專利名稱：用于確定旋轉(zhuǎn)軸的扭矩和/或角速度的方法以及用于實(shí)施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定旋轉(zhuǎn)軸的扭矩和/或角速度的方法，以及用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的確定方法的裝置。本發(fā)明還涉及使用根據(jù)本發(fā)明的方法以計(jì)算該軸的扭矩或計(jì)算其角速度。本發(fā)明還涉及配備有根據(jù)本發(fā)明的裝置的軸。
背景技術(shù)：
當(dāng)在一傳動(dòng)軸上應(yīng)用扭矩時(shí)，其經(jīng)受一扭轉(zhuǎn)變形。對(duì)于已知的彈性模量，在常溫下，扭轉(zhuǎn)角與所傳遞的扭矩成比例?，F(xiàn)有技術(shù)認(rèn)可使用此原理用于測(cè)量扭矩的不同方法。此種用于測(cè)量軸扭矩的方法描述在例如文獻(xiàn)DE19817886中。 因此，測(cè)量扭矩的一種最簡(jiǎn)單方式是測(cè)量?jī)蓚€(gè)發(fā)音輪之間的相位移，其中每個(gè)發(fā)音輪皆安裝在軸的端部。在此情況下，可變磁阻傳感器記錄表示每個(gè)輪角位置的信號(hào)。該在兩個(gè)輪之間的角偏移量使得可獲得由該軸所傳送的扭矩。然而，此測(cè)量方法并不十分準(zhǔn)確，因?yàn)槠鋵?duì)于軸的彎曲移動(dòng)，以及外部干擾(溫度、振動(dòng)......)非常敏感。為了限制扭矩測(cè)量的不準(zhǔn)確性，另一種方法是將兩個(gè)發(fā)音輪更靠近到一起，以限制由兩個(gè)發(fā)音輪相對(duì)于傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的錯(cuò)誤。然而，在此情況下，不可能僅將兩個(gè)輪更靠近到一起，因?yàn)檫@將導(dǎo)致該系統(tǒng)的靈敏度的凈減小。因此第一個(gè)發(fā)音輪利用一不傳遞扭矩的基準(zhǔn)套而被靠近第二個(gè)發(fā)音輪，其方式為第一發(fā)音輪與一遠(yuǎn)離和第二發(fā)音輪相連的點(diǎn)的點(diǎn)構(gòu)成整體。在此情況下，該兩個(gè)輪通常包括插入的齒，一單一的可變磁阻傳感器記錄一信號(hào)，該信號(hào)在每次一齒經(jīng)過(guò)該傳感器前時(shí)產(chǎn)生一脈沖。扭矩的計(jì)算于通常是由對(duì)通過(guò)該信號(hào)的下降沿的零的通道的探測(cè)，和在該信號(hào)的兩連續(xù)下降沿之間通過(guò)的時(shí)間的測(cè)量而導(dǎo)出。此方法當(dāng)然可減小由于輪子的間距所造成的不準(zhǔn)確。然而，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，扭矩的計(jì)算受噪聲的極大影響，因?yàn)榇朔椒▽?duì)外部干擾、電磁干擾以及噪聲非常敏感。扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性是首要重要的，因?yàn)樵撆ぞ仉S后用于計(jì)算與軸相連的馬達(dá)的動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提出一種比現(xiàn)有技術(shù)中的方法更為準(zhǔn)確的用于確定軸扭矩的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種用于確定經(jīng)受少許對(duì)噪聲和外部干擾敏感性的軸的扭矩的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種可靠的用于確定軸的扭矩的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種準(zhǔn)確的幾乎不受噪聲影響的用于確定旋轉(zhuǎn)軸的角速度的方法。為此，本發(fā)明的第一方面涉及一種用于確定旋轉(zhuǎn)軸的扭矩和/或旋轉(zhuǎn)速度的方法，借助于-具有齒的一個(gè)或多個(gè)輪，每個(gè)輪與所述軸的一個(gè)點(diǎn)構(gòu)成整體，-一傳感器，該傳感器在每次一個(gè)齒通過(guò)其前面時(shí)能夠產(chǎn)生一模擬信號(hào)的脈沖；該方法包括以下步驟-在該傳感器的幫助下產(chǎn)生第一和第二模擬信號(hào)，所述第二模擬信號(hào)相對(duì)于所述第一模擬信號(hào)在時(shí)間上偏移，所述第二模擬信號(hào)具有等于第一模擬信號(hào)的持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間；-將所述第一和第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一和第二數(shù)字信號(hào)； -計(jì)算第一數(shù)字信號(hào)與第二數(shù)字信號(hào)的暫時(shí)互相關(guān)函數(shù)；-在互相關(guān)函數(shù)的幫助下計(jì)算第一模擬信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的方法尤其不尋常在于，例如軸的扭矩這樣的參數(shù)的確定不再基于信號(hào)的單一點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，而是基于該整個(gè)信號(hào)來(lái)進(jìn)行。