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Verwandte Anwendungen
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Nicht zutreffend.
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Gebiet der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Sensor, der auf eine Antriebsstrangkomponente angewendet wird, um das Drehmoment darauf zu messen.
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Hintergrund der Offenbarung
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Für mechanische Antriebsstrangsysteme sind Verbesserungen bei der Messung von System-Drehmomenten wünschenswert, da Drehmomentschwankungen den Wirkungsgrad und die Lebensdauer einzelner Antriebsstrangkomponenten beeinflussen. Da der Drehmomentfluss des Antriebsstrangs häufig in verschiedene Pfade zwischen und innerhalb der Antriebsstrangkomponenten aufgeteilt ist, ist es sinnvoll, die einzelnen Drehmomente zu messen, welche die gesamten Amplituden des Eingangs- oder Ausgangsdrehmoments umfassen. Daher ist es wünschenswert, eine kostengünstige und genaue reaktive Drehmomenterfassungsvorrichtung zu entwickeln, die einfach an verschiedenen Stellen in einem mechanischen Antriebsstrangsystem installiert werden kann, um die Überwachung und/oder Steuerung von Antriebsstrangkomponenten zu verbessern.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Drehmomentsensorbaugruppe mit einer Antriebsstrangkomponente verwendet. Die Drehmomentsensorbaugruppe umfasst einen Halter, eine Hülse und mindestens einen Dehnungssensor. Der Halter umfasst eine Seitenwand, die eine Halteraußenfläche und eine Halterinnenfläche aufweist. Die Halterungsaußenfläche entspricht einer Öffnung der Antriebsstrangkomponente und ist an dieser befestigt. Die Hülse entspricht der Innenfläche des Halters und ist an dieser befestigt. Der Dehnungssensor ist an der Hülse befestigt und dient zur Erfassung einer Dehnung in der Antriebsstrangkomponente.
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Weitere Merkmale und Aspekte werden unter Berücksichtigung der detaillierten Beschreibung sowie aus den dazugehörigen Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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Die detaillierte Beschreibung der Zeichnungen bezieht sich auf die beigefügten Figuren, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Antriebsstrangkomponente ist, die mit einer Drehmomentsensorbaugruppe zusammenwirkt;
- 2 eine Querschnittsansicht entlang der Ansichtslinie 2-2 aus 1 ist;
- 3A eine Querschnittsansicht entlang der Ansichtslinie 3-3 von 2 ist;
- 3B eine weitere Ausführungsform der Hülse ist;
- 4 eine Explosionsansicht von 1 ist;
- 5 eine Querschnittsansicht ist, die eine weitere Ausführungsform der Hülse, des Halters und der Antriebsstrangkomponente zeigt;
- 6 eine partielle Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Drehmomentsensorbaugruppe ist;
- 7 eine Querschnittsansicht entlang der Ansichtslinie 6-6 von 6 ist; und
- 8 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Drehmomentsensorbaugruppe ist;
- 9 eine Draufsicht auf einen Dehnungssensor mit einem Gittermuster ist; und
- 10 eine perspektivische Ansicht der Dehnungssensoren aus 1 ist.