DE102022209473B3 - Method for calibrating a sensor device - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinrichtung (10), die sich zur Erfassung eines auf einen Aktuator (2) eines verstellbaren Wankstabilisators (1) wirkenden Drehmoments (M) unter Nutzung des Prinzips der inversen Magnetostriktion eignet, wobei die Sensoreinrichtung (10) einen zumindest bereichsweise durch ein Aktuatorgehäuse (4) gebildeten Primärsensor sowie einen im Aktuatorgehäuse (4) angeordneten Sekundärsensor umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:a) Herstellen einer als Sekundärsensor dienenden Sensoreinheit (11), aufweisend ein Sensorgehäuse (23), das eine Spulenanordnung (12, 13) aufnimmt,b) Zusammenbringen der Sensoreinheit (11) mit einem dem Primärsensor des Aktuators (2) ähnelnden Muster (30) zu einer Muster-Sensoreinrichtung (37),c) Durchführen einer Temperaturkalibrierung der Muster-Sensoreinrichtung (37),d) Trennen der Sensoreinheit (11) vom Muster (30),e) Zusammenbringen der Sensoreinheit (11) mit dem Aktuatorgehäuse (4), um einen Aktuator (2) mit einer Sensoreinrichtung (10) herzustellen, die den zumindest bereichsweise durch das Aktuatorgehäuse (4) gebildeten Primärsensor und die als Sekundärsensor dienende Sensoreinheit (11) umfasst,f) Durchführen einer Lastkalibrierung der Sensoreinrichtung (10).A method for calibrating a sensor device (10), which is suitable for detecting a torque (M) acting on an actuator (2) of an adjustable roll stabilizer (1) using the principle of inverse magnetostriction, wherein the sensor device (10) has an at least partially comprising a primary sensor formed by an actuator housing (4) and a secondary sensor arranged in the actuator housing (4), the method comprising the following steps: a) producing a sensor unit (11) serving as a secondary sensor, comprising a sensor housing (23) which has a coil arrangement ( 12, 13), b) bringing the sensor unit (11) together with a pattern (30) similar to the primary sensor of the actuator (2) to form a pattern sensor device (37), c) carrying out a temperature calibration of the pattern sensor device (37), d) separating the sensor unit (11) from the pattern (30), e) bringing the sensor unit (11) together with the actuator housing (4) in order to produce an actuator (2) with a sensor device (10) which at least partially passes through the actuator housing (4) formed primary sensor and the sensor unit (11) serving as a secondary sensor, f) carrying out a load calibration of the sensor device (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Daneben betrifft die Erfindung ein Muster zum Kalibrieren einer Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 11.The invention relates to a method for calibrating a sensor device according to the features of claim 1. In addition, the invention relates to a pattern for calibrating a sensor device according to
Aus
Zur Erzielung einer für den betrieblichen Einsatz des verstellbaren Wankstabilisators angestrebten Genauigkeit einer nach dem Prinzip der insbesondere aktiven inversen Magnetostriktion arbeitenden Sensoreinrichtung ist es zweckmäßig, diese vor Inbetriebnahme des verstellbaren Wankstabilisators zu kalibrieren. Es sind unterschiedliche Einflussgrößen bekannt, die das mit der Sensoreinrichtung erzielte Messergebnis beeinflussen. Hierzu zählen als wesentliche Einflussgrößen die Temperatur, die Last (das auf den verstellbaren Wankstabilisator einwirkende Drehmoment), die Position des Sekundärsensors relativ gegenüber dem Primärsensor (hier: dem Aktuatorgehäuse), die Beschaffenheit des Primärsensors (Teil des Aktuatorgehäuses, Montageeinflüsse wie insbesondere durch Fügevorgänge hervorgerufen), die Magnetisierung, wobei diese Aufzählung nicht als abschließend anzusehen ist.In order to achieve the desired accuracy for the operational use of the adjustable roll stabilizer of a sensor device that works according to the principle of active inverse magnetostriction, it is advisable to calibrate it before putting the adjustable roll stabilizer into operation. Different influencing variables are known that influence the measurement result achieved with the sensor device. The main influencing factors here include the temperature, the load (the torque acting on the adjustable roll stabilizer), the position of the secondary sensor relative to the primary sensor (here: the actuator housing), the condition of the primary sensor (part of the actuator housing), assembly influences such as those caused in particular by joining processes ), the magnetization, although this list should not be viewed as exhaustive.