CN101449170B

CN101449170B - 用于获知变速器主轴转速的方法和具有转速测量装置的变速器

Info

Publication number: CN101449170B
Application number: CN2007800182811A
Authority: CN
Inventors: 金·菲雷尔; 托马斯·珀思; 弗兰克·格斯勒
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: WO2007134933A1; JP2009537753A; BRPI0711917A2; DE102006023552A1; EP2021810A1; US8050832B2; US20090280948A1; RU2008150050A; CN101449170A

Abstract

本发明涉及一种用于获知变速器的主轴(3)的转速的方法，在该方法中，主轴(3)通过可换档的行星变速装置(17)与从动轴(4)连接，其中主轴(3)抗扭地与中心轮(18)连接并且从动轴(4)抗扭地与行星齿轮支架(20)连接，本方法包括如下方法步骤，即测量空心轮(22)的转速(n_Hohlrad)、测量从动轴或行星齿轮支架(20)的转速(n_Abtrieb)以及由空心轮的转速(n_Hohlrad)和从动轴或行星齿轮支架(20)的转速(n_Abtrieb)计算出主轴(3)的转速(n_Hauptwelle)。本发明还涉及一种具有转速测量装置的变速器。

Description

用于获知变速器主轴转速的方法和具有转速测量装置的变速器

技术领域

本发明涉及一种用于获知变速器主轴转速的方法，在该方法中主轴通过可以换档的行星变速装置与从动轴连接，其中主轴抗扭地与中心轮连接，从动轴抗扭地与行星齿轮支架连接。另外本发明还涉及一种具有转速测量装置的变速器。

背景技术

基于现有技术已知具有用来产生用于诸如汽车等的速度信号的转速测量装置的变速器。这些转速测量装置基本包括与相应变速器轴抗扭地连接的信号探测器或转速探测器，该信号探测器或转速探测器配有固定的转速传感器，以便对转速探测器上的转速进行测量。

于是，DE 198 14 758 A1中公开了一种用于采集轴的转速的装置。这种已知装置具有与轴抗扭地连接的信号探测器，该信号探测器被构成为齿轮的类型，其中齿轮的齿分别具有陡齿面和平齿面。另外还设有一种类似的霍尔效应传感器，该传感器对齿轮的圆周、也就是对齿轮上的、径向上的转速进行测量。由于这两个齿面的齿面斜度各不相同，所以即使当轴以非常低的转速旋转的时候也可能利用仅一个传感器并在更新率恒定的情况下获知轴的转速和转动方向。

DE 103 47 494 A1中描述了一种类似的装置，在该装置中应该获知的是变速器轴上的扭矩。为达到这一目的，这种已知装置包括变速器轴，在该变速器轴上抗扭地设置转速探测器齿轮，其中该转速探测器齿轮又配有固定的转速传感器，该转速传感器对转速探测器齿轮的圆周上、也就是在齿上的、在径向上的转速进行测量。这意味着转速探测器齿轮的齿在转动经过转速传感器的时候产生电脉冲，电脉冲被传导给相应的评估单元。

DE 102 23 625 A1中公开另外一种用于汽车变速器的转速测量装置。在这种同样包括信号探测器和传感器的转速测量装置中，信号探测器被集成到从动侧轴密封环的防尘盖内。该防尘盖被设置在变速器壳体的外部并且抗扭地与变速器的从动侧连接，而传感器则在外部固定在壳体上并对防尘盖圆周上的、在径向上的转速进行测量。然而这种已知的转速测量装置不能测知主轴以何转速旋转，因为只是获知了从动侧或从动轴的转速。

