CN107257914B - 用于检查惯性传感器的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查用于车辆的惯性传感器(2)的设备(1)，所述惯性传感器具有至少两个安装件(7，8)，所述设备具有至少一个第一振动体(3，4)——所述惯性传感器(2)能够固定/固定在所述第一振动体上——并且具有配属于所述第一振动体(3，4)的用于在至少一个方向上加速所述第一振动体(3，4)的至少一个第一激励模块(9‑11)。设置，至少一个第二振动体(4)与第一振动体(3)间隔开地设置，所述第二振动体配属有至少一个用于其加速的第二激励模块(12‑14)，并且所述惯性传感器(2)借助第一安装位置(7)能够固定/固定在所述第一振动体(3)上并且借助第二安装位置(8)能够固定/固定在所述第二振动体(4)上。

Description

用于检查惯性传感器的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检查用于车辆的惯性传感器(尤其加速度传感器和/或转速传感器)的设备，所述惯性传感器具有至少两个安装位置(Anbaustellen)，所述设备具有至少一个第一振动体——惯性传感器可以固定/固定在所述第一振动体上——并且具有配属于第一振动体的用于在至少一个方向上加速该振动体的至少一个第一激励模块。

本发明还涉及一种用于检查用于车辆的惯性传感器(尤其加速度传感器和/或转速传感器)的方法，所述惯性传感器具有至少两个安装位置，其中，惯性传感器固定在至少一个第一振动体上并且通过至少一个第一激励模块在至少一个方向上加速该振动体。

背景技术

上文所提到的类型的设备和方法是已知的。为了检查和调节用于车辆的惯性传感器，通常在外部的测试台上进行检查，以便稳定地求取：不同的加速度怎样影响所述惯性传感器。由此能够实现，如此校准惯性传感器，使得对待检测的加速度进行检测并且补偿或忽略其他的干扰加速度。为此，已知的是，将惯性传感器固定在具有高质量的振动体(例如金属块等)上，并且通过至少一个激励模块在至少一个方向上加速该振动体。将通过惯性传感器检测的或者测量的信号(例如加速度或者转速)存储并且必要时为了其校准将所述信号与期望的加速度值进行比较。

发明内容

根据本发明的设备和方法具有如下优点：可以在不同的位置不同地加速惯性传感器。由此能够实现，通过所述设备还能够更好地描绘在车辆中的使用情况。惯性传感器通常固定在机动车的不同的车身元件上，所述车身元件也能够彼此相对振动。通过所述设备的有利的构造，通过如下方式描绘这些性能：惯性传感器能够在两个不同位置不同地加速。为此，根据本发明设置，至少一个第二振动体相对于第一振动体间隔开地设置，所述第二振动体配属有至少一个用于加速的第二激励模块，并且惯性传感器借助第一安装位置可以固定/固定在第一振动体上并且借助第二安装位置可以固定/固定在第二振动体上。因此，所述惯性传感器能够在两个安装位置或者两个固定位置上借助不同的振动体加速，所述振动体尤其能够彼此独立振动地支承。由此，例如能够实现，通过检测和分析处理加速度信号对在激励第一振动体时的第二振动体的共振进行补偿。

优选地设置，每个振动体配属有至少两个激励模块，所述激励模块如此定向/布置，使得在不同方向上加速相应的振动体。因此，保证每个振动体的至少二维的加速，由此，能够优化对惯性传感器的检查。

还优选地设置，每个振动体配属有三个激励模块，所述激励模块如此定向/布置，使得在三个不同方向上加速相应的振动体。由此，保证每个振动体的三维激励或者每个振动体的三维加速，由此，在总体上得出对惯性传感器的2x3D的加速或者检查。

特别优选地设置，第一振动体的激励模块的激励方向分别相应于第二振动体的激励模块的激励方向。由此，保证两个振动体通过分别一个激励模块可以在相同的激励方向上加速。尤其设置，第一振动体的激励模块和第二振动体的激励模块如此定向/布置，使得可以分别在三个相同的空间方向上加速振动体。由此，能够对惯性传感器的加速度信号进行有利的分析处理。

