况下都设置的马达冷却回路的连接(参见下文)，中央制动器14的更加紧凑的结构是可能的。特别是在车轮上并且在中央使用纯机电/电动液压制动器时，还可以在共用控制装置中操作混合制动(混合式制动)。因此，可以以简单的方式产生不同的运行方式的传动系：例如，机械的单独车轮制动器、再生马达制动器、中央制动器或者机械的单独车轮制动器、再生马达制动器以及中央制动器的组合。

结合图1所描述的电动驱动单元10的结构相应地在其余实施方式中实现并且还结合图2至图6进行公开。本发明不限于该特定结构。

一方面，根据图2的驱动单元10与根据图1的驱动单元10的不同之处在于传动齿轮16还构造有多个级。具体地，传动齿轮16具有三个级，即，如图1中的第一齿轮级17和第二齿轮级20a以及另外的第三齿轮级20b。此外，驱动单元10除了中央制动器14之外还设置有两个单独车轮制动器21。根据图1的实施方式也可以设置有两个单独车轮制动器21。

根据图2的传动齿轮16具体地如下构造。齿轮16的输入轴19连接至牵引马达13并且借助于驱动小齿轮28驱动第一齿轮级17。第一齿轮级17的驱动齿轮29借助于中间轴30连接至第三齿轮级20b。第三齿轮级20b布置在第一齿轮级17与第二齿轮级20a之间并且具有第一齿轮35和第二齿轮36，该第一齿轮35连接至中间轴30，该第二齿轮36连接至齿轮16的输出轴18。如图1中，输出轴18一方面连接至差速齿轮15并且另一方面连接至中央制动器14。

三个齿轮级17、20a、20b可以具有相同或不同的传动比。

该实施方式具有下述优点：当中央制动器14相对于扭矩/速度范围定位时，设计自由度进一步增加，这尤其使得能够以较小的压力使用中央制动器14，特别是机电制动器。

根据图1、图2的齿轮16不能被切换。这同样适用于本申请的其余实施方式。

根据图2的实施方式除了中央制动器14之外还具有两个单独车轮制动器21，所述两个单独车轮制动器21布置成靠近车轮并且连接至车轮轴12。由此提供了冗余的制动系统，在该冗余的制动系统中，在局部系统(中央制动器或单独车轮制动器)发生故障的情况下，另一局部系统可以至少在一定程度上保持制动功能。单独车轮制动器21的控制由共用控制装置22来执行，该共用控制装置22也控制中央制动器24。由此可以进行混合的制动操作。

根据图3的驱动单元10以与根据图1的驱动单元10类似的方式构造并且还具有制动器集尘器26，该制动器集尘器26在根据图3的示例中被构造为开放式过滤器，即作为朝向大气敞开的过滤器。制动器灰尘进气或排气装置(叶轮、通风机、空气加速装置[37])由齿轮轴直接操作是特别有利的。

与图3相比，根据图4的制动器集尘器26被构造为封装中央过滤器14的封闭式过滤器系统。此外，中央制动器14具有用于流体冷却的装置23，用于流体冷却的装置23连接至马达冷却回路。该回路由装置23的供应/排放管线上的双箭头来指示。所获得另一协同作用是用于流体冷却的装置23也对牵引马达13进行冷却。

根据图5的驱动单元10具有扭矩矢量单元24，该扭矩矢量单元24连接至车轮轴12并且布置在差速齿轮15的下游。扭矩矢量单元24具有电动马达31和连接至用于各个车轮的车轮轴12的至少一个扭矩矢量齿轮机构32(分配器齿轮机构)，以用于影响作用在车轮11上的扭矩。由于中央制动器14和扭矩矢量单元24的组合，在不必须免去单独车轮制动的情况下无需替换就可以省去单独车轮制动器。在这种情况下，主制动扭矩由中央制动器14来施加。驱动轴12的两个车轮11之间的差速扭矩由扭矩矢量单元24产生。

此外，齿轮16的输出轴18设置有扭转阻尼器27，该扭转阻尼器27将输出轴18连接至中央制动器14。中央制动器14的使用一方面由于定位在车辆本身的“内部”且另一方面由于可以将中央制动器14封装在壳体中而对噪声排放具有积极影响。由于与单独车轮制动器有关的较高设计自由度而在中央制动器14与输出轴18之间插入扭转阻尼器27导致进一步改善的nvh比(噪声振动粗糙度)。

图6示出了下述实施方式：在该实施方式中，输出轴18具有离合器25，该离合器25在制动操作期间使牵引马达13与中央制动器14断开联接。具体地，联接件25布置在第一齿轮级17的中间齿轮轴和第二齿轮级20a的中间齿轮轴上，并且联接件25在比中央制动器更靠近牵引马达的力路径中。由于离合器25，马达制动扭矩(在制动情况下的惯性矩)被断开联接，这导致改善的响应性能和更高的动力(例如，对于eps)以及/或者还减小了尺寸。有利地，离合器25和中央制动器14在这种情况下通过共用的致动器起作用，使得在制动的情况下，离合器25自动打开。由于制动器14和离合器25的这种机械联接，尤其可以免去单独的离合器控制装置或单独离合器控制。

图7示出了下述实施方式：在该实施方式中，驱动单元10构造成用于双轨道车辆并且设置有双驱动。车轮轴(半轴)12a、12b被独立地驱动。驱动轴的两个车轮11由牵引马达13来驱动。驱动轴的两个车轮11未借助于差速齿轮来连接。当在弯道行进时，可以通过控制牵引马达来执行车轮速度的补偿。每个双马达借助于传动齿轮16连接至车轮；每个传动齿轮具有中央制动器14。在示例中，车辆不具有配装至车轮轴12a、12b的制动器(单独车轮制动器)。

优选地，本发明涉及一种用于驱动机动车辆的至少两个车轮11的电动驱动单元10，该机动车辆具有仅能够电动驱动的车轮轴12，其中，车轮轴12连接至至少一个电动牵引马达13以便传递驱动扭矩，并且车轮轴12连接至中央制动器14以便传递制动扭矩，并且电动驱动单元10具有差速齿轮15，该差速齿轮15的特征特别在于具有至少两个齿轮级17、20a、20b和至少一个中间齿轮轴18、20的传动齿轮16，该传动齿轮16布置在牵引马达13与差速齿轮15之间，中央制动器14一体结合在传动齿轮16的中间齿轮轴18、30中。

附图标记列表

10驱动单元

11车轮

12车轮轴

12a左车轮轴(半轴)

12b右车轮轴(半轴)

13牵引马达

14中央制动器

15差速齿轮

16传动齿轮

17第一齿轮级

18输出轴

19输入轴

20a第二齿轮级

20b第三齿轮级

21单独车轮制动器

22控制装置

23流体冷却装置

24扭矩矢量单元

25离合器

26制动器集尘器

27扭转阻尼器

28驱动小齿轮

29输出齿轮

30中间轴

31电动马达

32扭矩矢量齿轮机构

33第二齿轮级的第一齿轮

34第二齿轮级的第二齿轮

35第三齿轮级的第一齿轮

36第三齿轮级的第二齿轮

37空气输送装置