AT6304U1

AT6304U1 - Verfahren zum messen der torsion eines ein drehmoment übertragenden antriebszuges

Info

Publication number: AT6304U1
Application number: AT0034502U
Authority: AT
Inventors: Thomas Dipl Ing Karer; Michael Dipl Htl Ing Putz
Original assignee: Engineering Ct Steyr Gmbh
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-07-25
Also published as: DE10324016A1; DE10324016B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Messen der Torsion eines ein Drehmoment übertragenden Antriebszuges werden Impulsfolgen verarbeitet, die von zwei an voneinander entfernten Stellen des Antriebszuges stationär angeordneten Sensoren gewonnen werden. Um in einem breiten Drehzahlbereich genaue Messresultate zu erhalten, besteht es in folgenden Schritten:a) zu beiden Impulsfolgen wird das Zeitintervall zwischen den einzelnen Impulsen ermittelt,b) die beiden Zeitintervalle werden, jedes für sich, mit dem Quadrat einer der Drehzahl des Antriebszuges proportionalen Größe normiert, c) aus den normierten Zeitintervallen wird die Differenz gebildet, d) die Differenzen werden summiert, die Summe ist die kumulative Verdrehung (=Torsion) des Antriebszuges.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Torsion eines ein Drehmoment übertragenden Antriebszuges durch Verarbeitung von Impulsfolgen, die von zwei an voneinander entfernten Stellen des Antriebszuges stationär angeordneten und von Mustern an den drehenden Teilen des Antriebszuges angesprochenen Sensoren gewonnen werden.

Unter Torsion ist zunächst der Torsionswinkel zu verstehen, im weiteren Sinn aber auch die Verdrehung überhaupt und die damit zusammenhängenden Grössen Spannung, Drehmoment beziehungsweise die im Antriebszug herrschende Spannung. Der Antriebszug kann eine einzelne Welle oder auch eine aus mehreren Wellen und einem Getriebe, etwa einem Differentialgetriebe, bestehende Einheit sein. Die Impulsquelle und die Impulsfolgen können optisch, elektrisch, magnetisch oder sonstwie sein, es kommt nur auf die zeitliche Abfolge der Impulse an.

Aus der WO 01/65225 A2 ist ein gattungsgemässes Messverfahren und eine Anordnung zum Messen des von einer Welle übertragenen Drehmomentes bekannt. Dazu sind in einigem Abstand voneinander zwei ortsfeste

Sensoren angeordnet, die von bestimmten Mustern auf dem Umfang der
Welle angesprochen werden. Die von den Sensoren kommenden Impulse werden in einem Prozessor miteinander verglichen und daraus die Verdre- hung der Welle ermittelt, welche dem Drehmoment proportional ist. Der Vergleich der Impulse setzt für diese spezielle Lösung ein unregelmässiges aber bei beiden Sensoren identisches Strichmuster und eine unveränder- liche Phasenlage zwischen diesen Strichmustern voraus.

Bei den in der Praxis gängigen Verfahren sind die Muster gleichmässig über den Umfang verteilt und es werden einfach die Zeitintervalle zwi- schen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen verglichen. Das aber bringt mit sich, dass bei Verdoppelung der Drehzahl die Differenz zwi- schen den beiden Zeitintervallen nur mehr halb so gross ist, und dass der Vergleich nur mehr halb so oft erfolgt. Das bedeutet, dass die Messge- nauigkeit mit zunehmender Drehzahl stark abnimmt, sodass diese Verfahren für breitere Drehzahlbereiche nicht geeignet sind.

Es ist daher Ziel der Erfindung, das gattungsgemässe Verfahren unter Bei- behaltung minimalen apparativen Aufwandes so zu verbessern, dass in einem breiten Drehzahlbereich genaue Messresultate erhalten werden.

