WO2017102112A1 - Verfahren zur drehmomentmessung einer antriebseinheit - Google Patents

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WO2017102112A1
WO2017102112A1 PCT/EP2016/070387 EP2016070387W WO2017102112A1 WO 2017102112 A1 WO2017102112 A1 WO 2017102112A1 EP 2016070387 W EP2016070387 W EP 2016070387W WO 2017102112 A1 WO2017102112 A1 WO 2017102112A1
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sensor
drive unit
torque
bearing
value
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PCT/EP2016/070387
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Inventor
Michael Bildstein
Gunther Goetting
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01L3/1442—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving electrostatic means

Definitions

  • the present invention relates to a method for torque measurement of a drive unit according to the independent method claim and to a measuring system for torque measurement of a drive unit according to the independent system claim.
  • Powertrain applied torque required eg. B. for the calculation of the reference speed and the actual acceleration.
  • this information is used for monitoring tasks (monitoring in torque path).
  • these data are derived from models (air and gas)
  • the inventive method allows a torque measurement during operation of a drive unit without the torque applied to a drive shaft to measure directly, which is associated with a high measurement cost.
  • This is achieved in that at least one sensor measures a change in force and / or position, in particular a relative rotation of the drive unit as a sensor value. Due to a voltage applied to the drive unit torque, the drive unit moves in consequence of
  • a faulty torque build-up of the drive unit can be registered and prevented by appropriate control measures.
  • Damp or suppress measures For a measurement of the sensor value preferably takes place with a sufficiently high frequency or in a determinable interval. Under a fixed support point can in the context of the invention z. B. a vehicle body can be understood.
  • Signal connection of the control unit with the at least one sensor can be formed via cable and / or wireless.
  • the data interface for transmitting the sensor value to the control unit may, for example, be used as a Bluetooth
  • Control unit Data from models about the air and injection quantity or the current data of an electric drive unit determined. As a result, monitoring in the torque path can be provided, with the control unit determining the measured value for the torque of the drive unit on the basis of the sensor values, in particular in conjunction with characteristic values of the drive unit stored in the control unit.
  • the measured value can advantageously be determined from the sensor value and at least one bearing characteristic value, wherein in particular the bearing characteristic value is an expansion, a bending and / or a torsional rigidity.
  • the bearing characteristic value can be stored, for example, in a sensor electronics of the at least one sensor and / or in the control unit so that the bearing characteristic value in conjunction with the sensor value determines the measured value for the torque of the drive unit via an algorithm or a heuristic.
  • Lagerkennwert for the at least one particular elastically formed bearing of the drive unit results, for example, from the geometry of the bearing and / or the material used in the bearing, so that this bearing characteristic is a substantially fixed or constant characteristic value, which is essentially unchangeable, so this as reliable
  • Calculation parameter for the determination of the measured value from the sensor value can be used.
  • the drive unit may preferably have at least two bearings for connection to at least one fixed support point.
  • the at least two bearings are arranged at a distance from one another on the drive unit or connected to the drive unit, wherein at least one sensor is preferably arranged on each bearing, so that a multiplicity of sensor values can be measured at the bearings of the drive unit.
  • at least one bearing undergoes a compressive force by the applied torque and another bearing is loaded by a tensile force due to the torque.
  • the at least two bearing undergoes a compressive force by the applied torque and another bearing is loaded by a tensile force due to the torque.
  • the tensile force due to the torque.
  • Position change in particular a relative rotation of the drive unit to at least two bearings, in particular spaced from each other arranged bearings, are measured and in the calculation or determination of the
  • Measured value can be used from the sensor values. This leads to a more reliable measurement of the torque, whereby variations of the measured values due to the large number of sensor values can be reduced, so that the torque can be determined more precisely.
  • At least one sensor is a distance sensor, in particular a capacitive, optical sensor or acoustic sensor.
  • An inventive distance sensor can be arranged on the drive unit, the bearing, or the fixed support point and a change in position of the drive unit as a result of an adjacent
  • Half sleeve is insulated against the sleeve half.
  • Bolt and conductive sleeve are connected in the manner of a plate capacitor. With the distance between the two parts, the capacitance of the so pronounced sensor changes. From the
  • Capacity change can be concluded on the applied reaction torque and thus on the torque.
  • the bolt and the sleeve it is alternatively possible to use surfaces which are insulated from one another and whose spacing changes as a result of deformation due to the application of torque.
  • interlocking ribs are designed as a capacitor. The degree of overlap of the ribs which changes as a result of a torque application leads to a change in the capacitance from which the torque impressed by the machine can be deduced.
