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技术领域

本公开涉及自动变速器和分动器的领域。更具体地讲，本公开涉及变速 器输出扭矩传感器的安装。

背景技术

自动变速器通过选择性地接合和分离若干换挡元件来建立具有不同传动 比的多个动力流动路径。换挡元件包括摩擦离合器。控制器通过发送控制信 号来设定各个摩擦离合器的扭矩容量。例如，控制器可向螺线管发送脉宽调 制信号使得由螺线管施加的电磁力与脉宽成比例。螺线管可连接到阀体中的 阀芯使得阀体的特定通路中的液压压力与电磁力成比例。来自所述通路的流 体可流到离合器的活塞应用室，使活塞施加与流体压力相关的力。活塞力可 挤压隔离片之间的摩擦片以建立离合器的扭矩容量。或者，所述信号可通过 其它机制(诸如，使马达旋转，由此使活塞将力施加到离合器组件)来影响 扭矩容量。由于信号和离合器扭矩容量之间的间接的因果关系链，一些不可 预知的噪声因素可影响该关系。

当控制器确定需要传动比改变时，控制器可通过释放一个称作即将分离 元件的换挡元件并接合另一个称作即将接合元件的换挡元件来执行换挡。对 于使车辆乘员感觉平稳的换挡，重要的是即将接合元件的扭矩容量和即将分 离元件的扭矩容量相对于彼此以及相对于发动机扭矩是协调的。例如，如果 过早释放即将分离元件，则驱动轴扭矩将过度下降并且发动机转速将上升。 这种现象称为发动机爆发(engineflare)。另一方面，如果即将分离元件释放 得太迟，则两个换挡元件将彼此抵抗并且输出扭矩将过度下降。这种现象称 为绑定(tie-up)。

为了调节控制信号使得在存在未知噪声因素的情况下扭矩容量是适宜的， 控制器可使用反馈信号。例如，控制器可使用来自输入转速传感器和输出转 速传感器的信号来计算变速器的当前传动比。输入转速与输出转速之比不期 望的或过大的增加可指示发动机爆发。响应于这个信息，控制器可增加即将 接合换挡元件的扭矩容量。然而，一些错误(诸如绑定)不一定反映在传动 比上。此外，换挡元件扭矩容量中的错误显示为传动比的变化是需要时间的。 因此，最好是利用变速器输出扭矩的测量值来补充这个信息。

发明内容

一种动力传动系统包括适于将变速器输出轴结合到下游动力传动系统部 件的连接轴。所述连接轴包括内部和外部。所述内部适于(例如)通过花键 固定到变速器输出轴。所述外部与所述内部同轴并轴向重叠。所述外部的外 表面处理成产生随所传递的扭矩的变化而变化的磁场。所述内部和所述外部 由周向间隙隔开以引导扭矩从所述变速器轴通过所述外表面。

在一些实施例中，所述连接轴可将变速器输出轴直接地结合到驱动轴。 在这样的实施例中，所述连接轴可包括法兰，所述法兰固定到所述外部并具 有孔使得所述驱动轴可通过螺栓附连到所述法兰。在这样的实施例中，传感 器可靠近连接轴的外部安装到变速器壳体并被配置为响应于所述磁场的变化 而改变电信号。控制器可基于所述电信号确定变速器输出扭矩。

在一些实施例中，所述连接轴可将变速器输出轴结合到分动器的输入轴。 在这样的实施例中，可在连接轴的外部和分动器的输入轴之间包括磁隔离部。 在这样的实施例中，传感器可靠近连接轴的外部安装到分动器壳体并被配置 为响应于所述磁场的变化而改变电信号。控制器可基于所述电信号确定变速 器输出扭矩。

根据本公开，提供一种动力传动系统，包括：分动器壳体，适于固定到 变速器壳体；分动器输入轴，支撑为相对于所述分动器壳体旋转；连接轴， 具有外部和内部，所述外部固定到所述分动器输入轴并具有外表面，所述外 表面处理成产生随所传递的扭矩的变化而变化的磁场；所述内部与所述外部 轴向重叠并适于固定到变速器输出轴，所述内部和所述外部由周向间隙隔开 以引导扭矩从所述变速器输出轴通过所述外表面。

