CN108369145B - 用于对驱动单元进行转矩测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对驱动单元（10）、尤其是车辆驱动单元（10）进行转矩测量的方法，其中所述驱动单元（10）具有至少一个用于与固定的支撑点（21）相连接的轴承（20），并且其中设置了至少一个传感器（22），所述至少一个传感器来测量所述驱动单元（10）的力变化和/或位置变化、尤其是相对的扭转作为传感器数值并且从所述传感器数值中来获取作用在所述驱动单元（10）上的转矩作为测量值。

Description

用于对驱动单元进行转矩测量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对驱动单元进行转矩测量的方法以及一种用于对驱动单元进行转矩测量的测量系统。

背景技术

对于现代的车辆的运行来说，关于作用在驱动系中的转矩的信息是必不可少的，比如用于计算参考速度和实际加速度。额外地将这种信息用于监控任务（转矩路径中的监测）。通常从模型中（空气量和喷射量或者电的驱动机中的电流数据）确定这些数据。

发明内容

按照本发明，所述方法用于对驱动单元、尤其是车辆驱动单元进行转矩测量，其中所述驱动单元具有至少一个用于与固定的支撑点相连接的轴承，并且其中设置了至少一个传感器，所述至少一个传感器来测量所述驱动单元的力变化和/或位置变化、尤其是相对的扭转作为传感器数值并且从所述传感器数值中来获取作用在所述驱动单元上的转矩作为测量值。

本发明的另外的特征和细节从说明书和附图中得出。在此，结合所述按本发明的方法已经描述的特征和细节当然也结合所述按本发明的系统而适用并且相应地反之亦然，因而关于相对于各个发明方面的公开始终相互参照或者能够相互参照。

所述按本发明的方法能够在驱动单元的连续的运行中实现转矩测量，而不直接测量作用在驱动轴上的转矩，这与高的测量开销相关联。这通过以下方式来实现：至少一个传感器来测量所述驱动单元的力变化和/或位置变化、尤其是相对的扭转作为传感器数值。由于作用在所述驱动单元上的转矩，所述驱动单元由于所述转矩而相对于所述固定的支撑点运动，或者能够测量的力作用于所述驱动单元的轴承。由此，尤其可能的是，测量所述驱动单元的相对于所述固定的支撑点的位置变化、尤其是相对的扭转。

所述按本发明的方法提供额外的关于所述驱动单元的所作用的转矩的信息，所述作用的转矩能够考虑用于调节比如行驶功能。除此以外，能够将所述测量值用于对所提供的转矩进行监控并且用于调准其它的信号、比如机器电流或者转子位置角度的测量值。

通过所述驱动单元所产生的转矩引起在所述驱动单元的有弹性的轴承上的力变化或者引起所述驱动单元的相对于所述固定的支撑点的相对的位置变化、尤其是相对的扭转。从如此测量的、反映所述驱动单元的力变化和/或位置变化、尤其是相对的扭转的传感器数值中，能够来获取作用在所述驱动单元上的转矩作为测量值。在此，能够作为所述转矩的在一定程度上稳定的测量并且/或者借助于时间上的导数相应地基本上恒定地对所述传感器数值的测量以及从中所获取的转矩进行测评。借助于所述时间上的导数，能够记录所述驱动单元的有错误的力矩形成并且通过相应的调节技术的措施来将其中断。除此以外，通过所述时间上的导数同样可以探测通过固有频率的激励而产生的转矩振荡并且通过调节技术的措施来减缓或者抑制所述转矩振荡。为此，优选用足够高的频率或者以能够确定的间隔来进行所述传感器数值的测量。“固定的支撑点”在本发明的范围内比如能够是指车辆车身。

