CN107003194B - 用于滚动轴承的载荷确定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明开始于一种载荷确定系统，其包括车轮用的轮毂单元中的带有传感器功能的滚动轴承。轴承包括作为内圈和外圈的第一圈和第二圈，其中第一圈和第二圈中的任一者可以是内圈，另一圈为外圈。系统包括至少两个磁传感器(16)，其安装于第一圈，使得与安装于第二圈的目标环相互作用。此外，系统包括信号处理单元(26)，其被配置成接收至少一个磁传感器(16)的磁传感器输出，其中信号处理单元(26)被配置成基于磁传感器输出的振幅来确定作用于轴承的至少轴向力。提出的是，信号处理单元(26)被配置成计算至少两个磁传感器(16)的输出的平均值且计算平均值的比率的对数，以确定作用于所述轴承(10)的载荷。
Description
技术领域
本发明涉及用于滚动轴承的载荷确定系统及用于确定滚动轴承上的载荷的方法。
背景技术
滚动轴承是精密制造的部件，滚动轴承的刚度在多于一个方向上是可预测的，使得轴承的内圈相对于外圈的移动可以被预测为载荷、温度和热参数的函数。
已知使用被施加到轴承的应变计来测量作用于轴承的载荷。应变计的安装使得在制造中面对困难。轴承上的载荷测量需要将应变计胶合到轴承表面。这耗时、耗成本且难以自动化。此外，已知使用涡流式传感器测量载荷。该方案相当昂贵。
具体地，车轮轴承具有彼此非常靠近的两列，因此接触线在车轮结构内侧彼此重叠。在测量位置，来自两列的变形重叠。因此，无法知道轴承的哪列被加载。因此，无法知道车辆是否左转弯或右转弯。
由于轴承外圈转动，应变信号将必需无线地传输。
在现有技术中已知采用非接触传感器(诸如磁传感器)的方法，例如，在JP 2008-215977 A文献中所公开的方法。
在这项技术中，传感器系统对采用传感器信号的频率来用于确定防抱死制动系统(Anti-lock Braking System)用的车轮转速(wheel speed)或防滑控制(slip control)的方式进行优化，这种传感器系统被用于另外确定作用在轴承上的载荷。为这个目的，由磁传感器获得的信号的振幅被读取出。作用在磁传感器和角目标环之间的磁场的振幅取决于这些元件之间的轴向距离，并且所述振幅被用于确定环的相对轴向位置。
具有传感器的市售车轮轮毂单元对车轮转速检测进行优化并且目标环上或目标环内的磁活动模式(magnetically active pattern)的周期为大约7毫米或更大。在下文中，所述周期也将被称为目标环的“波长(wavelength)”。对于30mm或更大的通用目标环直径，这个齿距(pitch)导致足够(大)的角分辨率，且确保足够高的信噪比和整齐的可探测脉冲。相对大的波长确保在任何载荷以及在由传感器的放置误差而导致的实际距离变化的情况下，在轴承的弹性运动内具有良好的信噪比，但无法非常准确地感测载荷，这是因为载荷随磁环和磁传感器之间的位移相对较小地变化。波长越小，随距离的改变越明显。
当使用例如在JP 2008-215977 A中公开的用于载荷检测的标准目标车轮时，描述信号振幅与距离的依赖关系的特征函数具有很小的斜率(shallow slope)，使得在距离检测过程中分辨率(resolution)较低。原因很明显：由于标准传感车轮对车轮转速检测进行了优化，所以信号应该会尽可能不受距离变化的影响。
另一方面，申请PCT/EP2010/00345公开了一种利用安装在轴承的内圈或外圈的应变计(strain gauges)来测量轴承的弹性变形的方法。平均的局部变形是相对于基线的载荷变化的测量。然而，基线取决于由摩擦热引起的温度和热梯度，如此，通常不可能从绝对应变得到绝对载荷。
