(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジン内で生成されるトルクを測定するセンサシステムを提供する。【解決手段】磁気弾性部分を有する一次センサユニット１４と磁気感応部１８を有する二次センサユニット１６を備え、エンジン２０の個々のシリンダ２２のトルク寄与分に起因して磁気弾性部分は磁場を生成し、二次センサユニット１６によって提供される信号を電子制御ユニット３２で処理し、電子制御ユニット３２は特に、二次センサユニット１６の少なくとも１つの磁気感応部１８を制御し、および／または読み取り、一次センサユニット１４に加えられている応力と相関する信号を生成する。【選択図】図１
2016050938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライブトレイン（１２）のための磁気弾性トルクセンサシステム（１０）であって、
エンジン（２０）によって生成されるトルクに起因して生じた応力に反応する磁気弾性材料によって形成されている少なくとも１つの磁気弾性部分（４０）を有する一次センサユニット（１４）と、
フラックスゲート式の少なくとも１つの磁気感応部（１８）を有する二次センサユニット（１６）と、
前記二次センサユニット（１６）によって提供される信号を受信および処理するための電子制御ユニット（３２）と、を備え、
前記応力は、エンジン（２０）の個々のシリンダ（２２）のトルク寄与分に起因して生じ、
前記磁気弾性材料は、前記応力に応答して、磁場を生成し、及び／又は、既存の磁場を変化させるように構成され、
前記少なくとも１つの磁気感応部（１８）は、前記磁気弾性部分（４０）の前記生成された磁場又は前記変化された磁場を測定し、
前記電子制御ユニット（３２）は、前記二次センサユニット（１６）の前記少なくとも１つの磁気感応部（１８）を制御し、及び／又は、読み取り、前記一次センサユニット（１４）に加えられている前記応力と相関する信号を生成する
磁気弾性トルクセンサシステム（１０）。
【請求項２】
前記一次センサユニット（１４）は、フレックスプレートである
請求項１に記載の磁気弾性トルクセンサシステム（１０）。
【請求項３】
前記一次センサユニット（１４）は、前記ドライブトレイン（１２）の力束の中に適用され、
前記一次センサユニット（１４）は、自動車、バイク又はトラックを含む動力車のエンジン（２０）と、トルクコンバータ（３６）、クラッチ（３４）又はギアボックス（３８）と、の間で、前記ドライブトレイン（１２）内に連結されるように構成されている
請求項１又は２に記載の磁気弾性トルクセンサシステム（１０）。
【請求項４】
前記一次センサユニット（１４）は、ディスクとして成型され、
前記少なくとも１つの磁気弾性部分（４０）は、前記ディスク形状の一次センサユニット（１４）上の閉リングとして形成され、
前記一次センサユニット（１４）は、交互に反対に極性化された磁化を有するいくつかの磁気弾性部分（４０）を備え、
前記一次センサユニット（１４）の前記磁化は、前記一次センサユニット（１４）に応力が加えられないときに全体の磁化がゼロであるように形成される
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気弾性トルクセンサシステム（１０）。
【請求項５】
ディスクとして形成されている前記一次センサユニット（１４）は、クランク軸（２４）に直接的に接続されるように構成されており、
ディスクの内周（２６）は、前記クランク軸（２４）に接続可能であり、
ディスクの外周（２８）は、別の軸及び／又はフライホイール若しくはトルクコンバータ（３６）に接続されている
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気弾性トルクセンサシステム（１０）。
【請求項６】
前記一次センサユニット（１４）は、プレス硬化要素であり、
ディスクとして形成されている前記一次センサユニット（１４）は、１０ｍｍ未満、特に、５ｍｍ未満の厚さを有する
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気弾性トルクセンサシステム（１０）。
【請求項７】
エンジン（２０）に結合されるドライブトレイン（１２）であって、
ギアボックス（３８）と、
駆動軸と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気弾性トルクセンサシステム（１０）と、を備え、
前記駆動軸は、生成されたトルクを前記エンジン（２０）から前記ギアボックス（３８）に伝達し、
前記磁気弾性トルクセンサシステム（１０）は、前記エンジン（２０）と前記ギアボックス（３８）との間に配置される
ドライブトレイン（１２）。
【請求項８】
前記一次センサユニット（１４）は、前記駆動軸に直接的に接続されており、
前記駆動軸は少なくとも２つの部分、特に、クランク軸部分及びギアボックス部分に分割され、
前記一次センサユニット（１４）は、前記駆動軸の前記２つの部分の間に配置され、前記クランク軸（２４）に直接的に取り付けられることを特徴とする
請求項７に記載のドライブトレイン（１２）。
【請求項９】
前記駆動軸と前記ギアボックス（３８）との間、特に、前記駆動軸の前記ギアボックス部分と前記ギアボックス（３８）との間に配置されるクラッチ（３４）が設けられ、
