扭矩监测系统和监测发动机扭矩的方法

摘要

一种容易地封装的扭矩监测系统为了用于发动机、传动装置或其它车辆控制器而精确地收集动力传动系统扭矩数据。该扭矩监测系统利用一个结构部件来使一驱动部件与一从动部件液压地连接。一个压力传感装置按操作关系与该结构部件中的一个流体室连接，该驱动部件通过该流体室而驱动该从动部件。该压力传感装置感知该室内的压力值。从该驱动部件传动到该从动部件的扭矩值与该感知的压力直接线性地有关。在一个实施例中，该压力传感装置是一种与该液压流体接触的表面声波传感器，它将一个传感器信号(即一个具有对应于感知的压力因而与对应于扭矩的信号)无线地中转到一控制器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据感知的压力而监测一传动系中的扭矩的系统。

发明背景

监测车辆传动系中的发动机扭矩能使发动机、传动装置和车辆控制器利用该信息来改变发动机输出、传动比以及电动机/发动机转速或扭矩(在混合式传动装置的情况下)。已知的扭矩监测系统有各种问题。例如，一种机械安装的应变仪由于需要使该应变仪与一控制信号接收器和控制器相互连接的电子线路而具有封装的问题。此外，用于感知扭矩的磁致伸缩技术具有显著的封装问题并可能费用太高。一种随扭矩的变化而变化的具有磁特性的磁致伸缩材料要求使用含镍的驱动线轴或其它传递扭矩的部件，它们从材料和处理观点看都是费用太高的。此外，一个传感部件如线刷的能中转该轴的磁变化的封装是困难的且需要附加的装配时间。

发明概要

一种容易封装的扭矩监测系统精确地收集动力传动系统扭矩数据，以便用于发动机、传动装置或共它车辆控制器。该扭矩监测系统利用一个结构部件来使一驱动部件与一从动部件形成液压连接。该结构部件形成一流体室的至少一部分。该驱动部件使该流体室增压而驱动该从动部件。由此该驱动部件的机械力转换为驱动该从动部件的液压力。一个压力传感装置按操作关系与该流体室中的流体连接。该压力传感装置感知该室中的压力值。从该驱动部件传递到该从动部件的扭矩值与感知的压力直接线性地相关。

在一个实施例中，该压力传感装置是一个与液压流体接触的表面声波传感器，该传感器将一传感器信号(即一个具有与感知的压力对应因而也与扭矩对应的值的信号)无线地中转到一个电子控制器。然后该控制器可以将该压力值转换为一个扭矩值并提供一个控制信号来调整传动装置、发动机或另一车辆部件的工作状况。该表面声波传感器可以是一个商售的无线的轮胎压力传感器。在另一实施例中，该压力传感装置是一个与该增压的流体室形成流体连接的压力调整阀。

该增压的流体室可以由一个与一从动部件连接的缸形结构部件形成，该从动部件例如是一个为了与一扭矩转换器涡轮机一起转动而被连接的板，此处称为支承板。该驱动部件可以是一个与一活塞连接的弯曲板，该活塞在该室内移动而通过液压压力将扭矩从该弯曲板传递到该支承板。

在另一实施例中，该增压的流体室可以由一连接在该驱动和从动部件之间的可弯曲的隔膜形成，该隔膜响应驱动部件的转动而弯曲，从而使包含在隔膜内部的流体增压而驱动该从动部件。

一种监测发动机扭矩的方法包括通过提供一个在它们之间的液压室而使第一和第二同轴的可转动部件液压地连接。该第一可转动部件由发动机驱动，而该第二可转动部件按操作关系与传动装置连接。该方法包括转动该第一可转动部件而由此通过在该液压室中形成的压力而可转动地驱动该第二可转动部件。该方法还包括感知该室中的压力值，并向一控制器中转一个代表该感知的压力的传感器信号。然后该传感器信号可以转换为一个发动机扭矩值，因为它们是直接而线性地相关的。根据该中转的传感器信号，可以调整该发动机或传动装置或其它车辆部件的一个工作状况。