與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相反，不再僅使用通過(guò)零的模擬信號(hào)的通道的點(diǎn)，而是使用跨越旋轉(zhuǎn)或跨越旋轉(zhuǎn)一部分的整個(gè)信號(hào)。實(shí)際上，此信號(hào)的全部與隨后旋轉(zhuǎn)的信號(hào)或隨后旋轉(zhuǎn)一部分的信號(hào)相關(guān)，互相關(guān)函數(shù)使得兩個(gè)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間可被計(jì)算。根據(jù)本發(fā)明的方法還有利地包括以下步驟-在兩個(gè)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的幫助下計(jì)算軸的扭矩；或-在兩個(gè)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的幫助下計(jì)算軸的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法使得可確定軸的扭矩時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選使用兩個(gè)輪，指下文中的第一輪和第二輪，該第一輪與所述軸的第一點(diǎn)構(gòu)成整體，該第二輪與所述軸的第二點(diǎn)構(gòu)成整體，所述第一點(diǎn)遠(yuǎn)離所述第二點(diǎn)，使得第一輪和第二輪允許該軸的扭矩被記錄。所述第一輪和第二輪有利地設(shè)置為所述第一輪的齒與所述第二輪的齒輪流交替。根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)于計(jì)算軸的扭矩來(lái)說(shuō)非常有利。在軸配備有具有交替齒的兩個(gè)輪的情況下，計(jì)算兩脈沖之間持續(xù)時(shí)間的步驟優(yōu)選為計(jì)算兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的步驟。計(jì)算兩脈沖之間持續(xù)時(shí)間的步驟因此對(duì)應(yīng)于計(jì)算脈沖η與脈沖η+1之間持續(xù)時(shí)間的步驟。按自然法則地，此計(jì)算兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的步驟因此對(duì)應(yīng)于第一輪的第一齒與第二輪的第一齒之間的角度偏移。軸的扭矩于是被計(jì)算，因?yàn)榉律浜瘮?shù)是已知的，其將扭矩與第一輪的第一齒與第二輪的第一齒之間的角度偏移相聯(lián)系。根據(jù)本發(fā)明的方法還可用于更準(zhǔn)確地計(jì)算軸的旋轉(zhuǎn)速度，如果必須的話。在軸配備有具有交替齒的兩個(gè)輪的情況下，計(jì)算兩脈沖之間持續(xù)時(shí)間的步驟因而優(yōu)選為計(jì)算每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于相同輪的兩個(gè)連續(xù)齒的通道的兩個(gè)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的步驟。在此情況下，計(jì)算兩脈沖之間持續(xù)時(shí)間的步驟因而對(duì)應(yīng)于計(jì)算脈沖η與脈沖η+2之間持續(xù)時(shí)間的步驟。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，計(jì)算兩脈沖之間持續(xù)時(shí)間的步驟包含以下步驟-識(shí)別互相關(guān)函數(shù)的最大值；-計(jì)算時(shí)間tl與t2，在所述時(shí)間tl與t2，互相關(guān)函數(shù)達(dá)到這些最大值；-計(jì)算在這些時(shí)間tl與t2之間的持續(xù)時(shí)間。
