JP5372971B2 - トルク計測装置の較正を行うための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動兼負荷装置と接続されるトルク計測装置を較正するための方法および装置であって、トルク計測装置により計測されたトルクと基準計測装置により計測されたトルクが較正のために比較される方法に関する。

例えばトランスミッション、駆動トレイン、内燃機関等のような車両のコンポーネントまたは車両のためのテストベンチ上では、被検体が、いわゆるダイナモメータ（Dyno）のような駆動兼負荷装置によって駆動されまたは負荷をかけられ、被検体のための所定の運転状態がシミュレートされる。このため、様々な計測値の検出を行うよう、通常多数のセンサーが使用される。特に、そのようなテストベンチ設備では、回転数センサーやトルクセンサーも使用される。回転数が、多くの方法によって極めて正確に計測されることが可能である一方、トルクの計測のためには、トルク計測装置としていわゆるトルク計測フランジ（Drehmomenten-Messflansche）がしばしば使用される。このトルク計測フランジは、ダイナモメータの被動軸と被検体の駆動軸の間に設けられる。揺動して支承されるダイナモメータもまた公知である。このダイナモメータでは、トルク計測装置として例えば屈曲センサー（Biegebalken）またはロードセル（Loadcell）が使用され、これらがステータと装置ハウジングの間の力を計測し、これによって有効なトルクを推定する（rueckschliessen）ことが可能である。トルク計測装置は、しかしながら、正確な計測を行うために較正されなければならない。較正は、進行する運転中も定期的に繰り返されなければならない。このため先行技術には、例えばトルク計測フランジ、屈曲センサー、またはロードセルのようなそのようなトルク計測器を較正することができる多くの方法が存在する。

軸に固定された一つのレバーに所定の間隔を有して所定の重量が設けら、これによってある定義されたトルクが発生され、このトルクがトルク計測装置によって検出される較正レバーが、頻繁に用いられる。計測値と、もたらされる値との間の差を求めることによりトルク計測装置は結果として較正されることができる。これに対する例は例えば特許文献１に記載される。このような較正レバーによって、しかし、曲げおよびせん断力が常にもたらされ、これらが計測結果を狂わせるおそれがある。

特許文献２から一つの較正装置が公知である。この較正装置においては、一つの電動モーターが、トランスミッションを介してトルク計測機器（ここではトルク計測フランジ）と接続されている。これによって較正のために電動モーターとトランスミッションを介して所定のトルクがもたらされ、このトルクはトルク計測機器によって計測される。その際較正のために、ダイナモメトリックブレーキ（Leistungsbremse）が、ブロックされなければならない。しかしこの較正装置はまた、構造上も複雑であり、かつその大きさおよび重量のために取扱いが困難である。

工作機械の駆動モーターを、トルク計測装置の較正のためのトルクをもたらすため自体に使用する別の工作機械が、例えば特許文献３から公知である。もちろん工作機械においては本質的により低い正確性が要求される。このためここでは、ねじスピンドル上でナットがストッパーに至るような所定の回転数のみしか設定されず、これによって所定のトルクが調整され、このトルクがトルク計測装置と基準計測装置によって計測され、そして続いて較正のために比較されることができる。ここではしかし、任意の正確な較正トルクを調整することは不可能であり（そして必要もない）。

テストベンチ環境では、しかしながら高い正確性の要求がみたされなければならない。テストベンチの適用状況にとって十分な正確性のためのトルク計測装置の較正のために、トルクは、計測の間（または較正の間）、適切な形で調達されなければならない。較正するトルク計測装置のヒステリシスを定めることができるよう、そしてこれらを破壊しないよう、調達されるトルクは可能な限り少ない偏差（Welligkeit）を有している必要があり、そしてできるだけオーバーシュートを有さない必要がある。その上、トルク計測装置は、通常、ただ一つのトルクでもってのみ較正されるというのではなく、所定の較正領域で較正され、これによって、（できる限り）任意の較正トルクが設定されなければならないということが必要となる。特にテストベンチの環境では、所定の安全対策も施されなければならない。例えば、ダイナモメータは、軸破損の際には、コントロールされずにさらに動作を続けるということがあってはならず、すぐに停止されなければならない。よって、較正のために駆動モーターによって駆動モーターに単にトルクを与えるというのは、駆動モーターが、軸破損の際にコントロールされずに解放運転されてしまうので、十分ではない。

国際特許出願第WO 2006/099641A1号明細書 独国特許出願公開第DE102007040106A1号明細書 米国特許第US4483177号明細書

本発明の課題は、簡単に構築され、十分に正確であってそしてまた簡単に取り扱うことができ、較正トルクの柔軟な設定を可能とし、かつ安全に対する要求を満たす、トルク計測装置の較正を行うための方法および装置を提供することである。