前記電子制御ユニット（３２）は、特に、前記クラッチ（３４）の摩耗及び／又は破断を低減するために、前記電子制御ユニット（３２）が信号を提供して、前記生成された信号に応じて前記クラッチ（３４）の結合／非結合点を判定するように形成されている
請求項７又は８に記載のドライブトレイン（１２）。
【請求項１０】
エンジン（２０）とギアボックス（３８）との間に配置され、且つ、磁気弾性トルクセンサシステム（１０）を有するドライブトレイン（１２）内のトルクを測定する方法であって、
前記ドライブトレイン（１２）内のトルクに起因して発生している応力に対して反応する磁気弾性材料によって形成されている少なくとも１つの磁気弾性部分（４０）を有する一次センサユニット（１４）によって磁場を生成し、及び／又は、磁場を変化させるステップと、
前記一次センサユニット（１４）の反対に／前記一次センサユニット（１４）に隣接して配置されている二次センサユニット（１６）を用いて、前記磁気弾性部分の前記生成された磁場又は前記変化している磁場を測定するステップと、
前記測定された磁場に基づいてトルク、特に、前記エンジン（２０）の各個々のシリンダ（２２）のトルク寄与分を判定するステップと、を含む
ドライブトレイン（１２）内のトルクを測定する方法。
【請求項１１】
前記測定された磁気信号に基づいて前記エンジン（２０）のシリンダ（２２）の個々のトルク寄与分を判定するステップを有する
請求項１０に記載のドライブトレイン（１２）内のトルクを測定する方法。
【請求項１２】
前記エンジン（２０）、特に、前記エンジン（２０）の各個々のシリンダ（２２）の点火、失火、ノッキング、摩耗、破断及び／又は振動を判定するステップを有する
請求項１０又は１１に記載のドライブトレイン（１２）内のトルクを測定する方法。
【請求項１３】
前記方法は、前記判定されたトルクに応答して前記エンジン（２０）を操作するステップを有し、
及び／又は、前記測定されたトルクに応じてギア切り換えが実施され、
及び／又は、前記ドライブトレイン（１２）は、クラッチ（３４）を備え、
前記測定されたトルクに応じて前記クラッチ（３４）の理想的な結合／非結合点を判定するために前記発生しているトルクが分析される
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のドライブトレイン（１２）内のトルクを測定する方法。
【請求項１４】
ドライブトレイン（１２）を操作する方法であって、前記測定されたトルクに基づいて前記エンジン（２０）、前記ドライブトレイン（１２）、前記ギアボックス（３８）、クラッチ（３４）又はトルクコンバータ（３７）が操作されるように、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のトルクを測定する方法が実行される
ドライブトレイン（１２）を操作する方法。
【請求項１５】
磁気弾性トルクセンサシステム（１０）の一次センサユニット（１６）を製造する方法であって、
金属、特にＸ４６Ｃｒ１３を含み、及び／又は、Ｘ４６Ｃｒ１３から構成される金属がプレス硬化される
磁気弾性トルクセンサシステム（１０）の一次センサユニット（１６）を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって生成されたトルクを測定するトルクセンサシステムに関する。本発明は、エンジンに連結され、生成されたトルクを伝達するドライブトレインにも関する。さらに、本発明は、エンジンとギアボックスとの間に配置されるドライブトレイン内のトルクを測定する方法に関する。加えて、本発明は、ドライブトレインを操作する方法に関する。本発明は、更に、一次センサユニットを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変速機の最適な変速点は、変動する合計トルクともに変化することは、従来から知られている。合計トルクは、エンジンによって生成される。生成される合計トルクは、クランク軸を介して、エンジンの各個々のシリンダのトルク寄与分に応じて決まる。トルク寄与分は、変速機又はギアボックスに伝達される。トルクは、変速機又はギアボックスにおいて測定される。
【０００３】
しかしながら、ドライブトレインによってエンジンに連結されている変速機の最適な変速点を判定することを目的として、エンジンによって生成される合計トルクは、理論的に測定又は計算される。
【０００４】
計算される合計トルクは、クランク軸に接続されているドライブトレインの補助装置のドリフトによって影響を受ける。したがって、計算されるトルクは相当に正確であるが、補機消費を正確に考慮に入れることができないため、精密ではない。
【０００５】
一般的に、合計トルクを測定するのに歪みゲージが使用される。これらの歪みゲージは、ドライブトレインの駆動軸に直接的に取り付けられる。ドライブトレインは、ギアボックスにトルクを伝達する。駆動軸は、クランク軸に結合されている。トルクによって引き起こされる歪みに起因して、歪みゲージの抵抗が変化する。発生しているトルクを判定するために、抵抗の変化は、測定及び分析される。これらの歪みゲージは相対的に不安定で信頼性が限られているため、合計トルクを非接触的に測定する非接触センサが開発されている。
【０００６】
