DE102013011776B4

DE102013011776B4 - Apparatus and method for measuring torque and speed of machine parts, in particular on vehicle wheels

Info

Publication number: DE102013011776B4
Application number: DE102013011776.3A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Sensatorq Ug Haftungsbeschraenkt De
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: DE102013011776A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung von Drehmoment und Drehzahl von Maschinenteilen, im Besonderen an Fahrzeugrädern, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – einem Geberrad-Flansch, der aus einem Stück gefertigt wurde und der zwischen einem Antriebsflansch und dem zu prüfenden Maschinenteil montiert werden kann, wobei dieser Geberrad-Flansch zwei Geberräder (3, 6) mit zwei Flanschbereichen (1, 4) aufweist, – einem primären Flanschbereich (1), der drehfest mit dem Antriebsflansch und über mindestens einen Steg (2) drehfest mit dem primären Geberrad (3) verbunden ist, – einem sekundären Flanschbereich (4), der drehfest mit dem zu prüfenden Maschinenteil und über mindestens einen Steg (5) drehfest mit dem sekundären Geberrad (6) verbunden ist, – tangential verlaufenden Koppelelementen (7), die den primären und sekundären Flanschbereich (1, 4,) miteinander verbinden und die so ausgebildet sind, dass sie Verformungen in tangentialer Richtung begrenzt zu definiert zulassen, sodass die durch die Koppelelemente übertragene Drehkraft eine Winkeldifferenz zwischen den beiden Flanschbereichen (1, 4) hervorruft, – einen Messwertaufnehmer (8), der die Winkeldifferenz zwischen den Flanschbereichen (1, 4) detektiert, – einer Steuerelektronik, die die detektierten Werte des Messwertaufnehmer (8) erfasst und auswertet.Device for measuring torque and rotational speed of machine parts, in particular on vehicle wheels, characterized by the following features: a transmitter wheel flange, which has been manufactured in one piece and which can be mounted between a drive flange and the machine part to be tested, whereby this transmitter wheel Flange has two encoder wheels (3, 6) with two flange regions (1, 4), - a primary flange region (1) which is non-rotatably connected to the drive flange and at least one web (2) rotatably connected to the primary encoder wheel (3), A secondary flange region (4) which is non-rotatably connected with the machine part to be tested and at least one web (5) in a rotationally fixed manner to the secondary donor wheel (6), tangentially extending coupling elements (7) connecting the primary and secondary flange regions (1 , 4,) and which are designed such that they allow deformations in the tangential direction to be defined so that the rotational force transmitted by the coupling elements causes an angular difference between the two flange regions (1, 4), - a transducer (8) which detects the angular difference between the flange regions (1, 4), - an electronic control system which detects the detected values of the transducer ( 8) recorded and evaluated.

