JP2018205318A - トルク特定のために軸部分に取り付けられているデュアルフルブリッジを備えたトランスミッション - Google Patents

Abstract

【課題】トルク測定装置が、特にねじり負荷に帰すべきひずみ成分のみを検出することができ、さらには最小限の構造空間要求において、結線およびろう接の大きな手間を要することなく短時間で軸部分に配置可能／取付可能である、トランスミッションを提供する。【解決手段】トルク測定装置（２）が取り付けられている軸部分（１）を備えた、自動車のパワートレーンのためのトランスミッションであり、トルク測定装置（２）は、複数のセンサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）を有しているフルブリッジを用いて、軸部分（１）に加えられるトルクを測定するように設計されており、またセンサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）がデュアルフルブリッジを形成するように、センサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）は相互に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、トルク測定装置が取り付けられている軸部分を備えた、自動車のパワートレーンのためのトランスミッション、とりわけＣＶＴ（Continously Variable Transmission）構造のトランスミッションに関し、トルク測定装置は、複数のセンサフィールドを有している、ブリッジ回路、Ｈ回路またはＨブリッジとも称することができるフルブリッジを用いて、軸部分に加えられるトルクを測定するように設計されている。

ここで、本発明の主旨におけるフルブリッジは、全部で４つの分岐および１つのブリッジ部分を有しており、各分岐には、それぞれ１つの抵抗がセンサフィールドとして配置されている。センサフィールドは、抵抗が変化する電気ユニットを形成している。

冒頭で述べたような形式のトランスミッションでは、所望のトルク伝達の点では十分に高く、最小限の摩擦損失の点では十分に低い、トランスミッション押付圧、つまり、例えばＣＶＴのバリエータ／トランスミッションプレートの押付圧、およびハイドロリックユニットの最小限の出力消費量を保証できるようにするために、正確なトルク測定が使用される。

従来技術において、押付圧を最適化できるようにするためにトランスミッションにおけるトルクを測定する装置が幾つか公開されている。例えば独国特許出願公開第１０２０１１１２０３４９号明細書から公知であるような機械的なトルク検出器は、離散的で静的なトルクを負荷レバーにおける負荷質量によって検出することができる。

さらに、独国特許発明第１０２３８０７７号明細書には、機枠を備えており、その機枠内に、測定側の第１の締付け装置と、負荷側の第２の締付け装置が支承されており、かつそれら２つの締付け装置間に試験体を収容することができる、トルク標準測定装置が開示されている。その種の装置の測定結果は正確であるにもかかわらず、構造空間の最適化が重要な品質判断基準であるトランスミッションにおいて、機械的なトルク検出器は非常に多くの空間を占有することから、その種の装置は適切なものではない。さらに、トランスミッションにおいては、軸部分の測定すべきねじり応力の他に、別の負荷、例えば軸方向応力、曲げ応力および／または熱応力も発生するという別の問題も生じる。それらの負荷は、このコンテキストにおいて妨害量と称する。これらの問題に対して、従来技術から公知のトルク測定装置は十分な解決手段を提供することができない。

トランスミッションにおける押付圧を特定するための別の可能性として、原動機制御装置から出力される原動機トルク信号（ＭＭＩ）の評価が提供される。この可能性は、確かに最小限の構造空間に対する要求にとっては十分なものであるが、その精度に関しては欠点を有している。つまり、押付圧がＭＭＩから特定される用途においては、通常の場合、バリエータの過剰押付けが生じる。特に低トルク範囲では、この過剰押付けは、摩擦損失に起因して出力を低下させ、またノイズエミッションも高める。

機械的な変形が電気抵抗の変化を介して電気信号に変換されるひずみゲージも、すなわちひずみを基礎とする測定技術も、基本的には、トルク検出のための機構として公知である。特にSchaeffler Technologies AG & Co. KGによって開発されたSensotect測定技術は、トルク測定装置として、高負荷のもとで信頼性の高い測定結果を提供する。しかしながら、この測定技術の欠点は、そのようなトルク測定装置を手動でろう接しなければならず、かつ／または結線しなければならないことである。このプロセスは煩雑であるとみなされ、したがって製造効率が低下する。

つまり、従来技術においては、種々の問題が発生する。一方では、高い測定精度が、構造空間に対して相当な要求を課す。他方では、特定すべきねじりモーメントの検出が、トランスミッションにおいて発生する別の力、応力およびトルクによって困難になる。結局のところ、公知のトルク測定装置は、全体として著しい手間を伴うことでしかトランスミッションに組み込むことができない。