因此，两种方法都令人不满意。在位移传感器方法无法考虑到局部应变或热膨胀的影响的情况下，使用应变计的传统方法在确定载荷的绝对值方面有问题。
文献EP 1 672 372 A1教示出使用与编码器相互作用(interacting)的传感器的信号来检测滚动轴承的载荷。文献EP 1 130 362 A2教示出制造具有1.5mm的齿距的磁编码器的方法。文献US 2008/243427 A1公开了具有磁模式(magnetic pattern)的编码器环，该磁模式随着编码器环的宽度变化，使得编码器环与其宽度方向平行的位移导致由传感器检测到的信号的偏差的变化。文献FR 2 794 504 A1公开了带有传感器功能(sensorized)的滚动轴承的另一示例。
发明内容
本发明对于上述问题提出了解决方案，本发明源自一种载荷确定系统，所述载荷确定系统包括在用于车轮的轮毂单元中的滚动轴承，在所述滚动轴承中，至少一个、优选为两个或更多个传感器测量在转动部件与固定部件之间的一个或多个相对距离。所述轴承包括作为内圈和外圈的第一圈和第二圈，其中所述第一圈和所述第二圈中的任一者可以是内圈，另一圈为外圈。所述系统包括至少两个磁传感器，所述至少两个磁传感器安装到所述第一圈，从而与安装到所述第二圈的目标环(target wheel)相互作用。在该组合中，磁相互作用的振幅为距离的指数函数。此外，所述系统包括信号处理单元，所述信号处理单元被配置成接收所述至少两个磁传感器的磁传感器输出，其中所述信号处理单元被配置成基于所述磁传感器输出的平均振幅的自然对数和/或两个这种平均振幅的比率的对数来确定作用于所述轴承的至少轴向力，优选与布置在所述轴承的实质上相对侧的传感器有关。
提出的是，所述信号处理单元被配置成计算所述至少两个磁传感器输出中的至少一个磁传感器输出或各磁传感器输出的平均值，且计算作为平均值的函数的间隙的宽度。优选地，借助于对数函数完成所述计算，以说明在实际物体的响应中的自然指数函数。
本发明适用于各类滚动轴承，其用在机动车、卡车或火车用的轮毂单元内，包括双排滚子轴承、圆锥滚子轴承，圆环滚子轴承、滚珠轴承等。
在本发明的优选实施例中，所述信号处理单元被配置成计算平均值的对数，从而确定所述间隙的宽度。
此外，提出的是，所述载荷确定系统包括布置在所述第一圈的圆周上的不同位置处的多个磁传感器，其中所述信号处理单元被配置成基于从磁传感器获得的信号来计算所述第一圈相对于所述第二圈的倾斜。
根据本发明的另一方面，所述载荷确定系统包括布置在所述第一圈的圆周上的不同位置处的多个磁传感器，其中所述信号处理单元被配置成计算描述作用于所述轴承的转弯载荷的力矢量。
优选地，所述信号处理单元被配置成确定与所述滚动轴承的磨损相关的参数，且基于所述参数产生代表剩余轴承寿命的信号。
本发明的另一方面涉及根据前述方案中任一项所述的载荷确定系统的作为机动车中的ABS系统的用途。
本发明的又一方面涉及一种车辆，所述车辆包括配备有根据前述方案中任一项所述的载荷确定系统的轴承。
在本发明的另一实施例中，提出的是，所述载荷确定系统除了包括磁传感器以外还包括至少一个变形传感器。所述变形传感器适于安装到轴承的内圈或外圈，并且信号处理单元被配置成接收至少一个变形传感器的变形传感器输出。基于在至少一个位置处(优选地，在圆周上均匀分布的多个位置)结合到内圈或外圈的有图案的金属箔、半导体或压电式应变计或光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)，变形传感器可以形成为标准应变计。
根据本发明的一个方面，所述信号处理单元进一步被配置成接收磁传感器的磁传感器输出，并计算作为变形传感器输出和磁传感器输出的函数的轴承载荷。
通过使用两种类型的传感器输出，本发明能够结合根据现有技术的这两种方法的优势并且避免它们各自的不足，这将在下文中进行进一步描述。