しかしながら、これらのセンサ及びセンサシステム全ては、変速機の最適な変速点を判定するために合計トルク及びその変動を検出するために使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、エンジン自体及びその個々のシリンダに関する情報が得られるように、エンジン内で生成されるトルクを測定するのに適用可能であるトルクセンサシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、エンジンによって生成されるトルク、特に、エンジンの個々のシリンダのトルク寄与分に起因して発生している応力に反応する磁気弾性材料によって形成されている少なくとも１つの磁気弾性部分を有する一次センサユニットを備えるドライブトレインのための磁気弾性トルクセンサシステムによって達成される。磁気弾性材料は、応力に応じて、磁場を生成し、及び／又は、既存の磁場を変化させるように構成される。磁気弾性トルクセンサシステムは、少なくとも１つの磁気感応部、特に、フラックスゲートを有する二次センサユニットを更に備える。二次センサユニットは、磁気弾性部分の生成されている磁場又は変化している磁場を測定する。磁気弾性トルクセンサシステムは、二次センサユニットによって提供される信号を受信及び処理する電子制御ユニットをも備える。電子制御ユニットは、特に、二次センサユニットの少なくとも１つの磁気感応部を制御し、及び／又は、読み取り、一次センサユニットに加えられている応力と相関する信号を生成する。
【０００９】
磁気弾性トルクセンサシステムは、エンジンの個々のシリンダの寄与分ピークを判定することができるように、エンジンによって生成されるトルクを、正確且つ迅速に検出することができる。個々の寄与分は、エンジン及びそのステータスに関する情報を得るために分析される。たとえば、個々のシリンダの失火及びノッキング並びにシリンダの寿命の変化、特に摩耗及び破断が検出される。測定トルクを判定及び分析することによって、致命的なエラーが発生する前に、これから発生するエラーが検出される。一般的に、センサシステムの精度は、非常に高く、合計トルクに対する各個々のシリンダのトルク寄与分が検出される。したがって、トルクが直接的に測定されるので、部分ごとの変動は、考慮されなくともよい。磁気弾性材料は、磁場を生成し、又は、変化させることによって、応力に反応する。磁場の大きさは、一般的に、一次センサユニットに加えられる応力に比例する。電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、二次センサユニットによって提供される信号を処理し、適切な信号を生成する。
【００１０】
さらに、エンジン／ギアボックス電子制御ユニットが提供される。エンジン／ギアボックス電子制御ユニットは、電子制御ユニットと通信し、特に、ＥＣＵによって生成された信号を受信する。エンジン／ギアボックス電子制御ユニットは、エンジン及びその個々のシリンダのステータスに関する情報を、運転者又は整備工に提供する。エンジン／ギアボックス電子制御ユニットは、エンジンのステータス及びその後発生するエラーに関して通知するために使用可能な信号を、運転者又は整備工のために生成する。
【００１１】
電子制御ユニットは、構成をコンパクトにするために、二次センサユニットに組み込まれてもよい。
【００１２】
代替的に、電子制御ユニットは、二次センサユニットの外部に配置されてもよい。電子制御ユニットは、二次センサユニットよりも影響を受けやすいので、このことは有利である。これら２つの構成要素を構造的に分離することによって、電子制御ユニットは、高温のエンジンから回避される。
【００１３】
本発明の一態様によれば、一次センサユニットは、ドライブトレインの力束の中に適用されてもよい。生成されたトルクは、ドライブトレインの一部である一次センサユニットに直接的に伝達される。この結果、生成されたトルクが、センサユニットによって検出されることが保証される。
【００１４】
特に、一次センサユニットは、フレックスプレートであってもよい。一般的に、フレックスプレートは、エンジンのクランク軸を、駆動軸又はトルクコンバータと連結する略ねじり耐性の要素である。フレックスプレートは、通常、金属シートによって作成される。したがって、一次センサは、ドライブトレインに何らかの形で使用される要素に統合される。言い換えれば、一次センサがフレックスプレートに統合されるときに、ドライブトレインに追加の要素を適用する必要は一切ない。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、一次センサユニットは、ディスクとして成型される。少なくとも１つの磁気弾性部分は、ディスク形状の一次センサユニット上の閉リングとして形成される。磁気弾性部分の磁気回路は、リングに沿って閉じられる。この結果、応力に起因して磁気弾性部分が変形することによって磁場が形成されることが保証される。
【００１６】