この背景から、本発明が基礎とする課題は、従来技術の欠点を克服すること、または少なくとも低減すること、またトルク測定装置が、特にねじり負荷に帰すべきひずみ成分のみを検出することができ、さらには最小限の構造空間要求において、結線およびろう接の大きな手間を要することなく短時間で軸部分に配置可能／取付可能である、トランスミッションを開示することである。

この課題は、本発明によれば、トルク測定装置のセンサフィールドがデュアルフルブリッジ、すなわち２つのフルブリッジ／ブリッジ回路／Ｈ回路／Ｈブリッジを形成するように、それらのセンサフィールドが相互に配置されていることによって解決される。この場合、そのようなデュアルフルブリッジは、給電電圧部を介する相応の制御によって、妨害量、つまり軸方向応力、曲げ応力および／または熱応力を補償することができ、またそれと同時に、給電電圧部および信号電圧部におけるろう接を介して、最小限の手間で動作することができる。

構造的に表現すれば、デュアルフルブリッジは、シングルフルブリッジの原理に即して４つの分岐を有しているが、各分岐においては、２つの抵抗がセンサフィールドとして配置されていることを特徴としている。つまり、変化する抵抗の数が倍になっており、このことから、本発明によって所望のように影響を及ぼすことができる。

有利な実施の形態は従属請求項に記載されており、また下記においてより詳細に説明する。

つまり、デュアルフルブリッジは、好適には少なくとも８個の、とりわけちょうど８個のセンサフィールドを有している。それらのセンサフィールドは、妨害量を補償し、ねじりモーメントを増大させるように相互に配置されている。

ここで、センサフィールドを相互に直列回路として配置することができ、これによって、センサフィールド間の接続を、各センサフィールドに対して同一の、単純なモジュール式の配線部を介して実現することができる。

直列接続の実施の形態の代わりに、センサフィールドを相互に並列回路として配置することも可能である。これによって、それぞれ２つのセンサフィールドが隣り合って形成されていることから、長手方向においてより小型のトルク測定装置を実現することができる。

１つの特に好適な実施の形態では、トルク測定装置が、全部でちょうど４つの異なるろう接個所を介して、軸部分に結合されている。これによって、実装の手間が格段に低下する。何故ならば、従来では、軸部分にひずみゲージを配置するためには、遙かに多くのろう接個所が必要とされていたからである。

４つのろう接個所の実施の形態においては、好適には、トルク測定装置の給電部用の２つのろう接個所、および／またはトルク測定装置の電圧信号部用の２つのろう接個所が設けられている。ここで、給電部において、トルク測定装置に電圧が印加され、その一方で、電圧信号部では、生じた負荷がセンサフィールドの変形によって検出される。それぞれ２つのろう接個所を用いる配置構成によって、機能的な損失を伴うことなく、小型の解決手段が実現される。

個々のセンサフィールド間に、例えば電流伝達のための接続路が配置されており、また相互に関連付けられたそれぞれ２つの接続路、つまりデュアルフルブリッジにおいて相互に対向して配置される２つの接続路の面積が同じ大きさであるならば、トルク測定装置を多数の同一部品でもって効率的に製造することができる。

相互に関連付けられた２つの接続路の実施例においては、さらに、それらの接続路が相互に対称的に軸部分に配置されていると有利である。この場合、接続路が測定に及ぼす影響を可能な限り小さいものに留めるために、接続路の横断面または前述の面積を、したがって接続路のオーム抵抗を、測定格子のものに比べ高く維持することが試みられている。このことは、軸部分の表面におけるトルク測定装置の可能な限り大きい面積利用によって達成され、また本発明によるトランスミッションにおいて検出される信号の明瞭性が高まる。

好適には、トルク測定装置の個々のセンサフィールド間の接続が、トルクの測定のために軸部分に既に取り付けられている導電層を介して行われる。したがって、リーン生産方式の主旨でトルク測定装置を構成するために相乗効果が利用される。

ここで、導電層がレーザ構造化によって作製されており、したがって精密かつ廉価に製造可能であると、特に有利である。

換言すれば、本発明によれば、冒頭で述べたような妨害量を補償するために、デュアルフルブリッジ、例えば８個のセンサフィールド／抵抗から構成されているデュアルフルブリッジが軸部分に設けられると言える。その補償の他に、デュアルフルブリッジは、測定ブリッジ自体においてねじりモーメントを誘導する抵抗変化を増大させることができ、したがって構造空間に対する僅かな要求で、より正確な測定結果を得ることができる。

ここで、本発明の枠内では、８個のセンサフィールドを、直列回路として、または並列回路として接続することができる。選択された回路様式は、妨害量の補償に影響を及ぼさず、したがって、変化する構造空間および実装の状況に柔軟に適合することができる。

