CN103196605B - 车辆及其行车扭矩测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆及其行车扭矩测量系统，测量系统包括设置于飞轮上的扭矩传感器、无线发射器，以及设置于飞轮壳上的无线接收器；扭矩传感器和无线发射器信号连接；还包括设于飞轮上以供电于扭矩传感器和无线发射器的电源。该测量系统通过检测飞轮的应变获取输出轴的扭矩，扭矩传感器设置于飞轮上即可，无需与输出轴直接连接，便于安装；另外，无线发射器和无线接收器采取无线传输的方式，避免了由于接触不可靠造成的信号波动，使得扭矩传感器能够实时准确地传递至采集模块；而且，由于飞轮的较大惯量，相较于发动机或是变速箱，飞轮的状态稳定，扭矩传感器的工作环境平稳，使得准确地实时测量行车扭矩成为可能。

Description

车辆及其行车扭矩测量系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种车辆及其行车扭矩测量系统。

背景技术

当前世界能源形势对汽车领域产生了很大的影响，节能减排已经成为各大汽车厂商以及消费者关注的焦点，而为了实现这一目的，就需要了解车辆的工作环境和车况信息，因此要对车辆的相关参数进行采集和分析，行车扭矩作为一项关键参数，对其数据的采集要求精度要高，可靠性强。

现有的扭矩测量方式主要包括下述两种：

1)在变速箱的输出轴上安装扭矩传感器进行测量

扭矩即车辆的输出扭矩，该扭矩参数可以通过检测动力传动轴的扭矩获取，比如检测发动机输出轴或是变速箱输出轴的输出扭矩，而发动机输出轴受到安装环境的限制，不易于检测的实施。

2)利用测功机进行测量

测功机通过励磁电流产生制动发动机的制动扭矩，利用测力计来测量以获取发动机的输出扭矩。

上述两种检测方式均需要直接与传动轴接触，由于行车过程中，变速箱或是发动机的工作环境较为恶劣，具有强烈的震动，上述检测方式无法在车辆行驶过程中进行，只能在试验台架上进行测量。试验台架的测量具有下述局限：

试验台架虽然在一定程度上能够模拟实际运转的情况，但并不全面，很多时候并不能显示出车辆的实际工作状况，即无法实时测量，所测量的扭矩并不能精确反应车辆的实际行车扭矩。另外，利用测功机测量时，还有可能因为接触不良，而使数据失真。

有鉴于此，如何改进扭矩测量技术，以实现车辆行车扭矩的实时测量，提高车辆行车扭矩检测的精确度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种车辆及其行车扭矩测量系统。该测量系统实现了在行车过程中扭矩的实时测量，确保行车扭矩检测的精确度。

本发明提供的行车扭矩测量系统，包括设置于车辆的发动机飞轮上的扭矩传感器、扭矩信号的无线发射器，以及设置于发动机飞轮壳上的扭矩信号的无线接收器；所述扭矩传感器和所述无线发射器信号连接；还包括设于所述飞轮上以供电于所述扭矩传感器和所述无线发射器的电源。

该行车扭矩测量系统，通过检测飞轮的应变获取输出轴的扭矩，扭矩传感器设置于飞轮上即可，无需与输出轴直接连接，飞轮上具有一定的安装空间，便于安装扭矩传感器、发射器以及电源等；另外，扭矩传感器实时地将扭矩信号传递至无线发射器，无线发射器和无线接收器采取无线传输的方式，飞轮旋转不影响信号的传递，避免了由于接触不可靠造成的信号波动，使得扭矩传感器能够实时准确地传递至采集模块；而且行车时，由于飞轮的较大惯量，相较于发动机或是变速箱，飞轮的状态较为稳定，扭矩传感器的工作环境相对较为平稳，使得准确地实时测量行车扭矩成为可能。

优选地，还包括设置于飞轮壳上且连通有交流电的初级线圈，以及设置于所述飞轮上并与所述初级线圈配套的次级线圈，所述次级线圈为所述电源。

初级线圈设置于飞轮壳上不旋转，仅次级线圈随飞轮旋转，即为设置于飞轮上的扭矩传感器、无线发射器提供了无线电源，保证飞轮高速旋转时的动平衡，并且无线电源使得该扭矩测量系统能够连续地长时间工作。