  • An acoustic sensor may be, for example, an ultrasonic sensor which measures a change in position of the drive machine relative to the fixed support point, for example the body, by means of ultrasound.
  • At least one sensor an inertial sensor, in particular an acceleration sensor, or a Hall sensor can be present, as a result of which a relative position angle of the drive unit can be determined.
  • the drive unit is rotated by the load, due to the torque, due to the elastic bearing by the angle ⁇ . Accordingly, the measured value of the acceleration sensor also changes, wherein this measured value is compared with an equivalent measured value of a sensor that has not been changed in position. Due to the difference of the measured values, it is possible to deduce the angle between the two sensors and from this the impressed torque.
  • two sensors Preferably, two
  • Acceleration sensors present, with a positionally stable sensor and a sensor arranged on the drive unit and / or the elastic bearing available.
  • the position-fixed sensor is preferably arranged at the fixed support point and forms a reference system for the measurement.
  • the measured value of the position-changed sensor on the drive unit changes as a result of a rotation of the drive unit. Based on the changed measured value and the measured value of the
  • a Hall sensor in particular a 3D magnetic field sensor, uses the Hall effect to measure magnetic fields.
  • a combination of lateral with vertical Hall sensors to a 3D magnetic field sensor allows a position detection and thus a change in position.
  • Such magnetic field sensors measure contactless and wear-free the position of machine parts.
  • the senor is a force transducer, whereby a force change at the bearing is measurable.
  • a force transducer or force sensor may, for example, be a piezoelectric element which is used to measure the pressure
  • Torque can be measured. From the sensor value determined in this way, the applied torque can be determined in conjunction with a bearing characteristic value.
  • At least one sensor can be arranged on a drive machine of the drive unit and / or on a differential gear.
  • a prime mover means within the meaning of the invention a drive unit, in particular an electric drive unit or an internal combustion engine, which generates a torque for driving, for example, a vehicle.
  • at least one sensor is arranged on a differential gear of a drive unit.
  • a differential gear is to be used in particular when the engine and the drive axle by such
  • Differential gear are connected together. This may, for example, be vehicles which have a front engine and are driven via the rear axle and / or over all four wheels.
  • the voltage applied to the differential gear torque can be measured, so that the torque can be measured directly on the drive axle, what to results in more precise measurement results compared to a torque measurement on the drive machine in rear-wheel drive vehicles.
  • the measuring system for torque measurement is particularly suitable for use in a vehicle drive unit, wherein the measuring system has at least one sensor, by means of which a change in force and / or position, in particular a relative rotation of the drive unit, can be measured.
  • the measuring system has at least one control unit, wherein the control unit is in signal connection with the at least one sensor, by means of which a
  • Torque measurement according to the method of the invention is feasible.
  • an inventive measuring system brings the same advantages as have been described in detail with respect to the inventive method.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of the invention
  • measuring system 100 shown, wherein the measuring system 100 has a first sensor 22 which is connected to a bearing 23 of the drive unit 10 with a fixed support point 21 immovably.
  • the bearing 23 is in the
  • Drive unit 10 generated torque a relative change in position, in particular a relative rotation about the bearing 23 can be achieved.
  • the drive unit 10 in the figure 1 a second elastic
  • a second sensor 25 is arranged, which as a
  • Distance sensor 25 is formed and a relative change in position of the
  • the distance sensor 25 measures the relative
  • Position change As between the reference point RP and the measuring point MP.
  • the reference point RP forms the comparison value, which reproduces the position of the drive unit 10 without applied torque. If the drive unit 10 now generates a torque, which is represented by the arrow in the drive unit 10, the torque generates a relative change in position of the drive unit 10, around the two bearings 20 and 23. On the one hand, a tensile force on the sensor 22 can be measured. which is generated by a movement of the drive unit 10 as a result of the torque.
  • the drive unit 10 moves by the relative change in position As, so that the two sensor values from the sensor 22 and the sensor 25 can be used to determine the generated torque.
  • the sensors 22 and 25 are in Figure 1 in signal communication with the
  • the control unit 30 carries out the method according to the invention for torque measurement of the drive unit 10 and thus determines the generated torque based on the sensor values of the sensor 25 and 22 in conjunction with the known bearing characteristics of the bearing 20 and 23.
  • the support points 21 and 24 are exemplary for the body of a vehicle, so that it is a fixed reference points for the measurement of the relative change in position and / or force change.
  • the drive unit 10 is shown in FIG. 1 by way of example for a vehicle drive unit, in particular one
  • FIG. 2 shows a drive unit 10, comprising an engine 11 and a differential 12 for driving a vehicle.
