CN101322302A - 检测电磁阻尼器中的故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测电磁阻尼器中的故障的方法。更具体地说，本发明涉及一种阻尼器，包括：初级定子线圈(8)；用于将电流注入所述初级线圈(8)的控制单元(19)，所述电流的强度对应于强度设定值(Ci)；传感器(21)，其传输表示流经所述初级线圈(8)的电流有效强度值(Ie)的信号；和轴(7)，其承载限定若干相线的次级绕组(5)和场线圈(13)以及插置在所述次级绕组(5A、5B、5C)和场线圈(13)之间的电流整流器(15)本发明的方法包括在所述控制单元(19)中比较所述强度设定值(Ci)和所述有效强度(Ie)，从而在所述强度设定值(Ci)和所述有效强度(Ie)之间的差值大于阈值时，确定发生了故障。本发明适用于用在重型车辆诸如卡车或其他车辆上的电子阻尼器(1)。

Description

检测电磁阻尼器中的故障的方法

技术领域

本发明涉及检测电磁阻尼器中由旋转轴承载的电子部件的故障的方法。本发明还涉及这种电磁阻尼器。

本发明涉及促动阻尼器时能在装备该阻尼器的车辆主传动轴或辅助传动轴上产生阻滞阻力扭矩的阻尼器。

背景技术

这种电磁阻尼器包括耦接到车辆主传动轴或者辅助传动轴的旋转轴，从而在其上施加阻滞阻尼扭矩，特别用于协助车辆制动。

阻滞效果由提供有DC电流的场线圈产生，以便在铁磁性材料制成的金属件上产生磁场，从而在该金属件上产生涡流。

场线圈可以是固定的，从而与至少一个可动的铁磁性材料金属件协作，该金属件一般表现为刚性固紧在旋转轴上的盘件。

在这种情况下，这些场线圈的取向基本上平行于旋转轴线，并设置在该轴线周围，面对所述盘件，同时固紧到固定板。向两个连续的场线圈供电，从而在相反的方向上产生磁场。

在向所述场线圈供电时，它们在所述盘件上产生的涡流通过它们的作用对抗产生涡流的原因，这样在所述盘件上产生阻力扭矩，并因此在所述旋转轴上产生阻力扭矩，从而使车辆慢下来。

在该实施例中，由来自车辆电气系统的电流，就是说例如来自车辆电池的电流，给场线圈供电。但是，为了增加阻尼器的性能，必须设计补偿装置(recourse)，其中电流发电机整合在所述阻尼器中。

因此，根据从专利文件EP0331559和FR1467310获悉的其他已知设计，向场线圈供电通过包括初级定子线圈和次级转子线圈的发电机来实现，车辆系统给所述初级定子线圈供电，而次级转子线圈固定到旋转轴。所述场线圈固紧到旋转轴，同时径向伸出，以便在包围它们的固定柱状套筒(jacket)中产生磁场。

诸如桥式整流器的整流器插置在次级转子绕组以及场线圈之间，同时由所述旋转轴承载。该整流器将发电机次级绕组传输的交流电流转换成向场线圈供电的直流电流。

在旋转轴线周围连续的两个径向场线圈产生方向相反的磁场，一个产生取向为离心方向的磁场，另一个产生取向为向心方向的磁场。

操作中，向初级线圈供电能使发电机产生提供给场线圈的电流，这样在固定柱状套筒中引起涡流，从而在旋转轴上产生阻力扭矩，该阻力扭矩使车辆慢下来。

为了降低重量并进一步提升这种阻尼器的性能，根据专利文件EP1527509中所采用的方案，具有优势的是通过倍速器将其耦接到车辆传动轴。

则较之其所耦接的传动轴转速来说，阻尼器轴的转速数倍增大。这种布置显著增强了由发电机输送的电力，因此增强了阻尼器传输的动力。

在电流整流器发生故障的情况下，传输到场线圈的电力减小，导致阻尼器可以施加的阻滞扭矩降低。

阻尼器的这种故障可能是局部的，就是说仅涉及次级绕组所传输的电流的一个电相位，则该电相位不能由整流器转换。

例如三相型发电机，在这种情况下，其可用阻滞扭矩下降其标称值的三分之一，使得车辆驾驶者不能感觉到这种下降，而且由于这种阻尼器通常用作传统制动系统的补充，则使得这种差异更难以觉察。

这种阻尼器可以借助中央处理单元利用驾驶者施加的制动指令来控制，分配要求传统制动器产生的动力和要求阻尼器产生的动力。在这种情况下，驾驶者不能直接注意到阻尼器提供的阻滞扭矩下降。

