Tänk dig att en nybörjare på bilkörning kan växla utan koppling och minsta ryck. Eller föreställ dig ett antispinnsystem på en billig bil.

Det kan snart bli verklighet och det hänger på en momentgivare som en grupp ABB- ingenjörer i Västerås utvecklat.

De fordonsföretag i Europa som ABB Automation Products inlett samarbete med är entusiastiska över den beröringsfria momentgivaren, Torductor-S.

Ett Formel 1-stall använder redan produkten i sina bilar för att mäta en momentkurva som sedan ligger till grund för kalibreringen av motorn vid olika varvtal. En Formel 1-bil kan nå ett varvtal upp till 18 000 varv/minut och motortemperaturen når över 200°C.

- Vår konstruktion är faktiskt den enda form av givare som klarar av att sitta i en Formel 1-motor med så höga temperaturer, säger Martin Näslund som leder utvecklingsarbetet av ABB:s momentgivare.

Faktum är att det för första gången är möjligt att kunna få en exakt angivelse av momentet, oavsett varvtal, direkt från drivaxeln i en motor.

Martin Näslund säger att han inte kan avslöja vilket Formel 1-stall eller vilka europeiska fordonstillverkare ABB har kontakt med eftersom de just nu befinner sig i ett utvärderingsskede.

Klarar all Motorövervakning

Klart är att signalen från momentgivaren kan utnyttjas för alla former av motorövervakning och motorstyrning. Till exempel registrering och kontroll av feltändningar i en eller flera cylindrar eller justering av bränsleinsprutningen med momentsignalen som grund för att balansera cylindrarna.

Enligt ABB är det möjligt med en cylinderbalans bättre än 3 procent. Likaså går det att övervaka och reglera transmissionen för att till exempel kontrollera kopplingsslir, torsionssvängningar eller hjulspinn.

Med momentgivaren får biltillverkare ett verktyg som förbättrar bilens prestanda, komfort och miljöaspekter.

Volvo personvagnar säger sig dock inte ha någon direkt nytta av en momentgivare eftersom de tycker det går bra att räkna ut momentet från andra källor, som till exempel varvtal och lufttryck i insugkanalen. Men samtidigt utesluter man inte att det kanske finns en marknad på lastvagnssidan med tanke på de enorma vridkrafter drivaxeln utsätts för i ett lastfordon.

Christer Wallin som är en av konstruktörerna menar att poängen med momentgivaren Torductor-S är att det inte ska behövas några komplicerade algoritmer för att bakvägen räkna ut momentet. Momentgivaren mäter rätt även när motorn åldras.

- Det är ett billigt sätt att få en momentsignal direkt i realtid. Det kan aldrig ett väl så sofistikerat styrsystem eller långa tester kompensera. Vi hämtar signalen direkt från källan, menar Christer Wallin.

Ingen kontakt, Inget Slitage

En stor fördel mot andra liknande momentgivare är att Torductor-S inte har några rörliga delar, och det blir inget slitage på axeln eftersom det inte existerar någon mekanisk kontakt. Momentgivaren består av få komponenter vilket också gör den robust och tålig.

Elektroniken kan mycket lätt byggas in i en asic eftersom det rör sig om en enkel spänningsomvandling samt en styrfunktion som översätter spänningsändringen till ett moment.

Bygghöjden är totalt 5 mm vilket ger en diameterökning som är 10 mm större än axeln. Djupet på givaren är ett par tre centimeter. Även om momentgivaren är färdig att produceras i stora volymer räknar man med att det kommer att ta några år innan marknaden tar fart, eftersom det handlar om att bygga in momentgivaren i andra företags produkter. Det är inte bara i förbränningsmotorer som tillämpningen är användbar. Torductor-S fungerar på alla roterande axlar så länge materialet är magnetiskt.

- Vi har till exempel applicerat momentgivaren på en mutterdragare och på tävlings- och träningscyklar som därmed kan växla automatiskt och ge ett optimalt kraftuttag, berättar Martin Näslund.

ABB räknar med att priset för momentgivaren kan hamna runt några hundralappar vid produktion av stora volymer.

Thomas Hedlund

ABBs vridmomentgivare klarar alla former av motorövervakning och motorstyrning

Konstruktionen av momentgivaren bygger på principen att ett magnetiskt material ändrar sina magnetiska egenskaper när det utsätts för en mekanisk kraft, så kallad magnetostriktion. Permabiliteten, det vill säga ett magnetiskt materials förmåga att släppa igenom ett magnetiskt flöde, ökar lika mycket vid dragspänning som den minskar vid tryckspänning.

Denna fysikaliska effekt kan fångas upp genom att man lindar både en primär- och en sekundärlindning runt en drivaxel av magnetiskt material, vanligen stål. Ingen av dessa lindningar vidrör axeln. Däremot är en kopparlindning integrerad i axeln som ett mönster, för att den magnetiska flödesändringen ska kunna detekteras och överföras korrekt.

Momentgivaren fungerar nästan som en transformator, fast med den skillnaden att kopplingsfaktorn är momentberoende.

Insignalen är en likspänning som moduleras om till en växelspänning, som matar primärlindningen. Den magnetiska ändringen i axeln som uppstår genom att axeln utsätts för tryck eller drag medför att en spänning induceras

i sekundärlindningen. Växelspänningen från sekundärlindningen demoduleras åter till en likspänning i utsignalen som är direkt proportionell mot den belastande kraften. En kraftändring i axeln medför alltså en motsvarande likspänningsändring i utsignalen.

TH