  • Drive machine 11 is connected via two bearings 20 and the bearing 23 to the body 21, 24 as fixed support points.
  • a distance sensor 22 which measures the distance As of the drive machine 11 to the fixed support point 24, is arranged on the drive machine 11. The distance As changes with an applied torque, so that this change can be measured by the sensor 22.
  • each one of the drive machine 11 and the fixed support point 24 is connected via two bearings 20 and the bearing 23 to the body 21, 24 as fixed support points.
  • a distance sensor 22 which measures the distance As of the drive machine 11 to the fixed support point 24, is arranged on the drive machine 11. The distance As changes with an applied torque, so that this change can be measured by the sensor 22.
  • Acceleration sensor 25 is arranged, which measures the acceleration of the drive machine 11 and the fixed Abstweilins and detected in relation to each other a change in position.
  • the arrow in the sensors 25 indicates the acceleration vector.
  • two acceleration sensors 25 are provided, with a positionally stable sensor 25 and a sensor 25 arranged on the drive machine 25 being present.
  • the position-fixed sensor 25 is arranged at the fixed support point 24 and forms a reference system for the measurement.
  • the measured value of the position-changed sensor 25 on the drive machine 11 changes as a result of a rotation of the drive unit 10.
  • the torque can be determined on the basis of the changed measured value and the measured value of the reference system. From the deviating values for a x and a z can be assumed by means of
  • the drive unit 10 has in Fig. 2, a differential 12, whereby a torque can be transmitted from the engine 11 via the differential 12 to a drive axle 13. If a torque is applied to the differential 12 and accordingly to the drive axle 13, then the distance As changes from the drive axle 13 to the fixed one

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehmomentmessung einer Antriebseinheit (10), insbesondere einer Fahrzeugantriebseinheit (10), wobei die Antriebseinheit (10) zumindest ein Lager (20) zur Verbindung mit einem festen Abstützpunkt (21) aufweist und wobei zumindest ein Sensor (22) vorgesehen ist, der eine Kraft- und/oder Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit (10) als Sensorwert misst und aus dem Sensorwert ein an der Antriebseinheit (10) anliegendes Drehmoment als Messwert ermittelt wird.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Drehmomentmessung einer Antriebseinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehmomentmessung einer Antriebseinheit gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch sowie ein Messsystem zur Drehmomentmessung einer Antriebseinheit gemäß dem unabhängigen Systemanspruch.
Stand der Technik
Für den Betrieb moderner Fahrzeuge sind Informationen über das im
Antriebstrang anliegende Drehmoment erforderlich, z. B. für die Berechnung der Referenzgeschwindigkeit und der Ist-Beschleunigung. Zusätzlich wird diese Information für Überwachungsaufgaben (Monitoring in Drehmomentpfad) verwendet. Üblicherweise werden diese Daten aus Modellen (Luft- und
Einspritzmenge oder Stromdaten bei elektrischen Antrieben) bestimmt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß dient das Verfahren zur Drehmomentmessung einer
Antriebseinheit, insbesondere einer Fahrzeugantriebseinheit, wobei die
Antriebseinheit zumindest ein Lager zur Verbindung mit einem festen
Abstützpunkt aufweist und wobei zumindest ein Sensor vorgesehen ist, der eine
Kraft- und/oder Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit als Sensorwert misst und aus dem Sensorwert ein an der Antriebseinheit anliegendes Drehmoment als Messwert ermittelt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der
Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen
Ansprüchen angegeben Erfindung möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Drehmomentmessung im laufenden Betrieb einer Antriebseinheit ohne das an einer Antriebswelle anliegende Drehmoment direkt zu messen, was mit einem hohen Messaufwand verbunden ist. Dieses wird dadurch erreicht, dass zumindest ein Sensor eine Kraft- und/oder Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit als Sensorwert misst. Aufgrund eines an der Antriebseinheit anliegenden Drehmoments bewegt sich die Antriebseinheit in Folge des
Drehmoments in Relation zu dem festen Abstützpunkt bzw. wirkt eine messbare
Kraft auf das Lager der Antriebseinheit. Somit ist es u. a. möglich, eine
Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit in Relation zu dem festen Abstützpunkt zu messen. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert eine zusätzliche Information über das anliegende Drehmoment der Antriebseinheit, welches zur Regelung von bspw. Fahrfunktionen herangezogen werden kann. Darüber hinaus kann der Messwert zur Überwachung des gestellten Drehmoments sowie zum Abgleich anderer Signale wie Messwerte der Maschinenströme oder des Rotorlagewinkels verwendet werden.
