DE102016221477A1 - Device for operating and determining an operating state of an electromagnetic actuator and coupling device and motor vehicle drive train - Google Patents

Device for operating and determining an operating state of an electromagnetic actuator and coupling device and motor vehicle drive train Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung eines Betriebszustands eines elektromagnetischen Aktors (1). Die Vorrichtung weist einen Zweipunktregler (12) zum Betreiben des Aktors (1) und ein Ermittlungsmittel (11C) auf. Das Ermittlungsmittel (11C) ist ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf des von dem Zweipunktregler (12) ausgegebenen Ansteuerungssignals (H1) zu ermitteln und hieraus den Betriebszustand zu bestimmen. Die Erfindung betrifft auch eine Kupplungsvorrichtung (2) mit einer solchen Vorrichtung sowie einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Kupplungsvorrichtung (2).The invention relates to a device for operating and for determining an operating state of an electromagnetic actuator (1). The device has a two-point controller (12) for operating the actuator (1) and a determination means (11C). The determining means (11C) is designed to determine a time profile of the drive signal (H1) output by the two-point controller (12) and to determine therefrom the operating state. The invention also relates to a coupling device (2) with such a device and a motor vehicle drive train with such a coupling device (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung eines Betriebszustands eines elektromagnetischen Aktors. Die Erfindung betrifft auch eine Kupplungsvorrichtung mit einem Kupplungsmittel zum wahlweise mechanischen Verbinden und Trennen zweier Bauteile sowie einem elektromagnetischen Aktor zur Betätigung der Kupplung. Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Kupplungsvorrichtung.The invention relates to a device for operating and for determining an operating state of an electromagnetic actuator. The invention also relates to a coupling device with a coupling means for selectively mechanically connecting and disconnecting two components and an electromagnetic actuator for actuating the coupling. The invention also relates to a motor vehicle drive train with such a coupling device.

Elektromagnetische Aktoren werden eingesetzt, um Stellaufgaben zu realisieren, beispielsweise zur Betätigung von Kupplungen in Kraftfahrzeuggetrieben. Dabei ist es oftmals von großer Bedeutung die aktuelle Aktorposition (= Stellposition, welche der Aktor einnimmt) für Regelstrategien oder Sicherheitskonzepte zu kennen. Darüber hinaus kann es oftmals erforderlich sein, die Temperatur des Aktors zu kennen, beispielsweise zur Zustandsüberwachung (Condition Monitoring). Häufig sind dazu externe Sensoren im Einsatz. Der Aufwand für externe Sensoren ist jedoch hoch. Es wird beispielsweise Bauraum benötigt, die Integration ist schwierig, eine Verkabelung muss berücksichtigt werden und normalerweise ist auch die Wandlung des Sensorsignals in ein digitales Signal erforderlich. Zudem führt die Toleranzkette der beteiligten Bauteile zu Ungenauigkeiten. Durch die Nutzung sogenannter inhärenter Messeffekte innerhalb elektromagnetischer Aktoren kann auf externe Sensoren verzichtet werden.Electromagnetic actuators are used to realize actuating tasks, for example for the actuation of clutches in motor vehicle transmissions. It is often of great importance to know the current actuator position (= positioning position, which the actuator occupies) for control strategies or safety concepts. In addition, it may often be necessary to know the temperature of the actuator, for example for condition monitoring. Frequently, external sensors are used. However, the cost of external sensors is high. For example, space is required, integration is difficult, cabling must be taken into account and normally the conversion of the sensor signal to a digital signal is required. In addition, the tolerance chain of the components involved leads to inaccuracies. By using so-called inherent measuring effects within electromagnetic actuators, external sensors can be dispensed with.

Methoden zur inhärenten Zustandserkennung von Elektromotoren sind bekannt. Weniger weitläufig bekannt sind Lösungen für eine Zustandserkennung bei elektromagnetischen Linearaktoren oder vergleichbaren Magnetaktoren. Bei diesen Aktoren werden zur Erfassung der Aktorposition daher meist externe Wegmesssysteme oder Annäherungssensoren eingesetzt.Methods for the inherent state detection of electric motors are known. Less widely known are solutions for state detection in electromagnetic linear actuators or comparable magnetic actuators. In these actuators, external position measuring systems or proximity sensors are therefore usually used to detect the actuator position.

Das in der DE 102005018012 A1 vorgeschlagene Konzept einer inhärenten Positionserkennung basiert auf dem Drosselspulenprinzip. Bei dem in der DE 102007034768 B3 vorgeschlagenen Konzept kommt die so genannte Hystereseverstärkung zum Einsatz.That in the DE 102005018012 A1 proposed concept of inherent position detection based on the choke coil principle. In the in the DE 102007034768 B3 proposed concept, the so-called hysteresis gain is used.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the present invention is to improve the state of the art.

Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved by the features specified in the main claims. Preferred embodiments thereof are the dependent claims.

Demnach wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors und zur Ermittlung eines Betriebszustands des Aktors vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist einen Zweipunktregler zum Betreiben des Aktors und ein Ermittlungsmittel auf. Das Ermittlungsmittel ist dazu ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf eines von dem Zweipunktregler ausgegebenen Ansteuerungssignals zu ermitteln und hieraus den Betriebszustand zu bestimmen. Insbesondere wird dazu eine Dynamik des Ansteuerungssignals ermittelt.Accordingly, a device for operating an electromagnetic actuator and for determining an operating state of the actuator is proposed. The device has a two-position controller for operating the actuator and a determination means. The determining means is designed to determine a time profile of a control signal output by the two-point controller and to determine therefrom the operating state. In particular, a dynamic of the drive signal is determined.

Die Vorrichtung ist ausgebildet, auf Grundlage des Ansteuerungssignals dem Aktor einen elektrischen Strom, im Folgenden auch kurz „Aktorstrom“ genannt, zuzuführen. Entsprechend des zeitlichen Verlaufs des Ansteuerungssignals bildet sich ein charakteristischer zeitlicher Verlauf des Aktorstroms aus. Darin ist der Betriebszustand des Aktors inhärent enthalten, denn dieser bestimmt wesentlich, die Geschwindigkeit, mit der sich der Aktorstrom aufbaut und wieder abbaut, sowie die maximale und durchschnittliche Höhe des Aktorstroms.The device is designed to supply the actuator with an electrical current, hereinafter also referred to as "actuator current" on the basis of the drive signal. In accordance with the time profile of the drive signal, a characteristic time profile of the actuator current is formed. Therein, the operating state of the actuator is inherently included, because this determines significantly, the speed at which the Aktorstrom builds up and degrades again, and the maximum and average height of the actuator current.