根据本发明的一种优选的扩展方案设置，激励模块分别具有一个、尤其多个压电执行机构。尤其设置，压电执行机构即为压电堆叠(Piezo-Stack)连接而成，以便共同地在期望的方向上加速相应的振动体。通过设置压电堆叠，能够实现振动体的高的加速度和大的行程或者运动。

符合目的地，每个激励模块具有至少一个调节传感器，所述调节传感器根据所期望的加速度，对执行机构(尤其对压电执行机构)或者对振动体和\或对惯性传感器的操控进行调节。由此实现，可以以实际所期望的加速度对惯性传感器进行激励并且可以有利地分析处理惯性传感器的在此检测的信号。

根据本发明的方法的特征在于，借助第一安装位置将惯性传感器固定在第一振动体上，借助第二安装位置将惯性传感器固定在与第一振动体间隔开的且尤其独立支承的第二振动体上，其中，通过至少一个第二激励模块在至少一个方向上加速该第二振动体。由此得出已经提到的优点。

尤其设置，通过分别三个激励模块在不同方向上加速每个振动体。尤其设置，两个振动体能够在相同方向上加速或者在相同方向上加速两个振动体。为此，将激励模块如此布置在相应的振动体上，使得第一振动体的和第二振动体的激励模块分别作用在相同方向上。

还优选地设置，同时或者依次在不同或者相同的空间方向上加速振动体，以便对待检查的惯性传感器的性能进行检查。

尤其优选根据对激励模块的操控和振动体的由此产生的加速度生成传递矩阵，通过所述传递矩补偿干扰加速度。通过激励模块中的一个在一个方向上产生的加速度也可以同时导致在另一方向上的加速度，所述另一方向上的加速度被认为是干扰加速度。为了在检查惯性传感器时避免该干扰加速度，设置传递矩阵，所述传递矩阵对这种加速度偏差或者干扰加速度进行补偿。

附图说明

以下应该借助附图来进一步阐述本发明。为此示出：

图1A和1B以不同的视图示出用于检查惯性传感器的设备；

图2示出所述设备的示意图；

图3A和3B示出调节传感器的加速度变化过程。

具体实施方式

图1A和1B以俯视图(图1A)和侧视图(图1B)示出用于检查惯性传感器2的设备1，所述惯性传感器例如构造为加速度传感器和/或转速传感器并且在机动车中使用。

设备1具有两个振动体3和4，所述振动体分别构造为钢立方体。然而，替代地，所述钢立方体也可以由其他材料——例如由钨、陶瓷、铝或铍制成。振动体3、4彼此间隔开地布置并且分别具有用于惯性传感器2的固定位置5、6。惯性传感器2具有两个安装位置7、8，借助所述安装位置，惯性传感器2固定在振动体3、4上或者在其固定位置5、6上。相应地，安装位置7、8同样彼此间隔开地、在此布置/构造在惯性传感器2的或者惯性传感器2的壳体的两个相对置的侧上。

每个振动体3、4配属有三个激励模块9、10、11或者12、13、14。激励模块9至14作为执行机构分别具有多个串联连接的压电执行机构，所述压电执行机构共同构成压电堆叠15。压电堆叠可以彼此独立地操控，使得其可以彼此独立地加速相应的振动体3、4。在此，激励模块9至14的压电堆叠15如此定向，使得每个振动体3、4可以在三个不同的空间方向上加速。压电堆叠15为此尤其彼此垂直地构造，使得可以分别在x、y和z方向上加速振动体3、4。此外，激励模块9至14分别具有调节传感器16、17和18或者19、20和21。在此，调节传感器17至21布置在相应振动体2、4的与相应激励模块9至14的相应压电堆叠相对置的侧。在此，此外，每个激励模块9至14具有用于相应压电堆叠的配重。所述设备1的整体结构松弛地且优选无张力地(spannungsfrei)支承在例如泡沫塑料上。替代三个调节传感器，单个3D加速传感器也可以布置或者粘接在每个振动体3、4上。

图2示出设备1的示意图。控制设备22操控压电执行机构或者激励模块9至14。为此，控制设备22例如给激励模块9发送信号。该激励模块9具有数/模转换器23，该数/模转换器连接在放大器24前面，所述放大器24为了其操控又与激励模块9的压电堆叠相连。通过产生的加速度激励惯性传感器2并且测量该惯性传感器2的输出信号SA。同时，激励模块9的调节传感器16检测由压电堆叠15实际产生的加速度，将该加速度输送给放大器25，该放大器连接在模/数转换器26前面，该模/数转换器又将输出信号发送给控制设备22。通过所述反馈可以将期望的加速度非常精准地施加到相应振动体3、4上或者施加到惯性传感器2上。

