DE102014223559A1

DE102014223559A1 - Elektromagnetische kupplung

Info

Publication number: DE102014223559A1
Application number: DE102014223559.6A
Authority: DE
Inventors: Jesse Brumberger; Timothy M. Burns; Anupam Sharma; Hsing-Hua Fan
Original assignee: Magna Powertrain of America Inc
Current assignee: Magna Powertrain of America Inc
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-05-21
Also published as: US20150136559A1

Abstract

Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug enthält eine Kupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle. Ein elektromagnetischer Aktuator enthält einen axial beweglichen Anker zum Ausüben einer Anlegekraft auf die Kupplung. Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Kraftsensor, der innerhalb eines Kupplungsbetätigungskraft-Lastpfads positioniert ist und zum Ausgeben eines Signals, das eine an die Kupplung angelegte Kraft angibt, betreibbar ist. Das Steuersystem enthält einen Controller, der zum Steuern des elektromagnetischen Aktuators zum Variieren der an die Kupplung angelegten Kraft auf der Grundlage des Kraftsensorsignals betreibbar ist. Als eine Option kann das Aktuatorsteuersystem einen Positionssensor enthalten, der zum Ausgeben eines Signals, das eine Position des Ankers angibt, betreibbar ist. Das Steuersystem bestimmt ein Soll-Drehmoment, das durch die Kupplung übertragen werden soll, und auf der Grundlage einer vorher bestimmten Kupplungsdrehmoment-Anker-Positionsbeziehung eine Soll-Ankerposition. Das Steuersystem variiert eine elektrische Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator, um eine Regelung der Ankerposition auszuführen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Kraftübertragungssysteme zum Steuern der Übertragung des Antriebsdrehmoments in Kraftfahrzeugen. Insbesondere ist die vorliegende Offenbarung auf Steuersysteme für Aktuatoren elektromagnetischer Kupplungen, die zum Steuern des Einrückens von Kupplungseinheiten in in Kraftfahrzeug-Triebstranganwendungen eingebauten Drehmomentübertragungsvorrichtungen verwendet werden, gerichtet.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt bietet Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung, die nicht notwendig Stand der Technik sind.
In vielen Fahrzeugen ist zwischen dem Primär- und dem Sekundärtriebstrang eine Kraftübertragungsvorrichtung funktional eingebaut. Solche Kraftübertragungsvorrichtungen sind üblicherweise mit einem Drehmomentübertragungsmechanismus ausgestattet, der betreibbar ist, um ein Antriebsdrehmoment von dem Primärtriebstrang wahlweise und/oder automatisch auf den Sekundärtriebstrang zu übertragen, um eine Vierradantriebs-Betriebsart festzusetzen.
Ein moderner Trend bei Vierradantriebs-Kraftfahrzeugen ist es, die Kraftübertragungsvorrichtung mit einer Übertragungskupplung und mit einem elektronisch gesteuerten Antriebsschlupfregelungssystem auszustatten. Die Übertragungskupplung ist betreibbar, um ein Antriebsdrehmoment ohne irgendeine Eingabe oder Aktion von Seiten des Fahrzeugbetreibers automatisch zu den Sekundärrädern zu leiten, wenn die Zugkraft bei den Primärrädern verlorengeht, um eine ”Bedarfs”-Vierradantriebs-Betriebsart festzusetzen. Üblicherweise enthält die Übertragungskupplung eine Mehrscheiben-Kupplungsanordnung, die zwischen dem Primär- und dem Sekundärtriebstrang eingebaut ist, und einen Kupplungsaktuator, um eine Kupplungseinrückkraft zu erzeugen, die auf die Kupplungsscheibenanordnung ausgeübt wird. Üblicherweise enthält der Kupplungsaktuator eine kraftbetriebene Vorrichtung, die als Reaktion auf elektrische Steuersignale, die von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gesendet werden, betätigt wird. Die variable Steuerung des elektrischen Steuersignals beruht häufig auf Änderungen der gegenwärtigen Betriebscharakteristiken des Fahrzeugs (d. h. der Fahrgeschwindigkeit, der Drehzahldifferenz zwischen den Achsen, der Beschleunigung, dem Lenkwinkel usw.), wie sie durch verschiedene Sensoren detektiert werden. Somit können solche ”Bedarfs”-Kraftübertragungsvorrichtungen adaptive Steuerschemata nutzen, um die Drehmomentübertragung während aller Arten von Antriebs- und Straßenbedingungen automatisch zu steuern.
Es sind eine große Anzahl von Bedarfskraftübertragungen entwickelt worden, die einen elektrisch gesteuerten Kupplungsaktuator nutzen, um den Betrag des über die Kupplungsanordnung an den Sekundärtriebstrang übertragenen Antriebsdrehmoments als Funktion des Werts des daran angelegten elektrischen Steuersignals zu regulieren. In einigen Anwendungen nutzt die Übertragungskupplung eine elektromagnetische Kupplung als den kraftbetriebenen Kupplungsaktuator. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 5.407.024 eine elektromagnetische Spule, die inkrementell aktiviert wird, um die Bewegung einer Kugelrampen-Antriebsanordnung zum Ausüben einer Kupplungseinrückkraft auf die Mehrscheiben-Kupplungsanordnung zu steuern. Gleichfalls offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 62-18117 eine Übertragungskupplung, die mit einem elektromagnetischen Kupplungsaktuator zum direkten Steuern der Betätigung der Mehrscheiben-Kupplungspaketanordnung ausgestattet ist.
Als Alternative kann die Übertragungskupplung einen Elektromotor und eine Antriebsanordnung als den kraftbetriebenen Kupplungsaktuator nutzen. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 5.323.871 ein Bedarfsverteilergetriebe mit einer Übertragungskupplung, die mit einem Elektromotor ausgestattet ist, der die Drehung einer Sektorplatte steuert, die wiederum die Schwenkbewegung eines Hebelarms zum Anwenden der Kupplungseinrückkraft auf die Mehrscheiben-Kupplungsanordnung steuert. Darüber hinaus offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 63-66927 eine Übertragungskupplung, die einen Elektromotor verwendet, um eine Nockenplatte einer Kugelrampenstelleinheit für das Einrücken der Mehrscheiben-Kupplungsanordnung zu drehen. Schließlich offenbaren die US-Patente Nr. 4.895.236 bzw. 5.423.235 ein Verteilergetriebe, das mit einer Übertragungskupplung mit einem Elektromotor ausgestattet ist, der einen Untersetzungszahnradsatz antreibt, um die Bewegung einer Kugelspindelstelleinheit und einer Kugelrampenstelleinheit zu steuern, die wiederum die Kupplungseinrückkraft auf das Kupplungspaket ausübt.
Obwohl in Vierradantriebsfahrzeugen gegenwärtig viele Bedarfskupplungssteuersysteme ähnlich den oben Beschriebenen verwendet sind, können die Kosten und die Komplexität solcher Systeme übermäßig sein. Außerdem kann die Steuerung der Kupplungsbetätigungskomponenten auf der Grundlage der durch den Fahrzeughersteller auferlegten Größen-, Kosten- und Leistungsbeschränkungen eine Herausforderung sein. Im Bemühen, diese Anliegen zu behandeln, werden vereinfachte Drehmomentkopplungen zur Verwendung in diesen Anwendungen betrachtet.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Schutzumfangs oder aller ihrer Merkmale.
In Übereinstimmung mit den Aspekten, Aufgaben, Merkmalen und Eigenschaften, die in der vorliegenden Offenbarung ausführlich geschildert sind, wird eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit einer Kupplung, einem elektromagnetischen Kupplungsaktuator und einem Aktuatorsteuersystem, das dafür konfiguriert ist, das von einem ersten Drehorgan auf ein zweites Drehorgan übertragene Antriebsdrehmoment genau zu steuern, geschaffen. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung ist gut zur Verwendung in Kraftübertragungsanordnungen des in Kraftfahrzeuganwendungen verwendeten Typs geeignet.
Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug enthält eine Kupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle. Ein elektromagnetischer Aktuator enthält einen axial beweglichen Anker, um eine Anlegekraft auf die Kupplung auszuüben. Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Positionssensor, der dafür betreibbar ist, ein Signal auszugeben, das eine Position des Ankers angibt. Das Steuersystem bestimmt auf der Grundlage einer zuvor bestimmten Kupplungsdrehmoment-Ankerpositions-Beziehung ein durch die Kupplung zu übertragendes Soll-Drehmoment und eine Soll-Ankerposition. Das Steuersystem variiert eine elektrische Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator, um eine Regelung der Ankerposition auszuführen.
Außerdem enthält eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug eine Kupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle. Ein elektromagnetischer Aktuator enthält eine Hauptspule und einen axial beweglichen Anker, um eine Anlegekraft auf die Kupplung auszuüben. Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Positionssensor, der ein Signal bereitstellt, das eine Position des Ankers angibt. Das Steuersystem ist dafür betreibbar, eine elektrische Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator zu variieren, um eine Regelung der Ankerposition auszuführen. Ein Ankerpositions-Überprüfungssystem enthält eine Suchspule, die ein Signal bereitstellt, das einen durch die Hauptspule erzeugten Magnetfluss angibt. Das Überprüfungssystem vergleicht den Magnetfluss und das entsprechende Ankerpositionssignal mit einer vorgegebenen Fluss-Ankerpositions-Beziehung, um die Ankerposition zu überprüfen.
Außerdem wird ein Verfahren zum Steuern eines magnetischen Aktuators für eine Kupplung, die ein Drehmoment zwischen einer ersten und einer zweiten Welle einer Kraftübertragungsvorrichtung in einem Fahrzeug überträgt, diskutiert. Das Verfahren enthält das Bestimmen von Fahrzeugbetriebseigenschaften und das Bestimmen eines Soll-Kupplungsdrehmoments auf der Grundlage der Betriebseigenschaften. Auf der Grundlage des Soll-Drehmoments wird eine Soll-Position eines Ankers innerhalb des Aktuators bestimmt. Auf der Grundlage eines durch einen Positionssensor bereitgestellten Signals wird eine Ist-Ankerposition bestimmt. Das Verfahren enthält das Bestimmen, ob die Ist-Ankerposition innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Soll-Ankerposition liegt. Durch Variieren einer elektrischen Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator wird eine Positionsrückkopplungsregelung ausgeführt, um auf der Grundlage eines Positionssensorsignals die Position des Ankers zu steuern.
Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug enthält eine Kupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle. Ein elektromagnetischer Aktuator enthält einen axial beweglichen Anker, um eine Anlegekraft auf die Kupplung auszuüben. Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Kraftsensor, der innerhalb eines Kupplungsbetätigungskraft-Lastpfads positioniert ist und dafür betreibbar ist, ein Signal auszugeben, das eine auf die Kupplung ausgeübte Kraft angibt. Das Steuersystem enthält einen Controller, der dafür betreibbar ist, den elektromagnetischen Aktuator zum Variieren der auf die Kupplung ausgeübten Kraft auf der Grundlage des Kraftsensorsignals zu steuern.
Darüber hinaus enthält eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug eine Kupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle. Ein elektromagnetischer Aktuator enthält einen axial beweglichen Anker zum Ausüben einer Anlegekraft auf die Kupplung. Ein Aktuatorsteuersystem enthält einen Kraftsensor, der dafür betreibbar ist, ein Signal auszuüben, das eine auf die Kupplung angewendete Kraft angibt. Das Steuersystem bestimmt ein durch die Kupplung zu übertragendes Soll-Drehmoment und auf der Grundlage des Soll-Drehmoments eine Soll-Anlegekraft. Das Steuersystem ist dafür betreibbar, eine elektrische Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator zu variieren, um eine Regelung der auf die Kupplung ausgeübten Kraft auszuführen.
Ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Aktuators für ein Kupplungsübertragungsdrehmoment zwischen einer ersten und einer zweiten Welle einer Kraftübertragungsvorrichtung in einem Fahrzeug enthält das Bestimmen von Fahrzeugbetriebseigenschaften. Auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebseigenschaften wird ein Soll-Kupplungsdrehmoment bestimmt. Auf der Grundlage des Soll-Drehmoments wird eine Soll-Kupplungsbetätigungskraft bestimmt. Auf der Grundlage eines Signals, das durch einen innerhalb eines Kupplungsbetätigungskraft-Lastpfads positionierten Kraftsensor bereitgestellt wird, wird eine Ist-Kupplungsbetätigungskraft bestimmt. Das Verfahren bestimmt, ob die Ist-Kupplungsbetätigungskraft innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Soll-Kupplungsbetätigungskraft liegt. Durch Variieren einer elektrischen Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator wird eine Kraftrückkopplungsregelung ausgeführt, um auf der Grundlage des Kraftsensorsignals die Kupplungsaktivierungskraft zu steuern.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, dass die von dem Sekundärspulensignal hergeleitete Kraft auf der Grundlage der durch die Sekundärspule detektierten Flussänderung als Teil eines Kupplungsverschleißkompensations-, Kupplungsverschleißdetektions- und Kupplungssicherheitssteuerschemas genutzt wird.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, dass ein diskretes Spannungssteuerverfahren für elektromagnetische Nicht-PWM-Kupplungsaktuatoren zusammen mit den Sekundärspulen in Drehmomentübertragungsvorrichtungen genutzt wird.
Es ist ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, dass eine Zweibetriebsart-Steuerstrategie für elektromagnetische Kupplungsaktuatoren in Drehmomentübertragungsvorrichtungen genutzt wird.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier gegebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftfahrzeugs, das mit einer in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruierten und gesteuerten Drehmomentkopplung ausgestattet ist;
2 ist eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Drehmomentkopplung, die einer Antriebsachsenanordnung zugeordnet ist;
3 ist eine Schnittansicht einer beispielhaften Drehmomentkopplung, die zur Verwendung mit den in 1 und 2 gezeigten Kraftfahrzeuganwendungen ausgelegt ist;
4 ist ein Ablaufplan, der die Drehmomentkopplungssteuerung zeigt;
5 ist eine graphische Darstellung, die das Kopplungsdrehmoment in Abhängigkeit von der Ankerposition zeigt;
6 ist eine Schnittansicht einer alternativen Konstruktion für die Drehmomentkopplung der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine schematische Darstellung, die die Berechnung des Magnetflusses zeigt;
8 ist ein Ablaufplan, der die Positionssteuerung der Drehmomentkopplung zeigt;
9 ist eine graphische Darstellung, die die Ankerposition und den Magnetfluss bei diskreten Strömen korreliert;
10 ist ein Prinzipschaltbild, das sich auf das Anlegen diskreter Spannungen an einen elektromagnetischen Aktuator, der den Drehmomentkopplungen der vorliegenden Offenbarung zugeordnet ist, bezieht;
11 ist eine graphische Darstellung, die den Magnetfluss in Abhängigkeit von der Ankerposition zeigt; und
12 ist eine graphische Darstellung, die die Kraft als eine Funktion der Flussverkettung zeigt.
13 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruierten und gesteuerten Drehmomentkopplung;
14 ist ein Ablaufplan für eine Aktuatorsteuerstrategie, die zum Steuern des der Drehmomentkopplung aus 13 zugeordneten elektromagnetischen Kupplungsaktuators betreibbar ist;
15 ist eine Schnittansicht einer abermals anderen Ausführungsform einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruierten und gesteuerten Drehmomentkopplung;
16 zeigt graphisch die Einrückphasenbeziehungen für einen elektromagnetischen Kupplungsaktuator, der den von einer Suchspule erfassten Fluss verwendet, um einen Rückkopplungsmechanismus zum Berechnen des Soll-Drehmomentwerts unter Verwendung einer elektromagnetischen Zweibetriebsart-Kupplungssteuerstrategie bereitzustellen;
17 zeigt graphisch die Ausrückphasenbeziehung für einen elektromagnetischen Kupplungsaktuator zum Bereitstellen eines Rückkopplungsmechanismus für die Stromsteuerung unter Verwendung der elektromagnetischen Zweibetriebsart-Kupplungssteuerstrategie;
18 ist ein Ablaufplan für die elektromagnetische Zweibetriebsart-Kupplungssteuerstrategie;
19 ist eine schematische Darstellung einer den Drehmomentkopplungen der vorliegenden Erfindung zugeordneten elektromagnetischen Solenoidanordnung zur Verwendung mit einem Kupplungsverschleißdetektions-, Kupplungsverschleißkompensations- und Kupplungschutzsteuersystem;
20 ist eine Schnittansicht zweier verschiedener dem Steuersystem aus 19 zugeordneter Drehmomentübertragungsvorrichtungen.
21 ist ein dem Kupplungsverschleißdetektions-, Kupplungsverschleißkompensations- und Kupplungschutzsteuersystem der vorliegenden Offenbarung zugeordneter Ablaufplan; und
22 ist eine schematische Darstellung einer dem Kupplungsverschleißdetektions-, Kupplungsverschleißkompensations- und Kupplungschutzsteuersystem der vorliegenden Offenbarung zugeordneten Luftspaltschätzlogik.
Einander entsprechende Bezugszeichen bezeichnen überall in den mehreren Ansichten der Zeichnungen einander entsprechende Teile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung ist auf einen Drehmomentübertragungsmechanismus gerichtet, der zum Übertragen eines Drehmoments zwischen einem ersten Drehorgan und einem zweiten Drehorgan adaptiv gesteuert werden kann. Der Drehmomentübertragungsmechanismus findet insbesondere Anwendung in Kraftübertragungsvorrichtungen zur Verwendung in Kraftfahrzeugtriebsträngen wie etwa z. B. in einer Kupplung in einem Verteilergetriebe oder in einer Reihendrehmomentkopplung oder in einer Ausrückeinrichtung, die einer Differentialeinheit in einem Verteilergetriebe oder in einer Antriebsachsenanordnung zugeordnet ist. Obwohl die vorliegende Offenbarung im Folgenden im Zusammenhang mit besonderen Anordnungen zur Verwendung in spezifischen Triebstranganwendungen beschrieben ist, sollen die gezeigten und beschriebenen Anordnungen somit selbstverständlich lediglich Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen.
Insbesondere anhand von 1 der Zeichnungen ist ein Triebstrang 10 für ein Allradantriebsfahrzeug gezeigt. Der Triebstrang 10 enthält einen Primärtriebstrang 12, einen Sekundärtriebstrang 14 und einen Antriebsstrang 16 zum Liefern einer Drehzugkraft (d. h. eines Antriebsdrehmoments) für die Triebstränge 12 und 14. In der besonderen gezeigten Anordnung ist der Primärtriebstrang 12 der vordere Triebstrang, während der Sekundärtriebstrang 14 der hintere Triebstrang ist. Der Antriebsstrang 16 ist in der Weise gezeigt, dass er eine Kraftmaschine 18 und ein Mehrganggetriebe 20 enthält. Der vordere Triebstrang 12 enthält ein vorderes Differential 22, das durch den Antriebsstrang 16 angetrieben wird, um ein Antriebsdrehmoment über ein Paar vorderer Achswellen 26L bzw. 26R auf ein Paar Vorderräder 24L und 24R zu übertragen. Der hintere Triebstrang 14 enthält eine Kraftübertragungseinheit 28, die durch den Antriebsstrang 16 oder durch das Differential 22 angetrieben wird, eine Gelenkwelle 30, die durch die Kraftübertragungseinheit 28 angetrieben wird, eine Hinterachsanordnung 32 und eine Kraftübertragungsvorrichtung 34 zum wahlweisen Übertragen eines Antriebsdrehmoments von der Gelenkwelle 30 an die Hinterachsanordnung 32. Die Hinterachsanordnung 32 ist in der Weise gezeigt, dass sie ein hinteres Differential 35, ein Paar Hinterräder 36L und 36R und ein Paar hinterer Achswellen 38L und 38R, die das hintere Differential 35 mit entsprechenden Hinterrädern 36L und 36R verbinden, enthält.
Weiter anhand der Zeichnungen ist gezeigt, dass der Triebstrang 10 ferner ein elektronisch gesteuertes Kraftübertragungssystem enthält, um zu ermöglichen, dass ein Fahrzeugbetreiber eine Zweiradantriebsbetriebsart, eine verriegelte (”zuschaltbare”) Vierradantriebs-Betriebsart oder eine ”Bedarfs”-Betriebsart auswählt. Diesbezüglich ist die Kraftübertragungsvorrichtung 34 mit einer Übertragungskupplung 50 ausgestattet, die wahlweise betätigt werden kann, um ein Antriebsdrehmoment von der Gelenkwelle 30 an die Hinterachsanordnung 32 zu übertragen, um die zuschaltbare Vierradantriebs-Betriebsart und die Bedarfs-Vierradantriebs-Betriebsart festzusetzen. Ferner enthält das Kraftübertragungssystem einen kraftbetriebenen Kupplungsaktuator 52 zum Betätigen der Übertragungskupplung 50, Fahrzeugsensoren 54 zum Detektieren bestimmter dynamischer Eigenschaften und Betriebseigenschaften des Kraftfahrzeugs, einen Betriebsartauswahlmechanismus 56, um zu ermöglichen, dass der Fahrzeugbetreiber eine der verfügbaren Antriebsbetriebsarten auswählt, und einen Controller 58, um als Reaktion auf Eingangssignale von Fahrzeugsensoren 54 und von einem Betriebsartauswahlmechanismus 56 die Betätigung des Kupplungsaktuators 52 zu steuern.
