DE102011085268A1

DE102011085268A1 - Verfahren zum Ermitteln des von einer drehmomentübertragenden Komponente übertragenen Drehmoments sowie drehmomentübertragende Komponente mit einer Messeinrichtung

Info

Publication number: DE102011085268A1
Application number: DE201110085268
Authority: DE
Inventors: Christian Mayer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-02

Abstract

Verfahren zum Ermitteln des von einer sich drehenden drehmomentübertragenden Komponente übertragenen Drehmoments, wobei mittels eines ersten Sensors das Durchlaufen einer vorgegebenen ersten Drehstellung einer ersten Stelle der drehmomentübertragenden Komponente und mittels eines zweiten Sensors das Durchlaufen einer vorgegebenen zweiten Drehstellung einer zweiten Stelle der drehmomentübertragenden Komponente sensiert wird, wobei aus der Differenz der momentanen Phasenverschiebung der von den beiden Sensoren gelieferten Signale und einer Phasenverschiebung der von den beiden Sensoren gelieferten Signale in einem Zustand, in dem die Komponente kein Drehmoment überträgt, die momentane Torsion der Komponente bzw. das von der Komponente momentan übertragene Drehmoment ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine drehmomentübertragende Komponente mit einer Messeinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 2.
Das von einer drehmomentübertragenden Komponente tatsächlich übertragene Drehmoment wird im Versuch häufig mit Dehnmesstreifen gemessen, welche auf der Komponente befestigt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zum Ermitteln des von einer drehmomentübertragenden Komponente übertragenen Drehmoments anzugeben sowie eine mit einer entsprechenden Messeinrichtung zusammenwirkende drehmomentübertragende Komponente zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, bei einer drehbar angeordneten, drehmomentübertragenden Komponente, z. B. bei einer Welle, das Drehverhalten der Welle an zwei in Drehmomentübertragungsrichtung voneinander beabstandeten Positionen zu messen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich jede Komponente bei der Übertragung eines Drehmoments tordiert. Die Torsion bzw. der Verdrehwinkel der drehmomentübertragenden Komponente korreliert (z. B. direkt proportional) mit dem übertragenen Drehmoment.
Der Verdrehwinkel der Komponente kann mit einer Messeinrichtung ermittelt werden, die einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und eine Auswerteelektronik aufweist. Der erste Sensor ist an oder im Bereich einer ersten Stelle der drehmomentübertragenden Komponente angeordnet. Bei Durchlaufen einer vorgegebenen ersten Drehstellung der drehmomentübertragenden Komponente an der ersten Stelle erzeugt der erste Sensor ein erstes Messsignal. Der zweite Sensor erzeugt ein zweites Messsignal, wenn die drehmomentübertragende Komponente an der zweiten Stelle eine vorgegebene Drehstellung durchläuft.
Es kann vorgesehen sein, dass in einem Zustand, in dem die drehmomentübertragende Komponente kein Drehmoment überträgt, die beiden Sensoren synchron, d. h. zeitgleich ein erstes bzw. zweites Messsignal erzeugen. Dies muss aber nicht so sein. Vielmehr kann auch im drehmomentfreien Zustand bereits ein gewisser „Phasenversatzoffset” zwischen den beiden Sensorsignalen bestehen.
Mittels einer Auswerteelektronik, welche die momentane Phasenverschiebung der beiden Signale ermittelt und mit einer Phasenverschiebung der beiden Signale in einem Zustand, in dem drehmomentübertragende Komponente kein Drehmoment überträgt vergleicht, wird die Differenz der beiden Phasenverschiebungen ermittelt. Die Differenz der beiden Phasenverschiebungen korreliert (z. B. linear) mit der momentanen Torsion bzw. dem momentanen Verdrehwinkel der drehmomentübertragenden Komponente bzw. mit dem momentan von der drehmomentübertragenden Komponente übertragenen Drehmoment.
Wenn der oder die Impulsgeber ein, auch nur teilweise, periodisches Muster über den Umfang aufweist, so kann die Elektronik zusätzlich oder statt der Phasenverschiebung die Musterwiederholungen zur Berechnung verwenden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist jeder der beiden Sensoren einen auf der drehmomentübertragenden Komponente angeordneten, sich mit der drehmomentübertragenden Komponente mitdrehenden Impulsgeber auf. Der dem ersten Sensor zugeordnete Impulsgeber ist an der ersten Stelle der drehmomentübertragenden Komponenten angeordnet. Der dem zweiten Sensor zugeordnete Impulsgeber ist an der zweiten Stelle der drehmomentübertragenden Komponente angeordnet.
