CN115552788A - 一种用于运行驱动系的方法和一种具有电动式的驱动器的车辆驱动系 - Google Patents

Abstract

一种用于运行具有电动式的驱动器（4）的驱动系的车辆驱动系和方法，其中，驱动器（4）的转速和驱动力矩用操控信号（40）来操控，所述转速和驱动力矩能够经由用于从动器（19）的带齿的传动级（12）变化，其中，周期性的转矩变化信号（5）叠加给所述操控信号（40），所述周期性的转矩变化信号与所述带齿的传动级（12）的齿刚度变化处于相位中，其中，所述转矩变化信号（5）的信号强度在齿刚度减小的情况下小于在齿刚度增大的情况下。

Description

一种用于运行驱动系的方法和一种具有电动式的驱动器的车 辆驱动系

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于运行驱动系的方法。此外，本发明涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的具有电动式的驱动器的车辆驱动系。

在电动车辆驱动系中，与具有内燃机的车辆相比，内燃机作为噪声源被省略，并且被明显更安静的电动机取代。因此，现在也干扰在内燃机式的驱动系中不明显的噪声，因为内燃机或其辅助机组已经淹没了噪声。这尤其适用于车辆的低行驶速度，因为在高速时轮胎滚动噪声和风噪声占主导地位并且覆盖可能的附加噪声。

背景技术

DE 10 2015 207 632 A1涉及一种用于降低与从动齿轮处于齿啮合的驱动齿轮的齿轮噪声的装置，其中，力能够从齿轮经由支座导入到壳体中，其中，所述装置具有传感器装置、调节装置和致动器，并且其中，借助于所述传感器装置能够检测动态的振动信号，并且所述振动信号能够被输送给所述调节装置，其中，借助于所述调节装置能够产生振动减小信号，所述振动减小信号能够被输送给所述致动器，其中，所述致动器布置在所述支座上或中，使得力能够从所述齿轮经由所述致动器传递到所述壳体中，其中，借助于所述致动器能够主动地引起由所述支座承载的部件的相对移动和/或力加载。所述装置也设立用于使用所述致动器作为传感器装置。

发明内容

本发明的目的是，提供一种方法并且提供一种装置，所述方法和装置能够实现，运行尤其是仅电动式运行的驱动系。

本发明所基于的问题通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求9的特征的车辆驱动系来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。

根据本发明，一种用于运行具有电动式的驱动器的驱动系的方法规定： 所述驱动器的转速和驱动力矩能够经由用于从动器的带齿的传动级变化，并且 利用操控信号操控所述驱动器。周期性的转矩变化信号叠加给操控信号，所述周期性的转矩变化信号交替地减小和放大驱动力矩并且在此与带齿的传动级的齿刚度变化处于相位中，其中，转矩变化信号的信号强度在齿刚度减小的情况下小于在齿刚度增大的情况下。

所述方法的优点是，在两个传动齿轮滚动时由于可变的齿刚度而不产生干扰噪声或几乎不产生干扰噪声。这种噪声将是有调性的并且随着转矩的增加而增加，所述转矩通过传动级传递。即，齿刚度在每个单独的齿对上周期性地变化，所述齿对恰好处于啮合中。因此，在简单的正齿轮级中，这种变化的频率是齿轮的转速乘以其齿数。

本发明的一个优点是，它既不引起额外成本也不引起额外重量，并且可以纯粹通过软件扩展来实现。该软件也可以在开发过程中很晚或者甚至以后例如作为用于现场车辆的软件更新实施。为此在控制器上的计算资源耗费是小的。作为信号，仅需要转子位置和齿轮的位置，其通过结构确定，并且需要转矩的估计值。电机的转矩可以由场定向的调节部来估计，并且转子位置同样针对所述场定向的调节部来测量或估计。因此原则上不需要附加的传感器。

