用于運(yùn)行車輛的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于運(yùn)行具有至少一個(gè)被轉(zhuǎn)向的軸和至少一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的軸的車輛的方法，其中，至少該驅(qū)動(dòng)軸具有至少兩個(gè)輪轂電動(dòng)馬達(dá)，所述輪轂電動(dòng)馬達(dá)集成到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪中。此外，存在形成電子差速器的情況下用于輪轂馬達(dá)（輪轂馬達(dá)1、輪轂馬達(dá)2）的電子控制裝置（模塊BLCD控制裝置1，模塊BLCD控制裝置2）。傳感器采集相應(yīng)于行駛預(yù)設(shè)（預(yù)設(shè)）的信號(hào)（霍爾信號(hào)）。按照本發(fā)明，借助于界面模塊（界面模塊）由加速踏板（油門踏板）或加速桿的位置和轉(zhuǎn)向角（轉(zhuǎn)向角傳送器）的傳感器信號(hào)（轉(zhuǎn)速）確定用于控制輪轂馬達(dá)（輪轂馬達(dá)1、輪轂馬達(dá)2）的預(yù)設(shè)值（預(yù)設(shè)）的修正因數(shù)并且將所述修正因數(shù)傳遞給與此相關(guān)的馬達(dá)控制裝置（模塊BLCD控制裝置1，模塊BLCD控制裝置2）。
【專利說明】用于運(yùn)行車輛的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的用于運(yùn)行具有至少一個(gè)被轉(zhuǎn)向的軸和至少一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的軸的車輛的方法，其中，至少該被驅(qū)動(dòng)的軸具有至少兩個(gè)輪轂電動(dòng)馬達(dá)，這兩個(gè)輪轂電動(dòng)馬達(dá)集成到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪中，所述方法此外借助于用于輪轂馬達(dá)的的電子控制裝置、在形成電子差速器的情況下以及基于在與行駛預(yù)設(shè)相應(yīng)的傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動(dòng)車輛的結(jié)構(gòu)中，至今大多選取常規(guī)的方法，該方法很大程度上由汽油驅(qū)動(dòng)的車輛的構(gòu)造所導(dǎo)向。在此，使用單獨(dú)的電動(dòng)馬達(dá)，該電動(dòng)馬達(dá)通過機(jī)械的差速器和后軸驅(qū)動(dòng)后輪。雖然馬達(dá)本身具有高效率，而通過在此產(chǎn)生的機(jī)械功率損耗，使電驅(qū)動(dòng)裝置的效率總體降低并且相應(yīng)地使車輛的性能和行程長度(Reichweite)減少。當(dāng)現(xiàn)在嘗試回避該機(jī)械損耗時(shí)，在最近的結(jié)果中得到如下的輪轂馬達(dá)，該輪轂馬達(dá)是三相的、無刷直流馬達(dá)(BLDC馬達(dá))的特殊的形式。這些馬達(dá)與適當(dāng)?shù)目刂蒲b置一起例如被用于雙輪的電動(dòng)滾輪(Elektroroller)中，而在具有兩個(gè)或更多個(gè)直接被驅(qū)動(dòng)的輪的車輛中的使用是有問題的。按照現(xiàn)有技術(shù)，必須為每個(gè)馬達(dá)使用一個(gè)自身的控制裝置，由此產(chǎn)生同步問題。在驅(qū)動(dòng)輪不同的載荷情況下，例如在改變了的地面或彎道行駛時(shí)，控制裝置不僅必須對駕駛員的額定預(yù)設(shè)值作出反應(yīng)，而且也必須對相應(yīng)的另一個(gè)控制裝置的狀況作出反應(yīng)。如果不注意這點(diǎn)，將由此引起不安全的行駛狀況，車輛可能折裂等等，因此不在每種情形下保證安全性。