能够有利地设置控制单元，其中所述控制单元与所述至少一个传感器处于信号连接之中并且从所述传感器数值中获取所述测量值。所述控制单元对以传感器数值的形式的测量信号进行处理并且测评，并且在存在于所述控制单元中的算法和/或启发法的基础上获取用于所述转矩的测量值。所述控制单元与所述至少一个传感器的信号连接在此能够通过电缆并且/或者无线地构造。用于将所述传感器数值传输给所述控制单元的数据接口比如能够是用于传输数据的作为蓝牙连接和/或NFC连接和/或无线-LAN-连接和/或GSM连接或者LTE-连接。所述控制单元比如能够是车辆内部的控制单元，所述车辆内部的控制单元同时适合用于处理对于行驶功能的调节和/或对于其它信号的调准、机器电流的和/或转子位置角度的测量值。除此以外，能够考虑，所述控制单元和/或所述至少一个传感器将所述传感器数值和/或所述测量值传输给车辆外部的、尤其是可移动的设备，从而能够由外部的或者可移动的设备来读出并且测评所述数据。这比如能够在试验台上或者在工厂使用，从而能够以简单的方式方法对所述驱动单元的关于转矩的数据进行测评。除此以外，能够考虑，所述控制单元确定来自关于空气量和喷射量或者电的驱动单元的电流数据的模型的数据。由此能够在转矩路径中提供监测，其中所述控制单元根据所述传感器数值尤其结合所述驱动单元的在所述控制单元中所保存的特征值来获取用于所述驱动单元的转矩的测量值。

所述测量值能够有利地从所述传感器数值以及至少一个轴承特征值中获取，其中尤其所述轴承特征值是拉伸刚度、弯曲刚度和/或扭转刚度。所述轴承特征值在此按照本发明比如能够被保存在所述至少一个传感器的传感器电子装置中并且/或者被保存在所述控制单元中，使得所述轴承特征值结合所述传感器数值通过算法或者启发法来获取用于所述驱动单元的转矩的测量值。所述用于驱动单元的至少一个尤其是构造为弹性的结构的轴承的轴承特征值比如从所述轴承的几何结构和/或所述轴承的所使用的材料的几何结构中得出，因而这个轴承特征值是基本上所规定的或者恒定的特征值，该特征值基本上不能变化，因而该特征值能够考虑作为可靠的计算参数，用于从所述传感器数值中获取所述测量值。所述轴承的已知的拉伸刚度、弯曲刚度和/或扭转刚度由此代表着用于所述算法和/或所述启发法的计算参数，因而这种拉伸刚度、弯曲刚度和/或扭转刚度能够结合所测量的传感器数值来获取所述驱动单元的转矩。由此能够从所测量的、作为有偏差的数值代表着所述驱动单元的力变化和/或位置变化、尤其是相对的扭转的传感器数值中能够借助于被假设为已知的轴承特征值来推算出所作用的转矩。

按照本发明，所述驱动单元能够优选具有至少两个用于与至少一个固定的支撑点相连接的轴承。

优选所述至少两个轴承彼此隔开地布置在所述驱动单元上或者与所述驱动单元相连接，其中优选在每个轴承上布置了至少一个传感器，从而能够在所述驱动单元的轴承上测量大量的传感器数值。比如能够考虑，至少一个轴承通过所作用的转矩来得到压力并且另一个轴承由于转矩经受拉力的负荷。除此以外，也能够在至少两个轴承、尤其是彼此隔开地布置的轴承上测量所述驱动单元的位置变化、尤其是相对的扭转并且在从所述传感器数值中计算或者获取所述测量值方面被考虑。这引起对于转矩的更为可靠的测量，其中能够降低由于大量的传感器数值而产生的测量值的离散，从而能够更加精确地获取所述转矩。

