具有扭矩傳感的變速器和分動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】本公開(kāi)提供一種具有扭矩傳感的變速器和分動(dòng)器。為了方便扭矩傳感器的使用，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)在變速器輸出軸和下游部件之間包含連接軸。所述連接軸包括內(nèi)部和外部，所述內(nèi)部花鍵連接到輸出軸，所述外部處理成產(chǎn)生基于所傳遞的扭矩而變化的磁場(chǎng)。所述內(nèi)部和所述外部由周向間隙隔開(kāi)以引導(dǎo)扭矩通過(guò)所處理的表面。使用所述連接軸消除了直接處理變速器輸出軸的需要。將所述花鍵與所處理的表面徑向地隔開(kāi)減小了扭矩傳感所需的軸向長(zhǎng)度，并允許具有扭矩傳感器的變型和不具有扭矩傳感器的變型之間以及兩輪驅(qū)動(dòng)變型和四輪驅(qū)動(dòng)變型之間的通用性。
【專利說(shuō)明】
具有扭矩傳感的變速器和分動(dòng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開(kāi)涉及自動(dòng)變速器和分動(dòng)器的領(lǐng)域。更具體地講，本公開(kāi)涉及變速器輸出扭矩傳感器的安裝。
【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)變速器通過(guò)選擇性地接合和分離若干換擋元件來(lái)建立具有不同傳動(dòng)比的多個(gè)動(dòng)力流動(dòng)路徑。換擋元件包括摩擦離合器?？刂破魍ㄟ^(guò)發(fā)送控制信號(hào)來(lái)設(shè)定各個(gè)摩擦離合器的扭矩容量。例如，控制器可向螺線管發(fā)送脈寬調(diào)制信號(hào)使得由螺線管施加的電磁力與脈寬成比例。螺線管可連接到閥體中的閥芯使得閥體的特定通路中的液壓壓力與電磁力成比例。來(lái)自所述通路的流體可流到離合器的活塞應(yīng)用室，使活塞施加與流體壓力相關(guān)的力?；钊蓴D壓隔離片之間的摩擦片以建立離合器的扭矩容量?；蛘撸鲂盘?hào)可通過(guò)其它機(jī)制(諸如，使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，由此使活塞將力施加到離合器組件)來(lái)影響扭矩容量。由于信號(hào)和離合器扭矩容量之間的間接的因果關(guān)系鏈，一些不可預(yù)知的噪聲因素可影響該關(guān)系。
[0003]當(dāng)控制器確定需要傳動(dòng)比改變時(shí)，控制器可通過(guò)釋放一個(gè)稱作即將分離元件的換擋元件并接合另一個(gè)稱作即將接合元件的換擋元件來(lái)執(zhí)行換擋。對(duì)于使車輛乘員感覺(jué)平穩(wěn)的換擋，重要的是即將接合元件的扭矩容量和即將分離元件的扭矩容量相對(duì)于彼此以及相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩是協(xié)調(diào)的。例如，如果過(guò)早釋放即將分離元件，則驅(qū)動(dòng)軸扭矩將過(guò)度下降并且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將上升。這種現(xiàn)象稱為發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)(engine flare)。另一方面，如果即將分離元件釋放得太遲，則兩個(gè)換擋元件將彼此抵抗并且輸出扭矩將過(guò)度下降。這種現(xiàn)象稱為綁定(tie-up)ο
[0004]為了調(diào)節(jié)控制信號(hào)使得在存在未知噪聲因素的情況下扭矩容量是適宜的，控制器可使用反饋信號(hào)。例如，控制器可使用來(lái)自輸入轉(zhuǎn)速傳感器和輸出轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)來(lái)計(jì)算變速器的當(dāng)前傳動(dòng)比。輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速之比不期望的或過(guò)大的增加可指示發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)。響應(yīng)于這個(gè)信息，控制器可增加即將接合換擋元件的扭矩容量。然而，一些錯(cuò)誤(諸如綁定)不一定反映在傳動(dòng)比上。此外，換擋元件扭矩容量中的錯(cuò)誤顯示為傳動(dòng)比的變化是需要時(shí)間的。因此，最好是利用變速器輸出扭矩的測(cè)量值來(lái)補(bǔ)充這個(gè)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]—種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括適于將變速器輸出軸結(jié)合到下游動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件的連接軸。所述連接軸包括內(nèi)部和外部。所述內(nèi)部適于(例如)通過(guò)花鍵固定到變速器輸出軸。所述外部與所述內(nèi)部同軸并軸向重疊。所述外部的外表面處理成產(chǎn)生隨所傳遞的扭矩的變化而變化的磁場(chǎng)。所述內(nèi)部和所述外部由周向間隙隔開(kāi)以引導(dǎo)扭矩從所述變速器軸通過(guò)所述外表面。
