專利名稱：用于驅(qū)動(dòng)單元用的碰撞識別的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)單元用的碰撞識別的方法，該驅(qū)動(dòng)單元包括電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和由其驅(qū)動(dòng)的可移動(dòng)的部件。
背景技術(shù)：
這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特別是在自動(dòng)化技術(shù)中廣泛地?cái)U(kuò)展并且多種多樣地例如在機(jī)器人、 加工機(jī)或運(yùn)輸機(jī)等中進(jìn)行應(yīng)用。在這些應(yīng)用中不能避免可運(yùn)動(dòng)的部件與固定的或可運(yùn)動(dòng)的障礙物、例如運(yùn)輸或加工貨物、壁部、殼體、其它機(jī)械構(gòu)件或者甚至人等的碰撞。為了避免對人和機(jī)械的損害，需要識別出這些碰撞，以便引入例如適合的反應(yīng)。從DE 102 45 594 Al中已知一種用于碰撞識別的方法，其中對驅(qū)動(dòng)側(cè)和輸出側(cè)的變量進(jìn)行檢測和比較，以便識別出碰撞。然而這種解決方案需要至少在輸出側(cè)復(fù)雜的傳感器元件。值得期望的是，給出用于碰撞識別的可能方案，這種可能方案能簡單地執(zhí)行，但是盡管如此仍能安全且可靠地工作。發(fā)明公開內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提出一種具有權(quán)利要求1的特征的、用于識別驅(qū)動(dòng)單元碰撞的方法，該驅(qū)動(dòng)單元包括電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和由其驅(qū)動(dòng)的可運(yùn)動(dòng)的部件。有利的設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求和下面說明書的主題。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明基于這種認(rèn)識驅(qū)動(dòng)側(cè)的變量、轉(zhuǎn)矩(在旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中)或驅(qū)動(dòng)力(在平移式驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中)以及加速度以數(shù)學(xué)的方式聯(lián)系(verknilpfen)、特別是相乘，以適用于簡單的、 但是盡管如此仍安全的且可靠的碰撞識別。該變量的應(yīng)用是特別有利的，因?yàn)樵撟兞吭居涩F(xiàn)代的驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備發(fā)出。不需要附加的傳感器元件，特別是可以省略輸出側(cè)的傳感器元件。本發(fā)明已經(jīng)克服了用于發(fā)現(xiàn)適合的運(yùn)動(dòng)變量和所屬的適合的數(shù)學(xué)聯(lián)系的困難，該運(yùn)動(dòng)變量和數(shù)學(xué)聯(lián)系允許可靠的碰撞識別。特別是在實(shí)踐中在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行時(shí)在轉(zhuǎn)矩界限或力界限上的碰撞識別被證明是困難的，因?yàn)榧词乖谌看饲耙驯蛔C明了的驅(qū)動(dòng)變量中，在碰撞和通常的加速階段或制動(dòng)階段之間進(jìn)行區(qū)分仍是不可能的。所述數(shù)學(xué)聯(lián)系可以確定地預(yù)先給出或者還可以由應(yīng)用者進(jìn)行調(diào)節(jié)。這能實(shí)現(xiàn)對特別的實(shí)際情況的最佳匹配。下述情況被證明是特別適合的，由轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)力和加速度形成的乘積被考慮用于例如通過閾值比較進(jìn)行評估。然而還可以考慮其它的評估方法，其中例如對時(shí)間上的特性進(jìn)行評估、進(jìn)行積分或微分等。優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)聯(lián)系的結(jié)果與閾值進(jìn)行比較，所述閾值在檢測轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)力和加速度期間、即“在線”地在應(yīng)用電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的在第一時(shí)間間隔內(nèi)檢測的最大轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)力和在第二時(shí)間間隔內(nèi)檢測的最大加速度的情況下來確定，其中第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔尤其可以是相等的，并且特別是可以包括全部的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間。同樣有利地提出一起改變的時(shí)間間隔。從而閾值能連續(xù)地匹配于當(dāng)前實(shí)際情況、例如匹配于變化的軸承摩擦、變化的負(fù)載等。將一種加權(quán)因數(shù)適合地加入到閾值中，以便在所檢測的最大值和閾值之間實(shí)現(xiàn)足夠的距離。還證明了 由轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)力和加速度形成的乘積在碰撞時(shí)變?yōu)樨?fù)的，從而加權(quán)因數(shù)在這種情況下適合地同樣為負(fù)的。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，對由轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)力和加速度形成的乘積進(jìn)行監(jiān)測。即，該乘積在正常運(yùn)行時(shí)為正的曲線走向并且在碰撞時(shí)為按照數(shù)量較高的負(fù)值，從而碰撞識別在此是特別簡單的。還顯示出了 由轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)力和加速度形成的乘積在特殊的情況下、例如在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和部件之間的大間隙時(shí)、還在正常運(yùn)行時(shí)設(shè)定為負(fù)值。在這種情況下，加權(quán)因數(shù)的適合的預(yù)先給定用于確定界限。