包括振动处理的智能致动器及用于评估变速器部件上的振动的方法

文档序号:144212 发布日期:2021-10-22 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 包括振动处理的智能致动器及用于评估变速器部件上的振动的方法 (Intelligent actuator including vibration processing and method for evaluating vibration on transmission component ) 是由 马丁·福内赫姆 于 2020-02-19 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于部件,特别是用于机动车辆的变速器部件的致动器(1),该致动器包括处理器(2),该处理器连接至电动机(3)以用于对该电动机的闭环控制或开环控制,并且该致动器包括可以由电动机(3)移动的最终控制元件(4),其中,将至少一个(与致动器集成的)振动传感器(5)耦接至处理器(2),并且处理器(2)被设计成评估由振动传感器传递的信号。本发明还涉及一种用于评估机动车辆的变速器部件上的振动的方法,在该方法中,变速器部件上的振动由致动器上的振动传感器(5)来检测并且在电动致动器(1)的处理器(2)中进行处理。(The invention relates to an actuator (1) for a component, in particular a transmission component for a motor vehicle, comprising a processor (2) which is connected to an electric motor (3) for closed-loop or open-loop control of the electric motor and which comprises a final control element (4) which can be moved by the electric motor (3), wherein at least one vibration sensor (5) (integrated with the actuator) is coupled to the processor (2) and the processor (2) is designed to evaluate a signal transmitted by the vibration sensor. The invention also relates to a method for evaluating vibrations on a transmission component of a motor vehicle, in which method vibrations on the transmission component are detected by a vibration sensor (5) on the actuator and processed in a processor (2) of the electric actuator (1).)

包括振动处理的智能致动器及用于评估变速器部件上的振动 的方法

技术领域

本发明涉及用于部件——特别是用于机动车辆的变速器部件——的致动器,该机动车辆例如客车如电动或混合动力车辆、例如卡车或另一多用途车辆,该致动器包括例如作为控制装置或(动力/控制)电子装置的一部分的处理器(CPU),该处理器连接至电动机以用于对电动机的闭环控制或开环控制,并且连接至可以由电动机移动的最终控制元件。也可以将电动机设计为机动车辆的主发动机。

背景技术

在与汽车完全分开的应用例如风力涡轮机和工业应用的领域中,例如根据EP 2824 324 A1,使用评估算法来评估振动是已知的,但这些算法仅限于风力涡轮机和工业设备。

这样的方法在汽车应用领域是未知的;而是,在汽车应用领域中仅以针对性的方式使用特殊致动器,以启动致动运动。为此,例如根据WO 2019/001 642 A1,已知许多装置,例如用于致动驻车锁的装置。在WO 2019/001 642 A1中,提出了一种用于致动变速器的驻车锁的装置,该装置具有可移动的驻车锁棘爪,当由致动器经由横向构件来操作驻车锁时,该驻车锁棘爪接合在驻车锁轮的封阻(blocking)轮廓中,以表示驻车锁。为了稳定驻车锁的操作,横梁被配设有阻尼装置,利用该阻尼装置降低横梁在驻车锁棘爪的推斥过程期间的推斥反应速度。

发明内容

本发明的目的是在机动车辆的致动器中——特别是在变速器部件的致动器、布置在变速器的区域中或安装在变速器上的致动器中——实现廉价的多功能性。原则上,应当消除或至少减轻从现有技术已知的缺点。

这根据本发明由根据权利要求1的特征的通用致动器来实现。

将至少一个(优选地与致动器集成的)振动传感器或若干个(优选地与致动器集成的)振动传感器耦接至处理器,并且将处理器设计成评估由振动传感器或多个振动传感器传递的信号。

因此,本发明使得能够在车辆中——特别是在没有个人所有者的车辆中,例如在车队、合用车(pool)或电动出租车中——实现驱动噪声监测。在根据本发明的致动器配置中,致动器控制装置还执行NVH信号处理(噪声-振动-声振粗糙度信号处理),即,特别是在致动之间的暂停期间执行NVH信号处理。随着时间的推移,特别是在致动之间的暂停期间,实现了对致动器的高效使用。因此,例如离开致动器布置的单独的常规传感器变得多余。致动器控制装置可以用作电动轴(e-axle)的驱动控制装置,然后,该致动器控制装置还执行NVH信号处理。然后,致动器本身可以用作NVH诊断装置。然后,“智能检查”成为可能。

有利的实施方式在从属权利要求中要求保护并且在下面更详细地说明。

因此,如果处理器(CPU)被设计成报告/用信号通知以及/或者存储/归档评估和/或信号,则是有利的。这使得能够出于监测的目的而进行永久检索。

有利的实施方式的特征还在于,处理器连接至存储装置。该存储装置可以存在于内部或外部,也就是说,要么紧邻电动机和/或最终控制元件,要么与其相距一定距离。可以使用带有物理导体/线缆的短线路,或者可以使用无线传输。