基于现有技术已知的用于获知变速器主轴转速的转速测量装置被证明在这一点上是有缺点的，即信号探测器或转速探测器齿轮提高了变速器重量、变速器长度和变速器尺寸。所以，虽然也存在如下的可能性，即直接在主轴的外啮合部对主轴转速进行测量，但这依然会导致不得不设置长的传感器或长的传感器架，该长的传感器或长的传感器架易受震动影响并因此威胁到对转速的可靠获知。另外，对于悬浮支承和/或具有较大轴向间隙的主轴而言，现有技术并没有提供足够的解决方案。所以，具有这种主轴的变速器不会毫无问题地保证，转速能够可靠地在转速探测器上被测量。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种用于获知变速器主轴转速的方法，该方法在克服上述缺点的情况下实现简单且可靠地获知转速。此外本发明还涉及一种具有转速测量装置的变速器。

根据本发明的方法是一种用于获知变速器主轴转速的方法，在该方法中主轴通过可换档的行星变速装置与从动轴连接，其中主轴抗扭地与中心轮连接并且从动轴抗扭地与行星齿轮支架连接。行星变速装置具有空心轮，中心轮与可转动地布置在行星齿轮支架上的行星齿轮保持啮合，并且行星齿轮与空心轮的内啮合部保持啮合。在提供了这样的变速器之后，在一方法步骤中对行星变速装置的空心轮的转速进行测量。在另一方法步骤中对从动轴或行星齿轮支架的转速进行测量。后者鉴于行星齿轮支架较强的径向扩展可以被优选，因为这样一来便只需要一个构造长度小的传感器。然后由空心轮转速和从动轴或行星齿轮支架转速计算出主轴转速。这例如可以借助行星变速装置的已知的传动比进行。

因此，在根据本发明的方法中，主轴的转速不是直接在主轴上被测量的，而是间接地由行星变速装置的已知尺寸以及空心轮和从动轴或行星齿轮支架的转速计算得出的。这样做的优点是，为了能够直接测量转速，不必在主轴上设置具有长的构造形状的转速传感器或者根本无须在主轴上设置附加的转速探测器齿轮，以便能够直接测量转速。由此便阻止了变速器重量、长度和体积的增大。此外，即便当悬浮支承的主轴被以具有大的轴向间隙的方式安装时，也会保证对转速可靠的获知。根据本发明的方法实现了在不依赖于行星变速装置的换档状态的情况下，获知变速器主轴的转速。

为了能够获知绝对转速和/或转动方向，在根据本发明的方法的优选实施方式中还执行了如下方法步骤，测量空心轮的转动方向、测量从动轴或行星齿轮支架的转动方向、以及借助空心轮的转动方向和从动轴或行星齿轮支架的转动方向获知主轴的转动方向。

在根据本发明的另一优选实施方式中，借助以下关系式计算出主轴的转速：

n_Hauptwelle＝(1-i₀)×n_Abtrieb+i₀×n_Hohlrad

在此，n_Hauptwelle表示的是主轴的转速，i₀表示的是行星变速装置的固定变速器传动比，n_Hohlrad表示的是空心轮的转速，n_Abtrieb表示的是行星齿轮支架或从动轴的转速。所获知的转动方向被引入计算中，使得转动方向导致转速具有不同的符号。这样行星变速装置例如可以被换档到中档状态，在中档状态下，行星齿轮支架和空心轮都被松开。从而行星齿轮支架或从动轴和空心轮未被制动住。根据前述关系式获知主轴的转速。另外，行星变速装置可以例如被换档到低档状态，在低档状态下，空心轮被制动住。在这里也使用先前所提到的关系式来计算主轴的转速，其中该关系式由于空心轮被制动住(n_Hohlrad＝0)的缘故而被简化为如下形式：

n_Hauptwelle＝(1-i₀)×n_Abtrieb

此外，行星变速装置还可以例如被换档到高档状态，在高档状态下，行星变速装置进行锁止运转(n_Hauptwelle＝n_Abtrieb＝n_Hohlrad)。依旧可以使用先前提到额关系式来算出主轴的转速，该关系式在锁止运转的情况下相应地被简化为：

