CN102162763B - 用于校准转矩测量装置的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

为了满足试验台环境中高的准确性要求，提供了一种用于校准转矩测量装置的方法和设备，利用其可以非常简单地、灵活地且准确地执行校准过程，并且同时还可以满足对安全的要求。为此，转矩测量装置(3)与驱动和负荷装置(2)相连，调速器(10)被预给定以大于0转/分钟的额定转数(nsoll)，其中调速器(10)生成额定转矩(Tsoll)，该额定转矩通过能预给定的调整转矩极限Tmax而被上限限制，并且驱动和负荷装置(2)的这样受到限制的额定转矩被预给定作为调整转矩(Tstell)。

Description

用于校准转矩测量装置的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于校准与驱动和负荷装置连接的转矩测量装置的方法和设备，其中将利用转矩测量装置所测得的转矩和利用基准测量装置测得的转矩相比较以进行校准。
背景技术
在用于车辆或车辆部件(例如变速器、传动系、内燃机等)的试验台上，由驱动和负荷装置，所谓的Dyno(动力测试机)来对试验件进行驱动或加负荷，以便为该试验件模拟特定的工作状态。为此，通常还使用多个传感器，以便采集不同的测量值。尤其地，在这样的试验台结构中还设置转数和转矩传感器。虽然能够以完全不同的方法非常准确地测量转数，但是对于转矩的测量，经常使用所谓的转矩测量法兰(Drehmomenten-Messfiansche)作为转矩测量装置，转矩测量法兰设置在Dyno的驱动轴与试验件的驱动轴之间。但是还已知摆动(pendelnd)设置的Dyno，其中例如使用横架(Biegebalken)或称重传感器(Loadcell)作为转矩测量装置，其中称重传感器测量定子与机器外壳之间的力，由此能够推导出作用的转矩。但是，转矩测量装置必须被校准，以便使得能够实现准确的测量。在持续运行中也必须定期地重复该校准。为此，在现有技术中提供了大量方法来说明这样的转矩测量装置(例如转矩测量法兰、横架或称重传感器)能够如何被校准。
经常使用校准杆，校准杆在固定在轴上的杠杆上以一定距离设置一定重量，由此产生限定的转矩，这个限定的转矩由转矩测量装置采集。通过确定测量值与引入的值之间的差，可以连续校准转矩测量装置。例如在WO2006/099641A1中给出了对此的一个例子。但是，通过这样的校准杆，总是还引入可能歪曲测量结果的弯曲应力和横向力。
DE102007040106A1公开了一种校准装置，其中电动机经由传动装置连接到转矩测量器，在这里是转矩测量法兰。因此，为了校准，经由电动机和传动装置引入一定的转矩，该转矩被转矩测量器测量，其中但是为了校准，必须卡塞(blockieren)动力制动器(Leistungsbremse)。但是，校准装置还是在结构上是复杂的，并且由于其大小和重量也难以操控。
此外，从机床例如从US4483177A还已知使用机床本身的驱动马达来施加用于对转矩传感器进行校准的转矩。当然，对于机床需要明显更小的准确性。因此，在这里只预给定特定的转数，其中丝杆(Gewindespindel)上的螺母以该特定的转数超着止挡移动，由此设置特定的转矩，该转矩可以由转矩测量装置和基准转矩测量装置测量并且然后进行比较以校准。但是这里不可能(并且也不必)设置任意的精确校准转矩。
但是，在试验台环境中必须满足高的准确性要求。为了以对于试验台应用足够的准确性校准转矩测量装置，转矩在测量(或校准)期间必须以适当的形式被施加。为了能够确定要校准的转矩测量装置的迟滞并且不破坏其，所施加的转矩应当具有尽可能小的波动以及尽可能没有过冲。此外，转矩测量装置通常在一定的校准范围内被校准，而不是仅仅被校准到单个转矩，这使得必须(在可能的范围内)预给定任意的校准转矩。但是，尤其是在试验台环境中还必须涉及特定的安全措施。例如，Dyno在轴损坏的情况下不应当不受控制地继续驱动，而是必须理解被停止。因此，为了利用驱动马达进行校准简单地为驱动马达预给定一个转矩是不够的，因为驱动马达在轴损坏的情况下会不受控制地被启动。
发明内容
因此，本发明的一个任务是提供一种用于校准转矩测量装置的方法和设备，其构造简单，足够准确并且还容易地被操控，支持对校准转矩的灵活的预给定，并且还满足对安全的要求。
根据本发明，该任务通过以下方式被实现，即驱动和负荷装置与不旋转(drehfest)地设置的基准测量装置相连，为调速器预给定大于0转/分钟的额定转数，并且调速器产生额定转矩，该额定转矩通过能预给定的调整转矩极限而被上限限制，并且驱动和负荷装置的这样限制的额定转矩被给定作为调整转矩。由此能够满足所提出的要求，即能在0Nm和±TDyno_max任意调整的校准转矩，通过预给定调整转矩Tstell而实现高的准确性，以及针对驱动和负荷装置在轴损害的情况下不受控制的转动(Wegdrehen)的安全功能。其中，调速器负责必要的安全性，因为其在轴损害的情况下立即降低额定转矩，并且转数不能上升超过所设置的、优选低的额定转数值，并且用于设置校准范围的调整转矩极限具有足够的准确性。此外，根据本发明的设备还能简单地操控并且使得能够实现对转矩测量装置的迅速校准。
