TW200416362A - Active tensioner - Google Patents

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200416362 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種張力裝置，更詳細地，係關於一 動張力裝置，其根據一荷重元（1 〇 a d c e 1 1 )訊號或引擎 狀況而控制傳送帶張力。 · 【先前技術】 車輛引擎除了別的之外還包括有被引擎驅動的附件 件可包括動力操縱泵、空氣調節壓縮機、交流發電機旁 這些附件每個皆具有以傳送帶或傳送帶組連接至引擎 之滑輪。該等附件於機軸旋轉時係被傳送帶或傳送帶 動。 為了有效運作，傳送帶必須被設置於特定量之預先 或張力下。此可以使用已知方法而達成。一於其中一 上之可動式軸可機械式調整而拉緊傳送帶。另一方式 使用傳送帶張力裝置。 傳送帶張力裝置包含一傳送力量於桿臂之上之彈簧 桿臂一般包含承接（j 〇 u r n a 1 1 e d )於此之滑輪。該滑輪 送帶結合。偏心構件如張力裝置之彈簧傳送及維持傳 負載。傳送帶負載為張力裝置幾何函數，其如同張力 彈簧之簧率。 促動器用於控制張力裝置位置，藉此控制傳送帶張 舉例來說，其用於調整驅動器與被驅動滑輪之間的 差。控制訊號源於與被驅動滑輪相較下之驅動滑輪相 轉相位。 3丨2/發明說明書(補件)/92135529 種自 運作 。附 等。 機軸 組驅 負載 附件 包括 。該 與傳 送帶 裝置 力。 相位 對旋 5 200416362 該技術之代表為頒與 Shiki 等人之美國專利第 5 , 7 3 3，2 1 4號（1 9 9 8年），其揭示一種位於内燃引擎中調節 循環傳送帶張力之系統，該内燃引擎包含一控制系統以調 節從張力裝置施加於基於驅動器與被驅動滑輪間相位角之 循環傳送帶的張力。 所需要的是一種以被荷重元偵測之傳送帶控制之自動 張力裝置。所需要的是一種自動張力裝置，其反應於引擎 操作情況以控制傳送帶張力。本發明符合這些需求。 【發明内容】 本發明之主要係為提供一種自動張力裝置，其藉由荷重 元偵測之傳送帶所控制。 本發明之另一態樣係為提供一種自動張力裝置，其反應 於引擎操作情況以控制傳送帶張力。 本發明之其他態樣將會藉由本發明隨後之敘述及附圖 指出及顯見。 自動張力裝置具有一荷重元以偵測或控制動力傳動傳 送帶張力。該張力裝置包含一引導螺栓，其以電動馬達驅 動以設置桿臂/滑輪位置並藉此設置傳送帶負載。該張力裝 置亦包含一結合於張力裝置引導螺栓之荷重元，以用作偵 測傳送帶負載。張力裝置馬達被控制為使用荷重元訊號之 迴路。該控制器比較從荷重元偵測之傳送帶負載與預定之 傳送帶負、載值，以確認一理想傳送帶負載，且藉此根據該 理想傳送帶負載設置張力裝置桿臂位置。該張力裝置亦可 被引擎運作情況控制。 6 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 【實施方式】 圖1係為在傳送帶驅動系統中張力裝置之透視 於引擎運作期間改變引擎需求，本發明可提供一 帶張力裝置施加於動力傳動傳送帶力量之功能。 控制張力裝置臂位置使得適當張力隨時施加於傳 相反於先前技術之配置，該配置係傳送一基於預 置偏心構件位置及傳送帶張力需求之預設力量。 本發明之張力裝置及系統亦包括電子控制阻尼 地，藉由傳動裝置動態運轉狀態於引擎運轉狀況 滯一張力裝置對於動態力量之動態反應係施加 置。一阻尼參數可被設置為無限，意即張力裝置 算一用於特定運作狀況所需之張力。其接著通過 以一適當張力於傳送帶且不對於隨即於運作期間 中發生之動態（高頻率）張力變化做反應（移動）。 至於小於無限之阻尼參數，該動態張力可藉由 傳送帶張力調整改變傳送帶系統之共振頻率而減 張力調整允許傳送帶運作於較低平均張力且直接 帶壽命。此不只適用於傳送帶，亦一樣適用於系 件，例如轴承。 該張力裝置之另一優點包括有效地減少噪音程 其不需要妥協於因應不同引擎運作狀況而所需 度，例如高速運作及空轉。控制器對於每一運作 一適當設定。當於傳送帶的需求達到最低時，一 張力係設定於閒置，且一較高傳送帶張力設置於 3 12/發明說明書(補件)/92135529 圖。根據 改變傳送 主動即時 送帶，此 設張力裝 。更詳細 期間，阻 於張力裝 控制器計 一滑輪施 在傳送帶 應用連續 少。連續 增加傳送 統其他零 度，因為 之張力程 狀況指定 低傳送帶 引擎運作 7 200416362 高於預設速度時，例如2 0 0 0 R P Μ或高傳送帶加速或減速之 週期。 張力裝置包含一基於引導螺栓概念的促動器。引導螺栓 之一端與張力裝置桿臂接觸，其可樞接於基座，例如一引 擎。一偏心安裝滑輪係連接於桿臂之一端。滑輪於傳送帶 上承托，且由此接觸產生一傳送帶張力。