本發(fā)明涉及用于滾動(dòng)軸承的載荷確定系統(tǒng)及用于確定滾動(dòng)軸承上的載荷的方法。
背景技術(shù)：
：：滾動(dòng)軸承是精密制造的部件，滾動(dòng)軸承的剛度在多于一個(gè)方向上是可預(yù)測的，使得軸承的內(nèi)圈相對(duì)于外圈的移動(dòng)可以被預(yù)測為載荷、溫度和熱參數(shù)的函數(shù)。已知使用被施加到軸承的應(yīng)變計(jì)來測量作用于軸承的載荷。應(yīng)變計(jì)的安裝使得在制造中面對(duì)困難。軸承上的載荷測量需要將應(yīng)變計(jì)膠合到軸承表面。這耗時(shí)、耗成本且難以自動(dòng)化。此外，已知使用渦流式傳感器測量載荷。該方案相當(dāng)昂貴。具體地，車輪軸承具有彼此非常靠近的兩列，因此接觸線在車輪結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)彼此重疊。在測量位置，來自兩列的變形重疊。因此，無法知道軸承的哪列被加載。因此，無法知道車輛是否左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎。由于軸承外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)變信號(hào)將必需無線地傳輸。在現(xiàn)有技術(shù)中已知采用非接觸傳感器(諸如磁傳感器)的方法，例如，在jp2008-215977a文獻(xiàn)中所公開的方法。在這項(xiàng)技術(shù)中，傳感器系統(tǒng)對(duì)采用傳感器信號(hào)的頻率來用于確定防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(anti-lockbrakingsystem)用的車輪轉(zhuǎn)速(wheelspeed)或防滑控制(slipcontrol)的方式進(jìn)行優(yōu)化，這種傳感器系統(tǒng)被用于另外確定作用在軸承上的載荷。為這個(gè)目的，由磁傳感器獲得的信號(hào)的振幅被讀取出。作用在磁傳感器和角目標(biāo)環(huán)之間的磁場的振幅取決于這些元件之間的軸向距離，并且所述振幅被用于確定環(huán)的相對(duì)軸向位置。具有傳感器的市售車輪輪轂單元對(duì)車輪轉(zhuǎn)速檢測進(jìn)行優(yōu)化并且目標(biāo)環(huán)上或目標(biāo)環(huán)內(nèi)的磁活動(dòng)模式(magneticallyactivepattern)的周期為大約7毫米或更大。在下文中，所述周期也將被稱為目標(biāo)環(huán)的“波長(wavelength)”。對(duì)于30mm或更大的通用目標(biāo)環(huán)直徑，這個(gè)齒距(pitch)導(dǎo)致足夠(大)的角分辨率，且確保足夠高的信噪比和整齊的可探測脈沖。相對(duì)大的波長確保在任何載荷以及在由傳感器的放置誤差而導(dǎo)致的實(shí)際距離變化的情況下，在軸承的彈性運(yùn)動(dòng)內(nèi)具有良好的信噪比，但無法非常準(zhǔn)確地感測載荷，這是因?yàn)檩d荷隨磁環(huán)和磁傳感器之間的位移相對(duì)較小地變化。波長越小，隨距離的改變?cè)矫黠@。當(dāng)使用例如在jp2008-215977a中公開的用于載荷檢測的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)車輪時(shí)，描述信號(hào)振幅與距離的依賴關(guān)系的特征函數(shù)具有很小的斜率(shallowslope)，使得在距離檢測過程中分辨率(resolution)較低。原因很明顯：由于標(biāo)準(zhǔn)傳感車輪對(duì)車輪轉(zhuǎn)速檢測進(jìn)行了優(yōu)化，所以信號(hào)應(yīng)該會(huì)盡可能不受距離變化的影響。另一方面，申請(qǐng)pct/ep2010/00345公開了一種利用安裝在軸承的內(nèi)圈或外圈的應(yīng)變計(jì)(straingauges)來測量軸承的彈性變形的方法。平均的局部變形是相對(duì)于基線的載荷變化的測量。然而，基線取決于由摩擦熱引起的溫度和熱梯度，如此，通常不可能從絕對(duì)應(yīng)變得到絕對(duì)載荷。因此，兩種方法都令人不滿意。在位移傳感器方法無法考慮到局部應(yīng)變或熱膨脹的影響的情況下，使用應(yīng)變計(jì)的傳統(tǒng)方法在確定載荷的絕對(duì)值方面有問題。