在自动变速器中的摩擦元件负荷传感的制作方法

专利名称：在自动变速器中的摩擦元件负荷传感的制作方法
技术领域：
本发明涉及负荷传感器组件，其用于测量通过自动变速器的扭矩产生元件传递的 扭矩量。该组件包括安装在变速器壳体上的芯和安装在该芯上并设置成紧靠该扭矩产生元 件的一部分的负荷传感器，因而通过该扭矩产生元件传递的扭矩量的一部分通过负荷传感 器并且被负荷传感器组件测量。优选地，电缆连接于负荷传感器，以用于将表示该扭矩量的 信号传输到变速器控制器。盖或套筒在该芯和传感器上延伸。在优选实施例中，扭矩产生元件是多盘摩擦元件，包括端片(endplate)和在变速器 箱和端片之间的花键轴连接器。该连接器具有齿，该齿从变速器箱延伸并且与从该端片延伸 的齿合作。该负荷传感器组件安装在变速器壳体上并且在一个花键齿通常设置的位置上，该 变速器壳体在从该端片延伸的两个花键轴齿之间。优选地，该芯用金属制造，而套筒用橡胶、 塑料和金属中的一种制造。传感器可以具有若干种不同的配置。在一种配置中，销固定到端 片并且负荷传感器放置成紧靠该销。在另一种配置中，力传感器是设置在薄膜上的负荷敏感 弹性体，而芯是摩擦元件片的齿。这种薄膜力传感器的示例可以在美国专利6，272，936中找 至IJ，该专利结合于此供参考。在又一个实施例中，该芯是牢固地固定于变速器箱的金属横杆， 而负荷传感器是应力传感器，其测量由扭矩引起的在该横杆上的应力的量。在另一个实施例中，扭矩产生元件是包括固定支架和带式制动器条的带式制动 器。该芯可以以多种方式接合该条。在一种配置中，带式制动器条具有从其延伸的块体，而 所述芯通过变速器壳体并与该块体接合。负荷传感器设置在该芯和块体之间。在另一种配 置中，该带式制动器条具有从其延伸的、通过在该条中冲孔形成的钩子。该芯通过变速器壳 体并且接合该钩子，而负荷传感器设置在该芯和钩子之间。在又一种配置中，该固定支架具 有从其延伸的销。该芯通过变速器壳体并接合该销。负荷传感器设置在该芯和销之间。优 选地，垫块位于该负荷传感器和该盖子之间。在再一个实施例中，扭矩产生元件是包括固定支架和带式制动器条的带式制动器，而所述芯是固定销，其不需要具有安装在变速器壳体上的盖子。该固定销延伸到变速器箱的外面并且接合固定支架。负荷传感器安装在该固定销和变速器箱之间，因而扭矩被传 输给带式条，推动固定销并且被负荷传感器感测。优选地，垫块位于负荷传感器和固定销之 间。该芯包括安装在变速器箱中的固定销。芯延伸到变速器箱的外面并且连接于固定支 杆，该支杆又接合固定支架。负荷传感器安装在固定销和变速器箱之间。扭矩被传输给带 式条，其中该带式条推动固定支杆和销，其中扭矩被负荷传感器感测。优选地，变速器壳体 包括用于支撑固定销的孔。螺母安装在该孔的一端中并且将固定销固定于该壳体。插头和 支撑件位于该螺母和固定销之间。用这种设置，可以直接测量通过变速器的摩擦元件的扭 矩并且可以减小换档冲击和发动机爆发。根据另一方面，提供一种测量自动变速器中的扭矩的方法。该方法包括用安装在 扭矩产生元件上的传感器测量通过变速器的扭矩产生元件传输的扭矩的一部分；和将表示 该扭矩的信号发送给控制器，该控制器用来控制变速器中的传动比换档变化。在一个实施 例中，该方法还包括自动校准传感器的输出和实际负荷水平之间的传递函数。本发明的其他目的、特征和优点从下面对优选实施例的详细描述连同附图一起将 变得更清楚，其中在多个附图中相同的附图标记指的是对应的零部件。


图1是根据现有技术的自动变速器系统的齿轮配置的示意图；图2是示出了离合器和制动器摩擦元件接合和释放模式的图表，该图表用于产生 用于图1中示意性地示出的变速器的六个前进传动比和一个倒档传动比中的每一个；图3是用于图1的现有技术的自动变速器系统从低速档配置到高速档配置的同步 的摩擦元件对摩擦元件升档事件的一般过程的曲线图。图4是从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档事件一般 过程的曲线图，其中与图3所示的情况相比离去的摩擦元件被过早地释放。图5是从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档事件一般 过程的曲线图，其中与图3所示的情况相比，离去的摩擦元件释放被延迟。图6是用于图1中的自动变速器系统的基于动力传动系部件的速度测量从低速档 配置到高速档配置的现有技术同步的摩擦元件对摩擦元件升档控制的曲线图，其中离去的 摩擦元件在扭矩阶段保持锁紧。图7是用于图1中的自动变速器系统的基于动力传动系部件的速度测量从低速档 配置到高速档配置的现有技术同步的摩擦元件对摩擦元件升档控制的曲线图，其中离去的 摩擦元件在扭矩阶段滑动。