借助所述设备可以在实验室中稳定地复制在车辆中的惯性传感器的安装位置上测量的实时信号。通过由振动体以及分别三个激励模块组成的两个单元，例如在机动车在不同测试路线上的测试行驶中求取所述信号。通过所述设备可以在惯性传感器2的两个安装位置上对三个空间方向中的每个馈送不同的信号。通过有利的设备可以对分别其他激励方向上的反馈进行补偿。通过模仿在车辆中测量的加速度信号，第一次可以借助可比较的激励检查不同的模型(Muster)。因此，通过有利的设备1通过放弃开销高的车辆测量而实现明显的成本节约。此外，例如在结构及连接技术中的不同的模型状态

或者差异的情况下在比较惯性传感器2的敏感度时，也得出时间上的节约。

由控制设备22的调节软件读取在车辆中测量的在惯性传感器2的安装位置上的加速度信号。通过将其与复数传递矩阵在频域中相乘，可通过调节软件计算出对于各个压电堆叠15需要的输出信号。通过确定传递矩阵可以对横向的影响进行补偿。

为了确定复数传递函数，依次将测试信号施加给激励模块9至14，而所有其他的激励模块获得零信号，在所有调节传感器上测量最终的加速度。将所述采样信号和传感器信号变换到频域中，并且随后对其做除法(矩阵除法)。结果是复数传递函数的方阵，由该方阵得出传递矩阵。矩阵中的每一个元素相应于一个由激励器到传感器的具有x条频率线的复数传递函数。将选择的期望信号变换到频域中，并且构成复数期望向量。现在需要如下算法：所述算法从给定的值如此计算用于激励器的输出信号，使得测试物(Prüfling)上的加速度尽可能好地相应于经记录的期望变化过程。为此，将期望向量与逆传递矩阵相乘。该结果是频域中的复数输出信号的向量。将输出向量变换到时域中并且输出。同时，在传感器17至21上记录并显示加速度信号。

为了分析处理，提供以下三种运行类型：在直接法(Straight-Verfahren)中，将数据不改变地传递到振动激励器或者相应的激励模块上。这仅仅用于比较的目的。在单独法(Single-Verfahren)中，相应于在不考虑通道相互影响下的经证明的图表程序的算法的第一级，对每个通道单独进行一维的数据处理。因此，借助给定的结构可以实现直至0.95的相关性。在复杂的条件下，所述方法基于简单的数学原理经证明为特别稳健的。相反，矩阵法使用上述算法，其中，由此能够实现具有组合性>0.995的决定性的改善方案。

图3A和3B分别在设备3的两个轴上示出加速度变化过程。在图3A中，借助各一个具有200kS/s的正弦脉冲串延时地对两个激励模块(例如激励模块9、10)进行激励(x轴8kHz，y轴10kHz)。在此，以S1示出通过第一正弦脉冲串借助相应的调节传感器检测的加速度，并且以S2示出通过第二正弦脉冲串借助相应的调节传感器检测的加速度。如图所示：借助第二正弦脉冲串S2导致x轴的共振(S3)。

图3B示出在使用之前所述的具有复数传递矩阵的矩阵法时的结果。x轴的串扰和共振被完全消除。为此，如此操控该轴的压电堆叠(通道0)，使得该压电堆叠产生具有共振物(通道1)的频率的并且恰好具有正确的幅度和相位的反向的输出信号，以便补偿非期望的横向振动。

因此，借助传递矩阵和设备1能够在六个轴上实现加速度的期望变化过程和实际变化过程之间的高一致性。作为采样信号(Probesignal)例如输出：正弦脉冲串、噪声信号、真正记录的冲击变化过程或者反向的正弦扫频。

