CN103781650A - 用于运行车辆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行具有至少一个被转向的轴和至少一个被驱动的轴的车辆的方法，其中，至少该驱动轴具有至少两个轮毂电动马达，所述轮毂电动马达集成到相应的驱动轮中。此外，存在形成电子差速器的情况下用于轮毂马达（轮毂马达1、轮毂马达2）的电子控制装置（模块BLCD控制装置1，模块BLCD控制装置2）。传感器采集相应于行驶预设（预设）的信号（霍尔信号）。按照本发明，借助于界面模块（界面模块）由加速踏板（油门踏板）或加速杆的位置和转向角（转向角传送器）的传感器信号（转速）确定用于控制轮毂马达（轮毂马达1、轮毂马达2）的预设值（预设）的修正因数并且将所述修正因数传递给与此相关的马达控制装置（模块BLCD控制装置1，模块BLCD控制装置2）。

Description

用于运行车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于运行具有至少一个被转向的轴和至少一个被驱动的轴的车辆的方法，其中，至少该被驱动的轴具有至少两个轮毂电动马达，这两个轮毂电动马达集成到相应的驱动轮中，所述方法此外借助于用于轮毂马达的的电子控制装置、在形成电子差速器的情况下以及基于在与行驶预设相应的传感器信号实现。

背景技术

在电动车辆的结构中，至今大多选取常规的方法，该方法很大程度上由汽油驱动的车辆的构造所导向。在此，使用单独的电动马达，该电动马达通过机械的差速器和后轴驱动后轮。虽然马达本身具有高效率，而通过在此产生的机械功率损耗，使电驱动装置的效率总体降低并且相应地使车辆的性能和行程长度（Reichweite）减少。当现在尝试回避该机械损耗时，在最近的结果中得到如下的轮毂马达，该轮毂马达是三相的、无刷直流马达（BLDC马达）的特殊的形式。这些马达与适当的控制装置一起例如被用于双轮的电动滚轮（Elektroroller）中，而在具有两个或更多个直接被驱动的轮的车辆中的使用是有问题的。按照现有技术，必须为每个马达使用一个自身的控制装置，由此产生同步问题。在驱动轮不同的载荷情况下，例如在改变了的地面或弯道行驶时，控制装置不仅必须对驾驶员的额定预设值作出反应，而且也必须对相应的另一个控制装置的状况作出反应。如果不注意这点，将由此引起不安全的行驶状况，车辆可能折裂等等，因此不在每种情形下保证安全性。

BLDC马达包括一个线圈（定子）的固定的、环形的布置结构以及永磁体（转子）的同样环形的布置结构，所述永磁体的同样环形的布置结构可转动地支承并且围绕线圈运行（参见图1）。通过在适当的线圈上施加电压，所述马达能够处于运动状态中并且通过这样产生的磁场转子进一步牵拉一段距离。在绝大多数的情况下，这些马达设计成三相的，亦即，具有三组线圈和同样三个接点，它们由马达引出并且用U、V和W标记。给这三个接点提供电压的控制装置必须负责，在每个时刻产生适当的磁场，以便能实现马达的均匀运转。为了能够在正确的时刻实施该切换或者能够对负荷波动做出反应，需要的是得到马达的位置信息。通常这些位置信息通过三个霍尔传感器提供。其信号由控制装置评价并且用于确定马达接点的切换时间点。在专利文献DE112004002360T5中例如描述直列式马达的实施方式，该直列式马达满足上述原则。

相应嵌入的马达的三个接点U、V和W能够通过功率半导体的各一个各半桥电路不仅与电压源的正极相连接而且与电压源的负极相连接（参见图2）。这需要确保一个半桥的两个晶体管在任何时刻都没有同时打开，因为这点将导致短路并导致晶体管的毁坏。为了能够改变马达的功率或者速度，原则上可以改变电压。然而因为电压源是预先给定的并且切换半导体的相应的操控将导致在半导体中极大的损耗，这个方法是不可实现的。

替代地，使电压产生脉冲，亦即，以非常迅速的顺序来接通和断开。这样使在半导体中的功率损耗较少地保持，因为这些半导体完全截止或者完全打开。通过脉冲宽度调制（PWM）能够精细地控制马达功率。最有利的切换频率与使用的半导体和相应的马达的特性有关。过高频率增加切换损耗，而过低频率可能导致可听见的振动并降低行驶舒适性。

操控BLDC马达的最简单的方法在于，在三个马达接点中的各两个上施加电压并且将这些马达接点按照来自霍尔传感器的位置信息符合逻辑地进一步切换。在此，PWM以恒定宽度的脉冲相应于需要的功率进行（参见图3）。由于三个相之间硬的切换，该称为分块控制的方法导致相对高的噪声生成，该噪声生成可能在车辆中不舒服地被察觉到并且也表征能量损耗。

