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1、(10)申请公布号 CN 102445920 A(43)申请公布日 2012.05.09CN102445920A*CN102445920A*(21)申请号 201110261831.0(22)申请日 2011.09.06102010044644.0 2010.09.07 DEG05B 19/4061(2006.01)G05B 19/4062(2006.01)(71)申请人 罗伯特博世有限公司地址 德国斯图加特(72)发明人 M. 迈尔 M. 瓦勒(74)专利代理机构 中国专利代理 (香港 )有限公司 72001代理人 梁冰 杨国治(54) 发明名称用于驱动单元用的碰撞识别的方法(57) 摘要本。
2、 发 明 涉 及 一 种 用 于 一 种 驱 动 单 元 用 的 碰撞 识 别 的 方 法， 所 述 驱 动 单 元 包 括 电 的 驱 动 马 达和 由 其 驱 动 的 可 运 动 的 部 件 （160） ， 其 中 对 所 述电 的 驱 动 马 达 的 实 际 转 矩 （M） 和 实 际 加 速 度 （a）进 行 检 测 （201） ， 并 且 所 述 可 运 动 的 部 件 的 碰 撞借 助 对 于 能 预 先 给 定 的、 实 际 转 矩 （M） 和 实 际 加速 度 （a） 的 数 学 联 系 （M a） 进 行 评 估 来 识 别（204） 。(30)优先权数据(51)Int.Cl。
3、.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页CN 102445941 A 1/1页21.用 于 驱 动 单 元 （100） 用 的 碰 撞 识 别 的 方 法， 所 述 驱 动 单 元 包 括 电 的 驱 动 马 达 （110）和由其驱动的可运动的部件 （160） ， 其中对所述电的驱动马达 （110） 的实际转矩 （M） 和实际加 速 度 （a） 进 行 检 测 （201） ， 并 且 所 述 可 运 动 的 部 件 （160） 的 碰 撞 借 助 于 对 于 能 预 先 给 定的、 实际转矩 （M） 和实际加速度 （a） 的数学。
4、联系 （M a） 所进行的评估来识别 （204） 。2.根 据 权 利 要 求 1所 述 的 方 法， 其 中， 所 述 数 学 联 系 包 括 由 实 际 转 矩 和 实 际 加 速 度 形成的乘积 （M a） 。3.根 据 权 利 要 求 2所 述 的 方 法， 其 中， 所 述 数 学 联 系 是 由 实 际 转 矩 和 实 际 加 速 度 形 成的乘积 （M a） 。4.根 据 前 述 权 利 要 求 中 任 一 项 所 述 的 方 法， 其 中， 由 实 际 转 矩 和 实 际 加 速 度 形 成 的 数学联系的结果 （M a） 与能预先给定的阈值 （L） 进行比较 （202） ， 。
5、并且碰撞借助比较结果来识别 （204） 。5.根据权利要求 4所述的方法， 其中， 所述阈值 （L） 在对所述实际转矩 （M） 和实际加速度 （a） 进行检测期间在应用所述电的驱动马达 （110） 的在第一时间间隔内检测的最大实际转矩 （Mmax） 和在第二时间间隔内检测的最大实际加速度 （amax） 的情况下来确定 （203） 。6.根据权利要求 5所述的方法， 其中， 所述阈值 （L） 包括由所述电的驱动马达 （110） 的在 第 一 时 间 间 隔 内 检 测 的 最 大 实 际 转 矩 （Mmax） 、 在 第 二 时 间 间 隔 内 检 测 的 最 大 实 际 加 速 度（amax）。
6、 以及加权因数 （-c） 形成的乘积。7.根据权利要求 6所述的方法， 其中， 所述加权因数 （-c） 为负的。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其中， 在识别出碰撞的情况下， 采用对驱动单元 （100） 进行保护的措施和 /或在存储器装置中存储运行状态变量 （204） 。9.计 算 单 元 （150） ， 所 述 计 算 单 元 设 置 成 实 施 根 据 前 述 权 利 要 求 中 任 一 项 所 述 的 方法。权 利 要 求 书CN 102445920 ACN 102445941 A 1/3页3用于驱动单元用的碰撞识别的方法技术领域0001 本 发 明 涉 及 一 种 用 于 驱。