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Unter Bezugnahme auf die 1-2, 3A und 4 empfängt eine Antriebsstrangkomponente 10 eine Drehmomentsensorbaugruppe 20, um die die Drehmomentsensorbaugruppe 20 umgebende Dehnung zu messen, die zur Berechnung des Drehmoments verwendet wird. Die Antriebsstrangkomponente 10 (einschließlich eines Maschinengehäuses) kann unter anderem Übertragungs-, Getriebe-, Differential-, Motor- und Achsmodule (nicht gezeigt) umfassen. Die Antriebsstrangkomponente 10 umfasst mindestens eine Öffnung 12, die eine Aussparung 14 aufweist. Wie in 2 gezeigt, definiert die Antriebsstrangkomponente 10 einen Innenbereich 16, der ferner andere Elemente wie eine Welle, Zahnräder, Lager und Schmieröl umfassen kann. Ein Außenbereich 18 befindet sich außerhalb der Antriebsstrangkomponente 10. Dehnungen werden durch (1) das Drehmoment erzeugt, das aus der Drehung von Elementen der Antriebsstrangkomponente resultiert, wie etwa ein Lager, das mit einer rotierenden Welle (nicht gezeigt) in Eingriff steht, und/oder (2) der Eingriff zwischen mehreren Zahnrädern, der ein dynamisches reaktives Drehmoment über die Antriebsstrangkomponente 10 verursacht, und/oder (3) die Temperatur der Antriebsstrangkomponente 10, die thermische Ausdehnung verursacht; und/oder (4) Vibration, Bewegung, Beschleunigung der Antriebsstrangkomponente 10. Die nicht drehmomentbezogenen Dehnungen von (2) bis (4) müssen bei der Drehmomentberechnung gefiltert oder isoliert werden oder können aufgrund der Konfiguration und/oder Ausrichtung und/oder Platzierung der Drehmomentsensorbaugruppe 20, die später beschrieben wird, reduziert oder beseitigt werden. Aufgrund der Öffnung 12 der Antriebsstrangkomponente 10 ist ein drehmomentempfindlicher Dehnungsbereich in unmittelbarer Nähe oder angrenzend an die Öffnung 12 bereitgestellt. Der drehmomentempfindliche Dehnungsbereich kann sich in Druck- und/oder Zugspannung befinden. Der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Dehnung in dieser Anmeldung wird später erläutert. Die Öffnung 12 der Antriebsstrangkomponente 10 kann entweder ein Sackloch oder ein Durchgangsloch sein. In dieser Ausführungsform ist ein Analysator 30 (kann auch als Dehnungssignalregler, Signalanalysator und Drehmomentsignalgeber bezeichnet werden) außerhalb der Drehmomentsensorbaugruppe 20 positioniert und elektrisch mit der Drehmomentsensorbaugruppe 20 und mindestens einer Steuerung 60 verbunden. Die Steuerung(en) 60 kann/können unter anderem die Motorsteuereinheit (ECU) 62, die Übertragungssteuereinheit (TCU) 64 und die Fahrwerksteuereinheit (CCU) 66 beinhalten. Der Analysator 30 kommuniziert mit der ECU 62, TCU 64, CCU 66 über das Controller Area Network (CAN) 70. CAN-Frames sind normalerweise auf einem CAN-Bus 76 platziert, der eine erste signalführende Leitung 72 und eine zweite signalführende Leitung 74 umfasst. Die Steuerung(en) 60 ist/sind mit der ersten und der zweiten signalführenden Leitung 72, 74 verbunden. Der Analysator 30 wird später näher beschrieben.
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Die Drehmomentsensorbaugruppe 20 umfasst einen Halter 22, eine Hülse 242 und mindestens einen Dehnungssensor 26. In dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl der Dehnungssensoren 26 vier. Das Material des Halters 22 kann beispielsweise Metall sein. Wie in 2, 3A und 4 gezeigt, umfasst der Halter 22 eine Seitenwand 223, die in dieser Ausführungsform hülsenförmig ist. Die Seitenwand 223 weist eine Halteraußenfläche 222 und eine Halterinnenfläche 224 parallel zur Halteraußenfläche 222 auf. Die Halterungsaußenfläche 222 entspricht der Öffnung 12 der Antriebsstrangkomponente 10 und ist an dieser befestigt. Optional weisen die Seitenwand 223 und die Öffnung 12 eine Presspassung auf, d. h. der Durchmesser der Öffnung 12 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Seitenwand 223, um sicherzustellen, dass die Seitenwand 223 und die Öffnung 12 fest miteinander gekoppelt sind. Alternativ zu der Presspassung können die Öffnung 12 und die Seitenwand 223 mit einem Gewinde versehen sein, um miteinander in Eingriff zu kommen (nicht gezeigt), oder mit einem Klebstoff miteinander verbunden sein.