引導螺栓係可軸 向移動，更詳細地，當引導螺栓被齒輪系（g e a r t r a i η )旋 轉通過一螺紋延伸螺帽或環時，該引導螺栓會於軸向上移 動。引導螺栓之軸向移動使桿臂位移，由此改變傳送帶上 之張力。一可螺紋結合於引導螺帽之延伸螺帽或環係被防 止用六角末端工具進入張力裝置末端蓋中之母六角構造而 轉動。 延伸螺帽或環以張力裝置末端蓋中之母六角構造及相 對端之孔而定位。此允許延伸螺帽及連帶之引導螺栓沿著 其軸浮動（f 1 〇 a t )。延伸螺帽之六角部承托於延展墊圈上， 依次於隔離器上，最後於一負載感應裝置，或荷重元上。 負載感應裝置包含具有中心缺口之 「油炸圈餅 (d 〇 u g h - n u t )」或環圈荷重元，引導螺栓係同軸延伸通過該 缺口 。隔離器可以不同材料製作以提供所需之不同阻尼程 度，例如合成橡膠、塑膠或金屬。 引導螺栓驅動力量係以一促動器馬達提供，該馬達包含 習知技術之1 2伏特直流電動馬達，其體積係有利於連接引 擎電力系統。該馬達亦可包含4 2伏特或其他更有利於特定 引擎電力系統之電壓。示例之馬達係由J 〇 h n s ο η Μ 〇 t ◦ r及 8 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 I g a r a s h i公司製造，然而亦可使用其他適當之市售馬達。 驅動力量係由促動器藉由簡化齒輪傳動裝置傳輸至引導螺 栓。 荷重元測量來自桿臂之引導螺栓上的軸向負載。該軸向 負載資料及已知之桿臂與張力裝置滑輪幾何，係被用於計 算或決定傳送帶中之張力。 更詳細地，參考圖1，張力裝置1 0 0 0包含齒輪箱1 0 0、 促動器2 0 0、荷重元3 0 0、引導螺栓組件4 0 0、滑輪5 0 0及 桿臂6 0 0。齒輪箱1 0 0包含一簡化傳動裝置，其包含齒輪 1 0 1、1 0 2、1 0 3、1 0 4及1 0 5。齒輪1 0 1到1 0 5係為示例但 並非意欲限制可用於齒輪箱之齒輪數。當然，可使用任何 數量之齒輪以達到期望之齒輪簡化。促動器2 0 0連接於齒 輪1 0 1。引導螺栓4 0 1連接於齒輪1 0 5。由齒輪箱1 0 0所完 成的齒輪簡化係為1 0 0至1之範圍内。引導螺栓4 0 1係為 力量傳遞構件，其同軸地延伸通過環圈狀荷重元3 0 0之中 心孔。引導螺栓軸4 0 2可螺旋結合於延伸螺帽或環4 0 3。 當引導螺栓4 0 1藉由齒輪1 0 5之運作而轉動時，引導螺栓 沿著其主軸移動臂6 0 0於Μ +或Μ -之方向上軸向移動。此依 次增加一傳送帶張力，該張力增加或減少環4 0 2之上的力 量。依次，環4 0 2承托於荷重元3 0 0上。作為負載感應器 之荷重元3 0 0係產生且傳送一荷重元訊號至於此更完全敘 述之控制器。該荷重元以訊號指示傳送帶之負載且因此產 生張力。 荷重元3 0 0可另外包含一 「按鈕」型荷重元，該荷重元 3丨2/發明說明書(補件)/92135529 200416362 可直接接收來自於荷重元上直接承托之引導軸 4 0 1之負 載。另外，荷重元3 0 0可包含一壓電材料，如石英或陶瓷 元素，當受到壓縮或張力力量時其會產生電壓。 桿臂6 0 0軸心約位於樞軸點5 0 1 (見圖2 )。引導螺栓4 0 1 結合於桿臂6 0 0。桿臂6 0 0於Μ +方向之運動引起傳送帶張 力增力口 ，由此增加一藉由引導螺栓4 0 1傳送至荷重元3 0 0 之力量。 圖2係為張力裝置之橫剖視圖。引導螺栓4 0 1包含一螺 紋部4 0 3，其結合一螺帽或環4 0 2之螺紋内部孔部件4 0 4。 環4 0 2承託於荷重元3 0 0上。如先前所述，軸4 0 1於Μ +方 向之環3 0 0中的運動增加一傳送至傳送帶之力量，且由此 到達荷重元3 0 0。惰輪7 0 0用以進一步穩定傳送帶之運作。 距離（a 1 )係為於引導螺栓力量方向上，從引導螺栓與桿 臂之接觸點到樞軸點5 0 1之距離。距離（a 2 )係為於垂直引 導螺栓方向上，從引導螺栓與桿臂之接觸點到樞軸點 501 之距離。此等包含幾何關係之變量，該關係係決定藉由給 定之張力裝置結構所能達成之特殊機械優點。 圖3係為傳送帶驅動系統中張力裝置之前斜視圖。張力 裝置1 0 0 0顯示於示例之傳送帶驅動系統之一部分。傳送帶 B之部位顯示繞著滑輪5 0 0、7 0 0而延伸，如同系統中之其 他滑輪（圖未示）。系統中其他滑輪可包含（但非為限制）連 接至空氣調節壓縮機之滑輪、動力操縱栗、燃料注射泵、 油泵、交流發電機或發電機/啟動器等等。 圖4係為張力裝置之後斜視圖。桿臂6 0 0係顯示於此。 10