7、 动 单 元 用 的 碰 撞 识 别 的 方 法， 该 驱 动 单 元 包 括 电 的 驱 动 马达和由其驱动的可移动的部件。背景技术0002 这 种 驱 动 系 统 特 别 是 在 自 动 化 技 术 中 广 泛 地 扩 展 并 且 多 种 多 样 地 例 如 在 机 器 人、加工机或运输机等中进行应用。 在这些应用中不能避免可运动的部件与固定的或可运动的障碍物、 例如运输或加工货物、 壁部、 壳体、 其它机械构件或者甚至人等的碰撞。 为了避免对人和机械的损害， 需要识别出这些碰撞， 以便引入例如适合的反应。0003 从 DE 102 45 594 A1中已知一种用于碰撞识别的方法， 其中对。
8、驱动侧和输出侧的变 量 进 行 检 测 和 比 较， 以 便 识 别 出 碰 撞。 然 而 这 种 解 决 方 案 需 要 至 少 在 输 出 侧 复 杂 的 传 感器元件。0004 值 得 期 望 的 是， 给 出 用 于 碰 撞 识 别 的 可 能 方 案， 这 种 可 能 方 案 能 简 单 地 执 行， 但 是尽管如此仍能安全且可靠地工作 。0005 发明公开内容根 据 本 发 明， 提 出 一 种 具 有 权 利 要 求 1的 特 征 的、 用 于 识 别 驱 动 单 元 碰 撞 的 方 法， 该 驱动单元包括电的驱动马达和由其驱动的可运动的部件。 有利的设计方案是从属权利要求和下面。
9、说明书的主题。0006 本发明的优点本 发 明 基 于 这 种 认 识 驱 动 侧 的 变 量、 转 矩 （ 在 旋 转 式 驱 动 马 达 中 ） 或 驱 动 力 （ 在 平 移 式驱 动 马 达 中 ） 以 及 加 速 度 以 数 学 的 方 式 联 系 （verknpfen） 、 特 别 是 相 乘， 以 适 用 于 简 单 的、但 是 尽 管 如 此 仍 安 全 的 且 可 靠 的 碰 撞 识 别。 该 变 量 的 应 用 是 特 别 有 利 的， 因 为 该 变 量 原 本由 现 代 的 驱 动 控 制 设 备 发 出。 不 需 要 附 加 的 传 感 器 元 件， 特 别 是 可 。
10、以 省 略 输 出 侧 的 传 感 器元 件。 本 发 明 已 经 克 服 了 用 于 发 现 适 合 的 运 动 变 量 和 所 属 的 适 合 的 数 学 联 系 的 困 难， 该 运动变量和数学联系允许可靠的碰撞识别。 特别是在实践中在驱动马达运行时在转矩界限或力 界 限 上 的 碰 撞 识 别 被 证 明 是 困 难 的， 因 为 即 使 在 全 部 此 前 已 被 证 明 了 的 驱 动 变 量 中， 在碰撞和通常的加速 阶段或制动阶段之间进行区分仍是不可能的。0007 所述数学联系可以确定地预先给出或者还可以由应用者进行调节。 这能实现对特别 的 实 际 情 况 的 最 佳 匹 配。
11、。 下 述 情 况 被 证 明 是 特 别 适 合 的， 由 转 矩 或 驱 动 力 和 加 速 度 形 成的 乘 积 被 考 虑 用 于 例 如 通 过 阈 值 比 较 进 行 评 估。 然 而 还 可 以 考 虑 其 它 的 评 估 方 法， 其 中 例如对时间上的特性进行评估、 进行积分或微分等。0008 优 选 地， 所 述 数 学 联 系 的 结 果 与 阈 值 进 行 比 较， 所 述 阈 值 在 检 测 转 矩 或 驱 动 力 和加速度期间、 即 “在线 ”地在应用电驱动马达的在第一时间间隔内检测的最大转矩或驱动力和 在 第 二 时 间 间 隔 内 检 测 的 最 大 加 速 度。
12、 的 情 况 下 来 确 定， 其 中 第 一 时 间 间 隔 和 第 二 时 间 间隔 尤 其 可 以 是 相 等 的， 并 且 特 别 是 可 以 包 括 全 部 的 运 行 持 续 时 间。 同 样 有 利 地 提 出 一 起 改变的时间间隔。 从而阈值能连续地匹配于当前实际情况、 例如匹配于变化的轴承摩擦、 变化说 明 书CN 102445920 ACN 102445941 A 2/3页4的 负 载 等。 将 一 种 加 权 因 数 适 合 地 加 入 到 阈 值 中， 以 便 在 所 检 测 的 最 大 值 和 阈 值 之 间 实 现足够的距离。 还证明了 ：由转矩或驱动力和加速度形。
