BRPI0805170B1

BRPI0805170B1 - dispositivo de medição de torque associado com um veículo de contato com solo motorizado, veículo de contato com solo, e, método de medição de torque

Info

Publication number: BRPI0805170B1
Application number: BRPI0805170A
Authority: BR
Inventors: J White Robert; J Kilworth Timothy
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2018-12-11
Also published as: EP2072984A3; CN102589771A; CN101464197B; US8001848B2; EP2072984B1; JP5607877B2; CN102589771B; JP2009162749A; BRPI0805170A2; CN101464197A; EP2072984A2; US20090151476A1

Abstract

dispositivo de medição de torque associado com um veículo de contato com solo motorizado, veículo de contato com solo, e, método de medição de torque. é revelado um dispositivo de medição de torque associado com um dispositivo de encaixe no terreno motorizado que tem um dispositivo de suprimento de potência e uma carga. o dispositivo de medição de torque inclui um eixo rotativo, uma primeira característica detectável, uma segunda característica detectável, uma pluralidade de sensores e um controlador elétrico. o eixo rotativo tem um eixo geométrico longitudinal, uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. a primeira extremidade é conectada no dispositivo de suprimento de potência e a segunda extremidade é conectada na carga. as primeira e segunda características detectáveis são respectivamente associadas com uma primeira posição longitudinal e uma segunda posição longitudinal no eixo. a pluralidade de sensores inclui um primeiro sensor e um segundo sensor. o primeiro sensor fica próximo da primeira característica detectável e o segundo sensor fica próximo da segunda característica detectável. o primeiro sensor produz um primeiro sinal e o segundo sensor produz um segundo sinal à medida que o eixo rotativo gira em tomo do eixo geométrico longitudinal. o controlador elétrico amostra o primeiro sinal e o segundo sinal a uma taxa de amostragem. o primeiro sinal tem uma primeira frequência e a taxa de amostragem é menor que o dobro da primeira freqúência. o controlador elétrico computa uma medição de torque representativa do torque no eixo rotativo utilizando o primeiro sinal e o segundo sinal.

Description

(54) Título: DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO DE TORQUE ASSOCIADO COM UM VEÍCULO DE CONTATO COM SOLO MOTORIZADO, VEÍCULO DE CONTATO COM SOLO, E, MÉTODO DE MEDIÇÃO DE TORQUE (73) Titular: DEERE & COMPANY, Companhia Norte-Americana. Endereço: One John Deere Place, Moline, lllinois 61265, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: ROBERT J. WHITE; TIMOTHY J. KILWORTH.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 11/12/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 11/12/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados “DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO DE TORQUE ASSOCIADO COM UM VEÍCULO DE CONTATO COM SOLO MOTORIZADO, VEÍCULO DE CONTATO COM SOLO, E, MÉTODO DE MEDIÇÃO DE TORQUE” CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a um dispositivo de medição de torque e, mais particularmente, a um dispositivo de medição de torque utilizado com um controlador que tem uma baixa taxa de amostragem. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Em dispositivos de suprimento de potência, tais como 10 máquinas agrícolas, a potência do motor é direcionada para diversos aspectos da máquina agrícola e o direcionamento da potência é geralmente feito por meio de eixos rotativos. O torque suprido pelo motor é geralmente direcionado através de um sistema de transmissão que pode ser utilizado para multiplicar o torque aplicado a uma carga. A capacidade de o motor suprir 15 potência à carga pode exceder a capacidade do eixo ou a de um item subseqüentemente acionado, se a carga ficar muito grande. É de conhecimento medir o torque por meio de uma placa de acionamento que tem molas de retenção através das quais o torque é transmitido da placa de acionamento para uma placa acionada. A posição diferencial entre a placa de 20 acionamento e a placa acionada, à medida que o torque é transmitido através de molas que conectam as duas, é utilizada computar o torque que está sendo

X aplicado por meio do arranjo de placa de acionamento/placa acionada. À medida que o torque é transmitido através da placa, as molas são comprimidas e dedos que se estendem a partir da placa acionada movem-se em relação a 25 uma referência na placa acionada. Esta diferença então é detectada por um sensor e a informação é transferida para um sistema de exibição para informação ao operador da máquina agrícola. Um exemplo deste tipo de dispositivo de medição está contido na patente U.S. 5.596.153, que inclui um dispositivo para a medição da rpm do motor e o torque transmitido através da

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 5/30 placa de acionamento para a placa acionada.