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich eine hohe Genauigkeit der Sensoreinrichtung mit vertretbarem Handhabungsaufwand erzielen lässt.It is an object of the present invention to provide a method for calibrating a sensor device of the type mentioned at the outset, with which a high level of accuracy of the sensor device can be achieved with reasonable handling effort.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Kalibrieren einer Sensoreinrichtung, die sich zur Erfassung eines auf einen Aktuator eines verstellbaren Wankstabilisators wirkenden Drehmoments unter Nutzung des Prinzips der inversen Magnetostriktion eignet. Dabei umfasst die Sensoreinrichtung einen zumindest bereichsweise durch ein Aktuatorgehäuse gebildeten Primärsensor sowie einen im Aktuatorgehäuse angeordneten Sekundärsensor. Erfindungsgemäß umfasst das Kalibrierverfahren die folgenden Schritte:
- Herstellen einer als Sekundärsensor dienenden Sensoreinheit, aufweisend ein Sensorgehäuse, das eine Spulenanordnung aufnimmt,
- Zusammenbringen der Sensoreinheit mit einem dem Primärsensor des Aktuators ähnelnden Muster zu einer Muster- Sensoreinrichtung,
- Durchführen einer Temperaturkalibrierung der Muster-Sensoreinrichtung,
- Trennen der Sensoreinheit vom Muster,
- Zusammenbringen der Sensoreinheit mit dem Aktuatorgehäuse, um einen Aktuator mit einer Sensoreinrichtung herzustellen, die den zumindest bereichsweise durch das Aktuatorgehäuse gebildeten Primärsensor und die als Sekundärsensor dienende Sensoreinheit umfasst,
- Durchführen einer Lastkalibrierung der Sensoreinrichtung.
- Producing a sensor unit serving as a secondary sensor, having a sensor housing that accommodates a coil arrangement,
- Combining the sensor unit with a pattern similar to the primary sensor of the actuator to form a pattern sensor device,
- Carrying out a temperature calibration of the sample sensor device,
- Separating the sensor unit from the pattern,
- Bringing the sensor unit together with the actuator housing in order to produce an actuator with a sensor device which comprises the primary sensor formed at least in some areas by the actuator housing and the sensor unit serving as a secondary sensor,
- Carrying out a load calibration of the sensor device.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren der Sensoreinrichtung erfolgt demnach eingebunden in den Herstellprozess des Aktuators. Davon umfasst sind zwei Arten von Kalibrierungen: eine Temperaturkalibrierung und eine Lastkalibrierung; denn es hat sich gezeigt, dass sich mit Kenntnis mit dieser beiden Einflussfaktoren, die Empfindlichkeit und auch die Nulllage („Offset“) hinreichend zuverlässig ermitteln lassen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Last und Temperatur sowie deren Wechselwirkung durch Polynome dritten Grades zu beschreiben sind. Das gewünschte, von Temperatureinflüssen unabhängige und der Größe des Drehmoments lineare Verhalten lässt sich durch eine Linearisierung mittels der genannten Polynome erreichen. Geringfügige Abweichungen sind dabei tolerierbar. Die Parameter (Koeffizienten) der Polynome lassen sich in den verschiedenen, erfindungsgemäß vorgesehenen Kalibrierschritten (Temperaturkalibrierung, Lastkalibrierung) individuell für den Aktuator, der eine individuelle Paarung von Sensoreinheit und Aktuatorgehäuse aufweist, ermitteln.The method according to the invention for calibrating the sensor device is therefore integrated into the manufacturing process of the actuator. This includes two types of calibrations: a temperature calibration and a load calibration; Because it has been shown that with knowledge of these two influencing factors, the sensitivity and also the zero position (“offset”) can be determined sufficiently reliably. This is based on the knowledge that load and temperature as well as their interaction can be described by third degree polynomials. The desired behavior, which is independent of temperature influences and linear to the magnitude of the torque, can be achieved by linearization using the polynomials mentioned. Minor deviations are tolerable. The parameters (coefficients) of the polynomials can be adjusted individually for the actuator in the various calibration steps provided according to the invention (temperature calibration, load calibration). has an individual pairing of sensor unit and actuator housing.
