WO2024251429A1 - Drehmesseinrichtung, drehmesssystem, fahrzeug und verfahren zur drehmessung eines rotierenden teils eines fahrzeugs - Google Patents

Drehmesseinrichtung, drehmesssystem, fahrzeug und verfahren zur drehmessung eines rotierenden teils eines fahrzeugs Download PDF

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    • G01D5/2451—Incremental encoders

Definitions

  • Rotation measuring device Rotation measuring system, vehicle and method for measuring the rotation of a rotating part of a vehicle
  • the present invention relates to a rotation measuring device, a rotation measuring system, a vehicle and a method for measuring the rotation of a rotating part of a vehicle.
  • a rotational speed or rpm of a rotating part of a vehicle is detected by means of a rotation measuring device for measuring a rotation of a rotating part.
  • the rotation measuring device can have a rotation measuring sensor and a rotary measuring body that includes a plurality of measuring features.
  • the measurement results of the rotation measuring device can be evaluated in a signal processing device.
  • a measuring feature can be designed in different ways depending on the design of the rotary measuring body.
  • the rotary measuring body can have a geometric, optical or magnetic measuring embodiment in the form of measuring features.
  • Such rotary measuring devices are generally known, particularly in the field of machines and vehicles.
  • a rotary measuring device can be used to determine the direction of rotation, rotation speed and other movement and/or position-related parameters of a rotating part, such as a shaft or a wheel.
  • a wide variety of rotary measuring sensors are known for a rotary measuring device, each of which is based on a different measuring principle, for example a magnetic, optical or inductive measuring principle.
  • a magnetic measuring principle a voltage change can be output, in particular using a Hall sensor, which is characteristic of a current position of a measuring body relative to the Hall sensor.
  • a Hall sensor advantageously enables reliable position determination regardless of the speed, especially when the rotating part is stationary or rotating relatively slowly.
  • the object is achieved by a rotation measuring device according to claim 1, by a rotation measuring system according to claim 9, by a vehicle according to claim 10 and by a method for measuring the rotation of a rotating part according to claim 11.
  • the rotation measuring device for a rotating part, preferably for a vehicle, particularly preferably for a shaft or a wheel of a vehicle.
  • the rotation measuring device comprises: a rotary measuring body which has a plurality of measurement features along a circular path of the rotary measuring body and can be fastened to the rotating part in a rotationally fixed manner, a rotary measuring sensor which is designed to detect at least one of the measurement features during a rotational movement of the rotary measuring body by interaction of the at least one measurement feature with the rotary measuring sensor and to output an output signal based on the detected interactions, and a signal processing device which is designed to detect at least one period information of at least one measurement feature based on an output signal of the rotary measuring sensor, wherein the at least one period information is based on a time interval that the at least one measurement feature requires to pass the rotary measuring sensor during the rotational movement, a memory which is designed to store previously detected period information of at least one measurement feature, in particular to store
  • a rotary measuring device with a rotary measuring sensor, a rotary measuring body, a signal processing device, a memory and a comparison unit.
  • the rotary measuring sensor is used to record measurement characteristics of the rotary measuring body when the measurement characteristics of the measuring body passes the rotary measuring sensor due to the rotary movement of the measuring body. This results in an interaction between a measurement feature and the rotary measuring sensor. This interaction or information derived from the interaction is output by the output signal of the rotary measuring sensor.
  • the signal processing device records period information of at least one measurement feature based on the output signal of the rotation measuring sensor.
  • the at least one period information is based on a time interval that the at least one measurement feature requires to pass the rotation measuring sensor during the rotational movement.
  • a memory in particular a table memory, is provided in which period information of the at least one measurement feature recorded in advance (e.g. by means of a learning process) is stored.
  • a comparison unit is provided which compares period information stored in advance in the memory with current period information of measurement features in order to record changes, in particular errors, deviations, inaccuracies and/or damage to the at least one measurement feature and/or the rotary measuring body.
  • the period information of the measuring characteristics of the measuring body previously stored in the memory can be recorded during a teach-in process and stored in the memory. This allows a calibration process to be carried out.
  • the currently recorded period information of the respective measuring characteristics can then be compared with the previously stored period information. If there is a change or deviation in the respective current period information, this is an indication that there is an error or deviation in the measuring characteristic and/or the measuring body.
  • the measuring body can then optionally be replaced or a teach-in process can be carried out again so that the current state of the measuring body is selected as the new comparison or calibration state. This is advantageous because it can ensure that an error in or on the measuring body does not lead to an error in the detection of the rotational movement of the rotating part. Rather, existing errors can be compensated.
  • the rotational speed or rpm of the rotating part to which the measuring body is rotationally fixed can be determined precisely. Furthermore, deviations, inaccuracies and/or damage to the measuring body can be compensated for further recording of the rpm or rotational speed.
  • Changes in the at least one measuring feature and/or the rotary measuring body are generally understood to mean that there are errors, deviations, damage and/or inaccuracies in the measuring features and/or the measuring body.
  • errors can, for example, represent a wobble error, which occurs when the rotary measuring body and/or the rotating part no longer rotate about a rotation axis, but have a different rotation axis.
  • tooth errors in which a pole head is missing or damaged or in which a pole valley is at least partially blocked.
  • there can be, for example, a period error which is caused by an uneven arrangement of the pole heads or pole valleys on the pole wheel.
  • the processing effort can be reduced.
  • a (local) rotational speed or rpm of a measuring body can be determined.
  • a deviation from this "local" rotational speed or rpm can indicate damage or deviation to the measuring body and in particular to the measurement characteristic. This allows local and plausible rotational speeds or rpm due to local damage to the measuring body to be effectively recorded. If a new teaching process is then carried out and the respective periods of the measurement characteristics are stored in the memory, the effects of such inaccuracies or damage can be compensated. In other words, a local inaccuracy in the period, rotational speed or rpm is no longer considered a deviation or damage in the subsequent process, so that this deviation can be ignored.
  • Inaccuracies and/or damages in or on the measuring body can be processed in subsequent signal processing.
  • the period information may be based on the time interval or duration of the interaction between the rotation measuring sensor and a measurement feature. In other words, the duration of an interaction between the measurement feature and the rotation measuring sensor is determined. Based on the duration (i.e., the period), Period information is determined. The period information determined forms the basis for the evaluation of the measurement characteristics, i.e. the check whether there are indications of damage or impairment of measurement characteristics.
  • the period information of the measurement characteristics can represent periods of the measurement characteristics that correspond to the time intervals of an interaction between a measurement characteristic and the rotation measuring sensor. If the measurement characteristic is designed as a pole head-pole valley pairing of a pole wheel, then the period of the measurement characteristic corresponds to the time interval of the interaction of the pole head and the pole valley with the rotation measuring sensor. The period or the period information can also be determined from the output signal of the rotation measuring sensor. The period of the measurement characteristic can then correspond to the period of the output signal. Since the pole head-pole valley pairing is arranged recurringly on a measuring body (e.g. pole wheel), the output signal of the rotation measuring sensor will also have a recurring output signal.
  • a measuring body e.g. pole wheel
  • the output signal can optionally represent an output signal (voltage signal) of a Hall sensor or a signal according to the AK protocol or another protocol.
  • the period of the measurement characteristic can therefore correspond to the period of the rotation measuring sensor signal. The period of the measurement characteristic can thus be determined based on the output signals of the rotation sensor.
  • a pole wheel according to the invention can have any body, in particular with a rotationally symmetrical base body and a number of geometric features that vary the distance to a rotation measuring sensor in relation to the rotational movement.
  • the pole wheel preferably has a plurality of pole heads and pole valleys, which can be viewed as a pole head-pole valley pair.
  • a plurality of pole head-pole valley pairings are arranged one after the other on the circumference of the pole wheel, so that a pole head and a pole valley can be provided alternately.
  • the design of the pole heads and/or the pole valleys can be rectangular. Alternatively, another design such as a sinusoidal design can also be possible. However, the rectangular design of the pole heads and pole valleys can be preferred because this allows better detection by the rotation measuring sensor.
  • a measuring feature is designed as a pole head-pole valley pairing.
  • a measuring feature can also be designed from a plurality of pole head-pole valley pairings.
  • a measurement feature can also be designed only by a pole head or by a pole valley.
  • the The width of all pole heads and the width of all pole valleys along the circumference of the pole wheel must be the same.
  • individual or multiple pole heads and/or pole valleys can have a width that deviates from the standard width. This can be advantageous in order to achieve a correlation between the position of the pole heads/pole valleys and the output signal of the rotation measuring sensor. If, for example, one of the pole head-pole valley pairings is designed differently, this will be reflected in the output signal of the rotation measuring sensor, making it possible to assign the pole heads/pole valleys to the output signals of the rotation measuring sensor.
  • the measuring body can be designed as a dedicated body or unit (e.g. a magnet wheel) for rotation measurement.
  • a unit that already serves another function e.g. a gear wheel of a transmission
  • a measuring body for rotation measurement can be designed as a dedicated body or unit (e.g. a magnet wheel) for rotation measurement.
  • a unit that already serves another function e.g. a gear wheel of a transmission
  • the rotary measuring device can output a data signal with a data protocol, in particular an AK data protocol, as an output signal.
  • the period information may correspond to a period of a measurement feature that is equal to a time interval required for the at least one measurement feature to pass the rotary measuring sensor during the rotary motion.
  • the period information may correspond to a relative period of the measurement characteristic, which results from a coefficient between the measured period of the measurement characteristic and the actual period.
  • the relative period can thus represent period information that is independent of the actual speed.
  • the actual period can be determined from other measurement data in the vehicle.
  • the periods of the respective measurement characteristics recorded during one revolution of the measuring body can be averaged and can then represent the actual period.
  • the actual period can correspond to an averaged period of a measurement characteristic. If all measurement characteristics are error-free and without impairments, then the periods of all measurement characteristics should be the same.
  • the relative period can therefore represent the coefficient or the ratio of the period recorded for a measurement characteristic and the averaged period (actual period). In particular, the relative period represents rotational speed-independent period information.
  • the learning process for storing period information in the memory can be performed at a constant speed of the shaft or wheel.
  • the rotary measuring body can be designed as a pole wheel and a measuring feature can correspond to a pairing of a pole head and a pole valley.
  • the period of the measuring feature thus corresponds to the period of the pole head-pole valley pairing.
  • the measurement feature can have a pole head-pole valley pairing with a ratio of 30% to 60%, in particular 40%, pole head and 40% to 70%, in particular 60%, pole valley.
  • all pole heads have the same width.
  • all pole valleys have the same width.
  • the period information for the pole heads and the period information for the pole valleys can be evaluated separately.
  • a deviation or an error of the measuring body (eg pole wheel) such as a broken pole head or a filled pole valley can be visible as a deflection in the series of compensated periods.
  • the invention leads to a rotation measuring system, preferably for a vehicle, comprising at least one rotation measuring device according to the first aspect of the invention.
  • the invention leads to a vehicle having a rotation measuring device according to the second aspect of the invention.
  • vehicle is preferably a passenger car or a commercial vehicle.
  • a rotary measuring device or rotary measuring system can be used particularly advantageously in a vehicle, since the signal processing device improves the rotary measuring device's susceptibility to errors. This can advantageously increase the safety and reliability of the vehicle in particular.
  • the invention relates to methods for measuring the rotation of a rotating part of a vehicle by means of a rotation measuring device which has a rotary measuring body which has a plurality of measuring features along a circular path of the measuring body and is attached to the rotating part in a rotationally fixed manner and a rotation measuring sensor.
  • a rotation measuring device which has a rotary measuring body which has a plurality of measuring features along a circular path of the measuring body and is attached to the rotating part in a rotationally fixed manner and a rotation measuring sensor.
  • at least one of the measuring features was recorded during a rotational movement of the rotary measuring body by interaction of the at least one measuring feature with the rotation measuring sensor.
  • An output signal is output based on the recorded interactions.
  • At least one period information of at least one measuring feature is recorded based on an output signal of the rotation measuring sensor.
  • the at least one period information is based on a time interval that the at least one measuring feature requires to pass the rotation measuring sensor during the rotational movement.
  • Previously recorded period information of at least one measuring feature is stored in a memory. Period information previously stored in the memory is compared with current period information of at least one measurement feature in order to detect changes in the at least one measurement feature and/or the rotary measuring body.
  • a measuring feature can be designed in different ways depending on the design of the rotary measuring body.
  • the rotary measuring body can, for example, have a geometric, optical or magnetic measuring embodiment in the form of measuring features. In addition to recording a continuous measuring signal that describes the current rotational position of the rotating part, it has proven advantageous to define measuring features via characteristic, in particular reliably detectable, points on the rotary measuring body.
  • a measuring feature can be arranged at a point of a local maximum or minimum expression of the rotary measuring body, for example at a point of locally maximum or minimum magnetization or radial extension (e.g. at the maximum of a pole head or at the minimum of a pole valley) or the like.
  • a combination is also possible, so that a measuring feature is formed by each local maximum and each local minimum.
  • a measurement feature can be formed by other properties of the rotary measuring body, advantageously by the location of a local change, in particular a maximum change, - generally of a property or a transition between properties - of the rotary measuring body.
  • Such a location can be formed, for example, by a pole flank at a transition from a pole head to a pole valley, or by a transition between two magnetic poles. It should therefore be understood that one or more measuring features can be assigned to a measuring embodiment on the rotary measuring body, for example a pole head or a head-valley pairing or a magnetic pole.
  • a rotary measuring body can be implemented as a magnet wheel (target).
  • a magnet wheel target
  • a wide variety of implementation variants of this or other embodiments are possible, e.g. as a gear or perforated wheel or magnetized wheel, for example in the form of a drum, disk or the like.
  • a partial reference here to a magnet wheel as an embodiment is in no way restrictive, but is to be understood as an example to explain a general principle.
  • a measure of the current rotational speed can be derived as rotary measuring information, particularly from a time interval between successive messages - if the geometry of the rotary measuring body is known.
  • the data protocol for the signal processing device is an AK protocol or a data protocol based on the AK protocol.
