CN107923813A - 用于校准设置在机动车辆的传动系统中的扭矩传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统（22）中的扭矩传感器（1）的方法。为了详述用于校准设置在机动车辆的传动系统中的扭矩传感器的方法，该方法不太复杂且因此是成本有效的，首先在机动车辆（21）的完全完成的传动系统中设置未校准的扭矩传感器（1），并且随后将扭矩的第一已知值施加至机动车辆（21）的传动系统并接着将扭矩的第二已知值施加至机动车辆（21）的传动系统，并且将由扭矩传感器（1）产生的第一输出信号分配至扭矩的第一已知值并且将由扭矩传感器（1）产生的第二输出信号分配至扭矩的第二已知值，以此方式在机动车辆（21）的完全完成的传动系统中校准扭矩传感器（1）。

Description

用于校准设置在机动车辆的传动系统中的扭矩传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于校准设置在机动车辆的传动系统中的扭矩传感器的方法。

背景技术

该种类的扭矩传感器从DE 10 2006 044 779 B4中已知。所述文献公开了一种用于利用能够被扭矩变形的弹性元件来检测扭矩的设备。弹性元件环绕内部区域以及被设计用于检测元件的变形的传感器，该变形由扭矩产生以便形成电信号，其中，传感器设置在弹性元件的内部区域中并且弹性元件具有至少一个导电结构，该至少一个导电结构至少部分地保护传感器免于来自弹性元件周围区域的电场。

扭矩传感器用在机动车辆的传动系统中以便测量例如由驱动马达传送至驱动轮的扭矩。

扭矩的向量被给出作为距离向量与力向量的向量积。在该情形中，距离向量由扭矩的参考点相对于力的施加点而形成。扭矩向量的方向既指示旋转轴线的方向也指示扭矩的旋转方向。当所有的力向量和距离向量位于与旋转轴线正交的平面中时，考虑因素被简化，因为随后能够将扭矩作为标量处理。在该情形中，方向的指示被简化为扭矩的数学符号。根据通常的向量定义，在平面的平视图中沿逆时针方向作用的扭矩被视作正，并且沿顺时针方向的扭矩因此被视作负。该二维特殊情形是对于大量技术应用的通常情形，其中，旋转轴线的位置由轴承预指定。在机动车辆的轴上或在变速器的输出轴上测量的扭矩也称作驱动扭矩。能够驱动主发动机脱离静止状态或者当启动时由驱动机器或车辆所要求的扭矩也称作启动扭矩。

在本专利申请的含义内，机动车辆被视作是借助于传动系统将力从驱动马达传送至至少一个驱动轮的所有机动车辆。这些机动车辆包括例如轿车、摩托车、重型货车、建筑机械以及轨道车辆。

在机动车辆的传动系统中的扭矩传感器必须在首次使用它们之前被校准，以便能够将施加在传动系统中扭矩的值分配至由扭矩传感器产生的输出信号。根据现有技术，该校准涉及驱动轴和扭矩传感器，其作为一个组件被转移至校准系统并且在安装在机动车辆中之前在所述校准系统中被校准。接下来，包括驱动轴和扭矩传感器的组件安装在机动车辆中。这具有的缺点是，必须在对应的大型校准系统中校准非常大且重的组件。另外，在修复有缺陷的扭矩传感器的情况中，必须拆解并重新校准由驱动轴和扭矩传感器构成的整个组件。这是复杂且昂贵的。

发明内容

本发明因此是基于详述一种用于校准设置在机动车辆的传动系统中的扭矩传感器的方法的目标，与现有技术已知的用于校准设置在机动车辆的传动系统中的扭矩传感器的方法相比，该方法较不复杂并且因此更加成本有效。

根据本发明，该目标由独立权利要求的特征实现。因为，首先未校准的扭矩传感器设置在机动车辆中的全部完成的传动系统中，以及随后将扭矩的第一已知值施加至机动车辆的传动系统并且接着将扭矩的第二已知值施加至机动车辆的传动系统，以及将由扭矩传感器产生的第一输出信号分配至扭矩的第一已知值并将由扭矩传感器产生的第二输出信号分配至扭矩的第二已知值，以此方式在机动车辆的完全完成的传动系统中校准扭矩传感器，能够省去在单独的测量系统中的包括驱动轴和扭矩传感器的组件的复杂且昂贵的校准。根据本发明的方法，未校准扭矩传感器安装在机动车辆中并在已安装状态下进行校准，车辆自身形成了以此方式校准所需的测量系统的组成部分。

在本发明的一个改进例中，被施加至机动车辆的传动系统的扭矩的第一已知值对应于零扭矩。因为在该情形中没有施加扭矩至驱动轴，扭矩值零能够被分配至扭矩传感器的对应测量值。