[0006]在一些實(shí)施例中，所述連接軸可將變速器輸出軸直接地結(jié)合到驅(qū)動(dòng)軸。在這樣的實(shí)施例中，所述連接軸可包括法蘭，所述法蘭固定到所述外部并具有孔使得所述驅(qū)動(dòng)軸可通過(guò)螺栓附連到所述法蘭。在這樣的實(shí)施例中，傳感器可靠近連接軸的外部安裝到變速器殼體并被配置為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)的變化而改變電信號(hào)?？刂破骺苫谒鲭娦盘?hào)確定變速器輸出扭矩。
[0007]在一些實(shí)施例中，所述連接軸可將變速器輸出軸結(jié)合到分動(dòng)器的輸入軸。在這樣的實(shí)施例中，可在連接軸的外部和分動(dòng)器的輸入軸之間包括磁隔離部。在這樣的實(shí)施例中，傳感器可靠近連接軸的外部安裝到分動(dòng)器殼體并被配置為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)的變化而改變電信號(hào)?？刂破骺苫谒鲭娦盘?hào)確定變速器輸出扭矩。
[0008]根據(jù)本公開(kāi)，提供一種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，包括:分動(dòng)器殼體，適于固定到變速器殼體；分動(dòng)器輸入軸，支撐為相對(duì)于所述分動(dòng)器殼體旋轉(zhuǎn);連接軸，具有外部和內(nèi)部，所述外部固定到所述分動(dòng)器輸入軸并具有外表面，所述外表面處理成產(chǎn)生隨所傳遞的扭矩的變化而變化的磁場(chǎng);所述內(nèi)部與所述外部軸向重疊并適于固定到變速器輸出軸，所述內(nèi)部和所述外部由周向間隙隔開(kāi)以引導(dǎo)扭矩從所述變速器輸出軸通過(guò)所述外表面。
[0009]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，所述連接軸的外部通過(guò)磁隔離部固定到所述分動(dòng)器輸入軸。
[0010]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例，所述動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)還包括傳感器，所述傳感器安裝到所述分動(dòng)器殼體并被配置為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)的變化而改變電信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是后輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2是四輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖3是示出了磁彈式輸出扭矩傳感器的安裝的變速器的后部和驅(qū)動(dòng)軸的前部的截面示意圖。
[0014]圖4是示出了磁彈式輸出扭矩傳感器的替代的安裝的變速器的后部和驅(qū)動(dòng)軸的前部的截面示意圖。
[0015]圖5是示出了磁彈式輸出扭矩傳感器的安裝的變速器的后部和分動(dòng)器的前部的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在此描述本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，將理解的是，公開(kāi)的實(shí)施例僅為示例，其他實(shí)施例可采用各種和替代的形式。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，可將參照任一附圖示出并描述的各種特征與在一個(gè)或更多個(gè)其他附圖中示出的特征相結(jié)合以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合為典型應(yīng)用提供代表性實(shí)施例。然而，與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和變型可期望用于特定應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?br>[0017]圖1示意性地示出了后輪驅(qū)動(dòng)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。