この課題は、発明に従い 駆動兼負荷装置が、回転不能に設けられた基準計測装置と接続されており、回転数コントローラーに０RPMより大きな目標回転数が予め定められ、そして回転数コントローラーが目標トルクを発生し、この目標トルクが予め定めることが可能なコントロールトルク制限部によって上方に向かって制限され、かつこのように制限された目標トルクが、駆動兼負荷装置にコントロールトルクとして予め定められることによって解決される。これによって設定された要求、つまり０Ｎｍから±Ｔ_{Dyno_Max}の間の任意に調整可能な較正トルク、コントロールトルクＴstellの設定による高い正確性、および軸破損の際に駆動兼負荷装置がコントロールされずに過回転することに対する安全機能が満たされる。その際、回転数コントローラーは、必要な安全性のために使用される、というのはこれは、軸破損の際に目標トルクをすぐに減少し、そして回転数を、目標回転数の調整された値、好ましくは低い値を超えて上昇することができなくし、そしてコントロールトルク制限部は較正領域の調整のために十分な正確性をもっているからである。それだけでなくさらに、本発明に係る装置はまた、簡単に取り扱うことができ、トルク計測装置の迅速な較正を可能とする。

高い周波数のトルク成分が弱められる（gedaempft）とき、較正の正確性はさらに向上される。

好ましくは、較正の結果は、駆動兼負荷装置のコントロールユニットのパラメータを変更するためにも使用される。これによって駆動兼負荷装置は、予め定められたコントロールトルクの調整に関してさらに正確となる。よって較正の正確性は同様に向上されることが可能である。

本発明を、以下に、例示的であって有利な実施形を示すが、限定することはない図１に基づき詳細に説明する。この図１は、トルク計測フランジの例における、本発明に従う較正装置の簡略的図を示す。

駆動兼負荷装置２（ダイナモ）を有するテストベンチ１の図

図１には、駆動兼負荷装置２（ダイナモメータ（Dyno））を有するテストベンチ１が簡略的に示されている。駆動兼負荷装置２の軸４上には、トルク計測装置３、例えばトルク計測フランジ（Messflansch）が設けられている。通常運転の際、駆動兼負荷装置２は、接続軸７を介して、例えば内燃機関、トランスミッションや駆動トレインのような被験体と接続されている（ここでは図示されていない）。トルク計測装置３を較正するために、被験体は取り除かれ、駆動兼負荷装置２は、接続軸７を介して基準計測装置６と接続される。この基準計測装置は、例えば抑止ユニット９（例えば単なる支柱）を使って回転不能に配置されている。較正のために、駆動兼負荷装置２はコントロールトルクTstellを前もって定められる。このコントロールトルクは、基準計測装置６の回転不能なサポート部によって、トルク計測装置３にも基準計測装置６にも至り（anliegt）そして計測されることができる。計測値の比較により、トルク計測装置３は適当に較正されることが可能である。較正のために、コントロールトルクTstellは、通常、較正範囲の内側で地味なステップで変化される。

同等に、較正は、揺動して支承される駆動兼負荷装置２において行われ、その際ここで基準計測装置６は、駆動兼負荷装置２の軸４と接続されていることが可能である。

駆動兼負荷装置２に較正のためのコントロールトルクTstellを予め定めるために、回転数コントローラー１０が設けられ、この回転数コントローラーには、回転数センサー８を介して駆動兼負荷装置２の実際回転数ｎistが付与される。さらに回転数コントローラー１０の入力部には、目標回転数ｎsollが付加される。この目標回転数は０ＲＰＭより大きい。好ましくは、目標回転数ｎsollとして、およそ１から１０ＲＰＭといった極めて低い回転数が予め定められる。回転数コントローラー１０は出力部に、目標トルクＴsollを発生し、しかしこの目標トルクは駆動兼負荷装置２に直接は前もって定められず、コントロールトルク制限ユニット１１に与えられる。コントロールトルク制限ユニット１１は、例えば制御ユニット１２（例えばテストベンチ制御ユニットまたは較正制御ユニット）によって最大トルクTmaxを予め定められ、入力・目標トルクTsollを上方で所定の最大トルクに制限する。このようにして制限された目標トルクは、その後、駆動兼負荷装置２に目標トルクTsollとして予め定められ、この駆動兼負荷装置はこれをその後、例えば適切な制御装置を有する周波数変換器のような付設されたコントロールユニット１３でもって調整する。

駆動兼負荷装置２は、回転不能な基準計測装置６を介して固定されているので（ｎist＝０）、回転数コントローラー１０は目標回転数設定ｎsoll＞０に基づいて極めて迅速に（調整されたコントロールダイナミクスに応じて）飽和状態へと至り、そしてその出力においてコントローラーによって予め定めることが可能な最大の目標トルクＴsollを出力する。コントロールトルク制限部によって、駆動兼負荷装置２に所定の目標トルクＴsollが予め定められることが可能である。よって、最大トルクＴｍａｘの変更によって、一つの較正作動サイクルのために、様々なコントロールトルクＴstellを極めて簡単に予め定めることができる。

較正のために、トルク計測装置３と基準計測装置６によって計測された値は、制御ユニット１２内で比較され、それに続いてトルク計測装置３は、ばらつきに応じて較正されることができ、これは例えばトルク計測装置３の所定の調整可能なパラメーターまたは、その計測若しくは評価エレクトロニクス、または計測若しくは評価ソフトウェアを変更することによる。