联系附图阅读下列实施本发明的最佳方案的详细描述，可以容易地清楚本发明的上述特点和优点与其它特点和优点。

附图简述

图1是利用本发明的扭矩监测系统的第一实施例的一种车辆传动系的示意的局部的部分截面侧视图(截面取自图2中示出的箭头处)；

图2是图1的扭矩监测系统的示意的局部前视图(相对于图1顺时针转动90度)；

图3是图1和2的有一活塞和缸配置的扭矩监测系统的示意的局部的部分截面图；

图4是可以用于图1的车辆驱动系中的扭矩监测系统的第二实施例的示意的局部的部分截面图；

图5是扭矩监测系统的第三实施例的示意的局部的部分截面图；以及

图6是一种利用图5中扭矩监测系统的驱动系的示意的截面侧视图。

优选实施例的描述

参照附图，其中相同的标号指相同的部件，图1中示出车辆的传动系10。传动系10包括经扭矩监测系统14连接到扭矩转换器16的发动机12和传动装置18。图1中仅示出传动系10的上半部(即转动轴线C上方的部分)。

发动机12驱动发动机输出轴20，轴20经螺栓22拧紧在弯曲板24上。螺栓22装入弯曲板24中的螺栓孔23内。图中仅示出一个螺栓22和孔23。但是，发动机输出轴20和弯曲板24环绕转动轴线C并有围绕它分布的其它螺栓22和孔23。弯曲板24在这里也称为第一可转动部件或驱动部件。起动器齿轮26配置在弯曲板24的外周边上，并通过一个起动器电动机(未示出)供给动力而起动发动机12。

弯曲板24是扭矩监测系统14的一部分。扭矩监测系统14还包括结构部件28和支承板30。支承板30与弯曲板24同轴，它通常是环状的，也环绕转动轴线C。结构部件2 8连接在弯曲板24和支承板30之间。支承板30在这里也称为第二可转动部件或驱动部件。支承板30经螺栓32连接在扭矩转换器座体34上。扭矩转换器16包括扭矩转换器座体34、泵部分42、涡轮机部分44、起动器部分46和扭矩转换器输出部件48。扭矩转换器座体24围绕扭矩转换器14的泵部分42并按操作关系与泵部分42连接，以便与其一起转动。扭矩转换器16的操作在该技术中是已知的。支承板30通过结构部件28由于弯曲板24的转动而被可以转动地驱动，这将在下面说明。扭矩监测系统14还包括一个压力传感装置40，在图1所示的实施例中，装置40最好是一个无线的表面声波传感器。该传感器可以买到，并用于(例如)感知轮胎压力。支承板30的转动使扭矩转换器16的泵部分42转动，这产生一种流体偶合而驱动涡轮机部分44。定子部分46沿轴向定中心于泵部分42和涡轮机部分44之间。泵部分42和涡轮机部分44之间的流体偶合驱动连接于其上的扭矩转换器输出部件48。

传动装置输入轴50刻出键槽或以其它方式连接，用以与扭矩转换器输出部件48一起转动。由此，发动机12通过扭矩监测系统14和扭矩转换器16而驱动传动装置18。传动装置阀体54包含多个受电子控制器56控制的液压阀，以控制扭矩传递机构如传动装置18内的离合器和制动器，这在该技术中是已知的。控制器56可以接收从各种部件如发动机12和传动装置18来的无线的或电子传感器的信号。此外，控制器56可以中转控制信号到传动装置18(即通过阀体54)或到发动机12，例如，一个控制信号可以从控制器56沿控制信号线58中转到发动机12。应当理解，对发动机12或传动装置18可以使用分开的控制器，或者单独一个控制器可以控制两者的功能。控制器也可以与相应的发动机和传动装置进行无线连接。