通过利用基于磁传感器输出的绝对距离测量，所述方法和系统能够消除由摩擦热所诱发的漂移(drift)，还提供一种测量轴承载荷的方法和具有大量弹性自由度的轴承系统，所述系统不足以确定一个或多个载荷矢量。这种情况特别发生在两列滚珠相互之间紧密相邻的双列、紧凑的车轮轴承单元。众所周知，转弯载荷在非常不同的机动控制(maneuvers)的轴承的表面上产生非常相似的应变模式，并且通常无法单独使用应变计来确定。
目标轮优选用于测量轴承的角位置。在本发明的上下文中，目标轮可以是任何种类的车轮或与磁传感器磁相互作用的齿轮，从而产生随传感器与车轮之间距离而变化的传感器信号。
优选地，目标轮被布置成以轴向间隙面对传感器的感测面。结果，距离以及进而传感器信号是内圈与外圈之间的轴向位移的直接函数。然而，在其它实施例中，可以使用倾斜感测面或在径向上面对的感测面。
优选地，所述磁传感器形成为差分霍尔传感器。如果与磁突出旋转环(magnetically salient rotating ring)一起使用，则优选带有背磁体的差分霍尔传感器，观察到磁场的空间变化，这是由于有槽的磁渗透钢环、目标环、盘或齿轮轮齿上的通道所引起，或者可以与在其表面上包含大量精确生产的南北两极的目标环结合(具有类似于Hallbach阵列的交替磁化区域的多极磁环)。
此外，优选的是，所述信号处理单元被配置成计算作为磁传感器输出的振幅的函数的轴承载荷。通过限制对振幅处理的信号，相较于更复杂的方案(从信号中提取更多信息(如关于频谱上的信息))，上述处理被大大简化。
此外，提出的是，所述信号处理单元被配置成在计算平均值之前通过消除由摩擦热引起的传感器信号漂移来处理传感器信号。特别地可以基于变形传感器信号来计算漂移。
本发明的再一方面涉及一种由如上所述的系统实现的载荷检测方法。所述方法包括计算至少一个磁传感器输出的平均值且计算作为平均值的函数的间隙的宽度。根据本发明，所述方法还包括计算作为磁传感器输出的函数的轴承载荷的步骤。
为了执行ABS速度感测，轮毂单元的旋转环通常已配备有多极磁环。现有的ABS速度感测装置可以用作硬件，从而以节约成本的方式实施本发明。通过将另外的霍尔传感器置于非旋转环上，可以测量旋转环的位移，这是由于霍尔传感器的输出信号以指数的方式与距离相关。
本发明的上述实施例及所附权利要求及附图示出了在特定组合中本发明的多个特征。本领域技术人员能够容易想到这些特征的进一步组合或子组合，以使如在权利要求中限定的本发明适合特定需求。
附图说明
图1是在集成在机动车轮毂单元中的轴承中使用的载荷确定系统的示意图。
图2是根据图1的载荷确定系统的目标环。
图3是根据图1和图2的载荷确定系统中所适用的磁传感器。
图4是根据图3的传感器针对不同宽度的间隙的传感器输出的示意图。
图5是示出在传感器与目标环之间的间隙的宽度与传感器信号的信号振幅之间关系的曲线图。
图6是说明在根据图2的目标环的齿距波长/周期与图5中所示的关系中的指数衰减常数(exponential decay constant)之间的关系的曲线图。
图7示出目标环的倾斜与作用在轴承单元上的侧向力(lateral force)之间的关系。
图8示出根据本发明的载荷确定系统预估的作用在轴承单元上的侧向力与实际施加的侧向力之间的比较。
图9是根据本发明的另一实施例的传感器系统，其包括与编码器环具有径向间隙的四个等间隔的磁传感器。
图10是根据图9的传感器系统的截面图。
图11是示出如基于图9和图10的两个磁传感器的信号确定的对于间隙的宽度确定的值的曲线图。
图12是示出根据本发明的系统的信号处理单元执行的用于计算实时力矢量的数据处理的示意图。
具体实施方式