In 2 ist schematisch gezeigt, dass die im Folgenden als Drehmomentkopplung 34 bezeichnete Kraftübertragungsvorrichtung 34 zwischen der Gelenkwelle 30 und einer Ritzelwelle 60 funktional angeordnet ist. Wie zu sehen ist, enthält die Ritzelwelle 60 ein Ritzelzahnrad 62, das mit einem Hypoidhohlrad 64, das an einem Differentialgetriebe 66 des hinteren Differentials 35 befestigt ist, kämmt. Das Differential 35 ist dahingehend herkömmlich, dass Ritzel 68, die durch das Getriebe 66 angetrieben sind, so angeordnet sind, dass sie Seitenzahnräder 70L und 70R antreiben, die zur Drehung mit entsprechenden Achswellen 38L und 38R befestigt sind. Es ist gezeigt, dass die Drehmomentkopplung 34 eine Übertragungskupplung 50 und einen Kupplungsaktuator 52, der dafür ausgelegt ist, die Übertragung eines Antriebsdrehmoments von der Gelenkwelle 30 auf die Ritzelwelle 60 zu steuern, und die zusammen den Drehmomentübertragungsmechanismus der vorliegenden Offenbarung definieren, enthält.
Hauptsächlich anhand von 3 werden die Komponenten und die Funktion der Drehmomentkopplung 34 ausführlich offenbart. Wie zu sehen ist, enthält die Drehmomentkopplung 34 allgemein ein drehendes Eingangsorgan 76 und ein drehendes Ausgangsorgan 78, die zur Drehung relativ zueinander durch ein Lager 82 innerhalb eines Gehäuses 80 gestützt sind. Ein weiteres Lager 84 stützt das drehende Ausgangsorgan 78 innerhalb des Gehäuses 80. Das drehende Eingangsorgan 76 ist zur Drehung mit der Gelenkwelle 30 befestigt. Das drehende Ausgangsorgan 78 ist über eine Keilprofilverbindung 86 zur Drehung mit der Ritzelwelle 60 befestigt.
Die Übertragungskupplung 50 enthält eine einteilig mit dem drehenden Eingangsorgan 76 gebildete Trommel 88. Eine Nabe 90 ist zur Drehung mit dem drehenden Ausgangsorgan 78 befestigt. Mehrere Innenkupplungsscheiben 92 sind zur Drehung mit der Nabe 90 befestigt. Mehrere Außenkupplungsscheiben 94 sind zur Drehung mit der Trommel 88 befestigt. Die Innen- und die Außenkupplungsscheiben 92, 94 greifen ineinander. Eine Anlegeplatte 96 ist zur Drehung mit dem drehenden Ausgangsorgan 78 und axial relativ zu ihm beweglich befestigt.
Der Kupplungsaktuator 52 enthält eine Spulenanordnung 98, die ein Getriebe oder einen fest innerhalb des Gehäuses 80 montierten Kern 99 enthält. Eine Hauptspule 100 ist mit einem napfförmigen Kern 99 positioniert. Ein axial beweglicher Anker 102 ist an der Anlegeplatte 96 befestigt und in nächster Nähe der Spulenanordnung 98 positioniert. Eine Rückstellfeder 104 belastet die Anlegeplatte 96 von den Innen- und von den Außenkupplungsscheiben 92, 94 weg vor. Auf ähnliche Weise belastet die Feder 104 den Anker 102 von der Spulenanordnung 98 weg vor.
Die Anlegeplatte 96 und der Anker 102 sind aus einer in 3 gezeigten eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position, in der die Anlegeplatte 96 die Innenkupplungsscheiben 92 und die Außenkupplungsscheiben 94 zusammendrückt, um ein Drehmoment über die Übertragungskupplung 50 zu übertragen, beweglich. Die Position der Spulenanordnung 98 kann unter Verwendung eines Einstellmechanismus 106, der den Kern 99 und das Gehäuse 80 miteinander verbindet, variiert werden. Somit kann ein Spalt 108 zwischen dem Anker 102 und der Spulenanordnung 98 vor Abschluss der Montage der Drehmomentkopplung 34 eingestellt werden, um verschiedene Dimensionstoleranzen der Drehmomentkopplungskomponenten zu berücksichtigen. Ein Drahtanschluss 110 ist an dem Gehäuse 80 befestigt und enthält Drähte für die Zufuhr von Strom zu der Hauptspule 100.
Der Controller 58 steht in elektrischer Verbindung mit der Spulenanordnung 98. Die Drehmomentkopplung 34 kann dadurch, dass als Reaktion auf einen Befehl von dem Controller 58 Strom durch die Spulenanordnung 98 geleitet wird, in einer Drehmomentübertragungsbetriebsart betrieben werden. Entlang eines geschlossenen Magnetkreises, der den Kern 99 und den Anker 102 enthält, die aus magnetischen Materialien bestehen, wird ein Magnetfluss gebildet. Der Anker 102 wird in Richtung der Spulenanordnung 98 angezogen. Im Ergebnis drückt die Anlegeplatte 96 die Innenkupplungsscheiben 92 mit den Außenkupplungsscheiben 94 zusammen, um ein Drehmoment zwischen dem drehenden Eingangsorgan 76 und dem drehenden Ausgangsorgan 78 zu übertragen.
Ein Aktuatorsteuersystem 112 enthält den Controller 58, Fahrzeugsensoren 54 und einen Positionssensor 118. 3 zeigt drei verschiedene, mit den Bezugszeichen 118a, 118b und 118c bezeichnete, Anordnungen des Sensors 118. Es wird betrachtet, dass der Sensor 118 ein Wandler mit linear variabler Verlagerung, ein lineares Potentiometer, ein Hall-Effekt-Sensor, ein optischer Sensor, der Laser- oder Infrarotemissionen verwendet, ein Ultraschallsensor oder dergleichen sein kann.
Der Sensor 118a ist innerhalb der Spulenanordnung 98 eingebettet und an dem Kern 99 befestigt. Der Sensor 118a ist zum Messen einer Position des Ankers 102 relativ zu der Spulenanordnung 98 oder für eine absolute Messung des Spalts 108 betreibbar. Alternativ kann der Sensor 118 an dem als 118b gezeigten Ort gelegen sein.
Der Sensor 118b ist an dem Gehäuse 80 befestigt und zur direkten Messung der Bewegung des Ankers 102 relativ zu dem Gehäuse 80 betreibbar. Da die Spulenanordnung 98 ebenfalls an dem Gehäuse 80 befestigt ist, kann unter Verwendung des Sensors 118b eine relative Messung des Spalts 108 erhalten werden.
Der Sensor 118c kann an dem Gehäuse 80 befestigt sein und mit einem Vervielfacher 120 zusammenwirken, der dafür nutzbar ist, den Lauf des Ankers 102 zu verstärken, um eine höhere Auflösung für die Steuerung der Position bereitzustellen. Genauer ist der Vervielfacher 120 als eine an dem Anker 102 befestigte Zahnstange 122 gezeigt. Ein Ritzelzahnrad 124 ist mit der Zahnstange 122 in der Weise kämmend in Eingriff, dass eine axiale Verlagerung der Zahnstange 122 eine Drehung des Ritzelzahnrads 124 verursacht. Der Sensor 118c detektiert Änderungen der Drehposition des Ritzelzahnrads 124. Es wird betrachtet, dass anstelle der in 3 gezeigten Zahnstangen- und Ritzelanordnung andere Vervielfacher wie etwa ein Hebelsystem verwendet werden können.
4 bietet einen Logikablaufplan, der sich auf die Steuerung der Drehmomentkopplung 34 bezieht. Im Block 200 stellen die Fahrzeugsensoren 54 für den Controller 58 Signale bereit, die Fahrereingaben und verschiedene Fahrzeugbetriebseigenschaften angeben. Die Signale können unter anderen Fahrzeugeigenschaften die Fahrgeschwindigkeit, Drehzahlen der einzelnen Räder, das Getriebeübersetzungsverhältnis, den Lenkwinkel, die Kraftmaschinendrehzahl, die Drosselklappenposition, die Umgebungstemperatur und die Schlupfdrehzahl zwischen dem Eingangsorgan 76 und dem Ausgangsorgan 78 angeben. Im Block 202 wird auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebseigenschaften und der Fahrereingaben ein über die Drehmomentkopplung 34 zu übertragendes Soll-Drehmoment bestimmt. Wo keine Drehmomentübertragung über die Drehmomentkopplung 34 erwünscht ist, kann das Soll-Drehmoment eine Drehmomentgröße null enthalten.
Im Block 204 kann auf der Grundlage des im Block 202 bestimmten Soll-Drehmoments eine Soll-Position des Ankers 102 bestimmt werden. Der Controller 58 kann mit einer Nachschlagetabelle programmiert sein oder Zugriff auf sie haben oder kann einen Algorithmus einer wie in 5 dargestellten zuvor bestimmten Beziehung zwischen der Ankerposition und dem Kopplungsdrehmoment ausführen. Es wird betrachtet, dass die Ankerpositions-Drehmoment-Beziehung durch Anlegen einer Anzahl verschiedener elektrischer Eingaben mit verschiedenen Größen an die Hauptspule 100 empirisch erzeugt werden kann. Die resultierende Positions-Drehmoment-Beziehung wird in der Nachschlagetabelle gesichert. In einer Anordnung kann das Anlegen von Strom an die Hauptspule 100 mit einem PWM-Tastgrad von 100% eingestellt werden und können zu der Schaltung eine Anzahl verschiedener Widerstände hinzugefügt sein, um diskrete elektrische Eingabegrößen für die Hauptspule 100 bereitzustellen. Die jeder verschiedenen Größe der Eingabe zugeordnete Position des Ankers 102 und das Kopplungsdrehmoment werden gespeichert.
Im Block 206 wird auf der Grundlage der Ausgabe eines der Positionssensoren 118a, 118b oder 118c eine Ist-Ankerposition bestimmt.