Es wurde nun erkannt, dass sich auf Grund der charakteristischen Regelung eines Zweipunktereglers der Betriebszustand des Aktors auch im Ansteuerungssignal selbst wiederfindet. Der zeitliche Verlauf des Aktorstroms schlägt sich nämlich im Ansteuerungssignal wieder. Diese Erkenntnis macht sich die Erfindung zu Nutze und nimmt dementsprechend das Ansteuerungssignal des Zweipunktreglers heran, um daraus sehr einfach und genau auf den Betriebszustand des Aktors zu schließen.It has now been recognized that due to the characteristic control of a two-level controller, the operating state of the actuator is also found in the control signal itself. The time course of the actuator current is reflected in the drive signal again. This finding makes use of the invention and accordingly adopts the control signal of the two-position controller in order to deduce from it very simply and precisely the operating state of the actuator.

Bei dem elektromagnetischen Aktor handelt es sich insbesondere um einen elektromagnetischen Linearaktor. Der elektromagnetische Aktor kann insbesondere über zumindest oder genau eine Spule verfügen. Durch diese Spule(n) ist ein Anker des Aktors magnetisch bewegbar. Diese Bewegung ist am Aktor abgreifbar und mechanisch als Stellbewegung des Aktors nutzbar. Die Aktorposition entspricht hierbei einer Position des Ankers innerhalb des Aktors oder einer Stellposition, welche der Aktor äußerlich einnimmt. Mittels der Vorrichtung sind insbesondere eine Aktortemperatur und/oder eine Aktorposition des Aktors ermittelbar. Diese bilden dementsprechend dann den gesuchten Betriebszustand des Aktors.The electromagnetic actuator is in particular an electromagnetic linear actuator. The electromagnetic actuator may in particular have at least or exactly one coil. Through this coil (s), an armature of the actuator is magnetically movable. This movement can be tapped on the actuator and used mechanically as an actuating movement of the actuator. In this case, the actuator position corresponds to a position of the armature within the actuator or a positioning position which the actuator occupies externally. By means of the device, in particular, an actuator temperature and / or an actuator position of the actuator can be determined. These form accordingly the sought operating state of the actuator.

Das vorgeschlagene Konzept bietet den Vorteil, dass nur wenige Mittel eingesetzt werden brauchen, um Informationen über den gegenwärtigen Betriebszustand des Aktors zu erhalten. Diese Informationen können sofort weiterverarbeitet werden, beispielsweise zur Steuerung oder Regelung des Aktors. Durch die Verwendung der integrierten Sensoreffekte des Aktors kann die Toleranzkette gegenüber normalerweise verwendeten externen Sensoren verkürzt werden.The proposed concept offers the advantage that only a few means need be used to obtain information about the current operating state of the actuator. This information can be processed immediately, for example, to control or regulate the actuator. By using the integrated sensor effects of the actuator, the tolerance chain can be shortened compared to normally used external sensors.

Bevorzugt ist der Zweipunktregler ein analoger Zweipunktregler. Es kann sich hierbei insbesondere um einen diskret, also in Hardware, aufgebauten Zweipunktregler handeln. Bei entsprechend schneller Hardware kann der analoge Zweipunktregler auch als Softwaremodul, beispielsweise eines Steuergeräts oder eines anderweitigen Mikrocontrollers, ausgebildet sein. The two-position controller is preferably an analog two-position controller. In particular, this may be a discrete, ie hardware, two-position controller. With correspondingly fast hardware, the analog two-point controller can also be designed as a software module, for example a control device or another microcontroller.

Bevorzugt sind dem Zweipunktregler eine obere Stromgrenze und eine untere Stromgrenze vorgegeben, mit der er den Aktorstrom begrenzt. Der Zweipunktregler weist außerdem insbesondere eine Komparatorschaltung sowie ein RS-Flipflop (= Reset-Set-Flipflop) auf. Der Zweipunktregler lässt dann den Aktorstrom mit Hilfe der Komparatorschaltung und des RS-Flipflops zwischen den Stromgrenzen toggeln, d.h. der Aktorstrom schwankt zwischen den Stromgrenzen. Die Stromgrenzen können beispielsweise von einem Mikrocontroller dem Zweipunktregler vorgegeben sein.Preferably, the two-position controller is given an upper current limit and a lower current limit with which it limits the actuator current. The two-position controller also has in particular a comparator circuit and an RS flip-flop (= reset set flip-flop). The two-position controller then toggles the actuator current between the current limits using the comparator circuit and the RS flip-flop, i. the actuator current fluctuates between the current limits. The current limits can be predetermined, for example, by a microcontroller the two-point controller.

Innerhalb des Zweipunktreglers wird der aktuelle Aktorstrom, der beispielsweise gemessen sein kann, mit den vorgegebenen Stromgrenzen verglichen. Bei einer Überschreitung der oberen Grenze wird dann die Bestromung des Aktors beendet (= Strom aus). Und bei einer Unterschreitung der unteren Grenze wird dann die Bestromung des Aktors gestartet (= Strom ein). Das von dem RS-Flipflop ausgegebene Signal für den Start und das Ende der Bestromung des Aktors dient bevorzugt als das Ansteuersignal für einen Brückentreiber einer Brückenschaltung, insbesondere einer so genannten H-Brückenschaltung. Diese Brückenschaltung dient dann wiederum zur Bereitstellung des Aktorstroms. Die Ausgänge der Brückenschaltung sind also dann dementsprechend mit den Eingängen des Aktors, insbesondere der Spule des Aktors, elektrisch kontaktiert. Der Brückentreiber steuert entsprechend des Ansteuerungssignals die Brückenschaltung an. Diese bewirkt wiederum eine entsprechende elektrische Bestromung des Aktor mit dem Aktorstrom. Daraus ergibt sich der zeitliche Verlauf des Aktorstroms.Within the two-point controller, the current actuator current, which can be measured, for example, compared with the predetermined current limits. If the upper limit is exceeded, then the energization of the actuator is terminated (= power off). And if the lower limit is undershot, then the current to the actuator is started (= current on). The output from the RS flip-flop signal for the start and the end of the energization of the actuator is preferably used as the drive signal for a bridge driver of a bridge circuit, in particular a so-called H-bridge circuit. This bridge circuit then serves to provide the actuator current. The outputs of the bridge circuit are thus accordingly electrically connected to the inputs of the actuator, in particular the coil of the actuator. The bridge driver drives the bridge circuit according to the drive signal. This in turn causes a corresponding electrical energization of the actuator with the actuator current. This results in the time course of the actuator current.

Durch die Vorgabe der oberen und unteren Stromgrenze ergibt sich ein Stromband, in welchem der Aktor betrieben wird. Durch das Stromband ergibt sich eine charakteristische Dynamik des Stromauf- und Stromabbaus, in dem die Information über den Betriebszustand des Aktors, insbesondere seiner Position und Temperatur, enthalten ist. Die Erkenntnis ist, dass diese Dynamik über die Frequenz bzw. die Periodendauer und die Einschaltdauer bzw. den Tastgrad (auch duty-cycle oder DC genannt), also das Verhältnis der Einschaltdauer zur Schaltperiode, des vom Zweipunktregler ausgegebenen Ansteuerungssignals extrahiert werden kann. Das Ermittlungsmittel kann also aus der Frequenz bzw. Periodendauer und der Einschaltdauer bzw. dem Tastgrad des Ansteuersignals auf den Betriebszustand des Aktors schließen.The specification of the upper and lower current limit results in a current band in which the actuator is operated. The current band results in a characteristic dynamics of the current and current breakdown, in which the information about the operating state of the actuator, in particular its position and temperature, is included. The finding is that this dynamics over the frequency or the period and the duty cycle or the duty cycle (also called duty-cycle or DC), ie the ratio of the duty cycle to the switching period, the output from the two-level control signal can be extracted. The determining means can therefore close the operating state of the actuator from the frequency or period and the duty cycle or the duty cycle of the drive signal.