文獻(xiàn)ep1672372a1教示出使用與編碼器相互作用(interacting)的傳感器的信號(hào)來檢測滾動(dòng)軸承的載荷。文獻(xiàn)ep1130362a2教示出制造具有1.5mm的齒距的磁編碼器的方法。文獻(xiàn)us2008/243427a1公開了具有磁模式(magneticpattern)的編碼器環(huán)，該磁模式隨著編碼器環(huán)的寬度變化，使得編碼器環(huán)與其寬度方向平行的位移導(dǎo)致由傳感器檢測到的信號(hào)的偏差的變化。文獻(xiàn)fr2794504a1公開了帶有傳感器功能(sensorized)的滾動(dòng)軸承的另一示例。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明對(duì)于上述問題提出了解決方案，本發(fā)明源自一種載荷確定系統(tǒng)，所述載荷確定系統(tǒng)包括在用于車輪的輪轂單元中的滾動(dòng)軸承，在所述滾動(dòng)軸承中，至少一個(gè)、優(yōu)選為兩個(gè)或更多個(gè)傳感器測量在轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件之間的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)距離。所述軸承包括作為內(nèi)圈和外圈的第一圈和第二圈，其中所述第一圈和所述第二圈中的任一者可以是內(nèi)圈，另一圈為外圈。所述系統(tǒng)包括至少兩個(gè)磁傳感器，所述至少兩個(gè)磁傳感器安裝到所述第一圈，從而與安裝到所述第二圈的目標(biāo)環(huán)(targetwheel)相互作用。在該組合中，磁相互作用的振幅為距離的指數(shù)函數(shù)。此外，所述系統(tǒng)包括信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元被配置成接收所述至少兩個(gè)磁傳感器的磁傳感器輸出，其中所述信號(hào)處理單元被配置成基于所述磁傳感器輸出的平均振幅的自然對(duì)數(shù)和/或兩個(gè)這種平均振幅的比率的對(duì)數(shù)來確定作用于所述軸承的至少軸向力，優(yōu)選與布置在所述軸承的實(shí)質(zhì)上相對(duì)側(cè)的傳感器有關(guān)。提出的是，所述信號(hào)處理單元被配置成計(jì)算所述至少兩個(gè)磁傳感器輸出中的至少一個(gè)磁傳感器輸出或各磁傳感器輸出的平均值，且計(jì)算作為平均值的函數(shù)的間隙的寬度。優(yōu)選地，借助于對(duì)數(shù)函數(shù)完成所述計(jì)算，以說明在實(shí)際物體的響應(yīng)中的自然指數(shù)函數(shù)。本發(fā)明適用于各類滾動(dòng)軸承，其用在機(jī)動(dòng)車、卡車或火車用的輪轂單元內(nèi)，包括雙排滾子軸承、圓錐滾子軸承，圓環(huán)滾子軸承、滾珠軸承等。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述信號(hào)處理單元被配置成計(jì)算平均值的對(duì)數(shù)，從而確定所述間隙的寬度。此外，提出的是，所述載荷確定系統(tǒng)包括布置在所述第一圈的圓周上的不同位置處的多個(gè)磁傳感器，其中所述信號(hào)處理單元被配置成基于從磁傳感器獲得的信號(hào)來計(jì)算所述第一圈相對(duì)于所述第二圈的傾斜。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述載荷確定系統(tǒng)包括布置在所述第一圈的圓周上的不同位置處的多個(gè)磁傳感器，其中所述信號(hào)處理單元被配置成計(jì)算描述作用于所述軸承的轉(zhuǎn)彎載荷的力矢量。優(yōu)選地，所述信號(hào)處理單元被配置成確定與所述滾動(dòng)軸承的磨損相關(guān)的參數(shù)，且基于所述參數(shù)產(chǎn)生代表剩余軸承壽命的信號(hào)。本發(fā)明的另一方面涉及根據(jù)前述方案中任一項(xiàng)所述的載荷確定系統(tǒng)的作為機(jī)動(dòng)車中的abs系統(tǒng)的用途。本發(fā)明的又一方面涉及一種車輛，所述車輛包括配備有根據(jù)前述方案中任一項(xiàng)所述的載荷確定系統(tǒng)的軸承。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提出的是，所述載荷確定系統(tǒng)除了包括磁傳感器以外還包括至少一個(gè)變形傳感器。