道路車輛用電力驅動軸裝置制造方法
【專利摘要】一種道路車輛用電力驅動軸裝置，包括電力驅動馬達(1)，允許由驅動馬達驅動的驅動輪具有不同速度的差分機構(3，4)，以及用于對兩個驅動輪之間的驅動扭矩分配進行控制的扭矩矢量系統(tǒng)(2，6，7)。扭矩矢量系統(tǒng)的扭矩矢量馬達(2)為非永磁馬達。
【專利說明】道路車輛用電力驅動軸裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種道路車輛用電力驅動軸裝置，包括電力驅動馬達，允許由驅動馬達驅動的驅動輪具有不同速度的差分機構，以及用于對兩個驅動輪之間的驅動扭矩分配進行控制的扭矩矢量系統(tǒng)，該扭矩矢量系統(tǒng)包括扭矩矢量馬達。
【背景技術】
[0002]當前的趨勢是開發(fā)混合動力汽車，在混合動力汽車中，通常前軸由內燃發(fā)動機驅動，后軸由電動馬達驅動。可以通過一個軸，或者兩個軸的組合來實現驅動。電動馬達由車里的電池供電，可以通過內燃發(fā)動機等對電池進行充電。
[0003]上面所定義的電力驅動軸的扭矩矢量系統(tǒng)在很多方面必須滿足嚴格的要求，最重要的是安全，因為它可以為汽車的驅動輪提供額外的驅動扭矩。任何故障都可能導致災難性的后果。
[0004]因此，一個重要的要求就是，扭矩矢量系統(tǒng)從來不會提供比所要求的扭矩更高的扭矩。
[0005]由于不同原因，現今在電力驅動軸裝置中普遍使用永磁同步馬達(PMSM)來作為扭矩矢量馬達。為了從PMSM馬達獲得正確的扭矩輸出，必須知道馬達中的轉子的位置。由于該位置的確定是非常重要的，自然通過提供雙份位置確定方法(解析器，觸點，線纜，電子器件)來引入冗余，這使得系統(tǒng)更加昂貴，并更難以裝進空間極度稀缺的裝置中。
[0006]PMSM馬達的另一個缺點是其在短路情況下提供扭矩，短路情況通常被定義為-舉例來說-當失去解析器信號時應該恢復至的最安全情況。
[0007]因此，由包括PMSM馬達和解析器的扭矩矢量系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)解決方案即使在系統(tǒng)中出現單個故障后也可能引起危險的驅動情況。
【發(fā)明內容】
[0008]根據本發(fā)明，更好的解決方案是使用非永磁馬達作為扭矩矢量馬達。
[0009]特別適合使用磁阻馬達，例如開關磁阻馬達(SRM)，因為這種馬達原則上在接收到缺陷轉子位置信號時只提供比所要求的扭矩低的扭矩。在一個或多個相導體出現故障，電子控制器件完全失效，或出現短路的情況下，SRM馬達將不會提供任何扭矩，這對安全很有利。
[0010]另一個具有類似優(yōu)勢的磁阻馬達是同步磁阻馬達(SyRM)。
[0011]此外，可以使用感應馬達，例如鼠籠式感應馬達(SCIM)或繞線式轉子感應馬達(WRIM)。
[0012]優(yōu)選地，馬達中的轉子的位置由一定算法基于對提供給馬達的電流的測量來估算。該估算值可以實時與旋轉位置傳感器，例如解析器測量的值進行比較。當這兩個值之間的差異巨大時，系統(tǒng)能夠被停用。因此實現了冗余。
[0013]根據本發(fā)明，可以獲得更多的安全:通過測量提供給馬達的驅動電子器件的DC電流，可以很容易地測量出源自馬達的最大扭矩。即，在向SRM馬達提供給定的DC電流時，它不能提供比所要求的扭矩更多的扭矩。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面將參考附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，該單個附圖是示例性驅動軸裝置的截面，體現了本發(fā)明的構思。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明涉及一種道路車輛用電力驅動軸裝置。這種驅動軸裝置通?？梢杂米骰旌蟿恿ζ嚨暮筝S，混合動力汽車的前軸可以由內燃發(fā)動機驅動。
