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QUERVERWEIS
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr. 61/434,600, die am 20. Januar 2011 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt der vorstehenden Anmeldung ist hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Drehmomentsensoren und insbesondere ein Drehmomentsensorsystem mit eingebauten Ölweiterleitungsmerkmalen zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und bilden möglicherweise nicht den Stand der Technik.
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Getriebe und andere Antriebsstrangkomponenten in Kraftfahrzeugen sind komplexe Mechanismen, die durch Hydrauliksysteme und elektronische Steuermodule gesteuert werden. Um für eine korrekte Steuerung zu sorgen, ist es notwendig, über Rückmeldungen der Betriebsbedingungen und des Verhaltens des Getriebes zu verfügen, während das Getriebe betrieben wird. Beispielsweise enthalten Getriebe typischerweise mehrere Sensoren, die Informationen, welche den Betriebszustand des Getriebes angeben, an den elektronischen Controller übermitteln. Diese Sensoren nehmen viele Formen an und führen vielfältige Funktionen aus. Beispielsweise ist es oft wünschenswert, das Drehmoment an einer Drehwelle (Rotator) relativ zu einer stationären Komponente (Stator) zu bestimmen. Entsprechend wird ein Drehmomentsensor verwendet, um das Drehmoment zu messen. Geläufige Drehmomentsensoren enthalten Dehnungsmessstreifen, magnetische oder optische Sensoren und Oberflächenakustikwellen-Sensoren (SAW-Sensoren). Diese Drehmomentsensoren messen jeweils verschiedene Parameter, wie etwa eine lokale Dehnung, einen Winkelversatz oder eine belastungsinduzierte Veränderung bei einer Akustikwelle. Diese Drehmomentsensoren weisen typischerweise zwei Komponenten auf, die das umfassen, was allgemein als ein Sender und ein Empfänger bezeichnet werden kann. Der Empfänger ist typischerweise mit dem Stator gekoppelt und der Sender ist mit dem Rotator gekoppelt. Im Fall von Magnetsensoren und SAW-Sensoren wird ein Strom durch den Empfänger induziert und ein auf den Rotator aufgebrachtes Drehmoment wird in der Form eines Stroms, eines Funksignals oder eines Magnetfelds zurück an den Empfänger übertragen, welches dann in ein geschätztes Drehmoment umgesetzt wird.
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Getriebekonstruktionen werden jedoch zunehmend kompakter, um die Kosten, die Masse, die Kraftstoffsparsamkeit usw. zu verbessern. Zum korrekten Betrieb benötigt das Getriebe gewöhnlich eine Zufuhr von druckbeaufschlagtem Öl, um Systeme zu schmieren, zu kühlen oder zu betreiben. Ein Problem mit Bezug auf die vorstehend beschriebenen Drehmomentsensoren ist die Fähigkeit, den Drehmomentsensor in aktuelle und zukünftige Getriebe, die kompakte Konstruktionen aufweisen, zu verpacken und zu montieren, ohne eine Strömung von druckbeaufschlagtem Öl oder andere notwendige Operationen des Getriebes zu behindern.
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Obwohl aktuelle Getriebesensoren für ihren beabsichtigten Zweck nützlich sind, gibt es in der Technik Raum für ein verbessertes Sensorsystem für eine Antriebsstrangkomponente, das ermöglicht, dass der Drehmomentsensor in schwierigen Bereichen eines Getriebes verpackt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Drehmomentsensorsystem für ein Getriebe und andere Antriebsstrangkomponenten in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Drehmomentsensorsystem enthält einen Empfänger und einen Sender. Der Empfänger kann betrieben werden, um ein Signal vom Sender zu induzieren und zu detektieren, welches eine Drehmomentlast am Sender anzeigt. Der Empfänger ist zylindrisch und weist eine Außenoberfläche mit einem maximalen konstanten Durchmesser auf. Die Außenoberfläche definiert eine oder mehrere Fluidtransferrillen und einen Kopplungsanschluss für eine elektrische Verbindung. Die Fluidtransferrille und der Kopplungsanschluss erstrecken sich nicht über den maximalen Außendurchmesser der Außenoberfläche hinaus. Daher kann der Empfänger in eine Komponente eingepresst werden und kann eine Fluidströmung weiterleiten.
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Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Darstellung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein Querschnitt eines Abschnitts einer beispielhaften Wellenanordnung;
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2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer beispielhaften Wellenanordnung; und
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Seite einer Komponente eines Drehmomentsensors.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist rein beispielhaft und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten zu beschränken.
