电动车轴传动系、控制单元和计算机程序产品的制作方法

本发明涉及机动车辆的电动车轴传动系，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由控制单元供应电流；和齿轮组件，该齿轮组件联接至转子；以及第一可旋转安装的输出轴，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，输出轴以扭矩传递的方式连接至机动车辆的车轮，其中，在转子与车轮之间布置有可致动的旋转阻挡装置，使得位于扭矩通量中的轴的旋转能够被阻挡，其中，在转子与旋转阻挡装置之间布置有至少一个旋转角度传感器，使得所述至少一个旋转角度传感器提供了位于该扭矩通量中的轴的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：

1、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。

2、可以在erik schneider、frank fickl、bernd cebulski和jens liebold在atz杂志、2011年05月第113卷的第360页至365页发表的题目为：“hochintegrativ und flexibelelektrische antriebseinheit füre-fahrzeuge”(highly integrative and flexibleelectric drive unit for e-vehicles(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传动系中布置有可切换的2速行星齿轮组，行星齿轮组也定位成相对于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2速行星齿轮组而在爬坡能力、加速度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。

3、de 10 2010 048 837 a1公开了这样的一种驱动装置，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驱动的至少一个行星差速器，该行星差速器具有：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。

4、与内燃发动机的常规驱动概念一样，可电动操作车轴传动系也会经受机械磨损和/或电磨损。当机动车辆操作时，持续需要确定和评估机动车辆特定的磨损情况。

技术实现思路

1、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。

2、该目的通过机动车辆的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由控制单元供应电流；和齿轮组件，该齿轮组件联接至转子；以及第一可旋转安装的输出轴，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，输出轴以扭矩传递的方式连接至机动车辆的车轮，其中，在转子与车轮之间布置有可致动的旋转阻挡装置，使得位于扭矩通量中的轴的旋转可以被阻挡，其中，在转子与旋转阻止装置之间也布置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提供位于该扭矩通量中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挡装置之间的扭矩通量中的可旋转部件的机械磨损，因为旋转阻挡装置阻挡位于转子与旋转阻挡装置之间的扭矩通量中的轴的旋转，并且然后电机被供应有增加至预定的第一电流强度阈值的电流强度，使得沿第一旋转方向作用的增加的扭矩被施加至转子，并且然后电机被供应有增加至预定的第二电流强度阈值的电流强度，使得沿第二旋转方向作用的增加的扭矩被施加至转子，其中，在控制单元中，当电机被供应有电流的同时，捕获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存储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之间存在偏差的情况下，由控制单元生成表示该偏差的输出信号。

3、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传递牵引扭矩的部件的磨损，并且例如向机动车辆的驾驶员或操作员指示与预测磨损情况的偏差。随着使用寿命的增加，根据本发明的车轴传动系也将具有稳定增加的磨损以及因此与磨损相关联的游隙，该游隙也被已知为传动系中的间隙。

4、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，旋转阻挡装置、比如传动系的车轮制动器或驻车制动器被转移至其阻挡位置。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机器中的标准解析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。表示旋转角度位置的旋转角度传感器的信号被捕获在控制单元中，并且将对应的电流强度和旋转角度位置值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存储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。

5、实际磨损特性曲线的相关性需要至少两个电流强度和旋转角度位置值。由此，可以通过插值导出函数，该函数定义了实际磨损特性曲线。附加地或作为替代方案，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用作用于实际磨损特性曲线的插值点。

6、首先，本发明的要求保护的主题的各个元件按照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。

7、电动车轴传动系、特别是机动车辆的电动车轴传动系包括至少一个电机和一个齿轮组件，其中，电机和齿轮组件形成结构单元。特别地，还可以将电机和齿轮组件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传动装置壳体，在这种情况下，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。

8、结合本发明，电机可以被设计为径向通量型机器或轴向通量型机器。为了形成在轴向上特别紧凑的车轴传动系，应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。

9、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。

10、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。

11、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开环控制和/或电子闭环控制。特别地，可以设置用于电机的开环控制和/或闭环控制的控制单元。

12、控制单元特别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子致动器或耗电装置的有线信号输出端或无线信号输出端。