优选地，还设置有实现直流电和交流电转换的转换器，所述初级线圈通过所述转换器连接车载蓄电池。

如此设计，利用车辆自有的车载蓄电池，再安装简单的转换器，即可获得所需的交流电，成本较低。

优选地，还包括交流电源，所述初级线圈与所述交流电源连接。

交流电源易于获取，易于实现初级线圈的交流电供电。

优选地，所述电源为设置于所述飞轮上的电池。

电池易于获取，易于实现扭矩传感器、无线发射器的供电。

优选地，还包括调节所述扭矩传感器输出信号的调节器，所述扭矩传感器通过所述调节器信号连接所述无线发射器，所述调节器由所述电源供电。

调节器可以将扭矩传感器检测的扭矩数据经过信号放大、信号调理等方式处理后，再传输至无线发射器，以使无线发射器将合适、精确、无干扰的扭矩信号传输给无线接收器，确保最终采集数据的精确度

优选地，所述无线发射器和所述调节器关于所述飞轮的中心轴线对称设置。

对称设置使得飞轮的质量分布更为均匀，以提高飞轮的动平衡性能。

优选地，所述飞轮上设有与所述飞轮同轴的遥测环，所述次级线圈设置于所述遥测环内。

设置于遥测环内，能够进一步提高质量分布的均匀性，保证飞轮动平衡。

优选地，所述遥测环具有关于所述飞轮中心轴线对称设置的两个凹槽，所述无线发射器和所述调节器分别设置于两所述凹槽内。

无线发射器和调节器替代凹槽处的遥测环部分，以使质量分布更为均匀。

优选地，所述飞轮上设置有两个以上的所述扭矩测量传感器，且沿所述飞轮的周向均布。

均布的多个扭矩传感器不仅使得检测结果更加精确，同时也有助于实现飞轮的动平衡。

所述飞轮上设有沿周向均布的通槽，相邻所述通槽之间具有连接筋，所述扭矩传感器设置于所述连接筋上。

如此，可以使扭矩传感器更加敏感地感受到飞轮变形，加强了测量的灵敏度和准确性。

本发明提供的车辆，具有发动机和行车扭矩测量系统，所述行车扭矩测量系统为上述任一项所述的行车扭矩测量系统。

由于上述扭矩测量系统具有上述技术效果，具有该扭矩测量系统的车辆也具有相同的技术效果。

优选地，所述无线接收器与所述车辆的CAN总线连接。

如此设计，无需单独设置连接采集模块和无线接收器的线路，可以简化传输线路，便于结构布置。

附图说明

图1为本发明所提供行车扭矩测量系统一种具体实施例的结构框图；

图2为本发明所提供行车扭矩测量系统一种具体实施例的结构示意图。

图1-2中：

11飞轮、111安装盘、112通槽、113连接筋、21无线发射器、22扭矩传感器、23遥测环、24初级线圈、25调节器、26采集模块、27次级线圈、28无线接收器

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1-2，图1为本发明所提供行车扭矩测量系统一种具体实施例的结构框图；图2为本发明所提供行车扭矩测量系统一种具体实施例的结构示意图。

该行车扭矩测量系统，包括设置于车辆的发动机飞轮11上的扭矩传感器22、扭矩信号的无线发射器21，以及设置于发动机飞轮壳上的扭矩信号的无线接收器28。

发动机飞轮11安装于发动机曲轴后端，具有较大转动惯量，通常呈较大的圆盘状设置。飞轮壳安装于发动机和变速箱之间，通常外接曲轴箱、起动机等，内置飞轮11总成，起到连接机体、防护和载体的作用。如图2所示，飞轮11中部具有设置安装孔的安装盘111，安装盘111用于与发动机的输出轴固定，输出轴转动时驱动飞轮11转动，而飞轮壳相对发动机是固定的，即行车时，飞轮11相对飞轮壳转动。飞轮11和飞轮壳的具体结构和功用可以参考背景技术理解，此处不再赘述。

扭矩传感器22和无线发射器21信号连接，即扭矩传感器22检测的扭矩信号能够传递至无线发射器21，由无线发射器21向外发射。无线发射器21和无线接收器28配套设置，无线接收器28接收无线发射器21发出的扭矩信号。无线发射器21可以通过无线射频信号传递给无线接收器28的接收天线。

行车扭矩测量系统还包括设于发动机飞轮11上以供电于扭矩传感器22和无线发射器21的电源。行车时，扭矩传感器22与无线发射器21会随飞轮11转动，电源设置于飞轮11上，与扭矩传感器22、无线发射器21同步转动，可以保持供电线路状态的稳定，实现供电功能。

