AT511870B1

AT511870B1 - Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Motorfahrzeug, enthaltend ein Positionssteuersystem für einen elektromagnetischen Aktuator und Verfahren zum Steuern eines entsprechenden Positionssteuersystems

Info

Publication number: AT511870B1
Application number: ATA9212/2011A
Authority: AT
Original assignee: Magna Powertrain America Inc
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2015-03-15
Also published as: AT511870A5; US8777814B2; WO2011149905A1; AT511870A2; GB2494590A; DE112011101785T5; KR20130105310A; GB201223076D0; US20130062154A1; GB2494590B

Abstract

Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (34) für ein Motorfahrzeug enthält eine Kupplung (50) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einer ersten und zweiten Welle (76, 78). Ein elektromagnetischer Aktuator (98, 102) enthält einen axial beweglichen Anker (102) zum Ausüben einer Einsatzkraft auf die Kupplung (50). Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Positionssensor (118c) der bedienbar ist, um ein Signal auszugeben, das eine Position des Ankers (102) angibt. Das Steuersystem bestimmt ein Soll-Drehmoment, das von der Kupplung (50) übertragen werden soll, und eine Soll-Ankerposition auf der Basis eines zuvor bestimmten Verhältnisses von Kupplungsdrehmoment zu Ankerposition. Das Steuersystem variiert einen elektrischen Eingang zu dem elektromagnetischen Aktuator (98, 102) zur Ausführung einer Steuerung mit geschlossener Regelschleife der Ankerposition.

Description

Beschreibung

DREHMOMENTÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG FÜR EIN MOTORFAHRZEUG, ENTHAL¬TEND EIN POSITIONSSTEUERSYSTEM FÜR EINEN ELEKTROMAGNETISCHEN AKTUA¬TOR UND VERFAHREN ZUM STEUERN EINES ENTSPRECHENDEN POSITIONSSTEUER¬SYSTEMS

GEBIET

[0001] Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Kraftübertragungssysteme zumSteuern der Verteilung eines Antriebsmoments zwischen den vorderen und hinteren Antriebs¬strängen eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb und/oder des linken und rechten Rades einerAchsenanordnung. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Steuersystem füreinen elektromagnetischen Kupplungsaktuator, der in Antriebsstranganwendungen eines Motor¬fahrzeugs verwendet wird.

HINTERGRUND

[0002] In vielen Fahrzeugen ist eine Kraftübertragungsvorrichtung betriebsbereit zwischen denprimären und sekundären Antriebssträngen eingebaut. Solche Kraftübertragungsvorrichtungensind für gewöhnlich mit einem Drehmomentübertragungsmechanismus ausgestattet, der zumselektiven und/oder automatischen Übertragen eines Antriebsmoments vom primären Antriebs¬strang zum sekundären Antriebsstrang bedienbar ist, um einen Vierradantriebsbetriebsmoduseinzurichten.

[0003] Ein moderner Trend in Motorfahrzeugen mit Vierradantrieb ist die Ausstattung der Kraft¬übertragungsvorrichtung mit einer Übertragungskupplung und einem elektronisch gesteuertenAntischlupfregelungssystem. Die Übertragungskupplung ist bedienbar, um das Antriebsmomentautomatisch zu den sekundären Rädern zu lenken, ohne Eingabe oder Handlung seitens desFahrzeuglenkers, wenn die Bodenhaftung bei den primären Rädern verloren geht, um einen"bedarfsgeregelten" Vierradantriebsmodus einzurichten. Für gewöhnlich enthält die Übertra¬gungskupplung eine Mehrfachplattenkupplungsanordnung, die zwischen den primären undsekundären Antriebssträngen eingebaut ist, und einen Kupplungsaktuator zum Erzeugen einerKupplungseingriffskraft, die auf die Kupplungsplattenanordnung ausgeübt wird. Der Kupplungs¬aktuator enthält für gewöhnlich eine strombetriebene Vorrichtung, die als Reaktion auf elektri¬sche Steuersignale betätigt wird, die von einer elektronischen Steuereinheit ("electronic control¬ler unit" - ECU) gesendet werden. Eine variable Steuerung des elektrischen Steuersignalsberuht häufig auf Änderungen in den aktuellen Betriebseigenschaften des Fahrzeugs (d.h.,Fahrzeuggeschwindigkeit, Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Achsen, Beschleunigung,Lenkwinkel, usw.), die von verschiedenen Sensoren erfasst werden. Somit können solche"bedarfsgeregelten" Kraftübertragungsvorrichtungen adaptive Steuerungsschemata für eineautomatische Steuerung der Drehmomentverteilung während aller Arten von Antrieb und Stra¬ßenzuständen verwenden.

[0004] Es wurde eine große Anzahl von bedarfsgeregelten Kraftübertragungen entwickelt, dieeinen elektrisch gesteuerten Kupplungsaktuator zur Regulierung des Ausmaßes des An¬triebsmoments verwenden, das durch die Kupplungsanordnung zu dem sekundären Antriebs¬strang abhängig von dem Wert des angelegten elektrischen Steuersignals übertragen wird. Ineinigen Anwendungen verwendet die Übertragungskupplung einen Elektromagneten als strom¬betriebenen Kupplungsaktuator. Zum Beispiel offenbart US Patent Nr. 5,407,024 eine elektro¬magnetische Spule, die zur Steuerung der Bewegung einer Kugelrampenantriebsanordnungzum Ausüben einer Kupplungseingriffskraft an der Mehrfachplattenkupplungsanordnungschrittweise betätigt wird. Ebenso offenbart die Japanische Patentanmeldung- AuslegeschriftNr. 62-18117 eine Übertragungskupplung, die mit einem elektromagnetischen Kupplungsaktua¬tor zur direkten Steuerung der Betätigung der Mehrfachplattenkupplungsanordnung ausgestat¬tet ist.

