ES2316475T3 - Procedimiento para la determinacion de una diferencia angular a partir de señales de puesta en fase. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la determinación de una diferencia angular (delta) en un árbol dividido (3) con pistas de fases (1a, 1b y 2a, 2b) y con una barra de torsión intercalada, en el que por medio de sensores (5) asociados y una unidad de evaluación con relación a una rotación del árbol (3) se obtienen en cada caso señales de fases polivalentes (alfa 1 y alfa 2), caracterizado - porque se suman al menos dos señales de fases (alfa1 y alfa2) ponderadas para obtener una señal S, - porque a partir de la señal S se obtiene una porción no integral D, de manera que la porción D es proporcional a la diferencia angular (delta) y - porque a partir de la diferencia angular (delta) se determina por medio de multiplicación con la tasa de resorte (C) de la barra de torsión intercalada, el par motor (M) que incide en el árbol (3).

Description

Procedimiento para la determinación de una diferencia angular a partir de señales de puesta en fase.

Estado de la técnica

En algunas tareas de medición técnica existe la necesidad de determinar la posición angular de un árbol y al mismo tiempo una diferencia angular con respecto a un segundo elemento (del árbol). Por ejemplo, a partir de la diferencia angular de dos elementos de árbol conectados por medio de una barra de torsión, se puede determinar el par motor que incide en el árbol.

Como ejemplo de aplicación se menciona un TAS (Sensor de Ángulo de Par) montado en el árbol de dirección de un automóvil, que debe emitir al mismo tiempo el ángulo de dirección y el par de dirección (ver la figura 1). A tal fin se miden los ángulos sobre los dos lados de un elemento de torsión. El par motor M se calcula entonces a partir de la diferencia \delta de estos ángulos

M = c \cdot \delta

c = tasa de resorte del elemento de torsión.

Las mediciones angulares individuales deben ser en este caso, en general, muy exactas, puesto que en el ángulo diferencial, en general, muy pequeño, se introducen directamente las inexactitudes de las dos determinaciones de los ángulos.

Para la medición con alta exactitud de los ángulos individuales se emplean, por ejemplo, varias pistas codificadas ópticas o magnéticas, que están provistas con un código digital. En una variante más robusta, no se proveen las pistas con un código digital, sino que contienen diferentes informaciones de fases. Estas informaciones de fases son detectadas óptica o magnéticamente y se convierten en señales de puesta en fase (eléctrica) correspondiente, que o bien son evaluadas a través de la aplicación sencilla o múltiple del procedimiento del nonio clásico o modificado (por ejemplo, DE 19506938) o la determinación del ángulo se realiza con un procedimiento para la evaluación de señales de puesta en fase N-dimensionales.

Se conoce a partir del documento EP 0 980 000 A1 un dispositivo para la detección de la posición de giro, el número de revoluciones y/o el sentido de giro de un rotor de un motor eléctrico, en el que al menos dos sensores de la posición de giro dispuestos desplazados en el sentido de giro del rotor son evaluados con estados de conmutación definidos. A partir de las señales de salida de estos sensores se determinan la posición de giro, el número de revoluciones así como, dado el caso, el sentido de giro del rotor.

Cometido de la invención

El cometido de la invención es la determinación simultánea y de coste favorable de ángulos \phi y de la diferencia angular \delta de dos mediciones de fases polivalentes \alpha_{1} y \alpha_{2}. La diferencia angular no se calcula en este caso como diferencia de dos ángulos, sino que se determina directamente y con coste favorable a partir de las mediciones de fases polivalentes. Al mismo tiempo, a partir de las mediciones de las fases desplazadas entre sí y polivalentes se obtiene un valor angular unívoco.

De esta manera, se pueden determinar, por ejemplo, al mismo tiempo el ángulo de giro \phi de un árbol y el par motor que incide en el mismo. Las dos señales de fases polivalentes \alpha_{1} y \alpha_{2} se obtienen en este caso empleando RADAR, láser, principios sensores ópticos, magnéticos u otros principios sensores. En este caso es necesario con frecuencia obtener estas señales de fases en cada caso de nuevo a partir de nuevas pistas de fases (ver, por ejemplo, las pistas 1a y 1b o bien 2a y 2b en la figura 1) con la ayuda de este principio del nonio (clásico o modificado, eventualmente en cascada o N-dimensional).