根据本发明的方法也可以用在具有电机的其他驱动系中，所述电机具有传动机构，但不具有内燃机。这种驱动系例如可以是来自工业技术或白色家电的驱动系。白色家电尤其涉及冰箱、冷冻柜等，其制冷剂压缩机是电动式驱动的。然而，白色家电也涉及洗衣机和洗碗机，其泵或滚筒是电动式驱动的。此外，根据本发明的驱动系也可以应用在具有传动机构的电动工具中。钻机尤其属于这种具有传动机构的电动工具。然而，例如电锯和磨床也可以具有这种分别带有传动机构的驱动系。

根据一种改进方案规定，操控信号是转矩调节部的转矩调节信号或转矩调节部的输出电压信号。这种操控信号在典型的电动式的驱动器中是有利的。

根据一种改进方案规定，转矩调节部的输出电压信号或转矩调节信号属于场定向的转矩调节部或电流调节部。通过场定向的转矩调节部或电流调节部实现，利用用于电动式的驱动器的变频器改善其转速和定位精度。

根据一种改进方案规定，周期性的转矩变化信号根据转矩额定值或驱动器的转子位置叠加给操控信号。这种对转矩的依赖性是特别有利的，因为齿刚度变化的影响随传动机构的传递的转矩而变化。就此而言，转矩变化信号的幅度可以根据必要时变化的转矩来匹配。

根据一种改进方案规定，周期性的转矩变化信号具有正弦形状。可以特别简单地调节正弦信号。

根据一种改进方案规定，周期性的转矩变化信号具有矩形形状。这样的矩形形状能够以数字方式简单地表示。

为了实现改进的噪声降低，可以规定，周期性的转矩变化信号模拟齿刚度并且存储在表格中或者通过数学函数描述。

同样为了改善噪声降低可以规定，周期性的转矩变化信号的等值等于零。

为了场定向的转矩调节在整个转速范围上的特别良好的功能可以规定，为了通过合适的路段模型调节驱动系并且将其输出信号从真实路段的测量信号中减去，能够为了所述驱动器的场定向的转矩调节而抑制噪声衰减部对所述真实路段的影响。

根据本发明，一种具有电动式的驱动器的车辆驱动系包括：

驱动器，其驱动力矩和其转速是可变的，

带齿的传动级，所述带齿的传动级能够联接到所述驱动器上以转换所述转速和所述驱动力矩， 用于利用操控信号操控所述驱动器的控制器。在此规定，借助于控制器可将周期性的转矩变化信号叠加给操控信号，该周期性的转矩变化信号交替地减小和放大驱动力矩并且在此与带齿的传动级的齿刚度变化处于相位中，并且转矩变化信号的信号强度在齿刚度减小时小于在齿刚度增大时。

为了进一步降低干扰噪声，可以实施各种其他设计措施。因此，例如可以提高齿轮的齿的重叠。此外，传动机构壳体可以被加强。与壳体加强件相关联的附加成本可以通过根据本发明的设计方案来降低。

本发明能够实现，提出尽管直齿部但运行平稳的驱动系并且因此节省用于斜齿部的附加的成本。然而，即使在根据本发明的驱动系也可以使用斜齿部。与直齿部相比，利用斜齿部由于每个齿对以连续的过渡进入和离开啮合，因此实现了更好的平稳性和更低的噪声生成。因此，转矩比在直齿部的情况下更均匀地传递。