根据有利的改进例，被施加至机动车辆的传动系统的扭矩的第二已知值对应于最大扭矩。能够被分配至扭矩传感器的对应测量值的第二测量点被提供有最大扭矩。

在下一改进例中，通过打来离合器和/或接合变速箱的空档来产生零扭矩。这是非常简单的工序以便将扭矩传感器校准至零点。

另外，有利的是通过在满载下驱动或者模拟在满载下驱动来产生最大扭矩。这样一来，以非常简单的方式提供了用于校准扭矩传感器的第二值。

在一个改进例中，扭矩的第一已知值和/或扭矩的第二已知值由设置在机动车辆外的机器施加至机动车辆的传动系统。设置在机动车辆外的该机器能够使得其产生精确限定的扭矩并使得这些信息项可用于测量站以用于进一步处理。

作为对此的替代方案，扭矩的第一已知值和/或扭矩的第二已知值能够由设置在机动车辆内的机器施加至机动车辆的传动系统。在此能够使用设置在机动车辆内的机器以及至少在特殊操作情形中已经已知的扭矩的改进例。这些信息项也能够用于测量站以用于进一步处理。设置在机动车辆内的该种类的机器例如可以是内燃机，其特性图与用于产生扭矩的值相关。另外，可行的是使用机动车辆的电动马达以便将预定扭矩施加至驱动轴。

附图说明

本发明允许许多改进例。旨在参照附图中所示的图来解释所述改进例的一些，其中：

图1示出了用于识别机动车辆中的扭矩的测量桥式电路；

图2示出了包括弹性元件的扭矩传感器；

图3示出了机动车辆位于其中的工厂。

具体实施方式

图1图示了如在机动车辆21中使用的用于识别扭矩的测量桥式电路。绝缘层16设置在待经受扭矩的载体轴15上。由对延伸敏感的测量电阻器DMS1至DMS4构成的电阻测量电桥利用厚膜技术被施加至绝缘层16。测量电阻器DMS1至DMS4由导体迹线18电互连以便形成测量电桥。测量点19、20被提供以便分接在测量电阻器DMS1至DMS4延伸的情况中以电势差形式出现的电信号。作为替代方案，还能够向电子评估电路（其并未在此进一步示出）直接提供信号，该电子评估电路借助于其他导体迹线设置在厚膜绝缘体16上。在金属载体轴1中形成连续凹陷以便获得测量电阻器DMS1至DMS4的最大表面积延伸。在该情况中图示了形式为细长孔的凹陷，但是也能够有利地使用其他形状的凹陷。该类型测量桥式电路能够用于测量机动车辆21的传动系统中的扭矩。

图2示出了扭矩传感器1，其包括环绕内部区域3的弹性元件2，以及保持在保持器4和5上的用于检测弹性元件2的变形的两部分式传感器6，该变形由力产生并且因此由施加至设备1的扭矩产生以便形成电信号。传感器元件6设置在弹性元件2的内部区域3中。

在该示例性实施例中，弹性元件2是由软磁性、导电弹簧钢构成的螺旋弹簧。螺旋弹簧的螺距被选择成使得所述弹簧具有尽可能多的圈数（与示意图中所示的不同）。取决于待检测的扭矩的最大值而选择弹簧常数以使得当施加最大力时螺旋弹簧的长度的预指定的弹性变化没有超出预指定的最大值。

由弹性元件2环绕的内部空间3包含两个保持器4和5，两个保持器4和5首先具有联接点7和8，用于传输力的外部元件能够联接至联接点7和8。其次，保持器4和5的每一个连接至弹性元件2的另一端作为施加点，因此固定器4和5沿着弹性元件的螺旋轴线的相对运动导致变形，在此，弹性元件2的压缩或延伸优选地线性地依赖于力。因此，保持器也用作联接元件。

为此，以线性方式通过引导件（未示出）沿着螺旋轴线引导具有柱形基本形状的保持器4和5，例如，该引导件是与螺旋轴线同轴地延伸穿过保持器4和5中的对应引导孔的棒。

传感器元件6被设计成形式为两部分式传感器元件，其以无接触的方式操作并且包括作为磁场传感器的霍尔传感器元件10以及作为第二部分的永磁体11。霍尔传感器元件10和磁体11在凹陷9和9’的区域中相应地设置在保持器4和5的端部表面（该表面相对于彼此平行延伸）中的相应保持器4和5的容器12和13中，使得磁体11的偶极子分别相对于保持器4和5的相对移动的方向以及弹性元件2的螺旋轴线的方向平行延伸，并且能够通过所述偶极子检测磁体11相对于霍尔传感器元件10的移动。

在该示例性实施例中，霍尔传感器元件10已经具有评估装置，该评估装置处理并放大来自霍尔传感器元件10的信号。能够经由在保持器4中引导的信号线而检测来自传感器元件6的信号。

当力或扭矩被施加在保持器4和5之间时，所述保持器随着弹性元件2（螺旋弹簧）的变形而相对于彼此移动。移动的范围由弹性元件2的弹性特性确定。通过传感器元件6检测对应于力或扭矩的移动，传感器元件6随后输出对应的检测信号，该检测信号是作用在设备上的扭矩的度量。