[0005] Als Alternative kann die Übertragungskupplung einen Elektromotor und eine Antriebsan¬ordnung als strombetriebenen Kupplungsaktuator verwenden. Zum Beispiel offenbart US PatentNr. 5,323,871 ein bedarfsgeregeltes Verteilergetriebe mit einer Übertragungskupplung, die miteinem Elektromotor ausgestattet ist, der die Drehung einer Sektorplatte steuert, die ihrerseitsdie Schwenkbewegung eines Hebelarms steuert, um die Kupplungseingriffskraft auf die Mehr¬fachplattenkupplungsanordnung auszuüben. Ferner offenbart die Japanische Patentanmel-dung-Auslegeschrift Nr. 63-66927 eine Übertragungskupplung, die einen Elektromotor zumDrehen einer Nockenplatte eines Kugelrampenantriebs für einen Eingriff mit der Mehrfachplat¬tenkupplungsanordnung verwendet. US Patent Nr. 4,895,236 und 5,423,235 offenbaren jeweilsein Verteilergetriebe, das mit einer Übertragungskupplung mit einem Elektromotor ausgestattetist, der ein Untersetzungsgetriebe zum Steuern der Bewegung eines Kugelgewindeantriebs undeines Kugelrampenantriebs aufweist, die ihrerseits die Kupplungseingriffskraft auf den Kupp¬lungssatz ausüben.

[0006] Die US 2003/0019711 offenbart eine elektromagnetische Kupplung, bei welcher dieAnzugskraft eines Ankers an einen Eisenkern in Abhängigkeit einer im Magnetkreis gemesse¬nen magnetischen Flussdichte und in Abhängigkeit einer mittels einer Positionsmesseinrichtunggemessenen Ankerposition geregelt werden kann.

[0007] In der DE 10 2008 026 554 A1 ist eine nasslaufende Reibungskupplung beschrieben,die Öl zur Kühlung und einen Aktuator zur Betätigung aufweist. Die Kupplung wird gemäß einertemperaturabhängigen Kennlinie gesteuert, welche eine Abhängigkeit des Kupplungsmomentsvon der Aktuatorsteuergröße beschreibt.

[0008] Die DE 10 2008 021 686 A1 offenbart ein Kalibierverfahren für eine einen Aktuator undeine Reibungskupplung aufweisende, steuerbare Kupplungseinheit für den Antriebsstrang einesKraftfahrzeugs, wobei ein Verschleißzustand der Kupplung ermittelt wird, in dessen Abhängig¬keit ein Kalibrierungslauf ausgelöst wird.

[0009] In der US 2005/0233858 A1 wird eine modellbasierte Regelung eines Drehmomentver¬teilungssystems zur Anwendung in Kraftfahrzeugen beschrieben. Dabei wird die Übertragungs¬eigenschaft einer Kupplung mittels eines Fehlerwerts geregelt, der sich aus dem Vergleich einerDrehmomentanforderung mit einem modellbasierten Drehmoment ergibt.

[0010] Die US 2002/0134639 A1 offenbart ein Regelungssystem einer elektromagnetischenKupplung, wobei die Soll-Eingriffskraft der Kupplung über einen Vergleich einer mittels Senso¬ren gemessenen magnetischen Flussdichte mit einer berechneten Soll-Magnetflussdichte gere¬gelt wird.

[0011] Die WO 93/11369 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung derAnkerposition eines elektromagnetischen Aktuators, wobei die Ankerposition mittels einesReglers bestimmt wird, der entweder die Höhe und die Änderungsrate des Stroms in der Spulebestimmt oder die Frequenz der an der Spule angelegten Spannung.

[0012] Schließlich offenbart die JPH 11 063018A eine Vorrichtung zur Messung des Hubeseiner Kupplung, wobei an einer Schubstange, welche mit der Kupplung verbunden ist, eineVerbindungsstange angeordnet ist, die mit einem Drehwegsensor verbunden ist.

[0013] Während gegenwärtig viele bedarfsgeregelte Kupplungssteuersysteme ähnlich denzuvor beschriebenen in Fahrzeugen mit Vierradantrieb verwendet werden, können die Kostenund Komplexität solcher Systeme übermäßig werden. Zusätzlich kann die Steuerung der Kupp¬lungsbetätigungskomponenten aufgrund von Größen-, Kosten- und Energieeinschränkungen,die vom Fahrzeughersteller auferlegt werden, eine Herausforderung darstellen. In dem Bemü¬hen, auf diese Bedenken einzugehen, werden vereinfachte Drehmomentkupplungen zur Ver¬wendung in diesen Anwendungen in Betracht gezogen.

KURZDARSTELLUNG

[0014] Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und istkeine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.

[0015] Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Motorfahrzeug enthält eine Kupplungzur Übertragung eines Drehmoments zwischen ersten und zweiten Wellen. Ein elektromagneti¬scher Aktuator enthält einen axial beweglichen Anker zum Ausüben einer Einsatzkraft auf dieKupplung. Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Positionssensor, der zur Ausgabe einesSignals bedienbar ist, das eine Position des Ankers anzeigt. Das Steuersystem bestimmt einSoll-Drehmoment, das von der Kupplung übertragen werden soll, und eine Soll-Ankerpositionauf der Basis eines zuvor bestimmten Verhältnisses zwischen Kupplungsdrehmoment undAnkerposition. Das Steuersystem variiert einen elektrischen Eingang zu dem elektromagneti¬schen Aktuator, um eine Steuerung mit geschlossener Regelschleife der Ankerposition durch¬zuführen.