さらに、一次センサユニットは、特に、交互に反対に極性化された磁化を有するいくつかの磁気弾性部分を備えてもよい。これらの部分は、一次センサユニットの磁気弾性活性領域を画定する。一次センサユニットによって生成される検知信号は、いくつかの磁気弾性部分によって増強される。交互に反対に極性化された磁化を有する磁気弾性部分を使用することは、交互に反対に極性化された磁化に起因して磁場変化がより高いときに出力信号を増強するのに好ましい。いくつかの磁気弾性部分は全て、異なる直径を有する閉リングとして形成される。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、一次センサユニットの磁化は、一次センサユニットに応力が加えられないときに全体の磁化がゼロであるように形成される。このことは、一次センサユニットが、負荷されたトルクによって応力を受けると、二次センサユニットのみが磁気信号を検出することが保証される。
【００１８】
言い換えれば、フレックスプレートは、ディスク形状部材であってもよい。ディスク形状部材は、磁気弾性的に活性であり且つ強磁性の逆磁歪領域を含む。逆磁歪領域は、単一の円周方向において磁気的に極性化される。逆磁歪領域は、加えられる力がゼロに低減するときに部材にトルクが加えられるのに従って、その領域内の磁化を単一の円周方向に返すのに十分な磁気異方性を保持する。
【００１９】
一次センサユニットは、特に自動車、バイク又はトラックのような動力車のエンジンとトルクコンバータ、クラッチ又はギアボックスとの間のドライブトレイン内に組み込まれるように構成されてもよい。磁気弾性トルクセンサシステムは、直接的な連結によって、生成されるトルクを直接的に検出することができる。この結果、エンジンの個々のシリンダのトルクピークは、モニタリングされる。
【００２０】
一次センサユニットは、クランク軸に直接的に連結されるように構成されてもよい。このことは、磁気弾性トルクセンサシステムを、エンジン及び個々のシリンダに連結する最も簡単な方法である。クランク軸は、エンジンの各シリンダに接続され、生成されるトルクをクラッチ又は変速機に伝達する。さらに、このことは、一次センサユニットが生成されるトルクを直接的に測定することを保証する。たとえば、振動又は減衰に起因してトルクに影響を与えることがある他の部分は、一次センサユニットとエンジンとの間に結合されていない。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、ディスクとして成型されている一次センサユニットは、内周がクランク軸に接続可能であり、外周が別の軸又はドライブトレインの別の部分、特に、クランク軸によって駆動されている駆動軸に接続可能であるように構成される。たとえば、外周は、駆動軸、クラッチ又はコンバータのハウジングに連結される。この構成は、一次センサがドライブトレインの力束の中に配置されるように、磁気弾性トルクセンサシステムが使用されることを保証する。
【００２２】
ディスクとして成型されている一次センサユニットは、１０ｍｍ未満、特に、５ｍｍ未満の厚さを有する。このディスクの厚さは、二次センサユニットによって検出されるのに十分高い磁場を生成するのに十分である。ドライブトレインの力束の中に適用されている一次センサユニットは、エンジンによって生成されたトルクに対して悪影響を与えない。さらに、ドライブトレインの必要とされる軸方向の延伸は、非常に小さいか又はゼロである。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、一次センサユニットは、任意の種類のフライホイールに直接的に取り付けられてもよい。したがって、一次センサユニットは、生成されたエンジントルクを、フライホイールによって減衰する前に検出する。磁気弾性トルクセンサシステムの分解能及び速度は、非常に高いので、各個々のシリンダのトルク寄与分は、検出される。
【００２４】
さらに、一次センサユニットは、プレス硬化要素であってもよい。これによって、発生しているトルク及び力が、一次センサユニットによって吸収されることが保証される。一次センサユニットは、同時に形成及び硬化されるので、容易な製造も可能になる。一般的に、ディスク形状のフレックスプレートは、深絞り工程によって製造される。その後、フレックスプレートは、窒化によって硬化される。その後、これらは、特に、研磨、フライス加工及び／又は穿孔によって再加工される必要がある。センサユニットをプレス硬化によって製造しながら、これらのいくつかのステップは、経済的に低減される。さらに、一次センサユニットが略ねじり耐性であることも保証される。この工程のための磁気弾性材料は、Ｘ２０Ｃｒ１３（ＤＩＮ  １．４０２１）、Ｘ３９ＣＲ１３（ＤＩＮ  １．４０３１）およびＸ４６Ｃｒ１３（ＤＩＮ  １．４０３４）、又は、金属薄板として加工可能である任意の他の磁気弾性活性材料である。
【００２５】
さらに、本発明は、エンジンに連結されるドライブトレインに関する。ドライブトレインは、ギアボックスと、駆動軸と、磁気弾性トルクセンサシステムと、を備える。駆動軸は、生成されるトルクを、エンジンからギアボックスに伝達する。磁気弾性トルクセンサシステムは、エンジンとギアボックスとの間に配置される。このドライブトレインの構成によれば、磁気弾性トルクセンサシステムは、エンジンによって生成されるトルクを、ギアボックス内で変化される前、又は、駆動軸によって影響を受ける前に、検出及びモニタリングすることができる。トルクセンサシステムの高い精度及び速度に起因して、いくつかのシリンダの個々のトルク寄与分は、検出される。
【００２６】
最適な変速点が得られるように、判定されたトルクに従ってギアボックスを制御するエンジン／ギアボックス電子制御ユニットが可能である。