n_Hauptwelle＝n_Abtrieb。

在根据本发明的优选实施方式中借助以下关系式确定行星变速装置的传动比：

i_{0} = \frac{Z_{Hohlrad}}{Z_{Sonnenrad}}

其中Z_Hohlrad表示空心轮上齿的数目，Z_Sonnenrad表示中心轮上齿的数目。

根据本发明的变速器具有主轴，主轴通过可换档的行星变速装置与从动轴连接。这样行星变速装置可以例如被换档到中档、低档或高档状态中。主轴抗扭地与行星变速装置连接并且从动轴抗扭地与行星变速装置的行星齿轮支架连接。行星变速装置具有空心轮，中心轮与可转动地布置在行星齿轮支架上的行星齿轮保持啮合，并且行星齿轮与空心轮的内啮合部保持啮合，对于这种变速器可以例如涉及有级变速器。该变速器还包括用来获知主轴转速的转速测量装置。该转速测量装置具有用于测量空心轮上空心轮转速的第一转速传感器和用于测量从动轴或行星齿轮支架上从动轴或行星齿轮支架转速的第二转速传感器。所述转速传感器可以例如涉及诸如感应传感器、霍尔效应传感器等，所述转速传感器与相应变速器部件上的信号探测器或转数探测器共同作用。这时，为了能够计算出主轴的转速，转速测量装置还具有计算单元，借助该计算单元可以由空心轮转速和从动轴或行星齿轮支架转速计算出主轴的转速。关于根据本发明的变速器的优点方面可以参引之前所述的根据本发明的方法的优点，这些优点相应地是适用的。

为了将变速器长度较小地保持，在根据本发明的变速器的优选实施方式中让第一和第二转速传感器这样排布，即空心轮的转速和从动轴或行星齿轮支架的转速能够在圆周上在径向上被测量。由于空心轮和行星齿轮支架比主轴及从动轴进一步在径向上向外延伸，所以在这种状况下可以使用构造形状特别小的转速传感器。也就无需为转速传感器设置较长延伸的保持架了。

在根据本发明的变速器的另一优选实施方式中，在空心轮以及在从动轴或行星齿轮支架上分别设置信号探测器(优选为外啮合部)，在该信号探测器上可以测量相应的转速。

在根据本发明的变速器的特别优选的实施方式中，空心轮侧的信号探测器与空心轮一体地构成，并且另一信号探测器与从动轴或行星齿轮支架一体地构成。信号探测器可以例如被压入到相应的行星变速装置部件中。由此，以减少重量和简化总体结构的方式减少了构件的数目。

为了进一步简化变速器的构造和装配，在根据本发明的变速器的一个另外的优选实施方式中将第一和第二转速传感器布置在共同的传感器模块上。从而可以通过在变速器内安装传感器模块将这两个转速传感器一并安装。

在根据本发明的变速器的另一优选实施方式中，计算单元借助以下关系式算出主轴的转速：

n_Hauptwelle＝(1-i₀)×n_Abtrieb+i₀×n_Hohlrad

关于该方程中提到的变量和常数，参引根据本发明的方法的上面的叙述。计算单元计算出主轴的转速，也就是在不依赖于行星变速装置的换档状态的情况下计算出主轴的转速。

在根据本发明的变速器的另一优选实施方式中，计算单元借助以下关系式确定出行星变速装置的传动比：

i_{0} = - \frac{Z_{Hohlrad}}{Z_{Sonnenrad}}

在此，Z_Hohlrad表示空心轮上齿的数目，Z_Sonnenrad表示中心轮上齿的数目。

在根据本发明的变速器的又一优选实施方式中还设置了用于测量空心轮转动方向的第一转动方向传感器和用于测量从动轴或行星齿轮支架转动方向的第二转动方向传感器，其中可以借助空心轮的转动方向和从动轴或行星齿轮支架的转动方向由计算单元确定主轴的转动方向。此外，计算单元还可以借助这两个转动方向确定出主轴的绝对转速和/或转动方向。