根據(jù)本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)安全的碰撞識別方法，該碰撞識別方法可以在極為寬廣的范圍內(nèi)應(yīng)用，并且還能在已存在的驅(qū)動(dòng)裝置中額外簡單地執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算單元、例如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)備特別是在程序技術(shù)方面設(shè)置成實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。本發(fā)明以軟件形式執(zhí)行是有利的，因?yàn)檫@能實(shí)現(xiàn)特別低的費(fèi)用，特別是當(dāng)執(zhí)行的計(jì)算單元還用于其它任務(wù)并且因此本來就存在時(shí)。適合用于提供計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)載體尤其是軟盤、硬盤、閃存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。還可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng) (Internet)，內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(Intranet)等)進(jìn)行程序下載。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案從說明書和附圖中得出。當(dāng)然在沒有離開本發(fā)明的范圍的情況下，前述特征和下面還要闡述的特征不僅能應(yīng)用在分別給出的組合中，而且還能應(yīng)用在其它組合中或者單獨(dú)應(yīng)用。


借助于實(shí)施例在附圖中示意性地示出本發(fā)明，并且下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的可監(jiān)測的驅(qū)動(dòng)單元，
圖2借助流程圖示出根據(jù)本發(fā)明的碰撞識別方法的優(yōu)選實(shí)施例， 圖3示出在不同情況下驅(qū)動(dòng)單元在加速時(shí)的檢測信號和評估信號， 圖4示出用于不同的驅(qū)動(dòng)單元和情況的評估信號。
具體實(shí)施例方式在圖1中以側(cè)視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的可監(jiān)測的驅(qū)動(dòng)單元100。該驅(qū)動(dòng)單元100具有電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110，該驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過通常為三相的電流連接部120與功率元件 130連接。在電流連接部120的旁邊還適合地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)例如用于轉(zhuǎn)速、溫度、位置等的數(shù)據(jù)連接部121。功率元件130又通過連接部140、通常是現(xiàn)場總線連接部與控制元件150 相連接，該控制元件用于控制和監(jiān)測驅(qū)動(dòng)單元。由電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)可運(yùn)動(dòng)的部件160，該部件在這里所示出的簡單的實(shí)施例中設(shè)計(jì)成固定在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110的軸111上的輪160?，F(xiàn)在在下面參考圖1至圖4詳細(xì)地闡述在本發(fā)明的范圍內(nèi)的碰撞識別。在待要識別的碰撞中，輪160或與該輪連接的部件、例如處理或輸送機(jī)構(gòu)撞到障礙物上，由此該輪或部件在其運(yùn)動(dòng)中被阻擋。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述阻擋對于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110的反作用能以特別簡單的方式通過對所選擇的驅(qū)動(dòng)參數(shù)一轉(zhuǎn)矩M和加速度a進(jìn)行監(jiān)測來識別。雖然在圖1中示出了可旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其中根據(jù)本發(fā)明對轉(zhuǎn)矩和加速度進(jìn)行監(jiān)測，但是本發(fā)明當(dāng)然還可以應(yīng)用在線性馬達(dá)中，其中對驅(qū)動(dòng)力和加速度進(jìn)行監(jiān)測。在圖2中借助于流程圖示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的碰撞識別方法的優(yōu)選實(shí)施例。 該方法并列于驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)行200實(shí)施。在所述碰撞識別期間，為此在步驟201中對驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110的轉(zhuǎn)矩M以及加速度a進(jìn)行監(jiān)測，其中碰撞識別優(yōu)選地在配屬于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110的控制元件150中實(shí)施。在監(jiān)測期間，轉(zhuǎn)矩和加速度的乘積M a在步驟202中與閾值L進(jìn)行比較。如果該乘積大于閾值(該閾值為負(fù))，則未識別出碰撞，并且該方法返回至檢測步驟201。如果相反地確定，該乘積M a小于閾值L (即負(fù)的閾值)，則在步驟204中繼續(xù)進(jìn)行。在步驟204中，引入對于驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行保護(hù)的措施和/或存儲運(yùn)行狀態(tài)以用于稍后進(jìn)行分析。適合地，將馬達(dá)在碰撞時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)、如運(yùn)行持續(xù)時(shí)間(例如馬達(dá)、功率元件和控制元件的運(yùn)行工時(shí))、位置、速度和轉(zhuǎn)矩或力等優(yōu)選地存儲在控制元件的存儲器中。所存儲的數(shù)據(jù)稍后能用于進(jìn)行評估。閾值L例如能在驅(qū)動(dòng)單元啟動(dòng)時(shí)預(yù)先確定，或者如在附圖中通過可選的步驟203 示出，同樣在運(yùn)行期間被確定。為此，在第一時(shí)間間隔上檢測的最大轉(zhuǎn)矩Mmax與在第二時(shí)間間隔上檢測的最大加速度^iax和負(fù)的加權(quán)因數(shù)-c相乘，其中第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔適合地相等，并且例如與檢測時(shí)刻一起改變。