图8是根据本发明第一优选实施例用于包括负荷传感器设置的自动变速器系统 的齿轮配置的示意图；图9是根据本发明的优选实施例基于作用在离去的摩擦元件上的扭矩负荷的直 接测量或估算，用于图8的自动控制系统的从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件 对摩擦元件升档控制的曲线图；图10是示出根据本发明优选实施例的到来的摩擦元件控制方法的流程图；图11是示出根据本发明优选实施例的离去的摩擦元件释放控制方法的流程图12是根据本发明的第一优选实施例的用于确定离去的摩擦元件的理想释放正 时的过程的曲线图。图13是示出根据本发明优选实施例的换档控制方法的流程图；图14是根据本发明的另一个优选实施例，基于作用在离去的摩擦元件和到来的 摩擦元件上的扭矩负荷的直接测量或估算，用于图8的自动变速器控制系统的从低速档配 置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档控制的曲线图；图15是示出根据本发明另一个优选实施例的到来的摩擦元件换档控制方法的流 程图；图16A示出根据本发明的另一个优选实施例的安装在摩擦元件端片的两个齿之间的负荷传感器组件，其用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图16B示出安装在变速器箱中的图16A的负荷传感器组件；图17A示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，其设置成紧靠从摩 擦元件的端片伸出的销，以用于测量离去的摩擦元件上的相对负荷水平；图17B示出安装在变速器箱中的图17A的负荷传感器组件；图18示出本发明另一个优选实施例的负荷传感器，该负荷传感器用薄膜型负荷 传感器构成并且附连到用于测量离去的摩擦元件上的相对负荷水平的齿；图19示出本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器用金属横 杆构成，用于测量离去的摩擦元件上的相对负荷水平；图20示出本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件安装 在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图21A-21C示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器 组件安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图22A和22B示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感 器组件安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图23示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图24示出根据本发明另一个优选实施例的曲线图；图25示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图26示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图27示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图28示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；以及图29示出根据本发明另一个优选实施例的曲线图。
具体实施例方式从参考图8开始，图8示出采用本发明的自动变速器。由于这种自动变速器装置类似于图1中示意地示出的自动变速器装置，因此所有相同的零部件用对应的附图标记表 示，并且因此在这里对这些相同的零部件不进行重复的讨论。而是，特别重要的是增加位于 摩擦元件C中的扭矩传感器120、位于摩擦元件D中的负荷传感器130、以及位于变速器输 出轴24中的扭矩传感器131，所有的传感器都连接于用于控制变速器2的各种功能的控制 器4，这将在下面详细地描述。