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Der Halter 22 kann auch einen Flansch 226 umfassen, der konfiguriert ist, um in der Öffnung 12 der Antriebsstrangkomponente 10 positioniert zu werden. Die Öffnung 12 der Antriebsstrangkomponente 10 in der Nähe des Halters 22 kann ferner eine Aussparung 14 umfassen, in welcher der Flansch 226 positioniert ist. Während des Montageprozesses wird die Oberseite des Flansches 226 in Richtung der Aussparung 14 gedrückt, und dann kann der Boden des Flansches 226 mit dem Boden der Aussparung 14 in Eingriff gebracht werden, um sicherzustellen, dass der Halter 12 mit anderen Elementen der Drehmomentsensorbaugruppe 20 vollständig in die Öffnung 12 montiert ist.
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Optional kann der Halter 22 eine Halterendwand 228 umfassen. Die Seitenwand 223 des Halters 22 verbindet den Flansch 226 und die Halterendwand 228, um einen becherförmigen Halter zu bilden, wie in 4 gezeigt. Der becherförmige Halter 22 kann an der Öffnung 12 angebracht werden, wenn es sich um ein Durchgangsloch handelt, wie in einer Ausführungsform in den 1-4 gezeigt, oder um ein Sackloch, wie in einer anderen Ausführungsform in den 5, 7 und 8 gezeigt. Alternativ kann der Halter 22 nicht die Halterendwand 228 (nicht gezeigt) umfassen, wenn der Halter 22 in der Öffnung 12 positioniert ist, die ein Sackloch ist.
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Unter erneuter Bezugnahme auf die 1, 2, 3A und 4 ist die Hülse 242 in dieser Ausführungsform in einer Kapsel 24 enthalten. Die Hülse 242 weist eine Hülsenaußenfläche 2422 und eine Hülseninnenfläche 2424 parallel zu der Hülsenaußenfläche 2422 auf. Die Hülsenaußenfläche 2422 der Hülse 242 entspricht der Halterinnenfläche 224 und ist an dieser befestigt. Die Hülse 242 ist konfiguriert, dass der mindestens eine Dehnungssensor 26 daran befestigt werden kann. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Hülse 242 vier Fenster 2426. Die Seite jedes der Dehnungssensoren 26 ist an einem der Fenster 2426 der Hülse 242 befestigt. Die Dehnungssensoren 26 sind auf der Hülse 242 über die Presspassung zwischen der Seite der Dehnungssensoren 26 und den Fenstern 2426 befestigt oder es ist ein Haftgel vorhanden, das beide verbindet. In dieser Konfiguration wird der Montageprozess der Drehmomentsensorbaugruppe 20 vereinfacht, da die Dehnungssensoren 26 zuerst an der Hülse 242 angebracht werden und dann die Hülse 242 die Dehnungssensoren 26 trägt, um mit dem Halter 22 in Eingriff zu kommen.
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Alternativ kann in einer anderen Ausführungsform der Hülse 242, wie in 3B gezeigt, die Hülse 242 ein Zwischenmaterial sein, um die relativen Positionen zwischen den Dehnungssensoren 26 und dem Halter 22 zu sichern. Die Hülse 242 kann ein oder mehrere Krümmungssegmente sein, wie etwa ein Klebstoff, welche die Dehnungssensoren 26 jeweils an die Halterinnenfläche 244 koppeln.