  • a protocol in the form of an AK protocol is preferred, in particular in version 4.0 according to the "Requirement Specifications for Standardized Interface for Wheel Speed Sensors with Additional Information 'AK protocol'.
  • the AK protocol can represent a generic master-slave protocol.
  • the measuring features are arranged along a circular path and/or equidistantly on the rotary measuring body.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a rotation measuring device according to one aspect of the invention
  • Fig. 2 shows a perspective view of a rotation measuring device according to one aspect of the invention
  • Fig. 3 shows a perspective view of a rotary measuring body designed as a crown wheel
  • Fig.4A shows a schematic representation of a measuring body and a rotation measuring sensor
  • Fig. 4B shows an internal voltage in a rotary measuring sensor when detecting measurement features
  • Fig. 5 shows a graph illustrating an internal voltage and an output signal of a rotation sensor
  • Fig. 6 shows a graph with a representation of measured periods of pole teeth and pole valleys
  • Fig. 7 shows a graph showing relative periods of pole teeth and pole valleys
  • Fig. 8 shows a graph with a representation of measured periods during acceleration of the measuring body
  • Fig. 9 shows a graph with a representation of determined frequencies of the measurement features during acceleration of the measuring body
  • Fig. 10 shows a graph with a representation of periods stored in a memory during an acceleration of the measuring body
  • Fig. 11 shows a graph showing relative errors for periods stored in a memory
  • Fig. 12 shows a graph showing a cluster of period information of pole teeth and pole valleys
  • Fig. 13 shows a graph showing a correlation between detected periods and periods stored in the memory
  • Fig. 14 shows a graph with a representation of a cluster of period factors of pole teeth or pole valleys
  • Fig. 15 shows a graph showing a correlation of period information of pole teeth
  • Fig. 16 shows a flow chart of a method for measuring rotation of a rotating part of a vehicle
  • Fig. 17 shows a schematically illustrated preferred embodiment of a vehicle according to an aspect of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematically illustrated embodiment of a rotation measuring system 300 with a rotation measuring device 200.
  • the rotation measuring device 200 has a rotation measuring sensor 220 and a rotary measuring body 240.
  • the rotation measuring sensor 220 here has a measured value pickup 221, which is optionally designed as a Hall sensor 222.
  • the Hall sensor 222 can be aligned with the rotary measuring body 240, for example a magnet wheel.
  • the rotary measuring body 240 is connected in a rotationally rigid manner to a rotating part 1100, for example a wheel 540 of a vehicle 1000, in order to detect its rotational movement R.
  • the known mode of operation of a Hall sensor 222 is described in simplified form in such a way that, depending on the presence of a measuring feature 250 in the measuring field of the Hall sensor 222, an induced measuring voltage is provided as an internal sensor output signal 200b by the Hall sensor 222.
  • the sensor 221 can, for example, be an optical or magnetic sensor as an alternative to the Hall sensor. Alternatively, another measuring method can also be used.
  • the measuring features 250 move past the rotary measuring sensor 220. This results in an interaction WW between the rotary measuring sensor 220 and the measuring features 250, which can be detected by the rotary measuring sensor 220.
  • a pole head 256 rotates on a pole wheel, as a preferred embodiment of the rotary measuring body, past the rotary measuring sensor 220, a higher measuring voltage is provided than when a pole valley 258 moves past the rotary measuring sensor 220, although this assignment may also differ, for example depending on the orientation of the Hall sensor 222.
  • Other properties, mainly of the sensor, may also be taken into account, for example, in particular a selection of the Hall elements of the Hall sensor 222.
  • a pole head 256 and a subsequent pole valley 258 together form a head-valley pairing 254.
  • a pole head-pole valley pairing 254 forms a measurement feature 250.
  • the time interval required for the measurement feature to pass the rotation sensor 220 corresponds to the period of the measurement feature.
  • a different assignment is possible, for example in that a pair of pole flanks 259 forms a measurement feature 250.
  • a measurement feature 250 would result within a head-valley pairing 254, which has at least two pole flanks 259.
  • a pole head 256 or a pole valley 258 can also be used as the measurement feature 250.
  • the rotation measuring device 200 further comprises an electronic signal processing device 260.
  • the signal processing device 260 can be integrated in the rotation measuring sensor 220 and connected to the measured value sensor 221.
  • the signal processing device 260 can also be formed in other electronic components.
  • the signal processing device 260 can be formed, for example, as a hardware or software module in a higher-level, in particular central, electronic control device 700, for example a vehicle control unit ECU.
  • the signal processing unit 260 has an output signal 260a that can be output to an electronic control device 700.
  • the signal processing unit 260 can further comprise a comparison unit 262 and optionally a memory 261.
  • the comparison unit 262 and the memory 261 can also be implemented outside or independently of the signal processing unit 260.
  • the memory 261 serves to store previously recorded period information of at least one measurement feature. This can optionally be period information of at least one measurement feature recorded by means of a learning process.
  • the comparison unit 262 serves to compare the period information recorded and stored in the memory 261 in advance with current period information of the measurement features in order to record changes, in particular deviations, inaccuracies and/or damage, with regard to the at least one measurement feature and/or the rotary measuring body.
  • the Hall sensor 222 has an internal output signal 220b, which represents an output signal of the Hall sensor 222, which is arranged in the rotation measuring sensor 220.
  • the rotation measuring sensor 220 in turn has an output signal 220a.
  • the rotary measuring device 200 further comprises a rotary measuring body 240, which is shown here only in part and in a rolled-out state, in which the - actually circular arc-shaped course - of alternating pole heads 256 and pole valleys 258 is shown here running straight.
  • the rotary measuring body 240 can be designed as a pole wheel 242 with a plurality of measuring features 250, wherein the measuring features 250 are each designed as a head-valley pairing 254.
  • One pole head 256 and an adjacent pole valley 258 together form a head-valley pairing 254.
  • Fig. 2 shows a perspective view of a rotary measuring device 200 according to the second aspect of the invention.
  • the rotary measuring body 240 is designed as a magnet wheel 242 in the form of a spur gear 244, which has a plurality of measuring features 250, which are designed as a head-valley pairing 254 and are arranged equidistantly along a circular path 248 on the magnet wheel 242.
  • the rotary measuring body 240 is in particular connected in a rotationally rigid manner to a rotating part 1100 (not shown here) in order to measure a rotational movement R of the rotary measuring body 240 - and thus of the rotating part 1100.
  • a pole wheel 242 in the sense of the invention comprises any body with a particularly rotationally symmetrical base body and a number of geometric features which vary the distance to a rotation measuring sensor 220 in relation to the rotational movement R. For the purpose of measurement, it is particularly sufficient if a pole head is rectangular.
  • the rotation measuring sensor 220 comprises a measuring sensor 221 in the form of a Hall sensor 222. In the preferred embodiment shown here, the rotation measuring sensor 220 optionally comprises the signal processing device 260.
  • the measuring body can also be designed as a gear, e.g. of the transmission.
  • the gear can fulfill a primary function in the transmission and be used secondarily as a measuring body for measuring rotation.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a rotary measuring body designed as a crown wheel.
  • the measuring body 240 can also be designed as a crown wheel 246 with pole heads 256 formed in the axial direction.
  • Fig. 4A shows a schematic representation of a measuring body and a rotation measuring sensor
  • Fig. 4B shows an internal voltage in a rotation measuring sensor when detecting measurement features.
  • the rotation measuring sensor can assume different positions relative to the measuring body.
  • the relationship between the design of the measuring body 240 is shown, for example in the form of a pole wheel 242.
  • the pole wheel 242 has a plurality of pole head-pole valley pairings 254, each of which has a pole head 256 and a pole valley 258.
  • Hall sensors 222 are shown as rotation measuring sensors 220. Furthermore, an interaction WW between the Hall sensors 222 and the pole wheel 242 is shown. These interactions WW can represent the magnetic flux density of the Hall sensors 222, which interact with the pole head 256 and the pole valley 258. The interaction between the Hall sensor 222 and the pole head 256 can be different than that between the Hall sensor 222 and the pole valley. This is illustrated by the interaction lines WW. In the area of the pole heads 256, the magnetic flux lines are parallel or concentrated through the pole head, which leads to a higher magnetic flux density. In the area of the pole valleys 258, the magnetic flux lines are spaced apart or expanded (i.e. not grouped but separated from each other), which leads to a lower flux density. A medium magnetic flux density occurs at the pole flank because the Hall sensor 222 interacts with both the pole head 256 and the pole valley 258.
  • Fig. 4B shows a possible output signal 220b of a Hall sensor 222.
  • the output signal 220b can represent an output voltage of the Hall sensor 222 and is dependent on the position of the pole wheel with respect to a Hall sensor 222.
  • the internal output signal 220b of the Hall sensor In the area of the pole head 256, the internal output signal 220b of the Hall sensor is higher than an average value and can optionally be maximum here, and in the area of the pole valley 258, the internal output signal 220b of the Hall sensor 222 is smaller than an average value and can optionally be minimum.
  • the amount of the output signal 220b of the Hall sensor 222 can be greatest (maximum) in the area of the pole head 256 and smallest (minimal) in the area of the pole valley 258.
  • the magnitude of the output signal 220b of the Hall sensor 222 can correspond to the mean value.
  • the slope of the output signal 220b of the Hall sensor 222 can approach zero.
  • the slope of the output signal 220b of the Hall sensor can also approach zero.
  • the magnitude of the slope of the output signal 220b of the Hall sensor 222 can be maximum. In other words, the output voltage 220b of a Hall sensor 222 is maximum when the Hall sensor 220 is in the area of the pole head 256.
  • the output voltage 220b of the Hall sensor 222 is minimal.
  • the Y-axis shown in Fig. 4B can represent a relatively shifted axis.
  • the output signal 220b of a Hall sensor 222 results in a periodic signal depending on the pole head-pole valley pairing along the pole wheel. After one revolution of the pole wheel, an interaction between the Hall sensor 222 and a first pole head-pole valley pairing is then again detected.
  • a period of a measurement feature can be determined, for example in the form of a pole head-pole valley pairing 254.
  • the period of the output signal 220b of the Hall sensor 222 can be determined, for example, by detecting the relative zero crossings of the output signal 220b of the Hall sensor 222.
  • Fig. 5 shows a graph to illustrate an internal voltage and an output signal of a rotation measuring sensor.
  • Fig. 5 both the internal output voltage 220b of a Hall sensor 222 of Fig. 4A as part of the rotation measuring sensor 220 and an output signal 220a of the rotation measuring sensor 220 are shown.
  • the output signal 220b of a Hall sensor 222 can correspond to an output voltage of the Hall sensor 222. As shown in Fig.
  • the output voltage of the output signal 220b of the Hall sensor 222 is maximum and the slope of the output signal 220b approaches zero in the area of a pole head 256 and the output voltage of the output signal 220b of the Hall sensor 222 is minimum and the slope of the output signal 220b approaches zero in the area of a pole valley 258.
  • a (zero crossing) interval t represents the time period between two zero crossings of the output voltage 220b or two
  • the interval t1 represents a period of time during which the Hall sensor 222 passes the pole head 256 and a maximum voltage is present at the Hall sensor 222.
  • the interval t2 represents a period of time during which the Hall sensor 222 passes the pole valley 258 and a minimum voltage is present at the output of the Hall sensor 222.
  • the period T corresponds to a time interval Z between three consecutive zero crossings or two undershoots or overshoots of the limit value n, n+1, n+2.
  • the period T can be composed of the intervals t1 and t2.
  • the output signal 220a of the rotation measuring sensor can correspond to a data signal based on an AK protocol or another data protocol.
  • This data signal represents a data signal with multiple pulses.
  • the first (higher) pulse can, for example, signal a zero crossing.
  • the period of a pole head-pole valley pairing 254, i.e. a measurement feature 250 can also be determined based on the data signal of the rotation measuring sensor 220.
  • a rotation measuring sensor based on a Hall sensor 222 was described.
  • the rotation measuring sensor and the rotation measuring device can also be based on other measuring concepts such as an optical measuring concept, an electrical measuring concept or another magnetic measuring concept.
  • it must only be ensured that measurement features 250 of a rotary measuring body 240 can be recorded and that period information of the measurement features 250 can be evaluated in order to be able to draw conclusions about the functionality of the rotary measuring body 240. In particular, based on the period information, it should be determined whether there are any damages or irregularities in the measurement features 250 of the rotary measuring body 240.
  • the periods or period information for all or essentially all measurement features 250 of the rotary measuring body 240 can be determined.
  • errors F, damage or impairments of individual measurement characteristics 250 can be determined.
  • a wobble error FT occurs in particular when the rotary measuring body and/or the rotating part no longer rotate around a rotation axis, but have a different rotation axis.
  • a tooth error of the rotary measuring body or the pole wheel can occur if a pole head is damaged or missing or if a pole valley is at least partially filled.
  • Fig. 6 shows a graph for representing measured periods of pole teeth and pole valleys.
  • Fig. 6 shows period information PI for pole heads 256 and pole valleys 258 of a pole wheel 242. From Fig. 6, the period information PI and in particular the local periods TL for the pole heads 256 and for the pole valleys 258 can be represented.
  • the local periods TL then correspond to the periods of the pole heads 256 (i.e. the interval t1) and the periods of the pole valleys 258 (i.e. the interval t2).
  • the upper values of the measurement series represent the local period TL for the pole heads 256 and the lower values of the measurement series represent the local periods for the pole valleys 258.
  • a pole wheel 242 is assumed with a pole head-pole valley pairing distribution of 40% pole head 256 and 60% pole valley 258.
  • Fig. 7 shows a graph with a representation of relative periods of pole teeth and pole valleys.
  • Fig. 7 shows a representation of period information PI related to a number N of periods T.
  • Fig. 7 shows the local relative periods TLR.
  • the relative periods of the measurement feature correspond to a coefficient between the measured period of the measurement feature and the actual period, which results from the current rotational speed.
  • the periods of the respective measurement features 250 recorded during one revolution of the measuring body can be averaged and the actual period can then be determined from this according to the current rotational speed.
  • the actual period can correspond to an averaged period of a measurement feature.
  • the relative period can therefore be the coefficient or represent the ratio of the period recorded for a measurement characteristic and the averaged period (actual period).