为了将装配成本特别少地保持，让第一转速传感器和第一转动方向传感器由用于测量转速和转动方向的第一组合传感器构成，而让第二转速传感器和第二转动方向传感器由用于测量转速和转动方向的第二组合传感器构成。

附图说明

下面借助示例的实施方式并结合所配属的附图对本发明详细阐释。其中：

图1示出具有转速测量装置和行星变速装置的变速器的根据本发明的示意图；

图2示出图1中的行星变速装置的放大图；

图3是用于表明基于图1与2中变速器的根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的变速器1的实施方式的示意图，变速器1依照根据本发明的方法运行。变速器1(该变速器1可以例如使用在汽车中)是一种具有驱动轴2、主轴3和从动轴4的同轴变速器，所述这些轴连续地设置在轴线5上。此外还设有两个副轴6、7，副轴6、7沿着平行于轴线5设置的双轴线8、9延伸。主轴3以悬浮的方式支承在这两个副轴6、7之间并且以具有大的轴向间隙的方式支承在驱动轴2与从动轴4之间。变速器1还具有变速器壳体10，驱动轴2和从动轴4的背离主轴3的末端穿过变速器壳体10向外延伸。

在副轴6、7上分别固定有与驱动轴2的从动齿轮13啮合的驱动齿轮11、12，使得副轴6、7可以通过驱动轴2被驱动。此外，在副轴6或7上还设有固定齿轮14或15，固定齿轮14或15与主轴3上的空套齿轮16保持啮合。在此，固定齿轮14、15与相应的空套齿轮16一起分别形成变速器1的档位的齿轮组。为了能够让主轴3与空套齿轮16抗扭地连接或接合，还在主轴3上设置至少一个可换档的接合装置，在图中，出于概要的原因未将该接合装置示出。

主轴3与从动轴4通过在图2中放大示出的、可换档的行星变速装置17连接。行星变速装置17具有与主轴3抗扭地连接的中心轮18。中心轮18与行星齿轮19保持啮合，其中只示出了一个行星齿轮19并且该行星齿轮19可转动地布置在行星齿轮支架20上。行星齿轮支架20又抗扭地与从动轴4连接。行星齿轮19又与行星变速装置17的空心轮22的内啮合部21保持啮合。

变速器1还具有用于获知主轴3转速的转速测量装置。该转速测量装置具有固定的传感器模块23，传感器模块23布置在变速器壳体10上。在传感器模块23上布置用于测量空心轮22转速的第一转速传感器24以及用于测量空心轮22转动方向的第一转动方向传感器25，它们总称为第一组合传感器。此外还设置用于测量行星齿轮支架20转速(该转速与从动轴4转速一致)的第二转速传感器26和用于测量行星齿轮支架20的转动方向的第二转动方向传感器27，它们总称为第二组合传感器。

第一转速传感器24和第一转动方向传感器25对空心轮22在空心轮22圆周上径向上的转速或转动方向进行测量。为了这一目的，在空心轮22的圆周上设置环绕式外啮合部28形式的信号探测器，环绕式外啮合部28与空心轮22一体地构成。第二转速传感器26和第二转动方向传感器27对行星齿轮支架20在行星齿轮支架20的圆周上径向上的转速或转动方向进行测量。在这里也在行星齿轮支架20的圆周上设置环绕式外啮合部29形式的信号探测器。在传感器24、25、26、27处转动经过的齿在传感器24、25、26、27中产生相应的脉冲，这些脉冲推断出空心轮22和行星齿轮支架20的转速或转动方向。为了获知相应的转动方向可以例如采用DE 198 14 758 A1中所描述的构型。

传感器24、25、26、27通过相应的导线30与计算单元31连接。计算单元31可以借助所获知的空心轮22和行星齿轮支架20的转速和转动方向计算出主轴3的转速和转动方向，这一点将在下面结合图3解释。