Gemäß den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten wird zunächst eine als Sekundärsensor dienende Sensoreinheit hergestellt, die ein Sensorgehäuse aufweist, das eine Spulenanordnung aufnimmt. Nachfolgend wird die Sensoreinheit mit einem dem Primärsensor des Aktuators ähnelnden Muster zu einer Muster-Sensoreinrichtung zusammengebracht. Bei dem Muster handelt es sich entsprechend noch nicht um das spätere Aktuatorgehäuse, sondern um ein gesondert für den Zweck der Temperaturkalibrierung geeignetes, einfach handhabbares Bauteil, das zweckmäßigerweise kleinere Gesamtabmessungen als das spätere Aktuatorgehäuse aufweist, das jedoch ein dem Aktuatorgehäuse vergleichbares magnetostriktives Verhalten unter Temperatureinfluss aufweist.According to the method steps according to the invention, a sensor unit serving as a secondary sensor is first produced, which has a sensor housing that accommodates a coil arrangement. Subsequently, the sensor unit is brought together with a pattern similar to the primary sensor of the actuator to form a pattern sensor device. Accordingly, the sample is not yet the later actuator housing, but rather a separate, easy-to-handle component suitable for the purpose of temperature calibration, which expediently has smaller overall dimensions than the later actuator housing, but which has a magnetostrictive behavior under the influence of temperature that is comparable to the actuator housing .
Die so vorliegende Muster-Sensoreinrichtung bestehend aus Sensoreinheit und Muster wird anschließend einer Temperaturkalibrierung unterzogen. Insbesondere wird die Muster-Sensoreinrichtung dazu in einen Ofen gebracht, um diese unterschiedlichen Temperaturen auszusetzen. Aufgrund kleinerer baulicher Abmessungen des Musters - im Vergleich zum späteren Aktuatorgehäuse - lässt sich die Temperaturkalibrierung mit deutlich verringertem Handhabungsaufwand durchführen.The present sample sensor device consisting of sensor unit and sample is then subjected to a temperature calibration. In particular, the pattern sensor device is placed in an oven to expose it to different temperatures. Due to the smaller structural dimensions of the sample - compared to the later actuator housing - the temperature calibration can be carried out with significantly reduced handling effort.
Nach Durchführung der Temperaturkalibrierung der Muster-Sensoreinrichtung wird die Sensoreinheit vom Muster wieder getrennt. Anschließend erfolgt die Montage der Sensoreinheit am Aktuatorgehäuse, um schließlich einen Aktuator mit einer Sensoreinrichtung herzustellen. Die Sensoreinrichtung des Aktuators umfasst den zumindest bereichsweise durch das Aktuatorgehäuse gebildeten Primärsensor und die als Sekundärsensor dienende Sensoreinheit.After carrying out the temperature calibration of the sample sensor device, the sensor unit is separated from the sample again. The sensor unit is then mounted on the actuator housing in order to finally produce an actuator with a sensor device. The sensor device of the actuator includes the primary sensor formed at least in some areas by the actuator housing and the sensor unit serving as a secondary sensor.
In einem letzten Verfahrensschritt wird eine Lastkalibrierung der am Aktuator verbauten Sensoreinrichtung durchgeführt, was einer Lastkalibrierung des zusammengebauten Gesamtsystems entspricht.In a final method step, a load calibration of the sensor device installed on the actuator is carried out, which corresponds to a load calibration of the assembled overall system.
Im Ergebnis lässt sich durch das beschriebene Schema von Kalibrierungen für die Sensoreinrichtung eine hohe Messgenauigkeit bei geringem Handhabungsaufwand erzielen. Dabei lässt sich insbesondere mittels der Temperaturkalibrierung (lastfrei) eine Nulllage (Offset) der Sensoreinrichtung ermitteln. Die eingangs genannte Aufgabe wird damit gelöst.As a result, the described calibration scheme for the sensor device can achieve a high level of measurement accuracy with little handling effort. In particular, a zero position (offset) of the sensor device can be determined by means of temperature calibration (load-free). The task mentioned at the beginning is thus solved.
Zweckmäßigerweise wird während des Durchführens der Temperaturkalibrierung die Muster-Sensoreinrichtung in mechanisch unbelastetem Zustand unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt. Das zum Einsatz kommende Muster ist während der Kalibrierung entsprechend belastungsfrei. In vorteilhafter Weise wird während des Durchführens der Temperaturkalibrierung ausschließlich die Temperatur verändert. Damit wird gewährleistet, dass die erzielten Messergebnisse frei von anderen Einflüssen sind.While carrying out the temperature calibration, the sample sensor device is expediently exposed to different temperatures in a mechanically unloaded state. The sample used is correspondingly stress-free during calibration. Advantageously, only the temperature is changed while the temperature calibration is being carried out. This ensures that the measurement results achieved are free from other influences.