Erfindungsgemäss besteht das Verfahren in den folgenden repetitiven Schritten : Zu beiden Impulsfolgen wird das Zeitintervall zwischen den einzelnen Impulsen ermittelt; dann werden die beiden Zeitintervalle, jedes für sich, mit dem Quadrat einer der Drehzahl des Antriebszuges propor- tionalen Grösse normiert, das heisst entweder mit dem Quadrat einer der Drehzahl des Antriebszuges proportionalen Grösse multipliziert oder durch das Quadrat der jeweiligen Zeitintervalle dividiert, was letztlich auf das- selbe herauskommt; dann erst wird aus den normierten Zeitintervallen die

Differenz gebildet, sie ist proportional der Verdrehung des Antriebszuges zwischen den Stellen, an denen die Sensoren sind, in dem jeweiligen Zeitintervall;

und schliesslich werden die Differenzen aufsummiert, die Summe ist die kumulative Verdrehung (= Torsion) des Antriebszuges zwischen den Stellen, an denen die Sensoren sind.

Durch die Normierung ist die Messgenauigkeit bei ausreichend hoher Frequenz der Uhrimpulse zum Messen der Zeitintervalle zwischen den Messimpulsen von der Drehzahl unabhängig.

In einer bevorzugten Verfahrensführung erfolgt die Berechnung der Torsion durch Summierung (Ï) nach der Gleichung (Anspruch 2):
EMI3.1

Worin: t1 Zeitintervall an der ersten Stelle
V1 der Drehzahl des Antnebszugcs an der ersten Stelle proportionale Grösse t2 Zeitintervall an der zweiten Stelle
V2 der Drehzahl des Antnebszuges an der zweiten Stelle proportionale
Grosse.

Die Konstante ist ein konstanter Normierungsfaktor, der ein für allemal ermittelt wird, wobei berücksichtigt wird, welche Dimension (Winkelgra- de, Bogenmass oder Weg) das Resultat haben soll. Für den Übergang auf ein Moment braucht unter Zugrundelegung des Hooke'schen Gesetzes nur mehr mit der entsprechenden Hooke'schen Konstanten (dem Elastizitäts- modul) multipliziert zu werden, wozu diese nur in die gegenständliche Konstante einbezogen zu werden braucht (Anspruch 4).

In Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Berechnung der Torsion durch Summierung (Ï) nach der Gleichung (Anspruch 3):
EMI4.1

Diese Vereinfachung ist ohne Verlust an Genauigkeit möglich, weil sich die der Drehzahl des Antriebszuges proportionalen Grössen indirekt proportional zu den Zeitintervallen verhalten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert, wobei die Fig. 1 schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemässen Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges und die Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zeigt.

In Fig. 1 ist der Motorgetriebeblock summarisch mit 1 bezeichnet und eine angetriebene Achse mit 2. Letztere hat ein Achsdifferential 3 und eine linke und eine rechte Ausgangswelle 4,5. Das Achsdifferential 3 ist mittels einer formschlüssigen Kupplung 6, insbesondere einer Klauenoder Muffenkupplung, sperrbar. An der Kupplung 6 ist ein Aktuator 7 vorgesehen. Angetrieben wird das Achsdifferential 3 vom Motorgetriebeblock 1 über eine Gelenkwelle 8. Gegebenenfalls folgt auf den Motorgetriebeblock 1 ein hier nur strichliert angedeutetes Verteilergetriebe 11, von dem über eine weitere Kardanwelle 14 ein weiteres Achsdifferential einer weiteren angetriebenen Achse 12 angetrieben ist.

An den äusseren Enden der Ausgangswellen 4,5 ist jeweils ein Rad 18,19 - hier sind es die Hinterräder - vorgesehen. Jedem dieser Räder ist ein Drehzahlsensor 22,23 zugeordnet, der ein an den äusseren Enden der Ausgangswellen 4,5 angebrachtes Impulsrad 20,21 abtastet. Ähnliche Impulsräder und Sensoren können an der weiteren Achse 12 vorgesehen sein.