图9示出了根据本发明优选实施例的扭矩阶段控制方法，该方法用于图8中的自 动变速器系统从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档。在这里所示 的到来的摩擦元件控制方法也能够应用于非同步换档控制。换档事件分成三个阶段准备 阶段31、扭矩阶段32和惯性阶段33。在准备阶段31期间，到来的摩擦元件活塞往复运动 以准备其接合。同时，离去的摩擦元件控制力或其扭矩能力减小朝着其释放进行，如404所 示。在扭矩阶段32期间，到来的摩擦元件控制力以控制的方式升高，如405所示。更具体 地说，在扭矩阶段32期间，控制器4通过直接基于到来的摩擦元件接合扭矩407的测量的 闭环控制而操控到来的摩擦元件致动器以遵循目标到来的摩擦元件接合扭矩分布图406。 到来的摩擦元件扭矩407可以利用根据本发明的负荷传感器直接测量，这在下面详细地描 述。到来的摩擦元件接合扭矩直接影响传递给车轮的变速器输出扭矩。这种基于扭矩的闭 环控制消除或大大减少了到来的摩擦元件接合扭矩灵敏性对硬件易变性和换档条件的影 响，实现了稳定的换档感觉，而与换档条件无关。对于直接测量可选地，到来的摩擦元件扭矩能够利用图8所示的扭矩传感器131 从变速器输出轴扭矩的测量来确定。数学上，到来的摩擦元件扭矩Tra可以描述为测量的 输出轴扭矩Tre的函数Toce(t) = GoceTos (t)方程(1)其中Gqce可以基于给定的齿轮组几何结构容易地得 到。还可选地，到来的摩擦元件扭矩Tra能够根据在预定位置(i = 1,2,…，η)的略 微变化的变速器部件速度ω 1通过下面的方程(2)进行估算。Toce (t) = Ftrans ( ω i，t)方程(2)其中t表示时间，Ftrans表示变速器系统的数学描述。更具体地说，由于到来的摩 擦元件接合扭矩上升407，因此通过各种变速器部件传递的扭矩水平也变化。这形成了小的 但是可检测的Qi的变化。变速器模型，Ftrans能够容易推导出，以在扭矩阶段32期间当离 去的摩擦元件保持锁紧时估算到来的摩擦元件接合扭矩。控制器4操控足够的离去的摩擦元件控制力408，以使其保持不滑动，在扭矩阶段 32期间保持行星齿轮组在低速档配置中。由于到来的摩擦元件接合扭矩407增加，反作用 扭矩作用在设置于变速器箱的部件上。更具体地说，在这种情况下，通过离去的摩擦元件传 递的扭矩或作用在离去的摩擦元件D上的扭矩负荷409成比例地减少。离去的摩擦元件负 荷水平409能够利用例如在下面详细描述的扭矩传感器直接监控。可选地，在扭矩阶段32 期间当离去的摩擦元件保持锁紧时，离去的摩擦元件负荷水平Tme 409能够从测量的到来 的摩擦元件接合扭矩Tra 407或从根据方程(3)估算的到来的摩擦元件接合扭矩1~_407计 笪弁。Toge (t) = Foce7oge (Toce (t))方程(3)其中表示在低速档配置的到来的摩擦元件C和离去的摩擦元件D之间的扭矩比例，并且能够根据齿轮组的几何结构获得。根据本发明，当作用在离去的摩擦元件D上 的扭矩负荷变成零或接近于零水平时，离去的摩擦元件D在理想的正时被释放。如410所 示，当离去的摩擦元件负荷409在411接近零时，变速器控制器4开始离去的摩擦元件D的 释放过程。如412所示，离去的摩擦元件扭矩由于没有滑动控制而快速下降。由于没有包含 离去的摩擦元件滑动控制，该方法对离去的摩擦元件中断(break-away)摩擦系数易变性 不敏感。此外，412所示的离去的摩擦元件D的快速释放几乎不引起在输出轴扭矩413中的 扰动，因为在释放瞬间离去的摩擦元件负荷水平接近于零，如411所示。一旦其控制力达到 不明显的水平，离去的摩擦元件D在411开始滑动。在惯性阶段33期间，基于到来的摩擦 元件滑动测量可以利用常规的控制方法。如415所示离去的摩擦元件滑动速度增加，而如 416所示到来的摩擦元件滑动速度减小。由于行星齿轮配置变化，变速器输入速度下降，如 417所示。在惯性阶段33期间，输出轴扭矩418主要受到来的摩擦元件扭矩水平419的影 响。对于常规控制可选地，可以继 续采用基于测量或估算的到来的摩擦元件扭矩的闭环控 制。当到来的摩擦元件C完成接合或当其滑动速度变成零时，如420所示，换档事件完成。图10示出在图9所示的在扭矩阶段期间闭环到来的摩擦元件接合扭矩控制的流 程图。步骤430是扭矩阶段32的开始。在步骤431，控制器4选择希望的到来的摩擦元件 扭矩，并且在步骤432，测量或估算实际的扭矩。然后在步骤433，根据测量的/估算的扭矩 水平和实际扭矩水平之间的差，由控制器4调节到来的摩擦元件致动器。在步骤434，控制 器4判断扭矩阶段是否结束，并且如果已经结束，则在步骤436控制器4开始惯性阶段33。图11示出在图9所示的在扭矩阶段32期间离去的摩擦元件扭矩控制过程的流程 图。在扭矩阶段32开始处，该过程在步骤440开始。在步骤441，通过锁紧的离去的摩擦 元件D传递的负荷被直接测量或估算。在步骤442，当其负荷水平下降到低于预定水平时， 离去的摩擦元件D在步骤444被立即释放。在扭矩阶段32结束处，控制过程在步骤445结 束ο对于绝对负荷水平的测量或估算，可选地，图12示出基于根据本发明的相对负荷 的测量或估算，确定离去的摩擦元件D的理想释放正时的过程。