CN111837042B - 用于车辆的制动器的构件的旋转角检测设备和用于确定构件的旋转角位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于车辆的制动器的构件的旋转角检测设备(1)。所述旋转角检测设备(1)具有：可制动的构件，所述构件与车辆的车轮连接，并且所述构件可围绕轴线(4)旋转；至少一个切换区段，其在可制动的构件的圆周角部分上延伸并且集成到可制动的构件中；用于检测切换区段的传感器(6)；以及传感器紧固设备(7)，其相对于轴线(4)不可转动，其中，传感器(6)在传感器紧固设备(7)上设置成，使得所述至少一个切换区段在可制动的构件的旋转时可通过传感器(6)检测。旋转角检测设备(1)此外具有评估单元(8)，所述评估单元构成用于，处理由传感器(6)在检测切换区段时输出的信号。

Description

用于车辆的制动器的构件的旋转角检测设备和用于确定构件的旋转角位置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的制动器的构件的旋转角检测设备，尤其是如下旋转角检测设备，其能够实现轨道车辆的制动器的可旋转的构件的转速的检测，并且涉及一种用于确定可旋转的构件的旋转角位置和转速的方法。

背景技术

轨道车辆的速度通常通过在轴的端部上的转速检测设备检测并且然后通过车轮直径换算为轨道车辆的速度。为此，每个转速检测设备必须特定地设有单独的脉冲轮。此外存在危险，转速检测设备基于其在轴的端部上的位置容易损坏。

发明内容

本发明现在的任务是，提供用于车辆的旋转角检测设备，其不具有上述的缺点，并且能够实现旋转角和因此转速和速度的低成本的可靠的检测。

该任务通过按照本发明的旋转角检测设备和按照本发明的方法解决。

具有有利的特征的按照本发明的旋转角检测设备能够实现：为了可旋转的构件和因此车轮的旋转角检测，使用在制动器的存在的可旋转的构件中集成的切换区段的脉冲。传感器设置成，使得该传感器由切换区段在可旋转的构件旋转时的暂时存在性而在传感器的切换距离的范围中而被操纵，并且因此检测存在性。通过选择切换区段的几何特性和安装位置、切换距离或在模拟传感器的情况下通过确定传感器的阈值，能使得传感器在可旋转的构件的切换区段的存在性和不在性之间不同。因此不需要设置包括单独的脉冲轮的附加的转速检测设备，这节省费用。旋转角和转速直接在制动盘上检测，代替地通过附加地安装的转速检测设备检测，这避免不精确性。通过传感器在制动器的区域中的布置结构，所述传感器此外相比于在轴的端部上的布置结构设置在受保护的区域中。

在一种有利的进一步改进中，可制动的构件是制动盘。该实施方式相对于例如轨道车辆的蹄式制动器带来关于轮滚动面的较小的磨损、较好的冷却连同与此关联的较高的制动功率和较小的噪音生成的优点。

当制动盘有利地在其侧面中的至少一个中具有空隙、亦即例如冷却空气孔时，环绕地与空隙相邻的制动盘材料可以作为用于传感器的切换区段起作用，从而不需要附加的开关元件。传感器在旋转的制动盘中识别如下状态，在所述状态中，基于所述空隙之一，没有制动盘材料处于传感器的切换距离的区域中，亦即切换区段不存在，并且识别如下状态，在所述状态中，环绕地与空隙相邻的制动盘材料处于传感器的检测范围中，亦即切换区段存在。

在另一种有利的进一步改进中，其中，制动盘备选或附加地在其周面中设有优选用于冷却制动盘的空隙，环绕地与空隙相邻的制动盘材料可以用作为用于传感器的切换区段。

当制动盘有利地在其周面上设有至少一个例如用于重量减少或用于平衡的凹部时，在所述凹部中设置的制动盘材料可以用作为用于传感器的切换区段。

当所述凹部有利地从外部的周面出发加深，则不仅在所述凹部中存在的制动盘材料而且与所述凹部环绕地相邻的制动盘材料可以用作为用于传感器的切换区段。

在从制动盘的外部的直径出发具有不同的深度的凹部的一种有利的设置中，可能的是，制动盘的角位置通过不同的深度检测获得。当例如所述凹部之一具有与其他的凹部不同的深度，则这能够实现的是，为该一个凹部的位置配置制动盘的一个角位置。

