用于确定车轮的转动频率的方法及装置与流程 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种用于确定车轮、尤其是机动车的车轮的转动频率的方法，所述车轮具有转速传感器，所述转速传感器具有配属于所述车轮的传感轮和配属于所述传感轮的传感器元件，其中，所述传感轮在其周向上具有彼此均匀间隔地分布地布置的脉冲发送器，所述脉冲发送器例如径向地从所述传感轮突出，并且所述脉冲发送器的侧面在周向方向上被传感器元件检测以确定所述传感轮的转动频率。2.此外，本发明涉及一种具有控制器的装置，所述控制器在常规使用时执行上述方法。背景技术：3.在机动车中的安全制动系统中，监控机动车的一个或多个车轮的转速或转动频率，以便例如能够识别和防止车轮等的抱死。在abs或者esp系统的控制器中，转动频率借助于转速传感器来确定。所述转速传感器具有与车轮耦联的传感轮和固定在车身上的传感器元件，所述传感器元件配属于所述传感轮。所述传感轮具有多个在周向上均匀分布地布置的脉冲发送器，所述脉冲发送器例如齿形地从所述传感轮径向突出和/或构造为磁极。脉冲发生器彼此间隔地布置，使得每个脉冲发生器的两个侧面能够通过传感器元件被检测。在此，传感轮可以光学地和/或电磁地通过传感器元件来采样。为了确定转动频率，通过确定的测量间隔探测到的侧面的数量参考由控制器测量的在过去和当前的测量间隔的分别最后探测到的侧面之间的时间差。4.然而，在制造技术上，传感轮可以具有偏心，由此正弦形地建模的分度误差对所探测的侧面之间的时间差产生影响。幅值和相位在此取决于单独的传感轮，但不依赖于速度。当传感轮的静态不平衡引起车轮周期的径向力时，其也会导致偏心作用，所述径向力通过车轮的支承的机械系统引起动态滚动半径的车轮周期的调制并且同样如正弦形地建模的分度误差那样起作用。然而，与制造技术上的偏心相比，在此也典型地根据转动速度发生幅值和相位的变化。5.此外，由申请人的尚未公开的专利申请de 10 2018 221 713已知一种方法，其中，为了补偿由偏心引起的调制，使用最优滤波器，并且通过顺序最小二乘方法适配最优滤波器的调制参数。该方法导致相对惯性的行为，由此在稳态运行中可能导致补偿信号的与速度相关的相位延迟，并且在动态地通过不平衡谐振区域时导致过补偿。技术实现要素：6.根据本发明的具有权利要求1的特征的方法具有的优点是，克服了上述缺点并且提供了一种改进的方法，用于在时间等距地采样的频率信号中求取由偏心或车轮不平衡引起的旋转一周为周期的调制的调制参数。根据本发明，这通过如下方式实现：为了补偿由偏心引起的转动频率的调制，将传感轮划分成节段，对于每个节段求取所检测的信号脉冲的脉冲频率并且求平均，并且根据平均的脉冲频率确定用于校正转动频率的调制参数。节段当前尤其理解为通过角度定义或限定的节段、即角度节段。因此，对于传感轮的预先给定的（角度）节段分别求取脉冲频率，所述脉冲频率由所检测到的信号脉冲得出，所述信号脉冲通过脉冲发生器产生或者通过传感器元件检测。此外，这些脉冲频率在时间上被平均。由平均的脉冲频率可以推断出传感轮的偏心，从而这些脉冲频率可以考虑用于确定调制参数。7.根据本发明的一种优选的改进方案，为了对相应的节段的脉冲频率求平均，针对相应的节段在所述传感轮的可预先给定的时间段或预先给定的转数上多次检测脉冲频率并且然后求平均。特别优选地，脉冲频率在算法上通过简单的算术平均来求平均，其中可替代地或附加地能够使用加权或几何平均方法。8.根据本发明的一种优选的实施方式，传感轮划分成同样大的节段。特别优选地，传感轮被划分成四个相同大小的节段（象限），从而传感轮的对称的划分如此存在，使得节段中的各两个节段在直径上相对置。替代地，传感轮划分成不同大小的节段，例如划分成四个不同大小的节段，其中例如分别两个节段具有相同的大小。原则上，较小数量的节段、例如三个节段或多于四个节段也是可能的。