O que é necessário na técnica é um sistema de medição de torque barato que possa ser incorporado de forma fácil e barata usando as capacidades computacionais disponíveis em uma máquina agrícola.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a um sistema e método de medição de torque que utilizam um controlador com uma baixa taxa de amostragem para medir o torque em pelo menos um componente de acionamento em um veículo agrícola.

A invenção em uma forma consiste em um dispositivo de medição de torque associado com um dispositivo de encaixe no terreno motorizado que tem um dispositivo de suprimento de potência e uma carga. O dispositivo de medição de torque inclui um eixo rotativo, uma primeira característica detectável, uma segunda característica detectável, uma 15 pluralidade de sensores e um controlador elétrico. O eixo rotativo tem um eixo geométrico longitudinal, uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A primeira extremidade é conectada no dispositivo de suprimento de potência e a segunda extremidade é conectada na carga. As primeira e segunda características detectáveis são respectivamente associadas 20 com uma primeira posição longitudinal e uma segunda posição longitudinal no eixo mecânico. A pluralidade de sensores inclui um primeiro sensor e um segundo sensor. O primeiro sensor fica próximo da primeira característica detectável e o segundo sensor fica próximo da segunda característica detectável. O primeiro sensor produz um primeiro sinal e o segundo sensor 25 produz um segundo sinal à medida que o eixo rotativo gira em torno do eixo geométrico longitudinal. O controlador elétrico amostra o primeiro sinal e o segundo sinal a uma taxa de amostragem. O primeiro sinal tem uma primeira freqüência e a taxa de amostragem é menor do que o dobro da primeira freqüência. O controlador elétrico computa uma medição de torque

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 6/30 representativa do torque no eixo rotativo utilizando o primeiro sinal e o segundo sinal.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista lateral de um trator utilizando o 5 aparelho e método da presente invenção;

A figura 2 é uma representação esquemática de uma modalidade do aparelho de medição de torque da presente invenção utilizado no trator da figura 1;

A figura 3 é uma representação esquemática de uma outra 10 modalidade do dispositivo de medição de torque da presente invenção utilizado no trator da figura 1; e

A figura 4 é uma representação esquemática de uma modalidade do método utilizado nos dispositivos das figuras 2 ou 3 no trator da figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Referindo-se agora aos desenhos e, mais particularmente, às figuras 1-3, está ilustrado um veículo de contato com solo 10, também conhecido como trator 10. O trator 10 inclui um sistema motor/transmissão 12 que fornece potência às rodas 14, que podem ser consideradas uma carga 16. 20 O sistema motor/transmissão 12 pode ser considerado um dispositivo de suprimento de potência 12 com sua potência sendo distribuída às cargas mecânicas em todo o trator 10 e mesmo por meio de eixos de potência articulados a outro equipamento agrícola, não mostrado. Com propósito de ilustração e para facilidade de entendimento, rodas 14 podem ser consideradas 25 uma carga 16, embora deva-se entender adicionalmente que carga 16 pode ser qualquer carga mecânica que está sendo acionada pelo sistema de transmissão do motor 12.

Representações esquemáticas nas figuras 2 e 3, respectivamente, ilustram duas modalidades de sistema de medição de torque

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 7/30 ou 42 com uma fonte de potência 12 transferindo uma potência mecânica para uma carga 16 por meio de um eixo 18. Torque é suprido pela fonte de potência 12 e é transmitido pelo eixo 18. Rodas dentadas 20, 22, 24 e 26 são posicionadas da maneira mostrada nas duas modalidades, com a modalidade da figura 2 utilizando somente rodas dentadas 20 e 22. Rodas dentadas 20, 22, 24 e 26 devem ser consideradas uma característica detectável e não têm necessariamente que ser rodas dentadas, que são aqui descritas para facilitar a explicação da presente invenção. Características detectáveis 20, 22, 24 e 26 podem também ser, por exemplo, fontes óticas ou magnéticas associadas com 10 posições longitudinais separadas ao longo do eixo 18.