Das durch die Antriebseinheit erzeugte Drehmoment führt zu einer Kraftänderung an dem elastischen Lager der Antriebseinheit oder zu einer relativen
Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit, im Vergleich zu dem festen Abstützpunkt. Aus dem so gemessenen Sensorwert, welcher eine Kraft- und/oder eine Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit wiedergibt, kann ein an der Antriebseinheit anliegendes Drehmoment als Messwert ermittelt werden. Die Messung des Sensorwertes und das daraus ermittelte Drehmoment kann dabei als eine quasi stationäre Messung des Drehmoments und/oder mit Hilfe einer zeitlichen
Ableitung dementsprechend im Wesentlichen konstant ausgewertet werden. Mittels der zeitlichen Ableitung kann ein fehlerhafter Momentenaufbau der Antriebseinheit registriert und durch entsprechende regelungstechnische Maßnahmen unterbunden werden. Darüber hinaus lassen sich über die zeitliche Ableitung ebenso Drehmomentschwingungen, die durch Anregung von
Eigenfrequenzen entstehen, detektieren und durch regelungstechnische
Maßnahmen dämpfen bzw. unterdrücken. Dafür findet eine Messung des Sensorwertes vorzugsweise mit einer hinreichend hohen Frequenz bzw. in einem bestimmbaren Intervall statt. Unter einem festen Abstützpunkt kann im Rahmen der Erfindung z. B. eine Fahrzeugkarosserie verstanden werden.
Vorteilhafterweise kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, wobei die
Steuereinheit in Signalverbindung mit dem zumindest einen Sensor steht und aus dem Sensorwert den Messwert ermittelt. Die Steuereinheit verarbeitet und wertet das bzw. die Messsignale in Form des Sensorwertes bzw. der
Sensorwerte aus und ermittelt auf Basis eines in der Steuereinheit vorhandenen Algorithmus und/oder Heuristik den Messwert für das Drehmoment. Die
Signalverbindung der Steuereinheit mit dem zumindest einen Sensor kann dabei über Kabel und/oder kabellos ausgebildet sein. Die Datenschnittstelle zur Übermittlung des Sensorwertes zur Steuereinheit kann bspw. als eine Bluetooth-
Verbindung und/oder NFC-Verbindung und/oder Wireless-LAN-Verbindung und/oder GSM-Verbindung bzw. LTE-Verbindung für die Übertragung der Daten sein. Die Steuereinheit kann bspw. eine fahrzeuginterne Steuereinheit sein, welche gleichzeitig dazu geeignet ist, eine Regelung von Fahrfunktionen und/oder einen Abgleich anderer Signale, die Messwerte der Maschinenströme und/oder des Rotorlagewinkels zu verarbeiten. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Steuereinheit und/oder der zumindest eine Sensor den Sensorwert und/oder den Messwert an ein fahrzeugexternes, insbesondere mobiles Gerät zu übertragen, sodass die Daten von einem externen bzw. mobilen Gerät ausgelesen und ausgewertet werden können. Das kann bspw. bei einem Versuchsstand oder bei einer Werkstatt eingesetzt werden, sodass auf einfache Art und Weise die Daten der Antriebseinheit bzgl. des Drehmomentes ausgewertet werden können. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die
Steuereinheit Daten aus Modellen über die Luft- und Einspritzmenge oder die Stromdaten einer elektrischen Antriebseinheit bestimmt. Dadurch kann ein Monitoring im Drehmomentpfad bereitgestellt werden, wobei die Steuereinheit aufgrund der Sensorwerte insbesondere in Verbindung mit in der Steuereinheit hinterlegten Kennwerten der Antriebseinheit, den Messwert für das Drehmoment der Antriebseinheit ermittelt.