此处在图1和图2中所示的扭矩传感器必须在它们首次用于机动车辆之前被校准，以便能够传递关于传动系统中存在的扭矩的信息的可用项。

图3示出了机动车辆21所位于的工厂17，在此机动车辆21被示出为重型货车。在工厂17中能够执行用于校准设置在机动车辆21的传动系统22中的扭矩传感器1的方法。为此，在工厂17中设置测量站23，所述测量站一方面从扭矩传感器收集测量数据，并且至少收集施加至机动车辆21的传动系统22的扭矩的第一已知值，以及施加至机动车辆21的传动系统22的第二已知值。通过所述测量站23能够校准设置在机动车辆21的完全完成的传动系统22中的初始未校准的扭矩传感器。为此，将扭矩的第一已知值施加至机动车辆21的传动系统22并且将扭矩的第二已知值施加至机动车辆21的传动系统22，并且随后将由扭矩传感器1产生的第一输出信号分配至扭矩的第一已知值，并且将由扭矩传感器1产生的第二输出信号分配至扭矩的第二已知值，其中，在机动车辆21的完全完成的传动系统22中校准扭矩传感器。该方法显著简化了机动车辆中的扭矩传感器的校准，因为不在需要在车辆外校准由传动系统和扭矩传感器构成的整个单元，而是相反的能够在校准过程中完全涉及整个机动车辆21。在此，例如可行的是，被施加至机动车辆21的传动系统22的扭矩的第一已知值是零扭矩。在该上下文中，零扭矩意味着没有扭矩被施加至驱动轴，旨在观察其扭矩。例如，这能够通过打开驱动马达和驱动轮之间的离合器、或者已经在变速器中接合空档齿轮而实现。

另外，能够例如通过模拟在满载下驾驶机动车辆21而将最大扭矩施加至工厂17中的机动车辆21的传动系统22。还可行的是，设置在制造场所17中的机动车辆21外的机器向机动车辆21的传动系统22施加精确限定的扭矩值并且将所述精确限定的扭矩值发送至测量站23，测量站23响应于此利用来自扭矩传感器1的测量值而执行机动车辆21内的完全完成的传动系统22中的扭矩传感器1的校准。设置在机动车辆21内的机器也能够向机动车辆21的传动系统施加扭矩的第一已知值和第二已知值。在该情形中，可行的是，使用机动车辆21的内燃机以便向传动系统施加限定的扭矩。还可行的是，将机动车辆21的内燃机的特性图与扭矩传感器的测量值相关，并因此校准扭矩传感器。另外，可行的是，设置在机动车辆21中的电动马达向传动系统22施加扭矩的第一已知测量值和第二已知测量值。还能够以此方式校准机动车辆的传动系统中扭矩传感器。

Claims (11)

1.一种用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统（22）中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，首先未校准的扭矩传感器（1）设置在所述机动车辆（21）中的完全完成的传动系统中，并且随后将扭矩的第一已知值施加至所述机动车辆（21）的所述传动系统并接着将扭矩的第二已知值施加至所述机动车辆（21）的所述传动系统，并且将由所述扭矩传感器（1）产生的第一输出信号分配至扭矩的第一已知值并将由扭矩传感器（1）产生的第二输出信号分配至扭矩的第二已知值，以此方式在所述机动车辆（21）的完全完成的传动系统中校准所述扭矩传感器（1）。

2.根据权利要求1所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，扭矩的所述第一已知值对应于零扭矩，所述第一已知值被施加至所述机动车辆（21）的所述传动系统。

3.根据权利要求1和2的任一项所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，扭矩的所述第二已知值对应于最大扭矩，所述第二已知值被施加至所述机动车辆（21）的所述传动系统。

4.根据权利要求2所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，通过打开离合器和/或接合变速器中的空档而产生所述零扭矩。

5.根据权利要求3所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，通过在满载下驾驶或者模拟在满载下驾驶而产生所述最大扭矩。

6.根据前述权利要求的任一项所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，扭矩的所述第一已知值和/或扭矩的所述第二已知值由设置在所述机动车辆（21）外的机器施加至所述机动车辆（21）的所述传动系统。

7.根据前述权利要求的任一项所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，扭矩的所述第一已知值和/或扭矩的所述第二已知值由设置在所述机动车辆（21）内的机器施加至所述机动车辆（21）的所述传动系统。

8.根据权利要求7所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，设置在所述机动车辆（21）内的机器是所述机动车辆的内燃机。

9.根据权利要求7所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，设置在所述机动车辆（21）内的机器是所述机动车辆的电动马达。

10.根据权利要求8所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，所述内燃机的特性图与由所述扭矩传感器（1）产生的信号相关。

11.根据权利要求9所述的用于校准设置在机动车辆（21）的传动系统中的扭矩传感器（1）的方法，其特征在于，所述电动马达的特性图与由所述扭矩传感器（1）产生的信号相关。