CN111814264A

CN111814264A - 半轴系统

Info

Publication number: CN111814264A
Application number: CN202010284997.3A
Authority: CN
Inventors: J·M·帕特罗斯基; E·R·蒙德拉贡-帕拉; J·P·考维尔; B·J·克莱因菲尔德
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2020-04-13
Publication date: 2020-10-23
Also published as: US20200327745A1; DE102020109772A1

Abstract

半轴系统包括第一万向节和第二万向节、轴、扭矩传感器装置和计算电路。轴接合到第一万向节和第二万向节并在它们之间延伸。轴适于绕轴线旋转。扭矩传感器装置附接到轴，并且包括扭矩传感器和变送器。扭矩传感器被配置为测量施加在轴上的扭矩。变送器被配置为无线输出指示所测扭矩的扭矩信号。计算电路被配置为接收扭矩信号，处理扭矩信号，根据处理后的扭矩信号建立半轴组件的负载历史，将负载历史与预编程的寿命模型进行比较，以及根据负载历史估计半轴组件的使用寿命。

Description

半轴系统

背景技术

本公开涉及半轴(half shaft)系统，更具体地，涉及一种配置为估计系统的半轴组件的使用寿命的系统。

半轴组件用于多种旋转、机械应用中，包括车辆中。典型的半轴组件包括第一万向节和第二万向节，以及连接到万向节并在万向节之间延伸的轴。在许多应用中，万向节是等速(CV)节。经过一段时间，半轴组件发生磨损。这种磨损是施加在半轴组件上的扭矩和组件转速的函数。这种磨损可以在维护活动期间被测量。不幸的是，这种磨损在发生之前是无法预测的，因此任何防止或限制磨损的机会都是有限的。

因此，希望对半轴组件的剩余有效寿命进行估计，以便可以为延长使用寿命做准备或为采取纠正措施做准备。

发明内容

通过以下结合附图的描述，这些以及其他优点和特征将变得更加明显。

在本公开的一个示例性非限制性实施例中，半轴系统包括第一万向节和第二万向节、轴、扭矩传感器装置和计算电路。轴接合到第一万向节和第二万向节并在它们之间延伸。该轴适于绕一轴线旋转。扭矩传感器装置附接到该轴，并且包括扭矩传感器和变送器。扭矩传感器被配置为测量施加在轴上的扭矩。变送器被配置为无线输出指示所测扭矩的扭矩信号。计算电路被配置为接收扭矩信号，处理扭矩信号，根据处理后的扭矩信号建立半轴组件的负载历史，将负载历史与预编程的寿命模型进行比较，以及根据负载历史估计半轴组件的使用寿命。

在另一个实施例中，半轴系统被配置为测量半轴组件的寿命，该半轴组件包括第一等速节和第二等速节以及在第一等速节和第二等速节之间延伸的旋转轴。半轴系统包括扭矩传感器装置和计算电路。扭矩传感器装置适于附接到轴，并且包括扭矩传感器和变送器，扭矩传感器被配置为测量施加在轴上的扭矩，变送器被配置为无线输出指示所测扭矩的扭矩信号。计算电路被配置为接收扭矩信号，处理扭矩信号，根据处理后的扭矩信号建立半轴组件的负载历史，将负载历史与预编程的寿命模型进行比较，根据负载历史估计半轴组件的使用寿命，并输出指示估计的使用寿命的信号。

在另一个实施例中，一种操作半轴系统的方法包括通过扭矩传感器装置的扭矩传感器测量扭矩，该扭矩传感器装置接合到半轴组件的旋转轴。指示所测扭矩的扭矩信号然后被扭矩传感器装置的变送器无线发送至计算电路。负载历史数据从至少扭矩信号产生并被存储在计算电路的存储介质中。应用程序由计算电路的处理器执行，该处理器检索负载历史数据和预编程的寿命模型，以确定半轴组件的预期剩余有效寿命。

附图说明

本说明书结尾处的权利要求书中特别指出并明确声明了被视为本发明的主题。本发明的上述和其他特征和优势从以下结合附图的详细描述中可以明显看出，其中：

图1是示出半轴系统的主车的示意图；

图2是半轴系统的示意图；

图3是半轴系统的操作方法的局部流程图；

图4是图3的流程图的其余部分；以及

图5是半轴系统的第二实施例的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，其中将参考具体实施例描述本发明，但不限于此。图1示出了主车(host vehicle)20，其包括前轮22和24、后轮26和28、传动系统30(例如，内燃机和变速器)以及半轴系统32。如将详细解释的那样，半轴系统32被配置为确定系统的至少一个半轴组件的剩余有效寿命。然后，该确定可以被传递到车辆的其他系统，和/或传递到外部，在一个示例中用于车辆维护支持。