Sensores 28 e 30 são respectivamente localizados associados com rodas dentadas 20 e 22 na figura 2. Na figura 3, os sensores 32 e 34 são adicionalmente associados respectivamente com rodas dentadas 24 e 26. Os sensores 28, 30, 32 e 34 são acoplados comunicativamente no controlador 36 15 para receber sinais gerados pela interação de rodas dentadas 20, 22, 24 e 26 com sensores correspondentes 28, 30, 32 e 34.

X

À medida que torque é suprido por meio da fonte de potência à carga 16 por meio do eixo 18, o eixo 18 gira em torno de um eixo geométrico longitudinal 38, fazendo com que as rodas dentadas 20 e 22 girem

X com ele. À medida que a carga aumenta pela carga 16, potência adicional é suprida por meio da fonte de potência 12, o eixo 18 flexiona em torno do eixo geométrico longitudinal 38, causando uma variação nos sinais dos sensores 28 e 30, que resulta em flexão detectável do eixo 18 que é então medida, e a rigidez do eixo 18 é utilizada na computação do torque que é distribuído 25 através do eixo 18. A computação é realizada pelo controlador 36, que, para facilitar o entendimento, é um controlador/computador que é associado com o trator 10 e tem uma taxa de amostragem relativamente baixa inerente a tais controladores. O controlador 36 é utilizado para controlar vários sistemas e monitores do trator 10 e normalmente não é dedicado apenas à medição de

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 8/30 torque ilustrada nas figuras 2 e 3. Embora tipicamente o controlador 36 esteja sendo utilizado para outras funções no trator 10, deve-se entender que um controlador separado 36 é também contemplado pelos inventores.

Uma medição da quantidade de torque em um componente do trem de acionamento tal como o eixo 18 permite o ajuste do sistema de distribuição de combustível do motor e ajustes na transmissão do trator 10, e assim ele pode ser o mais produtivo possível, protegendo ainda o trem de acionamento aqui ilustrado como o eixo representativo 18, e o equipamento que é por meio disto acionado, que está aqui representado como a carga 16.

Podendo medir de forma barata o torque em vários componentes do trem de acionamento é possível que o motor funcione a um maior nível de potência enquanto o torque está sendo suprido aos vários componentes, tais como a tomada de potência (PTO) e os eixos do trator 10 quando o torque está sendo monitorado em cada um dos componentes acionados.

A mudança na transmissão é também melhorada, conhecendose quanto potência está sendo distribuída ao terreno ou outro componente acionado para otimizar dessa forma o sincronismo de uma mudança, bem como a seleção de uma marcha ideal. O controlador 36 pode incluir esta informação de forma que, se o PTO e/ou componentes hidráulicos estiverem 20 sendo usados, o algoritmo de mudança pode ser modificado com base nos níveis de potência que estão sendo consumidos pelos diferentes componentes acionados. Adicionalmente, com o conhecimento e mesmo registro do torque do motor distribuído aos componentes acionados particulares pode-se assistir em determinações seguras, por exemplo, se um usuário instala uma caixa de 25 potência não autorizada que é utilizada para intensificar a potência do motor, isto pode resultar em danos nos componentes acionados, que pode então ser avaliado como uma falha do usuário. Antigamente, parafusos de cisalhamento ou outros dispositivos eram utilizados para fraturar quando a carga ficasse muito alta para impedir danos a outras partes dos componentes acionados.

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Esta proteção, embora efetiva, resulta em tempo de parada indesejável, já que os parafusos de cisalhamento ou elementos fraturados tinham que ser substituídos para retomar a operação. A presente invenção permite o uso de informação do torque suprida a vários componentes de forma que danos nos 5 componentes acionados é impedido pelo monitoramento e restrição do torque transmitido através dos vários eixos 18.

Embora o torque do eixo possa ser medido por uma variedade de técnicas, tais como medidores de tensão resistivos e ondas acústicas estruturais, essas técnicas exigem tanto anéis de deslizamento quanto 10 telemetria para obter um sinal do eixo e não são sistemas que têm uma robustez inerente e não são apropriados para veículos fora de estrada. Técnicas de magnetoestrição e corrente parasita são robustas e menos caras, mas são muitos caras para aplicações de fabricação de equipamento original.

