CN111256620A - 旋转装置 - Google Patents

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Abstract

旋转装置(10)包括固定构件(12)、旋转构件(11)、传感器装置(6)和处理装置(18)，传感器装置包括传感器转子(17)、第一传感器(7)和第二传感器(7)。第一传感器(7)被构造成当旋转构件(11)相对于固定构件(12)移位时输出相位延迟的波形信号。第二传感器(7)被构造成当旋转构件(11)相对于固定构件(12)移位时输出相位提前的波形信号。处理装置(18)被构造成基于在第一旋转角度和第二旋转角度之间的差来计算传感器转子(17)的位移，对计算出的位移进行校正，并从已校正的位移来计算作用在旋转装置(10)上的负载。

Description

旋转装置
技术领域
本发明涉及一种旋转装置，该旋转装置包括传感器。
背景技术
存在通过使用传感器来检测作用在旋转构件上的负载的技术。例如，日本未审查专利申请公布特开2011-149517(JP2011-149517A)公开了一种通过使用传感器来检测作用在车辆毂单元(车辆轴承装置)上的负载的技术。毂单元包括相对于车辆本体固定的外环、附接有轮的毂轴以及设置在外环和毂轴之间的滚动元件。根据JP2011-149517A，传感器附接到外环。传感器是位移传感器(间隙传感器)，并且毂轴的一部分经受该传感器进行的检测。
例如，当来自轮的负载作用在毂单元上时，毂轴在径向方向上相对于外环略微移位。该位移改变了传感器和毂轴的经受检测的部分之间的间隙，并且因此传感器的输出信号也改变。通过传感器的输出信号的计算处理获得毂轴的位移和作用负载。
发明内容
在毂单元的结构部件的制造和组装中，出现不可避免的制造误差。误差导致毂轴的轻微振摆回转运动(偏心旋转)，而不论负载是否作用在毂轴上。毂轴的振摆回转运动表现为传感器的输出信号中的周期性波动。周期性波动是传感器的输出信号的不必要的成分。振摆回转运动的量占由传感器检测到的量(即间隙)的很大比例。因此，需要校正传感器的输出信号，以便精确计算毂轴的位移和作用负载。
如图9中所示，在JP 2011-149517 A中，除了作为如上所述的一个位移传感器的第一传感器装置91和用于从第一传感器装置91的输出计算负载的计算装置93之外，还使用第二传感器装置92。第二传感器装置92是旋转传感器。例如，第二传感器装置92是提供给毂单元的防抱死制动系统(ABS)传感器，并且根据毂轴的旋转来输出脉冲信号。计算装置93从脉冲信号通过计算获得毂轴的旋转角速度。计算装置93(移除计算单元93a)使用获得的旋转角速度校正第一传感器装置91的输出，以减少不必要的成分。然后，计算装置93(负载计算单元93b)从校正的输出计算负载。
如上所述，相关领域技术需要两个独立的传感器：第一传感器装置91(位移传感器)，其用于计算毂轴的位移和作用负载；和第二传感器装置92(旋转传感器)，其用于校正。
本发明提供一种旋转装置，其中用于检测旋转构件的位移的传感器也用作旋转传感器。
本发明的一个方面涉及一种旋转装置，该旋转装置包括固定构件、旋转构件、传感器装置和处理装置。所述旋转构件被构造成绕所述固定构件的中心轴线旋转。所述传感器装置包括传感器转子、第一传感器和第二传感器。所述传感器转子被构造成与所述旋转构件一起旋转。所述第一传感器和所述第二传感器被设置在所述固定构件侧，并且所述传感器转子经受所述第一传感器和所述第二传感器的检测。所述处理装置被构造成处理从所述传感器装置输出的信号。所述传感器装置的所述第一传感器和所述第二传感器中的每一个传感器被构造成在所述旋转构件与所述传感器转子一起进行一周旋转期间多次输出周期性波形信号。所述第一传感器被构造成当所述旋转构件相对于所述固定构件移位时输出相位延迟的波形信号。所述第二传感器被构造成当所述旋转构件相对于所述固定构件移位时输出相位提前的波形信号。所述处理装置被构造成基于所述波形信号来计算所述传感器转子在所述第一传感器的第一检测目标位置处的第一旋转角度和所述传感器转子在所述第二传感器的第二检测目标位置处的第二旋转角度。所述处理装置被构造成基于在所述第一旋转角度和所述第二旋转角度之间的差来计算所述传感器转子的位移，对计算出的所述位移进行校正，并从已校正的所述位移来计算作用在所述旋转装置上的负载。
