CN109655632B - 具有双角度位置传感器的轮毂组件 - Google Patents

具有双角度位置传感器的轮毂组件 Download PDF

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Abstract

一种车轮轮毂组件包括配置为安装到车辆的不可旋转部分的外构件、和被轴承可旋转地支撑在外构件中并配置为支撑车轮的内构件。第一目标构件与内构件联接，且第一传感器固定到外构件，并定位为感测第一目标构件相对于外构件的角位移并产生第一输出信号。第二目标构件与内构件联接且与第一目标构件轴向间隔开，且第二传感器固定到外构件并定位为感测第二目标构件相对于外构件的角位移以产生第二输出信号。

Description

具有双角度位置传感器的轮毂组件
技术领域
本发明涉及具有改进的轮速度传感器的轮毂组件，且涉及包括轮毂组件的防抱死制动系统(ABS)，且更具体地涉及具有第一和第二轮速度传感器的轮毂组件，该第一和第二轮速度传感器配置为向包括轮毂组件的ABS系统提供独立的轮速度信号。
背景技术
具有轮速度传感器的轮毂组件是已知的。常规的轮毂组件包括固定构件和可旋转构件以及支撑可旋转构件以用于相对于固定构件旋转的轴承。在这些组件中，传感器安装在固定构件上，且目标被安装在可旋转构件上。目标例如可以包括多个周向地间隔开的磁极，且传感器可以检测磁极经过传感器的运动且在每次磁极被感测到时产生输出信号。在给定时间段内被检测到经过传感器的磁极的数量可随后被用于确定轮的速度。
从轮速度传感器而来的信号可用于不同目的，包括用于控制速度计。这些信号还用于控制防抱死制动系统(ABS)和其他牵引和/或稳定性控制系统，其要求与每一个车轮的速度有关的准确信息，以便控制制动和/或提供到每一个轮的功率。例如，在制动操作期间，ABS将来自每一个车轮的轮速度传感器的信号进行比较。如果ABS微处理器得知轮被锁定或以不同速度旋转(打滑)，则其调整制动器，以努力将所有轮保持以相同速率旋转。然而，在传感器产生不准确的信号时，例如表明一个轮旋转得比其他的更慢，则即使需要制动，ABS也可能释放对该轮的制动。类似地，不正确的传感器信号会在实际需要时防止ABS系统释放制动。通过保持轮“解锁”并随后逐渐减速，制动距离减少。
各种环境因素会损坏传感器和/或目标并导致错误读数。例如，即使传感器周围的区域和目标基本上被密封，但道路用盐和/或过多的污垢或泥仍会存在于传感器和目标之间，并妨碍传感器产生准确的读数。因此，期望的是提供一种轮毂组件，即使特定的传感器和/或目标被污染或损坏，其也能提供与每一个车轮的速度有关的准确信息。
发明内容
该问题和其他问题通过本发明实施例得到解决，其第一方面包括车轮轮毂组件，该车轮轮毂组件包括外构件和内构件，该外构件配置为安装到车辆的不可旋转部分且具有轴向内端部和轴向外端部，该内构件被轴承可旋转地支撑在外构件中。内构件配置为支撑车轮，用于绕轴承的中心轴线旋转，且内构件包括轴部分和凸缘，该轴部分具有轴向内端部和轴向外端部，该凸缘从轴部分的轴向外端部径向向外延伸。第一目标构件与内构件联接以便绕中心轴线旋转，且第一传感器固定到外构件并定位为感测第一目标构件相对于外构件的角位移并产生第一输出信号。第二目标构件与内构件联接，以便能绕中心轴线旋转，且第二目标构件与第一目标构件轴向间隔开。第二传感器固定到外构件，且定位为感测第二目标构件相对于外构件的角位移以及产生第二输出信号。
本发明的另一方面包括防抱死制动系统(ABS)，其包括如上所述的车轮轮毂组件。ABS还包括控制器，其与第一传感器和第二传感器通信，且配置为接收第一输出信号和第二输出信号和控制制动构件，用于基于第一输出信号和/或第二输出信号使得内构件相对于外构件制动。控制器还配置为从第一和第二输出信号产生表明车辆速度的第一速度信号，且在第一速度信号与第二速度信号相差大于预定量时产生误差信号。
本发明的进一步方面包括一种方法，其包括：使用相对于车辆旋转固定的第一传感器以从第一目标获得第一角位移信号，该第一目标安装为随车辆的轮旋转，和使用相对于车辆旋转固定的第二传感器从第二目标获得第二角位移信号，所述第二目标安装为随轮旋转，第二目标与第一目标轴向间隔开。
附图说明
在参照附图进行阅读时，能更好地理解本发明优选实施例的前述内容以及详细说明，其中：