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In der Ausführungsform, wie in den 1-2, 3A und 4 gezeigt, kann die Hülse 242 an andere Elemente der Kapsel 24 gekoppelt sein, um einen Innenbereich 248 zu bilden, in dem mindestens ein Dehnungssensor 26 teilweise freigelegt ist. Die Kapsel 24 kann eine Kappe 244 umfassen, um die obere Öffnung des Halters 22 abzudecken. Die Kappe 244 beinhaltet einen Deckel 2441 und einen Verbinder 2442, der sich durch den Deckel 2441 erstreckt und konfiguriert ist, um mit einem Analysator 30 gekoppelt zu werden. Der Deckel 2441 ist mindestens mit dem oberen Teil der Hülse 242 und/oder dem oberen Teil der Seitenwand 223 des Halters 22 gekoppelt. In dieser Ausführungsform sind der Umfang des Deckels 2441 und der obere Teil der Hülse 242 mit einem Gewinde versehen, so dass der Deckel 2441 und die Hülse 242 in Eingriff gebracht werden können. Alternativ kann der Deckel 2441 der Kappe 244 gekoppelt sein mit dem oberen Teil der Seitenwand 223, die eine Öffnung über Presspassung aufweist (die Presssitz/Schnappsitzmerkmale sind in den 6-8 gezeigt). Die Kapsel 24 kann auch Kapselendwand 246 umfassen. Der Innenbereich 248 wird von der Hülse 242, der Kappe 244 und der Kapselendwand 246 umschlossen/eingekapselt, wie in 2 gezeigt. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt), wenn keine Kapselendwand 246 sondern die Halterendwand 228 vorhanden ist, wird der Innenbereich 248 von der Hülse 242, der Kappe 244 und der Halterendwand 228 umschlossen. In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt), wenn weder eine Kapselendwand 246 noch eine Halterendwand 228 vorhanden ist, aber die Drehmomentsensorbaugruppe 20 in der Öffnung 12 positioniert ist, die ein Sackloch ist, wird der Innenbereich 248 von der Hülse 242, der Kappe 244 und dem Boden des Sacklochs umschlossen.
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Die Dehnungssensoren 26 sind über Leiter 262 elektrisch mit einem Verbinder 2442 der Kappe 244 gekoppelt. Die Leiter 262 sind konfiguriert, um Leistung an die Dehnungssensoren 26 weiterzugeben oder Signale zu übertragen, welche die durch den Dehnungssensor 26 gemessenen Dehnungen anzeigen oder beides. Die Einzelheiten und Arten der Dehnungssensoren 26 werden später anhand der 9 und 10 erläutert. Die Signale, welche die Dehnungen angeben, werden von dem Analysator 30 empfangen, wie in 1 gezeigt. Es ist anzumerken, dass innerhalb eines Dehnungsbereichs, der zumindest teilweise in der Öffnung 12 gemessen wird, die Dehnung im Wesentlichen mit dem auf die Achse/Welle der Antriebsstrangkomponente 10 ausgeübten Drehmoment korreliert (z. B. im Wesentlichen linear dazu). Die durch die Drehmomentsensorbaugruppe 20 gemessene Dehnung wird durch den Analysator 30 berechnet, um den Drehmomentwert zu erhalten. Es ist anzumerken, dass, bevor der Analysator 30 die Daten verarbeitet, ein Signalaufbereitungsmodul 50, das in den Analysator 30 integriert sein oder als eigenständige Komponente innerhalb oder außerhalb des Innenbereichs 248 positioniert und an den Analysator 30 gekoppelt bleiben kann, die Daten von den Dehnungssensoren 26 aufbereitet, damit der Analysator 30 sie verarbeitet. In dieser Ausführungsform ist das Signalaufbereitungsmodul 50 außerhalb des Innenbereichs 248 positioniert. Im Folgenden werden die Details des Analysators 30 und des Signalaufbereitungsmoduls 50 beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die 1 und 10 kann das Signalaufbereitungsmodul 50 einen Erregerstrom und/oder eine Erregerspannung (VEX ) oder ein Vorspannungssignal bereitstellen, um den/die Dehnungssensor(en) 26 mit Leistung zu versorgen. Die Dehnungssensoren 26 sind in dieser Ausführungsform Widerstandsdehnungssensoren. Das Signalaufbereitungsmodul 50 liest dann das Signal (Spannung oder Strom oder Widerstand) von dem/den Dehnungssensor(en) 26 aus und sendet das Signal an den Analysator 30. Der Analysator 30 führt dann Berechnungen an dem Signal durch und sendet dann das modifizierte oder ausgewertete Signal (z. B. ein Signal, welches das Drehmoment angibt) über eine Drahtverbindung an andere Vorrichtungen, die das analysierte Signal (Drehmoment) anzeigen, oder an die Steuerung 60, die Entscheidungen mit dem Drehmomentsignal treffen kann. Wenn die Steuerung 60 die Motorsteuereinheit 62 ist, empfängt sie das modifizierte oder ausgewertete Signal (z. B. ein Signal, welches das Drehmoment anzeigt) von dem Analysator 30 und bestimmt die Motorbetriebsleistung. Wenn die Steuerung 60 die Übertragungssteuereinheit 64 ist, empfängt sie das modifizierte oder ausgewertete Signal vom Analysator 30 und bestimmt, ob eine Ausgangswellendrehzahl durch Einlegen von Gängen eingestellt werden soll. Ebenso kann die Drehmomentsensorbaugruppe 20 auf eine andere Steuerung angewendet werden, um die Drehzahl oder den Schaltvorgang der anderen Arten von Antriebsstrangkomponenten 10 zu ändern. Alternativ kann der Analysator 30 in eine der Steuerungen 60 (nicht gezeigt) integriert sein.
