專利名稱：用于汽車的測量裝置的制作方法
用于汽車的測量裝置本發明涉及一種用于汽車的測量裝置，具有一個支架、 一個與支架 連接的關節，它具有一個關節外殼和一個在外殼中活動支承的關節軸 頸， 一個與關節連接的部件，它通過關節可轉動地支承在支架上， 一個 角度測量裝置，通過它可以獲得部件相對于支架的角度，和一個與角度 測量裝置連接的評價裝置。本發明還涉及一種用于確定表征一個可轉動 地支承在支架上的汽車部件疲勞的疲勞值的方法。力和/或轉矩(下面同樣稱為力)在強烈承載的汽車部件上的持續作 用可能導致材料疲勞并且在一定時間后導致這個部件斷裂。 一個疲勞識 別系統可以在行駛機構部件斷裂之前警示司機。此外期望獲得由司機引 起的汽車或部件的過負荷。為了實現可靠的疲勞識別需要盡可能準確地 確定作用于部件上的力。 一個方法是使用應變計。但是在此問題是測量 電阻的高溫度依賴性、粘接劑的許用附著力以及防止石頭撞擊的應變計 外殼。本發明的目的是，在汽車中在避免應變計的條件下實現一個強烈承 載的部件的疲勞或磨損的測量。這個目的通過如權利要求1所述的測量裝置和如權利要求12所述 的方法得以實現。在從屬權利要求中給出優選的改進方案。按照本發明的用于汽車的測量裝置，具有一個支架、 一個與支架連 接的關節，它具有一個關節外殼和一個在外殼中活動支承的關節軸頸， 一個與關節連接的部件，它通過關節可轉動地支承在支架上， 一個角度 測量裝置，通過它可以獲得部件相對于支架的角度，和一個與角度測量 裝置連接的評價裝置，其中該評價裝置具有一個與角度測量裝置連接的 二次微分器(或二次微分器)，對該微分器在中間連接計算單元的條件 下串聯一個求和器或積分器。通過按照本發明的測量裝置能夠以足夠的精度確定部件的疲勞和 磨損。因為部件在汽車行駛運行中相對于支架有規則地旋轉并且可以通 過部件與支架之間的角度描述偏轉，因此這個角度按照時間的二次微分 得到一個表示部件加速度的尺度。但是這個加速度也表示作用于部件上 的作用力的尺度。因為對于疲勞不重要的是，所作用的力是否使部件的速度增加或降 低(制動)，由計算單元優選確定一個無符號的加速度或力值，它可以 連續地或者以間斷的時間間隔重新確定，其中使求得的無符號加速度或 力值求和或者在時間上積分。下面將由求和或積分形成的值稱為疲勞值并且在汽車的實際應用 中以足夠的精度表示部件的疲勞。因為對于汽車中的部件一般允許一定 的疲勞，對求和器或積分器串聯一個閾值傳感器，其輸出只有在疲勞值 超過一個給定的閾值時才有效或失效。這個閾值與部件有關并且表示對 于部件的最大允許疲勞。在前端領域對于關節和/或對于部件可以確定負荷曲線，其中求得，和/或傾翻或旋轉運動。由此能夠確定極限值，在該極限值時關節和/或 部件被視為疲勞或磨損。該閾值可以以這個極限值為基礎構成或者由這 個極限值構成。所述閾值傳感器與汽車控制器連接。但是優選對閾值傳感器串聯一 個由這個閾值傳感器操縱的信號發生器，它指示司機超過閾值。該信號 發生器例如可以由聲學或光學的信號發生器構成并且優選設置在汽車 的駕駛室里面為了在評價裝置的供電失效時不丟失直到目前求得的疲勞值，可以 使求和器或積分器具有 一個存儲器。這個存儲器可以由附加的電池供電 和/或由不易失存儲器構成，它在供電失效時也存儲地保持疲勞值。所述二次微分器、計算單元和/或求和器或積分器可以由模擬的或數 字結構組件構成。但是優選使所述二次微分器、計算單元和/或求和器或 積分器由至少一個數字計算器構成或者由在這個數字計算器中運行的 程序構成。其優點是， 一個已經在汽車中存在的計算機通過適合的軟件 可以作為評價裝置，由此只發生微少的附加成本。所述二次微分器、計 算單元和/或求和器或積分器可以通過軟件以數字途經實現。所述二次微 分器的掃描頻率大于求和器或積分器的掃描頻率，該掃描頻率優選位于約1Hz的數量級。