專利名稱：柔性驅(qū)動耦合板中的扭矩測量的制作方法
柔性驅(qū)動耦合板中的扭矩測量本發(fā)明涉及一種包括柔性驅(qū)動耦合板的驅(qū)動耦合組件，更特別地涉及包括 用于觀懂艦耦合板傳遞的扭矩的傳麟的該組件。用于機動車的現(xiàn)代內(nèi)燃機，其利用基于測力計派生數(shù)據(jù)的發(fā)動機管理系統(tǒng)以輸出由相對少量的測試發(fā)送機測得的扭矩。這種方法不能解釋批量生產(chǎn)發(fā)動 機的性能差異，無論是在制造公差還是4OT壽命上，因此不是最理想的。發(fā)動機扭矩輸出是基于多個變量的，包括,中轉(zhuǎn)數(shù)、點火提前、氣流、 燃油流、氣壓及環(huán)境溫度。在現(xiàn)代機動車中， 一些或者所有這些變量都是被連 續(xù)測得的，且與存儲在發(fā)動機控制單元(ECU)中的多維存儲映像表結(jié)合使用 來預(yù)測扭矩。實際的發(fā)動機輸出扭矩^I31改變氣流、Mfe流及點火提前來控制的，以 適應(yīng)驅(qū)動器的需要，即加速器踏板的位置，及根據(jù)環(huán)境溫度和壓力條件。可以確定發(fā)動機管理映j綠以最小化腿as/鵬氣排放量或，比如在賽車中，最大化扭矩滅動力。原則上，內(nèi)燃機可被認為是"扭矩泵"。在控制工程的學(xué)科內(nèi)，通常認為其 中控制一個裝置輸出的最有效和精確的方式之一^t接測量關(guān)心的輸出變量且 使用它作為閉環(huán)控制系統(tǒng)中的實時負反饋信號。因為機動車內(nèi)燃機的主要輸出 是扭矩，貝鵬扭矩傳sn放置于離發(fā)動機輸出盡可能近的地方，即曲軸的后部， 來提供用于提高發(fā)動機控制的理想途徑。精確實時的扭矩測量的另外一個優(yōu)勢是在自動傳動裝置的控制中，如果齒 輪比變換發(fā)生在零扭矩或者其他控制扭矩值，則可以提高齒輪變換的平滑度或 者速度。在發(fā)動機輸出處直接觀懂扭矩的能力會弓胞在該應(yīng)用方面的顯著進步。在歷史上，直接觀懂動力傳動系中的扭矩主要受限于使用像這種技術(shù)手段的發(fā)動機研究及發(fā)展-用于測量發(fā)動機或者發(fā)動機+傳動，扭矩輸出的制動測力計。該方法基 于儀器的帶寬有效地在一個時間段內(nèi)平均了扭矩輸出。然而，因為分布于動力 傳動系的旋轉(zhuǎn)慣性，該技術(shù)不能在曲軸輸出端上產(chǎn)生發(fā)動機的瞬時扭矩輸出。
-應(yīng)變計量扭矩單元常規(guī)地用于研發(fā)應(yīng)用中。然而它們對于用于客戶機動車 來說太昂貴。它們也需要滑環(huán)式系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)的動力傳動系及靜止的底盤或者裝 置之間傳遞動力及信號。畫磁致彈性扭矩傳SI已應(yīng)用于i力驗車輛及一些賽車。它們可適用于安裝軸及典型地需要20-50mm長度的軸來安裝。這樣的空間在制造動力傳動系時是非 常寶貴的且可能在包含自動傳動裝置的系統(tǒng)中不能利用。此外，磁致彈性傳感 器易受雜散磁場的影響，雜散磁場在制造機動車中由于多元的馬達和電磁閥而產(chǎn)生。在裝有自動動力傳動系的自動傳動裝置中，發(fā)動機輸出從曲軸后部的栓接 法蘭經(jīng)過柔性剛盤(柔性板)，通過位于更大半徑的第二組栓接連接件(典型 地3或者4個)傳,扭矩轉(zhuǎn)換器。柔性板也繞著其外周承載起動環(huán)齒輪。由發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩通過在盤材料內(nèi)形成切應(yīng)變傳遞，原則上可以應(yīng)用至 少一對線性應(yīng)變傳感器以與從柔性板的中心輻射線+A45。夾角的方向來感測。