【００２７】
一次センサユニットは、駆動軸に直接的に連結されてもよい。一次センサユニットは、エンジンのクランク軸を、ドライブトレインの駆動軸に連結するために使用されてもよい。これによって、生成されるトルクが直接的に検出されることが保証される。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、駆動軸は、少なくとも２つの部分、特にクランク軸部分及びギアボックス部分に分割される。この結果、一次センサユニットは、駆動軸の２つの部分の間に配置され、特に、クランク軸部分に直接的に取り付けられる。ドライブトレインのクランク軸部分のみがシリンダと一次センサユニットとの間に配置されるので、トルクの正確な測定が可能になる。
【００２９】
さらに、駆動軸とギアボックスとの間、特に、駆動軸のギアボックス部分とギアボックスとの間に配置されるクラッチが設けられてもよい。生成されたトルクが検出されることによって、合計トルク及び各シリンダの個々の寄与分を分析されるので、クラッチの正確な結合／非結合点が判定される。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、電子制御ユニットが、クラッチの摩耗及び／又は破断を低減することを目的として、信号を提供し、生成された信号に応じてクラッチの結合／非結合点を判定するように、電子制御ユニットは形成される。したがって、クラッチが測定されたトルクに基づいて操作されると、クラッチの摩耗が低減されるので、クラッチの寿命は延ばされる。
【００３１】
本発明の別の態様は、エンジンとギアボックスとの間に配置され、且つ、磁気弾性トルクセンサシステムを有するドライブトレイン内のトルクを測定する方法に関する。当該方法は、ドライブトレイン内のトルクに起因して発生している応力に対して反応する磁気弾性材料によって形成されている少なくとも１つの磁気弾性部分を有する一次センサユニットによって磁場を生成し、及び／又は、磁場を変化させるステップと、一次センサユニットの反対に／一次センサユニットに隣接して配置されている二次センサユニットを用いて、磁気弾性部分の生成された磁場又は変化している磁場を測定するステップと、測定された磁場に基づいてトルク、特に、エンジンの各個々のシリンダのトルク寄与分を判定するステップと、を含む。
【００３２】
トルクは、高い精度且つ高速に測定される。したがって、エンジンによって生成されるトルクの分解能は、高くなる。この結果、個々のシリンダ及びそれらのステータスの情報が得られ、且つ、当該情報は、分析される。
【００３３】
さらに、方法は、測定された磁気信号に基づいて、エンジンのシリンダの個々のトルク寄与分を判定するステップを含む。磁気弾性トルクセンサシステムは、合計トルクに対するシリンダの個々の寄与分を検出することを可能にする非常に高い分解能及び速度を有するので、この正確な判定が可能である。
【００３４】
方法は、エンジン、特に、エンジンの各個々のシリンダの点火、失火、ノッキング、摩耗、破断及び／又は振動を更に判定することができる。個々のシリンダのトルク寄与分は、センサシステムによって検出されるトルクに従って、失火又はノッキングとして判定される。さらに、間もなく致命的なエラーを引き起こすおそれがある摩耗及び破断のような、寿命の変化も検出される。これらの寿命の変化の検出によって、運転者及び／又は整備工に早い段階で警告することが可能である。この結果、これから発生する問題は、前もって解決される。
【００３５】
本発明の別の態様によれば、判定されたトルクに応じてエンジンが操作される。この結果、エンジンの円滑な動作が保証される。結果として、より円滑なトルク及びより高い快適性がもたらされる。
【００３６】
さらに、測定されたトルクに応じてクラッチの最適な結合／非結合点を判定するために、発生しているトルクが分析される。この結果、クラッチの寿命の変化、特に、摩耗が低減され、クラッチの寿命がより長くなることが保証される。
【００３７】
その上、ギア切り換えは、測定されたトルクに応じて実行される。シフト動作がより目立たなくなるので、車両のより円滑な操作が保証される。この結果、快適性が増大する。
【００３８】
本発明の別の態様は、ドライブトレインを操作する方法に関する。エンジン、ドライブトレイン、ギアボックス、クラッチ又はトルクコンバータが、測定されたトルクに基づいて、操作されるように、トルクを測定する上述の方法は、実行される。この結果、ドライブトレイン又はエンジン内で使用される構成要素、特に、個々のシリンダの寿命の変化が検出されることが保証される。さらに、ＣＯ２排出が低減されるように、ドライブトレイン、エンジン、クラッチ、ギアボックス又はトルクコンバータの動作が調整される。加えて、当該動作が実行されることによって、摩耗及び破断が低減され、寿命は長くなる。
【００３９】
本発明の別の態様は、磁気弾性トルクセンサシステムの一次センサユニットを製造する方法に関する。金属、特に、Ｘ４６Ｃｒ１３を含む金属がプレス硬化される。これによって、容易な製造が可能となり、開発時間が低減されることが保証される。一次センサユニットは同時に形成及び硬化される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の磁気弾性トルクセンサシステムの主要構成要素の斜視図である。