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Unter Bezugnahme auf die 1-2, 3A und 4 wird angemerkt, dass der Innenbereich 248 ein Vergussmaterial 2482 aufnehmen kann. Das Vergussmaterial 2482 kann eine chemische Verbindung wie etwa Epoxyd sein. Zur Verdeutlichung wird in dieser Ausführungsform in den 2, 3A das Vergussmaterial 2482 weggelassen, wird jedoch in 4 gezeigt. Der Verbinder 2442 umfasst ein erstes Teil 2442a und ein zweites Teil 2442b, das derart an das erste Teil 2442a gekoppelt ist, dass der Deckel 2441 dazwischen positioniert oder geklemmt ist. Wenn das Vergussmaterial 2482 in den Innenbereich 248 eingespritzt wird, ist das Vergussmaterial 248 flüssig und füllt den Innenbereich 248, ohne die Leiter 262 zu beeinträchtigen. Ein Ende jedes der Leiter 262 ist mit einer der Sensorinnenflächen 266 der Dehnungssensoren 26 gekoppelt und das andere Ende jedes der Leiter 262 ist mit dem ersten Teil 2442a des Verbinders 2442 gekoppelt. Bevor oder nachdem das Vergussmaterial 2482 verfestigt ist, werden das erste Teil 2442a und das zweite Teil 2442b des Verbinders 2442 kombiniert, um den Deckel 2441 festzuklemmen, und der Deckel 2441 ist an die Hülse 242 gekoppelt.
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Unter erneuter Bezugnahme auf die 1-2, 3A und 4 kann die Drehmomentsensorbaugruppe 20 einen Temperatursensor 28 beinhalten. In dieser Ausführungsform ist der Temperatursensor 28 zumindest teilweise im Innenbereich 248 der Kapsel 24 und teilweise im Innenbereich 16 der Antriebsstrangkomponente 10 positioniert. Da die Temperatur der Antriebsstrangkomponente 10 die Dehnung beeinflussen und somit die Drehmomentberechnung beeinträchtigen kann, wird ein Signal, das die Temperatur angibt, über den Verbinder 2442 und die Ausgangsleitung 2444 an den Analysator 30 übertragen.
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Der Temperatursensor 28 in 3A kann optional sein. In einer anderen Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, ist kein Temperatursensor 28 vorhanden. Die Endwand 228 steht mit dem Boden der Öffnung 12 in Eingriff, die in dieser Ausführungsform ein Sackloch ist.