Einer Steuereinheit 30 werden auf Leitungen 32,33 die Ausgangssignale der Sensoren 22,23 zugeführt. Die Ausgangssignale der Steuereinheit 30 sind entweder über die Leitung 34 ein Betätigungssignal für den Aktuator
7 oder irgendein anderes Betätigungssignal, beispielsweise über die Lei- tung 35 ein Signal, das in der Motorsteuerung 36 eine Zurücknahme der
Motorleistung herbeiführt. Die Steuereinheit 30 kann zugleich Steuerein- heit für andere Funktionen, etwa ASR sein, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ermittelt sie aus den Impulsen von den Sensoren
22,23 eine Verspannung zwischen den beiden Rädern 18,19 bzw. ein zwischen den beiden Sensoren 22. 23 III dem aus den beiden Ausgangs- wellen 4. 5 und dem Achsdifferential 3 bestehenden Antriebszug herr- schenden Drehmoment.

Diese Ermittlung erfolgt nach dem erfindungs- gemässen Verfahren, siehe Fig. 2. Die von den Drehzahlsensoren 22,23 erzeugten Impulse werden dadurch ausgewertet, dass die jeweilige Zeit- differenz zwischen den Impulsen, genannt Zeitintervall 1 und Zeitintervall 2, ermittelt wird. Zur Ermittlung des Zeitintervalles wird ein Uhrimpulse erzeugender Uhrgenerator, wie er heute in jedem Prozessor vorhanden ist, herangezogen. Um nur gültige Werte zu erhalten, wirjeweils das letzte Zeitintervall gespeichert. Diese Zeitintervalle werden dann mit dem Qua- drat der den Drehzahlen des Antriebszuges proportionalen Grössen (V1, V2) multipliziert. Aus diesen beiden Produkten wird sodann die Differenz ermittelt, mit einer Konstanten multipliziert und die so erhaltenen Werte aufsummiert.

Durch geeignete Wahl der Konstanten kann die Torsion in der Dimension Winkelgrade, Weg oder Bogenmass, und weiter in der Dimension Drehmoment (Newtonmeter) oder maximale Spannung angegeben werden. Einer der so gewonnenen Werte wird dann in einer in Fig. 2 nicht mehr berücksichtigten Steuereinheit in einen Befehl zum Ausrücken der Kupplung umgesetzt.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zum Messen der Torsion eines ein Drehmoment übertragenden Antriebszuges durch Verarbeitung von Impulsfolgen, die von zwei an voneinander entfernten Stellen des Antriebszuges stationär angeordneten Sensoren gewonnen werden, welche Sensoren von Mustern an den drehenden Teilen des Antriebszuges angesprochen werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) zu beiden Impulsfolgen wird das Zeitintervall zwischen den einzelnen Impulsen ermittelt, b) die beiden Zeitintervalle werden, jedes für sich, mit dem Quadrat einer der Drehzahl des Antriebszuges proportionalen Grösse normiert, c) aus den normierten Zeitintervallen wird die Differenz gebildet, d) die Differenzen werden summiert, die Summe ist die kumulative Verdrehung (=Torsion) des Antriebszuges zwischen den Stellen, an denen die Sensoren sind. <Desc/Clms Page number 7>
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- rechnung der Torsion erfolgt durch Summierung (Ï) nach der Gleichung: EMI7.1 worin: t Zciuntcrvall an der ersten Stelle V1 der Drehzahl des Antriebszuges an der ersten Stelle proportionale Grösse t2 Zeitintervall an der zweiten Stelle V2 der Drehzahl des Antriebszuges an der zweiten Stelle proportionale Grösse Konst. em konstanter Normierungsfaktor.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Torsion durch Summierung (Ï) erfolgt nach der Gleichung: EMI7.2
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der so berechneten Torsion durch Multiplikation mit einem konstanten Faktor die Spannung beziehungsweise das Drehmoment berechnet wird.