所述變形傳感器適于安裝到軸承的內(nèi)圈或外圈，并且信號(hào)處理單元被配置成接收至少一個(gè)變形傳感器的變形傳感器輸出。基于在至少一個(gè)位置處(優(yōu)選地，在圓周上均勻分布的多個(gè)位置)結(jié)合到內(nèi)圈或外圈的有圖案的金屬箔、半導(dǎo)體或壓電式應(yīng)變計(jì)或光纖布拉格光柵(fiberbragggrating，fbg)，變形傳感器可以形成為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述信號(hào)處理單元進(jìn)一步被配置成接收磁傳感器的磁傳感器輸出，并計(jì)算作為變形傳感器輸出和磁傳感器輸出的函數(shù)的軸承載荷。通過使用兩種類型的傳感器輸出，本發(fā)明能夠結(jié)合根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這兩種方法的優(yōu)勢并且避免它們各自的不足，這將在下文中進(jìn)行進(jìn)一步描述。通過利用基于磁傳感器輸出的絕對(duì)距離測量，所述方法和系統(tǒng)能夠消除由摩擦熱所誘發(fā)的漂移(drift)，還提供一種測量軸承載荷的方法和具有大量彈性自由度的軸承系統(tǒng)，所述系統(tǒng)不足以確定一個(gè)或多個(gè)載荷矢量。這種情況特別發(fā)生在兩列滾珠相互之間緊密相鄰的雙列、緊湊的車輪軸承單元。眾所周知，轉(zhuǎn)彎載荷在非常不同的機(jī)動(dòng)控制(maneuvers)的軸承的表面上產(chǎn)生非常相似的應(yīng)變模式，并且通常無法單獨(dú)使用應(yīng)變計(jì)來確定。目標(biāo)輪優(yōu)選用于測量軸承的角位置。在本發(fā)明的上下文中，目標(biāo)輪可以是任何種類的車輪或與磁傳感器磁相互作用的齒輪，從而產(chǎn)生隨傳感器與車輪之間距離而變化的傳感器信號(hào)。優(yōu)選地，目標(biāo)輪被布置成以軸向間隙面對(duì)傳感器的感測面。結(jié)果，距離以及進(jìn)而傳感器信號(hào)是內(nèi)圈與外圈之間的軸向位移的直接函數(shù)。然而，在其它實(shí)施例中，可以使用傾斜感測面或在徑向上面對(duì)的感測面。優(yōu)選地，所述磁傳感器形成為差分霍爾傳感器。如果與磁突出旋轉(zhuǎn)環(huán)(magneticallysalientrotatingring)一起使用，則優(yōu)選帶有背磁體的差分霍爾傳感器，觀察到磁場的空間變化，這是由于有槽的磁滲透鋼環(huán)、目標(biāo)環(huán)、盤或齒輪輪齒上的通道所引起，或者可以與在其表面上包含大量精確生產(chǎn)的南北兩極的目標(biāo)環(huán)結(jié)合(具有類似于hallbach陣列的交替磁化區(qū)域的多極磁環(huán))。此外，優(yōu)選的是，所述信號(hào)處理單元被配置成計(jì)算作為磁傳感器輸出的振幅的函數(shù)的軸承載荷。通過限制對(duì)振幅處理的信號(hào)，相較于更復(fù)雜的方案(從信號(hào)中提取更多信息(如關(guān)于頻譜上的信息))，上述處理被大大簡化。此外，提出的是，所述信號(hào)處理單元被配置成在計(jì)算平均值之前通過消除由摩擦熱引起的傳感器信號(hào)漂移來處理傳感器信號(hào)。特別地可以基于變形傳感器信號(hào)來計(jì)算漂移。本發(fā)明的再一方面涉及一種由如上所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的載荷檢測方法。所述方法包括計(jì)算至少一個(gè)磁傳感器輸出的平均值且計(jì)算作為平均值的函數(shù)的間隙的寬度。根據(jù)本發(fā)明，所述方法還包括計(jì)算作為磁傳感器輸出的函數(shù)的軸承載荷的步驟。為了執(zhí)行abs速度感測，輪轂單元的旋轉(zhuǎn)環(huán)通常已配備有多極磁環(huán)?，F(xiàn)有的abs速度感測裝置可以用作硬件，從而以節(jié)約成本的方式實(shí)施本發(fā)明。通過將另外的霍爾傳感器置于非旋轉(zhuǎn)環(huán)上，可以測量旋轉(zhuǎn)環(huán)的位移，這是由于霍爾傳感器的輸出信號(hào)以指數(shù)的方式與距離相關(guān)。本發(fā)明的上述實(shí)施例及所附權(quán)利要求及附圖示出了在特定組合中本發(fā)明的多個(gè)特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易想到這些特征的進(jìn)一步組合或子組合，以使如在權(quán)利要求中限定的本發(fā)明適合特定需求。