根据该方面，传感器转子的旋转角度和位移都能够基于从传感器装置输出的波形信号来计算。因此，传感器装置不仅用作用于获得传感器转子的位移的传感器，而且还用作用于获得传感器转子的旋转角度的旋转传感器。由于传感器转子与旋转构件一起旋转，因此传感器转子的旋转角度等于旋转构件的旋转角度，并且传感器转子的位移等于旋转构件的位移。
旋转构件的位移与第一旋转角度和第二旋转角度之间的旋转角度差成比例。因此，处理装置基于该旋转角度差计算旋转构件的位移。此外，作用在旋转装置上的负载能够通过将计算出的位移乘以指示旋转装置的刚度的值(系数)来计算。因此，在旋转装置中，计算出的位移能够基于来自传感器装置的波形信号来校正，并且作用在旋转构件上的负载能够从校正的位移来计算。
根据该方面，旋转装置可以进一步包括存储装置，所述存储装置被构造成存储校正数据，所述校正数据指示在所述旋转构件的一周旋转期间所述旋转构件的振摆回转量。处理装置可以被构造成通过从所述传感器转子的计算出的所述位移减去由所述校正数据指示的所述振摆回转量来对计算出的所述位移进行校正。这种结构减少了对计算出的位移进行校正所需的时间。
传感器转子的旋转频率对应于旋转构件的振摆回转频率。根据该方面，使用这种关系，处理装置可以被构造成基于从所述传感器装置输出的所述波形信号来计算所述传感器转子的旋转频率。处理装置可以被构造成：从通过将从所述传感器装置输出的所述波形信号转换成频域而获得的频域数据移除所述旋转频率的频率成分，将没有所述频率成分的所述频域数据逆转换回时域数据，并基于通过所述逆转换而获得的所述时域数据来计算所述传感器转子的所述位移。这种结构消除了预先存储校正数据的需求。
根据该方面，处理装置可以被构造成将来自所述第一传感器和所述第二传感器的所述波形信号分别转换成第一角度信号和第二角度信号，所述第一角度信号和所述第二角度信号中的每一个角度信号对于对应的波形信号的每一个周期具有单调性。处理装置可以被构造成分别从所述第一角度信号和所述第二角度信号计算所述传感器转子的所述第一旋转角度和所述第二旋转角度。这种结构提高了传感器转子的旋转角度的计算精度。
根据该方面，第一传感器和第二传感器中的每一个传感器可以被构造成输出具有相位差的两个波形信号。这种结构提高了传感器转子的旋转角度的计算精度。
因此，在根据该方面的旋转装置中，用于检测旋转构件的位移的传感器装置也用作旋转传感器。这导致旋转装置的尺寸和重量的减小。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的数字表示相同的元件，并且其中：
图1是示出根据实施例的旋转装置的示意图；
图2是从轴向第二侧观察的旋转装置的简化图；
图3是解释从传感器输出的波形信号的图；
图4是解释通过对波形信号进行转换获得的角度信号的图；
图5是解释由处理装置执行的过程的流程图；
图6是示出校正数据的示例的图；
图7是示出校正之前毂轴的位移的曲线图；
图8是示出校正之后毂轴的位移的曲线图；并且
图9是解释相关领域的图。
具体实施方式
关于旋转装置10的结构
图1是示出根据实施例的旋转装置10的截面图。旋转装置10是车辆毂单元(车辆轴承装置)。旋转装置10包括：毂轴11(内轴构件)；位于毂轴11的径向外侧以包围毂轴11的一部分的管状外环12(外环构件)；以及作为滚动元件的滚珠13。以下是在旋转装置10的描述中使用的术语的定义。术语“轴向方向”是指沿着外环12的中心轴线C的方向。轴向方向包括平行于中心轴线C的方向。术语“径向方向”是指垂直于中心轴线C的方向。根据实施例，毂轴11绕中心轴线C旋转。术语“周向方向”是指毂轴11绕中心轴线C旋转的方向。术语“Y轴方向”是指沿着中心轴线C的方向。术语“X轴方向”是指垂直于中心轴线C的水平方向。术语“Z轴方向”是指垂直于中心轴线C的竖直方向。在图1和图2中，X、Y和Z轴形成正交坐标系。利用相对于车辆的本体固定的作为毂单元的旋转装置10，当车辆的转向角为零时，车辆的纵向方向与X轴方向一致，车辆的横向方向与Y轴方向一致，并且车辆的竖直方向与Z轴方向一致。
外环12包括以下部分：外环本体部21，其具有圆柱形形状；和安装凸缘部22，其从外环本体部21径向向外延伸。外环12通过凸缘部22安装到车辆本体的转向节(未示出)。因此，包括外环12的旋转装置10固定到车辆本体。根据该实施例，外环12是固定构件，并且毂轴11是旋转构件。毂轴11绕中心轴线C相对于外环12旋转。