此外，借助安装在旋转轴上的电传感器等检测旋转轴承载的桥式整流器或者其他电子部件的故障要求从旋转轴向阻尼器的固定部件传输数据，这样带来了解决方案的复杂性。

发明内容

本发明的目标是提出一种以低成本方式检测由旋转轴承载的电子部件故障的方案。

为此，本发明的目标是一种检测电磁阻尼器旋转轴承载的电子部件中故障的方法，该阻尼器包括初级定子线圈；用于将强度对应于理论强度的电流注入所述线圈的控制箱，所述理论强度依赖于设定强度值；传感器，其传输表示流经初级线圈的电流实际强度值的信号；旋转轴，其承载限定若干相线的次级绕组和场线圈以及插置在次级绕组和场线圈之间的电流整流器，所述方法包括在所述控制箱中比较所述理论强度和所述实际强度，从而在所述理论强度和所述实际强度之间的差值大于阈值时，确定发生了故障。

因此，通过分析受到激励时初级线圈的电气行为，本发明能简单地确定旋转轴承载的电气部件存在电气问题。因此，不需要提供在旋转轴和阻尼器固定部件之间传输数据的设备，使得可以利用设计非常简单的故障检测器。

本发明还涉及上述的方法，包括确定预定时间间隔内所述理论值和实际流经所述初级线圈的实际电流强度所具有的最小值或最大值之间的差值。

本发明还涉及上述的方法，其中在所述控制箱中，从所述设定强度值和表示所述阻尼器传递函数的数据来确定所述理论强度。

本发明还涉及上述的方法，包括考虑所述设定强度值作为表示所述理论强度的值。

本发明还涉及上述的方法，包括从所述控制箱将注入所述初级线圈的电流从属于由电流传感器传输的信号，并使所述初级线圈的时间常数大于所述次级线圈的时间常数的3倍。

本发明还涉及上述的方法，包括从所述控制箱将注入所述初级线圈的电流从属于由所述传感器传输的信号，且使所述从属关系具有足够长的反应时间，从而对旋转轴承载的电子部件故障不敏感。

本发明还涉及上述的方法，包括提供截止频率Fc满足关系式Fc＜1/3.2.pi.T2的从属关系，其中Fc以赫兹表示，T2是以秒表示的次级绕组的时间常数。

本发明还涉及上述的方法，包括使用电感测量匝线作为实际电流传感器。

本发明还涉及一种电磁阻尼器，包括：初级定子线圈；用于将强度对应于理论强度的电流注入所述线圈的控制箱，所述理论强度依赖于设定强度值；传感器，其传输表示流经初级线圈的电流实际强度值的信号；旋转轴，其承载限定若干相线的次级绕组和场线圈以及插置在次级绕组和场线圈之间的电流整流器；和用于比较所述理论强度和所述实际强度的装置，比便在所述理论强度和所述实际强度之间的差值大于阈值时，确定所述旋转轴承载的电子部件存在操作故障。

本发明还涉及上述电磁阻尼器，包括将注入所述初级线圈的电流从属于所述传感器传输的信号的装置，且所述初级线圈的时间常数大于所述次级线圈的时间常数的三倍。

本发明还涉及上述电磁阻尼器，包括将注入所述初级线圈的电流从属于所述传感器传输的信号的装置，其中所述从属关系的截止频率Fc满足关系式Fc＜1/3.2.pi.T2，其中Fc以赫兹表示，T2是以秒表示的次级绕组的时间常数。

本发明还涉及上述电磁阻尼器，其中所述传感器包括与所述初级线圈一起绕制的一个或多个测量场匝线。

附图说明

本发明将参照附图更为详细地说明，附图以非限制性示例的方式图示了本发明的实施例。

图1是本发明所适用的电磁阻尼器的局部切开总体视图；

图2是根据本发明的阻尼器的电子部件的示意图；

图3是流经其整流器发生操作故障的阻尼器初级线圈的实际电流的时间函数曲线；

图4电磁阻尼器的电流从属关系的示意图。

具体实施方式

在图1中，电磁阻尼器1包括形状基本上为柱状的主壳体2，该主体壳体第一端被盖板3闭合，第二端被耦接件4闭合，所述阻尼器1借助该耦接件经由以6表示的倍速器直接或间接固定到变速箱壳体。