但是尤其使二次微分器的掃描頻率至少兩倍或三倍于 求和器或積分器的掃描頻率。作為疲勞值可以使作用于部件上的加速度或力值在時間上求和或 積分。這一點對于許多應用是足夠的，由計算單元構成無符號的加速度或力值尤其是二次按照時間微分的測量值的(絕對)值。因此所述計算 單元具有一個數值形成器，它例如可以由全波整流器構成或者由數字計 算器構成。為了對于疲勞值的計算實現更高的精度，可以考慮不同強度的作用 力不同程度地影響到部件的疲勞。在某個極限以下的力實際上可能導致 小的疲勞，而在一定的極限以上的力可能導致立刻完全失效。通過一個 函數或者特征曲線描述確定的作用力如何快速地導致失效的關系，它也 可以稱為應力數曲線。作用力或加速度或者力或加速度的數值可以作為 數值給到這個函數，由此可以求得其函數值。附加地可以由函數值與給 到函數計算的數值計算乘積。該函數值和/或乘積可以連續地或者以間斷 的時間間隔重新確定，其中使求得的函數值或乘積或函數值或乘積的數 值求和或者在時間上積分。所述函數可以由計算單元實現或者通過這個 計算單元轉換。尤其是該計算單元為此具有一個實現或轉換函數的函數單元。此外該計算單元可以包括一個數值形成器。尤其是可以由計算單 元首先確定上述乘積，由此使計算單元優選具有一個乘法器。該乘積尤 其是一個無符號的數值，因此可以省去數值形成器。所述部件可以由行駛機構部件構成，它在汽車中處于特別大的負荷 下。尤其是該部件是行駛機構擺臂、例如上或下橫向擺臂。因為汽車擺 臂作為汽車結構與車輪支架之間的連接機構使用，因此優選使支架由汽 車結構或者由汽車的車輪支架構成。在汽車的行駛機構中使用彈性體軸承或者球頭節，它們可以形成關 節。關于球頭節在這里應該理解為彈性或橡膠關節，它可以與球頭節一 樣在相同的空間方向上運動。為此可以使關節具有一個內部件和一個外 部件，其中該內部件在中間連接彈性體的條件下設置在外部件里面。但 是尤其是關節是一個球頭節，其中關節軸頸或球軸頸可旋轉并可偏轉地 支承在關節外殼里面。這種支承可以在中間連接球殼的條件下實現。優選使所述角度測量裝置組合在關節里面，由此使測量裝置通過關 節外殼免受外界影響。此外一種用于角度測量裝置的磁的測量方法已經 證實是特別不易干擾的，因此使角度測量裝置優選具有一個磁鐵和一個 與磁鐵共同作用的磁場敏感的傳感器。該磁鐵在此可以設置在關節軸頸 上面或里面而磁場敏感的傳感器可以設置在關節外殼上面或里面。尤其 是由角度測量裝置測量關節軸頸相對于關節外殼占據的角度，因為這個角度也表征部件相對于支架占據的那個角度。由此至少間接地測量部件
與支架之間的角度。
與本發明的思想相關一個汽車包括一個汽車結構、 一個具有汽車部
件的車輪懸掛和至少一個按照本發明的測量裝置，它可以按照所有上述
的擴展結構改進。
此外本發明涉及一種用于確定表征一個可轉動地支承在支架上的 汽車部件疲勞的疲勞值的方法或者說使用按照本發明的測量裝置確定
表征部件疲勞的疲勞值，其特征在于
-通過先后銜接地測量部件與支架之間的角度確定角度數據， -通過角度按照時間的二次微分確定加速度數據， -以加速度數據為基礎確定無符號的力數據， -通過在時間上對無符號的力數據求和或積分確定疲勞值。 在此該測量裝置可以按照所有上述擴展結構改進。"數據"概念要表 明數字計算機作為評價裝置的優選應用。但是也可以使"數據"概念表示 一個或多個值，它們作為模擬或數字信號供使用，而不使用計算機。
無符號的力數據可以通過形成加速度數據數值確定。附加或可選擇 地使無符號的力數據以函數或尤其稱為應力數曲線的特征曲線為基礎 求得。在此可以由在前端領域求得的負荷曲線確定函數或者特征曲線。 因此可以將加速度數據或其數值或者由加速度數據或其數值形成的力 數據或其數值作為數值給到函數并且求得其函數值。然后可以以函數值 為基礎確定無符號的力數據。尤其是為了確定無符號的力數據使每個函 數值與給到函數的用于確定這個函數值的數值相乘。
