CN107044515B - 具有输出扭矩传感器的变速器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有输出扭矩传感器的变速器。变速器的输出轴固定到行星齿轮组的行星架。输出扭矩通过表面声波传感器测量，该表面声波传感器附着到行星架的两个相邻的行星齿轮之间的表面并在径向上位于将行星架表面接合到相对的行星架表面的焊接部的内侧。在该位置，典型的变速器输出扭矩的应变水平产生位于表面声波传感器的测量范围之内的应变水平。传感器可被供电并跨越由信号环限定的空气间隙进行信号通信。由于行星架稳定的位置和方位，小的、一致的空气间隙是可行的。

Description

具有输出扭矩传感器的变速器
技术领域
本公开涉及机动车辆变速器领域。更具体地讲，本公开涉及具有表面声波(SAW)输出扭矩传感器的变速器。
背景技术
很多车辆在宽的车速范围(包括前进运动和倒车运动两者)内使用。然而，一些类型的发动机只能在窄的转速范围内高效运转。所以，通常采用能够在各种传动比下高效地传输功率的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比运转，使得发动机扭矩倍增以提高加速度。在高车速时，变速器以低传动比运转而允许与安静、燃料高效的巡航关联的发动机转速。
通过调节施加到各种离合器的液压流体的压力来控制变速器传动比。在多个传动比之间换挡期间，控制器可减小施加到即将分离的离合器的液压压力，并以协调的方式增大施加到即将接合的离合器的液压压力。如果未精确地协调压力，则车辆乘员会感觉换挡粗糙。诸如环境状况、组件磨损和零件与零件的差异的多个噪声因素会影响变速器对控制信号的响应。为了始终实现优异的换挡质量，在换挡期间控制器可依赖使用作为反馈信号的一个或更多个变速器响应测量的闭环控制。变速器输出扭矩的测量尤为有用。
发明内容
一种行星齿轮组包括行星架、多个行星齿轮、环形齿轮、中心齿轮和表面声波传感器。行星架包括焊接到前板的后板。后板和前板支撑多个行星轴。行星齿轮被支撑以围绕行星轴旋转。环形齿轮和中心齿轮均与行星齿轮中的每个持续地啮合。表面声波传感器在相邻的两个行星轴之间安装到后板的与前板相对的一侧。在该位置，应变的水平适于使用表面声波传感器进行精确检测。如果表面声波传感器在径向上安装在将前板接合到后板的焊接部内侧，则该特性被进一步增强。行星齿轮组还可包括第一信号环，该第一信号环安装到后板并与表面声波传感器电连通。第一信号环可被配置为跨越空气间隙与第二信号环通信，该第二信号环固定到诸如变速器壳体的非旋转构件。由于行星架的稳定的方位和轴向位置，即使在行星架旋转并传输扭矩时空气间隙也具有恒定的厚度，从而提高信号传输的可靠性。输出轴可固定到后板，在这种情况下表面声波传感器可用于确定变速器输出扭矩。
根据本发明，提供一种行星架，所述行星架包括：后板，被构造为支撑多个行星轴的第一端；前板，被构造为支撑所述多个行星轴的第二端；表面声波传感器，安装到后板的与前板相对的一侧并位于相邻行星轴之间，并且在径向上位于将前板与后板进行接合的焊接部内侧。
根据本发明的一个实施例，行星架还包括被固定到后板的输出轴。
一种变速器包括行星齿轮组、表面声波传感器以及第一信号环和第二信号环。行星齿轮组的行星架被支撑以相对于变速器壳体旋转。表面声波传感器附着到行星架。例如，表面声波传感器可安装在相邻的行星齿轮之间。第一信号环被支撑以与行星架一起旋转。例如，第一信号环可直接安装到行星架或安装到表面声波传感器。第二信号环被固定到变速器壳体。两个信号环限定具有恒定厚度的空气间隙。这可能是因为：在变速器运转期间，行星架的旋转轴线相对于变速器壳体不变，并且行星架的轴向位置相对于变速器壳体不变。第二信号环经由第一信号环和空气间隙从表面声波传感器接收信号。输出轴可固定地结合到行星架，在这种情况下由表面声波传感器检测到的应变可用于精确地估计变速器输出扭矩。控制器可利用这些信号来调节发送到阀体的信号，以控制变速器。
根据本发明的一个实施例，变速器还包括被固定到后板的输出轴。
根据本发明的一个实施例，所述行星齿轮组还包括：多个行星齿轮，被支撑以相对于行星架旋转；中心齿轮，与行星齿轮中的每个持续啮合；环形齿轮，与行星齿轮中的每个持续啮合。
根据本发明的一个实施例，表面声波传感器在所述多个行星齿轮中的相邻的两个行星齿轮的旋转轴线之间附着到行星架表面。