毂轴11包括内轴23和在轴向方向上附接在内轴23的一个端部附近的内环24。内轴23包括以下部分：内轴本体部26，其位于外环12的径向内侧；以及凸缘部27，其设置在内轴本体部26在轴向方向上的一个端部(以下称为“轴向第一端部”)附近。凸缘部27从内轴本体部26的轴向第一端部附近径向向外延伸。尽管在附图中未示出，但是轮和制动转子附接到凸缘部27在轴向第一端部侧上的表面。
内环24是环形构件，并且以不允许内环24在轴向方向上从内轴本体部26脱离的方式被附接在内轴本体部26在轴向方向上的另一端部(以下称为“轴向第二端部”)附近。外环本体部21具有设置有外滚道的内周，滚珠13与该外滚道滚动接触。内轴本体部26和内环24中的每一个均具有设置有内滚道的外周，滚珠13与该内滚道滚动接触。滚珠13在外环12和毂轴11之间被布置成两行。每行中的滚珠13由保持架(未示出)保持。
旋转装置10还包括以下部分：传感器装置6；处理装置18，其被构造成处理传感器装置6的输出信号；和存储装置19。传感器装置6包括多个传感器7以及与毂轴11一起旋转的传感器转子17。传感器转子17绕中心轴线C附接在毂轴11的轴向第二侧上。在图1的示例中，传感器转子17装配在内环24的一部分上，并因此固定在位。传感器转子17是环形构件并且具有齿轮形状。具体地，如图2中所示，传感器转子17具有多个齿，这些齿在周向方向上彼此(等距地)间隔开。图2是从轴向第二端部观察的旋转装置10的简化图。传感器转子17的齿经受由传感器7进行的检测。传感器转子17优选地由铁磁材料制成。
如上所述，传感器装置6包括传感器7。传感器7位于传感器转子17周围，并且传感器转子17(具体地，传感器转子17的齿)经受由传感器7进行的检测。根据该实施例，四个传感器7在周向方向上等距地间隔开。四个传感器7包括第一传感器7A、第二传感器7B、第三传感器7C和第四传感器7D。在图2的示例中，第一至第四传感器7A、7B、7C和7D分别位于中心轴线C的前方、后方、上方和下方。第一至第四传感器7A、7B、7C和7D具有相同的结构，因此在描述它们的共同特征时，统一简称为传感器7。第一传感器7A和第二传感器7B绕中心轴线C以180度的角向距离彼此间隔开。分别位于中心轴线C的前方和后方的第一传感器7A和第二传感器7B形成第一传感器对。第三传感器7C和第四传感器7D绕中心轴线C以180度的角向距离彼此间隔开。分别位于中心轴线C的上方和下方的第三传感器7C和第四传感器7D形成第二传感器对。第一传感器7A和第三传感器7C绕中心轴线C以90度的角向距离彼此间隔开。
传感器7是使用磁阻元件的磁传感器，并且不仅用作位移传感器，还用作旋转传感器。传感器7包括相位A磁阻元件和相位B磁阻元件。相位A磁阻元件和相位B磁阻元件中的每一个检测由面向传感器7定位的传感器转子17的移动而引起的磁场中的变化。根据该实施例，如已经描述的，传感器转子17具有齿轮形状。传感器转子17的外周上的齿经受由传感器7进行的检测。在传感器7处的磁场随着传感器转子17绕中心轴线C旋转而变化。基于磁场中的变化，传感器7输出作为检测信号的其间具有相位差的两个波形信号，即相位A信号和相位B信号。
下面详细描述传感器7的输出信号。如上所述，传感器转子17具有齿轮形状。因此，传感器7重复输出波形信号，这些波形信号具有由传感器转子17的周向相邻的两个齿之间(跨过所述相邻的两个齿之间的凹部)的距离限定的一个周期。这里假设传感器转子17的总齿数为“N”，其中N是正整数。在毂轴11与传感器转子17一起旋转一周(即，360度旋转)期间，每一个传感器7重复输出具有一个周期的波形信号N次。换句话说，在毂轴11与传感器转子17一起旋转的一周旋转期间，每一个传感器7输出周期性波形信号多次。
如已经描述的，每一个传感器7输出两个周期性波形信号(即，相位A信号和相位B信号)，这两个信号之间具有相位差。具体地，响应于面向传感器7定位的传感器转子17的旋转运动，相位A磁阻元件输出正弦信号，而相位B磁阻元件输出余弦信号。在毂轴11的一周旋转(即，360度旋转)期间，每一个传感器7重复输出具有一个周期的正弦信号N次，同时重复输出具有一个周期的余弦信号N次。如下所述，正弦信号和余弦信号用于计算与传感器转子17一起旋转的毂轴11的位移和旋转角度。处理装置18(参考图1)执行各种过程，包括计算位移和计算旋转角度。处理装置18设置在旋转装置10的外部。根据该实施例，处理装置18由车辆的电子控制单元(ECU)的功能的一部分构造。处理装置18从多个(四个)传感器7中的每一个获得两个相位的波形信号，并执行各种过程。
