CN110741185B - 促动器装置和利用促动器装置确定切换元件位置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在至少两个切换位置之间切换的促动器装置，包括：切换元件，所述切换元件能够在至少两个终端位置之间切换并且所述切换元件具有两个相对置的接触部位，在所述接触部位处操作切换元件以便朝向一个终端位置运动；第一和第二电磁切换促动器，所述第一和第二电磁切换促动器分别设置在切换元件的相对置的侧上并且所述第一和第二电磁切换促动器将切换元件在激活之后运动到相应的切换位置中，其中切换促动器分别设有可运动的操作元件，所述操作元件沿着行程路径运动并且将切换元件在接触部位处接触；控制装置，所述控制装置与两个切换促动器连接并且所述控制装置设立用于测量和评估在切换促动器处的电流。

Description

促动器装置和利用促动器装置确定切换元件位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定电磁操作的切换元件的切换位置的方法和一种设立用于该方法的促动器装置。
背景技术
在车辆中例如与换挡变速器同步地使用电磁切换机构。
这种电磁切换机构在DE 39 39 274 A1中公开。所述文件描述用于换挡变速器的同步装置，所述同步装置具有优选可旋转地安置在轴上的、包括具有第一齿部的离合器本体并且轴向固定的齿轮，具有优选抗扭地在轴上在离合器本体旁边安置的、具有第二齿部并且轴向固定的引导套管，并且具有与离合器本体以及与引导套管同中心地设置的、具有第三齿部的、轴向可移动的换挡套筒，其中所述装置如此实现，使得在变速器的切换位置中为了将引导套管与齿轮通过换挡套筒的轴向移动经由其第三齿部可建立在第一齿部和第二齿部之间的形状配合的连接，并且还为了防止形状配合的连接不期望地分开，第三齿部设有第一斜面以及另一齿部设有第二斜面，所述斜面在切换位置中彼此贴靠并且在传递扭矩期间楔入效应抵抗换挡套筒轴向从连接位置移出，其中第二斜面安装在第二齿部上。
在EP 1 710 478 A1中公开具有切换元件的变速器的类似的切换机构。在那所描述的切换元件以在轴向方向上可移动的方式设置并且可以占据至少一个第一和第二移动位置。切换机构还具有永磁体，所述永磁体沿轴向方向磁化并且所述永磁体要么与切换元件连接要么关于变速器位置固定地设置，并且所述切换机构具有第一和第二电磁体，所述电磁体沿轴向方向彼此错开地设置并且所述电磁体在永磁体与切换元件连接时，关于变速器位置固定地设置或者所述电磁体在永磁体位置固定地设置在变速器中时，与切换元件连接，其中这两个电磁体是可通电的，使得其磁场彼此相对地定向。
为了在所述切换机构中确定切换位置，在切换元件处设置有位置传感器，所述位置传感器可以确定切换元件的位置。这些附加的元件必须被装入和布线。
发明内容
本发明的目的是，提供一种切换装置，其中能够确定具有简单的结构的切换元件的位置。所述目的通过根据根据本发明的促动器装置和用于通过利用该促动器装置确定切换元件的位置的方法实现。
根据本发明的用于在至少两个切换位置之间切换的促动器装置包括切换元件，所述切换元件能够在至少两个终端位置之间切换并且所述切换元件具有两个相对置的接触部位，在所述接触部位处操作切换元件以便朝向一个终端位置运动；第一和第二电磁切换促动器，所述第一和第二电磁切换促动器分别设置在切换元件的相对置的侧上并且第一和第二电磁切换促动器将切换元件在激活之后移动到相应的切换位置中，其中切换促动器分别设有可运动的操作元件，所述操作元件沿着行程路径运动并且将切换元件在接触部位处接触；控制装置，所述控制装置与两个切换促动器连接并且所述控制装置设立用于测量和评估在切换促动器处的电流。通过这种促动器装置提供具有低复杂度的机械方面简单的系统，使得通过取消附加的位置传感器(取消插头、取消布线、降低ECU要求)降低成本并且也是相对于公差和温度影响尽可能不敏感的。此外，对具有两个或具有三个切换位置的系统给出简单的可适配性(用于退耦的相同部件(G1/N)和具有模移(Mode-Shift)的退耦(G1/N/G2))。