Im Block 208 wird die Ist-Ankerposition mit der Soll-Ankerposition verglichen. Falls die Ist-Ankerposition innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs der Soll-Ankerposition liegt, kehrt die Steuerung zu Block 200 zurück. Falls die Ist-Ankerposition außerhalb des Toleranzbereichs der Soll-Ankerposition liegt, variiert der Controller 58 in einem Versuch, die Soll-Ankerposition zu erfüllen, im Block 210 eine elektrische Eingabe in die Spulenanordnung 98, um die Ankerposition zu ändern. Die Steuerung kehrt zu Block 206 zurück, wo die neue Ist-Position mit der Soll-Ankerposition verglichen wird. Die Positionsregelung wird fortgesetzt, bis die Bedingungen des Blocks 208 erfüllt sind.
6 veranschaulicht eine alternative Drehmomentkopplung 220, die eine in eine Spulenanordnung 224 eingebettete Suchspule 222 enthält. Die Spulenanordnung 224 ist mit der Hinzufügung der Suchspule 222 im Wesentlichen ähnlich der Spulenanordnung 98. Die verbleibenden Komponenten der Drehmomentkopplung 220 sind im Wesentlichen ähnlich der Drehmomentkopplung 34. Dementsprechend behalten ähnliche Elemente die früher eingeführten Bezugszeichen. Die Suchspule 222 ist in der Weise in der Nähe der Hauptspule 100 positioniert, dass entlang des Magnetkreises eine Magnetflussdichte Φ erzeugt wird, wenn der Hauptspule 100 Strom zugeführt wird. In der Suchspule 222 wird als Reaktion auf die Änderung der Magnetflussdichte eine induzierte elektrische Uhrspannung V erzeugt. Die in der Suchspule 222 erzeugte induzierte elektrische Urspannung wird in den Controller 58 eingegeben.
7 zeigt die induzierte elektrische Urspannung, die während der Anfangsstromzufuhr zu der Hauptspule 100 und des Einrückens der Anlegeplatte 96 mit den inneren und äußeren Kupplungsscheiben 92, 94 auftritt. Wenn die Leistungsversorgung zu der Hauptspule 100 unterbrochen wird, tritt eine weitere induzierte elektrische Urspannung auf. Wenn die Zufuhr von Leistung zu der Hauptspule 100 beendet wird, veranlasst die Feder 104, dass die Anlegeplatte 96 die inneren und die äußeren Kupplungsscheiben 92, 94 ausrückt.
8 bietet ein Logikdiagramm, das sich auf ein Aktuatorsteuersystem 240 für die Steuerung der Drehmomentkopplung 220 bezieht. Das Steuersystem 240 enthält ein Fahrzeugeingangsmodul 242 zum Erheben der durch Fahrzeugsensoren 54 bereitgestellten Daten. Ein Soll-Drehmoment-Modul 244 steht in Empfang der Daten von dem Fahrzeugeingangsmodul 242 und bestimmt ein Soll-Drehmoment, das die Übertragungskupplung 50 erzeugen soll.
Außerdem enthält das Steuersystem 240 eine Reihe von Steuermodulen, die den einzelnen Drehmomenteigenschaften jeder hergestellten Drehmomentkopplung 220 zugeordnet sind. Es wird betrachtet, dass die Module 246, 248 und 250 in der Fertigungseinrichtung während eines abschließenden Drehmomentkopplungstests vor Einbau in ein Fahrzeug aktiviert werden. Dadurch, dass jede Drehmomentkopplung auf diese Weise getestet wird und verschiedene Daten für sie erhoben werden, können eine Anzahl von Herstellungsvariablen einschließlich Dimensionsstapeln, Reibungskoeffizienten, die Komponenteneinhaltung und Montageabweichungen berücksichtigt werden.
Ein Ankerpositions-Fluss-Modul 246 erzeugt einen Magnetfluss-Strom-Datensatz und einen Ankerpositions-Strom-Datensatz, wie sie durch die in 9 gezeigten Kurven repräsentiert sind. Es wird angemerkt, dass der auf den Anker 102 wirkende Magnetfluss minimal ist, wenn der Anker 102 von der Spulenanordnung 98 am weitesten entfernt ist. Während sich der Anker 102 in Richtung der Spulenanordnung 98 bewegt, nimmt der Magnetfluss zu. Es wird gewürdigt werden, dass das Modul 246 nicht nur die Änderung des Spalts 108, während sich der Anker 102 in Richtung der Spulenanordnung 98 bewegt, enthält, sondern auch die Komponenteneinhaltung, nachdem die Anlegeplatte 96 veranlasst hat, dass jede der Innenkupplungsscheiben 92 mit den Außenkupplungsscheiben 94 in Eingriff gelangt ist, berücksichtigt.
Es wird betrachtet, dass die Magnetflusses-Strom- und die Ankerpositions-Strom-Kurve durch Anwenden eines Impulsbreitenmodulations-Tastgrads von 100% auf die Hauptspule 100 erzeugt werden können. Unter Verwendung einer Anzahl wie in 10 gezeigt parallelgeschalteter Widerstände R1, R2, R3 und R4 können für die Hauptspule 100 diskrete Spannungen mit unterschiedlicher Größe bereitgestellt werden. Das Modul 246 definiert unter Verwendung der Informationen aus 9 die wie in 11 gezeigte Beziehung zwischen Magnetfluss und Ankerposition.
Während Labortests der Drehmomentkopplung 220 wurde bestimmt, dass das Steuern der Drehmomentausgabe der Übertragungskupplung 50 über die Stromsteuerung mehrere Herausforderungen wie etwa das Berücksichtigen einer verhältnismäßig großen Stromspritze, wenn anfangs Leistung für die Hauptspule 100 bereitgestellt wurde, enthielt. Während des Ein- und Ausschaltens des Stroms zu der Spulenanordnung 98 gibt es in der Strom-Drehmoment-Kurve eine verhältnismäßig große Hysterese. Das vorliegende Steuerschema des Anwendens eines Tastgrads von 100% zusammen mit verschiedenen Widerständen minimiert die dem Anlegen des Stroms an die Hauptspule 100 zugeordnete Hysterese und ermöglicht die Berechnung einer wie durch das Modul 246 bestimmten und in 11 gezeigten genauen Ankerpositions-Magnetfluss-Kurve.
Somit stellt die vorliegende Offenbarung ein diskretes Spannungssteuerverfahren für die elektromagnetische Nicht-PWM-Betätigung von Spulenanordnungen, die mit einer üblicherweise als eine Suchspule 222 bezeichneten Sekundärspule ausgestattet sind, bereit. Die Nutzung einer einzelnen Suchspule 222 (oder mehrerer) kann den notwendigen Rückkopplungsmechanismus für die durch die Hauptspule 100 der Spulenanordnung 98 erzeugte Anlegekraft bereitstellen. Ein verbreitetes Solenoidbetätigungsverfahren ist die PWM-Stromsteuerung, da sie einen Kostengünstigkeitsvorteil sowie einen Packungsraumvorteil bietet. Allerdings kann der Frequenzschwellenwert des PWM-Treibers begrenzt sein und könnte er wegen der Gegeninduktionswirkung der Hauptspule 100 für das Überwachungssignal unter Verwendung der Suchspule 222 Probleme erzeugen. Wie angemerkt wurde, wird der Fluss der Hauptspule 100 durch Integration der elektrischen Urspannung und der Spannung von der Suchspule 222 erhalten. Falls die Erregungsspannung ein Impuls ist (siehe 7), hat die gemessene Spannung von der Sekundärspule 222 zwei saubere Spitzen, eine Spitze zum Erregen und eine weitere Spitze zum Ausschalten. Allerdings kann der durch die Hauptspule 100 gehende Strom bei der herkömmlichen PWM-Steuerung etwas wellig sein, was zu erheblichen Schwankungen der Flussdetektion durch die Suchspule 222 führen kann.
Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung auf die Nutzung einer einfachen diskreten Spannungssteuerstrategie und eines einfachen diskreten Spannungssteuermechanismus gerichtet, die so konfiguriert sind, dass sie beim Erregen einen ”saubereren” Strom über die Hauptspule 100 zuführen. 10 veranschaulicht mehrere parallele Leistungswiderstände (R1–R4) in Reihe mit der Hauptspule 100. Jede Spulen-Widerstands-Kombination wird durch einen regulären TTL mit einem MOSFET gesteuert. Dadurch, dass der MOSFET in verschiedenen Kombinationen ein- und ausgeschaltet wird, kann eine diskrete Speisespannung zu der Hauptspule 100 erhalten werden. Somit können von der Suchspule 222 genauere Flussinformationen bereitgestellt werden.
Wieder anhand von 8 bestimmt das Modul 248 die auf den Anker 102 wirkende Kraft als Funktion des Magnetflusses. Wie in 12 gezeigt ist, variiert die auf den Anker 102 ausgeübte Kraft als Funktion der Magnetflussdichte. Insbesondere ist die auf den Anker 102 wirkende Kraft F durch die folgende Gleichung gegeben:
A₂ = Fläche 2 μ₀ = 4·π·10^–7 Φ = N∮Vdt A₁ = Fläche 1
Wenn die Anlegekraft auf die Übertragungskupplung 50 bekannt ist, schätzt ein Drehmoment-Positions-Modul 250 auf der Grundlage der Reibungskoeffizienten zwischen den Oberflächen der Innenkupplungsscheiben 92 und der Außenkupplungsscheiben 94, der Radien, bei denen sie sich berühren, und einer Anzahl weiterer Faktoren wie etwa der Betriebstemperatur, der Relativdrehzahl zwischen dem Eingangsorgan 76 und dem Ausgangsorgan 78 und anderen das zwischen dem Eingangsorgan 76 und dem Ausgangsorgan 78 übertragene Drehmoment. Wie zuvor beschrieben wurde, kann das durch die Drehmomentkopplung 220 erzeugte Drehmoment in der Fertigungseinrichtung vor Einbau in das Fahrzeug 10 direkt gemessen werden.
Die Drehmoment-Positions-Beziehung wird innerhalb des Controllers 58 gespeichert oder er kann auf sie zugreifen, sodass durch die Sensoren 118a, 118b oder 118c bereitgestellte Positionsdaten berücksichtigt werden können, wenn versucht wird, das durch das Modul 244 bestimmte Soll-Kopplungsdrehmoment bereitzustellen. Wenn die Module 246, 248 und 250 eine Drehmoment-Positions-Kurve erzeugt haben, kann die Kopplung 220 in ein Fahrzeug eingebaut werden.