传感器转子17不限于齿轮形状。例如，传感器转子17可以由磁体制成，并且具有周向交替的北极(N)和南极(S)。N极(S极)等距地间隔开。在这种情况下，每一个传感器7重复输出波形信号，这些波形信号具有由横跨一个S极的相邻的两个N极之间的距离限定的一个周期。传感器7可以具有响应于传感器转子17的旋转而输出其间具有相位差的两个周期性波形信号的任何其它结构。即，传感器7不限于磁阻(MR)传感器，并且可以是例如霍尔效应传感器。作为另一个示例，传感器7可以是光学传感器，例如透射型光电传感器或反射型光电传感器。如果传感器7的结构改变，则传感器转子17的结构需要相应地改变。
关于传感器信号处理
下面是关于如何处理从传感器7输出的波形信号的描述。下面描述的过程由处理装置18执行。图5是解释由处理装置18执行的过程的流程图。如已经描述的，除了处理装置18之外，旋转装置10(参考图1)还包括存储装置19。存储装置19可以是被包括在处理装置18中的计算机存储器等。替代地，存储装置19可以设置在处理装置18的外部。处理装置18包括处理器和其中存储有计算机程序的存储装置。处理装置18中的存储装置是计算机存储器等，并且可以是存储装置19。当计算机程序由处理器执行时，计算机程序导致处理装置18用作第一计算单元41、校正单元44和第二计算单元45。第一计算单元41包括相位差和位移检测单元42和精确角度计算单元43。分别位于中心轴线C的前方、后方、上方和下方的四个传感器7A、7B、7C和7D(参考图2)是图5中所示的角度检测单元的示例。
这里假设由于旋转装置10中不可避免的制造误差，毂轴11相对于外环12发生轻微的振摆回转。毂轴11的振摆回转表现为传感器7的输出信号中的周期性波动。周期性波动是从传感器7输出的波形信号的不必要的成分。不必要的成分在下文中有时被称为“旋转波动成分”。即，从传感器装置6获得的波形信号包括旋转波动成分。当负载作用在毂轴11上时，如果处理装置18基于波形信号来计算作用在旋转装置10上的负载而不校正波形信号，则计算的负载可能不精确。为此，执行校正过程。下面描述了校正过程的一个示例。
这里假设当毂轴11以恒定(角)速度旋转时，负载在Z轴方向上向下作用在毂轴11上(参考图1和图2)。在这种情况下，毂轴11和传感器转子17一起相对于外环12在Z轴方向上稍微向下移位。该位移被认为等同于传感器转子17的外周表面的旋转运动。在图2中，箭头R表示毂轴11和传感器转子17的旋转方向。在传感器7A处，毂轴11和传感器转子17被作用的负载移位的方向与毂轴11的旋转方向相反(即，与旋转轨迹的切线方向相反)。为此，如图3中的上部所示，两个波形信号，即从传感器7A输出的相位A信号和相位B信号，都相对于没有负载作用时相位延迟。因此，传感器转子17的位移被传感器7A检测为延迟角。在图3中，在负载作用在毂轴11上之前的传感器7A的输出信号用连续线指示，在负载作用在毂轴11上之后的传感器7A的输出信号用短划线指示。相比之下，在传感器7B处，毂轴11和传感器转子17被作用的负载移位的方向与毂轴11的旋转方向相同(即，与旋转轨迹的切线方向相同)，如从图2中可以看出的。为此，如图3的下部所示，两个波形信号，即，从传感器7B输出的相位A信号和相位B信号，都相对于没有负载作用时在相位上提前。因此，传感器转子17的位移被传感器7B检测为提前角。总之，当毂轴11相对于外环12沿径向方向在一个方向上(在本实施例中，在Z轴方向上向下)移位时，传感器7A输出相位延迟的波形信号，而传感器7B输出相位提前的波形信号。
相比之下，当负载在Z轴方向上向上作用在毂轴11上时，传感器转子17的位移被传感器7A检测为提前角，而被传感器7B检测为延迟角。此外，如已经描述的，从传感器7输出的波形信号除了负载成分之外，还包括不必要的旋转波动成分信号。
第一传感器7A和第二传感器7B绕中心轴线C以180度的角向距离彼此间隔开，并形成第一传感器对。当负载作用在毂轴11上时，成对的传感器7A和7B的输出信号具有相位差Q(参考图3)。相位差Q是作为相应信号的波形之间的时间差获得的。为了在某个时间点检测(瞬时)相位差Q，从传感器7A和7B获得的波形信号经历角度转换过程。角度转换过程由相位差和位移检测单元42(参考图5)执行。