3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 引導螺栓4 0 1係結合於桿臂6 0 0。滑輪5 0 0係連接桿臂6 0 0。 圖5係為齒輪箱之視圖。一包含齒輪1 0 1、1 0 2、1 0 3、 1 0 4、1 0 5之齒輪列係以移除齒輪箱蓋之方式顯示於此。齒 輪1 0 1連接於促動器驅動軸。限制開關8 0 0及8 0 1用於控 制促動器2 0 0之運作，其依次限制了引導螺栓4 0 1可移動 之最大範圍。當引導螺栓4 0 1軸向移動時，齒輪1 0 5係沿 著齒輪1 0 4軸向移動。在移動範圍任一端以引導螺栓齒輪 1 0 5結合任一限制開關8 0 0、8 0 1，將引起促動器2 0 0停止， 因而避免會損壞齒輪列、促動器或傳送帶之超載狀況。 為了減少張力裝置之完全包覆外殼或實體尺寸，另外 地，齒輪列之齒輪1 0 1可包含交錯轴齒輪佈置。亦即，齒 輪1 0 1包含一習知技術之交錯軸齒輪，促動器2 0 0之驅動 軸2 0 0 a藉以驅動齒輪1 0 1之外部圓周。此亦可導致用於齒 輪列之齒輪數目減少。 張力裝置之運作及位置係被電力控制系統控制。該系統 包含一具有處理器之控制器，該處理器控制張力裝置引導 螺栓之位置及傳送帶張力。該控制器根據不同的輸入值而 接收及運作。該控制器亦（對著比對任何輸入參數）繪製 (ni a p )於引導螺栓位置特性上之最佳張力裝置傳送帶負 載。該位置特性根據從控制記憶體中映圖之關係或由該處 選擇或查詢而計算。該等輸入參數以查詢或計算而結合， 以產生一特定控制輸出值，該輸出依次控制引導螺栓力 量，由此設定一期望之傳送帶張力。亦提供一記憶體以儲 存系統感應器所蒐集之資料。 11 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 引導螺栓力量及其附近之傳送帶張力，被實質通過 元之引導螺栓力量回饋迴圈控制。其他控制變數可包 擎速度、負載或節流閥位置、引擎傳送齒輪比、引擎 器及/或油溫度、道路速度及傳送帶雜訊。此變數表係 例性而可不包括可用於控制張力裝置之全部可能變數 控制協定亦可以前饋或預先控制方式達成，一預設引 栓力量藉以被輸入至系統。 該等變數亦可被操作，例如引擎速度第一差動齒輪 引擎加速。節流閥移動之第一差動齒輪將會給予一引 流閥位置變化率，作為一傳動器需求指示，該需求亦 傳送帶張力變化。高度引擎加速及減速，例如 1 0，0 0 0 R P Μ，亦同樣地需要於傳送帶張力中快速改變 張力裝置診斷系統可與主動式張力裝置結合。張力 診斷系統可以數種不同方式作用。例如，一溫度感應 於傳送帶環境中維持全部時間及溫度之歷程。該歷程 存於控制器記憶體之中。該資訊可取出，以與固定溫 使用阿瑞尼士（ A r h e η n i u s )關係式之同樣週期做比較。 著與某一程度之預定傳送帶壽命做比較，包括例如警 「緊急」程度。此涵蓋許多效應，該等效應由橡膠老 起，包括但不受限於背部裂開、化合物硬化、護罩裂 及繩索損壞。於預設門檻值被超越時，系統傳送一警 習知技術之使用者介面（例如C R T或L C D顯示器）。 溫度感應器之進一步使用係為監視系統及傳送帶 之極冷啟動之週期數值。此允許由於此極度運作狀況 3 12/發明說明書(補件)/92 ] 35529 荷重 括引 冷卻 。此 導螺 給予 擎節 需要 每秒 裝置 器用 係儲 度之 此接 告與 化引 開、 示至 接觸 引起 12 200416362 之額外繩索疲勞之識別。當額外之累積損害進入該模型 中，該資訊被紀錄。該資訊亦被用於決定一程度，其中於 特定溫度之冷啟動於溫度老化之後比對一新的傳送帶更有 害。此依次用於更佳地預測傳送帶老化及傳送帶失效限期。 張力裝置診斷亦基於測量傳送帶係數（或外表傳送帶係 數）運作。於引擎運作週期-更佳地係在每一引擎關閉時， 張力裝置控制器通過一於適當點之診斷週期。該過程包含 使張力裝置在進入預設引擎停止狀況前，使張力裝置循環 兩個特定週期。該狀況給予負載（L )及位置（P )測量-L 1、P 1 及L 2、P 2。此允許張力裝置每一側之每一傳送帶串之彈性 係數被計算。該係數於傳送帶原先被指定時與儲存於記憶 體之參考值比較，且與在傳送帶安裝後的最初1 0或2 0次 啟動時之平均值做比較，且接著與在最近的1 ·0或2 0次啟 動時之平均值做比較。 該係數比較提供一初始檢驗，藉由建立一合理的特定傳 送帶預設範圍内之實際係數測定，一正確係數之傳送帶被 安裝及採用。例如，在傳送帶替換之後，控制器可蒐集1 0 次啟動停止週期之資訊。接著一初始傳送帶彈性係數以蒐 集到之資訊做計算。該初始彈性係數接著被儲存於控制器 記憶體中。接著此初始彈性係數藉由傳送帶運轉壽命期間 之趨勢彈性係數衰減而作為疲乏計算之基礎。其允許一設 置點張力之調整以考慮傳送帶壽命中任一點之實際張力係 數。假定當由於外來物體進入於傳送帶及滑輪之間而導致 捲入或損害時，以最近數次週期之平均值之彈性係數檢驗 13 312/發明說明書(補件)/92丨35529 200416362 允許在一傳送帶短期間之發展彈性係數問題之確認。這些 問題可顯示於遞減係數方面。該係數衰減之變化率可用於 預測剩餘之傳送帶壽命。 測量狀況 L 1 / P 1、L 2 / P 2 可由指定負載及測量位置而定 義，反之亦可。