[0003]BLDC馬達(dá)包括一個(gè)線圈(定子)的固定的、環(huán)形的布置結(jié)構(gòu)以及永磁體(轉(zhuǎn)子)的同樣環(huán)形的布置結(jié)構(gòu)，所述永磁體的同樣環(huán)形的布置結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承并且圍繞線圈運(yùn)行(參見圖1)。通過在適當(dāng)?shù)木€圈上施加電壓，所述馬達(dá)能夠處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中并且通過這樣產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)子進(jìn)一步牽拉一段距離。在絕大多數(shù)的情況下，這些馬達(dá)設(shè)計(jì)成三相的，亦即，具有三組線圈和同樣三個(gè)接點(diǎn)，它們由馬達(dá)引出并且用U、V和W標(biāo)記。給這三個(gè)接點(diǎn)提供電壓的控制裝置必須負(fù)責(zé)，在每個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拇艌?，以便能?shí)現(xiàn)馬達(dá)的均勻運(yùn)轉(zhuǎn)。為了能夠在正確的時(shí)刻實(shí)施該切換或者能夠?qū)ω?fù)荷波動(dòng)做出反應(yīng)，需要的是得到馬達(dá)的位置信息。通常這些位置信息通過三個(gè)霍爾傳感器提供。其信號(hào)由控制裝置評(píng)價(jià)并且用于確定馬達(dá)接點(diǎn)的切換時(shí)間點(diǎn)。在專利文獻(xiàn)DE112004002360T5中例如描述直列式馬達(dá)的實(shí)施方式，該直列式馬達(dá)滿足上述原則。
[0004]相應(yīng)嵌入的馬達(dá)的三個(gè)接點(diǎn)U、V和W能夠通過功率半導(dǎo)體的各一個(gè)各半橋電路不僅與電壓源的正極相連接而且與電壓源的負(fù)極相連接(參見圖2)。這需要確保一個(gè)半橋的兩個(gè)晶體管在任何時(shí)刻都沒有同時(shí)打開，因?yàn)檫@點(diǎn)將導(dǎo)致短路并導(dǎo)致晶體管的毀壞。為了能夠改變馬達(dá)的功率或者速度，原則上可以改變電壓。然而因?yàn)殡妷涸词穷A(yù)先給定的并且切換半導(dǎo)體的相應(yīng)的操控將導(dǎo)致在半導(dǎo)體中極大的損耗，這個(gè)方法是不可實(shí)現(xiàn)的。
[0005]替代地，使電壓產(chǎn)生脈沖，亦即，以非常迅速的順序來接通和斷開。這樣使在半導(dǎo)體中的功率損耗較少地保持，因?yàn)檫@些半導(dǎo)體完全截止或者完全打開。通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)能夠精細(xì)地控制馬達(dá)功率。最有利的切換頻率與使用的半導(dǎo)體和相應(yīng)的馬達(dá)的特性有關(guān)。過高頻率增加切換損耗，而過低頻率可能導(dǎo)致可聽見的振動(dòng)并降低行駛舒適性。
[0006]操控BLDC馬達(dá)的最簡單的方法在于，在三個(gè)馬達(dá)接點(diǎn)中的各兩個(gè)上施加電壓并且將這些馬達(dá)接點(diǎn)按照來自霍爾傳感器的位置信息符合邏輯地進(jìn)一步切換。在此，PWM以恒定寬度的脈沖相應(yīng)于需要的功率進(jìn)行(參見圖3)。由于三個(gè)相之間硬的切換，該稱為分塊控制的方法導(dǎo)致相對高的噪聲生成，該噪聲生成可能在車輛中不舒服地被察覺到并且也表征能量損耗。
[0007]轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)的最優(yōu)化的操控利用正弦調(diào)制信號(hào)進(jìn)行。在此不用考慮操控的各個(gè)階段之間嚴(yán)格的在時(shí)間上的分開，三個(gè)接點(diǎn)中的每一個(gè)(通過PWM)利用正弦調(diào)制信號(hào)操控。三個(gè)信號(hào)彼此間相移各120° (參見圖4)。因?yàn)楫a(chǎn)生的磁場持續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)比在分塊控制顯著更平靜地運(yùn)行。此外，相對于分塊運(yùn)行產(chǎn)生直至10%的能源節(jié)約。
