具有至少一个传感器的行星轮传动装置的制作方法

本发明涉及一种行星轮传动装置，其包括输入轴、第一和第二联接轴、具有以能绕第一和第二转动轴线转动的方式支承的行星轮的至少一个行星轮架或行星架，其中，行星轮将两个联接轴以如下方式彼此联接，即，使能够从输入轴传递到至少一个行星轮架上的转矩能够传递到这两个联接轴上，并且该行星轮传动装置还包括至少一个传感器，用以获知至少一个行星轮绕两个转动轴线中的至少一个的扭转和/或相对两个转动轴线中的至少一个的扭转。

背景技术：

上述类属的行星轮传动装置由于其有利的特性并且由于其尤其作为升速传动装置、叠加传动装置、换挡传动装置或分路传动装置的使用可能性而可以应用于驱动技术的很多领域中。特别是在汽车和船舶制造中，以及出于固定的用途而在涡轮机制造和普通的机械制造中采用了该传动装置类型。

对于行星轮传动装置的特性来说的主要的特征为其自由度(Laufgrad)F。传动装置的自由度说明的是，必须预先给定多少彼此不相关的运动参数作为已知，由此能够一对一地确定其运动状态。单重行星轮传动装置可以具有F＝1或F＝2的自由度，组合式行星轮传动装置可以具有F≥1的自由度，而定轴传动装置始终是强制运转的(F＝1)。

在结构上，可以将行星轮传动装置区分成单重行星轮传动装置和组合式行星轮传动装置，单重行星轮传动装置具有带至少一个行星轮的行星架和一个或两个中心轮，组合式行星轮传动装置具有多个单重行星轮传动装置。具有同轴的联接轴位置的单重行星轮传动装置也被称为返回式行星轮传动装置。仅具有一个中心轮和一个非同轴地周转的联接轴的行星轮传动装置也被称为开放式行星轮传动装置。如果在组合式行星轮传动装置中，通过合并行星架、同样大小的中心轮和/或同样大小的行星轮而简化了结构耗费，那么也被称作缩减的行星轮传动装置。

此外，根据使用，行星轮传动装置可以分成升速传动装置、叠加传动装置，其中，升速传动装置是具有F＝1的单重或组合式行星轮传动装置，并且其中，叠加传动装置是具有F≥2的单重或组合式行星轮传动装置，用以对转速或功率进行叠加。针对叠加传动装置的常用的名称是差动传动装置、累积式传动装置(Sammelgetriebe)、分动传动装置和补偿传动装置。

此外附加地，根据使用，行星轮传动装置可以区分为换挡传动装置和换向传动装置。

行星轮传动装置根据其行星架运动也可以进行区分。如果行星架在单重行星轮传动装置中固定不动，那么自由度F＝1。该传动装置类型就被公知为定轴传动装置。行星轮传动装置被称为具有周转的行星架的单重行星轮传动装置(F＝1或F＝2)或被称为具有至少一个周转的行星架的组合式行星轮传动装置(F≥1)。

此外，根据运转的联接轴的数量、定轴传动装置传动比的符号、变化的定轴传动装置传动比或传动装置组合能够进行另外的划分。

在行星轮传动装置中的传感器可以满足多种功能：其可以检测一个或多个运行状态和/或一个或多个能预先给定的值，并且/或者可以将物理量和/或化学量转换成电信号。传感器起到类型为在车辆的或飞行器的具有复杂功能的行星轮传动装置与作为处理单元的电子控制设备之间的结合环节的作用。传感器可以包括适配电路，其可以整理并放大信号，由此可以使信号被控制设备进一步处理。现如今，传感器可以具有很高的集成水平，也就是说，具有许多功能，例如信号整理、模拟数字转换、自校准功能，并且已经可以在传感器中安置微处理器。

期望借助传感器获知在行星轮中的行星轮的角位置，以便能够提早识别出一个或多个行星轮的错误位，这是因为错误位既不能够在结构上被制止也不能够借助“外部的”传感器识别出。