In bevorzugter Weise dient die hier beschriebene Temperaturkalibrierung mittels der Muster-Sensoreinrichtung zur Bestimmung einer Nulllage bzw. eines Offsets der Muster- Sensoreinrichtung.The temperature calibration described here by means of the pattern sensor device preferably serves to determine a zero position or an offset of the pattern sensor device.
Es sei angemerkt, dass zur Erzielung repräsentativer Messergebnisse während der Temperaturkalibrierung die Sensoreinheit auf möglichst gleiche Weise mit dem Muster zusammengebracht wird wie dies später gegenüber dem Aktuatorgehäuse erfolgt. Insbesondere wird also in vorteilhafter Weise das Sensorgehäuse der Sensoreinheit auf vergleichbare Weise an das Muster angepresst wie dies gegenüber dem Aktuatorgehäuse im Einbauzustand am Aktuator erfolgt.It should be noted that in order to achieve representative measurement results during the temperature calibration, the sensor unit is brought together with the sample in the same way as possible as is later done with the actuator housing. In particular, the sensor housing of the sensor unit is advantageously pressed against the pattern in a manner comparable to that of the actuator housing when installed on the actuator.
Zur Erzielung möglichst unbeeinträchtigter Messergebnisse wird vorzugsweise im Schritt der Durchführung der Lastkalibrierung der Aktuator bei einer Normaltemperatur mit unterschiedlichen Drehmomenten beaufschlagt. Vorzugsweise wird während der Lastkalibrierung ausschließlich die Drehmomentbelastung des Aktuators verändert.In order to achieve measurement results that are as unimpaired as possible, the actuator is preferably subjected to different torques at a normal temperature in the step of carrying out the load calibration. Preferably, only the torque load on the actuator is changed during the load calibration.
Zweckmäßigerweise werden während der Durchführung der Temperaturkalibrierung und/oder der Lastkalibrierung die jeweils erfassten Kalibrierungsdaten aufgezeichnet. Vorteilhaft wird auf Grundlage der Kalibrierungen ein den Aktuator charakterisierendes Verhalten der Sensoreinrichtung, insbesondere ein für die konkrete Sensoreinrichtung zutreffender Zusammenhang zwischen Temperatur- und Lasteinfluss, ermittelt und diesem zugeordnet, insbesondere in einer dem Aktuator zugehörigen elektronischen Steuereinheit gespeichert.The calibration data recorded in each case is expediently recorded while the temperature calibration and/or the load calibration is being carried out. Advantageously, based on the calibrations, a behavior of the sensor device that characterizes the actuator, in particular a relationship between temperature and load influence that applies to the specific sensor device, is determined and assigned to this, in particular stored in an electronic control unit associated with the actuator.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass es sich bei dem Muster um ein dem Zweck der Temperaturkalibrierung dienendes Bauteil handelt, das vorzugsweise einem Segment des Aktuatorgehäuses nachgebildet ist und/oder zumindest ein dem Aktuatorgehäuse vergleichbares magnetostriktives Verhalten unter Temperatureinfluss aufweist.An advantageous development of the method provides that the pattern is a component serving the purpose of temperature calibration, which is preferably modeled on a segment of the actuator housing and/or at least has a magnetostrictive behavior under the influence of temperature that is comparable to the actuator housing.
Zur Erzielung repräsentativer Messergebnisse sowie zur Herstellung der Funktionsfähigkeit des Aktuators erfolgen vorteilhaft im Zusammenhang des Zusammenbringens der Sensoreinheit mit dem Aktuatorgehäuse weitere Schritte der Herstellung des Aktuators. Dazu können unter anderem Schritte wie das Verbinden der Sensoreinheit mit dem Aktuatorgehäuse, dass Verschließen des Aktuatorgehäuses und dergleichen zählen.In order to achieve representative measurement results and to ensure the functionality of the actuator, further steps in the production of the actuator are advantageously carried out in connection with the bringing together of the sensor unit with the actuator housing. This can include steps such as connecting the sensor unit to the actuator gate housing, closing the actuator housing and the like.