這種在基本岡啦盤組件測量扭矩的方法對于傳感器設(shè)計的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是 可以理解的且在DE4208522中公開。然而，比如柔性板的柔性盤耦合部件在其正常使用中潛在地受到三個力作 用，且其中兩個力偶和所需力偶(即平面扭矩)是彼此分離的，并且這些外部 載荷會降低4頓安裝于盤的應(yīng)變傳感器進行扭矩觀懂的精度。根據(jù)本發(fā)明，提供一種驅(qū)動耦合系統(tǒng)，包括至少一個可驅(qū)動耦合于柔性盤 耦合部件的軸以從軸傳遞驅(qū)動，盤耦合部件具有形成于其上的多個周向分布的 軸通 L，以在每一對相鄰的孔之間限定徑向伸展幅板(web)，從盤耦合部^H申 展以可驅(qū)動地將其與外部部件連接的多個周向分布的軸向緊固孔，及用于測得 所述盤耦合部件上的切應(yīng)變域的應(yīng)變傳感器，其中所述應(yīng)變傳感器安裝于形成 在幅板之一的軸向表面中的埋頭凹口中，這樣使得傳感器至少,盤耦合部件 的局部中性軸。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動耦合系統(tǒng)具有這樣的優(yōu)勢將^S專感器定位于盤耦合 組件的局部中性軸，使得由于作用于耦合部件的平面外的力偶弓l起的疊加巻刃 應(yīng)變最小化。{ 地，多個周向延伸槽形成于盤耦合部件的每個緊固孔和盤耦合部件的 外緣之間。這些周向延伸槽在很大程度上吸收平面外力偶且調(diào)整耦合部件的軸 向柔量，因此提高了傳感器的測量精度。在提供精確的扭矩測量及阻止不需要的信號，同時保持初始設(shè)計的軸向柔 敲非接觸感測能力時，涉及至哆個技術(shù)1 )為了得到一定水平的軸向柔量而設(shè)計的驅(qū)動耦合板上的孔的分布被修 改，以產(chǎn)生少量的(基本為3個或者4個)幅板來集中切應(yīng)變。2)測量傳感器的作用面被置于驅(qū)動耦合板的局部中性軸，因此使得由于作 用于驅(qū)動耦合板的平面外的力偶弓胞的疊加巻刃應(yīng)變最小化。3 )測量傳 或者傳 1皮對稱地放置于幅板上以最小化由于扭曲及作用 于驅(qū)動耦合板的平面外的力偶引起的應(yīng)變。4) 在扭矩轉(zhuǎn)換器的緊固孔與起動環(huán)之間引入解耦槽，以在很大禾，上吸收 平面外力偶及調(diào)整軸向柔量。5) 可以增加驅(qū)動耦合板的厚度，及減少幅板的寬度，以在保持所需切應(yīng)變(貫穿厚度分布)的同時減少巻刃應(yīng)變(在表面最大化)，且物理分離這些應(yīng)變組件及調(diào)整軸向柔量。6) 提高驅(qū)動耦合板的平，來最小化由于將驅(qū)動耦合板夾緊至曲軸法蘭弓I起的應(yīng)變。7) 減小厚度公差來最小化在基本為傳S^體的驅(qū)動耦合板的敏感度方面的8) 重新規(guī)定材料來保證足夠高的彈性限度，以使得傳感器的性能是線性的 且不存在滯后。9) j頓的扭矩傳感器是表面聲波(SAW)裝置，其以非接觸的方式通信(不 需要滑環(huán))，且在驅(qū)動耦合板上不需要有源元件(無單獨的電源)。優(yōu)選地，提供三個或者四個貫通孔，相應(yīng)地形成三個或者四個軸向幅板。 在特別i腿的實施例中，貫通孔和緊固孑L等距分布于普通耦合板上。 地，所述或^應(yīng)變傳自是表面聲波(SAW)裝置，以非接觸方式 通信，且在耦合部件上不需要有源元件。所述或WM專感器^^t稱地位于其相應(yīng)的幅板上，特別地，位于辯由向 中心線上。以這種方式，非對稱效應(yīng)，比如由作用于耦合部件平面外的力偶產(chǎn) 生的扭曲弓胞的應(yīng)變將進一步最小化。幅板優(yōu)選為窄的以進一步解耦來自撓曲的傳感器輸出，該撓曲由不需要的 ifc^t也，該耦合部件為柔性板。有利地，每個孔包括一對關(guān)于孔的徑向中心線對稱的翼?？走M一步優(yōu)選地 對稱分布于耦合部件的周圍，緊固孔也如此。