进一步优选地，多个凹部可以具有不同的深度，从而通过配置不同深度的序列的通过传感器可识别的模式，可以确定角位置。

有利地，在凹部或空隙之间的制动盘材料通过接桥形成，所述接桥在两个盘之间集成地与所述盘连接，所述盘分别形成制动盘的侧面之一。所述接桥可以销状地作为穹顶设置在所述盘之间，或是肋形的，从而可以节省制动盘和因此运动的质量体的重量。所述肋形的接桥可以径向设置或可以这样弯曲，使得由此冷却空气在所述盘之间运输。在凹部或空隙之间的制动盘材料可以然后没有设置附加的开关元件地使用，以便操纵传感器，并且因此实施用于制动盘的旋转角检测。

在转速检测设备的一种有利的构成中，所述传感器是感应的接近传感器。因为制动盘通常由铁磁的金属制成，所以可以借此可靠地识别切换区段。

当传感器有利地是光学传感器时，所述材料的铁磁的特性对于检测切换区段是不重要的，从而材料选择是更多变化的。

在传感器作为电容传感器的一种有利的设置中，一方面存在较多变化的材料选择，另一方面传感器对于污染物不敏感或可以较简单地补偿污染物。

在一种有利的进一步构成中，所述传感器是模拟传感器。所述模拟传感器在小的速度情况下检测切换区段时带来优点并且简化凹部的不同的深度的识别。

传感器作为数字传感器的一种备选的有利的设置简化信号处理并且尤其是在高的速度情况下带来在信号处理时的优点。

有利地，所述传感器紧固设备是制动钳。借此制动器的本来存在的相对于轴不可转动的构造元件可以简单并且低成本地作为传感器紧固设备使用，而不需要附加的构件。

因为在轨道车辆中要设置多个旋转角检测设备，所以所述旋转角检测设备优选用于在此获得之前所述的优点。

在一种按照本发明的方法中，可制动的构件的旋转角位置可以简单地没有附加的构件地被检测。所述信号通过评估单元分析，并且由在可制动的构件旋转时由传感器检测的信号通过所述凹部的不同的深度或所述凹部或空隙沿周向的不同距离构建由所检测的信号形成的与时间相关的模式，所述信号的幅值或在时间上的间隔可以分别不同。由所述信号然后构建对应的周期性的模式。备选地，也可以只一个凹部具有与其他的凹部不同的深度，以便产生周期性的模式。然后可制动的构件的旋转角位置配置给所述周期性的模式。

在另一个按照本发明的方法中，可制动的构件的转速可以简单地没有附加的构件地被检测。由在可制动的构件旋转时由传感器检测的信号，通过凹部的不同的深度或凹部或空隙的沿周向的不同的距离，由检测的信号构建与时间相关的模式，所述信号的幅值或在时间上的间隔可以分别不同。该模式在可旋转的构件的每个完全的回转中重复并且因此是周期性的。然后旋转频率可以配置给该周期性的模式，由此可以计算制动盘的转速。

附图说明

现在借助实施形式参考附图解释本发明。

尤其是

图1a和1b示出包括制动盘的旋转角检测设备的示意图，所述制动盘包括在其侧面中的空隙；

图2a和2b示出包括制动盘的旋转角检测设备的示意图，所述制动盘包括空隙和在其周面中的凹部；

图3a至3e示出分别为制动盘的外部环周的区段的放大图，包括空隙和在其周面中的凹部；以及

图4a和4b示出制动盘的示意图，在所述制动盘中，在空隙之间和在凹部中设置的制动盘材料通过铸造接桥形成。

具体实施方式

图1a和图1b示出包括制动盘2的旋转角检测设备1的示意图。图1a示出沿轴线4的方向的视图并且图1b示出垂直于轴线4的方向视图。制动盘2是车辆的制动器的可制动的构件。制动盘2与车辆的车轮连接并且可围绕轴线4旋转。特别是，所述车辆可以是轨道车辆。备选地，所述可制动的构件也可以是车辆的制动鼓或轨道车辆的被制动的车轮。