13、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。

14、控制单元还可以具有一个或更多个电子存储器，在所述一个或更多个电子存储器中，可以存储和再次读出传输至控制单元的信号中所包含的数据。此外，控制单元可以具有一个或更多个电子存储器，在所述一个或更多个电子存储器中，可以以可改变和/或不可改变的方式存储数据。

15、控制单元可以包括多个控制器，所述多个控制器特别地在空间上彼此分离地布置在机动车辆中。控制器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用于对数据进行处理的计算操作。控制器可以优选地彼此联网，使得有线数据和/或无线数据在控制装置之间的交换成为可能。特别地，也可以经由存在于机动车辆中的总线系统、比如can总线或lin总线使控制器彼此联网。

16、控制单元可以特别优选地包括用于向定子或转子供应电流的电力电子单元。该电力电子单元优选地是以开环或闭环方式控制流向电机的电流的不同部件的组合，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以开环或闭环方式控制电流的一个或更多个电力电子部件。这特别优选地涉及一个或更多个功率开关、比如功率晶体管。电力电子单元特别优选具有多于两个的相或电流路径、特别优选地三个相或电流路径，所述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以开环或闭环方式控制每相的功率，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。

17、根据本发明的有利实施方式，可以在存储在控制单元中的旋转角度位置间隔内检测实际磨损特性曲线与目标磨损特性曲线之间的偏差。在上下文中，根据本发明的进一步优选的其他改进方案，旋转角度位置间隔可以包含旋转角度零点。其结果是可以实现特别准确且可靠的磨损测量或使用寿命预测。

18、此外，根据本发明的同样有利的实施方式，表示偏差的输出信号可以包含关于磨损特性曲线中的偏差的程度、偏差的位置和/或幅度的信息。该实施方式的有利效果基于以下事实：由此可以对磨损情景或损坏情景进行更广泛的分析。

19、根据本发明的另一特别优选的实施方式，旋转阻挡装置是制动装置、特别是车轮制动器。这可以特别地实现以下效果：可以使用通常已经存在于传动系中的部件来实现磨损分析。

20、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，旋转角度传感器可以是永磁同步电机的解析器。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。

21、本发明的目的还通过用于机动车辆的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，该控制单元配置成通过控制单元生成控制信号来确定位于电机的转子与旋转阻挡装置之间的扭矩通量中的可旋转部件的机械磨损，该控制信号引起旋转阻挡装置被致动，使得旋转阻挡装置阻挡位于转子与旋转阻挡装置之间的扭矩通量中的轴的旋转，并且然后，电子控制单元向电机供应增加至预定的第一电流强度阈值的电流强度，使得沿第一旋转方向作用的增加的扭矩被施加至转子，并且然后控制单元向电机供应增加至预定的第二电流强度阈值的电流强度，使得沿第二旋转方向作用的增加的扭矩被施加至转子，其中，在控制单元中，在电机被供应有电流的同时，捕获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，所述旋转角度传感器定位在转子与旋转阻挡装置之间，并且将对应的电流强度和旋转角度位置值关联以形成实际磨损特性曲线，并且将实际磨损特性曲线与存储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之间存在偏差的情况下，由控制单元生成表示该偏差的输出信号。

22、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、由电磁波实施的具有计算机程序代码的计算机数据信号来实现，该计算机程序代码适合于执行包括以下步骤的方法：

23、·生成控制信号，该控制信号引起旋转阻挡装置被致动，使得旋转阻挡装置阻挡位于转子与旋转阻挡装置之间的扭矩通量中的轴的旋转，

24、·向电机供应增加至预定的第一电流强度阈值的电流强度，使得沿第一旋转方向作用的增加的扭矩被施加至转子，

25、·向电机供应增加至预定的第二电流强度阈值的电流强度，使得沿第二旋转方向作用的增加的扭矩被施加至转子，

26、·在电机被供应有电流的同时，捕获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，旋转角度传感器定位在转子与旋转阻挡装置之间，

27、·将对应的电流强度和旋转角度位置值关联以形成实际磨损特性曲线，

28、·以及将所述实际磨损特性曲线与存储在控制单元中的目标磨损特性曲线进行比较，

29、·其中，在实际磨损特性曲线偏离目标磨损特性曲线的情况下，生成表示该偏差的输出信号。