如果较高频率的转矩分量被抑制，则校准准确性还可以进一步增强。
校准结果优选还被用于改变驱动和负荷装置的调节单元的参数，从而驱动和负荷装置对于预给定的调整转矩的设置而言变得更准确。因此，校准准确性同样可以被提高。
附图说明
借助于以下示例性的展示一实施方式并且非限制性的附图1详细介绍本发明，附图1以转矩测量法兰为例示出了根据本发明的校准设备的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了具有驱动和负荷装置2(Dyno)的试验台1。在驱动和负荷装置2的轴4上设置转矩测量装置3，例如转矩测量法兰。在正常工作中，驱动和负荷装置2经由连接轴7与试验件(例如内燃机、变速器或传动系)相连。为了校准转矩测量装置3，移除试验件，并且驱动和负荷装置2经由连接轴7与基准测量装置6相连，该基准测量装置6例如借助于卡塞单元(Blockiereinheit)9(例如简单的支柱)而不旋转地设置。为了校准，为驱动和负荷装置2预给定调整转矩Tstell，其通过基准测量装置6的不旋转的支架既施加在转矩测量装置3上也施加在基准测量装置6上，并且能够被测量。通过比较测量值，于是可以相应地校准转矩测量装置3。为了校准，调整转矩Tstell通常在校准范围内以离散的间距变化。
对于摆动的驱动和负荷装置2，校准相应地进行，其中在这里，基准测量装置6可以与驱动和负荷装置2的轴相连。
为了为驱动和负荷装置2预给定用于校准的调整转矩Tstell，现在设置调速器10，其中经由转数传感器8为该调速器10馈送驱动和负荷装置2的实际转数nist。此外，在调速器10的输入端施加大于0转/分钟的额定转数nsoll。优选地，非常小的转数(例如在1转/分钟到10转/分钟范围内)被预给定作为额定转数nsoll。调速器10在输出端生成额定转矩Tsoll，但是该额定转矩不直接被预给定给驱动和负荷装置2，而是被馈送给调整转矩限制单元11。调整转矩限制单元11被例如控制单元12(例如试验台或校准控制单元)预给定以最大转矩Tmax，并且将输入额定转矩Tsoll上限限制到预给定的最大转矩。这样限制的额定转矩然后被预给定给驱动和负荷装置2作为调整转矩Tstell，驱动和负荷装置然后利用相应的调节单元13(例如具有相应控制的变频器)对调整转矩Tstell进行调整。
因为驱动和负荷装置2通过不旋转的基准测量装置6被固定(nist＝0)，所以调速器10基于额定转数预给定nsoll＞0而非常快地(根据所设置的调节器动态特性)进入饱和，并且在其输出端输出调节器能预给定的最大额定转矩Tsoll。于是，通过额定转矩限制实现了可以为驱动和负荷装置2预给定一个预给定的调整转矩Tstell。因此，对于校准过程，可以通过修改最大转矩Tmax而非常简单地预给定不同的调整转矩Tstell。
为了校准，利用转矩测量装置3和基准测量装置6所测得的值可以在控制单元12中被比较，从而可以对应于偏差对转矩测量装置3进行校准，例如通过改变转矩测量装置3的特定的能调整的参数或者其测量或分析电子部件或测量或分析软件。
在轴损坏的情况下，驱动和负荷装置2的转数会非常快地上升，因为(现在自由旋转的)驱动和负荷装置2(nist≠0)试图设置预给定的调整转矩Tstell。但是，在达到或超过预给定的额定转数nsoll的情况下，调速器10将降低额定转矩Tsoll(到所设置的调整转矩极限之下)，由此对驱动和负荷装置2的调整转矩预给定被取消，并且驱动和负荷装置2非常快速地捕获(einfangen)，因此避免了驱动和负荷装置2在轴损坏的情况下的不受控制的转动。为此，优选将非常小的值(例如在1转/分钟到10转/分钟的范围内的值)预给定作为额定转数nsoll。
但是，校准过程的结果也可以被用于针对设置预给定的调整转矩Tstell来改善驱动和负荷装置2的准确性。为此，例如校准结果可以被用来自动地修改调节单元13中的一个或多个参数(例如变频器的参数)使得驱动和负荷装置2相对于基准测量装置6更准确，例如更线性。这样的优化问题可以通过可以例如在调节单元13或控制单元12中实现的公知数学方法来解决。
在驱动和负荷装置2与转矩测量装置3(或基准测量装置6)之间，或者在转矩测量装置3与基准测量装置6之间或者在基准测量装置6与卡塞单元9之间还可以设置阻尼单元5作为减振器，例如简单的飞轮，其用于抑制较高频率的转矩分量并且滤过较低频率的转矩。因此，不期望的较高频率的转矩波动在校准过程中被禁止，从而校准变得更准确。