【図２】本発明のドライブトレインの概略図である。
【図３】本発明の磁気弾性トルクセンサシステムによって検出される信号を示す図である。
【図４】本発明の磁気弾性トルクセンサシステムによって検出される信号を示す別の図である。
【図５】本発明の磁気弾性トルクセンサシステムによって検出される信号を示す別の図である。
【図６】本発明の磁気弾性トルクセンサシステムによって検出される信号を示す別の図である。
【図７】本発明の磁気弾性トルクセンサシステムによって検出される信号を示す別の図である。
【図８】制御回路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、部分的に図示されているドライブトレイン１２用の磁気弾性トルクセンサシステム１０を示す。
【００４２】
磁気弾性トルクセンサシステム１０は、ディスクとして成型されている一次センサユニット１４と、少なくとも１つの磁気感応部１８を有する二次センサユニット１６と、を備える。少なくとも１つの磁気感応部１８は、フラックスゲートによって形成されてもよい。
【００４３】
代替的に、磁気感応部１８は、ホール効果センサ、磁気抵抗センサ、磁気トランジスタセンサ、磁気ダイオードセンサ又はＭＡＧＦＥＴフィールドセンサのうちの１つによって形成されてもよい。
【００４４】
さらに、４つのシリンダ２２を有するエンジン２０が示されている。エンジン２０は、クランク軸２４に接続されている。クランク軸２４は、エンジン２０によって生成されるトルクを、ドライブトレイン１２、特に、ドライブトレイン１２の駆動軸に伝達する。ドライブトレイン１２は、エンジン２０を、クラッチ、ギアボックス又はトルクコンバータに連結してもよい。本明細書に関連して、駆動軸は、クラッチ、ギアボックス又はトルクコンバータのような適切な構成要素とクランク軸２４とを連結し、エンジン２０によって生成されるトルクを伝達する各要素の一般名称である。たとえば、クランク軸２４に直接的に連結されているトルクコンバータのインターフェースは、駆動軸の少なくとも一部であってもよい。
【００４５】
二次センサユニット１６は、エンジン２０、特に、エンジン２０のハウジングに直接的に連結される。二次センサユニット１６は、後述の一次センサユニット１４内の既存の磁場の変化又は磁場の形成を検出する。
【００４６】
図示されている実施形態の一次センサユニット１４は、フレックスプレートである。フレックスプレートは、内周２６を介してクランク軸２４に直接的に連結されている。一次センサユニット１４は、外周２８を更に有する。外周２８は、ドライブトレイン１２の一部、たとえば、クランク軸２４によって駆動されている駆動軸に連結されてもよい。したがって、一次センサユニット１４は、ドライブトレイン１２のギアボックス又は他の部分ではなく、可能な限りエンジン２０の近くに配置され、エンジン２０によって生成されるトルクに関する情報を、影響を受けないように得ることができる。
【００４７】
一般的に、一次センサユニット１４は、ねじり耐性材料、たとえば、金属、特に、強磁性材料から作成される。一次センサユニット１４は、磁気弾性活性領域３０を有するプレス硬化要素であってもよい。プレス硬化成型によって、一次センサユニット１４がねじり耐性を有し、さらに、製造工程を加速することが保証される。材料は、Ｘ４６Ｃｒ１３（ＤＩＮ  １．４０３４）であってもよい。一次センサユニット１４及びその磁気弾性活性領域３０は、図２により詳細に示されている。
【００４８】
さらに、磁気弾性トルクセンサシステム１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３２を備える。二次センサユニット１６の出力信号が、電子制御ユニット３２に送信され、ＥＣＵ３２内で処理されるように、ＥＣＵ３２は、二次センサユニット１６に接続されている。ＥＣＵ３２は、受信信号を処理した後、メッセージを生成するか、又は、整備工が読み取ることができるか、又は、車両の運転者に示すか、若しくは、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３によって処理することができる情報を提供することができる。磁気弾性トルクセンサシステム１０の電子制御ユニット３２は、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３に接続されてもよい。車両のステータス、特に、ドライブトレイン１２、エンジン２０及びその個々のシリンダ２２のステータスに関するメッセージは、整備工又は運転者に通知される。
【００４９】
図２は、磁気弾性トルクセンサシステム１０を備えるドライブトレイン１２を概略的に示す。
【００５０】
図２において、一次センサユニット１４がその外周２８を介して接続されることができるいくつかの選択肢、たとえば、クラッチ３４、トルクコンバータ３６又はギアボックス３８が示されている。
【００５１】
さらに、一次センサユニット１４、特に、磁気弾性活性領域３０がより詳細に示されている。
【００５２】
一次センサユニット１４の磁気弾性活性領域３０は、磁気弾性材料によって形成されているいくつかの磁気弾性部分４０を備える。各磁気弾性部分４０は、閉リングとして形成される。当該リングは、それらの半径方向位置及びそれらの直径によって互いから区別される。
【００５３】