图1示出了机动车的轮毂单元，其包括形成为双列滚子轴承的轴承10。该轴承包括外圈14和安装在轮轴(axle)上的内圈12。所述轮毂单元设置有集成ABS(防抱死制动系统)并且设置有目标环(target ring)18，目标环18形成为有槽的磁渗透钢环(slottedmagnetically permeable steel ring)并附接于外圈14。
图2示出了目标环18，目标环18形成为下面这样的钢环：该钢环具有槽和使这些槽分离开的径向延伸分隔指。槽在径向上的距离(即环的齿距(pitch)w)达到约3至4mm，因此小于在标准ABS传感器中使用的目标环的齿距，而标准ABS传感器中周期长度在6mm至8mm之间。这里以及在下文中，该周期长度还将被称为波长w。齿距波长w例如可以被沿着连接槽的径向内边缘的中心点的圆的曲线部分测量。
图3是传感器16的示意图，传感器16形成为具有背磁体(back magnet)的差分霍尔传感器，所述差分霍尔传感器观察磁场由于有槽的磁渗透钢目标环18上的通道而导致的空间变化。当然，本发明不限于有槽的磁渗透钢环的目标环，而还可以与在表面上含有大量精确生产的南北两极的钢盘、齿轮轮齿或磁化目标环一起使用。在后一种情况下，不带背磁体的差分霍尔传感器也是可适用的。
如图3所示，磁场传感器16包括磁轭(yoke)20，磁轭20沿目标环18的圆周方向并覆盖目标环18的多个波长。背磁体22设置于磁轭20的中心部分，并生成穿过一个或多个差分磁场传感器21的磁场线，差分磁场传感器21布置在穿过磁轭20的一个腿部并穿过目标环的两个磁路中的至少一个磁路内。如果磁轭20的面对目标环18的端部设置在目标环的槽上方，则磁场线被中断或至少强烈弱化，而如果磁轭20的面对目标环18的端部设置在目标环18的分隔指上方，则磁场线容易穿过目标环18与磁轭20的端面和位于磁轭20的中心的差分磁场传感器21的端面之间的间隙G。
如果目标环18在传感器16的下方转动，则由差分磁场传感器21测量的磁场因此以与目标环18的通过槽(passing slot)的频率对应的频率振荡。
重要的是要注意，该振荡的振幅取决于传感器16与目标环18之间的间隙G的宽度，更具体地说，取决于在磁轭20的端面和差分磁场传感器的端面与目标环18的分隔指之间的间隙G的宽度。本质上说，该振幅是该间隙G的宽度的指数递减函数。这里以及在下文中，这个宽度也将被称为“距离”。
返回图1，多个图3所示的类型的传感器16被设置在目标环18的圆周上。在实际的实施例中，四个传感器16以0°、90°、180°和270°的角度设置，尽管为了简便起见，仅示出了其中的一个。如果例如由于作用在轴承上的载荷而使得轴承的内圈12以及进而目标环18相对于外圈14倾斜，则即使在内圈12与外圈14完美对准的构造中传感器与目标环18之间的距离相同的情况下，传感器与目标环18之间的距离也将与倾斜角的正弦值成比例地变化，因此也将得到不同的值。使用角距离为180°的成对的或相对的传感器来成对地处理由传感器16得到的数据，其中由不同的传感器的测量确定的间隙的宽度可以被减去(subtracted)。
另一方面，如果内圈12相对于外圈14沿轴向移位，则由距离传感器16所观测到的距离将以相同的方式变化。
因此，可以使用传感器16以高精度测量圈的轴向位移和圈的倾斜角度。精度尤其取决于所述距离与传感器信号的振幅之间的指数关系的衰减常数。高衰减常数值对应于高精度，低衰减常数值对应于低精度。