Das Ermittlungsmittel verfügt beispielsweise über einen sogenannten Capture-Eingang, mit dem es das Ansteuerungssignal vom Zweipunktregler abgreift. Bei einem derartigen Capture-Eingang handelt es sich um einen Eingang, beispielsweise bei einem Mikroprozessor, mit dem in hoher Genauigkeit die Schaltzeitpunkte von binären Signalen ermittelt werden können. Bei dem Ansteuerungssignal handelt es sich insbesondere um ein PWM-Signal (PWM = pulsweitenmoduliert / Pulsweitenmodulation).The determining means has, for example, a so-called capture input, with which it picks up the drive signal from the two-position controller. In such a capture input is an input, for example in a microprocessor, with which the switching times of binary signals can be determined with high accuracy. The activation signal is, in particular, a PWM signal (PWM = pulse width modulation / pulse width modulation).

Das Ermittlungsmittel kann dazu ausgebildet sein, eine Einschaltdauer des Ansteuerungssignals zu ermitteln sowie aus der Einschaltdauer die Temperatur des Aktors zu bestimmen. Ein extra Temperatursensor ist demnach nicht erforderlich. Die somit ermittelte Aktortemperatur spiegelt eine Temperatur der Spule des Aktors wieder. Diese verändert nämlich temperatur- und werkstoffabhängig ihren elektrischen Widerstand. Bei den gewöhnlich in Spulen verwendeten Leiterwerkstoffen, wie beispielsweise Kuper, nimmt der elektrische Widerstand bei steigender Temperatur zu. Um einen bestimmten, geforderten Aktorstrom unter einer konstanten Versorgungsspannung zur Verfügung stellen zu können, muss die Einschaltdauer daher an die Aktortemperatur angepasst werden. So erfordert eine hohe Aktortemperatur eine vergleichsweise lange Einschaltdauer, während eine geringe Aktortemperatur eine vergleichsweise kurze Einschaltdauer erfordert, um denselben Aktorstrom zur Verfügung zu stellen. Also besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Einschaltdauer und der Aktortemperatur. Somit kann anhand der Einschaltdauer bzw., gleichbedeutend, dem Tastgrad die Aktortemperatur ermittelt werden.The determining means may be designed to determine a duty cycle of the drive signal and to determine the temperature of the actuator from the duty cycle. An extra temperature sensor is therefore not required. The thus determined actuator temperature reflects a temperature of the coil of the actuator again. This changes namely their temperature and material dependent their electrical resistance. With the conductor materials commonly used in coils, such as copper, the electrical resistance increases with increasing temperature. To be able to provide a specific, required actuator current under a constant supply voltage, the duty cycle must therefore be adapted to the actuator temperature. Thus, a high actuator temperature requires a comparatively long duty cycle, while a low actuator temperature requires a comparatively short duty cycle in order to provide the same actuator current. So there is a clear relationship between the duty cycle and the actuator temperature. Thus, the actuator temperature can be determined based on the duty cycle or, equivalently, the duty cycle.

Die vom Ermittlungsmittel (11C) bestimmte Aktortemperatur kann dazu genutzt werden, die dem Aktor zugeführte elektrische Leistung zu verändern. So kann bei einer relativ hohen Aktortemperatur, die dem Aktor zugeführte elektrische Leistung gezielt reduziert werden.The actuator temperature determined by the determination means (11C) can be used to change the electrical power supplied to the actuator. Thus, at a relatively high actuator temperature, the electric power supplied to the actuator can be selectively reduced.

Das Ermittlungsmittel kann auch dazu ausgebildet sein, eine Frequenz des Ansteuerungssignals und den Aktorstrom zu ermitteln, sowie aus der Frequenz und dem Aktorstrom eine Position des Aktors zu bestimmen. Somit ist einfach die Aktorposition ermittelbar.The determining means may also be designed to determine a frequency of the drive signal and the actuator current, as well as to determine a position of the actuator from the frequency and the actuator current. Thus, the actuator position can be determined easily.

Bevorzugt ist das Ermittlungsmittel auch dazu ausgebildet, eine aktuelle Versorgungsspannung des Aktors bei der Bestimmung des Betriebszustands einzubeziehen. Normalerweise ist die Versorgungsspannung im Wesentlichen konstant. Dann brauchen Änderungen der Versorgungsspannung bei der Ermittlung des Betriebszustands nicht extra berücksichtigt werden. In manchen Fällen kann die Versorgungsspannung jedoch schwanken. Dann ist es vorteilhaft diese bei der Bestimmung des Betriebszustands zu berücksichtigen.Preferably, the determining means is also designed to include a current supply voltage of the actuator in the determination of the operating state. Normally the supply voltage is essentially constant. Then, changes in the supply voltage when determining the operating state need not extra be taken into account. In some cases, however, the supply voltage may fluctuate. Then it is advantageous to consider these in the determination of the operating state.

Das Ermittlungsmittel weist bevorzugt zumindest eine Lookup-Tabelle, ein Kennfeld oder eine andere Funktion auf und ist demensprechend dazu ausgebildet, den Betriebszustand aus dem Ansteuerungssignal zu ermitteln. Insbesondere kann die Relation zwischen Einschaltdauer und Aktortemperatur sowie die Relation zwischen Aktorposition, Aktorstrom und Frequenz jeweils in einer Lookup-Tabelle oder einem Kennfeld oder einer anderen Funktion hinterlegt sein. Als weiterer Faktor kann dann in der Lookup-Tabelle oder dem Kennfeld oder der anderen Funktion die Abhängigkeit von der Versorgungsspannung hinterlegt sein. Die Lookup-Tabelle oder das Kennfeld oder die andere Funktion können insbesondere vorab empirisch ermittelt worden sein oder anhand von Modellberechnungen vorab ermittelt worden sein.The determining means preferably has at least one look-up table, a map or another function and is accordingly designed to determine the operating state from the drive signal. In particular, the relation between the switch-on duration and the actuator temperature as well as the relation between actuator position, actuator current and frequency can each be stored in a look-up table or a characteristic field or another function. As a further factor, the dependence on the supply voltage can then be stored in the look-up table or the characteristic field or the other function. The look-up table or the characteristic field or the other function may in particular have been determined empirically beforehand or have been determined in advance on the basis of model calculations.

