专利名称：具有内置的转矩测量装置的轴承装置和用于调节力矩分配的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于支承一车辆的被驱动的或可被驱动的车轮的 轴承装置。按照本发明的轴承装置使得能够测量作用在车轮和驱动轴 之间的转矩。此外，本发明还涉及一种用于调节作用在一车辆的可被 驱动的车轮上的驱动和牵引转矩的分配的装置。
背景技术：
特别是四轮全驱动的机动车辆越来越多地装备用于驱动力矩分配 的控制装置，由此在提高行驶安全性的同时实现改善的车辆横向动力 学。对于驱动力矩分配控制装置要求采用适当的测量装置，以便能够 确定相应的行驶状态。
由DE 41 12 904已知一种用于车辆的驱动力矩分配控制装置，该 控制装置具有一用于改变第一和第二驱动轮之间的力矩分配的离合 器。该离合器由基于加速度位置传感器和横向加速器传感器的测量值 确定的控制信号控制。这种解决方案的不利之处是，用来确定相应行 驶状态的精度有限。在这种解决方案中得不到实际作用在车轮上的转 矩。
还已知用于检测其它参量的另外的各种不同的解决方案，其目的 都是确定力矩分配。
在这种情况下，由DE 689 28 004 T2已知一种用于控制四轮驱动 车辆的力传递的布置结构，其中主要还根据当前的转向角、加速踏板 位置、发动机功率和制动力来选择驱动力矩分配的改变。
在DE 40 31 890 Al中提出确定前后轮的转速差。由DE 41 33 060 Al已知，还确定由侧风产生的风横摆力矩。所有所述的解决方案的共 同之处在于，仅间接地确定力矩分配，因此得到的精度在很多行驶状
5态下是不能令人满意的。
由DE 195 14093 B4已知用车轮驱动轴上的速度传感器确定在车 辆车轮驱动桥中的扭转。为此必须确定驱动单元的其它特征量如转速 和节气门开度。在这种解决方案中有利的是，直接在驱动轴上测量特 征量。但不利之处也在于，间接确定作用在驱动轴上的转矩，由此仅 能实现有限的精度。
由DE 103 38 172 B3已知一种轮毂-转动活节布置结构，这种布置 结构以这种或类似的构型大量地用于支承机动车辆的可被驱动的车 轮。在这些解决方案中，在驱动轴的转动活节上的轴颈具有外齿部， 该外齿部接合在轮毂的内齿部中，由此能传递驱动转矩。轮毂在接合 的轴颈的区域内支承在车轮支架的双列球轴承中。由DE 36 04 630 C2 已知用于支承车轮的另一解决方案，其中通过端面齿部 (Stirnverzahnung )将驱动转矩从驱动轴的铰接传递到轮毂上。轮毂 同时形成用于支承车轮的双列球轴承的轴承内圏。对于上述用于支承 经由转动活节驱动的车轮的解决方案，目前还没有公开确定作用在车 轮上的转矩的解决方案。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于支承一车辆的可被驱动 的车轮的轴承装置，该轴承装置使得能够直接测量作用在车轮和驱动 轴之间的转矩。本发明的上一级的(进一步的)目的在于，提供一种 用于调节一车辆的可被驱动的车轮的驱动力矩分配的、改进的布置结 构，通过该布置结构可以较精确地确定相应的行驶状态。
所述目的通过按照所附的独立权利要求1的轴承装置来实现，其 中通过轴承内圈上的端面齿部实现在车轮和驱动轴之间传递驱动和牵 引力矩。
一压力敏感的测量元件沿轴向布置在端面齿部的旁边并且对于在 那里出现的轴向力敏感。用该测量元件可确定与所作用的转矩直接成 比例的轴向作用力，因为该作用的转矩在端面齿部的斜齿上部分地转
6化成轴向作用的力分量。
在一般化的形式中，所述目的通过按照所附的并列独立权利要求
19所述的、用于调节可被驱动的车轮的驱动和牵引转矩的分配的布置 结构来实现。在此，为了测量驱动和牵引转矩，分别在可被驱动的车 轮上设置一用于测量作用在各车轮上的转矩的传感器单元。
按照本发明的轴承装置的重要优点在于，为此相对于传统的轴承 装置仅需进行较少的结构上的改变。仅是必须为了安装测量元件和传 感器而扩展现有的生产技术。