由《Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe》(Hrsg.Konrad Reif,Vieweg+Teubner Verlag,2010,S.150ff.)(《传统的传动系和混合动力驱动》(编者：Konrad Reif，Vieweg+Teubner出版社，2010，参见第150页))描述了传感器作为传动装置转速传感器的一般应用。在此，传感器可以集成到传动装置控制模块中或被设计为“单机(stand-alone)”型。传动装置转速传感器可以拥有带2线式电流接口的差分的霍尔效应集成电路并且在运行时联接到电压源上。传动装置转速传感器可以由铁磁的齿轮、冲压板或施装的多电极来探测转速信号，其中，传动装置转速传感器利用到了霍尔效应，并且提供了具有与转速无关的恒定的振幅的信号。为了进行信号送出，在增量信号的周期中对供给电流进行调制。然后在具有测量电阻器的控制设备中可以将电流调制转换成信号电压。

此外，由现有技术所公知的是，传感器在行星轮传动装置中，尤其是在差动传动装置中使用，例如以便能够确认冠状齿轮的转速。由US2007197338A1公知的是，借助传感器确认差动器壳体的定位或布置在其上的杆的定位。由JP2007154939A2公知的是，传感器在锥形轮差动传动装置中用于持续地检查其状态。由EP0939247A2公知的是，在差动器中借助传感器检测锥形轮与驱动锥形轮之间的差动条件。

技术实现要素：

在此背景下，本发明的任务是，一方面提供具有传感器的行星轮传动装置，并且另一方面提供用于获知行星轮的扭转的方法。

在开头提到类型的行星轮传动装置中，该任务根据本发明通过如下方式来解决，即，至少一个传感器指向到至少一个行星轮的径向靠外的端部上。

行星轮传动装置是指由现有技术已公知的行星轮传动装置。

为了获知也被称作锥形轮、补偿轮或齿轮的行星轮的角位，传感器能够指向行星轮的径向靠外的端部。借助这种取向不仅能够实现获知行星轮绕同时是行星轮的自身的转动轴线的第一转动轴线的扭转和绕第二转动轴线的扭转，而且还能够获知行星轮相对这两个转动轴线的扭转。

绕第一转动轴线的扭转意味着沿两个转动方向中的一个绕行星轮的自身的轴线的转动。绕第二转动轴线的扭转意味着行星轮沿两个周转方向中的一个绕第二转动轴线的周转，或换句话说，行星轮可以径向间隔开地绕第二转动轴线旋转。

相对于第一转动轴线的扭转指的是行星轮连同其行星轮架或不连同其行星轮架相对于第一转动轴线“偏斜”。

原则上，以如下方式进行角位的获知，即，借助传感器产生表示行星轮绕第二转动轴线扭转的信号，并且可以将该信号的信号值与之前或之后产生的信号的信号值和/或与能预先给定的信号值进行比较，例如振幅和/或频率。也可以例如将第一行星轮的信号值与第二行星轮的信号值进行比较。

如果存在行星轮的错误位，那么所产生的信号的信号值就发生变化。该信号值可以比预先给定的极限值更强或更弱，或者信号可以更早或更晚地产生。也能够设想由这两种方式构成的组合。

为了获知绕自身的转动轴线的扭转，行星轮可以包括作用元件(Wirkelement)，这些作用元件与传感器协同作用并且表示行星轮的扭转度，尤其是提供了关于起始位置的角度度量。

本发明的特征在于，除了周转之外，能够获知至少一个行星轮的两个另外的扭转类型：偏斜，也就是说，行星轮连同其行星轮架或行星架向第一转动轴线倾斜，其中，偏斜例如会发生在拆除行星轮架和有载荷作用的情况下；以及分别绕第一转动轴线的扭转，该扭转例如可以是补偿运动。

此外，本发明的特征还在于，传感器朝向径向靠外的端部的取向以有利的方式既不阻挡、妨碍也不阻止至少一个行星轮进行周转和/或扭转。

在优选的设计方案中，至少一个传感器是接近开关，尤其是电感式的、电容式的、磁的或光学的接近开关，并且行星轮构造成与至少一个接近开关协同作用。

优选的是，在本发明的设计方案中，至少一个传感器相对壳体固定地布置在行星轮传动装置中。与布置在旋转的构件上而必须将信号传递到非旋转的单元上的转动角度传感器相比，相对壳体固定的布置方案能够以较少的耗费和较低的复杂性来实现。