Durch die Verwendung eines gut elektrisch leitfähigen Materials, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, in gezielten Bereichen des Aktors, kann die Abhängigkeit der Stromaufbaudynamik des Aktors vom Betriebszustand hinsichtlich der Betriebszustandsüberwachung optimiert werden. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass durch die vorgeschlagene Vorgehensweise / Vorrichtung im Grunde positionsabhängige Wirbelstromeffekte innerhalb des Aktors ausgewertet werden. Insbesondere hat es sich daher als vorteilhaft erwiesen, den Anker und/oder das Magnetjoch des Aktors mit einem gut elektrisch leitfähigen Wirbelstromring zu versehen, beispielsweise aus einem Kupfer- oder Aluminiumwerkstoff.By using a good electrically conductive material, such as aluminum or copper, in specific areas of the actuator, the dependence of the current build-up dynamics of the actuator on the operating state with respect to the operating state monitoring can be optimized. This is due to the fact that the proposed procedure / device basically evaluates position-dependent eddy current effects within the actuator. In particular, it has therefore proved to be advantageous to provide the armature and / or the magnetic yoke of the actuator with a highly electrically conductive eddy current ring, for example of a copper or aluminum material.

Es wird außerdem eine Kupplungsvorrichtung mit einem Kupplungsmittel zum wahlweise mechanischen Verbinden und Trennen zweier Bauteile sowie einem elektromagnetischen Aktor zur Bewegung des Kupplungsmittels vorgeschlagen. Die Kupplungsvorrichtung weist dabei die vorgeschlagene Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung des Betriebszustands des Aktors auf. Somit werden keine extra Sensoren zur Ermittlung des Betriebszustands des Aktors benötigt.It is also proposed a coupling device with a coupling means for selectively mechanically connecting and disconnecting two components and an electromagnetic actuator for moving the coupling means. The coupling device has the proposed device for operating and for determining the operating state of the actuator. Thus, no extra sensors are needed to determine the operating state of the actuator.

Bei den beiden Bauteilen kann es sich beispielsweise um Wellen handeln. Eines der Bauteile kann fest und das andere relativ dazu beweglich sein, beispielsweise drehbar oder verschiebbar. Außerdem können auch beide Bauteile im nicht-gekoppelten Zustand relativ zueinander drehbar oder verschiebbar sein. Das von dem Aktor bewegbare Kupplungsmittel kann beispielsweise eine Kupplungsmuffe oder eine Kupplungsscheibe oder eine Kupplungsdruckplatte sein.The two components may be, for example, waves. One of the components may be fixed and the other be movable relative thereto, for example rotatable or displaceable. In addition, both components in the non-coupled state relative to each other can be rotatable or displaceable. The coupling means movable by the actuator may be, for example, a coupling sleeve or a clutch disc or a clutch pressure plate.

Bei der Kupplungsvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Kupplungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges handeln, beispielsweise für einen Personen- oder Lastkraftwagen. Die Kupplungsvorrichtung kann beispielsweise in einem oder für ein Kraftfahrzeuggetriebe realisiert sein. Ein solcher Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Kupplungsvorrichtung wird daher ebenfalls vorgeschlagen.The coupling device may in particular be a coupling device of a motor vehicle drive train, for example for a passenger or truck. The coupling device can be realized for example in or for a motor vehicle transmission. Such a motor vehicle drive train with such a coupling device is therefore also proposed.

Die vorgeschlagene Vorrichtung kann neben den bereits Genannten folgende Abwandlungen oder Vorteile aufweisen:

  • • Die Hardware-Logik (analoger Zweipunktregler) kann bei schneller Abtastrate in Software realisiert werden (FPGA, DSP, schneller µC).
  • • Die Vorgabe der oberen und unteren Stromgrenze kann variiert werden, beispielsweise um die Arbeitsfrequenz in gezielte, vorteilhafte Bereiche zu bringen und/oder konstant dort zu halten.
  • • Durch die Vorgabe der Stromgrenzen ist gleichzeitig ein robuster Stromregler implementiert. D. h., der durch die Aktorspule fließende Strom liegt (außer bei sehr schnellen, infolge des praktisch begrenzten Aktorhubs üblicherweise höchstens kurzzeitig auftretenden Bewegungen des Aktors) stets innerhalb des durch den unteren und oberen Grenzwert vorgegeben Toleranzbandes.
  • • Durch die Verwendung des analogen Zweipunktreglers ist auch gleichzeitig eine Überstromabschaltung impliziert.
  • • Der Aktor kann hinsichtlich seiner Sensitivität optimiert werden, um den Betriebszustand genauer ermitteln zu können. Beispielsweise ist eine hierauf gezielte modellbasierte Entwicklung des Aktors über FEM-Simulation möglich.
  • • Die ermittelten Betriebszustände des Aktors können mit erwarteten Betriebszuständen bzw. Intervallen tolerierbarer Betriebszustände verglichen werden. Auf diese Weise ist bspw. eine Überwachung des Aktors auf Fehlfunktionen bzw. auf Verschleiß möglich (Diagnose bzw. Condition Monitoring).
  • • Die ermittelte Aktortemperatur kann dazu genutzt werden, den Aktor vor Auftreten einer Überhitzung abzuschalten.
  • • Vor Erreichen der Überhitzung kann die in den Aktor eingebrachte elektrische Leistung sukzessive reduziert und so ein Weiterbetrieb mit verringerter Leistung ermöglicht werden, um eine Überhitzung zu verhindern (sogenannte Derating-Funktion).
The proposed device may, in addition to those already mentioned have the following modifications or advantages:
  • • The hardware logic (analogue two-point controller) can be implemented in software at a fast sampling rate (FPGA, DSP, fast μC).
  • • The specification of the upper and lower current limit can be varied, for example, to bring the working frequency in targeted, advantageous areas and / or to keep constant there.
  • • By specifying the current limits, a robust current controller is implemented at the same time. In other words, the current flowing through the actuator coil is always within the tolerance band specified by the lower and upper limit (except in the case of very fast movements of the actuator, which usually occur at most only briefly due to the practically limited actuator stroke).
  • • Using the analog two-point controller also implies an overcurrent shutdown.
  • • The actuator can be optimized with regard to its sensitivity in order to be able to determine the operating status more precisely. For example, a targeted model-based development of the actuator via FEM simulation is possible.
  • • The determined operating states of the actuator can be compared with expected operating states or intervals of tolerable operating states. In this way, it is possible, for example, to monitor the actuator for malfunctions or wear (diagnosis or condition monitoring).
  • • The determined actuator temperature can be used to switch off the actuator before overheating occurs.
  • • Before overheating is reached, the electrical power supplied to the actuator can be successively reduced, thus enabling further operation with reduced power in order to prevent overheating (so-called derating function).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

  • 1 ein elektromagnetischer Aktor mit einer Kupplungsvorrichtung,
  • 2 ein System zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors,
  • 3 ein Kennfeld zur Bestimmung einer Aktorposition,
  • 4 ein weiteres Kennfeld.
In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures, from which further preferred embodiments and features of the invention are removable. In each case show in a schematic representation:
  • 1 an electromagnetic actuator with a coupling device,
  • 2 a system for operating an electromagnetic actuator,
  • 3 a map for determining an actuator position,
  • 4 another map.