Die eingangs genannte Aufgabe wird daneben gelöst durch ein Muster gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11. Es handelt sich dabei um ein Muster zum Kalibrieren einer Sensoreinrichtung im Rahmen eines Kalibrierverfahrens der zuvor beschriebenen Art. Erfindungsgemäß lässt sich das Muster mit der Sensoreinheit zu einer Muster-Sensoreinrichtung zusammenbringen und weist ein dem Aktuatorgehäuse vergleichbares magnetostriktives Verhalten unter Temperatureinfluss auf.The task mentioned at the beginning is also solved by a pattern according to the features of
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Musters ist dieses einem Segment des Aktuatorgehäuses nachgebildet. Im Vergleich zum Aktuatorgehäuse weist das Muster geringere bauliche Abmessungen auf, wodurch sich insbesondere für die Temperaturkalibrierung ein verringerter Handhabungsaufwand ergibt.According to a preferred development of the pattern, this is modeled on a segment of the actuator housing. Compared to the actuator housing, the sample has smaller structural dimensions, which results in reduced handling effort, particularly for temperature calibration.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Daraus gehen auch weitere Merkmale und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung hervor. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen aktiv verstellbaren Wankstabilisator eines Kraftfahrzeugs, in Zusammenwirkung mit gegenüberliegenden Radaufhängungen der rechten und linken Fahrzeugseite in schematischer Ansicht, -
2 einen Aktuator eines verstellbaren Wankstabilisators mit Sensoreinrichtung zur Drehmomenterfassung in vereinfacht schematischer Darstellung, -
3 eine an einem wie in2 dargestellten Aktuator zum Einsatz kommende Sensoreinrichtung im axialen Schnitt des Aktuators in schematisch vereinfachter Darstellung, -
4 eine Sensoreinheit einer Sensoreinrichtung in perspektivischer Darstellung von radial schräg außen, -
5 dieSensoreinrichtung gemäß 4 in perspektivischer Schnittdarstellung, schräg von der Seite, -
6 dieSensoreinheit der 4 und5 , angeordnet im Aktuatorgehäuse (Hohlwelle) eines Aktuators im axialen Schnitt, wobei aus Darstellungsgründen übrige Elemente des Aktuators weggelassen sind, -
7 die im Aktuatorgehäuse (Hohlwelle) angeordnete Sensoreinheit (Sekundärsensor) im Anordnungszustand wie in6 in perspektivischer Ansicht von schräg oben, -
8 die Sensoreinheit in einer alternativen perspektivischen Darstellung von radial außen, -
9 die Sensoreinheit in perspektivischer Darstellung schräg von der Seite, -
10 die Sensoreinheit in Draufsicht, -
11 a eine Sensoreinheit (Sekundärsensor), die zwecks Temperaturkalibrierung mit einem Muster zu einer Muster-Sensoreinrichtung gepaart ist, -
11b die Sensoreinheit (Sekundärsensor) im Einbauzustand in ein Aktuatorgehäuse (Hohlwelle) in vereinfachter schematischer Darstellung zwecks Lastkalibrierung, -
12 ein Kalibrierfenster, das in vereinfachter Darstellung wesentliche Einflussgrößen der Sensoreinrichtung wiedergibt.
-
1 an actively adjustable roll stabilizer of a motor vehicle, in cooperation with opposing wheel suspensions on the right and left side of the vehicle in a schematic view, -
2 an actuator of an adjustable roll stabilizer with a sensor device for detecting torque in a simplified schematic representation, -
3 one on one as in2 The sensor device used in the actuator is shown in an axial section of the actuator in a schematically simplified representation, -
4 a sensor unit of a sensor device in a perspective view from the radially oblique outside, -
5 the sensor device according to4 in a perspective sectional view, diagonally from the side, -
6 the sensor unit of the4 and5 , arranged in the actuator housing (hollow shaft) of an actuator in axial section, with other elements of the actuator being omitted for reasons of illustration, -
7 the sensor unit (secondary sensor) arranged in the actuator housing (hollow shaft) in the arrangement state as in6 in a perspective view from diagonally above, -
8th the sensor unit in an alternative perspective view from the radial outside, -
9 the sensor unit in a perspective view diagonally from the side, -
10 the sensor unit in top view, -
11 a a sensor unit (secondary sensor) which is paired with a pattern to form a pattern sensor device for the purpose of temperature calibration, -
11b the sensor unit (secondary sensor) when installed in an actuator housing (hollow shaft) in a simplified schematic representation for the purpose of load calibration, -
12 a calibration window that shows the essential influencing variables of the sensor device in a simplified representation.