图1是根据本发明的轮毂组件的第一部分的轴向截面图，显示了传感器组件的第一传感器和第一传感器目标构件。
图2是经过本发明轮毂组件的第二部分的轴向截面图，显示了传感器组件的第二传感器目标构件和第二传感器。
图3是轮毂组件的轴向截面图，显示了替换传感器组件，其包括第一和第二传感器和第一和第二目标。
图4是轮毂组件的透视图，显示了图2的第二目标构件的位置。
图5是图1的第一传感器目标构件的正视图。
具体实施方式
参见附图，其中附图的显示仅是为了展示本发明的实施例，而不是出于对其进行限制的目的，图1和2显示了车轮轮毂1，其包括外构件2、内构件3和轴承4，该轴承4支撑内构件3以用于相对于外构件2旋转。外构件2连接到车辆的不可旋转部分5，该不可旋转部分5例如可以是转向节，且外构件2具有轴向内端部2a和轴向外端部2b。内构件3连接到轮(未示出)以便绕中心轴线AC旋转，且具有轴部分6和凸缘7，该轴部分6具有内轴向端部6a和外轴向端部6b，且该凸缘7从轴部分6的外端部6b径向向外延伸。轴承4包括形成在内构件3的轴部分6上或围绕其设置的至少一个内座圈8，以及围绕内座圈8设置的至少一个外座圈9。
传感器组件10包括第一目标构件12(图1)和第一传感器14，该第一目标构件12与内构件3联接以便绕中心轴线AC旋转，该第一传感器14位于第一目标构件12附近且配置为感测第一目标构件12的角位移，以便感测轮旋转。优选地，第一目标构件12安装在轴承密封件组件13的元件上或包括该元件，该元件例如是L形支架，其支撑弹性体密封唇部或形成用于这种唇部的滑动表面。第二目标构件16(图2)在与第一目标构件12轴向间隔开的位置处安装到内毂构件3，使得其也可围绕中心轴线Ac随内构件3旋转。第二目标构件16与第一目标构件12分离且不接触第一目标构件12。第二传感器18定位为靠近第二目标构件16且配置为感测第二目标构件18的角位移，以便感测轮旋转。
第一和第二传感器14、18与控制器11通信，该控制器11可以包括用于车辆或用于防抱死制动器系统(ABS)的控制系统和/或牵引控制系统或其他系统，其中轮速度或总的轮转数被监测，且为此，控制器11可以包括或具有微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、集成电路(IC)、计算机、芯片系统(SOC：system-on-a-chip)、可编程逻辑元件、或包括微处理器的现场可编程门阵列(FGPA)。
优选地，第一目标构件12定位为靠近内构件3的轴部分6的内轴向端部6a，且最优选地围绕内座圈8和外座圈9之间的轴承内座圈8的一部分设置。第二目标构件16定位为靠近轴部分6的内构件的外轴向端部6b且从轴部分6径向向外延伸。在该实施例中，第二目标构件16通过多个突出部21附接到内构件3的凸缘部分7，所述多个突出部21从凸缘部分7轴向延伸，使得第二目标构件16位于与凸缘部分7的主部分间隔开的平面中。由此，第一目标构件12和第二目标构件16优选位于外构件2的径向相反侧上且在轴部分6的轴向相反侧。此外，第一和第二传感器14、18中的每一个与车辆的不可旋转部分5或外构件2联接。
进一步地，第一和第二目标构件12、16中的每一个优选形成为铁磁性目标或磁性目标。在公开的实施例中，第一目标构件12形成为磁性目标，且包括在非磁性材料(例如橡胶或塑料)本体12b中以周向间隔开的方式设置的多个磁体12a(图5)。磁体12a优选用硬磁性材料制造，例如铁酸盐、钐铁氮、钐钴或钕，且本体12b优选用塑料(例如PA66、PA46、PPS、或PPA)或橡胶(例如丁腈橡胶(NBR)、氢化丁晴橡胶(HNBR)或氟化橡胶，例如FKM)形成。第二目标构件16优选是铁磁性目标且包括铁磁性材料制造的环形环(即具有大于1的相对导磁率的金属材料，例如钢、某些等级的不锈钢等)。这种铁磁性环可以通过冲压过程、金属粉末烧结、机加工等产生且具有多个周向地间隔开的间隙22，以便在包括在第二传感器18中的永磁体的前部中旋转时产生磁像(magnetic pattern)。
第二目标构件16优选例如通过多个紧固件附接到突出部21，该突出部21从内构件3的凸缘部分7延伸。第二目标构件16和第二传感器18在第一传感器14和/或第一目标12失效或损坏时提供冗余度，使得即使在这种故障情况下必要的轮速度信息也能被提供到控制器11。