Das Soll-Positions-Modul 252 bestimmt auf der Grundlage des durch das Modul 244 bestimmten Soll-Drehmoments und der innerhalb des Drehmoment-Positions-Moduls 250 gespeicherten Informationen eine Soll-Ankerposition. Ein Positionsrückkopplungsregelungs-Modul 254 steht in Verbindung mit Positionssensoren 118 und vergleicht die Ist-Position des Ankers 102 mit der durch das Modul 252 definierten Soll-Position. Falls die Ist-Ankerposition nicht innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Soll-Ankerposition liegt, variiert das Hauptspulen-Erregungsmodul 256 eine Größe einer elektrischen Eingabe in die Hauptspule 100, um eine Positionsregelung des Ankers 102 bereitzustellen.
Von Zeit zu Zeit kann es erwünscht sein, die Position des Ankers 102 mit einem anderen Verfahren als der Verwendung von Positionssensoren 118 zu überprüfen. Ein Ankerpositions-Überprüfungsmodul 258 führt unter Verwendung von Widerständen R1, R2, R3 und R4 bei einem Tastgrad von 100% wie zuvor beschrieben eine Ankerpositions-Magnetfluss-Datenerhebungsfolge aus. Die zuvor durch das Modul 246 in der Fertigungseinrichtung definierte Ankerpositions-Fluss-Kurve wird mit der durch das Modul 258 erzeugten Überprüfungskurve verglichen. Falls die Varianz zwischen den zwei Kurven eine vorgegebene Größe übersteigt, kann ein Fehlersignal bereitgestellt werden. Es wird betrachtet, dass das Ankerpositions-Überprüfungsmodul 258 während einer Drehmomentanforderung, während sich das Kraftfahrzeug bewegt, oder zu einer Zeit, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt und eine Soll-Drehmoment-Anforderung null ist, fungieren kann.
Hauptsächlich anhand von 13 werden die Komponenten und die Funktion einer anderen Ausführungsform der Drehmomentkopplung 300 ausführlich offenbart. Wie zu sehen ist, enthält die Drehmomentkopplung 300 allgemein eine Eingangsdrehwelle 302 und eine Ausgangsdrehwelle 304, die durch ein Lager 308 innerhalb eines Gehäuses 306 zur Drehung relativ zueinander gestützt sind. Ein weiteres Lager 310 stützt die Ausgangsdrehwelle 304. Die Eingangsdrehwelle 302 ist zur Drehung mit der Gelenkwelle 30 befestigt. Die Ausgangsdrehwelle 304 ist über eine Kerbprofilverbindung 312 zur Drehung mit der Ritzelwelle 60 befestigt.
Die Übertragungskupplung 50 enthält eine Trommel 88, die zur Drehung mit der Eingangsdrehwelle 302 befestigt ist. Eine Nabe 90 ist zur Drehung mit der Ausgangsdrehwelle 304 befestigt. Mehrere Innenkupplungsscheiben 92 sind zur Drehung mit der Nabe 90 befestigt. Mehrere Außenkupplungsscheiben 94 sind zur Drehung mit der Trommel 88 befestigt. Die Innen- und die Außenkupplungsscheiben 92, 94 greifen ineinander. Eine Anlegeplatte 314 ist durch ein Lager 318 an einem Anlegerohr 316 drehbar gestützt. Das Lager 318 ist in der Weise erfasst, dass sich die Anlegeplatte 314, das Lager 310 und das Anlegerohr 316 als Einheit verlagern. Durch eine Stützplatte 322, die an der Trommel 88 befestigt ist, verlaufen mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Stifte 320. Zwischen der Stützplatte 322 und der Anlegeplatte 314 ist eine Rückstellfeder 324 positioniert, um die Anlegeplatte 314 in Richtung einer ersten oder zurückgestellten Position vorzubelasten. Es sollte gewürdigt werden, dass die Stifte 320 mit der Anlegeplatte als monolithische einteilige Komponente einteilig gebildet sein können. In der zurückgestellten Position üben die Stifte 320 die Druckkraft auf die Innen- und Außenkupplungsscheiben 92, 94 nicht aus. Zwischen der Anlegeplatte 314 und der Trommel 88 sind Dichtungen 326 vorgesehen, um dem Eindringen von Verunreinigungen in das Innenvolumen der Trommel 88, die die Innenkupplungsscheiben 92 und die Außenkupplungsscheiben 94 enthält, einen Widerstand entgegenzusetzen. Zwischen dem Anlegerohr 316 und einer durch einen ersten Abschnitt des Gehäuses 306 verlaufenden Bohrung 330 ist ein weiteres Paar von Dichtungen 328 vorgesehen.
Der Kupplungsaktuator 52 enthält einen Stator 332, der innerhalb des Gehäuses 306 positioniert ist. Ein axial beweglicher Anker 334 ist an dem Anlegerohr 316 befestigt und in nächster Nähe des Stators 332 positioniert. Eine Rückstellfeder 324 belastet das Anlegerohr 316 und den Anker 334 von dem Stator 332 weg vor. Die Bewegung des Anlegerohrs 316 ist durch einen Haltering 336 begrenzt. Es sollte gewürdigt werden, dass das Anlegerohr 316 relativ zu der Ausgangsdrehwelle 304 axial und drehend beweglich ist und dass sich der Anker 334, der Stator 332, das Anlegerohr 316 und das Gehäuse 306 während des Betriebs der Übertragungskupplung 50 nicht drehen. Ein Einstellring 338 ist mit dem Stator 332 in Gewindeeingriff, um die Position einer Stirnfläche 340 des Einstellrings 338 zu variieren. Zwischen der Stirnfläche 340 und einem Steg 344 eines zweiten Abschnitts des Gehäuses 306 ist ein piezoelektrischer Ring 342 positioniert. Auf eine Stirnfläche 348 des Einstellrings 338, die der Stirnfläche 340 gegenüberliegt, wirkt eine Vorbelastungsfeder 346. Die Feder 346 ist mit einem an dem Gehäuse 306 gebildeten Sitz 350 in Eingriff. Die Feder 346 belastet den Stator 332 und den Einstellring 338 in Richtung des zweiten Gehäuseabschnitts vor. Bei der Anfangsmontage wird der Einstellring 338 relativ zu dem Stator 332 gedreht, um sicherzustellen, dass die Feder 346 eine vorgegebene Druckbelastung auf den Einstellring 338, auf den piezoelektrischen Ring 342 und auf den zweiten Gehäuseabschnitt ausübt. Auf diese Weise ist der Einstellring 338 betreibbar, um Varianten der Komponententoleranzen zu berücksichtigen. Es sollte gewürdigt werden, dass der Einstellring 338 während der Montage weggelassen werden kann und ein Abstandshalter hinzugefügt werden kann, um eine Dimensionsschwankung zu berücksichtigen.
Der zweite Gehäuseabschnitt stützt über ein Lager 308 drehbar die Ausgangswelle 304. Das Lager 308 ist in der Weise gekoppelt, dass die Axialbewegung der Ausgangsdrehwelle 304 relativ zu dem zweiten Gehäuseabschnitt beschränkt ist.
Der Anker 334, das Anlegerohr 316, das Lager 318, die Anlegeplatte 314 und die Stifte 320 sind aus einer eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position, in der die Stifte 320 die Innenkupplungsscheiben 92 und die Außenkupplungsscheiben 94 zusammendrücken, um ein Drehmoment über die Übertragungskupplung 50 zu übertragen, axial beweglich. Wenn Strom durch den Stator 332 geleitet wird, wird der Anker 334 in Richtung des Stators 332 angezogen. Darüber hinaus steht der Controller 58 in einer elektrischen Verbindung mit dem Stator 332. Die Drehmomentkopplung 300 kann dadurch, dass als Reaktion auf einen Befehl von dem Controller 58 Strom durch den Stator 118 geleitet wird, in einer Drehmomentübertragungsbetriebsart betrieben werden.
Ein Aktuatorsteuersystem enthält den Controller 58, Fahrzeugsensoren 54 und einen piezoelektrischen Ring 342. Der piezoelektrische Ring 342 ist innerhalb des während der elektrischen Erregung des Stators 332 erzeugten Lastpfads angeordnet. Der während der Übertragung eines Drehmoments über die Übertragungskupplung 50 erzeugte Lastpfad enthält den Stator 332, den Einstellring 338, den piezoelektrischen Ring 342, den zweiten Gehäuseabschnitt, das Lager 308, die Ausgangsdrehwelle 304, die Nabe 90, die Innen- und die Außenkupplungsscheiben 92, 94, die Stifte 320, die Anlegeplatte 314, das Lager 318, das Anlegerohr 316 und den Anker 334. Der Lastpfad zwischen der Nabe 90 und der Ausgangsdrehwelle 304 enthält einen vergrößerten Abschnitt 352 mit abgestuftem Durchmesser der Ausgangsdrehwelle 304, der mit einem radial nach innen verlaufenden Flansch 354 der Nabe 90 in Eingriff ist. Der piezoelektrische Ring 342 ist zum Ausgeben eines Signals, das die Druckkraft zwischen dem Einstellring 338 und dem zweiten Gehäuseabschnitt angibt, betreibbar. Die Position des piezoelektrischen Rings 342 ist lediglich beispielhaft. Zum Beispiel wird betrachtet, dass der piezoelektrische Ring 342 alternativ in andere Komponenten einschließlich des Stators 332, des Einstellrings 338, des hinteren Gehäuseabschnitts oder der Zwischenverbindung zwischen dem Lager 308 und dem hinteren Gehäuseabschnitt integriert sein kann. Wie zuvor beschrieben wurde, kann der piezoelektrische Ring 342 an nahezu irgendeinem Ort innerhalb des feststehende Abschnitts der Übertragungskupplung 50 liegen. Darüber hinaus können anstelle der Verwendung des piezoelektrischen Rings 342 getrennte piezoelektrische Elemente in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein.