以實(shí)線示出機(jī)械連接并以虛線表示傳送信息的信號(hào)。推進(jìn)車輛的功率由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10產(chǎn)生。這個(gè)功率由變速器12調(diào)節(jié)至滿足車輛需求并傳遞到后驅(qū)動(dòng)軸14。特別是，當(dāng)車輛處于低速時(shí)，變速器12減小轉(zhuǎn)速并使與由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率有關(guān)的扭矩倍增。當(dāng)車輛處于高速時(shí)，變速器12使驅(qū)動(dòng)軸14比發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)得快。后差速器16將來(lái)自驅(qū)動(dòng)軸14的動(dòng)力在分別驅(qū)動(dòng)左后車輪22和右后車輪24的左后車橋18和右后車橋20之間進(jìn)行分配。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，差速器16允許兩個(gè)車橋相對(duì)于彼此以稍微不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。差速器16還使驅(qū)動(dòng)軸扭矩以被稱為主減速比的固定比倍增并將旋轉(zhuǎn)軸線改變90度。左前車輪26和右前車輪28不被提供動(dòng)力。
[0018]變速器12通過(guò)選擇性地接合和分離若干換擋元件來(lái)建立具有不同傳動(dòng)比的多個(gè)動(dòng)力流動(dòng)路徑。在換擋事件期間，控制器30調(diào)節(jié)各個(gè)摩擦離合器的扭矩容量。對(duì)于一些類型的變速器(諸如雙離合變速器)，控制器30還持續(xù)地調(diào)節(jié)一個(gè)或更多個(gè)離合器的扭矩容量以使車輛從靜止位置起步?？刂破?0可使用來(lái)自變速器12(諸如輸入和輸出轉(zhuǎn)速和扭矩傳感器)的信號(hào)?？刂破?0還可向發(fā)動(dòng)機(jī)10發(fā)送控制信號(hào)用以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出。
[0019]圖2示意性地示出了四輪驅(qū)動(dòng)車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。分動(dòng)器32置于變速器12和驅(qū)動(dòng)軸14之間。分動(dòng)器32可將一部分動(dòng)力從后驅(qū)動(dòng)軸14轉(zhuǎn)移至前驅(qū)動(dòng)軸34。前差速器36將來(lái)自前驅(qū)動(dòng)軸34的動(dòng)力在分別驅(qū)動(dòng)左前車輪26和右前車輪28的左前車橋38和右前車橋40之間進(jìn)行分配。類似于后差速器16，前差速器36也使扭矩以固定的主減速比倍增并將旋轉(zhuǎn)軸線改變90度。
[°02°] 多種類型的分動(dòng)器是已知的。在扭矩隨選(TOD，torque-on_demand)分動(dòng)器中，變速器輸出軸被持續(xù)地結(jié)合到后驅(qū)動(dòng)軸14。主動(dòng)控制離合器通過(guò)軸線分動(dòng)齒輪或鏈條和鏈輪來(lái)選擇性地將變速器輸出可驅(qū)動(dòng)地連接到前驅(qū)動(dòng)軸34?？刂破?0可響應(yīng)于在后車輪處感測(cè)到牽引力損失或預(yù)期到牽引力損失來(lái)接合扭矩隨選離合器。在中央差速器式分動(dòng)器中，行星齒輪組將變速器輸出扭矩在前驅(qū)動(dòng)軸和后驅(qū)動(dòng)軸之間進(jìn)行分配同時(shí)允許一定的轉(zhuǎn)速差。這兩種類型的許多分動(dòng)器還設(shè)置駕駛員控制的耦合器，所述駕駛員控制的耦合器在接合時(shí)迫使前驅(qū)動(dòng)軸和后驅(qū)動(dòng)軸以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