指定一預設位置具有允許限制開關 8 0 0、 8 0 1 被使用而不使用全範圍位置感應器之優點。此減少系 統複雜度。位置亦可由驅動一具有固定功率週期而決定， 以作為到達一給定位置（P 1 )之基於時間之先前知識的固定 持續時間。負載（L 1 )接著被決定。接著促動器以一固定功 率驅動，以作為到達第二位置（P 2 )之基於時間之先前知識 之第二持續時間。第二負載（L 2 )接著被決定。此計算傳送 帶係數之方法容易地悉知於此技術中。 彈性係數值允許某傳送帶失效模式之累計偵測，包括繩 索疲疫、邊緣磨損、及根部裂開（如果張力裝置兩側上之滑 輪表面有溝槽，傳送帶首端及尾端上皆包含）。如先前所 述，捲入及其他之偵測，局部之實體損壞亦可被偵測。 又，一見於圖 1 8之可識別參考鋸齒部係可被設置於傳 送帶上。使用一參考鋸齒部可繪製環繞全部傳送帶長度之 傳送帶彈性係數。此資訊有所助益，因為於螺旋纏繞張力 繩索例子中之傳送帶彈性係數，並非為沿著傳送帶全長之 常數值。用於特定傳送帶部分之彈性係數值測定大大增加 繩索疲痰測量之精確度。其亦具有一優點，該優點為建立 一完整傳送帶係數之精確代表，因為完整之傳送帶係被取 樣而非依賴傳送帶所建立之隨機測量值。 14 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 另一系統優點係基於連結張力裝置控制單位至一引擎 管理系統。連結其至引擎管理系統允許一累計傳送帶週期 之數量根據參考鋸齒部每一次通過感應器而被計算。又， 施加於傳送帶之張力及每一週期之運作溫度可被偵測及儲 存。此提供更多偵測傳送帶繩索疲痰狀況之資訊。 然而其他優點係為消除特定傳送帶更換間隔。一般來 說，傳送帶更換間隔有點任意及保守，所以大多數傳送帶 遠在其須被更換之前就被更換。使用本發明系統將可使得 平均傳送帶壽命大為增加，因為傳送帶更換間隔被一實質 測量所偵測，而非保守的估計。當初始失效在實際失效前 被偵測，而不考慮實際運作時間時，將達成進一步加強之 可信度。 圖 6係為張力裝置控制模組之略圖。該控制模組（A )接 收不同輸入且產生不同的輸出（控制信號）給張力裝置。示 例之輸入係為 1 )當被荷重元所測量之作用於促動器引導 螺栓之力量（B )，2 )被電熱調節器所測量之引擎溫度（C )， 3 )引擎速度（D )，4 )校準計時訊號（E )，5 )促動器電動馬達 電流回饋（F )，6 )來自限制開關8 0 0之方向1中之衝擊端 (G )，7 )從限制開關8 0 1之方向2中之衝擊端（Η )。控制系 統輸出係為到達一 Η橋驅動器之脈衝寬度模組訊號（定義 為數值及符號或方向）。在Η橋驅動器實例中，電流可為正 極或負極供給使得促動器4 0 0雙向運動。該系統藉由連接 於車輛1 2伏特電力系統（J )而供電。 傳送帶張力控制係基於來自於荷重元訊號之回饋控 15 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 制。以基於傳送帶纏繞角度及一般張力滑輪/桿臂幾何之三 角函數關係，傳送帶張力由引導螺栓上及荷重元上之力量 做計算。 更詳細地： τ =傳送帶力量 0 =環繞滑輪之傳送帶纏繞角度 F ρ =作用於滑輪輪轂上之力量 F =作用於促動器螺栓上之力量 a 1 =於力量方向上從引導螺栓應力到滑輪樞軸之距離。 a 2 =垂直於力量方向上從引導螺栓應力到滑輪樞軸之距離。 作用於該螺栓之力量係為： F:Fp*(al/a2) 及

Fp=2*T*sin(0 /2) 作為計算目的，其假設該引導螺栓衝擊足夠小以不明顯 影響距離al及a2及纏繞角度0 。 例如： 0 =86· 45 度 a 1 = 1 0公釐 a 2 = 4 5 . 5 公釐 張力控制系統使用兩種模式以計算作為參考控制迴圈 之引導螺栓力量值。其中一模式計算基於目標傳送帶張力 之目標引導螺栓力量。另外地，該目標引導螺栓力量可由 查詢映圖獲得，以作為引擎速度之函數。 16 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 使用目標傳送帶張力模式，一引導螺栓力量可以使用下 列方程式計算： F=2*T*sin( 0 /2)*(al/a2) 其中： a 1及a 2係為先前所註記 T =傳送帶張力校正值 0 =傳送帶纏繞角度 一旦期望之引導螺栓力量被決定，控制器發信號給促動 器以運作於第一或第二方向，由此移動引導螺栓以增加或 減少引導螺栓力量及傳送帶張力。來自於荷重元之訊號連 續與目標引導螺栓力量做比較。當達到目標引導螺栓力量 時，該控制器停止引導螺栓促動器。若一限制開關啟動， 該控制器將會停止收到該限制開關訊號之促動器之運轉。 圖7係為控制一傳送帶張力之邏輯圖。該可變之傳送帶 纏繞角度、a 1滑輪中心及a 1張力係被輸入一數量值，該 數量值係基於一張力裝置使用於其中之特定傳送帶系統。 映圖正弦傳送帶角度之參數可由儲存於系統記憶體中 之查詢表獲得。 