為了更好地理解本發(fā)明，參考附圖，ffi51實例來描述本發(fā)明的一個實施例， 其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的柔性板的前視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的柔性板的前視亂圖3的圖表示出了傳統(tǒng)柔性板的有限元分析結(jié)果；以及圖4的圖悉示出了根據(jù)本發(fā)明的柔性板的相應(yīng)的有限元分析結(jié)果。首先參考圖l，示出了形成驅(qū)動耦合組件一部分的柔性板l。該柔性板l為環(huán)狀部件，其包含環(huán)繞著,板的內(nèi)周邊緣3的第一內(nèi)徑分布的第一組多個緊 固孔2，用于可驅(qū)動地將柔性板l耦合至耦合于曲軸(未示出)末端的法蘭。第 二組四個緊固孔4環(huán)繞著ll^柔性板1的外周邊緣5的第二半徑分布，且起動 環(huán)齒輪6形，柔性板1的外周邊緣5，使用該起動環(huán)齒輪，起動發(fā)動機(未示 出)的齒輪嚙合以旋轉(zhuǎn)曲軸。柔性板1進一步包含多個貫通孔8 (在圖解實施例中為四個)，貫通孔環(huán)繞 柔性板在第一和第二半徑中間的普通半^Jl等角分布，且被四個徑向伸展幅板9 隔開。每個 L 8關(guān)于沿著柔性板1的半徑延伸的中心線鏡像對稱，且是具有在 中心線的任意一邊延伸的翼部8a、 8b的蝴蝶狀。第二組4個緊固孔4的每個都 與孔8中之一相關(guān)聯(lián)，位于沿著相關(guān)聯(lián)的孔8的中心線延伸的柔性板1的半徑 上。周向延伸貫通槽10形成于柔性板1中，徑向分布于針孔8及其相關(guān)聯(lián)的 第二緊固孔4的外向，^槽10在半徑的兩iW稱地延伸，其fflil相關(guān)聯(lián)的孔 8的中心線延伸，這樣緊固孔4形成于解耦彎曲部12上。埋頭孔口面(spotface) 13形成于至少一個幅板9中(在圖解實施例中在所 有四個幅板9中)，在靠近柔性板1的內(nèi)周邊緣的中心線上，其中安裝有用于 測量幅板中的應(yīng)變的SAW傳感器，由此可以計算出通過柔性板1傳遞的扭矩。 所述或每個孔口面13充分延伸至幅板厚度的一半以便SAW傳li^[立于柔性板 中性軸的平面內(nèi)。圖2示出本發(fā)明的與第一實施例相似的第二實施例，不同之處在于，僅提
供形成三個徑向幅板19的三個孔18，提供三個槽20及三個外周緊固孔14，其 每個與每個孔18相關(guān)聯(lián)。相應(yīng)地，同第一實施例的四向旋轉(zhuǎn)對稱相比，第二實 施例的柔性板具有三向旋轉(zhuǎn)對稱。盡管周向槽IO、 20有利地提高了傳感器的測量精度，但是它們的存在對本 發(fā)明的實施來說不是必須的，且即使它們不存在，相對于傳統(tǒng)的系統(tǒng)來說仍然 可以獲得顯著的提高。圖3及圖4圖解地示出了本發(fā)明提供的測量靈敏度和精度的提高。圖3示 出了傳統(tǒng)柔性板的有限元分析結(jié)果，解釋了由于^從柔性板中心的63mm與 lllmm之間的徑向線的發(fā)動機'扭矩"弓胞的切應(yīng)變分布(右手軸)，及解釋了 沿著相同徑向線的"由于軸向和側(cè)向載荷及平面外矩弓胞的不需要的切應(yīng)變'的 分布(左手軸)，但是表達為"由發(fā)動機扭矩弓胞的所需切應(yīng)變'的十進制分數(shù)。對比地，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的柔性板的相應(yīng)分析結(jié)果，解釋了由于沿 著從柔性板中心的84mm與100mm之間的徑向線的發(fā)動機'扭矩'弓l起的切應(yīng)變 分布(右手軸)，及解釋了沿著相同徑向線盼'由于軸向和側(cè)向載荷及平面外矩 引起的不需要的切應(yīng)變'的分布(左手軸)，再次表達為"由扭矩引起的所需切 應(yīng)變'的十進制分數(shù)。從這兩幅圖的比較可以看出，本發(fā)明的系統(tǒng)大大地減小了不需要的切應(yīng)變 和所需切應(yīng)變的比率，且也提供了附加的益處，即提供不需要的切應(yīng)變的更平 坦區(qū)域，使得傳感器的放置相比較傳統(tǒng)的系統(tǒng)來說少了些苛求。