Zur Veranschaulichung des Einsatzgebietes der Erfindung zeigt
Auf für sich gesehen bekannte Weise ist der verstellbare Wankstabilisator 1 um eine Rotationsachse 3 drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert (Lagerung nicht näher dargestellt). Der Aktuator 2, vereinfacht als zylindrischer Körper dargestellt, umfasst im Wesentlichen ein in Bezug auf die Rotationsachse 3 im Wesentlichen rotationssymmetrisches Aktuatorgehäuse 4, das zumindest bereichsweise als Hohlwelle ausgebildet ist und entsprechend wirkt.In a manner known per se, the adjustable roll stabilizer 1 is mounted so that it can rotate relative to the vehicle body about an axis of rotation 3 (mounting not shown in more detail). The actuator 2, shown in simplified form as a cylindrical body, essentially comprises an
In dem Aktuatorgehäuse 4 sind unter anderem ein Elektromotor 15 sowie ein mehrstufiges Planetengetriebe 16 angeordnet, hierzu sei auf
Gemäß der gezeigten schematischen Darstellung ist der Stabilisatorabschnitt 6a gehäusefest, d. h. dieser ist drehfest mit einem Ende 5a des Aktuatorgehäuses 4 verbunden. Hingegen ist der Stabilisatorabschnitt 6b mit dem Aktuator 2 an dessen abtriebsseitigen Ende 5b verbunden. D. h., der Stabilisatorabschnitt 6b ist drehbar gegenüber dem Aktuatorgehäuse 4 gelagert, zugleich jedoch antriebsverbunden mit dem Getriebeausgang des Aktuators 2. Abhängig vom Betriebszustand des mit dem Wankstabilisator 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs wirkt zwischen den Stabilisatorabschnitten 6a, 6b ein Drehmoment M, das in
Der in
In
Die Sensoreinrichtung 10 des Aktuators 2 umfasst im Wesentlichen einen Primärsensor und einen Sekundärsensor. Ein axialer Abschnitt des Aktuatorgehäuses 4, der sich zwischen Elektromotor 15 und dem gehäusefesten Ende des Aktuators 5a befindet, ist aus einem magnetisierbaren Material hergestellt. Gemäß dem physikalischen Effekt der inversen Magnetostriktion, d. h. einer Änderung der Magnetisierung durch mechanische Spannungen, kann dieser als Hohlwelle ausgebildete Bereich des Aktuatorgehäuses 4, der das Drehmoment M zwischen den Stabilisatorabschnitten 6a und 6b überträgt, als Primärsensor genutzt werden. Zu diesem Zweck ist innerhalb des Aktuatorgehäuses 4 weiterhin eine Sensoreinheit 11 angeordnet, die als sogenannter Sekundärsensor wirkt, wie in
Anhand von
Liegt am Aktuatorgehäuse 4 ein Drehmoment M an, wie in
Anhand der nachfolgenden
Die
Zunächst sei im Folgenden anhand der
Wie in den
An der Unterseite des Sensorgehäuses 23 sind, wie beispielsweise in
In dem Sensorgehäuse 23 ist, wie am besten in den
An der Unterseite liegt die Spulenträgerplatine 18 zumindest in deren Außenbereichen am Sensorgehäuse 23 auf, wie in
Unterhalb der Spulenträgerplatine 18 ist die Spulenplatine 22 angeordnet, die an der Spulenträgerplatine 18 befestigt ist. Auf der Spulenplatine 22 befindet sich eine - hier nicht sichtbare - Anordnung von Sensorspulen, umfassend zumindest eine Senderspule und eine Empfängerspule (vergl. Erläuterung zu
Wie in
Wie in
Wie in den
Wie den
Wie in
Mit Bezug auf
Zur Befestigung der Sensoreinheit 11 am Aktuatorgehäuse 4 wird die Sensoreinheit 11 einschließlich Käfiglasche 25 in das Aktuatorgehäuse 4 eingesetzt, wie in den
Zur Befestigung der Sensoreinheit 11 am Aktuatorgehäuse 4 wird die Käfiglasche 25 im Bereich der beiden abragenden Lötflächen 26 jeweils nach unten, das heißt nach radial außen, gedrückt (und damit leicht elastisch verformt) und dann an die Innenwandung des Aktuatorgehäuses 4 angelötet, also stoffschlüssig damit verbunden. Es sei erwähnt, dass die Käfiglasche 25 auch auf alternative Weise stoffschlüssig mit dem Aktuatorgehäuse 4 verbunden werden kann, insbesondere durch eine Schweißverbindung, vorzugsweise durch Widerstands-Punktschweißen.To attach the