图12示出在图9所示的升 档事件期间作用在离去的摩擦元件D上的实际负荷分布图451和被扭矩传感器130测量的 相对负荷分布图L(t)452。优选实施例只需要相对负荷分布图L(t)452。优选地，相对负荷 分布图L(t)452用反映实际负荷分布图451的未校准的传感器输出来构造，而非其绝对水 平。这个特征不需要在整个负荷范围内全部的传感器校准。还使得优选实施例在所有的时 间对传感器输出漂移不敏感。但是，优选实施例依赖于对传感器测量、453的了解，传感器 测量1^453对应于零离去的摩擦元件负荷水平454。正如经常需要的，通过在车辆变速器 2处在空档或没有负荷施加在离去的摩擦元件D上的类似的条件下的同时对传感器输出采 样，能够容易地确定传感器测量1^453。在扭矩阶段32期间，变速器控制器4收集相对负荷 数据455以动态地构造相对负荷分布图L(t)452。然后，控制器4外推L(t)以预测、457， 其中LUtl) =Lc^ —旦、457预先得到，控制器4预测何时开始离去的摩擦元件释放过程。 具体说，控制器4在458所示的等于Δ t的时刻开始该释放过程，其中Δ t是使离去的摩 擦元件控制力快速下降到零所需要的时间。以这种方式，当实际的离去的摩擦元件负荷水 平为在附图标记454所示的零或接近零时，在理想的正时、457或接近理想的正时、457， 离去的摩擦元件D开始滑动。
图13示出根据本发明的新的升档控制方法的流程图。在步骤461的同步升档事件的准备阶段31期间，在步骤462离去的摩擦元件扭矩能力或作用力减小以保持水平而不 允许任何滑动，同时在步骤463，到来的摩擦元件活塞往复运动。在扭矩阶段32期间，在步 骤465变速器控制器4利用在下面进一步描述的扭矩传感器130以预先规定的采样的频率 测量作用在离去的摩擦元件D上的相对负荷水平。控制器4重复这个测量步骤465，直到在 步骤466收集到足够的数据点，用于在步骤467动态构造相对负荷分布图，该分布图将负荷 示作时间L(t)的函数。一旦获得相对负荷分布图L(t)，控制器4在步骤468预测理想的 离去的摩擦元件释放正时、，以使LUtl) =Lc^其中Ltl对应于离去的摩擦元件D上的基本 零负荷水平。控制器4如步骤469所示在‘-At开始离去的摩擦元件释放过程，其中At 是使离去的摩擦元件作用力快速下降到零所需要的预先规定的时间。可选地，控制器4可 以在tttoes开始离去的摩擦元件释放过程，使得L(tttoes) = Lttoes，其中Lthres是预定的阈值。 在扭矩阶段32期间，离去的摩擦元件D不需要滑动控制。当离去的摩擦元件D被释放时， 惯性阶段33开始。优选地，在扭矩阶段32期间，图10所示的控制方法应用于到来的摩擦 元件C。在惯性阶段33期间可以应用基于速度信号的常规的到来的摩擦元件控制。在步骤 473，当到来的摩擦元件C变成牢固地接合时，在步骤474换档事件完成。图14示出根据本发明的另一个优选实施例，该实施例涉及具有到来的摩擦元件 致动器的变速器系统，与采样的负荷测量时间相比，该变速器系统可以不具有足够的控制 带宽。在扭矩阶段32的开始，基于在如间隔481所示的在、和、之间的整个时间间隔At 上预先校准的斜率480，变速器控制器升高到来的摩擦元件致动器的力。在间隔481期间， 到来的摩擦元件负荷被测量或者用比At更精细的采样时间估算，以构造接合扭矩分布图 482。与目标扭矩分布图483相比，如果该测量或估算的扭矩分布图482示出缓慢的上升， 则控制器4在、和t2之间的下一个间隔485增大被操控的到来的摩擦元件控制力的斜率。 另一方面，如果实际扭矩上升得比目标分布图快，则控制器4减小被操控的到来的摩擦元 件控制力的斜率。例如在、和t2之间的间隔485期间，到来的摩擦元件负荷被测量或者用 比Δ t更精细的采样时间估算，以构造接合扭矩分布图486。该接合扭矩的测量或估算的斜 率486与目标分布图487进行比较，以确定用于下一个控制间隔的被操控的力分布图的斜 率488。重复这个过程直到扭矩阶段32结束。离去的摩擦元件释放控制与图9所示的相 同。图15示出在图14所示的扭矩阶段期间可选的闭环到来的摩擦元件接合扭矩控制 的流程图。在步骤520示出扭矩阶段32的开始。按照路径521，在步骤522，测量或估算离 去的摩擦元件扭矩，并且在步骤523用该离去的摩擦元件形成扭矩分布图482。该方法必 需通过如确定方框524和返回回路525所示的多次迭代。在步骤526计算扭矩斜率分布图 486或扭矩分布图482的平均导数，并且同时在步骤527计算希望的目标斜率分布图487， 并且在528与扭矩斜率分布图486进行比较。致动器力斜率在步骤529增加或在步骤530 减小，并且该过程在步骤531、532继续，直到扭矩阶段32结束。