由ABS系统已知上述类型的传感器布置，在ABS系统中对于作用在轴承上的轴向力、轴向位移和倾斜角度不感兴趣，这是因为ABS系统仅控制纵向加速度，而该纵向加速度是由传感器信号的频率得出的而不是由传感器信号的振幅得出的。因此通过使用具有约0.5mm-1的值的小指数衰减常数的几何图形(geometries)来减小轴向位移或倾斜的推测(inference)。指数衰减常数的值尤其取决于目标环18中的槽的波长。长波长对应于缓慢衰减，而短波长对应于快速衰减。市场上的ABS传感器通常采用约6mm至8mm的波长。发明人已经发现，即使使用具有相对适度的磁环质量并具有在6至8mm之间的齿距周期波长的现有ABS系统，也能够得到好10％的载荷测量精度。
根据本发明的优选实施例的ABS传感器采用较小的齿距波长w，特别是小于4mm、优选为小于3mm的波长w，以使得实现指数衰减常数为2.0mm-1或更大的值。
除了磁传感器16以外，外圈设置有结合于外圈14的径向外表面的四个等间隔的应变传感器(strain sensor)24。取决于应用的领域，应变传感器24可以由塑料盖保护和/或埋设在凹部中或埋设在周向槽中。
应变传感器24对外圈的外表面的局部变形、尤其是拉伸变形敏感。然而，轴承中的温度变化或热梯度不可避免地导致由材料的热膨胀所导致的局部变形，这些贡献不直接取决于作用于轴承的力。
此外，应变传感器24的信号没有区分外圈14的各变形模式(modes)。例如，(可能由在向右转弯操作中产生的力所造成的)在第一轴向上的剪切变形将导致与向左转弯操作中获得的传感器输出图案相同的传感器输出图案(pattern)，这是因为这两个相应的变形图案是相对于环的径向中心平面的相互镜像，使得布置在该平面中的传感器24看不到这种差别。
因此，应变传感器24具有非常受限的检测力的绝对值的能力，且不能检测在力作用的方向上的信息。
载荷确定系统设置有信号处理单元26，该信号处理单元26接收来自应变传感器24的信号和来自磁传感器16的信号，且使用组合的传感器信号来确定作用于轴承的载荷，其中如在WO2011/154016A1详细论述的，不同的频率分量(component)被单独地处理。该申请的涉及应变传感器24的信号处理的内容通过引用并入本文。尤其地，通过在计算平均值之前去除由摩擦热引起的传感器信号的漂移来对传感器信号进行预处理。
如下所述，轴向力分量主要是基于从磁传感器16接收的信号而被确定。
图4是根据图3的传感器针对不同宽度的间隙的传感器输出的示意图。如所示，传感器输出具有与目标环的通过孔频率(passing hole)对应的频率的大致正弦曲线。大振幅对应于窄间距G，小振幅对应于宽间距G。实质上，由在差分霍尔传感器下通过目标环所产生的差分霍尔传感器的电压变化是根据间距G的距离或宽度的函数。距离越大，信号变得越小。图4是采用例如IC-MZ芯片(市售2.000毫米差分传感器)和0.4T到1T的背磁体、作为具有48个槽的钢目标轮的角度(完整的正弦为7.5度)的函数的霍尔传感器的电压的图。相邻轨迹描述了当传感器16以0.1毫米逐步远离目标环18时的信号。
图5是在对数图中示出在传感器16与目标环18之间的间隙G的宽度与传感器信号的信号振幅之间关系的曲线图。在对数图中的直线表示指数关系，其中最佳匹配表示为虚线，所述虚线在图示示例中与-1.6466mm-1的衰减因子对应。振幅的准确值取决于磁体和磁轭系统的几何形状以及取决于磁导(magnetically conducting)目标环18中的齿或槽或块(bar)的几何形状。
图6是示出根据图2的目标环的齿距波长/周期和在图5中所示的关系中的指数衰减常数之间的关系的曲线图。
如上已论述的，指数的值对于目标环的周期长度w尤其敏感，并且以次要(minor)方式对环的宽度和曲率半径敏感。通常地，指数值在-0.7至-3.5的值范围内，当周期长度减小时，指数变得更负。大概地说，7mm的周期长度导致约-1的指数，而2.5mm的周期长度导致约-2.6的指数(exponent in the order of-2.6)。