[0016] Zusätzlich enthält eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Motorfahrzeug eineKupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen ersten und zweiten Wellen. Ein elekt¬romagnetischer Aktuator enthält eine Hauptspule und einen axial beweglichen Anker zum Aus¬üben einer Einsatzkraft auf die Kupplung. Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Positions¬sensor, der ein Signal liefert, das eine Position des Ankers anzeigt. Das Steuersystem ist zumVariieren eines elektrischen Eingangs zum elektromagnetischen Aktuator bedienbar, um eineRegelung mit geschlossener Regelschleife der Ankerposition durchzuführen. Ein Ankerpositi¬onsverifizierungssystem enthält eine Suchspule, die ein Signal liefert, das einen Magnetflussanzeigt, der von der Hauptspule erzeugt wird. Das Verifizierungssystem vergleicht den Magnet¬fluss und das entsprechende Ankerpositionssignal mit einem vorbestimmten Verhältnis vonFluss und Ankerposition, um die Ankerposition zu verifizieren.

[0017] Es wird auch ein Verfahren zum Steuern eines magnetischen Aktuators für eine Kupp¬lung besprochen, die ein Drehmoment zwischen ersten und zweiten Wellen einer Kraftübertra¬gungsvorrichtung in einem Fahrzeug überträgt. Das Verfahren enthält das Bestimmen vonFahrzeugbetriebseigenschaften und das Bestimmen eines Soll- Kupplungsdrehmoments aufder Basis der Fahrzeugsbetriebseigenschaften. Eine Soll-Position eines Ankers innerhalb desAktuators wird auf der Basis des Soll- Drehmoments bestimmt. Eine Ist-Ankerposition wird aufder Basis eines Signals bestimmt, das von einem Positionssensor geliefert wird. Das Verfahrenenthält die Bestimmung, ob die Ist-Ankerposition innerhalb einer vorbestimmten Toleranz derSoll-Ankerposition liegt. Eine Positionsrückkopplungssteuerung mit geschlossener Regelschlei¬fe wird durch Variieren eines elektrischen Eingangs zu dem elektromagnetischen Aktuatorausgeführt, um die Position des Ankers auf der Basis eines Positionssensorssignals zu steuern.

[0018] Aus der vorliegenden Beschreibung gehen weitere Anwendungsgebiete hervor. DieBeschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur der Ver¬anschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

ZEICHNUNGEN

[0019] Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung von ausge¬wählten Ausführungsformen und nicht aller möglicher Ausführungen und sollen den Umfang dervorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

[0020] Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeuges, das mit einer Drehmomentkupplung der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist; [0021] Figur 2 ist eine schematische Darstellung der in Figur 1 dargestellten Drehmoment¬ kupplung in Verbindung mit einer Antriebsachsenanordnung; [0022] Figur 3 ist eine Schnittansicht der Drehmomentkupplung; [0023] Figur 4 ist ein Flussdiagramm, das eine Drehmomentkupplungssteuerung zeigt; [0024] Figur 5 ist eine Grafik, die das Kupplungsdrehmoment gegenüber der Ankerposition zeigt; [0025] Figur 6 ist eine Schnittansicht einer anderen Drehmomentkupplung; [0026] Figur 7 ist eine schematische Darstellung, die eine Magnetflussberechnung zeigt; [0027] Figur 8 ist ein Flussdiagramm, das eine Positionssteuerung der Drehmomentkupplung zeigt; [0028] Figur 9 ist eine Grafik, die die Ankerposition und den Magnetfluss bei einzelnen Strö¬ men korreliert; [0029] Figur 10 ist eine schematische elektrische Darstellung, die sich auf das Anlegen ein¬ zelner Spannungen an einen Drehmomentkupplungsaktuator bezieht; [0030] Figur 11 ist eine Grafik, die den Magnetfluss gegenüber der Ankerposition zeigt; und [0031] Figur 12 ist eine Grafik, die eine Kraft als Funktion einer Flussverkettung zeigt.

[0032] Entsprechende Bezugszeichen geben entsprechende Teile der einzelnen Ansichten derZeichnungen an.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

[0033] Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Drehmomentübertragungsmechanismus, deranpassungsfähig zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem ersten Drehelementund einem zweiten Drehelement gesteuert werden kann. Der Drehmomentübertragungsmecha¬nismus findet besondere Anwendung in Kraftübertragungsvorrichtungen zur Verwendung inMotorfahrzeugantriebssträngen wie zum Beispiel einer Kupplung in einem Verteilergetriebeoder einer Reihendrehmomentkupplung oder einer Abschaltung, die zu einer Differentialeinheitin einem Verteilergetriebe oder einer Antriebsachsenanordnung gehört. Obwohl die vorliegendeOffenbarung in der Folge in Verbindung mit besonderen Anordnungen zur Verwendung in spe¬zifischen Antriebsstranganwendungen beschrieben ist, ist somit klar, dass die dargestellten undbeschriebenen Anordnungen nur der Veranschaulichung von Ausführungsformen der vorlie¬genden Offenbarung dienen sollen.

[0034] Unter besonderer Bezugnahme auf Figur 1 der Zeichnungen ist ein Antrieb 10 für einFahrzeug mit Allradantrieb dargestellt. Der Antrieb 10 enthält einen primären Antriebsstrang 12,einen sekundären Antriebsstrang 14 und einen Antriebsstrang 16 zur Abgabe einer Drehzug¬kraft (d.h., eines Antriebsmoments) an die Antriebsstränge. In der besonderen dargestelltenAnordnung ist ein primärer Antriebsstrang 12 der vordere Antriebsstrang, während ein sekundä¬rer Antriebsstrang 14 der hintere Antriebsstrang ist. Der Antriebsstrang 16 ist mit einem Motor18 und einem Mehrfachganggetriebe 20 dargestellt. Der vordere Antriebsstrang 12 enthält einvorderes Differential 22, das durch den Antriebsstrang 16 zur Übertragung eines Antriebsmo¬ments zu einem Paar Vorderräder 24L und 24R durch ein Paar vorderer Achswellen 26L bzw.26R angetrieben wird. Ein hinterer Antriebsstrang 14 enthält eine Kraftübertragungseinheit 28,die durch den Antriebsstrang 16 oder das Differential 22 angetrieben wird, eine Gelenkwelle 30,die durch die Kraftübertragungseinheit 28 angetrieben wird, eine Hinterachsenanordnung 32und eine Kraftübertragungsvorrichtung 34 zum selektiven Übertragen eines Antriebsmomentsvon der Gelenkwelle 30 zur Hinterachsenanordnung 32. Die Hinterachsenanordnung 32 ist miteinem hinteren Differential 35, einem Paar von Hinterrädern 36L und 36R und einem Paar vonhinteren Achswellen 38L und 38R dargestellt, die das hintere Differential 35 mit entsprechendenHinterrädern 36L und 36R verbinden.