Description

Technische Beschreibungtechnical description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von Drehmoment und Drehzahl von Maschinenteilen, im Besonderen an Fahrzeugrädern, zur Bereitstellung der Messwerte Drehmoment und Drehzahl für eine elektronische Steuerung, wie zum Beispiel eine Fahrdynamikregelung.The present invention relates to an apparatus and method for measuring torque and rotational speed of machine parts, particularly vehicle wheels, for providing torque and speed measurements for electronic control, such as vehicle dynamics control.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Geberrad-Flansch mit zwei, zum Beispiel, am Außenrand hergestellten Geberrädern und denen zugeordneten Messwertaufnehmern. Der Geberrad-Flansch mit Geberrädern ist so erdacht, dass es einfach aus einem Stück, zum Beispiel aus Stahl, mit definierter Festigkeit und Zähigkeit, hergestellt werden kann. Die Vorrichtung wird zwischen dem Antriebsflansch und dem zu messenden Maschinenteil montiert (zum Beispiel zwischen Bremsscheibe und Laufrades eines Fahrzeuges) oder in eines der beiden Teile integriert. Der sich am Antriebsflansch befestigte primäre Flanschbereich (1/1) dieser Vorrichtung ist drehfest mit dem Antiebsflansch und durch mindestens einen Steg (1/2) mit dem primären Geberrad (1/3.) verbunden. Der sich an dem zu messenden Maschinenteil befestigte sekundärer Flanschbereich (1/4) dieser Vorrichtung ist drehfest mit diesem Maschinenteil und durch mindestens einen Steg (1/5) mit dem sekundären Geberrad (1/6.) verbunden. Die beiden Flanschbereiche sind durch tangential verlaufende Koppelelemente (1/7.) miteinander verbunden. Die zu erwartenden Drehkräfte bestimmen die Ausgestaltung der Koppelelemente. Die Koppelelemente sind so ausgebildet, dass sie stabil gegen Radial, Lateral-, und Axialkräfte sind, aber Verformungen in tangentialer Richtung begrenzt und definiert zulassen (siehe Koppelelement (1/7) im Vollschnitt). Jegliche Drehkraft, die durch die Vorrichtung übertragen wird, bewirkt eine definierte Verdrehung der beiden Flanschbereiche zueinander, welche über mindestens einen Messwertaufnehmer detektiert und über eine angeschlossene Steuerelektronik ausgewertet werden kann. Des Weiteren können beide Geberräder dieser Vorrichtung auch von einem gemeinsamen Messwertaufnehmer detektiert werden, da sich beide Geberräder in unmittelbarer Nähe befinden und parallel verlaufen. Auch einen Teil der Messwertaufbereitung könnte im Messwertaufnehmer stattfinden.This device according to the invention consists of a transmitter wheel flange with two, for example, on the outer edge produced donor wheels and those assigned transducers. The encoder wheel flange with encoder wheels is designed so that it can be easily made of one piece, for example of steel, with defined strength and toughness. The device is mounted between the drive flange and the machine part to be measured (for example, between the brake disc and the wheel of a vehicle) or integrated into one of the two parts. The primary flange area attached to the drive flange ( 1 / 1 ) of this device is rotationally fixed with the Antiebsflansch and by at least one web ( 1 / 2 ) with the primary sender wheel ( 1 / 3 .) connected. The attached to the machine part to be measured secondary flange area ( 1 / 4 ) of this device is rotationally fixed with this machine part and by at least one web ( 1 / 5 ) with the secondary transmitter wheel ( 1 / 6 .) connected. The two flange areas are characterized by tangentially extending coupling elements ( 1 / 7 .) connected with each other. The expected rotational forces determine the design of the coupling elements. The coupling elements are designed so that they are stable against radial, lateral, and axial forces, but allow deformations in the tangential direction limited and defined (see coupling element (see FIG. 1 / 7 in full section). Any rotational force that is transmitted through the device, causes a defined rotation of the two flange portions to each other, which can be detected via at least one transducer and evaluated via a connected control electronics. Furthermore, both donor wheels of this device can also be detected by a common transducer since both donor wheels are in the immediate vicinity and run parallel. Part of the measurement processing could also take place in the sensor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung des Drehmoments und der Drehzahl besteht aus der Auswertung der, durch die Koppelelemente (1/7.) übertragenden Drehkraft, hervorgerufenen Winkeldifferenz zwischen dem primären Flanschbereich (1/1) mit dem drehfest verbundenen primären Geberrad (1/3.) und dem sekundären Flanschbereich (1/4) mit dem drehfest verbundenen primären Geberrad (1/6.), durch mindestens einen Messwertaufnehmer (1/8). Weiterhin wird von mindestens einem Geberrad die Drehzahl über denselben Messwertaufnehmer detektiert und für die elektronische Auswertung zur Verfügung gestellt.The inventive method for measuring the torque and the speed consists of the evaluation of, by the coupling elements ( 1 / 7 .) transmitting rotational force, caused angular difference between the primary flange area ( 1 / 1 ) with the non-rotatably connected primary encoder wheel ( 1 / 3 .) And the secondary flange area ( 1 / 4 ) with the non-rotatably connected primary encoder wheel ( 1 / 6 .), by at least one transducer ( 1 / 8th ). Furthermore, the speed is detected by at least one encoder wheel via the same transducer and made available for electronic evaluation.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, dass durch das Messen von Verwindungen, in kraftübertragenden Maschinenteilen, durch zwei voneinander entfernte Winkelmessvorrichtungen, einen Rückschluss auf die wirkende Kraft zulässt. Durch die bekannten Eigenschaften des kraftübertragenden Maschinenteilmaterials kann die wirkende Drehkraft (Drehmoment) abgeleitet werden. Bekannt ist das eine elektronische Regelung von Antriebskraft und Abbremskraft durch die Messwerte Drehzahl und Drehmoment möglich ist. Mindestens eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments, das entlang einer Momenten-Übertragungsstrecke übertragen wird, ist aus DE 10 2007 055 219 A1 bekannt.It is known that by measuring windings, in force-transmitting machine parts, by two angular measuring devices remote from each other, a conclusion on the acting force permits. Due to the known properties of the force-transmitting machine part material, the acting torque (torque) can be derived. It is known that an electronic control of driving force and braking force by the measured values speed and torque is possible. At least one device for determining a torque transmitted along a torque transmission path is off DE 10 2007 055 219 A1 known.

Problematik zum Stand der TechnikProblems with the state of the art

Bekannte Vorrichtungen sind räumlich schwer zu applizieren, bestehen aus zu vielen Bauteilen oder/und benötigen zusätzliche Lagerungen. Daher benutzen herkömmliche Fahrdynamtikregelungen als Hauptmesswerte nur Raddrehzahlen und Bremsdruck, hierbei wird ersatzweise auf Schätzmodelle und Berechnungen mit Annäherungswerten zurückgegriffen, was in vielen Fällen zu einem nicht optimalen Regelverlauf führt.Known devices are spatially difficult to apply, consist of too many components or / and require additional storage. Therefore, conventional driving dynamics regulations use as the main measured values only wheel speeds and brake pressure, substituting estimation models and calculations with approximate values, which in many cases leads to a non-optimal control behavior.