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In einer weiteren Ausführungsform, wie in den 6 und 7 gezeigt, ist die Hülse 242 eine Leiterplatte (PCB), die elektrisch mit mindestens einem Dehnungssensor 26 gekoppelt ist. Optional wird in der Ausführungsform eine flexible Leiterplatte (FPCB) gewählt. Aufgrund der Flexibilität der Leiterplatte ist die Hülse 242 in dieser Ausführungsform konfiguriert, um gebogen zu werden, sodass die Hülsenaußenfläche 2422 und die Halterinnenfläche 224 in Eingriff gebracht werden können. Hier sind die Dehnungssensoren 26 über Leiter 262, wie etwa Leiterbahnen, die teilweise in die Leiterplatte integriert sind, elektrisch mit der Leiterplatte gekoppelt. Die Sensoraußenfläche 264 ist an der Hülseninnenfläche 2424 befestigt. Das Vergussmaterial 2482 ist in den 6 und 7 weggelassen. Der Verbinder 2442 umfasst das erste Teil 2442a und das zweite Teil 2442b. Die Leiter 262 (z. B. Leiterbahnen) werden durch das erste Teil 2442a des Verbinders 2442 gesammelt. Das auf die FPCB gedruckte erste Teil 2442a ist teilweise an ein drittes Teil 2442c gekoppelt. Das zweite Teil 2442b ist teilweise in den Deckel 2441 der Kappe 244 eingeführt und steht ferner mit dem dritten Teil 2442c in Eingriff. Der Deckel 2441 ist in dieser Ausführungsform an den oberen Teil der Seitenwand 223 gekoppelt. Der Boden des Deckels 2241 weist einen Vorsprung auf, der in die Öffnung des Halters 22 eingeschnappt ist. Abhängig von der Auslegung der Leiter 262 (Leiterbahnen) der Hülse 242 kann das erste Teil 2442a des Verbinders 2442 angrenzend an die Enden der meisten Leiter 262 positioniert sein, um die Dehnungsdaten zu sammeln. Daher kann der Verbinder 2442 nicht durch die Mitte des Deckels 2441 positioniert sein.
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Unter Bezugnahme auf 8, und im Gegensatz zu den Ausführungsformen in den 1-7, die den Verbinder 2442 und die Ausgangsleitung 2444, welche die Daten/Signale an den Analysator 30 überträgt, demonstrieren, verwendet diese Ausführungsform einen drahtlosen Ansatz. In dieser Ausführungsform ist der Analysator 30 innerhalb der Drehmomentsensorbaugruppe 20 als Teil der Drehmomentsensorbaugruppe 20 positioniert und drahtlos mit mindestens einer Steuerung 60, einschließlich ECU 62, TCU 64, CCU 66, verbunden. Die Dehnungssensoren 26 übermitteln Signale, welche die von ihnen gemessene Dehnung anzeigen, an das Signalaufbereitungsmodul 50. Das Signalaufbereitungsmodul 50 bereitet, wie in der vorherigen Ausführungsform beschrieben, das Signal auf und leitet es an den Analysator 30 weiter. Der Analysator 30 modifiziert das Signal, das die Dehnung anzeigt, in ein geeignetes Format und/oder analysiert das Signal, das die Dehnung anzeigt, um das Drehmoment wie zuvor beschrieben zu berechnen. Das modifizierte oder ausgewertete Signal (z. B. ein Signal, das ein Drehmoment anzeigt) wird drahtlos über einen Sender 40 übertragen. Der Sender 40 ist ein Telematiksender, der ein Funksignal an einen RF-Empfänger 78 (Radiofrequenzempfänger) sendet. Der RF-Empfänger 78 in dieser Ausführungsform ist ein Empfänger vom Typ WLAN. Der RF-Empfänger 78 kann das Signal, welches das Drehmoment angibt, speichern oder über den CAN-Bus 76 an mindestens eine Steuerung 60, wie etwa ECU 62, TCU 64, CCU 66, übertragen. Alternativ zu der in 8 gezeigten Ausführungsform sendet der Sender 40, wenn der Analysator 30 mit dem CAN-Bus 76 verbunden ist, ein Signal, das die Dehnung anzeigt, an den RF-Empfänger 78, und der Analysator 30 empfängt das Signal, das die Dehnung anzeigt, vom RF-Empfänger 78. Der Analysator 30 modifiziert und analysiert das Signal, das die Dehnung anzeigt, und berechnet den Drehmomentwert. Das Signal, welches das Drehmoment anzeigt, wird an die andere Steuerung 60 auf dem CAN-Bus 76 gesendet.