优选地，切换元件的非接触的接触部位在终端位置中运动到没有为移动切换元件而激活的操作元件的行程路径后方。由此可以实现，第二切换促动器可以用作为机械阻碍物。此外，第二次确认。
切换元件优选Y形地构成并且围绕设置在切换元件的中间区域中的旋转中心旋转。这是切换元件的有效的设计方案。切换元件的接触部位可以构成为可自由旋转的滚轮。由此，避免通过与相应的切换促动器接触引起的不必要的磨损。
根据本发明的用于通过利用前面提到的促动器装置确定切换元件的位置的方法包括如下步骤：确定切换元件的期望的终端位置；通过激活相应的第一切换促动器执行行程运动；测量在切换促动器处的电流强度和/或激活第二切换促动器并且测量在第二切换促动器处的电流强度并且将测量出的电流强度与保存的特征曲线比较，其中将测量出的电流强度与保存的特征曲线比较从而确定：切换元件是否位于设有的终端位置中。通过这种方法，提供具有较低复杂性的机械方面简单的系统，使得通过取消附加的位置传感器(取消插头、取消布线、降低ECU要求)降低制造成本。此外，尤其在利用两个切换促动器的测量时提高切换元件的终端位置的结论的可靠性。名称切换促动器作为第一和第二切换促动器仅用于区分顺序，并且一个促动器首先被操作而随后操作另一个促动器。原则上，用于1挡的切换促动器和用于2挡的切换促动器，根据应当挂入哪个挡位，可以是“第一”或“第二”切换促动器。
优选地，对于切换元件的移动激活的切换促动器的电流强度也在回拉时被测量和比较。这进一步提高了关于切换元件的终端位置可做出的结论的可靠性。
附图说明
图1示出根据本发明的切换装置，其中切换元件位于中立位置中；
图2示出根据本发明的切换装置，其中切换元件位于锁止位置中；
图3示出根据本发明的切换装置，其中切换元件位于第一终端位置中；
图4示出根据本发明的切换位置，其中切换元件位于第一终端位置中并且由第二操作元件锁止；
图5示出具有回拉的第一操作元件的图4中的位置；
图6示出在直接从中立位置挂入第一终端位置中时的电流特征曲线(定性的电流时间曲线)；
图7示出在切换到第一终端位置中时出现阻碍(啮合状态)的情况下的电流特征曲线；以及
图8示出断路电流的电流特征曲线。
具体实施方式
如果在下文中在描述中使用方向说明，那么这些方向说明涉及图1至5中的方向。
图1示出在中立位置中的根据本发明的切换装置1。示出的切换装置1具有中央的切换元件4，所述切换元件优选构成为Y形的换挡拨叉。换挡拨叉居中地具有与壳体固定的旋转中心6，也就是说在换挡拨叉的Y形臂相交的区域中。换挡拨叉的下臂与可轴向移动的元件5连接，使得所述元件5通过操作换挡拨叉4移动。例如，可轴向移动的元件5是换挡套筒5，所述换挡套筒能够实现用于与两个不同的齿圈(G1、G2)连接的位置和中立位置(N)，在所述中立位置中没有齿圈被连接。换挡拨叉的两个上臂具有接触部位，所述接触部位优选构成为滚轮。具有接触部位14的换挡拨叉4的两个上臂沿相对的方向延伸。如在图中可见，在第一切换促动器移出并且切换元件的臂向右移动时，换挡套筒5向左运动。行程路径sA和sB因此与换挡套筒所经过的路程x相关联。
在切换元件4的接触部位14处分别设置有电磁切换促动器2、3。切换促动器2、3同样优选彼此相对地设置并且具有可线性移动的操作元件，所述操作元件在本实施方式中分别包括可移动的锚杆12和连接在其上的压块13。那么压块13在移动时按压到接触部位14上并且移动切换元件。此外，切换促动器2、3包括主体，在主体中设置有电磁部件(线圈、永磁体)。这种切换促动器也称作为行程磁铁(Hubmagnet)。理论上也可能的是，操作元件非线性地运动，而是例如借助于电动机运动，使得操作元件枢转并且非线性地运动。