Der elektromagnetische Aktor 1 gemäß 1 dient zur Bewegung eines Kupplungsmittels 7 in einer Kupplungsvorrichtung 2. Der Aktor 1 weist beispielhaft eine einzige Magnetspule 3 auf sowie einen linear beweglichen Anker 4. Bei dem Aktor 1 handelt es sich also um einen Linearaktor. Die Beweglichkeit des Ankers 4 wird durch den Doppelpfeil veranschaulicht. Durch elektrische Bestromung der Spule 3 kann eine Magnetkraft auf den Anker 4 ausgeübt werden, welche den Anker 4 in Richtung der Spule 3 drängt. Eine Rückstellkraft, die gegen die Magnetkraft wirkt, kann beispielsweise durch ein Federmittel aufgebracht werden. In Abhängigkeit der Höhe der Magnetkraft und der Rückstellkraft ergibt sich dann die Position des Ankers 4 im Aktor 1.The electromagnetic actuator 1 according to 1 used to move a coupling agent 7 in a coupling device 2 , The actor 1 exemplifies a single solenoid 3 on and a linearly movable anchor 4 , At the actor 1 So it is a linear actuator. The mobility of the anchor 4 is illustrated by the double arrow. By electrical energization of the coil 3 can be a magnetic force on the anchor 4 be exercised, which the anchor 4 in the direction of the coil 3 urges. A restoring force acting against the magnetic force can be applied, for example, by a spring means. Depending on the height of the magnetic force and the restoring force then results in the position of the armature 4 in the actor 1 ,

Ortsfest auf dem Anker 4 kann optional ein Wirbelstromring 5 angeordnet sein. Dieser besteht aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, beispielsweise aus einem Kupfer- oder Aluminiumwerkstoff.Stationary on the anchor 4 Optionally a eddy current ring 5 be arranged. This consists of an electrically conductive material, for example of a copper or aluminum material.

Die Spule 3 ist ortsfest in einem Gehäuse 6 angeordnet. Der Anker 4 ist in dem Gehäuse 6 zumindest linear beweglich geführt. Der Anker 4 wirkt auf das Kupplungsmittel 7, das vorliegend beispielhaft als Kupplungsmuffe ausgebildet ist. Zumindest die Linearbewegung des Ankers 4 wird somit auf das Kupplungsmittel 7 übertragen. Das Kupplungsmittel 7 wird also mit dem Anker 4 linear mitbewegt. Es kann eine Drehentkopplung zwischen Anker 4 und Kupplungsmittel 7 vorgesehen sein, welcher verhindert, dass eine Rotation des Kupplungsmittels 7 auf den Anker 4 übertragen wird.The sink 3 is stationary in a housing 6 arranged. The anchor 4 is in the case 6 guided at least linearly movable. The anchor 4 acts on the coupling agent 7 , which is exemplified here as a coupling sleeve. At least the linear movement of the anchor 4 is thus on the coupling agent 7 transfer. The coupling agent 7 So it's with the anchor 4 moved linearly. It can be a rotation decoupling between anchor 4 and coupling agents 7 be provided, which prevents rotation of the coupling means 7 on the anchor 4 is transmitted.

Das Kupplungsmittel 7 ist dazu ausgebildet, zwei Bauteile 8, 9 wahlweise mechanischen zu verbinden und zu trennen. In einer ersten Position des Kupplungsmittels 7 sind die Bauteile 8, 9 daher miteinander mechanisch gekoppelt und in einer zweiten Position des Kupplungsmittels 7 sind die Bauteile 8, 9 daher voneinander mechanisch getrennt. Die Bauteile 8, 9 sind vorliegend beispielhaft Wellen, die im getrennten Zustand relativ zueinander drehbar sind und im gekoppelten Zustand nur gemeinsam drehbar sind. Hierzu sind sie im Gehäuse 6 durch entsprechende Lagermittel 10, beispielsweise Wälzlager, drehbar gelagert. Eine Rotationsachse der Bauteile 8, 9 ist mit dem Bezugszeichen L gekennzeichnet.The coupling agent 7 is designed to have two components 8th . 9 Optionally connect and disconnect mechanical. In a first position of the coupling agent 7 are the components 8th . 9 therefore mechanically coupled to each other and in a second position of the coupling means 7 are the components 8th . 9 therefore separated from each other mechanically. The components 8th . 9 In the present case, by way of example, shafts are rotatable relative to one another in the separated state and, in the coupled state, can only be rotated together. For this they are in the housing 6 by appropriate storage means 10 , For example, bearings, rotatably mounted. A rotation axis of the components 8th . 9 is with the reference numeral L characterized.

Die in 1 gezeigte Kupplungsvorrichtung 2 dient bevorzugt in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, wie einem Kraftfahrzeuggetriebe, zur wahlweisen mechanischen Verbindung und Trennung zweier Wellen. Das Gehäuse 6 kann dann beispielsweise ein Getriebegehäuse sein.In the 1 shown coupling device 2 Preferably used in a motor vehicle drive train, such as a motor vehicle transmission, for optional mechanical connection and separation of two waves. The housing 6 can then be a transmission housing, for example.

Die Position des Ankers 4 im Aktor 1 (= Aktorposition) bestimmt unmittelbar die Position des Kupplungsmittels 7, also auch den Kopplungszustand der Kupplungsvorrichtung 2. Um feststellen zu können, welche Aktorposition gerade anliegt, können extra Sensoren eingesetzt werden. Ebenso können externe Sensoren zur Ermittlung der Aktortemperatur eingesetzt werden. Wie eingangs bereits erwähnt, ergeben sich hierbei jedoch Nachteile. Gewünscht ist es daher, den Betriebszustand des Aktors 1, insbesondere dessen Aktorposition und dessen Aktortemperatur anhand vorhandener Mittel feststellen zu können.The position of the anchor 4 in the actor 1 (= Actuator position) directly determines the position of the coupling means 7 , So also the coupling state of the coupling device 2 , In order to determine which actuator position is currently present, extra sensors can be used. Likewise, external sensors can be used to determine the actuator temperature. As already mentioned, however, there are disadvantages here. It is therefore desirable that the operating state of the actuator 1 in particular to be able to determine its actuator position and its actuator temperature on the basis of existing means.