  • the relative period can thus represent a deviation of a period of a measurement characteristic from the expected averaged period.
  • the relative period can represent a standardized and speed-independent value.
  • the relative period for a measurement characteristic stored in the table (memory 261) and the currently determined relative period for the same measurement characteristic can therefore be compared. If the comparison using the comparison unit 262 results in a deviation, this can indicate a change in the measurement characteristic.
  • the determined position information PI can then be stored in the memory 261 in order to subsequently be used for comparison with current period information PI by means of the comparison unit.
  • the period information PI for all measurement features 250 e.g. pole head-pole valley pairings 254
  • Fig. 8 shows a graph with a representation of measured periods when the measuring body is accelerated.
  • period information PI in particular local periods
  • N the period of the respective pole head-pole valley pairings 254 decreases during acceleration.
  • Fig. 8 also shows that even when the rotary measuring body 240 is accelerated, the period information (upper measurement series) for a pole head 256 can be distinguished from the period information (lower measurement series) for a pole valley 258. Due to the distortion of the period information due to the acceleration, the values from Fig.
  • Fig. 9 shows a graph with a representation of determined frequencies of the measurement characteristics when the measuring body is accelerated.
  • frequencies FR of the respective pole head-pole valley pairing are shown.
  • the frequency values represent the reciprocal values of the periods.
  • the frequencies FRK of the pole heads 256 and the frequencies FRT of the pole valleys 258 are shown.
  • the period information associated with the pole head 256 can be distinguished from the period information associated with the pole valley 258.
  • the averaged values are also shown using a straight line FRKL for the frequencies FRKL of the pole heads 256 and a straight line FRTL for the frequencies FRT of the pole valleys 258.
  • the frequencies of the period information from Fig. 8 are shown.
  • the straight lines FRKL, FRTL with an offset and a gradient can be determined from the frequency values of the respective periods. These can be used to compensate for the acceleration of the vehicle speed or the rotation of the rotating part 1100.
  • Linear regression can be performed based on all frequencies (i.e. the frequencies of the pole heads and the frequencies of the pole valleys). Linear regression can be formed based on averaged values of the frequencies, i.e. linear regression is formed based on local averaged frequencies. The local averaged frequencies can be used to calculate the local frequencies. Based on a determined frequency compensation function, the local frequencies of all measurement features can be determined. A local period can be determined from a local frequency.
  • the linear regression can be carried out separately for the periods of the pole heads and for the pole valleys.
  • the different sizes of the periods (e.g. pole head 40% and pole valley 60%) of a pole head-pole valley pairing relative to the size of the pole wheel must be taken into account. This can be done by a suitable weighting. For example, each coefficient can be multiplied by the relative size of the pole head or pole valley.
  • the weighted coefficients of the linear regression for the pole heads and for the pole valleys can be combined to obtain a relative period weighting coefficient PWKS. If the weighted coefficients If the linear regression coefficients for the polar heads and for the polar valleys are treated separately, then relative period weighting coefficients can be obtained.
  • Fig. 10 shows a graph with a representation of periods stored in a memory during an acceleration of the measuring body.
  • Fig. 10 shows a comparison of the relative periods that have been determined from different calculation methods during an acceleration.
  • the acceleration is at least partially constant.
  • various period information PI is shown for the pole heads and the pole valleys, which were recorded during an acceleration of the rotating part 1100.
  • This period information PI can be stored in the memory 261.
  • the period information contains relative local periods TLR and relative period weighting coefficient sums PWKS.
  • Fig. 11 shows a graph showing relative errors in stored periods.
  • Fig. 11 shows the relative errors for different methods for determining the period information.
  • Fig. 11 shows the error when using local values PFL of the period information.
  • the errors are approximately 5%.
  • period information PMR based on mean values is shown, which has an error of between 0.9% and 0.2%.
  • the periods can have a hyperbolic behavior, so that the changes become smaller with increasing speed, which also leads to a reduction in errors.
  • the data can be compared with the actual measurement characteristics in order to obtain an association between the measurement characteristics and the stored period information. This is described below.
  • Fig. 12 shows a graph with a representation of a cluster of period information of pole teeth and pole valleys.
  • Fig. 12 shows the stored period factors PF and the determined relative periods TR for the pole heads (top row) and for the pole valleys (bottom row).
  • a phase shift PV can exist between the values of the period factors PF and the relative periods TR.
  • Fig. 12 shows an example of a phase shift PV.
  • the phase shift PV means that the period factors cannot be directly compared with the stored relative periods TR. First, an offset or the phase shift PV should be determined.
  • Fig. 13 shows a graph showing a correlation between recorded periods and periods stored in memory (e.g. a table memory).
  • a correlation between the measured period factors PF and the stored relative periods TR is determined. This can be done by calculating the square of the determination coefficient, which can be between 0 and +1, where 0 indicates no linear dependence and +1 indicates an exact match.
  • the determination coefficient is essentially 0.96 but at exactly one point 1 , i.e. there appears to be an exact match between a determined relative period and a stored pole factor PF. However, since the difference is only 0.04, it is possible that this was caused by noise, for example.
  • Fig. 14 shows a graph with a representation of a cluster of period factors of pole teeth and pole valleys.
  • the pole head-pole valley pairings can be evenly distributed over the circumference of the pole wheel 242. This also means that the ratio between the width of the pole heads and the pole valleys is even as long as there are no errors. This can be advantageous with regard to the effects of random deviations such as noise.
  • Fig. 14 shows a comparison of the measured period factors PFM with the period factors for the pole heads and for the pole valleys. As expected, two clusters result, namely pole heads at the bottom left and pole valleys at the top right. This makes it possible to determine for each measurement and for each entry in the memory 261 whether this is a pole head or a pole valley.
  • the pole valleys can, for example, be one and a half times as wide as the pole heads. This results in two separate accumulation points of the periods forming.
  • Fig. 15 shows a graph with a representation of a correlation of period information of pole teeth. While in Fig. 12 the determination coefficients for pole heads and pole valleys have been determined, in Fig. 15 only the determination coefficients for the pole heads are determined. As can be seen in Fig. 15, this results in a more precise correlation, namely a correlation of 1, and for the other cases a correlation coefficient of less than 0.1 (compared to 0.96) results. Fig. 15 thus makes it clear that a clearer result is obtained when the pole head periods and pole valley periods are processed separately.
  • Fig. 16 shows a flow chart of a method for measuring the rotation of a rotating part of a vehicle.
  • a rotation measurement of a rotating part 1100 of a vehicle 1000 is carried out by means of a rotation measuring device 200, which has a rotary measuring body 240, which has a plurality of measuring features 250 along a circular path 248 of the measuring body 250 and can be fastened to the rotating part 1100 in a rotationally fixed manner and has a rotation measuring sensor 220.
  • step S1 at least one of the measuring features 250 is detected during a rotational movement R of the rotary measuring body 240 by interaction WW of the at least one measuring feature 250 with the rotation measuring sensor 220.
  • an output takes place an output signal (220a) on the basis of the detected interactions (WW).
  • step S3 at least one period information TI of at least one measurement feature 250 is detected based on an output signal 220a of the rotation measuring sensor 220, wherein the at least one period information TI is based on a time interval Z that the at least one measurement feature 250 requires to pass the rotation measuring sensor 220 during the rotational movement R.
  • step S4 period information TI of at least one measurement feature 250 detected by means of a learning process is pre-stored in a memory 261.
  • step S5 period information TI pre-stored in the memory 261 is compared with period information TI of current measurement features 250 in order to detect deviations, inaccuracies and/or damage to the at least one measurement feature 250.
  • the above rotation measurement sequence can optionally be carried out twice.
  • a first teach-in process can be carried out to fill the memory 261 (e.g. a magnet wheel table) with values. No comparison takes place in this process step.
  • the memory 261 is initially only filled with data.
  • This step can then be repeated continuously during operation in order to determine the current comparison data and carry out the comparison.
  • the measured value can optionally be standardized to the relative period or period factor.
  • period information can be stored, for example, as the period factors.
  • the period information acquired during operation can represent relative periods. But both period information can be based on the same mathematical construct, and can be generated at different times.
  • Fig. 17 shows a highly schematic view of a vehicle 1000 with a rotation measuring system 300 with a number of four rotation measuring devices 200 according to the second aspect of the invention.
  • the vehicle 1000 can, as shown here, be designed as a passenger car 1002. In other embodiments, the vehicle 1000 can be designed differently, for example as a commercial vehicle 1004.
  • the vehicle has two axles 530, namely a front axle 532 and a rear axle 534.
  • the rear axle 534 is driven by a drive 1102 via a drive shaft 1104 and a differential 1106.
  • Two wheels 540 are attached to each axle 530.
  • a first wheel 540.1 with a first rotation measuring device 200.1 and a second wheel 540.2 with a second rotation measuring device 200.2 are arranged on the front axle 532, and a third wheel 540.3 with a third rotation measuring device 200.3 and a fourth wheel 540.4 with a fourth rotation measuring device 200.4 are arranged on the rear axle 534.
  • the respective wheel 540 thus represents the rotating part 1100 for the associated rotation measuring device 200.
  • the first rotation measuring device 200.1 is connected to an electronic control device 700 in the form of a vehicle control unit 702 by means of a first rotation measuring signal line 710.1.
  • the remaining rotation measuring devices 200.2, 200.3, 200.4 are each connected to the electronic control device 700 via a rotation measuring signal line 710.2, 710.3, 710.4.
  • the rotary measuring system has an electronic control unit (ECU) which is implemented in a particularly advantageous manner within the framework of a computing and data processing device.
  • the signal processing device and/or the electronic control unit (ECU) can advantageously be a microcontroller; for example, an ASIC component (application-specific integrated circuit, ASIC, also custom chip).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmesseinrichtung (200) und ein Verfahren zur Drehmessung eines rotierenden Teils (1100) eines Fahrzeuges (1000) mittels der Drehmesseinrichtung (200). Dabei ist eine Signalverarbeitungsvorrichtung (260) vorgesehen, die dazu ausgestaltet ist, mindestens eine Periodeninformation (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) basierend auf einem Ausgangssignal (220a) des Drehmesssensor (220) zu erfassen, wobei die mindestens eine Periodeninformation (TI) auf einem Zeitintervall (Z) basiert, das das mindestens eine Messmerkmal (250) benötigt, um den Drehmesssensor (220) während der Drehbewegung (R) zu passieren, - einen Speicher (261), der dazu ausgestaltet ist, vorab erfasste Periodeninformationen (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) zu speichern, und - eine Vergleichseinheit (262), die dazu ausgestaltet ist, in dem Speicher (261) vorab gespeicherte Periodeninformationen (TI) mit aktuellen Periodeninformationen (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) zu vergleichen, um Änderungen des mindestens einen Messmerkmals (250) und/oder des rotativen Maßkörpers (240) zu erfassen.

Description

Drehmesseinrichtung, Drehmesssystem, Fahrzeug und Verfahren zur Drehmessung eines rotierenden Teils eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmesseinrichtung, ein Drehmesssystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Drehmessung eines rotierenden Teils eines Fahrzeugs.
Eine Erfassung einer Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl eines rotierenden Teils eines Fahrzeugs erfolgt mittels einer Drehmesseinrichtung zur Messung einer Drehung eines rotierenden Teils. Die Drehmessvorrichtung kann einen Drehmesssensor und einen rotativen Maßkörper aufweisen, der eine Mehrzahl von Messmerkmalen umfasst. Die Messergebnisse der Drehmesseinrichtung können in einer Signalverarbeitungsvorrichtung ausgewertet werden.
Ein Messmerkmal kann je nach Bauart des rotativen Maßkörpers auf unterschiedliche Art ausgebildet sein. Der rotative Maßkörper kann beispielsweise eine geometrische, optische oder magnetische Maßverkörperung in Form von Messmerkmalen aufweisen.
Solche Drehmesseinrichtungen sind allgemein bekannt, insbesondere im Bereich von Maschinen und Fahrzeugen. Mittels einer Drehmesseinrichtung kann eine Drehrichtung, Drehgeschwindigkeit und weitere bewegungs- und/oder positionsbezogene Parameter eines rotierenden Teils, wie z.B. einer Welle oder eines Rads, bestimmt werden. Für eine Drehmesseinrichtung sind unterschiedlichste Drehmesssensoren bekannt, deren Sensorprinzip auf jeweils unterschiedlichem Messprinzip beruht, beispielsweise einem magnetischen, optischen oder induktiven Messprinzip. Bei einem magnetischen Messprinzip kann insbesondere mittels eines Hall-Sensors eine Spannungsänderung ausgegeben werden, die charakteristisch für eine momentane Lage eines Maßkörpers relativ zum Hall-Sensor ist. Ein Hall-Sensor ermöglicht vorteilhaft eine zuverlässige Positionsbestimmung unabhängig von der Drehzahl, insbesondere auch, wenn das rotierende Teil steht oder relativ langsam dreht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Drehmesseinrichtung, ein Dreh messsystem und Verfahren zur Drehmessung eines rotierenden Teils eines Fahrzeugs vorzusehen, die eine verringerte Fehleranfälligkeit aufweisen. Die Aufgabe wird durch eine Drehmesseinrichtung des Anspruchs 1, durch ein Drehmesssystem nach Anspruch 9, durch ein Fahrzeug nach Anspruch 10 und durch ein Verfahren zur Drehmessung eines rotierenden Teils gemäß Anspruch 11 gelöst.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Drehmesseinrichtung für ein rotierendes Teil, bevorzugt für ein Fahrzeug, besonders bevorzugt für eine Welle oder ein Rad eines Fahrzeugs, gelöst. Die Drehmesseinrichtung weist erfindungsgemäß auf: einen rotativen Maßkörper, der eine Mehrzahl von Messmerkmalen entlang einer Kreisbahn des rotativen Maßkörpers aufweist und drehfest mit dem rotierenden Teil befestig bar ist, einen Drehmesssensor, der dazu ausgestaltet ist, mindestens eines der Messmerkmale während einer Drehbewegung des rotativen Maßkörpers durch Wechselwirkung des mindestens einen Messmerkmals mit dem Dreh messsensor zu erfassen und ein Ausgangssignals auf der Basis der erfassten Wechselwirkungen auszugeben, und eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, mindestens eine Periodeninformation mindestens eines Messmerkmals basierend auf einem Ausgangssignal des Drehmesssensor zu erfassen, wobei die mindestens eine Periodeninformation auf einem Zeitintervall basiert, das das mindestens eine Messmerkmal benötigt, um den Drehmesssensor während der Drehbewegung zu passieren, einen Speicher, der dazu ausgestaltet ist, vorab erfasste Periodeninformationen mindestens eines Messmerkmals zu speichern, insbesondere mittels eines Einlern- Vorgangs erfasste Periodeninformationen mindestens eines Messmerkmals zu speichern, und eine Vergleichseinheit, die dazu ausgestaltet ist, in dem Speicher die vorab erfassten und gespeicherten Periodeninformationen mit aktuellen Periodeninformationen der Messmerkmale zu vergleichen, um Änderungen, insbesondere Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen, bezüglich des mindestens einen Messmerkmals und/oder des rotativen Maßkörpers zu erfassen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe also kurz gesagt durch eine Drehmesseinrichtung mit einem Drehmesssensor, einem rotativen Maßkörper, einer Signalverarbeitungsvorrichtung, einem Speicher und einer Vergleichseinheit gelöst. Der Drehmesssensor dient der Erfassung von Messmerkmalen des rotativen Maßkörper, wenn die Messmerkmale des Maßkörpers aufgrund der Drehbewegung des Maßkörpers den Drehmesssensor passiert. Hierbei kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen einem Messmerkmal und dem Drehmesssensor. Diese Wechselwirkung oder eine von der Wechselwirkung angeleitete Information wird durch das Ausgangssignal des Drehmesssensors ausgegeben.