然后在步骤533该过程进 行到惯性阶段33。虽然在上面已经讨论换档控制，但是现在将讨论各种负荷传感器组件的结构。图 16A、16B、17A、17B、18和19示出根据本发明优选实施例的负荷传感器组件的多种优选的 实施例，这些传感器组件用于测量作用在离去的摩擦元件D或到来的摩擦元件C上的相对负荷水平。图16A示出根据优选实施例的负荷传感器组件601结构的剖视图。在图16A 中，传感器组件601安装在离去的摩擦元件D的端片604的两个齿602、603之间。组件 601包括芯605、负荷传感器606和套筒607。芯605优选用金属制造，例如钢或铝，并且通 过固定螺钉609牢固地固定于变速器壳体608。负荷传感器606优选是用压力敏感材料 (pressure-resistive material)制造的薄膜型传感器。传感器606产生对应于负荷力610 的相对水平的电信号。保护传感器606的套筒607优选用橡胶、塑料或金属制造。虽然盖子 607也叫做套筒或盖子，但是应当理解，这些术语是可以互换的。图16B示出在变速器壳体 608中的传感器组件601的安装。传感器组件601牢固地设置在通常设置一个花键轴齿的 位置处。当安装离去的摩擦元件片时，端片604围绕传感器组件601密配合，对传感器606 提供预负荷。因此即便当没有负荷作用在离去的摩擦元件D或其端片604上时，传感器606 也优选指示非零的输出L0。在换档事件期间，当扭矩负荷如箭头610所示地施加时，来自传 感器606的输出提供在离去的摩擦元件D上的负荷的相对测量。当这个实施例被用于测量 作用在离去摩擦摩擦元件上的相对负荷时，例如，当传感器130用来测量摩擦元件D上的负 荷时，很容易理解，当传感器输出水平达到对应于零负荷水平的L0时，最佳摩擦元件释放 正时被确定。图17A和17B示出具有与图16A的组件601类似结构的另一个传感器组件611。 组件611包括一个固定的芯612、力传感器613和套筒614。但是，如图17A所示，组件611 设置成紧靠固定于离去的摩擦元件D的端片的销615。传感器613被预加载靠在销615上， 在没有作用在离去的摩擦元件端片616 (图17B)上的扭矩负荷的情况下提供非零的输出。 当扭矩负荷作用在离去的摩擦元件D上时，销615被力617压紧，通过套筒714紧靠传感器 613。这使传感器613能够提供在离去的摩擦元件D上的扭矩负荷的相对测量。图17B示出 传感器组件611和具有在变速器壳体618中的销615的离去的摩擦元件端片616的视图。图18示出本发明的另一个潜在的实施例，其中薄膜型力传感器621直接连接于摩 擦元件片623的齿622，该齿622用保护套筒624覆盖。套筒624优选用橡胶、塑料或金属 制造。当片623安装在变速器壳体625中时，传感器621通过套筒层624直接测量在摩擦 元件齿622和花键轴627之间的接触负荷，提供作用在离去的摩擦元件D上的负荷的相对 测量。图19示出本发明的另一个优选实施例，其中牢固地固定于变速器壳体632的金属 横杆631被安装并位于离去的摩擦元件片635的两个齿633、634之间。当作用在片635上 的负荷水平636变化时，横杆631的应力水平发生变化。该应力水平通过应力传感器673 检测，提供作用在离去的摩擦元件D上的扭矩负荷的相对测量。优选地可以添加盖子以保 护应力传感器637。图20、21A、21B、21C、22A、22B和23-29示出本发明的各种优选实施例，这些实施例 涉及直接测量摩擦元件中的扭矩。更具体地说，图20示出具有负荷传感组件731的带式制 动器系统700的局部视图。该制动器系统700包括带式条732的固定端、销或钩子733以 及固定支架734。带式条732优选或者是单包层或者双包层型。负荷传感器组件731包括 组件芯735、负荷传感器单元736以及保护套筒或盖子737。组件芯735用金属制造并且用 螺钉739或任何其他装置牢固地安装于变速器壳体738。盖子737可以用金属、橡胶、塑料 或任何其他材料制造。盖子737保护传感器单元736不直接与销或钩子733接触，从而减少传感器材料磨损。盖子737可以用隔热材料制造以保护传感器736不受热的影响。盖子 737还可以用作保护罩防止任何其他有害条件，包括与变速器油的电化学反应。负荷传感 器单元736设置在芯735和盖子737之间，其可以是压力敏感薄膜型负荷传感器。传感器 736的末端通过盖子737设置成紧靠销733。当控制带接合时，条732被液力伺服机构(在 下面详细描述)沿着用箭头740所示的方向拉动。带式条732被稍稍拉伸，紧靠负荷传感 器736推动销或钩子733。负荷传感器736根据接触力的大小产生电信号。S卩，传感器736 在销733的位置提供带张力的相对测量。