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Mit Bezug auf 1 ist eine beispielhafte Welle oder Drehmomentübertragungsanordnung dargestellt und durch Bezugszeichen 10 bezeichnet. Bei dem bereitgestellten Beispiel kann die Wellenanordnung 10 Teil eines Drehmomentwandlers und eines Getriebes sein, es ist jedoch festzustellen, dass verschiedene andere Wellen oder Elemente in verschiedenen Teilen eines Fahrzeugantriebsstrangs verwendet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Wellenanordnung 10 definiert eine lineare Achse 11.
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Als Teil eines Drehmomentwandlers und eines Getriebes umfasst die Wellenanordnung 10 eine Turbinenwelle oder ein rotierendes Element 12, einen Stator oder ein Gehäuse 14 und eine Drehmomentsensoranordnung 16. Die Turbinenwelle 12 ist mit der Turbine (nicht gezeigt) eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt) gekoppelt und liefert Drehmoment an das Getriebe (nicht gezeigt). Die Turbinenwelle 12 ist um die Achse 11 herum drehbar. Das Gehäuse 14 ist relativ zu der Turbinenwelle 12 drehfest und ist vorzugsweise mit einem Gehäuse des Getriebes (nicht gezeigt) verbunden. Bei alternativen Konfigurationen kann das Gehäuse 14 eine rotierende Buchsenwelle sein und die Turbinenwelle 12 kann ein drehfestes Element sein. Das Gehäuse 14 weist eine Innenoberfläche 18 und eine Außenoberfläche 20 auf. Die Innenoberfläche 18 definiert eine Bohrung oder einen Hohlraum 22, der koaxial mit der Achse 11 ist. Das Gehäuse 14 umfasst bei dem bereitgestellten Beispiel einen ersten radial verlaufenden Fluiddurchgang 24A und einen zweiten radial verlaufenden Fluiddurchgang 24B, die jeweils eine Verbindung zwischen der Außenoberfläche 20 des Gehäuses 14 und der Bohrung 22 herstellen. Die Fluiddurchgänge 24A–B sind vorzugsweise entlang einer axialen Länge des Gehäuses 14 beabstandet, obwohl die Anordnung der Fluiddurchgänge 24A–B an der Außenoberfläche 20 variieren kann, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Außerdem kann die Anzahl von Fluiddurchgängen 24A–B variieren, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Fluiddurchgänge 24A–B können betrieben werden, um eine oder mehrere Fluidströmungen eines druckbeaufschlagten Hydraulikfluids, etwa eines Getriebeöls, aufzunehmen. Mehrere radiale Dichtungen 26 stehen in abdichtendem Eingriff mit der Außenoberfläche 20 und mit einer Buchse (nicht gezeigt) oder einer anderen Struktur, welche die Wellenanordnung 10 abstützt. Die radialen Dichtungen 26 sind axial an jeder Seite des Fluiddurchgangs 24B angeordnet, um den Fluiddurchgang 24B axial hydraulisch zu isolieren. Der Fluiddurchgang 24A kann ebenfalls unter Verwendung radialer Dichtungen (nicht gezeigt) oder anderer Dichtungskonfigurationen abgedichtet sein, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Schließlich kann die Außenoberfläche 20 des Gehäuses 14 verschiedene andere Merkmale enthalten, wie etwa Zahnradzähne, Öffnungen, Absätze, Flansche, Stützelemente, Rillen, usw., um in verschiedene andere Komponenten des Getriebes einzugreifen, diese abzustützen, oder sich mit diesen zu verbinden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die rotierende Welle 12 ist innerhalb der Bohrung 22 angeordnet und ist konzentrisch zum Gehäuse 14. Die rotierende Welle 12 ist innerhalb der Bohrung 22 durch Lager (nicht gezeigt) abgestützt, sodass die rotierende Welle 12 betrieben werden kann, um sich mit Bezug auf das Gehäuse 14 um die Achse 11 herum zu drehen. Die rotierende Welle 12 kann ein Festkörper sein oder verschiedene Fluiddurchgänge, Bohrungen oder andere Merkmale aufweisen, die nicht speziell gezeigt sind.