Die Signalverarbeitungsvorrichtung erfasst Periodeninformationen mindestens eines Messmerkmals basierend auf dem Ausgangssignal des Drehmesssensors. Die mindestens eine Periodeninformation basiert auf einem Zeitintervall, welches das mindestens eine Messmerkmal benötigt, um den Drehmesssensor während der Drehbewegung zu passieren. Ferner ist ein Speicher, insbesondere ein Tabellenspeicher, vorgesehen, in welchem vorab (z.B. mittels eines Einlern-Vorgangs) erfasste Periodeninformationen des mindestens einen Messmerkmals gespeichert sind. Ferner ist eine Vergleichseinheit vorgesehen, die in dem Speicher vorab gespeicherte Periodeninformationen mit aktuellen Periodeninformationen von Messmerkmalen vergleicht, um Änderungen, insbesondere Fehler, Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen des mindestens einen Messmerkmals und/oder des rotativen Maßkörpers zu erfassen.
Optional können die vorab in dem Speicher gespeicherten Periodeninformationen der Messmerkmale des Maßkörpers bei einem Einlern-Vorgang erfasst werden und in dem Speicher abgelegt werden. Somit kann ein Kalibriervorgang durchgeführt werden. Anschließend können dann die aktuell erfassten Periodeninformationen der jeweiligen Messmerkmale mit den vorab gespeicherten Periodeninformationen verglichen werden. Wenn es zu einer Änderung oder Abweichung der jeweiligen aktuellen Periodeninformationen kommt, dann ist dies ein Hinweis dafür, dass ein Fehler oder eine Abweichung beim Messmerkmal und/oder beim Maßkörper vorhanden ist. Je nach Ausmaß der Abweichung kann dann optional der Maßkörper ausgetauscht werden oder ein Ein- lern-Vorgang kann erneut durchgeführt werden, so dass der derzeitige Zustand des Maßkörpers als neuer Vergleichs- bzw. Kalibrierzustand ausgewählt wird. Dies ist vorteilhaft, weil damit erreicht werden kann, dass ein Fehler in oder an dem Maßkörper nicht zu einem Fehler bei der Erfassung der Drehbewegung des rotierenden Teils führt. Vielmehr können vorhandene Fehler kompensiert werden.
Durch den Vergleich der Periodeninformationen der jeweiligen Messmerkmale des Maßkörpers mit den vorab gespeicherten Periodeninformationen kann ein lokaler Ver- gleich der jeweiligen Periodeninformationen durchgeführt werden, so dass damit auch eine lokale Erfassung von Fehlern, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen erfolgen kann. Durch die lokalisierte Erfassung von Schäden in oder an dem Maßkörper können diese Fehler auch - in einer nachfolgenden Signalverarbeitung - lokalisiert und kompensiert werden, so dass eine Kompensation des Fehlers nicht zu einer Fehlinterpretation von anderen Messmerkmalen des Maßkörpers führt, die nicht von der Beschädigung oder Beeinträchtigung betroffen sind.
Durch die Erfassung und ggf. Kompensierung der Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen der Messmerkmale des Maßkörpers kann die Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl des rotierenden Teils, an welchen der Maßkörper drehfest gekoppelt ist, exakt bestimmt werden. Ferner können Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen an dem Maßkörper für die weitere Erfassung der Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit kompensiert werden.
Durch die ortsaufgelöste Erfassung der Periodeninformationen der Messmerkmale kann eine Erfassung der Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen ortsabhängig verbessert werden.
Unter Änderungen bezüglich des mindestens einen Messmerkmals und/oder des rotati- ven Maßkörpers ist allgemein zu verstehen, dass Fehler, Abweichungen, Beschädigungen und/oder Ungenauigkeiten in den Messmerkmalen und/oder dem Maßkörper vorhanden sind. Derartige Fehler können zum Beispiel einen Taumelfehler darstellen, der vorliegt, wenn der rotative Maßkörper und/oder das rotierende Teil nicht mehr um eine Rotationsachse drehen, sondern eine abweichende Rotationsachse aufweisen. Des Weiteren können zum Beispiel Zahnfehler vorhanden sein, bei welchen ein Polkopf fehlt oder beschädigt ist oder bei welchen ein Poltal zumindest teilweise verstopft ist. Des Weiteren kann zum Beispiel ein Periodenfehler vorhanden sein, welcher durch eine ungleichmäßige Anordnung der Polköpfe oder Poltäler an dem Polrad hervorgerufen wird.
Während beim im Stand der Technik verwendeten Verfahren die Ausgangssignale des Drehmesssensors gefiltert werden mussten, um Abweichungen zu kompensieren, ist eine derartige Filterung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr notwendig, so dass der Verarbeitungsaufwand reduziert wird. Ferner kann eine aufgrund der Filterung erzeugte Verzögerung vermieden werden. Des Weiteren können auch durch Feh- ler oder Abweichungen des Messmerkmals verursachte Messabweichungen detailliert untersucht werden.
Durch die Vorabspeicherung von Periodeninformationen der jeweiligen Messmerkmale in dem Speicher und durch den anschließenden Vergleich der gespeicherten Periodeninformationen mit aktuell erfassten Periodeninformationen kann der Verarbeitungsaufwand reduziert werden.
Durch den Vergleich der gespeicherten Perioden der Messmerkmale mit den aktuellen Perioden der Messmerkmale kann eine ortsaufgelöste Erfassung von Ungenauigkeiten oder Beschädigungen erfolgen. Bei der Erfassung der Perioden bzw. bei dem Vergleich der erfassten Perioden mit in dem Speicher gespeicherten Perioden sollte darauf geachtet werden, dass die beiden Messungen bei unterschiedlicher Drehzahl erfolgt sein können, was vor dem Vergleich kompensiert werden sollte.
Anhand der Perioden der Messmerkmale kann eine (lokale) Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl eines Maßkörpers ermittelt werden. Eine Abweichung dieser „lokalen“ Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl kann ein Hinweis für eine Beschädigung oder Abweichung des Maßkörpers und insbesondere des Messmerkmals darstellen. Damit können lokale und plausible Drehgeschwindigkeiten oder Drehzahlen aufgrund von lokalen Schäden des Maßkörpers effektiv erfasst werden. Wenn anschließend ein erneuter Einlern-Vorgang durchgeführt wird und die jeweiligen Perioden der Messmerkmale in dem Speicher abgelegt werden, dann können die Auswirkungen derartiger Ungenauigkeiten oder Schäden kompensiert werden. Mit anderen Worten, eine lokale Ungenauigkeit bei der Periode, der Drehgeschwindigkeit oder der Drehzahl wird im nachfolgenden Verfahren nicht mehr als Abweichung oder Beschädigung angesehen, so dass diese Abweichung ignoriert werden kann.
Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen in oder an dem Maßkörper können in einer nachfolgenden Signalverarbeitung aufbereitet werden.
Die Periodeninformationen können auf dem Zeitintervall oder der Zeitdauer der Interaktion zwischen dem Drehmesssensor und einem Messmerkmal beruhen. Mit anderen Worten, die Zeitdauer einer Wechselwirkung zwischen dem Messmerkmal und dem Drehmesssensor wird bestimmt. Basierend auf der Zeitdauer (d.h. der Periode) können Periodeninformationen bestimmt werden. Die ermittelten Periodeninformationen bilden die Grundlage für die Auswertung der Messmerkmale, also die Überprüfung, ob es Hinweise auf eine Beschädigung oder Beeinträchtigung von Messmerkmalen gibt.
Die Periodeninformationen der Messmerkmale können Perioden der Messmerkmale darstellen, die den Zeitintervallen einer Wechselwirkung zwischen einem Messmerkmal und dem Drehmesssensor entsprechen. Wenn das Messmerkmal als Polkopf-Poltal- Paarung eines Polrades ausgestaltet ist, dann entspricht die Periode des Messmerkmals dem Zeitintervall der Wechselwirkung des Polkopfes und des Poltals mit dem Drehmesssensor. Die Periode oder die Periodeninformationen können auch aus dem Ausgangssignal des Drehmesssensor ermittelt werden. Die Periode des Messmerkmals kann dann der Periode des Ausgangssignals entsprechen. Da die Polkopf-Poltal- Paarung wiederkehrend auf einem Maßkörper (z.B. Polrad) angeordnet ist, wird auch das Ausgangssignal des Drehmesssensors ein wiederkehrendes Ausgangssignal aufweisen. Das Ausgangssignal kann optional ein Ausgangssignal (Spannungssignal) eines Hall-Sensor oder ein Signal gemäß dem AK-Protokoll oder einem anderen Protokoll darstellen. Die Periode des Messmerkmals kann demnach der Periode des Drehmesssensors-Signals entsprechen. Die Periode des Messmerkmals kann somit anhand der Ausgangssignale des Drehmesssensors bestimmt werden.
Ein Polrad gemäß der Erfindung kann jeglichen Körper mit insbesondere rotationssymmetrischem Grundkörper und einer Anzahl von geometrischen Merkmalen aufweisen, welche den Abstand zu einem Drehmesssensor in Bezug auf die Drehbewegung variieren. Das Polrad weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Polköpfen und Poltälern auf, welche als Polkopf-Poltal-Paar angesehen werden können. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Polkopf-Poltal-Paarungen nacheinander auf dem Umfang des Polrades angeordnet, so dass abwechselnd ein Polkopf und ein Poltal vorgesehen sein können. Die Ausgestaltung der Polköpfe und/oder der Poltäler kann rechteckig ausgestaltet sein. Alternativ dazu kann auch eine andere Ausgestaltung wie beispielsweise eine sinusförmige Ausgestaltung möglich sein. Bevorzugt kann jedoch die rechteckige Ausgestaltung der Polköpfe und Poltäler sein, weil damit eine bessere Erfassung durch den Drehmesssensor erfolgen kann. Vorzugsweise ist ein Messmerkmal als eine Polkopf-Poltal- Paarung ausgestaltet. Alternativ dazu kann ein Messmerkmal auch aus einer Mehrzahl von Polkopf-Poltal-Paarungen ausgestaltet sein. Ferner kann ein Messmerkmal auch lediglich durch einen Polkopf oder durch ein Poltal ausgestaltet sein. Optional kann die Breite aller Polköpfe als auch die Breite aller Poltäler entlang des Umfangs des Polrades gleich sein. Alternativ dazu können auch einzelne oder mehrere Polköpfe und/oder Poltäler eine Breite aufweisen, welche von der Standardbreite abweicht. Dies kann vorteilhaft sein, um eine Korrelation zwischen der Position der Polköpfe / Poltäler sowie dem Ausgangssignal des Drehmesssensors zu erreichen. Wenn beispielsweise eine der Polkopf-Poltal-Paarungen anders ausgestaltet ist, dann wird sich dies in dem Ausgangssignal des Drehmesssensors widerspiegeln, so dass eine Zuordnung der Polköpfe / Poltäler mit den Ausgangssignalen des Drehmesssensors ermöglicht wird.
Der Maßkörper kann als dedizierter Körper oder Einheit (z.B. ein Polrad) zur Drehmessung ausgestaltet sein. Alternativ dazu kann eine bereits in einer anderen Funktion dienende Einheit (z.B. ein Zahnrad eines Getriebes) als Maßkörper zur Drehmessung verwendet werden.
Mit der vorgeschlagenen Drehmesseinrichtung können Änderungen, Fehler oder Abweichungen des rotativen Maßkörpers und/oder eines der Messmerkmale erfasst und ausgeglichen werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Drehmesseinrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen, welche die Drehmesseinrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung weiterbilden im Rahmen der Aufgabenstellung und hinsichtlich weiterer Vorteile, was nachfolgend näher erläutert wird.
Die Drehmesseinrichtung kann als Ausgangssignal ein Datensignal mit einem Datenprotokoll, insbesondere einem AK-Datenprotokoll, ausgeben.
Die Periodeninformationen können einer Periode eines Messmerkmals entsprechen, das einem Zeitintervall gleicht, das das mindestens eine Messmerkmal benötigt, um den Drehmesssensor während der Drehbewegung zu passieren.