附圖說明圖1是在集成在機(jī)動(dòng)車輪轂單元中的軸承中使用的載荷確定系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)圖1的載荷確定系統(tǒng)的目標(biāo)環(huán)。圖3是根據(jù)圖1和圖2的載荷確定系統(tǒng)中所適用的磁傳感器。圖4是根據(jù)圖3的傳感器針對(duì)不同寬度的間隙的傳感器輸出的示意圖。圖5是示出在傳感器與目標(biāo)環(huán)之間的間隙的寬度與傳感器信號(hào)的信號(hào)振幅之間關(guān)系的曲線圖。圖6是說明在根據(jù)圖2的目標(biāo)環(huán)的齒距波長/周期與圖5中所示的關(guān)系中的指數(shù)衰減常數(shù)(exponentialdecayconstant)之間的關(guān)系的曲線圖。圖7示出目標(biāo)環(huán)的傾斜與作用在軸承單元上的側(cè)向力(lateralforce)之間的關(guān)系。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的載荷確定系統(tǒng)預(yù)估的作用在軸承單元上的側(cè)向力與實(shí)際施加的側(cè)向力之間的比較。圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)，其包括與編碼器環(huán)具有徑向間隙的四個(gè)等間隔的磁傳感器。圖10是根據(jù)圖9的傳感器系統(tǒng)的截面圖。圖11是示出如基于圖9和圖10的兩個(gè)磁傳感器的信號(hào)確定的對(duì)于間隙的寬度確定的值的曲線圖。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的信號(hào)處理單元執(zhí)行的用于計(jì)算實(shí)時(shí)力矢量的數(shù)據(jù)處理的示意圖。具體實(shí)施方式圖1示出了機(jī)動(dòng)車的輪轂單元，其包括形成為雙列滾子軸承的軸承10。該軸承包括外圈14和安裝在輪軸(axle)上的內(nèi)圈12。所述輪轂單元設(shè)置有集成abs(防抱死制動(dòng)系統(tǒng))并且設(shè)置有目標(biāo)環(huán)(targetring)18，目標(biāo)環(huán)18形成為有槽的磁滲透鋼環(huán)(slottedmagneticallypermeablesteelring)并附接于外圈14。圖2示出了目標(biāo)環(huán)18，目標(biāo)環(huán)18形成為下面這樣的鋼環(huán)：該鋼環(huán)具有槽和使這些槽分離開的徑向延伸分隔指。槽在徑向上的距離(即環(huán)的齒距(pitch)w)達(dá)到約3至4mm，因此小于在標(biāo)準(zhǔn)abs傳感器中使用的目標(biāo)環(huán)的齒距，而標(biāo)準(zhǔn)abs傳感器中周期長度在6mm至8mm之間。這里以及在下文中，該周期長度還將被稱為波長w。齒距波長w例如可以被沿著連接槽的徑向內(nèi)邊緣的中心點(diǎn)的圓的曲線部分測量。圖3是傳感器16的示意圖，傳感器16形成為具有背磁體(backmagnet)的差分霍爾傳感器，所述差分霍爾傳感器觀察磁場由于有槽的磁滲透鋼目標(biāo)環(huán)18上的通道而導(dǎo)致的空間變化。當(dāng)然，本發(fā)明不限于有槽的磁滲透鋼環(huán)的目標(biāo)環(huán)，而還可以與在表面上含有大量精確生產(chǎn)的南北兩極的鋼盤、齒輪輪齒或磁化目標(biāo)環(huán)一起使用。在后一種情況下，不帶背磁體的差分霍爾傳感器也是可適用的。如圖3所示，磁場傳感器16包括磁軛(yoke)20，磁軛20沿目標(biāo)環(huán)18的圓周方向并覆蓋目標(biāo)環(huán)18的多個(gè)波長。背磁體22設(shè)置于磁軛20的中心部分，并生成穿過一個(gè)或多個(gè)差分磁場傳感器21的磁場線，差分磁場傳感器21布置在穿過磁軛20的一個(gè)腿部并穿過目標(biāo)環(huán)的兩個(gè)磁路中的至少一個(gè)磁路內(nèi)。如果磁軛20的面對(duì)目標(biāo)環(huán)18的端部設(shè)置在目標(biāo)環(huán)的槽上方，則磁場線被中斷或至少強(qiáng)烈弱化，而如果磁軛20的面對(duì)目標(biāo)環(huán)18的端部設(shè)置在目標(biāo)環(huán)18的分隔指上方，則磁場線容易穿過目標(biāo)環(huán)18與磁軛20的端面和位于磁軛20的中心的差分磁場傳感器21的端面之間的間隙g。