13、成的乘积在碰撞时变为负的， 从而加权因数在这种情况下适合地同样为负的。0009 在 本 发 明 的 特 别 优 选 的 实 施 方 式 中， 对 由 转 矩 或 驱 动 力 和 加 速 度 形 成 的 乘 积 进 行监测。 即， 该乘积在正常运行时为正的曲线走向并且在碰撞时为按照数量较高的负值， 从而碰 撞 识 别 在 此 是 特 别 简 单 的。 还 显 示 出 了 ：由 转 矩 或 驱 动 力 和 加 速 度 形 成 的 乘 积 在 特 殊 的情况下、 例如在驱动马达和部件之间的大间隙时、 还在正常运行时设定为负值。 在这种情况下， 加权因数的适合的预先给定用于确定界限。0010 根 据 。
14、本 发 明 能 实 现 安 全 的 碰 撞 识 别 方 法， 该 碰 撞 识 别 方 法 可 以 在 极 为 宽 广 的 范 围内应用， 并且还能在已存在的驱动装置中额外简单地执行。0011 根 据 本 发 明 的 计 算 单 元、 例 如 驱 动 系 统 的 控 制 设 备 特 别 是 在 程 序 技 术 方 面 设 置 成实施根据本发明的方法。0012 本 发 明 以 软 件 形 式 执 行 是 有 利 的， 因 为 这 能 实 现 特 别 低 的 费 用， 特 别 是 当 执 行的 计 算 单 元 还 用 于 其 它 任 务 并 且 因 此 本 来 就 存 在 时。 适 合 用 于 提 。
15、供 计 算 机 程 序 的 数 据载 体 尤 其 是 软 盘、 硬 盘、 闪 存、 EEPROM、 CD-ROM、 DVD等。 还 可 以 通 过 计 算 机 网 络 （ 互 联 网（Internet） ， 内联网 （Intranet） 等 ） 进行程序下载。0013 本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中得出。0014 当 然 在 没 有 离 开 本 发 明 的 范 围 的 情 况 下， 前 述 特 征 和 下 面 还 要 阐 述 的 特 征 不 仅 能应用在分别给出的组合中， 而且还能应用在其它组合中或者单独应用。附图说明0015 借 助 于 实 施 例 在 附 图 中 示 意 性 地。
16、 示 出 本 发 明， 并 且 下 面 参 照 附 图 对 本 发 明 进 行 详细描述。0016 图 1示意性地示出根据本发明的可监测的驱动单元，图 2借助流程图示出根据本发明的碰撞识别方法的优选实施例，图 3示出在不同情况下驱动 单元在加速时的检测信号和评估信号，图 4示出用于不同的驱动单元和情况的评估信号。具体实施方式0017 在图 1中以侧视图示意性地示出了根据本发明的可监测的驱动单元 100。 该驱动单 元 100具 有 电 驱 动 马 达 110， 该 驱 动 马 达 通 过 通 常 为 三 相 的 电 流 连 接 部 120与 功 率 元 件130连接。 在电流连接部 120的旁。
17、边还适合地设置一个或多个例如用于转速、 温度、 位置等的数据连接部 121。 功率元件 130又通过连接部 140、 通常是现场总线连接部与控制元件 150相连接， 该控制元件用于控制和监测驱动单元。 由电驱动马达来驱动可运动的部件 160， 该部件在这里所示出的简单的实施例中设计成固定在驱动马达 110的轴 111上的轮 160。0018 现在在下面参考图 1至图 4详细地阐述在本发明的范围内的碰撞识别。 在待要识别 的 碰 撞 中， 轮 160或 与 该 轮 连 接 的 部 件、 例 如 处 理 或 输 送 机 构 撞 到 障 碍 物 上， 由 此 该 轮 或部 件 在 其 运 动 中 被。
18、 阻 挡。 在 本 发 明 的 特 别 优 选 的 实 施 例 中， 所 述 阻 挡 对 于 驱 动 马 达 110的反 作 用 能 以 特 别 简 单 的 方 式 通 过 对 所 选 择 的 驱 动 参 数 转 矩 M和 加 速 度 a进 行 监 测 来 识说 明 书CN 102445920 ACN 102445941 A 3/3页5别。0019 虽 然 在 图 1中 示 出 了 可 旋 转 的 驱 动 马 达， 其 中 根 据 本 发 明 对 转 矩 和 加 速 度 进 行 监测， 但是本发明当然还可以应用在线性马达中， 其中对驱动力和加速度进行监测。0020 在 图 2中 借 助 于 流。