[0008]雖然產(chǎn)生這樣的正弦信號(hào)是更為復(fù)雜的，但是利用微控制器可無問題地實(shí)現(xiàn)。這需要比霍爾傳感器直接提供的更精確地了解馬達(dá)的瞬時(shí)位置。因此正弦信號(hào)的產(chǎn)生必須與霍爾傳感器的信號(hào)同步。在馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)、尚未進(jìn)行同步時(shí)，因此首先使用分塊控制。在霍爾傳感器的一些信號(hào)之后，當(dāng)位置以足夠的精度已知時(shí)，切換到真正的正弦控制中(參見按照圖5的流程圖)。在馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變之前必須首先確保，馬達(dá)處于靜止?fàn)顟B(tài)中。
[0009]BLDC控制裝置需要一個(gè)信號(hào)，所述控制裝置借助該信號(hào)使馬達(dá)運(yùn)動(dòng)。該信號(hào)可以在最簡單的情況下由模擬電壓構(gòu)成，以便按照特征曲線給馬達(dá)提供功率。同樣，控制裝置也可以具有數(shù)字接口。此外，控制裝置也可以在兩個(gè)不同的模式中工作或者在不同模式之間切換。在其中一種模式中，控制裝置得到關(guān)于馬達(dá)功率的預(yù)設(shè)。這里預(yù)設(shè)直接對正弦信號(hào)的振幅或PWM信號(hào)的寬度起作用并且因此對給出的電功率起作用，而轉(zhuǎn)速大致與馬達(dá)的機(jī)械載荷相反。這相應(yīng)于由PKW已知的并習(xí)慣的行駛感覺。如果路徑例如上坡地引導(dǎo)，必須進(jìn)一步按壓油門踏板，以便保持速度，因?yàn)樾枰叩墓β?。在另一種模式中，控制裝置得到關(guān)于馬達(dá)的轉(zhuǎn)速的預(yù)設(shè)并且嘗試?yán)秒姽β实膬?nèi)部調(diào)節(jié)來得到并保持該轉(zhuǎn)速。
[0010]由現(xiàn)有技術(shù)已知按照DE102004014773A1的、用于陸地運(yùn)輸車輛的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置具有一個(gè)能繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤、兩個(gè)與豎直軸平行且鏡向?qū)ΨQ地支承在轉(zhuǎn)盤上的驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)軸向地設(shè)置在各驅(qū)動(dòng)輪之間的、用于在驅(qū)動(dòng)輪之間產(chǎn)生差動(dòng)作用的裝置。按照一種實(shí)施形式，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪與單獨(dú)的、構(gòu)成為輪轂馬達(dá)的馬達(dá)耦聯(lián)。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之間的差動(dòng)作用在使用電動(dòng)馬達(dá)的情況下在形成電差動(dòng)的情況下純電動(dòng)地產(chǎn)生，從而機(jī)械的差動(dòng)傳動(dòng)裝置不再是必需的。然而用于操控以及用于構(gòu)造這種電的或電子的差速器的細(xì)節(jié)不能從DE102004014733A1中得出。此外，這種解決方案由于附加的馬達(dá)和與此連接的機(jī)械裝置需要更高的耗費(fèi)，這里介紹的本發(fā)明完全地避免該耗費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，根據(jù)上文，本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種用于運(yùn)行具有至少一個(gè)被轉(zhuǎn)向的軸和至少一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的軸的車輛的改進(jìn)的方法，其中，至少該被驅(qū)動(dòng)的軸具有至少兩個(gè)輪轂電動(dòng)馬達(dá)，這兩個(gè)輪轂電動(dòng)馬達(dá)集成到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪中。按照本發(fā)明，應(yīng)該在形成電子差速器的情況下實(shí)現(xiàn)用于輪轂馬達(dá)的、簡單的并且可靠的電子控制裝置，從而具有多個(gè)輪轂馬達(dá)和直接被驅(qū)動(dòng)的車輪的電動(dòng)車輛的安全驅(qū)動(dòng)是可能的。[0012]本發(fā)明的任務(wù)的解決方案通過按照權(quán)利要求1所述的教導(dǎo)的方法來實(shí)現(xiàn)，其中，從屬權(quán)利要求是至少符合目的的構(gòu)造形式和進(jìn)一步擴(kuò)展方案。