當(dāng)一個(gè)信號(hào)與時(shí)間上偏移的相同信號(hào)短暫相關(guān)聯(lián)時(shí)，互相關(guān)函數(shù)的最大值在時(shí)間上與此信號(hào)的最大值一致。計(jì)算互相關(guān)函數(shù)發(fā)生最大值的瞬間tl與t2，使得發(fā)現(xiàn)在瞬間tl與t2，所考慮的模擬信號(hào)的脈沖發(fā)生。既然每個(gè)脈沖皆對(duì)應(yīng)于傳感器前齒的通過(guò)，則這使得齒的兩次通過(guò)之間的持續(xù)時(shí)間可被計(jì)算。此對(duì)瞬間tl與t2的計(jì)算，其中互相關(guān)函數(shù)在瞬間tl與t2為最大值，使得齒在傳感器前的通過(guò)之間的持續(xù)時(shí)間可被非常準(zhǔn)確地計(jì)算。而且，此計(jì)算由于互相關(guān)所實(shí)現(xiàn)的整合而經(jīng)受非常小的對(duì)外部干擾和噪聲的敏感度。根據(jù)一非常優(yōu)選實(shí)施例，計(jì)算互相關(guān)函數(shù)最大值的步驟通過(guò)插入互相關(guān)函數(shù)來(lái)執(zhí)行。此計(jì)算方法非常準(zhǔn)確。根據(jù)一非常優(yōu)選實(shí)施例，互相關(guān)函數(shù)的插入通過(guò)最小二乘方的拋物型插值法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)一非常優(yōu)選實(shí)施例，互相關(guān)函數(shù)的插入僅經(jīng)過(guò)瞬間tl與t2所期望的時(shí)間間 隔而實(shí)施。在軸旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，齒的間距和因此兩個(gè)所選齒的通道之間的持續(xù)時(shí)間被近似獲得。因此，不需要將互相關(guān)函數(shù)插到其整體，因?yàn)檫@對(duì)于將執(zhí)行此插入的計(jì)算機(jī)在計(jì)算方面是費(fèi)事和復(fù)雜的。因此，僅圍繞看上去精確確定的點(diǎn)插入互相關(guān)函數(shù)就足夠了。根據(jù)不同實(shí)施例-所述第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)各自具有等于軸的完全旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，或者-所述第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)各自具有等于所述軸的旋轉(zhuǎn)的1/6持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，-所述第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)各自對(duì)應(yīng)于由該傳感器在該軸的兩連續(xù)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的信號(hào)，-所述第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)各自對(duì)應(yīng)于由該傳感器在該軸的旋轉(zhuǎn)的兩連續(xù)部分過(guò)程中所產(chǎn)生的信號(hào)，當(dāng)所述輪包含六個(gè)等距齒時(shí)，所述軸的旋轉(zhuǎn)的這些部分優(yōu)選等于該軸的旋轉(zhuǎn)的1/6。本發(fā)明還涉及根據(jù)前述用于計(jì)算軸扭矩的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法的使用。在此情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選使用以下元件-第一和第二輪，所述第一輪與所述軸的第一點(diǎn)構(gòu)成整體，所述第二輪與所述軸的第二點(diǎn)構(gòu)成整體，所述軸的第二點(diǎn)遠(yuǎn)離所述軸的第一點(diǎn)，所述第一輪和第二輪各自設(shè)有齒，所述第一輪的齒相對(duì)于所述第二輪的齒交替設(shè)置；-一傳感器，該傳感器能夠?qū)⒌谝惠喓偷诙喌拿總€(gè)齒的通道轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)的脈沖；該方法于是優(yōu)選包括以下步驟-產(chǎn)生第一模擬信號(hào)，該第一模擬信號(hào)產(chǎn)生在所述軸的旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的一部分過(guò)程中由在該傳感器前的齒的通道所生成的脈沖；-將所述第一模擬信號(hào)數(shù)字化為一第一數(shù)字信號(hào)；-產(chǎn)生第二模擬信號(hào)，該第二模擬信號(hào)產(chǎn)生在所述軸的隨后旋轉(zhuǎn)或隨后旋轉(zhuǎn)的一部分過(guò)程中由在該傳感器前的齒的通道所生成的脈沖；