Der Messwert kann vorteilhafterweise aus dem Sensorwert und zumindest einem Lagerkennwert ermittelt werden, wobei insbesondere der Lagerkennwert eine Dehn-, eine Biege- und/oder eine Torsionssteifigkeit ist. Der Lagerkennwert kann dabei erfindungsgemäß bspw. in einer Sensorelektronik des zumindest einen Sensors und/oder in der Steuereinheit hinterlegt sein, sodass der Lagerkennwert in Verbindung mit dem Sensorwert über einen Algorithmus oder eine Heuristik, den Messwert für das Drehmoment der Antriebseinheit ermittelt. Der
Lagerkennwert für das zumindest eine insbesondere elastisch ausgebildete Lager der Antriebseinheit ergibt sich bspw. aus der Geometrie des Lagers und/oder des eingesetzten Werkstoffs des Lagers, sodass dieser Lagerkennwert ein im Wesentlichen festgelegter oder konstanter Kennwert ist, welcher im Wesentlichen unveränderbar ist, sodass dieser als zuverlässiger
Berechnungsparameter für die Ermittlung des Messwertes aus dem Sensorwert herangezogen werden kann. Die bekannten Dehn-, Biege- und/oder
Torsionssteifigkeit des Lagers stellt somit einen Berechnungsparameter für den Algorithmus und/oder die Heuristik dar, sodass diese in Verbindung mit dem gemessenen Sensorwert, das Drehmoment der Antriebseinheit ermitteln kann. Somit ist es möglich, aus den gemessenen Sensorwerten, welche als abweichende Werte für eine Kraft- und/oder Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit stehen, mittels der als bekannt angenommenen Lagerkennwerte, das anliegend Drehmoment zurückgerechnet werden kann.
Erfindungsgemäß kann die Antriebseinheit vorzugsweise zumindest zwei Lager zur Verbindung mit zumindest einem festen Abstützpunkt aufweisen. Vorzugsweise werden die zumindest zwei Lager beabstandet zueinander an der Antriebseinheit angeordnet bzw. mit der Antriebseinheit verbunden, wobei vorzugsweise an jedem Lager zumindest ein Sensor angeordnet ist, sodass eine Vielzahl an Sensorwerten an den Lagern der Antriebseinheit gemessen werden kann. Bspw. ist es denkbar, dass zumindest ein Lager eine Druckkraft durch das anliegende Drehmoment erfährt und ein weiteres Lager durch eine Zugkraft in Folge des Drehmoments belastet wird. Darüber hinaus kann auch die
Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit an zumindest zwei Lagern, insbesondere beabstandet zueinander angeordnete Lager, gemessen werden und in die Berechnung bzw. die Ermittlung des
Messwertes aus den Sensorwerten herangezogen werden. Dies führt zu einer zuverlässigeren Messung des Drehmoments, wobei Streuungen der Messwerte aufgrund der Vielzahl von Sensorwerten reduziert werden können, sodass das Drehmoment präziser ermittelt werden kann.
Vorteilhaft kann zumindest ein Sensor an der Antriebseinheit und/oder dem Lager und zumindest ein Sensor an dem festen Abstützpunkt angeordnet sein. Durch zumindest einen Sensor an der Antriebseinheit und/oder dem Lager und zumindest einem Sensor an dem festen Abstützpunkt werden Sensorwerte gemessen, welche miteinander verglichen werden können, sodass bei einem unveränderten Sensorwert des festen Abstützpunkts und einem im Vergleich dazu veränderten Sensorwert an der Antriebseinheit und/oder dem Lager, die relative Lageänderung und/oder Kraftänderung gemessen und miteinander verglichen werden. In Folge dessen, kann ein präziseres Messergebnis des Drehmoments an der Antriebseinheit ermittelt werden, da sich der Sensorwert des Sensors am festen Abstützpunkt in Folge eines anliegenden Drehmomentes im Wesentlichen nicht verändert, sodass ein Bezugswert bzw. Referenzwert im Vergleich zu dem sich verändernden Sensorwert an der Antriebseinheit oder dem Lager vorhanden ist. Es ist des Weiteren denkbar, dass zumindest ein Sensor ein Abstandssensor ist, insbesondere ein kapazitiver, optischer Sensor oder akustischer Sensor. Ein erfindungsgemäßer Abstandssensor kann dabei an der Antriebseinheit, dem Lager, oder dem festen Abstützpunkt angeordnet sein und eine Lageänderung der Antriebseinheit in Folge eines anliegenden
Drehmoments der Antriebseinheit messen. Ist der Abstandssensor dabei an der Antriebseinheit angeordnet, wobei es vorzugsweise an dem festen Abstützpunkt einen Referenzmesspunkt gibt, sodass im Vergleich zu dem Referenzmesspunkt bei einer Lageänderung der Antriebsmaschine eine Abstandsänderung mit Hilfe eines optischen Sensors gemessen werden kann. Eine kapazitive
Abstandsmessung kann bspw. an einem ausgewählten Lager durchgeführt werden, wobei bspw. das eine elastische Lager an einer ausgewählten Stelle aus einem bspw. metallischen Bolzen einer nicht leitfähigen elastischen Trennhülse und einer fahrzeugfesten halbseitig leitenden Hülse, wobei die zweite
Hülsenhälfte gegen die Hülsenhälfte isoliert ist. Bolzen und leitfähige Hülse sind in der Art eines Plattenkondensators verbunden. Mit dem Abstand der beiden Teile ändert sich die Kapazität des so ausgeprägten Sensors. Aus der
Kapazitätsänderung kann auf das anliegende Reaktionsmoment und damit auf das Drehmoment geschlossen werden. An Stelle des Bolzens und der Hülse können alternativ gegeneinander isolierte Flächen verwendet werden, deren Abstand sich bei Verformung durch Momentenaufprägung ändert. Darüber hinaus ist es denkbar, dass ineinander greifende Rippen als Kondensator ausgelegt werden. Der sich aufgrund einer Momentenaufprägung ändernde Überdeckungsgrad der Rippen führt zu einer Änderung der Kapazität, aus welcher auf das von der Maschine aufgeprägte Moment geschlossen werden kann. Ein akustischer Sensor kann bspw. ein Ultraschallsensor sein, welcher mittels Ultraschall eine Lageänderung der Antriebsmaschine gegenüber des festen Abstützpunktes, bspw. der Karosserie, misst.