[0013]因此由一種用于運(yùn)行具有至少一個(gè)被轉(zhuǎn)向的軸和至少一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的軸的車輛的方法出發(fā)，其中，至少所述被驅(qū)動(dòng)的軸具有至少兩個(gè)輪轂馬達(dá)，這兩個(gè)輪轂馬達(dá)集成到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪中。此外，存在用于輪轂馬達(dá)的電子的控制裝置，其中，形成電子的差速器。按照本方法利用傳感器信號(hào)，所述傳感器信號(hào)與相應(yīng)的行駛預(yù)設(shè)、特別是行駛速度對應(yīng)。
[0014]按照本發(fā)明，設(shè)有一個(gè)界面模塊，該界面模塊由加速踏板的以及轉(zhuǎn)向桿的位置的傳感器信號(hào)來確定用于控制輪轂馬達(dá)的預(yù)設(shè)值的修正因數(shù)并且將修正因數(shù)傳遞給此相關(guān)的、優(yōu)選構(gòu)造為BLDC控制裝置的馬達(dá)控制裝置。
[0015]為了確定預(yù)設(shè)值可以在優(yōu)選的實(shí)施形式中確定馬達(dá)的相應(yīng)的、當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值并且將轉(zhuǎn)速值傳導(dǎo)給界面模塊。
[0016]為每個(gè)車輛一次地確定軸距和軸寬并且將軸距和軸寬提供用于確定修正因數(shù)。
[0017]在本發(fā)明的實(shí)施形式中，在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)自動(dòng)限制最大行駛速度，這提高行駛安全性。
[0018]在另一種構(gòu)造形式中，可以通過按照本發(fā)明的解決方案，在其中一個(gè)馬達(dá)控制裝置故障和/或馬達(dá)失靈的情況下，界面模塊使有關(guān)路徑停止運(yùn)行并且車輛的驅(qū)動(dòng)可以僅以功能正常的包括控制裝置和馬達(dá)的車輪繼續(xù)。
[0019]通過界面模塊確保將馬達(dá)控制裝置在起動(dòng)時(shí)保持在分塊運(yùn)行中并且在接著正常的行駛運(yùn)行中保持在正弦形運(yùn)行中。
[0020]在相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪的已識(shí)別到的卡住或打滑時(shí)，不僅可以進(jìn)行對于相應(yīng)輪的功率匹配，而且可以進(jìn)行相應(yīng)軸的另一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的輪的功率匹配。
[0021]這里所介紹的本發(fā)明解決了在具有多個(gè)由輪轂馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)的車輪的電動(dòng)車輛中的開頭所提到的問題。稱為雙重馬達(dá)控制的方法將兩個(gè)BLDC控制裝置與一個(gè)中心界面模塊組合成一個(gè)單元。BLDC控制裝置各運(yùn)行一個(gè)BLDC馬達(dá)，亦即，這些控制裝置通過功率驅(qū)動(dòng)級(jí)提供用于馬達(dá)的U、V和W信號(hào)并且為此評(píng)價(jià)霍爾傳感器的來自馬達(dá)的信號(hào)。
[0022]控制裝置不再直接從油門踏板或從類似物處獲得額定預(yù)設(shè)，而是從界面模塊得到額定預(yù)設(shè)。該界面模塊也評(píng)價(jià)來自控制裝置的、關(guān)于精確的轉(zhuǎn)速、功率消耗和可能的錯(cuò)誤信息的反饋信息。當(dāng)界面模塊由駕駛員預(yù)設(shè)產(chǎn)生用于控制裝置的預(yù)設(shè)時(shí)，這些來自控制裝置的信息也被包含。除了所需的、駕駛員通過油門踏板(或加速桿等)預(yù)定的功率外，特別是包含行駛方向，該行駛方向通過與車輛的轉(zhuǎn)向裝置耦聯(lián)的轉(zhuǎn)向角傳送器到達(dá)雙重馬達(dá)控制裝置。其他總體上的狀態(tài)數(shù)據(jù)、如蓄電池狀態(tài)同樣包含在內(nèi)。作為輸出得到實(shí)際上的瞬時(shí)速度以及狀態(tài)信息，該瞬時(shí)速度可以利用里程表顯示或顯示在顯示器上，該狀態(tài)信息如果希望或者需要同樣能夠被評(píng)價(jià)出。