压力敏感的测量元件优选布置在轴承内圏上。
在此，轴承内圏还具有一凹部，该凹部在轴承内圏中至少分段地 (局部地)沿轴向在端面齿部的旁边分布，在轴承内圏的所述凹部中 设有压力敏感的测量元件。特别优选地可设定，该凹部设计成环绕地 设在轴承内圏中的凹槽。
此外优选的是，所述凹槽沿轴向直接布置在轴承内圏中的端面齿 部的旁边，就是说，轴承内圈在齿部的底面和凹槽之间具有一这样的 轴向长度，该轴向长度仅是为了所述端面齿部能承受出现的应力而必 需的。在这种实施形式中，由所作用的转矩在端面齿部上引起的轴向 力基本上被传递到压力敏感的测量元件上，因此可以精确地测量。
除此以外，也可在轴承内圏上一在相应的位置处一设置一支承面 或类似结构，压力敏感的测量元件设置在所述支承面或类似结构上。
测量元件可由 一测量环构成，该测量环的材料具有显著的逆磁致 伸缩(magnetostriktive)效应或磁弹性(压磁)效应。由于力作用引起 的变形使磁场变化，该磁场变化能用 一个或多个适当的传感器来确定。 所述一个或多个传感器固定在轴承外圏或车轮支架上并位于测量环的 可变磁场中。特别地，所述一个或多个传感器与所述例如布置在轴承 内圏的凹部中的压力敏感的测量元件相对。
传感器优选在轴承内圈上布置在一个位于由车轮侧向力得到的侧 倾轴线(Kippachse)中的位置处。由此使车轮侧向力的横向影响减至 最小并提高了测量精度。
7在这种实施形式中，也可在轴承外圏上布置一第二传感器，其中 该第二传感器位于所述的侧倾轴线内并在轴承外圏周向上与所述第一 传感器相对。
在一改变的实施形式中，测量元件也可以由其它压力敏感材料或 传感器元件或者由测量元件载体上的一压力敏感的涂层构成，它们用 轴承外圈上的所述一个或多个传感器来读取。
环形的测量元件优选分成被周期性地或同时读取的弧段。当同时 读取各个弧段时，可以根据传感器位置的不同而对各测量值加权求和， 以便使车轮侧向力的横向影响最小化。在用于求和的另一种加权中， 可确定侧倾力矩，因此当轮胎半径已知时能导出车轮侧向力。
按照本发明的轴承装置优选构造成双列球轴承，其中轴承内圏由 车轮轮毂上的一凸台形成。这种结构允许实现低摩擦的支承、紧凑的 结构形式和可靠地传递大转矩。
所述用于调节一车辆的可被驱动的车轮的驱动力矩的装置的重要 优点在于，根据各个车轮的实际出现的转矩来控制力矩分配。不需要 加速度分量、转角等的测量值，用这些测量值目前仅能估计对力矩分 配的必要影响。现在用按照本发明的轴承装置可以确定实际作用在车 轮上的转矩并将所述各值用于按照本发明的调节。
本发明的其它优点、细节和改进方案下面由参照附图对多个实施
形式的说明中得到。图中
图1示出按照本发明的轴承装置的一种优选实施形式的侧视图； 图2示出图l所示的轴承装置的透视图；以及 图3示出图l和2所示轴承装置的细部视图。
具体实施例方式
图l示出用于将可被驱动的车轮支承在车辆的车轮支架02上的轴 承装置01的局部剖开的侧视图，而图2示出其透视图。该轴承装置
801包括轴承内圈03，该轴承内圈由轮毂06上的凸台04形成。轴承外 圏07在车轮支架02中形成。轴承内圈和轴承外闺也可设计成与轮毂 06或车轮支架02固定连接的独立部件。这里，轴承装置01构造成双 列球轴承，其中滚珠08起滚动体的作用。但按照本发明的轴承装置也 可构造成任意的滚动轴承或者滑动轴承。
轮毂06固定在一转动活节09上。转动活节09与驱动轴(未示出) 相连并从驱动轴向轮毂06传递转矩。轮毂06通过螺钉11与转动活节 09相连接。这种连接产生轮毂06在转动活节09上的一轴向压紧力。 但这种连接并不能单独地适合于传递所出现的转矩。为此，轮毂06 和转动活节09之间的端侧支承面分别具有端面齿部12。该端面齿部 12使得可以在轮毂06和转动活节09之间可靠地传递所出现的转矩。 同时，这种形式的连接允许快速地安装和拆卸轮毂06。