Die Periodeninformationen können einer relativen Periode des Messmerkmals entsprechen, die sich aus einem Koeffizienten zwischen der gemessenen Periode des Messmerkmals und der tatsächlichen Periode ergibt. Damit kann die relative Periode, die von der tatsächlichen Drehzahl unabhängigen Periodeninformationen darstellen. Die tatsächliche Periode kann anhand von anderen Messdaten in dem Fahrzeug ermittelt werden. Die bei einer Umdrehung des Maßkörpers erfassten Perioden der jeweiligen Messmerkmale können gemittelt werden und können dann die tatsächliche Periode darstellen. Mit anderen Worten, die tatsächliche Periode kann einer gemittelten Periode eines Messmerkmals entsprechen. Wenn alle Messmerkmale fehlerfrei und ohne Beeinträchtigungen sind, dann sollten die Perioden aller Messmerkmale gleich groß sein. Die relative Periode kann demnach den Koeffizienten oder das Verhältnis aus der für ein Messmerkmal erfassten Periode und der gemittelten Periode (tatsächliche Periode) darstellen. Insbesondere stellt die relative Periode eine Drehzahl unabhängige Periodeninformation dar.
Der Einlern-Vorgang für das Speichern von Periodeninformationen in dem Speicher kann bei einer konstanten Geschwindigkeit der Welle oder des Rades erfolgen.
Der rotative Maßkörper kann als Polrad ausgebildet sein und ein Messmerkmal kann einer Paarung aus einem Polkopf und einem Poltal entsprechen. Die Periode des Messmerkmals entspricht somit der Periode der Polkopf-Poltal-Paarung.
Das Messmerkmal kann eine Polkopf-Poltal-Paarung mit einem Verhältnis von 30% bis 60%, insbesondere 40%, Polkopf und 40% bis 70%, insbesondere 60%, Poltal aufweisen. Vorzugsweise haben alle Polköpfe die gleiche Breite. Vorzugsweise haben alle Poltäler die gleiche Breite. Die Aufteilung der Messmerkmale in Polköpfe und Poltäler ist vorteilhaft, da somit eine getrennte Analyse der Periodeninformationen der Polköpfe und der Poltäler ermöglicht wird. Die ist ferner vorteilhaft, wenn die Periodeninformationen der gemessenen Messmerkmale mit den gespeicherten Periodeninformationen abgeglichen werden sollen.
Wenn das Erfassen der Messmerkmale durch den Drehmesssensor mit zeitlichen Informationen verknüpft wird, dann lassen sich anhand der Messergebnisse des Drehmesssensors Rückschlüsse auf die Drehgeschwindigkeit, Drehrichtung etc. des Maßkörpers ziehen.
Zur Auswertung der Periodeninformationen können die Periodeninformationen für die Polköpfe und die Periodeninformationen für die Poltäler getrennt ausgewertet werden. Eine Abweichung oder ein Fehler des Maßkörpers (z.B. Polrad) wie z.B. ein abgebrochener Polkopf oder ein gefülltes Poltal kann als Ausschlag in der Reihe der kompensierten Perioden sichtbar sein.
Die Erfindung führt in einem zweiten Aspekt auf ein Dreh messsystem, bevorzugt für ein Fahrzeug, aufweisend mindestens eine Drehmesseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Die Erfindung führt in einem dritten Aspekt auf ein Fahrzeug, aufweisend eine Drehmesseinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein PKW oder ein Nutzfahrzeug.
Eine Drehmesseinrichtung oder ein Drehmesssystem kann besonders vorteilhaft in einem Fahrzeug eingesetzt werden, da durch die Signalverarbeitungsvorrichtung in verbesserter Weise eine geringere Fehleranfälligkeit der Drehmesseinrichtung erreicht wird. Dadurch kann insbesondere die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Fahrzeugs vorteilhaft erhöht werden.
Die Erfindung betrifft in einem vierten Aspekt Verfahren zur Drehmessung eines rotierenden Teils eines Fahrzeuges mittels einer Drehmesseinrichtung, welche einen rotati- ven Maßkörper, der eine Mehrzahl von Messmerkmalen entlang einer Kreisbahn des Maßkörpers aufweist und drehfest mit dem rotierenden Teil befestigt ist und einen Drehmesssensor aufweist. Dazu wurde mindestens eines der Messmerkmale während einer Drehbewegung des rotativen Maßkörpers durch Wechselwirkung des mindestens einen Messmerkmals mit dem Drehmesssensor erfasst. Ein Ausgangssignal wird auf der Basis der erfassten Wechselwirkungen ausgegeben. Mindestens eine Periodeninformation von mindestens einem Messmerkmal wird basierend auf einem Ausgangssignal des Drehmesssensor erfasst. Die mindestens eine Periodeninformation basiert auf einem Zeitintervall, das das mindestens eine Messmerkmal benötigt, um den Drehmesssensor während der Drehbewegung zu passieren. Vorab erfasste Periodeninformationen mindestens eines Messmerkmals werden in einem Speicher gespeichert. In dem Speicher vorab gespeicherten Periodeninformationen werden mit aktuellen Periodeninformationen mindestens eines Messmerkmales verglichen, um Änderungen des mindestens einen Messmerkmals und/oder des rotativen Maßkörpers zu erfassen. Ein Messmerkmal kann je nach Bauart des rotativen Maßkörpers auf unterschiedliche Art ausgebildet sein. Der rotative Maßkörper kann beispielsweise eine geometrische, optische oder magnetische Maßverkörperung in Form von Messmerkmalen aufweisen. Neben der Erfassung eines kontinuierlichen Messsignals, das die momentane Drehposition des rotierenden Teils beschreibt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Messmerkmale über charakteristische, insbesondere zuverlässig erfassbare, Stellen am rotativen Maßkörper festzulegen. So kann ein Messmerkmal an einer Stelle einer lokalen Maximal- oder Minimalausprägung des rotativen Maßkörpers angeordnet sein, beispielsweise an einer Stelle einer lokal maximal oder minimal ausgeprägten Magnetisierung oder radialen Ausdehnung (bspw. am Maximum eines Polkopfes oder am Minimum eines Poltals) oder dergleichen. Auch ist eine Kombination möglich, so dass durch jedes lokale Maximum und durch jedes lokale Minimum ein Messmerkmal gebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Messmerkmal durch andere Eigenschaften des rotativen Maßkörpers gebildet sein, vorteilhaft durch die Stelle einer lokalen Änderung, insbesondere maximalen Änderung, - allgemein einer Eigenschaft oder einem Übergang zwischen Eigenschaften - des rotativen Maßkörpers.
Eine derartige Stelle kann beispielsweise durch eine Polflanke an einem Übergang von einem Polkopf zu einem Poltal, oder durch einen Übergang zwischen zwei magnetischen Polen, gebildet sein. Es soll daher verstanden werden, dass zu einer Maßverkörperung auf dem rotativen Maßkörper, beispielsweise einem Polkopf oder einer Kopf- Tal-Paarung oder einem Magnetpol, eine oder mehrere Messmerkmale zugeordnet sein können.
Ein rotativer Maßkörper kann in einer bevorzugten Weiterbildung als Polrad (engl. Target) realisiert werden. Gleichwohl sind unterschiedlichste Realisierungsvarianten dieser oder anderer Ausführungsformen möglich, z.B. als Zahn- oder Lochrad oder magnetisiertes Rad, etwa in Form einer Trommel, Scheibe oder dgl. Eine hier teilweise erfolgende Bezugnahme auf ein Polrad als Ausführungsbeispiel ist insofern keinesfalls einschränkend, sondern beispielhaft zur Erläuterung eines allgemeinen Prinzips zu verstehen.
Immer wenn eines der Messmerkmale des rotativen Maßkörpers, insbesondere eines Pols eines Polrads, auf seiner Kreisbahn an dem Drehmesssensor „vorbeikommt“ und der Drehmesssensor eine entsprechende Wechselwirkung erfasst, sendet der Drehmesssensor eine Nachricht. Je nach Drehgeschwindigkeit folgen Nachrichten jeglicher Art also auf einer „Leitung“, wie z.B. Übertragungs-Kanal oder -Verbindung oder - Schnittstelle, zwischen Dreh messsensor und Signalauswertevorrichtung unterschiedlich schnell aufeinander. Beispielsweise lässt sich insbesondere aus einem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Nachrichten - bei bekannter Geometrie des rotativen Maßkörpers - ein Maß für seine momentane Drehgeschwindigkeit als Drehmessinformation herleiten.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass für die Signalverarbeitungsvorrichtung das Datenprotokoll ein AK-Protokoll oder ein an das AK-Protokoll angelehntes Datenprotokoll ist. Bevorzugt ist ein Protokoll in Form eines AK-Protokolls, insbesondere in der Version 4.0 gemäß der „Requirement Specifications for Standardized Interface for Wheel Speed Sensors with Additional Information ‘AK-Protokoi . Das AK-Protokoll kann ein generisches Master-Slave Protokoll darstellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. Es ist auch zu verstehen, dass die Drehmesseinrichtung gemäß der Erfindung, das Drehmesssystem gemäß der Erfindung, das Fahrzeug gemäß der Erfindung, und das Verfahren gemäß der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den Unteransprüchen festgelegt sind. Insofern wird für die Weiterbildung eines Aspekts der Erfindung auch auf die Weiterbildungen der anderen Aspekte der Erfindung verwiesen.
Vorteilhaft sind die Messmerkmale entlang einer Kreisbahn und/oder äquidistant auf dem rotativen Maßkörper angeordnet.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwie- sen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Drehmesseinrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Drehmesseinrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines, als Kronenrad ausgebildeten ro- tativen Maßkörpers,
Fig.4A zeigt eine schematische Darstellung eines Maßkörpers und eines Drehmesssensors,
Fig. 4B zeigt eine interne Spannung in einem Drehmesssensor bei der Erfassung von Messmerkmalen,
Fig. 5 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung einer internen Spannung und eines Ausgangssignals eines Drehmesssensor, Fig. 6 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von gemessenen Perioden von Polzähnen und Poltälern,
Fig. 7 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von relativen Perioden von Polzähnen und Poltälern,
Fig. 8 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von gemessenen Perioden bei einer Beschleunigung des Maßkörpers,
Fig. 9 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von ermittelten Frequenzen der Messmerkmale bei einer Beschleunigung des Maßkörpers,
Fig. 10 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von in einem Speicher gespeicherten Perioden bei einer Beschleunigung des Maßkörpers,
Fig. 11 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von relativen Fehlern bei in einem Speicher gespeicherten Perioden,
Fig. 12 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung eines Clusters von Periodeninformationen von Polzähnen und Poltälern,
Fig. 13 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung einer Korrelation zwischen erfassten Perioden und in dem Speicher gespeicherten Perioden,
Fig. 14 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung eines Clusters von Periodenfaktoren von Polzähnen oder Poltälern,
Fig. 15 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung einer Korrelation von Periodeninformationen von Polzähnen,
Fig. 16 zeigt ein Flussablaufdiagramm eines Verfahrens zur Drehmessung eines rotierenden Teils eines Fahrzeugs, und Fig. 17 zeigt eine schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines Fahrzeugs gemäß einem Aspekt der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematisch dargestellte Ausführungsform eines Drehmesssystems 300 mit einer Drehmesseinrichtung 200. Die Drehmesseinrichtung 200 weist einen Drehmesssensor 220 und einen rotativen Maßkörper 240 auf. Der Drehmesssensor 220 weist vorliegend einen Messwertaufnehmer 221 auf, der optional als Hall-Sensor 222 ausgebildet ist. Der Hall-Sensor 222 kann zum rotativen Maßkörper 240, beispielsweise ein Polrad, ausgerichtet sein. Der rotative Maßkörper 240 ist drehstarr mit einem rotierenden Teil 1100, beispielsweise einem Rad 540 eines Fahrzeugs 1000, verbunden, um dessen Drehbewegung R zu erfassen. Die an sich bekannte Funktionsweise eines Hall- Sensors 222 ist vereinfacht beschrieben derart, dass in Abhängigkeit des Vorhandenseins eines Messmerkmals 250 im Messfeld des Hall-Sensors 222 eine induzierte Messspannung als internes Sensorausgangssignal 200b von dem Hall-Sensor 222 bereitgestellt wird.
Der Messwertaufnehmer 221 kann z.B. alternativ zum Hall-Sensor, einen optischen, oder magnetischen Sensor darstellen. Alternativ dazu kann auch ein anderes Messverfahren verwendet werden.
Bei der Rotation des Maßkörpers 240 bewegen sich die Messmerkmale 250 an dem Drehmesssensor 220 vorbei. Hierbei kommt es zu einer Wechselwirkung WW zwischen Drehmesssensor 220 und Messmerkmalen 250, die von dem Drehmesssensor 220 erfasst werden kann.
Beispielsweise wird bei der Drehbewegung eines Polkopfs 256 an einem Polrad, als bevorzugte Ausführung des rotativen Maßkörpers, an dem Drehmesssensor 220 vorbei eine höhere Messspannung bereitgestellt als bei einer Bewegung eines Poltals 258 vorbei an dem Drehmesssensor 220, wobei diese Zuordnung jedoch auch abweichen kann, beispielsweise in Abhängigkeit der Ausrichtung des Hallsensors 222. Es können auch andere Eigenschaften hauptsächlich des Sensors Berücksichtigung finden, beispielsweise vor allem eine Auswahl der Hallelemente des Hallsensors 222. Vorliegend bilden ein Polkopf 256 und ein darauffolgendes Poltal 258 zusammen eine Kopf-Tal-Paarung 254. Vorliegend bildet eine Polkopf-Poltal-Paarung 254 ein Messmerkmal 250.
Das Zeitintervall, das das Messmerkmal benötigt, um den Drehmesssensor 220 zu passieren, entspricht der Periode des Messmerkmals.
Gleichwohl ist, wie oben erwähnt für eine andere Ausführungsform, eine andere Zuordnung möglich, beispielsweise indem ein Paar Polflanken 259 ein Messmerkmal 250 bildet. In diesem Fall würde sich innerhalb einer Kopf-Tal-Paarung 254 ein Messmerkmal 250 ergeben, welches mindestens zwei Polflanken 259 aufweist. Als Messmerkmal 250 kann auch ein Polkopf 256 oder ein Poltal 258 verwendet werden.