一目標引導螺栓力量以具有反終結功能之比例、積分與 微分（P I D )控制器而控制。反終結工具係提供，如同校準參 數之比例、積分、微分、及反終結所獲得之結果。 圖8係為回饋控制及脈衝寬度調整（P W Μ)過程之邏輯 圖。PWM係為提供促動器一由0伏特至參考電壓之可變電 壓而不用變壓器之方法。圖8描述主動張力裝置之最高層 17 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 級功能。用以計算控制演算法之週期時間近似0 . 0 0 4秒。 數位低通濾·波器係應用於引擎速度（Ν _ E n g _ r p m )及荷重元 訊號（L〇a d C e 1 1 )，以作為控制用途。 下列層級（h i e r a r c h y )將提供且描述於圖8中。 1 )計算活塞力量8 Ο Ο :於此紀錄中目標引導螺栓被計 算。如先前所述，兩種模式可被用於獲得引導螺栓力量， 亦可見圖9。 a .如先前所述，使用一簡單三角函數關係計算來自於目 標傳送帶張力之引導螺栓力量。一引擎速度可被用作為斷 點（b r e a k ρ 〇 i n t )以從映圖中讀取目標傳送帶張力。一飽 和區塊確保傳送帶張力位於校準範圍中。 bs —目標引導螺栓力量可直接自查詢表讀取，以作為引 擎速度之函數。 2 )失效區8 0 1 :此提供一應用於Ρ I D控制迴圈錯誤訊號上 之失效區，見圖10。 3 )反終結Ρ I D 8 0 2 :此為Ρ I D控制器，用以控制引導螺栓 力量，且其避免積分項之終結效應，見圖1 1。 4 )轉換訊號8 0 3 :此轉換Ρ I D控制器輸出為適當P W Μ訊 號，以驅動促動器馬達，見圖1 2。 變數T_SPEED(張力裝置速度）、N_Eng_rpm (引擎速度）、 T _ L 0 A D (張力裝置負載）、L 〇 a d — C e 1 1 (荷重元訊號）、 N _ E n g _ V _ 2 _ r p m ^ N_Eng_rpm_offset ^ K _ L 〇 a d i系為數值 〇 再次參考圖8，由目標引導螺栓力量及所測量之引導螺 栓力量之間差異而產生之引導螺栓力量錯誤，在被提供於 18 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 比例積分微分（「P I D」）控制器之前，先以失效區處理方式 調整。如果P I D控制器失效頻帶被包含於預設校準範圍 内，其設置該錯誤為「0」。當引導螺栓力量錯誤在預設之 校正範圍内時，控制點停止促動器及引導螺栓之移動。如 果引導螺栓力量錯誤超過校準範圍，控制器啟動促動器以 使得所測量之引導螺栓力量回到校準範圍内。 圖9係為計算目標活塞力量（活塞力量）之邏輯圖。 Tensi〇n_t〇_position — force900計算一基於已知引導螺 栓力量之傳送帶張力。Map__target — belt_force_Limiter_l 限制一引導螺栓力量於最大與最小值之間 (belt_tensi〇n_max，belt_tensi〇n_min)0 只要最大和最小 引導螺栓力量不被超過，則產生一目標活塞（引導螺栓）力 量9 0 3。該目標引導螺栓力量與荷重元訊號做比較。一控 制訊號接著被控制器產生以調整引導螺栓位置及所需之傳 送帶張力。一示例之傳送帶張力範圍約為0 N到3 0 0 0 N，其 符合約0 N到1 0 0 0 N之活塞力量範圍。該計算約以0 · 0 0 4 秒間隔執行，然而，該間隔可視所需由運作狀況調整。 圖1 0係為一失效區之邏輯圖。被執行之失效區確保有 一校準區域之中無任何控制作用發生，由此實施無限制之 阻尼特徵。只要校準參數S t a r t D Z及E n d D Z不相等，一等 級回歸至「0」以作為置於紀錄範圍内之輸入引數（1 n p u t a r g u i】i e n t )。如果失效區範圍相等，該輸入引數係回到未改 變時。由於輸入訊號值於範圍之外，參數St art DZ及EndDZ 係相減以作為適當值。「c a 1 c _」字首係指主要變數之計算。 19 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 圖1 1係為反終結之邏輯圖。見圖1 3之層級I邏輯圖。 見圖1 4之層級D T 1邏輯圖。「C t r 1 D e v i a t i〇η」係指控制誤 差活塞力量。「L〇a d」係指活塞負載。「v a r _ N _ E n g」係指引 擎速度。「P W Μ」係指脈衝寬度調節且「c ◦ m p u t e」係為計算。 圖1 2係為轉換訊號之邏輯圖。此係由被高等級控制計 算之標準PWM值轉換，且該值可被處理器翻譯。例如，處 理器/控制器計算之值於-1 0 0及+ 1 0 0之間改變（-及+係為 二種交替感測），且可被轉變為兩數值中之低等級軟體驅動 器，第一符號為極性（方向），而第二數值為以下所計算之 最後PWM值：