角度转换过程描述如下。角度转换过程对从传感器7A获得的波形信号执行预定的计算(例如反正切运算)，以将这些波形信号转换成对于对应的波形信号的每一个周期而言具有单调性的角度信号(电角度信号)，如图4中所示。同样，角度转换过程对从传感器7B获得的波形信号执行预定计算，以将波形信号转换成这样的角度信号。角度信号是电角度信号(以弧度为单位)。“单调性”是指信号在信号的每一个周期内单调增加或减少，而没有局部最大值或最小值。根据该实施例，角度信号是具有单调性的三角波信号。图4的上部示出了从传感器7A导出的角度信号的曲线图，而图4的下部示出了从传感器7B导出的角度信号的曲线图。在图4的每一个曲线图中，竖直轴线表示在由传感器7A和7B中的对应的一个传感器的检测目标位置处传感器转子17的旋转角度(以弧度为单位的电角度)。
基于通过来自传感器装置6的波形信号的角度转换过程而获得的角度信号(旋转角度)，如图4中所示，计算了在特定时间点t在传感器7A的检测目标位置处传感器转子17的旋转角度(电角度)θA，并且计算了在特定时间点t在传感器7B的检测目标位置处传感器转子17的旋转角度(电角度)θB。
此外，在特定时间点t(即，在同一时间点)在传感器7A的检测目标位置处传感器转子17的旋转角度θA和传感器7B的检测目标位置处传感器转子17的旋转角度θB之间的旋转角度差θAB计算如下：θAB＝θA-θB。根据该实施例，旋转角度θA和θB是以弧度为单位的电角度，并且因此旋转角度差θAB被计算为以弧度为单位的电角度差。
毂轴11(传感器转子17)的位移ΔZ与电角度θA和电角度θB之间的电角度差θAB成比例。因此，由作用在毂轴11上的负载引起的毂轴11的位移ΔZ可使用下面描述的等式(1)从电角度差θAB计算。即，位移ΔZ和电角度差θAB满足由等式(1)表示的关系。在等式(1)中，“r”表示从毂轴11的旋转中心(即，中心轴线C)到传感器转子17的(齿的)外周的距离(设计值)。即，“r”表示穿过传感器转子17的外周的假想圆的半径。距离“r”以毫米(mm)为单位给出。在等式(1)中，“N”表示传感器转子17的均匀间隔的齿(检测对象)的总数。使用等式(1)的位移ΔZ的计算由相位差和位移检测单元42(参考图5)执行。
ΔZ＝2×r×θAB/N[mm]...(1)。
这样，从传感器装置6输出的波形信号被用于计算毂轴11(传感器转子17)的位移ΔZ。因此，传感器装置6能够用作位移传感器，以用于获得毂轴11的位移ΔZ。
在计算位移ΔZ之后，使用下面描述的等式(2)将计算出的位移ΔZ转换成作用在毂轴11上的负载的值Fz。即，通过将位移ΔZ乘以轴承刚度Kz(单位为牛顿/毫米(N/mm))来计算负载值Fz。使用等式(2)的负载值Fz的计算由第二计算单元45(参考图5)执行。
Fz＝Kz×ΔZ[N]...(2)
如上所述，该实施例假设毂轴11相对于外环12发生轻微振摆回转。毂轴11的振摆回转表现为传感器7A和7B的输出信号中的周期性波动。即，从传感器7A和7B获得的波形信号包括不必要的旋转波动成分信号。作为结果，计算出的位移ΔZ包括不必要的旋转波动成分信号。为此，根据该实施例，在计算负载值Fz之前，校正单元44(参考图5)执行消除不必要的旋转波动成分信号的校正过程。通过校正过程将位移ΔZ校正为位移ΔZ'，并且使用上述等式(2)基于位移ΔZ'计算负载值Fz。
关于校正过程
在图5中描述了由处理装置18(校正单元44)执行的校正过程。存储装置19具有存储在其中的校正数据。为了使处理装置18执行校正过程，为旋转装置(毂单元)10预创建校正数据，并将其预存储在存储装置19中以用于旋转装置(毂单元)10。
以下是关于如何创建校正数据的描述。毂轴11在旋转装置10(参考图1)上没有任何负载的情况下旋转。处理装置18接收从每一个传感器7获得的波形信号，其中毂轴11在该条件下旋转。另一处理装置(除车辆的ECU之外的处理装置)可以用作处理装置18来创建校正数据。当毂轴11带有产生了旋转波动成分的振摆回转运动旋转时，每一个传感器7和传感器转子17之间的距离变化。因此，从传感器7输出的波形信号包括旋转波动成分，但不包括负载成分。
因此，从每一个传感器7获得的信号具有如图3中的连续线所指示的波形。如已经描述的，连续线指示在无负载条件下的波形信号。相位差和位移检测单元42(参考图5)接收来自传感器7的波形信号作为输入数据，并执行输入数据的角度转换过程。作为结果，如图4中所示，来自传感器7的波形信号被转换成对于对应的波形信号的每一个周期而言具有单调性的角度信号θ。角度信号θ由单位为弧度的电角度表达。