此外，优选的是，当至少一个行星轮以其径向靠外的端部在至少一个传感器旁边经过时，借助至少一个传感器就能够产生信号。传感器与径向靠外的端部的协同作用能够实现对绕第一转动轴线的扭转和绕第二转动轴线的扭转进行感测。因此，能够利用一个信号来获知绕两个轴线的扭转。

尤其优选的是，至少一个行星轮具有沿周向方向在一定角度区间上延伸的标识体，并且当至少一个行星轮以其标识体在至少一个传感器旁边经过时，借助至少一个传感器能够产生信号。标识体可以在行星轮上布置在径向靠外的边缘上并且固定地与行星轮的表面连接。标识体能够实现借助传感器进行更简单的和/或更准确的感测，于是从而当传感器感测到标识体的检测区域时，总是能够产生信号。

此外，优选的是，至少一个行星轮的标识体沿周向方向具有至少一个中断部。由此，能够以结构上简单的方式感测到至少一个行星轮绕自身的转动轴线和绕第二转动轴线的扭转。因此，例如，探测到标识体可以意味着至少一个行星轮进行周转，而探测到中断部可以意味着该行星轮绕自身的转动轴线进行扭转。原则上，传感器可以按如下方式构造，即，当传感器感测到标识体或相反地传感器感测到标识体的中断部时，传感器产生信号。

此外，优选的是，至少一个行星轮具有螺旋状地绕第一转动轴线布置的标识体，从而在至少一个行星轮绕第一转动轴线扭转时能够使标识体与传感器之间的最小间距发生变化。由于最小间距的可变化性，使得通过传感器能够检测到随着绕第一转动轴线的扭转而变化的，也就是说，变小或变大的振幅。能够给信号存储关于间距的特征曲线，从而能够从传感器信号的振幅推断出行星轮的扭转角度。此外，振幅的时间上的变化曲线可以提供关于行星轮的角速度的消息。信号之间的时间间隔可以提供关于在行星轮传动装置中的周转的行星轮的转速的信息。

此外，优选的是，标识体以数据进行编码并且将传感器构造成能够接收且处理这些经编码的数据，其中，经编码的数据表示行星轮绕第一转动轴线的扭转度。

标识体可以用磁的或光学的方式对进行编码。在这两种可能性中，信号的振幅能够提供关于行星轮的定位，尤其是扭转角度的信息。为此，在磁编码的情况下，可以给信号存储关于磁场的特性曲线。在光学编码的情况下，可以给信号存储关于间距的特性曲线。因此，能够从传感器信号的振幅中推断出行星轮的扭转角度。此外，振幅的时间上的变化曲线可以提供关于至少一个行星轮的角速度的消息。信号之间的时间间隔可以提供关于在行星轮传动装置中的周转的行星轮的转速的信息。

已经有利地证实的是，利用该优选的设计方案可以推断出不同的行驶情况。例如，能够合理化在弯道行驶和/或轮胎突然失压的情况下的车辆的转速。传感器信号也可以用作尤其是针对牵引机的差速锁的控制参数。

此外，优选的是，至少一个行星轮绕第一转动轴线的转动角度和标识体的角度区间彼此相对应，从而在行星轮扭转了该转动角度时，使得标识体的中断部指向传感器以阻止信号产生，或者使得标识体指向传感器以阻止信号产生。转动角度范围与角度区间相对应指的是，行星轮在沿两个方向之一转动之后可以处在补偿位中，并且标识体的中断部或标识体由于转动而同时直接转动到传感器前方，从而使传感器指向该中断部或该标识体并且可以不产生信号。