Bedingt durch die vorige leichte elastische Verformung übt die Käfiglasche 25 in ihrem verformten Zustand im Bereich der Bügel 33, 34 eine Rückstellkraft auf die Schultern 31 des Sensorgehäuses 23 aus, so dass das gesamte Sensorgehäuse 23 entsprechend der in
Gemäß der in
Wie anhand der vorigen Figuren beschrieben, und insbesondere in den
Mit der an dem Aktuator 2 zum Einsatz kommenden Sensoreinrichtung 10, die nach dem Prinzip der inversen Magnetostriktion arbeitet, lässt sich ein auf den Aktuator 2 wirkendes Drehmoment M erfassen. Zur Erzielung einer erforderlichen Genauigkeit der Sensoreinrichtung 10 ist eine Kalibrierung der Sensoreinrichtung 10 nötig. Als wesentliche Einflussgrößen wirken sich Temperatur und Last (einwirkendes Drehmoment M) auf das Messergebnis der Sensoreinrichtung 10 aus. Zweckmäßigerweise werden diese im Rahmen des Herstellprozesses des Aktuators 2 im Rahmen einer Kalibrierung ermittelt. Weitere Einflussgrößen auf das Messergebnis der Sensoreinrichtung ergeben sich insbesondere aus dem jeweils konkreten Zusammenbau der Sensoreinrichtung an einem konkreten Aktuator. Zu diesen Einflüssen zählen unter anderem die Relativposition der Sensoreinheit (Sekundärsensor) gegenüber dem Primärsensor (Hohlwelle bzw. Aktuatorgehäuse), das Aktuatorgehäuse (Hohlwelle) selbst, Montageeinflüsse (hauptsächlich das Fügen des Aktuatorgehäuses bzw. der Hohlwelle mit Nachbarteilen) sowie die Magnetisierung.With the
Zur Erreichung einer angestrebten Genauigkeit der Sensoreinrichtung wird im Rahmen der Herstellung eines Aktuators ein Schema von Kalibrierungen durchgeführt, das auf einen geringen Handhabungsaufwand optimiert ist.In order to achieve the desired accuracy of the sensor device, a calibration scheme is carried out as part of the production of an actuator, which is optimized for low handling effort.
Die Herstellung eines Aktuators erfolgt dabei in der Weise, dass zunächst eine Sensoreinheit 11 (Sekundärsensor) hergestellt wird. Diese weist ein Sensorgehäuse 23 auf, das eine Spulenanordnung 12, 13 aufnimmt.An actuator is manufactured in such a way that a sensor unit 11 (secondary sensor) is first produced. This has a
Wie in
Bei dem Muster 30 handelt es sich um ein lediglich für Kalibrierungszwecke zum Einsatz kommendes Prüfbauteil, insbesondere in Form eines Segments einer Hohlwelle. In Bezug auf die Sensoreinheit 11 weist das Muster 30 ein dem Aktuatorgehäuse 4 vergleichbares magnetostriktives Verhalten unter Temperatureinfluss auf. Insbesondere ist das Muster 30 damit repräsentativ für das Aktuatorgehäuse 4 im (späteren) Einbauzustand am Aktuator 2. Im Vergleich dazu kann das Muster 30 jedoch geringere Maße aufweisen und damit einfacher handhabbar gestaltet sein.The sample 30 is a test component that is only used for calibration purposes, in particular in the form of a segment of a hollow shaft. With respect to the
Die in
Nach Durchführung der Temperaturkalibrierung wird die Sensoreinheit 11 vom Muster 30 getrennt.After carrying out the temperature calibration, the
Zur Durchführung eines weiteren, anhand von
Wie in
Indem, wie anhand von
Die durchgeführten Kalibriervorgänge (Temperaturkalibrierung und Lastkalibrierung) ermöglichen es, die Einflüsse von Temperatur und Last auf die Sensoreinrichtung mathematisch, insbesondere durch Polynome dritten Grades, einschließlich deren Wechselwirkung (Kreuzterme) zu beschreiben.The calibration processes carried out (temperature calibration and load calibration) make it possible to describe the influences of temperature and load on the sensor device mathematically, in particular using third degree polynomials, including their interaction (cross terms).