该电信号被传输给数据采集单元(未示出)并且 然后通过电缆741传输给控制器4。图21A、21B和21C详细示出带式条的详细结构。在图21A中，带式条732具有穿 孔的部分并且弯曲以形成销或钩子753和孔752。在带接合期间孔752也用作放油孔。在 图21B中，小销或块754被铆接、螺纹连接或焊接于条732。可选地，销或钩子755可以形成 为固定支架734的一部分，如图21C所示。销755连接于带固定支架734而不是条732。传 感器组件731设置成紧靠销755。由于支架734比条732硬，因此在保持和接合两者期间， 在加载条件下它的应力比较小。因此，通过销755的微小的位移作用在负荷传感器736上 的力的水平明显减小。较低的应力水平提高传感器组件731的寿命，同时能够利用传感器 736对较低的最大力(lower maximum force)进行测量。图22A示出在带接合过程期间的传感器功能。当接合开始时，变速器控制器4发 送电信号I(t)以升高并调节施加于伺服活塞762的液压力761。由于伺服活塞开始往复运 动，伺服杆763拉动带式条732的一端764。环绕条的张力增加，将润滑油766从带-鼓界 面挤出。在接合期间，从条732到鼓767的制动扭矩通过穿过油766的粘滞剪切力部分地 传递。一旦带732与鼓767物理接触时，制动扭矩通过机械摩擦力传递。假定库仑摩擦模 型作为带式条732和鼓767之间基本的扭矩传输机制，根据常规分析，接合扭矩Teng、在销处 的带张力Fpin733和在伺服器处的带张力Fserv。769之间的关系可以表示如下Teng = FservoR(eu e_l) 方程(4)Tpin = Fservoeu 0方程(5)其中R =鼓半径，u =库仑摩擦系数，0 =带包绕角770，假定销733设置成足够 靠近固定器734。鼓767沿着与液压力761相同的方向旋转。将方程(5)代入方程(4)，得 到
或^;m方程(6)由于来自传感器的电输出信号Spin
与带张力Fpin是大致线性的Spin = kFpin方程(7)其中k是比例常数，将方程(7)代入方程(6)，得到 其中
」方程⑶根据方程(8)传感器输出Spin提供带式制动器接合扭矩Tmg的相对测量。这个实施例提供TenK的相对测量和其导数(dTenK/dt)，该导数使得在扭矩阶段32期间能够进行到来的摩擦元件接合过程的闭环控制。这显著地改进带接合控制、减轻叫做 “抖振”行为的带式制动扭矩的突然上升。可选地，传感器信号可以用来自适当地优化开环 校准参数，例如作为油温函数的压力上升率，以便实现相容的(dTeng/dt)。类似的分析可以 用于所谓的“去能的”带接合，在这种情况下，鼓沿着与伺服器方向相反的方向自转。图22B示出在没有任何滑动的保持条件下当带式条732绕鼓767牢固地接合时传 感器功能。在这种情况下，在销处的带张力Fpin733反映来自邻接部件(未示出)的在伺服 器处的带张力Fsctv。784的水平和作用在带732和鼓767上的扭矩负荷TlMd的水平。重要的 是人们应当清楚地区别TlMd和Tmg，Teng是在滑动条件下从带到鼓施加的制动扭矩。根据常规分析，Fpin、Fservo和TlMd的之间的关系可以用代数方法表示为Fpm 二 Fs_ +TlMd = R (Fpin_Fserv。)方程(10)将方程(10)代 入方程(7)，传感器输出Spin可以描述为Fservo和TlMd的函数Spin =kFpin =kF_方程(11)
K注意，Fservo是从变速器控制器操控的液压控制系统的电信号I的函数，即Fservo = Fservo(I)方程(12)将方程(12)代入方程(11)，得到Spm = kFpm =叙尸』+、7]。』程(13)在没有TlMd的情况下，方程(13)变成Spin =砍_(/)- C(/)方程(14)其中对于给定的I的水平，spinMl°adS义为无负荷条件下的测量的传感器输出。在 实践中，当需要时在车辆处于稳定条件下通过用变化的I的水平扫描伺服致动器，能够容 易得到Spinn°lMd。将方程(14)代入方程(13)，得到‘ -d)二方程(15)因此，对于给定的电输入I，Spin-Spinn°lM、I)提供扭矩负荷TlMd的相对测量。在同 步换档期间释放离去的摩擦元件的最佳正时是作用在离去的摩擦元件上的负荷或TlMd变 成零的时候。对于给定的电信号I这通过采样Spin并评估Spin-Spinn°lMd 容易得到。利用 根据这个实施例的传感器组件在所有运行条件下的同步换档期间明显改进带释放可控制 性。图23示出另一个负荷传感器组件811的剖视图，该负荷传感器组件包括插入负荷 传感器813和销或块814之间的垫块元件812，该块814连接于带式条或固定支架。垫块元 件812用选用橡胶制造。