[0035] Mit anhaltender Bezugnahme auf die Zeichnungen enthält der Antrieb 10 in der Darstel¬lung ferner ein elektronisch gesteuertes Kraftübertragungssystem, das einem Fahrzeuglenkerermöglicht, einen Zweiradantriebsmodus, einen gesperrten ("zeitweisen") Vierradantriebsmodusoder einen "bedarfsgeregelten" Modus zu wählen. In diesem Zusammenhang ist die Kraftüber¬tragungsvorrichtung 34 mit einer Übertragungskupplung 50 ausgestattet, die selektiv zur Über¬tragung eines Antriebsmoments von der Gelenkwelle 30 zur Hinterachsenanordnung 32 bedientwerden kann, um die zeitweisen und bedarfsgeregelten Vierradantriebsmodi einzustellen. DasKraftübertragungssystem enthält ferner einen strombetriebenen Kupplungsaktuator 52 zurBetätigung der Übertragungskupplung 50, Fahrzeugsensoren 54 zum Erfassen gewisser dyna¬mischer und Betriebseigenschaften des Motorfahrzeugs, einen Modusauswahlmechanismus56, der dem Fahrzeuglenker ermöglicht, einen der verfügbaren Antriebsmodi zu wählen, und eine Steuerung 58 zum Steuern der Betätigung des Kupplungsaktuators 52 als Reaktion aufEingangssignale von Fahrzeugsensoren 54 und dem Modusauswahlmechanismus 56.

[0036] Die Kraftübertragungsvorrichtung 34, in der Folge als Drehmomentkupplung 34 be¬zeichnet, ist schematisch in Figur 2 so dargestellt, dass sie bedienbar zwischen der Gelenkwel¬le 30 und einer Ritzelwelle 60 angeordnet ist. Wie erkennbar ist, enthält die Ritzelwelle 60 einRitzel 62, das mit einem Hypoidzahnkranz 64 in Eingriff steht, der an einem Differentialgehäuse66 des hinteren Differentials 35 befestigt ist. Das Differential 35 ist dahingehend herkömmlich,dass Ritzel 68, die von dem Gehäuse 66 angetrieben werden, so angeordnet sind, dass sieSeitengetriebe 70L und 70R antreiben, die zur Drehung mit entsprechenden Achswellen 38Lund 38R befestigt sind. Die Drehmomentkupplung 34 ist mit einer Übertragungskupplung 50und einem Kupplungsaktuator 52 dargestellt, die zur Steuerung der Übertragung eines An¬triebsmoments von der Gelenkwelle 30 zur Ritzelwelle 60 angeordnet sind und die gemeinsamden Drehmomentübertragungsmechanismus der vorliegenden Offenbarung definieren.

[0037] Unter Bezugnahme vorwiegend auf Figur 3 werden die Komponenten und die Funktionder Drehmomentkupplung 34 im Einzelnen offenbart. Wie erkennbar ist, enthält die Drehmo¬mentkupplung 34 im Allgemeinen ein drehendes Eingangselement 76 und ein drehendes Aus¬gangselement 78, die in einem Gehäuse 80 durch ein Lager 82 zur Drehung relativ zueinandergehalten werden. Ein weiteres Lager 84 stützt das drehende Ausgangselement 78 im Gehäuse80. Das drehende Eingangselement 76 ist zur Drehung mit der Gelenkwelle 30 befestigt. Dasdrehende Ausgangselement 78 ist zur Drehung mit der Ritzelwelle 60 über eine Kerbverzah¬nung 86 befestigt.

[0038] Die Übertragungskupplung 50 enthält eine Trommel 88, die einstückig mit dem drehen¬den Eingangselement 76 ausgebildet ist. Eine Nabe 90 ist zur Drehung mit dem drehendenAusgangselement 78 befestigt. Mehrere innere Kupplungsplatten 92 sind zur Drehung mit derNabe 90 befestigt. Mehrere äußere Kupplungsplatten 94 sind zur Drehung mit der Trommel 88befestigt. Die inneren und äußeren Kupplungsplatten 92, 94 sind miteinander verschachtelt.Eine Anwendungsplatte 96 ist zur Drehung mit und axial bewegbar zu dem drehenden Aus¬gangselement 78 befestigt.

[0039] Der Kupplungsaktuator 52 enthält eine Spulenanordnung 98, die ein Gehäuse odereinen Kern 99, der fest in dem Gehäuse 80 montiert ist, enthält. Eine Hauptspule 100 ist miteinem becherförmigen Kern 99 positioniert. Ein axial beweglicher Anker 102 ist an einer An¬wendungsplatte 96 befestigt und in unmittelbarer Nähe zur Spulenanordnung 98 positioniert.Eine Rückstellfeder 104 spannt die Anwendungsplatte 96 von den inneren und äußeren Kupp¬lungsplatten 92, 94 weg. Auf ähnliche Weise spannt die Feder 104 den Anker von der Spulena¬nordnung 98 weg.