Das gewünschte, von Temperatureinflüssen unabhängige und der Größe des Drehmoments lineare Verhalten - mit innerhalb im Toleranzbereich liegender Abweichungen - wird durch eine Linearisierung in der Sensoreinheit mittels der genannten Polynome bestimmt. Deren Parameter (Koeffizienten) werden gemäß einem Schema bei den verschiedenen, zuvor beschriebenen Kalibrierschritten (Temperaturkalibrierung, Lastkalibrierung) individuell für den jeweiligen Aktuator ermittelt. Weitere Einflüsse werden aus Abweichungen von der Kalibrierung ermittelt. Im Ergebnis wird auf diese Weise mit vertretbarem Aufwand eine hohe Genauigkeit der Sensoreinrichtung erreicht.The desired behavior, which is independent of temperature influences and linear to the magnitude of the torque - with deviations within the tolerance range - is determined by linearization in the sensor unit using the polynomials mentioned. Their parameters (coefficients) are determined individually for the respective actuator according to a scheme in the various calibration steps described above (temperature calibration, load calibration). Further influences are determined from deviations from the calibration. As a result, a high level of accuracy of the sensor device is achieved in this way with reasonable effort.
BezugszeichenReference symbols
- 11
- WankstabilisatorRoll stabilizer
- 22
- Aktuatoractuator
- 33
- RotationsachseAxis of rotation
- 44
- Aktuatorgehäuse (Hohlwelle)Actuator housing (hollow shaft)
- 5a5a
- gehäusefestes Ende des Aktuatorsend of the actuator fixed to the housing
- 5b5b
- abtriebsseitiges Ende des Aktuatorsoutput end of the actuator
- 6a6a
- Stabilisatorabschnitt (gehäusefest)Stabilizer section (fixed to housing)
- 6b6b
- Stabilisatorabschnitt (abtriebsseitig)Stabilizer section (output side)
- 7a, 7b7a, 7b
- Radwheel
- 8a, 8b8a, 8b
- Radaufhängungsuspension
- 1010
- SensoreinrichtungSensor device
- 1111
- Sensoreinheit (Sekundärsensor)Sensor unit (secondary sensor)
- 1212
- SenderspuleTransmitter coil
- 1313
- EmpfängerspuleReceiver coil
- 1414
- Steuerungsteering
- 1515
- ElektromotorElectric motor
- 1616
- (mehrstufiges Planeten-) Getriebe(multi-stage planetary) gearbox
- 1717
- ElektronikplatineElectronic board
- 1818
- SpulenträgerplatineCoil carrier board
- 1919
- KontaktpinContact pin
- 2020
- LochHole
- 2121
- Haltestiftretaining pin
- 2222
- Spulenplatinecoil board
- 2323
- SensorgehäuseSensor housing
- 2424
- PassnasePass nose
- 2525
- KäfiglascheCage tab
- 2626
- Lötflächesoldering area
- 2727
- AuflagepadSupport pad
- 2828
- GehäuseschlitzHousing slot
- 3030
- MusterPattern
- 3131
- Schultershoulder
- 3232
- HaltearmHolding arm
- 3333
- Bügelhanger
- 3434
- Bügelhanger
- 3535
- Stegweb
- 3636
- Stegweb
- 3737
- Muster-SensoreinrichtungPattern sensor device
- MM
- DrehmomentTorque
Claims (12)
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---|---|---|---|
DE102022209473.5A DE102022209473B3 (en) | 2022-09-12 | 2022-09-12 | Method for calibrating a sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102022209473.5A DE102022209473B3 (en) | 2022-09-12 | 2022-09-12 | Method for calibrating a sensor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022209473B3 true DE102022209473B3 (en) | 2024-02-22 |
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ID=89809023
Family Applications (1)
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DE102022209473.5A Active DE102022209473B3 (en) | 2022-09-12 | 2022-09-12 | Method for calibrating a sensor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
DE102011078819A1 (en) | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Split roll stabilizer |
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DE102018118175A1 (en) | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Method for measuring a torsional moment on a machine element extending in an axis |
DE102018218598A1 (en) | 2018-08-24 | 2020-02-27 | Zf Friedrichshafen Ag | Roll stabilizer and sensor device for a roll stabilizer |
-
2022
- 2022-09-12 DE DE102022209473.5A patent/DE102022209473B3/en active Active
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