さらに、本発明は、個々のセンサフィールド相互の接続を可能な限り効率的に行うこと、つまり接続のために付加的なろう接個所を設ける必要がないようにすることを目的としている。この理由から、センサフィールドの接続は、ひずみ測定のための導電層を介して行われる。この結果、さらに有利には、トルク測定装置を軸部分に配置するために必要とされるろう接個所の数を最小にすることができるか、または少なくとも低減することができる。

したがって要約すると、本発明によれば、あらゆる妨害量を補償し、測定ブリッジにおいて、トルクを誘導する抵抗変化を増大させるデュアルフルブリッジが設けられると言える。

以下では、種々の実施例と関連させて、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。

トランスミッションの軸部分に配置されている測定装置を示す。 直列接続形式の本発明によるトルク測定装置を示す。 並列接続形式のトルク測定装置を示す。 曲げ負荷時の測定装置を示す。 軸方向負荷時の測定装置を示す。 熱負荷時の測定装置を示す。 ねじり負荷時の測定装置を示す。

図面は、単に概略的な性質のものに過ぎず、また専ら本発明の理解に用いられるものである。個々の参照符号を相互に入れ替えることができる。同一の要素には同一の参照符号を付している。

図１には、本発明によるトランスミッションのトランスミッション軸の軸部分１が図示されている。軸部分１に接して、または軸部分１上には、トルク測定装置２が取り付けられており、このトルク測定装置２は、フルブリッジを用いて、軸部分１に加えられるトルクを測定する。フルブリッジは、本発明によれば、デュアルフルブリッジとして構成されている。この実施例において、デュアルフルブリッジはさらに直列回路として構成されている。デュアルフルブリッジは、図１における実施例では、８個のセンサフィールド３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂを有している。

正の給電コンタクトパッド７を介して、給電電圧が印加される。この給電電圧は、第１のセンサフィールド３ａに印加される。第１の接続路を介して、その第１のセンサフィールド３ａの信号を第２のセンサフィールド３ｂに伝達することができる。この第２のセンサフィールド３ｂは、正の信号コンタクトパッド８に接続されている。正の信号パッド８には、同様に、第３のセンサフィールド４ａおよび第４のセンサフィールド４ｂが接続されており、それらの第３のセンサフィールド４ａおよび第４のセンサフィールド４ｂは、負の給電コンタクトパッド９にも接続されている。

回路の第２の分岐は、第５のセンサフィールド５ａおよび第６のセンサフィールド５ｂによって形成され、それらの第５のセンサフィールド５ａおよび第６のセンサフィールド５ｂも、同様に正の給電コンタクトパッド７から給電される。負の信号コンタクトパッド１０は、その分岐と作用接続されている。最終的に、第７のセンサフィールド６ａおよび第８のセンサフィールド６ｂを介して、デュアルフルブリッジが形成される。

個々のセンサフィールド間の接続路が測定に及ぼす影響を可能な限り小さいものに留めるために、軸部分１において接続路の可能な限り大きい面積を利用することが試みられている。また、個々の接続路は相互に平行に構成されている。これについては、下記においてさらに理由を述べる。

図２ａには、図１に示した直列回路がブロック図で概略的に図示されている。ここで、Ｕ_Bは、フルブリッジに接続されるブリッジ回路を表している。電圧ΔＵは、本発明によるトルク測定装置２によって検出される電圧を表し、この電圧から相応に負荷を推定することができる。

図２ｂには、並列回路の形態のデュアルフルブリッジのブロック回路図が図示されている。これに関して、機能原理は変わっていない。図２ｂに示した並列回路は、特に、軸部分の円周に沿って、その軸部分の長手方向軸線に沿った構造空間よりも狭い構造空間しか利用できない場合に使用されると考えられる。

最後に、図３ａから図３ｄを用いて、本発明によって実現される妨害量補償を説明する。押付圧特定を妨げる曲げトルクが軸部分１に加えられる場合（図３ａを参照されたい）、センサフィールド３ａ，ｂおよび５ａ，ｂに負荷が掛かる。この場合、本発明による配置構成によって、各センサフィールド３ａ，５ａに圧縮負荷が、またセンサフィールド３ｂ，５ｂには引張負荷がそれぞれ掛けられる。それぞれに逆の負荷が掛けられるセンサフィールドが同じ分岐に配置されている配置構成を用いることによって、抵抗変化が、ΔＵ／Ｕ_Bの商の結果に影響を及ぼさず、これによって曲げが補償される。