9.根据本发明的一个优选的改进方案，由彼此在直径上相对置的节段的平均的脉冲频率求取无偏心的脉冲频率。因此，假定相对置的节段的脉冲频率的平均值或平均的脉冲频率被认为是无偏心的。10.优选地，由相邻节段、即沿转动方向相继的节段的平均的脉冲频率求取有偏心的脉冲频率。在此，尤其假定线性加速度，所述线性加速度允许良好地估计瞬时无偏心的脉冲频率以及有偏心的脉冲频率。11.此外优选地规定，调制参数由有偏心的和无偏心的平均的脉冲频率的比例确定。尤其调制参数节段交替地分别在离开一个节段时由有偏心的和无偏心的平均节段频率或平均的脉冲频率的比例来估计。12.优选地，调制参数描述传感轮的偏心的量值和相位。替代地将调制参数作为复值幅值ar + iai 描述。13.此外优选规定，调制参数经受平滑滤波，尤其借助于pt1滤波器。由此尤其实现的是，使得调制参数不必每圈完全重新估计多次，而是利用之前的估计并且通过当前的评估来适配。14.根据本发明的具有权利要求10的特征的装置的特征在于，所述控制器专门构造用于，在常规使用时执行根据本发明的方法。由此得到上面已经提到的优点。附图说明15.在下文中，本发明将借助于附图更详细地阐述。16.图1以简化的图示示出了用于机动车的转速传感器，图2示出了用于阐述用于运行所述转速传感器的有利方法的示意性模型，图3a和3b示出了 计算模型的简化的图示，和图4示出了计算模型的几何的图示。具体实施方式17.图1以简化的图示示出了用于机动车的转速传感器1。转速传感器1具有传感轮2，传感器元件3配属于传感轮。在此，传感器元件3径向地配属于传感轮2的外周并且与壳体固定地布置。传感轮2抗相对转动地与例如机动车的驱动轮的轴耦联。传感轮2在其周向上分布地具有多个彼此均匀间隔地布置的脉冲传感器4。在当前的实施例中，它们构造为径向突出的圆环节段或齿，所述圆环节段或齿分别在周向方向上通过两个侧面5限定。替代地，脉冲发生器4例如构造为磁性多极轮的磁极、轴向齿和/或孔板。当前，传感轮2是具有多个极对np的极轮、其尤其通过一个或多个永磁体形成。车轮或传感轮2的瞬时转动频率f尤其借助于控制器、尤其abs/esp控制器在时间点 n * δt通过如下方式确定，传感轮2或脉冲发送器4的在例如δt=5ms的确定的测量间隔δt中由传感器元件3探测到的侧面5的数量e参考由控制器测量的在过去的和当前的测量间隔 t(n)ꢀ‑ꢀt(n-1)的分别最后探测到的侧面之间的时间差。在当前的实施例中，在测量间隔δt之内通过传感器元件3检测六个侧面5_1至5_6，其中，传感轮2在纸平面中按照箭头6顺时针旋转。18.通过下面描述的并且在图2中简化的计算模型的形式，以有利的方式补偿由偏心引起的损害或调制成时间等距的频率信号。19.图2为此简化地示出模型，所述模型尤其由转速传感器的控制器或配属于转速传感器的控制器实施。20.通过传感器元件3求取由脉冲发生器4的侧面和旋转速度产生的脉冲频率f，该脉冲频率然后通过编码器轮极数np 缩放到圆频率：(1)。21.由尚未公开的专利申请de 10 2018 221 713已知，由不平衡或偏心产生的调制在估计其复值幅值ar + iai 之后通过模型12或替代地其量值和其相位被补偿。为此，如在前述专利申请中那样，使用以下校正信号g(n)：(2)。22.在此参数fm 表示时间上平均的脉冲频率并且s(n)表示通过侧面数的累加确定的瞬时车轮角度：(3)。23.而通过在图2中简化示出的方法或模型，所测量的频率信号根据车轮角度在测量的时间点配属于一个节段或角度节段、尤其配属于传感轮2的象限，并且在离开一个节段时从逐段计算的频率平均值的关系中求取调制参数中的各一个调制参数。由此产生仅小的相位偏移，所述相位偏移不需要时间上平均的频率并且因此动态地对速度变化作出反应，由此改善调制的补偿。同时，算法开销减少。24.根据图3a和3b应更详细地讨论图2中的模型。