制动盘2在其侧面中设有空隙3。这些空隙3可以附加地用于通风、亦即用于制动盘2的冷却。空隙3径向相对于轴线4具有相同的距离设置并且制动盘2在空隙3之间在制动盘2的圆周角部分中分别具有与空隙3径向相邻的制动盘材料5。空隙3完全穿过制动盘2。备选地，其也可以只形成制动盘2的空隙，所述空隙不完全穿过制动盘。

旋转角检测设备1具有传感器6。传感器6这样设置，使得传感器可以检测旋转角检测设备1的各切换区段。在检测切换区段之一时，传感器6输出对应的信号。切换区段在图1中示出的制动盘2中分别是制动盘材料5，所述制动盘材料径向相邻于空隙3、亦即环绕地处于其间，由此切换区段集成到制动盘2中。空隙3没有由传感器6作为切换区段检测。必要时处于制动盘2的另一个区段中的空隙3之一的轴向的延长中的制动盘材料同样不由传感器6检测。备选地，所述空隙3也可以定义为切换区段。

旋转角检测设备1设有传感器紧固设备7，借助所述传感器紧固设备，这样紧固传感器6，使得所述传感器相对于轴线4不可转动。

旋转角检测设备1此外具有评估单元8，所述评估单元对由传感器6输出的信号进行处理和评估。

图2a和图2b分别示出包括另一个制动盘2的一种备选的实施形式的旋转角检测设备1的示意图。图2a示出沿轴线4的方向的视图并且图2b示出垂直于轴线4的方向的视图。

制动盘2也在这里是车辆的制动器的可制动的构件。制动盘2与车辆的车轮连接并且可围绕轴线4旋转。

区别于在图1a和图1b中的制动盘2，制动盘2在这里具有空隙3和在其周面中的附加的凹部9。备选地，制动盘2也可以具有空隙3和不仅在侧面中而且在周面中的凹部9。

空隙3这样定义，使得所述空隙是制动盘材料中的空隙，亦即如下区域，在所述区域中不存在可由传感器6检测的制动盘材料。空隙3穿过制动盘2或从制动盘表面出发具有深度，从而在空隙的底部中的制动盘材料不可通过传感器6检测。

凹部9这样定义，使得在空隙的底部中的制动盘材料可由传感器6检测，并且因此在凹部9的底部中的制动盘材料也形成切换区段。凹部9相对于制动盘2的外部直径以不同的预先确定的深度凹入。借此，凹部9不同于空隙3，其中，空隙3中没有制动盘材料可由传感器6检测。

传感器6和评估单元8这样构成，使得检测或处理凹部9的不同的预先确定的深度。传感器6构成为感应传感器并且以模拟的原理工作。备选地也可以使用光学或电容传感器，其同样按照模拟的原理工作。作为另一种备选方案可以也使用数字传感器。

旋转角检测设备1在图2a和图2b中设有传感器紧固设备7，所述传感器紧固设备构成为包括制动衬面11的制动钳，并且借助所述传感器紧固设备，传感器6也在这里这样紧固，使得所述传感器相对于轴线4不可转动。

旋转角检测设备1此外也在这里具有评估单元8，所述评估单元对由传感器6输出的信号进行处理和评估。

在图3a至图3e中示出并且接着解释在制动盘2的周面中设置的空隙3的不同的布置结构和在制动盘2的周面中设置的凹部9的不同的布置结构和特性。

制动盘2在图3a中具有仅一个空隙3，所述空隙从在制动盘2的外部的直径上的周面向内延伸，其中，与空隙3相邻的制动盘材料5用作为切换区段。

在图3b中有两个空隙3设置在制动盘2中，其中，与空隙3相邻的制动盘材料5、亦即还有空隙3之间的制动盘材料5用作为切换区段。

在图3c中的布置结构设有在制动盘2中的凹部9。

在这里，不仅分别邻接到凹部9上的制动盘材料5而且凹部9中的制动盘材料10用作为切换区段之一。在应用识别切换区段的不同的距离的一种类型的传感器6时，在空隙3之间的制动盘材料5和凹部9中的制动盘材料10的不同的距离可以被识别，由此输出不同的信号，所述信号可以然后用于旋转角检测。