切换促动器2、3经由控制管路11与控制装置10连接，所述控制装置对切换促动器2、3用电流加载从而控制到相应的终端位置中的切换。在此存在用于1挡和2挡的两个终端位置和驱动轴空转的中立位置。控制装置设立用于，对切换促动器不仅用电流加载，而且也测量所述电流。通过在控制设备中进行的切换促动器线圈电流的测量和测量信号与保存在控制设备软件中的参考信号比较，借助于相应的评估逻辑机构探测切换元件终端位置。评估逻辑机构在此考虑电磁线圈的由通路电流和断路电流曲线构成的典型的表征的特性变量，由此电枢行程位置的明确确定变得可行。由此，可以取消用于检测切换元件位置的附加的位置传感器。
在图1至5中示出切换元件的和切换促动器的不同的切换位置。如已经在上文中提到那样，在图1中设定中立位置。所述中立位置可以借助于切换促动器设定，然而也可以作为一种标准位置借助于复位弹簧实现，使得在没有其他力作用或者没有障碍物阻碍时切换元件通过机械预应力运动到中立位置中。
在图2中示出如下位置，在该位置中在切换元件移动时换挡套筒的齿部没有与1挡的齿圈的齿接合，而是碰撞到所述齿上，例如因为这两个元件没有正确地同步。由此，阻止换挡过程，操作元件可以不运动整个行程路径，并且切换元件没有达到用于1挡的终端位置。在出现切换元件的啮合状态时，第二行程磁铁3通过换挡拨叉和推杆的相应的构造方案阻碍行程运动。
在图3中，切换元件在用于1挡的终端位置中示出。第一切换促动器2位于其移出的终端位置中。第二切换促动器3现在可以无阻碍地移出并且在操作元件的移出的终端位置中将换挡套筒5的切换位置G1经由第二切换促动器3机械地锁定(参见图4)。接着，第一行程磁铁2可以再运动到其初始位置中(参见图5)。
故障安全性能可以针对在不通电状态(常开/常闭/保持静止)中的期望性能通过行程磁铁的结构实施方案来确定。中立位置在示例性的实施方案中经由弹簧定心的中间位置定义。
通过测量切换促动器的线圈电流曲线和与保存在控制设备中的参考值比较求得切换元件的位置。由此进行反馈：实际上是否达到终端位置G1或G2。评估逻辑机构包括用于分析开路和断路电流曲线的多个算法，如下面借助于图6至8所描述。本领域技术人员可以经由简单的测试过程求得用于根据本发明的促动器装置的相应的结构的具体电流特征曲线。
图6和7示例性地示出在磁线圈上的接通电流的定性曲线。如果换挡套筒位于切换位置G1(1挡，第一切换促动器移出)中，那么可以经由在第一切换促动器2和第二切换促动器3的线圈处的电流测量确定：换挡套筒是否实际上达到其终端位置G1(1挡)。从线圈电流信号的对于线性磁铁表征的曲线中可见，在开始行程运动时电流降低(在图6中的拐点W1)。这受电磁感应引起的电压(back EMF)限制，从下面列出的等式1中可见：
Figure GDA0002722255430000051
如果换挡套筒5位于终端止挡件(图6中的拐点W2)中，那么通过测量和比较表征的电流变量IPEAK和IDROP诊断：：行程磁铁2的电枢从而还有换挡套筒是否实际上位于其最终位置中。
如果换挡套筒位于终端位置G1中，那么可以通过操作行程磁铁3和同时的电流测量做出关于所占据的终端位置的附加的结论。因为在此情况下行程磁铁3无阻碍地并且无负荷地移出，所以可以经由在此电磁感应引起的电压(Back EMG，等式1)推断出切换元件的正确终端位置。在出现切换元件的啮合状态的情况下，切换促动器3不能执行电枢行程运动或仅执行最小的电枢行程运动，由此依照等式2得出不具有拐点的另一电流曲线(没有BackEMF)，如也在图7中所示出。通过将线圈电流曲线与参考信号比较，可以借助于相应的评估逻辑机构诊断：电枢行程运动是否无阻碍地进行或者被机械地阻止。此外，通过在关断磁铁时的线圈电流测量，行程位置关于断路电流曲线的附加的可信度测试是可行的。附加地，可以求得关于切换时间的可信度测试，在图6中可见。根据要测量的行程位置得出所属的切换时间。
图8示例性地示出断路电流的定性电流时间曲线，经由其通过比较拐点W3和W4能够实现电枢行程位置的附加的可信度测试。此外，可以进行关于切换时间的可信度测试；根据要测量的行程位置得出所属的切换时间(电流时间曲线)。