隣接する磁気弾性部分４０は、交互に反対に極性化された磁化を有する。一次センサユニット１４が、エンジン２０によって生成されるトルクによって応力を加えられていないときに、磁気弾性活性領域３０の全体の磁化がゼロであるように、磁気弾性部分４０は、磁化される。
【００５４】
一般的に、磁気弾性材料は、磁場を形成し、又は、変化させることによって、応力に対して反応する。磁場は、二次センサユニット１６、特に、その磁気感応部１８によって測定される。
【００５５】
図３乃至図７において、いくつかの図が示されている。これらの図は、電子制御ユニット３２の出力信号を示す。出力信号は、エンジン２０によって生成されたトルクを表す。エンジン２０の各シリンダ２２の個々のトルク寄与分は、磁気弾性活性領域３０の測定された磁気信号に基づいて、判定される。
【００５６】
図３は、良好に作動している４つのシリンダ２２を備えるエンジン２０の信号を示す。各シリンダ２２の点火、及び、各シリンダ２２の点火に起因する適切なトルクが示されており、同じく図示されているクランク軸２４の正常な中間振動が発生している。これらの振動は全体的なトルク及びドライブトレイン１２の構成要素に何ら悪影響を及ぼさない。
【００５７】
エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３が、エンジン２０の動作を制御するので、ディーゼル又はガスオイルの各シリンダ２２内への噴射もモニタリングされる。これらの信号は、ＥＣＵ３２によって検出される信号と比較される。
【００５８】
図４は、二次センサユニット１６の種々のフィルタリングされた信号の概略を示す。図示されている信号は、エンジン２０によって生成されるトルクを表す。エンジン２０は、図３に示すものと同一である。しかしながら、図４に示される信号は、異なる方式でフィルタリングされ、平滑な信号が得られている。
【００５９】
信号は、フィルタリングされ、小さい振動が緩和される。小さい振動は、エンジン２０の特性に何ら悪影響を及ぼさない。したがって、出力信号は、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３（上側の図）によって、より容易にモニタリングおよび分析される。
【００６０】
下側の図は、極端にフィルタリングされている。下側の図には、略平均的な合計トルクのみが示されている。略平均的な合計トルクは、各個々のシリンダ２２のステータスを判定するのに使用することができない。しかしながら、そのような図は、従来技術の計算されたトルク又は測定された合計トルクおよびその変化を示す。
【００６１】
図５において、トルクセンサシステム１０によって生成及び測定されたトルクが示されており、エンジン２０の第４のシリンダ２２の失火が検出されている。
【００６２】
シリンダのトルク寄与分又はトルクピークは、特定の時間枠の中で検出されていない。エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、そのような信号を、該当するシリンダ２２の失火と判定する。エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３が、エンジン２０の動作、特に、各個々のシリンダ２２の点火及び噴射を制御するとき、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、第４のシリンダ２２を失火したものとして示すことができる。この情報は、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３の記憶装置に書き込まれてもよい。当該情報は、次の点検の間に、整備工によって読み出される。１つの特定のシリンダ２２のそのような失火が、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３によって頻繁に検出されるならば、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、また、警告メッセージを、運転者に直接的に送信し、それに従って運転者に通知することもできる。そのようなメッセージは、車両のディスプレイ上に表示されてもよい。運転者がその警告メッセージに応ずるならば、エンジン２０の致命的なエラーが回避される。
【００６３】
図６において、トルクセンサシステム１０によって生成及び検出されたトルクが示されており、第４のシリンダ２２のノッキングが検出されている。シリンダ２２のトルク寄与分が合計トルクに対して負の値を有している。このことは、シリンダ２２のノッキングを表している。エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、第４のシリンダ２２が良好に作動していないものとして判定する。ノッキングもエンジン２０に損傷を与える可能性があるので、ノッキングに関する情報は、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３の記憶装置内に記憶される。しかしながら、そのようなノッキングが頻繁に検出されると、警告メッセージが表示され、運転者に警告してもよい。
【００６４】