行星变速装置17可以被换档到中档状态、低档状态和高档状态。在中档状态下，行星变速装置17和空心轮22都被松开，也就是说，它们都没有被制动住。在低档状态下，空心轮被制动住。在高档状态下，行星变速装置17进行锁止运转。锁止运转通过被驱动的行星变速装置部件(例如空心轮22)与第二行星变速装置部件例如中心轮18的接合来实现。由此，第三行星变速装置部件(例如行星齿轮支架20)被迫以相同的转速一起转动。

图3示出了根据本发明的方法的流程(该方法基于之前所叙述的变速器1)。在第一方法步骤S1中，借助相应行星变速装置部件上的转速-/转动方向传感器24、25、26、27测出空心轮22和行星齿轮支架20的转速和转动方向。在此，在传感器24、25、26、27中产生的信号通过导线30传输到计算单元31处。

在第二方法步骤S2中，借助所传输的信号计算出或获知空心轮22和行星齿轮支架20的转速和转动方向。

在第三方法步骤S3中，计算单元31根据下面的方程计算出主轴3的转速：

n_Hauptwelle＝(1-i₀)×n_Abtrieb+i₀×n_Hohlrad

在此，n_Hauptwelle表示的是主轴3的转速，n_Hohlrad表示的是空心轮22的转速以及n_Abtrieb表示的是行星齿轮支架20的转速。i₀表示的是行星变速装置17的固定变速器传动比并被如下计算：

i_{0} = - \frac{Z_{Hohlrad}}{Z_{Sonnenrad}}

在此，Z_Hohlrad表示的是空心轮22的内啮合部21的齿的数目，Z_Sonnenrad表示的是中心轮18的外啮合部的齿的数目。

平行于上述方法步骤S3地，还可以借助空心轮22和行星齿轮支架20的转动方向确定出主轴3的转动方向，以便能够在开头所述方程的帮助下确定出主轴3的绝对转速n_Hauptwelle和转动方向。

在根据本发明的方法中，不管行星变速装置17被换档到中档、低档或者高档状态总是可以借助上述方程获知主轴的转速和转动方向。

附图标记

1变速器

2驱动轴

3主轴

4从动轴

5轴线

6副轴

7副轴

8轴线

9轴线

10变速器壳体

11驱动齿轮

12驱动齿轮

13从动齿轮

14固定齿轮

15固定齿轮

16空套齿轮

17行星变速装置

18中心轮

19行星齿轮

20行星齿轮支架

21内啮合部

22空心轮

23传感器模块

24(第一组合传感器的)第一转速传感器

25(第一组合传感器的)第一转动方向传感器

26(第二组合传感器的)第二转速传感器

27(第二组合传感器的)第二转动方向传感器

28外啮合部

29外啮合部

30导线

31计算单元

i₀行星变速装置的固定变速器传动比

n_Abtrieb行星齿轮支架的转速

n_Hauptwelle主轴的转速

n_Hohlrad空心轮的转速

S1-S3方法步骤

Z_Hohlrad空心轮的内啮合部的齿的数目

Z_Sonnenrad中心轮的外啮合部的齿的数目

Claims

1.用于获知变速器主轴转速的方法，在该方法中，主轴通过可换档的行星变速装置与从动轴连接，其中所述主轴抗扭地与中心轮连接并且所述从动轴抗扭地与行星齿轮支架连接，行星变速装置具有空心轮，中心轮与可转动地布置在行星齿轮支架上的行星齿轮保持啮合，并且行星齿轮与空心轮的内啮合部保持啮合，所述方法包括下述方法步骤：

测量空心轮的转速(n_Hohlrad)，

测量所述从动轴或所述行星齿轮支架的转速(n_Abtrieb)，

由所述空心轮的转速(n_Hohlrad)和所述从动轴或所述行星齿轮支架的转速(n_Abtrieb)计算出所述主轴的转速(n_Hauptwelle)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括其它步骤：