为了使精度最大化，应该使磁环的极对的数量最大化。所需的最小值典型为40，而对于多于100个槽则成本大幅地增加。一个N-S组合的周向长度优选大于3mm且小于6mm。使用该范围的参数，可以预期在3mm时指数衰减为-2.3、在4mm时为-2且对于6mm时为-1.2。对于可变的磁阻可以预期相似的关系。因此，对于期望的精度必需平衡目标的制造成本。
因而，周期长度和精确的几何适应性被用来调整对于滚动轴承10的尺寸和应用的距离测量。为了高分辨率，短周期长度是有利的，但不利的是，当传感器16被安装时，该传感器16必须具有精确的位置和距离。
在诸如齿轮或有槽的盘的磁渗透部的情况下，模型(patterns)在几何形状和材料组成以及盘或车轮18的跳动(run-out)和平整度方面具有误差(tolerance)。因此，比如通过霍尔传感器测量到变量的正弦波是不准确的并且随地点改变。同样，在磁环的情况下，编入该材料的磁体会随地点改变。结果是观察到的信号在相位和幅值上略微不同。
通过对在一周转动中的振幅求平均值，使正弦波振幅变化的影响最小化。因此，信号处理单元26计算这一平均值。在对一周转动求平均值时，产生非常稳定地读取信号振幅，然后能够校准作为至目标环18、磁环或磁导(渗透)的铁素体环、齿轮或盘状部件距离的函数的振幅。校准是通过将如图4所示的拟合特征(suitable characteristic)存储于信号处理单元26的存储单元内来实现的。
空间微分磁场(spatial differential magnetic field)的形状一般也不是正弦波。然而，通过调整齿轮的齿的几何形状或者在钢板盘内的槽和块的几何形状，可以对信号形状进行优化，并且可以使总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)降低至实际值，远低于2％THD，使得当在稍小于360度或超过360度的平均值在实际自动测量情况下被获得时，并未严重影响对平均振幅的精密预估。
使用以上设定的示例数据，估计出如何可以较好地预估转动目标环18的距离w。第一步是测量作为实际距离X的函数的响应B。使盘转动时的B的标准差比B本身小45至55倍之间。首先，根据从拟合模型的反演(inverse)得到的平均振幅B来计算距离：
距离X_预估＝-1/1.6466*ln(B/0.5052)。 (1)
X_预估与B+/-3倍的标准差的差数(margin)为8.5毫米。
对于汽车以约1G的离心力的强曲线转弯，在汽车的侧向上的轮胎路面接触载荷为大约5kN。轴承经受组合的5kN的轴向载荷和相应的1.6kNm的转弯轴承力矩。如果我们可以预期在ABS目标环的齿距半径上具有0.100mm的倾斜运动，则可以测量0.200mm的差分运动(differential movement)。已推断出，如上所述的ABS传感器为此可以适配有8.5毫米的分辨率，则载荷分辨率为大约200N。
如实验已示出的，可以进行大量的(substantial)轴承的实际运动。
图7示出目标环的倾斜和作用于轴承单元的侧向力之间的关系。图7是以涡流式传感器测量的相对轴向运动的图，以证明作为施加于车轮的转弯力(侧向轮胎接触力Fy)的函数的在BMW E60试验车辆中使用的车轮轮毂单元的内圈至外圈的倾斜运动正确性。若干试验呈现相似结果。
应用于倾斜测量的拟合模型产生来自倾斜运动的侧向力的预估。结果如实线所示，可作为特征存储在信号处理单元中。
图8示出如由根据本发明的载荷确定系统预估的作用于轴承单元的侧向力与实际施加的侧向力之间的比较。该比较示出使用根据本发明的传感器单元可靠地检测轴向力是可行的。
除了检测载荷以外，信号处理单元26可以使用传感器信息用于其它目的，例如用于监视和产生维护信息。特别地，信号处理单元26可以被配置为确定滚动轴承10的轴向游隙(axial play)且基于所述轴向游隙产生表示剩余轴承寿命的信号。