[0040] Die Anwendungsplatte 96 und Anker 102 sind aus einer zurückgezogenen Position, diein Figur 3 dargestellt ist, in eine ausgerückte Position bewegbar, wo die Anwendungsplatte 96die inneren Kupplungsplatten 92 und äußeren Kupplungsplatten 94 zusammen presst, um dasDrehmoment über die Übertragungskupplung 50 zu übertragen. Die Position der Spulenanord¬nung 98 kann durch die Verwendung eines Einstellmechanismus 106 variiert werden, der denKern 99 und das Gehäuse 80 verbindet. Als solches kann ein Spalt 108 zwischen dem Anker102 und der Spulenanordnung 98 vor Beendigung der Montage der Drehmomentkupplung 34eingestellt werden, um verschiedene Dimensionstoleranzen der Drehmomentkupplungskompo¬nenten zu berücksichtigen. Eine Drahtklemme 110 ist an dem Gehäuse 80 befestigt und enthältDrähte zur Zuleitung von Strom zur Hauptspule 100.

[0041] Die Steuerung 58 steht mit der Spulenanordnung 98 in elektrischer Verbindung. DieDrehmomentkupplung 34 kann in einem Drehmomentübertragungsmodus bedient werden,indem Strom als Reaktion auf einen Befehl von der Steuerung 58 durch die Spulenanordnung98 geleitet wird. Es bildet sich ein Magnetfluss entlang einem geschlossenen magnetischenKreis, der den Kern 99 und den Anker 102 enthält, die aus magnetischen Materialien bestehen.Der Anker 102 wird zu der Spulenanordnung 98 gezogen. Infolgedessen presst die Anwen¬dungsplatte 96 die inneren Kupplungsplatten 92 mit den äußeren Kupplungsplatten 94 zusam¬ men, um ein Drehmoment zwischen dem drehenden Eingangselement 76 und dem drehendenAusgangselement 78 zu übertragen.

[0042] Ein Aktuatorsteuersystem enthält eine Steuerung 58, Fahrzeugsensoren 54 und einenPositionssensor 118.

[0043] Figur 3 zeigt drei verschiedene Anordnungen eines Sensors 118, die mit den Bezugs¬zeichen 118a, 118b und 118c versehen sind. Es wird in Betracht gezogen, dass der Sensor 118ein linearer variabler Wegaufnehmer, ein lineares Potentiometer, einen Hall-Effekt-Sensor, einoptischer Sensor, der Laser- oder Infrarotemissionen verwendet, ein Ultraschallsensor oderdergleichen sein kann.

[0044] Der Sensor 118a ist in der Spulenanordnung 98 eingebettet und am Kern 99 befestigt.Der Sensor 118a ist zur Messung einer Position des Ankers 102 relativ zur Spulenanordnung98 oder einer absoluten Messung des Spalts 108 bedienbar. Der Sensor 118 kann auch an derStelle angeordnet sein, die mit 118b angegeben ist.

[0045] Der Sensor 118b ist an dem Gehäuse 80 befestigt und ist zur direkten Messung derBewegung des Ankers 102 relativ zum Gehäuse 80 bedienbar. Da die Spulenanordnung 98auch am Gehäuse 80 befestigt ist, kann eine relative Messung des Spalts 108 durch die Ver¬wendung von Sensor 118b erhalten werden.

[0046] Der Sensor 118c kann an dem Gehäuse 80 befestigt sein und mit einem Vervielfacher120 Zusammenarbeiten, der zur Verstärkung der Bewegung des Ankers 102 nützlich ist, umeine höhere Auflösung für die Steuerung der Position zu erhalten. Insbesondere ist der Verviel¬facher 120 als eine Zahnstange 122 dargestellt, die am Anker 102 befestigt ist. Ein Ritzel 124steht mit der Zahnstange 122 derart in Eingriff, dass eine axiale Bewegung der Zahnstange 122eine Drehung des Ritzels 124 bewirkt. Der Sensor 118c erfasst Änderungen in der Drehpositiondes Ritzels 124. Es wird in Betracht gezogen, dass andere Vervielfacher, wie ein Hebelsystemanstelle der Zahnstangen- und Ritzelanordnung, die in Figur 3 dargestellt ist, verwendet werdenkönnen.

[0047] Figur 4 zeigt ein logisches Flussdiagramm, das sich auf die Steuerung der Drehmo¬mentkupplung 34 bezieht.

[0048] In Block 200 liefern die Fahrzeugsensoren 54 Signale, die der Steuerung 58 die Einga¬ben des Lenkers und verschiedene Fahrzeugbetriebseigenschaften anzeigen. Die Signalekönnen Fahrzeuggeschwindigkeit, einzelne Raddrehzahlen, Übersetzungsverhältnis, Lenkwin¬kel, Motordrehzahl, Drosselposition und Umgebungstemperatur und Schlupfdrehzahl zwischendem Eingangselement 76 und Ausgangselement 78 unter anderen Fahrzeugeigenschaftenangeben. In Block 202 wird ein Soll-Drehmoment, das über die Drehmomentkupplung 34 über¬tragen wird, auf der Basis der Fahrzeugbetriebseigenschaften und Lenkereingaben bestimmt.Das Soll-Drehmoment kann eine Größe eines Null-Drehmoments enthalten, wenn keine Dreh¬momentübertragung über die Drehmomentkupplung 34 erwünscht ist.

[0049] In Block 204 wird eine Soll-Position des Ankers 102 auf der Basis des Soll-Drehmo¬ments bestimmt, das in Block 202 bestimmt wurde. Die Steuerung 58 kann mit einer oder mitZugriff auf eine Verweistabelle programmiert sein oder kann einen Algorithmus eines zuvorbestimmten Verhältnisses zwischen Ankerposition und Kupplungsdrehmoment ausführen, wiein Figur 5 dargestellt. Es wird in Betracht gezogen, dass die Kurve von Ankerposition gegen¬über Drehmoment empirisch durch Anwenden einer Reihe verschiedener elektrischer Eingabenmit verschiedenen Größen bei der Hauptspule 100 erstellt werden kann. Das erhaltene Verhält¬nis von Position und Drehmoment wird in der Verweistabelle gespeichert. In einer Anordnungkann der Strom zur Hauptspule 100 bei einem 100% PWM Tastverhältnis eingestellt sein undeine Reihe von verschiedenen Widerständen kann der Schaltung hinzugefügt werden, umeinzelne elektrische Eingangsgrößen zu der Hauptspule 100 zu leiten. Die Position des Ankers102 und des Kupplungsdrehmoments, die jeder unterschiedlichen Eingangsgröße zugeordnetsind, werden gespeichert.