Im Rahmen der Erfindung kann zumindest ein Sensor, ein Inertialsensor, insbesondere ein Beschleunigungssensor, oder ein Hall-Sensor vorhanden sein, wodurch ein relativer Lagewinkel der Antriebseinheit ermittelbar ist. Dabei ist vorzugsweise zumindest ein Beschleunigungssensor an der elastischen
Lagerung angeordnet. Die Antriebseinheit ist durch die Belastung, infolge des Drehmomentes, aufgrund der elastischen Lagerung um den Winkel α verdreht. Dementsprechend ändert sich auch der Messwert des Beschleunigungssensors, wobei dieser gemessene Wert mit einem äquivalenten Messwert eines nicht lageveränderten Sensors verglichen. Durch die Differenz der Messwerte kann auf den Winkel zwischen den beiden Sensoren und daraus auf das aufgeprägte Drehmoment geschlossen werden. Vorzugsweise sind zwei
Beschleunigungssensoren vorhanden, wobei ein lagefester Sensor und ein an der Antriebseinheit und/oder dem elastischen Lager angeordneter Sensor vorhanden sind. Der lagefeste Sensor ist dabei vorzugsweise an dem festen Abstützpunkt angeordnet und bildet ein Referenzsystem für die Messung. Infolge eines aufgeprägten Drehmomentes ändert sich durch eine Verdrehung der Antriebseinheit der Messwert des lageveränderten Sensor an der Antriebseinheit. Anhand des veränderten Messwertes und des Messwertes des
Referenzsystems, kann das Drehmoment ermittelt werden. Ein Hall-Sensor, insbesondere ein 3D Magnetfeldsensor, nutzt den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern. Eine Kombination von lateralen mit vertikalen Hallsensoren zu einem 3D-Magnetfeldsensor ermöglicht eine Positionserkennung und somit eine Lageänderung. Derartige Magnetfeldsensoren messen berührungslos und verschleißfrei die Position von Maschinenteilen.
Es ist des Weiteren denkbar, dass der Sensor ein Kraftaufnehmer ist, wodurch eine Kraftänderung am Lager messbar ist. Ein derartiger Kraftaufnehmer bzw. Kraftsensor kann bspw. ein Piezoelement sein, welches zur Messung der Druck-
Kraftänderung an den Lagern bzw. Lagepunkten der Antriebseinheit dient. In Folge des Drehmomentes kann dementsprechend eine Druck- und/oder eine Zugkraft auf das entsprechende Lager in Folge eines anliegenden
Drehmomentes gemessen werden. Aus dem so ermittelten Sensorwert kann in Verbindung mit einem Lagerkennwert auf das anliegende Drehmoment geschlossen werden.