PWM_Cmd=l00-PWM 於其中P W Μ _ C m d係為傳送至促動器4 0 0之值，而P W Μ係 為高等級控制所計算之值。「Η Β _ d i r e c t i ο η」一般係指電動 馬達方向。「HB_direction — Cmd」係指有關於電動馬達方向 之命令訊號。 圖1 3係為層級I之邏輯圖。此係屬於P I D控制之反終 結積算器控制。查詢表T 1可根據引擎旋轉速度（增益調度） 而提供不同的積算器增益。反終結貢獻由單數值增益kA 所調整。如果需要時，參數「IntegratorOff」允許操作者 手動關閉積算器。「C t r 1 I n p u t」係為關於張力裝置位置之 P I D控制器輸入。「I n t e g r a 1 _ i n p u t _ v a 1 u e」係為數值積分 控制器輸入項。 圖1 4係為屬於P I D控制之層級D T 1之邏輯圖。微分貢 獻由增益k d所調整。「d t 1 b u f f e r」係為一數值記憶項，而 20 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 「d t 1〇u t」係為一數值輸出D T 1項。 圖1 5係為診斷及回覆機制之邏輯圖。診斷包括計時診 斷（高/低門檻），引擎速度範圍診斷（高/低門檻），荷重元 (高/低門檻），限制開關診斷之衝擊端（開關開啟/關閉）， 及一促動器馬達電流回饋診斷（過大電流之高門檻）。各種 皆設定一錯誤標誌以作為指示。 圖1 6 ( a )係為電熱調節器輸入之邏輯圖。電熱調節器訊 號（R a w V a 1 u e 7 _ 0 C - A D C )由引擎控制單位接收。此可用於繪 製於本說明書他處所述之傳送帶之運作溫度歷史紀錄。 圖1 6 ( b )係為促動器電流回饋計算之邏輯圖。促動器電 流回饋（RawValue5 — 0C_ADC)及回饋因子 (ADC_0„Current_Feedback_Factor)係使用於識別異常運 作狀況，例如需要促動器停止運轉之轉子卡鎖狀況。一卡 鎖之轉子將導致促動器之不正常高電流汲取（d r a w )。一卡 鎖之轉子將導致桿臂移動距離内之阻塞，或由於運動範圍 任一端之限制開關失效。 圖1 6 ( c )係為荷重元校準之邏輯圖。荷重元校準可發生 於每次引擎啟動時，該啟動使用一作為參考之第二荷重 元。於本系統中荷重元校準（電壓[ηι V ]至負載[N ]之關係） 於製造期間執行，且於感應器運作壽命期間保存於一指定 容許差之内。 圖1 6 ( d )係為引擎速度計算之邏輯圖。引擎速度用於決 定傳送帶張力。其亦用於決定累積運作壽命歷史以預測傳 送帶哥命時間。 21 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 圖1 6 ( e )係為P W Μ自動/手動控制之邏輯圖。除了於此所 述之自動模式，P W Μ可被手動控制（M A N U A L )。手動模式中 一車輛操作者或技術人員可輸入期望之傳送帶張力。該輸 入傳送帶張力只可在預設限制範圍之間以避免傳送帶壓力 過大（〇v e r s t r e s s i n g )。手動模式亦可使用於清除系統中之 運作錯誤。 圖1 6 ( f )係為Η B R I D G E 1之邏輯圖。此係控制電動馬達旋 轉方向（Η B r i d g e 1 — D i r )。Η橋迴路係習知於此技術以作為 驅動直流馬達。 圖1 7係為參考鋸齒傳送帶之側視圖。鋸齒傳送帶2 0 0 0 包含彈性體2 0 0 1。張力構件2 0 0 2係嵌入於彈性體2 0 ◦ 1 中。張力構件2 0 0 2可包含一系列聚醯胺、芳族聚醯胺、聚 酯、及所有等效品。 彈性體2 0 0 1可包含天然及人造橡膠，包括但不受限於 聚氯丁烯、烷基氣磺橡膠、聚丁二烯、氫化丁腈橡膠 (Η N B R )、或E P D Μ，以及其他等效品及前述任兩項或更多項 之結合物品。 鋸齒部2 0 0 3由傳送帶2 0 0 0之滑輪結合部投射。本發明 傳送帶包含一裝置，其可於傳送帶驅動.系統運作時，識別 一特定位置或傳送帶上位置。在鋸齒傳送帶例子中此可允 許傳送帶上任一据齒部被定位。此資訊接著被用於揭露於 本說明書中之監視。 到達傳送帶上參考標記之方法有數種。例如，一對比色 帶2 0 0 4可被置放於傳送帶外表面以被光學感應器2 0 0 7偵 22 3 12/發明說明書(補件)/92135529 200416362 測。帶2 0 0 4亦可包含一具有適合磁性之粉末狀材料以被磁 性感應器2 0 0 8偵測。 於其他例子中，置入部2 0 0 5及置入部2 0 0 6被塑造於鋸 齒部2003或傳送帶體中。置入部2006及置入部2005可包 含任何可被磁力、電力、霍爾效應（Halleffect)、電容或 其他裝置偵測之裝置。感應器2 0 0 7及2 0 0 8係連接於主動 張力裝置控制器。 