Wie bereits angedeutet, können die beiden Impulsgeber bei drehmomentlosem Betrieb – in Umfangsrichtung der drehmomentübertragenden Komponente betrachtet – an derselben Stelle angeordnet sein, so dass die beiden Sensoren bei drehmomentlosem Betrieb synchron das erste bzw. das zweite Messsignal erzeugen. In diesem Fall ist die Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen bei drehmomentlosem Betrieb Null. Jedem der beiden Impulsgeber ist ein den eigentlichen Sensor bildender Impulsempfänger zugeordnet, der raumfest in Bezug auf eine Lageranordnung, mittels der die drehmomentübertragende Komponenten gelagert ist, angeordnet ist.
Durch Verwendung von Sensoren mit Rückdreherkennung kann der Messbereich und die Messgenauigkeit erhöht werden, insbesondere bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten. Durch Ablage der gemessenen Position in einem nicht flüchtigen Speicher des Steuergeräts kann auch nach einem Start (d. h. Drehbeginn) der drehmomentübertragenden Komponente sofort mit der Drehmomentmessung begonnen werden.
Die Erfindung ist insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugbereich geeignet. Mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung kann z. B. das von einer Gelenkwelle oder von einer Getriebewelle übertragene Drehmoment mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Selbstverständlich können auch Drehmomente in bzw. an Verbrennungsmotoren oder Elektromotoren mit der Erfindung gemessen werden. Durch die hohen Drehmomente, die moderne Antriebsmotoren im Fahrzeugbereich liefern, kann bei einer niedrigen Getriebeübersetzung die zwischen dem Getriebeausgang und dem Achsgetriebeeingang (bei einem hinterradgetriebenen Fahrzeug) vorgesehene Gelenkwelle geschädigt werden. Die Erfindung ermöglicht eine hinreichend schnelle Momentenmessung. Dadurch ist es möglich, bei Drehmomentspitzen das vom Antriebsmotor abgegebene Drehmoment zu begrenzen. Durch die Möglichkeit, das Drehmoment, welches von ein oder mehreren Antriebsstrangkomponenten übertragen wird, zu messen, kann die Regelgüte von Antriebs- oder Fahrwerksregelsystemen verbessert werden.
Die einzige 1 beschreibt das Grundprinzip der Erfindung in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine Welle 1, die ein antriebsseitiges Ende 2 und ein abtriebsseitiges Ende 3 aufweist. Am antriebsseitigen Ende 2 der Welle 1 ist ein erster Impulsgeber 4 angeordnet. Am abtriebsseitigen Ende 3 der Welle 1 ist ein zweiter Impulsgeber 5 angeordnet. Die Impulsgeber 4, 5 sind drehfest mit der Welle 1 verbunden, sie drehen sich also mit.
Dem ersten Impulsgeber 2 ist ein erster Impulsempfänger 6 und dem zweiten Impulsgeber 5 ist ein zweiter Impulsempfänger 7 zugeordnet. Bei drehmomentfreiem Betrieb der Welle 1, d. h. wenn die Welle 1 kein bzw. nahezu kein Drehmoment überträgt, weisen die von den beiden Impulsempfängern 6, 7 gelieferten Signale eine vorgegebene Phasendifferenz auf. Befinden sich die beiden Impulsgeber 4, 5 in Umfangsrichtung der Welle 1 betrachtet auf demselben Umfangswinkel, so sind die von den Impulsempfängern 6, 7 gelieferten Messimpulse synchron.
Bei einer Drehmomentübertragung über die Welle 1 kommt es zu einer Verdrillung der Welle 1, was dazu führt, dass sich die Phasenverschiebung, welche zwischen den beiden von den Impulsempfängern 6, 7 gelieferten Signalen besteht, verändert, z. B. proportional zum Verdrehwinkel, welcher wiederum direkt proportional zu dem von der Welle 1 übertragenen Drehmoment und dem Abstand der beiden Sensoren 4, 6 und 5, 7 ist. Aus der Differenz der Phasenverschiebungen im Lastbetrieb und im drehmomentfreien Betrieb kann der Verdrehwinkel und hieraus das von der Welle 1 übertragene Drehmoment abgeleitet werden.
Es sei ausdrücklich erwähnt, dass die Impulsgeber 4, 5 nicht unmittelbar auf der Welle 1 angeordnet sein müssen. Der Impulsgeber 4 und/oder 5 kann auch auf einer anderen sich drehenden Komponente angeordnet sein, die über eine Übersetzungseinrichtung mit der Welle 1 drehgekoppelt ist. So muss ein Impulsgeber, welcher die Drehbewegung einer Getriebewelle überwachen soll, nicht unbedingt auf genau dieser Getriebewelle angeordnet sein. Er kann auch auf einem anderen Getriebeelement angeordnet sein, das über eine bekannte Übersetzung mit der zu überwachenden Getriebewelle drehgekoppelt ist.