從而最后30、60、90、120秒等的最大值適合地被考慮用于確定閾值。在圖3中在圖表300里，相對于在橫坐標(biāo)上的時(shí)間t，在圖像301中示出所檢測的加速度a，在圖像302中示出所檢測的轉(zhuǎn)矩M以及在圖像303中示出由加速度a和轉(zhuǎn)矩M形成的乘積a Μ。在檢測期間，驅(qū)動(dòng)單元在時(shí)刻、和t2加速，并且在時(shí)刻t3與固定的障礙物發(fā)生碰撞?？梢悦黠@地識別出要評估的信號303在碰撞時(shí)顯著地與在加速時(shí)不同。特別是在加速時(shí)向上出現(xiàn)較小的偏差，與此相反，在碰撞時(shí)向下出現(xiàn)大的偏差。以這種方式， 碰撞能利用根據(jù)本發(fā)明的解決方案特別簡單地進(jìn)行識別。長期有效的平均值用作零線或者說中線(Nulllinie)，與該零線或者說中線相比來確定最大值和閾值。在圖4中在圖表400中相對于在橫坐標(biāo)上的時(shí)間t示出不同的評估信號M a。 圖像401示出在驅(qū)動(dòng)單元以恒定的速度運(yùn)行時(shí)的評估信號，其中在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和被驅(qū)動(dòng)的部件之間存在顯而易見的間隙。圖像402示出用于相同的驅(qū)動(dòng)單元的評估信號，其中進(jìn)行加速。能識別出在這種情況下在經(jīng)過間隙之后、即如果驅(qū)動(dòng)馬達(dá)攜帶部件(時(shí)刻t5)，在評估信號中出現(xiàn)明確的向上和向下的偏差。圖像403示出用于驅(qū)動(dòng)單元在碰撞時(shí)(時(shí)刻t6)的評估信號，該驅(qū)動(dòng)單元在平均的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)運(yùn)行，并且圖像404示出用于驅(qū)動(dòng)單元在碰撞時(shí)(時(shí)刻t4)的評估信號，該驅(qū)動(dòng)單元在轉(zhuǎn)矩限度上運(yùn)行。通過對圖像進(jìn)行比較可以確定碰撞(圖像403和404)通過適合地預(yù)先給定加權(quán)因數(shù)能特別容易地與具有間隙(圖像402)的加速的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分。
權(quán)利要求
1.用于驅(qū)動(dòng)單元(100)用的碰撞識別的方法，所述驅(qū)動(dòng)單元包括電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(110) 和由其驅(qū)動(dòng)的可運(yùn)動(dòng)的部件(160)，其中對所述電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(110)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩(M)和實(shí)際加速度(a)進(jìn)行檢測(201)，并且所述可運(yùn)動(dòng)的部件(160)的碰撞借助于對于能預(yù)先給定的、實(shí)際轉(zhuǎn)矩(M)和實(shí)際加速度(a)的數(shù)學(xué)聯(lián)系(Μ a)所進(jìn)行的評估來識別(204)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)學(xué)聯(lián)系包括由實(shí)際轉(zhuǎn)矩和實(shí)際加速度形成的乘積(M a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述數(shù)學(xué)聯(lián)系是由實(shí)際轉(zhuǎn)矩和實(shí)際加速度形成的乘積(M a)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由實(shí)際轉(zhuǎn)矩和實(shí)際加速度形成的數(shù)學(xué)聯(lián)系的結(jié)果(M a)與能預(yù)先給定的閾值(L)進(jìn)行比較(202)，并且碰撞借助比較結(jié)果來識別(204)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述閾值(L)在對所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩(M)和實(shí)際加速度(a)進(jìn)行檢測期間在應(yīng)用所述電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(110)的在第一時(shí)間間隔內(nèi)檢測的最大實(shí)際轉(zhuǎn)矩(Mmax)和在第二時(shí)間間隔內(nèi)檢測的最大實(shí)際加速度(amax)的情況下來確定(203)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述閾值(L)包括由所述電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(110)的在第一時(shí)間間隔內(nèi)檢測的最大實(shí)際轉(zhuǎn)矩(Mmax)、在第二時(shí)間間隔內(nèi)檢測的最大實(shí)際加速度 Cafflax)以及加權(quán)因數(shù)(-c)形成的乘積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述加權(quán)因數(shù)(-c)為負(fù)的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在識別出碰撞的情況下，采用對驅(qū)動(dòng)單元(100)進(jìn)行保護(hù)的措施和/或在存儲器裝置中存儲運(yùn)行狀態(tài)變量(204)。
9.計(jì)算單元(150)，所述計(jì)算單元設(shè)置成實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于一種驅(qū)動(dòng)單元用的碰撞識別的方法，所述驅(qū)動(dòng)單元包括電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和由其驅(qū)動(dòng)的可運(yùn)動(dòng)的部件(160)，其中對所述電的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩(M)和實(shí)際加速度(a)進(jìn)行檢測(201)，并且所述可運(yùn)動(dòng)的部件的碰撞借助對于能預(yù)先給定的、實(shí)際轉(zhuǎn)矩(M)和實(shí)際加速度(a)的數(shù)學(xué)聯(lián)系(M a)進(jìn)行評估來識別(204)。
文檔編號G05B19/4061GK102445920SQ20111026183
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者瓦勒 M., 邁爾 M. 申請人:羅伯特·博世有限公司