转动的马达的最优化的操控利用正弦调制信号进行。在此不用考虑操控的各个阶段之间严格的在时间上的分开，三个接点中的每一个（通过PWM）利用正弦调制信号操控。三个信号彼此间相移各120°（参见图4）。因为产生的磁场持续地转动，马达比在分块控制显著更平静地运行。此外，相对于分块运行产生直至10%的能源节约。

虽然产生这样的正弦信号是更为复杂的，但是利用微控制器可无问题地实现。这需要比霍尔传感器直接提供的更精确地了解马达的瞬时位置。因此正弦信号的产生必须与霍尔传感器的信号同步。在马达的运转、尚未进行同步时，因此首先使用分块控制。在霍尔传感器的一些信号之后，当位置以足够的精度已知时，切换到真正的正弦控制中（参见按照图5的流程图）。在马达的转动方向改变之前必须首先确保，马达处于静止状态中。

BLDC控制装置需要一个信号，所述控制装置借助该信号使马达运动。该信号可以在最简单的情况下由模拟电压构成，以便按照特征曲线给马达提供功率。同样，控制装置也可以具有数字接口。此外，控制装置也可以在两个不同的模式中工作或者在不同模式之间切换。在其中一种模式中，控制装置得到关于马达功率的预设。这里预设直接对正弦信号的振幅或PWM信号的宽度起作用并且因此对给出的电功率起作用，而转速大致与马达的机械载荷相反。这相应于由PKW已知的并习惯的行驶感觉。如果路径例如上坡地引导，必须进一步按压油门踏板，以便保持速度，因为需要更高的功率。在另一种模式中，控制装置得到关于马达的转速的预设并且尝试利用电功率的内部调节来得到并保持该转速。

由现有技术已知按照DE102004014773A1的、用于陆地运输车辆的驱动装置，该驱动装置具有一个能绕竖直轴转动的转盘、两个与竖直轴平行且镜向对称地支承在转盘上的驱动轮和一个轴向地设置在各驱动轮之间的、用于在驱动轮之间产生差动作用的装置。按照一种实施形式，每一个驱动轮与单独的、构成为轮毂马达的马达耦联。两个驱动轮之间的差动作用在使用电动马达的情况下在形成电差动的情况下纯电动地产生，从而机械的差动传动装置不再是必需的。然而用于操控以及用于构造这种电的或电子的差速器的细节不能从DE102004014733A1中得出。此外，这种解决方案由于附加的马达和与此连接的机械装置需要更高的耗费，这里介绍的本发明完全地避免该耗费。

发明内容

因此，根据上文，本发明的任务在于，给出一种用于运行具有至少一个被转向的轴和至少一个被驱动的轴的车辆的改进的方法，其中，至少该被驱动的轴具有至少两个轮毂电动马达，这两个轮毂电动马达集成到相应的驱动轮中。按照本发明，应该在形成电子差速器的情况下实现用于轮毂马达的、简单的并且可靠的电子控制装置，从而具有多个轮毂马达和直接被驱动的车轮的电动车辆的安全驱动是可能的。

本发明的任务的解决方案通过按照权利要求1所述的教导的方法来实现，其中，从属权利要求是至少符合目的的构造形式和进一步扩展方案。

因此由一种用于运行具有至少一个被转向的轴和至少一个被驱动的轴的车辆的方法出发，其中，至少所述被驱动的轴具有至少两个轮毂马达，这两个轮毂马达集成到相应的驱动轮中。此外，存在用于轮毂马达的电子的控制装置，其中，形成电子的差速器。按照本方法利用传感器信号，所述传感器信号与相应的行驶预设、特别是行驶速度对应。

按照本发明，设有一个界面模块，该界面模块由加速踏板的以及转向杆的位置的传感器信号来确定用于控制轮毂马达的预设值的修正因数并且将修正因数传递给此相关的、优选构造为BLDC控制装置的马达控制装置。

为了确定预设值可以在优选的实施形式中确定马达的相应的、当前的转速值并且将转速值传导给界面模块。

为每个车辆一次地确定轴距和轴宽并且将轴距和轴宽提供用于确定修正因数。

在本发明的实施形式中，在转弯行驶时自动限制最大行驶速度，这提高行驶安全性。

在另一种构造形式中，可以通过按照本发明的解决方案，在其中一个马达控制装置故障和/或马达失灵的情况下，界面模块使有关路径停止运行并且车辆的驱动可以仅以功能正常的包括控制装置和马达的车轮继续。