可以将第一目标构件12和第二目标构件16形成为磁性目标或铁磁性目标。然而，优选的是第一目标构件12和第二目标构件16(和其相关第一传感器14和第二传感器18)不同地形成，即，一个形成为铁磁性目标构件，且另一个形成为磁性目标构件。以这种方式，更可能与一种类型的传感器/目标构件组合的操作相干涉的物质和/或情况不太可能与第一传感器14和第二传感器18二者干涉。例如，可存在于磨损轮毂组件中的金属屑或残渣会积聚在例如公开实施例的第一目标构件12这样的磁性目标的磁性元件上且使得第一目标构件12难以读取。这种污染物不太可能影响如公开实施例中的第二目标构件16这样的铁磁性盘的操作。
在第一目标构件12运动经过第一传感器14且第二目标构件16运动经过第二传感器18时，磁体12a或间隙22分别被第一和第二传感器14、18检测，且使得第一和第二传感器14、18产生一系列电脉冲。优选地，第一传感器14和第二传感器18中的每一个包括可变磁阻的磁性速度传感器，例如霍耳效应传感器，但是可以是能检测第一和第二目标构件12、16的旋转的任何其他适当类型的传感器，例如光学传感器、巨磁阻(GMR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器或隧道型磁电阻(TMR)传感器。
第一输出线50将第一传感器14连接到控制器11，且第二输出线52将第二传感器18连接到控制器11。控制器11配置为从通过第一传感器14产生的脉冲数量确定第一目标构件12的角旋转速度且由此确定内构件2的角旋转速度。替换地，第一传感器14本身可以包括电路以确定第一目标12的角旋转速度，且第一传感器14可以将表明旋转速度的输出信号发送到控制器11，代替发送原始脉冲信息。在任一情况下，控制器11从接收自第一传感器14和第二传感器18的数据确定第一传感器14所示的角旋转速度是否与第二传感器16所示的角旋转速度相同，至少在预定误差范围内，且控制器11产生表明所示旋转速度失配的输出。
该输出可以用于产生警告信号，表明给定轮毂组件的第一和第二传感器中之一或两者故障。在替换例中，控制器11可以将给定轮毂组件的每一个传感器所示的旋转速度与车辆上的其余轮(例如在汽车的情况下总共四个轮)(未示出)的旋转速度比较。如果，例如第一车轮的轮毂组件1的第一传感器14表明旋转速度为100RPM且第一车轮的轮毂组件1的第二传感器16表明旋转速度为200RPM，且其余三个轮的第一和第二传感器全都表明轮旋转速度为约200RPM，则控制器11将忽视来自第一传感器14的100RPM速度信号，并仅使用来自第一车轮轮毂组件1的第二传感器18的信号。在从特定传感器没有接收到信号或接收到连续信号时系统以相似的方式工作。如果仅一个传感器存在于给定车轮上，则ABS或牵引控制系统可能试图对一个或多个轮制动，以使轮的速度相等。
本发明的替换实施例显示在图3中。在该实施例中，传感器组件40包括例如位于轴承密封件组件13的一部分上的前述实施例的第一目标构件12。第一目标构件12具有面向轴向的目标表面36；即，第一目标12的磁体12a配置为与轴向安装在第一目标构件12附近的第一传感器32一起工作。第二目标构件24与第一目标构件12轴向间隔开且包括多个磁体或铁磁性构件，其具有槽道和/或齿，槽道和/或齿的运动可被第二传感器34感测。第二目标构件24配置为具有面向径向的目标表面38，即，配置为被与第二目标构件24径向间隔开的第二传感器34所感测。通过该结构，尽管第一目标构件12和第二目标构件24轴向间隔开，但是它们定位为使得第一传感器32和第二传感器34可安装在材料30的单个本体中，作为双传感器单元。这可以降低传感器组件40中零件的数量，而仍然能提供第一实施例的传感器组件10的冗余度。
已经针对目前优选的实施例在本文描述了本发明。然而，在阅读前面的描述时，对这些实施例的修改和添加对本领域技术人员来说是可以理解的。目的是所有这种修改和添加形成本发明的一部分，以至其落入所附权利要求的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月10日提交的美国临时专利申请No.62/570,362的权益，其全部内容通过引用合并于本文。