Agora, referindo-se adicionalmente à figura 4, está mostrado 15 um método 100 que utiliza os elementos do sistema de medição de torque 40 ou 42. Para facilitar o entendimento, sistema de medição de torque 40 será discutido com todos os atributos e elementos associados com ele sendo igualmente aplicáveis ao sistema de medição de torque 42. Rodas dentadas 20 e 22 têm uma pluralidade de dentes nelas que alteram o campo magnético à 20 medida que elas se movem, que é detectado pelos sensores 28 e 30. Os sensores 28, 30, 32 e 34 têm dispositivos magneticamente responsivos a fluxo que podem conter uma fonte magnética. Sensores 28 e 30 medem a alteração do campo magnético causado pela passagem do material ferroso dos dentes

X nas rodas dentadas 20 e 22. À medida que os dentes nas rodas dentadas 20 e

22 passam pelos sensores 28 e 30, respectivamente, dois sinais são gerados e são transmitidos ao controlador 36. O controlador 36 tem uma taxa de amostragem que é menor que o dobro da freqüência de passagem do dente detectada pelos sensores 28 e 30, como tal o sinal é distorcido. Em uma aplicação típica, a taxa de amostragem do controlador 36 é muito menor que a

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 10/30 freqüência de passagem do dente. O controlador 36 recebe sinais de sensores 28 e 30 que podem ser considerados dois sinais que estão substancialmente relacionados na freqüência, mas com uma variação de fase que é associada com o torque que está sendo aplicado no eixo 18. O controlador 36 calcula a 5 freqüência de pelo menos uma das duas rodas dentadas como na etapa 102 do método 100. O controlador 36 determina a taxa de amostragem usada para obter a melhor relação sinal para ruído na etapa 104. Conforme previamente indicado, os dois sinais são sinais que são respectivamente trens de pulso representativos da passagem dos dentes nas rodas dentadas 20 e 22, 10 resultando assim na aquisição de dois sinais do trem de pulso na etapa 106.

Na etapa 108, os coeficientes de Fourier são computados para cada um dos dois trens de pulso e os coeficientes são utilizados na etapa 110 para computar a fase relativa dos dois sinais. A fase relativa dos dois sinais é comparada então com uma diferença de fase sem carga e a diferença nas fases relativas é 15 multiplicada pela rigidez do eixo 18 para chegar ao torque ilustrado na etapa 112. A diferença de fase sem carga é determinada como parte de um procedimento de instalação ou calibração, e é determinada durante a rotação do eixo 18 sem uma carga aplicada nele ou, alternativamente, com uma carga predeterminada.

Pela computação do termo da série de Fourier que alinha com a freqüência determinada na etapa 102 para cada trem de pulso e multiplicação de um coeficiente pelo conjugado complexo do outro, a fase relativa das duas posições medidas ao longo do eixo geométrico longitudinal 38 do eixo 18 é determinada. A vantagem deste método é que ele emprega o 25 controlador do trator de corrente que tem uma taxa de amostragem de dados limitada e somente dois sensores magnéticos 28 e 30, resultando assim em um sistema de medição de torque robusto e de baixo custo 40.

Será feita agora uma descrição de como o método de distorção de medição de torque funciona. Primeiro, o método de computação de torque

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 11/30 conhecendo as mudanças de fase dos dois trens de pulso é realizado, em seguida dois métodos de computação de mudança de fase são aqui incluídos. O primeiro método utiliza o produto interno e pode ser mais fácil de entender. O segundo é um método de transformada de Fourier discreta tradicional e pode ser mais direto com o que é geralmente visto na realização de uma análise de freqüência. E então uma discussão do que pode ocorrer quando a velocidade do eixo 18 está na velocidade sem fase, onde o algoritmo não pode determinar a diferença de fase, e algumas das soluções inventivas dessa situação, que é inerente durante o uso de um controlador de baixa taxa de amostragem.

A deflexão do eixo torsionalmente carregado 18 é Θ = TL/JG onde:

Θ = deflexão angular (radiano)

T = torque

L = comprimento do eixo

J = momento polar de inércia

G = módulo de rigidez do eixo 18

A rigidez do eixo K é T/Θ =JG/L, e é uma constante para qualquer dado eixo. Embora alguma alteração baseada na temperatura possa ser contemplada, deve-se também entender que um sensor de temperatura pode ser utilizado para modificar o cálculo da rigidez do eixo apresentado.