如果目標(biāo)環(huán)18在傳感器16的下方轉(zhuǎn)動(dòng)，則由差分磁場傳感器21測量的磁場因此以與目標(biāo)環(huán)18的通過槽(passingslot)的頻率對(duì)應(yīng)的頻率振蕩。重要的是要注意，該振蕩的振幅取決于傳感器16與目標(biāo)環(huán)18之間的間隙g的寬度，更具體地說，取決于在磁軛20的端面和差分磁場傳感器的端面與目標(biāo)環(huán)18的分隔指之間的間隙g的寬度。本質(zhì)上說，該振幅是該間隙g的寬度的指數(shù)遞減函數(shù)。這里以及在下文中，這個(gè)寬度也將被稱為“距離”。返回圖1，多個(gè)圖3所示的類型的傳感器16被設(shè)置在目標(biāo)環(huán)18的圓周上。在實(shí)際的實(shí)施例中，四個(gè)傳感器16以0°、90°、180°和270°的角度設(shè)置，盡管為了簡便起見，僅示出了其中的一個(gè)。如果例如由于作用在軸承上的載荷而使得軸承的內(nèi)圈12以及進(jìn)而目標(biāo)環(huán)18相對(duì)于外圈14傾斜，則即使在內(nèi)圈12與外圈14完美對(duì)準(zhǔn)的構(gòu)造中傳感器與目標(biāo)環(huán)18之間的距離相同的情況下，傳感器與目標(biāo)環(huán)18之間的距離也將與傾斜角的正弦值成比例地變化，因此也將得到不同的值。使用角距離為180°的成對(duì)的或相對(duì)的傳感器來成對(duì)地處理由傳感器16得到的數(shù)據(jù)，其中由不同的傳感器的測量確定的間隙的寬度可以被減去(subtracted)。另一方面，如果內(nèi)圈12相對(duì)于外圈14沿軸向移位，則由距離傳感器16所觀測到的距離將以相同的方式變化。因此，可以使用傳感器16以高精度測量圈的軸向位移和圈的傾斜角度。精度尤其取決于所述距離與傳感器信號(hào)的振幅之間的指數(shù)關(guān)系的衰減常數(shù)。高衰減常數(shù)值對(duì)應(yīng)于高精度，低衰減常數(shù)值對(duì)應(yīng)于低精度。由abs系統(tǒng)已知上述類型的傳感器布置，在abs系統(tǒng)中對(duì)于作用在軸承上的軸向力、軸向位移和傾斜角度不感興趣，這是因?yàn)閍bs系統(tǒng)僅控制縱向加速度，而該縱向加速度是由傳感器信號(hào)的頻率得出的而不是由傳感器信號(hào)的振幅得出的。因此通過使用具有約0.5mm-1的值的小指數(shù)衰減常數(shù)的幾何圖形(geometries)來減小軸向位移或傾斜的推測(inference)。指數(shù)衰減常數(shù)的值尤其取決于目標(biāo)環(huán)18中的槽的波長。長波長對(duì)應(yīng)于緩慢衰減，而短波長對(duì)應(yīng)于快速衰減。市場上的abs傳感器通常采用約6mm至8mm的波長。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使使用具有相對(duì)適度的磁環(huán)質(zhì)量并具有在6至8mm之間的齒距周期波長的現(xiàn)有abs系統(tǒng)，也能夠得到好10％的載荷測量精度。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的abs傳感器采用較小的齒距波長w，特別是小于4mm、優(yōu)選為小于3mm的波長w，以使得實(shí)現(xiàn)指數(shù)衰減常數(shù)為2.0mm-1或更大的值。除了磁傳感器16以外，外圈設(shè)置有結(jié)合于外圈14的徑向外表面的四個(gè)等間隔的應(yīng)變傳感器(strainsensor)24。取決于應(yīng)用的領(lǐng)域，應(yīng)變傳感器24可以由塑料蓋保護(hù)和/或埋設(shè)在凹部中或埋設(shè)在周向槽中。應(yīng)變傳感器24對(duì)外圈的外表面的局部變形、尤其是拉伸變形敏感。然而，軸承中的溫度變化或熱梯度不可避免地導(dǎo)致由材料的熱膨脹所導(dǎo)致的局部變形，這些貢獻(xiàn)不直接取決于作用于軸承的力。此外，應(yīng)變傳感器24的信號(hào)沒有區(qū)分外圈14的各變形模式(modes)。例如，(可能由在向右轉(zhuǎn)彎操作中產(chǎn)生的力所造成的)在第一軸向上的剪切變形將導(dǎo)致與向左轉(zhuǎn)彎操作中獲得的傳感器輸出圖案相同的傳感器輸出圖案(pattern)，這是因?yàn)檫@兩個(gè)相應(yīng)的變形圖案是相對(duì)于環(huán)的徑向中心平面的相互鏡像，使得布置在該平面中的傳感器24看不到這種差別。