軸破損の場合には、駆動兼負荷装置２の回転数はきわめて急速に上昇する、というのは（いまや制限なく空転する）駆動兼負荷装置２が（ｎist≠０）、予め定められたコントロールトルクTstellを調整しようとするからである。予め定められた目標回転数ｎsollが到達されるかまたは越えられると、回転数コントローラー１０は、しかしながら目標モーメントＴsollを（調整された目標モーメント制限より下方に）減少し、これによって目標モーメント設定は、駆動兼負荷装置２に受け取られ、そして駆動よび付加装置２は急激にストップされ、これによって軸破損の際に駆動兼負荷装置２がコントロールされずに過回転（Wegdrehen）することが回避される。このため目標回転数ｎsollは、好ましくは極めて小さい値、およそ１から１０RPMの範囲にあるよう、予め定められる。

較正過程の結果は、駆動兼負荷装置２の予め定めた目標トルクTstellの調整に関する正確性を改善するためにもまた使用されることができる。このため、例えば較正結果が援用され、コントロールユニット１３内の一または複数のパラメーター、例えば周波数変換機のパラメーターが自動的に変更され、駆動兼負荷装置２が基準計測装置６に関してより正確、例えばより一次的となる。そのような最適化の問題は、例えばコントロールユニット１３または請求制御ユニット１２内に組み込まれることが可能な、十分に公知である数学的方法によって解決されることが可能である。

駆動兼負荷装置２とトルク計測装置３（または基準計測装置６）の間で、またはトルク計測装置３と基準計測装置６の間、または基準計測装置６と抑止ユニット９の間には、振動緩和器としての減衰装置５、例えば一段のフライホイールが設けられることが可能であり、この減衰装置は、高い周波数のトルク成分（Anteile）を緩和し、低い周波数のトルクを通過させる。これによって、較正過程中の、望まれていない高い周波数のトルク振動が妨げられ、これにより較正がより正確となる。

１ テストベンチ
２ 駆動兼負荷装置（ダイナモメータ）
３ トルク計測装置
４ 軸
５ 減衰装置
６ 基準計測装置
７ 接続軸
８ 回転数センサー
９ 抑止ユニット
１０ 回転数コントローラー
１１ コントロールトルク制限部
１２ 制御ユニット
１３ コントロールユニット

Claims (6)

1. 駆動兼負荷装置（２）と接続されるトルク計測装置（３）を較正するための方法であって、トルク計測装置（３）により計測されたトルクと基準計測装置（６）により計測されたトルクが較正のために比較される前記方法において、
   駆動兼負荷装置（２）が、回転不能に設けられた基準計測装置（６）と接続されており、回転数コントローラー（１０）に０ＲＰＭより大きな目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が予め定められ、そして回転数コントローラー（１０）が目標トルク（Ｔ_ｓｏｌｌ）を発生し、この目標トルクが予め定めることが可能なコントロールトルク制限によって上方を予め定められた最大トルク（Ｔ _ｍａｘ ）に制限され、そしてこのように制限された目標トルクが、駆動兼負荷装置（２）にコントロールトルク（Ｔ_{ｓｔｅｌｌ}）として予め定められることを特徴とする前記方法。
2. トルク計測装置（３）及び基準計測装置（６）において計測されるトルクの高い周波数のトルク成分が弱められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 駆動兼負荷装置（２）と接続されるトルク計測装置（３）を較正するための装置であって、基準計測装置（６）が設けられており、トルク計測装置（３）によって計測されたトルクと、基準計測装置（６）によって計測されたトルクが、較正のために制御ユニット（１２）内で比較される前記装置において、
   基準計測装置（６）が、抑止ユニット（９）を用いて位置固定に設けられており、駆動兼負荷装置（２）と接続されていること、回転数コントローラー（１０）が設けられており、この回転数コントローラーに０ＲＰＭより大きな目標回転数（ｎ_ｓｏｌｌ）が予め定められ、そしてこれが出力として目標トルク（Ｔ_ｓｏｌｌ）を発生させること、目標トルク制限ユニット（１１）が、入力として目標トルク（Ｔ_ｓｏｌｌ）および出力として、予め定められた最大トルク（Ｔ _ｍａｘ ）に制限された目標トルクを有して設けられていること、および駆動兼負荷装置（２）のコントロールトルク（Ｔ_{ｓｔｅｌｌ}）として制限された目標トルクが設けられていることを特徴とする前記装置。
4. トルク計測装置（３）が、駆動兼負荷装置（２）の軸（４）に設けられており、そして基準計測装置（６）が接続軸（７）によってトルク計測装置（３）と接続されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 基準計測装置（６）が、駆動兼負荷装置（２）の軸（４）に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
6. 駆動兼負荷装置（２）とトルク計測装置（３）の間に、または駆動兼負荷装置（２）と基準計測装置（６）の間に、またはトルク計測装置（３）と基準計測装置（６）の間に、または基準計測装置（６）と抑止ユニット（９）の間に、減衰装置（５）が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。

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