[0016]所示的驅動軸裝置僅被認為是一個能夠實現本發(fā)明的環(huán)境的例子。本領域技術人員對本類型的驅動軸裝置具有一定了解，因此，對驅動軸裝置的描述比較簡要。如需更詳盡的描述，可以參考W02010/101506。
[0017]電力驅動軸裝置具有電力驅動馬達I以及電力扭矩矢量馬達2，如圖所示，后者可以與驅動馬達同軸。汽車的兩個半軸連接在裝置的兩側，電力驅動軸裝置安裝在汽車的兩個半軸中。在電力驅動馬達I的軸5的兩端上設置有行星齒輪3和4，它們形成驅動軸裝置的差分機構，由此輪子能夠以不同速度旋轉。軸5連接至行星齒輪3和4的太陽輪，行星齒輪3和4的行星架連接至汽車的半軸。
[0018]扭矩矢量馬達2的功能是為兩個半軸提供扭矩差，由此驅動汽車的驅動輪。當汽車以驅動輪同速旋轉的形式直線行駛時，扭矩矢量馬達2靜止。當汽車通過摩擦不均勻的表面時，可以使用扭矩矢量馬達2來提高驅動輪的牽引力。激活扭矩矢量馬達2會增加一個半軸的扭矩，并降低另一個半軸的扭矩。
[0019]扭矩矢量馬達2通過減速齒輪6而直接連接至圖中右側的行星齒輪4的外環(huán)，通過平衡軸7而直接連接至圖中左側的行星齒輪3的外環(huán)，因此它的扭矩傳遞給相反方向的行星齒輪外環(huán)。
[0020]扭矩矢量馬達2，減速齒輪6以及平衡軸7被包括在裝置的扭矩矢量系統(tǒng)中。
[0021]所描述環(huán)境中的扭矩矢量系統(tǒng)的最重要的一個方面是安全。一個特別重要的要求是，扭矩矢量馬達及其相應系統(tǒng)不能提供比其控制系統(tǒng)和條件所要求的扭矩更高的額外扭矩。這對系統(tǒng)的設計和冗余提出了較高要求，可能產生高成本。
[0022]最先進的技術是在電力扭矩矢量系統(tǒng)中使用永磁同步馬達(PMSM)作為扭矩源?？刂芇MSM的關鍵因素是要確切地知道轉子的位置，以能夠在正確的相位位置提供足夠的電流，由此從馬達獲得正確的扭矩。在高速時，PMSM馬達需要電流以提供零扭矩。通常使用解析器等來確定轉子的位置。
[0023]在扭矩矢量系統(tǒng)中，錯誤的位置信號會直接導致扭矩矢量馬達提供比所要求的扭矩更高的扭矩，這很難檢測到，因為電流的量級是相同的。
[0024]該問題的自然解決方案是通過提供雙份位置判定來引入冗余。但是，這會使成本極大地增加，因為需要復制整個信號鏈(解析器，觸點，線纜，用于讀取和處理信號的電子器件)。大量的額外部件也占據空間，在相關環(huán)境中，空間是非常稀缺的。
[0025]舉例來說，如果解析器信號由于某些原因消失了，通常認為最安全的情況是恢復為主動短路。但是，使用PMSM的另一個安全問題是其在短路時還提供扭矩。
[0026]此外，扭矩矢量應用對電動馬達提出了要求:其應該能夠以非常高的速度比運行。這可以定義為電動馬達的基本速度和機械最大速度之間的比值。該比值在這里最佳為I: 20，這會使永磁馬達產生問題，當最大比值為1:5時，不會在最大速度時產生麻煩的高電壓，并且不會以積極削弱有源磁場為代價產生危險的高電壓。因此，基本速度要比應用自身所需的速度增加3到4倍，導致電動馬達中的電流也要相應增加。結果導致復雜度和成本增加。
[0027]總之，具有傳統(tǒng)PMSM馬達和解析器的扭矩矢量系統(tǒng)所提供的解決方案在即使出現單個故障的情況下也可能使汽車處于危險境地。