因此，應(yīng)變傳感器24具有非常受限的檢測力的絕對(duì)值的能力，且不能檢測在力作用的方向上的信息。載荷確定系統(tǒng)設(shè)置有信號(hào)處理單元26，該信號(hào)處理單元26接收來自應(yīng)變傳感器24的信號(hào)和來自磁傳感器16的信號(hào)，且使用組合的傳感器信號(hào)來確定作用于軸承的載荷，其中如在wo2011/154016a1詳細(xì)論述的，不同的頻率分量(component)被單獨(dú)地處理。該申請(qǐng)的涉及應(yīng)變傳感器24的信號(hào)處理的內(nèi)容通過引用并入本文。尤其地，通過在計(jì)算平均值之前去除由摩擦熱引起的傳感器信號(hào)的漂移來對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。如下所述，軸向力分量主要是基于從磁傳感器16接收的信號(hào)而被確定。圖4是根據(jù)圖3的傳感器針對(duì)不同寬度的間隙的傳感器輸出的示意圖。如所示，傳感器輸出具有與目標(biāo)環(huán)的通過孔頻率(passinghole)對(duì)應(yīng)的頻率的大致正弦曲線。大振幅對(duì)應(yīng)于窄間距g，小振幅對(duì)應(yīng)于寬間距g。實(shí)質(zhì)上，由在差分霍爾傳感器下通過目標(biāo)環(huán)所產(chǎn)生的差分霍爾傳感器的電壓變化是根據(jù)間距g的距離或?qū)挾鹊暮瘮?shù)。距離越大，信號(hào)變得越小。圖4是采用例如ic-mz芯片(市售2.000毫米差分傳感器)和0.4t到1t的背磁體、作為具有48個(gè)槽的鋼目標(biāo)輪的角度(完整的正弦為7.5度)的函數(shù)的霍爾傳感器的電壓的圖。相鄰軌跡描述了當(dāng)傳感器16以0.1毫米逐步遠(yuǎn)離目標(biāo)環(huán)18時(shí)的信號(hào)。圖5是在對(duì)數(shù)圖中示出在傳感器16與目標(biāo)環(huán)18之間的間隙g的寬度與傳感器信號(hào)的信號(hào)振幅之間關(guān)系的曲線圖。在對(duì)數(shù)圖中的直線表示指數(shù)關(guān)系，其中最佳匹配表示為虛線，所述虛線在圖示示例中與-1.6466mm-1的衰減因子對(duì)應(yīng)。振幅的準(zhǔn)確值取決于磁體和磁軛系統(tǒng)的幾何形狀以及取決于磁導(dǎo)(magneticallyconducting)目標(biāo)環(huán)18中的齒或槽或塊(bar)的幾何形狀。圖6是示出根據(jù)圖2的目標(biāo)環(huán)的齒距波長/周期和在圖5中所示的關(guān)系中的指數(shù)衰減常數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。如上已論述的，指數(shù)的值對(duì)于目標(biāo)環(huán)的周期長度w尤其敏感，并且以次要(minor)方式對(duì)環(huán)的寬度和曲率半徑敏感。通常地，指數(shù)值在-0.7至-3.5的值范圍內(nèi)，當(dāng)周期長度減小時(shí)，指數(shù)變得更負(fù)。大概地說，7mm的周期長度導(dǎo)致約-1的指數(shù)，而2.5mm的周期長度導(dǎo)致約-2.6的指數(shù)(exponentintheorderof-2.6)。為了使精度最大化，應(yīng)該使磁環(huán)的極對(duì)的數(shù)量最大化。所需的最小值典型為40，而對(duì)于多于100個(gè)槽則成本大幅地增加。一個(gè)n-s組合的周向長度優(yōu)選大于3mm且小于6mm。使用該范圍的參數(shù)，可以預(yù)期在3mm時(shí)指數(shù)衰減為-2.3、在4mm時(shí)為-2且對(duì)于6mm時(shí)為-1.2。對(duì)于可變的磁阻可以預(yù)期相似的關(guān)系。因此，對(duì)于期望的精度必需平衡目標(biāo)的制造成本。因而，周期長度和精確的幾何適應(yīng)性被用來調(diào)整對(duì)于滾動(dòng)軸承10的尺寸和應(yīng)用的距離測量。為了高分辨率，短周期長度是有利的，但不利的是，當(dāng)傳感器16被安裝時(shí)，該傳感器16必須具有精確的位置和距離。在諸如齒輪或有槽的盤的磁滲透部的情況下，模型(patterns)在幾何形狀和材料組成以及盤或車輪18的跳動(dòng)(run-out)和平整度方面具有誤差(tolerance)。