-將所述第二模擬信號(hào)數(shù)字化為一第二數(shù)字信號(hào)；-計(jì)算所述第一數(shù)字信號(hào)與第二數(shù)字信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)；-在該互相關(guān)函數(shù)的幫助下計(jì)算該第一模擬信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間；-基于所述第一模擬信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間計(jì)算該軸的扭矩。本發(fā)明還涉及根據(jù)前述用于計(jì)算軸的旋轉(zhuǎn)速度的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法的使用。根據(jù)另一方面，本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的裝置，該裝置包括-一個(gè)或多個(gè)具有齒的輪，每個(gè)輪與所述軸的一點(diǎn)構(gòu)成整體； -傳感器，該傳感器能夠?qū)⒃谠搨鞲衅髑暗母鼾X的通道轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)的脈沖；-模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器能夠?qū)?lái)自該傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；-計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)能夠計(jì)算來(lái)自所述轉(zhuǎn)換器的兩數(shù)字信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)；基于該互相關(guān)函數(shù)計(jì)算所述模擬信號(hào)的兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間。所述裝置有利地包括第一和第二輪。所述第一輪的齒有利地與所述第二輪的齒交替設(shè)置。所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器有利地在一取樣頻率fe操作。所述計(jì)算機(jī)有利地在一等于該取樣頻率fe的工作頻率計(jì)算所述互相關(guān)函數(shù)。來(lái)自該傳感器的所述模擬信號(hào)有利地為電子信號(hào)。所述傳感器有利地為可變磁阻傳感器。所述計(jì)算機(jī)有利地能夠插入來(lái)自所述轉(zhuǎn)換器的兩數(shù)字信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，這優(yōu)選通過(guò)使用最小二乘方的拋物型插值法進(jìn)行。本發(fā)明還涉及一種配備有根據(jù)本發(fā)明的裝置的軸。


通過(guò)參照附圖閱讀以下說(shuō)明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將呈現(xiàn)，其中圖I為配備有根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置的軸的透視圖；圖2為圖I中的軸和裝置的截面圖；圖3為使用圖I中裝置所獲得的第一模擬信號(hào)的視圖；圖4為使用圖I中裝置所獲得的互相關(guān)函數(shù)的視圖；圖5為由根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置所使用的一計(jì)算單元的視圖。為了更清楚,相同或相似的元件在所有圖中由相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式圖I和2表示配備有根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的裝置的軸I。裝置2包括第一輪3和第二輪4。第一輪3和第二輪4優(yōu)選為發(fā)音輪。第一輪3與軸I的第一點(diǎn)6構(gòu)成整體。第二輪4與軸I的第二點(diǎn)7構(gòu)成整體。第二輪4利用一不傳遞扭矩的套8連接到第二點(diǎn)7，使得第二輪4位于第一輪3的附近,但其與點(diǎn)7構(gòu)成整體,該點(diǎn)7遠(yuǎn)離和第一輪3構(gòu)成整體的點(diǎn)6。第一輪3和第二輪4各自具有齒，分別為3a、3b、3c…和4a、4b、4c…，每個(gè)輪優(yōu)選包括6個(gè)齒3a-3f和4a-4f。第一輪3的齒設(shè)置為它們與第二輪4的齒輪流交替。這樣，齒3a位于齒4f與齒4a之間，齒3b位于齒4a與齒4b之間......。根據(jù)本發(fā)明的該裝置還包括設(shè)置在輪3、4上方的傳感器5，其方式使得對(duì)該兩輪的各齒的通道敏感。傳感器5發(fā)射一模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)在每次一齒經(jīng)過(guò)該傳感器前面時(shí)產(chǎn)生一脈沖。傳感器5優(yōu)選為可變-磁阻傳感器，該傳感器在每次一齒經(jīng)過(guò)它前面時(shí)產(chǎn)生一電脈沖。裝置2還包括一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9，該轉(zhuǎn)換器能夠?qū)?lái)自傳感器5的模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為具有一取樣頻率fe的數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)優(yōu)選儲(chǔ)存為12或16比特。