根据本公开的一个实施例，所述连接轴的外部通过磁隔离部固定到所述 分动器输入轴。

根据本公开的一个实施例，所述动力传动系统还包括传感器，所述传感 器安装到所述分动器壳体并被配置为响应于所述磁场的变化而改变电信号。

附图说明

图1是后轮驱动动力传动系统的示意图。

图2是四轮驱动动力传动系统的示意图。

图3是示出了磁弹式输出扭矩传感器的安装的变速器的后部和驱动轴的 前部的截面示意图。

图4是示出了磁弹式输出扭矩传感器的替代的安装的变速器的后部和驱 动轴的前部的截面示意图。

图5是示出了磁弹式输出扭矩传感器的安装的变速器的后部和分动器的 前部的截面示意图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，将理解的是，公开的实施例仅为示例， 其他实施例可采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最 小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细 节不应被解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的 代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，可将参照任一附图示出并描 述的各种特征与在一个或更多个其他附图中示出的特征相结合以产生未明确 示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然 而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可期望用于特定应用或实 施方式。

图1示意性地示出了后轮驱动车辆的动力传动系统。以实线示出机械连 接并以虚线表示传送信息的信号。推进车辆的功率由内燃发动机10产生。这 个功率由变速器12调节至满足车辆需求并传递到后驱动轴14。特别是，当 车辆处于低速时，变速器12减小转速并使与由发动机提供的功率有关的扭矩 倍增。当车辆处于高速时，变速器12使驱动轴14比发动机曲轴旋转得快。 后差速器16将来自驱动轴14的动力在分别驱动左后车轮22和右后车轮24 的左后车桥18和右后车桥20之间进行分配。当车辆转弯时，差速器16允许 两个车桥相对于彼此以稍微不同的转速旋转。差速器16还使驱动轴扭矩以被 称为主减速比的固定比倍增并将旋转轴线改变90度。左前车轮26和右前车 轮28不被提供动力。

变速器12通过选择性地接合和分离若干换挡元件来建立具有不同传动 比的多个动力流动路径。在换挡事件期间，控制器30调节各个摩擦离合器的 扭矩容量。对于一些类型的变速器(诸如双离合变速器)，控制器30还持续 地调节一个或更多个离合器的扭矩容量以使车辆从静止位置起步。控制器30 可使用来自变速器12(诸如输入和输出转速和扭矩传感器)的信号。控制器 30还可向发动机10发送控制信号用以调节发动机的扭矩输出。

图2示意性地示出了四轮驱动车辆动力传动系统。分动器32置于变速器 12和驱动轴14之间。分动器32可将一部分动力从后驱动轴14转移至前驱 动轴34。前差速器36将来自前驱动轴34的动力在分别驱动左前车轮26和 右前车轮28的左前车桥38和右前车桥40之间进行分配。类似于后差速器 16，前差速器36也使扭矩以固定的主减速比倍增并将旋转轴线改变90度。

多种类型的分动器是已知的。在扭矩随选(TOD，torque-on-demand)分 动器中，变速器输出轴被持续地结合到后驱动轴14。主动控制离合器通过轴 线分动齿轮或链条和链轮来选择性地将变速器输出可驱动地连接到前驱动轴 34。控制器30可响应于在后车轮处感测到牵引力损失或预期到牵引力损失来 接合扭矩随选离合器。在中央差速器式分动器中，行星齿轮组将变速器输出 扭矩在前驱动轴和后驱动轴之间进行分配同时允许一定的转速差。这两种类 型的许多分动器还设置驾驶员控制的耦合器，所述驾驶员控制的耦合器在接 合时迫使前驱动轴和后驱动轴以相同转速旋转。

在换挡事件期间变速器离合器的控制、在起步事件期间起步离合器的控 制以及分动器扭矩随选离合器的控制都可通过使用变速器输出扭矩的测量值 来改善。在四轮驱动动力传动系统(诸如图2中示出的动力传动系统)中， 可使用后驱动轴扭矩的测量值来代替或补充变速器输出扭矩的测量值。一种 已知类型的扭矩传感器是基于具有响应于剪切应变而改变的磁特性的材料的。 当轴传递扭矩时，所述轴的表面受剪切而偏转。对于给定的轴几何，表面剪 切应变与由所述轴传递的扭矩成比例。磁弹式扭矩传感器(magneto-elastic torquesensor)产生响应于磁场的变化而变化的电信号。控制器可通过处理所 述电信号来准确地确定所传递的扭矩。在美国专利6,698,299中描述了这种扭 矩传感器。