[0021 ]在換擋事件期間變速器離合器的控制、在起步事件期間起步離合器的控制以及分動(dòng)器扭矩隨選離合器的控制都可通過(guò)使用變速器輸出扭矩的測(cè)量值來(lái)改善。在四輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(諸如圖2中示出的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng))中，可使用后驅(qū)動(dòng)軸扭矩的測(cè)量值來(lái)代替或補(bǔ)充變速器輸出扭矩的測(cè)量值。一種已知類型的扭矩傳感器是基于具有響應(yīng)于剪切應(yīng)變而改變的磁特性的材料的。當(dāng)軸傳遞扭矩時(shí)，所述軸的表面受剪切而偏轉(zhuǎn)。對(duì)于給定的軸幾何，表面剪切應(yīng)變與由所述軸傳遞的扭矩成比例。磁彈式扭矩傳感器(magneto-elastictorque sensor)產(chǎn)生響應(yīng)于磁場(chǎng)的變化而變化的電信號(hào)?？刂破骺赏ㄟ^(guò)處理所述電信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地確定所傳遞的扭矩。在美國(guó)專利6，698，299中描述了這種扭矩傳感器。
[0022]圖3示出了在后輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布局中安裝輸出軸扭矩傳感器的一種方式。變速器輸出軸50從變速器殼體52的后部突出。密封件54可阻止污物進(jìn)入殼體內(nèi)部?？赏ㄟ^(guò)軸承56相對(duì)于殼體支撐變速器輸出軸。輸出軸表面58的在變速器殼體之后的部分被處理成產(chǎn)生隨輸出軸扭矩的波動(dòng)而波動(dòng)的磁場(chǎng)。傳感器60靠近輸出軸的處理部分安裝到殼體52。使用軸承62來(lái)嚴(yán)密地控制所述傳感器和所述軸表面之間的間隙。密封件64防止污物進(jìn)入所述傳感器和所述軸表面之間的間隙。法蘭66在傳感器60之后花鍵連接到輸出軸50。萬(wàn)向節(jié)68通過(guò)螺栓70螺栓連接到所述法蘭以將驅(qū)動(dòng)軸14結(jié)合到輸出軸50。
[0023]圖3的方案有多個(gè)缺點(diǎn)。所述輸出軸必須被加長(zhǎng)以包含用于扭矩傳感的處理部分。對(duì)于現(xiàn)有的變速器設(shè)計(jì)，這需要重新設(shè)計(jì)輸出軸，而所述輸出軸是昂貴的部件。也可能有必要修改變速器殼體的設(shè)計(jì)以增加用于安裝所述傳感器60的配置。對(duì)于一些變速器傳動(dòng)裝置，輸出軸是長(zhǎng)部件，使得處理它以產(chǎn)生磁場(chǎng)的過(guò)程變得繁瑣。
[0024]圖4示出了用于在后輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中安裝輸出軸扭矩傳感器的改進(jìn)方案。圖3的輸出法蘭由包含輸出法蘭的中空的連接軸72代替。連接軸72在變速器殼體52之后花鍵連接到輸出軸50。連接軸72的外表面74被處理成產(chǎn)生基于所傳遞的扭矩而波動(dòng)的磁場(chǎng)，而不是處理輸出軸50的一部分。內(nèi)花鍵和處理的外部之間的周向間隙76引導(dǎo)傳遞的扭矩通過(guò)處理部分。間隙76可機(jī)加工到連接軸中?；蛘撸B接軸72可通過(guò)將具有花鍵的內(nèi)部焊接到外部處理部分來(lái)形成。傳感器60在處理部分的外側(cè)安裝于安裝到變速器殼體52的支架78上。例如，支架78可附著到被設(shè)計(jì)為用于安裝分動(dòng)器的凸臺(tái)。同樣的輸出軸50和殼體52可用于具有輸出扭矩傳感器的變速器變型并可用于不具有變速器扭矩傳感器的其它變型。與輸出扭矩傳感關(guān)聯(lián)的任何軸向長(zhǎng)度的增加被最小化。這個(gè)方案還可用于將扭矩傳感器安裝在分動(dòng)器的后驅(qū)動(dòng)軸上。
[0025]圖5示出了用于在四輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中安裝變速器輸出軸扭矩傳感器的方案。分動(dòng)器殼體80通過(guò)螺栓82被緊固到變速器殼體52。分動(dòng)器輸入軸84通過(guò)軸承86支撐在分動(dòng)器殼體80中。中空的連接軸88花鍵連接到變速器輸出軸50。連接軸88的外表面處理成產(chǎn)生基于傳遞的扭矩而波動(dòng)的磁場(chǎng)。在內(nèi)花鍵和處理的外部之間的周向間隙90引導(dǎo)傳遞的扭矩通過(guò)處理部分。連接軸88可通過(guò)機(jī)加工間隙90而形成或者可通過(guò)將具有花鍵的內(nèi)部焊接到外部處理部分來(lái)形成。傳感器60在處理部分的外側(cè)安裝到分動(dòng)器殼體80。磁隔離部92花鍵連接到分動(dòng)器輸入軸84和連接軸88兩者。分動(dòng)器中的扭矩隨選離合器可以被電磁致動(dòng)，其可在分動(dòng)器輸入軸84中產(chǎn)生磁場(chǎng)。隔離部92由非磁性材料(諸如不銹鋼)制成以防止分動(dòng)器輸入軸84中的任何磁場(chǎng)影響由連接軸88的處理部分產(chǎn)生的磁場(chǎng)。圖5的方案允許將與后輪驅(qū)動(dòng)變型相同的變速器輸出軸用于四輪驅(qū)動(dòng)變型，并且相對(duì)于沒(méi)有扭矩傳感器的變型不增加軸向長(zhǎng)度。