裝置2還包括一計(jì)算機(jī)10，該計(jì)算機(jī)具體能夠-計(jì)算來(lái)自該轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)數(shù)字信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)；和-基于該互相關(guān)函數(shù)計(jì)算該模擬信號(hào)的兩個(gè)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間。現(xiàn)在將參照?qǐng)D3和4描述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法。在第一步驟過(guò)程中，傳感器5產(chǎn)生一第一模擬信號(hào)11，表示于圖3中。在此例中，模擬信號(hào)11對(duì)應(yīng)于在軸的旋轉(zhuǎn)的1/6過(guò)程中由傳感器5所產(chǎn)生的信號(hào)。然而，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以設(shè)想記錄在該軸的完整旋轉(zhuǎn)過(guò)程中由該傳感器所發(fā)出的模擬信號(hào)。如圖3中可見，第一模擬信號(hào)11在每次一齒經(jīng)過(guò)該傳感器前時(shí)產(chǎn)生一脈沖。這樣，第一脈沖12對(duì)應(yīng)于在傳感器5前第一輪3的第一齒3a的通道?！暗谝积X”理解為意味著從根據(jù)本發(fā)明的方法開始的時(shí)刻起經(jīng)過(guò)該傳感器前的第一齒。此“第一齒”并不必須是絕對(duì)術(shù)語(yǔ)中經(jīng)過(guò)該傳感器前的第一齒。第二脈沖13對(duì)應(yīng)于在傳感器5前第二輪4的第一齒4a的通道。第三脈沖14對(duì)應(yīng)于該傳感器前第一輪3的第二齒3b的通道。由于一個(gè)和相同輪的齒的間距是恒定的，因此對(duì)應(yīng)于一個(gè)和相同輪的齒的兩脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的估計(jì)值使得該軸的旋轉(zhuǎn)速度可以被獲得。這樣，脈沖12和14之間的持續(xù)時(shí)間T的估計(jì)值使得軸I的角速度可以被獲得。另一方面，第一輪3的齒和第四輪4的齒之間的間距取決于該軸的扭矩。因此，在對(duì)應(yīng)于第一輪的第一齒3a的通道的脈沖12與對(duì)應(yīng)于第二輪的第一齒4a的通道的脈沖13之間的持續(xù)時(shí)間Tl的估計(jì)值使得可獲得該軸的扭矩。所述第一模擬信號(hào)隨后被轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)。該第一模擬信號(hào)向第一數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換優(yōu)選在高頻進(jìn)行，即在高于或等于100kHz，優(yōu)選在等于200kHz的取樣頻率下進(jìn)行。該第一數(shù)字信號(hào)隨后被記錄。一第二模擬信號(hào)隨后產(chǎn)生。此第二模擬信號(hào)具有等于該第一模擬信號(hào)持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，但其在時(shí)間上偏移。因此，當(dāng)該第一模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)于在該軸的完整旋轉(zhuǎn)過(guò)程中由該傳感器所發(fā)出的信號(hào)時(shí)，該第二模擬信號(hào)優(yōu)選對(duì)應(yīng)于在該軸的隨后旋轉(zhuǎn)過(guò)程中由該傳感器所發(fā)出的信號(hào)。在本例中，由于該第一模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)于在該軸的旋轉(zhuǎn)的1/6過(guò)程中由該傳感器所發(fā)出的信號(hào)，因此該第二模擬信號(hào)將也對(duì)應(yīng)于在該軸的旋轉(zhuǎn)的1/6過(guò)程中由該傳感器所發(fā)出的信號(hào)。在其過(guò)程中發(fā)生第二模擬信號(hào)的該軸的旋轉(zhuǎn)的1/6可以是這樣的該軸的旋轉(zhuǎn)的1/6 :其直接跟隨在其過(guò)程中發(fā)生所述第一模擬信號(hào)的該軸的旋轉(zhuǎn)的1/6，或者其可相對(duì)于在其中發(fā)生所述第一模擬信號(hào)的該軸的旋轉(zhuǎn)的1/6偏移一個(gè)旋轉(zhuǎn)或一個(gè)旋轉(zhuǎn)的一部分。