本发明专利技术开始于载荷确定系统，所述载荷确定系统在车轮的轮毂单元中包括具有传感器功能的滚动轴承。轴承包括作为内圈的第一圈和作为外圈的第二圈，其中，第一和第二圈中的任何一个可以是内圈，另外一个圈可以是外圈。所述系统包括连接到第一圈的至少一个磁传感器(16)，用于与附着在第二圈的目标轮进行交互。此外，所述系统包括信号处理单元(26)，被配置为接收所述至少一个磁传感器的磁传感器输出，其中信号处理单元被配置为基于磁传感器输出的振幅至少确定作用于轴承上的轴向力。提出目标环(14)的齿距波长等于或小于4毫米。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术开始于载荷确定系统，所述载荷确定系统在车轮的轮毂单元中包括具有传感器功能的滚动轴承。轴承包括作为内圈的第一圈和作为外圈的第二圈，其中，第一和第二圈中的任何一个可以是内圈，另外一个圈可以是外圈。所述系统包括连接到第一圈的至少一个磁传感器(16)，用于与附着在第二圈的目标轮进行交互。此外，所述系统包括信号处理单元(26)，被配置为接收所述至少一个磁传感器的磁传感器输出，其中信号处理单元被配置为基于磁传感器输出的振幅至少确定作用于轴承上的轴向力。提出目标环(14)的齿距波长等于或小于4毫米。【专利说明】用于滚动轴承的载荷确定系统
本专利技术涉及用于滚动轴承的载荷确定系统及用于确定滚动轴承上的载荷的方法。
技术介绍
滚动轴承是精密制造的部件，滚动轴承的刚度在多个方向上是可预测的，如此，轴承的内圈相对于外圈的移动可被预测为载荷、温度和光热参数的函数。在现有技术中已知采用非接触传感器(诸如磁传感器)的方法，例如，在JP2008215977A文件中所公开的方法。在这项技术中，传感器系统对采用传感器信号的频率来确定防抱死制动系统(Ant1-lock Braking System)的轮转速(wheel speed)或防滑控制(slip control)的方式进行优化，这种传感器系统被用于另外确定作用在轴承上的载荷。为这个目的，由磁传感器获得的信号的振幅被读出。作用在磁传感器和角目标环之间的磁场的振幅取决于这些元件之间的轴向距离，并且所述振幅被用于确定环的相对轴向位置。商业上具有传感器轴承的可用轮毂单元对在大约8毫米或以上的目标环上或目标环内的轮转速检测和磁活动模式的周期进行优化。所述周期也将在下文中被称为“波长(wavelength)”。对于270毫米或更大的通用直径，这个齿距(pitch)导致足够大的角分辨率，同时确保足够高的信噪比和整齐的可探测脉冲。相对较大的波长确保在任意载荷的情况下，在轴承的弹性运动内具有良好的信噪比，但无法准确感测载荷，这是因为载荷随磁环和磁传感器之间的位移变化相对较小。波长越小，随距离的改变越明显。当使用例如在JP2008-215977A中公开的用于载荷检测的标准目标轮时，描述信号振幅与距离的依赖关系的特征函数具有很小的斜率(shallow slope)，如此，在距离检测过程中，分辨率(resolut1n)较低。其理由显而易的是，由于为了轮转速检测对标准传感轮进行了优化，所以信号应该会尽可能不受距离变化的影响。另一方面，申请PCT/EP2010/00345公开了一种利用附着在轴承的内圈或外圈的形变片(strain gauges)来测量轴承的弹性变形的方法。局部变形是相对于基线的负载变化的度量标准。然而，基线取决于由摩擦热引起的温度和热梯度，如此，通常不可能从绝对形变得到绝对载荷。因此，两种方法都令人不满意。位移传感器方法无法考虑到局部形变或热膨胀效应的影响，而使用形变片的传统方法在确定载荷的绝对值方面有问题。
技术实现思路
本专利技术提出了上述问题的解决方案并从在车轮的轮毂单元中包括具有传感器功能的滚动轴承的载荷确定系统开始。所述轴承包括作为内圈的第一圈和作为外圈的第二圈，其中，第一圈和第二圈中的任何一个圈可以是内圈，另外一个圈可以是外圈。所述系统包括依附到第一圈的至少一个磁传感器，用于与附着在第二圈的目标轮进行交互。此外，所述系统包括被配置为接收所述至少一个磁传感器的磁传感器输出，其中，信号处理单元被配置为基于磁传感器输出的幅值来至少确定作用于轴承上的轴向力。提出目标环的齿距波长等于或小于4毫米。目标环和传感器的磁交互作用随着距离的增加按照好的近似指数降低。衰减常数是关于目标环的圆周结构的特征长度尺度的函数，例如，特别是间距波长或图案的周期。