能够有利地在所述驱动单元和/或所述轴承上布置至少一个传感器并且在所述固定的支撑点上布置至少一个传感器。通过在所述驱动单元和/或轴承上的至少一个传感器以及在所述固定的支撑点上的至少一个传感器来测量传感器数值，能够将所述传感器数值彼此进行比较，从而以所述固定的支撑点的不变的传感器数值以及所述驱动单元和/或轴承上的与此相比而变化的传感器数值来测量所述相对的位置变化和/或力变化并且彼此进行比较。因此，能够获取所述驱动单元上的转矩的更为精确的测量结果，因为所述固定的支撑点上的传感器的传感器数值由于所作用的转矩基本上没有变化，从而与所述驱动单元或者所述轴承上的变化的传感器数值相比存在着基准值或者参考值。此外，能够考虑，至少一个传感器是间距传感器、尤其是电容的、光学的传感器或者声学的传感器。按本发明的间距传感器在此能够布置在所述驱动单元、所述轴承或者所述固定的支撑点上并且测量所述驱动单元的、由于该驱动单元的所作用的转矩所引起的位置变化。如果所述间距传感器在此布置在所述驱动单元上，其中优选在所述固定的支撑点上有参考测量点，从而在与所述参考测量点的比较中在所述驱动机的位置变化时能够借助于光学的传感器来测量间距变化。电容的间距测量比如能够在所选择的轴承上来实施，其中比如在所选择的位置上的所述一个有弹性的轴承由无传导能力的有弹性的分离套筒和固定在车辆上的半侧传导的套筒的比如金属的销栓所构成，其中第二个套筒半体相对于所述套筒半体被隔离。销栓和有传导能力的套筒以平板电容器的式样来连接。如此构成的（ausgeprägten）传感器的电容随着所述两个部件的间距而变化。从电容变化中能够推断出所作用的反作用力矩并且由此推断出所述转矩。作为替代方案，能够取代所述销栓和套筒而使用相互隔离的表面，所述相互隔离的表面的间距在由于力矩施加而变形时变化。除此以外，能够考虑，插到彼此当中的筋条（Rippen）被设计为电容器。所述筋条的由于力矩施加而变化的重合程度引起电容的变化，从所述电容的变化中能够推断出由所述机器所施加的力矩。声学的传感器比如能够是超声波传感器，所述超声波传感器借助于超声波来测量所述驱动机的相对于固定的支撑点、比如车身的位置变化。

在本发明的范围内，能够存在至少一个传感器、惯性传感器、尤其是加速度传感器或者霍耳传感器，由此能够获取所述驱动单元的相对的位置角度。在此，优选至少一个加速度传感器布置在所述有弹性的轴承上。所述驱动单元通过由于转矩而引起的负荷由于所述有弹性的轴承而扭转了角度α。相应地，所述加速度传感器的测量值也变化，其中将这个所测量的数值与没有位置变化的传感器的等效的测量值进行比较。通过所述测量值的差，能够推断出所述两个传感器之间的角度并且从中推断出所施加的转矩。优选存在两个加速度传感器，其中存在一个位置固定的传感器和一个布置在所述驱动单元和/或所述有弹性的轴承上的传感器。所述位置固定的传感器在此优选布置在所述固定的支撑点上并且形成用于所述测量的参考系统。由于所施加的转矩，所述驱动单元上的位置变化的传感器的测量值通过所述驱动单元的扭转而变化。根据所述变化的测量值以及所述参考系统的测量值能够获取所述转矩。霍耳传感器、尤其是3D磁场传感器利用霍耳效应，用于测量磁场。横向的霍耳传感器与垂直的霍耳传感器组合成3D磁场传感器，这能够实现位置识别并且由此能够实现位置变化。这样的磁场传感器无接触地并且无磨损地测量机器部件的位置。

此外，能够考虑，所述传感器是力接收器，由此能够测量所述轴承上的力变化。这样的力接收器或者力传感器比如能够是压电元件，所述压电元件用于测量所述驱动单元的轴承或者位置点上的压力变化。由于所述转矩，相应地能够测量由于所作用的转矩而作用于相应的轴承的压力和/或拉力。从如此获取的传感器数值中，结合轴承特征值能够推断出所作用的转矩。

在本发明的范围内，能够在所述驱动单元的驱动机上并且/或者在差动传动装置上布置至少一个传感器。驱动机在本发明的意义上是驱动机组、尤其是电的驱动机组或者燃烧马达，其产生用于驱动比如车辆的转矩。除此以外，能够考虑，至少一个传感器布置在驱动单元的差动传动装置上。尤其而后可以使用差动传动装置，如果所述马达和所述驱动轴通过这样的差动传动装置彼此相连接的话。在此，比如能够涉及下述车辆，所述车辆具有前置马达并且通过后轴并且/或者通过所有四个车轮来驱动。在此，能够测量作用在所述差动传动装置上的转矩，从而能够直接地测量所述驱动轴上的转矩，这与在后驱的车辆中的驱动机上的转矩测量相比引起更加精确的测量结果。