Die Drehmesseinrichtung 200 weist vorliegend weiter eine elektronische Signalverarbeitungsvorrichtung 260 auf. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 260 kann vorliegend im Drehmesssensor 220 integriert und mit dem Messwertaufnehmer 221 verbunden sein. In anderen Ausführungsformen kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 260 auch in anderen elektronischen Komponenten ausgebildet sein. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 260 kann in anderen Ausführungsformen beispielsweise als Hardware- bzw. Software-Modul in einer übergeordneten, insbesondere zentralen, elektronischen Steuereinrichtung 700, beispielsweise einer Fahrzeugsteuereinheit ECU, ausgebildet sein. Die Signalverarbeitungseinheit 260 weist ein Ausgangssignal 260a auf, dass an eine elektronischen Steuereinrichtung 700 ausgegeben werden kann. Die Signalverarbeitungseinheit 260 kann ferner eine Vergleichseinheit 262 und optional einen Speicher 261 aufweisen. Optional kann die Vergleichseinheit 262 und der Speicher 261 auch außerhalb oder unabhängig von der Signalverarbeitungseinheit 260 realisiert werden. Der Speicher 261 dient dazu, vorab erfasste Periodeninformationen mindestens eines Messmerkmals zu speichern. Dies können optional mittels eines Einlern-Vorgangs erfasste Periodeninformationen mindestens eines Messmerkmals sein. Die Vergleichseinheit 262 dient dazu, die in dem Speicher 261 vorab erfassten und gespeicherten Periodeninformationen mit aktuellen Periodeninformationen der Messmerkmale zu vergleichen, um Änderungen, insbesondere Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen, bezüglich des mindestens einen Messmerkmals und/oder des rotativen Maßkörpers zu erfassen. Der Hall-Sensor 222 weist ein internes Ausgangssignal 220b auf, welches ein Ausgangssignal des Hall-Sensors 222 darstellt, welcher in dem Drehmesssensor 220 angeordnet ist. Der Drehmesssensor 220 weist wiederum ein Ausgangssignal 220a auf.
Die Drehmesseinrichtung 200 weist weiter einen rotativen Maßkörper 240 auf, der hier lediglich ausschnittsweise und in einem abgerollten Zustand dargestellt ist, in dem der - eigentlich kreisbogenförmige Verlauf - von sich abwechselnden Polköpfen 256 und Poltälern 258 hier gerade verlaufend gezeigt ist. Der rotative Maßkörper 240 kann als Polrad 242 mit einer Mehrzahl von Messmerkmalen 250 ausgebildet sein, wobei die Messmerkmale 250 vorliegend jeweils als eine Kopf-Tal-Paarung 254 ausgebildet sind. Jeweils ein Polkopf 256 und ein benachbartes Poltal 258 bilden zusammen eine Kopf- Tal-Paarung 254.
Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Drehmesseinrichtung 200 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Der rotative Maßkörper 240 ist als Polrad 242 in Form eines Stirnrads 244 ausgebildet, das eine Mehrzahl von Messmerkmalen 250 aufweist, die als Kopf-Tal-Paarung 254 ausgebildet sind und äquidistant entlang einer Kreisbahn 248 auf dem Polrad 242 angeordnet sind. Der rotative Maßkörper 240 ist insbesondere drehstarr mit einem hier nicht dargestellten rotierenden Teil 1100 verbunden, um eine Drehbewegung R des rotativen Maßkörpers 240 - und somit des rotierenden Teils 1100 - messtechnisch zu erfassen.
Ein Polrad 242 im Sinne der Erfindung umfasst jegliche Körper mit insbesondere rotationssymmetrischem Grundkörper und einer Anzahl von geometrischen Merkmalen, welche den Abstand zu einem Drehmesssensor 220 in Bezug auf die Drehbewegung R variieren. Hierbei reicht es zum Zwecke der Messung insbesondere aus, wenn ein Polkopf rechteckig ausgebildet ist. Der Drehmesssensor 220 umfasst einen Messwertaufnehmer 221 in Form eines Hall-Sensors 222. Der Drehmesssensor 220 umfasst in der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform optional die Signalverarbeitungsvorrichtung 260.
Gemäß einem Aspekt kann der Maßkörper auch als Zahnrad z.B. des Getriebes ausgestaltet sein. Hierbei kann das Zahnrad eine primäre Funktion in dem Getriebe erfüllen und sekundär als Maßkörper zur Drehmessung verwendet werden. Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines, als Kronenrad ausgebildeten rotativen Maßkörpers. Der Maßkörper 240 kann auch als ein Kronenrad 246 mit in axialer Richtung ausgebildeten Polköpfen 256 ausgebildet sein
Fig.4A zeigt schematische Darstellung eines Maßkörpers und eines Drehmesssensors und Fig. 4B zeigt eine interne Spannung in einem Drehmesssensor bei der Erfassung von Messmerkmalen. Insbesondere kann der Drehmesssensor verschiedenen Positionen relativ zum Maßkörper einnehmen. In den Figuren 4A und 4B wird der Zusammenhang zwischen der Ausgestaltung des Maßkörpers 240 zum Beispiel in Form eines Polrades 242 dargestellt. Das Polrad 242 weist eine Mehrzahl von Polkopf-Poltal- Paarungen 254 auf, welche jeweils einen Polkopf 256 und ein Poltal 258 aufweisen.
Des Weiteren sind Hall-Sensoren 222 als Drehmesssensoren 220 dargestellt. Des Weiteren ist eine Wechselwirkung WW zwischen den Hall-Sensoren 222 und dem Polrad 242 dargestellt. Diese Wechselwirkungen WW können hierbei die magnetische Flußdichte der Hall-Sensoren 222 darstellen, welche in Interaktion mit dem Polkopf 256 und dem Poltal 258 treten. Hierbei kann die Wechselwirkung zwischen dem Hall-Sensor 222 und dem Polkopf 256 eine andere sein als zwischen dem Hall-Sensor 222 und dem Poltal. Dies wird durch die Wechselwirkungslinien WW veranschaulicht. Im Bereich der Polköpfe 256 sind die Magnetflusslinien parallel bzw. durch den Polkopf konzentriert , was zu einer höheren Magnetflussdichte führt. Im Bereich der Poltäler 258 sind die Magnetflusslinien voneinander beabstandet bzw. ausgeweitet (d.h. nicht konzerniert sondern voneinander entfernt), so dass dies zu einer geringeren Flussdichte führt. An der Polflanke kommt es zu einer mittleren magnetischen Flussdichte, da der Hall- Sensor 222 sowohl mit dem Polkopf 256 als auch mit dem Poltal 258 interagiert.
In Fig. 4B ist insbesondere ein mögliches Ausgangssignals 220b eines Hall-Sensors 222 dargestellt. Das Ausgangssignal 220b kann eine Ausgangsspannung des Hall- Sensors 222 darstellen und ist hierbei abhängig von der Position des Polrades bezüglich eines Hall-Sensors 222. Im Bereich des Polkopfes 256 ist das interne Ausgangssignal 220b des Hall-Sensors höher als ein Mittelwert und kann hier optional maximal sein und im Bereich des Poltales 258 ist das interne Ausgangssignal 220b des Hall- Sensors 222 kleiner als ein Mittelwert und kann optional minimal sein. Mit anderen Worten, der Betrag des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 kann im Bereich des Polkopfes 256 am Größten (maximal) sein und im Bereich des Poltales 258 am kleinsten (minimal) sein. Im Bereich der Polflanken 259 kommt es zu einem Nulldurchgang bzw. der Betrag des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 kann dem Mittelwert entsprechen. Im Bereich des Polkopfes 256 kann die Steigung des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 gegen Null gehen. Im Bereich des Poltales 258 kann die Steigung des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors ebenfalls gegen Null gehen. Im Bereich der Polflanken 259 kann der Betrag der Steigung des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 maximal sein. Mit anderen Worten, die Ausgangsspannung 220b eines Hall-Sensors 222 ist maximal, wenn sich der Hall-Sensor 220 im Bereich des Polkopfes 256 befindet. Wenn sich der Hall-Sensor 222 im Bereich eines Poltales 258 befindet, dann ist die Ausgangsspannung 220b des Hall-Sensors 222 minimal sein. Die in Fig. 4B dargestellte Y-Achse kann eine relativ verschobene Achse darstellen. Somit ergibt das Ausgangssignal 220b eines Hall-Sensors 222 ein periodisches Signal in Abhängigkeit der Polkopf-Poltal-Paarung entlang des Polrades. Nach einer Umdrehung des Polrades wird dann wieder eine Interaktion zwischen dem Hall-Sensor 222 und einer ersten Polkopf-Poltal-Paarung erfasst.
Beispielsweise anhand der Periode des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 kann eine Periode eines Messmerkmals beispielsweise in Form einer Polkopf-Poltal- Paarung 254 ermittelt werden. Die Periode des Ausgangssignals 220b des Hall- Sensors 222 kann beispielsweise durch Detektion der relativen Nulldurchgänge des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 ermittelt werden.
Fig. 5 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung einer internen Spannung und eines Ausgangssignals eines Dreh messsensors. In Fig. 5 ist sowohl die interne Ausgangsspannung 220b eines Hall-Sensors 222 von Fig. 4A als Teil des Dreh messsensors 220 sowie ein Ausgangssignal 220a des Drehmesssensors 220 gezeigt. Das Ausgangssignal 220b eines Hall-Sensors 222 kann einer Ausgangsspannung des Hall-Sensors 222 entsprechen. Wie in Fig. 4B dargelegt, ist die Ausgangsspannung des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 maximal und die Steigung des Ausgangssignals 220b geht gegen Null im Bereich eines Polkopfes 256 und die Ausgangsspannung des Ausgangssignals 220b des Hall-Sensors 222 ist minimal und die Steigung des Ausgangssignals 220b geht gegen Null im Bereich eines Poltales 258. Durch Detektion der Nulldurchgänge oder einer Überschreitung oder Unterschreitung eines Grenzwertes oder durch Erfassung der Steigungen des Ausgangssignals 220b kann eine Periode T des Ausgangssignals 220b ermittelt werden. Ein (Nulldurchgangs)lntervall t stellt die Zeitdauer dar, welche zwischen zwei Nulldurchgängen der Ausgangsspannung 220b oder zwei Unterschreitungen oder Überschreitungen des Grenzwertes vorhanden ist Das Intervall t1 stellt eine Zeitdauer dar, während der der Hall-Sensor 222 den Polkopf 256 passiert und eine maximale Spannung am Hall-Sensor 222 vorhanden ist.
Das Intervall t2 stellt eine Zeitdauer dar, während der der Hall-Sensor 222 das Poltal 258 passiert und eine minimale Spannung am Ausgang des Hall-Sensors 222 vorhanden ist.
Die Periode T entspricht hierbei einem Zeitintervall Z zwischen drei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen oder zwei Unterschreitungen oder Überschreitungen des Grenzwertes n, n+1 , n+2. Die Periode T kann sich aus den Intervallen t1 und t2 zusammensetzen.
Das Ausgangssignal 220a des Drehmesssensors kann einem Datensignal basierend auf einem AK-Protokoll oder einem anderen Datenprotokoll entsprechen. Dieses Datensignal stellt ein Datensignal mit mehreren Pulsen dar. Der erste (höhere) Puls kann beispielsweise einen Nulldurchgang signalisieren. Somit kann anhand des Datensignals des Drehmesssensors 220 ebenfalls die Periode einer Polkopf-Poltal-Paarung 254, d. h. eines Messmerkmals 250, ermittelt werden.
In Fig. 4A, Fig. 4B und Fig. 5 wurde ein Ausführungsbeispiel eines Drehmesssensors basierend auf einem Hall-Sensor 222 beschrieben. Der Drehmesssensor und die Drehmesseinrichtung können aber auch auf anderen Messkonzepten wie beispielsweise ein optisches Messkonzept, ein elektrisches Messkonzept oder einem anderen magnetischen Messkonzept beruhen. Für die Erfindung muss lediglich gewährleistet sein, dass Messmerkmale 250 eines rotativen Maßkörpers 240 erfasst werden können und dass Periodeninformationen der Messmerkmale 250 ausgewertet werden können, um Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit des rotativen Maßkörpers 240 ziehen zu können. Insbesondere soll basierend auf den Periodeninformationen festgestellt werden, ob Beschädigungen oder Unregelmäßigkeiten bei den Messmerkmalen 250 des rotativen Maßkörpers 240 vorhanden sind. Hierbei können insbesondere die Perioden oder Periodeninformationen für alle oder im Wesentlichen für alle Messmerkmale 250 des rotativen Maßkörpers 240 ermittelt werden. Durch die derart hoch aufgelöste Erfassung der Periodeninformationen der Messmerkmale 250 können Fehler F, Beschädigungen oder Beeinträchtigungen einzelner Messmerkmale 250 ermittelt werden. Ein Taumelfehler FT liegt insbesondere vor, wenn der rotative Maßkörper und/oder das rotierende Teil nicht mehr um eine Rotationsachse drehen, sondern eine abweichende Rotationsachse aufweisen. Ein Zahnfehler des rotativen Maßkörpers bzw. des Polrades kann dann vorliegen, wenn ein Polkopf beschädigt ist oder fehlt oder wenn ein Poltal zumindest teilweise gefüllt ist.
Fig. 6 zeigt einen Graphen zur Darstellung von gemessenen Perioden von Polzähnen und Poltälern. In Fig. 6 sind Periodeninformationen PI für Polköpfe 256 und Poltäler 258 eines Polrades 242 dargestellt. Aus Fig. 6 können die Periodeninformationen PI und insbesondere die lokalen Perioden TL für die Polköpfe 256 und für die Poltäler 258 dargestellt werden. Die lokalen Perioden TL entsprechen dann den Perioden der Polköpfe 256 (d. h. dem Intervall t1) und den Perioden der Poltäler 258 (d. h. dem Intervall t2). Die oberen Werte der Messreihe stellen dabei die lokalen Periode TL für die Polköpfe 256 und die unteren Werte der Messreihe stellen die lokalen Perioden für die Poltäler 258 dar. In Fig. 6 wird hierbei von einem Polrad 242 ausgegangen mit einer Polkopf- Poltal-Paarungsaufteilung von 40 % Polkopf 256 und 60 % Poltal 258.