[0028]通過在所述環(huán)境中使用非永磁馬達作為扭矩矢量馬達，可以減少在很大程度上依賴于轉子位置信號的問題。特別適合使用“開關磁阻”式馬達，因為它們在接收到缺陷位置信號時只能提供比所要求的扭矩低的扭矩。在一個或多個相導體出現故障，電子控制器件完全失效，或出現短路的情況下，SRM馬達將不會提供任何扭矩，從安全方面來說這非常理本巨
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[0029]提供給作為扭矩矢量馬達的非永磁馬達作的電流的變化指示其轉子的位置。為了進一步提高系統(tǒng)的安全，可以對這些電流進行測量，由此，可以通過被稱作“無傳感器”算法的手段來估算轉子的位置。該估算值接下來可以實時與旋轉位置傳感器，例如解析器測量的測量值進行比較。如果這兩個值之間的差異大于某個極限，系統(tǒng)能夠被停用。由此，通過用軟件算法對解析器等進行補充，可以獲得冗余。
[0030]通過使用非永磁馬達可以實現的另一個措施是測量提供給驅動電子器件的DC電流，以提高安全。由于在向非永磁馬達提供一定DC電流時其無法提供比所要求的扭矩更多的扭矩，該測量信號能夠被用于測量來自扭矩矢量馬達的扭矩。
[0031]相反，來自PMSM的扭矩還取決于相位位置，因此DC電流和馬達扭矩之間沒有直接關系。
[0032]最后，非永磁馬達，特別是SRM解決了高速度比問題。由于該馬達沒有任何磁場需要隨著基本速度而積極削弱的磁鐵，馬達能夠以大約1:20的速度比來使用，由此可以為應用而優(yōu)化。結果實現了更緊湊，成本更低，更安全的應用，因為系統(tǒng)不會產生任何危險的電壓。
[0033]在目前的發(fā)展階段，就對本應用很重要的成本，扭矩密度，逆變器復雜度，可控性，速度范圍，能量密度和其它方面而言，SRM似乎是最有優(yōu)勢的。但是，也可以使用其它非永磁馬達。
【權利要求】
1.一種道路車輛用電力驅動軸裝置，包括電力驅動馬達(I)，用于允許由所述驅動馬達驅動的驅動輪具有不同速度的差分機構(3，4)，以及用于對兩個驅動輪之間的驅動扭矩的分配進行控制的扭矩矢量系統(tǒng)(2，6，7)，該扭矩矢量系統(tǒng)包括扭矩矢量馬達(2)，其特征在于，所述扭矩矢量馬達(2)為非永磁馬達。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述馬達為磁阻馬達。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中，所述扭矩矢量馬達(2)為開關磁阻馬達。
4.根據權利要求2所述的裝置，其中，所述馬達為同步磁阻馬達(SyRM)。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述馬達為感應馬達，例如鼠籠式感應馬達(SCIM)或繞線式轉子感應馬達(WRIM)。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述馬達(2)的轉子的位置通過基于對提供給所述馬達的電流的測量的算法來估算。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述估算的值與旋轉位置傳感器，例如解析器測量的值進行比較。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中，通過測量提供給所述馬達的驅動電子器件的DC電流來測量源自所述馬達(2)的最大扭矩。
【文檔編號】H02P21/14GK104205615SQ201380013492
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月12日 優(yōu)先權日:2012年3月15日
【發(fā)明者】K·尼爾松, G·拉古諾夫, S·尼爾松 申請人:博格華納扭矩輸出系統(tǒng)公司