O eixo 18 é equipado com rodas dentadas 20 e 22 separadas por um comprimento L. Quando o eixo 18 está girando a uma velocidade suficiente, duas formas de onda senoidais são geradas, uma por cada interação entre a roda dentada 20 e o sensor 28, bem como a roda dentada 22 e o sensor 30, resultando em dois sinais representados por x1(t) e x2(t). A equação geral é xi(t) = xi sen (2π ft-Φί) onde xi = amplitude da senóide

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 12/30 f = freqüência de passagem do dente (Hz)

Φί = fase (radiano), e f = Z Ω onde:

Z = número de dentes nas rodas

Ω = velocidade do eixo (Hz)

As rodas dentadas 20 e 22 são projetadas de forma que os medidores magnéticos 28 e 30 gerem um sinal no geral senoidal. Além disso, as rodas dentadas 20 e 22 têm um número comum de dentes e, quando não é aplicada carga no eixo 18, as fases relativas dos trens de pulso Φ0 = (Φ2 - Φ1)

X é constante. A medida que o eixo 18 acelera por causa do torque, então Φ0 = (Φ2 - Φ1) muda proporcionalmente. Se o eixo 18 tivesse que curvar um passo circular completo de um dente das rodas dentadas, então Θ = 2π/Ζ, ou seja, ocorre um deslocamento de fase de 2π da forma de onda da medição magnética, de maneira tal que Φ - Φ0 = 2π. O relacionamento Θ = (Φ - Φ0)/Ζ e (Φ - Φ0) = ΖΘ = TLZ/JG, solucionando para o torque, obtém-se T = (JCj/I ,Ζ)(Φ - Φ0) ou mais em geral, para qualquer elemento elástico de rigidez K, T = (Κ/Ζ)(Φ - Φθ).

O controlador 36 lê sinais de amostragem indutivos magnéticos 28 e 30 e calcula a freqüência de passe dentado das rodas dentadas 20 e 22 na etapa 102. O controlador 36 não pode adquirir os sinais analógicos rápido o bastante para avaliar as fases relativas no domínio de tempo. Por exemplo, suponha que a freqüência de passagem do dente seja 1.500 Hz para as rodas 20 e 22, o controlador 36 necessitaria amostrar a mais de 15.000 Hz para determinar razoavelmente a fase no domínio de tempo. Trabalhando no domínio de freqüência, a taxa de amostragem exigida é o dobro da largura de banda. Uma vez que a freqüência do sinal analógico é centralizada na freqüência de passagem do dente e varia muito pouco a partir daí, pode-se amostrar com sucesso em até 200 Hz. Este sinal é altamente

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 13/30 distorcido (uma amostra para o passe a cada 7,5 dentes), mas o sinal pode ser completamente reconstruído em virtude de se conhecer a freqüência do sinal.

A seguir, são apresentados dois métodos para determinar a fase. O primeiro é referido como o método do produto interno, o segundo computa uma única linha da transformada de Fourier discreta (DFT). Cada método considera que a freqüência de passagem do dente ΖΩ é conhecida e que N amostras de cada trem de pulso xi(n) foram adquiridas a uma taxa de amostragem de f_s.

O método do produto interno computa o produto interno dos vetores xi(n) e senóides de freqüência ΖΩ. Funções trigonométricas, tal como arco-tangente (aqui ATAN2), são usadas para obter a fase.

N-1

Xi- Σ Xi(n) ^n=t) (conhecida como coeficientes de Fourier)

Xi é um número complexo e a fase de cada trem de pulso é:

Φι = ATAN2[lm(Xi), Re(Xi)]

A fase relativa entre os dois sinais é:

Φ = ΑΤΑΝΣΙΗΧ^), RefXaXi)].