[0050] In Block 206 wird eine Ist-Ankerposition auf der Basis des Ausgangs eines der Positi¬onssensoren 118a, 118b oder 118c bestimmt.

[0051] In Block 208 wird die Ist-Ankerposition mit der Soll-Ankerposition verglichen. Wenn dieIst-Ankerposition innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs der Soll- Ankerposition liegt,kehrt die Steuerung zu Block 200 zurück. Wenn die Ist-Ankerposition außerhalb des Toleranz¬bereichs der Soll-Ankerposition liegt, variiert die Steuerung 58 einen elektrischen Eingang zurSpulenanordnung 98, um die Ankerposition in einem Versuch, die Soll- Ankerposition in Block210 zu erreichen, zu ändern. Die Steuerung kehrt zu Block 206 zurück, wo die neue Ist- Positi¬on mit der Soll-Ankerposition verglichen wird. Die Positionssteuerung mit geschlossener Regel¬schleife wird fortgesetzt, bis die Bedingungen von Block 208 erfüllt sind.

[0052] Figur 6 zeigt eine andere Drehmomentkupplung 220, die eine Suchspule 222 enthält, diein einer Spulenanordnung 224 eingebettet ist. Die Spulenanordnung 224 ist im Wesentlichender Spulenanordnung 98 ähnlich, wobei die Suchspule 222 hinzugefügt wurde. Die verbleiben¬den Komponenten der Drehmomentkupplung 220 sind im Wesentlichen der Drehmomentkupp¬lung 34 ähnlich. Daher behalten ähnliche Elemente die zuvor eingeführten Bezugszeichen. DieSuchspule 222 ist nahe der Hauptspule 100 positioniert, so dass eine Magnetflussdichte Φentlang dem Magnetkreis erzeugt wird, wenn der Hauptspule 100 Strom zugeführt wird. Eineinduzierte elektromotorische Kraft V wird in der Suchspule 222 als Reaktion auf eine Änderungin der Magnetflussstärke erzeugt. Die induzierte elektromotorische Kraft, die in der Suchspule222 erzeugt wird, wird in die Steuerung 58 eingegeben.

[0053] Figur 7 zeigt die induzierte elektromotorische Kraft, die während einer anfänglichenStromzufuhr zur Hauptspule 100 und während des Eingriffs der Anwendungsplatte 96 mit deninneren und äußeren Kupplungsplatten 92, 94 auftritt. Eine andere induzierte elektromotorischeKraft tritt auf, wenn die Stromzufuhr zur Hauptspule 100 unterbrochen wird. Wenn die Stromzu¬fuhr zur Hauptspule 100 beendet wird, veranlasst die Feder 104, dass sich die Anwendungs¬platte 96 von den inneren und äußeren Kupplungsplatten 92, 94 trennt.

[0054] Figur 8 zeigt ein logisches Diagramm, das sich auf ein Aktuatorsteuersystem 240 für dieSteuerung der Drehmomentkupplung 220 bezieht. Das Steuersystem 240 enthält ein Fahrzeu¬geingabemodul 242 zum Gewinnen von Daten, die von den Fahrzeugsensoren 54 geliefertwerden.

[0055] E in Soll-Drehmomentmodul 244 empfängt die Daten vom Fahrzeugeingabemodul 242und bestimmt ein Soll-Drehmoment, das von der Übertragungskupplung 50 erzeugt werden soll.

[0056] Das Steuersystem 240 enthält auch eine Reihe von Steuermodulen, die den einzelnenDrehmomenteigenschaften jeder hergestellten Drehmomentkupplung 220 zugeordnet sind. Eswird in Betracht gezogen, dass die Module 246, 248 und 250 in der Herstellungsanlage wäh¬rend eines abschließenden Drehmomentkupplungstests vor dem Einbau in ein Fahrzeug evo¬ziert werden. Durch derartiges Testen und Gewinnen verschiedener Daten für jede Drehmo¬mentkupplung kann eine Reihe von Herstellungsvariablen, einschließlich dimensionaler Stapel,Reibungskoeffizienten, Komponentenkonformität und Montagevariationen berücksichtigt wer¬den.

[0057] E in Ankerposition-gegenüber-Fluss-Modul 246 erzeugt einen Datensatz für Magnetflussgegenüber Strom und einen Datensatz für Ankerposition gegenüber Strom, wie durch die Kur¬ven dargestellt, die in Figur 9 gezeigt sind. Es sollte festgehalten werden, dass, wenn sich derAnker 102 am weitesten weg von der Spulenanordnung 98 befindet, der Magnetfluss, der aufden Anker 102 wirkt, minimal ist. Wenn sich der Anker 102 zur Spulenanordnung 98 hin be¬wegt, steigt der Magnetfluss. Es sollte klar sein, dass das Modul 246 nicht nur die Änderung imSpalt 108 aufnimmt, wenn sich der Anker 102 zur Spulenanordnung 98 hin bewegt, sondernauch eine Komponentenkonformität berücksichtigt, nachdem die Anwendungsplatte 96 bewirkthat, dass jede der inneren Kupplungsplatten 92 mit den äußeren Kupplungsplatten 94 in Eingriffgelangt.

[0058] Es wird in Betracht gezogen, dass die Magnetfluss-gegenüber-Strom- und Ankerpositi- on-gegenüber- Strom-Kurven durch Anlegen eines 100% Impulsbreitenmodulationstastverhält¬nisses an die Hauptspule 100 erstellt werden können. Einzelne Spannungen unterschiedlicherGröße können bei der Hauptspule 100 durch die Verwendung einer Reihe von WiderständenR1, R2, R3 und R4 vorgesehen werden, die parallel angeordnet sind, wie in Figur 10 darge¬stellt. Unter Verwendung der Informationen von Figur 9 definiert das Modul 246 das Verhältniszwischen Magnetfluss und Ankerposition, wie in Figur 11 dargestellt.