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Unter Bezugnahme auf 8 kann die Drehmomentsensorbaugruppe 20 mindestens ein Batteriemodul (nicht gezeigt) beinhalten, das Leistung für mindestens ein Signalaufbereitungsmodul 50 bereitstellt, um das Signal, das die Dehnung anzeigt, aufzubereiten, damit der Analysator 30 das konditionierte Signal modifiziert und/oder analysiert und/oder das Drehmoment berechnet, und damit der Sender 40 das Drehmoment anzeigende Signal an die Steuerung 60 überträgt. Das mindestens eine Batteriemodul kann eine eigenständige Komponente sein, die elektrisch mit dem Signalaufbereitungsmodul 50, dem Analysator 30 und/oder dem Sender 40 gekoppelt ist. Alternativ kann das mindestens eine Batteriemodul durch das Signalaufbereitungsmodul 50, den Analysator 30 und den Sender 40 enthalten sein. Das Batteriemodul kann wegwerfbar oder wiederaufladbar sein. Unter Bezugnahme auf 8 kann die Drehmomentsensorbaugruppe 20 auch eine Leistungsversorgung 80 beinhalten, die an der Halterendwand 228 angebracht ist. Die Leistungsversorgung 80 ist eine selbstgespeiste Leistungsversorgung/Leistungsquelle (z. B. piezoelektrische Leistungsquelle), die Energie erzeugt, wenn sich die Halterendwand 228 bewegt, wie etwa bei Vibration und Ausdehnung. Das mindestens eine Batteriemodul ist wiederaufladbar, wenn es mit der Leistungsversorgung 80 gekoppelt ist, und daher muss der Bediener das Batteriemodul nicht ersetzen. Alternativ ist die Leistungsversorgung 80 mit dem Signalaufbereitungsmodul 50 und/oder dem Analysator 30 gekoppelt und der Sender 40 liefert direkt die notwendige Leistung ohne das Batteriemodul.
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Die Art der Dehnungssensoren 26 kann, wie oben beschrieben, unterschiedlich sein. In der Ausführungsform der 1, 2, 3A und 4 sind die Dehnungssensoren 26 Widerstandsdehnungssensoren, sie können jedoch auch andere Arten von Dehnungssensoren sein. 9 zeigt einen einfachen Aufbau eines Dehnungssensors 26. Der Dehnungssensor 26 weist ein Gittermuster 261 und einen Träger 263 auf, der das Gittermuster 261 (z. B. geklebte Folie) trägt. Die beiden Leitungen an den Enden des Gittermusters 261 können mit mehreren Widerständen und einer Erregerspannung elektrisch verbunden sein, um eine Viertelbrücken-Dehnungssensorschaltung (nicht gezeigt) zu bilden. Über das Prinzip der Wheatstone-Brücke wird der Widerstand des Gittermusters 261 des Dehnungssensors 26 bestimmt. Der Widerstand des Gittermusters 261 hängt von der Dehnung des Gittermusters 261 ab. Alternativ kann die Schaltung mehr als einen Dehnungssensor 26 beinhalten und daher mehr als ein Gittermuster 261 aufweisen. Wenn beispielsweise zwei Dehnungssensoren 26 vorhanden sind, wird eine Halbbrücken-Dehnungssensorschaltung gebildet. Sind vier Dehnungssensoren 26 vorhanden, wird eine Vollbrücken-Dehnungssensorschaltung gebildet.
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In der Ausführungsform der 1, 2, 3A und 4 bilden die Dehnungssensoren 26 eine Vollbrückenkonfiguration. 10 zeigt eine Vollbrücken-Dehnungssensorschaltung, welche die Dehnungssensoren 26 und die Erregerspannung VEX enthält, die von dem Signalaufbereitungsmodul 50 bereitgestellt werden. Da die vier Dehnungssensoren 26 an unterschiedlichen Stellen und in unterschiedlichen Ausrichtungen auf der Hülse positioniert sind, sind den Dehnungssensoren 26 jeweils vier Gittermuster 261a - 261d zugeordnet. Die vier Gittermuster 261a - 261d sind elektrisch miteinander gekoppelt. In einer Verbindung zwischen den Gittermustern 261a und 261d und in einer anderen Verbindung zwischen den Gittermustern 261b und 261c stellen sie die Erregerspannung VEX bereit, die den Strom durch die Schaltung treibt. Das erste Teil 2442a des Verbinders 2442 ist elektrisch an eine Verbindung zwischen den Gittermustern 261a und 261b und an eine andere Verbindung zwischen den Gittermustern 261c und 261d gekoppelt; die Potentialspannungsdifferenz zwischen den beiden Verbindungen kann verwendet werden, um die Dehnung des Dehnungssensors 26 zu messen.