O uso de um Método de Transformada de Fourier Discreta é agora descrito. Este método computa a única linha da DFT que melhor representa o trem de pulso. Para simplificar as equações, três novas variáveis são apresentadas. A primeira é uma razão de freqüência, γ = ΖΩ/f. A segunda, k, é um número inteiro que tem a ver com quantas vezes a freqüência de passagem de dente é maior que a freqüência de amostragem, e é usada para identificar se a freqüência de interesse é uma freqüência positiva ou negativa na faixa de 0 a (l/2)fs. A terceira, m, é um número inteiro entre 0 e N/2, identifica qual linha da DFT estamos interessados na computação. As poucas linhas seguintes são pseudo-códigos para computar a fase relativa entre os sinais.

se FLOOR(y) = CEIL (γ - 1/2)

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 14/30 comentário: kfs < ΖΩ < (k + l/2)f_s k = FLOOR(y) m = (γ - k)N senão comentário: (k - 1/2) f_s < ΖΩ < kf_s k = CEIL(y) m = (k - γ)Ν fim se

H-l

X|= Lxi(n)e-^j2*⁽^^Nín=D

Tratando das Velocidades Sem Fase previamente discutidas, existe, inerente à técnica de baixa taxa de amostragem para computar o torque usando sinais distorcidos, um número finito de velocidades previsíveis, em que a fase não é conhecida. Examinando a primeira equação de somatório, vemos que, quando 2ΖΩ/Ε é um número inteiro, então _e ^l2,lZn(n/fs) é real para todo n e informação sem fase é obtida. Esta condição é exatamente a mesma quando m=0 ou N/2 na segunda equação de somatório. Uma vez que o número de dentes nas rodas dentadas e as taxas de amostragem podem ser fixas, o espaçamento das quedas de fase é ΔΩ = f_s/2Z(Hz) = 30 f_s/Z [rpm].

Para lidar com esse problema, nas faixas de velocidade especificadas, pode-se escolher uma outra taxa de amostragem ou escolher observar o trem de pulso de um segundo par de rodas dentadas 24 e 26 com diferentes números de dentes das rodas dentadas 20 e 22. A seleção do número de dentes nos dois conjuntos de rodas dentadas é feita criteriosamente de forma que as zonas problemáticas não se sobreponham. A figura 3 mostra um esquema de um eixo com dois pares de rodas dentadas 20 e 22, e 24 e 26, junto com sensores 28, 30, 32 e 34 para solucionar a fase latente.

Uma outra maneira de solucionar este problema é usar pelo menos duas taxas de amostragem separadas, com as duas taxas sendo criteriosamente escolhidas de forma que as zonas problemáticas não se

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 15/30 sobreponham. Isto está exemplificado na etapa 104, onde uma taxa de amostragem é selecionada para uma melhor relação sinal para ruído. Por exemplo, se a taxa de amostragem estiver em 200 Hz e a rotação do eixo 18 estiver a uma velocidade rotacional de maneira tal que seja observada uma 5 velocidade sem fase, então o controlador muda para uma outra freqüência de amostragem, tal como 175 Hz, para permitir assim que o sistema então faça uma medição de torque.

Uma consideração adicional do processamento de sinal contemplado pelo inventor é o uso de uma função de janela aplicada nos 10 dados adquiridos de tempo pelo controlador 36, a janela sendo de valor zero fora de um intervalo de tempo predeterminado. Por exemplo, uma função que é constante dentro do intervalo predeterminado e zero em qualquer outro ponto é referida como uma janela retangular, que descreve a forma da sua representação gráfica. Quando os dados adquiridos no tempo forem 15 multiplicados pela função da janela, o produto é então zero fora do intervalo predeterminado. Além do uso de uma técnica de janela retangular, o uso de uma janela modelada, tal como uma função de Hamming ou uma função de Hann, pode ser usada como a janela. Essas funções são usadas para ajudar resolver os sinais e melhorar a precisão das medições.

Tendo sido descrita a modalidade preferida, ficar aparente que várias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção definida nas reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de medição de torque (40, 42) associado com um veículo de contato com solo motorizado (10) tendo um dispositivo de suprimento de potência (12) e uma carga (16), o dispositivo de medição de 5 torque (40, 42) compreendendo:

um eixo rotativo (18) tendo um eixo geométrico longitudinal (38), uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, a primeira extremidade conectada no dispositivo de suprimento de potência (12), a segunda extremidade conectada na carga (16);