Claims (9)

1.一种用于校准转矩测量装置(3)的方法，所述转矩测量装置与驱动和负荷装置(2)相连，其中利用所述转矩测量装置(3)所测得的转矩与利用基准测量装置(6)所测得的转矩进行比较以进行校准，其特征在于，所述驱动和负荷装置(2)与不旋转地设置的所述基准测量装置(6)相连，调速器(10)被预给定以大于0转/分钟的额定转数(nsoll)，并且所述调速器(10)生成额定转矩(Tsoll)，所述额定转矩由调整转矩限制单元(11)通过能预给定的调整转矩极限而被上限限制，并且这样限制的额定转矩被预给定给驱动和负荷装置作为调整转矩(Tstell)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述额定转数(nsoll)在1转/分钟到10转/分钟的范围内。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，较高频率的转矩分量被抑制。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，校准的结果被用于改变所述驱动和负荷装置(2)的调节单元(13)的参数，从而所述驱动和负荷装置(2)在产生由调节单元(13)设置的调整转矩(Tstell)方面变得更准确。
5.一种用于校准与驱动和负荷装置(2)相连的转矩测量装置(3)的设备，其中设置基准测量装置(6)，并且在控制单元(10)中，利用所述转矩测量装置(3)所测得的转矩与利用基准测量装置(6)所测得的转矩进行比较以进行校准，其特征在于，所述基准测量装置(6)借助于卡塞装置(9)而不旋转地设置，并且与所述驱动和负荷装置(2)相连，
设置调速器(10)，所述调速器被预给定以大于0转/分钟的额定转数(nsoll)，并且所述调速器(10)在输出端生成额定转矩(Tsoll)，
设置调整转矩限制单元(11)，所述调整转矩限制单元以所述额定转矩(Tsoll)作为输入并且以通过预给定的最大转矩(Tmax)限制的额定转矩作为输出，并且
所述受限制后的额定转矩设置为所述驱动和负荷装置(2)的调整转矩(Tstell)。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，所述额定转数(nsoll)在1转/分钟到10转/分钟的范围内。
7.根据权利要求5或6的设备，其特征在于，所述转矩测量装置(3)被设置在所述驱动和负荷装置(2)的轴(4)上，并且所述基准测量装置(6)通过连接轴(7)与所述转矩测量装置(3)相连。
8.根据权利要求5的设备，其特征在于，所述基准测量装置(6)被设置在所述驱动和负荷装置(2)的轴(4)上。
9.根据权利要求5的设备，其特征在于，在所述驱动和负荷装置(2)与所述转矩测量装置(3)之间，或者在所述驱动和负荷装置(2)与所述基准测量装置(6)之间，或者在所述转矩测量装置(3)与所述基准测量装置(6)之间，或者在所述基准测量装置(6)与所述卡塞单元(9)之间，设置阻尼单元(5)。
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