在一个示例中，半轴系统32包括至少一个半车轴(axle)组件(即四个，表示为34、36、38和40)和计算电路42，其被配置为接收和处理来自半车轴组件34、36、38和40中的每一个的扭矩信号(请参见箭头44)。在一个示例中，主车20可以是具有后独立悬架的前轮驱动车辆。在该示例中，半车轴组件34、36由传动系统30旋转地驱动，并且连接至相应的前轮22和24以及传动系统30并在它们之间延伸。半车轴组件38、40关联于后悬架(未显示)并且与后悬架一致地可旋转地操作。可选地，主车20可以是后轮驱动车辆和/或四轮驱动车辆。进一步预期利用半车轴中的至少一个的车辆20可以是任何类型的交通工具辆，包括海上、航空、铁路和其他交通工具。

参照图2，应当理解，示出了半车轴组件34，但是，对于半车轴组件36、38和40而言，存在相同的描述和/或元件。如图所示，半车轴组件34包括第一万向节46和第二万向节48、沿着轴线(axis)52旋转地延伸的轴50，以及附接到轴50的扭矩传感器装置54。每个扭矩传感器装置54包括扭矩传感器56(即，负载传感器)和变送器(transmitter)58，变送器58被配置为将扭矩传感器56测量的扭矩作为扭矩信号44无线地传输至计算电路42。在一个实施例中，变送器58可以是收发器。在一优选示例中，万向节46和48是等速(CV)节。在其他实施例中，一个或多个万向节可以是普通万向节(Cardan joints)或其他。在一个示例中，扭矩传感器56是非顺应性扭矩传感器。在该实施例或另一实施例中，扭矩传感器装置54可以是自供电的，因此能够从轴50的旋转运动产生能量。

在一个实施例中，半轴系统32的计算电路42包括调节和预处理模块60(例如，电子过滤器)、一个或多个处理器62(即，示出了一个)以及一个或多个电子存储介质64(即，示出了一个)，其可以是计算机可写和可读的。存储介质64被配置为存储负载历史数据66(即，负载历史文件)、预编程的寿命模型68、预编程的概率阈值70以及应用程序72(即，可执行指令)。在一个示例中，处理器62是微处理器或其他控制电路，例如模拟和/或数字控制电路，其包括本领域技术人员已知的用于处理数据的专用集成电路(ASIC)。在一示例中，计算电路42的存储介质64是非易失性存储器，诸如用于存储一个或多个例程、应用程序、阈值、捕获的数据以及预编程的数据的电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)。在一个示例中，负载历史数据66、预编程的寿命模型68、预编程的概率阈值70以及应用程序72由处理器62中的一个或多个执行或以其他方式应用，以使得半轴系统32能够进行操作或运行。

在一个实施例中，调节和预处理模块60被配置为过滤噪声，然后将过滤后的信号离散化为特定的、预定义的格式。一方面，扭矩信号是包括时间和扭矩的二维阵列。但是，一旦通过附加扭矩信号引入车速，该阵列变为n维的并被相应地处理。

在一个实施例中，负载历史数据66是负载数据的运行历史，其是所测扭矩和频率的函数。该频率指示半轴组件34的转速(即每分钟转数)。在一个实施例中，该频率可以由扭矩装置54测量，或者在其他实施例中，该频率可以由车辆的其他传感器在任何各种位置(包括传动系统30)处测量。无论如何，测得的频率作为频率信号发送到计算电路42(请参见箭头74)，并且测得的频率在任何给定时刻与扭矩信号44相关，并且成为负载历史数据66的一部分。半轴组件34的预期有效寿命或预期剩余寿命取决于万向节46、48的磨损和轴50的磨损。负载历史数据66反映了整个半轴组34件的磨损。

在一个示例中，预编程的寿命模型68是根据经验建立的，并且特定于具体的车辆模型。预编程的寿命模型68反映出，如果主车20被以持续的高扭矩和频率值激烈地驱动，则半轴组件34、36、38和40中的任何一个的预期有效寿命将短于以相对温和的方式(即较低的扭矩和速度)驱动的主车的预期有效寿命。