10 uma primeira característica detectável (20, 24) associada com uma primeira posição longitudinal do eixo (18);

uma segunda característica detectável (22, 26) associada com uma segunda posição longitudinal do eixo (18);

uma pluralidade de sensores (28, 30, 32, 34) incluindo um

15 primeiro sensor (28, 32) e um segundo sensor (30, 34), o primeiro sensor (28,

32) próximo à primeira característica detectável (20, 24), o segundo sensor (30, 34) próximo à segunda característica detectável (22, 26), o primeiro sensor (28, 32) produzindo um primeiro sinal e o segundo sensor (30, 34) produzindo um segundo sinal à medida que o eixo rotativo (18) gira em torno 20 do eixo geométrico longitudinal (38); e um controlador elétrico (36) amostrando o primeiro sinal e o segundo sinal a uma taxa de amostragem, o controlador elétrico computando uma medição de torque representativa do torque no eixo rotativo (18) a partir do primeiro sinal adquirido e do segundo sinal adquirido,

25 o dispositivo de medição de torque (40, 42) caracterizado pelo fato do controlador elétrico (36) adquirir o primeiro e o segundo sinais de modo que o primeiro e o segundo sinais sejam distorcidos, o controlador elétrico (36) computar um primeiro coeficiente de Fourier para o primeiro sinal e um segundo coeficiente de Fourier para o segundo sinal para uma

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 17/30 frequência associada com a rotação do eixo (18) usando um de: um método de produto interno e um método de transformada de Fourier discreta; e o controlador elétrico (36) computando, para a medição de torque, uma fase relativa entre o primeiro e segundo sinais usando o primeiro e segundo coeficientes de Fourier; e em que a taxa de amostragem é menor que o dobro da frequência.
2. Dispositivo de medição de torque (40, 42), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira característica detectável (20, 24) e a segunda característica detectável (22, 26) são discos dentados similares conectados no eixo rotativo (18).
3. Dispositivo de medição de torque (40, 42), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor (28, 32) e o segundo sensor (30, 34) são dispositivos sensíveis a fluxo magnético.
4. Dispositivo de medição de torque (40, 42), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador elétrico (36) compara a fase relativa com uma fase sem carga, resultando em um valor de comparação.
5. Dispositivo de medição de torque (40, 42), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o eixo (18) tem uma rigidez expressa como um valor de rigidez, o controlador elétrico (36) multiplica o valor de comparação pelo valor de rigidez para chegar na dita medição do torque.
6. Veículo de contato com solo (10) associado com um dispositivo de medição de torque (40, 42) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende:

um dispositivo de suprimento de potência (12);

uma carga (16); e o dispositivo de medição de torque (40, 42) sendo conectado entre o dispositivo de suprimento de potência (12) e a carga (16), o

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 18/30 dispositivo de medição de torque (40, 42) incluindo:

um eixo rotativo (18) tendo um eixo geométrico longitudinal (38), uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, a primeira extremidade conectada no dispositivo de suprimento de potência (12), a segunda extremidade conectada na carga (16);

uma primeira característica detectável (20, 24) associada com uma primeira posição longitudinal do eixo (18);

uma segunda característica detectável (22, 26) associada com uma segunda posição longitudinal do eixo (18);

uma pluralidade de sensores (28, 30, 32, 34) incluindo um primeiro sensor (28, 32) e um segundo sensor (30, 34), o primeiro sensor (28, 32) próximo à primeira característica detectável (20, 24), o segundo sensor (30, 34) próximo à segunda característica detectável (22, 26), o primeiro sensor (28, 32) produzindo um primeiro sinal e o segundo sensor (30, 34) produzindo um segundo sinal à medida que o eixo rotativo (18) gira em torno do eixo geométrico longitudinal (38); e um controlador elétrico (36) amostrando o primeiro sinal e o segundo sinal a uma taxa de amostragem, o controlador elétrico (36) computando uma medição de torque representativa do torque no eixo rotativo (18) a partir do primeiro sinal adquirido e do segundo sinal adquirido, o controlador elétrico (36) adquirindo o primeiro e o segundo sinais de modo que o primeiro e o segundo sinais sejam distorcidos, o controlador elétrico (36) computando um primeiro coeficiente de Fourier para o primeiro sinal e um segundo coeficiente de Fourier para o segundo sinal para uma frequência associada com a rotação do eixo (18) usando um de: um método de produto interno e um método de transformada de Fourier discreta; e o controlador elétrico (36) computando, para a medição de torque, uma fase relativa entre o primeiro e segundo sinais usando o primeiro e segundo coeficientes de Fourier; e em que a taxa de amostragem é menor que o dobro