在使用标识体的情况下优选的是，传感器能够以大约45°的角度指向标识体，并且标识体具有与之相对应的表面几何形状。适宜的是，相对应的表面几何形状具有倾斜了45°的表面，从而使得传感器面和标识体的上侧表面基本上能彼此平行地取向。通过标识体的这种构造可以简化传感器在行星轮传动装置壳体中的装入。

此外，优选的是，行星轮传动装置包括布置在第一传感器旁边的第二传感器。第二传感器的布置方案除了实现冗余外还能够实现获知绕第二转动轴线的转动方向。

本发明的另一个方面是一种用于获知在具有传感器的行星轮传动装置中的行星轮绕两个转动轴线中的至少一个转动轴线的扭转的方法，行星轮传动装置包括输入轴、第一和第二联接轴、具有至少一个以能绕第一和第二转动轴线转动的方式支承的行星轮的至少一个行星轮架，其中，行星轮将两个联接轴以如下方式彼此联接，即，使能够从输入轴传递到行星轮架上的转矩能够传递到这两个联接轴上，并且能够通过行星轮绕第一转动轴线的扭转来补偿在两个联接轴之间的相对扭转，该方法包括以下步骤：

-当至少一个行星轮在传感器旁边经过时，产生信号，并且

-根据至少一个预先给定的信号特征，尤其通过将所产生的信号的信号值与预先给定的信号特征进比较，对所产生的信号进行分析。

利用该方法，以结构上简单的方式实现了获知至少一个行星轮绕至少一个转动轴线的扭转和/或相对于至少一个转动轴线的扭转。在此，该方法可以优选用具有前述的结构形式的传感器的行星轮传动装置来实施。

该方法可以通过如下方式来改进，即，测量信号之间的时间间隔，并且时间间隔测量值是预先给定的信号特征，其中，分析步骤包括对至少一个信号值附近的信号进行比较，其中，尤其比较时间间隔测量值。

通过将第一行星轮的时间上的间隔与附近的第二行星轮的时间上的间隔进行比较，可以用简单的方式如此地探测到两个行星轮中的至少一个的错误位，从而在出现错误的，也就是说偏斜的行星轮情况下，传感器在时间上比在未偏斜的状态的情况下更早地或更晚地产生信号。将该“实际”间隔与“额定”间隔进行比较得到相移，该相移能够用作偏斜程度进而是相对于第一转动轴线的扭转度。相移应被理解为各周转的持续时间虽然一致，但是各信号产生的时间点不一致。比较不仅可以在分别表示行星轮的信号之间进行，而且可以在信号值与预先给定的测量值之间进行。

该方法的另外的优选设计方案的特征在于，测量信号的振幅，并且振幅测量值是预先给定的信号特征，其中，分析步骤包括对至少一个信号值附近的信号进行分析，其中，尤其比较振幅测量值。通过将第一行星轮的第一信号的振幅测量值与附近的第二行星轮的第二信号的振幅测量值进行比较，可以以简单的方式如此地探测到两个行星轮中的至少一个的错误位，即，在行星轮偏斜的情况下，传感器产生比在未偏斜的状态的情况下更大的或更小的振幅。将该“实际”间隔与“额定”间隔进行比较得到振幅偏差，该振幅偏差能够用作偏斜的程度进而是相对于第一转动轴线的扭转度。

该方法的另外的优选设计方案的特征在于，行星轮具有沿周向方向在一定角度区间上延伸的标识体，标识体被构造成与传感器协同作用。通过使用标识体可以以如下方式实现更精确的测量值，即，例如需要更小的面在更短的时间段内在传感器旁边经过或转过。

该方法的另外的优选的设计方案的特征在于，标识体沿周向方向具有至少一个中断部，并且该方法包括如下步骤，即，在探测到标识体的中断部时或者在探测到标识体的检测区域时，阻止信号产生。

该方法的另外的优选的设计方案的特征在于，标识体螺旋状地构造，从而行星轮绕第一转动轴线的扭转使标识体与传感器之间的间距增大或减小，并且给信号存储关于间距的特征曲线，其中，分析步骤包括对信号与关于间距的特征曲线进行比较，其中，信号的振幅表示行星轮相对于第一转动轴线的角度数据，振幅的在时间上的变化曲线表示角速度并且信号之间的时间间隔表示周转的行星轮的转速。