Es ist aber auch eine andere Verteilung zwischen den Polköpfen und den Poltälern möglich.
Fig. 7 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von relativen Perioden von Polzähnen und Poltälern. In Fig. 7 ist eine Darstellung von Periodeninformationen PI bezogen auf eine Anzahl N von Perioden T dargestellt. Insbesondere sind in Fig. 7 die lokalen relativen Perioden TLR dargestellt. Somit sind die lokalen relativen Perioden TLR für die Polköpfe (obere Messwerte) und die lokalen relativen Perioden TLR für die Poltäler (untere Messwerte) dargestellt. Die relativen Perioden des Messmerkmals entsprechen einem Koeffizienten zwischen der gemessenen Periode des Messmerkmals und der tatsächlichen Periode, welche sich anhand der aktuellen Drehzahl ergeben. Die bei einer Umdrehung des Maßkörpers erfassten Perioden der jeweiligen Messmerkmale 250 können gemittelt werden und daraus kann dann die tatsächliche Periode gemäß der aktuellen Drehzahl ermittelt werden. Mit anderen Worten, die tatsächliche Periode kann einer gemittelten Periode eines Messmerkmals entsprechen. Wenn alle Messmerkmale 250 fehlerfrei und ohne Beeinträchtigungen sind, dann sollten die Perioden aller Messmerkmale gleich groß sein. Die relative Periode kann demnach den Koeffizienten oder das Verhältnis aus der für ein Messmerkmal erfassten Periode und der gemittelten Periode (tatsächliche Periode) darstellen. Die relative Periode kann somit eine Abweichung einer Periode eines Messmerkmals von der zu erwarteten gemittelten Periode darstellen. Die relative Periode kann einen normierten und drehzahlunabhängigen Wert darstellen. Es können demnach die in der Tabelle (dem Speicher 261) abgespeicherte relative Periode für ein Messmerkmal und die aktuell ermittelte relative Periode für das gleiche Messmerkmal verglichen werden. Falls der Vergleich mittels der Vergleichseinheit 262 eine Abweichung ergibt, dann kann dies auf eine Veränderung des Messmerkmals hindeuten.
Gemäß der Erfindung können die ermittelten Positionsinformationen PI dann in dem Speicher 261 gespeichert werden, um anschließend für den Vergleich mittels der Vergleichseinheit mit aktuellen Periodeninformationen PI verwendet zu werden. Insbesondere können die Periodeninformationen PI für alle Messmerkmale 250 (z. B. Polkopf- Poltal-Paarungen 254) in dem Speicher 261 gespeichert werden, um anschließend mit aktuellen Periodeninformationen verglichen zu werden.
In Fig. 6 und Fig. 7 wurden die Periodeninformationen PI bei einer konstanten Drehzahl erhalten.
Fig. 8 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von gemessenen Perioden bei einer Beschleunigung des Maßkörpers. In Fig. 8 sind Periodeninformationen PI (insbesondere lokale Perioden) für eine Anzahl N von Perioden T dargestellt während einer Beschleunigung eines rotierenden Teils 1100, an welchen der rotative Maßkörper 240 drehfest gekoppelt ist. Wie aus Fig. 8 zu entnehmen, nimmt die Periode der jeweiligen Polkopf-Poltal-Paarungen 254 bei der Beschleunigung ab. Aus Fig. 8 geht jedoch ebenfalls hervor, dass selbst bei einer Beschleunigung des rotativen Maßkörpers 240 die Periodeninformationen (obere Messreihe) für einen Polkopf 256 von den Periodeninformationen (untere Messreihe) für ein Poltal 258 unterschieden werden können. Durch die Verzerrung der Periodeninformationen aufgrund der Beschleunigung können die Werte von Fig. 8 nicht ohne Weiteres für eine Speicherung in dem Speicher 261 verwendet werden. Vielmehr können zunächst nur diejenigen Periodeninformationen PI in dem Speicher 261 sinnvoll gespeichert werden, welche bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit des rotativen Maßkörpers 240 ermittelt worden sind. Falls die bei einer Beschleunigung ermittelten Positionsinformationen verwendet werden sollen, dann müssen diese Informationen überarbeitet oder abgeglichen werden.
Fig. 9 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von ermittelten Frequenzen der Messmerkmale bei einer Beschleunigung des Maßkörpers. In Fig. 9 sind Frequenzen FR der jeweiligen Polkopf-Poltal-Paarung dargestellt. Die Frequenzwerte stellen die Kehrwerte der Perioden dar. Insbesondere sind die Frequenzen FRK der Polköpfe 256 und die Frequenzen FRT der Poltäler 258 dargestellt. Auch in Fig. 9 lassen sich die Periodeninformationen, welche zu dem Polkopf 256 assoziiert sind, von den Periodeninformationen unterscheiden, die dem Poltal 258 assoziiert sind. In Fig. 9 sind ebenfalls die gemittelten Werte anhand einer Geraden FRKL für die Frequenzen FRKL der Polköpfe 256 und einer Geraden FRTL für die Frequenzen FRT der Poltäler 258 dargestellt. In Fig. 9 sind die Frequenzen der Periodeninformationen von Fig. 8 dargestellt. Mittels einer linearen Regression können aus den Frequenzwerten der jeweiligen Perioden die Geraden FRKL, FRTL mit einem Offset sowie ein Gradient ermittelt werden. Diese können zur Kompensation der Beschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Drehung des rotierenden Teils 1100 verwendet werden.
Die lineare Regression kann basierend auf allen Frequenzen (d.h. der Frequenzen der Polköpfe und der Frequenzen der Poltäler durchgeführt werden. Die lineare Regression kann basierend auf gemittelten Werten der Frequenzen gebildet werden, d.h. die lineare Regression wird basierend auf lokalen gemittelten Frequenzen gebildet. Die lokalen gemittelten Frequenzen können zur Berechnung der lokalen Frequenzen verwendet werden. Basierend auf einer ermittelten Frequenz-Ausgleichsfunktion können die lokalen Frequenzen aller Messmerkmale ermittelt werden. Aus einer lokalen Frequenz kann eine lokale Periode ermittelt werden.
Alternativ dazu kann die lineare Regression getrennt für die Perioden der Polköpfe und für die Poltäler durchgeführt werden. Hierbei müssen die unterschiedlichen Größen der Perioden (z.B. Polkopf 40% und Poltal 60%) einer Polkopf-Poltal-Paarung relativ zur Größe des Polrades berücksichtig werden. Dies kann durch eine geeignete Wichtung erfolgen. Beispielsweis kann jeder Koeffizient mit der relativen Größe des Polkopfes oder Poltals multipliziert werden. Die gewichteten Koeffizienten der linearen Regression für die Polköpfe und für die Poltäler können zusammengeführt werden, um einen relativen Perioden-Wichtungs-Koeffizienten PWKS zu erhalten. Wenn die gewichteten Koef- fizienten der linearen Regression für die Polköpfe und für die Poltäler getrennt behandelt werden, dann können relative Perioden-Wichtungs-Koeffizienten erhalten werden.
Fig. 10 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von in einem Speicher gespeicherten Perioden bei einer Beschleunigung des Maßkörpers. Insbesondere zeigt Fig. 10 einen Vergleich der relativen Perioden, die aus unterschiedlichen Berechnungsverfahren bei einer Beschleunigung ermittelt worden sind. Vorzugsweis ist die Beschleunigung zumindest teilweise konstant. In Fig. 10 sind verschiedene Periodeninformationen PI jeweils für die Polköpfe und die Poltäler dargestellt, welche bei einer Beschleunigung des rotierenden Teils 1100 erfasst worden sind. Diese Periodeninformationen PI können in dem Speicher 261 abgelegt werden. Die Periodeninformationen enthalten, relative lokale Perioden TLR , und relative Perioden-Wichtungs-Koeffizienten-Summen PWKS.
Fig. 11 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung von relativen Fehlern bei gespeicherten Perioden. In Fig. 11 sind die relativen Fehler für verschiedene Verfahren zum Bestimmen der Periodeninformationen dargestellt. In Fig. 11 ist beispielsweise der Fehler bei der Verwendung von lokalen Werten PFL der Periodeninformationen dargestellt. Die Fehler betragen ca. 5 %. Ferner sind Periodeninformationen PMR basierend auf Mittelwerten dargestellt, welche einen Fehler von zwischen 0,9 % bis 0,2 % aufweisen. Die Perioden können ein hyperbolisches Verhalten aufweisen, so dass die Änderungen mit höher werdender Geschwindigkeit kleiner werden, was auch zu einer Verringerung der Fehler führt.
Bei Verwendung eines relativen Perioden-Wichtungs-Koeffizienten PWK ohne eine Aufteilung mit Polköpfen und Poltälern kann hierbei ein maximaler Fehler von 1 % erreicht werden.
Bei der Verwendung einer relativen Perioden-Wichtungs-Koeffizienten-Summe PWKS kann ein relativer Fehler zwischen 0,4% und 0,2% erhalten werden.
Die obige Diskussion kann dazu dienen, sich für eines der Berechnungsverfahren zu entscheiden. Es ist ersichtlich, dass die Verfahren Verwendung von lokalen Werten TLR und Verwendung der relativen Perioden-Wichtungs-Koeffizienten PWK nicht geeignet sind. Das Verfahren einer relativen Perioden-Wichtungs-Koeffizienten-Summe PWKS kann am geeignetsten sein. Alternativ wäre noch das Verfahren der Periodeninformati- onen basierend auf Mittelwerten PMR sinnvoll. Bei diesen Berechnungen wird vorzugsweise von einer zumindest teilweise konstanten Beschleunigung ausgegangen. Falls die Beschleunigung nicht konstant ist, dann wird die Berechnung komplexer.
Sobald die jeweiligen Periodeninformationen TI aller Messmerkmale (z. B. Polkopf- Poltal-Paarung, Polkopf, Poltal) des Maßkörpers 240 ausgewertet und in dem Speicher 261 gespeichert sind, können die Daten mit den tatsächlichen Messmerkmalen abgeglichen werden, um eine Zuordnung zwischen dem Messmerkmalen und den gespeicherten Periodeninformationen zu erhalten. Dies wird nachfolgend beschreiben.
Fig. 12 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung eines Clusters von Periodeninformationen von Polzähnen und Poltälern. In Fig. 12 sind die gespeicherten Periodenfaktoren PF sowie die ermittelten relativen Perioden TR für die Polköpfe (obere Reihe) und für die Poltäler (untere Reihe) dargestellt. Zwischen den Werten der Periodenfaktoren PF und den relativen Perioden TR kann eine Phasenverschiebung PV vorhanden sein. In Fig. 12 ist eine Phasenverschiebung PV beispielhaft dargestellt. Die Phasenverschiebung PV hat zur Folge, dass die Periodenfaktoren nicht unmittelbar mit den gespeicherten relativen Perioden TR verglichen werden kann. Zuerst sollte ein Offset bzw. die Phasenverschiebung PV ermittelt werden.
Fig. 13 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung einer Korrelation zwischen erfassten Perioden und in dem Speicher (z.B. einem Tabellenspeicher) gespeicherten Perioden. Zur Ermittlung des Offsets von Fig. 12 wird eine Korrelation zwischen den gemessenen Periodenfaktoren PF und den gespeicherten relativen Perioden TR bestimmt. Dies kann durch Berechnung des Quadrats der Determinationskoeffizienten erfolgen, welcher zwischen 0 und +1 sein kann, wobei 0 auf keine lineare Abhängigkeit und +1 auf eine genaue Übereinstimmung hindeutet. Wie aus Fig. 13 ersichtlich, ist der Determinationskoeffizient im Wesentlichen um 0,96 aber an genau einer Stelle 1 , d.h. hier scheint eine genaue Übereinstimmung zwischen einer ermittelten relativen Periode und einem gespeicherten Polfaktor PF vorhanden zu sein. Da der Unterschied aber lediglich 0,04 beträgt, kann es sein, dass dies z.B. durch Rauschen erzeugt worden ist. Dieser Unterschied erklärt sich aus der Tatsache, dass hier sowohl die Polkopf-Perioden als auch die Poltal-Perioden zusammen ausgewertet worden sind. Dabei dominiert der Unterschied zwischen beiden Perioden-Arten so sehr, dass der Unterschied des Korrelations- Koeffizienten fast nicht ins Gewicht fällt. Fig. 14 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung eines Clusters von Periodenfaktoren von Polzähnen und Poltälern. Über den Umfang des Polrades 242 können die Polkopf- Poltal-Paarungen gleichmäßig verteilt sein. Damit ist auch das Verhältnis zwischen der Breite der Polköpfe und der Poltäler gleichmäßig solange keine Fehler vorhanden sind. Dies kann vorteilhaft sein bezüglich der Auswirkungen von zufälligen Abweichungen wie Rauschen. In Fig. 14 ist ein Vergleich der gemessenen Periodenfaktoren PFM zu den Periodenfaktoren für die Polköpfe und für die Poltäler dargestellt. Es ergeben sich wie erwarten zwei Cluster, nämlich Polköpfe unten links und Poltäler oben rechts. Damit lässt sich für jede Messung und für jeden Eintrag im Speicher 261 bestimmen, ob es sich hierbei um einen Polkopf oder ein Poltal handelt.
Diese Clustern-Bildung erfolgt, weil Polköpfe und Poltäler des Polrads unterschiedlich breit sind. Die Poltäler können z.B. anderthalbmal so breit sein wie die Polköpfe. Dies hat zur Folge, dass sich zwei voneinander getrennte Häufungspunkte der Perioden ausbilden.
Fig. 15 zeigt einen Graphen mit einer Darstellung einer Korrelation von Periodeninformationen von Polzähnen. Während in Fig. 12 die Determinationskoeffizienten für Polköpfe und für Poltäler bestimmt worden sind, erfolgt in Fig. 15 lediglich eine Bestimmung der Determinationskoeffizienten für die Polköpfe. Wie in Fig. 15 zu sehen, ergibt sich daraus eine genauere Korrelation, nämlich eine Korrelation von 1 und für die anderen Fälle ergibt sich ein Korrelationskoeffizienten von unter 0,1 (im Vergleich zu 0,96) . Fig. 15 verdeutlicht somit, dass ein eindeutigeres Ergebnis erhalten wird, wenn die Polkopf-Perioden und Poltal-Perioden getrennt verarbeitet werden.