Im Rahmen der Erfindung kann zumindest ein Sensor an einer Antriebsmaschine der Antriebseinheit und/oder an einem Differenzialgetriebe angeordnet sein. Eine Antriebsmaschine meint im Sinne der Erfindung ein Antriebsaggregat, insbesondere ein elektrisches Antriebsaggregat oder einen Verbrennungsmotor, welches ein Drehmoment zum Antrieb, bspw. eines Fahrzeugs, erzeugt. Darüber hinaus ist es denkbar, dass zumindest ein Sensor an einem Differenzialgetriebe einer Antriebseinheit angeordnet ist. Ein Differenzialgetriebe ist insbesondere dann einzusetzen, wenn der Motor und die Antriebsachse durch ein solches
Differenzialgetriebe miteinander verbunden sind. Dabei kann es sich bspw. um Fahrzeuge handeln, welche einen Frontmotor aufweisen und über die Heckachse und/oder über alle vier Räder angetrieben werden. Dabei kann das an dem Differenzialgetriebe anliegende Drehmoment gemessen werden, sodass das Drehmoment an der Antriebsachse unmittelbar gemessen werden kann, was zu präziseren Messergebnissen im Vergleich zu einer Drehmomentmessung an der Antriebsmaschine bei heckangetriebenen Fahrzeugen führt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Messsystem zur
Drehmomentmessung einer Antriebseinheit beansprucht. Das Messsystem zur Drehmomentmessung ist insbesondere zum Einsatz für eine Fahrzeugantriebseinheit geeignet, wobei das Messsystem zumindest einen Sensor, durch den eine Kraft- und/oder Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit, messbar ist, aufweist. Darüber hinaus weist das Messsystem zumindest eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit in Signalverbindung mit dem zumindest einen Sensor steht, mittels welchem eine
Drehmomentmessung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Messsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den
Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche
Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
In der nachfolgenden Figur werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet. Es zeigt schematisch:
Figur 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Messsystems und
Figur 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Messsystems. In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Messsystems 100 gezeigt, wobei das Messsystem 100 einen ersten Sensor 22 aufweist, welcher an einem Lager 23 der Antriebseinheit 10 mit einem festen Abstützpunkt 21 bewegungsfest verbunden ist. Das Lager 23 ist dabei im
Wesentlichen elastisch ausgebildet, sodass bei einem durch die
Antriebseinheit 10 erzeugten Drehmoment eine relative Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung um das Lager 23 erzielbar ist. Darüber hinaus weist die Antriebseinheit 10 in der Figur 1 ein zweites elastisches
Lager 20 auf, welches mit dem festen Abstützpunkt 21 verbunden ist. An der Antriebseinheit 10 ist ein zweiter Sensor 25 angeordnet, welcher als ein
Abstandssensor 25 ausgebildet ist und eine relative Lageänderung der
Antriebseinheit 10 misst. Der Abstandssensor 25 misst die relative
Lageänderung As zwischen dem Referenzpunkt RP und dem Messpunkt MP. Der Referenzpunkt RP bildet dabei den Vergleichswert, welcher die Lage der Antriebseinheit 10 ohne beaufschlagtes Drehmoment wiedergibt. Erzeugt die Antriebseinheit 10 nunmehr ein Drehmoment, welches durch den Pfeil in der Antriebseinheit 10 dargestellt ist, so erzeugt das Drehmoment eine relative Lageänderung der Antriebseinheit 10, um die beiden Lager 20 und 23. Dabei ist zum einen eine Zugkraft an dem Sensor 22 messbar, welcher durch eine Bewegung der Antriebseinheit 10 in Folge des Drehmoments erzeugt wird.
Gleichzeitig bewegt sich die Antriebseinheit 10 um die relative Lageänderung As, sodass die beiden Sensorwerte aus dem Sensor 22 und dem Sensor 25 für die Ermittlung des erzeugten Drehmoments herangezogen werden können. Die Sensoren 22 und 25 stehen in Figur 1 in Signalverbindung mit der
Steuereinheit 30. Die Steuereinheit 30 führt dabei das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehmomentmessung der Antriebseinheit 10 durch und ermittelt so das erzeugte Drehmoment auf Grundlage der Sensorwerte des Sensors 25 und 22 in Verbindung mit den bekannten Lagerkennwerten des Lagers 20 und 23. Die Abstützpunkte 21 und 24 stehen beispielhaft für die Karosserie eines Fahrzeugs, sodass es sich um feste Bezugspunkte für die Messung der relativen Lageänderung und/oder Kraftänderung handelt. Die Antriebseinheit 10 steht in Figur 1 beispielhaft für eine Fahrzeugantriebseinheit, insbesondere eine
Antriebsmaschine oder ein Differenzialgetriebe. Die Figur 2 zeigt eine Antriebseinheit 10, aufweisend eine Antriebsmaschine 11 und ein Differentialgetriebe 12 für den Antrieb eines Fahrzeugs. Die
