DE2919946A1

DE2919946A1 - Optische drehmoment-messeinrichtung

Info

Publication number: DE2919946A1
Application number: DE19792919946
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Wolf; Erich Dr Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-05-17
Filing date: 1979-05-17
Publication date: 1980-11-27
Also published as: FR2456947B3; GB2062257A; FR2456947A1

Description

R. 5481

17.4.1979 Lr/Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Optische Drehmoment-Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Erfassung des' auf einen definierten Längen-Abschnitt einer Welle einwirkenden Drehmoments j insbesondere zur Steuerung eines automatischen Getriebes für ein Kraftfahrzeug.

Unter Maximallast tordiert die Abtriebswelle eines Kraftfahrzeug-Getriebes über eine Länge von etwa 10 cm um einen Drehwinkel von etwa 1 . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, mit welcher derart kleine Torsionswinkel an einem drehenden Teil mit optischen Mitteln gemessen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

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In der axialen Durchsicht durch beide Scheiben entsteht jeweils ein Schnittpunkt für jeweils ein zu den beiden Scheiben gehörendes Linienpaar. Dieser Schnittpunkt kann durch gegenseitige Einstellung der beiden Scheiben so gelegt werden, daß er beim Drehmoment Null auf einem Radius rl liegt, welcher der Drehachse benachbart ist. Mit zunehmender Verdrehung der Scheiben gegeneinander wandert dieser Schnittpunkt dann von dem inneren Radius rl bis zum äußersten Radius r2, an welchem die Striche des Strichrasters endigen. Man erhält demgemäß bereits bei Bruchteilen eines Verdrehwinkels von 1° eine hohe Auflösung und kann demgemäß aus dem jeweiligen Schnittpunkt eines zu den beiden Scheiben gehörenden Linienpaares den zugehörigen Radius ablesen und daraus auf das mit dem Verdrehwinkel in linearem Zusammenhang stehende Drehmoment schließen.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsbexspielen, welche in der Zeichnung dargestellt sind.

Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, eine optische Meßeinrichtung, dient zur Erfassung des auf einen definierten Abschnitt von der Länge e einer Welle 1 einwirkenden Drehmomentes Md und ist zur Steuerung eines nicht dargestellten automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs bestimmt, bei welchem in einen niedrigeren Gang des Getriebes geschaltet werden soll, wenn das Drehmoment einen vorgegebenen Höchstwert erreicht.

Zur Messung des Drehmoments wird die über die Meßlänge e der Welle 1 auftretende Verdrehung der Welle 1 gemessen, die in dem skizzierten Ausführungsbeispiel bei einer Länge e von 10 cm einen Torsionswinkel von + 1 erreichen kann. Um derart kleine Verdrehwinkel zuverlässig messen zu können, ist auf der Welle eine erste Meßscheibe 2 befestigt und in unmittelbarer axialer Nachbarschaft eine zweite Meßscheibe 3 angeordnet, welche über

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ein zur Welle 1 gleichachsiges Rohr 4 mit einem stirnseitigen Plansch 5 in der der Meßlänge e entsprechenden Entfernung von der ersten Meßscheibe auf der Welle 1 drehfest befestigt ist.

Die beiden Meßscheiben 2 und 3 bestehen aus transparentem Werkstoff, beispielsweise aus Polystyrol und tragen an ihren beiden, einander zugekehrten Scheiben Stirnflächen je ein radiales Strichraster der in Figur 2 vergrößert wiedergegebenen Art. Diese radialen Strichraster bestehen aus einer Vielzahl von beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 jeweils um einen Zentriwinkel von beispielsweise 10° versetzten Rasterlinien, welche in Figur 2 für die erste der beiden Meßscheiben mit ausgezogenen Linien dargestellt und ir.it 11, 12, 13 bis 18 bezeichnet sind. Bei der ersten Meßscheibe gehen alle Rasterlinien durch die in Figur 2 bei A angedeutete Drehachse der Welle 1 und der ersten Meßscheibe 2.

Die zur zweiten Meßscheibe 3 gehörenden Rasterlinien sind in Figur 2 durch unterbrochene Striche versinnbildlicht, in Wirklichkeit jedoch kontinuierlich durchgehend von einem kleineren Radius rl bis zu nahe an den Rand der Scheibe geführter. Radius r2 durchgezogen. In Figur 2 sind die zu der zweiten Meßscheibe gehörenden Rasterlinien mit 21 bis 28 bezeichnet. Wie aus dieser Darstellung deutlich hervorgeht, sind die Rasterlinien 21 bis 28 zu den mit der gleichen Endziffer bezeichneten Rasterlinien 11 bis l8 der ersten Meßscheibe um einen Winkel cc derart so geneigt, daß sie gleichsinnig an der Achse A im Abstand rO vorbeiweisen.