Claims (18)

1.一种车轮轮毂组件，包括：
外构件，配置为安装到车辆的不可旋转部分，该外构件具有轴向内端部和轴向外端部；
内构件，被轴承可旋转地支撑在外构件中，内构件配置为支撑车轮用于绕轴承的中心轴线旋转，该内构件包括轴部分和凸缘，该轴部分具有轴向内端部和轴向外端部，且该凸缘从轴部分的轴向外端部径向向外延伸，
第一目标构件，与内构件联接，以便能绕中心轴线旋转；
第一传感器，固定到外构件，且定位为感测第一目标构件相对于外构件的角位移以及产生第一输出信号；
第二目标构件，与内构件联接，以便能绕中心轴线旋转，第二目标构件与第一目标构件轴向间隔开；和
第二传感器，固定到外构件，且定位为感测第二目标构件相对于外构件的角位移以及产生第二输出信号；
其中第一目标构件位于内构件的内轴向端部处且第二目标构件位于内构件的外轴向端部处。
2.如权利要求1所述的车轮轮毂组件，
其中第一目标构件在径向上位于内构件以内且第二目标在径向上位于内构件以外。
3.如权利要求2所述的车轮轮毂组件，其中第一目标构件或第二构件或第一目标构件和第二目标构件两者包括磁性环。
4.如权利要求3所述的车轮轮毂组件，其中第二目标构件安装在内构件的凸缘部分上。
5.如权利要求2所述的车轮轮毂组件，
其中凸缘包括多个轴向向内延伸的突出部，且
其中第二目标构件包括具有多个周向地间隔开的开口的环形铁磁性盘，该环形铁磁性盘安装到多个突出部，使得环形铁磁性盘的一些部分与所述凸缘轴向间隔开。
6.如权利要求1所述的车轮轮毂组件，其中第二目标构件包括基本上环形的板，该板由铁磁性材料形成且具有多个轴向延伸通过板的周向间隔开的开口。
7.如权利要求1所述的车轮轮毂组件，其中第一目标构件包括由磁化橡胶形成的环形本体。
8.如权利要求1所述的车轮轮毂组件，其中第一和第二传感器中的每一个是从由磁性速度传感器、霍耳效应传感器和光学传感器构成的组中选择的。
9.如权利要求1所述的车轮轮毂组件，
其中第一目标构件包括周向地间隔开的磁体的环，且第二目标构件包括铁磁性板，所述板具有多个轴向延伸通过所述板的周向地间隔开的开口。
10.如权利要求1所述的车轮轮毂组件，
其中第一目标构件包括面向轴向的目标表面，且第一传感器与目标表面轴向间隔开，且第二目标构件包括面向径向的目标表面，且第二传感器与第二目标构件的目标表面径向间隔开。
11.如权利要求10所述的车轮轮毂组件，其中第一传感器和第二传感器安装在单个传感器壳体中。
12.一种防抱死制动系统，包括：
如权利要求1所述的车轮轮毂组件；
控制器，与第一传感器和第二传感器通信，且配置为接收第一输出信号和第二输出信号以及控制制动构件，用于基于第一输出信号和/或第二输出信号使得内构件相对于外构件制动；
其中控制器配置为从第一输出信号产生表明轮旋转速度的第一速度信号和从第二输出信号产生表明轮旋转速度的第二速度信号，并在第一速度信号与第二速度信号相差大于预定量时产生误差信号。
13.如权利要求12所述的防抱死制动系统，
其中内构件包括径向内表面和径向外表面，
其中第一目标构件从径向内表面径向向内延伸，且
其中第二目标从径向外表面径向向外延伸。
14.如权利要求12所述的防抱死制动系统，其中第一和第二目标构件中的至少一个包括磁性环。
15.如权利要求12所述的防抱死制动系统，其中第二目标构件与内构件的凸缘部分连接。
16.如权利要求12所述的防抱死制动系统，
其中凸缘包括多个轴向向内延伸的突出部，且
其中第二目标构件包括具有多个周向地间隔开的开口的环形盘，该环形盘安装到多个突出部，使得环形盘的一些部分与凸缘轴向间隔开。
17.一种确定车辆轮速度的方法，包括:
使用相对于车辆旋转固定的第一传感器以从第一目标获得第一角位移信号，所述第一目标安装为随车辆的轮旋转；和
使用相对于车辆旋转固定的第二传感器以从第二目标获得第二角位移信号，所述第二目标安装为随轮旋转，第二目标与第一目标轴向间隔开；
从第一角位移信号获得表明轮速度的第一速度信号；
从第二角位移信号获得表明轮速度的第二速度信号；和
如果第一速度信号与第二速度信号相差大于预定量则产生误差信号。
18.如权利要求17所述的方法，
其中获得第一角位移信号包括检测多个间隔开的磁体经过第一传感器的运动，且获得第二角位移信号包括检测铁磁性盘中的多个周向地间隔开的槽道经过第二传感器的运动。
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