Fig. 16 zeigt ein Flussablaufdiagramm eines Verfahrens zur Drehmessung eines rotierenden Teils eines Fahrzeugs. Eine Drehmessung eines rotierenden Teils 1100 eines Fahrzeuges 1000 erfolgt mittels einer Drehmesseinrichtung 200, welche einen rotativen Maßkörper 240 aufweist, der eine Mehrzahl von Messmerkmalen 250 entlang einer Kreisbahn 248 des Maßkörpers 250 aufweist und drehfest mit dem rotierenden Teil 1100 befestigbar ist und einen Drehmesssensor 220 aufweist. In Schritt S1 erfolgt ein Erfassen mindestens eines der Messmerkmale 250 während einer Drehbewegung R des rotativen Maßkörpers 240 durch Wechselwirkung WW des mindestens einen Messmerkmals 250 mit dem Drehmesssensor 220. In Schritt S2 erfolgt ein Ausgeben eines Ausgangssignals (220a) auf der Basis der erfassten Wechselwirkungen (WW). In Schritt S3 erfolgt ein Erfassen mindestens einer Periodeninformation TI mindestens eines Messmerkmals 250 basierend auf einem Ausgangssignal 220a des Drehmesssensor 220, wobei die mindestens eine Periodeninformation TI auf einem Zeitintervall Z basiert, das das mindestens eine Messmerkmal 250 benötigt, um den Drehmesssensor 220 während der Drehbewegung R zu passieren. In Schritt S4 erfolgt ein Vorabspeichern mittels eines Einlern-Vorgangs erfasster Periodeninformationen TI mindestens eines Messmerkmals 250 in einem Speicher 261. In Schritt S5 erfolgt ein Vergleichen von in dem Speicher 261 vorab gespeicherten Periodeninformationen TI mit Periodeninformationen TI aktueller Messmerkmale 250, um Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen des mindestens einen Messmerkmals 250 zu erfassen.
Die obige Sequenz der Drehmessung kann optional zweimal ausgeführt werden. Am Anfang kann ein erster Einlern-Vorgang durchgeführt werden, um den Speicher 261 (z.B. eine Polrad-Tabelle) mit Werten zu füllen. In diesem Verfahrensschritt findet noch kein Vergleich statt. Der Speicher 261 wird zunächst nur mit Daten gefüllt.
Anschließend kann dieser Schritt im laufenden Betrieb ständig wiederholt werden, um die aktuellen Vergleichsdaten zu ermitteln und den Vergleich durchzuführen. Zwischen den Schritten S3 und S4 kann optional noch die Normierung des Messwertes zur relativen Periode bzw. des Perioden-Faktors erfolgen.
In dem Speicher 261 können Periodeninformationen z.B. als die Perioden-Faktoren gespeichert werden. Die im Betrieb erfassten Periodeninformationen können relative Perioden darstellen. Aber beide Periodeninformationen können auf dem gleichen mathematischen Konstrukt beruhen, wobei sie zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugt werden können.
Fig. 17 zeigt stark schematisch ein Fahrzeug 1000 mit einem Drehmesssystem 300 mit einer Anzahl von vier Drehmesseinrichtungen 200 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Fahrzeug 1000 kann, wie hier gezeigt, als PKW 1002 ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 1000 anders ausgebildet sein, beispielsweise als Nutzfahrzeug 1004. Das Fahrzeug weist zwei Achsen 530, nämlich einem Vorderachse 532 und einer Hinterachse 534 auf. Die Hinterachse 534 wird von einem Antrieb 1102 über eine Antriebswelle 1104 und ein Differential 1106 angetrieben. An jeder Achse 530 sind zwei Räder 540 befestigt. An der Vorderachse 532 sind ein erstes Rad 540.1 mit einer ersten Drehmesseinrichtung 200.1 und ein zweites Rad 540.2 mit einer zweiten Drehmesseinrichtung 200.2, an der Hinterachse 534 ein drittes Rad 540.3 mit einer dritten Drehmesseinrichtung 200.3 und ein viertes Rad 540.4 mit einer vierten Drehmesseinrichtung 200.4 angeordnet. Das jeweilige Rad 540 stellt somit das rotierende Teil 1100 für die zugeordnete Drehmesseinrichtung 200 dar. Die erste Drehmesseinrichtung 200.1 ist mittels einer ersten Drehmess-Signalleitung 710.1 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 700 in Form einer Fahrzeugsteuereinheit 702 signalführend verbunden. In analoger Weise sind die übrigen Drehmesseinrichtungen 200.2, 200.3, 200.4 jeweils über eine Drehmess-Signalleitung 710.2, 710.3, 710.4 mit der elektronischen Steuereinrichtung 700 signalführend verbunden.
Das Drehmesssystem weist in einer bevorzugten Weiterbildung eine elektronische Steuereinrichtung (ECU) auf, die in einer besonders vorteilhaften Weise im Rahmen einer Rechen- und Datenverarbeitungs-Einrichtung realisiert ist. Die Signalverarbeitungsvorrichtung und/oder die elektronische Steuereinrichtung (ECU) kann vorteilhaft ein Mikro-Controller sein; beispielsweise ein ASIC-Baustein (englisch applicationspecific integrated circuit, ASIC, auch Custom Chip).
Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)
200 Drehmesseinnchtung
200.1—4 Drehmesseinrichtung
220 Drehmesssensor 220a Drehmesssensor-Ausgangssignal 220b Internes Sensorsignal
221 Messwertaufnehmer
222 Hall-Sensor
240 rotativer Maßkörper
242 Polrad
244 Stirnrad
246 Kronenrad
248 Kreisbahn
250 Messmerkmal
254 Polkopf-Poltal-Paarung
256 Polkopf
258 Poltal
259 Polflanke
260 Signalverarbeitungsvorrichtung 260a Ausgangssignal 261 Speicher
262 Vergleichseinheit
530 Achse
532 Vorderachse
534 Hinterachse
540 Rad
540.1—4 erstes bis viertes Rad 700 elektronische Steuereinrichtung
702 Fahrzeugsteuereinheit
710 Drehmess-Signalleitung
710.1—4 erste bis vierte Drehmess-Signalleitung 1000 Fahrzeug
1002 PKW
1004 Nutzfahrzeug
1100 rotierendes Teil
1102 Antrieb
1104 Antriebswelle
1106 Differential
AR Rotationsachse
F Fehlern
FR Frequenz
FRK Frequenz-Polkopf
FRKL lokaler Frequenz-Polkopf
FRT Frequenz-Poltal
FRTL lokales Frequenz-Poltal
FT Taumelfehler
FZ Zahnfehler
PF Periodenfaktor
PFL lokaler Periodenfaktor
PFM gemessener Periodenfaktor
PFT tatsächlicher Periodenfaktor
PMR relatives Periodenmittel
PV Phasenverschiebung
PWK relativer Perioden-Wichtungs-Koeffizient
PWKS relative Perioden-Wichtungs-Koeffizienten-Summe
R Drehbewegung
RF Reihenfolge
RV Drehgeschwindigkeit
RW Winkellage
T Periode
TE effektive Periode
TI Periodeninformation
TL lokale Periode
TLR relative lokale Periode
TR relative Periode t Nulldurchgangsintervall t1 Polkopf-Intervall t2 Poltal-Intervall
S Spalte
U Umdrehungen
UM Messspannung
Z Zeitintervall

Claims

Patentansprüche
1. Drehmesseinrichtung (200) für ein rotierendes Teil (1100), bevorzugt für ein Fahrzeug (1000), besonders bevorzugt für eine Welle (1104) oder ein Rad (540) eines Fahrzeugs (1000), aufweisend: einen rotativen Maßkörper (240), der eine Mehrzahl von Messmerkmalen (250) entlang einer Kreisbahn (248) des rotativen Maßkörpers (240) aufweist und drehfest mit dem rotierenden Teil (1100) befestigbar ist, einen Drehmesssensor (220), der dazu ausgestaltet ist, mindestens eines der Messmerkmale (250) während einer Drehbewegung (R) des rotativen Maßkörpers (240) durch Wechselwirkung (WW) des mindestens einen Messmerkmals (250) mit dem Drehmesssensor (220) zu erfassen und ein Ausgangssignals (220a) auf der Basis der erfassten Wechselwirkungen (WW) auszugeben, und eine Signalverarbeitungsvorrichtung (260), die dazu ausgestaltet ist, mindestens eine Periodeninformation (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) basierend auf einem Ausgangssignal (220a) des Drehmesssensor (220) zu erfassen, wobei die mindestens eine Periodeninformation (TI) auf einem Zeitintervall (Z) basiert, das das mindestens eine Messmerkmal (250) benötigt, um den Drehmesssensor (220) während der Drehbewegung (R) zu passieren, einen Speicher (261), der dazu ausgestaltet ist, vorab erfasste Periodeninformationen (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) zu speichern, insbesondere mittels eines Einlern-Vorgangs erfasste Periodeninformationen (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) zu speichern, und eine Vergleichseinheit (262), die dazu ausgestaltet ist, in dem Speicher (261) die vorab erfassten und gespeicherten Periodeninformationen (TI) mit aktuellen Periodeninformationen (TI) der Messmerkmale (250) zu vergleichen, um Änderungen, insbesondere Abweichungen, Ungenauigkeiten und/oder Beschädigungen (F), bezüglich des mindestens einen Messmerkmals (250) und/oder des rotativen Maßkörpers (240) zu erfassen.
2. Drehmesseinrichtung (200) nach Anspruch 1 , wobei wenn mindestens eine Änderung bezüglich des mindestens einen Messmerkmals (250) und/oder des rotativen Maßkörpers (240) erfasst worden ist, dann wird der Einlern-Vorgang wiederholt und die dabei erfassten Periodeninformationen (TI) werden als neue Periodeninformationen (TI) in dem Speicher (261) gespeichert.
3. Drehmesseinrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehmesseinrichtung (200) als Ausgangssignal ein Datensignal basierend auf einem Datenprotokoll ausgibt, wobei anhand der Datensignale Periodeninformationen (TI) ableitbar sind.
4. Drehmesseinrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der rotative Maßkörper (240) als Polrad (242) mit einer Mehrzahl von Polköpfen (256) und einer Mehrzahl von Poltälern (258) ausgebildet ist, wobei ein Messmerkmal (250) als eine Polkopf-Poltal-Paarung (254) aus einem Polkopf (256) und einem Poltal (258) als Polkopf (256) oder als Poltal (258) ausgebildet ist.
5. Drehmesseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Periodeninformationen (TI) eines Messmerkmals (250) einer Periode (T) des Messmerkmals (250) entspricht, das einem Zeitintervall (Z) gleicht, das das mindestens eine Messmerkmal (250) benötigt, um den Drehmesssensor (220) während der Drehbewegung zu passieren oder wobei die Periodeninformationen (TI) einer relativen Periode (TR) entsprechen, die sich aus einem Koeffizienten zwischen der aktuell erfassten Periode (T) und einer über alle Perioden (T) der Messmerkmale (250) des Maßkörpers (240) gemittelten Periode (TE) ergibt.
6. Drehmesseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Einlern-Vorgang für das Speichern von Periodeninformationen (T) in dem Speicher (261) bei einer konstanten Geschwindigkeit der Welle (1104) oder des Rades (540) erfolgt.
7. Drehmesseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Periodeninformationen (TI) einer relativen Periode (TR) entsprechen, die sich aus einem Koeffizienten zwischen der aktuell erfassten Periode (T) und einer Summe aller Perioden (T) der Messmerkmale (250) des Maßkörpers (240) ergibt, wobei lineare Regressionen für jede gemessene Periode verwendet werden, um eine eigene mittlere Periode für die Messmerkmale (240) zu ermitteln, wenn sich Geschwindigkeit der Welle (1104) oder des Rades (540) ändert.
8. Drehmesseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Messmerkmal (250) 30% - 60% Polkopf (256) und 40% - 70% Poltal (258) und insbesondere 40% Polkopf (256) und 60% Poltal (258) aufweist.
9. Drehmesssystem (300), bevorzugt für ein Fahrzeug (1000), gekennzeichnet durch mindestens eine Drehmesseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Fahrzeug (1000), aufweisend eine Drehmesseinrichtung (200), insbesondere für eine Welle (1104) oder ein Rad (540) des Fahrzeugs (1000), nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder ein Drehmesssystem (300) nach Anspruch 9.
11. Verfahren zur Drehmessung eines rotierenden Teils (1100) eines Fahrzeuges (1000) mittels einer Drehmesseinrichtung (200), welche einen rotativen Maßkörper (240), der eine Mehrzahl von Messmerkmalen (250) entlang einer Kreisbahn (248) des Maßkörpers (250) aufweist und drehfest mit dem rotierenden Teil (1100) befestigbar ist und einen Drehmesssensor (220) aufweist, insbesondere einer Drehmesseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Erfassen mindestens eines der Messmerkmale (250) während einer Drehbewegung (R) des rotativen Maßkörpers (240) durch Wechselwirkung (WW) des mindestens einen Messmerkmals (250) mit dem Drehmesssensor (220),
- Ausgeben eines Ausgangssignals (220a) auf der Basis der erfassten Wechselwirkungen (WW),
- Erfassen mindestens einer Periodeninformation (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) basierend auf einem Ausgangssignal (220a) des Drehmesssensors (220), wobei die mindestens eine Periodeninformation (TI) auf einem Zeitintervall (Z) basiert, das das mindestens eine Messmerkmal (250) benötigt, um den Drehmesssensor (220) während der Drehbewegung (R) zu passieren, vorab Speichern erfasster Periodeninformationen (TI) mindestens eines Messmerkmals (250) in einem Speicher (261), und
Vergleichen von in dem Speicher (261) vorab gespeicherten Periodeninformationen (TI) mit aktuellen Periodeninformationen (TI) mindestens eines Messmerkmals (250), um Änderungen des mindestens einen Messmerkmals (250) und/oder des rotativen Maßkörpers (240) zu erfassen.
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