Problemlösung und VorteileProblem solving and benefits

Vorgeschlagen wird ein Geberrad-Flansch wie in „Technische Beschreibung” beschrieben, oder die Integration der beschriebenen Funktionsbereiche des Geberrad-Flansches in sonst benachbarte Maschinenteile. Die Sensierung beiden Geberrädern erfolgt mit einem gemeinsamen oder zwei einzelnen Messwertaufnehmer. Durch die besonders kompakte Bauweise, kann die Erfindung praktisch an jeder Flanschverbindung angewendet werden und kommt ohne weitere Lagerung aus. Diese äußerst kompakte und kostengünstige Entwicklung ermöglicht Massenfertigung und serienmäßige Applikation in alle Fahrzeuge oder da wo sinnvoll, in sonstige Maschinen. Durch die Anordnung direkt am zu messenden Maschinenteil, entfallen die sonst notwendigen separaten Vorrichtungen zur Messung von a.) Antriebsdrehmoment und b.) Verzögerungsdrehmoment. Neue Regelstrategien für, zum Beispiel, eine Fahrdynamikregelung werden hierdurch kostengünstig möglich, die durch Einbeziehung der bisher vernachlässigten Messgröße Drehmoment, einem Optimalen Regelverlauf (z. B. kürzeren Bremsweg) ermöglichen. Auch die Applikation in Elektrofahrzeuge mit Radnabenmotoren, zur Einbeziehung der Messgröße Drehmoment, für die Regelung der gleichmäßigen Antriebskraftverteilung oder der Brems-Energierückgewinnung ist vorteilhaft. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist besonders einfach herzustellen, zum Beispiel durch Stanzen, Lasern oder Wasserstrahlschneiden von der Oberseite, und durch Drehen und Fräsen von der Hinterseite und dem Außenrand.Proposed is a sender wheel flange as described in "Technical Description", or the integration of the described functional areas of the sender wheel flange in otherwise adjacent machine parts. The sensing of both encoder wheels takes place with one common or two individual transducers. Due to the particularly compact design, the invention can be applied to virtually any flange connection and comes without further storage. This extremely compact and cost-effective development enables mass production and standard application in all vehicles or, where appropriate, in other machines. The arrangement directly on the machine part to be measured eliminates the otherwise necessary separate devices for measuring a.) Drive torque and b.) Retarding torque. New control strategies for, for example, a driving dynamics control are thereby possible cost-effectively, which allow by incorporating the previously neglected measured variable torque, an optimal control curve (eg shorter braking distance). The application in electric vehicles with wheel hub motors, to include the measured variable torque, for the regulation of the uniform driving force distribution or the brake energy recovery is advantageous. The proposed device is particularly easy to manufacture, for example by punching, laser cutting or water jet cutting from the top, and by turning and milling from the back and the outer edge.

Claims

Device for measuring torque and rotational speed of machine parts, in particular on vehicle wheels, characterized by the following features: a transmitter wheel flange, which has been produced in one piece and which can be mounted between a drive flange and the machine part to be tested, whereby this transmitter wheel Flange two encoder wheels ( 3 . 6 ) with two flange areas ( 1 . 4 ), - a primary flange area ( 1 ), the non-rotatably with the drive flange and at least one web ( 2 ) rotatably with the primary sender wheel ( 3 ), - a secondary flange area ( 4 ) rotatably with the machine part to be tested and at least one web ( 5 ) rotatably with the secondary encoder wheel ( 6 ), - Tangentially extending coupling elements ( 7 ), which cover the primary and secondary flange area ( 1 . 4 ,) and which are designed such that they allow deformations limited in the tangential direction to defined so that the torque transmitted by the coupling elements an angular difference between the two flange ( 1 . 4 ), - a sensor ( 8th ), which determines the angular difference between the flange areas ( 1 . 4 ), - an electronic control unit, which detects the detected values of the transducer ( 8th ) recorded and evaluated.

Device according to claim 1, characterized in that the transmitter wheel flange with the encoder wheels ( 3 . 6 ) can be integrated in the drive flange or in the machine part to be tested.

Method for measuring torque and rotational speed of machine parts, in particular of vehicle wheels, having the following features: - providing a transmitter wheel flange which can be mounted between a drive flange and the machine part to be tested and it has two encoder wheels ( 3 . 6 ) with two flange areas ( 1 . 4 ), - non-rotatably connecting a primary flange region ( 1 ) with the drive flange and at least one web ( 2 ) with the primary sender wheel ( 3 ), - non-rotatably connecting a secondary flange area ( 4 ) with the machine part to be tested and at least one web ( 5 ) with the secondary transmitter wheel ( 6 ), - connecting the primary and secondary flange area ( 1 . 4 ) with tangential coupling elements that limit and define deformations in the tangential direction so that the rotational force transmitted by the coupling elements causes an angular difference between the two flange areas ( 1 . 4 ), - detecting the angular difference between the flange areas ( 1 . 4 ) by means of a measuring transducer, - evaluation of the values provided by the transducer by means of an electronic control unit.

Method according to claim 3, characterized in that the transmitter wheel flange to be provided with the encoder wheels ( 3 . 6 ) can be integrated in the drive flange or in the machine part to be tested.