精确角度计算单元43连续获得计数k，该计数k是从毂轴11开始一周旋转的开始位置计数的转子齿(检测对象)的数目。例如，当转子齿的总数N为“30”时，在毂轴11旋转半周(180度旋转)时的计数k变为“15”。计数k是从来自传感器7的波形信号的周期数中获得的。
使用下面描述的等式(3)从在特定时间点由角度转换过程获得的角度信号θ(以弧度为单位)、转子齿(检测对象)的总数N和在该特定时间点的计数k计算毂轴11在一周旋转期间的特定时间点从开始位置的旋转角度α。旋转角度α是以度为单位的机械角度。用于计算旋转角度α的角度信号θ可以是从四个传感器7中的一个导出的值，或者可以是从四个传感器7中的一些或全部导出的值的平均值。根据该实施例，用于计算旋转角度α的角度信号θ是从彼此间隔180度角向距离的成对的传感器7(例如，传感器7A和7B)导出的值的平均值。
α＝k×(360度/N)+θ/N...(3)。
这样，使用上述等式(3)，毂轴11在一周旋转期间的特定时间点从旋转起点(从开始位置)的旋转角度α被计算为0至360度范围内的机械角度(0≤α≤360°)。
此外，使用下面描述的等式(4)计算振摆回转量G(以毫米为单位)，该振摆回转量G是在从旋转起点(从开始位置)的一周旋转期间毂轴11在某一角度处的振摆回转运动量。该计算由相位差和位移检测单元42和精确角度计算单元43使用相同的传感器7在相同的时间点执行，并且计算值被存储。因此，该计算不受由外部仪表(角度传感器)引起的定时误差或系统误差的影响。
G＝G(ΔZ(θAB,α))...(4)。
等式(4)中的旋转角度差θAB(以弧度为单位)是在特定时间点的值，并且由相位差和位移检测单元42基于在旋转装置10(参考图1)上没有任何负载的情况下从传感器装置6获得的波形信号以与上述相同的方式而计算的。毂轴11的振摆回转运动引起与毂轴11一起旋转的传感器转子17的振摆回转运动。因此，即使当没有负载作用在旋转装置10上时，在传感器7A处检测到的旋转角度(电角度)θA和在传感器7B处检测到的旋转角度(电角度)θB之间也会出现差异(θAB)。
因此，如图6中所示，创建了指示在毂轴11的一周旋转期间在毂轴11的每一个旋转角度α(以度为单位的机械角度)处的振摆回转量G的数据。即，该数据指示在毂轴11的一周旋转(旋转角度α从0度到360度)期间的振摆回转量G。因此，图6中所示的数据被用作指示在毂轴11的一周旋转期间毂轴11的振摆回转量G与旋转角度α之间的关系的校正数据。
根据该实施例，校正数据以图6中所示的曲线图的形式提供。替代地，校正数据可以以任何其它形式提供，包括例如将旋转角度α(机械角度)映射到振摆回转量G的表格。校正数据存储在旋转装置10的用于创建校正数据的存储装置19中。即，为每一个旋转装置10单独创建校正数据。
接下来，描述校正过程的细节。图7是毂轴11的位移ΔZ的曲线图，该位移是基于在(单调地)增加的负载下以振摆回转运动旋转的旋转装置10的一周旋转期间从传感器7获得的波形信号，使用等式(1)计算的。即，图7的曲线图示出了校正之前毂轴11的位移ΔZ。
在校正过程中，处理装置18的校正单元44从图7中所示的每一个旋转角度α(机械角度)的位移ΔZ中减去校正数据的振摆回转量G(参考图6)。该减法的结果提供了校正后的位移ΔZ'，如图8中所示。因此，图8中所示的位移ΔZ'不包括不必要的旋转波动成分。
基于校正后的位移ΔZ'，使用上述等式(2)计算作用在旋转装置10上的负载。这样，校正单元44执行将位移ΔZ校正为位移ΔZ'的校正过程。
关于变量和常数
以上过程中使用的变量和常数总结如下。"ΔZ"是作为旋转构件的毂轴11的位移，并且具有毫米(mm)的单位。"θA"是传感器转子17在面向传感器7A的位置处的电角度，并且表达为以弧度(rad)为单位的电角度。"θB"是传感器转子17在面向传感器7B的位置处的角度，并且表达为以弧度(rad)为单位的电角度。"θAB"是在面向传感器7A的位置处的角度和面向传感器7B的位置处的角度之间的差值(角度相位差)，并且表达为以弧度(rad)为单位的电角度。术语“电角度”是一个假想的角度，其中周期性波形的一个周期被限定为360度(2π弧度)。"Fz"是作用在作为旋转构件的毂轴11上的负载，并且具有牛顿(N)的单位。"Kz"是表示在Z轴方向上的轴承刚度的常数，并且具有牛顿/毫米(N/mm)的单位。