這樣，如果所述第一模擬信號(hào)為對(duì)應(yīng)于該傳感器前的齒3a、4a和3b的通道的信號(hào)，則所述第二模擬信號(hào)將能夠或者對(duì)應(yīng)于該傳感器前的齒3a、4a和3b的下一個(gè)通道，或者對(duì)應(yīng)于齒4b、3c、4c的通道。當(dāng)所述軸在一恒定速度下旋轉(zhuǎn)，并且其傳送一恒定扭矩值時(shí)，所述第二模擬信號(hào)因此通?；旧吓c該第一模擬信號(hào)相同，除了其在時(shí)間上偏移。該第二模擬信號(hào)隨后被轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(hào)。該第二模擬信號(hào)向第二數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換在如第一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)的相同取樣頻率下進(jìn)行。該第二數(shù)字信號(hào)被記錄。 根據(jù)本發(fā)明的方法于是包括在其過(guò)程中，優(yōu)選在等于該模擬信號(hào)已被數(shù)字化的頻率的取樣頻率下，第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)數(shù)字互相關(guān)的步驟。這樣,如果x(k),其中k從I到n-m變化,表示第一數(shù)字信號(hào)，y(k),其中k從I到n-m變化，表示第二數(shù)字信號(hào)，則第一和第二數(shù)字信號(hào)的暫時(shí)互相關(guān)函數(shù)對(duì)于各點(diǎn)m給出為
kDLn其中-η表示各數(shù)字信號(hào)的總持續(xù)時(shí)間；-Xm表示第一數(shù)字信號(hào)的平均值；-yffl表示第二數(shù)字信號(hào)的平均值?；ハ嚓P(guān)函數(shù)I (m)對(duì)于屬于間隔
的各點(diǎn)m于是被計(jì)算。如此獲得的互相關(guān)函數(shù)I表示在圖4中。如圖4中可見，互相關(guān)函數(shù)I在每次所述第一模擬信號(hào)分別產(chǎn)生脈沖12、13、14時(shí)具有最大值15、16、17。至此，根據(jù)本發(fā)明的方法不管是用于計(jì)算軸的旋轉(zhuǎn)速度還是計(jì)算其扭矩均是相同的。取決于根據(jù)本發(fā)明的方法是用于計(jì)算扭矩還是用于計(jì)算角速度，僅用于計(jì)算兩脈沖之間持續(xù)時(shí)間的步驟不同，更準(zhǔn)確說(shuō)，僅在其間持續(xù)時(shí)間被計(jì)算的脈沖改變。于是，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法用來(lái)獲得軸的扭矩時(shí)，計(jì)算兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的持續(xù)時(shí)間，即計(jì)算脈沖12與13之間的持續(xù)時(shí)間Tl。相反，如果根據(jù)本發(fā)明的方法用來(lái)獲得軸的角速度，則計(jì)算脈沖12與14之間的持續(xù)時(shí)間T，所述脈沖為對(duì)應(yīng)于屬于一個(gè)和相同輪的兩連續(xù)齒的兩個(gè)脈沖?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述在兩脈沖12和13之間的持續(xù)時(shí)間Tl被計(jì)算以獲得軸的扭矩的情況下計(jì)算兩個(gè)脈沖之間持續(xù)時(shí)間的步驟。然而，當(dāng)希望獲得該軸的角速度時(shí)，可使用相同的計(jì)算步驟來(lái)計(jì)算脈沖12和14之間的持續(xù)時(shí)間。這樣，為計(jì)算脈沖12與13之間的持續(xù)時(shí)間Tl，根據(jù)本發(fā)明的方法包括計(jì)算所述互相關(guān)函數(shù)的最大值15和16之間的持續(xù)時(shí)間Tl的步驟。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，時(shí)間tl = O時(shí)的I (t)對(duì)應(yīng)于第一脈沖，即在該傳感器前的第一輪的第一齒的通道。因此，獲得時(shí)間Tl，足以獲得時(shí)間t2，在時(shí)間t2互相關(guān)函數(shù)到達(dá)最大值16，其對(duì)應(yīng)于脈沖13，該脈沖13自身對(duì)應(yīng)于該傳感器前的第二輪的第一齒的通道。獲得時(shí)間t2， 已知在該軸的旋轉(zhuǎn)的1/12的級(jí)別的時(shí)間t4后該傳感器前經(jīng)過(guò)的第二輪的第一齒(每個(gè)輪實(shí)際上包括六個(gè)齒，第一輪與第二輪的齒被插入)。一個(gè)因此位于一位于t4周圍的時(shí)間間隔[t4_At，t4+At]，其中一個(gè)是確保發(fā)現(xiàn)互相關(guān)函數(shù)的最大值16。