Claims

Verfahren zum Ermitteln des von einer sich drehenden drehmomentübertragenden Komponente (1) übertragenen Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass • mittels eines ersten Sensors (4, 6) das Durchlaufen einer vorgegebenen ersten Drehstellung einer ersten Stelle (2) der drehmomentübertragenden Komponente (1) und • mittels eines zweiten Sensors (5, 7) das Durchlaufen einer vorgegebenen zweiten Drehstellung einer zweiten Stelle (3) der drehmomentübertragenden Komponente (1) sensiert wird, wobei • aus der Differenz einer momentanen Phasenverschiebung der von den beiden Sensoren (4, 6; 5, 7) gelieferten Signale und einer Phasenverschiebung der von den beiden Sensoren (4, 6; 5, 7) gelieferten Signale in einem Zustand, in dem die Komponente (1) kein Drehmoment überträgt, die momentane Torsion der Komponente (1) bzw. das von der Komponente (1) momentan übertragene Drehmoment ermittelt wird.
Drehbar angeordnete, drehmomentübertragende Komponente (1) mit einer Messeinrichtung (4, 6: 5, 7) zur Ermittlung des von der Komponente (1) übertragenen Drehmoments, wobei die Messeinrichtung (4, 6; 5, 7) folgendes aufweist: – einen ersten Sensor (4, 6), der an einer ersten Stelle (2) der drehmomentübertragenden Komponente (1) angeordnet ist und der bei Durchlaufen einer vorgegebenen ersten Drehstellung der ersten Stelle (2) der Komponente (2) ein erstes Messsignal erzeugt, – einen zweiten Sensor (5, 7), der an einer zweiten Stelle (3) der drehmomentübertagenden Komponente (1) angeordnet ist und der bei Durchlaufen einer vorgegebenen zweiten Drehstellung der zweiten Stelle (3) der drehmomentübertragenden Komponente (1) ein zweites Messsignal erzeugt, – einer Auswerteelektronik, welche eine momentane Phasenverschiebung der beiden Messsignale ermittelt und mit einer Phasenverschiebung der beiden Messsignale in einem Zustand, in dem die drehmomentübertragende Komponente (1) kein Drehmoment überträgt, vergleicht, wobei aus der Differenz der beiden Phasenverschiebungen die momentane Torsion der drehmomentübertragenden Komponente (1) bzw. das von der drehmomentübertragenden Komponente (1) momentan übertragene Drehmoment ermittelt wird.
Drehmomentübertragende Komponente (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Ermittlung der Torsion bzw. des Drehmoments der Abstand der beiden Sensoren (4, 6; 5, 7) in Drehmomentübertragungsrichtung eingeht.
Drehmomentübertragende Komponente (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Sensoren (4, 6; 5, 7) einen auf der Komponente (1) angeordneten, sich mit der Komponente (1) mitdrehenden Impulsgeber (4, 5) und einen Impulsempfänger (6, 7) aufweist, der raumfest in Bezug auf eine Lageranordnung, an der die drehmomentübertragende Komponente (1) gelagert ist, angeordnet ist.
Drehmomentübertragende Komponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Sensoren (4, 6; 5, 7) einen Impulsgeber (4, 5) und einen Impulsempfänger (6, 7) aufweist, der raumfest in Bezug auf eine Lageranordnung, an der die drehmomentübertragende Komponente (1) gelagert ist, angeordnet ist, wobei mindestens einer der beiden Impulsgeber (4, 5) über ein Getriebe mit der Komponente (1) drehgekoppelt ist.