根据本发明的一个实施例，变速器还包括：控制器，被配置为经由第二信号环从表面声波传感器接收电信号并相应地调节发送到阀体的信号。
附图说明
图1是车辆动力传动系统的示意图。
图2是具有被配置为测量扭矩的表面声波(SAW)应变传感器的行星齿轮组的剖视图。
图3是图2中的行星齿轮组的行星架的示图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例并且其它实施例可采取各种可替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征会被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定应用或实施方式。
图1示出了车辆动力传动系统10。使用粗实线指示机械功率流动连接，而使用点线指示液压流体的流动。由粗虚线指示电控制信号。内燃发动机12驱动曲轴14，曲轴14将输入功率供应给传动装置16。传动装置16调节转速和扭矩并将功率传递给差速器18。差速器18在左车轮20与右车轮22之间分流功率，同时允许在车辆转弯时存在轻微的转速差异。
在传动装置16内，转速和扭矩由两个组件调节：变矩器24和齿轮箱26。变矩器24包括泵轮和涡轮，每当泵轮旋转得比涡轮快时便液动地传输功率。变矩器24还可包括使扭矩倍增的导轮。变矩器还可包括旁通离合器，在旁通离合器接合时，从泵轮机械地传递功率到涡轮，而不产生与液动功率传递相关的寄生损耗。齿轮箱26包括传动元件和换挡元件，其被布置为接合离合器的各种子集来建立各种功率流动路径。不同的功率流动路径具有不同的传动比。
阀体28将压力受控的流体供应给变矩器24和齿轮箱26，以控制换挡元件的扭矩容量。所述阀体还将流体供应给变矩器24的液动腔并将用于润滑的流体供应给齿轮箱26。控制器30将电信号发送给阀体28内的电磁阀，以调节各个受控的压力。控制器30基于多个输入信号来确定命令多大的压力。这些输入信号可包括来自发动机12、变矩器24和齿轮箱26的信号。输入信号还可包括驾驶员操作加速踏板和换挡杆(未示出)产生的信号。
传动装置输出扭矩的指示是最有用的信号之一。已知多种类型的扭矩传感器。当被放置在轴(关注的扭矩通过该轴传递)的某部分上时，大多数类型的扭矩传感器最佳地操作。例如，输出扭矩传感器通常位于输出轴上。通常，有必要将任意扭矩传感器安装在足够长并与影响扭矩的组件(诸如齿轮)充分地分隔开的轴的某部分上。因此，有必要使轴加长以增设扭矩传感器，这导致变速器的整体长度增大。虽然额外的变速器长度可能在某些车辆应用中几乎不会造成问题，但在其它车辆应用中却是有问题的。
一种用于测量轴扭矩的技术是表面声波(SAW)应变传感器。某些变速器组件中的应变与由该组件传输的扭矩成比例。例如，长轴表面上的应变与由该轴传输的扭矩成比例。SAW传感器对于感测中等水平的应变极其精确。对于精确测量典型的变速器输出轴的扭矩而言，变速器输出轴的表面上的应变过高。因此，先前尝试利用SAW传感器作为变速器输出扭矩传感器已经改变了输出轴区域以局部(locally)减小传感器附近的应变。例如，传感器可安装到从轴径向突出的柱上。可选地，可在传感器周围的轴中形成槽。这些轴改动导致比所需要的轴径大的整体轴径。
图2示出了具有安装到行星架的SAW传感器的行星齿轮组的剖视图。图2的上半部分是通过行星齿轮截取的截面，而图2的下半部分是行星齿轮之间的截面。行星架的后板40固定到输出轴42。它们可被一体地成型、花键连接、焊接等。输出轴42和后板40被轴承支撑以相对于变速器壳体44旋转。行星架的前板46在行星齿轮之间的多个周向位置焊接到后板，如图2的底部所示。多个行星轴48以有规律地隔开的周向间隔固定在前板46与后板40之间。多个行星齿轮50被轴承支撑以围绕行星轴48旋转。中心齿轮52和环形齿轮54与每个行星齿轮持续地啮合。推力轴承相对于行星架轴向地定位中心齿轮和环形齿轮。