上述行车扭矩测量系统的工作过程如下：

a、扭矩传感器22实时检测输出轴的扭矩；

飞轮11随输出轴转动，飞轮11表面的应变可以反应出输出轴的扭矩，如图2所示，在飞轮11上设置应变片作为扭矩传感器22。其中，安装盘111与输出轴连接，故安装盘111附近的形变最能反应输出轴的扭矩，作为优选的方案，可以将扭矩传感器22设置于安装盘111附近，如图2所示，扭矩传感器22设置于安装盘111处。

b、扭矩传感器22将检测的扭矩信号实时地传输至无线发射器21；

c、无线发射器21将接收的扭矩信号实时地传输至无线接收器28，无线接收器28将接收的扭矩信号传输给车辆的采集模块26，如图1所示。

车辆的采集模块26可以设置于驾驶室内，比如，集成于车辆的总控制器内，由总控制器进行分析、存储，以备调用查看，或直接显示于驾驶室内的显示器，也可以通过总控制器内的分析计算模块直接描绘出行车扭矩和其他行车参数(比如车速、耗油量等)的关系、变化曲线等。

无线接收器28可以直接连接车辆的CAN总线，CAN总线采集车辆的各类信号并传输至车辆总控制器，如此设计，无需单独设置连接采集模块26和无线接收器28的线路，可以简化传输线路，便于结构布置。

该行车扭矩测量系统，通过检测飞轮11的应变获取输出轴的扭矩，扭矩传感器22设置于飞轮11上即可，无需与输出轴直接连接，飞轮11上具有一定的安装空间，便于安装；另外，扭矩传感器22实时地将扭矩信号传递至无线发射器21，无线发射器21和无线接收器28采取无线传输的方式，飞轮11旋转不影响信号的传递，避免了由于接触不可靠造成的信号波动，使得扭矩传感器22能够实时准确地传递至采集模块26；而且行车时，由于飞轮11的较大惯量，相较于发动机或是变速箱，飞轮11的状态较为稳定，扭矩传感器22的工作环境相对较为平稳，使得准确地实时测量行车扭矩成为可能。

进一步地，针对上述各实施例，行车扭矩测量系统还可以包括设置于发动机飞轮壳上且连通有交流电的初级线圈24，以及设置于飞轮11上并与初级线圈24配套的次级线圈27，此时，次级线圈27充当了为无线发射器21和扭矩传感器22供电的电源。

需要说明的是，为清楚显示扭矩测量系统的结构，图2并未显示飞轮壳，相应地，图2中显示的初级线圈24并未与飞轮11连接，而是为了便于理解。

初级线圈24与交流电接通后，初级线圈24周围会产生电磁场，当飞轮11旋转时，由于电磁场的作用，对应的次级线圈27中就会产生感应电流。无线发射器21和扭矩传感器22与次级线圈27连接时，次级线圈27就可以为二者供电。

此时，初级线圈24和次级线圈27形成非接触式变压器，初级线圈24设置于飞轮壳上不旋转，仅次级线圈27随飞轮11旋转，即为设置于飞轮11上的扭矩传感器22、无线发射器21提供了无线电源，保证飞轮11高速旋转时的动平衡，并且无线电源使得该扭矩测量系统能够连续地长时间工作。为了保证次级线圈27能够与初级线圈24感应生电，次级线圈27大致呈环状地设置于飞轮11的盘面上，如图2所示，次级线圈27设置于环状设置的遥测环23内，飞轮11盘面上设有环形槽，遥测环23置于环形槽内，无线发射器21也可以设置于遥测环23内，即无线发射器21、次级线圈27均设于遥测环13内，以便整体安装。

可以理解，在飞轮11上直接设置电池作为扭矩传感器22和无线发射器21的电源也是可以的。只是，如此设置，飞轮11旋转时的动态平衡性能、工作连续时间均次于上述的非接触式无线电源方案。

针对上述设置无线电源的方案，初级线圈24的交流电可以来自于车载蓄电池。通常，车辆上会自带有车载蓄电池，一般为24V车载蓄电池并设置于驾驶室内，车载蓄电池提供直流电。此时可以设置能够实现直流电和交流电转换的转换器，初级线圈24通过转换器连接车载蓄电池。即通过转换器将车载蓄电池的直流电转换为交流电，提供至初级线圈24，以使初级线圈24能够产生电磁场，保证无线电源的产生。

如此设计，利用车辆自有的车载蓄电池，再安装简单的转换器，即可获得所需的交流电。当然，直接设置交流电源供电至初级线圈24也是可以的，比如，直接将交流电源设置于飞轮壳处，只是该种方案的简易性次于上述实施例，成本也相对较高。