此外，优选的是，对标识体进行编码并且给信号存储关于编码的特征曲线，其中，分析步骤包括对信号与特征曲线进行比较，其中，信号的振幅表示行星轮相对于第一转动轴线的角度数据，振幅的在时间上的变化曲线表示角速度并且信号之间的时间间隔表示周转的行星轮的转速。

此外，优选的是，行星轮传动装置包括布置在第一传感器旁边的第二传感器，从而在至少一个行星轮在传感器旁边经过时，行星轮每次周转能够产生两个信号，并且分析步骤包括对同一行星轮的每次周转的两个信号进行分析。也就是说，以如下方式布置传感器，即，使信号能够在时间上连续地产生，并且不同时产生。

此外优选的是，将分析结果输出。

此外，优选的是，基于分析结果将传感器信号配属给事先确定的错误类别，其中，将相移和振幅变化配属给第一错误类别，而将信号阻止配属给第二错误类别。

附图说明

本发明的优选的实施方式示例性地结合附图加以描述。其中：

图1：以侧向的横截面视图并且以俯视图示出根据本发明的行星轮传动装置的截段，行星轮传动装置具有两个示例性的行星轮和一个示例性的传感器；

图2：示出在无错误运行中的图1的行星轮传动装置的两个行星轮周转的示例性的信号变化曲线的图示；

图3：以侧向的横截面视图并且以俯视图示出在第一种有错误的运行中的图1的行星轮传动装置；

图4：示出在第一种有错误的运行中的图3的两个行星轮的示例性的信号变化曲线的图示；

图5：以侧向的横截面视图并且以俯视图示出在第二种有错误的运行中的图1的行星轮传动装置；

图6：示出在第二种有错误的运行中的图5的两个行星轮的示例性的信号变化曲线的图示；

图7：示出根据本发明的具有两个传感器的行星轮传动装置的框图的原理图；

图8：示出根据本发明的行星轮传动装置在具有横置前驱动器的机动车中的示例性的布置。

具体实施方式

图1示出了具有车辆的两个行星轮和传感器5的构造为锥形轮差动器的行星轮传动装置1的截段。

行星轮传动装置1以如下方式构造，即，借助该行星轮传动装置能够将驱动能从主传动系分路到两个并联的负载路径上，并且同时能够补偿相对扭转，用以避免两个负载路径之间出现应力。

为此，行星轮传动装置包括未示出的驱动轴、两个联接轴3、4、具有第一和第二行星轮10、30的未示出的第一和第二行星轮架。两个行星轮10、30以能转动的方式支承在各自的行星轮架的未示出的各自的行星架上。

传感器5以如下方式构造并布置，即，使其能够获知行星轮10、30绕两个转动轴线6、7中的至少一个的角位置和/或相对两个转动轴线6、7中的至少一个的角位置，也就是说，不仅能够获知绕第一转动轴线6的转动，而且能够获知偏斜，也就是说，相对于第一转动轴线6的扭转。

为此，两个行星轮10、30在其径向靠外的边缘区域中分别具有同轴布置的具有中断部21或41的标识体20，40。标识体沿周向方向延伸过约300°的角度区间α。本领域技术人员清楚的是，在此也可以选择其他的角度区间。

标识体20、40可以一件式地或多件式地构造。

两个行星轮10、30轴线相同地布置，从而使它们将它们各自的第一转动轴线形成共同的转动轴线，并且分别与冠状齿轮啮合，冠状齿轮分别抗相对转动地(drehfest)与两个联接轴中的一个连接。两个行星轮与第二转动轴线间隔开，并且可以绕垂直地与第一转动轴线相交的第二转动轴线旋转。在图1中示出了在它们各自的中间位中的两个行星轮10、30。在这些中间位中，两个联接轴3、4彼此没有发生相对扭转。