Otro campo de aplicación posible es la determinación de la diferencia angular entre dos pistas de fases, que está condicionada, por ejemplo, por tolerancias de fabricación o de montaje (ángulo de inclinación). El conocimiento de esta diferencia angular es necesario para una posible corrección de los errores, condicionados por estas tolerancias, en la evaluación de las señales.

La invención es especialmente bien adecuada para ser aplicada en TAS (Sensor del Ángulo de Par).

Ventajas de la invención

El núcleo de la invención es un procedimiento y una disposición de circuito para la determinación directa y simultánea de ángulos \phi y de la diferencia angular \delta de dos mediciones de fases polivalentes \alpha_{1} y \alpha_{2}. que están desplazadas en la medida de una diferencia angular \delta desconocida.

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En oposición a los procedimientos conocidos, en este caso no se aplica el rodeo a través de los dos ángulos absolutos, lo que reduce claramente el gasto de circuito.

Al mismo tiempo, a través del procedimiento se reducen claramente los errores de medición en las pistas de fases individuales.

La ventaja frente a los procedimientos conocidos es especialmente clara cuando hay que determinar solamente la diferencia angular. En este caso, se simplifica de nuevo el diagrama de bloques de la disposición representada en la figura 2.

Descripción

La figura 1 muestra una posibilidad de realización para un sensor óptico del ángulo y del par motor, en el que se puede aplicar la invención con ventaja. La figura 2 muestra el diagrama de bloques de la disposición para la determinación del ángulo y del par motor.

La descripción siguiente se orienta a una forma de realización preferida para la medición de ángulos y del par motor (TAS). No obstante, el técnico debería reconocer que la invención se puede emplear también para otras formas de aplicación y de realización.

La figura 1 muestra un ejemplo de un TAS óptico con 4 pistas de fases en total 1a, 1b, 2a y 2b. Entre las pistas superiores 1a, 1b y las pistas inferiores (2a, 2b) se encuentra una barra de torsión. El ángulo de dirección se encuentra en la posición angular \phi. A través del par motor que actúa sobre el mismo se gira el grupo con las pistas inferiores (2a, 2b) en la medida del ángulo \delta frente al grupo superior (pistas 1a, 1b).

A partir de las dos pistas superiores 1a, 1b se obtiene, por ejemplo, con la ayuda del procedimiento del nonio modificado, una primera señal de puesta en fase \alpha_{1}, que está conectada con el ángulo de giro \phi mecánico del árbol a través de la relación

\alpha_{1} = n_{1} \cdot \Phi

Lo mismo se aplica de una manera similar para la segunda señal de puesta en fase \alpha_{2}, obtenida a partir de las pistas inferiores,

\alpha_{2} = n_{2} \cdot (\Phi-\delta)

n_{1} y n_{2} son en este caso números periódicos resultante de los dos grupos de pistas, es decir, que la señal de puesta en fase obtenida a partir de las pistas 1a y 1b se repite en una rotación (mecánica) n_{1} veces; \delta es la diferencia angular entre los dos grupos de pistas. Los valores de medición reales de las señales de puesta en fase se encuentran siempre en el intervalo entre 0 y 2\pi, es decir, que están determinados siempre solamente hasta múltiplos integrales de 2\pi.

En general, un sensor (figura 2) suministra, por lo tanto, las dos señales de puesta en fase \alpha_{1} y \alpha_{2}, que están presentes, en general, en forma digital. Estas señales se suman en primer lugar de forma ponderada y suministran la señal S. Esta suma se puede realizar, por ejemplo, de la siguiente manera:

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El redondeo de esta señal a valores integrales proporciona la señal integral W, que se extrae de nuevo de S. Como resultado de esta operación, se obtiene la señal D, la porción no integral de S. En el caso de una implementación digital, esta porción no integral se puede obtener con mucha frecuencia con facilidad directamente a partir de la representación numérica de S.