假设齿距波长是唯一的相关长度尺度，它紧跟着尺度变化，衰减因子，如对振幅减小l/e(e，Euler，欧拉常数)的距离，与间距波长成正比。根据本专利技术的齿距波长的选择增加系统的灵敏度，如此，衰减因子增加最大为2mm—1甚至高于此值，而当前可用的ABS轮毂中的衰减常数是1mm—1或更少。前者的数值对应于由车辆轮毂单元或卡车轮毂单元内的转向力导致的轴承形变的可靠性检测所需的最小灵敏度。在轮毂单元中选择小间距波长不仅实现了载荷感应而且实现了感测ABS控制的轮速，并非非显而易见的，这是因为距离变化而增加的敏感度与避免ABS轮毂的敏感度的总目标是相反的。在ABS轮毂中的目标环的标准直径为200毫米至300毫米并且宽度为10毫米至20毫米，传感器尺寸(在圆周方向的波长)在1.5毫米和3毫米之间或者至少小于齿距波长。本专利技术适用于各类滚动轴承，其用在车辆、卡车或火车的轮毂单元内，包括双排滚子轴承、圆锥滚子轴承，圆环滚子轴承、滚珠轴承等。在本专利技术另一个实施例中，提出载荷确定系统进一步包括至少一个形变传感器。形变传感器适于附着在轴承的内圈或外圈，并且信号处理单元被被配置为接收至少一个变形传感器的形变传感器输出。基于在至少一个位置处(优选地，在圆周的多个位置均匀分布)结合到内圈或外圈上的有图案的金属箔、半导体或压电式形变计或光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)，形变传感器可以形成为标准形变片。根据本专利技术的一个方面，信号处理单元进一步被配置为接收磁传感器的磁传感器输出，并计算作为变形传感器输出和磁传感器输出的函数的轴承载荷。通过使用两种类型的传感器输出，本专利技术能够结合根据现有技术的这两种方法的优势并且避免它们各自的不足，这将在下文中进行进一步描述。利用基于磁传感器输出的绝对距离测量，所述方法和系统是能够消除由摩擦热所引起的偏移，还提供一种测量轴承载荷的方法和具有若干补偿弹性降低的轴承系统，所述系统不足以确定一个或多个载荷向量。这种情况特别发生在两个滚球相互之间紧密相邻的双排、紧凑的车轮轴承单元。众所周知，转向载荷导致非常不同的机动控制的轴承的表面上产生非常相似的形变模式，并且通常无法单独使用形变片来确定。目标轮优选用于测量轴承的角位置。在本专利技术的上下文中，目标轮可以是任何种类的车轮或与磁传感器交互的齿轮，以便产生随传感器与车轮之间距离而变化的传感器信号。优选地，目标轮被布置为在具有轴向间距的情况下面向传感器的感测面。因此，距离和这样的传感器信号是内圈与外圈之间的轴向位移的直接函数。然而，在其它实施例中，可使用倾斜感测面或沿径向面向的感测面。优选地，所述磁性传感器可以形成为差动霍尔传感器。如果与磁突出旋转环(magnetically salient rotating ring) —起使用，优选带有背磁铁的差动霍尔传感器，观察到磁场由的特殊变化，这是由于有槽的磁渗透刚环、目标环、圆盘或齿轮齿上的通道或者是可与在其表面上包含大量精确产生的南北两极的目标环组合(具有类似于Hallbach阵列的交替磁化区域的多极磁环)。进一步地，优选地，信号处理单元被配置为计算作为磁传感器输出的振幅的函数的轴承载荷。通过限制对信号处理振幅，相较于更复杂的解决方案(从信号中提取关于更多信息(如频谱上的信息))，上述处理被极大地简化。进一步地，提出了信号处理单元被配置为在计算平均数之前通过消除由摩擦热造成的传感器信号偏移来处理传感器信号。特别是可基于变形传本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在轮毂单元中包含具有传感器功能的滚动轴承(10)的载荷确定系统，所述轴承(10)包括作为内圈的第一圈(12)和作为外圈的第二圈(14)，所述系统包括：a.附着在第一圈(12)的至少一个磁传感器(16)，用于与附着在第二圈(14)的目标环(18)交互；b.信号处理单元(26)，被配置为接收所述至少一个磁传感器(16)的磁传感器输出，该信号处理单元(26)被配置为基于磁传感器输出的振幅至少确定作用于轴承(10)上的轴向力；其特征在于，目标环(18)的齿距波长等于或小于4毫米。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：亨德里克·安妮·莫尔，约瑟夫·马利亚·斯托克，西蒙·范巴列古艾，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。