權(quán)利要求
1. 一種驅(qū)動耦合系統(tǒng)，包括至少一個可驅(qū)動耦合于柔性盤耦合部件(1)的軸，以從軸傳遞驅(qū)動，盤耦合部件(1)具有形成于其上的多個周向分布的軸通孔(8)，以在每一對相鄰的孔(8)之間限定徑向伸展幅板(9)，從盤耦合部件(1)伸展以可驅(qū)動地將其與外部部件連接的多個周向分布的軸向緊固孔(4)，及用于測得所述盤耦合部件(1)上的切應(yīng)變域的應(yīng)變傳感器，其中所述應(yīng)變傳感器安裝于形成在幅板(9)之一的軸向表面中的埋頭凹口(13)中，從而使得傳感器至少靠近盤耦合部件(1)的局部中性軸。
2. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動耦合系統(tǒng)，其特征在于，還包括形成于位于每 個緊固孔(4)與盤耦合部件(1)的外邊緣(5)之間的盤耦合部件(1)中的 多個周向延伸槽(10)。
3. 如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動耦合系統(tǒng)，其特征在于，每個緊固孔(4)徑 向位于所M L (8)之一與所述周向延伸槽(1)之一之間。
4. 如戰(zhàn)權(quán)禾腰求任一項所述的驅(qū)動耦合系統(tǒng)，其特征在于，齡埋頭凹 口 (13)下沉至U—定深度，這樣使l^專感器大致位于盤耦合部件(1)的局部中 性軸上。
5. 如戰(zhàn)權(quán)利要求任一項所述的驅(qū)動耦合系統(tǒng)，其特征在于，僅提供相應(yīng) 地形成三個或者四個徑向幅板(9)的三個或者四個通孔(8)。
6. 如上述權(quán)利要求任一項所述的驅(qū)動耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述或* 應(yīng)變傳繊為表面聲波(SAW)驢，以非接觸方式通信，并且在耦合部件上 不需要有源元件。
7. 如Jl^權(quán)利要求任一項所述的驅(qū)動耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述或^ 傳感器對稱地位于其關(guān)聯(lián)的幅板(9)上。
8. 如權(quán)禾腰求7所述的驅(qū)動耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述或針傳S^立 于其關(guān)聯(lián)的幅板(9)的徑向中心線上。
全文摘要
一種驅(qū)動耦合系統(tǒng)，包括至少一個可驅(qū)動耦合于柔性盤耦合部件(1)的軸，以從軸傳遞驅(qū)動。盤耦合部件(1)具有形成于其上的多個周向分布的軸通孔(8)，以在每一對相鄰的孔(8)之間限定徑向伸展幅板(9)。多個周向分布的軸向緊固孔(4)從盤耦合部件(1)伸展以可驅(qū)動地將其與外部部件連接，以及多個周向延伸槽(10)形成于位于每個緊固孔(4)與盤耦合部件(1)的外邊緣(5)之間的盤耦合部件(1)中。用于測量盤耦合部件(1)上的切應(yīng)變域的應(yīng)變傳感器安裝于形成在幅板(9)之一的軸向表面中的埋頭凹口(13)中，從而使得傳感器位于盤耦合部件(1)的局部中性軸。
文檔編號G01L3/14GK101400978SQ200780008876
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者R·D·羅爾 申請人:傳感技術(shù)有限公司