2 zeigt ein System zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors 1, wie insbesondere desjenigen aus 1. Das System verfügt über einen Mikrocontroller 11. Außerdem ist ein analoger Zweipunkteregler 12 vorgesehen, sowie ein Brückentreiber 13. Des Weiteren ist eine Brückenschaltung 14 vorgesehen. Diese dient zur elektrischen Bestromung des Aktors 1. Der Aktor 1 ist in 2 als elektrotechnisches Ersatzschaltbild, bestehend aus einem Netzwerk ohmscher Widerstände und Induktivitäten, dargestellt. Die Elemente 11, 12, 13, 14 des Systems verfügen über entsprechende Ein- und Ausgänge, die jeweils in 2 dargestellt und bezeichnet sind. 2 shows a system for operating an electromagnetic actuator 1 , in particular that of 1 , The system has a microcontroller 11 , In addition, an analog two-point controller 12 provided, as well as a bridge driver 13 , Furthermore, a bridge circuit 14 intended. This serves for electrical energization of the actuator 1 , The actor 1 is in 2 as an electrical equivalent circuit diagram, consisting of a network of resistive resistors and inductors shown. The Elements 11 . 12 . 13 . 14 of the system have corresponding inputs and outputs, each in 2 are shown and designated.

Der Mikrocontroller 11 weist beispielhaft zwei Module 11A, 11B auf. Diese können beispielsweise als Softwaremodule oder Hardwaremodule ausgebildet sein. Modul 11A enthält vorliegend eine überlagerte Ansteuerungslogik. Modul 11A enthält also beispielsweise Ansteuerungsfunktionen, wie insbesondere eine Funktionssoftware. Modul 11B enthält eine Sollstrombestimmung, die über einen Stromregler verfügt, eine Iststromaufbereitung sowie ein Ermittlungsmittel 11C zur Ermittlung des Betriebszustands des Aktors 1. Modul 11B enthält also beispielsweise Basisfunktionen, wie insbesondere eine Basissoftware.The microcontroller 11 has two modules by way of example 11A . 11B on. These can be designed, for example, as software modules or hardware modules. module 11A In this case contains a superimposed control logic. module 11A So contains, for example, control functions, such as in particular a functional software. module 11B contains a target current determination, which has a current regulator, an Iststromaufbereitung and a means of investigation 11C for determining the operating state of the actuator 1 , module 11B So for example contains basic functions, such as in particular a basic software.

Der der Sollstrombestimmung, dem Stromregler und der Iststromaufbereitung zu Grunde liegende elektrische Strom bildet der Aktorstrom, also der dem Aktor 1 durch die Brückenschaltung 14 zugeführte elektrische Strom. Mittels der Sollstrombestimmung mit Stromregler wird ein geforderter elektrischer Strom für den Aktor 1 (Sollstrom; Soll-Aktorstrom) bestimmt. Mittels der Iststromaufbereitung wird ein aktuell dem Aktor 1 zugeführter elektrischer Strom (Iststrom; Ist-Aktorstrom) zur Verarbeitung im Mikrocontroller 11 aufbereitet und der Sollstrombestimmung mit Stromregler sowie dem Ermittlungsmittel 11C zur Verfügung gestellt.The electrical current underlying the desired current determination, the current controller and the actual current conditioning forms the actuator current, ie the actuator 1 through the bridge circuit 14 supplied electric power. By means of the setpoint current determination with current controller becomes a required electric current for the actuator 1 (Setpoint current, setpoint actuator current) determined. By means of the Iststromaufbereitung becomes a current the actor 1 supplied electric current (actual current, actual actuator current) for processing in the microcontroller 11 prepared and the desired current determination with current regulator and the investigative means 11C made available.

Die Sollstrombestimmung mit Stromregler übergibt entsprechende Ansteuerungssignale, in 2 als „PWM-Out 1“, „PWM-Out 2“ bezeichnet, an den analogen Zweipunktregler 12. Der Zweipunktregler besteht aus einer Komparatorschaltung 12A sowie einem RS-Flipflop 12B. Der Zweipunktregler 12 ist vorliegend als diskrete Hardwareschaltung aufgebaut. Alternativ kann er, eine ausreichend schnelle Abtastrate vorausgesetzt, auch als Softwaremodul, insbesondere des Mikorcontrollers 11, ausgebildet sein.The nominal current determination with current controller transfers corresponding control signals, in 2 referred to as "PWM Out 1", "PWM Out 2", to the analog two-point controller 12 , The two-position controller consists of a comparator circuit 12A and an RS flip-flop 12B , The two-position controller 12 is here constructed as a discrete hardware circuit. Alternatively, assuming a sufficiently fast sampling rate, it can also be used as a software module, in particular of the microcontroller 11 be trained.

Der Zweipunktregler 12 lässt den Aktorstrom mit Hilfe der Komparatorschaltung 12A und dem RS-Flipflop 12B zwischen definierten Stromgrenzen toggeln, also schwanken. Diese Stromgrenzen, im Detail eine untere und eine obere Stromgrenze, werden vom Mikrocontroller 11 vorgegeben. In dem Zweipunktregler 12 wird der aktuelle Aktorstrom (Ist-Aktorstrom) mit den vorgegebenen Stromgrenzen verglichen. Dazu wird der aktuelle Aktorstrom dem Zweipunktregler 12 zugeführt. Bei einer Überschreitung der oberen Grenze wird dem Aktor die Bestromung entzogen (= Strom aus), bei einer Unterschreitung der unteren Grenze wird der Aktor bestromt (= Strom ein). Das Signal für die Be- und Entstromung des Aktors wird als Ansteuersignale H1, H2 von dem Zweipunktregler 12 an den Brückentreiber 13 ausgegeben. Durch die Vorgabe der Stromgrenzen werden somit gleichzeitig ein Stromregler und eine Überstromabschaltung verwirklicht.The two-position controller 12 leaves the actuator current with the help of the comparator circuit 12A and the RS flip-flop 12B Toggle between defined current limits, that is, fluctuate. These current limits, in detail a lower and an upper current limit, are provided by the microcontroller 11 specified. In the two-position controller 12 the current actuator current (actual actuator current) is compared with the specified current limits. For this purpose, the current actuator current is the two-position controller 12 fed. If the upper limit is exceeded, the current is removed from the actuator (= current off). If the lower limit is reached, the actuator is energized (= current on). The signal for the supply and Entstromung of the actuator is used as drive signals H1 . H2 from the two-position controller 12 to the bridge driver 13 output. By specifying the current limits thus simultaneously a current controller and an overcurrent shutdown are realized.

Der Brückentreiber 13 bedient die Brückenschaltung 14. Mittels dieser wird der Aktor 1 entsprechend den Ansteuersignalen H1, H2 elektrisch bestromt. Dabei kann der Aktor 1 durch taktweises Anlegen einer Versorgungsspannung zeitweise bestromt (= Strom ein) und zeitweise entstromt (= Strom aus) werden. Vorliegend ist die Brückenschaltung beispielhaft als H-Brückenschaltung ausgebildet. Dementsprechend verfügt der Brückentreiber 13 über einen Treiber je Brückenzweig. Diese Treiber sind in 2 als „H1-Treiber“ und „H2-Treiber“ bezeichnet.The bridge driver 13 operates the bridge circuit 14 , By means of this the actor becomes 1 according to the drive signals H1 . H2 electrically energized. In this case, the actuator 1 by momentarily applying a supply voltage temporarily energized (= power on) and temporarily de-energized (= power off). In the present case, the bridge circuit is formed by way of example as an H-bridge circuit. Accordingly, the bridge driver has 13 via a driver per bridge branch. These drivers are in 2 referred to as "H1 driver" and "H2 driver".