因此，比如通過霍爾傳感器測量到變量的正弦波是不準(zhǔn)確的并且隨地點(diǎn)改變。同樣，在磁環(huán)的情況下，編入該材料的磁體會(huì)隨地點(diǎn)改變。結(jié)果是觀察到的信號(hào)在相位和幅值上略微不同。通過對(duì)在一周轉(zhuǎn)動(dòng)中的振幅求平均值，使正弦波振幅變化的影響最小化。因此，信號(hào)處理單元26計(jì)算這一平均值。在對(duì)一周轉(zhuǎn)動(dòng)求平均值時(shí)，產(chǎn)生非常穩(wěn)定地讀取信號(hào)振幅，然后能夠校準(zhǔn)作為至目標(biāo)環(huán)18、磁環(huán)或磁導(dǎo)(滲透)的鐵素體環(huán)、齒輪或盤狀部件距離的函數(shù)的振幅。校準(zhǔn)是通過將如圖4所示的擬合特征(suitablecharacteristic)存儲(chǔ)于信號(hào)處理單元26的存儲(chǔ)單元內(nèi)來實(shí)現(xiàn)的?？臻g微分磁場(spatialdifferentialmagneticfield)的形狀一般也不是正弦波。然而，通過調(diào)整齒輪的齒的幾何形狀或者在鋼板盤內(nèi)的槽和塊的幾何形狀，可以對(duì)信號(hào)形狀進(jìn)行優(yōu)化，并且可以使總諧波失真(totalharmonicdistortion，thd)降低至實(shí)際值，遠(yuǎn)低于2％thd，使得當(dāng)在稍小于360度或超過360度的平均值在實(shí)際自動(dòng)測量情況下被獲得時(shí)，并未嚴(yán)重影響對(duì)平均振幅的精密預(yù)估。使用以上設(shè)定的示例數(shù)據(jù)，估計(jì)出如何可以較好地預(yù)估轉(zhuǎn)動(dòng)目標(biāo)環(huán)18的距離w。第一步是測量作為實(shí)際距離x的函數(shù)的響應(yīng)b。使盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的b的標(biāo)準(zhǔn)差比b本身小45至55倍之間。首先，根據(jù)從擬合模型的反演(inverse)得到的平均振幅b來計(jì)算距離：距離x_預(yù)估＝-1/1.6466*ln(b/0.5052)。(1)x_預(yù)估與b+/-3倍的標(biāo)準(zhǔn)差的差數(shù)(margin)為8.5毫米。對(duì)于汽車以約1g的離心力的強(qiáng)曲線轉(zhuǎn)彎，在汽車的側(cè)向上的輪胎路面接觸載荷為大約5kn。軸承經(jīng)受組合的5kn的軸向載荷和相應(yīng)的1.6knm的轉(zhuǎn)彎軸承力矩。如果我們可以預(yù)期在abs目標(biāo)環(huán)的齒距半徑上具有0.100mm的傾斜運(yùn)動(dòng)，則可以測量0.200mm的差分運(yùn)動(dòng)(differentialmovement)。已推斷出，如上所述的abs傳感器為此可以適配有8.5毫米的分辨率，則載荷分辨率為大約200n。如實(shí)驗(yàn)已示出的，可以進(jìn)行大量的(substantial)軸承的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。圖7示出目標(biāo)環(huán)的傾斜和作用于軸承單元的側(cè)向力之間的關(guān)系。圖7是以渦流式傳感器測量的相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)的圖，以證明作為施加于車輪的轉(zhuǎn)彎力(側(cè)向輪胎接觸力fy)的函數(shù)的在bmwe60試驗(yàn)車輛中使用的車輪輪轂單元的內(nèi)圈至外圈的傾斜運(yùn)動(dòng)正確性。若干試驗(yàn)呈現(xiàn)相似結(jié)果。應(yīng)用于傾斜測量的擬合模型產(chǎn)生來自傾斜運(yùn)動(dòng)的側(cè)向力的預(yù)估。結(jié)果如實(shí)線所示，可作為特征存儲(chǔ)在信號(hào)處理單元中。圖8示出如由根據(jù)本發(fā)明的載荷確定系統(tǒng)預(yù)估的作用于軸承單元的側(cè)向力與實(shí)際施加的側(cè)向力之間的比較。該比較示出使用根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元可靠地檢測軸向力是可行的。除了檢測載荷以外，信號(hào)處理單元26可以使用傳感器信息用于其它目的，例如用于監(jiān)視和產(chǎn)生維護(hù)信息。