互相關(guān)函數(shù)I于是被插入，優(yōu)選以最小二乘方的拋物型插值法，經(jīng)過(guò)此間隔[ 4-Δ t, 4+Δ t] ο例如，尋求該g(t) = a*t2+b*t+c形式的函數(shù),其還接近經(jīng)過(guò)此間隔的互相關(guān)函數(shù)I。由此獲得的函數(shù)g(t)表示于圖4中。于是尋求點(diǎn)t,在該點(diǎn)函數(shù)g(t)達(dá)到其最大值。在本例中，對(duì)于t = t2，函數(shù)g(t)達(dá)到其最大值。兩個(gè)脈沖12和13之間的持續(xù)時(shí)間Tl于是給出為Tl = t2_tl = t2~0.根據(jù)本發(fā)明的方法因此使得可在Tl過(guò)程中非常精確地獲得軸的扭矩，從而自動(dòng)減小該信號(hào)的非高斯相位噪聲，其不使用另外的濾波器做到這些。此對(duì)扭矩的精確確定于是可獲得由該軸所傳遞的動(dòng)力。圖5表示一實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的計(jì)算單元。此計(jì)算單元使得可計(jì)算由該軸所傳遞的系統(tǒng)的動(dòng)力。為此，該計(jì)算單元優(yōu)選包括一允許模擬信號(hào)進(jìn)入其進(jìn)行過(guò)濾的第一低通濾波器24。濾波器24有利地還使得該信號(hào)被放大。所述計(jì)算單元還包括一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器25，該轉(zhuǎn)換器用于在取樣頻率fe將過(guò)濾后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。此計(jì)算單元還包括存儲(chǔ)器27和28，使得可在兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)或連續(xù)旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)部分的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)或一個(gè)旋轉(zhuǎn)的1/6儲(chǔ)存該數(shù)字信號(hào)。該計(jì)算單元還包括一處理器29，該處理器使所述數(shù)字信號(hào)可被互相關(guān)，同樣第二處理器30使由處理器29獲得的互相關(guān)函數(shù)可被插入。本發(fā)明當(dāng)然不限于在此所描述的實(shí)施例，特別是可設(shè)想使用插入互相關(guān)函數(shù)的其他方法。還可設(shè)想在模/數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中使用其他取樣頻率。而且，齒3a、3b和4a僅作為舉例使用，也可使用其他齒。而且，還可設(shè)想在兩個(gè)齒3a和4a (或3a和3b)的幫助下計(jì)算持續(xù)時(shí)間T (或Tl)，隨后在齒3a和4b (或3b和3c)的幫助下計(jì)算其并取所獲得值的平均數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定旋轉(zhuǎn)軸(I)的扭矩和/或旋轉(zhuǎn)速度的方法，借助于 -具有齒(3a-3f，4a-4f)的一個(gè)或多個(gè)輪(3，4)，每個(gè)輪(3，4)與所述軸⑴的一個(gè)點(diǎn)(6.7)構(gòu)成整體， -傳感器(5)，該傳感器在每次一個(gè)齒(3a-3f，4a-4f)通過(guò)其前面時(shí)能夠產(chǎn)生一模擬信號(hào)的脈沖(12，13，14)； 該方法包括以下步驟 -在該傳感器的幫助下產(chǎn)生第一和第二模擬信號(hào)，所述第二模擬信號(hào)相對(duì)于所述第一模擬信號(hào)在時(shí)間上偏移，所述第二模擬信號(hào)具有等于所述第一模擬信號(hào)的持續(xù)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間； -將所述第一和第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一和第二數(shù)字信號(hào)； -計(jì)算所述第一數(shù)字信號(hào)與所述第二數(shù)字信號(hào)的暫時(shí)互相關(guān)函數(shù)(I); -在所述互相關(guān)函數(shù)(I)的幫助下計(jì)算所述第一模擬信號(hào)的兩個(gè)脈沖(12-13,12-14)之間的持續(xù)時(shí)間(Tl，T)，計(jì)算兩脈沖(12-13,12-14)之間持續(xù)時(shí)間的步驟包含以下步驟-識(shí)別所述互相關(guān)函數(shù)的最大值(15，16或15，17)； -通過(guò)所述互相關(guān)函數(shù)的插入計(jì)算時(shí)間tl與t2，在所述時(shí)間tl與t2，所述互相關(guān)函數(shù)達(dá)到這些最大值，所述互相關(guān)函數(shù)的插入僅經