可选地，垫块元件812可以用金属制造做成弹簧的形式，例如盘簧 或锥形弹簧。保护盖815优选设置在垫块元件812和块814之间。盖815在加载条件下容 易以很标称的(nominal)力滑动。该负荷力通过垫块元件812的变形从块814传递给负荷 传感器813。因此，垫块元件刚度用来为在块814处的给定的加载力范围规定在传感器813 的力范围。一旦垫块元件表面变成与组件芯的表面817齐平，传递给负荷传感器813的力 受到限制。对于如图24所示的目标负荷范围，在818所示的这个非线性特性使得高分辨率 力测量成为可能，同时保护传感器818不受到过量的负荷。图25示出本发明的一个可选实施例。在这种结构中，负荷传感器821设置在在变速器壳体823内侧的带固定器销822的底部。连接于传感器821的电缆824通过壳体823 在外面布线(route)。销822的末端插入固定支架826中，该固定支架连接于带式条825。 当带式制动器系统被致动时，条825围绕鼓流体地或机械地束紧，使得固定支架826沿着如 箭头所示的固定器负荷828的方向拉销822。因此，负荷传感器821直接测量来自固定支 架826的作用在销822上的固定器负荷828。垫块元件831优选放置在固定销822的底部 和负荷传感器821之间。应当指出，传感器821的检测面积小于垫块元件831的表面面积。 由销822支承的固定器负荷分布在垫块元件的整个表面上。因此，只有一部分固定器负荷 被传递给负荷传感器821。这使得能够利用传感器对较小的最大力进行测量。在图26中，支杆841插入固定支架826和固定销843之间。支杆841能够使固定 销843相对于带式条825和变速器壳体823弯曲地放置。而且，支杆841和销843之间的 角度845可以调节，以使支架876通过支杆841作用在销843上的轴向负荷最佳化。垫块 元件831和减小的轴向负荷能够利用传感器对较小的最大力进行测量。可选地，角度845 可以调节以减小销843上的侧向负荷，使在负荷条件下由粘性销位移引起的传感器输出滞 后最小化。在图27中的本发明的实施例共享许多关于图26中的实施例所描述的相同的特 征。首先，固定销853插入变速器壳体823里面的非螺纹孔852中。其大头854防止销通 过孔852脱落。垫块元件836和负荷传感器821放置成紧靠销头854。垫块元件836可以 用橡胶制造并且用作密封件以保护传感器821不因变速器油而损坏。在传感器821和垫块 元件836后面是传感器支撑件盘857，支撑盘857可以用金属制造。传感器支撑盘857由插 入螺纹孔859中的大插入物(plug)支持。插入物858的位置可以用螺母860调节并锁紧， 以便相对于固定支架826和支杆841将固定销853设置在想要的位置。图28所示的本发明的实施例与图27的实施例共享多个特征。具体说，负荷传感 器821在具有升高的保持壁873支撑碟874里面放置垫块元件872的后面。垫块元件872 可以用金属制造成弹簧的形式，例如盘簧或锥形弹簧。在无负荷条件下，当保持壁873的端 部离开销975的表面时，垫块元件872的表面与销875的表面接触。当固定器负荷低于预 定水平时，整个负荷通过垫块元件872的弹性变形传递给传感器821。当固定器负荷增加 时，垫块元件872变成受压。一旦垫块元件872的表平面变成与保持壁873的端部齐平时， 保持壁873开始支承作用在销875上的负荷，限制在传感器821上的负荷。如图29所示，垫块元件刚度确定在什么位置传感器输出开始在876稳定到一水 平。本发明的这个实施例使得传感器性能能够将特定的负荷范围定为目标，使测量分辨率 877最大化。此外，为了能够进行绝对负荷测量，受限制的负荷水平876处和在零负荷水平 处的传感器输出电压能够用来自动校准传感器821。也就是当传感器输出达到最大平稳段 时，传感器输出电压和负荷水平之间的传递函数可以根据两点校准来映射。这个特征特别 有用，特别是，如果随着时间传感器特性漂移或在不同的运行条件下变化。这个受限制的负 荷特性还保护传感器不发生过载并防止故障。根据上面所述，应当很容易明白，在齿轮传动比改变的扭矩阶段期间，与现有技术 的摩擦元件控制相比本发明具有各种优点。在同步的摩擦元件对摩擦元件升档期间，优选 实施例为具有多级变速比自动变速器系统的动力传动系提供一致的输出轴扭矩分布，这种 分布减少换档时冲击。而且，在同步的摩擦元件对摩擦元件升档期间，明显减少具有多级变速比自动变速器系统的动力传动系的换档感觉的易变性。本发明的优选实施例允许使用直 接测量的或估算的绝对的或相对负荷水平。利用相对负荷分布图，而不是绝对负荷分布图， 不需要全部传感器校准，在利用相对负荷分布图时只需要对应于零负荷水平的一点传感器 校准，并且提高克服传感器随时间漂移的强度。