现在相对于图2和3的实施例描述图1的扭矩监测系统14的操作。弯曲板24有一个在其中形成的、机加工的或用其它方式提供的孔或窗60。孔或窗60也示于图1。如图1中所示，支承板30沿轴向靠近弯曲板24。通过图2的窗60可以看到支承板30的一部分。结构部件28支承在支承板30的延长部62上。结构部件28形成一个包含液压流体74的室64。弯曲板24的延长部66形成或支承一个可在室64中滑动的活塞68。结构部件28连同其充满流体的室64、活塞68和延长部62和66沿窗60内的半径R在弯曲板24和支承板30之间产生一种液压连接。如图3中可以更清楚地看到的，一个无线的传感器40支承在结构部件28中的孔72内，使得传感器40接触室64内包含的流体74。因此，安装无线的传感器40能感知液压传递的扭矩。在车辆动力传动系统的扭矩路径中机械地安装一个表面声波扭矩传感器也即一个安装成感知刚性结构部件内的扭矩的扭矩传感器，将对在该部件的多个平面中起作用的各种值的扭矩很敏感，因而不能很好地适合于动力传动系统或车辆控制。通过隔开在弯曲板24和支承板30之间的沿该液压连接的扭矩，可以避免该问题。密封环76防止流体74在结构部件28和活塞68之间的泄漏。

当发动机12驱动发动机输出部件20而可以转动地驱动弯曲板24(全示于图1中)时，弯曲板24通过由扭矩监测系统14形成的液压连接而驱动支承板30。明确地说，图2中弯曲板24的顺时针转动将使活塞68对液压室64内的流体74增压而在缸形结构28的内表面上产生一个力。这将也能沿顺时针方向驱动支承板30。因为支承板30用螺栓连接在扭矩转换器座体34(示于图1)上，所以支承板30将可以转动地驱动扭矩转换器的泵部分42，由此驱动涡轮机部分44和传动装置18。发动机输出轴20、弯曲板24、支承板30、扭矩转换器座体34、泵部分42、涡轮机部分44、扭矩转换器输出部件48和传动装置输入轴50全都围绕转动轴线转动。

压力传感装置40与流体74接触。如上所述，压力传感装置40最好是一个表面声波传感器，如该技术中已知的，该传感器传递一个对应于感知的流体压力值的无线信号。这样的无线的表面声波压力传感器用于车辆轮胎中以监测轮胎压力。再参照图1，表面声波传感器40传递一个被控制器56接收的无线的传感器信号。控制器56包含一个处理器，该处理器编制程序而按照储存的算法将该指示压力值的传感器信号转换为相应的扭矩值。如该技术的专业人员理解的，通过发动机输出部件20传递的发动机扭矩在从发动机输出部件20的转动轴线C测量的有效半径处形成一个力。该力作用于缸形结构部件28的有效面积上。如该技术中已知的，该力的大小等于发动机扭矩除以半径R。该有效面积为垂直于该力的平面中的截面积。该力在室64内形成一个等于该力除以有效面积的压力。因此该力正比于发动机扭矩。通过将感知的压力值中转到控制器56，压力传感装置40能使控制器56按照储存的算法和响应该感知的压力的程序而改变工作状况。例如，该控制器可以改变发动机阀门升程的程度而影响发动机动力和扭矩，或者可以通过选择地啮合一个扭矩传递机构或在混合式传动装置的情况下通过控制电动机/发电机的转速而改变传动比。因为扭矩监测系统14使感知的压力能够与发动机扭矩线性有关，所以扭矩监测系统14能够根据扭矩值来进行控制。