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔([t4_At，t4+At])進(jìn)行，其中所述時(shí)間tl與t2是所期望的； -計(jì)算在這些時(shí)間tl與t2之間的持續(xù)時(shí)間(Tl，T)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中使用第一輪(3)和第二輪(4)，所述第一輪(3)與所述軸(I)的一第一點(diǎn)(6)構(gòu)成整體，所述第二輪(4)與所述軸(I)的一第二點(diǎn)(7)構(gòu)成整體，所述第一點(diǎn)(6)遠(yuǎn)離所述第二點(diǎn)(7)，所述第一輪與第二輪設(shè)置為使得所述第一輪(3a_3f)的齒與所述第二輪的齒(4a，4f)交替設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述互相關(guān)函數(shù)的插入采用最小二乘方通過(guò)拋物型插值法進(jìn)行。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一模擬信號(hào)與所述第二模擬信號(hào)各自具有一持續(xù)時(shí)間等于 -所述軸的完整旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間，或 -所述軸的旋轉(zhuǎn)的六分之一的持續(xù)時(shí)間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一模擬信號(hào)與所述第二模擬信號(hào)各自對(duì)應(yīng)于在所述軸的兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)或所述軸的旋轉(zhuǎn)的連續(xù)部分過(guò)程中由所述傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)。
6.一種用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述方法的裝置，其特征在于，該裝置包括 -具有齒(3a-3f，4a-4f)的一個(gè)或多個(gè)輪(3，4)，每個(gè)輪(3，4)與所述軸⑴的一個(gè)點(diǎn)(6.7)構(gòu)成整體， -傳感器(5)，該傳感器能夠?qū)⒚總€(gè)齒(3a-3f，4a-4f)的通道轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)(11)的脈沖(12，13，14)； -模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(9，25)，該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器能夠?qū)?lái)自所述傳感器(5)的所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；-計(jì)算機(jī)( ο, 29, 30),該計(jì)算機(jī)能夠 計(jì)算來(lái)自所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的兩數(shù)字信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)(I); 基于所述互相關(guān)函數(shù)(I)計(jì)算所述模擬信號(hào)的兩個(gè)脈沖(12，13，13)之間的持續(xù)時(shí)間(Tl，T)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，其包括第一輪(3)和第二輪(4)，所述第一輪的齒(3a_3f)與所述第二輪的齒(4a_4f)交替設(shè)置。
8.—種配備有根據(jù)本發(fā)明6或7所述裝置的軸(I)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用兩個(gè)發(fā)音輪(3，4)和傳感器(5)能夠可靠和準(zhǔn)確計(jì)算軸的扭矩的方法。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括互相關(guān)由一旋轉(zhuǎn)或一旋轉(zhuǎn)的1/6所產(chǎn)生的信號(hào)與隨后的旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的1/6所產(chǎn)生的信號(hào)的步驟。齒的兩通道之間的時(shí)間長(zhǎng)度(T，T1)通過(guò)利用最小二乘方插入法插入互相關(guān)函數(shù)來(lái)計(jì)算。
文檔編號(hào)G01L3/10GK102906553SQ201180025366
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者吉恩-米歇爾·埃米爾, 蒂里·布里策勒 申請(qǐng)人:斯奈克瑪