在图3d中的布置结构具有在制动盘2中的两个凹部9。凹部9从外部的制动盘直径出发具有不同的深度。切换区段也在这里不仅是邻接到凹部9上的制动盘材料5而且是在凹部9中的制动盘材料10。

在图3e中是包括彼此邻接的凹部9的布置结构，所述凹部从外部的制动盘直径出发具有不同的深度，并且以空隙3示出。因此不仅邻接到凹部9和空隙3上的制动盘材料5而且在凹部9中的制动盘材料10分别形成切换区段之一。

图4a和图4b在半剖面中示出另一个制动盘2的示意图，在所述另一个制动盘中，在空隙3和凹部9之间设置的制动盘材料5、10通过接桥形成。图4a示出沿轴线4的方向的视图并且图4b示出垂直于轴线4方向的视图。形成在空隙3之间的制动盘材料5和在凹部9中的制动盘材料10的接桥与在其上邻接的盘共同在铸造过程中集成地制造，所述盘分别形成制动盘2的制动面之一。

所述接桥构成为肋12或构成为穹顶13。备选地，其他制造方法也是可能的。

在运行中，在车辆行驶时、亦即在制动盘2旋转时，与空隙3或凹部9相邻的制动盘材料5、10通过传感器6分别作为切换区段检测。附加地也检测凹部9的不同的深度。传感器6然后输出信号，所述信号对应于切换区段的存在信息和必要时深度信息。备选地只检测空隙3。

评估单元8分析信号并且由信号确定制动盘2旋转期间的周期性的模式。为了检测周期性的模式，设置多个切换区段。备选地，可以也设置只一个切换区段，或所述切换区段必须这样构成，使得至少一个切换区段在其深度方面或距离方面与其他的切换区段不同。

周期性的模式、亦即例如在存在只一个切换区段时的单个信号或其中至少一个所述信号基于所述至少一个不同的切换区段与剩余的信号不同的模式然后配置给一个完整的回转。

由单个信号的重复频率或所述信号的模式、亦即制动盘的完整的回转的旋转频率，然后确定制动盘2的转速。由制动盘2的转速然后可以确定车辆的速度。

附加或备选于制动盘2的转速的确定，也可以确定制动盘的旋转角位置。在这里，评估单元8也分析所述信号并且由所述信号确定在制动盘2旋转期间的周期性的模式。为了检测周期性的模式，应当也在这里设置只一个切换区段，或切换区段必须这样构成，使得至少一个切换区段与其他的切换区段不同。所述周期性的模式、亦即例如在存在仅一个切换区段时的单个信号或其中至少一个所述信号基于所述至少一个不同的切换区段与剩余的信号不同的模式然后配置给一个完整的回转。

所述周期性的模式配置给制动盘2的旋转角位置，从而周期性的模式的预先确定的特征对应于预先确定的位置、亦即预先确定的角度给定值。对应于旋转角位置的希望的精确性，仅传感器通过切换区段的信号被评估或在希望较大的精确性时对所述信号进行插值。

所有示出的特征可以不仅单独而且以相互任意的组合对本发明是重要的。

附图标记列表

1旋转角检测设备

2制动盘

3空隙

4轴线

5相邻的制动盘材料

6传感器

7传感器紧固设备

8评估单元

9凹部

10在凹部中的制动盘材料

11制动衬面

12肋

13穹顶

Claims (14)

1.用于车辆的制动器的构件的旋转角检测设备(1)，所述旋转角检测设备具有：

可制动的构件，所述构件与车辆的车轮连接，并且所述构件可围绕轴线(4)旋转；

至少一个切换区段，所述切换区段在可制动的构件的圆周角部分上延伸并且集成到可制动的构件中；

用于检测所述至少一个切换区段的传感器(6)；

传感器紧固设备(7)，所述传感器紧固设备相对于轴线(4)不可转动，其中，所述传感器(6)在传感器紧固设备(7)上设置成，使得所述至少一个切换区段在可制动的构件旋转时可通过传感器(6)检测；以及