Auf der Grundlage der Anordnung der zuvor beschriebenen Komponenten sollte gewürdigt werden, dass eine erste Anordnung 360 definiert sein kann, die das Gehäuse 306, das Anlegerohr 316, den Stator 332, den Anker 334, die Feder 324, den Einstellring 338 und den piezoelektrischen Ring 342 enthält. Die Baugruppe 360 kann an einem von dem Montageort der anderen Komponenten der Übertragungskupplung 50 getrennten Ort montiert werden. Das Eindringen von Verunreinigungen in das Gehäuse 306 während des Montageprozesses und während der Funktionsverwendung der Übertragungskupplung 50 kann minimiert werden. Es kann eine weitere Baugruppe 362 definiert werden, die die Trommel 88, die Nabe 90, die Innen- und die Außenkupplungsscheiben 92, 94, die Ausgangsdrehwelle 304, das Lager 310, die Stützplatte 322, die Stifte 320 und die Anlegeplatte 314 enthält. Durch die Verwendung der Baugruppen 360, 362 kann durch die Reibungsverbindung der Innenkupplungsscheiben 92 und der Außenkupplungsscheiben 94 erzeugte Wärme leicht an die Trommel 88 übertragen werden. Die Trommel 88 ist in Verbindung mit der Atmosphäre positioniert, um die Wärmeabfuhr von der Übertragungskupplung 50 zu erleichtern. Darüber hinaus ist die Baugruppe 360 von der Baugruppe 362 getrennt und beabstandet, um den elektromagnetischen Aktuator 52 von der durch die Übertragungskupplung 50 erzeugten Wärme abzuschirmen. Es wird betrachtet, dass durch die Aufrechterhaltung einer verhältnismäßig konstanten Temperatur des Stators 332 während des gesamten Betriebs der Übertragungskupplung 300 eine genauere Kupplungssteuerung erzielt werden kann.
14 bietet einen Logikablaufplan, der sich auf die Steuerung der Drehmomentkopplung 300 bezieht. Im Block 380 stellen Fahrzeugsensoren 54 für den Controller 58 Signale bereit, die Fahrereingaben und verschiedene Fahrzeugbetriebseigenschaften angeben. Unter anderen Fahrzeugeigenschaften können die Signale die Fahrgeschwindigkeit, die Drehzahlen der einzelnen Räder, das Getriebeübersetzungsverhältnis, den Lenkwinkel, die Kraftmaschinendrehzahl, die Drosselklappenstellung, die Umgebungstemperatur und die Schlupfdrehzahl zwischen der Eingangswelle 302 und der Ausgangswelle 304 angeben. Im Block 382 wird auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebseigenschaften und der Fahrereingaben ein über die Drehmomentkopplung 300 zu übertragendes Soll-Drehmoment bestimmt. Wo keine Drehmomentübertragung über die Drehmomentkopplung 300 erwünscht ist, kann das Soll-Drehmoment eine Drehmomentgröße null enthalten.
Im Block 384 wird auf der Grundlage des im Block 382 bestimmten Soll-Drehmoments eine Soll-Kupplungsanlegekraft bestimmt. Der Controller 58 kann mit einer Nachschlagetabelle programmiert sein oder Zugriff auf sie haben oder kann einen Algorithmus einer zuvor bestimmten Beziehung zwischen Anlegekraft und Kopplungsdrehmoment ausführen. Es wird betrachtet, dass die Kupplungsbetätigungskraft-Drehmoment-Kurve durch Anwenden einer Anzahl verschiedener elektrischer Eingaben mit verschiedenen Beträgen auf den Stator 332 empirisch erzeugt werden kann. Die resultierende Anlegekraft-Drehmoment-Beziehung wird in der Nachschlagetabelle gesichert.
Im Block 386 wird auf der Grundlage der Ausgabe des piezoelektrischen Rings 342 eine Ist-Kupplungsanlegekraft bestimmt. Im Block 388 wird die Ist-Anlegekraft mit der Soll-Anlegekraft verglichen. Falls die Ist-Anlegekraft innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs der Soll-Anlegekraft liegt, kehrt die Steuerung zu Block 380 zurück. Falls die Ist-Anlegekraft außerhalb des Toleranzbereichs der Soll-Anlegekraftposition liegt, variiert der Controller 58 im Block 390 eine elektrische Eingabe in den Stator 332, um die Anlegekraft in einem Versuch, die Soll-Anlegekraft zu erfüllen, zu ändern. Die Steuerung kehrt zum Block 386 zurück, wo die neue Anlegekraft mit der Soll-Anlegekraft verglichen wird. Die Positionsregelung wird fortgesetzt, bis die Bedingungen des Blocks 388 erfüllt sind.
15 zeigt eine alternative Drehmomentkopplung 400. Die Drehmomentkopplung 400 ist im Wesentlichen ähnlich der Drehmomentkopplung 300. Dementsprechend sind ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Darüber hinaus werden wegen der Ähnlichkeiten zwischen den Kopplungen nur die Unterschiede hervorgehoben. Die Drehmomentkopplung 400 enthält ein Gehäuse 402, das einen an einem zweiten Abschnitt 406 befestigten ersten Abschnitt 404 enthält. Innerhalb des Gehäuses 402 ist eine Trommel 408 zur Drehung gestützt und positioniert. Mit der Trommel 408 einteilig ist eine Eingangsdrehwelle 302 gebildet. Eine Anlegeplatte 410 ist zur Drehung mit der Ausgangsdrehwelle 304 befestigt und axial relativ zu ihr beweglich. Der Anker 334 ist an der Anlegeplatte 410 befestigt. Dementsprechend drehen und verlagern sich die Ausgangsdrehwelle 304, der Anker 334, die Anlegeplatte 410, die Innenkupplungsscheiben 92 und die Nabe 90 mit derselben Drehzahl bzw. Geschwindigkeit. Eine Rückstellfeder 414 drängt die Anlegeplatte 410 und den Anker 334 in Richtung ihrer eingefahrenen Position. Wie zuvor in Bezug auf die Drehmomentkopplung 300 beschrieben wurde, bleibt der piezoelektrische Ring 342 in dem Lastpfad. Wie zuvor in Bezug auf die Drehmomentkopplung 300 beschrieben wurde, kann auf der Grundlage der durch den elektromagnetischen Aktuator 52 ausgeübten und durch den piezoelektrischen Ring 342 angegebenen Kraft eine Rückkopplungsregelung erzielt werden.
Ferner ist die vorliegende Offenbarung auf eine Doppelbetriebsart- oder Zweibetriebsart-Steuerstrategie zur Verwendung mit den zuvor im Zusammenhang mit irgendeiner der Drehmomentkopplungen 34, 220, 300 und 400 gezeigten und beschriebenen elektromagnetischen Kupplungsbetätigungssysteme gerichtet.
Die 16–18 sind auf diese verbesserte Steuerstrategie und insbesondere auf irgendwelche Drehmomentkopplungen, die mit einer Sekundär- oder Suchspule ausgelegt sind, gerichtet. Genauer wird der elektromagnetische Kupplungsaktuator für Drehmomenterhöhungsanforderungen unter Verwendung einer ersten Steuerstrategie und für Drehmomentverringerungsanforderungen unter Verwendung einer zweiten Steuerstrategie gesteuert. Wenn eine Drehmomenterhöhung angefordert wird, kann die durch den Kupplungsaktuator 52 auf die Kupplung 50 ausgeübte Kupplungseinrückkraft unter Verwendung der Suchspule (der Spule 222 in der Drehmomentkopplung 220) unter Verwendung der in 7 gezeigten und in 16 graphisch dargestellten Gleichungen in der Weise berechnet werden, dass der durch die Suchspule 222 erfasste Fluss den zum genauen Erreichen des Soll-Drehmoments verwendeten Rückkopplungsmechanismus bereitstellt. Im Gegensatz dazu kann die Kupplung 50 unter Verwendung einer Strommodulationsstrategie auf der Grundlage unbekannter Strom-Kraft-Beziehungen durch den Aktuator 52 betätigt werden, wenn eine Drehmomentverringerung angefordert ist. Wie in 17 gezeigt ist, stellt der Stromsensor in dem Leistungstreiber des Aktuators 52 den Rückkopplungsmechanismus für die genaue Stromsteuerung während solcher Drehmomentverringerungsbedingungen bereit.
18 stellt einen Ablaufplan 498 für die Zweibetriebsart-Kupplungsaktuator-Steuerstrategie dar, wobei T_INCREASE(t) die Drehmomenterhöhung während des Einrückens ist, T_DECREASE(t) die Drehmomentverringerung während des Ausrückens ist, Φ(t) der von der Suchspule berechnete Fluss ist, ΔΦ(t) die von dem Drehmomentrückkopplungsmechanismus benötigte Flussänderung ist und I_DRIVE(t) der Ansteuerstrom für die Kupplungsbetätigung ist.
Genauer werden im Block 500 herkömmliche Eingaben, die der Fahrzeugbetriebseigenschaft zugeordnet sind, und/oder Betreibereingaben für ein zum Berechnen eines Soll-Drehmomentwerts konfiguriertes Modul 502 bereitgestellt. Falls das Modul 502 bestimmt, dass während des Kupplungseinrückens eine Drehmomenterhöhung angefordert wird, wird das Drehmomenterhöhungssignal (T_INCREASE) für ein zum Berechnen einer Soll-Magnetflussdichte von der Suchspule konfiguriertes Modul 504 bereitgestellt. Der von der Suchspule berechnete Wert des Flusses Φ(t) wird für ein Drehmomentrückkopplungsmodul 502 bereitgestellt, das wiederum eine Änderung der Rückkopplung des Flusses ΔΦ(t) für das Modul 204 berechnet, um einen der Soll-Drehmomenterhöhung (T_INCREASE) entsprechenden Soll-Magnetflusswert bereitzustellen. Das korrigierte oder eingestellte Soll-Drehmomentsignal wird zum Steuern der Betätigung der Kupplung 50 für die Ansteuerschaltung 508 des elektromagnetischen Kupplungsaktuators 52 bereitgestellt. Falls das Modul 502 im Gegensatz dazu während des Kupplungsausrückens bestimmt, dass eine Drehmomentverringerung angefordert wird, wird für ein Stromrückkopplungsmodul 510, das einen an die Ansteuerschaltung 508 zu liefernden Ansteuerstromwert (I_DRIVE) berechnet und ausgibt, ein Drehmomentverringerungssignal (T_DECREASE) bereitgestellt. Der durch einen Stromsensor in dem Leistungsansteuermodul (I_SENSOR) erfasste Strom wird zur Verwendung bei der modulierten Stromsteuerung dem Rückkopplungsmodul 510 zugeführt.
Die Flexibilität der Zweibetriebsart-Steuerstrategie stellt einen Vorteil bei der Drehmomentsteuerung bereit. Das Einrückdrehmoment kann durch Berechnung genauer gesteuert werden, während für das Ausrückdrehmoment weniger Verarbeitungsschritte notwendig sind. Unter Verwendung von Kraft/Positions-Berechnungen von der Suchspule 222 kann der Luftspalt des elektromagnetischen Kupplungsaktuators 52 geschätzt werden. Diese Informationen können als eine Angabe für Verschleiß und/oder Beschädigung an Komponenten der Kupplung 50 verwendet werden und eine Störung der Drehmomentkopplungen verhindern.