Figure GDA0002722255430000061
Figure GDA0002722255430000062
在应用促动器装置时，经由控制设备10操控切换促动器，所述切换促动器可以将换挡套筒移动到期望的挡位中。使切换元件4形成用于期望挡位的接合的第一切换促动器(2，3)被操作并且在其行程路径上移动。优选地，流过第一切换促动器的线圈的电流在第一切换促动器移动期间被测量并且与保存的特征曲线比较，使得可以作出如下结论：切换元件是否达到最终位置。随后，第二切换促动器被操作并且替选地或补充地测量电流并且与保存的特征曲线比较，第二切换促动器的线圈加载有电流。在切换元件达到终端位置时(例如在图3中用于1挡)，第二切换促动器可以经由切换元件移动(图4)，第一切换促动器可以移回。优选地，也对于回拉运动测量电流并且与特征曲线比较，以便得到用于达到正确的最终位置的其他确认。
如果在第一切换促动器移出时，切换元件不能到达终端位置中，因为例如换挡套筒由于有误差的同步而不能与1挡的相应的齿圈接合(图2)，那么第一切换促动器的测量出的特征曲线不对应于保存的特征曲线，并且控制确定：切换元件没有达到正确的最终位置。这同样可以在操作第二切换元件和测量特征曲线时通过如下方式确定，即第二操作元件撞击到切换元件上并且测量控制设备的相应的电流特征曲线(图7)。在这两种情况下，可以在没有位置传感器的情况下为切换元件确定：是否已达到正确的终端位置。
附图标记列表
促动器装置 1
第一切换促动器 2
第二切换促动器 3
换挡拨叉 4
换挡套筒 5
切换元件的枢转轴线/旋转中心 6
第一切换促动器的主体 8
第二切换促动器的主体 9
控制设备 10
控制管路 11
锚杆 12
压块 13
接触部位 14

Claims (5)

1.一种用于在至少两个切换位置(G1，G2)之间切换的促动器装置(1)，包括：
切换元件(4)，所述切换元件能够在至少两个终端位置(G1，G2)之间切换并且所述切换元件具有两个相对置的接触部位(14)，在所述接触部位处操作所述切换元件(4)以便朝向终端位置运动；
电磁的第一切换促动器(2)和电磁的第二切换促动器(3)，所述第一切换促动器和所述第二切换促动器分别设置在所述切换元件(4)的相对置的侧上并且所述第一和第二电磁切换促动器将所述切换元件(4)在激活之后移动到相应的切换位置中，其中所述第一切换促动器(2)和所述第二切换促动器(3)分别设有可运动的操作元件，所述操作元件沿着行程路径运动并且在所述接触部位(14)处接触所述切换元件(4)；
控制装置(10)，所述控制装置与两个切换促动器连接并且所述控制装置设立用于测量和评估在切换促动器处的电流，
其中所述切换元件(4)的未被接触的接触部位(14)在终端位置中运动到没有为移动所述切换元件而激活的操作元件(12，13)的行程路径后方。
2.根据权利要求1所述的促动器装置(1)，其中所述切换元件(4)Y形地构成并且围绕旋转中心旋转，所述旋转中心设置在所述切换元件的中间区域中。
3.根据权利要求1或2所述的促动器装置(1)，其中所述切换元件(4)的接触部位(14)构成为可自由旋转的滚轮。
4.一种利用根据权利要求1至3中任一项所述的促动器装置(1)确定切换元件位置的方法，所述方法包括下述步骤：
-确定所述切换元件的期望的终端位置；
-通过激活相应的所述第一切换促动器执行行程运动；
-测量在所述第一切换促动器处的电流强度和/或激活所述第二切换促动器，并且测量在所述第二切换促动器处的电流强度，并且将测量出的电流强度与保存的特征曲线比较；
其中将测量出的电流强度的特征曲线与保存的特征曲线比较，从而确定：所述切换元件是否位于所设置的终端位置中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在回拉时测量和比较为了移动所述切换元件而激活的切换促动器的电流强度。
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