关于根据实施例的旋转装置10
如上所述，根据该实施例，旋转装置10包括以下部分：外环12；毂轴11，其绕外环12的中心轴线C旋转；传感器装置6；和处理装置18。传感器装置6包括以下部分：传感器转子17，其与毂轴11一起旋转；传感器7A和传感器7B，被设置在外环12侧，并且传感器转子17经受由传感器7A和传感器7B进行的检测。处理装置18被构造成处理传感器装置6的输出信号。
传感器装置6在与传感器转子17一起旋转的毂轴11的一周旋转期间输出多个周期的周期性波形信号。此外，在传感器装置6中，当毂轴11相对于外环12在一个方向上移位时，来自传感器7A的波形信号相位延迟，而来自传感器7B的波形信号相位提前。
处理装置18执行以下过程：计算与毂轴11一起旋转的传感器转子17的位移ΔZ(第一过程)；校正传感器转子17的计算出的位移ΔZ(校正过程)；以及从校正的位移ΔZ'计算作用在旋转装置10上的负载(第二过程)。在第一过程中，基于来自传感器装置6的波形信号，计算了在传感器7A的检测目标位置处传感器转子17的旋转角度和传感器7B的检测目标位置处传感器转子17的旋转角度(参考图4)。此外，传感器转子17的位移ΔZ是基于所计算的旋转角度之间的差值(θAB)来计算的(参考等式(1))。
因此，在旋转装置10中，传感器转子17的旋转角度(θA,θB,θAB)和传感器转子17的位移ΔZ都能够基于从传感器装置6输出的波形信号来计算。因此，传感器装置6不仅用作用于获得传感器转子17的位移ΔZ的传感器(位移传感器)，而且还用作用于获得传感器转子17的旋转角度(θA,θB,θAB)的旋转传感器。应当注意的是，由于传感器转子17与毂轴11一起旋转，传感器转子17的旋转角度等于毂轴11的旋转角度，并且传感器转子17的位移等于毂轴11的位移。
除了用于获得位移的位移传感器之外，相关领域还需要用于校正位移的独立的旋转传感器(ABS传感器)。与相关领域相比，根据本实施例的旋转装置10消除了对这种独立的旋转传感器的需求。这导致旋转装置10的尺寸和重量的减小。此外，相关领域的ABS传感器是使用脉冲信号的角速度传感器，并且因此具有低分辨率，这可能根据车辆的状况导致大的误差。特别地，当车辆低速行驶、加速或减速时，ABS传感器的精度可能降低到不足以校正位移的水平。相比之下，根据本实施例的传感器装置6用作利用周期性角度(即，连续数据)的角度传感器。因此，传感器装置6具有足够高的分辨率和感测精度来校正位移。
总之，在根据该实施例的旋转装置10中，所计算的毂轴11的位移能够基于来自传感器装置6的波形信号来校正，并且作用在毂轴11上的负载能够从校正的位移来精确计算。
此外，根据该实施例的旋转装置10包括存储装置19，并且指示在毂轴11的一周旋转期间毂轴11的振摆回转量的校正数据(参考图6)预先存储在存储装置19中。处理装置18的校正单元44从由第一计算单元41计算出的位移ΔZ中减去校正数据中的振摆回转量，从而获得校正后的位移ΔZ'。因此，例如，当针对毂轴11的每周旋转计算毂轴11的位移以计算作用在旋转装置10上的负载时，该计算方法减少了校正位移所需的时间。
校正过程的变型
如上所述，根据该实施例，传感器转子17(毂轴11)的位移基于来自传感器装置6的波形信号而获得，并且然后由校正单元44使用预先存储在存储装置19中的校正数据进行校正。然而，由校正单元44执行的校正过程不限于使用预先存储在存储装置19中的校正数据。下面描述校正过程的一种变型。
传感器转子17的旋转频率对应于毂轴11的振摆回转运动的频率。使用这种关系，可以如下执行校正过程。如已经描述的，传感器装置6用作角度传感器。因此，处理装置18基于从传感器装置6输出的波形信号获得传感器转子17的旋转频率。此外，处理装置18使用快速傅立叶变换(FFT)将来自传感器装置6的波形信号转换成频域。然后，通过从通过对这些波形信号进行转换而获得的频域数据移除与传感器转子17的旋转频率对应的频率成分来获得频率数据。接下来，使用逆FFT将频率数据逆转换回时域数据。然后，第二计算单元45基于时域数据计算传感器转子17的位移。
如上所述，根据变型，校正单元44从通过对从传感器装置6输出的波形信号进行转换而获得的频域数据移除与旋转频率对应的频率成分。进一步地，校正单元44将没有频率成分的频率数据逆转换回时域数据。然后，第二计算单元45基于时域数据计算传感器转子17的位移。该变型消除了在存储装置19中预先存储校正数据的需求，如图6中所示。