雖然在此敘述本發明之單一形式，但熟悉此技藝者在不 離開本發明之精神及範疇内當可清楚地對其結構及部件間 之關係作各種變化。 【圖式簡單說明】 圖1係為在傳送帶驅動系統中張力裝置之斜視圖。 圖2係為張力裝置之橫剖視圖。 圖3係為在傳送帶驅動系統中張力裝置之前斜視圖。 圖4係為張力裝置之後斜視圖。 圖5係為齒輪箱之視圖。 圖6係為張力裝置控制單位之略圖。 圖7係為控制一傳送帶張力之邏輯圖。 圖8係為回饋控制與PWM過程之邏輯圖。 圖9係為計算活塞力量之邏輯圖。 圖1 0係為無效區域之邏輯圖。 圖1 1係為反終結之邏輯圖。 圖1 2係為轉換訊號之邏輯圖。 圖1 3係為層級I之邏輯圖。 23 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 圖1 4係為層級d t I之邏輯圖。 圖1 5係為診斷及復原機制之邏輯圖。 圖1 6 ( a )係為電熱調節器輸入之邏輯圖。 圖1 6 ( b )係為促動器電流回饋計算之邏輯圖。 圖1 6 ( c )係為荷重元校準之邏輯圖。 圖1 6 ( d )係為引擎速度計算之邏輯圖。 圖1 6 ( e )係為P W Μ自動/手動控制之邏輯圖。

圖1 6 ( f )係為Η B R I D G Ε 1之邏輯圖。 圖1 7係為參考齒狀傳送帶之側視圖。 【元件符號說明】

a 1 距 離 a 2 距 離 B 傳 送 帶 M + 方 向 Μ 方 向 Ι 0 0 齒 輪 箱 10 1 齒 輪 10 2 齒 輪 10 3 齒 輪 1 04 齒 輪 10 5 齒 輪 2 0 0 促 動 器 2 0 0 a 馬區 動 軸 300 Ah 重 元 3 12/發明說明書(補件)/92135529 24 200416362 40 0 促 動 器 4 0 1 引 導 螺 栓 40 2 引 導 螺 栓 轴 403 環 404 螺 紋 内 部 孔部件 500 滑 輪 50 1 枢 轴 點 600 桿 臂 700 惰 輪 800 限 制 開 關 80 1 限 制 開 關 10 0 0 張 力 裝 置 2 0 0 0 傳 送 帶 2 0 0 1 彈 性 體 2 0 0 2 張 力 構 件 2 0 0 3 鋸 齒 部 2 0 0 4 比 對 色 帶 2 0 0 5 置 入 部 2 0 0 6 置 入 部 2 0 0 7 光 學 感 應 器 2 0 0 8 磁 性 感 應 器

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Claims (1)

1. 200416362 拾、申請專利範圍： 1. 一種張力裝置，包含： 電動促動器； 結合於桿臂之力量傳遞構件； 連接於桿臂之滑輪，該滑輪可與傳送帶結合； 力量傳遞構件結合於電動促動器，力量傳遞構件藉以被 電動促動器軸向移動； 一負載感應器同軸結合於力量傳遞構件，該負載感應器 偵測且傳送一負載訊號至控制器；以及 該控制器使用負載訊號以控制力量傳遞構件位置。 2. 如申請專利範圍第1項之張力裝置，其中： 該力量傳遞構件包含一引導螺栓； 該引導螺栓可旋轉結合於螺紋環。 3. 如申請專利範圍第1項之張力裝置，其中，該電動促 動器包含一電動馬達。 4. 如申請專利範圍第1項之張力裝置，其中，該力量傳 遞構件透過一齒輪傳動裝置結合於電動促動器。 5. 如申請專利範圍第1項之張力裝置，其中： 該負載感應器更包含一孔，該負載感應器同軸地透過孔 結合力量傳遞構件。 6 .如申請專利範圍第1項之張力裝置，其中，桿臂可樞 接於一安裝表面。 7. —種調節環狀傳送帶張力之系統，包含： 具有環圈負載感應器及連接於桿臂之滑輪之張力裝 26 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 置，該滑輪接觸環狀傳送帶以施以一傳送帶負載至環狀傳 送帶； 環圈負載感應器偵測一傳送帶負載且傳輸傳送帶負載 訊號至一控制器；以及 控制器使用傳送帶負載訊號以選擇傳送帶負載之滑輪 位置。 8.如申請專利範圍第7項之系統，其中_，該張力裝置進 一步包含： 可由電動促動器移動之軸向可位移構件； 結合於軸向可位移構件之桿臂；以及 同軸結合於該可軸向移動構件之環圈負載感應器。 9 .如申請專利範圍第8項之系統，其中： 該電動促動器進一步包含一電動馬達，該電動馬達通過 一齒輪簡化傳輸結合於該軸向可移動構件。 1 0. —種控制傳送帶負載之方法，包含以下步驟： 結合傳送帶與滑輪，該滑輪承、接於一樞軸桿臂； 設置一桿臂作為傳送帶負載； 使用環圈荷重元以偵測傳送帶負載； 選擇一符合理想傳送帶負載之傳送帶負載值； 比較傳送帶負載與傳送帶負載值； 決定一基於該傳送帶負載值之桿臂位置；以及 移動桿臂到達一新桿臂位置以設置傳送帶負載成為傳 送帶負載值。