19、 程 图 示 意 性 地 示 出 根 据 本 发 明 的 碰 撞 识 别 方 法 的 优 选 实 施 例。该 方 法 并 列 于 驱 动 单 元 的 运 行 200实 施。 在 所 述 碰 撞 识 别 期 间， 为 此 在 步 骤 201中 对 驱 动马 达 110的 转 矩 M以 及 加 速 度 a进 行 监 测， 其 中 碰 撞 识 别 优 选 地 在 配 属 于 驱 动 马 达 110的控制元件 150中实施。0021 在 监 测 期 间， 转 矩 和 加 速 度 的 乘 积 Ma在 步 骤 202中 与 阈 值 L进 行 比 较。 如 果该 乘 积 大 于 阈 值 （ 该 阈 值 为 。
20、负 ） ， 则 未 识 别 出 碰 撞， 并 且 该 方 法 返 回 至 检 测 步 骤 201。 如 果 相反地确定， 该乘积 Ma小于阈值 L（ 即负的阈值 ） ， 则在步骤 204中继续进行。0022 在 步 骤 204中， 引 入 对 于 驱 动 单 元 进 行 保 护 的 措 施 和 /或 存 储 运 行 状 态 以 用 于 稍后 进行分析。 适合地， 将马达在碰撞时刻的运行状态、 如运行持续时间 （ 例如马达、 功率元件和 控 制 元 件 的 运 行 工 时 ） 、 位 置、 速 度 和 转 矩 或 力 等 优 选 地 存 储 在 控 制 元 件 的 存 储 器 中。 所存储的数据。
21、稍后能用于进行评估。0023 阈 值 L例 如 能 在 驱 动 单 元 启 动 时 预 先 确 定， 或 者 如 在 附 图 中 通 过 可 选 的 步 骤 203示出， 同样在运行期间被确定。 为此， 在第一时间间隔上检测的最大转矩 Mmax与在第二时间间 隔 上 检 测 的 最 大 加 速 度 amax和 负 的 加 权 因 数 c相 乘， 其 中 第 一 时 间 间 隔 和 第 二 时 间 间隔适合地相等， 并且例如与检测时刻一起改变。 从而最后 30、 60、 90、 120秒等的最大值适合地被考虑用于确定阈值。0024 在图 3中在图表 300里， 相对于在横坐标上的时间 t， 在图。
22、像 301中示出所检测的加速度 a， 在图像 302中示出所检测的转矩 M以及在图像 303中示出由加速度 a和转矩 M形成 的 乘 积 aM。 在 检 测 期 间， 驱 动 单 元 在 时 刻 t1和 t2加 速， 并 且 在 时 刻 t3与 固 定 的 障 碍物 发 生 碰 撞。 可 以 明 显 地 识 别 出 ：要 评 估 的 信 号 303在 碰 撞 时 显 著 地 与 在 加 速 时 不 同。 特别 是 在 加 速 时 向 上 出 现 较 小 的 偏 差， 与 此 相 反， 在 碰 撞 时 向 下 出 现 大 的 偏 差。 以 这 种 方 式，碰撞能利用根据本发明的解决方案特别简单地。
23、进行识别。 长期有效的平均值用作零线或者说中线 （Nulllinie） ， 与该零线或者说中线相比来确定最大值和阈值。0025 在 图 4中 在 图 表 400中 相 对 于 在 横 坐 标 上 的 时 间 t示 出 不 同 的 评 估 信 号 Ma。图 像 401示 出 在 驱 动 单 元 以 恒 定 的 速 度 运 行 时 的 评 估 信 号， 其 中 在 驱 动 马 达 和 被 驱 动 的 部件 之 间 存 在 显 而 易 见 的 间 隙。 图 像 402示 出 用 于 相 同 的 驱 动 单 元 的 评 估 信 号， 其 中 进 行 加速。 能 识 别 出 ：在 这 种 情 况 下 在。
24、 经 过 间 隙 之 后、 即 如 果 驱 动 马 达 携 带 部 件 （ 时 刻 t5） ， 在 评 估信号中出现明确的向上和向下的偏差。0026 图像 403示出用于驱动单元在碰撞时 （ 时刻 t6） 的评估信号， 该驱动单元在平均的转 矩 范 围 内 运 行， 并 且 图 像 404示 出 用 于 驱 动 单 元 在 碰 撞 时 （ 时 刻 t4） 的 评 估 信 号， 该 驱 动单元在转矩限度上运行。0027 通 过 对 图 像 进 行 比 较 可 以 确 定 ：碰 撞 （ 图 像 403和 404） 通 过 适 合 地 预 先 给 定 加 权因数能特别容易地与具有间隙 （ 图像 402） 的加速的驱动系统进行区分。说 明 书CN 102445920 ACN 102445941 A 1/2页6图 1图 2说 明 书 附 图CN 102445920 ACN 102445941 A 2/2页7图 3图 4说 明 书 附 图CN 102445920 A。