Antriebsmaschine 11 ist über zwei Lager 20 und das Lager 23 mit der Karosserie 21, 24 als feste Abstützpunkte verbunden. An der Antriebsmaschine 11 ist darüber hinaus ein Abstandssensor 22 angeordnet, welcher den Abstand As der Antriebsmaschine 11 zum festen Abstützpunkt 24 misst. Der Abstand As verändert sich bei einem anliegenden Drehmoment, sodass diese Änderung durch den Sensor 22 gemessen werden kann. Darüber hinaus ist an der Antriebsmaschine 11 und an dem festen Abstützpunkt 24 jeweils ein
Beschleunigungssensor 25 angeordnet, welcher die Beschleunigung der Antriebsmaschine 11 bzw. des festen Abstützpunktes misst und in Relation zueinander eine Lageänderung erfasst. Der Pfeil in den Sensoren 25 zeigt dabei den Beschleunigungsvektor an. Dabei sind zwei Beschleunigungssensoren 25 vorhanden, wobei ein lagefester Sensor 25 und ein an der Antriebsmaschine 11 angeordneter Sensor 25 vorhanden sind. Der lagefeste Sensor 25 ist dabei an dem festen Abstützpunkt 24 angeordnet und bildet ein Referenzsystem für die Messung. Infolge eines aufgeprägten Drehmomentes ändert sich durch eine Verdrehung der Antriebseinheit 10, der Messwert des lageveränderten Sensor 25 an der Antriebsmaschine 11. Anhand des veränderten Messwertes und des Messwertes des Referenzsystems, kann das Drehmoment ermittelt werden. Aus den abweichenden Werten für ax und az kann mittels der angenommen
Verd rehsteif igkeit der Lagerung 20, 23 das anliegende Drehmoment
zurückgerechnet werden. Die Antriebseinheit 10 weist in Fig. 2 ein Differential 12 auf, womit ein Drehmoment von der Antriebsmaschine 11 über das Differential 12 auf eine Antriebsachse 13 übertragen werden kann. Liegt an dem Differential 12 und dementsprechend an der Antriebsachse 13 ein Drehmoment an, so verändert sich der Abstand As von der Antriebsachse 13 zu dem festen
Abstützpunkt 24. Dieser Abstand As wird durch den Sensor 22 an dem festen Abstützpunkt 24 gemessen, sodass das an dem Differential 12 bzw. der
Antriebsachse 13 anliegende Drehmoment ermittelt werden kann.
Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsform, sofern technisch sinnvoll, frei kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Drehmomentmessung einer Antriebseinheit (10),
insbesondere einer Fahrzeugantriebseinheit (10), wobei die Antriebseinheit (10) zumindest ein Lager (20) zur Verbindung mit einem festen
Abstützpunkt (21) aufweist und wobei zumindest ein Sensor (22) vorgesehen ist, der eine Kraft- und/oder Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit (10) als Sensorwert misst und aus dem Sensorwert ein an der Antriebseinheit (10) anliegendes Drehmoment als Messwert ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuereinheit (30) vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit (30) in Signalverbindung mit dem zumindest einen Sensor (22) steht und aus dem Sensorwert den Messwert ermittelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messwert aus dem Sensorwert und zumindest einem
Lagerkennwert ermittelt wird, wobei insbesondere der Lagerkennwert eine Dehn-, eine Biege- und/oder eine Torsionssteifigkeit ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebseinheit (10) zumindest zwei Lager (20, 23) zur Verbindung mit zumindest einem festen Abstützpunkt (21, 24) aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Sensor (22) an der Antriebseinheit (10) und/oder dem Lager (20, 23) und zumindest ein Sensor (25) an dem festen Abstützpunkt (21, 24) angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Sensor (22, 25) ein Abstandssensor ist, insbesondere ein kapazitiver Sensor, optischer Sensor oder akustischer Sensor ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Sensor (22, 25) ein Inertialsensor, insbesondere ein Beschleunigungssensor, oder ein Hall-Sensor ist, wodurch ein relativer Lagewinkel der Antriebseinheit (10) ermittelbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (22, 25) ein Kraftaufnehmer ist, wodurch eine
Kraftänderung am Lager (20) messbar ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Sensor (22, 25) an einer Antriebsmaschine (10) der Antriebseinheit (10) und/oder an einem Differentialgetriebe (10) angeordnet ist.
Messsystem zur Drehmomentmessung einer Antriebseinheit (10), insbesondere einer Fahrzeugantriebseinheit (10), umfassend zumindest einen Sensor (22, 25), durch den eine Kraft- und/oder Lageänderung, insbesondere eine relative Verdrehung der Antriebseinheit (10) messbar ist, und zumindest eine Steuereinheit (30), wobei die Steuereinheit (30) in Signalverbindung mit dem zumindest einen Sensor (22, 25) steht und mittels welchem eine Drehmomentmessung gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführbar ist.
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