如上所述，借助傅里叶变换将期望变换过程Xs(t)变换到频域，并且与逆复数传递函数H(f)相乘。通过借助傅里叶逆变换变换到时域的逆变换，获得需要的输出信号Xo(t)，所述输出信号作为电压变化过程输出给相应的压电激励器。随后，将测量的加速度信号Xi(t)与期望变化过程相比较，并且根据确定的方法执行另一重复调整。在最佳条件下，在实践中实现Xi与Xs之间>0.999的相关性。在此，重要的是对传递函数的精准确定。在多维激励的情况下，在非理想的振动激励器的情况下，例如通过激励器的横向振动、惯性传感器2上的机械耦合、传感器的横向敏感度或者通过待检查的惯性传感器2的负载影响而产生加速度的相互影响。通过所述设备至少将所提及的影响进一步消除。为此，准确地测量N维结构的动态性能并且生成复数传递矩阵H。

H00(f)例如是激励模块9在其压电堆叠15与所配属的调节传感器16之间(例如在x方向上)的传递函数。H01(f)则为激励模块9的压电堆叠15与调节传感器17之间(例如x到y方向)的传递函数。

在此，H00(f)和H11(f)构成矩阵的主对角线，并且相应于在各一个方向上的激励器与在相同方向上的所配属的传感器之间的传递，而H01(f)和H10(f)则表征横向影响。第一种解决方案是根据所述方法对每个方向计算图表程序，即x激励器+x传感器、y激励器+y传感器、z激励器+z传感器。在此，仅使用矩阵的主对角线元素，而继续忽略横向影响。然而，这种所谓的单独方法在多维激励中通过相互影响而变得不太准确。

通过所述的矩阵法，对每个频率线求解N维方程组：N个期望信号构成一个期望向量Xs(1,N)。通过方形传递矩阵H(N,N)表征传递特性。通过求解N维方式组求取输出向量Xo(N,1)。所述计算在复数频域中单独对每个频率线自然进行。例如在图形法中，借助傅里叶逆变换对每个输出通道进行到时域的转换。

Claims (8)

1.一种用于检查用于车辆的惯性传感器(2)的设备(1)，所述惯性传感器具有至少两个安装位置(7，8)，所述设备具有至少一个第一振动体(3)——所述惯性传感器(2)能够固定在所述第一振动体上——并且具有配属于所述第一振动体(3)的用于在至少一个方向上加速所述第一振动体(3)的至少一个第一激励模块(9-11)，并且其中，至少一个第二振动体(4)相对于所述第一振动体(3)间隔开地设置，所述第二振动体配属有至少一个用于其加速的第二激励模块(12-14)，并且其中，所述惯性传感器(2)借助第一安装位置(7)能够固定在所述第一振动体(3)上并且借助第二安装位置(8)能够固定在所述第二振动体(4)上，其特征在于，每个振动体(3，4)配属有三个激励模块(9-14)，所述激励模块构造/定向用于在不同方向上彼此独立地加速相应的振动体(3，4)。

2.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述第一振动体(3)的激励模块的加速度方向分别相应于所述第二振动体(4)的激励模块(12-14)的加速度方向。

3.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述激励模块(9-14)分别具有至少一个压电执行器(15)。

4.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述激励模块(9-14)分别具有至少一个调节传感器(16-21)。

5.根据权利要求3所述的设备(1)，其特征在于，所述激励模块(9-14)分别具有多个压电执行器(15)。

6.一种用于检查用于车辆的惯性传感器的方法，所述惯性传感器具有至少两个安装位置(7，8)，其中，将所述惯性传感器(2)固定在至少一个第一振动体(3)上并且通过至少一个第一激励模块(9-12)在至少一个方向上加速所述第一振动体(3)，并且其中，借助第一安装位置(7)将所述惯性传感器(2)固定在所述第一振动体(3)上并且借助第二安装位置(8)将所述惯性传感器(2)固定在与所述第一振动体(3)间隔开的第二振动体(4)上，其中，通过至少一个第二激励模块(12-14)在至少一个方向上加速所述第二振动体(4)，其特征在于，通过分别三个激励模块(9-14)在不同方向上彼此独立地加速每个振动体(3，4)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在不同或者相同的空间方向上同时或者依次加速所述振动体(3，4)。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，根据对所述激励模块(9-14)的操控且根据由此产生的加速度来产生传递矩阵，通过所述传递矩阵对干扰加速度进行补偿。

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