由于离去的摩擦元件在其负荷水平为零或 接近于零的理想的释放正时或在理想的释放正时附近释放，优选实施例在惯性阶段开始时 还提供减少的输出轴扭矩振荡，并且通过离去的摩擦元件在理想的同步正时的快速释放， 优选实施例还提供克服离去的摩擦元件中断摩擦系数的易变性的强度。其他的优点包括在同步的摩擦元件对摩擦元件升档的扭矩阶段期间，和具有超速 运转耦合元件的非同步的升档的扭矩期间，对于多级变速比系统的动力传动系具有一致的 输出轴扭矩分布和换档感觉易变性的明显减少。而且，该系统通过在同步换档期间在理想 正时的快速释放离去的摩擦元件，还提供克服离去的摩擦元件中断摩擦系数的易变性的可 靠性，和对同步和非同步换档两者提供克服摩擦元件致动系统的易变性的可靠性。离合器负荷传感器组件在该离合器接合时提供作用于离合器的扭矩负荷的相对 测量。在接合过程期间，当带逆着鼓滑动时带式制动器负荷传感器组件提供接合扭矩(制 动扭矩)的相对测量和其导数，以及当带牢固地接合于鼓而没有滑动时提供作用在带和鼓 上的扭矩负荷的相对测量。在扭矩负荷为零时传感器输出可以关于给带伺服制动器的控制 信号校准。为了减少传感器材料的磨损，在传感器组件中利用保护盖，防止负荷传感器材料 和销之间的直接接触；并且保护传感器不受有害条件的损害，包括热和诸如变速器油的电 化学反应。虽然参考本发明的优选实施例进行描述，但是应当理解，在不脱离其精神实质的 情况下可以对本发明进行各种变化和/或修改。例如，本发明可以延伸到双层包绕带式制动器系统。一般而言，本发明旨在由权利要求 的范围唯一地限定。
权利要求
一种测量通过所述扭矩产生元件传递的扭矩量的负荷传感器组件，该负荷传感器组件用于车辆动力传动系的多级传动比自动变速器中，该自动变速器包括控制器、壳体、输入扭矩源、扭矩输出构件、限定从所述输入扭矩源到所述扭矩输出构件的多个扭矩流路径的齿轮装置，以及第一和第二压力致动的扭矩产生元件，其用于在具有准备阶段、扭矩阶段和惯性阶段的传动比升档事件期间，分别形成具有低传动比的齿轮配置和具有更高传动比的齿轮配置，该负荷传感器组件包括安装在变速器壳体上的芯；和安装在该芯上并设置成紧靠该扭矩产生元件的一部分的负荷传感器，其中通过该扭矩产生元件传递的扭矩的量的一部分行进通过该负荷传感器并且被该负荷传感器组件测量，其中表示通过所述扭矩产生元件传递的扭矩的量的信号从所述负荷传感器发送给所述控制器。
2.根据权利要求1所述的负荷传感器组件，其进一步包括在所述芯和所述负荷传感器 上延伸的盖子。
3.根据权利要求2所述的负荷传感器组件，其中所述扭矩产生元件是包括端片的多盘 摩擦元件，在变速器箱和该端片之间的花键轴连接器，所述连接器具有花键轴齿，该花键轴 齿从所述变速器箱延伸并且与从该端片延伸的花键轴齿相互啮合。
4.根据权利要求3所述的负荷传感器组件，其中该负荷传感器组件安装在所述变速 器壳体上，在从所述端片延伸的两个花键轴齿之间并且位于通常设置一个花键轴齿的位置 中。
5.根据权利要求3所述的负荷传感器组件，其中所述芯用金属制造，而套筒选自如下 一组材料橡胶、塑料和金属。
6.根据权利要求3所述的负荷传感器组件，其进一步包括固定于所述端片的销，其中 所述负荷传感器设置成紧靠所述销。
7.根据权利要求3所述的负荷传感器组件，其中所述力传感器是压力敏感材料制造的 薄膜型传感器，而所述芯是从摩擦元件片延伸的花键轴齿。
8.根据权利要求3所述的负荷传感器组件，其中所述芯是牢固地固定于所述变速器箱 的金属横杆，而所述负荷传感器是测量所述芯上的应力的量的应力传感器，该应力由通过 所述扭矩产生元件传递的扭矩的量引起。
9.根据权利要求2所述的负荷传感器组件，其中所述扭矩产生元件是带式制动器，该 带式制动器包括固定支架和带式制动条。
10.根据权利要求9所述的负荷传感器组件，其中所述带式制动条具有从其延伸的块 体，所述芯通过所述变速器壳体并且接合所述块体，并且所述负荷传感器设置在所述芯和 所述块体之间。
全文摘要
本发明公开了一种用于测量通过扭矩产生元件传递的扭矩量的负荷传感器组件，该负荷传感器组件包括安装在变速器壳体上的芯和安装在该芯上的负荷传感器。该负荷传感器设置成紧靠该扭矩产生元件的一部分，因而通过该扭矩产生元件传递的扭矩的量的一部分通过该负荷传感器并且被测量。电缆连接到该负荷传感器，用于将表示该扭矩的量的信号传输给变速器控制器。
文档编号F16H61/04GK101858429SQ201010163200
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者D·波普乔伊, G·M·彼得罗恩, J·W·L·麦卡勒姆, M·雷迪塞, S·H·李, T·D·斯奈德, 曾昭文, 藤井雄二 申请人:福特环球技术公司