Im Bereich der Brückenschaltung 14 sind außerdem Mittel vorgesehen, durch die der aktuell anliegende Aktorstrom (Ist-Aktorstrom) sowie die aktuell anliegende Versorgungsspannung des Aktors 1 gemessen oder anderweitig bestimmt werden können. In 2 sind diese Mittel als „Strommessung“ und „Messung Spannung“ bezeichnet. Der aktuelle Aktorstrom wird unter anderem dem Zweipunktregler 12, im Detail der Komparatorschaltung 12A, zugeführt, damit der Aktorstrom, wie oben beschrieben, zwischen den vorgegebenen Stromgrenzen gehalten wird.In the area of the bridge circuit 14 In addition, means are provided by which the currently applied actuator current (actual actuator current) and the currently applied supply voltage of the actuator 1 measured or otherwise determined. In 2 These means are referred to as "current measurement" and "measurement voltage". The current actuator current is among others the two-position controller 12 in detail of the comparator circuit 12A supplied, so that the actuator current, as described above, is held between the predetermined current limits.

Durch die Vorgabe der oberen und unteren Stromgrenze ergibt sich ein vorgegebenes Stromband, in welchem sich der Aktorstrom aufhält, in dem er Aktor also betrieben wird. Bei einem solchen vorgegebenen Stromband ergibt sich eine charakteristische Dynamik des Stromauf- und Stromabbaus. In 2 ist ein solcher Stromauf- und Stromabbau beispielhaft innerhalb des Blockes der Komparatorschaltung 12A dargestellt.The specification of the upper and lower current limit results in a predetermined current band, in which the actuator current resides, in which he actuator is thus operated. With such a predetermined current band results in a characteristic dynamics of current and current reduction. In 2 For example, such an upstream and downstream degradation is within the block of the comparator circuit 12A shown.

Die Information über den Betriebszustand des Aktors 1, insbesondere der Aktorposition und der Aktortemperatur, ist implizit in dieser Dynamik enthalten. Diese Dynamik findet sich durch die spezielle Regelcharakteristik des Zweipunktreglers 12 auch in dessen Ansteuerungssignalen H1, H2 wieder. Sie kann also aus der Frequenz und Einschaltdauer der Ansteuersignale H1, H2 extrahiert werden. Dem Mikrocontroller 11 wird daher zumindest eines der Ansteuersignale H1, H2 über einen Capture-Eingang zugeführt. In 2 ist dies das Ansteuerungssignal H1. Der Capture-Eingang ist in 2 als „PWM-In 1“ bezeichnet. Der Abgriff für das Ansteuersignal H1 befindet sich beispielhaft an dem jeweiligen Ausgang des RS-Flipflops 12B bzw. des Zweipunktreglers 12 (in 2 an dessen oberen Ausgang).The information about the operating state of the actuator 1 , in particular the actuator position and the actuator temperature, is implicitly contained in this dynamic. This dynamic is due to the special control characteristics of the two-position controller 12 also in its control signals H1 . H2 again. So you can from the frequency and duty cycle of the drive signals H1 . H2 be extracted. The microcontroller 11 Therefore, at least one of the drive signals H1 . H2 fed via a capture input. In 2 this is the drive signal H1 , The capture input is in 2 referred to as "PWM-In 1". The tap for the drive signal H1 is exemplified at the respective output of the RS flip-flop 12B or the two-point controller 12 (in 2 at its upper outlet).

Das Ansteuersignal H1 wird über den Capture-Eingang des Mikrocontrollers 11 dem Ermittlungsmittel 11C zugeführt. Außerdem wird dem Ermittlungsmittel 11C über einen weiteren Eingang des Mikrocontrollers 11 (in 2 als „ADC-In 2“ bezeichnet) die aktuell anliegende Versorgungsspannung zugeführt. Wie oben erläutert, erhält das Ermittlungsmittel 11C außerdem von der Iststromaufbereitung des Moduls 11B den aktuell dem Aktor zugeführten elektrischen Strom (Ist-Aktorstrom).The drive signal H1 is via the capture input of the microcontroller 11 the investigative agent 11C fed. It also becomes the investigative tool 11C via another input of the microcontroller 11 (in 2 referred to as "ADC-In 2") supplied to the currently applied supply voltage. As explained above, the investigative tool receives 11C also from the actual current conditioning of the module 11B the current electrical current supplied to the actuator (actual actuator current).

Zur Ermittlung des Betriebszustands anhand der eingehenden Informationen / Signale weist das Ermittlungsmittel 11C ein oder mehrere Kennfelder auf. Es ist dazu ausgebildet, den Betriebszustands des Aktors damit zu ermitteln.For determining the operating state based on the incoming information / signals, the investigative means 11C one or more maps on. It is designed to determine the operating state of the actuator so.

Beispiele für solche Kennfelder sind 3 und 4 beispielhaft entnehmbar. Diese können beispielsweise vorab empirisch ermittelt worden sein.Examples of such maps are 3 and 4 removable as an example. These may have been determined empirically in advance, for example.

3 zeigt ein Kennfeld, mittels dessen das Ermittlungsmittel 11C anhand des Aktorstroms („Strom, A“) und der Frequenz des Ansteuerungssignals H1 („Frequenz, Hz“) die Aktorposition („Position, mm“) ermitteln kann. Hiermit lässt sich jedem Wertepaar aus Strom und Frequenz genau eine Aktorposition eindeutig zuordnen. 3 shows a map, by means of which the determination means 11C based on the actuator current ("current, A") and the frequency of the drive signal H1 ("Frequency, Hz") can determine the actuator position ("Position, mm"). Hereby, exactly one actuator position can be uniquely assigned to each value pair of current and frequency.

Bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen können sich unterschiedliche Zuordnungen von Strom, Frequenz und Aktorposition ergeben. Sofern die Versorgungsspannung daher im Wesentlichen gleichbleibend ist, braucht diese nicht weiter in die Ermittlung des Betriebszustands einbezogen werden. Sofern diese schwankt, kann es jedoch erforderlich sein, mehrere derartiger Kennfelder für unterschiedliche Versorgungsspannungen oder Versorgungsspannungsbereich vorzusehen. Different supply voltages can result in different assignments of current, frequency and actuator position. Therefore, if the supply voltage is substantially constant, it need not be further included in the determination of the operating state. However, if this varies, it may be necessary to provide a plurality of such maps for different supply voltages or supply voltage range.