Ferner ist die vorliegende Offenbarung auf ein System oder auf einen Mechanismus gerichtet, das bzw. der dafür konfiguriert ist, unter Verwendung der Sekundärspule 222 eines elektromagnetischen Kupplungsaktuators 52 ein Kupplungsverschleißdetektionsmerkmal, ein Kompensationsmerkmal und ein Sicherheitsprüfungs- oder Schutzmerkmal bereitzustellen.
19 zeigt eine Solenoidanordnung für die Drehmomentübertragungsvorrichtung, wobei B die Flussdichte ist, N die Anzahl der Windungen in der Spule ist, I der Strom ist, μ₀ und μ die Permeabilität des Kerns bzw. des Spalts sind und L_core und L_gap die Länge des Flusswegs durch den Kern bzw. durch den Spalt sind. Auf der Grundlage der Flussänderung in dem Feld kann der Betrag der Anziehungskraft mathematisch bestimmt werden (Gleichungen 2–4).
Dabei ist N die Anzahl der Windungen in der Suchspule, ist Φ der Fluss, ist v die induzierte Spannung, ist B die Flussdichte und ist A_e die wirksame Fläche.
Die 19–22 sind auf dieses vorteilhafte Merkmal gerichtet und auf sie soll in der folgenden ausführlichen Beschreibung Bezug genommen werden. Wie in 19 und in den Gleichungen 1 bis 4 gezeigt ist, ist einer der entscheidenden Faktoren, die das Magnetfeld in einem elektromagnetischen Kupplungsaktuator 52 beeinflussen, der Luftspalt zwischen dem Anker und dem Spulengehäuse/Stator. Wie zuvor diskutiert wurde, ist die Verwendung einer Sekundärspule 222 zum Überwachen der Magnetfeldstärke in einem elektromagnetischen Kupplungsaktuator 52 bekannt.
Die Idee in Übereinstimmung mit diesem erfinderischen Konzept ist es, anstatt die von den Sekundärspulengleichungen (Gleichungen 2–4) hergeleitete elektromagnetische Kraft (F) für die Kupplungsbetätigung zu verwenden, unter Verwendung der durch die Sekundärspule detektierten Flussänderung einen Mechanismus für die Kupplungsverschleißdetektion und Kupplungsverschleißkompensation und für einen Systemschutz bereitzustellen. Während die Kupplungsscheiben verschleißen, ändert sich der Berührungspunkt für den Eingriff, was veranlasst, dass der Luftspalt beim Eingriff schmaler wird. Falls an die Spule 98 vor dem Verschleiß und nach dem Verschleiß derselbe Strom angelegt wird, wird der Fluss wegen der Verringerung des Luftspalts stärker. Ebenso betrifft dies die Beziehung zwischen der Flussverkettung und der Luftspaltdimension für diesen fortgeschrittenen Mechanismus.
Als ein Lernmechanismus kann dadurch, dass die Hauptspule zu einer geeigneten Zeit mit einem geeigneten Strom erregt wird, sodass es keine Gefährdung der Fahrzeugdynamik gibt, eine Routineuntersuchung ausgeführt werden. Der gemessene Fluss sollte mit der Standardfabrikeinstellung korrelieren. In der Situation, in der sich der Luftspalt in dem elektromagnetischen Kupplungsaktuator 52 zu ändern beginnt, kann das Steuermodul den angelegten Strom einstellen, um ihn an die für das Einrücken notwendig erforderliche Kraft anzupassen. Dies stellt den Kupplungsverschleißkompensationsmechanismus von der Spule 98 bereit. Zum Beispiel: Falls der elektromagnetische Kupplungsaktuator 52 durch das PWM-Verfahren stromgesteuert ist, kann an die Hauptspule zu einem geeigneten Zeitpunkt für die Lern- und Untersuchungsroutine ein Strom mit einem Tastgrad von 100% angelegt werden. Die gemessene Flussverkettung sollte mit der vorgegebenen Fabrikeinstellung vergleichbar sein. Falls dagegen erhebliche Abweichungen bei dem Vergleich auftreten, sollte die Kompensation angewendet werden. Auf der Grundlage der Luftspalt- und Flussverkettungsbeziehung kann der Betätigungsstrom so eingestellt werden, dass genau die angeforderte Kraft erzeugt wird.
Als ein Schutzmechanismus für die Drehmomentübertragungsvorrichtung kann der Controller einen Fehlercode oder Fehlermerker einstellen, der zum Lösen des Solenoids führt, falls der Luftspalt, gleich, ob wegen Kupplungsverschleiß oder fehlerhafter Betätigung, zu klein wird. Es kann eine ”Sicherheitsprüfung” ausgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Vorrichtung repariert werden muss oder richtig weiterarbeiten kann. In 20 sind zwei Kupplungsanordnungen gezeigt. Für beide Entwürfe kann die Verwendung der Sekundärspule als ein Schutzmechanismus erzielt werden.
In der oberen Hälfte (1) aus 20 besteht der Kupplungsanlegemechanismus (3) aus einem rohrartigen Abschnitt, der durch den Anker des Solenoids betätigt wird. Der rohrartige Abschnitt legt über ein Lager und eine Anlegeplatte die Last an die Kupplung an. In dieser Konfiguration sind der Stator, der Anker und das Anlegerohr befestigt, was die Drehung mit der Kupplungsanordnung verhindert. Im Fall starken Verschleißes oder starker Beschädigung der Kupplung ist es wahrscheinlich, dass sich der Anker und der Stator berühren. Diese Berührung sollte den elektromagnetischen Aktuator nicht beschädigen. Allerdings nimmt die auf die Kupplung ausgeübte resultierende Kraft ab und wird das Soll-Drehmoment nicht erzielt. Während die Kupplung weiter verschleißt und/oder einen Verformungsrest annimmt, umgeht immer mehr Kraft die Kupplung, bis die Kupplungsanordnung im Wesentlichen frei rotiert. Die Routineuntersuchung der Flussverkettungs-Strom-Beziehung sollte angeben, dass sich der Spalt unter einen vorgegebenen Schwellenwert verringert hat und dass eine Notwendigkeit besteht, die Vorrichtung reparieren zu lassen. Außerdem sollte die Beziehung zwischen dem verfügbaren Kraftmaschinendrehmoment, dem detektierten Ist-Schlupf über die Kupplung und der erwarteten Drehmomentkapazität der Kupplung auf der Grundlage der Flussverkettung und des Stroms bei der Bestimmung helfen, ob der Kupplungsmechanismus beschädigt worden ist oder sein Lebensende erreicht hat.
In der unteren Hälfte (2) aus 20 besteht der Kupplungsanlegemechanismus (4) aus einem rohrartigen Abschnitt, der durch den Anker des Solenoids betätigt wird. Der rohrartige Abschnitt legt über einen integrierten Flanschabschnitt die Last an die Kupplung an. In dieser Konfiguration gibt es weder ein Anlegelager noch eine Sekundäranlegeplatte. In dieser Konfiguration ist der Stator befestigt, was die Drehung verhindert, wobei aber der Anker und das Anlegerohr zur Drehung mit der Ausgangswelle der Kupplungsanordnung befestigt sind. Im Fall eines schweren Verschleißes oder einer schweren Beschädigung der Kupplung ist es wichtig, dass eine Berührung zwischen dem Anker und dem Stator vermieden wird. Diese Berührung kann den elektromagnetischen Aktuator beschädigen. Es ist nicht nur so, dass die auf die Kupplung ausgeübte resultierende Kraft abnimmt und das Soll-Drehmoment nicht erzielt werden kann, sondern wegen des Kontakts kann Material zwischen dem Anker und dem Stator übertragen werden. Außerdem kann der dem Anker durch den auf Masse festgelegten Stator auferlegte Widerstand wie eine Bremse auf den Triebstrang wirken. Schließlich könnten sich die zwei Komponenten festfressen, was zu einem Totalausfall führt. Die Routineuntersuchung der Flussverkettungs-Strom-Beziehung sollte angeben, dass sich der Spalt unter einen vorgegebenen Schwellenwert verringert hat und dass eine Notwendigkeit besteht, die Vorrichtung reparieren zu lassen. Es wird nicht möglich sein, sich auf die Beziehung von verfügbarem Kraftmaschinendrehmoment, detektiertem Kupplungsschlupf und Drehmomentkapazität auf der Grundlage der Flussverkettung und des Stroms zu verlassen. Somit kann diese Konfiguration bessere Erfassungsfähigkeiten erfordern, um den richtigen Schutz des elektromagnetischen Aktuators sicherzustellen.
In 21 ist ein Beispiel des Steuerlogikablaufplans zu sehen, wobei es andere Steuerlogiken geben kann, um alle erwähnten Mechanismen zu nutzen. In 21 empfängt das ”Controllermodul” den gesamten aktualisierten Status und erstattet Bericht an den Hauptantriebsstrangcontroller. Wenn das Modul bestimmt, dass das Fahrzeug die ”Lern- und Routineuntersuchungs”-Prozedur sicher ausführen kann, wird die Hauptspule mit voll angelegtem Strom erregt. Falls das Fahrzeug nicht zum Ausführen der Routine bereit ist, prüft das Modul, ob es einen vorher vorhandenen Fehlercode in dem System gibt. Falls die Hauptspule wegen irgendwelcher Verdrahtungsprobleme nicht erregt werden kann, wird der Fehlercode aktualisiert. Wenn die Hauptspule erregt worden ist, kann die Sekundärspule den Magnetfluss detektieren und die Schätzung des Luftspalts ausführen. Wie in 22 gezeigt ist, kann der Luftspalt auf der Grundlage der Mittelung verschiedener Magnetflüsse geschätzt werden, falls zusätzliche Widerstände in Reihe mit der Hauptspule verwendet sind. Verschiedene Widerstände stellen einen unterschiedlichen durch die Hauptspule fließenden Strom bereit und erzeugen einen unterschiedlichen Magnetfluss. Falls der Luftspalt den Sicherheitsschwellenwert erreicht hat, wird der Kupplungsschutz initiiert. Falls eine Änderung des Luftspalts detektiert wird, diese aber noch innerhalb des Sicherheitsschwellenwerts liegt, wird eine Kupplungskompensation angewendet.