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Es ist anzumerken, dass unterschiedliche Ausrichtungen der Gittermuster 261a - 261d in der Lage sein können, externe Dehnungen zu reduzieren. Zum Beispiel in dieser Ausführungsform aufgrund der Ausrichtung des Gittermusters 261b, 261d senkrecht zum Gittermuster 261a, 261c und einer Dehnung, die durch die Temperatur in beiden Richtungen verursacht wird, wird die Änderungen der Widerstände auf Grundlage der Temperatur in der gesamten Schaltung reduziert. Die Schaltung/das Netzwerk kann verwendet werden, um einige andere nicht drehmomentbezogene Dehnungssignale zu entzerren.
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Der/die Dehnungssensor(en) 26 können unterschiedlich sein. Neben den Widerstandsdehnungssensoren können die Dehnungssensoren 26 piezoelektrische Dehnungssensoren, piezoresistive Dehnungssensoren, Nanopartikel-Dehnungssensoren usw. sein. Einige Arten von Dehnungssensoren, wie etwa piezoelektrische Dehnungssensoren, sind selbstversorgend und daher wird möglicherweise keine Erregungsspannung/Batterie benötigt. Einige Arten von Dehnungssensoren benötigen möglicherweise eine Leistungsquelle.
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Es ist anzumerken, dass es möglich ist, mehrere Drehmomentsensorbaugruppen 20 zu verwenden, die an der Antriebsstrangkomponente 10 angebracht sind, um die Dehnungsverteilung am Gehäuse der Antriebsstrangkomponente 10 zu messen, um das Drehmoment zu berechnen. Dies kann für das Produktdesign von Vorteil sein. Zusätzlich kann der Analysator 30 mit einem Beschleunigungsmesser gekoppelt werden, um ein dynamisches Drehmoment zu berechnen.
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Um eine präzise Drehmomentmessung zu erhalten, kann ein Konstrukteur oder ein Bediener optional (1) mehrere Drehmomentsensorbaugruppen auf eine Antriebsstrangkomponente anwenden; (2) ein(e) Vollbrücken-Dehnungssensorschaltung/-netzwerk verwenden; (3) die Richtung/Ausrichtung des Gittermusters des Dehnungssensors in eine Richtung anpassen, die weniger Nicht-Drehmomentbeanspruchung erfassen kann, oder die Dehnung aus dieser Richtung kann durch ein anderes Gittermuster desselben oder eines anderen Dehnungssensors usw. kalibriert werden.
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Die Drehmomentsensorbaugruppen können auch verwendet werden, um Verunreinigungen zu erfassen, die durch die Zähne von Zahnradsätzen oder durch die Wälzkörper von Lagern gelangen und unterschiedliche Dehnungssignale erzeugen können, die zur Durchführung einer Analyse des Komponentenverschleißes verwendet werden können.
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Ohne den Geltungsbereich, die Auslegung oder die Anwendung der nachstehend aufgeführten Ansprüche in irgendeiner Weise einzuschränken, besteht eine technische Wirkung von einer oder mehreren der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen darin, eine Drehmomentsensorbaugruppe bereitzustellen, die das auf die Antriebsstrangkomponente aufgebrachte Drehmoment durch Erfassen der an die Drehmomentsensorbaugruppe angrenzenden Belastung über mindestens einen Dehnungssensor misst. Eine weitere technische Wirkung von einer oder mehreren der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen besteht darin, die Struktur der Drehmomentsensorbaugruppe bereitzustellen, die einfach zu montieren und in ihrer Komponente zu installieren ist.
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Während das Obenstehende beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschreibt, dürfen diese Beschreibungen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden. Vielmehr können andere Abweichungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt, abzuweichen.