[0023]界面模塊的任務(wù)是電子差速器的任務(wù)。通過與結(jié)構(gòu)有關(guān)地省去后軸和機(jī)械差速器，其功能以電子方式模仿。在機(jī)械差速器中通過出現(xiàn)在車輪上的摩擦力形成平衡，而這點(diǎn)由雙重馬達(dá)控制裝置借助轉(zhuǎn)向角算出并且以不同的預(yù)設(shè)的形式傳遞給各個(gè)控制裝置。為了該計(jì)算，除了變化的轉(zhuǎn)向角以外還需要其他固定的參量，這些參量必須在起動(dòng)前一次地編程到控制裝置中。
[0024]計(jì)算的原理是屬于確定的轉(zhuǎn)向角供的、關(guān)于車輛中部的轉(zhuǎn)向半徑。借助圖7直接看出，作為其他參量包括軸距a。直接得到結(jié)果:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.用于運(yùn)行具有至少一個(gè)被轉(zhuǎn)向的軸和至少一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的軸的車輛的方法，其中，至少所述被驅(qū)動(dòng)的軸具有至少兩個(gè)輪轂電動(dòng)馬達(dá)，所述輪轂電動(dòng)馬達(dá)集成到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪中，此外，所述方法借助用于輪轂馬達(dá)的電子控制裝置在形成電子差速器的情況下以及基于與行駛預(yù)設(shè)值相應(yīng)的傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)，其特征在于，借助于界面模塊由加速踏板的位置的傳感器信號(hào)或者用于速度預(yù)設(shè)的傳感器信號(hào)的和轉(zhuǎn)向角的傳感器信號(hào)確定用于控制輪轂馬達(dá)的預(yù)設(shè)值的修正因數(shù)并且將修正因數(shù)傳遞給此與相關(guān)的馬達(dá)控制裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了確定預(yù)設(shè)值，確定馬達(dá)相應(yīng)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值并且將所述轉(zhuǎn)速值傳導(dǎo)給界面模塊。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為每個(gè)車輛一次地確定軸距和軸寬并且將所述軸距和軸寬提供用于確定修正因數(shù)。
4.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)自動(dòng)限制最大行駛速度。
5.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在其中一個(gè)馬達(dá)控制裝置和/或馬達(dá)故障的情況下，界面模塊使有關(guān)路徑停止運(yùn)行并且車輛的運(yùn)行僅以功能正常的路徑繼續(xù)。
6.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，通過界面模塊，將馬達(dá)控制裝置在起動(dòng)時(shí)保持在分塊運(yùn)行中并接著保持在正弦運(yùn)行中。
7.按照上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在相應(yīng)的被驅(qū)動(dòng)的輪的已識(shí)別的卡住或打滑時(shí)不僅實(shí)施對于相應(yīng)輪的功率匹配，而且實(shí)施對于相應(yīng)軸的另一個(gè)被驅(qū)動(dòng)的輪的功率匹配。
【文檔編號(hào)】B60L3/10GK103781650SQ201280024174
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月7日
【發(fā)明者】克勞斯·埃伯特, 斯特凡·邁爾 申請人:克勞斯·埃伯特, 斯特凡·邁爾, 埃伯哈德·雷舍