图9是根据本发明的另一实施例的传感器系统，其包括四个磁传感器16a至16d，所述四个磁传感器16a至16d具有90°的相等间隔且具有径向取向，即在传感器16a至16d的感测面与磁编码器环18之间具有径向间隙Ga至Gd，在本实施例中，磁编码器环18安装于轴承的内圈12。
图10是根据图9的传感器系统的截面图。间隙Ga、Gc在轴承的径向上具有宽度h1、h2。当转弯时，机动车中的车轮轴承的内圈12相对于外圈14倾斜。这导致在轴承的两侧的距离的变化以及具有约100μm的宽度ha、hc。使用彼此相对的至少两个传感器允许测量倾斜。当设置多于一对传感器时，可以构建轴承单元的变形模型且测量包括圈的跳动、倾斜和变形的不同自由度中的载荷。
本发明提出，数据处理装置26被配置成通过对在圈的一周或多个整周转动中的测量信号求平均值来处理信号。这补偿磁环的跳动和安装精度。于是，计算信号的均方根(RMS)振幅。可以使用已知的积分法计算RMS值，但是也可以通过整流信号并计算移动平均值来预估RMS值。因此，移动平均值的周期取决于由数据处理装置26的ABS传感器函数测量的速度。
使用传感器布置的反演模型(将m泰斯拉转换为位移)预估距离：1/k*ln(x)，其中以k为之前提到的布置的衰减因子且x为测量的磁场强度。通过取对数使指数衰减反演。取决于模型，可以适用反演函数。如果已使用了多于1个传感器对，则使用线性轴承模型计算力矢量。
图11是示出如基于图9和图10的两个磁传感器的信号确定的对于间隙的宽度ha、hb确定的增量值Δha、Δhb的曲线图。增量值Δha、Δhb或高度变量与宽度ha、hb的绝对值差异了预定偏差h0。通过计算从安装在实质上相对位置的一对传感器获得的平均信号的比率的对数，能够以非常方便的方式消除信号由于误差或跳动所导致的偏差。如所熟知的，两个数的比率的对数是这两个数的对数差，且数的恒定的(constant)和相同的在前因子(pre-factor)将抵消(cancel out)。因此，计算结果对应于图11中的曲线差，这将是用于确定倾斜或转弯力的可靠参数。
图12是示出由根据本发明的系统的信号处理单元26执行的用于计算实时力矢量的数据处理的示意图。对于各传感器16a至16d，通过取信号振幅的平方平均值xi或RMS来计算高度变量Δha至Δhd，xi例如为
其中，Si 2(t)是从相应传感器获得的信号(i＝a,…d)，T是用于在求平均值步骤S1求平均值的周期，且随后使振幅xi的对数除以之前在校准步骤中确定的衰减因子k：
Δhi＝1/kln(xi) (i＝a，…d)
如上所述，宽度可以被确定为
hi＝ho+Δhi
且，振幅xi、xj的比率的对数产生
如上所述，这与图11中的曲线差成比例，这将是用于确定倾斜或转弯力的可靠参数。
高度变量Δha至Δhd被输入到对于轴承的弹性模量Mx、My、Mz记述的轴承模型，从而计算实时力矢量。
Claims (12)
1.一种载荷确定系统，所述载荷确定系统包括车轮用轮毂单元中的带有传感器功能的滚动轴承(10)，所述轴承(10)包括作为内圈和外圈的第一圈(14)和第二圈(12)，其中所述第一圈(12)通过作用于所述轴承的载荷而相对于所述第二圈(14)倾斜或轴向移位，所述系统包括：
a.至少两个磁传感器(16)，所述至少两个磁传感器(16)安装于所述第一圈(14)，使得与安装于所述第二圈(12)的目标环(18)相互作用，其中，所述目标环(18)被设置成以间隙(G)面对所述磁传感器(16)的感测面，所述间隙(G)被构造成使得所述间隙(G)的宽度随着所述圈(12、14)的倾斜角度和轴向位移的函数而变化；