按照本发明的另一个方面，要求一种用于对驱动单元进行转矩测量的测量系统的权利。所述用于进行转矩测量的测量系统尤其适合用于车辆驱动单元，其中所述测量系统具有至少一个传感器，通过所述传感器能够测量所述驱动单元的力变化和/或位置变化、尤其是相对的扭转。除此以外，所述测量系统具有至少一个控制单元，其中所述控制单元与所述至少一个传感器处于信号连接之中，借助于所述至少一个传感器按照按本发明的方法能够实施转矩测量。由此，按本发明的测量系统随之带来与详细地参照所述按本发明的方法已经描述的优点的相同的优点。

另外的、对本发明进行改进的措施从以下关于本发明的一些实施例的描述中得出，所述实施例在附图中示意性地示出。所有从说明书和附图中得知的特征和/或优点、包括设计上的细节、空间上的布置和方法步骤不仅本身而言而且在极为不同的组合中对本发明来说可能都是重要的。在此要注意，附图仅仅具有描绘性的特征并且未被设想成以某种形式限制本发明。

附图说明

在以下附图中，也为不同的实施例的相同的技术特征使用相同的附图标记。

图1示意性地示出了所述按本发明的测量系统的第一种实施方式并且

图2示出了所述按本发明的测量系统的另一种实施方式。

具体实施方式

在图1中示出了所述按本发明的测量系统100的一种可能的实施方式，其中所述测量系统100具有第一传感器22，所述第一传感器在所述驱动单元10的轴承23上与固定的支撑点21不可运动地相连接。所述轴承23在此基本上构造为弹性的结构，从而在通过所述驱动单元10产生的转矩下能够获得相对的位置变化、尤其是围绕着所述轴承23的相对的扭转。除此以外，图1中的驱动单元10具有第二有弹性的轴承20，该轴承与所述固定的支撑点21相连接。在所述驱动单元10上布置了第二传感器25，该第二传感器构造为间距传感器并且测量所述驱动单元10的相对的位置变化。所述间距传感器测量所述参考点RP与所述测量点MP之间的相对的位置变化Δs。所述参考点RP在此形成比较值，该比较值反映（wiedergeben）在没有被加载的转矩的情况下所述驱动单元10的位置。如果现在所述驱动单元10产生通过所述驱动单元10中的箭头所示出的转矩，那么所述转矩就产生所述驱动单元10的围绕着所述两个轴承20和23的相对的位置变化。在此，一方面能够测量所述第一传感器22上的拉力，所述拉力通过由于所述转矩引起的驱动单元10的运动来产生。同时，所述驱动单元10以相对的位置变化Δs为幅度来运动，从而能够将两个来自所述第一传感器22和所述第二传感器25的传感器数值用于获取所产生的转矩。所述第一和第二传感器22和25在图1中与所述控制单元30处于信号连接之中。所述控制单元30在此实施所述按本发明的、用于对所述驱动单元10进行转矩测量的方法，并且就这样在所述第二和第一传感器25和22的传感器数值的基础上结合所述轴承20和23的已知的轴承特征值来获取所产生的转矩。所述支撑点21和24示范性地代表着车辆的车身，因而涉及用于对所述相对的位置变化和/或力变化进行测量的固定的参考点。所述驱动单元10在图1中示范性地代表着车辆驱动单元、尤其是驱动机或者差动传动装置。