此外，图1的视图还示出了瞬时状态，其中，在行星轮10继续绕第二转动轴线周转之前，行星轮10以标识体20的也被称作“探测区(detection area)”的检测区域22在传感器5的“高度”上。在检测区域22与传感器5之间，传感器5与标识体20之间的可能间距最小。是接近开关的传感器5检测标识体20的检测区域22的存在，并产生表示行星齿轮10周转的信号。可以清楚地看出，标识体20的中断部21在行星轮10的中间位中怎样从传感器5指开。接近开关5无接触式地进行开关，并且因此无需外部的机械操纵力。由此，接近开关具有高使用寿命和高可靠性。

图2示出了在无错误的运行中的图1的行星轮传动装置1的两个行星轮10、30周转的示例性的信号变化曲线的图示。根据图2中的图示，第二信号S₂表示行星轮30，而第一和第三信号S₁、S₃表示行星轮10。在无错误的运行中，两个行星轮之间的间距相等，也就是说，第一与第二信号S₁或S₂之间的时间上的间隔t₁和第二与第三信号S₂或S₃之间的时间上的间隔t₂在转动速度恒定的情况下相等。

图3以侧向的横截面视图并且以俯视图示出在第一种有错误的运行中的图1的行星轮传动装置。与图1中所示的行星轮传动装置1的区别在于，这里示出了行星轮10、30的补偿运动，也就是说，行星轮10、30实施绕自身的转动轴线6的转动。在此，标识体20、40的中断部21、41以如下方式与绕自身的转动轴线的扭转角度相对应，即，当各自的行星轮10、30在传感器5旁边经过时，中断部21、41总是指向传感器5。由此，检测区域从传感器转开并且阻止信号产生。

在图4中以点划线标识示出了这样的信号阻止。S1'、S2'和S3'表示各自的行星轮10、30的预期的但并不产生的信号。在这样的情况下，针对存在第一种有错误的运行的持续时间不施加输出信号。

图5以侧向的横截面视图并且以俯视图示出在第二种有错误的运行中的图1的行星轮传动装置。与图1中所示的行星轮传动装置1的区别在于示出了行星轮10的偏斜。如果现在传感器5产生了表示行星轮10、30的各自的周转的信号，那么就如图6中所示的那样出现相移，也就是说，第一信号S₁″与第二信号S₂之间的时间上的间隔t₃和第二信号S₂与第三信号S₃″之间的时间上的间隔t₄不相等。在该情况下意味着，t₃>t₄。为了清楚说明相移，在信号S₁″和S₃″的右边用点划线标识示出了无错误的运行的信号S₁和S₃。

图7示出了在机动车中的根据本发明的具有两个示例性的传感器50、51的行星轮传动装置1的框图的原理图。两个传感器50、51利用线路71、72与电压源70连接并且利用线路81、82接地80。传感器50借助61在信号技术上与数据处理单元60联接，传感器50在信号技术上借助91与数据处理单元90联接。两个传感器的优点除了冗余外还在于能够探测到绕第二转动轴线的转动方向。

图8示出了根据本发明的行星轮传动装置1在具有横置前驱动器的机动车中的示例性的布置。传感器5在此沿行驶方向布置在联接轴上方的右边。

所示的附图仅是本发明的示例性的实施方式。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，能够想到各种其他实施方式。

附图标记列表

1 行星轮传动装置

2 驱动轴

3 第一联接轴

4 第二联接轴

5 传感器

6 第一转动轴线

7 第二转动轴线

10 第一行星轮

11 第一行星轮的行星轮架

12 第一行星轮的行星架

20 第一行星轮的标识体

21 第一行星轮的标识体的中断部

22 第一行星轮的标识体的检测区域

30 第二行星轮

31 第二行星轮的行星轮架

32 第二行星轮的行星架

40 第二行星轮的标识体

41 第二行星轮的标识体的中断部

42 第二行星轮的标识体的检测区域

50 在布置有两个传感器的情况下的第一传感器

51 在布置有两个传感器的情况下的第二传感器

60 第一数据检测单元

61 信号技术上的联接部

70 电压源

71 线路

72 线路

80 接地

81 线路

82 线路

90 第二数据检测单元

91 信号技术上的联接部

α 标识体的角度范围