Es ist ein weiteres Merkmal jeder der oben beschriebenen Drehmomentkopplungen, dass sie zusammen mit der direkten elektromagnetischen Kupplungsbetätigung eine ”Trocken”-Reibungskupplung enthalten. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Lastübertragung über die Nabe, die Welle, das hintere Lager und das hintere Gehäuse eine verbesserte Packung bereitstellt. Außerdem ermöglicht das Trockensystem im Zusammenhang mit dem Eingang und mit dem Ausgang die Verwendung von Dichtungen mit niedrigem Widerstand, ermöglicht es die Verwendung einer niedrigen Stromentnahme (d. h. eines Spitzenwerts von 6 Ampere) und eine schnelle präventive Anlegezeit (d. h. 150–200 ms).
Darüber hinaus offenbart und beschreibt die vorstehende Diskussion lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt aus dieser Diskussion und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen leicht, dass daran verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken und von dem Schutzumfang der Offenbarung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert sind, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5407024 [0005]
JP 62-18117 [0005]
US 5323871 [0006]
JP 63-66927 [0006]
US 4895236 [0006]
US 5423235 [0006]

Claims

Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Welle; eine zweite Welle; eine Kupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der ersten und der zweiten Welle; einen elektromagnetischen Aktuator, der einen axial beweglichen Anker zum Ausüben einer Anlegekraft auf die Kupplung enthält; und ein Aktuatorsteuersystem, das eine Rückkopplungsbaugruppe enthält und zum Variieren einer elektrischen Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator betreibbar ist, um eine Regelung des Ankers auszuführen.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungsbaugruppe einen Positionssensor enthält, der zum Ausgeben eines Signals betreibbar ist, das eine Position des Ankers angibt, und wobei das Steuersystem ein Soll-Drehmoment, das durch die Kupplung übertragen werden soll, und auf der Grundlage einer zuvor bestimmten Kupplungsdrehmoment-Ankerpositions-Beziehung eine Soll-Ankerposition bestimmt.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektromagnetische Aktuator eine Hauptspule enthält und wobei die Rückkopplungsbaugruppe einen Positionssensor, der dafür betreibbar ist, ein Signal auszugeben, das eine Position des Ankers angibt, und ein Ankerpositions-Überprüfungssystem, das eine Suchspule enthält, die ein Signal bereitstellt, das einen durch die Hauptspule erzeugten Magnetfluss angibt, enthält, wobei das Überprüfungssystem den Magnetfluss und das entsprechende Ankerpositionssignal mit einer vorgegebenen Fluss-Ankerpositions-Beziehung vergleicht, um die Position des Ankers zu überprüfen.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner mehrere Leistungswiderstände enthält, die mit der Hauptspule elektrisch in Reihe geschaltet sind, und wobei jeder Widerstand in einer Parallelschaltung angeordnet ist und mit einem Transistor verbunden ist und durch ihn gesteuert wird, um den Strom über die Hauptspule aufzubereiten, während die Hauptspule erregt wird.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner ein Kupplungsverschleißdetektionsmerkmal und/oder ein Kompensationsmerkmal und/oder ein Sicherheitsprüfungsmerkmal enthält.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungsbaugruppe einen Kraftsensor enthält, der dafür betreibbar ist, ein Signal auszugeben, das eine an die Kupplung angelegte Kraft angibt, wobei das Steuersystem ein Soll-Drehmoment, das durch die Kupplung übertragen werden soll, und auf der Grundlage des Soll-Drehmoments eine Soll-Anlegekraft bestimmt, um die elektrische Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator zu variieren, um eine Regelung der Position des Ankers auszuführen.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungsbaugruppe einen Kraftsensor enthält, der innerhalb eines Kupplungsbetätigungskraft-Lastpfads positioniert ist und zum Ausgeben eines Signals betreibbar ist, das eine auf die Kupplung ausgeübte Kraft angibt, wobei das Steuersystem einen Controller enthält, der dafür betreibbar ist, den elektromagnetischen Aktuator zum Variieren der an die Kupplung angelegten Kraft auf der Grundlage des Kraftsensorsignals zu steuern.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Kraftsensor wenigstens einen piezoelektrischen Ring enthält, der mit dem elektromagnetischen Aktuator gekoppelt ist, um ein Signal auszugeben, das eine Druckkraft des elektromagnetischen Aktuators angibt.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Steuersystem Folgendes enthält: ein Fahrzeugeingangsmodul zum Erheben von durch die Fahrzeugsensoren bereitgestellten Daten; ein Soll-Drehmoment-Modul zum Empfangen der Daten von dem Fahrzeugeingangsmodul und zum Bestimmen eines Soll-Drehmoments, das die Kupplung erzeugen soll; ein Ankerpositions-Fluss-Modul zum Erzeugen eines Magnetfluss-Strom-Datensatzes und eines Ankerpositions-Strom-Datensatzes; ein Kraft-Fluss-Modul zum Bestimmen der auf den Anker wirkenden Kraft als Funktion des Magnetflusses; ein Drehmoment-Positions-Modul zum Schätzen des zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle übertragenen Drehmoments; ein Soll-Positions-Modul zum Bestimmen der Soll-Ankerposition auf der Grundlage des durch das Soll-Drehmoment-Modul bestimmten Soll-Drehmoments und von in dem Drehmoment-Positions-Modul gespeicherten Informationen; ein Positionsrückkopplungsregelungs-Modul in Verbindung mit dem Positionssensor zum Vergleichen der Ist-Position des Ankers mit der durch das Soll-Positions-Modul definierten Soll-Ankerposition; ein Hauptspulenerregungsmodul zum Variieren einer Größe einer elektrischen Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator zum Bereitstellen einer Positionsregelung des Ankers; und ein Ankerpositions-Überprüfungsmodul zum Ausführen einer Ankerpositions-Magnetfluss-Datenerhebungsfolge.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner ein Gehäuse enthält und wobei der Positionssensor zur direkten Messung einer Position des Ankers relativ zu dem Gehäuse an dem Gehäuse befestigt ist.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, die ferner einen Vervielfacher zum Verstärken der Bewegung des Ankers enthält.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Positionssensor innerhalb der Hauptspule angeordnet ist.
Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Aktuators für eine Kupplung, die ein Drehmoment zwischen einer ersten und einer zweiten Welle einer Kraftübertragungsvorrichtung in einem Fahrzeug überträgt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen von Fahrzeugbetriebseigenschaften; Bestimmen eines Soll-Kupplungsdrehmoments auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebseigenschaften; Bestimmen einer Soll-Position eines Ankers innerhalb des Aktuators auf der Grundlage des Soll-Drehmoments; Bestimmen einer Ist-Ankerposition; Bestimmen, ob die Ist-Ankerposition innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Soll-Ankerposition liegt; und Ausführen einer Positionsrückkopplungsregelung durch Variieren einer elektrischen Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator zum Steuern der Position des Ankers auf der Grundlage des Positionssensorsignals.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt des Bestimmens einer Ist-Ankerposition als Bestimmen der Ankerposition auf der Grundlage eines durch einen Positionssensor bereitgestellten Signals definiert.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner den Schritt des Bestimmens einer Ist-Ankerposition als Folgendes definiert: Erzeugen einer Magnetflussdichte mit einer Hauptspule; Induzieren einer elektrischen Urspannung in einer Suchspule als Reaktion auf die erzeugte Magnetflussdichte von der Hauptspule; Eingeben der in der Suchspule induzierten elektrischen Urspannung in einen Controller; Vergleichen der in der Suchspule induzierten elektrischen Urspannung und des durch den Positionssensor bereitgestellten Signals mit einer vorgegebenen Fluss-Ankerpositions-Beziehung zum Überprüfen der Ankerposition.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt des Bestimmens einer Ist-Ankerposition als Folgendes definiert: Aktivieren und Deaktivieren mehrerer Transistoren in verschiedenen Kombinationen, Zuführen einer diskreten Versorgungsspannung zu einer Hauptspule unter Verwendung der Leistungswiderstände; und Bestimmen eines Magnetflusses der Hauptspule unter Verwendung einer Suchspule.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt des Ausführens einer Positionsrückkopplungsregelung als Folgendes definiert: Bereitstellen eines Drehmomenterhöhungssignals (T_INCREASE) für ein Modul, das zum Berechnen einer Soll-Magnetflussdichte von der Suchspule konfiguriert ist, in Ansprechen darauf, dass während des Kupplungseinrückens eine Drehmomenterhöhung angefordert wird; Bereitstellen der berechneten Soll-Magnetflussdichte für ein Drehmomentrückkopplungsmodul; Berechnen einer Änderung der Flussrückkopplung zum Bereitstellen eines Soll-Magnetflusswerts, der dem Soll-Drehmomenterhöhungssignal (T_INCREASE) entspricht; Bereitstellen eines eingestellten Soll-Drehmomentsignals für eine Ansteuerschaltung des elektromagnetischen Kupplungsaktuators zum Steuern der Betätigung der Kupplung; Bereitstellen eines Drehmomentverringerungssignals (T_DECREASE) für ein Stromrückkopplungsmodul; Berechnen und Ausgeben eines Ansteuerstromwerts (I_DRIVE), der an die Ansteuerschaltung geliefert werden soll, als Reaktion darauf, dass während des Kupplungseinrückens eine Drehmomentverringerung benötigt wird; und Zuführen eines durch einen Stromsensor in einem Leistungsansteuermodul erfassten Stroms (I_SENSOR) an ein Rückkopplungsmodul zur Verwendung bei der modulierten Stromsteuerung.
Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Aktuators für eine Kupplung, die ein Drehmoment zwischen einer ersten und einer zweiten Welle einer Kraftübertragungsvorrichtung in einem Fahrzeug überträgt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen von Fahrzeugbetriebseigenschaften; Bestimmen eines Soll-Kupplungsdrehmoments auf der Grundlage der Fahrzeugbetriebseigenschaften; Bestimmen einer Soll-Kupplungsbetätigungskraft auf der Grundlage des Soll-Drehmoments; Bestimmen einer Ist-Kupplungsbetätigungskraft auf der Grundlage eines Signals, das durch einen Kraftsensor bereitgestellt wird, der innerhalb eines Kupplungsbetätigungskraft-Lastpfads positioniert ist; Bestimmen, ob die Ist-Kupplungsbetätigungskraft innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Soll-Kupplungsbetätigungskraft liegt; und Ausführen einer Kraftrückkopplungsregelung durch Variieren einer elektrischen Eingabe in den elektromagnetischen Aktuator zum Steuern der Kupplungsbetätigungskraft auf der Grundlage des Kraftsensorsignals.