图2示出了用于驱动车辆的、具有驱动机11和差动/-传动装置12的驱动单元10。所述驱动机11通过两个轴承20和所述轴承23与作为固定的支撑点的车身21、24相连接。除此以外，在所述驱动机11上布置了间距传感器，所述间距传感器测量所述驱动机11相对于所述固定的支撑点24的间距Δs。所述间距Δs在所作用的转矩时变化，因而这种变化能够通过所述间距传感器来测量。除此以外，在所述驱动机11上并且在所述固定的支撑点24上分别布置了加速度传感器，所述加速度传感器测量所述驱动机11或者固定的支撑点的加速度并且相互关联地检测位置变化。所述加速度传感器中的箭头在此示出了加速度矢量。在此存在两个加速度传感器，其中存在一个位置固定的加速度传感器和一个布置在所述驱动机11上的加速度传感器。所述位置固定的加速度传感器在此布置在所述固定的支撑点24上并且形成用于所述测量的参考系统。由于所施加（aufgeprägten）的转矩，通过所述驱动单元10的扭转，所述驱动机11上的位置变化的加速度传感器的测量值发生变化。根据所述变化的测量值以及所述参考系统的测量值，能够获取所述转矩。从用于a_x和a_z的有偏差的数值中，能够借助于所述轴承20、23的所假设的扭转刚度来推算出所作用的转矩。所述驱动单元10在图2中具有差动机构12，由此能够将转矩从所述驱动机11通过所述差动机构12来传递到驱动轴13上。如果在所述差动机构12上并且相应地在所述驱动轴13上作用着转矩，那么从所述驱动轴13至所述固定的支撑点24的间距Δs就发生变化。这个间距Δs通过所述固定的支撑点24上的间距传感器来测量，从而能够获取在所述差动机构12或者所述驱动轴13上作用的转矩。

所述实施方式的前述解释仅仅在实施例的范围内描述了本发明。当然，所述实施方式的各个特征只要在技术上有意义都能够自由地组合，而不离开本发明的范围。

Claims (16)

1.用于对驱动单元（10）进行转矩测量的方法，其中所述驱动单元（10）设置用于驱动驱动轴并且所述驱动单元（10）具有至少一个用于与固定的支撑点（21）相连接的轴承（20、23），并且其中在所述轴承（20、23）上设置了至少一个传感器（22、25），所述至少一个传感器来测量所述轴承（20、23）上的力变化和/或所述驱动单元（10）相对于所述固定的支撑点（21）的相对位置变化作为传感器数值，并且从所述传感器数值以及所述轴承（20、23）的至少一个轴承特征值中来获取作用在所述驱动单元（10）上的转矩作为测量值。

2.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述驱动单元（10）是车辆驱动单元。

3.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述相对位置变化是相对的扭转。

4.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，设置了控制单元（30），其中所述控制单元（30）与所述至少一个传感器（22、25）处于信号连接之中并且从所述传感器数值中获取所述测量值。

5.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述轴承特征值是拉伸刚度、弯曲刚度和/或扭转刚度。

6.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述驱动单元（10）具有至少两个用于与至少一个固定的支撑点（21、24）相连接的轴承（20、23）。

7.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，在所述驱动单元（10）和/或所述轴承（20、23）上布置了至少一个传感器（22、25）并且在所述固定的支撑点（21、24）上布置了至少一个传感器（22、25）。

8.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述至少一个传感器（22、25）是间距传感器。

9.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述至少一个传感器（22、25）是电容的传感器、光学的传感器或者声学的传感器。

10.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述至少一个传感器（22、25）是惯性传感器或者霍耳传感器，由此能够获取所述驱动单元（10）的相对的位置角度。

11.按权利要求10所述的方法，

其特征在于，所述至少一个传感器（22、25）是加速度传感器。

12.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述传感器（22、25）是力接收器，由此能够测量所述轴承（20、23）上的力变化。

13.按权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，所述至少一个传感器（22、25）布置在所述驱动单元（10）的驱动机上并且/或者布置在差动传动装置上。

14.用于对驱动单元（10）进行转矩测量的测量系统，其中所述驱动单元（10）设置用于驱动驱动轴并且所述驱动单元（10）具有至少一个用于与固定的支撑点（21）相连接的轴承（20、23），所述测量系统包括设置在所述轴承（20、23）上的至少一个传感器（22、25）和至少一个控制单元（30），其中通过所述至少一个传感器能够测量所述轴承（20、23）上的力变化和/或所述驱动单元（10）相对于所述固定的支撑点（21）的相对位置变化，其中所述控制单元（30）与所述至少一个传感器（22、25）处于信号连接之中并且能够借助于所述至少一个传感器按照按前述权利要求1-13中任一项所述的方法来实施转矩测量。

15.按权利要求14所述的测量系统，

其特征在于，所述驱动单元（10）是车辆驱动单元。

16.按权利要求14或15所述的测量系统，

其特征在于，所述相对位置变化是相对的扭转。

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