SAW应变传感器56安装到后板40的后表面。该传感器安装在其中两个行星轴48之间的大致中间位置并与这些行星轴的中心线相距大致相同的径向距离。可选地，额外的SAW传感器可安装在其它相邻的成对的行星轴之间。在一些情况下，后板可包括抵消传感器的质量的特征，以确保准确地平衡行星架。旋转信号环58也被固定以与行星架一起旋转。例如，旋转信号环58可直接固定到SAW传感器56或单独安装到后板。静止信号环60邻近于旋转信号环58而安装到变速器壳体44。小的空气间隙将旋转信号环58与静止信号环60分隔开。用于使传感器56操作的电力跨越空气间隙从静止信号环60传递到旋转信号环58，随后通过旋转信号环58上的电路传导给传感器56。类似地，来自传感器56的输出信号从旋转信号环58跨越空气间隙传送给静止信号环60。
图3是图2中的行星架和输出轴的示图。在组装行星齿轮组期间，行星轴48插入到每个孔62中。由环形齿轮和中心齿轮施加在行星架上的一部分扭矩通过行星齿轮和行星轴传递到这些孔的边缘。其余扭矩传递到前板随后通过焊接接合部传递到后板40。SAW传感器56安装到后板40的后表面并位于其中两个孔62之间的大致中间位置且与所述中心线相距大致相同的径向距离。这将SAW传感器布置得比后板与前板之间的焊接接合部更靠近所述中心线。在典型的变速器输出扭矩水平下，该位置的应变适合SAW应变传感器。
相对于变速器中的其它潜在的扭矩传感器位置，将SAW应变传感器布置在这样的位置提供各种优势。将扭矩传感器布置在轴上通常导致变速器长度增大。在几乎不或者不增大变速器的长度的情况下，将传感器安装到行星架的与固定结构邻近的表面通常是可行的。如之前讨论的，输出轴表面上的应变不适于SAW传感器。对轴进行改动以局部减小应变会引起所需的径向空间增大。诸如挠性板的一些组件被设计为相对于邻近的固定地结构轴向地运动。因此，在旋转信号环与静止信号环之间难以提供小的、一致的空气间隙来与传感器进行有效的通信。一些变速器组件的应变与扭矩之间的关系不一致，使它们不适于扭矩传感器。例如，在环形齿轮上特定位置处的应变取决于相啮合的行星齿轮当时的相对位置。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，可组合各个实施例的特征以形成本发明的可能未明确描述或示出的进一步的实施例。虽然关于一个或更多个期望特性，多个实施例可能已被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。因此，被描述为在一个或更多个特性上不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.一种行星齿轮组，包括：
行星架，具有焊接到前板的后板，后板和前板支撑多个行星轴；
多个行星齿轮，被支撑以围绕多个行星轴旋转；
环形齿轮和中心齿轮，均与所述多个行星齿轮中的每个持续地啮合接触；
表面声波传感器，安装到后板的与前板相对的一侧且位于相邻行星轴之间。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮组，其中，表面声波传感器在径向上安装在前板与后板之间的焊接部内侧。
3.根据权利要求2所述的行星齿轮组，还包括：第一信号环，安装到后板并与表面声波传感器电连通。
4.根据权利要求3所述的行星齿轮组，其中，第一信号环被配置为跨越空气间隙与被固定到非旋转构件的第二信号环进行通信。
5.根据权利要求1所述的行星齿轮组，还包括固定到后板的输出轴。
6.一种行星架，包括：
后板，被构造为支撑多个行星轴的第一端；
前板，被构造为支撑所述多个行星轴的第二端；
表面声波传感器，安装到后板的与前板相对的一侧并位于相邻行星轴之间，并且在径向上位于将前板与后板进行接合的焊接部内侧。
7.根据权利要求6所述的行星架，还包括：第一信号环，安装到后板并与表面声波传感器电连通。
8.根据权利要求7所述的行星架，其中，第一信号环被配置为跨越空气间隙与被固定到非旋转构件的第二信号环进行通信。
9.根据权利要求6所述的行星架，还包括：多个行星齿轮，被支撑以围绕所述多个行星轴旋转。
10.一种变速器，包括：
行星齿轮组，具有被支撑以相对于壳体旋转的行星架以及被支撑以相对于行星架旋转的多个行星齿轮；
表面声波传感器，附着到行星架并位于相邻的行星齿轮之间；
第一信号环和第二信号环，限定有厚度恒定的空气间隙，第一信号环被支撑以与行星架一起旋转，第二信号环固定到壳体并被配置为经由第一信号环和空气间隙从表面声波传感器接收信号。
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