b.信号处理单元(26)，所述信号处理单元(26)被配置成接收所述至少两个磁传感器(16)的磁传感器输出，其中所述信号处理单元(26)被配置成基于所述磁传感器输出的振幅来确定作用在所述轴承(10)上的至少轴向力，所述振幅取决于在所述传感器(16)与所述目标环(18)之间的所述间隙(G)的宽度；
其特征在于，
所述信号处理单元(26)被配置成分别计算在预定求平均值周期(T)期间的所述至少两个磁传感器(16)的输出值的平均值，且计算所述磁传感器输出的平均振幅的对数和/或计算所述平均值的比率的对数，以确定作用于所述轴承(10)的载荷。
2.根据权利要求1所述的载荷确定系统，其特征在于，所述信号处理单元(26)还被配置成分别计算所述至少两个磁传感器(16)的输出值的平均值的对数，从而确定在所述传感器(16)处的所述间隙(G)的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的载荷确定系统，其特征在于，所述至少两个磁传感器(16)被布置在所述第一圈(14)的圆周上的实质上相对的位置处，其中所述信号处理单元(26)被配置成基于从所述磁传感器(16)获得的信号计算所述第一圈(14)相对于所述第二圈(12)的倾斜。
4.根据权利要求1或2所述的载荷确定系统，其特征在于，所述载荷确定系统包括布置在所述第一圈(14)的圆周上的不同位置处的多个磁传感器(16)，其中所述信号处理单元(26)被配置成计算描述作用于所述轴承(10)的转弯载荷的力矢量。
5.根据权利要求1或2所述的载荷确定系统，其特征在于，所述目标环(18)被布置成以径向间隙(G)面对所述磁传感器(16)的感测面。
6.根据权利要求1或2所述的载荷确定系统，其特征在于，所述磁传感器(16)形成为差分霍尔传感器。
7.根据权利要求1或2所述的载荷确定系统，其特征在于，所述目标环(18)形成为有槽的磁渗透钢环。
8.根据权利要求1或2所述的载荷确定系统，其特征在于，所述目标环(18)形成为具有交替的磁化区域的目标环(18)。
9.根据权利要求1或2所述的载荷确定系统，其特征在于，所述信号处理单元(26)被配置成确定与所述滚动轴承的磨损相关的参数，且基于所述参数产生代表剩余轴承寿命的信号。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的载荷确定系统的用途，是作为机动车中的防抱死制动系统。
11.一种车辆，所述车辆包括配备有根据权利要求1至9中任一项所述的载荷确定系统的轴承。
12.一种用于确定作用在车轮用轮毂单元中的带有传感器功能的滚动轴承上的载荷的方法，所述轴承(10)包括作为内圈和外圈的第一圈(12)和第二圈(14)，其中所述第一圈(12)通过作用于所述轴承的载荷而相对于所述第二圈(14)倾斜或轴向移位，所述方法包括：
a.接收至少两个磁传感器(16)的磁传感器输出，所述至少两个磁传感器(16)安装于所述第一圈，使得与安装于所述第二圈的目标环(18)相互作用，其中所述目标环(18)被布置成以间隙(G)面对所述磁传感器(16)的感测面，其中所述间隙(G)被构造成使得所述间隙(G)的宽度随着所述圈(12、14)的倾斜角度或轴向位移的函数而变化；
b.基于所述至少两个磁传感器(16)的磁传感器输出的振幅来计算作用于所述轴承(10)的至少轴向力，其中所述振幅取决于在所述传感器(16)与所述目标环(18)之间的所述间隙(G)的宽度；
其特征在于，
所述方法包括计算在预定求平均值周期(T)期间的所述至少两个磁传感器(16)的输出值的平均值，且计算所述磁传感器输出的平均振幅的对数和/或计算所述平均值的比率的对数，以确定作用于所述轴承(10)的载荷。
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