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 19/30 da frequência.
7. Veículo (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a primeira característica detectável (20, 24) e a segunda característica detectável (22, 26) são discos dentados similares conectados no eixo rotativo (18).
8. Veículo (10), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor (28, 32) e o segundo sensor (30, 34) são dispositivos sensíveis a fluxo magnético.
9. Método de medição de torque usando um dispositivo de medição de torque (40, 42) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

prover um eixo rotativo (18) tendo um eixo geométrico longitudinal (38), uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, a primeira extremidade conectada no dispositivo de suprimento de potência (12), a segunda extremidade conectada na carga (16);

prover uma primeira característica detectável (20, 24) associada com uma primeira posição longitudinal do eixo (18);

prover uma segunda característica detectável (22, 26) associada com uma segunda posição longitudinal do eixo (18);

prover uma pluralidade de sensores (28, 30, 32, 34) incluindo um primeiro sensor (28, 32) e um segundo sensor (30, 34), o primeiro sensor (28, 32) próximo à primeira característica detectável (20, 24), o segundo sensor (30, 34) próximo à segunda característica detectável (22, 26);

produzir um primeiro sinal, através do primeiro sensor (28, 32), à medida que o eixo rotativo (18) gira em torno do eixo geométrico longitudinal (38);

produzir um segundo sinal, através do segundo sensor (30, 34), à medida que o eixo rotativo (18) gira em torno do eixo geométrico longitudinal (38);

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 20/30 adquirir o primeiro e segundo sinais, através do controlador (36), de modo que o primeiro e segundo sinais sejam distorcidos;

utilizar o controlador (36) para computar um primeiro coeficiente de Fourier para o primeiro sinal e um segundo coeficiente de Fourier para o segundo sinal usando um de: um método de produto interno e um método de transformada de Fourier discreta; e computar uma fase relativa, através do controlador (36), entre o primeiro e segundo sinais usando o primeiro e segundo coeficientes de Fourier; e utilizar o controlador (36) para computar o torque do eixo (18) usando a fase relativa.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a primeira característica detectável (20, 24) e a segunda característica detectável (22, 26) são discos dentados similares montados no eixo rotativo (18) e fixados para rotação com o mesmo.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor (28, 32) e o segundo sensor (30, 34) são dispositivos sensíveis a fluxo magnético.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

prover uma terceira característica detectável associada com uma terceira posição longitudinal do eixo (18);

prover uma quarta característica detectável associada com uma quarta posição longitudinal do eixo (18); e prover um terceiro sensor e um quarto sensor, o terceiro sensor próximo à terceira característica detectável, o quarto sensor próximo à quarta característica detectável, o terceiro sensor produzindo um terceiro sinal e o quarto sensor produzindo um quarto sinal à medida que o eixo (18) rotacionável gira em torno do eixo geométrico longitudinal (38).

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 21/30
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a terceira e a quarta características detectáveis são discos similares cada um compreendendo um número de dentes montados no eixo rotativo (18) e fixados para rotação com o mesmo;

o número de dentes na terceira e quarta características detectáveis é diferente do número de dentes na primeira (20, 24) e segunda (22, 26) características detectáveis; e o número de dentes na primeira (20, 24) e segunda (22, 26) características detectáveis resulta em um primeiro conjunto de velocidades sem fase, o número de dentes na terceira e quarta características detectáveis resulta em um segundo conjunto de velocidades sem fase, e em que o primeiro e o segundo conjuntos de velocidades sem fase não se sobrepõem.
14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a aquisição compreende adquirir o primeiro e o segundo sinais em uma primeira taxa de amostragem resultando em um primeiro conjunto de velocidades sem fase, em uma segunda taxa de amostragem resultando em um segundo conjunto de velocidades sem fase, e em que o primeiro e o segundo conjuntos de velocidades sem fase não se sobrepõem.
15. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o controlador (36) é associado com um dispositivo de suprimento de potência (12), e o controlador (36) não é dedicado apenas à medição de torque.

Petição 870180137803, de 04/10/2018, pág. 22/30

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