如果旨在将振动传感器抗振地附接至致动器的壳体中的变速器部分,则可以在振动发生的点处直接检测要检测的振动。如果振动传感器不以弹性/固定/刚性的方式与壳体或保持壳体的变速器部件连接,则是有利的。

如果将CPU设置成使用大于20%至50%的计算能力以进行振动评估(但不大于99%)并且使用小于50%(优选地平均小于15%,并且优选地在1%与14%之间)的计算能力以完成致动任务,则是有利的。如果处理器处理一项任务例如声音分析,或者处理其他任务,即引起最终控制元件的移动,则也是有利的。在处理器中分开地处理这两个任务,为此,也相应地设置了处理器。可以将存储装置设计为信号处理程序和值存储器,其可能与致动器程序和值存储器集成在电子电路板上。

为了实现致动器的精确结果,已经发现如果旨在将振动传感器抗振地附接至致动器的变速器部分或壳体,则是有利的。已经证明将振动传感器直接附接至壳体——优选地附接在壳体的内侧上——是特别有用的。

如果壳体至少部分地包围或甚至包封电动机和振动传感器,则可以有效地防止电子部件变脏和暴露于湿气(moisture)。

已经证明如果将振动传感器设计为结构传递声音传感器或加速度传感器,则是有用的。在例如在驻车锁的情况下占大部分时间的致动暂停期间,控制装置中的计算时间密集型功能的处理允许可靠的损坏预测。

固定安装允许具有结构传递声音或加速度传感器的所述致动器监听并且诊断变速器。计算密集型NVA诊断评估操作的示例已经在EP 2824 324A1中指出并且应当被视为完全并入本文。因此,在EP 2 824 324A1中描述的方法旨在用于机动车辆技术的完全不同的领域并且将被认为在此处是公开的。

如果将振动传感器设计成用于感知和检测在10Hz与40kHz之间——特别在1kHz与10kHz之间——的振动,则也是有利的。

如果将振动传感器设置用于检测诸如三轴信号的非定向或定向的信号,则是有益的。

目的是使例如呈连接器形式的接口存在于壳体中,以用于向处理器、电动机(其在此处通常被理解为致动单元)和振动传感器供电。

如果存储装置存在于壳体中并且连接至处理器和/或振动传感器,则也是有利的。特别地,将这些部件布置在壳体中具有封装和可靠性方面的优势。

期望将致动器设计成执行NVH分析。例如,此处可以使用振动强度的特定于行驶状况的限制值比较。

为了实现特别宽的应用范围,如果将致动器设计为驻车锁定致动器、座椅调节致动器、泵致动器、离合器致动器、切换致动器、档位设置致动器、拨盘致动器或用于具有底盘动作的摆臂的致动器(侧倾稳定器)或电动轴致动器,则是有利的。

本发明最终还涉及一种用于评估机动车辆的变速器部件中的振动的方法,其中,变速器部件上的振动由致动器(集成的致动器)上的振动传感器来检测并且在例如呈根据本发明的形式的电动致动器的处理器中进行处理。

计算密集型NVH诊断评估操作的示例(也可能是组合的)包括:

-最小值/最大值监测(峰值);

-振动强度的行驶状况特定的限制值比较;

-RMS形成(一个或更多个信号的均方根);

-例如用于固定频率(带通)或用于使用准备的信号的平滑(例如,RMS预处理)的数字滤波;

-傅里叶变换,其如FFT(快速傅里叶变换)一样,也是非常计算密集的;

-不同信号之间的自相关或互相关;

-阶次分析(即考虑旋转频率或齿轮齿频率的同步性的分析);以及/或者

-累积(显著信号曲线或信号值的计数或相加,或者显著信号曲线之间的最短(时间)间隔)。

使用现有的电子硬件(壳体、连接器、诸如CAN的信号线路)产生成本优势或具有几乎相同的成本的功能优势(例如,仅在结构传递声音的原始信号传感器和程序存储装置中可以看到某些附加成本)。

在许多监测任务中,对噪声行为进行非永久性的、相当随机的监测就足够了,例如,每公里一次,而不是在整个时间段内,这是为什么使用根据本发明的致动器具有大的优势。期望的是,例如用于驻车锁或齿轮的致动器是抗振的并且固定至变速器。出于安全原因,也为了确保紧急操作或诊断和/或本质安全,通常可以将致动器设计为具有控制电子装置的“智能”致动器。

在“共享经济”和“车队所有制”的背景下,安全监测的功能和拥有者的责任现在更容易被觉察。因此,关于变速器/电动驱动器的噪声特性,提出了通过在也被提供用于致动的控制装置中对其进行检测和分析来生成和转发用于诊断的信息。

换言之,现在通过致动器访问经常未使用的控制电子装置,特别是在驻车锁致动器的情况下。本发明现在设置这些电子装置以将其用于处理各种任务。这些可能是计算密集型任务,例如用于对振动行为的分析以实现NVH分析/NVH减少。为此目的,致动器/电子装置可以具有用于确定值/振动行为的附加部件/传感器。对于固定至壳体/变速器的致动器,例如驻车锁致动器,情况尤其如此。