所述方法和所述装置都可以应用在车辆驱动系中，所述车辆驱动系仅电动式运行。也就是说，传动级不能与内燃机联接。

附图说明

下面参考附图解释本发明的可能的实施方式。

图1示出了车辆驱动系，该车辆驱动系具有驱动器和所属的带有噪声衰减部的控制器；

图2根据框图示出了将噪声衰减部集成到根据图1的车辆驱动系中，其中，模拟稳态的转矩变化信号；

图3借助框图示出了另一实施方式，其中，噪声衰减部的集成作为用于驱动器的逆变器的定子电压额定值上的叠加进行；

图4借助框图示出了另一实施方式，其中，噪声衰减部的集成作为周期性的转矩变化信号到转矩额定值上的叠加进行；和

图5借助框图示出了另一实施方式，其中，噪声衰减部的集成作为用于驱动器的脉冲逆变器的电压额定值上的叠加进行。

具体实施方式

图1示意性地示出了电动机动车的车辆驱动系2。电动机动车不具有内燃机式的驱动器并且就此而言仅具有电动式的驱动器4。驱动器4尤其实施为变流器引导的同步马达。根据机动车类型，电动式的驱动器4也可替代地实施为直流马达或变流器引导的异步马达。驱动器4的另一替代方案是切换的磁阻机械，其也被称为“切换的磁阻马达”，简称SRM。此外，横向流马达可以用作驱动器4。

驱动器4的驱动力矩和转速借助于控制器6是可变的，所述控制器就此而言设置用于操控驱动器4。

驱动器4的借助于滚动轴承7可转动地支承的输出轴8与带齿的传动级12的第一齿轮10抗相对转动地连接，该传动级布置在传动机构壳体13内。第一齿轮10与传动级12的第二齿轮14啮合。第二齿轮14通过差速器与两个驱动轴16联接，所述驱动轴支承在滚动轴承17中并且抗相对转动地与车轮18连接。

第一齿轮10的直径小于第二齿轮14并且就此而言形成小齿轮。驱动器4的转速和驱动力矩经由用于具有驱动轴16的从动器19的带齿的传动级12来转换。借助于传动级12，驱动器4的转速被转换成较低的传动机构-输出转速，并且驱动力矩被转换成较高的传动机构-输出力矩。就此而言，可以使用驱动器4，该驱动器虽然具有相对高的最大转速，但是具有过低的转矩。

第二齿轮14包含差速器，差速器将传动机构-输出力矩均匀地分配到两个车轮18上。

替选地，传动级12也可以实施为行星齿轮传动机构和/或实施为具有多个级、尤其是两级的可切换的传动机构，其具有彼此不同的传动比。车辆驱动系2也可以实施为轮毂马达，所述轮毂马达仅驱动唯一的车轮18。

齿轮10、12是直齿的或斜齿的。齿轮10、12的齿20、22无论如何彼此啮合。由具有可变的齿刚度的两个相互啮合的齿轮10、12构成的系统形成具有可变的弹簧常数的双质量振荡器。

第一齿轮10具有第一惯性并且第二齿轮12具有第二惯性。因此，两个齿轮10、12形成双质量振荡器，所述双质量振荡器以可变的与转动路径相关的频率、即齿啮合频率振动。

通过齿的可变的齿刚度，在旋转时在啮合的齿轮10、12上激励振动，所述振动通过齿轮10、12、轴8、16和滚动轴承7、17传递到传动机构壳体13上并且在那里由振动的表面作为噪声辐射。除了旋转振动之外，齿轮10、12也利用轴承7、17相对于传动机构壳体13平移地振动，由此引起噪声。在此，传动机构壳体13通过轴承7、17被激励成平移振动，从而声波在空气中以压力和密度波动的形式传播。所述可变的齿啮合力在两个齿轮10、12的交点中啮合并且切向地作用到相应的齿轮10或12上。所述力必须经由相应的轴承7或17支撑。

控制器6具有基于压印的调节，即通过电驱动器4叠加周期性的附加的转矩振动，以在电动车辆的运行时衰减具有齿啮合频率的不期望的噪声。为此，周期性的转矩变化信号与驱动器4的操控信号叠加。周期性的转矩变化信号交替地减小和放大驱动力矩。在此，周期性的转矩变化信号与切换到力流中的传动级12的齿刚度成相位。操控信号尤其可以是转矩调节信号或转矩调节部的输出电压信号。所述转矩调节部尤其可以是场定向的、即矢量调节。通过场定向的调节实现，利用设置在控制器6中的变频器改善转速和定位精度。