轴承内圏03沿轴向在端面齿部12的旁边具有一环绕的凹槽13 形式的凹部。由此，轴承内圏03在凹槽13和端面齿部12之间的区域 内获得材料减弱并设计成一凸缘14。该凸缘14具有仅有几毫米的轴 向长度，其中该轴向长度随半径的增大而减小。这样来确定凸缘14 的轴向长度，即，使得该凸缘能承受作用在端面齿部12上的力。因此， 对于在运行中出现力，不会出现凸缘14的塑性变形。同时，还这样来 确定凸缘14的轴向长度，使得轴向沿轮毂06的方向作用在端面齿部 12上的力引起凸缘的自由端部弹性变形，并以很大的程度也作用至凹 槽13。在凹槽13中设有一带有一测量元件17的测量元件栽体16。测 量元件载体16几乎完全填满凹槽13并由硬质的材料制成。该测量元 件载体也用作轴承内圏03的.、用于所述两列滚珠08中的一列的滚道。 测量元件17无间隙地设置在测量元件载体16和凸缘14之间。通过相 对于硬质的测量元件载体16无间隙地布置测量元件17可以确保，轴 向地沿轮毂06的方向作用在凸缘14上的力以很大的程度作用在测量 元件17上。因为测量元件栽体16同时用作用于滚珠08的滚道，所以 轴向地沿轮毂06的方向作用在凸缘14上的力直接从测量元件栽体16 传递到滚珠08上，从而该力可以只是很少地由轮毂06的凸台04承受。
9这种结构设计方案确保了轴向作用的力以很大的程度作用在测量元件
17上。
测量元件17具有与凹槽13相对应的环形形状并由具有明显的逆 磁致伸缩效应的材料制成。如果一力作用在测量元件17上，则测量元 件17的磁场由于逆磁致伸缩效应而改变。
用一传感器18测量测量元件17的可变的磁场。该传感器18固定 在轴承外圏07上并与测量元件17相对。在传感器18和测量元件17 之间存在几个毫米的间隙。所述传感器18是磁阻传感器，例如MR-、 AMR-、 TMR-、 CMR-或GMI-传感器。但也可以使用能测量所出现 的磁场变化的各种传感器类型；例如也可以采用用来测量感应电压的 传感器。传感器18用连接导线19与分析电子装置(未示出)连接。
利用所述轴承装置01可以确定作用在驱动轴、转动活节09、轮 毂06和车轮上的转矩。既能确定驱动转矩也能确定牵引转矩。这两种 转矩类型使得所出现的转矩在端面齿部12上部分地转换成一与转矩 成比例的轴向作用力，该力作用在测量元件17上。利用传感器18测 量这种作用并用信号向分析电子装置报告所述作用。
车辆优选包括另外三个可被驱动的车轮，其轴承单元以和所示的 轴承单元01相同的方式构造。分析电子装置接收所有四个轴承单元的 传感器的信号。用这种方式能随时获知车辆车轮的力矩分配。车辆还 具有一用于控制力矩分配的装置。这种控制装置主要对驱动装置的转 矩、差速传动机构的设置/调节、驱动轴之间的离合器以及各车轮制动 器产生影响。因为借助于分析电子装置可持续地测量力矩分配，所以 能构造成用于调节车辆车轮的驱动和牵引转矩的调节回路。该调节回 路使得可以使力矩分配与给定的行驶状态精确地匹配。
在所示的实施形式中，传感器单元由测量元件17和传感器18构 成。按照本发明的用于调节力矩分配的装置的传感器单元也可由用于 确定作用在各车轮上的转矩的其它装置构成。
图3示出在图1和2中示出的轴承装置的细部视图。特别是示出 了凸缘14上的端面齿部的齿21和测量元件17。如图所示，凸缘14的构型使得能将轴向作用力进一步传递到测量元件17上，因为凸缘 14具有相应小的材料厚度。箭头22示意性地表示作用在车轮和驱动 轴之间的转矩，该转矩作为侧向作用力作用在齿21上。由于齿21在 其侧面23上倾斜的构型，转矩22'导致形成一沿轴向作用的、由箭头 24示意性表示的力分量。转矩23的侧向作用力与轴向作用力24的比 值由侧面23的倾角确定。
附图标记表
01轴承装置
02车轮支架
03轴承内圏
04轮毂上的凸台
05-
06轮毂 07轴承外圏 08滚珠 09转动活节
lO-ll 螺钉 12端面齿部
25
30
13
14
15
16
17
18
1920.