因此,重点是在汽车领域进行NVH分析的方法。重点还在于具有(动力/控制)电子装置的致动器,该电子装置被设计成执行所述NVH分析。集成的结构传递声音传感器在此处是有利的。

多个致动器的电子装置也可以并行地工作。相关的致动器还可以是轴电动驱动器(e-drive)、泵致动器、离合器致动器、切换致动器、档位设置致动器、拨盘致动器或用于具有底盘动作的摆臂的致动器(侧倾稳定器)或座椅调节致动器。优选地使用驻车锁致动器。WO 2019/001642 A1的驻车锁致动器仅是一个示例,尽管是用于适配以实现根据本发明的构思的优选示例。然而,最终,重点还在于电子装置的使用。

附图说明

借助于附图,在下文进一步说明了本发明。在附图中:

图1示出了根据本发明的呈驻车锁致动器形式的致动器的截面图;

图2示出了根据本发明的方法的序列;

图3示出了根据本发明的另外的方法的序列;以及

图4示出了根据本发明的另外的方法的序列。

具体实施方式

附图本质上仅是示意性的。它们仅用于帮助理解本发明。相同的元件设置有相同的附图标记。各个示例性实施方式的特征可以彼此互换或彼此组合。

在图1中示出了根据本发明的致动器1。该致动器1旨在附接至变速器部件(未示出)。致动器1具有处理器2。还存在致动器/电动机3。处理器2和电动机3彼此连接。电动机3连接至最终控制元件4以驱动所述最终控制元件。存在耦接至处理器2的至少一个振动传感器5。处理器2被设计成评估由振动传感器提供的信息。在此处描述的示例性实施方式中,致动器1被设计为驻车锁致动器6。还存在存储装置7。

处理器2、电动机3、最终控制元件4、振动传感器5和存储装置7布置在壳体8内。还存在接口9,即,连接器10。

将振动传感器5设计成结构传递声音传感器11。将连接器10设计成用于总线信号以及用于为机电致动器1提供能量。结构传递声音传感器11与变速器/(致动器)壳体8机械接触并且与控制装置电子装置电接触(例如,经由弹簧接触部或线缆)。

将存储装置7设计为信号处理程序和值存储装置并且可能与致动器程序和值存储器集成在电子电路板上。

致动单元/电动机3基本上被理解为机电致动器驱动器,其然后也可以被设计为电磁体或伺服阀。

在图2中,通过附图标记12、13、14、15和16将工作步骤的序列进行符号化表示。附图标记12涉及原始信号检测/结构传递声音检测。附图标记13涉及若干频率的数字带通滤波。这之后是由附图标记14符号化表示的选择的平方的(正或负)加权相加,以提供谱强度。附图标记15涉及例如借助于对强度差异的检测进行对谱强度的限制值监测。在附图标记16的位置处,在超过限制值的情况下,通过对信号的提供/存储来结束该序列。

该序列的变体在根据图3的序列中示出。在附图标记17的点处,还存在作为原始信号的旋转角度,可能是CAN。此后,在附图标记18的点处,进行以不同旋转角度形成多个移动平均。这之后是在附图标记19的点处对选择的平均值进行(正或负)加权相加以用于传递阶次分析。然后,针对特定部件对选择的阶次进行限制值监测,参见附图标记20和21。附图标记20涉及第一部件例如齿轮,并且附图标记21涉及第二单独部件例如轴承。然后,这之后是在超过限制值时提供/存储信号,如已经通过附图标记16说明的那样。

提供特殊状态窗口是图4的根据本发明的方法的核心,特殊状态窗口对于机动车辆的特殊操作模式是典型的,其中将预定义的信号(例如也是领域相关的)与出现的信号进行比较。在那里还在附图标记12的点处记录原始信号即结构传递声音,之后是根据参考标记22的分析信号(滤波器)。

也可以根据附图标记23可能经由CAN而将另外的信号,例如速度、扭矩/温度考虑在内。

然后,根据附图标记24和25,验证信号是否在预定义的监测间隔/窗口内。

如果是这种情况,则在相应的间隔中存储经分析的信号(参见附图标记26和27),然后将存储的值与先前的存储装置进行比较(参见附图标记28和29),并且提供/存储已超过更改限制的信号(参见附图标记30和31)。

附图标记列表

1 致动器

2 处理器

3 电动马达

4 最终控制元件

5 振动传感器

6 驻车锁致动器

7 存储装置

8 壳体

9 接口

10 连接器

11 结构声音传感器

12 原始信号检测/结构传递声音检测

13 数字带通滤波

14 相加

15 限制值监测

16 提供/存储

17 旋转角度

18 平均值

19 加权加法

20 限制值监测部件1

21 限制值监测部件2

22 分析

23 附加信号

24 信号监测

25 信号监测

26 存储

27 存储

28 比较

29 比较

30 提供/存储

31 提供/存储。

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