原則上可以通過適合的系數修改角度、角度數據、加速度數據、無 符號的力數據以及疲勞值。例如可以在角度測量裝置與評價裝置之間、 在二次微分器與計算單元之間、在計算單元與求和器或積分器之間和/ 或在求和器或積分器后面連接附加的結構組件，它們尤其考慮形狀系數 或比例常數。如果由數字計算機構成評價裝置，也可以通過數字計算機 實現這些附加的結構組件。為此僅需修改軟件。尤其是可以接收關節在 汽車運行中的運動(角度)、頻率和/或負荷并且寄存在一個例如位于評 價裝置里面的長效存儲器里面。此外在這個長效存儲器里面或者在評價 裝置的另一存儲器里面可以寄存在前端領域中求得的負荷曲線并且與 在運行期間接收的并且存儲在長效存儲器里面的數據進行比較，由此在超過極限值時可以發出警示信號。所述計算單元或函數單元例如可以具 有存儲器，在其中寄存負荷曲線并且根據輸送到計算單元或函數單元的 輸入值以負荷曲線或特征曲線為基礎產生并給出一個輸出值。不必實時 地評價優選連續地或者猶如連續地獲得的角度數據，而是可以在時間上 滯后地進行。但是這個時間滯后尤其要足夠地小，用于可以及時地識別 關節的磨損或疲勞狀態。在行駛機構部件中的力能夠間接地通過這個部件在行駛運行中的 加速度確定。所述角度傳感器適合于測量加速度，它尤其可以組合在球 頭節里面。在這種情況下角度傳感器測量關節軸頸相對于外殼占據的角 度并由此也形成例如一個上和下橫向擺臂以及車輪支架的位置。通過兩 次數字微分角度數據能夠計算在行駛機構部件中的加速度，它與力成比 例。由這些作用力或加速度例如形成數值和/或上述乘積，據此使無符號 的力或加速度相加并由此提供關于行駛機構中負荷的信息。在此所述角 度測量裝置與評價裝置組合地構成。由求得的負荷能夠確定，從何時部 件達到或超過疲勞極限。附加地可以由現有的多體模型和/或由樣機的測量數據計算角度與 預言重要的力之間的傳遞函數，其中可以通過計算單元或函數單元實現 或轉換傳遞函數。例如可以在時間范圍或頻率范圍中使傳遞函數公式 化。但是本發明獨立于所使用的數學模型。因為角度或角度數據的二次 時間導數表征部件的加速度并由此也表征作用于這個部件上的作用力， 總是直接或間接地兩次按照時間微分角度或角度數據，而與例如是否在 頻率范圍通過相乘或者在時間范圍數字地通過形成差值或比例描述微 分無關。在行駛機構中產生-40。C至+ 125。C的溫度，其中按照本發明的測量裝置與使用應變計相比明顯地改進精度。下面借助于附圖中所示的優選實施例描述本發明。附圖中
圖1示出一個汽車車輪懸掛的示意圖，具有按照本發明的測量裝置的實施例，圖2示出按照圖1的球頭節的示意圖，具有組合的角度測量裝置， 圖3示出按照圖1的評價裝置的示意方框圖， 圖4示出按照圖3的評價裝置的變化。由圖1可以看出一個車輪懸掛5的示意圖，其中一個車輪支架1通過上橫向擺臂2、 一個下橫向擺臂3和一個導向擺臂4與一個局部示出 的汽車7的汽車結構6連接。該上橫向擺臂2通過一個球頭節8與車輪 支架1連接并且通過球形關節9與汽車結構6連接。所述下橫向擺臂3 通過球頭節10與車輪支架1連接并且通過彈性體軸承11與汽車結構6 連接。此外所述導向擺臂4通過球頭節12與車輪支架1連接并且通過 彈性體軸承13與汽車結構6連接。在車輪支架1上可轉動地支承一個 輪胎或車輪14，它在車輪放置點15與示意表示的行駛道16接觸。
由圖2看出球頭節8的示意圖，在其中組合一個具有磁名失17和磁 場敏感的傳感器18的角度測量裝置。在此磁場敏感的傳感器18設置在 球頭節8的外殼20里面，而磁鐵17位于球頭節8的球軸頸19里面， 它可旋轉和偏轉地支承在球頭節外殼20里面。該球頭節外殼20固定地 與上橫向擺臂2連接，而球軸頸19固定在車輪支架1上。
通過在圖1和2中所示的車輪懸掛能夠實現上橫向擺臂2的磨損測 量。附加地或者可選擇地能夠對于車輪懸掛的一個或多個其它擺臂實現 這種測量。