该转矩变化信号理想地不具有直流分量或直流分量为零。所述转矩变化信号增大或减少传递的总力矩，所述总力矩由于所述转矩调节信号和所述驱动控制信号而在所述驱动器4处调整。在此，当前处于齿啮合中的齿20、22的齿刚度确定总力矩是增大还是减小。因此，平均而言，由驾驶员要求的，由并行工作的转矩调节部调整的输出转矩不改变。周期性的转矩变化信号可以模拟转矩波动的精确曲线或者例如通过相同相位和频率的正弦信号来近似。

因为齿刚度变化的影响随着由驾驶员要求的传动机构-输出力矩而变化，所以幅度、即所述转矩调节信号的信号强度相应地必须与所要求的传动机构-输出力矩相匹配。

下面根据调节技术的参量详细阐述借助于控制器6的调节。

通过将周期性的稳态的转矩额定值-或电压额定值信号加到例如场定向的转矩-或电流调节部的输出信号上，以齿啮合频率衰减传动机构噪声。在转动路径上的刚度变化就像在恒定转矩下对双质量振荡器的振动激励一样起作用。也就是说，分别彼此处于啮合的齿被激励成相对于彼此振动。现在，驱动器4的转矩的调制反作用于该激励。为此，当齿刚度减小时，驱动控制信号的信号强度略微减小。相反，驱动控制信号的信号强度当齿刚度的增加时而略微增加。

在图2中借助框图示出了该方法的第一实施方式。转矩变化信号5稳态地模拟。没有反馈调节参量，因此在示例中它是一个控制部。输入参量是转矩23和驱动器的转子位置24。偏移位置26被加到该转子位置24上。齿轮的齿数30输入到控制部中。作为输入参量的转矩23可以在模型中通过转动幅度的传递函数32来表示。稳态的转矩变化信号的主要确定参量是正弦函数33。输出参量是用于衰减振动的转矩变化信号5。

图3借助第二实施方式示出了噪声衰减部34的集成，作为用于驱动器4的实施为逆变器的控制器的到定子电压额定值40上的连接。在此，代替正弦函数使用二维表，所述二维表输出关于转子位置和转矩的驱动器的匹配的转矩额定值36。为此可以考虑不同的周期性信号。优选地，使用矩形函数或以表格形式存储的正弦函数。正弦函数和矩形函数分别都很容易实现。然而替代地，也可以尽可能精确地模拟齿刚度并且将其存储在表格中。替代地，齿刚度可以用函数来近似。因此，噪声衰减部34在现有的场定向的转矩调节部38或电流调节部中的可能集成在图3中示出。

转矩额定值36作为输入参量输入到场定向的转矩调节部38中。定子电压额定值40作为输出参量由场定向的转矩调节部38输出，就此而言，定子电压额定值是驱动器4的操控信号。该定子电压额定值40与作为噪声衰减部34的输出值的转矩变化信号5一起在求和节点41上相加。该求和的结果作为输入值被输送给电驱动器4，为了建模，该输入值可以借助于传递函数来描述。电驱动器4具有驱动转矩44。齿啮合作为干扰参量46作用到该驱动转矩44上。传动级的相互啮合的齿轮的振动激励的频率可以在模型中通过传递函数48来描述。传递函数48的输出参量是机械系统的输出信号，该输出信号尤其可以是电动车辆的速度50或传动级的表面速度。此外，机械系统的输出信号是噪声衰减部34的输入参量。

来自图4示出了第三实施方式，所述第三实施方式是相对于第二实施方式的进一步发展。通过将周期性的转矩变化信号5求和到转矩额定值36上，噪声衰减部34集成到控制器中。使用转子位置和转矩的额定值作为输入值。与根据图3的第二实施例不同，由噪声衰减部34输出的转矩变化信号5与转矩额定值36一起被引导到求和节点52上，该求和节点的输出值形成场定向的转矩调节部38的输入值。由此防止场定向的转矩调节部38再次调优噪声衰减部34的信号，因为转速或转矩的振动对于场定向的转矩调节部38是干扰。如果噪声衰减部34对转速信号的作用利用模型来模拟并且从用于场定向的转矩调节部38的测量值中减去，那么场定向的转矩调节部38不将噪声衰减部34视为干扰参量并且将其调优。这种调优尤其在转速小的情况下进行，因为在此场定向的转矩调节部38的动态性足以进行调优。此外，与第二实施例相反，在场定向的转矩调节部38和驱动器4之间没有设置求和节点。