[0026]雖然上面描述了示例性實(shí)施例，但是并不意味著這些實(shí)施例描述了權(quán)利要求所涵蓋的所有可能的形式。說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)為描述性詞語(yǔ)而非限制，并且應(yīng)理解的是，在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，可作出各種改變。如之前所描述的，可組合各個(gè)實(shí)施例的特征以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進(jìn)一步的實(shí)施例。雖然各個(gè)實(shí)施例可能已被描述為提供優(yōu)點(diǎn)或在一個(gè)或更多個(gè)期望特性方面優(yōu)于其他實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，根據(jù)具體應(yīng)用和實(shí)施方式，一個(gè)或更多個(gè)特征或特性可被折衷，以實(shí)現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性。因此，被描述為在一個(gè)或更多個(gè)特性方面不如其他實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的實(shí)施例并不在本公開(kāi)的范圍之外，并且可以期望用于特定應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種中空的連接軸，包括: 內(nèi)部，具有適于固定到變速器軸的內(nèi)表面； 外部，與所述內(nèi)部同軸并軸向重疊并且具有外表面，所述外表面被處理成產(chǎn)生隨傳遞扭矩的變化而變化的磁場(chǎng)，所述內(nèi)部和所述外部由周向間隙隔開(kāi)以引導(dǎo)扭矩從所述變速器軸通過(guò)所述外表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接軸，其中，所述內(nèi)表面適于通過(guò)花鍵連接固定到所述變速器軸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接軸，還包括法蘭，所述法蘭固定到所述外部并限定適于固定驅(qū)動(dòng)軸的一系列的孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接軸，還包括磁隔離部，所述磁隔離部固定到所述外部并適于固定到分動(dòng)器軸。5.—種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，包括: 變速器殼體； 輸出軸，被支撐為相對(duì)于所述變速器殼體旋轉(zhuǎn)； 連接軸，通過(guò)花鍵連接到所述輸出軸，所述連接軸具有與所述花鍵軸向重疊并通過(guò)間隙與所述花鍵隔開(kāi)的外表面，所述外表面被處理成產(chǎn)生響應(yīng)于傳遞扭矩的變化而變化的磁場(chǎng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述連接軸限定適于固定到驅(qū)動(dòng)軸的法.~~.07.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，還包括傳感器，所述傳感器安裝到所述變速器殼體并被配置為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)的變化而改變電信號(hào)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，還包括分動(dòng)器，所述分動(dòng)器具有分動(dòng)器殼體和分動(dòng)器輸入軸，所述分動(dòng)器殼體固定到所述變速器殼體，所述分動(dòng)器輸入軸被支撐為相對(duì)于所述分動(dòng)器殼體旋轉(zhuǎn)并被固定為隨所述輸出軸旋轉(zhuǎn)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述分動(dòng)器輸入軸被固定為通過(guò)磁隔離部隨所述連接軸旋轉(zhuǎn)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，還包括傳感器，所述傳感器安裝到所述分動(dòng)器殼體并被配置為響應(yīng)于所述磁場(chǎng)的變化而改變電信號(hào)。
【文檔編號(hào)】F16H59/16GK105822759SQ201610041130
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日
【發(fā)明人】喬治·愛(ài)德華·布萊維克, 格雷戈里·丹尼爾·格萊斯基, 杰夫瑞·愛(ài)德華·毛瑞爾, 布魯斯·格蘭斯特倫, 藤井雄二
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司