图3示出了在后轮驱动动力传动系统布局中安装输出轴扭矩传感器的一 种方式。变速器输出轴50从变速器壳体52的后部突出。密封件54可阻止污 物进入壳体内部。可通过轴承56相对于壳体支撑变速器输出轴。输出轴表面 58的在变速器壳体之后的部分被处理成产生随输出轴扭矩的波动而波动的磁 场。传感器60靠近输出轴的处理部分安装到壳体52。使用轴承62来严密地 控制所述传感器和所述轴表面之间的间隙。密封件64防止污物进入所述传感 器和所述轴表面之间的间隙。法兰66在传感器60之后花键连接到输出轴50。 万向节68通过螺栓70螺栓连接到所述法兰以将驱动轴14结合到输出轴50。

图3的方案有多个缺点。所述输出轴必须被加长以包含用于扭矩传感的 处理部分。对于现有的变速器设计，这需要重新设计输出轴，而所述输出轴 是昂贵的部件。也可能有必要修改变速器壳体的设计以增加用于安装所述传 感器60的配置。对于一些变速器传动装置，输出轴是长部件，使得处理它以 产生磁场的过程变得繁琐。

图4示出了用于在后轮驱动动力传动系统中安装输出轴扭矩传感器的改 进方案。图3的输出法兰由包含输出法兰的中空的连接轴72代替。连接轴 72在变速器壳体52之后花键连接到输出轴50。连接轴72的外表面74被处 理成产生基于所传递的扭矩而波动的磁场，而不是处理输出轴50的一部分。 内花键和处理的外部之间的周向间隙76引导传递的扭矩通过处理部分。间隙 76可机加工到连接轴中。或者，连接轴72可通过将具有花键的内部焊接到 外部处理部分来形成。传感器60在处理部分的外侧安装于安装到变速器壳体 52的支架78上。例如，支架78可附着到被设计为用于安装分动器的凸台。 同样的输出轴50和壳体52可用于具有输出扭矩传感器的变速器变型并可用 于不具有变速器扭矩传感器的其它变型。与输出扭矩传感关联的任何轴向长 度的增加被最小化。这个方案还可用于将扭矩传感器安装在分动器的后驱动 轴上。

图5示出了用于在四轮驱动动力传动系统中安装变速器输出轴扭矩传感 器的方案。分动器壳体80通过螺栓82被紧固到变速器壳体52。分动器输入 轴84通过轴承86支撑在分动器壳体80中。中空的连接轴88花键连接到变 速器输出轴50。连接轴88的外表面处理成产生基于传递的扭矩而波动的磁 场。在内花键和处理的外部之间的周向间隙90引导传递的扭矩通过处理部分。 连接轴88可通过机加工间隙90而形成或者可通过将具有花键的内部焊接到 外部处理部分来形成。传感器60在处理部分的外侧安装到分动器壳体80。 磁隔离部92花键连接到分动器输入轴84和连接轴88两者。分动器中的扭矩 随选离合器可以被电磁致动，其可在分动器输入轴84中产生磁场。隔离部 92由非磁性材料(诸如不锈钢)制成以防止分动器输入轴84中的任何磁场 影响由连接轴88的处理部分产生的磁场。图5的方案允许将与后轮驱动变型 相同的变速器输出轴用于四轮驱动变型，并且相对于没有扭矩传感器的变型 不增加轴向长度。

虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利 要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制， 并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。 如之前所描述的，可组合各个实施例的特征以形成本发明的可能未被明确描 述或示出的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已被描述为提供优点或在 一个或更多个期望特性方面优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领 域的普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特 征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性。因此，被描述为在一个或 更多个特性方面不如其他实施例或现有技术实施方式的实施例并不在本公开 的范围之外，并且可以期望用于特定应用。