21
22
23
24
凸缘
测量元件载体 测量元件 传感器 连接导线
齿
转矩
倾斜的侧面 轴向力
ii
权利要求
1. 一种用于将一可被驱动的车轮支承在车辆的一车轮支架(02)上的轴承装置(01)，包括—一轴承内圈(03)，该轴承内圈防转动地与车轮连接并能够与一驱动轴联接，以便通过一具有朝轴线方向倾斜的齿侧面(23)的端面齿部(12)传递转矩；—一轴承外圈(07)，该轴承外圈防转动地与车轮支架(02)连接；—一压力敏感的测量元件(17)，该测量元件沿轴向布置在端面齿部(12)的旁边并且对于在这里出现的轴向力敏感；以及—至少一个用于确定作用在测量元件(17)上的力的传感器(18)。
2. 根据权利要求1所述的轴承装置(01),其特征在于，所述压力敏感的测量元件(17)设置在轴承内圏(03)上。
3. 根据上述权利要求中任一项所述的轴承装置(01)，其特征在于， 一凹部(13)至少分段地沿轴向在端面齿部(12)的旁边在轴承内圏(03)中延伸，所述压力敏感的测量元件(17)设置在轴承内圈(03)的所述凹部(13)中。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述凹部设计成凹槽(13),该凹槽环绕地设置在轴承内圏(03)中并且沿轴向直接设置端面齿部(12)的旁边。
5. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述传感器(18)设置在轴承外圏(07)上并与所述压力敏感的测量元件(17)相对。
6. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01),其特征在于，所述传感器(18)设置在轴承外圈(07)上并与轴承内圏(03)的所述凹部(13)相对。
7. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，在轴承内圏(03)和轴承外圏(07)之间设有滚动体(08)，以便共同形成一滚动轴承。
8. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述滚动轴承构造成双列球轴承。
9. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述轴承内圏(03)设计成车轮轮毂(06)上的凸台(04)。
10. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01),其特征在于，在轴承内圏(03)上、特别是在轴承内圏(03)的凹部(13)中还设有一测量元件载体(16),其中，测量元件(17)沿轴向在测量元件载体(16)的旁边设置在该测量元件载体和端面齿部(12)之间。
11. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01),其特征在于，所述测量元件栽体(16)同时形成用于滚动体(08)的滚道。
12. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01),其特征在于，所述测量元件(17)由一具有逆磁致伸缩效应的测量环构成。
13. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述测量元件(17)由一具有磁弹性效应的测量环构成。
14. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述测量元件(17)由测量元件栽体(16)上的压力敏感的涂层构成。
15. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述测量元件(17)由一带有多个压力敏感的传感器元件的测量环构成，这些传感器元件的测量信号通过所述传感器(18)读取。
16. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述测量环分成多个弧段。
17. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01)，其特征在于，所述传感器(18)单重或双重地存在并位于一由于车轮侧向力得到的側倾轴线中。
18. 根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置(01),其特征在于，所述传感器(18)多重地存在，这些传感器(18)分布在轴承外圏(07)的圆周上。
19. 一种用于调节车辆的可被驱动的车轮的驱动和牵引转矩的分配的装置，包括一用于控制可被驱动的车轮的驱动和牵引转矩的装置；以及一用于测量驱动和牵引转矩分配的装置，该装置在每个可被驱动的车轮上分别具有一用于测量作用在该车轮上的转矩的传感器单元(17、 18)。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述用于测量驱动和牵引转矩分配的装置内置在根据上述权利要求中至少一项所述的轴承装置中。
全文摘要
本发明涉及一种用于支承一车辆的被驱动或可被驱动的车轮的轴承装置(01)。该轴承装置(01)使得能够测量作用在车轮和驱动轴之间驱动和牵引转矩。驱动轴和车轮之间的转矩通过一轴承内圈(03)上的一端面齿部(12)传递，在这里设有一用于测量作为分别作用的转矩的特征量的轴向力的测量元件(17)。此外，本发明还涉及一种用于调节作用在一车辆的可被驱动的车轮上的驱动和牵引转矩的分配的装置。其中为了测量驱动和牵引转矩分配，在可被驱动的车轮上分别设置一用于测量作用在各个车轮上的转矩的传感器单元(17、18)。
文档编号F16D1/076GK101466959SQ200780021594
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月5日 优先权日2006年6月10日
发明者C·莫克, J·海姆, P·尼布林, R·朗格尔 申请人:谢夫勒两合公司