[0059] In Labortests der Drehmomentkupplung 220 wurde bestimmt, dass die Steuerung desDrehmoments, das von der Übertragungskupplung 50 ausgegeben wird, über eine Stromsteue¬rung mehrere Herausforderungen enthielt, wie die Berücksichtigung eines relativ großen Ein¬schaltstroms, als der Hauptspule 100 zu Beginn Strom zugeführt wurde. Es besteht eine relativgroße Hysterese in der Strom-gegenüber-Drehmoment-Kurve beim Ein- und Ausschalten desStroms zur Spulenanordnung 98. Das vorliegende Steuerschema zum Anlegen eines 100%Tastverhältnisses in Kombination mit verschiedenen Widerständen minimiert die Hysterese inZusammenhang mit dem Anlegen von Strom an die Hauptspule 100 und ermöglicht die Be¬rechnung einer exakten Ankerposition-gegenüber-Magnetfluss-Kurve, wie durch das Modul 246bestimmt und in Figur 11 dargestellt.

[0060] Das Modul 248 bestimmt die Kraft, die auf den Anker 102 wirkt, als Funktion des Mag¬netflusses. Wie in Figur 12 dargestellt, variiert die Kraft, die auf den Anker 102 ausgeübt wird,als Funktion der Magnetflussdichte. Insbesondere die Kraft F, die auf den Anker 102 wirkt, diedurch die folgende Gleichung gegeben ist:

wobei

A2 = Fläche 2μ0 = 4 x π x 10'7 0 = N§VdtA1 - Fläche 1 [0061] Sobald die Anwendungskraft der Übertragungskupplung 50 bekannt ist, schätzt einDrehmoment-gegenüber-Position-Modul 250 das Drehmoment, das zwischen Eingangselement76 und Ausgangselement 78 übertragen wird, auf der Basis der Reibungskoeffizienten zwi¬schen den Oberflächen der inneren Kupplungsplatten 92 und äußeren Kupplungsplatten 94, derRadien, bei welchen sie in Kontakt sind, und einer Reihe von anderen Faktoren, wie Betriebs¬temperatur, relative Geschwindigkeit zwischen Eingangselement 76 und Ausgangselement 78und anderen.

[0062] Figur 13 zeigt eine Schätzung des Drehmoments über der Übertragungskupplung 50 aufder Basis der Ankerposition und des Betriebs bei einem 100% Tastverhältnis. Als Alternativeund wie zuvor beschrieben, kann das von der Kupplung 220 erzeugte Drehmoment direkt in derHerstellungsanlage vor dem Einbau in das Fahrzeug 10 gemessen werden.

[0063] Das Verhältnis von Drehmoment und Position wird in der Steuerung 58 gespeichert oderist für diese zugänglich, so dass Positionsdaten, die von den Sensoren 118a, 118b oder 118cgeliefert werden, in dem Versuch, das Soll-Kupplungsdrehmoment zu erreichen, das vom Modul244 bestimmt wurde, berücksichtigt werden. Sobald die Module 246, 248 und 250 eine Dreh-moment-gegenüber-Position-Kurve erstellt haben, kann die Kupplung 220 in ein Fahrzeugeingebaut werden.

[0064] Das Sollpositionsmodul 252 bestimmt eine Soll- Ankerposition auf der Basis des Soll-Drehmoments, das vom Modul 244 bestimmt wird, und der Informationen, die im Drehmoment- gegenüber-Position-Modul 250 gespeichert sind.

[0065] Ein Positionsrückkopplungssteuermodul 254 steht mit den Positionssensoren 118 inVerbindung und vergleicht die Ist- Position des Ankers 102 mit der Soll-Position, die durch dasModul 252 definiert ist. Wenn die Ist-Ankerposition nicht innerhalb einer vorbestimmten Tole¬ranz der Soll- Ankerposition liegt, variiert das Hauptspulenanregungsmodul 256 eine Größeeines elektrischen Eingangs zur Hauptspule 100, um eine Positionssteuerung mit geschlosse¬ner Regelschleife des Ankers 102 vorzusehen.

[0066] Von Zeit zu Zeit kann es wünschenswert sein, die Position des Ankers 102 mit einemanderen Verfahren als der Verwendung der Positionssensoren 118 zu verifizieren. Ein Anker¬positionsverifizierungsmodul 258 führt eine Ankerposition-gegenüber-Magnetfluss-Datenge-winnungssequenz unter Verwendung der Widerstände R1, R2, R3 und R4 bei einem 100%Tastverhältnis wie zuvor beschrieben aus. Die Ankerposition-gegenüber-Fluss-Kurve, die zuvorvom Modul 246 in der Herstellungsanlage definiert wurde, wird mit der Verifizierungskurveverglichen, die vom Modul 258 erstellt wird. Wenn die Varianz zwischen den zwei Kurven einevorbestimmte Quantität überschreitet, kann ein Fehlersignal ausgegeben werden. Es wird inBetracht gezogen, dass das Ankerpositionsverifizierungsmodul 258 während einer Drehmo¬mentanfrage funktionieren kann, während sich das Motorfahrzeug bewegt, oder zu einem Zeit¬punkt, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt und eine Soll-Drehmomentanfrage Null ist.

