扭矩感测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及汽车应用，并且更具体地，涉及需要高精度的非接触式扭矩感测的应用。
【背景技术】
[0002]当前的发动机感测技术对于测量发动机的扭矩输出不具有可靠的、节约成本的、或直接的器件。车辆驾驶员经由风门踏板输入扭矩需求并且基于此在已被适当地校准的表中查找燃料数量和喷油正时(inject1n timing)。氧传感器基于连接到排气管的复式汽缸将平均值反馈到发动机控制器。基于喷油速率、喷油正时以及空气燃料比，可以计算出预期发动机扭矩输出。然而，实际扭矩可能因为混合准备变化、不平衡的汽缸、或者不完全燃烧而不同。
[0003]高精度的扭矩感测允许反馈每个汽缸的转矩输出，从而允许在运行中将下一燃烧周期优化至发动机的最高扭矩输出。此外，该直接反馈将会通过允许运行中点火正时和喷油正时改变以及允许发动机控制器利用代用和高辛烷燃料的燃烧性能的优点来提高燃料效率。用直接反馈扭矩感测器可以完成失火检测、气缸到气缸的平衡度、操纵性能改进、以及单独气缸调谐以提高发动机的使用期限的效率。
【发明内容】
[0004]在一个实施方式中，提供了一种扭矩感测装置，包括:被配置为围绕旋转轴旋转的旋转部件以及被设置为邻近于该旋转部件以在第一位置处感测该旋转部件的瞬时角度位置(instantaneous angular posit1n)的第一传感器。第二传感器被设置为邻近于该第一传感器径向向内的该旋转部件以在第二位置处感测该旋转部件的瞬时角度位置。控制器可操作耦接至该第一传感器和该第二传感器。该控制器确定由该第一传感器生成的第一信号与由该第二传感器生成的第二信号之间的相对相移，以计算与施加于该旋转部件的扭矩成正比的输出。
[0005]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该旋转部件在扭矩传递的路径中并且由于所施加的扭矩呈现角偏转(angular deflect1n)。
[0006]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第一传感器被设置在该旋转部件的外周。
[0007]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该旋转部件包括被布置在该第一位置处的多个齿。
[0008]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第一传感器检测该旋转部件的多个齿的通过(passage)。
[0009]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第二传感器被布置在该旋转部件的基准轮(reference wheel)处。
[0010]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该基准轮包括多个基准齿(reference teeth)。
[0011]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第二传感器检测该旋转部件的该多个基准齿的通过。
[0012]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，在该旋转部件每次旋转时，该控制器唯一地识别该多个齿和/或该多个基准齿中的至少一个齿。
[0013]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该控制器计算该多个齿中的每个齿相对于该多个基准齿的唯一相移。
[0014]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该控制器利用齿特定相移来确定齿特定补偿值以校正系统变量。
[0015]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第一传感器和该第二传感器中至少一个是磁通门传感器(fluxgate sensor)。
[0016]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第一传感器和该第二传感器中至少一个是感应桥式传感器、诸如光学编码器的光学传感器、基于激光器的传感器、可变磁阻磁性传感器、磁阻传感器或者霍尔效应传感器或者被配置为感测齿的其他合适的传感器。
[0017]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该控制器包括基于该第一信号和该第二信号输出计算出的扭矩值的现场可编程门阵列。
[0018]在另一个实施方式中，一种确定施加于第一旋转部件的扭矩的方法，包括:通过布置在旋转部件处的第一传感器感测该旋转部件的第一部分的第一瞬时角度位置并且通过布置在该旋转部件处的第二传感器感测该旋转部件的第二部分的第二瞬时角度位置。计算该第一瞬时角度位置相对于该第二瞬时角度位置的相移。基于该相移计算施加于该旋转部件的扭矩。
[0019]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该旋转部件在扭矩传递的路径中并且由于所施加的扭矩呈现角偏转。
[0020]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第一传感器和该第二传感器中至少一个是磁通门传感器。