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Wie vorstehend angemerkt wurde, überträgt die rotierende Welle 12 ein Drehmoment beispielsweise zwischen einer Turbine eines Drehmomentwandlers und einer Welle, einem Zahnrad, einer Kupplung oder einer Bremse, die bzw. das innerhalb des Getriebes angeordnet ist. Die Drehmomentsensoranordnung 16 ist ausgestaltet, um das Drehmoment an der rotierenden Welle 12 zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt zu erfassen. Die Drehmomentsensoranordnung 16 enthält allgemein einen Empfänger 30 und einen Sender 32. Die Drehmomentsensoranordnung 16 ist bei dem bereitgestellten Beispiel ein magnetoelastischer Drehmomentsensor, der einen Magnetfluss misst. Es ist jedoch festzustellen, dass andere Typen von Drehmomentsensoranordnungen eingesetzt werden können, wie etwa ein Oberflächenakustikwellen-Sensor (SAW-Sensor), ein akustischer Volumenwellensensor (BAW-Sensor), ein Oberflächenakustikwellenfilter, ein Oberflächenakustikwellen-Resonator, eine Oberflächenakustikwellen-Verzögerungsleitung, ein akustischer Volumenwellenresonator, ein Dehnungsmessstreifen oder ein optischer Sensor.
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Mit Bezug auf 3 und fortgesetztem Bezug auf 1 und 2 weist der Empfänger 30 einen zylindrischen oder röhrenförmigen Körper 31 auf und umfasst ein erstes Ende 34, ein zweites Ende 36 entgegengesetzt zum ersten Ende 34, eine Innenoberfläche 38 und eine Außenoberfläche 40. Der röhrenförmige Körper 31 ist ein Verbundmaterial, etwa ein Kunststoff. Das erste und zweite Ende 34 und 36 weisen Öffnungen auf, die mit einer Innenbohrung 42 in Verbindung stehen, welche durch die Innenoberfläche 38 definiert ist. Der Empfänger 30 ist in die Bohrung 22 des Gehäuses 14 derart eingepresst, dass die Außenoberfläche 40 des Empfängers 30 in Presskontakt mit der Innenoberfläche 18 des Gehäuses 14 steht. Der Empfänger 30 ist koaxial zu der Achse 11. Folglich verläuft die Welle 12 durch die Innenbohrung 42 des Empfängers 30 hindurch.
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Die Außenoberfläche 40 des Empfängers 30 definiert mehrere Fluidrillen 50, die eine erste Fluidrille 50A, eine zweite Fluidrille 50B und eine dritte Fluidrille 50C umfassen. Die Fluidrillen 50A–C verlaufen parallel zu der Achse 11. Bei dem speziellen bereitgestellten Beispiel enthält der Empfänger 30 drei Fluidrillen 50A–C, die so dimensioniert und beabstandet sind, dass sie mit einer beliebigen Anzahl und einem beliebigen Ort von Fluiddurchgängen 24A und 24B in Verbindung stehen, die in dem Gehäuse 14 angeordnet sind. Es ist festzustellen, dass eine beliebige Anzahl von Fluidrillen 50 enthalten sein kann, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Fluidrillen 50A–C sind jeweils durch eine Bodenfläche 52, Seitenflächen 54 und 56 und Endflächen 58 und 60 definiert. Außerdem weisen die Fluidrillen 50A–C eine obere Oberfläche auf, die durch die Innenoberfläche 38 des Gehäuses 14 definiert wird, wenn der Empfänger 30 in die Bohrung 22 eingepresst ist. Die Fluidrillen 50A–C erstrecken sich in den Empfänger 30 mit einer vordefinierten Tiefe „d” und Breite „w” und weisen eine vordefinierte Länge „L” auf. Entsprechend kann jede der Fluidrillen 50A–C andere Tiefen und Breiten aufweisen, um verschiedene Mengen von Fluidströmung unterzubringen, und verschiedene Längen, um die Orte der Fluiddurchgänge 24A–B unterzubringen, wie nachstehend in weiterem Detail beschrieben wird. Bei dem bereitgestellten Beispiel sind die Fluidrillen 50A–C entlang des Umfangs des Empfängers 30 unsymmetrisch gruppiert, obwohl die Fluidrillen 50A–C entlang der Außenfläche 40 umlaufend gleichmäßig beabstandet sein können.