4 zeigt mehrere Kennfelder für unterschiedliche Versorgungsspannungen (zwischen 36V und 56V), mittels denen das Ermittlungsmittel 11C anhand des Aktorstroms („Strom, A“) und der Einschaltdauer des Ansteuersignals H1 („DutyCyle, %“) die Aktorposition („Position, mm“) ermitteln kann. Hiermit lässt sich bei einer Versorgungsspannungen zwischen 36V und 56V jedem Wertepaar aus Strom und Einschaltdauer genau eine Aktorposition eindeutig zuordnen. Das oberste Kennfeld in 2 bildet dasjenige für die Versorgungsspannung im Bereich von 36V und das unterste Kennfeld in 2 bildet dasjenige für die Versorgungsspannung im Bereich von 56V. 4 shows several maps for different supply voltages (between 36V and 56V), by which the investigative means 11C based on the actuator current ("current, A") and the duty cycle of the drive signal H1 ("DutyCyle,%") can determine the actuator position ("Position, mm"). With a supply voltage between 36V and 56V, exactly one actuator position can be uniquely assigned to each value pair of current and duty cycle. The top map in 2 forms that for the supply voltage in the range of 36V and the lowest map in 2 forms that for the supply voltage in the range of 56V.

Entsprechende Kennfelder können alternativ oder zusätzlich für die Aktortemperatur vorgesehen sein, welche sich insbesondere aus der Einschaltdauer und der Versorgungsspannung ergibt. Ein solches Kennfeld bildet den eindeutigen Zusammenhang zwischen der Aktortemperatur und der Einschaltdauer ab.Corresponding maps may alternatively or additionally be provided for the actuator temperature, which results in particular from the duty cycle and the supply voltage. Such a map represents the clear relationship between the actuator temperature and the duty cycle.

Bei dem System gemäß 2 können neben den explizit beschriebenen oder benannten Komponenten optionale Filter 15 vorgesehen sein. Die Elemente 16 stellen je eine optionale Signalaufbereitung für den Zweipunktregler 12 dar.In the system according to 2 In addition to the explicitly described or named components, optional filters may be used 15 be provided. The Elements 16 each provide an optional signal conditioning for the two-position controller 12 represents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektromagnetischer AktorElectromagnetic actuator
22
Kupplungsvorrichtungcoupling device
33
Magnetspulesolenoid
44
Ankeranchor
55
WirbelstromringEddy-current ring
66
Gehäusecasing
77
Kupplungsmittel, KupplungsmuffeCoupling agent, coupling sleeve
88th
Bauteil, WelleComponent, shaft
99
Bauteil, WelleComponent, shaft
1010
Lagermittelbearing means
1111
Mikrocontrollermicrocontroller
11A, 11B11A, 11B
Modulmodule
11C11C
Ermittlungsmitteldetermining means
1212
Analoger ZweipunktereglerAnalog two-point controller
12A12A
Komparatorschaltungcomparator circuit
12B12B
RS-FlipflopRS flip-flop
1313
Brückentreiberbridge drivers
1414
Brückenschaltungbridge circuit
1515
Filterfilter
1616
Signalaufbereitung signal conditioning
H1, H2H1, H2
Ansteuerungssignalcontrol signal
LL
Rotationsachseaxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005018012 A1 [0004]DE 102005018012 A1 [0004]
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Claims (10)

Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung eines Betriebszustands, insbesondere einer Aktortemperatur und/oder einer Aktorposition, eines elektromagnetischen Aktors (1), insbesondere eines Linearaktors, gekennzeichnet durch einen Zweipunktregler (12) zum Betreiben des Aktors (1) und ein Ermittlungsmittel (11C), das ausgebildet ist, einen zeitlichen Verlauf des von den Zweipunktregler (12) ausgegebenen Ansteuerungssignals (H1) zu ermitteln und hieraus den Betriebszustand zu bestimmen.Device for operating and determining an operating state, in particular an actuator temperature and / or an actuator position, of an electromagnetic actuator (1), in particular of a linear actuator, characterized by a two-point controller (12) for operating the actuator (1) and a determination means (11C), which is designed to determine a time profile of the control signal (H1) output by the two-point controller (12) and to determine the operating state therefrom. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zweipunktregler (12) ein analoger Zweipunktregler ist.Device after Claim 1 , wherein the two-position controller (12) is an analog two-point controller. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Zweipunktregler (12) diskret in Hardware aufgebaut ist.Device after Claim 2 , wherein the two-position controller (12) is constructed discretely in hardware. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Zweipunktregler (12) eine obere Stromgrenze und eine untere Stromgrenze vorgegeben sind, durch die er den dem Aktor (1) zugeführten elektrischen Strom begrenzt.Device according to one of the preceding claims, wherein the two-point controller (12) an upper current limit and a lower current limit are predetermined by which he limits the actuator (1) supplied electric current. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (11C) ausgebildet ist, einen von Einschaltdauer und Tastgrad des Ansteuerungssignals (H1) zu ermitteln und aus dem einen von Einschaltdauer und Tastgrad eine Aktortemperatur zu bestimmen.Device according to one of the preceding claims, wherein the determining means (11C) is adapted to determine one of duty cycle and duty cycle of the drive signal (H1) and to determine from the one of duty cycle and duty cycle an actuator temperature. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (11C) ausgebildet ist, eine von Frequenz und Periodendauer des Ansteuerungssignals (H1) zu ermitteln sowie den dem Aktor (1) zugeführten elektrische Strom zu ermitteln und aus einer von der Frequenz und Periodendauer sowie aus dem Strom eine Aktorposition (1) zu bestimmen.Device according to one of the preceding claims, wherein the determining means (11C) is adapted to determine one of the frequency and period of the drive signal (H1) and to determine the electrical current supplied to the actuator (1) and from one of the frequency and period duration as well to determine the current an actuator position (1). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (11C) dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung des Aktors (1) bei der Bestimmung des Betriebszustands einzubeziehen.Device according to one of the preceding claims, wherein the determining means (11C) is adapted to include a supply voltage of the actuator (1) in the determination of the operating state. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermittlungsmittel (11C) eine Lookup-Tabelle oder ein Kennfeld oder eine andere mathematische Funktion aufweist und dazu ausgebildet ist, den Betriebszustands des Aktors (1) hiermit und mit dem Ansteuerungssignal (H1) zu ermitteln.Device according to one of the preceding claims, wherein the determining means (11C) has a lookup table or a map or other mathematical function and is adapted to determine the operating state of the actuator (1) hereby and with the drive signal (H1). Kupplungsvorrichtung (2) mit einem Kupplungsmittel (7) zum wahlweise mechanischen Verbinden und Trennen zweier Bauteile (8, 9) sowie einem elektromagnetischen Aktor (1) zur Bewegung des Kupplungsmittels (7), gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung eines Betriebszustands des Aktors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Coupling device (2) with a coupling means (7) for selectively mechanically connecting and disconnecting two components (8, 9) and an electromagnetic actuator (1) for moving the coupling means (7), characterized by a device for operating and for determining an operating state of the Actuator (1) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeugantriebsstrang, gekennzeichnet durch eine Kupplungsvorrichtung (2) nach Anspruch 9.Motor vehicle drive train, characterized by a coupling device (2) according to Claim 9 ,
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