存储在存储介质64中的应用程序72由处理器62执行，并被配置为将当前负载历史数据66与预编程的寿命模型68进行比较。应用程序72还将预编程的概率阈值70应用于比较研究以建立最终结果的置信水平。然后，该比较的结果(即，半轴组件的剩余有效寿命)作为信号被输出(请参见箭头76)，以被例如主车20的其他系统接收。其他系统的示例包括维护查询系统、牵引力控制系统、被配置为延长维护需要的系统以及用户通知系统等。

参照图3和图4，一种操作方法包括：在方框100，使半轴组件34绕轴线52旋转。扭矩传感器装置54与半轴组件34的轴50一起旋转。在方框102，扭矩传感器56测量在任何给定时刻施加在旋转轴50上的扭矩。在方框104，扭矩传感器装置54的变送器58将指示所测扭矩的扭矩信号44无线地发送至调节和处理模块60。在方框106，以及同样在该时刻，频率信号74被发送到调节和处理模块60。在方框108，调节和处理模块60对到来的信号44和74进行过滤并大体上配对。

在方框110，根据处理后的信号44和74生成负载历史数据66，并且该数据由存储介质64存储。在方框112，应用程序72由处理器62执行，从而检索负载历史数据66以及预编程的寿命模型68，以确定半轴组件34的剩余预期有效寿命(即比较分析)。在方框114，应用程序72将预编程的概率阈值70应用于比较分析以确保维持数据的预定置信水平。在方框116，处理器62以规定的置信水平转换并输出比较分析，作为指示半轴组件34的剩余有效寿命的输出信号76。在方框118，车辆的其他系统80接收输出信号76。

在一个实施例中，并且在方框120，计算电路42还可以向其他系统82输出指示处理后的扭矩和频率信号44和74的信号(参见图2中的箭头82)。在一个实施例中，系统82可以是牵引力控制系统。牵引力控制系统82可以是开环系统或闭环系统。即，牵引力控制系统被配置为将不同的扭矩分配给车轮22、24、26和28，意图消除打滑和/或提高车辆的稳定性。扭矩分配可以通过锁止式差速器、制动传动和/或两者的组合来实现。开环不需要进一步的反馈，闭环不断循环并自我调整。

在另一个实施例中，半轴系统32可以不包括万向节46、48和轴50。而是，半轴系统32可以包括计算电路42和适于附接到轴50的扭矩传感器装置54。

参照图5，示出了半轴系统的另一实施例，其中，除了增加了主要符号后缀外，与第一实施例相同的元件具有相同的标识数字。在该实施例中，半轴系统32'包括串联布置的多个半轴组件34'。更具体地，半轴组件包括：第一轴50'，其连接到第一万向节46'和第二万向节48'，并在它们之间延伸；第三万向节86；以及第二轴88，其连接至第二万向节48'和第三万向节86，并在它们之间延伸。半轴系统32'还包括接合到第一轴50'的第一扭矩传感器装置54'和接合到第二轴88的第二扭矩传感器装置90。扭矩传感器装置90被配置为将扭矩信号92输出至计算电路42'。

在另一实施例中，万向节46和48中的一个或多个可以是普通万向节。在又一个实施例中，半轴组件或半轴组件的一部分可以是传动轴的一部分。例如，卡车通常包括刚性车轴，并且扭矩测量值可用于预测传动轴中普通万向节的剩余有效寿命和差速器的剩余有效寿命。其他动力传动系统配置也适用。

上述各种功能可以由计算机程序实现或支持，该计算机程序由计算机可读程序代码形成，并且体现在非暂时性计算机可读介质中。计算机可读程序代码可以包括源代码、目标代码、可执行代码等。计算机可读介质可以是能够被计算机访问的任何类型的介质，并且可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频盘(DVD)或其他非暂时性形式。

尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。而是，可以对本发明进行修改，以结合至此未描述但与本发明的精神和范围相适应的任何数量的变更、改变、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制。

Claims

1.一种半轴系统，包括：

第一万向节；

第二万向节；

轴，其接合到所述第一万向节和所述第二万向节并在所述第一万向节和所述第二万向节之间延伸，所述轴适于绕轴线旋转；

扭矩传感器装置，其附接到所述轴，所述扭矩传感器装置包括：扭矩传感器，其被配置为测量施加在所述轴上的扭矩；以及变送器，其被配置为无线地输出指示所测扭矩的扭矩信号；以及

计算电路，其被配置为接收所述扭矩信号，处理所述扭矩信号，根据所述处理后的扭矩信号建立所述半轴组件的负载历史，将所述负载历史与预编程的寿命模型进行比较，以及根据所述负载历史估计所述半轴组件的使用寿命。