其它变型
尽管该实施例假设负载在Z轴方向上作用，但是当负载在X轴方向上作用时，使用第三传感器7C和第四传感器7D的输出信号来执行与当负载在Z轴方向上作用时所描述的相同的过程。因此，能够检测毂轴11的位移和在X轴方向上作用在旋转装置10上的负载。
尽管该实施例示出了旋转装置10是车辆毂单元，但是旋转装置10可以是除车辆毂单元之外的装置。尽管该实施例示出了传感器转子17是独立于作为旋转构件的毂轴11的部件，但是旋转构件的一部分可以被构造成用作传感器转子。
上面公开的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求而不是实施例的描述来限定，并且包括落入权利要求及其等同物的范围内的所有变型。

Claims (5)

1.一种旋转装置(10)，其特征在于包括：
固定构件(12)；
旋转构件(11)，所述旋转构件(11)被构造成绕所述固定构件(12)的中心轴线旋转；
传感器装置(6)，所述传感器装置(6)包括传感器转子(17)、第一传感器(7)和第二传感器(7)，所述传感器转子(17)被构造成与所述旋转构件(11)一起旋转，所述第一传感器(7)和所述第二传感器(7)被设置在所述固定构件(12)侧，并且所述传感器转子(17)经受所述第一传感器(7)和所述第二传感器(7)的检测；和
处理装置(18)，所述处理装置(18)被构造成处理从所述传感器装置(6)输出的信号，其中
所述传感器装置(6)的所述第一传感器(7)和所述第二传感器(7)中的每一个传感器被构造成在所述旋转构件(11)与所述传感器转子(17)一起进行一周旋转期间多次输出周期性波形信号，
所述第一传感器(7)被构造成当所述旋转构件(11)相对于所述固定构件(12)移位时输出相位延迟的波形信号，
所述第二传感器(7)被构造成当所述旋转构件(11)相对于所述固定构件(12)移位时输出相位提前的波形信号，
所述处理装置(18)被构造成基于所述波形信号来计算所述传感器转子(17)在所述第一传感器(7)的第一检测目标位置处的第一旋转角度和所述传感器转子(17)在所述第二传感器(7)的第二检测目标位置处的第二旋转角度，并且
所述处理装置(18)被构造成基于在所述第一旋转角度和所述第二旋转角度之间的差来计算所述传感器转子(17)的位移，对计算出的所述位移进行校正，并从已校正的所述位移来计算作用在所述旋转装置(10)上的负载。
2.根据权利要求1所述的旋转装置(10)，其特征在于进一步包括存储装置(19)，所述存储装置被构造成存储校正数据，所述校正数据指示在所述旋转构件(11)的一周旋转期间所述旋转构件(11)的振摆回转量，
其中所述处理装置(18)被构造成通过从所述传感器转子(17)的计算出的所述位移减去由所述校正数据指示的所述振摆回转量来对计算出的所述位移进行校正。
3.根据权利要求1所述的旋转装置(10)，其特征在于
所述处理装置(18)被构造成基于从所述传感器装置(6)输出的所述波形信号来计算所述传感器转子(17)的旋转频率，并且
所述处理装置(18)被构造成：从通过将从所述传感器装置(6)输出的所述波形信号转换成频域而获得的频域数据移除所述旋转频率的频率成分，将没有所述频率成分的所述频域数据逆转换回时域数据，并基于通过所述逆转换而获得的所述时域数据来计算所述传感器转子(17)的所述位移。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的旋转装置(10)，其特征在于
所述处理装置(18)被构造成将来自所述第一传感器(7)和所述第二传感器(7)的所述波形信号分别转换成第一角度信号和第二角度信号，所述第一角度信号和所述第二角度信号中的每一个角度信号对于对应的波形信号的每一个周期具有单调性，并且
所述处理装置(18)被构造成分别从所述第一角度信号和所述第二角度信号计算所述传感器转子的所述第一旋转角度和所述第二旋转角度。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的旋转装置(10)，其特征在于
所述第一传感器(7)和所述第二传感器(7)中的每一个传感器被构造成输出具有相位差的两个波形信号。
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