在圖2中示出的角度cp表示球軸頸19的縱軸線21與球頭節外殼20 的縱軸線22之間的偏轉。這個角度cp也描述上橫向擺臂2相對于車輪 支架1或者汽車結構6的偏轉并且通過角度測量裝置確定。在此該角度 測量裝置或者說磁場敏感的傳感器18與一個由圖1看出的并且設置在 汽車結構6里面的評價裝置23連接。也可以選擇或者附加地使測得的 角度代表球軸頸19相對于關節外殼20圍繞其縱軸線21的旋轉，因為 在關節8的另一安裝位置這個角度可以稱為上橫向擺臂2的偏轉。
由圖3看出由一個數字計算器構成的評價裝置23的示意方框圖， 其中提供代表一個角度cp的值的磁場敏感傳感器18與二次微分器24連 接。這個微分器以第一掃描頻率掃描磁場敏感的傳感器18的輸出并且 提供一個二次按照時間微分的值它附屬于一個由數值形成器構成的 計算單元25,它形成^的數值。該計算單元25的輸出值^l由一個加法 器26以第二掃描頻率掃描，該頻率小于第一掃描頻率。在此該數值IW 提供一個無符號的力信號或無符號的力數據。所述加法器26將掃描的 數值相加并且作為輸出信號給出計算的和w,它表示上橫向擺臂2的磨 損。該加法器26具有一個存儲器27，它在供電失效時也存儲地保持和 或磨損w。將數值w輸送到一個閾值傳感器28,它在超過一個給定的閾值時控制一個信號發生器29,它優選由設置在汽車駕駛室里面的發光 器構成，它給司機光學地指明超過閾值。
由圖4看出評價裝置23的變化，其中所述計算單元25具有一個描 述特征曲線或者負荷曲線的函數單元30和一個乘法器31 。但是除了計 算單元25按照圖4的評價裝置與按照圖3的評價裝置一致地構成。但 是閾值傳感器28可以具有一個不同的或者適配的閾值。
將數值^輸送到函數單元30,其中該函數單元30根據特征曲線或 負荷曲線提供函數值f ( ^ )作為輸出值。將該輸出值f ( ^ )和數值^輸 送到乘法器31,它形成乘積f ( .0并且給到加法器26上。在此乘積 f ( j尤其形成一個無符號的力信號或無符號的力數據。附加地可以 使計算單元25具有一個數值形成器，它例如串聯在乘法器31上或者前 置于函數單元30和/或乘法器31。
所述特征曲線或負荷曲線優選在前端領域中確定并且尤其寄存在 計算單元25或函數單元30的存儲器32里面。附圖標記清單1 車輪支架2 上橫向擺臂3 下橫向擺臂4 導向擺臂5 車輪懸掛6 汽車結構7 汽車8 球頭節9 球形關節10 球頭節U 彈性體軸承12 球頭節13 彈性體軸承14 車輪15 車輪支承點16 行駛道17 磁鐵18 磁場敏感傳感器19 球軸頸20 球頭節外殼21 球軸頸的縱軸線22 關節外殼的縱軸線23 評價裝置24 二次微分器25 計算單元26 求和器或積分器27 求和器或積分器的存儲器28 閾值傳感器29 信號發生器30 計算單元的函數單元31 計算單元的乘法器32 計算單元的存儲器cp 球軸頸與關節外殼之間的角度，角度數據0 加速度凄史據kl 無符號的力數據 f ( ^ 無符號的力數據 w 疲勞值，疲勞數據
權利要求
1.用于汽車的測量裝置，具有一個支架(1)、一個與支架(1)連接的關節(8)，它具有一個關節外殼(20)和一個在外殼中活動支承的關節軸頸(19)，一個與關節(8)連接的部件(2)，它通過關節(8)可轉動地支承在支架(1)上，一個角度測量裝置(17，18)，通過它可以獲得部件(2)相對于支架(1)的角度()，和一個與角度測量裝置(17，18)連接的評價裝置(23)，其特征在于，所述評價裝置(23)具有一個與角度測量裝置(17，18)連接的二次微分器(24)，對該微分器在中間連接計算單元(25)的條件下串聯一個求和器或積分器(26)。
2. 如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，對求和器或積分器 (26)串聯一個閾值傳感器(28)。