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Wie vorstehend erwähnt wurde, ist der Empfänger 30 so dimensioniert, dass er in die Bohrung 22 des Gehäuses 14 eingepresst werden kann. Insbesondere wird der Empfänger 30 in die Bohrung 22 derart eingebracht, dass entweder das erste Ende 34 oder das zweite Ende 36 des Empfängers 30 an ein Ende oder einen abgestuften Abschnitt der Bohrung 22 angrenzt. Wenn der Empfänger 30 in die Bohrung 22 eingepresst wird, verbiegt sich der Sender 22, was eine Druckbelastung induziert, welche die Außenoberfläche 40 des Empfängers 30 mit der Innenoberfläche 18 des Gehäuses 14 abdichtet. Der Empfänger 30 kann durch einen Sprengring (nicht gezeigt) ortsfest gehalten werden, obwohl verschiedene andere Verfahren zum Befestigen des Empfängers 30 im Gehäuse 14 eingesetzt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bei dem speziellen bereitgestellten Beispiel ist das Fluidübertragungsrohr 30 mit dem Gehäuse 14 derart ausgerichtet oder orientiert, dass die Fluidrille 50B mit den Fluiddurchgängen 26A und 26B ausgerichtet ist und damit in Verbindung steht. Entsprechend wird ein Hydraulikfluid oder Öl über die Fluidrille 50B zwischen dem Fluiddurchgang 24A und 24B weiterleitet. Daher ist die Länge „L” jeder gegebenen Fluidrille 50B zumindest gleich dem Abstand zwischen zwei beliebigen Fluidanschlüssen 24, die mit der gegebenen Fluidrille 50A–C in Verbindung stehen. Es ist festzustellen, dass die Fluidströmungen in eine beliebige Richtung durch die Fluidrillen 50A–C weitergeleitet werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Der Empfänger 30 enthält ferner einen Kopplungsanschluss 62, der in der Nähe des ersten Endes 34 angeordnet ist. Der Kopplungsanschluss 62 ist eine Ausnehmung, die in der Außenoberfläche 40 ausgebildet ist, und enthält elektrische Verbinder oder einen elektrischen Block 64. Die elektrischen Verbinder 64 stehen mit der Elektronikpackung (nicht gezeigt), die innerhalb des Körpers 31 des Empfängers 30 angeordnet ist, in Verbindung. Der Kopplungsanschluss 62 und die elektrischen Verbinder 64 erstrecken sich nicht über den Außendurchmesser der Außenoberfläche 40 hinaus, und stören daher den Presseingriff zwischen dem Empfänger 30 und dem Gehäuse 14 nicht. Ein Weiterleitungskabel oder Draht kann mit dem Kopplungsanschluss 62 selektiv verbunden werden, um den Empfänger 30 mit einem Getriebesteuermodul oder einem anderen Steuermodul (nicht gezeigt) im Getriebe elektrisch zu koppeln.
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Der Sender 32 enthält einen oder mehrere magnetoelastische Ringe, die an der Welle 12 befestigt und innerhalb des Empfängers 30 angeordnet sind. Durch den Empfänger 30 wird ein Strom induziert, wodurch die magnetoelastischen Ringe 32 magnetisiert werden. Wenn auf die Welle 12 und damit auf die magnetoelastischen Ringe 32 kein Drehmoment aufgebracht wird, sind die Magnetfelder der magnetoelastischen Ringe in den Ringen enthalten. Wenn aufgrund von Drehmoment eine Belastung auf die Welle 12 und damit auf die Ringe 32 aufgebracht wird, verdreht sich das Magnetfeld und wird vom Empfänger 30 detektiert. Der Empfänger 30 übermittelt die Werte des detektierten Magnetfelds an den Controller (nicht gezeigt). Weil die Kennlinien des detektierten Magnetfelds proportional zu dem auf die Welle 12 aufgebrachten Drehmoment sind, kann das Drehmoment an der Welle 12 geschätzt werden.
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Die Drehmomentsensoranordnung 16 ermöglicht das Verpacken des Empfängers 30 in viele zuvor unmögliche Gebiete aufgrund der Fähigkeit des Empfängers 30, einen Hydraulikölfluss durch das Getriebe hindurch nicht zu behindern, sondern stattdessen dafür zu sorgen. Indem der Empfänger 30 einen konstanten Außendurchmesser aufweist, kann er zudem leicht und einfach in eine Wellenanordnung eingepresst werden, wodurch Montagekosten verringert werden.
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Die Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhaft und Variationen, die von der Idee der Erfindung nicht abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Derartige Variationen werden nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung betrachtet.