[0021 ] 此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第一传感器和该第二传感器中至少一个是感应桥式传感器、诸如光学编码器的光学传感器、基于激光器的传感器、可变磁阻磁性传感器、磁阻传感器或者霍尔效应传感器或者被配置为感测齿的其他合适的传感器。
[0022]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该旋转部件包括多个齿。
[0023]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第二传感器被布置在该旋转部件的基准轮处，该基准轮包括多个基准齿。
[0024]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该第二传感器检测该旋转部件的该多个基准齿的通过。
[0025]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，在该旋转部件每次旋转时唯一地识别该多个齿和/或该多个基准齿中的至少一个齿。
[0026]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中，该控制器计算该多个齿中的每个齿相对于该多个基准齿的唯一相移。
[0027]此外或可替换地，在该实施方式或者其他实施方式中该控制器利用齿特定相移来确定齿特定补偿值以校正系统变量。
[0028]根据结合附图的以下说明，这些和其他优势、方面以及特征将变得更加清晰可见。
【附图说明】
[0029]在说明书总结部分的权利要求书中清楚记载并且详细指出了该主题。根据结合附图的以下详细描述，上述及其它特征、方面、以及优点将显而易见，在附图中:
[0030]图1是根据示例性实施方式的扭矩感测装置的前视图；
[0031]图2是根据实施方式的扭矩感测装置的电路的示意图；
[0032]图3是根据示例性实施方式的扭矩感测装置的第一传感器的第一信号和第二传感器的第二信号的示意图；
[0033]图4是根据实施方式的扭矩感测装置的台式试验装置(bench test setup)的立体图；
[0034]图5是使用扭矩感测装置的实施方式测量扭矩的示意图；
[0035]图6是扭矩感测装置的实施方式的示意图；以及
[0036]图7是扭矩感测组件的实施方式的示意性视图。
【具体实施方式】
[0037]参考图1，示出了根据一个实施方式的扭矩感测装置20。在所示出的非限制性实施方式中，例如，扭矩感测装置20包括诸如用多个螺栓32安装至轴30的柔性板25，使得柔性板25被配置为围绕轴30的旋转轴旋转。在实施方式中，柔性板25是发动机的135齿状柔性板并且耦接至柔性板25的轴30是曲轴。第一传感器35围绕柔性板25的外周28设置。在实施方式中，至少一个磁体40可以被可选地类似设置成邻近柔性板25的外周28或者接近柔性板25的齿27，诸如相对的第一传感器35。至少一个第一磁体40可选地被配置为动态地磁化柔性板25的多个齿27，以允许通过第一传感器35检测齿27。第一传感器35可操作地耦接至诸如发动机控制单元的控制器50。
[0038]在实施方式中，可操作地耦接至控制器50并且被配置为提供校准的参考信号的第二传感器55被设置成接近柔性板25的中心或内毂(inner hub)。可替换地，基准轮60具有围绕其外周62设置的第二传感器55，被配置为与控制器50通信的第二传感器55可类似地在与柔性板25同轴的方位上耦接至轴30。基准轮60 —般具有与柔性板25相同数量的或较少的齿65，诸如，60-2齿状基准轮60。基准轮60可以包括设置成邻近基准轮60的外周62的至少一个第二磁体70，或接近基准轮60的齿65，诸如，相对的第二传感器55。基准轮60示出了通过其直径、材料挺度、或连接点任一者的零扭矩。尽管示出的实施方式磁性地检测柔性板25和基准轮60的齿27、65，但配置为光学地或感应地检测齿27、65的传感器35、55在本公开内容的范围内。示例性第一传感器35和第二传感器55包括但不限于:磁通门磁力梯度仪、感应拾取器、电感电桥、诸如光学编码器的光学传感器、基于激光器的传感器、可变磁阻磁性传感器、磁阻传感器、霍尔效应传感器或者配置为感测齿27、65的任意其他合适的传感器。通过感测齿27、65，可以确定柔性板25和基准轮60的旋转和瞬时角度位置。
[0039]表现出柔性板25与基准轮60之间或者外周28与柔性板25的中心之间的瞬时角度位置的差值的柔性板25与基准轮60之间的相对偏转与扭矩成正比。控制器50包括电路100 (参见图2)，其使用分别由第一传感器35和第二传感器55生成的第一信号和第二信号检测第一信号与第二信号之间的相移从而创造与施加扭矩成正比的高精度的输出。在实施方式中，柔性板25和/或基准轮60由基本平坦的非齿盘形成。虚拟齿可以使用诸如电磁体的磁体(未示出)形成在柔性板25和基准轮60上。通过将电气或机械脉冲提供至磁体，磁盘将迅速磁化并且消磁因此第一传感器35和第二传感器55会检测到齿的存在。通过在本文中所描述的任意磁性传感方法感测这些虚拟齿。在另一个实施方式中，可以诸如通过围绕磁盘的外周设置金属条在基本平坦的非齿盘上制作齿27、65。应当理解虽然柔性板25和基准轮60是通过附加装置彼此连接的分离部件，在一些实施方式中，柔性板25和基准轮60是相同整体的旋转部件的部分。例如，柔性板25可以是弯曲的外侧部分，而基准轮60是不弯曲或相对少量弯曲的旋转部件的内侧部分，以提供参考来测量基准轮25偏移。
[0040]在图2中示出的电路100表示扭矩感测装置20的检测和测