3. 如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，由閾值傳感器(28) 可以操縱串聯在閾值傳感器后面的信號發生器(29)。
4. 如上述權利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述求 和器或積分器(26)具有一個存儲器(27)。
5. 如上述權利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述二 次微分器(24)、計算單元(25)和求和器或積分器(26)構造成數字 結構組件或者由至少一個數字計算器(23)構成。
6. 如權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述二次微分器 (24)的掃描頻率大于求和器或積分器(26)的掃描頻率。
7. 如上述權利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述部 件由汽車(6)的車輪懸掛(5)中的擺臂(2)構成。
8. 如上述權利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述支 架由汽車結構(6)或者由汽車的車輪支架(1)構成。
9. 如上述權利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述角 度測量裝置組合在關節(8)里面。
10. 如上述權利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述 計算單元(25)具有一個數值形成器。
11. 如上述權利要求中任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述 計算單元(25)具有一個函數單元(30)和一個乘法器(31)。
12. 用于確定表征一個可轉動地支承在支架上的汽車部件的疲勞的 疲勞值的方法，其特征在于，-通過先后銜接地測量部件(2)與支架(1 )之間的角度(cp)確定角度數據，-通過角度((p)按照時間的二次微分確定加速度數據(0), -以加速度數據(0)為基礎確定無符號的力數據(IW), -通過在時間上對無符號的力數據(IW)求和或積分確定疲勞值(w)。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，通過使加速度數據(^ ) 形成數值確定無符號的力數據(IW)。
14. 如權利要求12或13所述的方法，其特征在于，確定一個負荷 曲線并且以這個負荷曲線為基礎求得無符號的力數據。
全文摘要
用于汽車的測量裝置，具有一個支架(1)、一個與支架(1)連接的關節(8)，它具有一個關節外殼(20)和一個在外殼中活動支承的關節軸頸(19)，一個與關節(8)連接的部件(2)，它通過關節(8)可轉動地支承在支架(1)上，一個角度測量裝置(17，18)，通過它可以獲得部件(2)相對于支架(1)的角度(φ)，和一個與角度測量裝置(17，18)連接的評價裝置(23)，該評價裝置(23)具有一個與角度測量裝置(17，18)連接的二次微分器(24)，對該微分器在中間連接計算單元(25)的條件下串聯一個求和器或積分器(26)。
文檔編號G01M17/007GK101228423SQ200680026460
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月5日 優先權日2005年7月19日
發明者A·諾, G·戈德特, J·斯普拉特, K·沃恩肯, M·克蘭克 申請人:Zf腓特烈港股份公司