固定的壳体2包围旋转轴7，该旋转轴经由倍速器6耦接到图中不可见的传动轴，诸如通往车轮的主传动轴，或者辅助传动轴，诸如辅助齿轮箱输出轴。在对应于盖板3内侧的区域中，设置电流发电机，该电流发电机包括固定的初级线圈或定子初级线圈8，该初级线圈包围转子次级绕组，所述次级绕组固紧到旋转轴7。

在图2中示意性示出了所述次级绕组，由附图标记5表示。这些次级绕组5在这里包括3个不同的绕组5A、5B和5C，以便传输三相交流电流，所述三相交流电流的频率取决于旋转轴7的旋转速度。

形状基本上为柱状的内套筒9安装在主壳体2中，径向略微从主壳体2外壁隔开，以限定基本上柱状的中间空间10，该套筒9的冷却液体在该空间中循环。

形状基本上也为柱状的所述主壳体设置有用于将冷却液体引入空间10的通道11；和用于将冷却流体排出该空间10的通道12。

套筒9包围若干场线圈13，所述场线圈由刚性固定到旋转轴7的转子14承载。每个场线圈13的取向使得产生径向磁场，同时基本上具有平行于轴7延伸的长方形。各种场线圈13彼此相互连接从而形成双极(dipole)。

以一种已知的方式，套筒9和转子14的主体由铁磁性材料制成。这里，所述壳体可以是基于铝的的可铸部件，且密封接头介入所述壳体和套筒9之间，盖板3和部件4穿有孔。

通过发电机的转子次级绕组5经由旋转轴7承载的桥式整流器向场线圈13供电。所述桥式整流器可以是图2中表示为15的桥式整流器，且其包括六个二极管15A-15F，以将从次级绕组5A-5D引出的三相交流电整流为直流。该桥式整流器还可以为其他类型，例如由MOSFET型晶体管形成的整流器。

在图2的示例中，桥式整流器15是带有3条臂的电路，每条臂承载串联的两个二极管，次级绕组的每条相线连接到对应的臂的两个二极管之间。每条臂一端连接到由场线圈13形成的负载的第一端子，而第二端连接到负载13的第二端子。

因此，第一相线5A连接到两个二极管15A和15D，它们分别连接到负载13的第一和第二端子。第二相线5B连接到二极管15B和15E，它们本身分别连接到负载13的第一和第二端子。第三相线连接到二极管15C和15F，它们本身分别连接到负载13的第一和第二端子。

在操作中，整流器的每条臂向负载13传输的电流形状对应于该臂的相线电压信号正弦曲线的正值部分的形状，当所述电压为负值时，所述电流为零。

所述三条相线彼此偏移三分之一周期，它们向负载传输基本上恒定的电流，形状对应于三条相线正弦曲线正值部分的累加。

从图1中可以看出，承载场线圈13的转子14具有中空柱状的一般形状，借助径向臂16连接到旋转轴7。因此转子14限定位于轴7周围的环形内空间，该内空间借助轴向叶片17通风，所述轴向叶片设置地基本上与盖板3和壳体2之间的结合部对齐。径向叶片18设置在壳体2的相对一端，以排出由轴向叶片17引入的空气。

使阻尼器投入使用包括将来自车辆电气系统特别是电池的激励电流注入初级线圈8，以使电流发电机在次级绕组5上传输感生电流。然后该电流向场线圈13供电，以产生阻滞车辆的阻力扭矩。

该激励电流借助控制箱19注入初级线圈8，如图2所示，所述控制箱插置在车辆电源和初级线圈8之间。在图2的示例中，控制箱19和初级线圈8串联连接在车辆地线M和车辆电池供电端Batt之间。从图中可以看出，二极管D连接在初级线圈8的端子处，防止反向电流在初级线圈中循环。

控制箱19包括输入端，该输入端能接收表示要求阻尼器产生的阻滞扭矩水平的控制信号。

该输入端可以连接到由车辆驾驶者直接促动的杠杆或类似装置。该杠杆可以在两个极限位置之间逐渐移动，所述极限位置即对应于最大阻力扭矩需求的最大位置和不对阻尼器操作的最小位置。

当驾驶者将该杠杆置于中间位置时，由箱19来控制所述阻尼器，从而较之最大可用阻滞扭矩而言，向旋转轴7施加与该杠杆位置成比例的阻力扭矩。换句话说，控制箱19的输入端接收对应于介于0和百分之百之间的值的控制信号。

这种输入端也可以连接到制动控制箱，自主确定用于所述阻尼器的控制信号。该制动控制箱则连接到驾驶者可用的一个或多个制动促动器。在这种情况下，驾驶者不直接作用于阻尼器，而是所述制动控制箱利用不同的参数控制所述阻尼器以及车辆的传统制动器。