瞬时脉冲频率当前被理解为与车轮角度相关。以轮圆频率旋转的指针7（其长度表示脉冲频率f并且其角位置表示车轮角度位置）在恒定的速度和同心的传感轮2的情况下，如在图3a中示出的那样，描述了与坐标原点8同心的圆。因此，指针7与车轮角度无关地具有相同的长度。25.然而，在传感轮偏心的情况下，如在图3b中示出的那样，圆中心点从坐标原点8移动，从而根据车轮角度改变指针7的长度，由此旋转一周为周期地调制所测量的脉冲频率f。在加速运动中，指针描述了一个圆形螺旋。偏心的特征在于螺旋中心点从原点8的移动。26.通过侧面数的累加，如之前已经描述的那样计算瞬时的车轮角s(n)。测量的瞬时脉冲频率由以下得出(4)并且分别配属于节段i至iv。优选地，配属在此如在下表中示出的那样进行：iiiiiiv27.由此导致复杂指针cos s(n) + i sin s(n)的表示在复平面中，使得节段平均值位于正实轴、正虚轴、负实轴或负虚轴上。这简化了节段与适配的调制参数的配属。根据当前实施例，传感轮划分成四个相同大小的（角度）节段i至iv（象限），而根据另一实施例规定，节段大小不同或者也存在不同数量的节段、然而至少三个，但是所述节段于是在配属于调制参数时需要加权。28.优选地，对脉冲频率的平均车轮角度进行配属，即上述车轮角度计算在时间间隔n结束时被如下校正：(6)。29.在每次经过每个节段时测量的瞬时脉冲频率f1至f4优选地被求平均。为此，进行可在算法上特别简单地实现的算术平均，其中，替代地，其他加权或例如几何平均也是可能的。因此例如节段k（k=1至4）在时间点na,ꢀ…, ne经过，然后在时间点ne 上平均频率fk (ne)为节段k形成：(7)。30.相对置的节段1、3和2、4的脉冲频率的平均值可以假定为无偏心。在具有恒定转速的上述配属的情况下，(f1 + f3)/2和(f2 + f4)/2都是无偏心的脉冲频率的良好估计。31.在假定线性加速度的情况下（线性加速度通常在车轮旋转半周内充分近似）相邻节段的脉冲频率的平均值是对无偏心的瞬时脉冲频率的良好估计，无偏心的脉冲频率(fk-1 + fk+1)/2可以分配给有偏心的瞬时频率 fk 。32.调制参数ar和ai 优选节段交替地分别在离开节段时由有偏心的和无偏心的平均的脉冲频率的比例来估计。节段过渡iv-》i节段过渡i-》ii节段过渡ii-》iii节段过渡iii-》iv33.在此，分别使用最后测量的平均的脉冲频率。优选地，如上面示出的那样，评估延迟四分之一圈，从而例如在离开节段iv时使用最后经过的节段ii、iii和iv的平均的脉冲频率。34.可以在几何上解释该方法，如在图4中示出的那样。围绕原点8绘制的瞬时脉冲频率配属于四个节段i至iv中的一个节段。节段i至iv在图4中通过点划线和双箭头示出。对于每个节段i至iv，求取平均的脉冲频率f1到f4。与平均的脉冲频率之间对置的割线的二等分节段，如通过虚线示出的那样，近似具有圆半径的长度，所述圆半径表示无偏心的脉冲频率。从割线二等分的正交线可以确定脉冲频率圆的中心点9。原点8和圆中心点9相对于圆半径的移动对应于在幅值和相位或实部和虚部中待估计的调制参数。35.优选地，上面描述的评估还通过借助于滤波器10、例如pt1滤波器的平滑滤波地连接在下游，如在图2中示出的那样，其分别具有新的评估的30%份额，使得调制参数不必探测器轮2每圈完全重新估计两次。替代地，通过评估以有利的方式适配先前的估计。因此，由估计的调制参数和瞬时测量的脉冲频率通过模型11计算校正信号g，使得在校正信号fcorr(n) = f(n)ꢀ–ꢀg(n)中旋转一周为周期的调制被补偿。36.然后，从如此调制和校正的信号中，可以以简单和传统的方式确定速度v和加速度a。









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