[0067] Ferner offenbart und beschreibt die vorangehende Besprechung nur beispielhafte Aus¬führungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ein Fachmann erkennt aus dieser Besprechungund aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen sofort, dass verschiedene Änderun¬gen, Modifizierungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen undUmfang der Offenbarung abzuweichen, die in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Patentansprüche 1. Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Motorfahrzeug, aufweisend:eine erste Welle; eine zweite Welle; eine Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den ersten und zweitenWellen; einen elektromagnetischen Aktuator, der eine Hauptspule (100) und einen axial bewegli¬chen Anker (102) zum Ausüben einer Einsatzkraft auf die Kupplung enthält; und ein Aktuatorsteuersystem mit einer Steuerung (58), welche dazu eingerichtet ist, ein Soll-Drehmoment, das von der Kupplung übertragen werden soll, zu bestimmen, wobei das Ak¬tuatorsteuersystem, einen Positionssensor (118) enthält, der zum Ausgeben eines Signalsbedienbar ist, das eine axiale Position des Ankers (102) anzeigt, wobei das Aktuatorsteu¬ersystem bedienbar ist, um einen elektrischen Eingang zu dem elektromagnetischen Aktu¬ator zu variieren, um eine Steuerung mit geschlossener Regelschleife der Ankerpositiondurchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung weiters eingerichtet ist, ei¬ne Soll-Ankerposition auf Basis von dem bestimmten Soll- Drehmoment und auf der Basiseines zuvor bestimmten Verhältnisses zwischen Kupplungsdrehmoment und Ankerpositionzu bestimmen.
2. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassder Positionssensor (118) eine Sonde enthält, die mit dem Anker (102) in Kontakt steht.
3. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassder Positionssensor (118) an einem Stator des elektromagnetischen Aktuators befestigt ist.
4. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassder Positionssensor (118) an einem Gehäuse befestigt ist, das die Kupplung enthält.
5. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdas Soll-Drehmoment durch Auswerten von Fahrzeugbetriebseigenschaften bestimmt wird,einschließlich Fahrzeuggeschwindigkeit und Drosselposition.
6. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdes Weiteren ein Streckenvervielfacher enthalten ist, der an den Anker (102) gekoppelt ist,wobei der Positionssensor (118) bedienbar ist, um ein Signal auszugeben, das eine ver¬vielfachte Strecke angibt, die vom Anker (102) durchlaufen wird, wobei das Steuersystemauf der Basis der vervielfachten Strecke und einer Vervielfacherkonstante eine tatsächlicheStrecke berechnet, die der Anker (102) zurückgelegt hat.
7. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassder Streckenvervielfacher ein Zahnstangen- und Ritzelgetriebe enthält.
8. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassder Streckenvervielfacher einen Hebel enthält.
9. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassder Positionssensor (118) einen optischen Sensor enthält.
10. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdes Weiteren ein Ankerpositionsverifizierungssystem enthalten ist, das eine Suchspuleenthält, die ein Signal liefert, das einen Magnetfluss angibt, der von der Hauptspule erzeugtwird, wobei das Verifizierungssystem den Magnetfluss und das entsprechende Ankerposi¬tionssignal mit einem vorbestimmten Verhältnis von Fluss und Ankerposition zur Verifizie¬rung der Ankerposition vergleicht.
11. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dassdas Aktuatorsteuersystem ein Anker-gegenüber-Magnetfluss-Modul zum Bestimmen einesVerhältnisses einer Ankerposition zu einem Magnetfluss enthält.
12. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dassdas Aktuatorsteuersystem ein Kraft-gegenüber-Magnetfluss-Modul zum Bestimmen einesVerhältnisses zwischen einer Ankerkraft und dem Magnetfluss enthält.
13. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dassdie Suchspule in einem Gehäuse montiert ist, das die Hauptspule enthält.
14. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dassdas Ankerpositionsverifizierungssystem mehrere selektiv geschaltete Widerstände in Ver¬bindung mit der Hauptspule enthält, um eine Reihe verschiedener elektrischer Eingängezur Hauptspule vorzusehen.
15. Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dassdas Aktuatorsteuersystem das Vorsehen eines elektrischen Eingangs zu dem elektromag¬netischen Aktuator mit Pulsbreitenmodulation enthält.
16. Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Aktuators für eine Kupplung, die einDrehmoment zwischen ersten und zweiten Wellen einer Kraftübertragungsvorrichtung ineinem Fahrzeug überträgt, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen von Fahrzeugbetriebseigenschaften; Bestimmen eines Soll-Kupplungsdrehmoments auf der Basis der Fahrzeugbetriebseigen¬schaften, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiters aufweist: Bestimmen einer Soll-Position eines axial beweglichen Ankers innerhalb des Aktuators aufder Basis des Soll- Drehmoments und auf der Basis eines zuvor bestimmten Verhältnisseszwischen Kupplungsdrehmoment und Ankerposition; Bestimmen einer Ist-Ankerposition auf der Basis eines Signals, das von einem Positions¬sensor geliefert wird; Bestimmen, ob die Ist-Ankerposition innerhalb einer vorbestimmten Toleranz der Soll-Ankerposition liegt; und Durchführen einer Positionsrückkopplungssteuerung mit geschlossener Regelschleifedurch Variieren eines elektrischen Eingangs zu einer Spule des elektromagnetischen Aktu¬ators zur Steuerung der Position des Ankers auf der Basis des Positionssensorsignals.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren das Spei¬chern von Drehmoment-gegenüber-Ankerpositionsinformationen während einer Kupp¬lungstestung vor dem Einbau der Kupplung in das Fahrzeug enthalten ist, wobei die Be¬stimmung der Soll- Ankerposition auf den Informationen beruht.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren das Spei¬chern von Magnetflussdaten entsprechend den Drehmoment-gegenüber- Ankerpositionsin¬formationen enthalten ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren das Verifizie¬ren der Ankerposition während des Fahrzeugbetriebs durch Vergleichen der Fluss- undAnkerpositionssignaldaten enthalten ist, die während des Fahrzeugbetriebs gewonnenwurden, mit den gespeicherten Daten und Ausgeben eines Fehlersignals, wenn ein Fehlervorliegt.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren das In-Eingriff-Bringen einer Sonde des Positionssensors mit dem Anker (102) enthalten ist. Hierzu 9 Blatt Zeichnungen