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之方法，其中，包含； 27 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 偵測一引擎參數；以及 選擇一相關於引擎參數之傳送帶負載值。 1 2. —種拉緊傳送帶之方法，包含以下步驟： 結合一具有環圈負載感應器之張力裝置與一傳送帶； 調整張力裝置位置以施加一傳送帶負載至傳送帶； 以環圈負載感應器偵測傳送帶負載； 比較所偵測之傳送帶負載與理想傳送帶負載值；以及 以控制器調整張力裝置位置直到所偵測傳送帶負載相 等於理想傳送帶負載值。 1 3.如申請專利範圍第1 2項之方法，其中，包含以下步 驟·· 選擇一有關於引擎運作參數之理想傳送帶負載。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中，包含以下步 驟： 選擇一有關於引擎運作速度之理想傳送帶負載。 1 5.如申請專利範圍第1 3項之方法，其中，包含以下步 驟： 偵測一引擎運作溫度； 選擇一有關於引擎運作溫度之理想傳送帶負載。 1 6.如申請專利範圍第1 2項之方法，其中，包含選擇來 自於查詢表之理想傳送帶負載之步驟。 1 7.如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，包含儲存一 引擎溫度紀錄於控制器記憶體中之步驟。 1 8.如申請專利範圍第1 2項之方法，其中，包含以下步 28 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 驟： 使用一參考鋸齒部於傳送帶上； 以一感應器偵測每一參考鋸齒部之通過以決定累計傳 送帶週期； 於記憶體中儲存一傳送帶累計周期以作為傳送帶疲痰 狀況之分析；以及 報告使用者。 1 9. 一種計算傳送帶係數之方法，包含以下步驟： 結合具有負載感應器之張力裝置與傳送帶； 調整張力裝置至第一位置（P 1 )以施加第一傳送帶負載 (L 1 )於傳送帶； 以負載感應器偵測第一傳送帶負載（L 1 ); 調整張力裝置至第二位置（P 2 )以施加第二傳送帶負載 (L 2 )於傳送帶； 以負載感應器偵測第二傳送帶負載（L 2 );以及 使用（LI )、（L2)、（PI )、（P2)計算傳送帶係數。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之方法，其中，更包含以下 步驟： 儲存所計算之傳送帶係數值於控制記憶體中； 比較所計算之傳送帶係數值以確認傳送帶係數趨勢；以 及 報告使用者。 2 1 .如申請專利範圍第1 9項之方法，其中，包含以下步 驟： 29 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 使用第一限制開關以偵測第一位置（p 1 );以及 使用第二限制開關以偵測第二位置（P 2 )。 2 2.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中，包含以下步 驟： 藉由驅動一具有固定功率週期之張力裝置以調整張力 裝置，以作為到達位置（P 1 )之第一持續時間；以及 藉由驅動一具有固定功率週期之張力裝置以調整張力 裝置，以作為到達位置（P 2 )之第二持續時間。 2 3. —種計算傳送帶係數之方法，包含以下步驟： 結合具有負載感應器之張力裝置與傳送帶； 調整張力裝置以施加第一傳送帶負載（L 1 ); 以限制開關偵測第一傳送帶位置（P 1 ); 調整張力裝置以施加第二傳送帶負載（L2); 以限制開關偵測第二傳送帶位置（P 2 );以及 使用（L 1 )、（ L 2 )、（ P 1 )、（ P 2 )計算傳送帶係數。 2 4.如申請專利範圍第2 3項之方法，其中，更包含以下 步驟： 儲存所計算之傳送帶係數於控制器記憶體中； 比較所計算之傳送帶係數值以確認傳送帶係數趨勢；以 及 報告使用者。 25. —種張力裝置，，包含： 電動促動器； 結合於桿臂之引導螺栓； 30 312/發明說明書(補件)/92135529 200416362 可結合於傳送帶之滑輪，該滑輪承接於桿臂； 結合於電動促動器之引導螺栓，該引導螺栓藉以可被電 動促動器移動； 一同軸結合於引導螺栓之負載感應器，其傳送一負載訊 號到控制器；以及 使用負載訊號以控制引導螺栓位置之控制器。 2 6.如申請專利範圍第2 5項之張力裝置，其中，該電動 促動器包含一電動馬達。 2 7.如申請專利範圍第25項之張力裝置，其中，該引導 螺栓以一齒輪傳動裝置結合於電動促動器。 2 8.如申請專利範圍第2 5項之張力裝置，其中： 該負載感應器包含一具有孔之環圈荷重元； 該環圈荷重元透過孔同軸結合於引導螺栓。 2 9.如申請專利範圍第2 5項之張力裝置，其中，該桿臂 係樞接於安裝表面。 3 0 .如申請專利範圍第2 5項之張力裝置，其中，該引導 螺栓可旋轉結合於環。 31 312/發明說明書(補件)/92135529