参照图4，一个替代实施例的扭矩监测系统14’包括一个有一可弯曲的隔膜结构的替代的结构部件28’。该可弯曲的隔膜28’可以是一种类似于制动助力器隔膜的弹性体材料。可弯曲的隔膜28’的第一和第二半部80和82可以相对地移动。因此，当弯曲板24’转动时，可弯曲的隔膜28’弯曲而使弯曲板24’的法兰部分66’向着支承板30’的法兰部分62’移动，从而增大分别被隔膜28’的第一和第二半部80和82包围的室64’内的流体压力。压力传感装置40通过可弯曲的隔膜28’的第二半部82而支承在孔83内，允许传感器40的一部分接触流体74’而监测其压力。像图2的扭矩监测系统14一样，由可弯曲的隔膜28’形成的液压连接允许弯曲板24’可转动地驱动支承板30’。

参照图5和6，图示扭矩监测系统14”的第二替代实施例。扭矩监测系统14”利用液压部件来监测压力。像图1-3的实施例一样，弯曲板24”有一形成活塞68”的延长部66”，活塞68”可在由支承板30”的延长部62”形成或支承的缸形壁的结构部件28”内移动。支承板30”用螺栓拧在扭矩转换器座体34”上，而弯曲板24”用图1实施例中的发动机输出轴连接。活塞68”的移动使室64”中的流体增压。通过与传动装置输入轴50”中的液压通道86成流体连通的支承板30”和扭矩转换器座体34”(见图6)而形成一个液压通道84。座体34”的一部分沿径向向内向着轴50”伸出。液压通道86转而通过传动装置18”的传动装置座体结构90与流动通道88成流体连通。传动装置座体结构90可以是传动装置18”的中心支承部件或外壳，或者是能够有一通过其间的通道的任何传动部件。或者是，可能利用可弯曲的管道而不是利用通道来形成所要的流体连通。增压的流体通道88与阀体54”中包含的压力调节阀92成流体连通。可以利用替代的通道来将流体从室64”引导到压力调节阀92。该技术的专业人员将容易理解压力调节阀的操作而完成压力值与已知管线压力值的比较并产生一相应的传感器信号。液压管线或系统压力94以及电力96供应到压力调节阀92上，后者然后将从通道98提供的压力与已知的管线压力94进行比较，从而提供一个正比于感知的压力值的控制信号98。传感器信号98可以中转到电子控制器56”，后者然后可以无线地或用其它方式与发动机12和传动装置18”连接而根据感知的压力值控制其工作状况。

参照图1-5描述的结构，一种监测发动机扭矩的方法包括用液压方法连接第一和第二可同轴转动的部件。也就是，弯曲板24和支承板30通过在其间提供的封闭的流体室64而液压地连接。可以像图1-3的实施例中与图5和6的实施例中那样可以使用一种活塞和缸形结构部件的设计。或者是，可以利用图4的实施例的可弯曲的隔膜83。弯曲板24的第一可转动部件受发动机12驱动，而第二可转动部件或支承板30按操作关系与传动装置18连接。该方法包括转动第一可转动部件或弯曲板28而由此通过从弯曲板28的转动形成的液压室64中的压力而转动第二可转动部件或支承板30。该方法还包括感知室64内的液压压力。对于感知步骤利用一个压力感知装置如图5和6的实施例中的无线的表面声波传感器40或液压压力调节阀92。该方法还包括将一个对应于感知的压力的信号中转到电子控制器56(或图和6的实施例中的56”)。如果利用一个压力调节阀如图6的阀92，中转就可以通过提供与压力调节阀92连通的流体连接的通道84、86、88而完成。

该方法还包括将感知的压力转换为发动机扭矩值。任选地，一种在控制器5 6内储存的算法将压力值(或与压力值相关的传感器信号)转换为一个相应的扭矩值。然后控制器56根据相应的扭矩值而计算一个控制信号。然后该控制信号中转到发动机12、传动装置18或任何其它车辆部件而根据感知的压力值和相应的发动机扭矩来完成调整一个工作状况(如发动机转速或传动比)的步骤。

虽然已详细描述了实施本发明的最佳方案，但与本发明有关的该技术的专业人员将认识到，实施本发明的各种替代的设计和实施例都在附属的权利要求书的范围内。