これに対して、軸方向の力が加わる場合（図３ｂを参照されたい）、この軸方向の力は、特定の領域にのみ、例えば０°の領域にのみ作用を及ぼす。つまり、一方の分岐における各センサフィールド３ａ，５ａには、圧縮負荷が加えられる。上述の配置構成の結果生じる負荷の符号が同じであることによって、確かにブリッジ電圧は変化するが、ΔＵ／Ｕ_Bの商は変化しない。したがって、軸方向の力を補償することもできる。

測定スリーブの均一な加熱／冷却が生じる場合（図３ｃを参照されたい）、全てのセンサフィールド３ａから６ｂには、同一の伸張／収縮が生じ、この伸張／収縮は引張負荷／圧縮負荷として一様に全てのセンサフィールドに作用する。したがって、ここでもまた、ΔＵ／Ｕ_Bの商には影響が及ばず、また補償が行われる。さらには、曲げトルクおよび軸方向の力が負荷された際の主ひずみ方向は、測定格子の向き、とりわけ４５°である向きとは一致せず、したがって抵抗変化には極僅かにしか影響しない。

最後に図３ｄにおいては、純粋なねじり負荷が示されている。このねじり負荷によって、軸の軸線に対して４５°の角度にある主ひずみ方向が生じる。センサフィールド３ａから６ｄの測定格子は同一の向きを有しているので、それらのセンサフィールド３ａから６ｄは、最大限に伸張／圧縮し、したがってそれらのセンサフィールド３ａから６ｄにおいて、最大限に増大された抵抗変化が生じる。本発明によるデュアルフルブリッジにおいては、相応のブリッジ分岐の相互に対向する２つのセンサフィールド（つまり３ａと５ａ、４ａと６ａ；３ｂと５ｂおよび４ｂと６ｂ）に圧縮負荷または引張負荷が掛けられる。これによって、水平方向に並んで位置する各センサフィールド間の最大電圧差が生じ、これはねじりを誘導するひずみを増大させる。

このようにして、本発明によるデュアルフルブリッジは、第一に、妨害量を回避することに適しており、第二に、ねじり負荷を増大させることに適しており、第三に、ろう接個所を最小限にすることに適しており、これらによって、本発明によるデュアルフルブリッジを、廉価にかつ構造空間を節約して、トランスミッションに統合することができる。

１ 軸部分
２ トルク測定装置
３ａ 第１のセンサフィールド
３ｂ 第２のセンサフィールド
４ａ 第３のセンサフィールド
４ｂ 第４のセンサフィールド
５ａ 第５のセンサフィールド
５ｂ 第６のセンサフィールド
６ａ 第７のセンサフィールド
６ｂ 第８のセンサフィールド
７ 正の給電コンタクトパッド
８ 正の信号コンタクトパッド
９ 負の給電コンタクトパッド
１０ 負の信号コンタクトパッド

Claims (10)

1. トルク測定装置（２）が取り付けられている軸部分（１）を備えた、自動車のパワートレーンのためのトランスミッションであって、
   前記トルク測定装置（２）は、複数のセンサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）を有しているフルブリッジを用いて、前記軸部分（１）に加えられるトルクを測定するように設計されている、トランスミッションにおいて、
   前記センサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）がデュアルフルブリッジを形成するように、該センサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）は相互に配置されていることを特徴とする、トランスミッション。
2. 前記デュアルフルブリッジは、少なくとも８個のセンサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）を有していることを特徴とする、請求項１記載のトランスミッション。
3. 前記センサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）は、相互に直列回路として配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のトランスミッション。
4. 前記センサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）は、相互に並列回路として配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のトランスミッション。
5. 前記トルク測定装置（２）は、全部で４つのろう接個所を介して、前記軸部分（１）に結合されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のトランスミッション。
6. 前記トルク測定装置（１）の給電部用の２つのろう接個所、および／または前記トルク測定装置（１）の電圧信号部用の２つのろう接個所が設けられていることを特徴とする、請求項５記載のトランスミッション。
7. 前記個々のセンサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）間に接続路が配置されており、前記デュアルフルブリッジの、相互に関連付けられた２つの接続路は、同一の大きさを有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のトランスミッション。
8. 相互に関連付けられた２つの接続路は、前記軸部分（１）に相互に対称的に配置されていることを特徴とする、請求項７記載のトランスミッション。
9. 前記個々のセンサフィールド（３ａ，ｂ；４ａ，ｂ；５ａ，ｂ；６ａ，ｂ）間の接続は、前記トルクの測定のために前記軸部分（１）に取り付けられている導電層を介して行われることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のトランスミッション。
10. 前記導電層は、レーザ構造化によって作製されていることを特徴とする、請求項９記載のトランスミッション。

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