Bei der in Figur 2 wiedergegebenen Anordnung sind die beiden Meßscheiben so zueinander eingestellt, daß die Schnittpunkte S, 'die sich bei achsparalleler Durchsicht durch die Meßscheiben ergeben, auf einem mittleren Radius r = r. + r~ zu liegen

2 kommen, wenn die Welle 1 keinem Drehmoment Md ausgesetzt ist. Wenn jedoch an dem rechten Wellenendabschnitt ein in

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Achsrichtung gesehen rechtsdrehendes Moment Md auftritt, tordiert die Welle 1 mit dem Ergebnis, daß die zweite Meßscheibe 3 gegenüber der ersten Meßscheibe 2 im Uhrzeigersinne gedreht wird. Dies hat zur Folge, daß die Schnittpunkte S zwischen den Rasterlinien beider Scheiben umsoweiter gegen den Rand wandern, je größer der Torsionswinkel und demgemäß das sich auf den Wellenabschnitt mit der Länge e auswirkende Drehmoment Md ist. Wenn die Drehrichtung des wirksamen Drehmomentes Md sich umkehrt, was beim Schiebebetrieb des Kraftfahrzeugs auftreten kann, wandern die Schnittpunkte S umsoweiter gegen die Achse A, je größer dieses Bremsmoment wird.

Beim ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Scheiben 2 und 3 in genügend geringem axialem Abstand voneinander angeordnet, um bei der axialen Durchsicht das Auftreten von Parallaxen-Fehlern zu vermeiden, jedoch die Meßlänge e voll ausnützen zu können.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind in den Strahlengang zwischen einer Lichtquelle 4, welche auf die zweite Meßscheibe 3 gerichtet ist, und der ersten Meßscheibe 2 sowie zwei lichtempfindlichen Zellen 5 und 6 gebündelte Glasfasern 7 vorgesehen. Diese Lichtleiter erlauben die Zu- und Ableitung des Lichtes zu den elektrischen Bauelementen 5 und 6 so, daß diese am jeweils günstigsten Ort angeordnet werden können.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung besteht darin, daß die im Bereich r ^r ^r- entstehenden Schnittpunkte S ein torsionsabhängiges Hell-Dunkelmuster erzeugen, welches auch bei rotierender Torsionswelle 1 mittels feststehender, optischer Geber abgetastet werden kann. Gleichzeitig erlaubt die st-richförmige Rasterung die zur Getriebesteuerung ebenfalls notwendigen Messung der Drehzahl der Welle mittels optischer, nicht näher dargestellter Sensoren.

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ORIGINAL INSPECTED

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Das optoelektronische Abtastsystem kann auch aus einer linienförmigen, radial im Bereich zwischen rl und r2 angeordneten Lichtquelle und einem in gleicher Weise angeordneten, ebenfalls linienförmigen Lichtempfänger bestehen. Diese beiden Elemente besitzen eine endliche Breite, die hinsichtlich der Strichzahl optimiert werden kann.

Zur Verwendung als Lichtquelle 4 nach Figur k kommen Glühfäden, LED-Leuchtbänder, beleuchtete Spalte usw. in Betracht. Als Empfänger können vorteilhaft linienförmige Fotodioden verwendet werden.

Bei der Anordnung nach Figur 4 sind zwei Fotozellen 5 und 6 vorgesehen, mit welchen das durch die beiden Scheiben 2 und 3 hindurchgetretene Licht in radialer Richtung halbiert wird. Für die Auswertung kann dann das Verhältnis der von den Fotozellen 5 und 6 erzeugten Halbströme 1.,/I₂ verwendet werden.

Eine andere Auswertemöglichkeit besteht darin, daß mittels einer Nachführeinrichtung oder Einzelauswertung der Lichtfasern die Lage des Helligkeitsmaximums bzw. Helligkeitsminimums ermittelt wird.

Der besondere' Vorteil der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung besteht darin, daß berührungsfrei eine genaue Messung auch sehr kleiner Torsionswinkel an einer rotierenden Welle möglich ist, wobei gleichzeitig die Momentandrehzahl gemessen werden kann.

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Claims

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

.j Optische Meßeinrichtung zur Erfassung des auf einen definierten Abschnitt einer Welle einwirkenden Drehmoments, insbesondere zur Steuerung eines automatischen Getriebes für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Wellenabschnittes (e) je eine von zwei quer von der Welle (1) abstehenden Scheiben (2, 3) angeordnet ist, die mit einem radialen, jeweils gleiche ümfangswinkel aufweisenden Strichraster versehen sind, wobei die Rasterlinien (11 bis 18 und 21 bis 28) einer der beiden Scheiben jeweils um einen kleinen Winkel (cO von weniger als 15 , vorzugsweise zwischen 3 und 10° am Zentrum (A) der Scheibe vorbeiweisen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Scheiben (2, 3) aus transparentem Werkstoff, insbesondere aus Polystyrol besteht.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet₃ daß die Rasterlinien (11 bis 18 und 21 bis 28) mit dunkler Farbe auf eine der Scheibenflächen aufgetragen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterlinien aus einer undurchsichtigen, auf eine der Scheibenflächen einer Scheibe angebrachten Deckschicht entfernt oder in der Deckschicht ausgespart sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß zur parallelaxenfreien Ablesung der Schnittstellen (S) zweier zu je einer der Scheiben (2, 3) gehörigen Rasterlinien (11 bis 18 und 21 bis 28) zur Achse (A) der Welle (1) parallele Lichtleitfasern (7) zwischen den Scheiben angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Lichtquelle (4) und einer (3) der beiden Scheiben sowie zwischen der anderen Scheibe (2) und einer lichtempfindlichen Zelle (5, 6) je ein Bündel aus Lichtleitfasern (7) angeordnet ist.

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