评估单元(8)，所述评估单元构成用于，处理由传感器(6)在检测切换区段时输出的信号，所述可制动的构件是制动盘(2)，制动盘(2)在其周面中具有至少一个凹部(9)，所述凹部的深度可由传感器(6)检测，并且在所述至少一个凹部(9)中存在的制动盘材料(10)形成切换区段，所述制动盘材料可由传感器(6)检测，且设置多个凹部(9)，并且所述凹部(9)从制动盘(2)的外部直径出发具有不同的深度或者在周向上具有不同的距离，并且在多个凹部(9)中的制动盘材料(10)通过在两个盘之间的接桥形成，所述盘分别形成制动盘(2)的各侧面中的一个侧面，

其中，所述评估单元(8)构成用于分析信号并且由在可制动的构件旋转时由传感器(6)所检测的信号通过凹部的不同深度或凹部的不同的距离构建由所检测的信号形成的与时间相关的模式，以将可制动的构件的旋转角位置配置给周期性的模式，所述信号的幅值或在时间上的间隔能够不同。

2.按照权利要求1所述的旋转角检测设备(1)，其中，所述制动盘(2)在其侧面中的至少一个侧面中具有至少一个空隙(3)，并且与所述至少一个空隙(3)径向相邻的制动盘材料(5)形成切换区段，与所述至少一个空隙径向相邻的所述制动盘材料可由传感器(6)检测。

3.按照权利要求1或2所述的旋转角检测设备(1)，其中，制动盘(2)在其周面中具有至少一个空隙(3)，并且与所述至少一个空隙(3)相邻的制动盘材料(5)形成切换区段，与所述至少一个空隙相邻的所述制动盘材料可由传感器(6)检测。

4.按照权利要求1所述的旋转角检测设备(1)，其中，与所述至少一个凹部(9)相邻的制动盘材料(5)和在所述至少一个凹部(9)中存在的制动盘材料(10)分别形成所述切换区段之一，与所述至少一个凹部相邻的制动盘材料和在所述至少一个凹部中存在的制动盘材料可由传感器检测。

5.按照权利要求3所述的旋转角检测设备(1)，其中，与所述至少一个空隙(3)相邻的制动盘材料(5)通过在两个盘之间的接桥形成，所述盘分别形成制动盘(2)的各侧面中的一个侧面。

6.按照权利要求1或2所述的旋转角检测设备(1)，其中，传感器(6)是感应的接近开关。

7.按照权利要求1或2所述的旋转角检测设备(1)，其中，所述传感器(6)是光学传感器。

8.按照权利要求1或2所述的旋转角检测设备(1)，其中，所述传感器(6)是电容传感器。

9.按照权利要求6所述的旋转角检测设备(1)，其中，所述传感器(6)是模拟传感器。

10.按照权利要求6所述的旋转角检测设备(1)，其中，所述传感器(6)是数字传感器。

11.按照权利要求1或2所述的旋转角检测设备(1)，其中，传感器紧固设备(7)是制动钳。

12.轨道车辆，包括按照权利要求1至11之一所述的旋转角检测设备(1)。

13.用于利用按照权利要求1至11之一所述的旋转角检测设备(1)确定可制动的构件的旋转角位置的方法，所述方法包括步骤：

借助传感器(6)检测信号；

借助评估单元(8)分析所述信号；

在可制动的构件旋转时由所述信号确定周期性的模式；并且

将所述周期性的模式配置给可制动的构件的旋转角位置。

14.用于利用按照权利要求1至11之一所述的旋转角检测设备(1)确定可制动的构件的转速的方法，所述方法具有步骤：

借助传感器(6)检测信号；

借助评估单元(8)分析所述信号；

在可制动的构件旋转时由所述信号确定周期性的模式；

将所述周期性的模式配置给可制动的构件的一个完整的回转；

由所述完整的回转的回转时间确定旋转频率；并且

由所述完整的回转的旋转频率确定转速。

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