通过界面模块确保将马达控制装置在起动时保持在分块运行中并且在接着正常的行驶运行中保持在正弦形运行中。

在相应的驱动轮的已识别到的卡住或打滑时，不仅可以进行对于相应轮的功率匹配，而且可以进行相应轴的另一个被驱动的轮的功率匹配。

这里所介绍的本发明解决了在具有多个由轮毂马达直接驱动的车轮的电动车辆中的开头所提到的问题。称为双重马达控制的方法将两个BLDC控制装置与一个中心界面模块组合成一个单元。BLDC控制装置各运行一个BLDC马达，亦即，这些控制装置通过功率驱动级提供用于马达的U、V和W信号并且为此评价霍尔传感器的来自马达的信号。

控制装置不再直接从油门踏板或从类似物处获得额定预设，而是从界面模块得到额定预设。该界面模块也评价来自控制装置的、关于精确的转速、功率消耗和可能的错误信息的反馈信息。当界面模块由驾驶员预设产生用于控制装置的预设时，这些来自控制装置的信息也被包含。除了所需的、驾驶员通过油门踏板（或加速杆等）预定的功率外，特别是包含行驶方向，该行驶方向通过与车辆的转向装置耦联的转向角传送器到达双重马达控制装置。其他总体上的状态数据、如蓄电池状态同样包含在内。作为输出得到实际上的瞬时速度以及状态信息，该瞬时速度可以利用里程表显示或显示在显示器上，该状态信息如果希望或者需要同样能够被评价出。

界面模块的任务是电子差速器的任务。通过与结构有关地省去后轴和机械差速器，其功能以电子方式模仿。在机械差速器中通过出现在车轮上的摩擦力形成平衡，而这点由双重马达控制装置借助转向角算出并且以不同的预设的形式传递给各个控制装置。为了该计算，除了变化的转向角以外还需要其他固定的参量，这些参量必须在起动前一次地编程到控制装置中。

计算的原理是属于确定的转向角

的、关于车辆中部的转向半径。借助图7直接看出，作为其他参量包括轴距a。直接得到结果：

注意在

时的极点，以下排除该极点。用于转速或速度的修正因数在使用轴的宽度b的情况下确定为

用于在曲线内侧上的马达，

并且相应地

用于在外侧上的马达。

用于瞬时速度预设所需要的转速或功率对于相应的马达乘以ri/r或ra/r并且由界面模块引导到相应的控制装置上。由第一个方程通过形成商来除去极点，在

的情况下有

并且计算出两个修正因数如预期的为1。因为转向角在每种情况中都是明确小于90°，所以不出现数学问题。

因为永久激励的马达在惯性滑动运行（Schiebebetrieb）时作为发电机工作，所以车辆的动能可以作为电能输送返回到电池中。功率末级包括集成在使用的晶体管中的二极管。备选地可以附加地将适合的二极管容纳在末级中。这些二极管由于其定向在正常运行中截止。然而如果在行驶期间油门踏板完全地或部分地撤回，则马达首先以比通过预设所实现的情况更高的速度转动。结果，在马达中感应出比由外部供应的电压更高的电压，以此实现回馈。通过这时作为发电机工作的马达的电载荷使该马达并因此使车辆制动，而车辆的动能没有完全地转化为热量。至少其中一部分被导回到电池中，因此这是所谓的反馈制动。

附图说明

以下借助一个实施例以及借助附图更详细地阐述本发明。图中：

图1示出一个BLDC马达的原理上的构造，该BLDC马达包括一个线圈的固定的、环形的布置结构作为定子以及永磁体的同样环形的布置结构作为转子和线圈与各相U、V以及W的接点的相互连接；

图2示出一个用于基于功率-场效应晶体管来操控BLDC马达的原理电路；

图3示出用于分块运行BLDC马达的各参数相U、V和W；

图4示出用于正弦运行BLDC马达的各相U、V和W的示图；

图5示出用于控制马达的流程图，由在起动时分块运行开始直至在行驶过程中噪声更低的正弦运行；

图6示出一个按照本发明的、用于实施按照本发明的方法的布置结构的构造的框图；

图7示出对于属于确定的转向角的、关于车辆中部的转向半径的计算原理的示图以及

图8示出一个按照本发明的、用于阐述界面模块的功能的方法的流程图。

具体实施方式

如由图8可得出，作为界面模块的最重要的功能是驾驶员的预设值传输到各个控制装置上。

对此，以短的间距近似连续地或连续地查问加速踏板或这种传感器和转向角传感器。

然后由转向角计算出用于驱动轴的马达的修正因数并且传导给相应的单马达控制装置。

在正常运行中由此得出用于控制装置的功率预定。在窄的曲线时，界面模块能够限制速度，以便阻止车辆的翻转。

然而在确定的情形下，特别的措施可能是需要的。一方面，驱动轮可能在平滑的或滑的地面情况下打滑。在这种情况下界面模块记录一个突然上升的转数并且通过基于另一个通常对置的车轮的转速的转速预设来修正这点。如果最终驱动轮又抓紧，这借助升高的功率消耗来确定，并且切换回到限定的功率预设值上。