2.根据权利要求1所述的半轴系统，其中，所述第一万向节和所述第二万向节是等速节。

3.根据权利要求2所述的半轴系统，其中，所述计算电路包括：处理器和电子存储介质，该电子存储介质被配置为存储所述预编程的寿命模型和所述负载历史以及由所述处理器执行以估计所述使用寿命的应用程序。

4.根据权利要求3所述的半轴系统，其中，所述计算电路包括调节和预处理模块，其被配置为对所述扭矩信号进行滤波。

5.根据权利要求3所述的半轴系统，其中，存储在所述电子存储介质中的预编程的概率阈值由所述应用程序应用，以建立所述估计的使用寿命的置信水平。

6.根据权利要求3所述的半轴系统，其中，估计的使用寿命由所述计算电路输出作为通知。

7.根据权利要求3所述的半轴系统，其中，指示所述轴的每分钟转数的频率信号被所述计算电路接收，并且被包括为所述负载历史的一部分。

8.根据权利要求7所述的半轴系统，其中，所述负载历史和所述预编程的寿命模型各自是负载和频率随时间的函数。

9.根据权利要求2所述的半轴系统，还包括：

第三等速节；

第二轴，其接合到第二等速节和所述第三等速节，并在所述第二等速节和所述第三等速节之间延伸，所述第二轴适于绕第二轴线旋转；

第二扭矩传感器装置，其附接至所述第二轴，所述第二扭矩传感器装置包括：扭矩传感器，其被配置为测量施加在所述第二轴上的扭矩；以及变送器，其被配置为无线地输出指示所述所测扭矩的扭矩信号，并且所述计算电路被配置为接收来自所述第二扭矩传感器装置的所述扭矩信号。

10.根据权利要求1所述的半轴系统，其中，所述扭矩传感器是非顺应性扭矩传感器。

11.根据权利要求3所述的半轴系统，其中，所述扭矩传感器是非顺应性扭矩传感器。

12.根据权利要求1所述的半轴系统，其中，所述计算电路被配置为将所述处理后的扭矩信号输出至牵引力控制系统。

13.根据权利要求12所述的半轴系统，其中，所述牵引力控制系统是开环控制系统和闭环控制系统之一。

14.一种半轴系统，其被配置为测量半轴组件的寿命，该半轴组件包括第一等速节和第二等速节以及在所述第一等速节和所述第二等速节之间延伸的旋转轴，所述半轴系统包括：

扭矩传感器装置，其适于附接到所述轴，所述扭矩传感器装置包括：扭矩传感器，其被配置为测量施加在所述轴上的扭矩；以及变送器，其被配置为无线地输出指示所测扭矩的扭矩信号；以及

计算电路，其被配置为接收所述扭矩信号，处理所述扭矩信号，根据处理后的扭矩信号建立所述半轴组件的负载历史，将所述负载历史与预编程的寿命模型进行比较，根据所述负载历史估计所述半轴组件的使用寿命，以及输出指示估计的使用寿命的信号。

15.根据权利要求14所述的半轴系统，其中，所述计算电路包括处理器和电子存储介质，该电子存储介质被配置为存储所述预编程的寿命模型和所述负载历史以及由所述处理器执行以估计所述使用寿命的应用程序。

16.根据权利要求15所述的半轴系统，其中，所述计算电路包括被配置为过滤所述扭矩信号的调节和预处理模块。

17.根据权利要求16所述的半轴系统，其中，存储在所述电子存储介质中的预编程的概率阈值由所述应用程序应用，以建立所述估计的使用寿命的置信水平。

18.根据权利要求14所述的半轴系统，其中，指示所述轴的每分钟转数的频率信号被所述计算电路接收，并且被包括为所述负载历史的一部分。

19.根据权利要求14所述的半轴系统，其中，所述扭矩传感器是非顺应性扭矩传感器。

20.一种操作半轴系统的方法，包括：

通过与半轴组件的旋转轴接合的扭矩传感器装置的扭矩传感器来测量扭矩；

通过所述扭矩传感器装置的变送器将指示所测扭矩的扭矩信号无线地发送并发送至计算电路；

至少根据所述扭矩信号生成存储在所述计算电路的存储介质中的负载历史数据；以及

由所述计算电路的处理器执行应用程序，并且由此检索所述负载历史数据和预编程的寿命模型，以确定所述半轴组件的预期剩余有效寿命。