针对上述各实施例，行车扭矩测量系统还可以设置调节器25，调节器25用于调节扭矩传感器22输出的扭矩信号。调节器25可以将扭矩传感器22检测的扭矩数据经过信号放大、信号调理等方式处理后，再传输至无线发射器21，以使无线发射器21将合适、精确、无干扰的扭矩信号传输给无线接收器28，确保最终采集数据的精确度。此时，调节器25需与扭矩传感器22连接，调节器25也设置于飞轮11上，调节器25与扭矩传感器22可以由同一电源供电，电源可以是如上所述的无线电源或是电池。调节器25可以与无线发射器21、次级线圈27共同设置于遥测环23内，即该测量系统位于飞轮11上的设备均设置于遥测环23内，形成整体。

无线发射器21和调节器25优选地关于飞轮11的中心轴线对称设置。如图2所示，二者对称设置使得飞轮11的质量分布更为均匀，以提高飞轮11的动平衡性能。为了进一步降低无线发射器21和调节器25设置对原飞轮11质量分布均匀性的影响，上述的遥测环23设置有关于飞轮11中心轴线对称的两凹槽，无线发射器21和调节器25插固于凹槽内，图2中，为便于查看到无线发射器21和调节器25，两凹槽处显示为凹槽。

飞轮11上可以设置有两个以上的扭矩测量传感器，且沿飞轮11的周向均布。如图2所示，共设置了6个扭矩传感器22，多个扭矩传感器22可以检测出输出轴附近多个点的应变，从而全面地反应输出轴的扭矩，使得检测结果更为准确。而且均布的扭矩传感器22不仅使得检测结果更加精确，同时也有助于实现飞轮11的动平衡。图2中，对飞轮11的主体盘面进行了局部切除，使得安装盘111与主体盘面之间具有六个沿周向均布的通槽112，通槽112之间设有连接筋113，扭矩传感器22设置于连接筋113上。如此，可以使扭矩传感器22更加敏感地感受到飞轮11变形，加强了测量的灵敏度和准确性。

遥测环25位于连接筋113的外侧，即遥测环25相较于连接筋113远离飞轮11的中心，使得整个测量系统的布置更为科学合理。

除了上述行车扭矩测量系统，本发明还提供一种车辆，具有发动机和行车扭矩测量系统，行车扭矩测量系统为上述任一实施例所述的行车扭矩测量系统。由于上述行车扭矩测量系统具有上述技术效果，提供的车辆也具有相同的技术效果，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的一种车辆及其行车扭矩测量系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种行车扭矩测量系统，其特征在于，包括设置于车辆的发动机飞轮(11)上的扭矩传感器(22)、扭矩信号的无线发射器(21)，以及设置于发动机飞轮壳上的扭矩信号的无线接收器(28)；所述扭矩传感器(22)和所述无线发射器(21)信号连接；还包括设于所述飞轮(11)上以供电于所述扭矩传感器(22)和所述无线发射器(21)的电源。

2.如权利要求1所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，还包括设置于所述飞轮壳上且连通有交流电的初级线圈(24)，以及设置于所述飞轮(11)上并与所述初级线圈(24)配套的次级线圈(27)，所述次级线圈(27)为所述电源。

3.如权利要求2所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，还设置有实现直流电和交流电转换的转换器，所述初级线圈(24)通过所述转换器连接车载蓄电池。

4.如权利要求2所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，还包括交流电源，所述初级线圈(24)与所述交流电源连接。

5.如权利要求2-4任一项所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，还包括调节所述扭矩传感器(22)输出信号的调节器(25)，所述扭矩传感器(22)通过所述调节器(25)信号连接所述无线发射器(21)，所述调节器(25)由所述电源供电。

6.如权利要求5所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，所述无线发射器(21)和所述调节器(25)关于所述飞轮(11)的中心轴线对称设置。

7.如权利要求6所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，所述飞轮(11)上设有与所述飞轮(11)同轴的遥测环(23)，所述次级线圈(27)设置于所述遥测环(23)内。

8.如权利要求7所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，所述遥测环(23)具有关于所述飞轮中心轴线对称设置的两个凹槽，所述无线发射器(21)和所述调节器(25)分别设置于两所述凹槽内。

9.如权利要求1所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，所述电源为设置于所述飞轮(11)上的电池。

10.如权利要求1-4任一项所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，所述飞轮(11)上设置有两个以上的所述扭矩传感器(22)，且沿所述飞轮(11)的周向均布。

11.如权利要求10所述的行车扭矩测量系统，其特征在于，所述飞轮(11)上设有沿周向均布的通槽，相邻所述通槽之间具有连接筋，所述扭矩传感器设置于所述连接筋上。

12.一种车辆，具有发动机和行车扭矩测量系统，其特征在于，所述行车扭矩测量系统为权利要求1-11任一项所述的行车扭矩测量系统。

13.如权利要求12所述的车辆，其特征在于，所述无线接收器(28)与所述车辆的CAN总线连接。