在另一种情况下，当该车轮没有停止在滑的地面上并且因此由车辆不再被保持在运动中，车轮能够在反馈制动时通过功率减小快速停止。这里也进行与另一个车轮有关的转速预定，直到又发现充分地附着地面。

在马达或BLDC控制装置之一故障的情况下，界面模块切换到应急运行上。在此，仅仅使用余下的、功能正常的马达，车辆然后利用该马达还能够继续运动。这样能够使车辆以减少的功率例如仍安全地运动到道路边缘上并且从运行的交通移开。

如在机械的等效物中通过电子差速器在弯道中阻止车轮在地面上的不必要的摩擦。由此同时改善路面附着，因为没有车轮必须强制性地打滑，如这在两个驱动轮刚性连接中是这种情况。即使在反馈制动时也产生类似的稳定的效果。产生的电能且因此制动作用是至少大致与马达的速度成比例的。因此反馈制动时，在转弯情况下位于外部的车轮比位于内部的车轮达到更高的制动作用。该特性特别是在弯道中制动时改善车辆的驾驶方向稳定性。

在滑的地面上，例如在冰面或油车道中，可能轻易地发生车轮的打滑或卡住。在这些情况下，有关的车轮强制性地保持在正确的速度上。可能仅由此再次建立附着。如果再次使用这点，则车轮已经具有所需要的速度。因此能够不发生车辆的折断，如在卡住车轮时可能发生的情况。

概括地说，双重马达控制装置设计作为一个单元，该双重马达控制装置一方面用于同步地操控多个马达，另一方面关于集成到车辆方面具有单控制装置的简单性。

相对于单控制装置，仅仅附加地需要所需的转向角传感器。对于多个马达的、无摩擦的协同工作所需要的整体同步由双重马达控制装置承担。在集成到车辆中时，在开始运行前必须一次地对包括轴距和轴宽的参数组进行编程。在实践中，双重马达控制装置构建在一个或多个微控制器的基础上。然而要指出的是，上述的功能性原则上也可以借助模拟电路来实现。在各个模块之间的通信中不仅可以依靠模拟信号而且可以依靠数字信号。

在这里所介绍的优选的、用于带有两个驱动后轮的双轴车辆的实施方式可以轻易地扩展到用所有车轮驱动的三轮车辆或四轮车辆。集成到双重马达控制装置中的BLDC控制装置的数量能无问题地扩展到三个、四个或多个。对于常规的四轮车辆，一个带有四个控制装置和四个马达的变型方案是理想的，以便提高车辆的功率。必须相应地计算并且执行用于各个控制装置的修正因数，这容易地是可能的。

在行驶运行中，双重马达控制装置的特征在于通常的安全性构思，该安全性构思使行驶状况在不利的情况下也稳定并且提供一系列舒适性能。

Claims (7)

1.用于运行具有至少一个被转向的轴和至少一个被驱动的轴的车辆的方法，其中，至少所述被驱动的轴具有至少两个轮毂电动马达，所述轮毂电动马达集成到相应的驱动轮中，此外，所述方法借助用于轮毂马达的电子控制装置在形成电子差速器的情况下以及基于与行驶预设值相应的传感器信号实现，其特征在于，借助于界面模块由加速踏板的位置的传感器信号或者用于速度预设的传感器信号的和转向角的传感器信号确定用于控制轮毂马达的预设值的修正因数并且将修正因数传递给此与相关的马达控制装置。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定预设值,确定马达相应的当前转速值并且将所述转速值传导给界面模块。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为每个车辆一次地确定轴距和轴宽并且将所述轴距和轴宽提供用于确定修正因数。

4.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在转弯行驶时自动限制最大行驶速度。

5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在其中一个马达控制装置和/或马达故障的情况下，界面模块使有关路径停止运行并且车辆的运行仅以功能正常的路径继续。

6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过界面模块，将马达控制装置在起动时保持在分块运行中并接着保持在正弦运行中。

7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在相应的被驱动的轮的已识别的卡住或打滑时不仅实施对于相应轮的功率匹配，而且实施对于相应轴的另一个被驱动的轮的功率匹配。

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