特別地，信號(hào)處理單元26可以被配置為確定滾動(dòng)軸承10的軸向游隙(axialplay)且基于所述軸向游隙產(chǎn)生表示剩余軸承壽命的信號(hào)。圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)，其包括四個(gè)磁傳感器16a至16d，所述四個(gè)磁傳感器16a至16d具有90°的相等間隔且具有徑向取向，即在傳感器16a至16d的感測面與磁編碼器環(huán)18之間具有徑向間隙ga至gd，在本實(shí)施例中，磁編碼器環(huán)18安裝于軸承的內(nèi)圈12。圖10是根據(jù)圖9的傳感器系統(tǒng)的截面圖。間隙ga、gc在軸承的徑向上具有寬度h1、h2。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，機(jī)動(dòng)車中的車輪軸承的內(nèi)圈12相對(duì)于外圈14傾斜。這導(dǎo)致在軸承的兩側(cè)的距離的變化以及具有約100μm的寬度ha、hc。使用彼此相對(duì)的至少兩個(gè)傳感器允許測量傾斜。當(dāng)設(shè)置多于一對(duì)傳感器時(shí)，可以構(gòu)建軸承單元的變形模型且測量包括圈的跳動(dòng)、傾斜和變形的不同自由度中的載荷。本發(fā)明提出，數(shù)據(jù)處理裝置26被配置成通過對(duì)在圈的一周或多個(gè)整周轉(zhuǎn)動(dòng)中的測量信號(hào)求平均值來處理信號(hào)。這補(bǔ)償磁環(huán)的跳動(dòng)和安裝精度。于是，計(jì)算信號(hào)的均方根(rms)振幅?？梢允褂靡阎姆e分法計(jì)算rms值，但是也可以通過整流信號(hào)并計(jì)算移動(dòng)平均值來預(yù)估rms值。因此，移動(dòng)平均值的周期取決于由數(shù)據(jù)處理裝置26的abs傳感器函數(shù)測量的速度。使用傳感器布置的反演模型(將m泰斯拉轉(zhuǎn)換為位移)預(yù)估距離：1/k*ln(x)，其中以k為之前提到的布置的衰減因子且x為測量的磁場強(qiáng)度。通過取對(duì)數(shù)使指數(shù)衰減反演。取決于模型，可以適用反演函數(shù)。如果已使用了多于1個(gè)傳感器對(duì)，則使用線性軸承模型計(jì)算力矢量。圖11是示出如基于圖9和圖10的兩個(gè)磁傳感器的信號(hào)確定的對(duì)于間隙的寬度ha、hb確定的增量值δha、δhb的曲線圖。增量值δha、δhb或高度變量與寬度ha、hb的絕對(duì)值差異了預(yù)定偏差h0。通過計(jì)算從安裝在實(shí)質(zhì)上相對(duì)位置的一對(duì)傳感器獲得的平均信號(hào)的比率的對(duì)數(shù)，能夠以非常方便的方式消除信號(hào)由于誤差或跳動(dòng)所導(dǎo)致的偏差。如所熟知的，兩個(gè)數(shù)的比率的對(duì)數(shù)是這兩個(gè)數(shù)的對(duì)數(shù)差，且數(shù)的恒定的(constant)和相同的在前因子(pre-factor)將抵消(cancelout)。因此，計(jì)算結(jié)果對(duì)應(yīng)于圖11中的曲線差，這將是用于確定傾斜或轉(zhuǎn)彎力的可靠參數(shù)。圖12是示出由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的信號(hào)處理單元26執(zhí)行的用于計(jì)算實(shí)時(shí)力矢量的數(shù)據(jù)處理的示意圖。對(duì)于各傳感器16a至16d，通過取信號(hào)振幅的平方平均值xi或rms來計(jì)算高度變量δha至δhd，xi例如為其中，si2(t)是從相應(yīng)傳感器獲得的信號(hào)(i＝a,…d)，t是用于在求平均值步驟s1求平均值的周期，且隨后使振幅xi的對(duì)數(shù)除以之前在校準(zhǔn)步驟中確定的衰減因子k：δhi＝1/kln(xi)(i＝a，…d)如上所述，寬度可以被確定為hi＝ho+δhi且，振幅xi、xj的比率的對(duì)數(shù)產(chǎn)生如上所述，這與圖11中的曲線差成比例，這將是用于確定傾斜或轉(zhuǎn)彎力的可靠參數(shù)。高度變量δha至δhd被輸入到對(duì)于軸承的彈性模量mx、my、mz記述的軸承模型，從而計(jì)算實(shí)時(shí)力矢量。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12