如图4所示，控制箱19是电子箱，包括例如工作在5V的ASIC型逻辑电路，和/或能够管理高强度电流的功率控制电路。因此，该箱包括电子装置或功率模块PU。

在接收到对应于非零值的控制信号时，控制箱19确定需要注入初级线圈8的激励电流设定强度值Ci，并经由其模块PU向初级线圈8施加电压U，用于注入对应于该设定强度Ci的电流。

注入初级线圈8的电流具有理论强度It，其一直增大到设定值Ci。特别根据初级线圈8的电感和电阻得出的传递函数Ft来在控制箱中确定理论电流It的水平，从而表示初级线圈在过渡模式下的电气特性。

从图2中可以看出，阻尼器1还包括测量实际上流入初级线圈8的电流强度Ie的传感器21，该传感器发出表示该强度的信号。该传感器21连接到控制箱19，所述控制箱经过编程，将传感器21测量的实际强度Ie与理论电流It比较。

理论电流It和实际强度Ie之间的差值大于预定值，表示整流器15的电气部件发生了故障，诸如特别是二极管毁坏。

这是因为，在二极管发生缺陷时，其变成永久电气导通或者电气非导通。这会导致次级绕组5的三条相线5A、5B和5C电气失衡，这样会在初级线圈8上产生所谓的双向电流(mutual current)。

这种现象见于图3的曲线中，其示出了整流器15其中一个二极管发生缺陷的情况下的理论电流It和实际强度Ie。

从该图中可以看出，由于缺陷二极管导致的双向电流与流经初级线圈的电流发生干涉。因此，与具有基本上恒定的形状不同，实际上流过初级线圈8的电流Ie具有幅值较高的正弦曲线形状。这种正弦曲线的频率与旋转轴7的速度相关。

在阻尼器正常操作中，实际电流曲线Ie基本上与理论电流曲线It吻合。

因此，从控制箱19中检测到实际电流Ie和理论电流It之间差值大于预定值，可以检测到安装在旋转轴7上的整流器15中发生的故障。这种检测不需要接触，就是说不需要从安装在旋转轴7上的传感器向阻尼器的固定部件传递数据。

所述预定差值具有优势的为理论电流It的百分之二十，从图3中可以看出，中性电流的幅值相对较高，这有利于检测。该预定值也可以是固定值。

基于实际电流Ie和理论电流It相比较的故障检测，使得可以特别能进行相关性检测(pertinent detection)，包括在阻尼器处于过渡模式的时候。

还可以根据实际电流Ie与设定电流值的比较进行检测，只要阻尼器连续操作即可。

在图3的情况下，强度Ie来源于与初级线圈8串联的电流传感器。但是，该电流传感器还可以表现为与初级线圈8一起绕制的一个或多个测量场匝线(field turn)的形式。在这种情况下，出现在所述测量场匝线端子上的电压与流入这些场匝线的电流具有相同的趋势。

由于来源于缺陷二极管的双向电流导致正弦振荡，所以理论电流It与实际强度Ie的比较包括确定实际强度Ie在对应于轴7的若干旋转周期的预定周期内的最大或最小值，并将该最大或最小值与设定值Ci相比较。

如图4示意性地示出，注入初级线圈8的电流It从属(slaving)于传感器21，从而最好地对应于设定强度值Ci，这种从属关系在控制箱19中实现。

在前述方案中，控制箱包括功率电子件PU，该功率电子件PU由校正器CR控制，从而将激励电流Ii注入初级线圈8，在次级绕组5中引起感生电流。在50处从设定强度Ci减去实际强度Ie，以便形成用于校正器CR控制功率电子件PU的控制信号。

在校正器接收到负值信号作为输入时，其控制功率电子件PU，以便减小注入的电流，并且在接收到正值信号作为输入时，控制所述功率电子件，以提高注入的电流。

如图4示意性地示出，流入初级线圈8的实际电流Ie对应于控制箱19注入的电流Ii，在40处从该电流Ii减去因整流器5故障导致的双向电流Im。

根据特别表示初级线圈8对施加的电压U的强度响应的传递函数Ft，在控制箱19中从设定值Ci确定理论电流It。

为了保证可靠地检测二极管故障，在存在缺陷二极管的情况下，注入电流的从属关系不对双向电流带来的干扰进行补偿。

这可以通过确定初级线圈的尺寸，使其时间常数T大于次级绕组5的时间常数T2的N倍来实现，其中N代表自然数。具有优势的是，N选择为大于或等于3，以使该时间常数T1大于时间常数T2的3倍，从而确保优化的检测独立性。