La señal D es la diferencia angular \delta directamente proporcional y, por lo tanto, es una medida del ángulo diferencial o bien del par motor y se puede reescalar, en caso necesario, con la ayuda de un multiplicador en el par motor.

Al mismo tiempo se puede obtener el ángulo \phi a partir de la señal integral W y el valor de las fases \alpha_{1} con la ayuda de una adición ponderada. Esta adición se realiza con el módulo 2\pi. Para el caso n_{1} = n_{2}+ 1, se calcula el ángulo \phi como se representa en la figura 2:

2

La disposición de circuito presentada reduce, además, los errores de medición e1 y e2, presentes en las dos señales de puesta en fase \alpha_{1} y \alpha_{2}. en la medida de los números periódicos:

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Error en el ángulo \Phi: e_{1}/n_{1}

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Error en el ángulo diferencial \delta: e_{2}/n_{2} - e_{1}/n_{1}

Durante el dimensionado o bien configuración de la disposición hay que tener en cuenta todavía los siguientes puntos.

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Si se quiere determinar un ángulo unívoco f, entonces los números periódicos n_{1} y n_{2} no pueden contener divisores comunes.

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El producto de n_{1} y n_{2} establece la diferencia angular máxima admisible. Con |\delta| < 6º, se aplica por ejemplo n_{1} n_{2} \leq 30.

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Si se representan los valores angulares normalizados binarios a 2\pi, se pueden realizar todas las multiplicaciones necesarias integrales o racionalmente.

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El procedimiento es especialmente adecuado para el TAS (Sensor de Ángulo de Par).

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Los pesos necesarios o bien los coeficientes de multiplicación solamente deben determinarse una vez durante el lanzamiento del sistema.

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El procedimiento se puede aplicar también muy bien para determinar la diferencia angular (fija) entre pistas de fases, que están provocadas, por ejemplo, por tolerancias de montaje (ángulo de inclinación)

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Si se necesita solamente la diferencia angular, entonces se simplifica adicionalmente la disposición (la parte representada gris de la figura 2 no debe realizarse en este caso); por lo tanto, de esta manera se incrementa todavía la ventaja frente a los procedimientos anteriores.

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Si se necesita solamente la diferencia angular, entonces los números periódicos n_{1} y n_{2} contienen un divisor común; a pesar de todo, entonces es imposible, en principio, una determinación unívoca del ángulo \phi.

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El procedimiento se puede transmitir también a otros sistemas, que suministran señales de salida correspondientes, como por ejemplo indicadores lineales, sistemas de medición de la distancia multi frecuencia.

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La disposición propuesta se puede realizar de forma analógica o digital.

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El circuito propuesto se puede realizar muy fácilmente en un circuito de evaluación digital.

Claims (3)

1. Procedimiento para la determinación de una diferencia angular (\delta) en un árbol dividido (3) con pistas de fases (1a, 1b y 2a, 2b) y con una barra de torsión intercalada, en el que por medio de sensores (5) asociados y una unidad de evaluación con relación a una rotación del árbol (3) se obtienen en cada caso señales de fases polivalentes (\alpha_{1} y \alpha_{2}), caracterizado

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porque se suman al menos dos señales de fases (\alpha_{1} y \alpha_{2}) ponderadas para obtener una señal S,

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porque a partir de la señal S se obtiene una porción no integral D, de manera que la porción D es proporcional a la diferencia angular (\delta) y

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porque a partir de la diferencia angular (\delta) se determina por medio de multiplicación con la tasa de resorte (C) de la barra de torsión intercalada, el par motor (M) que incide en el árbol (3).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque a partir de la porción integral de la señal S y a partir de uno de los valores de medición de las fases (\alpha_{1} o \alpha_{2}) se determina de una manera unívoca el ángulo de giro (\Phi) con la ayuda de una suma ponderada.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el ángulo de giro es el ángulo de dirección del árbol de dirección de un automóvil y el par motor es el par de dirección.