図７において、トルクセンサシステム１０によって生成及び検出されたトルクが示されており、激しい振動が検出されている。そのような激しい振動は、致命的なエラーが間もなく発生することを示す。したがって、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、エンジン２０の損傷を回避するために、運転者に直ちに警告する。
【００６５】
磁気弾性トルクセンサシステム１０及びドライブトレイン１２は、一般的に、ドライブトレイン製造者がエンジン制御を改善する可能性を提供する。さらに、ギアボックス及びクラッチ制御も改善される。エンジン２０に損傷を与える致命的なエラーが発生する前に、エンジン２０、ドライブトレイン１２及びその構成要素の中の失火及びノッキング並びに摩耗及び破断が検出される。
【００６６】
したがって、開発段階の間のドライブトレイン１２及びエンジン１０のアプリケーションを加速することができる。
【００６７】
エンジン２０は、一般的に、測定されるトルクに基づいてより円滑に操作されるように制御される。さらに、変速機３８及びクラッチ３４の制御も測定されるトルクに基づくので、ギア切り換え及びクラッチ操作は、より快適に、ジャークなしに実現される。
【００６８】
本発明のトルクセンサシステム１０は、実現可能なトルクセンサシステムを提供する。トルクセンサシステムは、一次センサユニット１４を備える。一次センサユニット１４は、フレックスプレートに適用される。したがって、一次センサユニット１４は、クランク軸２４に直接的に取り付けられる。代替的に、一次センサユニット１４は、フライホイールに取り付けられてもよく、又は、フライホイールに組み込まれてもよい。フライホイールは、クランク軸２４に接続される。
【００６９】
磁気弾性検知の信号ダイナミクスは、あらゆる他の検知技術、特に、歪みゲージ又はＳＡＷ（表面音響波）に優る。利用可能なトルクセンサ信号は、エンジン２０の各個々のシリンダ２２のトルク寄与分を直接的に検出する可能性を提供する。したがって、個々のシリンダ２２の失火及びノッキングが検出される。出力信号が、より詳細に分析されるので、ドライブトレイン１２内の致命的なエラーは、前もって検出される。
【００７０】
さらに、エンジン２０及びドライブトレイン１２の構成要素の寿命の変化も、モニタリング及び監視される。
【００７１】
したがって、運転者及び／又は整備工は、警告を受け、摩耗した構成要素は、それに応じて、交換され、及び／又は、エンジン２０の設定が調整される。
【００７２】
エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、一般的に、測定される信号に基づいて、エンジン２０及びドライブトレイン１２並びにその構成要素を制御するので、これによって、ＣＯ２排出のリアルタイム調整も可能になる。
【００７３】
図８において、制御回路４２が概略的に示されている。制御回路４２は、磁気弾性トルクセンサシステム１０、エンジン２０及びエンジン／ギアボックスＥＣＵ３３によって形成される。磁気弾性トルクセンサシステム１０は、一次センサユニット１４と、二次センサユニット１６と、磁気弾性トルクセンサシステム１０のＥＣＵ３２と、を備える。制御回路４２は、以下のように動作する。
【００７４】
磁気弾性トルクセンサシステム１０は、エンジン２０によって生成されるトルクを、個々のシリンダ２２のトルク寄与分が判定されるように正確に測定する。動作中、一次センサユニット１４は、発生するトルクによって応力を加えられる。この結果、磁場が生成されるか、又は、既存の磁場が変化させられる。
【００７５】
二次センサユニット１６は、磁場又は既存の磁場の変化を検出し、対応する信号をＥＣＵ３２に送信する。
【００７６】
ＥＣＵ３２は、二次センサユニット１６によって検出される磁場を分析し、トルク及び各個々のシリンダ２２のトルク寄与分を判定する。
【００７７】
さらに、この情報は、エンジン２０の動作を制御するエンジン／ギアボックスＥＣＵ３３に送信される。エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、エンジン２０を、ＥＣＵ３２によって受信される情報に従って制御することができる。したがって、エンジン２０の連続的且つ即時の制御は、エンジン２０によって生成されるトルクに基づいて得られる。
【００７８】
加えて、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、クラッチ３４、トルクコンバータ３６又はギアボックス３８も、生成されるトルクに関係して受信される情報に基づいて制御することができる。
【００７９】
したがって、制御回路４２が、エンジン動作のリアルタイムの調整に起因してＣＯ２排出を低減することができることが保証される。さらに、エンジン／ギアボックスＥＣＵ３３は、円滑な動作が得られるようにこれらの構成要素の動作を制御するので、構成要素の摩耗及び破断も低減することができる。
【図１】
2016050938.tif 000003
【図２】
2016050938.tif 000004
【図３】
2016050938.tif 000005
【図４】
2016050938.tif 000006
【図５】
2016050938.tif 000007
【図６】
2016050938.tif 000008
【図７】
2016050938.tif 000009
【図８】
2016050938.tif 000010