图5示出了第四实施方式，该第四实施方式同样是相对于第二实施方式的进一步发展。噪声衰减部34集成到驱动器4的控制器中。

噪声衰减部34将转矩变化信号5叠加给用于脉冲逆变器53的定子电压额定值40上。作为输入参量，再次使用场定向的转矩调节部38的转子位置和转矩值。

与第二和第三实施方式相反，场定向的转矩调节部38的输出信号直接输送给噪声衰减部34。此外，与第二实施方式相反，被施加到驱动器4上的电压55被截取并且被反馈到另一求和节点54上，在该求和节点处该电压55与驱动器4的电流强度额定值56求和，其中，该求和的结果作为输入值被引导到场定向的转矩调节部38上。脉冲逆变器53从求和节点41获得定子电压额定值40和噪声衰减部34的转矩变化信号5的求和作为输入值。脉冲逆变器53操控驱动器4。

上面示出的用于运行车辆驱动系的方法可以实施为车桥系统的一部分或者实施为具有脉冲逆变器或控制器的软件选项，并且就此而言构成车辆部件。

Claims (11)

1.一种用于运行具有电动式的驱动器（4）的驱动系的方法，其中，

所述驱动器（4）的转速和驱动力矩能够经由用于从动器（19）的带齿的传动级（12）变化，并且 利用操控信号（40）操控所述驱动器（4），

其特征在于， 周期性的转矩变化信号（5）叠加给所述操控信号（40），所述周期性的转矩变化信号交替地减小和放大所述驱动力矩并且在此与所述带齿的传动级（12）的齿刚度变化处于相位中，其中，所述转矩变化信号（5）的信号强度在齿刚度减小的情况下小于在齿刚度增大的情况下。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述操控信号（40）是转矩调节部（38）的转矩调节信号或转矩调节部（38）的输出电压信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转矩调节部的输出电压信号或所述转矩调节信号属于场定向的转矩调节部（38）或电流调节部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性的转矩变化信号（5）根据所述驱动器（4）的转矩额定值（36）或转子位置（24）叠加给所述操控信号（40）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性的转矩变化信号（5）具有正弦形状。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性的转矩变化信号（5）具有矩形形状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性的转矩变化信号（5）模拟所述齿刚度并且存储在表格中或者通过数学函数描述。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述周期性的转矩变化信号（5）的等值等于零。

9.一种具有电动式的驱动器的车辆驱动系，包括： 驱动器（4），其驱动力矩和其转速是可变的， 带齿的传动级（12），所述带齿的传动级能够联接到所述驱动器（4）上以转换所述转速和所述驱动力矩， 用于利用操控信号（40）操控所述驱动器（4）的控制器（6），其特征在于， 借助于所述控制器（6）能够将周期性的转矩变化信号（5）叠加给所述操控信号（40），所述周期性的转矩变化信号交替地减小和放大所述驱动力矩并且在此与所述带齿的传动级（12）的齿刚度变化处于相位中，并且所述转矩变化信号（5）的信号强度在所述齿刚度减小的情况下小于在所述齿刚度增大的情况下。

10.根据权利要求9所述的车辆驱动系，其特征在于，所述操控信号（40）是转矩调节部（38）的转矩调节信号或转矩调节部（38）的输出电压信号。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，为了通过合适的路段模型调节所述驱动系并且将其输出信号从所述真实路段的测量信号中减去，能够为了所述驱动器（4）的场定向的转矩调节（38）而抑制噪声衰减部（34）对所述真实路段的影响。

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