测量所述空心轮的转动方向，

测量所述从动轴或所述行星齿轮支架的转动方向，以及

借助所述空心轮的转动方向和所述从动轴或所述行星齿轮支架的转动方向获知所述主轴的转动方向。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述主轴转速(n_Hauptwelle)的计算借助关系式

n_Hauptwelle＝(1-i₀)×n_Abtrieb+i₀×n_Hohlrad

执行，其中i₀是所述行星变速装置的固定变速器传动比。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述行星变速装置的固定变速器传动比(i₀)借助关系式

i_{0} = - \frac{Z_{Hohlrad}}{Z_{Sonnenrad}}

来确定，其中Z_Hohlrad对应的是所述空心轮上齿的数目，Z_Sonnenrad对应的是所述中心轮上齿的数目。

5.变速器，所述变速器具有主轴(3)，所述主轴(3)通过可换档的行星变速装置(17)与从动轴(4)连接，其中，所述主轴(3)抗扭地与中心轮(18)连接并且所述从动轴(4)抗扭地与所述行星变速装置(17)的行星齿轮支架(20)连接，行星变速装置(17)具有空心轮(22)，中心轮(18)与可转动地布置在行星齿轮支架(20)上的行星齿轮(19)保持啮合，并且行星齿轮(19)与空心轮(22)的内啮合部(21)保持啮合，并且所述变速器具有用于获知所述主轴(3)的转速(n_Hauptwelle)的转速测量装置，该转速测量装置具有：空心轮(22)上的第一转速传感器(24)，用于测量所述空心轮(22)的转速(n_Hohlrad)；所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)上的第二转速传感器(26)，用于测量所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)的转速(n_Abtrieb)；以及计算单元(31)，借助所述计算单元(31)能够由所述空心轮(22)的转速(n_Hohlrad)和所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)的转速(n_Abtrieb)计算出所述主轴(3)的转速(n_Hauptwelle)。

6.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述第一和第二转速传感器(24，26)如此排布，即，能够在圆周上在径向上测量所述空心轮(22)的转速(n_Hohlrad)和所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)的转速(n_Abtrieb)。

7.根据权利要求5或6所述的变速器，其特征在于，在所述空心轮(22)以及在所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)上分别设置信号探测器，在所述信号探测器上能够测量相应的转速(n_Hohlrad，n_Abtrieb)。

8.根据权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述信号探测器为外啮合部(28，29)。

9.根据权利要求7所述的变速器，其特征在于，所述信号探测器与所述空心轮(22)一体地构成并且与所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)一体地构成。

10.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述第一转速传感器(24)和所述第二转速传感器(26)被布置在共同的传感器模块(23)上。

11.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述主轴(3)的转速(n_Hauptwelle)能够借助关系式

n_Hauptwelle＝(1-i₀)×n_Abtrieb+i₀×n_Hohlrad

由所述计算单元(31)计算，其中i₀是所述行星变速装置(17)的固定变速器传动比。

12.根据权利要求11所述的变速器，其特征在于，所述行星变速装置(17)的固定变速器传动比(i₀)借助关系式

i_{0} = - \frac{Z_{Hohlrad}}{Z_{Sonnenrad}}

由所述计算单元(31)确定，其中，Z_Hohlrad对应所述空心轮(22)上所述齿的数目，Z_Sonnenrad对应所述中心轮(18)上所述齿的数目。

13.根据权利要求5所述的变速器，其特征在于，还设有用于测量所述空心轮(22)的转动方向的第一转动方向传感器(25)和用于测量所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)的转动方向的第二转动方向传感器(27)，其中能够借助所述空心轮(22)的转动方向和所述从动轴或所述行星齿轮支架(20)的转动方向由所述计算单元(31)确定出所述主轴(3)的转动方向。

14.根据权利要求13所述的变速器，其特征在于，所述第一或第二转速传感器(24；26)以及所述第一或第二转动方向传感器(25；27)由用于测量转速和转动方向的第一或第二组合传感器构成。