这可以相对于双向电流导致的振荡频率选择足够慢的从属关系来实现。因此，这种从属关系对于旋转轴承载的电子部件故障所带来的干扰不敏感。在这种情况下，选择注入电流的从属关系，从而使截止频率Fc满足关系式Fc＜1/(2.N.pi.T2)，其中Fc以赫兹表示，T2以秒表示，pi表示接近3.14的数值。在类似的方案中，N为自然数，具有优势地选择等于3。

因此，本发明能非接触式地检测转子的电子部件中的故障，该部件可以是整流器15的二极管或者晶体管，而且该部件还可以是次级绕组5A、5B或5C。

上述示例涉及其中发电机包括三相次级绕组的阻尼器，但是本发明还适用于次级绕组相线数目不同的阻尼器，相线数目最少等于2。

Claims (12)

1.一种检测由电磁阻尼器(1)的旋转轴(7)承载的电子部件中故障的方法，该阻尼器包括初级定子线圈(8)；用于将强度对应于理论强度(It)的电流注入所述线圈(8)的控制箱(19)，所述理论强度依赖于设定强度值(Ci)；传感器(21)，其传输表示流经所述初级线圈(8)的电流实际强度值(Ie)的信号；旋转轴(7)，其承载限定若干相线的次级绕组(5)和场线圈(13)以及插置在所述次级绕组(5)和场线圈(13)之间的电流整流器，所述方法包括在所述控制箱中比较所述理论强度(It)和所述实际强度(Ie)，从而在所述理论强度(It)和所述实际强度(Ie)之间的差值大于阈值时，确定发生了故障。

2.如权利要求1所述的方法，包括确定预定时间间隔内所述理论强度(It)和实际流经所述初级线圈(8)的实际电流强度(Ie)所具有的最小值或最大值之间的差值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述控制箱(19)中，从所述设定强度值(Ci)和表示所述阻尼器传递函数(Ft)的数据来确定所述理论强度(It)。

4.如权利要求3所述的方法，包括考虑所述设定强度值(Ci)作为表示所述理论强度(It)的值。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，包括从所述控制箱(19)将注入所述初级线圈(8)的电流从属于由电流传感器(21)传输的信号，并使所述初级线圈(8)的时间常数(T1)大于所述次级绕组(5)的时间常数(T2)的3倍。

6.如权利要求1至4任一项所述的方法，包括从所述控制箱(19)将注入所述初级线圈(8)的电流从属于由所述传感器(21)传输的信号，且使所述从属关系具有足够长的反应时间，从而对所述旋转轴(7)承载的电子部件故障不敏感。

7.如权利要求6所述的方法，包括提供截止频率Fc满足关系式Fc＜1/(3.2.pi.T2)的从属关系，其中Fc以赫兹表示，T2是以秒表示的次级绕组的时间常数。

8.如前述权利要求任一项所述的方法，包括使用测量场匝线作为实际电流(Ie)传感器。

9.一种电磁阻尼器，包括：初级定子线圈(8)；用于将强度对应于理论强度(It)的电流注入所述初级线圈(8)的控制箱(19)，所述理论强度依赖于设定强度值(Ci)；传感器(21)，其传输表示流经所述初级线圈(8)的电流实际强度值的信号；旋转轴(7)，其承载限定若干相线的所述次级绕组(5)和场线圈(13)以及插置在所述次级绕组和所述场线圈之间的电流整流器；和用于比较所述理论强度(It)和所述实际强度(Ie)的装置，以便在所述理论强度(It)和所述实际强度(Ie)之间的差值大于阈值时，确定由所述旋转轴(7)承载的电子部件中存在操作故障。

10.如权利要求9所述的电磁阻尼器，包括将注入所述初级线圈(8)的电流从属于所述传感器(21)传输的信号的装置，且所述初级线圈(8)的时间常数(T1)大于所述次级绕组的时间常数(T2)的3倍。

11.如权利要求10所述的电磁阻尼器，包括将注入所述初级线圈(8)的电流从属于所述传感器(21)传输的信号的装置，其中所述从属关系的截止频率Fc满足关系式Fc＜(1/3.2.pi.T2)，其中Fc以赫兹表示，T2是以秒表示的次级绕组的时间常数。

12.如权利要求9至11任一项所述的电磁阻尼器，其中所述传感器(21)包括与所述初级线圈一起绕制的一个或多个测量场匝线。

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